毕业设计论文（吴应福）18 - 图文

贵阳学院毕业设计（论文）

本科毕业设计（论文）

气液增力冲压机设计

系 部： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 09机械设计 学 号： 091401401018 学生姓名： 吴应福 指导教师： 梅 怡

2013年04月5日

1

贵阳学院毕业设计（论文）

摘要

装备制造业是国民经济的基础产业，液压与气动技术近年来在我国工业中得到日益广泛的应用。气动技术由于具有传动介质来源方便、结构简单、无污染以及易实现自动化控制等优点。液压传动以其体积小力量大、运动平稳、可频繁换向、宜实现过载保护等优点，使其在各行各业中得到了不同程度的应用。然而，现在的机械式冲床体积庞大，工作效率低，噪声污染严重已不适用市场的需求，通过调研和方案比较，我们设计出一款新型气液増力冲压机，它的核心部件是气液増力缸，根据冲力及压强算出缸的主要尺寸，缸的作用是増压然后输出更大的冲力，达到冲压效果。我们用PLC来控制整机系统，使其控制更简单化，降低工人的工作量。本次设计冲压机的主要特点是：结构紧凑、回路简单、控制简便、软到位冲压加工、无振动、无噪声、提高了冲压质量、有效的保护冲压模具。其主要用于板件连接、成型、弯曲、冲压、矫正、冲裁、剪切、铆接、冲压印字等工作。

关键词：液压；气动；冲床；气液増力缸；气液増力冲压机。

I

贵阳学院毕业设计（论文）

Abstract

Mechanical manufacturing is the foundation of the national economy industry, hydraulic

and pneumatic technology in recent years in our country day by day the widespread application in the industry. Pneumatic technology sources because of the transmission medium is convenient, simple structure, no pollution and easy to realize automation control, etc. Hydraulic power for its small volume, smooth movement, frequent commutation, should realize overload protection and other advantages, make its get varying degrees of application in all walks of life. Mechanical press, however, is rather large, working efficiency is low, has serious noise pollution is not applicable to the demand of the market, through scheme comparison, we designed a new type of gas and liquid raised punching machine, it is the core parts of gas and liquid raised cylinder force, according to the momentum and work out the main dimensions of the cylinder pressure, the role of the cylinder pressure is raised and output greater momentum, stamping effect. We use PLC to control the whole system, easier to control, reduce the workload of workers. This punching machine's main features are: compact structure, simple circuit, easy control, soft in stamping processing, no vibration, no noise and improve the quality of the stamping stamping die and effective protection. It is mainly used for plate connected, forming, bending, stamping, correction, blanking, cutting, riveting, stamping printing, etc.

Key words: hydraulic; Pneumatic; Punch; Gas-liquid cylinder rights force; Gas liquid raised punching machine.

II

贵阳学院毕业设计（论文）

毕业论文（设计）任务书

题目 气液增力冲压机的设计

专业 机械设计制造及其自动化 学号 091401401018 姓名 吴应福

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

设计条件：

1、最大工作压力：0.6MPa(22.5KN) 2、工作压力行程：5mm 3、总行程：60mm

4、冲压头夹具孔径：υ20mm 5、增力缸最大升降行程：233mm 主要内容:

·气液增力冲压机整机方案设计与布局设计；

·气液增力缸设计：方案比选、机构设计、运动和力分析、强度计算等； ·气液增力冲压机液压系统设计：整机液压系统的设计计算等； ·气液增力冲压机整机系统PLC电气控制设计等； ·零件图、装配图绘图； ·编写设计计算说明书。 主要要求:

1.根据任务书完成开题报告 2.论文（说明书） 约20000字

3.工作量满足机电系毕业论文（设计）要求 ·按质、按量完成设计任务书规定的全部内容；

·计说明书书写格式严格按照《贵阳学院本科毕业论文（设计）撰写规范》要 求执行；要求内容完整、条理清晰、文字通顺，引据正确可靠并注明出处； 对相关零部件的设计及计算有必要的分析、推导和说明，并配必要的简图； ·图要求画法正确、图面整洁，标注齐全，符合国家制图标准。

III

贵阳学院毕业设计（论文）

预期目标:

·完成气液增力冲压机整机布局设计； ·完成气液增力缸和整机液压系统设计；

·完成气液增力冲压机整机系统的PLC电气控制设计； ·设计说明书约2.0万字； ·设计图纸量折合为3张0号图。 计划进程:

·准备阶段（约1周）：完成选题、资料借阅、工厂实习、初步熟悉设计内 容及要求等、填写毕业设计开题报告表；

·设计阶段（约7周）：完成设计工作，同时完成毕业设计说明书撰写及设计 图纸绘制；中期提交毕业设计期中检查表；

·修改阶段（约1周）：详细审阅设计计算、说明书及图纸并修改； ·答辩阶段（约1周）：递交毕业设计资料，准备答辩材料，并进行答辩。 参考文献:

1.《机械设计手册》 2.《机械设计》 3.《液压设计手册》 4．《液压与气压传动》 5．《PLC控制原理与应用》

IV

贵阳学院毕业设计（论文）

块的直线活动。

冲床对资料施以压力，使其塑性变形，而得到所要求的形状与精度，因此必须配合一组模具(分上模与下模)，将资料置于其间，由机器施加压力，使其变形，加工时施加于资料的力所造成的反作用力，由冲床机械本体所吸收。

1.4.2 冲床的分类

1.按滑块驱动力可分为机械式与液压式两种,故冲床依其使用之驱动力不同分为：

（1）机械式冲床 （2）液压式冲床

一般板金冲压加工,大部份使用机械式冲床。液压式冲床依其使用液体不同,有油压式冲床与水压式冲床,目前使用油压式冲床占多数,水压式冲床则多用于大型机械或特殊机械。

2.依滑块运动方式分类：依滑块运动方式分类有单动、复动、三动等冲床,唯目前使用最多者为一个滑块之单动冲床,复动及三动冲床主要使用在汽车车体及大型加工件的引伸加工,其数量非常少。

3.依滑块驱动机构分类： （1）曲轴式冲床

使用曲轴机构的冲床称为曲轴冲床,大部份的机械冲床使用本机构。使用曲轴机构最多的理由是,容易制作、可正确决定行程下端位置及滑块运动曲线，大体上适用于各种加工。因此,这种型式的冲压适用于冲切、弯曲、拉伸、热间锻造、温间锻造、冷间锻造及其它几乎所有的冲床加工。

（2）无曲轴式冲床

无曲轴式冲床又称偏心齿轮式冲床。曲轴式冲床与偏心齿轮式冲床两种构造功能比较：偏心齿轮式冲床构造的轴刚性、润滑、外观、保养等方面优于曲轴构造,缺点则是价格较高。行程较长时,偏心齿轮式冲床较为有利,而如冲切专用机之行程较短的情形时,是曲轴冲床较佳,因此小型机及高速冲切用冲床等也是曲轴冲床的领域。

（3）肘节式冲床

在滑块驱动上使用肘节机构者称为肘节式冲床。这种冲床具有在下死点附近的滑块速度会变得非常缓慢（和曲轴冲床比较）的独特的滑块运动曲线。而且能正确地决定行程之下死点位置,因此,这种冲床适合于压印加工及精整等的压缩加工,现在冷间锻造使

第 4 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

用的最多。

（4）摩擦式冲床

在轨道驱动上使用摩擦传动与螺旋机构的冲床称为摩擦式冲床。这种冲床最适宜锻造、压溃作业,也可使用于弯曲、成形、拉伸等之加工,具有多用性之功能,因为价格低廉,60年代前曾被广泛使用。 因无法决定行程之下端位置、加工精度不佳、生产速度慢、控制操作错误时会产生过负荷、使用上需要熟练的技术等缺点,现在已经被淘汰。

（5）螺旋式冲床

在滑块驱动机构上使用螺旋机构者称为螺旋式冲床（或螺丝冲床）现在已经很少在用。

（6）齿条式冲床

在滑块驱动机构上使用齿条与小齿轮机构者称为齿条式冲床。螺旋式冲床与齿条式冲床有几乎相同的特性,其特性与液压冲床之特性大 致相同。以前是用于压入衬套、碎屑及其它物品的挤压、榨油、捆包、及弹壳之压出（热间之挤薄加工）等,但现在已被液压冲床取代,除非极为特殊的情况之外不再使用。

（7）连杆式冲床

在滑块驱动机构上使用各种连杆机构的冲床称为连杆式冲床。使用连杆机构之目的,在引伸加工时一边将拉伸速度保持于限制之内,一边缩短加工之周期,利用减少引伸加工之速度变化,加快从上死点至加工开始点之接近行程与从下死点至上死点之复归行程的速度,使其比曲轴冲床具有更短之周期,以提高生产性。这种冲床自古以来就被用于圆筒状容器之深引伸,床台面较窄,而最近则被用于汽车主体面板之加工、床台面较宽。

（8）凸轮式冲床

在滑块驱动机构上使用凸轮机构之冲床称为凸轮冲床。这种冲床的特征是以制作适当的凸轮形状,以便容易地得到所要的滑块运动曲线。但因凸轮机构之性质很难传达较大的力量,所以这种冲床能力很小。一般服装业常用。

1.4.3冲床的缺点

在冲压技术设备中，目前，国内仍大量使用机械式冲床，这类冲床存在结构笨重、外形庞大、工作噪声大、工作力不可调整、机器的能量利用率不高及设计不合理等缺点。同时为提高这类冲床的能量利用率及增大工作冲击惯性，配备有庞大的飞轮，但设备运行时单位重量的输出力低。这类冲床已越来越不适合于现代生产、加工及制造的要求。

第 5 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

如图1-1机械式冲床的外形图。

图1-1 机械式冲床

1.4.4新型气液増力冲压机

随着机电技术的迅速发展，机电一体化技术已越来越广泛地应用于工业工装设备

中。由于气动技术中的气源易于获取、无污染、环保型，气动元气件安装灵活、方便，特别是在加工生产线上，气动技术已被越来越广泛的应用，使得生产线清洁、美观。设计此类新型气液增力冲压机，该机将气动与液压有机结合起来，由于液压的抗压缩及传输性能较强，将液压油作为传动媒介，当气体压强被增大时，把低压的气动压力转换增大为高压的液体压力，由高压液压来完成冲压的工作行程。该机采用气源作为动力源，解决了液压泵站占地大、连接不便和液压油污染环境的缺点。在工作中，该机相当于一台高压液压冲床。该机只在工作行程时，即当冲压头接触到工件时，工作冲程自动开启，在高压下完成工作冲程。其整个行程中空行程时间占大多数，处于气动的低压微能耗工况。同时，由于该机的核心部件:气液增力缸本身是一种完整的驱动系统，不同的结构和特殊的设计，可适用于不同的工艺情况。从性能上看，气液増力冲压机使用灵活、方便。在同种工作条件下新型气液増力冲压机更节约了能源，而且噪声污染小，给工人们营造

第 6 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

了良好的工作环境，其工作效率得到大大提升，同时实现了一机多用。所以，设计的这款新型气液増力冲压机更具有市场前景。

1.4.5本设计气液増力冲压机的特点

新型气液増力冲压机是通过气液増力缸增压输出更大的冲力，动作过程自动分成两段，第一段快进行程，软到位保护模具。第二步为液压，稳定地输出液压压力。 1.简单的动力驱动

采用气缸与液压缸以及气控电控阀组作为动力执行元件。 最大6bar或10bar压缩空气驱动，无需液压系统，即可产生2kN - 2000kN的冲压力，冲压力可在额定最大值以下无级调节。三行程全新冲压设备， 针对实际冲压加工的不同阶段科学定点地施加不同的动力，实现了最经济的高质量冲压加工，能耗极低 (1)静止状态。

(2)快进行程——纯气动驱动模具快速小力接触工件。 (3)力行程——接触工件后，即自动转为气液增力的力行程。 (4)返回行程——完成冲压加工，模具气动返程。 2.先进的“软到位”冲压技术

在空行程，冲压模具由压缩空气驱动，快且小力接触工件，无冲击、无噪声，极大地提高了冲压加工质量及模具寿命，改善了冲压加工环境。 3.独特的“增力自适应”冲压技术

在总行程范围内，无论在任何位置，只要模具一碰到工件，气液增力缸即自动地由快进行程转换为力行程，进行全力冲压加工，无需任何附件的调节控制。更换不同模具，就可进行不同工作，无需进行设备行程调节。 4.功能

快进行程：主阀动作，工作活塞杆纯气动驱动外伸，推动上模具快速小力接触工件。力行程：上模具遇到工件，力行程转换阀自动动作，增力活塞杆封闭高压油，开始气液增压的力行程。 返回行程： 主阀换向，内置式力行程转换阀自动排气，工作活塞杆返回，完成一个工作循环。带有快进行程及遇到外阻自动启动施加的气液增压力行程的气动冲压缸，控制和使用操作此缸如同双作用串联气缸一样简便。

第 7 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

第二章 气液增力冲压机整机布局设计

2.1冲压机的冲压成型原理及工艺流程

2.1.1 冲压机的冲压成型原理

先在工作台上放凹模，再把需要加工的零件放在凹模上，然后把原材料放在工作台

上，冲头上安装凸模，启动开关按钮，二位五通电磁阀1得电，气压推动活塞迅速运动，接触到工件后，压力继电器感应，使二位五通电磁阀1、2同时得电，启动增力活塞杆，大力挤压模具使零件受压变形，压力到某一值后，压力继电器再次感应电磁阀换向，冲头迅速回程，零件冲压成型。同时，气液増力冲压机可以进行钣金连接、成形、弯曲、冲压、矫正、冲裁、剪切、铆接、冲压印字等。

2.1.2 冲压机的冲压工艺过程

冲压采用预先制作好的模具用冲床进行冷冲加工，主要进行板金加工，即加工的素材大多都是板材，加工的效率比较高适合大批量生产。其工艺过程为图2—1所示：

图2—1冲压机工艺流程图

2.2机架的布置

C型机架的设计有其独特之处，从外观上看，外形美观，结构简单、紧凑，机架的重心主要集中在左侧，同时底座平稳，即使右边加上气液増力缸，其重心也不会发生太大的变化，故能保持冲压过程的平衡度， 工作平台仅挨着支撑架的右下角，加大了与地板的接触面，其原理从人的脚板设想出来的，因为脚板的长度能保持人的身体平衡。加工零件时，C型机架的活动空间大，不像二柱式冲压机的活动空间那样小，且占地面积小。

2.3升降机构的布置

在设计中，我们通过手轮旋转丝杆，丝杆高度没有变化，变量活塞在不断的升高或降低，从而能调整气液増力缸的高度，实现气液増力冲压机的工作行程变大，同时加

第 8 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

大了工作活动空间，可以冲压不同尺寸的零件，仅需换模具就能实现一机多用的功能，在旋转时不用使多大的力便能调节増力缸的高度，其设计完全人性化。

由于该机的独立驱动部分———气液增力缸结构紧凑，故可配合不同的工况与主机结构，应用于塑性金属加工、五金、电器等行业的冲压、点焊及铆接工装中。由于该机具有较好的性能价格比，有很好的应用前景，同时该机在许多工艺中，完全可取代机械式冲床，形成一种新型高效、低噪声、结构紧凑和大吨位的气液增力冲床及其系列产品。

2.4气液增力冲压机的整体布局

气液増力冲压机主要由三个主要部分组成，一是机架，其作用是把増力缸的位置得以固定，保证其工作时的稳定性；二是变量活塞，主要是用来调节増力缸的高度，增大工作总行程，扩宽了零件加工的种类；三是气液増力缸，气液増力缸顾名思义就是增大了工作的力量，充分的运用液压的输出力大，运动平稳和气压的换向灵活方便。三者都起到了独特的作用，缺一不可，他们的结合更是匠心独运，在工作过程中得到了充分的发挥。整体布局合理，运动平稳，外形美观，结构紧凑，便于调节工作的总行程，运行简单，一般的工人都能够使用此冲压机，降低了工人的加工工作量，且工作活动空间大，便于工人作业。

通过气液増力冲压机布局图可知，其设计外形美观，布局合理，结构简单、紧凑，工作空间大，该机的独立驱动系统:气液增力缸用三段缸筒，由四根拉杆进行联结，以便于密封件及活塞的安装，缸体密封采用橡塑组合密封件，此类密封件是一种低摩擦、高寿命的密封件，将橡塑的弹性与PTFE塑料的自润滑、低摩擦的特性组合使用，能有效提高密封性能，防止内泄、内漏，该机能实现冲压头快速接触工件，无冲击的软到位，以极低的能耗实现大的冲压力，同时，可实现压力的无级调节，快速自动回程。在该机的冲头上设计了防转装置，使在冲击及行进、后退中易于定位。该机所有动作均由气压产生，避免了在回程中使用弹簧易疲劳损坏。全套控制件都集中安装在气液增力缸上，使该缸如同一个普通的串联气缸。其布局图如2-1图:

第 9 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

图2-1气液増力冲压机布局

第 10 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

第三章 气液増力冲压机的设计

3.1气液増力冲压机机架外形设计

3.1.1方案一 二柱型气液増力冲压机

二柱型气液増力冲压机，冲压原理与一般的冲压机基本相似，都是通过增压缸的增压使其输出力大，从而达到冲压效果，但在工艺过程上还是有很大的区别：

1.从调节冲压缸的结构上来看，是通过旋转两柱螺母的而达到调高的目的，但在调节中每根柱的两个螺母都必须得旋转，这是第一个麻烦点，其次，我们必须的保证液压缸的平衡性，不能调一边高一边低，所以在旋转时就必须使两边的旋转量一致，这个难度不是一般的。

2.活动空间上看，它的活动空间很小，于是对于工人下料带来极大的不便，加大了工人的工作量，且对于稍大的零件就不能很顺利的取放，所以也不能达到一机多用的效果。二柱型气液増力冲压机图如3-1图：

第 11 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

图3-1 二柱型气液増力冲压机的外形图

3.1.2方案二 C型气液増力冲压机

C型气液増力冲压机，外形由底座和支架组成，其重心靠左，在工作时不会产生太大的振动，保证加工的质量。通过旋转手轮便可调整缸的高度，增大了它的活动范围，扩大了其加工零件的尺寸范围，只需换模具就可以一机多用，可以加工很多零件。活动空间大，取放料方便，降低了工人的工作难度，结构简单，存放方便，噪声污染小。其外形图如下：

第 12 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

1—调节手轮；2气液増力缸；3—气液増力缸气缸座；4—冲压机冲头；5—变量活塞；6—冲压机工作平台；7—冲压机机架

图3-2气液增力冲压机外形图

3.1.3 机架外形方案比较

通过二柱型气液増力冲压机和C型气液増力冲压机的比较可知：C型气液増力冲压机的外形设计更能符合人们的要求，结构简单，作业空间大，便于工人在加工零件时方便取放，能调整液压缸的高度，增大活动总行程，达到了一机多用的效果。从而在外形上我们就确定C型气液増力冲压机作为我们的设计方案。

3.2増力缸的设计

3.2.1方案一 液压増力缸

图3—3是采用双作用増压器的增压回路，它能连续输出高压油，使用于增压行程要求较长的场合。当工作缸4向左较大负载时，系统压力升高，油液经顺序阀1进入双作用增压器2，增压器活塞不论向左还是向右运动，

第 13 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

均能输出高压油，只要换向阀3不断却换，增力器就不断往复运动，高压油就连续经单向阀7或8进入工作缸4右腔 ，此时单向阀5或6有效的隔开了增压器的高低压油路。工作缸向右运动时增压回路不起作用。

图3—3双作用增压器的增压回路图

图3—4双作用増力器的增压机构图

第 14 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

由双作用増力器运动的力相等可得:

F?P?A (3-1)

P0??D?d?24?P12?d24 (3-2)

P?D?d? P1?0 (3-3)

d22?D?d?其增压比为 ??d2 (3-4)

P0——油源油压 P1——增压后的气压

D——活塞的直径

d——活塞杆的直径

2?D?d?通过増压比??d2可知，只要活塞的直径越大，活塞杆的直径越

小，那么增压比就越大，输出力也就越大，但是，为了使缸的承载能力不被

破坏，我们也不能无限的扩大其增压比，根据实际需要相应的设计他们的尺寸。

1．液压增力油缸的特点

（1）该液压系统的工作压力可通过顺序阀来调节，以适应不同工作情况，提高了装置的利用率。

（2）装置的超高压在油缸内产生，所以只需保证工作活塞与增压活塞杆两处的超高压密封，简化了整个系统的高压密封，降低了成本。

（3）配以不同的辅助工具，本装置可一机多用，完成各种零件的拆、装、铆、压以及可作为机床夹具夹紧机构的动力装置。

（4）系统产生压力的特点是由小变大，与一般工作过程相吻合，故适用于大、中型和精度要求高的零件夹紧机构和切削力波动较大的场合。

（5）全部都是用油液，容易产生漏油及油污染，与气动相比不能实现频繁换向。

第 15 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

3.2.2方案二 气液増力缸的设计

图3-5为气液増力缸系统回路图，气液増力缸是由三节缸筒组合而成，第一节是油缸，最大的压力主要集中在油缸中，第二节是气液缸，气液活塞的左边是油液，右边是气压，缸工作的第一步就是气压推动气液活塞杆往左运动，使油缸的的压力有一定的增大，再推动工作活塞杆软接触工具。第三节缸是气缸筒，当工作活塞杆接触工件后，气缸筒的増力活塞启动，増力活塞杆向左运动使油缸形成封闭的缸，产生增压作用。他们的动作是由压力继电器，单向阀，二位五通电磁控制阀，二位五通气控阀共同控制。

图3-5气液増力缸系统回路图

图3-6为气液增力缸的基本结构原理图，Ps为气源，P0为气源压力，左边为液压缸，右边为气液缸，两缸中的油液由一通道相连，密封性能良好。当气源供气压力时，推动活塞D0，从而带动小活塞d产生增大的压力，传递到油液，油液推动活塞D，产生增大后的作用力F，向外输出。图3-6只是简化的工作原理图，实际的机构还应考虑运动的回程、动作的发信、油液的密封、零件的工艺性等。

第 16 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

油油

图3-6气液増力缸的结构原理图

在如下增力式的推导中，忽略了摩擦力、阻尼力等。

?4d2P?2?42D0P0 （3-5）

?D?p??0?p0?d? （3-6）

??D?D0??D?F?DP?D?0?P0???P0 （3-7）

44?d?4?d?22??22F——为输出力

D0——为气缸活塞直径

d——増力缸的直径

D——为工作活塞直径

?D?式(3—6)为压力增大式，设?= ?0?，则λ为增压比；式(3—7)为输出力

?d?增大式。

d越小，则增压比越大，但过小的d会使运动时油液的传输量过小，从而使液压缸的输出行程过小，影响对外作功；D0越大，也可增大增压比，但若D0太大，又会使结构太大，不紧凑。

2

第 17 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

式(3—1)、式(3—2)中的结构参数D0、d、D的选择应权衡缸的实际用途，综合考虑结构、输出力、压力油的密封等因素。

1.气液増力缸的特点

增力缸本身是一个完整的驱动系统，不同的结构形式和特殊的设计可适用于不同的工艺情况。机器能实现冲压头快速接触工件、无冲击的软到位，以极低的能耗实现大的冲压力。可实现压力的无极调节(根据需要还可以实现恒定压力下作用时间的无极调节与控制)，达到设定压力(或设定位置)后发信，快速自动回程。

快速空行程并软接触工作的功能，可有效地保护模具，并大大地降低了冲压工件时的噪声，提高了工件的加工质量，改善了冲压加工的工件环境。根据需要，可组成系列的新型气液增力冲床，在冲压件加工行业更好地发挥作用。气液増力缸外形美观，结构紧凑，控制简单，工作可靠，拥有独特的工作过程，较传统压力加工节约能量80%以上。采用软到位技术，无振动、无冲击、无噪音，极大提高工作环境及模具寿命。在三行程中的每个阶段，压力都成线性分布，不受行程位置影响。采用高质量密封元件，气液増力缸可长期免维护工作。

3.2.3方案比较

通过液压増力缸和气液増力缸的比较可知：液压増力缸充分的运用到液压输出力大、运动平稳，但同时也存在一些缺点，例如全部用油液容易出现漏油及污染环境，油液来之不易，而空气很容易获取，便宜、清洁、环保，油液换向不够灵活。而气压却具有换向灵活的特点，易于控制等，如果我们把气液压的特点充分的结合起来的话，不仅实现了液压的运动平稳，输出力大，同时使气压的换向灵活得到了充分的体现，大大的提高了工作效率，降低了生产成本。那么气液压的结合就如虎添翼，使其不仅运动平稳输出力大而且易于自动化控制，液压缸增压还需要一个双作用增力器，他们的机构不够紧凑，而气液増力缸只需要四根拉杆就能把他们紧紧地靠在一起，他们的结构紧凑，那么气液増力缸就是最完美的选择，所以我们把气液増力缸作为本次设计的最好选择。

根据我们的方案比较分析，我们就可以画出本次设计气液増力冲压机

的装配图，图3—7为气液増力冲压机的总装配图：

第 18 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

图3—7气液増力冲压机的总装配图

第 19 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

第四章 液压气动系统设计

4.1液压传动系统回路设计

4.1.1液压系统简介

液压传动系统由液压泵、液压阀、执行器及辅件等液压元件组成。它

的工作原理是用液压泵把电动机或原动机的机械能转化为液压能，然后通过控制、调节阀和液压执行器，把液压能转变为直线运动或回转运动的机械能，以驱动工作机构完成所需要的各种动作。液压传动系统主要由以下五部分组成：

1.能源装置------把机械能转换成流体的压力能的装置，一常见的就是液压泵。

2.执行元件------把流体的压力能转换成机械能输出的装置，可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。

3.控制元件------对液压系统中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置，以及进行信号转换，逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。如溢流阀、节流阀、换向阀等。

4.辅助元件------保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。如油箱、过滤器、管件等。

5.工作介质------传递能量和信号的介质。液压系统以液压油为工作介质。

4.1.2液压系统的优点

与机械传动、电力拖动系统相比，液压传动具有以下优点： 1.液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 2.重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3.操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。 4.可自动实现过载保护。

5.一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；

6.很容易实现直线运动。

7.很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更

第 20 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

8.液压元件属于机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。

4.1.3负载特性分析 液压缸的外负载F?22500N 设液压缸的机械效率?cm?0.9，

则液压缸的驱动力为：F总?F/?cm?22500N/0.9?25000N （4-1） 4.1.4液压系统的方案设计 1.确定回路方式

选用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀冷却后再进入液压泵的进口。

2.选用液压油液

普通液压系统选用矿物型液压油作工作介质，该系统为室内设备，选用普通液压油。L-HL液压油（GB/T7631.2?2003）。

3.选择执行元件

系统要求实现直线运动，并且运动为垂直方向，故选用活塞式液压缸。由于液压系统工作时只要求一个方向工作，反向退回，应选用单活塞液压缸。

4.确定液压泵类型及调速方式

系统压力P?25MPa，选用外啮合齿轮泵。采用节流调速的方式，所以选用节流调速回路。

5.选择换向回路

本系统液压设备自动化程度较高，且对换向的平稳性没有严格要求。所以选用O型二位二通的电磁换向阀的换向回路。

6.绘制液压系统原理图

将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充。即组成如图4-1所示的液压系统图。其工作原理:启动电机，电机带动泵旋转，泵打油液进入油缸中，使油缸充满油液，推动活塞快速前行，油压达到溢流阀8的值时，油液通过溢流阀8流回油箱而不导致油缸的压力过高

第 21 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

而产生危险，如果缸迅速回程时达不到溢流阀8的预定值时，二位二通电磁阀换向，油液也能流回油箱，而不带来活塞回程时的阻力，单向阀2起到保护泵的作用。

1—液压缸 2—单向阀 3—液压泵 4—电动机 5—过滤器 6—油箱 7—液压电磁阀 8—安全阀

图4-1液压传动系统回路

4.1.5液压系统的主要参数计算 1.执行元件主要结构尺寸计算

液压系统主要参数的设计、计算过程见第5章。

各参数的计算结果如下：液压缸的内径D?100mm，活塞的直径

d?56mm，缸筒壁厚??10.5mm，缸筒外径D1?121mm，缸底厚度h?15mm。

2.计算液压缸所需的流量 液压缸的最大流量qmax

qmax?vmax?A (4-2) 式中：A—液压缸的有效面积（m2）；

第 22 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

vmax—液压缸的最大速度（m/s）。

1qmax?vmax?A2?0.02m/s?3.14??10?2m2?0.25?10?3m3/s

43.液压泵的性能参数计算

（1）确定液压泵的最高工作压力Pp

Pp?P（4-3） 1???P 式中：P1—执行元件的最高工作压力；

??P—执行元件进油路上的压力损失，简单系统

55，这里取?P?5?10Pa。 ?P?(2~5)?10Pa??FP1?(4-4)

因此，由公式（4-4）可得：Pp?P1???P?3.2MPa?0.5MPa?3.7MPa （2）确定液压泵的最大流量qp

qp?K?qmax (4-5)

式中：?qmax—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值；对于工作过程中始终用流量阀节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取?0.033~0.05??10?3m3/s或2~3L/min。

K—泄漏系数，一般取K?1.1~1.3,大流量时取小值，反之取大值。取泄漏系数K=1.2。

设溢流阀的最小溢流量为3L/min 则

?cmA?25000N?3.2MPa?220.785?10m

qp?K?qmax?3L/min?1.2?0.24?10?4m3/s?0.05?10?3m3/s?0.8?10?4m3/s

第 23 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

即：qp?4.8L/min

（3）选择液压泵的规格型号

根据液压系统图中拟定的液压泵的形式及上述计算得到的压力和流量值，查液压设计手册选取相应的液压泵规格。为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被破坏，液压泵应有一定的压力储备量，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%～60%（高压系统取下值，中低压系统取大值）。

因此，选定的液压泵规格型号为：CB－B6型外啮合齿轮泵，该泵的额定压力为2.5MPa，额定转速为1450r/min，额定流量为6L/min，驱动功率为0.31Kw，总效率?p?0.72。

(4)电动机的选择

根据压力和流量选定液压泵的规格之后，驱动液压泵的电动机功率可 下式计算：

P?ppqp/?p （4-6）式中：P—电动机功率（W）；

pp—液压泵最大工作压力（Pa）； qp—液压泵的输出流量（m3/s）；

?p—液压泵总效率，可由液压泵产品样本查出。

按照式（4-6）选取的电动机功率需有一定的功率储备，但允许短时间超载25%。

6?43因此：P?ppqp/?p?3.7?10Pa?1?10m/s0.72?513w

参照Y系列三相异步电动机主要技术参数（JB/T5339?1991），选取电动机型号为：Y132S-4型异步电动机。该电动机额定功率为0.55Kw，满载转速为1440r/min，额定转矩为2.3N?m。

4.1.6液压元件选择 1.控制阀的选择

根据系统的最大工作压力和通过阀的实际最大流量由产品样本确定阀

第 24 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

的规格和型号，被选定阀的额定压力和额定流量应大于或等于系统的最大工作压力和阀的实际流量，必要时通过阀的实际流量可略大于该阀的额定流量，但不允许超过20%，以免压力损失过大，引起噪声和发热。选择流量阀时还应考虑最小稳定流量是否满足工作部件最低运动速度要求。总共选择的阀有：溢流阀；节流阀；二位二通电磁阀-34DY-00BY。

2.过滤器的选用

液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，使系统工作可靠性大为降低。在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。滤油器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小，以直径d作为颗粒公称尺寸，按精度可分为粗滤油器（d?0.1mm)，普通滤油器(d?0.01mm)，精滤油器（d?0.005mm)，特精滤油器（d?0.001mm）

一般对滤油器的基本要求是：

（1）能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡一定尺寸的杂质进入系统。

（2）滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏。 （3）通流能力大，压力损失小。 （4）易于清洗或更换滤芯。 选择过滤器的依据有以下几点：

（1）承载能力：按系统管路工作压力确定。

（2）过滤精度：按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅下表。 （3）通流能力：按通过最大流量确定。

（4）阻力压降：应满足过滤材料强度与系数要求。

过滤器的安装：吸油滤油器一般安装在油泵的吸油口处，用以保护油泵和其他液压元件，以避免吸入污染杂质，可以有效的控制液压系统的清洁度。根据泵的要求，可用粗的或普通精度的滤油器，为了不影响泵的吸油性能，防止发生气穴现象，滤油器的过滤能力应为泵流量的两倍以上，压力损失不得超过0.01～0.035MPa。

3.油管和管接头的选择

第 25 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

1）油管类型的选择

液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。

(1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。

(2)铜管：紫铜管工作压力在6.5～10MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。

(3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.5～8MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。

2）油管尺寸的确定

(1)油管内径d按下式计算：

d?4qq?1.13 （4-6） ?vv式中：q—通过油管的最大流量(m3/s)；

V—管道内允许的流速(m/s)。一般吸油管取0.5～5(m/s)；压力

油管取2.5～5(m/s)；回油管取1.5～2(m/s)。带入数据得：

q0.24?10?4d?1.13?1.13??4.52?10?3m?4.52mm

v1.5查表，选用内径为6mm，外径为10mm的的冷拔钢管

（GB/T2351?1993）。

3）管接头的选择

选择的管接头使其规格与它所连接的液压元件油口的尺寸一致。 4.油箱的确定

油箱在液压系统中主要的功能是储存液压系统所需的足够油液，散发油液中的热量，分离油液中气体及沉淀污物。

油箱的有效容积的确定一般根据泵的额定流量qp进行，对于低压系统

第 26 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

（0～2.5MPa），中压系统（2.5～6.3MPa），V?(2~4)qp；V?(5~7)qp；高压系统（>6.3MPa），V?(6~12)qp。此外，还要考虑到液压系统回油到油箱不至溢出，油面高度一般不超过油箱高度的80%。

V?4?qp?6?10L/min?60L，于是我们选定油箱的容积为60L。 4.1.7液压阀配置形式的选择

对于固定式液压设备，常将液压系统的动力、控制与调节装置集中安装成独立的液压站，可使装配与维修方便，隔开动力源的震动，并减少油温的变化对主机工作精度的影响。

本系统中，选取叠加阀式配置。叠加阀是自成系列的元件，每个叠加阀既起控制阀作用，又起通道体作用，因此它不需要要另外的连接块，只需用长螺栓直接将各叠加阀叠装在底板上，即可组成所需要的液压系统。这种配置形式的优点是：结构紧凑，油管少，体积小，质量小，不需设计专用的油路连接块。

4.1.8泵—电机装置的选择 1.电动机的安装

电动机为机座带底脚、端盖上无凸缘结构，用于水平放置的泵组。此时液压泵通过法兰式支架支承在电动机上。

2.联轴器

由于液压泵的传动轴不能承受径向载荷和轴向载荷，但又要求泵轴与电动机轴有很高的同轴度。因此，采用弹性联轴器的连接方式。

3.泵组底座

本系统的液压泵为小功率泵，故可以安装在油箱的上盖。为减小噪声和振动，泵组和安装平台之间加上弹性材料制成的防振垫。

4.管路套件

液压泵的吸油管选用硬管，安装吸油管时要注意液压泵有吸油高度的限制。

因吸油管采用硬管，因此在吸油口设置橡胶补充接管，起隔振、补偿作用。

第 27 页 共5 2 页

贵阳学院毕业设计（论文）

4.1.9系统压力损失的验算

液压系统的压力损失包括：油液流经管道的沿程压力损失?PL、局部压力损失?PC

即：

?P??PL??PC (4-8)

计算沿程压力损失时，按下面公式计算：

?PL?4.3v?q?L?106/d4 （4-9）

式中：q—通过管道的流量(m3/s)；

L—管道长度(m)； d—管道内径(mm)；

v—油液的运动粘度(cm2/s)。

已知：q?0.24?10?4m3/s，L?2.5m，d?6mm，v?1.5cm2/s。

则有：

?PL?4.3v?q?L?106/d4?4.3?1.5?10?4?0.24?10?4?2.5?106/(6?10?3)4 ?1.075?103pa局部压力损失可按下式估算：

?PC?(0.05~0.15)?PL (4-10) 代入数据，得：?PC?0.15?PL?0.15?1075?1.62?102Pa

系统压力损失：?P??PL??PC?1.237?103Pa，小于系统初选的压力损失。因此液压系统的油路结构设计合理，符合要求。

4.2气液増力缸的回路设计

设计的新型气液增力缸，在结构及回路控制上，要比目前所见的其它气液增力缸结构更合理紧凑，动作更可靠，更实用。气液增力缸工作回路原理图，如图4-2所示。

其工作回路原理为:

在两位五通电磁阀QF1得电后，气源气体分两路，一路由2、5通道进入c腔，推动活塞D2向左移动，活塞D2挤压油液，推动活塞杆D1向左运动，使冲头迅速接触工件，产生预压力。另一路，由2、5通道经QF4单向

第 28 页 共5 2 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r3t3.html