200T四柱式液压机结构及控制系统设计开题报告{修}

毕业设计开题报告

部： 业： 生 姓 名： 级： （2015届）

机电工程系 机械设计制造及其自动化 xxx 机械三班 学号 xx 职称 副教授

2014年12月30日

系 专 学 班 指导教师姓名：

题目：200T四柱式液压机结构及控制系统设计 1. 结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1000字以上的文献综述。 1.1 液压机简介 液压机是一种以液体为工作介质，根据帕斯卡原理制成的用于传递能量以实现各种工艺的机器,一种用于金属、非金属材料（塑料、橡胶、石材、木材等）成形的压力加工机械。四柱式液压机适用于各种可塑性材料的压制工艺，如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型工艺。 [1]1.2液压机装置研究现状及发展历程 液压机自19世纪问世以来得到了很快的发展，在工业生产中已经有了广泛的应用，成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备。随着科学技术的日新月异，电子技术、液压技术的不断成熟，液压机也得到了更进一步的发展。到目前为止，液压机的最大公称压力已经达到了750MN，控制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制，这使液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量有了保证，同 图1液压机 时生产效率得到了很大的提高。[2] 液压机加工与传统机械加工相比属于无屑加工，应用范围广泛，一般用于塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。此外液压机还用于粉末冶金、翻边、压装等产品的成型加工工艺。液压机还能实现复杂工件和不对称工件的加工，产品废品率较低。液压机根据加工工件的不同性质，还可进行适当的压力行程调整，满足产品的加工要求。液压机主要由主机、液压系统、电气系统三部分组成。液压机的整个工作过程的实现，首先是由电气系统来控制液压系统，然后再由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作。[3] 1.2.1液压机的分类

按照功能和用途可得分为：粉末成型液压机、汽车重梁液压机、非金属专用液压机、机械修理液压机、炭素制品液压机、麿料制品液压机、陶瓷制品液压机等。[4] 2.按照类型又可以分为：四柱式、单柱式（C型）、卧式、立式框架、万能液压机等。 3.按照吨位大小分为：63吨液压机、100吨液压机、150吨液压机、200吨液压机、250吨液压机、300吨液压机、315吨液压机、500吨液压机、630吨液压机、800吨液压机等。 1.2.2液压机特点 液压机作为在板金成型生产制作中应用最为广泛的机械设备之一, 其之所以能够成为最为理想的成型工艺设备, 不仅仅是因为其能够根据实际加工的需求, 进行自身的快速调整, 还能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工生产, 降低了废品率。因此,可以说液压生产加工技术与其他机械加工技术相比有着明显的优越性。[5] ①采用的液压泵具有高压、大流量、恒功率、变量等特点，满足工艺要求并节省能耗； ②能够准确控制并完成零件的压力加工，加工质量可以通过调节设备来保证； ③ 主缸活塞滑块的快速下行靠自重作用来完成，通过辅助油箱补充油液来填充局部真空。这样的快速运动回路结构简单，运用的液压元件少；[5] ④ 系统性能可靠，结构简单，维修、维护方便。[7] 1.2.3液压机结构组成及工作原理 （1）液压机结构组成（如下图） 四柱液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。 其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等结构；液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。[8]

1-滑块 2-导柱 3-工作台 4-安装地基 5-顶出缸 6-主缸 7-上横梁 8-辅助油箱 图1.2.3 四柱液压机主机组成简图 （2）液压机工作原理 ① 主缸 快速下行——按下启动按钮，相应的电磁阀得电吸合，主缸活塞滑块在自重作用下快速下行。此时仅靠液压泵供油是不能满足快速下行的要求的，必须靠位于主缸顶部的辅助油箱供油来补充上腔形成的局部真空。 慢速加压——当主缸活塞滑块下行到一定位置并压下行程开关时，相应的电磁阀得电，辅助油箱供油结束，转为液压油泵为主的供油形式，完成快速下行向工进的转换。主缸活塞滑块不断下行最终会抵住工件，阻力急剧增大，主缸上腔的压力提高。 主缸保压——当主缸上腔的油压达到设定压力值后，压力继电器发出信号，相应的电磁阀得电，阀芯回到中位密封上下油腔，靠单向阀完成保压功能。 主缸卸压——保压一段时间后，保压过程结束，时间继电器发出信号，使相应的电磁阀得电，主缸活塞处于回程状态。由于上腔的压力很高，为了防止液压冲击，应将上腔先卸压再让主缸活塞回程。采用带卸荷小阀芯的液控单向阀将高压油泄回油箱，使主缸上腔的高压油的压力降到较低值，实现主缸活塞的安全快速回程。[9] ② 顶出缸 活塞顶出——主缸活塞滑块回程完毕后，按下顶出按钮，相应的电磁阀得电，这时顶出缸下腔进油，活塞上升将工件顶出。

活塞回程——工件顶出后，按下回程按钮，使控制回程的电磁阀得电，上腔进油，活塞下降，回程完成。 浮动压边——在进行薄板拉伸时，要求顶出缸有一定的压力将胚料压住并随主缸活塞滑块一起下行。浮动压边可满足薄板拉伸时的压紧要求。[10] 1.1.2.4液压机电气系统 电气系统主要用于合理控制液压系统以及对液压系统反馈做出反应。 （1）气动系统的组成：气源装置由空压机、压缩空气的净化储存设备（后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、气动三联件（分水过滤器、油雾器及减压阀）组成，还有一些必要的辅件，如自动排水器、消声器、缓冲器等，该些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不可少的[11]。 （2）对气动系统能源装置的基本要求是： ①能源装置外观应美观，色泽应与主机协调； ②能源装置上所装元件的排列布置应匀称，维护方便简易； ③能源装置应节能； ④能源装置应工作平稳，产生振动小，噪声小[12]； ⑤和电气、电子控制结合使用时，能远程控制动源装置以符合主机对所需 的工作变化要求。[13] （3）气动系统执行元件：执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的元件，该系统的执行元件是气缸，它驱动机构作直线往复运动，输入为压力和流量，输出为力和速度[14]。 （4）气动系统控制元件：系统采用的均为电磁阀双向换接，它的特点是换向简单，进气和回气回路简单，安装时统一，并且本系统的气缸是垂直安装升举载荷，因此使用进气节流。气缸内的缓冲结构提高换向平稳性，所以此种换接方法可以被采用[15]。 1.

参考文献 [1] 边海岸. 四柱式万能液压机液压系统原理研究. 郑州：中船重工集团第713 研究所第六研究室，2007,(3)：13-15. [2] 朱钒等. 国内外液压机技术现状及发展趋势. 机床与液压，2000（1）:11-12. [3] 谢为民等. 液压机监控系统的研究. 机床与液压，1996（2）:42-26. [4] 杨联英. 高速液压机智能控制方法研究.黑龙江锻压机床厂有限公司，2014 （5）:25-30. [5] 张利平. 现代液压传动技术的新方向-纯水液压传动. 工程机械，2010（1）: 16-20. [6] 陈松楷. 机床液压系统设计指导手册. 广州：广东高等教育出版社， 1993 (2):22-24. [7] 张利平. 大功率液压系统泄压噪声控制与节能. 机床与液压，2001（1）:51-53. [8] 张利平. 现代机床液压站设计的机构选型. 制造技术与机床，2010（10）:22-25. [9] 李绍林等. 实用模具技术手册. 上海科学技术文献出版社，1998,（1）:112-117. [10] 章洪甲等. 液压传动. 机械工业出版社，2011,（3）:33-36. [11] 薛祖德. 液压传动. 中央广播电视大学出版社，1995,(1):45-55. [12] [法]费桑迪. 液压机构，1965,(1):70-75. [13] 徐刚，鲁洁，黄才元. 金属板材冲压成形技术与装备的现状与发展. 锻压 装备及控制技术，2010,（4）77-80. [14] 2004年机床行业企业主要经济指标分析汇总. 中国机床工具协会，2005（4）:33-40. [15] 徐刚，鲁洁，黄才元. 金属成形（锻压）机床的发展趋势. 锻压装备及控 制技术，2011,（3）:55-59.

2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。 2.1 选题依据 与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中得到了越来越多的应用。对于空心变截面结构件，传统的制造工艺是先冲压成形两个半片，然后再焊接成整体，而液压成形则可以一次整体成形沿构件截面有变化的空心结构件。 2.2 主要研究内容 设计的主要内容及其方法，首先要对机械设备主机的工况进行详细分析，明确主机对液压系统提出的要求： 液压机技术参数要求：工作液体压力20MPa，最高压制力200T，最大行程710mm，顶锻行程速度0-40mm/s，驱动方式为油压驱动，控制方式为PLC控制。 2、2、1方案总体设计内容 （1）主机的用途、主要结构、布置方式、空间位置情况； （2）执行元件的运动方式（直线运动、转动、摆动）动作循环及其范围； 2、2、2液压系统设计内容 （1）外界载荷的大小、性质及变化范围，以及执行元件的速度及其变化范围； （2）各液压执行元件动作之间的顺序、转换和互锁要求； （3）对工作性能的要求，液压系统的工作环境； 2、2、3电气控制系统设计内容 ⑴电气控制系统设计内容包括在控制室内能够实现对该滑块运行速度的控制，能够实现定压、定程两种加工工艺，，并且能够实现手动、半自动、自动三种操作方式。 ⑵根据液压系统设计要求，实现不同电气控制系统的设计和不同电气控制系统之间的关联； ⑶能够有效的选择不同电气元件。 2、2、4液压系统和电气控制系统的仿真设计内容

⑴本次仿真运用宇龙仿真软件将液压系统和电气控制系统结合起来仿真。 ⑵实现通过不同电气元件控制不同液压系统实现滑块的动作，以及各控元件的动作顺序及互锁情况。 ⑶通过仿真解决已有设计中存在的不足和问题，实现最优化设计。 2.3 研究思路及方案 2、3、1总体设计方案 （1）主机：结构形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和顶出缸为执行元件 （2）通过液压总站和辅助油箱实现主缸的快速下行—慢速下行—主缸保压-主缸泄压的动作 （3）采用液压系统与电气系统相结合的控制方式。具有调整、手动、半自动三种工作方式，可实现定压、定程两种加工工艺； 2、3、2液压系统设计内容 (1)液压系统：液压油路采用封闭式回路，供油方式选用变量泵供油，液压控制元件采用插装阀形式; (2)针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性，系统设有补油和卸压装置； (3）液压回路设计以及液压阀的选择根据具体参数具体选择。 2、3、3电气控制系统设计内容 ⑴电气控制的实现主要通过三菱PLC结合相应开关，采用PLC控制，PLC要接收各种信号的输入，向各执行机构发出指令。机器中配备多种传感器等信号器来监视机器中每一执行机构的运行情况，经判断后发出下一步的执行指令。人机界面用来显示机器的运行情况、运行记录，以及用来由操作者向机器发指令。 ⑵电气元件根据具体的液压设计和指导书要求进行选择； ⑶通过急停、限位控制等安全措施进行安全保护。 2、3、4液压系统和电气控制系统的仿真设计方案 ⑴根据液压系统设计要求和电气控制系统设计要求，将相应系统通过仿真系统建立起来； ⑵按照指导书要求进行电气控制观察液压系统动作，验证系统设计的可靠性、

动态性和可行性等； ⑶记录所遇到的问题进行设计改进，解决仿真过程中遇到的问题和不足，达到有优化设计。

3.工作进度及具体安排。 起止日期 2014年底 第八学期第1-4周 完成开题报告 毕业实习 工作内容 (1)阅读和研究设计任务书，明确设计内容和要求，分析设计题目，了解原始数据和工作条件； 第5-6周 (2)通过调查研究，收集有关资料并进一步熟悉课题； (3)阅读有关内容，明确设计过程中和制订设计进度计划、提出设计方案并进行比较和选择。 第7-9周 第10-11周 第12-13周 第14-15周 第16周 液压机装置设计与计算、校核。 液压机装置装配图及关键零件图绘制 电气控制系统设计。 机电液控制系统仿真。 完成设计说明书，准备答辩。 4.指导教师意见（对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见）。 指导教师： 年 月 日 5.教研室意见 教研室主任： 年 月 日 说明：开题报告作为毕业设计（论文、创作）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在指导教师的指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文、创作）成绩考查的重要依据，经指导教师审查后签署意见生效。