燕山大学液压与气压传动三年级项目报告.docx
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燕山大学液压与气压传动三年级项目报告
Documentnumber：
WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
燕山大学液压与气压传动三年级项目报告
矫直压弯液压机液压系统
三级项目报告
学院：
机械工程学院
专业：
10级锻压一班
小组成员：
黄莉芹王毅恒
陈浩李学能
詹冰贾伟
指导教师：
郭宝峰邹宗园
2013年06月25日
燕山大学机械工程学院
一、摘要---------------------------------------------2
二、关键词-------------------------------------------2
三、前言---------------------------------------------2
四、正文---------------------------------------------4
&液压传动系统原理分析------------------------4
&原理图设计----------------------------------6
&系统性能分析与典型工艺过程分析与验算--------7
&基本元件选型计算---------------------------10
&液压系统工作特点分析与总结-----------------12
五、项目心得感想------------------------------------12
六、参考文献----------------------------------------12
一、摘要
薄板在工厂的应用范围广泛，适应市场的需求，与企业的利益息息相关。
随着社会的不断进步与发展，工厂对薄板需求量的增加，对薄板的矫直厚度、矫直理论和矫正质量有了新的要求，而且对钢板的弯曲成型技术也有了新的要求，为了使其更好的适应市场的需求，我们组对原有的矫直弯曲机中的液压系统进行了简单的改进。
鉴于此目的我们开始着手与矫直、弯曲液压机的液压系统这个课程三级项目。
在此声明目前行业上的矫直机大部分都具备矫直弯曲的功能，所以下文中提到的矫直机及项目题目涉及的矫直弯曲液压机。
主要的研究方法就是通过液压课程学习、查阅资料、以及小组成员之间的讨论等方式对项目进行初步展开，进而一步步全面进行。
期间的主要工作涉及到液压系统的原理分析、液压原理图设计、系统典型工艺过程分析、以及液压系统工作特点分析与总结。
通过此次项目，经过小组成员的最终讨论使得我们对国内行情发展以及对矫直弯曲工艺和液压课程学习有了一个更系统和深入的认识。
二、关键词
关键词：
矫直弯曲液压系统液压机
三、前言
历史
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。
如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
1795年英国约瑟夫·布拉曼在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。
1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。
第一次世界大战后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。
液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。
1925年维克斯发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。
20世纪初康斯坦丁·尼斯克对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动等方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。
第二次世界大战期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。
应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。
在1955年前后,日本迅速发展液压传动,1956年成立了“液压工业会”。
近20~30年间，日本液压传动发展之快，届世界领先地位。
发展现状
1、液压元件
1）元件的小型化，模块化
元件的小型化，如电磁阀的驱动功率逐渐减小，从而适应电子器件的直接控制，同时也节省了能耗元件的功能日益复合，如螺纹插装阀的大量运用，使系统的功能拓展更灵活。
2）节能化
变量泵在国外的研发已日趋成熟。
目前，恒压变量流量压力复合控制，恒功率比例伺服控制等技术已被广泛地集成到柱塞泵上。
节能，减少系统发热已成为系统设计时必须考虑的问题之一。
3）新材料的应用
新材料如陶瓷技术的使用是与非矿物油介质元件的要求及提高摩擦副的寿命联系在一起的。
4）环保
环保的要求体现了现代工业的人文关怀。
环保的液压元件应当至少无泄漏及低噪声，这也是液压元件发展的一个永恒的主题。
5）非矿物油介质元件
非矿物油介质元件是应用于特殊场合的元件。
2、系统集成与控制技术
1）比例阀技术
比例阀的发展主要在频宽的增大及控制精度的提高上，以期性能接近伺服阀。
同时，比例阀又沿着标准化，模块化及廉价的方向发展，以促进其应用。
2）电液伺服技术
电液伺服阀是最早将液压技术引入自动控制领域的功臣，但电液伺服阀的结构自发明以来，就少有改进。
除了在传统的需要特别高频响的场合外，其传统地位正日益受比例技术的挑战。
3、流体传动的控制理论
1）PID控制及优化控制
2）自适应控制
自适应控制系统的最大特点是被控对象能自动适应工作环境及自身参数在一定范围内的变化（即不确定性），使系统始终保持在优化状态下工作。
应用
广泛的应用于我们的军事领域、机械领域、化工领域、还有我们的日常生活中。
比如：
火箭跟踪、飞机导弹的动炮塔稳定、海底石油探测平台固定、煤矿矿井支撑、矿山用的风钻、火车的刹车装置、液压装载、起重、挖掘，轧钢机组、数控机床、全自动液压机、液压机械手等等。
所以我认为我们机械制造与自动化专业的学生应该好好的掌握这门技术，这对我们之后的工作会有很大的帮助。
优缺点
主要优点：
（1）相对于电力拖动和机械传动而言，在相同功率下，液压执行元件体积小，重量轻，结构紧凑。
（2）液压传动的各个元件，可根据需要方便，灵活地来布置；
（3）液压装置频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等；
（4）易于自动化，液压设备配上电磁阀，电气元件，可编程控制器和计算机等，可装配成各式自动化机械；
（5）速度调整容易，液压装置速度调整非常简单，只要调整流量控制阀即可轻易且可实行无级调速；
（6）不会有过载的危险，液压系统中装有溢流阀，当压力超过设定压力时，阀门开启，液压经由溢流阀流回油箱，此时液压油不处在密闭状态，故系统压力永远无法超过设定压力。
（7）这种技术还易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。
主要缺点：
（1）由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。
如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。
（2）由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。
（3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。
（4）由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。
（5）液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。
主要的发展动向：
（1）正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展；
（2）与计算机科学相结合，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术；
（3）与其他相关科学结合，如污染控制技术、可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方向；
（4）开辟新的应用领域。
四、正文
&液压传动系统原理分析
首先简单分析一下作为一个液压系统需要考虑到的问题如下：
主机的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的主机运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。
主机的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作。
液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范。
主机各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。
液压系统的工作性能.如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。
其次分析一下本次设计液压系统中电磁阀、单向阀、换向阀、溢流阀、节流阀的工作原理及其作用。
电磁阀包括（线圈、磁铁、顶杆）。
当线圈接通电流，便产生了磁性，跟磁铁相互吸引，磁铁就会拉动顶杆。
关闭电源，磁铁和顶杆就复位了，这样电磁阀就完成了作功过程。
这就是电磁阀的工作原理。
电磁阀一般用于液压系统，来关闭和开通油路。
实际上，根据流过介质的温度，压力等情况，比如管道有压力和自流状态无压力。
电磁阀的工作原理是不同的。
比如在自流状态下需要零压启动的，就是通电后，线圈整个把闸体吸起来。
而有压力状态的电磁阀，则是线圈通电后吸出插在闸体上的一个销子，用流体自身的压力把闸体顶起来。
这两种方式的不同之处是，自流状态的电磁阀，因为线圈要吸起整个闸体，所以体积较大而带压状态的电磁阀，只需要吸起销子，所以体积可以做的比较小。
换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。
是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。
可分为手动换向阀、电磁换向阀、电液换向阀等。
工作时借着阀外的驱动传动机构转动驱动轴，带动摇拐臂，启动阀板，使工作流体时而从左入口通向阀的下部出口，时而从右入口变换通向下部出口，实现了周期变换流向的目的。
单向阀是流体只能沿进水口流动，出水口介质却无法回流的装置。
单向阀又称或。
用于中防止油流反向流动,或者用于气动系统中防止压缩空气逆向流动。
溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量。
从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的。
当系统压力升高时，阀口通流面积增加，溢流量增大，进而使系统压力下降。
溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成这种负反馈作用是其定压作用的基本原理。
在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。
当系统压力增大时，会使流量需求减小。
此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。
安全保护作用：
系统正常工作时，阀门关闭。
只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10％～20％）。
节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。
将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。
节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。
节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。
&原理图设计
原理图一
原理图二
原理图三
&系统性能分析与典型工艺过程分析与验算
一、典型工艺过程分析
矫直机是对金属型材、棒材、管材、线材等进行矫直的设备。
矫直机通过矫直辊对棒材等进行挤压使其改变直线度。
一般有两排矫直辊，数量不等。
也有两辊矫直机，依靠两辊（中间内凹，双曲线辊）的角度变化对不同直径的材料进行矫直。
主要类型有压力矫直机、平衡滚矫直机、鞋滚矫直机、旋转反弯矫直机等等。
辊子的位置与被矫直制品运动方向成某种角度，两个或三个大的是主动压力辊，由电动机带动作同方向旋转，另一边的若干个小辊是从动的压力辊，它们是靠着旋转着的圆棒或管材摩擦力使之旋转的。
为了达到辊子对制品所要求的压缩，这些小辊可以同时或分别向前或向后调整位置，一般辊子的数目越多，矫直后制品精度越高。
制品被辊子咬入之后，不断地作直线或旋转运动，因而使制品承受各方面的压缩、弯曲、压扁等变形，最后达到矫直的目的。
矫直是对金属塑性加工产品的形状缺陷进行的矫正，是重要的精整工序之一。
轧材在轧制过程或在以后的冷却和运输过程中经常会产生种种形状缺陷，诸如棒材、型材和管材的弯曲，板带材的弯曲、波浪、瓢曲等。
通过各种矫直工序可使弯曲等缺陷在外力作用下得以消除，使产品达到合格的状态。
矫直可按被矫轧件的温度分为热矫直和冷矫直。
热矫直一般在650—1000℃进行，只用于中厚板。
冷矫直广泛用于矫直各类型钢和钢管，也用于中厚板的补充矫直。
热轧型材的冷矫直都在轧材冷却后进行。
多数钢材只矫直一次，只有不易矫直且弯曲度要求严格的产品，需要进行两次或两次以上的矫直。
矫直方法有压力矫直、辊式矫直（包括直辊矫直和斜辊矫直）、张力矫直和拉伸弯曲矫直。
拉伸弯曲矫直的原理是，当带材在小直径辊子上反复弯曲时给带材施加拉力，使带材产生弹塑性延伸，从而将带矫直。
拉伸弯曲矫直机组一般用在连续作业线上矫直各种带材，包括高强度、极薄带材。
这种机组也用于连续酸洗板冷却后还可采用平整的方法减少板带的厚度差和矫作业线上的带材机械破鳞，以提高酸洗速度。
此外对一些特殊产品要采用特殊矫直，如矫直基本类型和它们的主要用途见表。
冷轧薄板或热轧薄薄壁和特薄壁管使用转筒矫直等。
而弯曲，即受到力的作用而造成形变，这种力的作用是合力最终形成的结果，纸板在制造过程中有多种作用力的存在。
工件的弯曲有冷弯和热弯两种。
在常温下进行的弯曲称冷弯，常由钳工完成。
当工件较厚（一半超过5mm），要在加热情况下进行弯曲，称热弯，常由锻工完成。
材料弯曲时，其变形区内各部分的应力状态有所不同。
横断面中间不变形的部分称为中性层。
中性层以外的金属受拉应力作用，产生伸长变形。
中性层以内的金属受压应力作用，产生压缩变形。
由于中性层两侧金属的应力和应变方向相反，当卸去后，中性层两侧金属的弹性变形回复方向相反，引起不同程度的弹复。
虽然弯曲变形仅限于材料的局部区域，但弹复作用却会影响弯曲件的精度。
弹复的影响因素很多，而这些因素难以控制，由弹复引起的弯曲件精度问题，一直是弯曲成形生产的关键。
按工艺特点，弯曲可分为压弯、和。
压弯是最常用的弯曲方法。
所用大多为通用的机械或，也有用专用折弯压力机的。
常用的滚弯设备是。
按三点决定一圆的道理，对进行连续弯曲。
三辊卷板机具有两个传动辊（固定）和一个压下辊（可调）。
调节压下辊的上下位置即可改变它与传动辊之间的相对距离。
弯曲时，板材置于传动辊和压下辊之间，传动辊正反方向交换转动，使板材往复运动。
调节压下辊使之逐步压下，即可将板材弯曲成所需曲率的圆柱面、和曲率较小的双曲面。
压下辊一端可升起，便于卸出工件。
另外还有四辊和多辊卷板机，用于卷制厚板圆筒，四辊以上的多辊卷板机，用多对将板材逐渐弯曲成复杂的型面。
对于精度要求较高，长度和要求较大、横向尺寸要求较小的弯曲件，可在专用的上进行拉弯。
拉弯时，板材全部厚度上都受的作用，因而只产生伸长变形，后弹复引起的变形小，容易保证精度。
二、典型工艺过程验算
弯曲
挠曲线方程v=-Fx*（3l^2-4x^2）
端截面转角θa=θb=-Fl^2/16EI
最大挠度F=-fl^3/48EI
矫直
Fa=Fb=1/2F
分解
挠曲线方程v=-Fx^（3l-x）cosθ/6EI
端截面转角θb=-Fl^2cosθ
最大挠度fb=-Fl^3cosθ/3EI
由几何关系可得
f=fb*cosθ
=-Fl^3cosθ由于存在弹性回弹
故f>lcosθ
即Fl^3cosθ/3EI>Lcosθ
F>3EI/l^2cosθ
&基本元件选型计算
直动式溢流阀先导型溢流阀
溢流阀有直动式和先导式，一般来说直式响应较快，宜用作安全阀，先导式启闭特性好，宜用作调压阀。
启闭特性是选用溢流阀时要考虑的重要因素。
如果启闭特性太差，则负载压力低于设定压力时溢流阀开始溢流，随着压力升高溢流量加大，执行器速度减慢，达到设定压力时执行器停止。
因此，执行器速度在负载大时变得不稳定，回路效率也显着降低。
溢流阀的动态特性是很重要的。
在负载激烈变化下希望溢流阀既响应快又稳定。
直动式响应较快，冲击压力较低，但是稳定性比先导式稍差。
溢流阀的调压范围可通过更换调压弹簧改变，但所有的弹簧的设定压力可能改变启闭特性。
先导式溢流阀最低压力为。
根据本液压传动回路的特点，我们选用的溢流阀型号为（可相互替换）：
换向阀
采用不同的滑阀机能的换向阀会直接影响执行元件的工作状态：
如停止还是运动、向前还是向后、快速还是慢速、卸荷还是升压等等。
正确选择换向阀的换向机能是十分重要的。
换向阀处于中间位置或者原始位置时阀中各油口的连通方式就是它的滑阀机能。
O型机能三位四通换向阀，中间位时保持泵压力和缸位置不变。
液压缸闭锁，可用于多个换向阀并联工作。
根据本液压传动回路的特点，我们选用的溢流阀型号为（可相互替换）：
顺序阀：
顺序阀的基本功能是控制多个执行原件的顺序动作，根据其装配结构的不同可以实现不同的功能，分别称为顺序阀、背压阀、卸荷阀和平衡阀。
顺序阀的主要作用有：
控制多个原件的顺序动作；用于保压回路；防止因自重引起油缸活塞自由下落而作平衡阀用；用外空顺序阀做卸荷阀，使泵卸荷；用内控顺序阀做背压阀。
顺序阀的启闭特性如果太差，则流量较大时一次压力过高，回路效率降低。
启闭特性带有滞环，开启压力低于闭合压力，负载流量变化时应予以注意。
开启压力过低的阀，在压力低于设定压力时发生前漏，引起执行器误动作。
通过阀的流量远小于额定流量时，产生振动或其他不稳定现象，此时要在回路上采取措施。
根据本液压传动回路的特点，我们选用的溢流阀型号为（可相互替换）：
&液压系统工作特点分析与总结
阀1既是安全阀又和节流阀4配合起到调速作用；阀2是换向阀由电磁铁控制；阀3是单向顺序阀；阀4为节流阀。
工作特性：
1、进油调速回路：
由溢流阀1和节流阀4构成，将节流阀串联在换向阀和缸之间泵输出的多余流量通过溢流阀流回油箱。
溢流阀有溢流，泵的出口压力为溢流阀调定的压力，进油节流调速回路正常运行。
2、平衡回路：
如图采用单向顺序阀3组成的组成的平衡回路。
调解单向阀的开启压力，使其稍大于立式液压下腔的背压。
活塞下行时，由于回路上存在一定的背压支撑重力负载，活塞将平稳回落。
3、节流阀4起到调压作用，是简单的调压回路
4、换向阀组成方向控制回路由电磁铁控制，整个结构简单。
五、项目心得感想
经过这些天的努力，项目终于完成。
回想我们做项目的过程，可以说是难易并存的。
难在将所学知识的综合与归纳，易在我们能过找到很多参考资料。
所以此次项目对于我们来说，既是一次小小的挑战，又是对我们在液压与气压传动所学知识的测验。
在此次的项目过程中，王毅恒同学很好的领导了这次的项目实施，并完成了液压传动系统原理分析及原理图设计等；黄莉芹同学和陈浩同学制作了精美的PPT，并出色的完成了基本元件选型及计算；李学能同学、贾伟同学以及詹冰同学则合力完成了液压系统的工作特点分析和总结、典型工艺验算过程以及其余文本的编写。
大家齐心协力完成了这次的项目，让我深深体会到了团队的力量。
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其他能力上也都有了提高。
更重要的是没在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的天战，只有不断学习、时间，再学习、再实践。
在这次项目中最深刻的印象还是对专业知识的精通。
在本次的项目过程中我们需要对工艺过程进行验算，这是材料力学部分的知识，但是这是一年前学习的课程了，我们看着图却不知道从何入手，只能再次拿起材料力学的课本。
最后项目成功的完成了，在这个过程中出现了很多的问题，在同学们的齐心协力下一个一个地克服了，团队的努力以及来自其他同学的帮助让我们顺利的完成了此次项目。
再次我对团队成员以及其他给予帮助的同学表示感谢！
参考文献
[1]陈奎生.液压与气压传动[M].武汉:
武汉理工大学出版社,2001.
[2]王积伟.液压与气压传动[M].第二版.北京:
机械工业出版社,2008.
[3]气压工程编委会.气动工程手册[M].北京:
国防工业出版社,1995.
[4]雷天觉.新编液压工程手册[M].第一版.北京理工大学出版社,1998.
[5]林建亚，何存兴.液压原件[M].北京：
机械工业出版社,1998.
[6]路甬祥，胡大纮.电液比例控制技术[M].北京.机械工业出版社,1988.
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