压力机液压系统设计1 明确液压系统设计要求设计一台压制柴油机曲轴轴瓦的液压机的液压系统。

轴瓦毛坯为长×宽×厚= 365×92×7.5（mm）的钢板，材料为08Al，并涂有轴承合金；压制成内经为Φ220mm的半圆形轴瓦。

液压机压头的上下运动由主液压缸驱动，顶出液压缸用来顶出工件。

其工作循环为主缸快速空程下行、慢速下压、快速回程、静止、顶出缸顶出及顶出缸回程。

液压机的结构形式为四柱单缸液压机。

2 分析液压系统工况液压机技术参数如下：（1）主液压缸（a）负载压制力。

压制时工作负载可区分为两个阶段。

第一阶段负载力缓慢地线性增加。

达到最大压制力的10％左右，其上升规律也近似于线性，其行程为90mm（压制总行程为110mm）第二阶段负载力迅速线性增加到最大压制力18×105N，其行程为20mm回程力（压头离开工件时的力）：一般冲压液压机的压制力与回程力之比为5～10，本压机取为5，故回程力为F h = 3.6×105N 移动件（包括活塞、活动横梁及上模）质量＝3058kg。

（b）行程及速度快速空程下行：行程S l = 200mm，速度v1＝60mm/s；工作下压：行程S2 = 110mm，速度v2＝6 mm/s。

快速回程：行程S3 = 310mm，速度v3＝53 mm/s。

（2）顶出液压缸（a）负载：顶出力（顶出开始阶段）F d＝3.6×105N，回程力F dh= 2×105N（b）行程及速度；行程L4 = 120mm，顶出行程速度v4＝55mm/s，回程速度v5＝120mm/s液压缸采用V型密封圈，其机械效率ηCm＝0.91.压头起动、制动时间：0.2s设计要求。

本机属于中小型柱式液压机，有较广泛的通用性，除了能进行本例所述的压制工作外，还能进行冲孔、弯曲、较正、压装及冲压成型等工作。

对该机有如下性能要求。

（a）为了适应批量生产的需要应具有较高的生产率，故要求本机有较高的空程和回程速度。

（b）除上液压缸外还有顶出缸。

顶出缸除用以顶出工件外，还在其他工艺过程中应用。

主缸和顶出缸应不能同时动作，以防出现该动作事故。

（c）为了降低液压泵的容量，主缸空程下行的快速行程方式采用自重快速下行。

因此本机设有高位充液筒（高位油箱），在移动件快速空程下行时，主缸上部形成负压，充液筒中的油液能吸入主缸，以补充液压泵流量之不足。

（d）主缸和顶出缸的压力能够调节，压力能方便地进行测量。

（e）能进行保压压制。

（f）主缸回程时应有顶泄压措施，以消除或减小换向卸压时的液压冲击。

（g）系统上应有适当的安全保护措施。

3 确定液压缸的主要参数（1）初选液压缸的工作压力（a）主缸负载分析及绘制负载图和速度图液压机的液压缸和压头垂直放置，其重量较大，为防止因自重而下滑；系统中设有平衡回路。

因此在对压头向下运动作负载分析时，压头自重所产生的向下作用力不再计入。

另外，为简化问题，压头导轨上的摩擦力不计。

惯性力；快速下降时起动F az = m Δv Δt = 3058×0.0600.2 = 917N快速回程时起动与制动F as = m Δv Δt = 3058×0.0530.2 = 810N压制力：初压阶段由零上升到F 1 = 1.8×106N×0.10 = 1.8×105N终压阶段上升到F 2 = 1.8×106N循环中各阶段负载见表1.1，其负载图见图1.1 a 。

表1.1 主缸的负载计算运动分析：根据给定条件，空载快速下降行程200mm ，速度25mm/s 。

压制行程110mm ，在开始的90mm 内等速运动。

速度为6 mm/s ，最后的20mm 内速度均匀地减至零，回程以53mm/s 的速度上升。

利用以上数据可画出速度图，见图1.1b 。

图1.1 液压机主液压缸负载速度图（2）确定液压缸的主要结构参数根据有关资料，液压机的压力范围为20~30MPa，现有标准泵、阀的最高工作压力为32MPa，如选此压力为系统工作压力，液压元件的工作性能会不够稳定，对密封装置的要求以较高。

泄漏较大。

参考系列中现已生产的其它规格同类液压机（如63、100、200、300吨液压机）所采用的工作压力，本机选用工作压力为25×106Pa（a）主缸的内径DD =4Fηcmπp=4×1.8×1060.91×π×25×106= 0.317m = 317mm按标准取D = 320mm（b）主缸无杆腔的有效工作面积A1 = π4D2 =π4×0.322 = 0.0804m2 = 804cm2（c）主缸活塞杆直径dd = D2-4F hηcmπp= 0.322-4×3.6×1050.91×π×25×106= 0.287m = 287mm按标准值取d = 280mmD-d＝320-280＝40mm＞允许值12.5mm（据有关资料，（D-d）小于允许值时，液压缸会处于单向自锁状态。

）（4）主缸有杆腔的有效工作面积A2 = π4（D2-d2）=π4×（0.322-0.282）= 0.01885m2 = 188.5cm2（d）主缸的工作压力活塞快速下行起动时p1 =Fηcm A1=9170.91×0.0804= 12533Pa初压阶段末p1 =Fηcm A1=1.8×1050.91×0.0804= 2.46×106Pa终压阶段末p1 =Fηcm A1=1.8×1060.91×0.0804= 24.6×106Pa活塞回程起动时p2 =Fηcm A2=3.6×1050.91×0.01885= 21×106Pa活塞等速运动时p2 =Fηcm A2=300000.91×0.01885= 1.75×106Pa回程制动时p2 =Fηcm A2=291900.91×0.01885= 1.7×106Pa（3）计算液压缸的工作压力、流量和功率（a）主缸的流量快速下行时q1 = A1v1 = 804×6 = 4824cm3/s = 289.4L/min工作行程时q2 = A2v2 = 804×0.6 = 482cm3/s = 28.9L/min快速回程时q3 = A3v3 = 183.5×5.3 = 999cm3/s = 59.9L/min（b）主缸的功率计算快速下行时（起动）：P1 = p1q1 = 12533×4824×10-6 = 60.46W工作行程初压阶段末：P2 = p2q2 = 2.46×106×482×10-6 = 1186W终压阶段：此过程中压力和流量都在变化，情况比较复杂。

压力p 在最后20mm行程内由2.46MPa增加到24.6MPa，其变化规律为p = 2.46+24.6-2.4620S = 2.46+1.11S（MPa）式中S——行程（mm），由压头开始进入终压阶段算起。

流量q在20mm内由482cm3/s降到零，其变化规律为q = 482（1-S20）（cm3/s）功率为P = pq = 482×（2.46+1.11S）×（1-S 20）求其极值，∂P∂S= 0得S = 8.9（mm）此时功率P最大P max = 482×（2.46+1.11×8.9）×（1-8.920）= 3300.8W = 3.3kW快速回程时；等速阶段P = pq = 1.75×106×999×10-6 = 1.748kW起动阶段：此过程中压力和流量都在变化，情况也比较复杂。

设启动时间0.2秒内作等加速运动，起动阶段活塞行程为S = 0.5vt = 0.5×5.3×0.2 = 5.3mm在这段行程中压力和流量均是线性变化，压力p由21MPa降为1.75MPa。

其变化规律为p = 21-21-1.755.3S = 21-3.6S（MPa）式中S——行程（mm），由压头开始回程时算起。

流量q由零增为999cm3/s，其变化规律为q = 9995.3S = 188S（cm3/s）功率为P = pq = 188S（21-3.6S）求其极值，∂P∂S= 0得S = 2.9（mm），此时功率P最大P max= 188×2.9×（21-3.6×2.9）= 5755W = 5.76kW 由以上数据可画出主液压缸的工况图（压力循环图、流员循环图和功率循环图）见图1.2。

图1.2 主液压缸工况图（c）顶出缸的内径D dD d =4F dηcmπp=4×3.6×1060.91×π×25×106= 1419m = 142mm按标准取D d = 150mm（d）顶出缸无杆腔的有效工作面积A1dA1d = π4D d2 =π4×0.152 = 0.0177m2 = 177cm2（e）顶出缸活塞杆直径d dd d = D d2-4F dhηcmπp= 0.152-4×2×1050.91×π×25×106= 0.1063m = 106mm按标准取d d = 110mm（f）顶出缸有杆腔的有效工作面积A2dA2 d = π4（D d2-dd2）=π4×（0.152-0.112）= 0.00817m2 = 81.7cm2（g）顶出缸的流量顶出行程q4 = A1 d v4 = 177×5.5 = 973.5cm3/s = 58.4L/min回程q5 = A2 d v5 = 81.7×12 = 980cm3/s = 58.8L/min顶出缸在顶出行程中的负载是变动的，顶出开始压头离工件较大（负载为F d），以后很快减小，而顶出行程中的速度也是变化的，顶出开始时速度由零逐渐增加到v4；由于这些原因，功率计算就较复杂，另外因顶出缸消耗功率在液压机液压系统中占的比例不大，所以此处不作计算。

4 拟订液压系统原理图（1）确定液压系统方案液压机液压系统的特点是在行程中压力变化很大，所以在行程中不同阶段保证达到规定的压力是系统设计中首先要考虑的。

确定液压机的液压系统方案时要重点考虑下列问题：（a）快速行程方式液压机液压缸的尺寸较大，在快速下行时速度也较大，从工况图看出，此时需要的流量较大（289.4L/min），这样大流量的油液如果由液压泵供给；则泵的容量会很大。