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200T油压机液压系统设计

摘要

本机组设计内容为 200T 油压机系统设计。油压系统结构主要包括由主缸活塞运 动、顶出副缸活塞运动部分等大部分组成。本文则重点系统地介绍分析了该油压系 统结构的合理设计。

通过分析各种典型且自动控制系统设计的主要工艺参数并分析工艺计算优化结 果及各类典型系统工况综合试验分析，制定成一个具有总体成熟可靠特点的油压过 程控制系统方案。各种方案经过分析计算对比综合验证完善之后，拟定得出油压过 程控制及系统工作原理图。

为有效解决主缸在快进时供油系统严重供给不足后出现的安全故障问题，主缸 体的顶部可以专门单独设置的一个自动补油的油箱装置用以进行自动补油。为了要 能够的保证工件能够良好地的保压及成型的后加工质量，油压系统回路设计中就必 须需要设置了一个手动保压回路，通过进行自动地保压加工以获得使整个工件得到 的稳定良好的后成型加工质量要求；同时并且还为了能够可以地防止对设备自身产 生一定的对油压设备的冲击，本文又同时重点对油压站的结构系统进行详细了液压 系统总体布局设计与系统设计，对其各种比较重要结构的关键油压元件等都逐一进 行较详细论述了其系统结构、外形、工艺设计。

经过对全文油压系统压力损失值和温升损失系数的数值模拟及验证，在此次设 计中液压控制系统的工艺与整体结构设计上，基本实现了同时可以满足各种压力机 的顺序动作与连续循环液压传动装置的各类复杂成型操作条件，从而可以更加容易 的完成对各类硬质塑性材料与产品工艺的各种锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲以及 挤压成形等各类复杂冲压成型装置的整体加工和制作工艺。

关键词：液压系统；油压机；毕业设计

 

目录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第 1 章 绪 论 1

1.1 油压传动系统概况 1

1.1.1 油压传动技术的发展与研究动向 1

1.1.2 我国油压系统的发展历程 2

1.1.3 油压传动技术的应用 4

1.2 油压机的概况 5

1.3 油压机的发展 5

1.4 油压机液压系统设计思路 7

1.5 油压机结构简介 8

第 2 章 200T 油压机油压系统设计 9

2.1 油压机系统设计要求 9

2.1.1 油压机负载确定 9

2.1.2 油压机主机工艺过程分析 9

2.1.3 油压机系统设计参数 9

2.2 油压系统设计 10

2.2.1 油压机主缸工况分析 10

2.2.2 油压机顶出缸工况分析 12

2.3 油压系统原理图拟定 14

2.3.1 油压系统供油方式及调速回路选择 14

2.3.2 油压系统速度换接方式选择 16

2.3.3 油压控制系统原理图 16

2.3.4 油压系统控制过程分析 18

2.3.5 油压机执行部件动作过程分析 19

2.4 油压系统基本参数计算 21

2.4.1 油压缸基本尺寸计算 21

2.4.2 油压系统流量计算 24

2.4.3 电动机的选择 26

2.4.4 油压元件的选择 28

2.5 油压系统零部件设计 29

2.5.1 油压机主缸设计 29

2.5.2 油压机顶出缸设计 35

2.5.3 油压机油管选择 38

2.5.4 油压机油箱设计 39

2.6 油压机系统安全稳定性验算 41

2.6.1 油压系统压力损失验算 41

2.6.2 油压系统温升验算 44

2.7 油压系统参数确定 46

第 3 章 200T 油压机电气系统设计 48

3.1 电气控制概述 48

3.2 油压机电气控制方案设计 48

3.2.1 油压机电气控制方式选择 48

3.2.2 电气控制要求与总体控制方案 48

3.3 油压机电气控制电路设计 49

3.3.1 油压机主电路设计 49

3.3.2 油压机控制电路设计 49

3.3.3 电气控制过程分析 50

结论 52

参考文献 53

致谢 54

附录 A 油压机使用说明书 55

 

第 1 章 绪 论

1.1  油压传动系统概况

1.1.1 油压传动技术的发展与研究动向

油压液体传动装置主要是指一种使机械系统以一种流动液体油作为介质进行机 械传动，展开工作，观察油液静压以及工作压力流量大小，将其作为判断标准了解 机器工作和运动状况，从而保证在工作过程中能量物质相互能量转换信号的快速传 递及交换控制和机械压力自动分配自动调节系统的一个重要控制技术手段，是我们 当前从事工农业机械现代化设备生产及制造活动中都已被广为学习掌握与应用推广 了几千年的其中的一门技术。如今,流体控制传动装置的技术水平含量的一个整体高 低也是已是越来越成为体现出一个先进现代化技术国家工业装备技术发展及科技水 平的好坏优劣的其中一条很重要的客观的标志。

早在 18 世纪末，英国学者 Joseph Braman 就已经开始尝试在工业机械当中选用 水作为压力介质，设计水压机并尝试在工业上运用，结果取得成功，也因此有了世 界上第一台水压机，具有里程碑式的意义，十年后的 1905 年尝试利用油作为工作介 质， 在操作特性上获得了进一步的提高。

第一次世界大战爆发期间至发生第二次世界大战后,液压元件以及传动装置都得 到了更加广泛的推广与实践，尤其是 1920 年以后更是得到了飞速发展。 19 世纪末 及之后大概二十年间，我国才能算得上逐步走向了正式的现代机械工业生产阶段。 维克斯在 1925 年提出压力平衡型叶片泵并且成功设计出来，为日后我国在近代开展 的现代液压元件工业的发展研究以及与近代我国液压机械的传动系统设计等专业相 关的专门课程奠定基础。 20 世纪初期， 学者康斯坦丁 ·尼斯克开始研究能量波动传 递规律，并且尝试进行实践推进，其研究成果于 1910 年推出，该项成果帮助推进了 我国的液力传动机械系统的进步发展，使得当时中国的这一专业与机械工程方面领 域内的研究同时得到迅速的提升和较大发展。

第二次世界大战(1941-- 1945)时期，随着作战的需要，美国产出了各种军用器械， 这些器械都是由液压控制机构所装备制造的，其工作有点是反应迅速且精度高。由超过三成的机械设备都运用了液压传动机构。 “二战”后，液压科技的应用范围更加 广泛，在民用工业生产当中发挥重要作用，并不断运用于各类自动机及自动设备生 产线。 需要注意的是，我国较晚开始液压传动的研究发展，和欧美等国家相比起步 晚了一个世纪左右。日本的相关研究起步也较晚，但发展迅速，其在 1955 年开始研 究，第二年“油压工业会”正式成立，在此后二三十年间实现了突飞猛进式的发展， 到今天已经在世界范围位列前茅。

由于随着电子工业技术手段及装置的高度优化和不断进步，目前国内外的电子 油压技术正在向着高压、安全、大输出功率、 有效、低噪、经久耐用、集成化程度 高等方向快速前进。现代化的发展背景下，计算机科学技术也在不断突破，一些新 型且实用的精密油压元件产品制造和各种复杂的油压系统零件加工的现代制造技术 设计控制方法中都被充分的运用上了如计算机 CAD 、CAT 、CDC 、计算机过程与实 时设计优化和管理、计算机工程应用仿真和模拟测试与产品设计性能及系统优化性 能评估分析等诸多世界领先的电脑制图工具以及辅助的设计管理方式技术，但是，  尽管液压传动技术方便简单，可是在实际应用得液压系统伺服装置传动设计管理工 作流程中，却仍然存在着目前其他的一些行业技术人员认为需要着重处理的具体问 题，如：如何保证液压系统的机械热化学稳定性、如何避免大量压缩气体泄露、如 何控制和调整油压系统的强度等，这些许多实际问题其实也都是目前油压伺服传动 的最新应用技术与发展都需要进一步认真进行研究与探索研究和解决的好问题。任 何一个新技术环节上做的任何的改革再探索研究、改进、再创新，都要求还必须是 始终以系统的稳定、可靠和有效运行的持续改进和工作流程规范为一切工作的前提， 这样的工作过程才可能最可能具有和实现着它真正的理论应用或实际工程应用之意 义。

1.1.2 我国油压系统的发展历程

可以从四个阶段来分别描述和概括我国油压技术的发展历程。第一个阶段为起 步阶段，时间是二十世纪五十至六十年代；第二阶段为成长阶段，时间是六十至七 十年代；第三个阶段为快速发展阶段，时间是八十至九十年代；第四个阶段为创新 阶段，时间是二十一世纪以来。

其中， 50 年代初开始油压工作的探索， 最初是模仿苏联制作研磨机、拉床、仿 形车床等，进行优雅传动的尝试，后面在工业机械和锻压设备当中开始越来越广泛的运用液压元件，再后面在工业机器当中也开始推广。

二十世纪六十年代中期开始， 油压技术的产品研制、开发以及产品应用已经被 从中小型专业机床制造业上被逐渐全面推广应用到整个现代农业机械维修制造和一 些其他专业工程机械制造加工等诸多行业领域，附属于原主机厂之下生产的一些中 小型油压车间已逐渐由有一些独立生产能力的小型分厂中独立被划分独立出来，在 油压制造加工以及专业机械生产领域处于国内主导地位。1964 年回国后的技术人员 还相继从其他某些重要外国厂商手里引进并开发研究国内另外的其他新的关于油压 专用元件的生产技术，也在尝试进行自主研发和探索，一些油压产品也成功设计出 来。二十世纪六七十年代，我国石化生产经营企业重视发展机械化控制技术，因此 得以快速发展，特别引人注目的则是在西门子公司为美国西门子公司第二汽车制造 厂系列等压缩机装置提供了全套先进、高效、自动化的控制装置设备，在国产化后 带来的三大产业带动作用影响推动下，因此油压元件制造业发展一片欣欣向荣，一 批高科技劳动知识密集型的中小企业纷纷也已经改制成为了中国油压件加工制造设 备专业研究设计制造厂。1968 年， 新中国第一台油压元件正式试制， 并且达到近二 十万件的年产量。1973 年，建立专门的生产制造厂，生产各行业的一些机械设备进 行生产制造，包括精密机床、农机、维修工具等，生产销售各类高精度油压件制品 为主的多家大型制造专业厂商目前已是陆续地发展并壮大，至今已经有超过一百家 公司，突破 100 万件的年产量， 我国已经形成了一个比较系统完善的油压件生产制 造业网络，相关理论研究也在不断进步。这时，油压产品已经开始初步由仿法俄英 苏产品的单一产品已开始快速发展逐步上升发展为由完全引进日本最新生产技术生 产与国内完全自行设计和加工生产成形产品相结合型生产的现代高新技术产品，压 力元件进一步向中、高压型产品发展，并成功配套且开发制造完成了一批新型油压 电液伺服阀产品系列及相关配套系统，相关技术和产品还在不断探索和拓展。

二十世纪八十年代，在贯彻党中央与国家党的有关改革稳定发展全面开放服务 经济战略的十八大方针指引下，改革开放后相关机械工业技术水平的快速发展，但 是相关创新能力薄弱，基础件技术创新有待提升，二者之间的矛盾日益凸显，并正 逐步日益引起我们中央国家机关各产业系统有关部门科技人员工作的更极大地重视。 为此， 原属中华人民共和国一电机部也曾决定在其 1982 年前后牵头，成立通用技术 基础件工业局，该工业局作为国家层面专门管理机械工业相关的部门，其管理的范围包括：原油生产企业，机床、农业机械、工程机械液压元件相关的生产专业厂。 从而使得当时在该局几个行业公司在技术生产基地规划、投资、引进国外成套新技 术设备被生产加工和应用以及科研设备设计、制造、开发等这四个方面建设上先后 得到基础件局的全面且细致的指导和培训教育提供强有力的政策支持，从此步入了 企业第二个五年计划快速建设生产的发展期，在此期间共有超过六十项新的设备被 成功引进国内，还有相关的液压技术的引进，包括四十多项液压装置，七项气动装 置，之后几年对这些新引进技术和装备进行钻研、探究、吸收和自主研发，实现自 身技术创新能力的提升，现基本可进行小批量的规模化研制及制造，并将逐渐发展 形成符合我国行业科技发展规模的一项高技术主导产品。

步入 90 年代以后， 国家产业技术主管部门进一步加强了对设备技改的投资力度， 1991 年起的八年时间里，从国家到地方政府再到企业自身， 共计有超过二十亿元的 资金投入其中，有十六亿元是投入到液压设备当中。在大力度的资金投入和技术支 持下，相关工艺技术和装备有效改善，并且以此为基础为后面的批量、专业化生产 奠定基础。国务院重视企业发展，提出各类企业和所有制企业要联合加快发展，为 相应号召和指示，许多劳动密集型中小企业如雨后春笋般发展起来，一片欣欣向荣 之景。

进入 21 世纪， 为及时有效的处理并适应我国正式全面加入到了进入 wto 的规则 框架后高新技术发展趋势中的一些有利的新技术形势，油压行业的各参与方也重视 积极创新并且推出自主研发产品和技术，重点发展高新技术，通过技术的进步、产 品的创新来提升市场占有率，因此在此良性竞争环境下，涌现出大批优质产品，进 而更好地服务国家重点工程和重点主机。

因而可以发现，在国民经济和国防建设领域， 都离不开液压传动产品的发展。 机电产品性能的优化主要依靠液压传动产品的发展。它能够机械产业多元化功能发 展提供助力，并且能够作为基础帮助实现复杂生产加工过程的自动化发展。

1.1.3 油压传动技术的应用

油压伺服及传动的控制理论技术从发展及应用到目前为止，我们拥有了一套相 对独立且较为科学完善而稳定可行的控制器工作理论模型方法和控制操作的实践程 序为研究基础。目前来说，油压伺服传动控制器本身上还会存在一些或多或少的技 术缺陷，但从其总体技术特点上来说，主要优点还是远远要盖过一些缺点。正是由于其使用油压装置为传动介质时，具有其它领域诸多一般辅助机械装置传动系统远 远所不具备的诸多优势，油压式辅助装置传动也已在当前国内外各个机械工业和制 造业中的工业机械在各个工业重要工程领域系统中得到了一种较为成熟广泛且成熟 可靠的技术系统和应用，如：矿山机械、工程机械、冶金机械、建筑机械、起重与 装卸的机械系统等。

油压技术产品广泛的在国内外推广及其应用都已经成功实现了从完全传统的机 械收到控制操作方式到机械完全控制半自动化、自动化等技术领域的全面且快速发 展，从而也推动着整体现代世界机械工业技术水平的快速发展。

1.2  油压机的概况

在工业生产当中应用范围最广的就是油压机。其最早出现是在 19 世纪，诞生后 就开始了突飞猛进式的发展，直至今天已经是工业生产当中必不可少的基础装置，   对于国民经济来说发挥重要作用，各个部门当中都可见其踪迹。油压机的类型多样， 主要功能存在差异，在各行各业当中都发挥着重要作用。二十世纪八十年代开始，

电子技术和油压技术得到了比较广泛的应用，这也进一步推动了油压机的发展。当   前， 750MN 油压机是最高标称压，在金属末端成型环节发挥价值。 CNC 系统和工业 PC 机控制技术的应用和成熟也推动着机械加工行业向着更加高效、高品质方向发展。

社会经济的发展使得人们生活水平日益提升， 也更加注重生活质量， 因此金属 挤压拉伸成品的市场需求不断增加，同时市场也需要更多新生产品种类，但是这类 产品的生产量却在减少。因此需要对生产加工装置进行调整，适应中小批量投产的 需求，油压机系统就必不可少。油压机系统的一大优势表现在其能够较为精细高效 的处理繁复和不对称工件，这样能够有效提升材料的利用率，避免浪费。因此该技 术还可以再高强度的、高复杂性且较长操作流程的加工当中发挥作用。

1.3  油压机的发展

鉴于国内外目前有关液压机生产技术应用方面的各种主要的液压系统设备性能 及在系统结构方面，已经开始逐步走向完善，国内外液压机的技术发展趋势将重点 反映在控制系统方面。微电子技术的发展对于提高改进油压机的稳定能、提高安全 性、 生产质量和效率等方面创造了机会。对比于西方国家产品来而言，国内机型的 结构配置上也是相对机型种类也较为完善齐全，但总体生产规模技术含量层次又明显低于欧美国际市场，缺乏制造一些技术含量相对较高的产品的超高档的机型，这 一点明显也与我们目前的机电技术制造一体化，中小机型大批量标准化生产以及柔 性标准化的生产加工体系等的产业经济发展方向总体趋势性要求不相适应。

在纵观现今的国内外众多全自动油压机产品技术发展状况中，按照其自动控制 系统，油压机产品可进一步分为以下三种控制类型：一种主要类型是指实现以继电 器开关元件为主的控制开关动作功能的传统型全自动油压机的控制装置；另一种主 要类型是指采用可编程控制器控制的方式来提供控制输出的一种自动化的油压机系 统控制器；第三种控制系统则是指直接应用于工业高级微处理器(或工业控制计算 机) 设备之上的装置中使用的半自动化和高性能油压机。三种工业控制系统类型功 能特性都各有差异，应用及市场范围大致上也各不相同。 但在未来的控制系统技术 发展特点和主流趋势上依然是高速化、智能化。

发展趋势

(1) 更加快速、高效，能耗更小。油压机工作效率更高、工作质量更好，以及 更加低碳节能。

(2)机电一体化。对当前机械液压和汽车电子方面的技术进行分析和总结，并 且在汽车和机械油压系统方面进行合理科学的利用，推动其继续进步和完善。

(3)生产自动化、智能化。随着新时期信息技术的进步，微电子技术不断突破 和创新，油压机控制系统也可以充分利用已有技术条件，进行自动化生产，并且推 动产品向智能化方向发展。其中自动化技术的应用范围广泛，包括机械加工、跟踪 诊断系统问题、识别故障并处理等。

(4)油压元件集成化、标准化。油压系统集成化程度提升，能够自动连接多种 管路，从而对油液泄露问题及时识别，避免管路污染的出现。标准化设计的油路元 件可为油压机器设备的使用、 维修、改造带来巨大的便利。

科技蓬勃发展的今天， 我们也已经更好地发展了液压齿轮传动系统技术，在基 础理论和生产技术领域都取得了一定成果。未来还需要继续创新和研究，推动向着 更高层次进步，主要发展方向和目标是高压、高速、高效、耐用性强、集成化程度 高、噪音污染小等，力求接轨国际主流发展方向。

油压传动优越性

(1)能够灵活的布局油压元件；

(2)更便于操作处理、好控制，并且朝着无极同步调速装置方向进步；

(3)该方法使得直线传动更容易达成，并且具有自动过载安全保护；

(4)采用微机控制结合电液一体化控制，能够实现现场的完全自动化控制并且可 以远程处理；

(5)和普通机械传动相比，该方法能够有效降低元件的磨损，液压油有两方面作 用，一个是能够作为润滑介质，另一个是密封作用，从而使得减压元件的使用寿命 更长。

1.4  油压机的设计思路

本次设计为油压机设计，主要由主缸设计、顶出缸设计、油压控制系统设计及 油压机电气控制电路设计组成。重点研究油压机的工作机理以及动作的理论基础上， 和当前的油压机相比，主液压缸是其中的最重要工作部件，也是执行元件，输出最 大压力就是其规格。

主缸的速度是根据加工工艺所决定的，根据设计要求所给出的基本参数，主缸 的快进速度 0.08m/s；主缸的最大工进速度： 0.0068m/s：快退与快进基本相同。

 

参考文献

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