毕业设计正文3.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途第一章 绪 论液压与气动技术近年来在我国工业中得到日益广泛的引用。 气动技术由于具有传动介质来源方便,结构简单、无污染以及易实现程序好自动控制等优点。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,使其在各厂的多种设备中有不同程度的应用。如打包机、上轴机、皮辊机等设备均采用液压传动。纵观液压与气动技术的应用,近年来都有大幅度的发展。但距我国工业发展的形势要求,与其他行业应用情况相比发展是慢的、属低水平的,还没有充分发挥液压与气动技术在自动控制方面所具有的独特优点.例如:大量的液压设备只是运用了液压增力的原理,而忽视了其可频繁换向、大范围无级调速、
2、与电气、电子技术配合控制易实现自动化方面的特点。液压与气动元件是一种适应性强、通用性大的基础元件。它可跨行业地提供配件,所以如何选用元件是我们今后设计新设备、引进国外设备时应注意到的问题。要努力使所选用的元件标准化、系列化。因为这直接关系到日后的维修质量和工作效率,这个问题对于机械企业显得尤为重要。1.1开发背景随着现代工业的发展,市场竞争的需要,人们在不断地研究如何提高生产率,降低生产成本;如何提高产品质量等等;于是,各类装配生产线被不断的复制和创新;而作为装配线上工具-气动液压缸以其诸多优点,被人们广泛采用;我国自改革开放以来,引进了大量的家电生产线,尤其是近几年,汽车、摩托车组装生产线更
3、是大量的采用了气扳机作为主要装配工具,为生产商不断的提高生产率,不断的降低生产成本,不断的提高装配质量,起到了重要作用;然而,随之而来的是噪音的危害;由于气压缸是以压缩空气为动力源,一般工具进气压力在5-6个大气压,而做功后排气压力大于1个大气压,因而产生排气噪音;另外,由于冲压机做功主要是通过零件高速撞击扳轴产生扭矩,因此就会产生机械噪音;在我国,尤其是摩托车生产线,噪音达到95分贝以上,给现场工作人员带来了极大的危害。1。2解决的问题本论文通过分析比较国外样机,确定设计方案,对气动液压缸进行原理性研究,进而实现气动液压缸的国产化开发.1。3意义及目标1.3.1意义为了市场和用户的需要;为了
4、改善劳动环境;为了跟踪国际先进技术和产品,掌握国际动态;为企业今后的发展进行技术储备和提供新的经济增长点;为企业参与国际竞争提供保障。1。3。2目标(1) 完成TOX气动液压缸的结构设计;(2) 掌握TOX气动液压缸的工作原理及关键技术;(3) 样机达到国外同类产品同等水平;(4) 实现计算机三维样图和动画仿真。1。4气动液压缸的现状及发展趋势社会需求永远是推动技术发展的动力,降低能耗,提高效率,适应环保需求,机电一体化,高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标,也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。由于液压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术
5、、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此,走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破,应当主要靠现有技术的改进和扩展,不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见,其主要的发展趋势将集中在以下几个方面:1.4。1减少能耗,充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面,已取得很大进展,但一直存在能量损耗,主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用,则将使能量转换过程的效率得到显著提高.为减少压力能的损失,必须解决下面几个问题:1.减少元件和系统的内部压力损失,以减少功率损失.主要
6、表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。2。减少或消除系统的节流损失,尽量减少非安全需要的溢流量,避免采用节流系统来调节流量和压力。3.采用静压技术,新型密封材料,减少磨擦损失。4。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。5.改善液压系统性能,采用负荷传感系统,二次调节系统和采用蓄能器回路.6。为及时维护液压系统,防止污染对系统寿命和可靠性造成影响,必须发展新的污染检测方法,对污染进行在线测量,要及时调整,不允许滞后,以免由于处理不及时而造成损失11。1.4.2主动维护液压系统维护已从过去简单的故障拆修
7、,发展到故障预测,即发现故障苗头时,预先进行维修,清除故障隐患,避免设备恶性事故的发展.要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究,当前,凭有经验的维修技术人员的感官和经验,通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展,必须使液压系统故障诊断现代化,加强专家系统的研究,要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库,并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识,用推理机中存在的推理方法,推算出引出故障的原因,提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则.另外,还应开发液压系
8、统自补偿系统,包括自调整、自润滑、自校正,在故障发生之前,进行补偿,这是液压行业努力的方向.1.4。3机电一体化电子技术和液压传动技术相结合,使传统的液压传动与控制技术增加了活力,扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性,实现液压系统柔性化、智能化,改变液压系统效率低,漏油、维修性差等缺点,充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下25:(1) 电液伺服比例技术的应用将不断扩大.液压系统将由过去的电气液压系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化.计算机接口也应实现统一和兼容。(2) 发展和
9、计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀,以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀等。(3) 液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。(4) 计算机仿真标准化,特别对高精度、“高级”系统更有此要求。(5) 由电子直接控制元件将得到广泛采用,如电子直接控制液压泵,采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题,液压产品机电一体化现状及发展。液压行业:液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展;向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展;开发高集成化高功率密度、智能化、机电
10、一体化以及轻小型微型液压元件;积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术5.液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展,开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展,开发液力减速器,提高产品可靠性和平均无故障工作时间;液力变矩器要开发大功率的产品,提高零部件的制造工艺技术,提高可靠性,推广计算机辅助技术,开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术;液粘调速离合器应提高产品质量,形成批量,向大功率和高转速方向发展。气动行业:产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展,执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展;气动元件与电子技术相结合,向智能化方向发展;元件性能向高速、高频、
11、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展,普遍采用无油润滑,应用新工艺、新技术、新材料.(1) 采用的液压元件高压化,连续工作压力达到40Mpa,瞬间最高压力达到48Mpa;(2) 调节和控制方式多样化;(3) 进一步改善调节性能,提高动力传动系统的效率;(4) 发展与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置;(5) 发展具有节能、储能功能的高效系统;(6) 进一步降低噪声;(7) 应用液压螺纹插装阀技术,紧凑结构、减少漏油. 第二章 气液增力缸原理2.1液压增力机构的结构及原理在机械装配中,为了有效地拆卸各类回转式零部件,人们设计出各种拆卸工具.在传统的夹具设计中,其夹紧力一般为固定的,要
12、使夹紧力大小随外力增大而增大就很困难。我们设计了一种液压增力机构。下面介绍该液压增力机构的结构和应用实例。2.1.1液压增力机构的基本结构及基本工作原理2。1。1.1基本结构图21为液压增力装置的结构简图;图22为其工作原理图.如图21,增力装置工作时,压力油进入油缸的A腔,推动工作活塞向左移动。当活塞杆前端无外载荷时,压力P较低。当活塞杆前端接触到外载荷时,随着外载荷的增大,供油压力P也随着增高。当压力升高至一定值时,后端盖内的压力顺序阀自动打开,压力油进入B腔,使增压活塞连同增压杆向左移动.增压杆右端圆柱面先封住A腔的进油日,使A腔成为封闭腔。随后该腔则开始增压,压力按增压活塞面积与增压面
13、积之比的倍数增大,使封闭腔内产生超高压.这样在总供油压力不变的情况下,活塞杆的推力却提高数倍26.图21 结构简图图2-2工作原理图2.1.1.2原理及计算图2-3所示为增压原理简图.由此可推算出油缸的增力大小.其计算如下:式中 P-B腔内的油压,PaP-A腔内的油压,PaQ1-增压活塞杆推力,NQ2输出推力,PaD1-增压活塞直径,mmD2工作活塞直径,mmd增压杆直径,mm图2-3增压原理图2。1.2液压增力油缸的增压特性下图24为增力油缸的增压特性曲线图.图中0一a为工作活塞杆无载行程,a一b为初压行程,油缸A腔的压力值随负载的增加而增大。b一c为增压行程,此时压力顺序阀开启,增压活塞工
14、作,A腔压力迅速上升。c一d为保压阶段.此时,系统中安全阀开启,油缸A腔压力到达最大值且恒定。油泵输出压力为额定值b.图24 增压特性曲线图2.1.3液压增力机构的应用2。1.3.1用于机床夹具动力装置一般夹具夹紧机构的动力装置,经调整后可得到一相对稳定的夹紧力,如气动夹紧和液压夹紧机构.而当外力的波动较大或偶然因素引起外力变化时,就不能满足随外力增大而夹紧力相应增大的要求。采用本装置就可达到随外力增加夹紧力也相应增大的目的。2.1。3.2用于各类挤压机械和压力机械机械加工中,有许多工序属于热加工,如热轧、热锻和无缝钢管加工等。加工过程中随时间的延长,这时所需要的压力也相应增大.普通机构要满足
15、该要求,只能将机构产生的力按工作中最大力来设计,这样势必使机构庞大,并且消耗大的功率.若采用本机构,由于它的工作过程与零件加工过程所需力大小相吻合,所以使加工迅速,而且油缸的体积比普通油缸小,所需要的功率也小。2。1.4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) 装置的超高压仅在油缸内(A腔)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
16、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。2。2气液增力缸及其应用2。2.1 TOX型号气液增力缸的基本工作原理图2-5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。当气源供压力气时,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2-4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。图25气液增力缸的结构原理图 在如下增力式的推导中,忽略了摩擦力、阻尼力等。
17、 (2-1) (22)式(2-1)为压力增大式,设,则为增压比;式(22)为输出力增大式。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.式(21)、式(22)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。2。2。2新型气液增力缸的回路图2-6为一种新型的气液增力缸的回路原理图,基本原理为上述原理,在结构及回路动作上比较新颖,而且各零件的加工制作精度易于达到要求,该结构比原有的几种结构类型更实用,动作更可靠,结构更紧凑。图26 新型
18、气液增力缸的回路原理图动作原理简述如下:FV1阀通电换向,气压通过24通道进入a腔,活塞向左运动,将b腔油液送入液压缸无杆腔,推动液压缸活塞左移,此时压力较低(基本为气源压力),活塞杆快速运动直至工作头接触工件(这个动作称之为“快速运动软接触”);在液压缸活塞向左运动的同时,另一路气压从FV1阀的4口通过FV2阀的2口进入c腔,以确保小活塞杆d不因气液活塞的运动而被带动产生随动现象.当液压缸活塞杆头部(冲头)接触到工件使压力有所提高时,FV2阀换向(换向压力可由阀FV3调整),气压通过FV2的4口进入d腔,产生增压动作,推动小活塞杆d伸入油液,进入a、b腔的连通孔,密封住液压缸的压力腔,使油液
19、压力增高,从而在液压缸活塞D上产生增大的输出力;这时c腔的回流气通过FV2阀的2口外排;e腔(液压缸的有杆腔)的回流气通过FV1阀的2口外排,完成工作进程的动作.当压力信号A(或其他信号)发信使FV1阀断电,则FV1的2口通气压,一路气通过FV4进入e腔,使液压缸回程;另一路气通过FV3使FV2换向;第三路气通过FV5进入c腔,使气缸活塞D0(即小活塞杆d)回程;同时,a腔通过FV1的4口外排;d腔通过FV2的4口外排,完成工作回程的动作。所有动作均由气压产生,避免了有的缸回程使用弹簧,时间长了易疲劳损坏的隐患。缸体上设有压力发信元件A及补液元件B,从压力表可直接查看增高后的油压。外部的管路有
20、的是通过结构设计时巧妙地在内部处理,有的在缸体外壁紧贴布置,只有一个外接气源口Ps,整个外形美观、紧凑。2.2。3增力缸应用于小型台式冲压机我们用新型的气液增力缸组成了一种小型台式冲压机-QY型气液增力冲压机(图27),机器适用于电器、机械等行业中进行工件的冲压、铆接、装配等用途。采用了上述的气液转换增力系统和压力控制系统。图27 QY型气液增力冲压机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,以及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
21、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,并大大地降低了工件噪声,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。2.3气液增力缸液压系统的设计2.3.1液压系统的简介液压传动和机械传动相比,具有许多优点,因此在机械工程中,液压传动被广泛采用.液压传动是以液体为工作介质来进行能量传递的一种传动形式。液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点:(1)在同等功率情况下,液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。例如同功率液压马达的重量约只有电动机的1/6左右。(2)液压传动的各种元
22、件,可根据需要方便、灵活地来布置;(3)液压装置工作比较平稳,由于重量轻、惯性小、反映快,液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向;(4)操纵控制方便,可实现大范围的无级调速(调速范围达2000:1),它还可以在运行的过程中进行调速;(5)一般采用矿物油为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长;(6)容易实现直线运动; (7)既易实现机械的自动化,又易于实现过载保护,当采用电液联合控制甚至计算机控制后,可实现大负载、高精度、远程自动控制。(8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化,便于设计、制造和使用。同时液压传动也有缺点:(1)由于流体流动的阻力损失和泄漏较大,所以效率较低。如果处理不
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