鋁型材擠壓機(jī)液壓部分的設(shè)計(jì)【鋁型材擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究】

鋁型材擠壓機(jī)液壓部分的設(shè)計(jì)【鋁型材擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究】,鋁型材擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究,鋁型材擠壓機(jī)液壓部分的設(shè)計(jì)【鋁型材擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究】,鋁型材,擠壓,液壓,部分,部份,設(shè)計(jì),系統(tǒng),研究,鉆研 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱表 學(xué)號(hào) 姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 鋁型材擠壓機(jī)液壓部分的設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力； 4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何； 3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。 綜 合 評(píng) 價(jià) 評(píng)閱人： 年 月 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)鑒定意見(jiàn) 學(xué)號(hào)： 姓名： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）42 頁(yè) 圖 表 2 張 論文（設(shè)計(jì)）題目： 鋁型材擠壓機(jī)液壓部分的設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要：為滿足建材裝飾市場(chǎng)對(duì)各種鋁型材的大量需求，由此，設(shè)計(jì)了鋁型材擠壓。 一方面要保證產(chǎn)品的高質(zhì)量，另一方面也要保證生產(chǎn)的高效率。我采用的800噸臥式 擠壓機(jī)，擠壓回程力650KN。采用繼電器電路控制，通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)擠壓機(jī)各道工 序。多采用定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是流量變化的線性度好，小流量輸出時(shí)保持穩(wěn) 定，低速穩(wěn)定性極佳，且控制油采用變量泵供給，功率損失小發(fā)熱少，可大大提高快 速響應(yīng)性。多采用滑閥實(shí)現(xiàn)控制，這對(duì)擠壓機(jī)大噸位大流量來(lái)說(shuō)存在一個(gè)致命的矛盾， 大流量伴隨著大的液壓動(dòng)力，普通電磁閥難以實(shí)現(xiàn)。而且，滑閥系統(tǒng)存在死區(qū)，使得 精確控制成為紙上談兵。另外，滑閥采用面密封形式，泄露較大難以實(shí)現(xiàn)前述保壓等 功能。可以考慮用插裝閥系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)不同回路單獨(dú)控制的功能，大大便利了對(duì) 系統(tǒng)提出的不同要求的滿足。以往多采用單步驟工況逐步實(shí)現(xiàn)循環(huán)。這大大延長(zhǎng)了工 作循環(huán)周期，而且不利于能源的有效利用，考慮如何在同一時(shí)間段內(nèi)完成多個(gè)動(dòng)作將 是傳統(tǒng)的一大突破。本次設(shè)計(jì)將在采用容積調(diào)速回路、插裝閥控制以及多動(dòng)作同時(shí)進(jìn) 行的思路下設(shè)計(jì)。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 該同學(xué)能夠較好綜合運(yùn)用大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)課 題，設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)圖紙資料，符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求。同意該同學(xué)參加畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 建議答辯成績(jī)?yōu)椋骸傲肌薄? 指導(dǎo)教師： 2012年 5月31日 答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ) 答辯材料基本完整，回答問(wèn)題有錯(cuò)誤，基本知識(shí)和技能掌握一般。 工作量一般，說(shuō)明書、圖紙有較多錯(cuò)誤，須進(jìn)行修改完善。請(qǐng)指導(dǎo)老師把關(guān)。 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績(jī)?cè)u(píng)定為“及格”。 答辯小組組長(zhǎng)： 2012年5月31 日 答辯委員會(huì)意見(jiàn) 經(jīng)答辯委員會(huì)討論，同意該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績(jī)?cè)u(píng)定為“ ”。 答辯委員會(huì)主任：________________ 2012年 月 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目：鋁型材擠壓機(jī)液壓部分的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012年5月29日 目錄 摘要…………………………………………………………………1 文獻(xiàn)綜述 3 第一章 擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)分析 5 第二章 液壓缸機(jī)構(gòu)形式確定 8 第三章 擠壓力確定 10 第四章 液壓缸尺寸計(jì)算 13 第五章 泵源的確定 17 第六章 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 19 第七章 元件選擇 22 第八章 電機(jī)選擇 23 第九章 各電液換向閥改裝 24 第十章 系統(tǒng)回路的組合與優(yōu)化 26 第十一章 附加液壓系統(tǒng)圖 30 結(jié)束語(yǔ)及感謝 32 參考文獻(xiàn) 33 附錄Ⅰ 外文文獻(xiàn)原文 34 附錄Ⅱ 外文文獻(xiàn)翻譯 39 鋁型材擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究 【摘要】 本文講述鋁合金擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)過(guò)程。 本文首先介紹了擠壓技術(shù)的相關(guān)知識(shí)及其對(duì)液壓系統(tǒng)的相應(yīng)要求，針對(duì)設(shè)計(jì)要求應(yīng)用了新型節(jié)能泵源，并在此泵源基礎(chǔ)上確定了整體滑閥回路。接著，對(duì)部分主要回路進(jìn)行了插裝閥改進(jìn)，同時(shí)，作者突破傳統(tǒng)滑閥向等效插裝閥的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換，將油路換向與元件運(yùn)動(dòng)分別控制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。 此外，本文還對(duì)氣電控制系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并將溢流閥動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，達(dá)到了對(duì)機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)等多方面知識(shí)的綜合訓(xùn)練。 關(guān)鍵字 鋁型材、擠壓機(jī)、液壓系統(tǒng) The design of the aluminium extruded section extruder Abstract This text related the principle and the process of the aluminum alloy extruder system. The text firstly introduced both the related knowledge technical of the extruding and the related requirements of the hydraulic system, aiming at applying the request of the design, the author used the new energy pump, and designed the whole slide valve loop. Then, the author made some improvement to the valves of the chief loop; completed simple conversion of valve from the traditional to the inserted pattern, let the switch of the oil loop and the movement of the parts respectively controlled, simplified the system. This text also designed the electrical control system in order to gain the comprehensive training containing machinery, electricity, hydraulics. Key Word: Extruder、Cartridge Valve、Hydraulic system 文獻(xiàn)綜述 當(dāng)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展促動(dòng)城市建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，進(jìn)而對(duì)行業(yè)提出了更高的要求，高強(qiáng)度、低重量的鋁型材結(jié)構(gòu)鋼架日益成為建筑領(lǐng)域的主導(dǎo)。由此，如何高效率、大批量生產(chǎn)各種高質(zhì)量的鋁型材成為機(jī)械行業(yè)的一大課題。傳統(tǒng)的鑄造、熔煉方法已經(jīng)不能滿足對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和大批量生產(chǎn)的要求，因此，將目標(biāo)集中在壓力加工領(lǐng)域成為必然。擠壓機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)擠壓伴隨而來(lái)的是高噪音，擠壓速度不穩(wěn)定等問(wèn)題，這對(duì)型材質(zhì)量來(lái)說(shuō)是致命的危害，而用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)卻有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擠壓平穩(wěn)、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，完全可以滿足對(duì)材料的要求，由此，我們承擔(dān)了此次鋁型材液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。 所謂擠壓，就是通過(guò)對(duì)放在容器（擠壓筒）中的錠坯施加壓力，使之通過(guò)?？壮尚蔚囊环N壓力加工方法。在生產(chǎn)斷而較復(fù)雜的管材、型材方面，擠壓法是唯一可行的壓力加工方法。因此，鋁型材加工采用擠壓法實(shí)現(xiàn)。一臺(tái)性能優(yōu)良的擠壓機(jī)是決定擠壓產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。擠壓機(jī)按其總體機(jī)構(gòu)形式一般分為臥式擠壓機(jī)與立式擠壓機(jī)兩大類。目前，用于鋁及其合金型、棒、帶材的擠壓機(jī)主要的是臥式的。按其驅(qū)動(dòng)方式不同，又分為油壓機(jī)和水壓機(jī)。根據(jù)擠壓機(jī)的用途與機(jī)構(gòu)的不同，臥式擠壓機(jī)又分為棒型擠壓機(jī)和管式擠壓機(jī)，或稱之為單動(dòng)式復(fù)動(dòng)式擠壓機(jī)，兩者之間區(qū)別是前者沒(méi)有獨(dú)立的穿孔系統(tǒng)。臥式擠壓機(jī)按其擠壓方法又分為正向擠壓機(jī)、反向擠壓機(jī)和聯(lián)合擠壓機(jī)（即在此種設(shè)備上可以實(shí)現(xiàn)正擠壓或反擠壓）三種類型。正向擠壓機(jī)與反向擠壓機(jī)在基本結(jié)構(gòu)上沒(méi)有的差異。 目前我國(guó)鋁材擠壓機(jī)的數(shù)量已居世界前列，但裝機(jī)水平仍很落后，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家98%擠壓機(jī)的擠壓力超過(guò)15MN，而我國(guó)90%擠壓機(jī)的擠壓力在15MN以下?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在今后十多年內(nèi)，我國(guó)現(xiàn)有大多數(shù)小壓機(jī)將被淘汰，計(jì)算機(jī)輔助擠壓系統(tǒng)，以使等溫?cái)D壓期間都處于最大擠壓水平作用下，盡量縮短實(shí)際時(shí)間，提高鋁材質(zhì)量；超精細(xì)的液壓油過(guò)濾器，并有連續(xù)側(cè)液壓油質(zhì)量與溫度的儀器；各項(xiàng)工藝參數(shù)顯示與監(jiān)控電子系統(tǒng)；管理信息與診斷顯示系統(tǒng)，顯示各項(xiàng)工藝參數(shù)與生產(chǎn)情況的種種信息，以及對(duì)設(shè)備故障及時(shí)發(fā)出警告與顯示信號(hào)，指導(dǎo)維護(hù)與檢修，最大限度地縮短停機(jī)時(shí)間等，使擠壓機(jī)工作達(dá)到最大優(yōu)化。 鋁及其鋁合金具有一系列優(yōu)異特性，在金屬材料的應(yīng)用中僅次于剛才而居第二位。目前，全世界鋁材的銷量1800萬(wàn)噸以上，其中由用于交通運(yùn)輸?shù)匿X材約占27%，用于建筑裝修的鋁材約為23%，用于包裝工業(yè)的鋁材約占20%。我國(guó)鋁材消費(fèi)趨向更有獨(dú)特的情況，尤其是進(jìn)入改革開放的80年代以來(lái)，建筑鋁型材、特薄鋁板、軟包裝鋁箔等急劇增加，鋁型材的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人民生活的各個(gè)層面。1980年我國(guó)鋁型材的消費(fèi)量約30萬(wàn)噸，到1992年猛增到70萬(wàn)噸，12年增長(zhǎng)了1.3倍。 建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是鋁消費(fèi)最大的市場(chǎng)之一。鋁材在建筑業(yè)上主要用做門窗、幕墻框格、鋁塑復(fù)合板和管材等。目前建筑用鋁已占全世界鋁產(chǎn)量的25%左右，而我國(guó)建筑用鋁材已超100萬(wàn)噸/年，占據(jù)產(chǎn)量的1/3以上，其中鋁型材已超過(guò)100萬(wàn)噸/年，占據(jù)產(chǎn)量的1/3以上，其中鋁型材年消耗量達(dá)90萬(wàn)噸。 高節(jié)能建筑的興起催進(jìn)了門窗制品的結(jié)構(gòu)、功能及相關(guān)材料的迅速發(fā)展。國(guó)家建設(shè)部1996年9月就頒發(fā)了“建筑節(jié)能政策” ，具有規(guī)定了發(fā)展節(jié)能窗的方針與方法， 明確提出了到2000年要實(shí)現(xiàn)節(jié)能50%的新目標(biāo)，這給鋁合金門窗和幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、擠壓工模具的設(shè)計(jì)與制造以及鋁合金擠壓與熱處理工藝優(yōu)化提出了新的要求。由此，設(shè)計(jì)了鋁型材擠壓機(jī)。 第一章 擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)分析 擠壓機(jī)就其結(jié)構(gòu)來(lái)看主要分為三大部分：機(jī)械部分、液壓部分、電氣部分。由于該課題由三人完成，我承擔(dān)是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，因此對(duì)于機(jī)械和電氣部分在此只做簡(jiǎn)單介紹，后面不再對(duì)此做敘述。 1、 主要機(jī)構(gòu) 此鋁型材擠壓機(jī)主要包括以下幾個(gè)機(jī)構(gòu)部分： 供錠機(jī)構(gòu) 用于將加到一定溫度的鋁錠運(yùn)送至擠壓中心上。它利用一只活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。其運(yùn)動(dòng)過(guò)程速度當(dāng)可控，以便實(shí)現(xiàn)快速上升、慢速調(diào)整到位、快速返回等不同過(guò)程。 合模機(jī)構(gòu) 靠?jī)蓚€(gè)柱塞缸將料膽筒在整個(gè)擠壓過(guò)程始終緊壓模口以進(jìn)行擠壓而不出現(xiàn)飛邊（流涏）等不良現(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)此功能，要求液壓系統(tǒng)有保壓環(huán)節(jié)，普通滑閥系統(tǒng)多采用蓄能器或壓力繼電器等措施來(lái)完成。 擠壓機(jī)構(gòu) 鑒于活塞缸對(duì)內(nèi)筒加工要求高且大噸位擠壓設(shè)備中需要很大的活塞面積，相比之下柱塞缸機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出同樣擠壓所需要面積小等原因，采用柱塞缸來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)平穩(wěn)擠壓過(guò)程。伴隨而來(lái)，需要兩個(gè)側(cè)缸保證柱塞返程，這個(gè)過(guò)程也要經(jīng)歷推錠到位、擠壓、保壓、快退等不同階段，且擠壓階段速度要求高，因此也要求速度可調(diào)，傳統(tǒng)方式采用定量泵節(jié)流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 剪切機(jī)構(gòu) 擠出的型材達(dá)到一定長(zhǎng)度后，需要將型材剪斷或?qū)河嗖糠址蛛x，用剪切筒來(lái)完成。它是一個(gè)立式柱塞缸，運(yùn)動(dòng)過(guò)程要求剪切速度恒定，無(wú)沖擊、爬行現(xiàn)象。 換模機(jī)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀型材的加工，需要更換模座，它由一活塞缸往返運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。要求在擠壓過(guò)程中模座不動(dòng)，常用雙向液壓鎖達(dá)到目的。整個(gè)壓力過(guò)程簡(jiǎn)述如下： 泵啟動(dòng)→料膽缸前進(jìn)，料膽筒緊壓模座→供錠缸上升送錠至擠壓中心→擠壓缸快進(jìn)推錠入模→供錠缸復(fù)原→擠壓缸工進(jìn)擠壓成形→料膽缸退使壓余、墊片脫離料膽筒→擠壓缸快退復(fù)原→料膽缸復(fù)原→剪切缸下行剪斷型材→剪切缸復(fù)原→模座缸下行換?！Ｗ讖?fù)原并鎖定。一個(gè)循環(huán)結(jié)束 2、 液壓系統(tǒng) 該部分是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，對(duì)此先在這里做一個(gè)概括性的介紹，后面將非常詳細(xì)的介紹液壓系統(tǒng)的每個(gè)方面。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 （1）多采用定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。這無(wú)疑對(duì)系統(tǒng)能源不能充分利用，而且積累節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)往往不能達(dá)到精確控制的目的。但鋁型材在擠壓過(guò)程中是否能精確均勻擠壓將直接影響泵其表面及整體質(zhì)量 。因此，考慮在本次設(shè)計(jì)中采用變量泵容積調(diào)速系統(tǒng)。較先進(jìn)的速度反饋控制系統(tǒng)見(jiàn)圖1.1所示。 其工作原理是這樣的，給定電壓信號(hào)經(jīng)放大后輸入給電液比例閥電控器。使比例閥動(dòng)作，閥口打開一定量，控制泵輸出油經(jīng)比例閥動(dòng)作，閥口打開一定量，控制泵輸出油經(jīng)比例閥口驅(qū)動(dòng)變量機(jī)構(gòu)，改變泵輸出流量而實(shí)現(xiàn)擠壓調(diào)速。同時(shí)泵變量機(jī)構(gòu)上裝有位移 傳感器進(jìn)行位置反饋，產(chǎn)生位移電信號(hào)與給 定電壓信號(hào)相減直到為零，此時(shí)變量機(jī)構(gòu)不 再動(dòng)作，泵輸出流量固定在某一穩(wěn)定值上，擠壓速度保持不變。 這種傳動(dòng)方式的突出優(yōu)點(diǎn)是流量變化的線 圖1.1 調(diào)速系統(tǒng)液壓原理圖 性度好，小流量輸出時(shí)流量任保持穩(wěn)定，低 速穩(wěn)定性極佳；且控制油采用變量泵供給，功率損失小，發(fā)熱少，更可以大大提高快速響應(yīng)性。設(shè)計(jì)中將考慮移植。 （2）多采用滑閥實(shí)現(xiàn)控制。這對(duì)擠壓機(jī)大噸位大流量來(lái)說(shuō)存在一個(gè)致命的矛盾：大流量伴隨大的液壓動(dòng)力，普通電磁閥難以實(shí)現(xiàn)。甚至需要電液閥，大大增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。而且，滑閥系統(tǒng)存在死區(qū)，使得精確控制成為紙上談兵。另外，滑閥采用面密封形式，泄露較大難以實(shí)現(xiàn)前述保壓等功能。而插裝閥系統(tǒng)不存在上述問(wèn)題。它靠獨(dú)特的線密封保證泄露少，基本可以在不外加設(shè)備（如蓄能砌等）的情況下現(xiàn)實(shí)保壓。更有，插裝閥系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同回路單獨(dú)控制的功能，大大 便利了對(duì)系統(tǒng)提出的不同要求的滿足。 （3）以往系統(tǒng)多采用單步驟工況逐步實(shí)現(xiàn)循環(huán)。（例如，擠壓缸工進(jìn)與供錠缸下降復(fù)原，本可以在同一時(shí)間段內(nèi)完成卻采用了分步執(zhí)行）這大大延長(zhǎng)了工作循環(huán)周期，而且不利于能源的有效利用，考慮如何在同一時(shí)間段內(nèi)完成多個(gè)動(dòng)作將是傳統(tǒng)的一大突破。 綜上，本次設(shè)計(jì)將在采用容積調(diào)速回路、插裝閥控制以及多動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行的思路下進(jìn)行。 3、 電氣控制 該部分的內(nèi)容是本次設(shè)計(jì)所要了解的部分，隨著信息化的時(shí)代來(lái)臨，要真正掌握一臺(tái)機(jī)床的每個(gè)方面已不能只停留在單純的人工控制了。為了減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，自動(dòng)控制是當(dāng)代機(jī)械領(lǐng)域的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。 20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。 ? ? 自從第一臺(tái)PLC出現(xiàn)以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國(guó)、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，在世界市場(chǎng)上占用重要地位。對(duì)于擠壓機(jī)控制環(huán)節(jié)采用PLC是一個(gè)即實(shí)惠又可以很好的滿足設(shè)計(jì)要求。 機(jī)械、液壓、電控三大部分很好的連接起來(lái)設(shè)計(jì)是該課題的關(guān)鍵，脫離了其中任何一樣都可能最終引起擠壓機(jī)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。因此，為了能將三大部分很好的連接，我們這組成員在設(shè)計(jì)中應(yīng)該很好的配合。在確定好方案之后，各自的設(shè)計(jì)最終能夠組合起來(lái)構(gòu)成一臺(tái)完整的機(jī)器。 第二章 液壓缸機(jī)構(gòu)形式確定 由擠壓工藝要求，擠壓系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由模座、料膽、機(jī)械手、剪刀、擠壓等五部分組成，其中各部件運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)由液壓缸完成。下面分別設(shè)計(jì)。 ·模座缸 用來(lái)更換擠壓缸模以達(dá)到加工不同鋁錠材的目的。工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證穩(wěn)定不動(dòng)，所以應(yīng)當(dāng)有鎖緊裝置?？捎闷胀ɑ钊讓?shí)現(xiàn)，如圖2.1 ·料膽缸 用于限制錠坯橫向運(yùn)動(dòng)。由于在擠壓過(guò)程中，它要以左邊模座接受錠坯，且模座缸在其右的中央位置，故料膽缸不宜采用單臂工作。將其設(shè)計(jì)為水平雙缸操作是合理的，其機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖2.2. ·機(jī)械手（供錠手） 用來(lái)將熱錠坯運(yùn)送到擠壓中心線上。它的工作循環(huán)僅僅是上升下降，故機(jī)構(gòu)也應(yīng)為普通活塞缸。見(jiàn)圖2.1 ·剪切缸 它將擠壓結(jié)束后棒料剩余部分剪下，剪切完畢后自動(dòng)退回，其運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)是豎直平面內(nèi)的上下往復(fù)，故機(jī)構(gòu)形式也應(yīng)如圖2.1，只不過(guò)在柱塞狀頭部加一合金刀具而已(圖2.3)。 ·主缸 主缸是整個(gè)擠壓過(guò)程的關(guān)鍵，其要求有很多特點(diǎn)： 圖2.1 模座缸、機(jī)械手機(jī)構(gòu)示意 圖2.2料膽缸機(jī)構(gòu)示意 圖2.3剪切缸 結(jié)構(gòu)示意 （1）承受大的擠壓力，要求有較大油壓面積。 （2）主缸在推動(dòng)棒料進(jìn)入料膽時(shí)，應(yīng)當(dāng)是快速前進(jìn)。 （3）全壓擠壓時(shí)，速度緩慢，應(yīng)當(dāng)可調(diào)。 （4）主缸退回也應(yīng)當(dāng)快速進(jìn)行。 由以上四項(xiàng)要求，不難發(fā)現(xiàn)許多矛盾之處：大的承壓面積將要求大的流量，對(duì)泵的規(guī)格要求偏大，不符合節(jié)能原則。同一個(gè)擠壓過(guò)程同時(shí)要求兩種擠壓速度。顯然，用普通活塞缸是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此考慮采用圖2.4所示主要側(cè)缸的復(fù)合形式。它的工作原理就是：在快速推錠與快速返回時(shí)只對(duì)側(cè)缸共同接受泵來(lái)油。這樣不僅大大節(jié)約了耗油量，而且不會(huì)降低擠壓力。至于主缸與油箱之間可通過(guò)電磁閥控制針閥實(shí)現(xiàn)。 以上初定各缸機(jī)構(gòu)，至于具體尺寸則要根據(jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)書中的數(shù)據(jù)要求加以確定，見(jiàn)表2.1。 1—側(cè)缸 2—主缸 圖2.4 擠壓缸結(jié)構(gòu)示圖 表2.1 800噸鋁型材擠壓機(jī)性能參數(shù)表 最大擠壓力 高噸位 7850KN 低噸位 6540KN 擠壓回程力 650KN 擠壓速度 （高噸位） 工進(jìn) 54～12.5mm/s 快退 130mm/s 最大擠壓力 高噸位 7850KN 低噸位 6540KN 機(jī)械手 最大負(fù)載 15 KN 最大運(yùn)動(dòng)速度 100 mm/s 料膽缸 前進(jìn)阻力 80 KN 鎖緊力 80 KN 前進(jìn)速度 140 mm/s 模座缸 推力 25 KN 移動(dòng)速度 280 mm/s 剪切缸 剪切力 350 KN 剪切速度 110 mm/s 第三章 擠壓力確定 要計(jì)算擠壓力必須了解一下擠壓原理，擠壓法的實(shí)現(xiàn)方式又可分為兩種：正擠壓和反擠壓。正擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方式與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相同，其主要特征是錠坯與擠壓筒內(nèi)壁間存在著較大的外摩擦。反擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與擠壓的運(yùn)動(dòng)方向相反，其特點(diǎn)是金屬與擠壓筒內(nèi)壁間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，繼而也就不存在外摩擦。正擠壓和反擠壓的不同特點(diǎn)對(duì)擠壓過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有著極大影響。 本設(shè)計(jì)采用正向法，原因如下： （1） 鋁合金流動(dòng)性較大，摩擦力對(duì)型材質(zhì)量影響較小。 （2） 反向擠壓是將模子設(shè)置在擠壓桿內(nèi)部，這樣對(duì)擠壓桿擠壓強(qiáng)度要求較高，且模座更換異常復(fù)雜，生產(chǎn)效率不高。 （3） 反向擠壓法對(duì)型材長(zhǎng)度有一定限制，應(yīng)用場(chǎng)合將大大減小。 正向擠壓法產(chǎn)生棒材、線材、型材的示意圖如圖3.1所示，通常是將鑄錠加熱至規(guī)定的溫度后放入擠壓筒中，比擠壓筒內(nèi)徑稍小的擠壓桿迫使金屬通過(guò)?？琢鞒龆兂膳c模孔形狀、尺寸相同的制品。為了減少擠壓桿磨損，將擠壓桿直徑做得比擠壓筒內(nèi)徑稍小，并在其端頭加一個(gè)直徑幾乎與擠壓閥中的部分金屬1—棒材 2—模座 3—模子 4—錠坯 5—墊片 擠壓機(jī)構(gòu)由擠壓機(jī)和擠壓工具組成。 6—擠壓筒內(nèi)襯 7—料膽 8—擠壓缸 擠壓機(jī)分臥式和立式兩類。擠壓桿運(yùn)動(dòng)3.1擠壓示意圖 方向與地面平行的稱其為臥式機(jī)，能力 一般為1000～5000噸；擠壓桿運(yùn)動(dòng)方向與地面垂直的為立式機(jī)，能力一般為300～1000噸。考慮到立式機(jī)對(duì)型材長(zhǎng)度要求有限制，故本設(shè)計(jì)采用臥式擠壓機(jī)。 擠壓工具一般包括模子、穿孔針（管材用），擠壓墊和擠壓筒（或稱料膽筒）以及一些其他配件。 模座 模座是擠壓產(chǎn)生中重要的工具，它的結(jié)構(gòu)形式，各部件尺寸，以及所用材料和加工處理擠壓力、金屬流動(dòng)均勻性、制品尺寸的精度、表面質(zhì)量及其使用壽命都有極大影響。最基本的使用最廣泛的是平模和錐模。 穿針孔 穿孔針或芯棒是用來(lái)確定空心制品內(nèi)部尺寸和形狀的工具。當(dāng)用實(shí)心錠擠壓時(shí)，用來(lái)穿針工具稱為穿孔針，而在用空心錠擠壓時(shí)，稱為芯棒。 擠壓墊 它用來(lái)將錠坯與擠壓桿隔離，一方面防止驟熱損壞擠壓桿表面質(zhì)量；一方面代替擠壓桿與擠壓筒內(nèi)壁摩擦。二者都有利于提高擠壓質(zhì)量。 擠壓桿 它用來(lái)向錠坯施加壓力。由于在擠壓過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間承擔(dān)大噸位壓力，故對(duì)其質(zhì)量要求也相當(dāng)嚴(yán)格。否則，擠壓不均勻或者使管材偏心都是常見(jiàn)的廢品形成原因。此外，工作時(shí)擠壓桿還可能產(chǎn)生壓潰、龜裂和碎裂等，都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。 擠壓筒 它由兩層或者三層以上的村套以過(guò)盈熱配合組裝在一起，是擠壓過(guò)程中的關(guān)鍵部件。擠壓筒內(nèi)表面裝態(tài)和潤(rùn)滑情況決定了鑄錠與筒壁相接觸表面上摩擦力的大小。當(dāng)表面光滑且潤(rùn)滑良好時(shí)，摩擦力小，擠壓均勻。所以將擠壓筒設(shè)置多層銅套降低摩擦，且摩損后易更換。加工過(guò)程中擠壓筒應(yīng)緊靠模座，并保持一定鎖 緊力，以避免出現(xiàn)飛邊、流涏。以上部件見(jiàn)圖3.2. 1. 模子 2. 擠壓桿 3.穿孔針 4. 擠壓筒內(nèi)襯 5.擠壓墊 圖3.2 擠壓機(jī)部件圖 在對(duì)擠壓原理有了以上認(rèn)識(shí)后，下面我們著重闡述液壓系統(tǒng)的擠壓力計(jì)算。 擠壓力P就是擠壓桿通過(guò)墊片作用在被擠壓的金屬坯料上的力，它的大小、方向隨擠壓桿的行程而變化（見(jiàn)圖3.3） 圖3.3 正向擠壓 在擠壓的第一階段—填充階段，坯料受到墊片和模壁的鐓粗作用。其長(zhǎng)度縮短，直徑增加，直至充滿整個(gè)擠壓筒。在此階段內(nèi)，坯料變形所需的力和圓柱體鐓粗一樣，隨著擠壓桿向前運(yùn)動(dòng)，P不斷增加。第二階段為（平流階段）。在此階段內(nèi)，對(duì)正向擠壓來(lái)說(shuō)，擠壓力隨擠壓的推進(jìn)下降；而對(duì)反向擠壓，則P幾乎保持不變。在上述兩個(gè)階段中間，有一個(gè)過(guò)渡階段，其特點(diǎn)是填充還沒(méi)完成，但坯料已從模口向外流出，所以壓力還繼續(xù)上升，直到坯料完全充滿擠壓筒，進(jìn)入穩(wěn)定擠壓階段為此。第三階段為擠壓中了階段（紊流階段）。這時(shí)擠壓殘余已很薄，坯料依靠墊片與模壁間的強(qiáng)大壓力而產(chǎn)生橫向流動(dòng)，到達(dá)模口處再轉(zhuǎn)流出?？?，墊片與橫壁 的摩擦影響增強(qiáng)，所以擠壓力出現(xiàn)回升。此階段在正常生產(chǎn)中很少出現(xiàn)，因?yàn)檫@部分金屬擠出的制品，大部分將出現(xiàn)粗晶環(huán)、縮尾等缺陷。 計(jì)算擠壓力的公式很多，下列為一個(gè)簡(jiǎn)便的計(jì)算公式： 式中：P—擠壓力，MPa； A—擠壓筒或擠壓筒減擠壓針面積，cm； —與變形速度和溫度有關(guān)的變形抗力，MPa； 第四章 液壓缸尺寸計(jì)算 1、 液壓缸尺寸計(jì)算公式 （1）根據(jù)A=F/(p·η)計(jì)算面積； （2）根據(jù)d=計(jì)算桿徑d并圓整； （3）計(jì)算面積A=d; (4) 根據(jù)P=F/(Aη),計(jì)算實(shí)際工作壓力P； （5）根據(jù)Q=v·A計(jì)算所需流量。 2、主缸尺寸計(jì)算 初定液壓缸工作動(dòng)力P=28MPa，綜合考慮摩擦和負(fù)載，取機(jī)械效率η=0.96. A1 為柱塞缸柱塞面積；d1 為柱塞直徑； A2 為側(cè)缸無(wú)桿腔面積；d2 為側(cè)缸內(nèi)徑； A3 為側(cè)缸有桿腔有效面積；d3為活塞桿直徑； A1-A2即活塞桿面積。列方程組如下: p1(A1+2A2)= p1A1= 2p1A3= A1=0.23834m A2=27.07×10m A3=12.32×10m 側(cè) d1= ×10=×10=550.88mm d2 =×10=×10=185.66mm d3 =×10=×10=137.04mm 對(duì)柱塞及活塞桿直徑進(jìn)行圓整。 取d1=560mm, d3=125mm, d2=180mm,側(cè) A1= d×10=×560×10=0.2463m A2= d×10=×180×10=0.02545m A3 = A2 -d×10=0.02545-×125×10=0.01317m 各工作階段實(shí)際工作壓力及流量計(jì)算如下： 工進(jìn)時(shí)：p==×10=27.51MPa Q=(A1+2A2)ν=（0.02545×2+0.2463）×10×5.4×60×10 =96.26L/min 快退時(shí)： p==×10=20.9MPa Q=2A3·v=2×0.013175×130×10×60×10=205.58L/min 工進(jìn)時(shí)： Q=(A1+2A2)ν=2×0.02545×13.5×60+0.2463×13.5×60 =240.7L/min 若無(wú)特別說(shuō)明，以下缸速比均為1:1.25,以后將不再說(shuō)明。 3、 剪切缸尺寸計(jì)算 剪切缸要求壓力較高可以與主缸同壓，取p=280MPa; η=0.9,由表3.1，剪切缸面積 A===0.0127m D=×10=×10=127.4mm 取標(biāo)準(zhǔn)系列D=140mm A= D=140×10=0.0154m 剪切缸工作壓力 p= ==25.2MPa 工作所需流量 P=v·A=0.0154×110×60=101.64L/min 4、 料膽缸尺寸計(jì)算 初定其工作壓力為p=10MPa（兩個(gè) 缸的緣故），由表2.1，液壓缸面積2A== ，A=0.004445m，即 D-d=0.004445m。 ?。模剑福埃恚恚?jīng)上式篩選ｄ＝２８ｍｍ，速比１.１５較合適。此時(shí)，Ａ＝（０.０８－０.０２８）＝０.００４４０９m，側(cè) 料膽缸工作壓力 　　　　　　　ｐ＝＝×10＝１０.０７ＭＰａ 工作所需流量 Q=2Ａv＝2×0.004409×240×60=117.8L/min 5、 機(jī)械手計(jì)算 機(jī)械手負(fù)載力較小，可初設(shè)其工作壓力P=15MPa，由表2.1，計(jì)算機(jī)機(jī)械手活塞缸面積 A===1.1×10m D=×10=×10=37.4mm 按標(biāo)準(zhǔn)（資料1）圓整為D=40mm。 側(cè) A=d=×（40×10）=12.564×10m 機(jī)械手工作壓 P==×10=13.262MPa 所需工作流量 Q=v·A=100×10×12.564×10×60×10=7.54L/min 6、 模座缸尺寸計(jì)算 模座缸用來(lái)固定模子，其工作壓力也較低，初設(shè)為p=15MPa，由表3.1計(jì)算液壓缸面積。 A===1.85×10m D==×10=48.56mm 由標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)資料1）圓整為D=50mm。側(cè) A= D×10=50×10=19.64×10m 所以模座缸工作壓力為 P==×10=14MPa 所需工作流量為 Q=vA=19.64×10×280×60×10=33L/min 將以上計(jì)算結(jié)果列表4.1。 表4.1 液壓缸尺寸參數(shù) 料膽缸 剪切缸 機(jī)械手 模座缸 擠壓缸 主缸 側(cè)缸 數(shù)量 2 1 1 1 1 1 直徑/mm 45 140 50 50 560 180 負(fù)載/mm 80 350 15 15 7859KN 速度/mm·s 240 110 100 280 工進(jìn) 快退 5.4～13.5 130 壓力/MPa 10.07 25.2 13.26 14 7.51 — 流量/L·min 117.8 101.54 7.54 33 96.29～22.8 205.58 供油泵 泵1、2 泵1、2 泵1 泵1 泵1、2 此欄為泵源設(shè)計(jì)結(jié)果 第五章 泵源的確定 因?yàn)閿D壓缸的工作穩(wěn)定性要求最高（這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量），所以選擇泵源應(yīng)從擠壓缸要求入手。 在開題報(bào)告部分，介紹了由定量泵與變量泵相互組合并由同一電機(jī)帶動(dòng)的泵源，分析過(guò)它的優(yōu)點(diǎn)是低速穩(wěn)定性極佳、流量變化的線性度好。這正是鋁型材擠壓所需要的，因此我們選用此泵。同時(shí)注意到其調(diào)速想系統(tǒng)又是由一小功率PGY恒壓變量泵在一定壓力下流量可迅速減小至系統(tǒng)所需值，因此功率損失小，發(fā)熱小，又有節(jié)能之功效。其控制部分見(jiàn)圖5.1所示。 當(dāng)主泵選好后，我們?cè)倏雌渌麍?zhí)行元件。剪切缸壓力大于25MPa，而剪切缸與料膽缸二者所需流量均超過(guò)100L/min因而將二者主缸共用主泵是合理的。這樣做同時(shí)帶來(lái)的好處是：主缸、剪切缸、料膽缸動(dòng)作全部采用了容積調(diào)速方式，大大降低了系統(tǒng)的功率損失?？梢哉f(shuō)在這一點(diǎn)上，本次設(shè)計(jì)比以往有了一個(gè)新突破。 然而，當(dāng)我們?cè)倏礄C(jī)械手和模座缸兩個(gè)執(zhí)行元件時(shí)卻發(fā)現(xiàn)它們的壓力均很低， 流量又很小。這時(shí)將面臨是否再選擇小規(guī)格泵的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)深入考慮，我們放棄 了這種思路。原因如下： （1）我們已經(jīng)用昂貴的代價(jià)裝置了上述新型泵源，若再設(shè)置外源則存在利用不足問(wèn)題。 （2）機(jī)械手和模座缸動(dòng)作時(shí)間相對(duì)主缸擠壓時(shí)間來(lái)說(shuō)微不足道，因此，若用單獨(dú)泵源來(lái)控制，則在大部分工作循環(huán)中此泵將閑置。這樣，將下來(lái)的問(wèn)題就是要使選泵源為此低壓回路供油的問(wèn)題。 首先，這兩個(gè)執(zhí)行元件所需流量不大，故無(wú)須雙泵合流。至于采用定量 圖5.1變量控制部分 泵還是變量泵單獨(dú)供油，則需考慮各自調(diào)速方式的可行性。采用變量泵 雖有容積調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，但我們可發(fā)現(xiàn)在動(dòng)作循環(huán)中變量泵從大到小流量調(diào)整的跳 躍，這會(huì)對(duì)其控制部分產(chǎn)生沖擊，降低泵源壽命，同樣對(duì)執(zhí)行元件的初始動(dòng)作也 會(huì)產(chǎn)生沖擊等現(xiàn)象。而采用定量泵則無(wú)此缺點(diǎn)，至于由此帶來(lái)的節(jié)流調(diào)速的功率 損失則因?yàn)槠涔ぷ鲿r(shí)間短而變得微不足道了。 綜上，可畫出泵源示意 圖5.2（其作用列入表4.1）。 泵的規(guī)格應(yīng)當(dāng)按主側(cè)缸工作、料膽缸和剪切缸所需最大規(guī)格來(lái)選。由表4.1 可知P為27.95MPa，Q為205.58L/min。由此可選擇泵額定壓力31.5MPa， Q為125L/min的CY（P）14—1。 而控制泵3則只需最小流量規(guī)格的 PCY泵，考慮到要用它對(duì)料膽缸實(shí)行保 壓壓力為 P==×10=9.07MPa 因而泵選取額定壓力為10MPa完全符 合，這同時(shí)滿足控制油路用低壓的要求。 其規(guī)格為30MPaY14—1B。 圖5.2 泵源示意 第六章 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 1、 擠壓回路設(shè)計(jì) 擠壓回路最大的問(wèn)題就是在于擠壓終了不能立即返程。因?yàn)榇藭r(shí)回路內(nèi)壓力很高，若換向閥立即換向，則會(huì)引起很大的沖擊。這樣必須在換向閥加置一個(gè)緩沖閥（它是由液控單向閥來(lái)完成的）。 此外，主缸在快進(jìn)時(shí)不用泵供油，就要求一個(gè)上置油箱來(lái)為主缸充液，而充液閥必須在主缸工進(jìn)時(shí)關(guān)閉，并且，只有當(dāng)側(cè)缸壓力達(dá)到規(guī)定壓力（27.5MPa）才會(huì)主缸共同擠壓，這又要求一個(gè)順序閥。為了保證快退時(shí)主缸回路通暢，還應(yīng)需要在順序閥下加一個(gè)單向閥。 充液閥的開關(guān)是由輔助泵來(lái)控制的，他需要一個(gè)兩位四通閥來(lái)?yè)Q向。 考慮到擠壓時(shí)流量過(guò)大，因而必須伴隨極大的液動(dòng)力，用普通換向閥顯然是不合要求的。電液換向閥的選擇成為必然，其控制的油應(yīng)當(dāng)由壓力身來(lái)提供，以保證換向可靠。 先導(dǎo)比列電磁溢流閥用來(lái)調(diào)定主油路所需壓力。 此部分原理圖見(jiàn)6.1。其工作順序如下： 11DT得電，主側(cè)缸快進(jìn)，待到位后壓力漸升，繼電器發(fā)訊，2DT得電，擠壓成型，12DT得電，2DT失電，擠壓缸卸荷并快退返回。 2、剪切回路的設(shè)計(jì) 剪切缸由泵1、2供油，速度可根據(jù)對(duì)變量泵比列閥施加不同信號(hào)得以控制。所以設(shè)計(jì)的只要任務(wù)就應(yīng)當(dāng)是保證剪切缸不能有爬行現(xiàn)象，也即剪切缸可以在任意位置鎖緊。因此，回路中添加單向閥是必要的。 其回路原理見(jiàn)圖6.2。使用電液換向閥也是為了滿足的需要。其循環(huán)原理較簡(jiǎn)單，不再多述。 圖6.1 擠壓回路設(shè)計(jì) 圖6.2 剪切回路 3、料膽缸回路的設(shè)計(jì) 料膽缸動(dòng)作時(shí)所需要較大流量，應(yīng)當(dāng)由泵1、2合流供應(yīng)。這就需要一個(gè)液動(dòng)換向閥。當(dāng)合模結(jié)束，主缸工進(jìn)進(jìn)行擠壓時(shí)，必須有一定的鎖緊力作用于料膽缸上，也就是說(shuō)料膽缸應(yīng)在一定壓力下保持一段時(shí)間。在滑閥系統(tǒng)中考換向閥置中位切斷油路是不能滿足要求的，這是由滑閥面密封的局限性決定的。因此需要保壓泵供油?？紤]到泵3此時(shí)無(wú)甚動(dòng)作，故取其油源。這樣需要一個(gè)兩位三通閥來(lái)切換。另外，泵3在主缸工進(jìn)前一瞬間要關(guān)閉充液閥，因而壓力將驟減，為避免引起流動(dòng)缸卸壓，應(yīng)串聯(lián)單行閥?；芈芬?jiàn)圖6.3。 動(dòng)作順序如下： 5DT得電、合模，到位后5DT失電，13DT得電保壓。擠壓結(jié)束后13DT失電，由其自然卸荷。6DT得電，料膽缸復(fù)原。 4、供錠回路設(shè)計(jì) 供錠缸流量需求較小，可單定量泵控制。因?yàn)楣╁V手速度要求可調(diào)，故而應(yīng)當(dāng)增加節(jié)流閥調(diào)速。加入雙節(jié)流閥后會(huì)導(dǎo)致回油路不暢，應(yīng)在節(jié)流閥旁并聯(lián)單向閥。另外，供錠手供錠到位后應(yīng)能保持一定時(shí)間不會(huì)發(fā)生爬行下滑現(xiàn)象，所以液控單向閥也是必要的?；芈芬?jiàn)圖6.4，動(dòng)作順序略。 圖6.3 料膽缸回路 5、模座缸回路設(shè)計(jì) 模座缸流量也較小，故任采用單定量泵節(jié)流調(diào)速回路。但是模座缸的更高要求是出于特定位置后應(yīng)當(dāng)有雙向鎖定裝置，否則會(huì)引起嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。辦法是加雙液控單向閥。如圖6.5所示。因?yàn)樵谥形粫r(shí)液控單向閥控制部分必須接油箱才能保障單向閥準(zhǔn)確關(guān)閉，因而換向閥中位應(yīng)為Y型。動(dòng)作順序略。 圖6.4供錠回路 圖6.5模座缸回路 6、 合分流裝置 因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)有兩種供油方式，即定、變量泵合流供料膽缸、剪切缸、擠壓缸、定量泵單獨(dú)供應(yīng)機(jī)械手、模座缸、所以應(yīng)有分流措施。圖6.3已經(jīng)示出了用單向閥加以分離的措施，但是，當(dāng)定量泵單獨(dú)工作時(shí)變量泵是閑置的，為避免定量泵再次通過(guò)單向閥與變量泵同時(shí)卸荷，變量泵應(yīng)處于系統(tǒng)工作在高壓時(shí)壓力建立不起，全部從低壓回路溢流閥流掉。為此我們?cè)黾恿艘嚎貑蜗蜷y，如圖6.4所示。 第七章 元件選擇 元件選擇的原則是： （1）滿足回路壓力要求； （2）滿足執(zhí)行元件所需流量。 將圖6.1、6.2、6.3、6.4、6.5組合成系統(tǒng)回路，見(jiàn)“擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖”，各元件詳見(jiàn)圖中明細(xì)表。 圖7.1 泵源回路 第八章 電機(jī)選擇 考慮選用冶金及起重用三相異步電機(jī)。它具有較大的過(guò)載能力和較高的機(jī)械強(qiáng)度，特別適用于短時(shí)間或繼續(xù)周期運(yùn)行、頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)、有時(shí)過(guò)負(fù)載及有顯著震動(dòng)沖擊的設(shè)備，并能在金屬粉塵和高溫的環(huán)境下工作。這類電機(jī)大多采用繞線型轉(zhuǎn)子。 從系統(tǒng)看，泵1、2周期性負(fù)荷叫嚴(yán)重，且負(fù)荷均較大，適于選用Y系列電機(jī)。而泵3負(fù)載較小，工作平穩(wěn)，若功率滿足要求，可選鼠龍式Y(jié)Z系列。 泵驅(qū)動(dòng)功率可用式N=（W）計(jì)算。 本系統(tǒng)：泵1、2實(shí)際工作壓力p為缸最大工作壓力加上損失△p（設(shè)為1MPa），則P=27.51+1=28.51MPa 泵1、2在最大工作壓力下實(shí)際總流量為222.8L/min，考慮泄露， Q=222.8×1.1=245L/min，設(shè)η=85% 則 N==136.9kw 泵3最大工作壓力p=9.07MPa，實(shí)際工作流量極小，故選取小規(guī)格即可， 綜上，電機(jī)1（供泵1、2）選Y280M—2，電機(jī)2（供泵3）選YZ112M—6. 第九章 各電液換向閥改裝 傳統(tǒng)液壓控制方向閥普通采用“圓柱滑閥型”,這種閥通過(guò)閥芯在閥體孔內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變閥口過(guò)流面積來(lái)控制。其缺點(diǎn)是顯著的：動(dòng)作不靈敏、有死區(qū)；并且其各閥口是同步控制的，不能單獨(dú)調(diào)整，局限性大。特別在大流量下伴隨液動(dòng)力大，動(dòng)作不可靠的問(wèn)題。 為了解決以上問(wèn)題，早在70年代初，就有用錐閥控制閥口啟閉的控制形式，通過(guò)多個(gè)錐閥組合實(shí)現(xiàn)各種換向要求，因其僅僅表現(xiàn)為閥口的開啟與閉合，故稱之為“邏輯閥“之后，隨著先導(dǎo)控制技術(shù)的揉和，越來(lái)越發(fā)展成為方向、流量、壓力的綜合控制，此時(shí)，錐閥稱之為主級(jí)。因?yàn)檫@種錐閥結(jié)構(gòu)采用閥芯與閥套組合為單元，配之以控制蓋板和先導(dǎo)閥直接插入閥體孔內(nèi)。因此又稱之插裝閥。因?yàn)槊恳粋€(gè)錐閥單元僅有一個(gè)進(jìn)口，一個(gè)出口，因此稱為二通插裝閥。目前，已廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)中，特別是與比例控制技術(shù)結(jié)合之后，已構(gòu)成一種新控制技術(shù)——電液比例插裝技術(shù)。 內(nèi)嵌式邏輯錐閥，雖然單個(gè)成本高，但將其集成化后，與現(xiàn)實(shí)的功能相比，成本是不值一提的，況且實(shí)踐證明，此種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中有體積小，易安裝，故障檢測(cè)方便可靠等優(yōu)點(diǎn)，鑒于此，本設(shè)計(jì)將液壓系統(tǒng)進(jìn)行插裝閥改進(jìn)，各部分改進(jìn)如下。 1、剪切缸控制閥（見(jiàn)圖9.1） 由表4.1可知，剪切缸下行所需要流量101.64L/min，在其反向運(yùn)動(dòng)時(shí)回油流量為127.05L/min，故選用LD—16規(guī)格的邏輯閥即可。其控制部分則由一個(gè)三位四通閥的得失電實(shí)現(xiàn)。但是這樣的回路是不完善的，因?yàn)楫?dāng)主油路去執(zhí)行其他元件時(shí)，會(huì)發(fā)生壓力降低的情況，此時(shí)，二通插裝閥不能可靠地關(guān)閉，原因是剪切缸下腔由于承受較大的剪切桿重量建立另外一定壓力，此壓力與主油路壓力比較時(shí)（作用面積對(duì)換向閥來(lái)說(shuō)是1:1）,會(huì)使插裝閥芯開啟產(chǎn)生誤動(dòng)作。因此，在三位四通閥上設(shè)置梭閥，由主油路壓力與剪切缸下腔壓力比較，較高者來(lái)鎖定閥芯。見(jiàn)圖9.2。 選用ф6規(guī)格換向閥的動(dòng)作順序?yàn)椋?ＤＴ得電，P→Ａ，剪刀上行，上腔回油Ｂ→Ｏ：２ＤＴ得電，Ｐ→Ｂ剪刀下行，下腔回油Ａ→Ｏ：中位Ｏ型。 　　　　　　　　　　　　　圖9.1 剪切缸插裝閥回路 2、　料膽缸回路改裝 　料膽缸回路的改裝較簡(jiǎn)單，只需選用三位四通閥控制的四個(gè)插裝閥單元即可，其規(guī)格由流量確定。 料膽缸合模時(shí)流過(guò)油量為117.8L/min（表4.1），同時(shí)回油流量為135.47L/min（速比1.15）?？梢?jiàn)LD—型滿足要求。 其動(dòng)作簡(jiǎn)單，此處不多述。 3、 擠壓缸回路改裝 擠壓缸回路要求快進(jìn)時(shí)柱塞缸與壓力油切斷由充液閥補(bǔ)油；等到推錠到位，側(cè)缸壓力上升到27.5MPa后，壓力油同時(shí)供應(yīng)主側(cè)缸，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)；工進(jìn)結(jié)束要先使主側(cè)缸卸荷，然后才能后退。這要求：①有壓力插裝閥單元，實(shí)現(xiàn)達(dá)到27.5MPa后的順序動(dòng)作。②有卸荷單元，要用緩沖閥實(shí)現(xiàn)。將這些壓力插裝閥單元與四個(gè)方向組合后，回路如圖9.2所示。 其動(dòng)作順序?yàn)椋?DT得電，P→B，側(cè)缸進(jìn)油快速推錠到位，壓力上升，達(dá)到溢流閥開啟壓力，主缸進(jìn)油（此時(shí)針閥關(guān)）擠壓；3DT、4DT得電，主側(cè)缸卸荷（經(jīng)過(guò)1、2回油至O），1DT得電，P→ A，快退（針閥開）回油B→ O。 圖9.2 擠壓缸插裝閥回路 第十章 系統(tǒng)回路的組合與優(yōu)化 若簡(jiǎn)單將剪切缸，料膽缸和擠壓缸插裝閥回路疊加，完全可以滿足要求，但是，考慮到各執(zhí)行元件間的動(dòng)作順序不能重疊，故而不能發(fā)現(xiàn)元件利用不足的情況，譬如同是一個(gè)回油方向插裝閥，本可以在不同時(shí)侯供不同執(zhí)行元件回路，而此處卻重復(fù)許多個(gè)。 最初，我們考慮的方案是所有執(zhí)行元件由一個(gè)插裝閥單元控制進(jìn)油，即將其進(jìn)油路并聯(lián)。而保證某一執(zhí)行元件動(dòng)作，同時(shí)其他元件不誤動(dòng)的措施是在各執(zhí)行件回油路上分別設(shè)置方向插裝閥單元，靠電磁鐵控制某一個(gè)的開啟達(dá)到某一執(zhí)行元件動(dòng)作。這種思路將大大減少插裝閥單元個(gè)數(shù)(由13個(gè)減為9個(gè))。 但是，這種回路的可靠性是欠佳的，①某一個(gè)元件動(dòng)作時(shí)，其他元件進(jìn)油路均建立著高壓，盡管它們的回油路封死無(wú)法動(dòng)作，但是仍舊由于油壓縮性會(huì)產(chǎn)生微小動(dòng)作，這對(duì)電氣系統(tǒng)中的行程開關(guān)控制是危險(xiǎn)的。②上述產(chǎn)生的回油路將是個(gè)密閉容積，長(zhǎng)時(shí)間雙向高壓會(huì)使密封件壞損，且隨著負(fù)載變化，此密閉容積也將發(fā)生變化，必然帶來(lái)噪聲、氣蝕等現(xiàn)象。 為解決上述不足，我們將各執(zhí)行元件兩端設(shè)置一對(duì)方向控制插裝閥，僅僅用來(lái)控制其動(dòng)作與否，至于其油路方向，則所有執(zhí)行元件可以共用一個(gè)三位四通式插裝閥，這種思路下，系統(tǒng)回路如圖10.1所示。具體動(dòng)作順序如附圖“擠壓機(jī)插裝閥系統(tǒng)圖”部分。 其中，各插裝閥單元的規(guī)格均是由執(zhí)行元件的最大流量決定的，這里因?yàn)橄到y(tǒng)有所改變，故應(yīng)重新選擇。 1、2、3、4組成的換向的換向單元是由各執(zhí)行元件的最大流量決定的。而5、6餓流量如前所述為101.64L/min和127.05L/min；7、8的流量分別為135.48L/min和117.8L /min；10、9的流量這樣計(jì)算，工進(jìn)時(shí)分別為222.8L/min和222.8=222.8/=115.4L/min。快退時(shí)至少為115.4與222.8L/min，故取兩者較大值，即9、10流量分別為222.8和222.8L/min，至于11、12，因?yàn)槎咭袚?dān)主側(cè)缸卸荷時(shí)的大流量，因此，其流量分別為240.7L/min和Av=0.2463×12.5×60=184.8L/min。 圖 10.1 插裝閥規(guī)格及流量 綜上，可列出表10.1，來(lái)選出各單元規(guī)格。 表10.1 插裝閥系統(tǒng)回路 序號(hào) 流量/L?min 規(guī)格 序號(hào) 流量/L?min 規(guī)格 序號(hào) 流量/L?min 規(guī)格 1 390 LD—25 5 101.64 LD—16 9 222.8 LD—25 2 205.58 LD—25 6 127.05 LD—16 10 222.8 LD—25 3 240.7 LD—25 7 135.48 LD—16 11 240.7 LD—25 4 125 LD—16 8 117.8 LD—16 12 184.8 LD—25 至于其類型選擇是這樣考慮的：1~10號(hào)插裝閥單元僅僅起方向切換和流量開關(guān)作用，完全可以選擇方向主閥單元，由于此類型元件的開啟面積比1：2，故其油口可互換。11、12號(hào)插裝閥單元雖然是壓力控制部分用，但由于其壓力控制部分我們是用外引節(jié)流口的形式實(shí)現(xiàn)的，故此，仍可將主閥部分用方向替代。當(dāng)然，方向互換也是可行的。 用來(lái)控制各插裝閥單元的電磁換向閥均選6通徑，它是疊加閥（見(jiàn)資料Ⅱ）的標(biāo)準(zhǔn)。 電磁閥的開關(guān)過(guò)程 在電氣設(shè)計(jì)部分有必要提高一份電磁閥的開啟循環(huán)表供其他成員參考，以此達(dá)到互相銜接的目的。 其各閥的開啟循環(huán)如表10.2 表10.2 閥的開啟循環(huán) 動(dòng)作序號(hào) 必須用到的電磁閥 必須關(guān)閉的電磁閥 1料膽進(jìn) 13DT,3DT 4DT 2機(jī)械手上 9DT,5DT 10DT 3主缸快進(jìn) 3DT,7DT 12DT 4機(jī)械手下 5DT,10DT 9DT 5主缸工進(jìn) 3DT,7DT,11DT 6料膽缸工進(jìn) 4DT,13DT 3DT 7主缸退 4DT,8DT,11DT,7DT 8剪切缸下 4DT,6DT 3DT 9剪切缸下 3DT,6DT 4DT 第十一章 附加液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)前面所提出方案，再參考一下另外一種方案以增加此次設(shè)計(jì)的內(nèi)容，用此來(lái)對(duì)比一下前面的設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。此方案只是一個(gè)插曲，本設(shè)計(jì)主要以前面的為主。 前面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一插裝連接設(shè)計(jì)的，附加方案是板式連接，但其工作原理與前面方案一樣。只是所用的設(shè)備與前面的差異較大。此系統(tǒng)圖較前面的復(fù)雜，需要的設(shè)計(jì)功底也較深，難度很大，牽連的知識(shí)面比較廣。 擠壓機(jī)的液壓系統(tǒng)及原理 自裝擠壓機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖11.1所示。系統(tǒng)的執(zhí)行器有驅(qū)動(dòng)擠壓桿29的主液壓缸24、供錠液壓缸25、擠壓筒移動(dòng)液壓缸26、剪刀液壓缸27和模架移動(dòng)液壓缸28等5種液壓缸，除了主缸24為多工作腔的復(fù)合缸外，其余輔助作用的缸均為單活塞桿液壓缸。缸24~28的運(yùn)動(dòng)方向分別由三位四通電液換向閥12~16控制，其中，閥12、14、20為O型中位機(jī)能，可用于常態(tài)時(shí)保壓和鎖定液壓缸而不至于因外力而移位。 系統(tǒng)的油源為定量柱塞泵1、定量葉片泵2和變量柱塞泵3、4，泵的壓力和卸荷分別由電磁溢流閥5、6、7、8控制，各泵出口均設(shè)有單向閥，用以防止壓力油倒灌。系統(tǒng)中右邊（缸25~28）的油路與左邊（主缸1）的油路可以通過(guò)起合流作用的二位二通換向閥9實(shí)現(xiàn)連通和隔開，以便于實(shí)現(xiàn)液壓缸的快慢速控制。主缸1快速動(dòng)作時(shí)，泵1的壓力油通過(guò)二位二通電磁換向閥11控制主缸充液活塞F的升降，啟閉充液油口D，實(shí)現(xiàn)副油箱34向主缸B腔的充液工作，泵2、3和4一并向缸1大量供油（閥9切換至下位），調(diào)速閥2用于調(diào)節(jié)主缸1慢速擠壓時(shí)的速度；單向節(jié)流閥20和21用于調(diào)節(jié)供錠缸25的升降速度。減壓閥10用于調(diào)定主缸之外的其他液壓的工作壓力。 擠壓過(guò)程的動(dòng)作原理如下： 1）主缸快速前進(jìn)（右行） 電磁鐵1YA、2YA、3YA、4YA、5YA、6YA、7YA、17ＹＡ通電，泵４的壓力油經(jīng)閥９的下位與泵２和泵３的壓力油在換向閥９之前匯合后，通過(guò)換向閥１２的左位進(jìn)入主缸１的小腔Ａ（作用面積為小柱塞的橫截面積），驅(qū)動(dòng)擠壓桿２９快速前進(jìn)（右行），同時(shí)泵１的壓力油經(jīng)出口單向閥、換向閥１１餓右位進(jìn)入主１的Ｅ腔，使活塞Ｆ上移，打開充液口Ｄ，副油箱向主缸的Ｂ腔充液。 　２）擠壓　　當(dāng)擠壓桿２９將鋁錠料送進(jìn)擠壓筒３１時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，當(dāng)壓力升高到順序閥６的調(diào)定值打開時(shí)，泵２和泵３的壓力油經(jīng)閥６進(jìn)入主缸Ｂ腔，同時(shí)壓力繼電器７發(fā)信號(hào)，使電磁鐵６ＹＡ斷電使閥１１復(fù)至作位，充液活塞Ｆ受彈簧Ｇ的作用下移，關(guān)閉充液口Ｄ，同時(shí)電磁閥１ＹＡ斷電使泵１經(jīng)閥５卸荷，電磁閥４ＹＡ斷電隔離開左右回路。此時(shí)僅泵２和３向主缸供油，輸入主缸的高壓油作用面積變?yōu)椋虑幻娣e和Ａ腔面積之和，主缸以較大的他推力推動(dòng)擠壓桿慢慢向前擠出制品，擠壓速度由旁路調(diào)速閥２２的開度調(diào)定。 ?。常≈鞲仔逗舍寜骸　D壓結(jié)束后，電磁鐵７ＹＡ斷電，換向閥１２復(fù)至中位，該閥的４個(gè)油口互不系統(tǒng)系統(tǒng)相通，主缸中殘余的高壓油不能使主缸立即停住，此時(shí)，使電磁鐵１７ＹＡ斷電，主缸中的殘余高壓油經(jīng)電磁溢流閥１９卸荷釋壓（通油箱）。但主缸也要保持一定的壓力，以便使擠壓筒順利后退，所以卸荷時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，通過(guò)時(shí)間繼電器一般將卸荷時(shí)間設(shè)定為２ｓ。壓力繼電器５用于擠壓過(guò)程中的安全保護(hù)，亦即擠壓過(guò)程中一旦主缸壓力超過(guò)５的設(shè)定值就發(fā)信號(hào)，自動(dòng)停止擠壓。 ４）主缸快速退回（左行）　　當(dāng)擠壓筒后退至中位后，電磁鐵８ＹＡ通電，泵２和泵３的壓力油經(jīng)換向閥１２的右位進(jìn)入主缸１的Ｃ腔，主缸快速退回。而主缸Ｂ腔的油液經(jīng)單向順序閥１７中的單向閥與Ａ腔的油液一并經(jīng)換向閥１２的右位排回油箱。 如果要求主缸１有更高的快退速度，還可以使合流閥９切換至下位，讓泵４與泵２、泵３－起向主缸供油。 　 11.1 自裝擠壓機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖 結(jié)束語(yǔ)及感謝 歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲，伴隨而來(lái)的是大學(xué)生涯的圓滿結(jié)束。由這一點(diǎn)來(lái)看，畢業(yè)設(shè)計(jì)是整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)，它是我們畢業(yè)生在踏入社會(huì)之前對(duì)自己的一次徹底的檢查，也是人身第一次走向具體實(shí)踐的過(guò)渡期。從很大程度上衡量了自己以后工作的能力。有了這個(gè)程序?qū)窈髲氖碌膷徫皇且粋€(gè)很好的培訓(xùn)。 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是800噸鋁型材擠壓機(jī)的液壓系統(tǒng)。它主要是為了滿足當(dāng)今建筑領(lǐng)域?qū)︿X型材的要求。設(shè)計(jì)的第一階段就是熟悉