5000kn液壓機液壓系統設計任務書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ~60℃ 范圍內較合適 ； (5)液壓傳動在能量轉化的過程中，特別是在節流調速系統中，其壓力大，流量損失大，故系統效率較低 。 液壓傳動系統的組成 液壓系統主要由：動力元件（油泵 )、執行元件（油缸或液壓馬達 )、控制元件（各種閥 )、輔助元件和工作介質等五部分組成 [2]： 動力元件（油泵 ) 它的作用是利用液體把原動機的機械能轉換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。 執行元件（油缸、液壓馬達 ) 它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。 . . 控制 元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據需要無級調節液動機的速度，并對液壓系統中工作液體的壓力、流量和流向進行調節控制。 輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭 (擴口式、焊接式、卡套式 )、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 工作介質 工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經過油泵和液動機實現能量轉換。 液壓系統的維護 一個液壓系統的好壞不僅取決于系統設計的合理性和系 統元件性能的的優劣，還因系統的污染防護和處理，系統的污染直接影響液壓系統工作的可靠性和元件的使用壽命，據統計，國內外的的液壓系統故障大約有 70%是由于污染引起的 [2]。 油液污染對系統的危害主要如下： 油液中各種污染物引起元件各種形式的磨損，固體顆粒進入運動副間隙中，對零件表面產生切削磨損或是疲勞磨損。高速液流中的固體顆粒對元件的表面沖擊引起沖蝕磨損。油液中的水和油液氧化變質的生成物對元件產生腐蝕作用。此外，系統的油液中的空氣引起氣蝕，導致元件表面剝蝕和破壞。 2 元件堵塞與卡緊故障 固體 顆粒堵塞液壓閥的間隙和孔口，引起閥芯阻塞和卡緊，影響工作性能，甚至導致嚴重的事故。 3 加速油液性能的劣化 油液中的水和空氣以其熱能是油液氧化的主要條件，而油液中的金屬微粒對油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和懸浮氣泡顯著降低了運動副間油膜的強度，使潤滑性能降低。 系統的維護： 一個系統在正式投入之前一般都要經過沖洗，沖洗的目的就是要清除殘留在系統內的污染物、金屬屑、纖維化合物、鐵心等，在最初兩小時工作中，即使沒有完全損壞系統，也會引起一系列故障。所以應該按下列步驟來清洗系統油路： . . 1 用一種易干的清潔 溶劑清洗油箱，再用經過過濾的空氣清除溶劑殘渣； 2 清洗系統全部管路，某些情況下需要把管路和接頭進行浸漬； 3 在管路中裝油濾，以保護閥的供油管路和壓力管路； 4 在集流器上裝一塊沖洗板以代替精密閥，如電液伺服閥等； 5 檢查所有管路尺寸是否合適，連接是否正確。 本設計的主要工作及研究內容 本設計主要設計一 5000KN 油壓機的液壓傳動系統及其 PLC 控制程序，主要內容如下： ：依據工藝及現有液壓機確定液壓機活動部分的行程及速度和工作流程。 ：依據初選壓力及負載計 算液壓缸的尺寸。 ：依據初選壓力以及系統的工況狀態和相關的液壓回路設計液壓系統原理圖并且選擇液壓元件及其輔助元件。 控制系統的設計：根據系統工作原理，及工藝要求，設計出 PLC 控制系統，給出 PLC 梯形圖。 。 設計產品的預期成果 設計的液壓傳動系統，具備以下特點： 該裝置需滿足液壓機工藝的需要。保證系統的正常運行，減少生產事故的發生。 2. 成本經濟 保證系統性能可靠的同時，選用較為經濟的液壓元件，降低成本，提高 效益。同時設備使用時應節能。 3. 體積小，安裝維修方便，安全 該裝置體積緊湊，輔助設備少，整個系統占地面積小，新建或改建作業線均可使用。該裝置安裝調試容易，維護檢修方便，分析處理故障迅速。操作方便、安全，實現了自動化控制。 . . 第 2 章 液壓系統的設計以及參數的計算 液壓機的基本構造及工作流程 本設計主要設計一 5000KN 的液壓機液壓系統，而且無頂出裝置。 如圖 所示，為本液壓機的基本結構。液壓機控制系統設置三個行程繼電器 1ST、 2ST、 3ST，通過三個繼電器，反映活動橫梁的位置，以 便控制其行程從而滿足工藝要求。 當液壓機開始工作時，滑塊位于最頂部，液壓系統開始工作，滑塊以很快的速度向下運動。當滑塊壓下 2ST 繼電器時，滑塊接觸工件，開始對工件壓制，這時液壓系統改變工作狀態開始慢速加壓，滑塊以極慢的速度壓制工件對工件做功。當壓制到一定程度需要保壓時，液壓系統開始保壓。最后當滑塊壓制到繼電器 3ST 的位置時，整個壓下工藝結束，液壓系統改變工作狀態，推動滑塊快速回程， 圖 四柱液壓機結構圖 當其運動至繼電器 1ST 的位置時整個工作過程結束。 滑塊運動參數的選定 滑塊的運動參數主要有：行程、運動速度、運動時間。其參數的選定主要液壓機以及工藝的參數所決定的。本液壓機滑塊的最大行程為 630mm，而且壓制工藝為定程壓制（慢速壓下的行程由繼電器確定 )。依據上面的條件，滑塊的初選運動參數如表 所示： 表 滑塊的運動參數 壓下流程 運動距離 運動速度 運動時間 快速下行 380mm 120mm/s 慢速下行 50mm 9mm/s 慢速工 進 200mm 5mm/s 40s 快速回程 630mm 75mm/s 可以看出，液壓機在工作的過程中，快速下壓階段和快速回程階段的速度最. . 高，而慢速壓下階段的速度最低。 初選工作壓力 系統的工作壓力由設備的類型、載荷大小、結構要求和技術水平而定。系統的工作壓力高，省材料，結構緊湊，重量輕，是液壓的發展方向。但是要注意治漏、噪聲控制和可靠性問題的妥善處理。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執行元件的尺寸結構。對某些設備來說，尺寸要受到限制，從消耗材料的角度看也不經濟；反之， 壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設備的成本。一般來說對于固定尺寸不受限制的設備，壓力可以選擇的低一些，而對于像行走機械等重載設備，壓力選擇的高一些 [2]。具體選擇參照表 ： 表 各類設備常用的工作壓力 [2] 設備類型 壓力范圍 /MPa 壓力等級 說明 機床、壓鑄機、汽車 7 低級 低噪聲、高可靠系統 農業機械、工礦車輛、注塑機、船用機械、搬運機械、工程機械、冶金機械 7~21 中壓 一般系統 油壓機、冶金機械、挖掘機、重型機械 21~ 高壓 空間有限、相應速度高、大功率壓下低成本 金剛石壓機、耐壓試驗機、飛機、液壓機具 超高壓 追求大作用力，減輕重量 依據表 以及相關經驗，選擇工作壓力 。 負載的組成與計算 液壓缸承受的外載荷 F 為： w f aF F F F? ? ? (21) 式中： wF —— 液壓缸上的工作載荷 fF —— 導軌的摩擦載荷 aF —— 慣性載荷 液壓缸的工作負載為金屬在變形過程中的變形抗力。根據經驗以及所給的工藝性能大體可估算 wF =4500KN。 計算摩擦負載、慣性負載以及各階段的外負載如表 所示： . . 表 外負載的計算及計算公式 工況 計算公式 外負載 /N 符號意義 快速下行 啟動 fsF 4000 靜 摩擦負載 ( ) 0 .2 * ( 2 0 0 0 0 0 ) 4 0 0 0fs s nF f G F N? ? ? ? ? 動摩擦負載 ( ) 0. 1 * ( 20 00 0 0) 20 00fd d nF f G F N? ? ? ? ? 慣性負載 1 2 0 0 0 0 0 . 1 2 8 7 . 2 71 0 2 . 7 5a GvFNgt?? ? ? ? ?? 2 2 0 0 0 0 0 . 0 7 5 1 7 . 8 61 0 8 . 4a Gvgt?? ? ? ? ?? 減速阻力 fF =366KN 加速 fd GvF gt???? 快進 fdF 2021 慢速下行 減速 fdF + fF 368000 工進 fdF + wF 4502021 快速回程 反向啟動 fsF 4000 加速 fd GvF gt???? 快退 fdF 2021 液壓缸的主要參數計算 本液壓機的主要液壓執行元件為一液壓缸。依據液壓系統負載圖和已確定的系統工作壓力，計算：活塞缸的內徑、活塞桿直徑。計算時用到回油被壓得數據，如表 所示： 表 各種系統回油背壓 [2] 系統類型 背壓力 /MPa 簡單系統或輕載節流調速系統 ~ 回油路帶調速閥的系統 ~ 回油路設置有背壓閥的系統 ~ 用補油泵的閉式回路 ~ 回油路較復雜的工程機械 ~3 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計 選定工 作壓力為 ,依據上表選定背壓為 。當給定工作負載，且選定液壓系統工作壓力時，可依照下式進行活塞外徑的計算： . . 4mFD P??? (21) 其中 m? 為液壓缸的機械效率取 . 所以 34 4 ( 5 0 0 0 2 0 ) * 1 00 . 4 4 8 m( 3 1 . 5 0 . 5 ) 0 . 9 5mFD P? ? ? ?? ? ?? 根據 GB/T23481993 圓整后 D=450mm 選擇 d=360mm 得到 21 ? 22 ? 液壓缸所需流量計算 通過計算各執行流程所需最大流量，得知系統最大流量，從而幫助選擇液壓元件。 計算公式： 11mAVQ ?? 取 ? ? (1)工作缸快速下行所需流量 1 120 /V mm S? 111 0 . 1 5 9 * 0 . 1 2 * 1 0 0 0 * 6 0 1 1 9 2 . 5 / m in0 . 9 6mAVQL?? ? ? (22) (2)工作缸慢速下行所需流量 2 9/V mm S? 112 0 . 1 5 9 * 0 . 0 0 9 * 1 0 0 0 * 6 0 8 9 . 4 3 / m in0 . 9 6mAV?? ? ? (23) (3)工作缸工進所需流量 3 5/V mm S? 133 0 . 1 5 9 * 0 . 0 0 5 * 1 0 0 0 * 6 0 4 9 . 6 8 / m in0 . 9 6mAVQL?? ? ? (24) (4)工作缸快退所需流量 4 75 /V mm S? 244 0 . 0 1 8 3 * 0 . 0 7 5 * 1 0 0 0 * 6 0 8 5 . 7 8 / m in0 . 9 6mAV?? ? ? (25) 由此可見，本系統在不同行程動作時，流量差別很大，最大流量為工作缸快速下降階段，最低流量為工作缸工進時的流量，二者相差達二十幾倍。且本系統液壓缸上腔設有充液閥，可以在快速下行提供很大的流量，而工作缸工進、慢速下行和快速回程時只能依靠液壓泵提供流量。所以依據上面所計算的流量，系統運行時最大流量為工作缸慢進時所需流量，為 。 . . 擬定液壓系統原理圖 由于本液壓機為立式布局，運動部件重量大，工作缸空程下行時運動速度高，所需流量比其他工作階 段的所需流量大 20 多倍，因此泵源流量選擇難以滿足各工作階段的需要。為此，一般液壓機多采用自重補油增速回路，這種回路的有點事不需要增設補助動力源，結構簡單。另外，由于本液壓機系統工作壓力高，除設置調壓回路外，還需要在工作缸進出油路設置安全閥，以保證系統的安全。為使系統簡單，本系統利用換向閥中位機能實現卸荷。在系統保壓過程中，采用液控單向閥將壓力封死在壓油腔，而泵處于卸荷狀態。且單向閥是座閥，保壓性能好且節能。 在上述分析的基礎上擬定出液壓系統原理圖： 圖 液壓系統原理圖 系統中使用的液壓 元件有： (1)充液閥 1：工作缸活塞快速下行時，用以向工作缸上腔大量充液。在保壓期間，充液閥經受極高的壓力，防止工作缸內油液向流向油箱。在工作缸活塞回程時，工作缸上腔的油液通過充液閥 1 向充液油箱大量排油。 (2)液控單向閥 2：工作缸進行保壓壓制時，防止液壓缸上腔油液通過換向閥間隙泄露。 (3)液控單向閥 3：支撐工作缸活塞等運動部件的重量，防止因自重而下滑。在快. . 速壓下階段，由液壓油打開，排除活塞下部的油液。 (4)溢流閥 4：用以防工作缸活塞下行時，萬一液控單向閥失靈打不開時，起到安全保護作用。 (5)溢流閥 5：用以調定系統壓力，