南昌航空大学科技学院学士学位论文
3 四柱液压机液压系统设计
3.1 液压传动的优越性概述
科学技术迅猛发展的今天，液压传动技术随之有了比较完善、成熟的理论基础。目前液压传动技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。
（1）液压传动优越性 1）液压元件布局灵活；
2）液压传动操作控制方便，可实现无级调速；
3）液压传动容易实现直线传动，可以进行自动过载保护；
4）液压传动采用电液控制相结合的控制方式，可实现自动化控制，还可实现远程控制；
5）液压系统中液压元件的磨损比机械传动小很多，液压油除了作为传动介质外还起到了润滑的作用，延长了液压系统中液压元件的使用寿命。
（2）液压传动不足
1）液压传动沿程、局部阻力损失比较大；
2）液压传动压力高时泄漏较大，效率降低，处理不好油液还会对环境构成污染； 3）液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比；
4）液压传动存在的液压冲击、气蚀、困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命；
5）液压元件制造精度高，成本贵，系统故障不容易排除，维护技术成本高； 6）液压系统工作环境受温度影响较大，不宜在很高和很低的温度条件下工作。
3.2 液压系统设计要求
3.2.1 液压机负载确定
参考四柱液压机技术参数表2.1可知，液压机的最大工作负载为2000KN，工进时液体最大压力为25MPa,由此确定液压机设计负载为2000KN型四柱液压机。
3.2.2 液压机主机工艺过程分析
压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快速回程，直到原位
10
南昌航空大学科技学院学士学位论文
后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。
3.2.3 液压系统设计参数
液压系统设计参数可参考表2.1
最大负载：2000KN； 工进时系统最大压力：25MPa 主缸回程力：400KN； 顶出缸顶出力：350KN 主缸滑块快进速度：0.08m/s； 主缸最大工进速度：0.006m/s 主缸回程速度：0.03m/s； 顶出缸顶出速度：0.02m/s 顶出缸回程速度：0.05m/s
3.3 液压系统设计
3.3.1 液压机主缸工况分析
3.3.1.1 主缸速度循环图
根据液压机系统设计参数及表2.1中主缸滑块行程为700mm，可以得到主缸的速度循环图如下：
图3.1 主缸速度循环图
3.3.1.2 主缸负载分析
液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工矿的负载分析，液压机主缸所受外
11
南昌航空大学科技学院学士学位论文
负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即：
F = Fw + Ff + Fa ( 3.1 )
式中：
F —液压缸所受外负载； Fw —工作负载；
Ff —滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力
负载，启动后为动摩擦力负载；
Fa —运动执行部件速度变化时的惯性负载。 （1）惯性负载Fa计算 计算公式：
G?v? ( 3.2 ) g?tFa =
式中：
G —运动部件重量；
g —重力加速度9.8m/S2；
?v—?t时间内的速度变化量；
?t—加速或减速时间，一般情况取?t=0.01～0.5s。
查阅相同型号的四柱液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为30KN。由液压机所给设计参数可及：?v=0.08m/s ，取?t=0.05s，代入公式3.2中。
即：
Fa =
（2）摩擦负载Ff计算
30000N0.08m/s? = 4898N 20.05s9.8m/s滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱、活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。
（3）主缸负载F计算
将上述参数Fa = 4898N 、Fw = 2000000N代入公式3.1中。 即：
F = 2000000 + 4898 = 2004898N
12
南昌航空大学科技学院学士学位论文
3.3.1.3 主缸负载循环图
（1）主缸工作循环各阶段外负载如表3.1
表3.1 主缸工作循环负载
工 作 循 环 启 动 横梁滑块快速下行 工 进 快速回程 外 负 载 F = f静 + Fa F = f动 F = f动 + Fw F = f 回+ F背 ≈5 KN 忽略不计 ≈2000 KN ≈400 KN 注：“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的动摩擦力。
（2）主缸各阶段负载循环如图3.2
图3.2 主缸负载循环图
3.3.2 液压机顶出缸工况分析
3.3.2.1 顶出缸速度循环图
13
南昌航空大学科技学院学士学位论文
根据液压机系统设计参数和表2.1中顶出缸活塞行程为250mm，得到顶出缸的速度循环图如下：
图3.3 顶出缸速度循环图
3.3.2.2 顶出缸负载分析
主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性、静摩擦力、动摩擦力等负载。由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式3.1计算顶出缸的最大负载。
即：
F = Fw = 350000N
式中：
Fw —顶出力；
3.3.2.3 顶出缸负载循环图
（1）顶出缸工作循环各阶段外负载如表3.2
表3.2 顶出缸工作循环负载 工 作 循 环 启 动 外 负 载 F = F静 + Fa 忽略不计
14