1512+沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1512+沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),沖壓,機(jī)床,液壓,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書系 部 ： 機(jī)械工程系專 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名： 陸輝學(xué) 號(hào)：05010127設(shè) 計(jì) (論 文 )題 目 ： 沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)起 迄 日 期 : 2009 年 3 月 09 日 ~ 6 月 14 日設(shè)計(jì) (論文 )地點(diǎn) : 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院指 導(dǎo) 教 師 : 張衛(wèi)專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人 : 龔光容發(fā)任務(wù)書日期: 2009 年 2 月 26 日任務(wù)書填寫要求1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系部領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生；2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部” 、 “專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)；5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo) GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：通過本課題旨在讓學(xué)生了解沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并運(yùn)用 AMEsim 軟件對(duì)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字建模與動(dòng)態(tài)仿真，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)沖壓機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化。通過該課題可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力和獨(dú)立工作能力，為學(xué)生最終走向工作崗位打下基礎(chǔ)。2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：本課題針對(duì)企業(yè)需求，首先研究 3150KN 四柱式?jīng)_壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的組成，進(jìn)而基于 AMESim 進(jìn)行沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行數(shù)字建模仿真，并完成動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化的目的。原始數(shù)據(jù)具體要求如下：3150KN 液壓機(jī)基本參數(shù)為：公稱力：3150KN，頂出力：630KN，液體最大工作壓力：25MPa，滑塊行程：800mm，頂出行程：300mm，開口高度：1250mm，工作臺(tái)面有效尺寸左右×前后：基型 1120×1120mm2技術(shù)要求具體要求如下：滑塊行程速度：快速下行 V1 150mm/s，慢速下行 V2 25mm/s，工作 V310mm/s，回程 V4 80mm/s，頂缸頂出及退回速度 V5 50mm/s工作要求具體要求如下：1) 對(duì) 3150KN 四柱式液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行需求分析并進(jìn)行總體設(shè)計(jì)；2) 進(jìn)行機(jī)床液壓控制系統(tǒng)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，計(jì)算并確定液壓系統(tǒng)各部分的尺寸，其中主要包括油缸尺寸和液壓泵規(guī)格的確定和各個(gè)閥的選型；3) 運(yùn)用 AMESim 軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，解決換向壓力沖擊大和回程速度慢的問題；4) 按要求提供設(shè)計(jì)文檔；5) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕：1. 機(jī)床液壓控制系統(tǒng)圖及仿真程序2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4．主要參考文獻(xiàn)：[1] 郭成，儲(chǔ)家佑，等. 現(xiàn)代沖壓技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.[2] 程燕軍，柳舟通，等. 沖壓與塑料成型設(shè)備[M]. 北京: 科學(xué)出版社，2005.[3] 李永堂，雷步芳，高雨茁. 液壓系統(tǒng)建模與仿真[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2003.[4] 張利平. 液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.[5] 李華聰，李吉. 機(jī)械/液壓系統(tǒng)建模仿真軟件 AMEsim[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2006，(12): 294-298.[6] 王平, 葉曉葦. 沖床加工設(shè)備及自動(dòng)化[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.[7] 俞新陸，楊津光. 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與控制[M]. 北京：機(jī)械工程出版社，1997.[8] 俞新陸. 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.[9] 付永領(lǐng)，祁曉野. AMEsim 系統(tǒng)建模和仿真— 從入門到精通[M]. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006. [10] 蘇東海，于江華.液壓仿真新技術(shù) AMEsim 及應(yīng)用[J].機(jī)械.2006，(11):35-37 [11] 盧長(zhǎng)耿, 李金良. 液壓控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[M]. 北京:煤炭工業(yè)出版社, 1991.[12] 劉海麗，李華聰.液壓機(jī)械系統(tǒng)建模仿真軟件 AMEsim 及其應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓:2006，(6):124-126.[13] 邊海岸, 戴雙獻(xiàn). 四柱式萬能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理研究[J].中國(guó)機(jī)械工程師, 2007, (7): 92-93.畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容2009 年3 月 9 日 ～3 月 29 日3 月 30 日～4 月 12 日4 月 13 日～ 4 月 27 日4 月 28 日～5 月 16 日5 月 17 日～5 月 31 日6 月 1 日～6 月 5 日完成外文資料翻譯、文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告完成 3150KN 四柱式?jīng)_壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)總體方案，設(shè)計(jì)計(jì)算并確定液壓系統(tǒng)各部分的尺寸基于 AMESim 進(jìn)行沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)數(shù)字建模完成動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，解決換向壓力沖擊大和回程速度慢的問題完成畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯論文答辯所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日系部意見：系部主任： 年 月 日 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 I 頁(yè) 共Ⅱ頁(yè)目 錄1 緒論 .11．1 研究背景及意義 11．2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 11.2.1 液壓控制技術(shù)的發(fā)展情況 .11.2.2 液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展 .21．3 論文主要研究?jī)?nèi)容 31．4 論文的組織結(jié)構(gòu) 32 沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .52．1 液壓機(jī)的工作原理及特點(diǎn) 52.1.1 液壓機(jī)的工作原理 .52.1.2 液壓機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式 .62.1.3 液壓機(jī)基本參數(shù) .62.1.4 液壓機(jī)的特點(diǎn) .72．2 液壓控制系統(tǒng)的功能和組成 72．3 3150KN 四柱式通用液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其分析 82.3.1 液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)功能需求分析 .82.3.2 液壓機(jī)的系統(tǒng)圖及系統(tǒng)工作原理分析 .92.3.3 系統(tǒng)控制基本回路 123 3150KN四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 163．1 液壓缸的尺寸 .163.1.1 工作缸的尺寸 163.1.2 頂出缸的尺寸 173．2 計(jì)算液壓系統(tǒng)工作的流量 .173．3 選擇液壓泵的規(guī)格 .183．4 確定控制閥的尺寸 .194 基于 AMESim的液壓控制系統(tǒng)建模與仿真分析 .214．1 建模仿真軟件 AMESim簡(jiǎn)介 214．2 基于 AMESim液壓系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)步驟 214．3 基于 AMESim的 3150KN液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)的建模與仿真 .244.3.1 系統(tǒng)建模 244.3.2 仿真結(jié)果分析 264.3.3 液壓控制系統(tǒng)的改進(jìn) 28本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 II 頁(yè) 共Ⅱ頁(yè)結(jié)束語(yǔ) .32致謝 .34參考文獻(xiàn) .35本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1頁(yè) 共 36頁(yè)1 緒論1．1 研究背景及意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的性能和控制精度等提出了更高的要求，而運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析具有重要的意義。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能，減少設(shè)計(jì)時(shí)間，還可以對(duì)所涉及的系統(tǒng)進(jìn)行整體分析和評(píng)估，從而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)，縮短設(shè)計(jì)周期和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的 [1]。液 壓 系 統(tǒng) 是 以 電 機(jī) 提 供 動(dòng) 力 基 礎(chǔ) ， 使 用 液 壓 泵 將 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 化 為 壓 力 ， 推 動(dòng)液 壓 油 。 通 過 控 制 各 種 閥 門 改 變 液 壓 油 的 流 向 ， 從 而 推 動(dòng) 液 壓 缸 做 出 不 同 行 程 、不 同 方 向 的 動(dòng) 作 。 完 成 各 種 設(shè) 備 不 同 的 動(dòng) 作 需 要 。液 壓 控 制 系 統(tǒng) 可 以 在 運(yùn) 行 過 程 中 實(shí) 現(xiàn) 大 范 圍 的 無 級(jí) 調(diào) 速 ， 在 同 等 輸 出 功 率下 ， 液 壓 傳 動(dòng) 裝 置 的 體 積 小 、 重 量 輕 、 運(yùn) 動(dòng) 慣 量 小 、 動(dòng) 態(tài) 性 能 好 。 采 用 液 壓 傳動(dòng) 可 實(shí) 現(xiàn) 無 間 隙 傳 動(dòng) ， 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) ， 便 于 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 工 作 循 環(huán) 和 自 動(dòng) 過 載 保 護(hù) 。 由 于一 般 采 用 油 作 為 傳 動(dòng) 介 質(zhì) ， 因 此 液 壓 元 件 有 自 我 潤(rùn) 滑 作 用 ， 有 較 長(zhǎng) 的 使 用 壽 命 。液 壓 元 件 都 是 標(biāo) 準(zhǔn) 化 、 系 列 化 的 產(chǎn) 品 ， 便 于 設(shè) 計(jì) 、 制 造 和 推 廣 應(yīng) 用 。本課題針對(duì) 3150KN四柱式液壓機(jī)，首先設(shè)計(jì)液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)，進(jìn)而基于AMESim軟件進(jìn)行了沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)數(shù)字建模，并完成動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，幫助企業(yè)降低成本實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化的目的 [2]。1．2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 液壓控制技術(shù)的發(fā)展情況當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓，高速，大功率，高效率，低噪聲，經(jīng)久耐用，高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的發(fā)展，在完善比例控制，伺服控制，數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。下面的表格簡(jiǎn)潔的介紹了國(guó)內(nèi)外液壓技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 [3]。表 1.1 國(guó)內(nèi)外液壓技術(shù)發(fā)展的動(dòng)向國(guó)內(nèi) 國(guó)外小型化、集成化、多樣化 機(jī)電一體化集成元件和系統(tǒng)高壓、高速、高精度、高可靠性 智能化自動(dòng)控制元件和系統(tǒng)發(fā)展內(nèi)容高效、節(jié)能、環(huán)保 高精度數(shù)字控制元件和系統(tǒng)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2頁(yè) 共 36頁(yè)機(jī)電一體化 水介質(zhì)液壓元件和系統(tǒng)1.2.2 液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展從 20 世紀(jì) 70 年代初開始，國(guó)外開始進(jìn)行液壓系統(tǒng)和元件的計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真研究，我國(guó)也從 20 世紀(jì) 70年代末 80 年代初開始進(jìn)行液壓系統(tǒng)與元件的仿真研究。經(jīng)過幾十年的研究開發(fā)，液壓仿真軟件包的性能實(shí)現(xiàn)了從原先的精度低，速度慢發(fā)展到精度高，速度快；從只能處理單輸入、單輸出的線性系統(tǒng)發(fā)展到能處理多輸入、多輸出的非線性系統(tǒng)；從復(fù)雜的編程和輸入發(fā)展到交互友好的圖形用戶界面等都有極大的提升。特別是近幾年，國(guó)外尤其在歐洲液壓仿真技術(shù)得到了飛速發(fā)展，各款老牌的液壓仿真軟件紛紛推出了面目一新的版本。如英國(guó)的 Bathfp ，瑞典的Hopsan ，德國(guó)的 DSH + 等。另外一些擅長(zhǎng)液壓仿真的綜合系統(tǒng)仿真軟件在商業(yè)上也獲得了很大的成功，具代表性的有法國(guó)的 AMESIM，波音公司的 Eay5。 作為一種多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真解決方案，AMESim（Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems）提供了一個(gè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的完整平臺(tái)，使用戶得以建立復(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)的模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和深入的分析。用戶可以在 AMESim平臺(tái)上研究任何元件或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，如在燃油噴射、制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)、機(jī)電系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用。工程設(shè)計(jì)師完全可以應(yīng)用集成的一整套 AMESim應(yīng)用庫(kù)來設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，所有這些來自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，AMESim 可讓工程師迅速達(dá)到建模仿真的最終目標(biāo)，使用戶從繁瑣和高度專業(yè)的數(shù)學(xué)建模中解放出來，從而專注于物理系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì) [4]。AMESim正處于不斷的快速發(fā)展中，AMESim 軟件目前在中國(guó)銷售的主要產(chǎn)品模塊有：4 個(gè)操作平臺(tái)、1 個(gè)三維動(dòng)畫前后處理工具、28 個(gè)應(yīng)用模型庫(kù)（共有 3,500個(gè)模型） 、5 個(gè)接口工具、1 個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)工具包以及 10個(gè)實(shí)時(shí)仿真代碼生成功能?，F(xiàn)有的應(yīng)用模型庫(kù)有：機(jī)械庫(kù)、信號(hào)控制庫(kù)、液壓庫(kù)（包括管道模型） 、液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)、液阻庫(kù)、注油庫(kù) （如潤(rùn)滑系統(tǒng)） 、氣動(dòng)庫(kù) （包括管道模型） 、氣動(dòng)元件設(shè)計(jì)庫(kù)、熱庫(kù)、熱液壓庫(kù)、熱液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)、熱氣動(dòng)庫(kù)、冷卻系統(tǒng)庫(kù)、二相流庫(kù)、空氣調(diào)節(jié)庫(kù)、電磁庫(kù)、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)庫(kù)、IFP 整車性能庫(kù)/駕駛庫(kù)、IFP 發(fā)動(dòng)機(jī)庫(kù)、IFP 排放庫(kù)、IFP C3D三維燃燒計(jì)算功能、平面機(jī)構(gòu)庫(kù)、動(dòng)力傳動(dòng)庫(kù)、車輛動(dòng)力學(xué)庫(kù)、換熱器布置工具庫(kù)、混合氣體庫(kù)、濕空氣庫(kù)。作為在設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)主要工具，AMESim 還具有與其它軟件包豐富的接口，例如本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3頁(yè) 共 36頁(yè)Simulink、Adams、LabVIEW、Simpac、Flux2D、RTLab、dSPACE、iSIGHT 等等 [5]。當(dāng)前液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)中存在的主要問題有：（1）系統(tǒng)建模不易；（2）系統(tǒng)仿真的精度和可靠性不高；（3）仿真模型庫(kù)不完善；（4）仿真軟件的通用性不好；（5）液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)對(duì)用戶要求太高。因此，目前液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：（1）深入研究先進(jìn)的建模方法；（2）大力發(fā)展分布交互式仿真技術(shù)；（3）進(jìn)行面向?qū)ο蠓抡婕夹g(shù)的研究；（4）開展人機(jī)和諧仿真環(huán)境的研究；（5）在液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。1．3 論文主要研究?jī)?nèi)容本課題針對(duì)企業(yè)需求，首先結(jié)合國(guó)內(nèi)外液壓控制技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)一套適用于工業(yè)生產(chǎn)的沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)，并基于 AMESim軟件進(jìn)行沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)數(shù)字建模，并完成動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化的目的。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）研究目前國(guó)內(nèi)外沖壓機(jī)床液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，尤其是液壓機(jī)的功能、組成、工作原理及特點(diǎn)。（2）對(duì) 3150KN四柱式通用液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行性能需求分析，并進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)、動(dòng)作順序及回路組成分析。（3）根據(jù)工作參數(shù)要求對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)主要元件如液壓缸、泵和控制閥進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算及選型。（4）借助液壓/機(jī)械建模仿真軟件 AMESim對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)初步方案進(jìn)行建模與動(dòng)態(tài)特性仿真分析。（5）根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)系統(tǒng)初步方案進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)再進(jìn)行建模和仿真性能分析。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4頁(yè) 共 36頁(yè)1．4 論文的組織結(jié)構(gòu)本文第一章緒論，詳述了液壓系統(tǒng)及仿真手段目前的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)，概述了本論文的研究?jī)?nèi)容及其意義。本文第二章中，對(duì)沖壓機(jī)床進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)，并由此做出對(duì) 3150KN四柱式液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。本文第三章對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行液壓元件的選擇計(jì)算，確定其具體參數(shù)。本文第四章首先對(duì)機(jī)械/液壓建模仿真軟件 AMESim進(jìn)行了研究，然后基于AMESim對(duì)所設(shè)計(jì)的 3150KN四柱式液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行建模與動(dòng)態(tài)仿真，分析了仿真結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)了初步設(shè)計(jì)方案中存在的壓力沖擊過大和回程速度慢的問題，對(duì)此提出了為系統(tǒng)加裝釋壓回路和改變工作缸活塞桿直徑兩個(gè)改進(jìn)方案，并給出了改進(jìn)后的仿真結(jié)果。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5頁(yè) 共 36頁(yè)2 沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2．1 液壓機(jī)的工作原理及特點(diǎn)2.1.1 液壓機(jī)的工作原理液壓機(jī)的工作原理如圖 2.1所示。兩個(gè)充滿工作液體的具有柱塞或活塞的容腔由管道相連接。當(dāng)小柱塞上作用的力為 時(shí)，根據(jù)帕斯卡原理：在密閉的容器中，1F液體壓力在各個(gè)方向上是相等的，則壓力將傳遞到容腔的每一點(diǎn)。因此，在大柱塞2上將產(chǎn)生向上的作用力 ，迫使制件 3變形，且 。 ， 分別為小2 2121/FA??2柱塞 1和大柱塞 2的工作面積 [6]。圖 2.1 液壓機(jī)工作原理圖液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)及工作原理可用圖 2.2來表明。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6頁(yè) 共 36頁(yè)1-充液罐 2-上粱 3-主缸及活塞 4-活動(dòng)橫梁 5-立柱 6-下梁 7-頂出缸圖 2.2 液壓機(jī)本體機(jī)構(gòu)圖滑塊在工作主缸的驅(qū)動(dòng)下，以立柱為導(dǎo)向，在上下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；瑝K下端面固定有上模具，而下模具則固定與下橫梁上的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入主缸的上腔，推動(dòng)滑塊向下運(yùn)動(dòng)，使工件在上下模具之間產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)主缸下腔進(jìn)油時(shí)則推動(dòng)滑塊往上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)下橫梁內(nèi)的頂出缸頂出工件 [7]。2.1.2 液壓機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式按照結(jié)構(gòu)形式分類，液壓機(jī)主要包括單柱液壓機(jī)、四柱液壓機(jī)、框架液壓機(jī)及其他結(jié)構(gòu)的液壓機(jī)。液壓機(jī)有單動(dòng)、雙動(dòng)、三動(dòng)三種基本的動(dòng)作方式。在單動(dòng)方式中，壓頭（或滑板）作為移動(dòng)部件單向移動(dòng)完成壓制過程。這種工作方式?jīng)]有壓邊裝置。單動(dòng)壓力機(jī)主要用于薄型工件成型中，適用于卷材和帶型材料。雙動(dòng)型壓力機(jī)有兩個(gè)移動(dòng)部件：滑板（或沖頭）和模板。其工作過程是，沖頭（或滑板）自上而下拉伸沖料，模板充作固定壓板。在壓制成型后，模板能實(shí)現(xiàn)打料頂出功能?？筛鶕?jù)材料和工件的特征參數(shù)來調(diào)整模板的壓力。三動(dòng)型壓力機(jī)中，深拉伸滑塊和壓邊滑塊自上而下移動(dòng)，由模板實(shí)現(xiàn)打料動(dòng)作。但是，模板也可以充作壓邊塊來實(shí)現(xiàn)專門的成型操作。這種壓力機(jī)也可以做雙動(dòng)機(jī)用。由于內(nèi)滑板和壓邊塊相關(guān)連，因此，成型壓力和壓邊力合成整個(gè)系統(tǒng)的總負(fù)載 [8]。2.1.3 液壓機(jī)基本參數(shù)液壓機(jī)的技術(shù)參數(shù)是根據(jù)它的工藝用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定的，它反映了液壓機(jī)的工作能力和特點(diǎn)，是設(shè)計(jì)液壓機(jī)的重要依據(jù) [9]。液壓機(jī)的基本參數(shù)有以下內(nèi)容:（1）公稱壓力（公稱噸位）及其分級(jí)公稱壓力是指液壓機(jī)名義上能產(chǎn)生的最大力量，在數(shù)值上等于工作液體壓力和工作柱塞總工作面積的乘積。它反映了液壓機(jī)的主要工作能力。（2）最大凈空距（開口高度）H最大凈空距 H是指活動(dòng)橫梁停止在上限位置時(shí)，從工作臺(tái)上表面到活動(dòng)橫梁下表面的距離，凈空距反映了液壓機(jī)高度方向上工作空間的大小。（3）最大行程 S最大行程 S指活動(dòng)橫梁能夠移動(dòng)的最大距離。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7頁(yè) 共 36頁(yè)（4）工作臺(tái)尺寸（長(zhǎng)×寬）工作臺(tái)尺寸指工作臺(tái)面上可以利用的有效尺寸，如圖 8-9中的 B與 T。（5）回程力回程力由活塞缸下腔工作面積或單獨(dú)設(shè)置的回程缸來實(shí)現(xiàn)。（6）活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)速度（滑塊速度）可分為工作行程速度、空行程速度及回程速度。工作行程速度由工藝要求來確定?？招谐趟俣燃盎爻趟俣瓤梢愿咭恍?，以提高生產(chǎn)率。（7）允許最大偏心距允許最大偏心距是指工件變形阻力接近公稱壓力時(shí)，所能允許的最大偏心值。（8）頂出器公稱壓力及行程有些液壓機(jī)下橫梁裝有頂出器。其壓力和行程可按工藝要求確定。2.1.4 液壓機(jī)的特點(diǎn)液壓機(jī)與其他機(jī)械壓力機(jī)相比具有以下特點(diǎn) [10]：一是動(dòng)力傳動(dòng)為“柔性“傳動(dòng)，不象機(jī)械加工設(shè)備一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，這種驅(qū)動(dòng)原理避免了機(jī)器過載的情況；二是液壓機(jī)的拉伸過程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，沒有“成角的“驅(qū)動(dòng)力，這使加工系統(tǒng)有較長(zhǎng)的生命期和高的工件成品率；三是液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；四是在同等體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力；五是液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；六是液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于液壓機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中尤其在鍛造、沖壓生產(chǎn)中的應(yīng)用已有悠久歷史，對(duì)于大件鍛造、大件拉深工藝，更顯其優(yōu)越性。2．2 液壓控制系統(tǒng)的功能和組成歸納起來，液壓控制系統(tǒng)一般應(yīng)滿足以下要求 [12]：（1）能源裝置——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。（2）執(zhí)行元件——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的元件。有作直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸，或作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)。（3）控制調(diào)節(jié)元件——對(duì)系統(tǒng)中油液壓力，流量或油液流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的元件。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。（4）輔助元件——上述三部分以外的其他元件，例如油箱，過濾器，油管等。他們對(duì)保證系統(tǒng)正常工作有重要作用。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8頁(yè) 共 36頁(yè)（5）其他的一些完成邏輯功能的邏輯元件等。液壓控制系統(tǒng)的典型組成如圖2.3所示。圖 2.3 液壓控制系統(tǒng)的典型組成2．3 3150KN 四柱式通用液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其分析2.3.1 液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)功能需求分析四柱液壓機(jī)用途廣泛，除了用于板料的沖裁、拉伸、彎曲、翻邊等沖壓工藝外，還可用于冷擠、校正、壓裝、粉末制品、磨料制品、塑料制品和絕緣材料的壓制成形。其外觀如圖 2.4所示。圖 2.4 四柱式萬能液壓機(jī)外觀圖本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9頁(yè) 共 36頁(yè)其本體機(jī)構(gòu)為一般的典型三梁四柱式，設(shè)有頂出缸及充液系統(tǒng)。它由上橫梁、活動(dòng)橫梁、下橫梁及四根立柱組成，上橫梁的中間孔安裝工作缸，下橫梁的中間孔安裝頂出缸，活動(dòng)橫梁靠四個(gè)角上的孔套裝在四立柱上，上方與工作缸的活塞相連接，由其帶動(dòng)活動(dòng)橫梁上下運(yùn)動(dòng)。液壓系統(tǒng)由能源轉(zhuǎn)換裝置（泵和油泵） 、能量調(diào)節(jié)裝置（各種閥）以及能量輸送裝置（油箱、充液筒、管路）等組成。借助電氣系統(tǒng)的控制，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁及頂出缸活塞運(yùn)動(dòng)，完成各種工藝動(dòng)作循環(huán)。本機(jī)器具有調(diào)整、手動(dòng)和半自動(dòng)三種方式可供選擇。依靠活動(dòng)橫梁和頂出缸活塞的配合動(dòng)作完成各種制件的壓制。根據(jù)《機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》JB/T 9957.2-1999，現(xiàn)設(shè) 3150KN液壓機(jī)基本參數(shù)為：公稱力： 3150KN頂出力： 6液體最大工作壓力： 2MPa滑塊行程： 80m頂出行程： 3開口高度： 125滑塊行程速度：快速下行 1V50m/s慢速下行 2工作 3/s回程 4V80頂缸頂出及退回速度 5m/s工作臺(tái)面有效尺寸左右×前后：基型 210?變型 或92140m?2.3.2 液壓機(jī)的系統(tǒng)圖及系統(tǒng)工作原理分析液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖 2.5 所示。上滑塊由主缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加壓，下滑塊由下缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)頂出。系統(tǒng)有兩個(gè)泵，主泵為恒功率變量泵，最高工作壓力由溢流閥 8的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10頁(yè) 共 36頁(yè)9調(diào)定。輔助泵 2是低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動(dòng)閥的控制油。1-控制泵組 2-主電機(jī) 3-液壓泵 4、10-電液換向閥 5、7、8-溢流閥6-節(jié)流閥 9-遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 11、15-電磁換向閥 12-液控單向閥 13-支承閥 14-充液閥 16-單向閥 17-壓力繼電器圖 2.5 3150KN 滑閥式一般用途液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)圖各個(gè)行程的動(dòng)作如下：（1）啟動(dòng) 液壓泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，全部換向閥的電磁鐵處于斷電狀態(tài)，泵輸出的油經(jīng)三位四通電液換向閥 10（中位）及閥 4（中位）流回油箱，泵空載啟動(dòng)。（2）活動(dòng)橫梁空程快速下降 電磁鐵 1YA及 5YA通電，閥 10及閥 11換至右位，控制油經(jīng)電磁換向閥 11（右位） ，打開液控單向閥 12，主工作腔下腔油經(jīng)閥 12、閥10（右位）及閥 4（中位）排回郵箱，動(dòng)梁在重力作用下快速下降，此時(shí)主工作缸上腔形成負(fù)壓，上部油箱的低壓油經(jīng)充液閥 14向主缸上腔充液，同時(shí)泵輸出的油也經(jīng)閥 10及單向閥 15進(jìn)入主缸上腔。進(jìn)油路：泵 3—閥 10右位—閥 15—主缸上腔回油路：主缸下腔—閥 12—閥 10右位—閥 4中位—油箱（3）活動(dòng)橫梁慢速下降及工作加壓 活動(dòng)橫梁下降至一定位置，觸動(dòng)行程開關(guān)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11頁(yè) 共 36頁(yè)2s，使 5YA斷電，閥 11復(fù)位，液控單向閥 12關(guān)閉，主缸下腔油須經(jīng)支承閥 13排回油箱，活動(dòng)橫梁不再靠重力作用下降，必須依靠泵輸出的壓力油對(duì)活塞加壓，才能使活動(dòng)橫梁下降，活動(dòng)橫梁下降速度減慢，此時(shí)，活動(dòng)橫梁的速度取決于泵的供油量，改變泵的流量即可調(diào)節(jié)活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)速度。在工作加壓過程中，主工作缸內(nèi)油壓取決于工件的變形阻力。進(jìn)油路：泵 3—閥 10右位—閥 15—主缸上腔回油路：主缸下腔—閥 13—閥 10右位—閥 4中位—油箱（4）保壓 電磁鐵 6YA通電，閥 15接通油箱；1YA 斷電，利用單向閥 15及充液閥 14之錐面，對(duì)主缸上腔油密封，依靠油液及機(jī)架的彈性進(jìn)行保壓。若主缸上腔油壓降低，低到一定值時(shí)，壓力繼電器 16發(fā)出訊號(hào)，使電磁鐵 1YA通電，泵向主缸上腔供油，使油壓升高，保持保壓壓力。而當(dāng)油壓超過一定值時(shí)，壓力繼電器 16又發(fā)訊號(hào)，使 1YA斷電，液壓泵停止向主缸上腔供油，油壓不再升高。（5）快速回程 電磁鐵 6YA斷，2YA 通電，閥 10換至左位，壓力油經(jīng)閥10（左位）使充液閥 14開啟，主缸上腔油經(jīng)閥 14排回油箱，壓力油經(jīng)閥 12進(jìn)入主缸下腔，推動(dòng)活塞上行，活動(dòng)橫梁快速回程。進(jìn)油路：泵 3—閥 10左位—閥 12—主缸下腔回油路：主缸上腔—閥 14—油箱（6）浮動(dòng)壓邊 當(dāng)需要利用頂出缸為板料拉伸進(jìn)行壓邊時(shí)，可先令電磁鐵 3YA通電，閥 4換至左位，壓力油經(jīng)閥 10（中位）及閥 4（左位）進(jìn)入頂出缸下腔。頂出缸上腔油經(jīng)閥 4（左位）排回油箱，頂出活塞上行，當(dāng)壓靠壓邊圈后，令 3YA斷電。坯料進(jìn)行反拉伸時(shí)，頂出缸活塞在動(dòng)梁壓力作用下，隨動(dòng)梁一起下降。頂出缸下腔油經(jīng)節(jié)流閥 6及溢流閥 5排回油箱，由于節(jié)流閥 6存在一定節(jié)流阻力，因而產(chǎn)生一定油壓，相應(yīng)使頂出缸活塞上產(chǎn)生一定的壓邊力。調(diào)節(jié)溢流閥 5即可改變此浮動(dòng)壓邊力。（7）頂出器頂出及退回 電磁鐵 3YA通電，閥 4換至左位，頂出缸活塞上行，頂出。進(jìn)油路：泵 3—閥 10中位—閥 4左位—頂缸下腔回油路：頂缸上腔—閥 4左位—油箱本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12頁(yè) 共 36頁(yè)而電磁鐵 4YA通電，閥 4換至右位，則頂出缸活塞下行，退回。進(jìn)油路：泵 3—閥 10中位—閥 4右位—頂缸上腔回油路：頂缸下腔—閥 4左位—油箱（8）停止 全部電磁鐵處于斷電狀態(tài)，閥 4和閥 10處于中位，液壓泵 3輸出的油經(jīng)閥 10（中位）及閥 4（中位）排回油箱，泵卸荷。液控單向閥 12將主工作缸下腔封閉，支承活動(dòng)橫梁懸空，停止不動(dòng)。其他 溢流閥 8及遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 9作為系統(tǒng)安全調(diào)壓用，溢流閥 7則作為頂出缸下腔安全限壓用[14]。表 2.1為電磁鐵動(dòng)作順序表。表 2.1 3150KN液壓機(jī)電磁鐵動(dòng)作順序表（滑閥式）液壓缸 動(dòng)作名稱 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA快速下行 ＋ ＋慢速下行 ＋保壓 ＋工作缸快速回程 ＋頂出 ＋頂出缸退回 ＋2.3.3 系統(tǒng)控制基本回路任何復(fù)雜的液壓系統(tǒng)總是由一些基本回路所組成的。所謂基本回路，就是在系統(tǒng)中采用某些液壓元件為實(shí)現(xiàn)某種動(dòng)作或性能要求而組成的典型油路。常見的基本回路按其在系統(tǒng)中的功能可分為：壓力控制基本回路、方向控制基本回路、速度流量控制基本回路、多執(zhí)行元件工作控制回路以及其它回路。下面主要分析本系統(tǒng)中的一些基本控制回路。（1）壓力控制基本回路壓力控制基本回路是用壓力控制閥來控制或調(diào)節(jié)整個(gè)液壓系統(tǒng)或某一部分的油液壓力，以獲得執(zhí)行元件所需要的力或轉(zhuǎn)矩，或保持受力狀態(tài)、防止系統(tǒng)過載、防止系統(tǒng)液壓沖擊以及減少系統(tǒng)能量損耗的回路。下面主要介紹調(diào)壓、卸荷、保壓等回路。（a）調(diào)壓回路調(diào)壓回路的功能是使液壓系統(tǒng)整體或某一部分的壓力保持恒定或不超過某個(gè)數(shù)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13頁(yè) 共 36頁(yè)值。如圖 2.6所示：在泵 3的出口處設(shè)置并聯(lián)的溢流閥 8和遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 9，使泵的出口壓力基本維持恒定。圖 2.6 調(diào)壓回路（b）卸荷回路卸荷回路的功能是使液壓泵在接近零壓的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣可以避免頻繁啟動(dòng)電機(jī)，減少功率損失和系統(tǒng)發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電機(jī)的使用壽命。本系統(tǒng)中串聯(lián)油路泵通過兩個(gè)換向閥中位卸壓，如圖 2.7所示。圖 2.7 卸荷回路（c）保壓回路本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14頁(yè) 共 36頁(yè)有些機(jī)械要求具有保壓的功能，即在工作循環(huán)的某一階段內(nèi)保持規(guī)定的壓力。保壓回路應(yīng)滿足保壓時(shí)間、壓力穩(wěn)定、工作可靠及節(jié)能等多方面的要求。在本系統(tǒng)采用單向閥 16保壓。（2）速度流量基本控制在液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行元件的速度是由供給執(zhí)行元件的液流量來控制的。因此，對(duì)液流量的控制實(shí)質(zhì)上就是對(duì)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的控制。其控制方式有閥控及泵控兩種，前者是通過改變節(jié)流元件的通流面積，后者則是通過改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量。速度控制回路包括調(diào)速回路、快速運(yùn)動(dòng)回路、速度換接回路等。速度控制回路往往是液壓系統(tǒng)中的核心部分，它的工作性能優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)起著決定性的作用。（a）調(diào)速回路調(diào)速回路有節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路和容積節(jié)流調(diào)節(jié)回路，本系統(tǒng)采用的是容積調(diào)速回路。通過改變泵或馬達(dá)的排量來進(jìn)行調(diào)速的方法成為容積調(diào)速，這種調(diào)速回路由變量泵與定量執(zhí)行元件、變量泵與變量液壓馬達(dá)以及定量泵與變量液壓馬達(dá)等幾種組合形式。其主要優(yōu)點(diǎn)是：沒有溢流損失和截留損失，因而效率高，發(fā)熱少。但變量泵或變量液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)較定量泵或定量液壓馬達(dá)復(fù)雜，因此容積調(diào)速回路的成本較節(jié)流調(diào)速回路的成本稍高。如圖 2.8所示為變量泵-缸容積調(diào)速回路，回路中液壓缸的活塞速度靠變量泵的排量來調(diào)節(jié)。圖 2.8 變量泵-缸調(diào)速回路（b）快速運(yùn)動(dòng)回路本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15頁(yè) 共 36頁(yè)快速運(yùn)動(dòng)回路是在不增加液壓泵流量的情況下，加快執(zhí)行元件的空載運(yùn)行速度，以提高系統(tǒng)的工作效率和充分利用功率。本系統(tǒng)中利用上滑塊自重加速、充液閥 14 補(bǔ)油的快速運(yùn)動(dòng)回路，功率利用合理。（c）速度換接回路速度換接回路的功能是使執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中，從一個(gè)運(yùn)動(dòng)速度變換到另一種運(yùn)動(dòng)速度。常用的回路有用行程閥的快慢速換接回路、用兩種調(diào)速閥的速度換接回路和二次進(jìn)給回路等。（3）方向控制回路方向控制基本回路是控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向的回路。通常情況下采用二位或三位換向閥可使執(zhí)行元件換向。三位換向閥除了使執(zhí)行元件正反兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)外，不同的中位滑閥機(jī)能還可以使系統(tǒng)獲得不同的性能。本系統(tǒng)中主缸由中位機(jī)能為 M型的電液換向閥 10實(shí)現(xiàn)換位；下缸的換向閥是中位機(jī)能為 K型的電液換向閥 4。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16頁(yè) 共 36頁(yè)3 3150KN 四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)3150KN四柱式液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)方案初步確定后，要進(jìn)行必要計(jì)算，以最后確定液壓系統(tǒng)各部分的尺寸，其中主要包括油缸尺寸和液壓泵規(guī)格的確定和各個(gè)閥的選型，為下面的系統(tǒng)建模與仿真分析做好準(zhǔn)備。3．1 液壓缸的尺寸3.1.1 工作缸的尺寸（1）根據(jù)液壓缸的作用力和液體的工作壓力先計(jì)算工作缸的作用面積。工作缸工作腔的作用面積： 21cm60?pS式中 ——工作缸的工作力， 1P23150KNP?——液體的工作壓力， Ma（2）計(jì)算活塞和活塞桿的直徑?；钊睆剑篶m401??pd設(shè)工作缸回程力 2%P1260KN?工作缸活塞桿腔的作用面積： 22cm504?pS則活塞桿的直徑： c9.304212???sd根據(jù) GB/T 2348-1993《液壓缸缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列》取 ，140md?本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17頁(yè) 共 36頁(yè)230md?則活塞腔、活塞桿腔實(shí)際面積：221c7.564?dS???2212cm4.54??dS?3.1.2 頂出缸的尺寸（1）頂出缸工作腔的作用面積： 23cm5?pS式中 ——頂出缸的工作壓力，3P360KNP?（2）計(jì)算活塞和活塞桿的直徑?；钊睆剑?cm9.1743??sd設(shè)工作缸回程力 430%25KNP工作缸活塞桿腔的作用面積： 24c8.1?pS則活塞桿的直徑： cm9.134234??sdD?根據(jù) GB/T 2348-1993《液壓缸缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列》取 ， 3180md?410md?則活塞腔、活塞桿腔實(shí)際面積：223c5.4?dS???22434cm.159??dS?3．2 計(jì)算液壓系統(tǒng)工作的流量按液壓缸的作用面積和液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算液壓系統(tǒng)工作時(shí)的流量。在沖壓機(jī)械中，滑塊的運(yùn)動(dòng)在一次工作循環(huán)內(nèi)一般分成幾個(gè)不同階段：快速下行行程、工本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18頁(yè) 共 36頁(yè)作行程和快速回程。由于它們的運(yùn)動(dòng)速度不同，所以各階段的流量也不相同?？焖傧滦行谐蹋汗ぷ鞲坠ぷ髑?13L/min4dQV??工作缸回程腔 ??221145.8/i??慢速下行：工作缸工作腔213.L/min4dQV??工作缸回程腔 ??21267.9/i??工作行程：工作缸工作腔21535.4L/mindQV??工作缸回程腔 ??26137.1/i??快速回程工作缸工作腔21740.L/mindQV??工作缸回程腔 ??281417.2/i??式中 ——快速下行速度， 1V50s——慢速下行速度，2 2m/V——工作行程速度，3 31s?——快速回程的速度，4V480/主要用來決定變量泵的最大流量或低壓大流量增速泵的流量，以及計(jì)算充液1Q系統(tǒng)的尺寸。 主要用來確定回程腔回路的尺寸和驗(yàn)算快速下行行程的速度。 主2 4Q要用來決定高壓泵的流量。 主要用來確定工作腔排油卸荷閥的尺寸或工作腔回路7Q的尺寸，和驗(yàn)算快速回程的速度。 值也可用來確定變量泵的最大流量。8頂出回路頂出行程及退回行程速度相同，即此兩次行程系統(tǒng)流量相同：本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19頁(yè) 共 36頁(yè)頂缸工作腔 L/min4.7610/639?vsQ頂缸回程腔 8410、 主要用來確定頂出缸工作時(shí)變量泵應(yīng)輸出的流量。93．3 選擇液壓泵的規(guī)格首先確定液壓泵的最大工作壓力和最大的流量，據(jù)此便可以參照泵的產(chǎn)品樣本來選取規(guī)格大小相當(dāng)?shù)囊簤罕?。液壓泵的工作壓力與液壓缸的工作壓力并不完全相同，當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于液體流經(jīng)管道和元件時(shí)產(chǎn)生壓力損失，所以液壓泵的工作壓力較油缸的工作壓力為高。但當(dāng)油缸到達(dá)行程終點(diǎn)不動(dòng)時(shí)，由于沒有液體的流動(dòng)，這時(shí)這兩個(gè)工作壓力又相等。因此對(duì)于大多數(shù)僅在工作行程最后才需要最大壓力的工藝來講，例如壓制、成形、校準(zhǔn)等工作，液壓泵的最大工作壓力可取等于油缸的最大工作壓力， 。式中，pc?為液壓泵的最大工作壓力； 為液壓缸的最大工作壓力。cpp液壓泵的最大流量應(yīng)略大于液壓缸需要的最大流量，考慮到系統(tǒng)的泄露和液壓泵磨損后容積效率的下降，可取：1.238.9L/minpcQ?式中 ——液壓泵的最大流量——液壓缸對(duì)液壓泵要求的最大流量，由于快速下行時(shí)液壓缸有充液系統(tǒng)c補(bǔ)油，因此取 8217.L/inQ?查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件選型手冊(cè)》P129 表 1.77，選取 250YCY14-1B型壓力補(bǔ)償變量柱塞泵，技術(shù)規(guī)格為：壓力：最高 32MPa排量：最大 50ml/r最高轉(zhuǎn)速： 1in驅(qū)動(dòng)功率： 48KW3．4 確定控制閥的尺寸控制閥的尺寸按照它所通過的最大流量和最大工作壓力來選取，它們應(yīng)與產(chǎn)品本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20頁(yè) 共 36頁(yè)樣本上表明的閥的公稱壓力和公稱流量相近。必要時(shí)，最大流量允許超過公稱流量，但是不宜過大。因?yàn)殚y內(nèi)流速太高時(shí)，除引起壓力損失和發(fā)熱增加，以及噪音加大外，還可能會(huì)影響某些閥的工作性能，例如換向閥的操作力將增加，反之，如流量過小則閥的外形和重量增大，液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不緊湊，成本高。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，一些主要閥元件的型號(hào)初步選擇如下：三位四通電液換向閥 4：4WF16F50/AG24溢流閥 5: DG-02-B-22節(jié)流閥 6:MG10G1.2溢流閥 7:DBDA10G10/31.5先導(dǎo)溢流閥 8：BG-10-32遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 9：DG-01-22四位三通電液換向閥 10：4WEH16G50/AG24二位三通電磁換向閥 11：4WE6D60/AG24Z4液控單向閥 12：CPT-10-50-50支撐閥 13：FBF3D10B電磁換向閥 15：3WE10A30/AG24Z4單向閥 16：S20A00本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21頁(yè) 共 36頁(yè)4 基于 AMESim 的液壓控制系統(tǒng)建模與仿真分析4．1 建模仿真軟件 AMESim 簡(jiǎn)介作為一種多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真解決方案，AMESim（Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems）提供了一個(gè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的完整平臺(tái)，使用戶得以建立復(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)的模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和深入的分析。工程設(shè)計(jì)師完全可以應(yīng)用集成的一整套 AMESim應(yīng)用庫(kù)來設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，所有這些來自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，AMESim可讓工程師迅速達(dá)到建模仿真的最終目標(biāo)，使用戶從繁瑣和高度專業(yè)的數(shù)學(xué)建模中解放出來，從而專注于物理系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)。該軟件具有的特點(diǎn)：（1）多學(xué)科的建模仿真平臺(tái)（2）圖形化物理建模方式（3）魯棒性極強(qiáng)的智能求解器（4）建模簡(jiǎn)便（5）強(qiáng)大的二次開發(fā)能力（6）擁有多種建模方式（7）分析工具齊全（8）靈活的接口技術(shù)（9）具有開放性由于 AMESim具有這些優(yōu)點(diǎn)，因此本次設(shè)計(jì)選用 AMESim作為仿真分析工具。4．2 基于 AMESim 液壓系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)步驟利用 AMESim對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真一般包括以下四個(gè)步驟：草圖模式、子模型模式、參數(shù)模式和運(yùn)行模式 [16]。（1）草圖模式（Sketch mode）本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22頁(yè) 共 36頁(yè)如圖 4.1所示，點(diǎn)擊右邊模型庫(kù)，從不同的模型庫(kù)中選取現(xiàn)存的圖形模塊來建立系統(tǒng)：AMESim 共提供了 15個(gè)模型庫(kù)，400 多個(gè)元件，在搭建系統(tǒng)圖時(shí)，首先應(yīng)仔細(xì)考慮個(gè)部件的功能，并將系統(tǒng)的實(shí)際模型按功能分成各個(gè)部分，再用模型庫(kù)中的實(shí)際元件加以表示。圖 4.1 AMESim草圖模式界面（2）子模型模式（Submodels mode）草圖模式完成后，點(diǎn)擊圖 3.1工具欄中的第五個(gè)圖標(biāo)即進(jìn)入子模型模式，在此模式中根據(jù)實(shí)際需要為每個(gè)元件選擇一個(gè)數(shù)學(xué)子模型（給定合適的建模假設(shè)） ，如果所搭建的系統(tǒng)不合理，不能按照 AMESim的要求組成一個(gè)正常的循環(huán)，就不能進(jìn)入子模型模式。通常情況下，如沒有特殊要求可點(diǎn)擊如圖 4.2所示工具欄中最后一個(gè)圖標(biāo)，AMESim 即為系統(tǒng)元件選擇默認(rèn)的最簡(jiǎn)子模型。圖 4.2 AMESim界面部分工具欄（3）參數(shù)模式（Parameters mode）本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23頁(yè) 共 36頁(yè)點(diǎn)擊如圖 4.2所示第三個(gè)圖標(biāo)，進(jìn)入?yún)?shù)模式，直接點(diǎn)擊想要設(shè)置參數(shù)的元件圖標(biāo)，即出現(xiàn)如圖 4.3所示的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，為每個(gè)元件的子模型設(shè)定所需要特定的參數(shù)；在此模式下，AMESim 可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編譯，編譯器產(chǎn)生包含系統(tǒng)參數(shù)的可執(zhí)行元件，使我們可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。圖 4.3 AMESim參數(shù)設(shè)置對(duì)話框（4）運(yùn)行模式（Run mode）本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24頁(yè) 共 36頁(yè)點(diǎn)擊如圖 4.4所示的第一個(gè)圖標(biāo)（Run mode） ，即出現(xiàn)添加文字（Add text） 。運(yùn)行參數(shù)（Run parameters） ，開始運(yùn)行（Start run） 。停止運(yùn)行(Stop run)模式。圖 4.4 AMESim 運(yùn)行模式部分工具欄對(duì)于一般的仿真，用戶只需在如圖 3.5所示的運(yùn)行參數(shù)對(duì)話框中設(shè)定仿真開始，結(jié)束時(shí)間，通信間隔，最大時(shí)間步長(zhǎng)以及誤差限制即可進(jìn)行仿真并分析仿真結(jié)果。而不必關(guān)心其背后的復(fù)雜運(yùn)算。圖 4.5 AMESim 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置對(duì)話框4．3 基于 AMESim 的 3150KN 液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)的建模與仿真4.3.1 系統(tǒng)建模依據(jù)如圖 2.5所示的液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)原理圖。在 AMESim中工作缸、頂出缸的建模如圖 4.4、4.5 所示。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25頁(yè) 共 36頁(yè)圖 4.4 液壓系統(tǒng)工作缸回路 AMESim模型本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26頁(yè) 共 36頁(yè)圖 4.5 液壓系統(tǒng)頂出缸回路 AMESim模型為了簡(jiǎn)化模型，方便仿真運(yùn)行，現(xiàn)將液壓系統(tǒng)做一些改動(dòng)：工作回路與頂出回路拆分成兩獨(dú)立系統(tǒng)；遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 9與溢流閥 8一起用一個(gè)溢流閥代替；溢流閥 5、節(jié)流閥 6和溢流閥 7也用一個(gè)溢流閥代替。由于在此環(huán)境下的仿真屬于理想環(huán)境，液壓油泄露、密封性等因素可以不予考慮，系統(tǒng)保壓階段壓力不會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，所以在建模時(shí)壓力繼電器 17可以省略。又因?yàn)?AMESim軟件自身的液壓元件庫(kù)目前還不夠完善，許多液壓元件元件庫(kù)中沒有，所以有的元件只能用具備同功能的其它元件或系統(tǒng)來替代：由充液閥 14與油箱組成的充液系統(tǒng)就用了一個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)油回路來代替；電液換向閥也全部由電磁換向閥代替；外加載荷則由一個(gè)液壓缸與節(jié)流閥、油箱組成的系統(tǒng)代替；其它元件的參數(shù)均按照計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。4.3.2 仿真結(jié)果分析工作缸一個(gè)工作循環(huán)的運(yùn)行設(shè)定如表 4-1所示。表 4.1 工作缸一個(gè)工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)間、行程空載 快下 慢下 工作 保壓 快回時(shí)間 s 2 4 4 10 2 10行程 mm 0 600 100 100 0 800頂出缸一個(gè)工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)設(shè)定如表 4.2所示。表 4.2 頂出缸一個(gè)工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)間、行程本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27頁(yè) 共 36頁(yè)空載 頂出 保持 退回時(shí)間 s 2 6 2 6行程 mm 0 300 0 300仿真結(jié)果如圖 4.6至 4.17所示。圖 4.6 工作缸活塞位移曲線 圖 4.7 工作缸活塞速度曲線圖 4.8 工作缸工作腔壓力曲線 圖 4.9 工作缸活塞桿受力曲線圖 4.10 工作缸工作腔流量曲線 圖 4.11 工作缸活塞桿腔流量曲線圖 4.12 頂出缸活塞位移曲線 圖 4.13 頂出缸活塞速度曲線本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28頁(yè) 共 36頁(yè)圖 4.14 頂出缸工作腔壓力曲線 圖 4.15 頂出缸活塞桿受力曲線圖 4.16 頂出缸工作腔流量曲線 圖 4.17 頂出缸活塞桿腔流量曲線由圖 4.6工作缸活塞的位移曲線可以看出，它達(dá)到了空載運(yùn)行、快速下行、慢速下行、工作運(yùn)行、保壓和快速回程的要求；其速度可以從圖 4.7看出，前 2s空載運(yùn)行速度為 0mm/s，2～6s 速度為 10m/s，6～10s 速度為 25.04mm/s，10～20s 速度為 15m/s，20～22s 速度為 0mm/s，22～32s 速度為 10m/s，與系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本吻合；由圖 4.8工作缸工作腔壓力曲線可以看出，在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)達(dá)到了 25.20MPa的工作壓力，并保壓了 2s；由圖 4.9工作缸活塞桿受力曲線可以看出，液壓缸在規(guī)定的工作時(shí)間范圍內(nèi)輸出壓力也達(dá)到了 3156.68KN；由圖 4.10、圖 4.11工作缸工作腔和活塞桿腔的流量曲線可以看到，系統(tǒng)的流量與設(shè)計(jì)相符。由圖 4.12頂出缸活塞的位移曲線可以看出，它也達(dá)到了空載運(yùn)行、頂出、保持和快速回程的要求；由圖 4.13頂出缸活塞的速度曲線可以看出，頂出速度為49.09mm/s，退回速度為 49.96mm/s，基本與設(shè)計(jì)吻合；由圖 4.14頂出缸工作工作腔工作壓力曲線可以看出，系統(tǒng)達(dá)到了 25.70MPa的工作壓力；由圖 4.15頂出缸活塞桿受力曲線可以看出，頂出缸輸出壓力在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)達(dá)到了 638.77KN；由圖4.16、圖 4.17頂出缸工作腔和活塞桿腔的流量曲線可以看到，頂缸回路的系統(tǒng)流量與設(shè)計(jì)相符。從仿真結(jié)果可以看出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本達(dá)到了工作要求。但其中也存在著不少不合理處。（1）如圖 4.8工作缸工作腔壓力曲線所示，在系統(tǒng)保壓結(jié)束后快速回程時(shí)，工