裝配圖沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝配圖沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),裝配,沖壓,機(jī)床,液壓,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第II頁(yè) 共頁(yè)目 錄1 緒論111 研究背景及意義112 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213 論文主要研究?jī)?nèi)容314 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)521 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)722 液壓控制系統(tǒng)的功能和組成723 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)1631 液壓缸的尺寸163.1.1 工作缸的尺寸163.1.2 頂出缸的尺寸1732 計(jì)算液壓系統(tǒng)工作的流量1733 選擇液壓泵的規(guī)格1834 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2141 建模仿真軟件AMESim簡(jiǎn)介2142 基于AMESim液壓系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)步驟2143 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(shuō)明書（論文） 第36頁(yè) 共36頁(yè)1 緒論11 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(guò)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(guò)程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)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(wú)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(guò)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。12 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)外發(fā)展內(nèi)容小型化、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)高效、節(jié)能、環(huán)保高精度數(shù)字控制元件和系統(tǒng)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(kāi)始，國(guó)外開(kāi)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(kāi)始進(jìn)行液壓系統(tǒng)與元件的仿真研究。經(jīng)過(guò)幾十年的研究開(kāi)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(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，所有這些來(lái)自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過(guò)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(lái)，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(guò)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(wèn)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(kāi)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)。13 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。14 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(guò)大和回程速度慢的問(wèn)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。2 沖壓機(jī)床液壓控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)21 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，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(lái)表明。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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(kāi)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。（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(lái)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(lái)確定?？招谐趟俣燃盎爻趟俣瓤梢愿咭恍蕴岣呱a(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(guò)載的情況；二是液壓機(jī)的拉伸過(guò)程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，沒(méi)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(guò)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(wú)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。22 液壓控制系統(tǒng)的功能和組成歸納起來(lái)，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(jiàn)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(guò)濾器，油管等。他們對(duì)保證系統(tǒng)正常工作有重要作用。（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23 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(wàn)能液壓機(jī)外觀圖其本體機(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：頂出力：液體最大工作壓力：滑塊行程：頂出行程：開(kāi)口高度：滑塊行程速度：快速下行 慢速下行 工作 回程 頂缸頂出及退回速度 工作臺(tái)面有效尺寸左右前后：基型變型或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(kāi)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(kāi)關(guān)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(guò)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(guò)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(kāi)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1YA2YA3YA4YA5YA6YA工作缸快速下行慢速下行保壓快速回程頂出缸頂出退回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(jiàn)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(lái)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(guò)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(guò)某個(gè)數(shù)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(guò)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(lái)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(guò)改變節(jié)流元件的通流面積，后者則是通過(guò)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(guò)改變泵或馬達(dá)的排量來(lái)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(méi)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(lái)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。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。31 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：式中 工作缸的工作力， 液體的工作壓力， （2）計(jì)算活塞和活塞桿的直徑?；钊睆剑?設(shè)工作缸回程力工作缸活塞桿腔的作用面積：則活塞桿的直徑：根據(jù)GB/T 2348-1993液壓缸缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列取，則活塞腔、活塞桿腔實(shí)際面積： 3.1.2 頂出缸的尺寸（1）頂出缸工作腔的作用面積：式中 頂出缸的工作壓力，（2）計(jì)算活塞和活塞桿的直徑。活塞直徑：設(shè)工作缸回程力工作缸活塞桿腔的作用面積：則活塞桿的直徑：根據(jù)GB/T 2348-1993液壓缸缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列取， 則活塞腔、活塞桿腔實(shí)際面積： 32 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还ぷ鞲谆爻糖宦傧滦校汗ぷ鞲坠ぷ髑还ぷ鞲谆爻糖还ぷ餍谐蹋汗ぷ鞲坠ぷ髑还ぷ鞲谆爻糖豢焖倩爻坦ぷ鞲坠ぷ髑还ぷ鞲谆爻糖皇街?快速下行速度， 慢速下行速度， 工作行程速度， 快速回程的速度，主要用來(lái)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)算充液系統(tǒng)的尺寸。主要用來(lái)確定回程腔回路的尺寸和驗(yàn)算快速下行行程的速度。主要用來(lái)決定高壓泵的流量。主要用來(lái)確定工作腔排油卸荷閥的尺寸或工作腔回路的尺寸，和驗(yàn)算快速回程的速度。值也可用來(lái)確定變量泵的最大流量。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：頂缸工作腔頂缸回程腔、主要用來(lái)確定頂出缸工作時(shí)變量泵應(yīng)輸出的流量。33 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(lái)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(méi)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(lái)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，為液壓泵的最大工作壓力；為液壓缸的最大工作壓力。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： 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)補(bǔ)油，因此取查液壓系統(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：最高排量：最大最高轉(zhuǎn)速：驅(qū)動(dòng)功率：34 確定控制閥的尺寸控制閥的尺寸按照它所通過(guò)的最大流量和最大工作壓力來(lái)選取，它們應(yīng)與產(chǎn)品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(guò)公稱流量，但是不宜過(guò)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(guò)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：S20A004 基于AMESim的液壓控制系統(tǒng)建模與仿真分析41 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(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，所有這些來(lái)自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過(guò)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(lái)，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(kāi)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(kāi)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。42 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）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(lái)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(méi)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）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）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(kāi)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(kāi)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43 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。圖4.4 液壓系統(tǒng)工作缸回路AMESim模型圖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)锳MESim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(méi)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(lái)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(lái)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s24410210行程mm06001001000800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、行程空載頂出保持退回時(shí)間s2626行程mm03000300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 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，26s速度為10m/s，610s速度為25.04mm/s，1020s速度為15m/s，2022s速度為0mm/s，2232s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)，工作腔的壓力由25MPa驟降至0，此時(shí)系統(tǒng)必然將產(chǎn)生很大的振動(dòng)。（2）圖4.6工作缸活塞位移曲線可以看出，工作缸的回程速度有些慢。這些問(wèn)題有待改進(jìn)。4.3.3 液壓控制系統(tǒng)的改進(jìn)由圖4.10工作缸工作腔壓力曲線可以看出，在系統(tǒng)保壓結(jié)束后快速回程時(shí)，工作腔壓力有一個(gè)差值很大的驟降。由于系統(tǒng)在保壓過(guò)程中，由于液壓油壓縮性和機(jī)械部分產(chǎn)生彈性變形，因而儲(chǔ)存了相當(dāng)?shù)哪芰?，此時(shí)的立即換向，會(huì)瞬間產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和巨大的“炮鳴”聲響，造成機(jī)器和管路的振動(dòng)，影響液壓機(jī)正常工作。由以上分析可知，要解決液壓機(jī)回程時(shí)的巨大響聲和振動(dòng)，就要使主缸上腔有控制地卸壓，待其上腔壓力降至較低時(shí)再轉(zhuǎn)入回程。為此可以在系統(tǒng)中加裝一個(gè)釋壓回路，在系統(tǒng)保壓和換向之間采取釋壓措施，由此來(lái)消除系統(tǒng)振動(dòng)和“炮鳴”。圖4.18為用溢流閥釋壓的回路。當(dāng)換向閥處于圖示位置時(shí)，溢流閥2的遠(yuǎn)程控制口通過(guò)節(jié)流閥3和單向閥4回油箱。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)口大小就可以改變溢流閥的開(kāi)啟速度，也即調(diào)節(jié)缸上腔高壓油的釋壓速度。溢流閥2的調(diào)節(jié)壓力應(yīng)大于系統(tǒng)中調(diào)節(jié)溢流閥9的壓力，因此溢流閥2也其安全閥的作用。改進(jìn)后的系統(tǒng)原理圖如圖4.19所示。虛線框內(nèi)部分是加入的釋壓回路。電磁鐵7YA只在卸壓回程時(shí)通電，其余時(shí)間保持?jǐn)嚯?。在保壓結(jié)束后，回程前電磁鐵7YA先通電，工作缸上腔高壓油液的壓縮能量通過(guò)溢流閥18逐漸釋放，不會(huì)產(chǎn)生“炮鳴”聲。1-三位四通換向閥 2-溢流閥 3-節(jié)流閥 4-單向閥圖4.18 釋壓回路如圖4.19所示為加裝釋壓回路的系統(tǒng)工作缸回路AMESim模型。釋壓回路可簡(jiǎn)化為一個(gè)先導(dǎo)溢流閥和一個(gè)信號(hào)源的組合。虛線框內(nèi)部分是加入的釋壓回路。對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行，設(shè)定釋壓時(shí)間4s，將工作缸壓力由25MPa降到5MPa。加裝釋壓回路后系統(tǒng)工作缸工作腔壓力曲線與改進(jìn)前的工作缸工作腔壓力曲線比較如圖4.20所示。由圖中可以很明顯看出，改進(jìn)后的系統(tǒng)在保壓結(jié)束后的4s內(nèi)，工作缸的工作腔壓力平緩的逐漸降低至5MPa，沒(méi)有了高壓驟降，系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生“炮鳴”。圖4.19 加裝釋壓回路的系統(tǒng)AMESim模型圖 a ba-改進(jìn)前的系統(tǒng)工作缸工作腔壓力曲線 b-改進(jìn)后的系統(tǒng)工作缸工作腔壓力曲線圖4.20 改進(jìn)前后工作缸工作腔壓力曲線比較由于加裝了釋壓回路，一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間增加了4s。為了不降低生產(chǎn)效率，可以通過(guò)提高滑塊的回程速度來(lái)縮短工作循環(huán)時(shí)間。提高滑塊的回程速度，可以在不增加泵流量的前提下通過(guò)加粗活塞桿直徑而得到。此方法對(duì)原液壓機(jī)系統(tǒng)其它參數(shù)沒(méi)有影響，改造方便可行。原工作缸的缸徑為400mm，活塞桿直徑為320mm，為了提高回程速度，活塞桿直徑必須大于320mm而且小于400mm。按照GB2348-1993液壓缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列標(biāo)準(zhǔn)，選取活塞桿直徑為360mm。已知原系統(tǒng)采用的250YCY14-1B型壓力補(bǔ)償變量柱塞泵回程時(shí)排量，電機(jī)轉(zhuǎn)速，泵的容積效率，所以泵的實(shí)際輸出流量：于是改造后的回程速度：改造后的回程時(shí)間：加裝釋壓回路及提高回程速度后系統(tǒng)工作循環(huán)時(shí)間：完成這處改進(jìn)后進(jìn)行仿真，得出的工作缸活塞速度曲線與改進(jìn)之前對(duì)比如圖4.21所示。 a ba-改進(jìn)前工作缸活塞速度曲線 b-改進(jìn)后工作缸活塞速度曲線圖4.21 改進(jìn)前后工作缸活塞速度對(duì)比從圖4.21中可以看出，改進(jìn)后的系統(tǒng)回程速度得到了大幅提升，系統(tǒng)工作循環(huán)時(shí)間也縮短了很多，達(dá)到了提高生產(chǎn)效率的目的。結(jié)束語(yǔ)在現(xiàn)代工業(yè)中，沖壓技術(shù)不斷向自動(dòng)化與精密化方向發(fā)展，對(duì)沖壓機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)性能與精度也提出了更高要求，傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和性能要求。利用計(jì)算機(jī)建模與仿真，進(jìn)行實(shí)際物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析，研究實(shí)際系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)，可以降低工程造價(jià)，減少設(shè)計(jì)時(shí)間，從而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)、縮短研究周期和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。本文主要完成了以下一些工作：（1）沖壓機(jī)床液壓系統(tǒng)技術(shù)及液壓系統(tǒng)計(jì)算機(jī)建模仿真技術(shù)背景的闡述。（2）3150KN四柱式液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。本文對(duì)液壓機(jī)的工作原理及特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，并結(jié)合液壓控制技術(shù)，對(duì)液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析。針對(duì)了3150KN四柱式液壓機(jī)的性能需求，設(shè)計(jì)了液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)，并對(duì)此系統(tǒng)的工作原理與各控制基本回路進(jìn)行了分析闡述。（3）3150KN四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)中各主要元件進(jìn)行了選型計(jì)算，為系統(tǒng)的仿真做好準(zhǔn)備。（4）基于AMESim的液壓控制系統(tǒng)建模與仿真分析。基于AMESim對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了建模與動(dòng)態(tài)仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了初步設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中存在的換向壓力沖擊大和回程速度慢兩個(gè)問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析改進(jìn)，提出了加裝釋壓回路和改變工作缸活塞桿直徑的兩個(gè)改進(jìn)方案。再對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，確定系統(tǒng)基本正確。從仿真結(jié)果來(lái)看，系統(tǒng)還存在一些振動(dòng)，有些仿真結(jié)果與預(yù)設(shè)存在誤差。這是有許多原因造成的，主要原因有以下幾個(gè)方面。（1）系統(tǒng)本身的原因。震蕩主要發(fā)生在電磁閥換向、系統(tǒng)保壓以及系統(tǒng)卸荷時(shí)，因?yàn)樵谶@些時(shí)期很容易產(chǎn)生壓力沖擊，系統(tǒng)震蕩只能盡量減小，難以完全消除。（2）為了便于建模仿真，將模型做了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。（3）由于參數(shù)不全，一些軟參數(shù)難以確定，只有使用軟件系統(tǒng)的默認(rèn)值，如液壓油的特性，液壓缸的粘性阻尼系數(shù)，管壁的粗糙度、管徑、厚度等，它們對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能都有較大的影響。（4）系統(tǒng)比較大，影響因素較多，某個(gè)參數(shù)的改變就可能影響其它其它元件的性能，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)仿真結(jié)果造成影響。各個(gè)參數(shù)的影響是相互的，及其復(fù)雜的。因此，應(yīng)對(duì)大系統(tǒng)的原理及參數(shù)作進(jìn)一步深入的研究，使仿真精度更高。在本文的研究過(guò)程中，由于本人的工程經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)不足，所以還應(yīng)在以下幾個(gè)方面做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善：（1）對(duì)液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究，從而設(shè)計(jì)出功能更為強(qiáng)大，性能更加穩(wěn)定的液壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)。（2）對(duì)仿真軟件AMESim中各元件的模型進(jìn)行深入地研究，以便更加準(zhǔn)確地搭建所需要仿真的系統(tǒng)模型，在保證準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化。（3）如有條件，可以做一些相關(guān)試驗(yàn)，得到更多的實(shí)際的數(shù)值和曲線，即可對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行更加深入的研究。致 謝本論文是在張老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。在這期間老師給我提供了不少參考資料，從論文的研究方法到論文的最終定稿，都得到了張老師的耐心指導(dǎo)和無(wú)私幫助。張老師廣博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我受益匪淺，在此，我向張老師表示衷心的感謝和深深的敬意。在論文的寫作過(guò)程中，也得到了許多同學(xué)的熱心幫助，在此致以誠(chéng)摯的謝意。特別要感謝我的同學(xué)們和我的朋友，在我的課題研究作過(guò)程中提出了許多寶貴意見(jiàn)。感謝所有關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的良師益友。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位專家表示衷心的感謝。參 考 文 獻(xiàn)1 郭成，儲(chǔ)家佑. 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 王孝培.沖壓設(shè)計(jì)資料M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1983.3 程燕軍，柳舟通. 沖壓與塑料成型設(shè)備M. 北京: 科學(xué)出版社，2005.4 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，2003.5 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，2006.6 李華聰，李吉. 機(jī)械/液壓系統(tǒng)建模仿真軟件AMEsimJ. 計(jì)算機(jī)仿真, 2006.7 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，2006.8 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，1997.9 陳冬生液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)M. 北京:水利電力出版社,1991.10 官忠范液壓傳動(dòng)系統(tǒng)M.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社1997. 11 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