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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本文主要闡述了沖床的液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要工作特點(diǎn)是高頻、高速、高壓。液壓技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。
沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動(dòng)，用于液壓工件的沖剪加工，可以實(shí)現(xiàn)滑塊快速下降→沖剪下降→快速上升→停止的工作循環(huán)。
近年來(lái)，沖壓液壓機(jī)在提高行程次數(shù)的快速性技術(shù)、提高工作精度的主動(dòng)抗偏技術(shù)、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術(shù)、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動(dòng)技術(shù)以及多壓力點(diǎn)同步技術(shù)和滑塊位置與傳送的數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)等方面進(jìn)步很快，過(guò)去液壓機(jī)與機(jī)械壓力機(jī)對(duì)比中的缺點(diǎn)已經(jīng)接近消失。傳統(tǒng)的沖壓加工設(shè)備，在技術(shù)性能、加工質(zhì)量保證和可靠性以及運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性方面越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。
關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)、 沖床、 液壓缸
Abstract
This paper mainly expounds the hydraulic system of punch, the main characteristics of this system is high frequency, high speed, high pressure. Hydraulic technology is one of the fastest growing technology in mechanical equipment.
Especially with the microelectronics, the combination of computer technology in recent years, so that the hydraulic technology has entered a new stage of development. Press slider drivens by the hydraulic cylinder, hydraulic parts used for punching processing, can realize the rapid decline of a slider punching down a stop rapid rise in a working cycle. Stamping technology is currently being one of the metal pressure processing method is widely used, it has the characteristics of high efficiency, good quality, energy saving, low cost, so the use of stamping technology more and more advanced industrial countries instead of cutting and other processing technology. Stamping technology is widely used in automobile, agricultural machinery, household appliances, electronic instruments, the defense industry and daily necessities such as production department. In recent years, hydraulic stamping press in improving stroke times fast technology, precision technology, active anti offset to improve the performance and reduce noise at lower cutting damping technology, energy saving hybrid drive technology installed power and synchronization technology multi-point pressure and sliding block position and transmission of NC technology progress soon, the past hydraulic and mechanical press in comparison of shortcomings is almost gone. Stamping processing equipment in the traditional, technical performance, and reliability and operation economy more and more can’t adapt to the modern automobile industry, large-scale mass production automation needs.
Keywords: hydraulic press hydraulic cylinder
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1.1 液壓技術(shù)及其影響 1
1.1.2 沖床液壓系統(tǒng) 2
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成部分 2
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理 3
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成 3
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 4
1.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 4
1.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 5
1.5 沖壓設(shè)備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì) 8
1.5.1 沖壓設(shè)備概述 8
1.5.2 沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢(shì) 8
1.6 課題的來(lái)源及研究的目的和意義 9
1.7 課題的研究?jī)?nèi)容 9
第2章 沖床液壓系統(tǒng)分析 10
2.1 高速?zèng)_床液壓系統(tǒng)分析 10
2.1.1 沖床液壓系統(tǒng)圖 10
2.1.2 高速?zèng)_床液壓系統(tǒng)工作過(guò)程 11
2.2 系統(tǒng)基本工作參數(shù) 11
2.2.1 最大沖載孔徑和沖載板厚的確定 11
2.2.2 系統(tǒng)壓力選定 12
2.2.3 周期和行程 12
第3章 確定執(zhí)行元件 14
3.1 液壓缸基本參數(shù)確定 14
3.1.1 缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
3.1.2 活塞桿 16
3.1.3 液壓缸進(jìn)油口尺寸 17
3.1.4 液壓缸的密封 17
3.1.5 液壓缸摩擦力的計(jì)算 18
3.1.6 液壓缸基本結(jié)構(gòu) 19
3.2 泵的選擇 20
3.2.1 泵的排量 20
3.2.2 泵的選用 20
3.3 電機(jī)的選擇 20
3.4 速度驗(yàn)算 20
3.4.1 空行時(shí)速度驗(yàn)算 20
3.4.2 沖壓板厚為1mm時(shí)速度驗(yàn)算 21
3.5 蓄能器 22
3.5.1 蓄能器分類 22
3.5.2 蓄能器充氣壓力P的確定 22
3.5.3 蓄能器容量計(jì)算 22
3.6 管路的選擇 24
3.6.1 管路內(nèi)徑計(jì)算 24
3.6.2 管道壁厚 24
3.7 油箱設(shè)計(jì) 25
3.8 冷卻器 25
3.9 過(guò)濾器 26
3.10 閥的選用 26
3.10.1 比例伺服閥的選擇 26
3.10.2 其他閥的選擇 26
第4章 沖床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
4.1 閥塊的總裝結(jié)構(gòu)圖 28
4.2 閥塊結(jié)構(gòu)圖 28
4.3 沖床液壓站結(jié)構(gòu)圖 29
4.4 液壓缸結(jié)構(gòu)圖 30
第5章 液壓缸缸筒缸桿的有限元分析 31
5.1 有限元基本理論分析 31
5.1.1 有限元的發(fā)展介紹 31
5.1.2 有限元分析的基本思想 33
5.1.3 有限元分析基本過(guò)程 34
5.2 ADNIA軟件介紹 35
5.3 靜力分析 36
5.4 總結(jié)與分析 38
第6章 沖床液壓站成本估算統(tǒng)計(jì) 39
6.1 元件明細(xì) 39
6.2 液壓站報(bào)價(jià)明細(xì) 40
結(jié) 論 41
致 謝 42
參考文獻(xiàn) 43
附 錄1 44
附 錄2 46
-0-
第1章 緒 論
1.1 研究意義
液壓沖床（如圖1-1所示）是目前是沖壓設(shè)備行業(yè)上的一款全自動(dòng)、智能化的伺服電液復(fù)合壓力機(jī)，其與傳統(tǒng)沖床和注壓機(jī)相比，無(wú)論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，還是控制系統(tǒng)及功能上都有極大的突破。液壓沖床采用了自主研發(fā)的雙死循環(huán)伺服系統(tǒng)控制方式，人性化程度高、全程自動(dòng)化、智能化且功能強(qiáng)大。
16
圖1-1 液壓沖床
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本文主要闡述了沖床的液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要工作特點(diǎn)是高頻、高速、高壓。液壓技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。
沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動(dòng)，用于液壓工件的沖剪加工，可以實(shí)現(xiàn)滑塊快速下降→沖剪下降→快速上升→停止的工作循環(huán)。
近年來(lái)，沖壓液壓機(jī)在提高行程次數(shù)的快速性技術(shù)、提高工作精度的主動(dòng)抗偏技術(shù)、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術(shù)、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動(dòng)技術(shù)以及多壓力點(diǎn)同步技術(shù)和滑塊位置與傳送的數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)等方面進(jìn)步很快，過(guò)去液壓機(jī)與機(jī)械壓力機(jī)對(duì)比中的缺點(diǎn)已經(jīng)接近消失。傳統(tǒng)的沖壓加工設(shè)備，在技術(shù)性能、加工質(zhì)量保證和可靠性以及運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性方面越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。
關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)、 沖床、 液壓缸
Abstract
This paper mainly expounds the hydraulic system of punch, the main characteristics of this system is high frequency, high speed, high pressure. Hydraulic technology is one of the fastest growing technology in mechanical equipment.
Especially with the microelectronics, the combination of computer technology in recent years, so that the hydraulic technology has entered a new stage of development. Press slider drivens by the hydraulic cylinder, hydraulic parts used for punching processing, can realize the rapid decline of a slider punching down a stop rapid rise in a working cycle. Stamping technology is currently being one of the metal pressure processing method is widely used, it has the characteristics of high efficiency, good quality, energy saving, low cost, so the use of stamping technology more and more advanced industrial countries instead of cutting and other processing technology. Stamping technology is widely used in automobile, agricultural machinery, household appliances, electronic instruments, the defense industry and daily necessities such as production department. In recent years, hydraulic stamping press in improving stroke times fast technology, precision technology, active anti offset to improve the performance and reduce noise at lower cutting damping technology, energy saving hybrid drive technology installed power and synchronization technology multi-point pressure and sliding block position and transmission of NC technology progress soon, the past hydraulic and mechanical press in comparison of shortcomings is almost gone. Stamping processing equipment in the traditional, technical performance, and reliability and operation economy more and more can’t adapt to the modern automobile industry, large-scale mass production automation needs.
Keywords: hydraulic press hydraulic cylinder
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1.1 液壓技術(shù)及其影響 1
1.1.2 沖床液壓系統(tǒng) 2
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成部分 2
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理 3
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成 3
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 4
1.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 4
1.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 5
1.5 沖壓設(shè)備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì) 8
1.5.1 沖壓設(shè)備概述 8
1.5.2 沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢(shì) 8
1.6 課題的來(lái)源及研究的目的和意義 9
1.7 課題的研究?jī)?nèi)容 9
第2章 沖床液壓系統(tǒng)分析 10
2.1 高速?zèng)_床液壓系統(tǒng)分析 10
2.1.1 沖床液壓系統(tǒng)圖 10
2.1.2 高速?zèng)_床液壓系統(tǒng)工作過(guò)程 11
2.2 系統(tǒng)基本工作參數(shù) 11
2.2.1 最大沖載孔徑和沖載板厚的確定 11
2.2.2 系統(tǒng)壓力選定 12
2.2.3 周期和行程 12
第3章 確定執(zhí)行元件 14
3.1 液壓缸基本參數(shù)確定 14
3.1.1 缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
3.1.2 活塞桿 16
3.1.3 液壓缸進(jìn)油口尺寸 17
3.1.4 液壓缸的密封 17
3.1.5 液壓缸摩擦力的計(jì)算 18
3.1.6 液壓缸基本結(jié)構(gòu) 19
3.2 泵的選擇 20
3.2.1 泵的排量 20
3.2.2 泵的選用 20
3.3 電機(jī)的選擇 20
3.4 速度驗(yàn)算 20
3.4.1 空行時(shí)速度驗(yàn)算 20
3.4.2 沖壓板厚為1mm時(shí)速度驗(yàn)算 21
3.5 蓄能器 22
3.5.1 蓄能器分類 22
3.5.2 蓄能器充氣壓力P的確定 22
3.5.3 蓄能器容量計(jì)算 22
3.6 管路的選擇 24
3.6.1 管路內(nèi)徑計(jì)算 24
3.6.2 管道壁厚 24
3.7 油箱設(shè)計(jì) 25
3.8 冷卻器 25
3.9 過(guò)濾器 26
3.10 閥的選用 26
3.10.1 比例伺服閥的選擇 26
3.10.2 其他閥的選擇 26
第4章 沖床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
4.1 閥塊的總裝結(jié)構(gòu)圖 28
4.2 閥塊結(jié)構(gòu)圖 28
4.3 沖床液壓站結(jié)構(gòu)圖 29
4.4 液壓缸結(jié)構(gòu)圖 30
第5章 液壓缸缸筒缸桿的有限元分析 31
5.1 有限元基本理論分析 31
5.1.1 有限元的發(fā)展介紹 31
5.1.2 有限元分析的基本思想 33
5.1.3 有限元分析基本過(guò)程 34
5.2 ADNIA軟件介紹 35
5.3 靜力分析 36
5.4 總結(jié)與分析 38
第6章 沖床液壓站成本估算統(tǒng)計(jì) 39
6.1 元件明細(xì) 39
6.2 液壓站報(bào)價(jià)明細(xì) 40
結(jié) 論 41
致 謝 42
參考文獻(xiàn) 43
附 錄1 44
附 錄2 46
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第1章 緒 論
1.1 研究意義
液壓沖床（如圖1-1所示）是目前是沖壓設(shè)備行業(yè)上的一款全自動(dòng)、智能化的伺服電液復(fù)合壓力機(jī)，其與傳統(tǒng)沖床和注壓機(jī)相比，無(wú)論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，還是控制系統(tǒng)及功能上都有極大的突破。液壓沖床采用了自主研發(fā)的雙死循環(huán)伺服系統(tǒng)控制方式，人性化程度高、全程自動(dòng)化、智能化且功能強(qiáng)大。
16
圖1-1 液壓沖床
1.1.1 液壓技術(shù)及其影響
液壓技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一，已成為工業(yè)機(jī)械、工程建設(shè)機(jī)械及國(guó)際尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)基礎(chǔ)。是它們向自動(dòng)化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都將液壓工業(yè)列為競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠(yuǎn)高于機(jī)械工業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術(shù)。
機(jī)械制造是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和自身技術(shù)改造提供先進(jìn)技術(shù)裝備的工業(yè)部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機(jī)械制造工業(yè)獲取毛坯、成形產(chǎn)品及提高零件機(jī)械性能的重要生產(chǎn)方法，在眾多金屬冷、熱加工機(jī)器設(shè)備中普遍使用液壓技術(shù)，其中壓力機(jī)和金屬切削機(jī)床是應(yīng)用液壓技術(shù)較早較廣的領(lǐng)域。
在車、銑、刨、磨、鉆各類液壓機(jī)床中，主要利用液壓技術(shù)可在較寬范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，具有良好的換向及換接性能，易于實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，完成工件及刀具的夾緊、控制進(jìn)給速度和驅(qū)動(dòng)主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)制造設(shè)備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動(dòng)與控制仍然是現(xiàn)代金屬切削機(jī)床自動(dòng)化的重要途徑。在鍛造機(jī)、液壓機(jī)、折彎?rùn)C(jī)、剪切機(jī)等壓力加工設(shè)備中，主要利用液壓傳動(dòng)傳遞力較大、便于壓力調(diào)節(jié)控制和過(guò)載保護(hù)的特點(diǎn)，進(jìn)行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣體、振動(dòng)噪聲大。因此要求機(jī)器要有良好的適應(yīng)性、可靠性和維護(hù)性。在造型機(jī)及澆鑄機(jī)、焊接機(jī)、淬火機(jī)等鑄造、焊接及熱處理機(jī)器設(shè)備中，主要利用液壓技術(shù)便于無(wú)級(jí)調(diào)速和遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)等特點(diǎn)，進(jìn)行造型及鑄型輸送與澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動(dòng)者勞動(dòng)強(qiáng)度、避免和減少熱輻射和有害氣體對(duì)人身的侵襲并提高生產(chǎn)率。
1.1.2 沖床液壓系統(tǒng)
沖床的滑塊由液壓缸驅(qū)動(dòng)，用于液壓工件的沖剪加工，可以實(shí)現(xiàn)滑塊快速下降→沖剪下降→快速上升→停止的工作循環(huán)。
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成部分
液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理
液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件（液壓缸或馬達(dá)）把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由下列5部分組成：
（1）動(dòng)力元件，即液壓泵，其職能是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力動(dòng)能（表現(xiàn)為壓力、流量），其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng)的動(dòng)力源。
（2）執(zhí)行元件，指液壓缸或液壓馬達(dá)，其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對(duì)外做功，液壓缸可驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)），液壓馬達(dá)可完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
（3）控制調(diào)節(jié)元件，指各種閥利用這些元件可以控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中液體的壓力、流量和方向等，以保證執(zhí)行元件能按照人們預(yù)期的要求進(jìn)行工作。
（4）輔助元件，包括油箱、濾油器、管路及接頭、冷卻器、壓力表等。它們的作用是提供必要的條件使系統(tǒng)正常工作并便于監(jiān)測(cè)控制。
（5）工作介質(zhì)，即傳動(dòng)液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過(guò)工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的，另外液壓油還可以對(duì)液壓元件中相互運(yùn)動(dòng)的零件起潤(rùn)滑作用。
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
1.3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
(1) 傳動(dòng)平穩(wěn)
在液壓傳動(dòng)裝置中，由于液壓油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，因此不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會(huì)引起振動(dòng)扣撞擊，使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動(dòng)。
(2) 質(zhì)量輕體積小
液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動(dòng)作靈敏；這對(duì)液壓仿形、液壓自動(dòng)控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來(lái)說(shuō)，是特別重要的。例如我國(guó)生產(chǎn)的1m3挖掘機(jī)在采用液壓傳動(dòng)后，比采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的質(zhì)量減輕了1t。
(3) 承載能力大
液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、萬(wàn)噸輪船操舵機(jī)和萬(wàn)噸水壓機(jī)等。
(4) 容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速
在液壓傳動(dòng)中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)凋速，并且凋速范圍很大，可達(dá)2000:1，很容易獲得極低的速度。
(5) 易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)
液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過(guò)載，避免發(fā)生事故。??? ????
(6) 液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)滑
由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤(rùn)滑，因此元件的使用壽命較長(zhǎng)。
(7) 容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作??
采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺(tái)，可加工出不規(guī)則形狀的零件。
(8) 簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)
采用液壓傳動(dòng)可大大地簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。
(9) 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化
液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。目前，液壓傳動(dòng)在組合機(jī)床和自動(dòng)線上應(yīng)用得很普遍。
1.3.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)
(1) 液壓元件制造精度要求高
由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較格。
(2) 實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難
液壓傳動(dòng)是以液壓油液為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有泄漏，同時(shí)油液也不是絕對(duì)不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。
(3) 液壓油液受溫度的影響
由于液壓油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。
(4) 不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力
由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。
(5) 油液中混入空氣易影響工作性能
油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。
(6) 油液容易污染油液污染后，會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性。
(7) 發(fā)生故障不易檢查和排除。
1.4 液壓技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。第一個(gè)使用液壓原理的是1795年英國(guó)約瑟夫·布拉曼（Joseph Braman，1749-1814），在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年他又將工作介質(zhì)由水改為油，使其性能得到了進(jìn)一步的到改善。
第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用，特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的20年間，才開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925年維克斯（F. Vikers）發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。
20世紀(jì)初康斯坦丁·尼斯克（G· Constantimsco）對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究；1910年對(duì)液力傳動(dòng)（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方面的貢獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了展。
我國(guó)的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長(zhǎng)壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。
目前，我國(guó)的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國(guó)機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些性能差而且不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見(jiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。
國(guó)內(nèi)的壓力加工行業(yè)對(duì)數(shù)控壓力機(jī)有著很大的需求量。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在“八五”期間國(guó)內(nèi)數(shù)控壓力機(jī)的年需求量將不斷上升。但是引進(jìn)外國(guó)設(shè)備不僅價(jià)格高，而且還受到外匯使用上的限制。只有大型企業(yè)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力很雄厚的企業(yè)才有能力購(gòu)買，而許多中、小型廠家則無(wú)法購(gòu)買到所需的數(shù)控壓力機(jī)。
由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高科技成果，如：自控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、可靠性及新工藝新材料等，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使產(chǎn)品的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡量如此，走向21世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來(lái)的要求。其主要的發(fā)展趨勢(shì)將集中在以下幾方面。減少損耗，充分利用能量液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換過(guò)程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個(gè)問(wèn)題：減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量；采用靜壓技術(shù)和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。
我國(guó)電液伺服技術(shù)始于六十年代，到七十年代有了實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品，目前約有年產(chǎn)能力2000臺(tái)；電液比例技術(shù)到七十年代中期開始發(fā)展，現(xiàn)有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，約形成有年產(chǎn)能力5000臺(tái)?？偟目?，我國(guó)電液伺服比例技術(shù)與國(guó)際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗(yàn)研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問(wèn)題等，都有礙于該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用，急待盡快提高。
在流體產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)，目前世界上最大的流體產(chǎn)品（主要是液壓件、密封件及液壓附件等）制造企業(yè)，美國(guó)的派克（Parket）公司，成立于1918年，也有近100年歷史，可以提供品種齊全的、高技術(shù)水平的液壓件、密封件及所有的液壓附件。目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企業(yè)，德國(guó)的博士――力士樂(lè)公司，已有200多年的歷史，從1953年開始全面制造液壓元件，也有50年以上歷史。其最具特色的產(chǎn)品是用于靜液壓傳動(dòng)的變量系統(tǒng)液壓元件，無(wú)論是斜盤式或斜軸式，閉式（泵控）或開式（閥控）系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全，能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機(jī)械整個(gè)系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動(dòng)部件制造企業(yè)，德國(guó)的ZF公司，成立于1915年，也有近100年歷史，能為各種工程機(jī)械提供品種齊全的傳動(dòng)部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國(guó)西門子電氣公司，以及日本的東芝公司、川崎公司、德國(guó)的博士（Bose）公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久歷史，能滿足工程機(jī)械各種高技術(shù)水平的電氣系統(tǒng)和電氣元件的要求。
在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)正對(duì)人類?的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術(shù)的進(jìn)步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向，為數(shù)字化設(shè)計(jì)資源與制造資源的遠(yuǎn)程共享，進(jìn)一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了基礎(chǔ)。這一點(diǎn)已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并且有很多科研學(xué)者已經(jīng)投入到了這方面的研究。目前在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進(jìn)行液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)服務(wù)可以解決這些問(wèn)題。為減輕液壓設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變以及設(shè)計(jì)資源、技術(shù)資源和產(chǎn)品信息的共享。
1.5 沖壓設(shè)備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì)
1.5.1 沖壓設(shè)備概述
沖壓技術(shù)是目前被廣泛應(yīng)用的金屬壓力加工方法之一，它具有效率高、質(zhì)量好、能量省、成本低的特點(diǎn)，所以工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家越來(lái)越多的采用沖壓技術(shù)來(lái)代替切削技術(shù)和其他加工技術(shù)。沖壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、家用電器、電子儀表、國(guó)防工業(yè)及日用品等生產(chǎn)部門。
先進(jìn)的沖壓設(shè)備是沖壓技術(shù)發(fā)展的先決條件，當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的沖壓設(shè)備其沖壓系統(tǒng)主要由機(jī)械式和液壓式兩種[3]。
隨著電子技術(shù)和液壓技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種液壓式數(shù)控壓力機(jī)。液壓式壓力機(jī)采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
1.5.2 沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，沖壓液壓機(jī)在提高行程次數(shù)的快速性技術(shù)、提高工作精度的主動(dòng)抗偏技術(shù)、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術(shù)、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動(dòng)技術(shù)以及多壓力點(diǎn)同步技術(shù)和滑塊位置與傳送的數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)等方面進(jìn)步很快，過(guò)去液壓機(jī)與機(jī)械壓力機(jī)對(duì)比中的缺點(diǎn)已經(jīng)接近消失[1]。傳統(tǒng)的沖壓加工設(shè)備，在技術(shù)性能、加工質(zhì)量保證和可靠性以及運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性方面越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的需求[2]。為提高工作效率，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，國(guó)外生產(chǎn)廠家制造出先進(jìn)的數(shù)控告訴沖壓設(shè)備，其基本特點(diǎn)為：
（1） 滑塊行程次數(shù)高，滑塊行程次數(shù)一般高于200次/min；
（2） 精度要求高，尤其是對(duì)壓力機(jī)的動(dòng)態(tài)精度要求很高；
（3） 震動(dòng)和噪聲要求小，設(shè)備的動(dòng)平衡要求高；
（4） 制動(dòng)性能好；
（5）檢測(cè)控制系統(tǒng)完善，一般采用PCL控制器和數(shù)控技術(shù)隊(duì)沖壓設(shè)備各元件和參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)工作過(guò)程自動(dòng)化。
（6）其輔助設(shè)備齊全，應(yīng)配備自動(dòng)送料及廢料剪切等機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)代先進(jìn)的沖壓設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)：
①高速化、高效化、低消耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本；
②機(jī)電液一體化。充分利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善；
③自動(dòng)化、智能化；
④液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。
1.6 課題的來(lái)源及研究的目的和意義
課題來(lái)源于沈陽(yáng)中之杰流體傳動(dòng)控制有限公司
沖床就是一臺(tái)沖壓式壓力機(jī)。在國(guó)民生產(chǎn)中，沖壓工藝對(duì)于比較傳統(tǒng)機(jī)械加工來(lái)說(shuō)有節(jié)約材料和能源，效率高，對(duì)操作者技術(shù)要求不高及通過(guò)各種模具應(yīng)用可以做出機(jī)械加工所無(wú)法達(dá)到的產(chǎn)品這些優(yōu)點(diǎn)，因而它的用途越來(lái)越廣泛。
因此通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要學(xué)習(xí)掌握綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程系統(tǒng)等課程中所學(xué)理論知識(shí)的能力；著重突出液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的獨(dú)立性和實(shí)用性，培養(yǎng)和提高獨(dú)立分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后適應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
1.7 課題的研究?jī)?nèi)容
對(duì)現(xiàn)有的沖床液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研和分析，明確沖床液壓系統(tǒng)的工作機(jī)理和分類，設(shè)計(jì)沖床液壓系統(tǒng)中的相關(guān)部分，并對(duì)其進(jìn)行總結(jié)。其中包括：
（1）分析現(xiàn)有液壓沖床液壓系統(tǒng)的組成和工作原理；
（2）設(shè)計(jì)沖床液壓系統(tǒng)原理圖；
（3）設(shè)計(jì)沖床液壓油源；
（4）設(shè)計(jì)液壓缸的裝配圖；
（5）設(shè)計(jì)液壓缸的部分零件圖；
（6）設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖；
（7）設(shè)計(jì)閥塊的零件圖；
（8）撰寫畢業(yè)論文。
第2章 沖床液壓系統(tǒng)分析
2.1 高速?zèng)_床液壓系統(tǒng)分析
高速?zèng)_床既可對(duì)工件進(jìn)行沖孔又可進(jìn)行沖壓成形。不同的加工方式對(duì)系統(tǒng)的壓力，沖頭的速度都有不同的要求，沖孔時(shí)，要求沖頭以最大的速度下降加工工件，并且快速上升返回。而成形過(guò)程要求滑塊以較快的速度下降，遇到負(fù)載時(shí)沖頭速度降低且系統(tǒng)壓力升高，確保對(duì)鋼板的準(zhǔn)確沖壓成形，沖壓完畢沖頭以較快的速度上升。該系統(tǒng)主要工作特點(diǎn)是高頻、高速、高壓[4]。
2.1.1 沖床液壓系統(tǒng)圖
系統(tǒng)最大壓力為p=25MPa，頻率為f=300次/min
沖床系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。
1-過(guò)濾器；2-電機(jī)；3-泵；4-冷卻器；5-壓力表；6-單向閥；7-電磁換向閥；8-溢流閥；9-電液換向閥；10-蓄能器；11-比例伺服閥；12-液壓缸
圖2-1 沖床液壓系統(tǒng)原理圖
2.1.2 高速?zèng)_床液壓系統(tǒng)工作過(guò)程
比例伺服閥的比例電磁鐵輸入電壓為正時(shí)，其右位工作，來(lái)自泵的液壓油通過(guò)比例伺服閥進(jìn)入油缸的上腔，油缸的下腔排出的液壓油經(jīng)過(guò)液控?fù)Q向閥和比例伺服閥進(jìn)入油缸的上腔，組成差動(dòng)快速回路，活塞桿帶動(dòng)沖頭快速向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)沖頭遇到工件受阻時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，達(dá)到液控?fù)Q向閥的壓力，液控?fù)Q向閥的左位接通，差動(dòng)連接被切斷，由泵自己本身出來(lái)的液壓油向上腔供油，活塞緩慢向下運(yùn)動(dòng)，沖壓工件，下腔的油通過(guò)液控?fù)Q向閥流回油箱，沖壓完畢后沖頭到達(dá)下位極限，接近開關(guān)SQ2向控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào)，使比例伺服閥輸入電壓信號(hào)為負(fù)，控制比例伺服閥左位工作，同事負(fù)載消失，液控?fù)Q向閥右位接通，泵向下腔供油，同時(shí)上腔的油通過(guò)比例伺服閥流回油箱，活塞向上運(yùn)動(dòng)，完成了一個(gè)工作循環(huán)。
2.2 系統(tǒng)基本工作參數(shù)
2.2.1 最大沖載孔徑和沖載板厚的確定
要求系統(tǒng)最大工作載荷kN
沖載力的計(jì)算公式：
（2-1）
式中：——沖載周長(zhǎng)（mm）
——板材厚度（mm）
——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。
材料抗剪強(qiáng)度不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)還與材料硬化強(qiáng)度，材料相對(duì)厚度，凹凸模相對(duì)間隙（Z/t）以及沖載速度有關(guān)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可按表2-1選用值
表2-1材料抗剪強(qiáng)度值選用
孔徑
Z=0.15t
Z=0.005t
（5~2.5）t
(1.5~1.8)
(2~1.5)t
(1.2~1.4)
(2.0~2.6)
=t
1.8
3.6
該系統(tǒng)中Z=0.15t，由表可以看出沖孔直徑相對(duì)于板材厚度越大時(shí)，其抗剪強(qiáng)度越小，對(duì)于沖床，板材厚度一般相對(duì)于沖孔直徑來(lái)說(shuō)很小，所以在該系統(tǒng)中選用=。
所以沖孔時(shí)沖載力計(jì)算公式為：
（2-2）
式中： ——材料抗拉強(qiáng)度（MPa），為計(jì)算方便取剛才的抗拉強(qiáng)度=550MPa。
由公式（2-2）可得出針對(duì)不同的板料厚度本沖床所能沖載的最大孔徑不同，見(jiàn)表2-2
表2-2 一定厚度時(shí)改沖床所能沖載的最大孔徑
板厚t（mm）
0.5
1
2
3
4
5
孔徑D（mm）
175
90
45
30
22
18
圖中t代表板厚，s代表滑塊行程。當(dāng)空行程運(yùn)動(dòng)時(shí)，若忽略摩擦力的影響系統(tǒng)負(fù)載為零，在沖頭沖壓工作的過(guò)程中，負(fù)載逐漸增大，當(dāng)沖頭到達(dá)板厚的1/3處時(shí)，沖壓力最大，隨著沖載的進(jìn)行，壓力又逐漸減小。
2.2.2 系統(tǒng)壓力選定
壓力選定過(guò)程中系統(tǒng)壓力越高液壓缸尺寸越小，所以壓力應(yīng)選擇盡量高，該系統(tǒng)采用高壓泵31.5MPa柱塞泵，所以溢流閥調(diào)定壓力定位MPa。
2.2.3 周期和行程
要求該高速?zèng)_床最大行程s=40mm，不同的工作行程，系統(tǒng)的沖壓頻率（周期）也不同，當(dāng)工作行程為12mm時(shí)，沖載頻率f=300次/min，此時(shí)周期：=60/f=0.2s
第3章 確定執(zhí)行元件
3.1 液壓缸基本參數(shù)確定
液壓缸是該系統(tǒng)的主要元件，它能直接帶動(dòng)沖頭進(jìn)行沖壓工作。按照工作要求和工作特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)了沖壓缸。
3.1.1 缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
缸筒是液壓缸的主體零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉容腔，形成內(nèi)壓，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)缸筒時(shí)，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和行程，而且必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。另外缸筒與活塞之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，既要能滑動(dòng)自如，又要能夠保持密封，所以必須具有一定的幾何精度、表面光潔度和配合精度[5]。
（1）內(nèi)徑D計(jì)算
高壓時(shí)系統(tǒng)最大壓力為p=25MPa，最大負(fù)載max=200kN，初定系統(tǒng)阻力f=25kN。
工作時(shí)，活塞受力公式為：
+=p=2/4
式中： ——液壓缸內(nèi)徑（mm）；
——沖壓力（kN）；
——系統(tǒng)阻力(kN)；
p——系統(tǒng)壓力(MPa)；
——液壓缸活塞桿面積（mm2）；
液壓缸內(nèi)徑計(jì)算公式：
≥=107.1mm
按照表3-1缸筒內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
100
110
125
140
160
180
200
(2）缸筒材料
缸筒的材料一般要求有做夠的沖擊韌性和強(qiáng)度，目前，普遍采用缸筒材料是熱軋或冷拔無(wú)縫鋼管。近幾年來(lái)由專業(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)研磨和外圓精加工的高精度冷拔無(wú)縫鋼管，按所需長(zhǎng)度切割材料。本次材料選用45號(hào)鋼冷拔無(wú)縫鋼管。內(nèi)徑110mm 壁厚15mm。
(3) 缸筒厚度校核
在中低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要求校核，但在高壓系統(tǒng)中按照下列情況進(jìn)行校核：
當(dāng)/D時(shí)為薄壁，可按下式校核：
（3-1）
式中：——最高允許壓力，一般規(guī)定=1.5，
=1.5=37.5MPa
——缸筒材料許用應(yīng)力，
當(dāng) /時(shí)為厚壁，按下式進(jìn)行校核：
（3-2）
缸筒采用45號(hào)無(wú)縫鋼管，壁厚=15mm，/=15/110=0.13，所以用公式（3-2）進(jìn)行厚度校核：
mm<15mm,所以=15mm滿足強(qiáng)度要求。
3.1.2 活塞桿
活塞桿為實(shí)心結(jié)構(gòu)，材料為45號(hào)鋼。
先按照壓縮拉伸強(qiáng)度來(lái)計(jì)算活塞桿直徑d：
mm
式中： ——活塞桿材料許用應(yīng)力，=MPa
計(jì)算出活塞桿直徑后見(jiàn)表3-2進(jìn)行圓整。
表3-2液壓缸活塞桿直徑推薦值
活塞桿受力情況
受拉伸
受壓縮，工作壓力（MPa）
5
5<7
7
活塞桿直徑
（0.3~0.5）
(0.50.55)
（0.6~0.7）
0.7
該系統(tǒng)最大工作壓力為25MPa，所以活塞桿直徑：
0.7D=77mm
沖床液壓系統(tǒng)中，活塞有較高的運(yùn)動(dòng)速度，可以降低沖壓周期，所以活塞桿應(yīng)盡量選擇的大些，以提高液壓缸回程速度，但因?yàn)榭爝M(jìn)過(guò)程采用了差動(dòng)連接，若活塞桿直徑太大，其快速下降的速度便會(huì)降低，所以應(yīng)選擇合適的活塞桿直徑。
差動(dòng)快速下降時(shí)活塞速度：
（3-3）
活塞退回時(shí)速度：
（3-4）
要降低運(yùn)動(dòng)時(shí)間，則應(yīng)對(duì)求最大值，求得mm，即時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)間最少。
參照表3-3活塞桿直徑系列選區(qū)d=80mm。
表3-3活塞桿直徑
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
110
110
125
140
160
180
200
液壓缸基本參數(shù)為：液壓缸內(nèi)徑D=110mm，活塞桿直徑d =80mm，缸筒厚度mm，活塞行程s=40mm。
3.1.3 液壓缸進(jìn)油口尺寸
通過(guò)上面計(jì)算，液壓缸進(jìn)油口尺寸見(jiàn)表3-4
表3-4 25MPa 系列單桿液壓缸螺紋連接油口安裝尺寸（ISO 8137-1986）
缸徑D（mm）
EC
EE(mm)
50
M221.5
12
63， 80
M272
16
100，125
M332
20
160，200
M422
25
250，320
M502
32
400，500
M502
38
液壓缸應(yīng)設(shè)在兩端的極限位置，一般布置在缸筒或前后端蓋上。選擇油口尺寸的主要參數(shù)是油管直徑。油管的有效通油直徑應(yīng)保證油液流速在2——4.5m/s一下，這樣可以減少壓力損失，提高效率，減輕震動(dòng)和噪音，油口的連接方式有螺紋連接，法蘭連接等，本液壓缸油口選用螺紋連接。
該液壓缸是最高工作壓力為25MPa的單活塞桿液壓缸，有經(jīng)查表2-6選用連接螺紋尺寸為M332。
3.1.4 液壓缸的密封
液壓缸依靠密封油容積的變化傳動(dòng)力和速度，液壓油在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動(dòng)或暫存時(shí)，由于壓力、間隙、粘度等因素的變化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過(guò)容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，造成泄漏。密封元件可以防止液壓缸的泄漏及外界塵埃和異物的侵入[6]。密封裝置的優(yōu)劣勢(shì)將直接影響液壓缸的工作性能。密封不好的液壓缸，不僅會(huì)污染環(huán)境、降低容積效率、增加功率損失，有時(shí)還會(huì)影響液壓缸的正常工作[7]。
液壓缸密封件選用取決于壓力速度溫度和工作介質(zhì)等因素。密封件的合理選用對(duì)液壓缸有重要的意義。密封效果決定了液壓缸的容積效率；密封摩擦力的大小，決定了液壓缸的機(jī)械效率；密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的加工溫度；液壓缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系統(tǒng)采用的工作溫度；液壓缸的工作速度，也受密封件的限制；密封件的材料和系統(tǒng)采用工作介質(zhì)要有相容性；動(dòng)密封件的摩擦阻力要小，即摩擦系數(shù)要小而穩(wěn)定，特別是靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差值要小[8]。密封件的耐磨性要好，磨損后應(yīng)有一定程度的自動(dòng)補(bǔ)償，制造簡(jiǎn)單、裝拆方便、成本低廉。
（1）活塞的密封選用DICHTOMATIK公司的K03組合式孔用密封圈，其最高工作壓力為40MPa。溫度-30~100℃，運(yùn)動(dòng)速度0.5m/s。按照缸筒內(nèi)徑選擇的型號(hào)為：K03-110-00117 。
（2）活塞桿的密封
活塞桿與蓋處的密封采用DICHTOMATIK公司的MA39雙唇軸用Y形圈，該形圈最高工作壓力可達(dá)40MPa，溫度-40~100℃，運(yùn)動(dòng)速度小于0.5/S,根據(jù)活塞桿直徑選擇其型號(hào)為：MA39-80/22965。
（3）活塞桿的防塵
活塞桿在伸縮過(guò)程中直接與外界接觸，常有灰塵、砂粒、鐵屑等污物落在活塞桿上。若將污物帶勁液壓缸。不僅會(huì)加劇零件的磨損、產(chǎn)生劃痕，而且會(huì)影響液壓系統(tǒng)的正常工作，因此要安裝防塵裝置。
活塞防塵圈選用DICHTOMATIK公司AD48雙唇防塵圈，它是雙向作用的防塵圈，其使用壽命特別長(zhǎng)，使用溫度-40~100℃，運(yùn)動(dòng)速度最高為1.0m/s。按活塞桿基本參數(shù)選用AD48-80/88981。
3.1.5 液壓缸摩擦力的計(jì)算
液壓缸的密封裝置設(shè)置在活塞與缸筒之間，活塞桿與缸蓋之間，因此液壓缸總的密封摩擦阻力為：
（3-5）
式中： ——缸總的密封摩擦力（kN）；
——活塞與缸筒間的密封摩擦力（kN）；
——活塞桿與端蓋間的密封摩擦力（kN）。
（1） 活塞與缸筒間采用組合密封圈，此處摩擦力計(jì)算公式為：
= （3-6）
式中：——摩擦系數(shù)，組合密封圈各組成部分材料不同，此處取=0.05；
——密封處工作壓力（Pa），Pa
——密封處直徑（mm），此處=0.11mm；
——密封件的寬度（mm），由樣本=0.0224mm。
由于密封摩擦力隨系統(tǒng)壓力變化，所以活塞與缸筒間摩擦力：
N=9.68kN
（2） 活塞桿與端蓋間采用Y型唇密封，摩擦力計(jì)算公式為：
（3-7）
式中 ：——摩擦系數(shù)，Y形密封圈的材料為聚氨酯AU92，此處=0.08；
——密封處工作壓力（Pa），Pa；
——密封處直徑（mm），此處=0.08mm；
——密封件的寬度（mm），由樣本=0.012mm
則活塞桿與缸蓋間的摩擦力：
kN
3.1.6 液壓缸基本結(jié)構(gòu)
液壓缸分為通用型液壓缸和專用型液壓缸兩種，專用型液壓缸是專為某一用途設(shè)計(jì)的液壓缸，以滿足該用途的特殊要求，在結(jié)構(gòu)、材料、加工精度等方面都有特殊要求；而通用液壓缸無(wú)特殊的使用要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件符合標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的要求，因此用途較廣泛。
通用型液壓缸又分為三種典型結(jié)構(gòu)形式：拉桿型、焊接型、法蘭型液壓缸。法蘭型液壓缸，其工作特點(diǎn)是額定壓力高，通常額定壓力35MPa，外形尺寸大[9]。適用于較嚴(yán)酷的沖擊負(fù)載和外界工作條件，也叫重載型液壓缸，選用法蘭缸[10]。
3.2 泵的選擇
3.2.1 泵的排量
排量為液壓泵主軸旋轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積。活塞行程s=12mm時(shí)，沖壓頻率f=300次/min，則一周期內(nèi)，泵向液壓缸的排油量應(yīng)于液壓缸向油箱的排油量相等，所以系統(tǒng)需要的總流量：
L/min
3.2.2 泵的選用
根據(jù)排量和壓力要求，選用GFZB組合泵。
3.3 電機(jī)的選擇
泵的輸出功率為：16.2kW 須選用額定功率為18.5kW 的電機(jī)。
3.4 速度驗(yàn)算
3.4.1 空行時(shí)速度驗(yàn)算
差動(dòng)下行階段：當(dāng)行程為12mm時(shí)，周期為T=0.173s＜0.2s，此時(shí)頻率f=1/=5.78Hz ，即每分鐘沖壓346次。
3.4.2 沖壓板厚為1mm時(shí)速度驗(yàn)算
行程12mm時(shí)，差動(dòng)下行階段
cm/s
所需時(shí)間：
s
沖壓階段：
cm/s
所需時(shí)間：
s
返回階段：
cm/s
所需時(shí)間：
s
周期：T=0.084+0.06+0.082=0.226s
此時(shí)頻率f=1/0.2335=4.25Hz，即每分鐘沖壓265次。
沖壓板厚為1mm，行程10mm時(shí)，其沖壓頻率可以達(dá)到300次/min 以上，但是行程等于12mm時(shí)，頻率未達(dá)到300次/min，所以系統(tǒng)回路中加入了蓄能器，它作為輔助動(dòng)力源在必要時(shí)刻釋放儲(chǔ)存的油液，提高流量，從而可以提高活塞運(yùn)動(dòng)速度。
3.5 蓄能器
3.5.1 蓄能器分類
蓄能器有各種結(jié)構(gòu)形狀，根據(jù)加載方式可分為重錘式、彈簧式和充氣式三種。其中充氣式蓄能器是利用氣體的壓縮和膨脹來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量，用途較廣，目前常用的是活塞式、氣囊式、隔膜式蓄能器[11]。
氣囊式蓄能器氣液密封可靠，能使油氣完全隔離；氣囊慣性小，反應(yīng)靈敏；結(jié)構(gòu)緊湊[12]。
3.5.2 蓄能器充氣壓力p的確定
當(dāng)蓄能器作為輔助動(dòng)力源、補(bǔ)償泄漏、緊急動(dòng)力源時(shí)，應(yīng)使蓄能器總?cè)莘eV盡量小，而單位容積的儲(chǔ)能盡量大，膠囊壽命應(yīng)盡量長(zhǎng)。對(duì)于氣囊式蓄能器其充氣壓力應(yīng)在系統(tǒng)最低工作壓力的90%和最高壓力的25% 之間選擇，所以選用p=6MPa，在系統(tǒng)最低工作壓力下蓄能器的皮囊仍未膨脹得與殼體內(nèi)壁完全接觸；而在系統(tǒng)最高壓力下，皮囊收縮后的體積仍大于充氣壓力的原始體積的四分之一。這樣限制了皮囊在系統(tǒng)工作時(shí)的變形范圍，可以保護(hù)皮囊，延長(zhǎng)其使用壽命。
3.5.3 蓄能器容量計(jì)算
(1) 有效排油量的計(jì)算
蓄能器在作蓄能時(shí)，是與油泵一起供油的，則蓄能器一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的有效排油量應(yīng)按下式計(jì)算：
= （3-8）
式中 ——有效排油量（L）；
——系統(tǒng)中各個(gè)工作點(diǎn)的耗油量總和（L）；
——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般可選=1.2；
——泵總供油量（L）。
行程為12mm沖壓板厚1mm時(shí)，頻率要達(dá)到300次/min，假定快速下降時(shí)活塞速度為=17cm/s，快速返回時(shí)活塞速度為=18cm/s，則一個(gè)周期內(nèi)，系統(tǒng)中所需耗油總量為：
=0.119L
泵在一個(gè)周期內(nèi)的總供油量為：
L
代入公式（2-13）得
L
(2) 總?cè)莘eV計(jì)算
蓄能器的總?cè)莘e的是指氣腔與液控的容積之和，對(duì)于氣囊式蓄能器為充氣容積?？?cè)莘e可由氣體定律計(jì)算：
式中 ——蓄能器的充氣壓和充氣容積；
——系統(tǒng)最低工作壓力和最低工作壓力下的氣體體積；
——系統(tǒng)最高工作壓力和最高工作壓力下的氣體體積；
n——多變指數(shù)。
蓄能器在工作過(guò)程中大多屬于多變過(guò)程，在蓄油時(shí)，氣體壓縮為等溫過(guò)程，放油時(shí)氣體膨脹為絕熱過(guò)程所以其充氣容積按公式計(jì)算：
推薦=1.25.
將已知數(shù)據(jù)代入上式得=0.09L，考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其他影響因素，選用NXQ1-L0.4/31.5-H,容積0.4L，公稱壓力為31.5MPa的蓄能器。
3.6 管路的選擇
管路在液壓系統(tǒng)中主要用來(lái)把各種元件及裝置連接起來(lái)傳輸能量，為保證系統(tǒng)工作可靠，管路及管接頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，良好的密封性，壓力損失要小，拆裝方便。
管路按材料不同可分為無(wú)縫鋼管、耐油橡膠軟管、純銅管、尼龍管等幾種。選用強(qiáng)度好、耐壓高、變形小、抗腐蝕性的無(wú)縫鋼管適合沖床液壓系統(tǒng)。
3.6.1 管路內(nèi)徑計(jì)算
管路內(nèi)徑的大小取決于管路的種類及管內(nèi)流速的大小。在流量一定的情況下，內(nèi)徑小則流速高，壓力損失大，容易產(chǎn)生噪聲；內(nèi)徑大則難于安裝，所占空間大，重量大。管路內(nèi)徑一般由下式確定
式中：——管路內(nèi)徑（mm）
——流量（L/min）；
——流速（m/s）；
對(duì)吸油管道取≤0.6~1.3m/s；對(duì)壓油管道≤2.5~7.6m/s （壓力高時(shí)取大值）；對(duì)回油管≤1.7~4.5m/s。
回油管道：=2.5m/s，=39.45L/min，代入公式 得≥18.3mm，取20mm。
3.6.2 管道壁厚
δ按下式計(jì)算：
式中： ——管子壁厚（mm）
——工作壓力（Pa）
——管子內(nèi)徑（mm）
——油管材料的許用應(yīng)力（Pa）
對(duì)鋼管：[]=為管材的抗拉強(qiáng)度：n為安全系數(shù)，當(dāng)≤7MPa時(shí)，取=8；當(dāng)7MPa＜≤17.5MPa時(shí)，取=6；＞17.5MPa時(shí)，取=4.由鋼管的力學(xué)性能表查得 p =450MPa，將已知數(shù)據(jù)代入公式得，出油管道取1mm。
3.7 油箱設(shè)計(jì)
油箱在液壓系統(tǒng)中主要作用是儲(chǔ)存液壓系統(tǒng)所需的足夠油液，散發(fā)油液中的熱量，分離油液中氣體及沉淀污物，為系統(tǒng)提供元件的安裝位置，使液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。
油箱容積的估算經(jīng)驗(yàn)公式為：
式中： ——油箱的容積（L）
——液壓泵的總額定流量（L/min）；
經(jīng)計(jì)算 =8min，=40L/min代入公式得V=320L，選用油箱400L。
為了保證油箱的散熱，在該系統(tǒng)中加入了冷卻器，同時(shí)降低了成本，節(jié)省了空間。
3.8 冷卻器
液壓系統(tǒng)工作時(shí)，各種能量損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。這些熱量除部分通過(guò)油箱、管道等散發(fā)到周圍空間外，大部分熱量使得系統(tǒng)油液溫度升高，嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常工作。因此采用強(qiáng)制冷卻的辦法，通過(guò)冷卻器來(lái)控制油液的溫度。
冷卻器按冷卻介質(zhì)不同可分為水冷和風(fēng)冷冷卻器，本文采用FL10空氣冷卻器，基本機(jī)構(gòu)為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一風(fēng)扇，其性能參數(shù)為傳熱系數(shù)≤55W/（m2·℃），工作壓力1.6MPa，壓力損失0.1MPa，換熱面積10m2，風(fēng)量2210m3/h，風(fēng)機(jī)功率0.12kw。
3.9 過(guò)濾器
該液壓系統(tǒng)在回油路上設(shè)置過(guò)濾器，在系統(tǒng)油液流回油箱之前，過(guò)濾器外界侵入系統(tǒng)的和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污物濾除，為了系統(tǒng)提供清潔的油液，此次設(shè)計(jì)采用RF-6010會(huì)有過(guò)濾器，安裝在油箱的頂部。過(guò)濾器公稱流量為60L/min，過(guò)濾精度10μ，通徑20mm，最大壓力損失0.35MPa。
3.10 閥的選用
3.10.1 比例伺服閥的選擇
比例控制閥是一種按輸入的電氣信號(hào)連續(xù)的按比例的對(duì)油流的壓力、流量和方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的閥。
隨著比例技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的比例閥——高性能比例閥，即比例伺服閥，它的性能介于一般的比例閥和伺服閥之間，精度高，頻率高，其響應(yīng)頻率一般在30~100Hz之間，無(wú)零位死區(qū)，并克服了伺服閥過(guò)濾精度高的缺點(diǎn)。
現(xiàn)在采用的比例伺服閥是在普通液壓閥的基礎(chǔ)上用電機(jī)械轉(zhuǎn)換器取代原有的控制部分發(fā)展而成，且可以與普通的閥互換。
本次設(shè)計(jì)采用的比例伺服閥方向閥，在結(jié)構(gòu)形式上與傳統(tǒng)方向閥中的電磁換向閥、電液換向閥很相似，但在功能上有著本質(zhì)的不同，它根據(jù)輸入電壓或電流的大小和極性來(lái)改變輸出流量的大小和方向，如果與執(zhí)行元件相連接，那么可以根據(jù)輸入電壓或電流的大小和極性，按比例的控制液壓執(zhí)行元件的速度和方向。
該液壓系統(tǒng)選用atos公司的DLHZOR-TE-14-L7141型高性能比例換向閥，響應(yīng)時(shí)間≤10ms，滯環(huán)≤0.1%，輸入[-10v~+10v]的電壓信號(hào)。
3.10.2 其他閥的選擇
(1) 溢流閥
溢流閥是系統(tǒng)中多余液體通過(guò)閥口溢出，從而維持其進(jìn)口壓力近于恒定的壓力控制閥。它具有保證液壓系統(tǒng)中壓力的基本穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓的作用。常用的有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。
本次設(shè)計(jì)研究的液壓系統(tǒng)壓力高流量大，所以選用先導(dǎo)式溢流閥，查看樣本，選用YF-L10K型溢流閥，其額定流量40L/min，通徑10mm，調(diào)壓范圍16~32MPa。系統(tǒng)選用的柱塞泵額定壓力為31.5MPa，則溢流閥的調(diào)定壓力確定為31.50.8=25MPa。
(2) 電磁換向閥
根據(jù)樣本選用22EI-H10B-T
(3) 液控?fù)Q向閥
液控?fù)Q向閥是利用控制油路中的壓力油推動(dòng)閥芯，變換流體流動(dòng)方向控制閥。本次設(shè)計(jì)選用WHNG10C2的液控?fù)Q向閥，最大工作壓力31.5MPa，最高控制壓力25MPa，其調(diào)定壓力在為20MPa。
第4章 沖床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 閥塊的總裝結(jié)構(gòu)圖
閥塊的總裝是由閥塊、閥和閥塊的底座等組成，閥塊在液壓系統(tǒng)中的作用是控制液壓油的流向，閥塊的總裝如圖4-1所示。
圖4-1閥塊總裝圖
4.2 閥塊結(jié)構(gòu)圖
閥塊就是一個(gè)小型的回路，閥塊是將系統(tǒng)中各種應(yīng)用在油路中的閥通過(guò)閥塊上的油孔集合到一起。閥塊零件圖如圖4-2所示。
圖4-2閥塊零件圖
4.3 沖床液壓站結(jié)構(gòu)圖
液壓站是由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、液壓泵、油箱、節(jié)流閥、溢流閥等構(gòu)件在一起的液壓裝置，按驅(qū)動(dòng)要求流向、壓力和流量供油，適用于各個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械上，這種液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工作。它是在工業(yè)革命時(shí)代發(fā)明的，現(xiàn)在廣泛用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域及汽車制動(dòng)上。
本系統(tǒng)中液壓站的主要作用是為沖床液壓系統(tǒng)提供和收集液壓油，同時(shí)控制壓力、流量