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附 錄1
什么是液壓？
一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、無件和液壓油。動力元件的作用是將原動機的機械能轉換成液壓體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。執(zhí)行元件（如液壓缸和液壓馬達）的作用是將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載作直線往復運動或回轉運動。控制元件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調整法、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、液位液溫計等。液壓油是系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。
液壓的原理,它是由兩個大小不同的液壓缸組成的，在液壓缸里充滿水或油。充水的叫“水壓機”；充油的叫做“油壓機”。兩個液壓缸里各有一個可以滑動的活塞，如果在小活塞上加一定值的壓力，根據(jù)帕斯卡定律，小活塞將這一壓力通過液體的壓強傳遞給大活塞，將大活塞頂上去。設小活塞的橫截面積是S1，加在小活塞上的向下的壓力是F1。于是，小活塞對液體的壓強為P=F1/S1，能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞。大洪塞所受到的壓強必然也等于P。若大活塞的橫截面積是S2，壓強P在大活塞上所產生的向上的壓力F2=PxS2截面積是小活塞橫截面積的倍數(shù)。從上式知，在小活塞上加一較小的力，則在大活塞上會得到很大的力，為此用液壓機來壓制膠合板、榨油、提取重物、鍛壓鋼材等。
液壓傳動的發(fā)展史,液壓傳動和氣壓傳動成為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，1795年因果約瑟夫·布拉曼，在倫敦用水作為工作介質，以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質水改為油，又進一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)后液壓傳動廣泛應用，特別是1920年以后，發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀末20世紀初的20年間，才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。1925年維克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。20世紀初康斯坦丁·尼斯克對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究；1910年對液力傳動方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。
第二次世界大戰(zhàn)期間，在美國機床中有30%應用了液壓傳動。應該指出，日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近20多年。在1955年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動，1956年成立了“液壓工業(yè)會”。近20~30年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，居世界領先地位。
液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。
液壓技術作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵基礎技術之一，已成為工業(yè)機械、工程建設機械及國際尖端產品不可缺少的重要技術基礎。是它們向自動化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關鍵技術。世界工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠高于機械工業(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。
機械制造是為國民經濟各部門和自身技術改造提供先進技術裝備的工業(yè)部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機械制造工業(yè)獲取毛坯、成形產品及提高零件機械性能的重要生產方法，在眾多金屬冷、熱加工機器設備中普遍使用液壓技術，其中壓力機和金屬切削機床是應用液壓技術較早較廣的領域。
在車、銑、刨、磨、鉆各類液壓機床中，主要利用液壓技術可在較寬范圍內進行無級調速，具有良好的換向及換接性能，易于實現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點，完成工件及刀具的夾緊、控制進給速度和驅動主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機床、加工中心等先進制造設備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動與控制仍然是現(xiàn)代金屬切削機床自動化的重要途徑。在鍛造機、液壓機、折彎機、剪切機等壓力加工設備中，主要利用液壓傳動傳遞力較大、便于壓力調節(jié)控制和過載保護的特點，進行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等機器設備的生產作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣體、振動噪聲大。因此要求機器要有良好的適應性、可靠性和維護性。在造型機及澆鑄機、焊接機、淬火機等鑄造、焊接及熱處理機器設備中，主要利用液壓技術便于無級調速和遠距離遙控作業(yè)等特點，進行造型及鑄型輸送與澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動者勞動強度、避免和減少熱輻射和有害氣體對人身的侵襲并提高生產率。
液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械、船頭門等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。
各種規(guī)格的鋼絲繩廣泛應用于工業(yè)領域。無論吊裝，運輸，遠洋船舶，礦山和威爾斯，港口和碼頭或各種起重機械，大量的鋼絲繩是必要的。
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，使用和消耗量不斷增加。然而，鋼絲繩應在一定的長度和安裝使用繩索護套。因此，鋼絲繩套壓并成為重要的機械。
鋼絲繩套機公司生產的產品具有以下特點和優(yōu)勢：
1。組合式橫梁采用壓力機，具有巨大的界面模量和能承受巨大的彎曲力矩，保證新聞的強度和剛度。
2。最小的上、下橫梁的彎曲力矩，橫梁跨度的設計已最小化，優(yōu)化了壓應力和壓縮結構，節(jié)約鋼材，達到科學匹配。
3。為繩套壓力機噸位大，我們采用大單位工作壓力的液壓系統(tǒng)中，我們認真的設計。例如，對于按1000噸以上，我們采用單位壓力55MPa，既壓縮機的結構也節(jié)省了大量的鋼材，同時，使用更方便。
4。恒功率系統(tǒng)是用于中、小噸位鋼絲繩套壓力機液壓系統(tǒng)，這不僅最大限度地減少了負載功率（由于較小的角功率）而且節(jié)省功率以實現(xiàn)合理用電。對鋼絲繩套壓力機噸位大，我們使用一個系統(tǒng)的高和低的壓力，速度快，可用于低壓和高壓合理的速度達到了。
5。對于大噸位壓機，液壓沖擊時會發(fā)生減壓由于液壓缸和高單位壓力大直徑。我們使用特殊的技術措施，為液壓系統(tǒng)在高壓和低壓之間的切換過程中消除液壓沖擊，因此，安全和可靠的操作就可以實現(xiàn)。
6。在液壓系統(tǒng)中大的流量，我們使用旋塞閥，液–填充閥等液壓元件以實現(xiàn)大流量。
7。以工人的新聞操作方便，按操作空間，前后和上下模具的安裝工作臺寬度設置很合理。
附 錄2
What is Hydraulic?
A complete hydraulic system consists of five parts, namely, power components, the implementation of components, control components, no parts and hydraulic oil. The role of dynamic components of the original motive of the mechanical energy into hydraulic body pressure energy, the hydraulic system of pumps, it is to power the entire hydraulic system. Structure of hydraulic pumps generally have the gear pump, vane pump and piston pump. Implementation of components (such as hydraulic cylinder and a hydraulic motor) is the role of the pressure of the liquid can be converted to mechanical energy to drive the load, the linear reciprocating or rotary motion. Control components (that is, the various hydraulic valves) in the hydraulic system to control and regulate the pressure of liquid, flow and direction. According to the different control functions, hydraulic valves can be divided into the pressure control valve, flow control valves and directional control valve. Pressure control valve is divided into overflow valve, relief valve, sequence valve, pressure relays; flow control valves including throttle, adjusting method, shunt valve; directional control valve includes a one-way valve, check valve, reversing valve, etc.. Under the control of different ways, hydraulic valves can be divided into the switch control valve, control valve and proportional control valve. Auxiliary components, including fuel tanks, oil filters, tubing and pipe joints, seals, pressure gauges, liquid level and temperature meter. Hydraulic oil is a medium energy transfer in the system, there are a variety of mineral oil, emulsion, hydraulic oil and other categories.
Hydraulic principle,It is composed of a hydraulic cylinder two different sizes, with water or oil in the hydraulic cylinder. Water is called "hydraulic press"; called "hydraulic machine oil". The two hydraulic cylinders, each with a piston sliding, if a certain value in the small piston on the pressure, according to Pascal's law, small piston to the pressure to the piston through the liquid pressure, the piston crown. Based cross-sectional area of the small piston is S1, plus a small piston in the downward pressure on the F1. So, a small piston on the liquid pressure is p=F1/S1, can be the same size in all directions to the transmission of liquid. Pressure Da Hong plug are also equal to P. If the cross sectional area of piston is S2, the pressure generated by the P on the piston in the pressure F2=PxS2 cross-sectional area is a small multiple of the piston cross-sectional area. From the type known, a small forces on the piston, the piston will be in great force, for which the hydraulic machine used to suppress plywood, oil extraction, weight, such as forging steel.
History of the development of hydraulic,Hydraulic and pneumatic transmission become fluid drive, is a new technology put forward according to the seventeenth Century Pascal's principle of hydrostatic pressure to drive the development of causality, 1795 Joseph Braman, in London water as working medium, to form hydraulic press used in industry, the birth of the world's first hydraulic press. Media work in 1905 will be changed to oil and water, and further improved. Widely used after the first World War, hydraulic transmission, especially after 1920, more rapid development. Hydraulic components in the late nineteenth Century and early twentieth Century about 20 years, only started to enter the formal production stage. In 1925 Vickers invented the pressure balanced vane pump, hydraulic components for the modern industrial or hydraulic transmission of the gradual establishment of the foundation. At the beginning of twentieth Century Constantine Ennis grams of fluctuation of energy transfer theory and practical research; in 1910 on the hydraulic transmission contributions, so that these two areas of development.
During the Second World War, 30% application of hydraulic drive in America machine. It should be pointed out, the national development of hydraulic transmission in Japan than Europe and the United States, nearly 20 years later. In 1955, the rapid development of Japan's hydraulic transmission, in 1956 established the "hydraulic industry". In recent years 20~30, development of Japan's fast hydraulic transmission, a leading position in the world.
There are many outstanding advantages, so it is widely used, such as general industrial use of plastic processing machinery, pressure machine, machine tool; walking machinery engineering machinery, construction machinery, agricultural machinery, automobile and so on; iron and steel industry with the metallurgical machinery, lifting device; the floodgates and dams, river bed lifting device device, bridge engineering with the manipulation mechanism; power plant turbine speed control device, a nuclear power plant and so on; with the ships deck crane, the bow door; giant antenna control device, special techniques for measuring buoy, lifting and rotating stage; military industrial gun control device, ship anti rolling device simulation of aircraft, aircraft, landing gear device and the rudder control device.
The wire ropes with various specifications are widely used in the industrial fields. Regardless of lifting, transportation, deep-sea ship, mines and wells, seaport and dock or various hoisting machinery, a large number of wire ropes are needed.
With the unceasing development of the industry, the use amount and consumption increase continuously. However, the wire ropes should be made in certain length and fitted with rope sheaths for use. So, the wire rope sheath press was introduced and became important machinery.
The wire rope sheath presses produced by our company have the following features and advantages:
1. Combination type crossbeam is adopted for the press, which has enormous interface modulus and can bear giant bending torque and ensure the strength and rigidity of the press.
2.To minimize the bending torque of the upper and lower crossbeams, the crossbeam span have been minimized in the design, which optimizes the pressing stress and compacts the structure, and saves steel material and have reached the scientific matching.
3.For rope sheath press with large tonnage, we use big unit working pressure in the hydraulic system by our conscientious design. For example, for the presses with 1000 tons and above, the unit pressure adopted by us is 55Mpa, which not only compacts the press structure but also saves large amount of steel material, meanwhile, the use is more convenient.
4.Constant power system is used for the hydraulic system of wire rope sheath press with middle and low tonnage, which not only minimizes the loading power (due to smaller angular power) but also saves power in order to realize the reasonable power using. For the wire rope sheath press with large tonnage, we use a system with both high and low pressure so that fast speed can be achieved for low pressure and reasonable speed for high pressure.
5.For press with large tonnage, hydraulic shock will occur when depressurizing due to the large diameter of the hydraulic cylinder and high unit pressure. We use special technical measures for the hydraulic system in order to get rid of the hydraulic shock in the process of switching between high and low pressure, thus safe and reliable operation can be achieved.
6.In the hydraulic system with big flow rate, we use plug valve, liquid –filled valve and other hydraulic elements in order to realize big flowing capacity.
7.In order to ensure the convenient operation of the press by the workers, the operation space of press, the width of work table from front to rear and the installation of upper and lower molds are arranged very reasonable.
8
摘 要
本文主要闡述了沖床的液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要工作特點是高頻、高速、高壓。液壓技術是機械設備中發(fā)展速度最快的技術之一。
沖床的滑塊由液壓缸驅動，用于液壓工件的沖剪加工，可以實現(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，沖壓液壓機在提高行程次數(shù)的快速性技術、提高工作精度的主動抗偏技術、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動技術以及多壓力點同步技術和滑塊位置與傳送的數(shù)控調節(jié)技術等方面進步很快，過去液壓機與機械壓力機對比中的缺點已經接近消失。傳統(tǒng)的沖壓加工設備，在技術性能、加工質量保證和可靠性以及運轉經濟性方面越來越不適應現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動化生產的需求。
關鍵詞：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 液壓技術及其影響 1
1.1.2 沖床液壓系統(tǒng) 2
1.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分 2
1.2.1 液壓傳動的工作原理 3
1.2.2 液壓傳動的組成 3
1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 4
1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點 4
1.3.2 液壓傳動的缺點 5
1.5 沖壓設備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢 8
1.5.1 沖壓設備概述 8
1.5.2 沖壓設備發(fā)展趨勢 8
1.6 課題的來源及研究的目的和意義 9
1.7 課題的研究內容 9
第2章 沖床液壓系統(tǒng)分析 10
2.1 高速沖床液壓系統(tǒng)分析 10
2.1.1 沖床液壓系統(tǒng)圖 10
2.1.2 高速沖床液壓系統(tǒng)工作過程 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 缸筒的設計計算 14
3.1.2 活塞桿 16
3.1.3 液壓缸進油口尺寸 17
3.1.4 液壓缸的密封 17
3.1.5 液壓缸摩擦力的計算 18
3.1.6 液壓缸基本結構 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 電機的選擇 20
3.4 速度驗算 20
3.4.1 空行時速度驗算 20
3.4.2 沖壓板厚為1mm時速度驗算 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 蓄能器容量計算 22
3.6 管路的選擇 24
3.6.1 管路內徑計算 24
3.6.2 管道壁厚 24
3.7 油箱設計 25
3.8 冷卻器 25
3.9 過濾器 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)結構設計 28
4.1 閥塊的總裝結構圖 28
4.2 閥塊結構圖 28
4.3 沖床液壓站結構圖 29
4.4 液壓缸結構圖 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 有限元分析基本過程 34
5.2 ADNIA軟件介紹 35
5.3 靜力分析 36
5.4 總結與分析 38
第6章 沖床液壓站成本估算統(tǒng)計 39
6.1 元件明細 39
6.2 液壓站報價明細 40
結 論 41
致 謝 42
參考文獻 43
附 錄1 44
附 錄2 46
-V-
第1章 緒 論
1.1 研究意義
液壓沖床（如圖1-1所示）是目前是沖壓設備行業(yè)上的一款全自動、智能化的伺服電液復合壓力機，其與傳統(tǒng)沖床和注壓機相比，無論是在機械結構上，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、全程自動化、智能化且功能強大。
16
圖1-1 液壓沖床
1.1.1 液壓技術及其影響
液壓技術作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵基礎技術之一，已成為工業(yè)機械、工程建設機械及國際尖端產品不可缺少的重要技術基礎。是它們向自動化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關鍵技術。世界工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠高于機械工業(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。
機械制造是為國民經濟各部門和自身技術改造提供先進技術裝備的工業(yè)部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機械制造工業(yè)獲取毛坯、成形產品及提高零件機械性能的重要生產方法，在眾多金屬冷、熱加工機器設備中普遍使用液壓技術，其中壓力機和金屬切削機床是應用液壓技術較早較廣的領域。
在車、銑、刨、磨、鉆各類液壓機床中，主要利用液壓技術可在較寬范圍內進行無級調速，具有良好的換向及換接性能，易于實現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點，完成工件及刀具的夾緊、控制進給速度和驅動主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機床、加工中心等先進制造設備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動與控制仍然是現(xiàn)代金屬切削機床自動化的重要途徑。在鍛造機、液壓機、折彎機、剪切機等壓力加工設備中，主要利用液壓傳動傳遞力較大、便于壓力調節(jié)控制和過載保護的特點，進行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等機器設備的生產作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣體、振動噪聲大。因此要求機器要有良好的適應性、可靠性和維護性。在造型機及澆鑄機、焊接機、淬火機等鑄造、焊接及熱處理機器設備中，主要利用液壓技術便于無級調速和遠距離遙控作業(yè)等特點，進行造型及鑄型輸送與澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動者勞動強度、避免和減少熱輻射和有害氣體對人身的侵襲并提高生產率。
1.1.2 沖床液壓系統(tǒng)
沖床的滑塊由液壓缸驅動，用于液壓工件的沖剪加工，可以實現(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 液壓傳動的工作原理及其組成部分
液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。
1.2.1 液壓傳動的工作原理
液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過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）把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現(xiàn)直線往復運動和回轉運動。其中的液體稱為工作介質，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。
1.2.2 液壓傳動的組成
液壓傳動系統(tǒng)主要由下列5部分組成：
（1）動力元件，即液壓泵，其職能是將原動機的機械能轉換為液體的壓力動能（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)的動力源。
（2）執(zhí)行元件，指液壓缸或液壓馬達，其職能是將液壓能轉換為機械能而對外做功，液壓缸可驅動工作機構實現(xiàn)往復直線運動（或擺動），液壓馬達可完成回轉運動。
（3）控制調節(jié)元件，指各種閥利用這些元件可以控制和調節(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期的要求進行工作。
（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)測控制。
（5）工作介質，即傳動液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介質實現(xiàn)運動和動力傳遞的，另外液壓油還可以對液壓元件中相互運動的零件起潤滑作用。
1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點
1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點
(1) 傳動平穩(wěn)
在液壓傳動裝置中，由于液壓油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，因此不像機械機構因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應用在要求傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。
(2) 質量輕體積小
液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產的1m3挖掘機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質量減輕了1t。
(3) 承載能力大
液壓傳動易于獲得很大的力和轉矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。
(4) 容易實現(xiàn)無級調速
在液壓傳動中，調節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大，可達2000:1，很容易獲得極低的速度。
(5) 易于實現(xiàn)過載保護
液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。??? ????
(6) 液壓元件能夠自動潤滑
由于采用液壓油作為工作介質，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。
(7) 容易實現(xiàn)復雜的動作??
采用液壓傳動能獲得各種復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。
(8) 簡化機構
采用液壓傳動可大大地簡化機械結構，從而減少了機械零部件數(shù)目。
(9) 便于實現(xiàn)自動化
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，很容易實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應用得很普遍。
1.3.2 液壓傳動的缺點
(1) 液壓元件制造精度要求高
由于元件的技術要求高和裝配比較困難，使用維護比較格。
(2) 實現(xiàn)定比傳動困難
液壓傳動是以液壓油液為工作介質，在相對運動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(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) 不適宜遠距離輸送動力
由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。
(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 液壓技術的國內外研究現(xiàn)狀分析
液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)生產中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。第一個使用液壓原理的是1795年英國約瑟夫·布拉曼（Joseph Braman，1749-1814），在倫敦用水作為工作介質，以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905年他又將工作介質由水改為油，使其性能得到了進一步的到改善。
第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）后液壓傳動廣泛應用，特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀末20世紀初的20年間，才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。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)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。
20世紀初康斯坦丁·尼斯克（G· Constantimsco）對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究；1910年對液力傳動（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方面的貢獻，使這兩方面領域得到了展。
我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機床、工程機械、冶金、農業(yè)機械、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用。當前液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應用、系統(tǒng)計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，也取得了顯著成果。
目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產出許多新型元件，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。我國機械工業(yè)在認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術的同時，大力研制、開發(fā)國產液壓件新產品，加強產品質量可靠性和新技術應用的研究，積極采用國際標準，合理調整產品結構，對一些性能差而且不符合國家標準的液壓件產品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術的迅速發(fā)展，液壓技術將獲得進一步發(fā)展，在各種機械設備上的應用將更加廣泛。
國內的壓力加工行業(yè)對數(shù)控壓力機有著很大的需求量。據(jù)有關統(tǒng)計，在“八五”期間國內數(shù)控壓力機的年需求量將不斷上升。但是引進外國設備不僅價格高，而且還受到外匯使用上的限制。只有大型企業(yè)和經濟實力很雄厚的企業(yè)才有能力購買，而許多中、小型廠家則無法購買到所需的數(shù)控壓力機。
由于液壓技術廣泛應用了高科技成果，如：自控技術、計算機技術、微電子技術、可靠性及新工藝新材料等，使傳統(tǒng)技術有了新的發(fā)展，也使產品的質量、水平有一定的提高。盡量如此，走向21世紀的液壓技術不可能有驚人的技術突破，應當主要靠現(xiàn)有技術的改進和擴展，不斷擴大其應用領域以滿足未來的要求。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾方面。減少損耗，充分利用能量液壓技術在將機械能轉換成壓力能及反轉換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個問題：減少元件和系統(tǒng)的內部壓力損失，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，采用負荷傳感系統(tǒng)、二次調節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。
我國電液伺服技術始于六十年代，到七十年代有了實際應用產品，目前約有年產能力2000臺；電液比例技術到七十年代中期開始發(fā)展，現(xiàn)有幾十種品種、規(guī)格的產品，約形成有年產能力5000臺。總的看，我國電液伺服比例技術與國際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導系列產品，現(xiàn)有產品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗研究，性能水平較低，質量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問題等，都有礙于該項技術進一步地擴大應用，急待盡快提高。
在流體產品領域內，目前世界上最大的流體產品（主要是液壓件、密封件及液壓附件等）制造企業(yè)，美國的派克（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)，德國的博士――力士樂公司，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。其最具特色的產品是用于靜液壓傳動的變量系統(tǒng)液壓元件，無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)元件的工程機械整個系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動部件制造企業(yè)，德國的ZF公司，成立于1915年，也有近100年歷史，能為各種工程機械提供品種齊全的傳動部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日本的東芝公司、川崎公司、德國的博士（Bose）公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久歷史，能滿足工程機械各種高技術水平的電氣系統(tǒng)和電氣元件的要求。
在科學技術迅猛發(fā)展的今天，計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術等現(xiàn)代化信息技術正對人類?的生產生活產生著前所未有的影響。這些信息技術的進步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設計方法與制造技術模式的改變指明了方向，為數(shù)字化設計資源與制造資源的遠程共享，進一步提高產品開發(fā)效率奠定了基礎。這一點已經引起了學術界的廣泛關注，并且有很多科研學者已經投入到了這方面的研究。目前在液壓領域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系統(tǒng)的設計時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠程設計服務可以解決這些問題。為減輕液壓設計人員的工作負擔，實現(xiàn)現(xiàn)代化設計模式的轉變以及設計資源、技術資源和產品信息的共享。
1.5 沖壓設備發(fā)展概況及發(fā)展趨勢
1.5.1 沖壓設備概述
沖壓技術是目前被廣泛應用的金屬壓力加工方法之一，它具有效率高、質量好、能量省、成本低的特點，所以工業(yè)先進的國家越來越多的采用沖壓技術來代替切削技術和其他加工技術。沖壓技術廣泛應用于汽車工業(yè)、農業(yè)機械、家用電器、電子儀表、國防工業(yè)及日用品等生產部門。
先進的沖壓設備是沖壓技術發(fā)展的先決條件，當今國內外的沖壓設備其沖壓系統(tǒng)主要由機械式和液壓式兩種[3]。
隨著電子技術和液壓技術的發(fā)展，出現(xiàn)了各種液壓式數(shù)控壓力機。液壓式壓力機采用液壓傳動系統(tǒng)來代替曲柄滑塊機構。
1.5.2 沖壓設備發(fā)展趨勢
近年來，沖壓液壓機在提高行程次數(shù)的快速性技術、提高工作精度的主動抗偏技術、改善工作特性和降低工作噪聲的沖裁減震技術、降低安裝功率的節(jié)能混合傳動技術以及多壓力點同步技術和滑塊位置與傳送的數(shù)控調節(jié)技術等方面進步很快，過去液壓機與機械壓力機對比中的缺點已經接近消失[1]。傳統(tǒng)的沖壓加工設備，在技術性能、加工質量保證和可靠性以及運轉經濟性方面越來越不適應現(xiàn)代汽車工業(yè)大規(guī)模、大批量自動化生產的需求[2]。為提高工作效率，降低能源消耗，實現(xiàn)大規(guī)模生產，國外生產廠家制造出先進的數(shù)控告訴沖壓設備，其基本特點為：
（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，尤其是對壓力機的動態(tài)精度要求很高；
（3） 震動和噪聲要求小，設備的動平衡要求高；
（4） 制動性能好；
（5）檢測控制系統(tǒng)完善，一般采用PCL控制器和數(shù)控技術隊沖壓設備各元件和參數(shù)進行檢測和設定來實現(xiàn)工作過程自動化。
（6）其輔助設備齊全，應配備自動送料及廢料剪切等機構。
現(xiàn)代先進的沖壓設備發(fā)展趨勢：
①高速化、高效化、低消耗。提高液壓機的工作效率，降低生產成本；
②機電液一體化。充分利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善；
③自動化、智能化；
④液壓元件集成化，標準化。
1.6 課題的來源及研究的目的和意義
課題來源于沈陽中之杰流體傳動控制有限公司
沖床就是一臺沖壓式壓力機。在國民生產中，沖壓工藝對于比較傳統(tǒng)機械加工來說有節(jié)約材料和能源，效率高，對操作者技術要求不高及通過各種模具應用可以做出機械加工所無法達到的產品這些優(yōu)點，因而它的用途越來越廣泛。
因此通過本次畢業(yè)設計主要學習掌握綜合運用液壓傳動、機械設計、工程系統(tǒng)等課程中所學理論知識的能力；著重突出液壓系統(tǒng)設計的獨立性和實用性，培養(yǎng)和提高獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適應工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅實基礎。
1.7 課題的研究內容
對現(xiàn)有的沖床液壓系統(tǒng)進行調研和分析，明確沖床液壓系統(tǒng)的工作機理和分類，設計沖床液壓系統(tǒng)中的相關部分，并對其進行總結。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）設計沖床液壓系統(tǒng)原理圖；
（3）設計沖床液壓油源；
（4）設計液壓缸的裝配圖；
（5）設計液壓缸的部分零件圖；
（6）設計系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖；
（7）設計閥塊的零件圖；
（8）撰寫畢業(yè)論文。
第2章 沖床液壓系統(tǒng)分析
2.1 高速沖床液壓系統(tǒng)分析
高速沖床既可對工件進行沖孔又可進行沖壓成形。不同的加工方式對系統(tǒng)的壓力，沖頭的速度都有不同的要求，沖孔時，要求沖頭以最大的速度下降加工工件，并且快速上升返回。而成形過程要求滑塊以較快的速度下降，遇到負載時沖頭速度降低且系統(tǒng)壓力升高，確保對鋼板的準確沖壓成形，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-過濾器；2-電機；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 高速沖床液壓系統(tǒng)工作過程
比例伺服閥的比例電磁鐵輸入電壓為正時，其右位工作，來自泵的液壓油通過比例伺服閥進入油缸的上腔，油缸的下腔排出的液壓油經過液控換向閥和比例伺服閥進入油缸的上腔，組成差動快速回路，活塞桿帶動沖頭快速向下運動，當沖頭遇到工件受阻時，系統(tǒng)壓力升高，達到液控換向閥的壓力，液控換向閥的左位接通，差動連接被切斷，由泵自己本身出來的液壓油向上腔供油，活塞緩慢向下運動，沖壓工件，下腔的油通過液控換向閥流回油箱，沖壓完畢后沖頭到達下位極限，接近開關SQ2向控制系統(tǒng)發(fā)信號，使比例伺服閥輸入電壓信號為負，控制比例伺服閥左位工作，同事負載消失，液控換向閥右位接通，泵向下腔供油，同時上腔的油通過比例伺服閥流回油箱，活塞向上運動，完成了一個工作循環(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
沖載力的計算公式：
（2-1）
式中：——沖載周長（mm）
——板材厚度（mm）
——材料抗剪強度（MPa）。
材料抗剪強度不僅與材料的性質有關還與材料硬化強度，材料相對厚度，凹凸模相對間隙（Z/t）以及沖載速度有關。為簡化計算，可按表2-1選用值
表2-1材料抗剪強度值選用
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于板材厚度越大時，其抗剪強度越小，對于沖床，板材厚度一般相對于沖孔直徑來說很小，所以在該系統(tǒng)中選用=。
所以沖孔時沖載力計算公式為：
（2-2）
式中： ——材料抗拉強度（MPa），為計算方便取剛才的抗拉強度=550MPa。
由公式（2-2）可得出針對不同的板料厚度本沖床所能沖載的最大孔徑不同，見表2-2
表2-2 一定厚度時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。當空行程運動時，若忽略摩擦力的影響系統(tǒng)負載為零，在沖頭沖壓工作的過程中，負載逐漸增大，當沖頭到達板厚的1/3處時，沖壓力最大，隨著沖載的進行，壓力又逐漸減小。
2.2.2 系統(tǒng)壓力選定
壓力選定過程中系統(tǒng)壓力越高液壓缸尺寸越小，所以壓力應選擇盡量高，該系統(tǒng)采用高壓泵31.5MPa柱塞泵，所以溢流閥調定壓力定位MPa。
2.2.3 周期和行程
要求該高速沖床最大行程s=40mm，不同的工作行程，系統(tǒng)的沖壓頻率（周期）也不同，當工作行程為12mm時，沖載頻率f=300次/min，此時周期：=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，它能直接帶動沖頭進行沖壓工作。按照工作要求和工作特點，自行設計了沖壓缸。
3.1.1 缸筒的設計計算
缸筒是液壓缸的主體零件，它與缸蓋、活塞等零件構成密閉容腔，形成內壓，推動活塞桿運動。設計缸筒時，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運動，既要能滑動自如，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）內徑D計算
高壓時系統(tǒng)最大壓力為p=25MPa，最大負載max=200kN，初定系統(tǒng)阻力f=25kN。
工作時，活塞受力公式為：
+=p=2/4
式中： ——液壓缸內徑（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）；
液壓缸內徑計算公式：
≥=107.1mm
按照表3-1缸筒內徑系列（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度，目前，普遍采用缸筒材料是熱軋或冷拔無縫鋼管。近幾年來由專業(yè)廠提供內圓已經研磨和外圓精加工的高精度冷拔無縫鋼管，按所需長度切割材料。本次材料選用45號鋼冷拔無縫鋼管。內徑110mm 壁厚15mm。
(3) 缸筒厚度校核
在中低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結構工藝要求決定，一般不要求校核，但在高壓系統(tǒng)中按照下列情況進行校核：
當/D時為薄壁，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
——缸筒材料許用應力，
當 /時為厚壁，按下式進行校核：
（3-2）
缸筒采用45號無縫鋼管，壁厚=15mm，/=15/110=0.13，所以用公式（3-2）進行厚度校核：
mm<15mm,所以=15mm滿足強度要求。
3.1.2 活塞桿
活塞桿為實心結構，材料為45號鋼。
先按照壓縮拉伸強度來計算活塞桿直徑d：
mm
式中： ——活塞桿材料許用應力，=MPa
計算出活塞桿直徑后見表3-2進行圓整。
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，活塞有較高的運動速度，可以降低沖壓周期，所以活塞桿應盡量選擇的大些，以提高液壓缸回程速度，但因為快進過程采用了差動連接，若活塞桿直徑太大，其快速下降的速度便會降低，所以應選擇合適的活塞桿直徑。
差動快速下降時活塞速度：
（3-3）
活塞退回時速度：
（3-4）
要降低運動時間，則應對求最大值，求得mm，即時活塞運動時間最少。
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 液壓缸進油口尺寸
通過上面計算，液壓缸進油口尺寸見表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
液壓缸應設在兩端的極限位置，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力和速度，液壓油在系統(tǒng)及元件的容腔內流動或暫存時，由于壓力、間隙、粘度等因素的變化，而導致少量工作介質越過容腔邊界，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)劣勢將直接影響液壓缸的工作性能。密封不好的液壓缸，不僅會污染環(huán)境、降低容積效率、增加功率損失，有時還會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等因素。密封件的合理選用對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)采用工作介質要有相容性；動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、動摩擦系數(shù)差值要小[8]。密封件的耐磨性要好，磨損后應有一定程度的自動補償，制造簡單、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℃，運動速度0.5m/s。按照缸筒內徑選擇的型號為：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40MPa，溫度-40~100℃，運動速度小于0.5/S,根據(jù)活塞桿直徑選擇其型號為：MA39-80/22965。
（3）活塞桿的防塵
活塞桿在伸縮過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。不僅會加劇零件的磨損、產生劃痕，而且會影響液壓系統(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，使用溫度-40~100℃，運動速度最高為1.0m/s。按活塞桿基本參數(shù)選用AD48-80/88981。
3.1.5 液壓缸摩擦力的計算
液壓缸的密封裝置設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 液壓缸基本結構
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計的液壓缸，以滿足該用途的特殊要求，在結構、材料、加工精度等方面都有特殊要求；而通用液壓缸無特殊的使用要求，結構簡單，零部件符合標準化、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構形式：拉桿型、焊接型、法蘭型液壓缸。法蘭型液壓缸，其工作特點是額定壓力高，通常額定壓力35MPa，外形尺寸大[9]。適用于較嚴酷的沖擊負載和外界工作條件，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一周所排出的液體體積?；钊谐蘳=12mm時，沖壓頻率f=300次/min，則一周期內，泵向液壓缸的排油量應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。
3.4 速度驗算
3.4.1 空行時速度驗算
差動下行階段：當行程為12mm時，周期為T=0.173s＜0.2s，此時頻率f=1/=5.78Hz ，即每分鐘沖壓346次。
3.4.2 沖壓板厚為1mm時速度驗算
行程12mm時，差動下行階段
cm/s
所需時間：
s
沖壓階段：
cm/s
所需時間：
s
返回階段：
cm/s
所需時間：
s
周期：T=0.084+0.06+0.082=0.226s
此時頻率f=1/0.2335=4.25Hz，即每分鐘沖壓265次。
沖壓板厚為1mm，行程10mm時，其沖壓頻率可以達到300次/min 以上，但是行程等于12mm時，頻率未達到300次/min，所以系統(tǒng)回路中加入了蓄能器，它作為輔助動力源在必要時刻釋放儲存的油液，提高流量，從而可以提高活塞運動速度。
3.5 蓄能器
3.5.1 蓄能器分類
蓄能器有各種結構形狀，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儲存和釋放能量，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，反應靈敏；結構緊湊[12]。
3.5.2 蓄能器充氣壓力p的確定
當蓄能器作為輔助動力源、補償泄漏、緊急動力源時，應使蓄能器總容積V盡量小，而單位容積的儲能盡量大，膠囊壽命應盡量長。對于氣囊式蓄能器其充氣壓力應在系統(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)工作時的變形范圍，可以保護皮囊，延長其使用壽命。
3.5.3 蓄能器容量計算
(1) 有效排油量的計算
蓄能器在作蓄能時，是與油泵一起供油的，則蓄能器一個工作循環(huán)內的有效排油量應按下式計算：
= （3-8）
式中 ——有效排油量（L）；
——系統(tǒng)中各個工作點的耗油量總和（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，頻率要達到300次/min，假定快速下降時活塞速度為=17cm/s，快速返回時活塞速度為=18cm/s，則一個周期內，系統(tǒng)中所需耗油總量為：
=0.119L
泵在一個周期內的總供油量為：
L
代入公式（2-13）得
L
(2) 總容積V計算
蓄能器的總容積的是指氣腔與液控的容積之和，對于氣囊式蓄能器為充氣容積?？側莘e可由氣體定律計算：
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)。
蓄能器在工作過程中大多屬于多變過程，在蓄油時，氣體壓縮為等溫過程，放油時氣體膨脹為絕熱過程所以其充氣容積按公式計算：
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)中主要用來把各種元件及裝置連接起來傳輸能量，為保證系統(tǒng)工作可靠，管路及管接頭應有足夠的強度，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縫鋼管、耐油橡膠軟管、純銅管、尼龍管等幾種。選用強度好、耐壓高、變形小、抗腐蝕性的無縫鋼管適合沖床液壓系統(tǒng)。
3.6.1 管路內徑計算
管路內徑的大小取決于管路的種類及管內流速的大小。在流量一定的情況下，內徑小則流速高，壓力損失大，容易產生噪聲；內徑大則難于安裝，所占空間大，重量大。管路內徑一般由下式確定
式中：——管路內徑（mm）
——流量（L/min）；
——流速（m/s）；
對吸油管道取≤0.6~1.3m/s；對壓油管道≤2.5~7.6m/s （壓力高時取大值）；對回油管≤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按下式計算：
式中： ——管子壁厚（mm）
——工作壓力（Pa）
——管子內徑（mm）
——油管材料的許用應力（Pa）
對鋼管：[]=為管材的抗拉強度：n為安全系數(shù)，當≤7MPa時，取=8；當7MPa＜≤17.5MPa時，取=6；＞17.5MPa時，取=4.由鋼管的力學性能表查得 p =450MPa，將已知數(shù)據(jù)代入公式得，出油管道取1mm。
3.7 油箱設計
油箱在液壓系統(tǒng)中主要作用是儲存液壓系統(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)結構緊湊。
油箱容積的估算經驗公式為：
式中： ——油箱的容積（L）
——液壓泵的總額定流量（L/min）；
經計算 =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，同時降低了成本，節(jié)省了空間。
3.8 冷卻器
液壓系統(tǒng)工作時，各種能量損失全部轉化為熱量。這些熱量除部分通過油箱、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，嚴重影響液壓系統(tǒng)的正常工作。因此采用強制冷卻的辦法，通過冷卻器來控制油液的溫度。
冷卻器按冷卻介質不同可分為水冷和風冷冷卻器，本文采用FL10空氣冷卻器，基本機構為電動機帶動一風扇，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，風量2210m3/h，風機功率0.12kw。
3.9 過濾器
該液壓系統(tǒng)在回油路上設置過濾器，在系統(tǒng)油液流回油箱之前，過濾器外界侵入系統(tǒng)的和系統(tǒng)內產生的污物濾除，為了系統(tǒng)提供清潔的油液，此次設計采用RF-6010會有過濾器，安裝在油箱的頂部。過濾器公稱流量為60L/min，過濾精度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連續(xù)的按比例的對油流的壓力、流量和方向進行遠距離控制的閥。
隨著比例技術的發(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，其響應頻率一般在30~100Hz之間，無零位死區(qū)，并克服了伺服閥過濾精度高的缺點。
現(xiàn)在采用的比例伺服閥是在普通液壓閥的基礎上用電機械轉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。
本次設計采用的比例伺服閥方向閥，在結構形式上與傳統(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的不同，它根據(jù)輸入電壓或電流的大小和極性來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，響應時間≤10ms，滯環(huán)≤0.1%，輸入[-10v~+10v]的電壓信號。
3.10.2 其他閥的選擇
(1) 溢流閥
溢流閥是系統(tǒng)中多余液體通過閥口溢出，從而維持其進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、實現(xiàn)穩(wěn)壓、調壓或限壓的作用。常用的有直動式和先導式兩種。
本次設計研究的液壓系統(tǒng)壓力高流量大，所以選用先導式溢流閥，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) 液控換向閥
液控換向閥是利用控制油路中的壓力油推動閥芯，變換流體流動方向控制閥。本次設計選用WHNG10C2的液控換向閥，最大工作壓力31.5MPa，最高控制壓力25MPa，其調定壓力在為20MPa。
第4章 沖床液壓系統(tǒng)結構設計
4.1 閥塊的總裝結構圖
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 閥塊結構圖
閥塊就是一個小型的回路，閥塊是將系統(tǒng)中各種應用在油路中的閥通過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 沖床液壓站結構圖
液壓站是由驅動電動機、液壓泵、油箱、節(jié)流閥、溢流閥等構件在一起的液壓裝置，按驅動要求流向、壓力和流量供油，適用于各個驅動裝置機械上，這種液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)各種規(guī)定的工作。它是在工業(yè)革命時代發(fā)明的，現(xiàn)在廣泛用于各個工業(yè)領域及汽車制動上。
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，同時控制壓力、流量和流向，從而實現(xiàn)液壓缸的高速運動，達到沖床的高速運動，沖床液壓站結