畢業(yè)設(shè)計(jì)---液壓壓力機(jī)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　畢業(yè)論文設(shè)計(jì)</b></p><p>　　液壓壓力機(jī)設(shè)計(jì)說明書</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　近年來，世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，制造業(yè)起著支柱作用。尤其在中國(guó)這一發(fā)展中國(guó)家，制造業(yè)的發(fā)展更是日新月異。制造業(yè)就是對(duì)各種材料進(jìn)行加工制造，使其

2、符合人們的使用需要。在制造加工的方法中，壓力加工是不可缺少的一種加工方法。在制造業(yè)的每一個(gè)領(lǐng)域，例如航空、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、儀表這些行業(yè)都缺少不了壓力加工?？梢?，壓力加工是非常重要的。壓力加工應(yīng)用的主要工具就是各種鍛壓機(jī)械。</p><p>　　鍛壓機(jī)械主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機(jī)床。鍛壓機(jī)械是通過對(duì)金屬施加壓力使之成形的，力大是其基本特點(diǎn)，故多為重型設(shè)備。鍛壓機(jī)械的發(fā)展也是有一個(gè)漫長(zhǎng)過程的。最初人們

3、為了制造工具，用人力、畜力轉(zhuǎn)動(dòng)輪子來舉起重錘鍛打工件。這是最古老的鍛壓機(jī)械。14世紀(jì)出現(xiàn)了水力落錘。15～16世紀(jì)航海業(yè)蓬勃發(fā)展，為了鍛造鐵錨等，出現(xiàn)了水力驅(qū)動(dòng)的杠桿錘。18世紀(jì)出現(xiàn)了蒸汽機(jī)和火車，因而需要更大的鍛件。1842年，英國(guó)工程師內(nèi)史密斯創(chuàng)制第一臺(tái)蒸汽錘，開始了蒸汽動(dòng)力鍛壓機(jī)械的時(shí)代。1795年,英國(guó)的布拉默發(fā)明水壓機(jī)，但直到19世紀(jì)中葉，由于大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造。隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，十九世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動(dòng)力的機(jī)械壓力機(jī)和

4、空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。二十世紀(jì)60年代以后，鍛壓機(jī)械改變了從19世紀(jì)開始的，向重型和大型方向發(fā)展的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動(dòng)、精密、專用、多品種生產(chǎn)等方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了每分種行程2000次的高速壓力機(jī)、六萬千牛的三坐標(biāo)多工位壓力機(jī)、兩萬五千千牛的精密沖裁壓力機(jī)。各種機(jī)械控制的、數(shù)字控制的和計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)鍛壓機(jī)械以及與之配套的操作機(jī)、機(jī)械手和工業(yè)機(jī)器人也相繼研制成功?，F(xiàn)代化的鍛壓機(jī)械</p><p>　　鍛

5、壓機(jī)械主要包括各種鍛錘、各種壓力機(jī)和其他輔助機(jī)械。壓力機(jī)又根據(jù)不同的動(dòng)力及傳動(dòng)形式分為機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)。機(jī)械壓力機(jī)是用曲柄連桿或肘桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適于在自動(dòng)線上工作。液壓機(jī)是以高壓液體(油、乳化液等)傳送工作壓力的鍛壓機(jī)械。液壓機(jī)的行程是可變的，能夠在任意位置發(fā)出最大的工作力。液壓機(jī)工作平穩(wěn)，沒有震動(dòng)，容易達(dá)到較大的鍛造深度，最適合于大鍛件的鍛造和大

6、規(guī)格板料的拉深、打包和壓塊等工作。液壓機(jī)主要包括水壓機(jī)和油壓機(jī)。</p><p>　　油壓機(jī)就是用液壓傳動(dòng)的壓力機(jī)，也稱液壓壓力機(jī)。這種壓力機(jī)的主要作用是對(duì)可塑性材料進(jìn)行壓制，如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可從事校正、壓裝、砂輪成型、冷擠金屬零件成型、塑料制品的壓制成型。許多液壓壓力機(jī)還用于 電器零部件的壓裝、成型落料、壓痕、壓印及粉末制品的壓制等工藝。液壓壓力機(jī)的普遍外形如圖1-1所示。</p>

7、<p>　　液壓壓力機(jī)隨著工業(yè)發(fā)展程度的不同有兩種。一種是傳統(tǒng)的液壓傳動(dòng)式的壓力機(jī)，這種壓力機(jī)運(yùn)用液壓傳動(dòng)的基本原理，通過普通液壓元件的組合，組成了液壓系統(tǒng)來完成壓力機(jī)的動(dòng)作過程。另一種是在液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)上加進(jìn)去液壓控制技術(shù)，即在普通液壓系統(tǒng)中加入電液伺服閥或電液比例閥，同時(shí)加入傳感器，形成精確的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)壓力機(jī)壓頭的速度、位置、壓力等物理量進(jìn)行控制。液壓控制式的壓力機(jī)基礎(chǔ)還是液壓傳動(dòng)式的壓力機(jī)。不過它更先進(jìn)、更精確

8、。再給控制系統(tǒng)中加入計(jì)算機(jī)，液壓控制式的壓力機(jī)就變成了一種很好的鍛壓機(jī)械，也將有很大的發(fā)展利用空間。</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的就是上面提到的液壓控制式的液壓壓力機(jī)。在一開始，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的液壓壓力機(jī)進(jìn)行參考與分析，設(shè)計(jì)了液壓壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，然后通過對(duì)液壓壓力機(jī)的作用及要求的分析，設(shè)計(jì)了液壓控制系統(tǒng)。接著對(duì)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析其穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。設(shè)計(jì)分析了液壓控制系統(tǒng)后又設(shè)計(jì)了液壓

9、油源部分，即液壓泵站。最后簡(jiǎn)單介紹了一下控制過程，由于時(shí)間關(guān)系，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從略。</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　第2章 總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 總述</b></p><p>　　對(duì)于液壓壓力機(jī)來說，從總體上分析，它主要包括以下幾

10、個(gè)部分。分別為液壓控制與執(zhí)行部分、機(jī)械部分、計(jì)算機(jī)及電器控制部分。設(shè)計(jì)液壓壓力機(jī)，就是要將各個(gè)部分設(shè)計(jì)出來并將其有機(jī)的結(jié)合起來，形成一個(gè)適用于各種生產(chǎn)實(shí)際的液壓壓力機(jī)。從總體布置著手可以選出不同的方案。通過對(duì)各組成部分的各種布置和結(jié)合，可以得到若干種方案。同時(shí)每一部分的具體設(shè)計(jì)又有許多不同的方案。在本章的第二節(jié)通過對(duì)液壓壓力機(jī)的整體分析與設(shè)計(jì)得出了幾個(gè)方案。在第三節(jié)通過對(duì)方案的綜合，定出最后的方案，并在綜合的基礎(chǔ)上作了補(bǔ)充。順便將各個(gè)分

11、部分的設(shè)計(jì)方案從大的角度上加以確定。</p><p>　　2.2 各分方案的選擇</p><p>　　方案一：將壓力機(jī)機(jī)身分成兩部分。一部分為工作臺(tái)，另一部分為安裝各液壓元件的箱體式結(jié)構(gòu)，其實(shí)也就是液壓泵站與液壓閥臺(tái)的組合。將工作臺(tái)與箱體分開放置。工作臺(tái)采用四立柱帶滑塊式，四個(gè)立柱當(dāng)成滑塊的導(dǎo)軌。并布置上下兩平板將四個(gè)立柱固定。上平板上裝上液壓缸，下平板上開出T形槽來安裝鍛模，滑塊上也開

12、出T形槽來安裝上模膛。 將各種閥用焊接的方式固定在箱體內(nèi)的鋼架上，并用油管將其連接起來?？刂泼姘逯苯右较潴w前部適用于操作的地方。油箱、液壓泵、電機(jī)按直線排列到箱體的鋼架上。</p><p>　　方案二：將工作臺(tái)置于箱體結(jié)構(gòu)上部，并和箱體用螺栓固定。工作臺(tái)仍采用四立柱帶滑塊式。在工作臺(tái)下平板上加工出T形槽，而滑塊上則不加工T形槽，只加工出與活塞桿連接的螺紋孔?；钊麠U可以和滑塊連接，也可以只和鍛模連接。設(shè)計(jì)出閥板，

13、用來集中安裝閥。設(shè)計(jì)底座來安裝液壓泵、電機(jī)、油箱。將閥板和底座合理的安裝在箱體中，組成一個(gè)小液壓站。從外部引出一個(gè)控制臺(tái)。</p><p>　　方案三：工作臺(tái)采用門式帶滑塊式，上部用橫梁固定，下部用平板固定。箱體與工作臺(tái)分開放置。滑塊的導(dǎo)軌做成長(zhǎng)方形，并仿照機(jī)床導(dǎo)軌制作?；瑝K和下平臺(tái)都加工出T形槽用來安放鍛模。箱體中各元件的安裝和方案二基本相同。從外部引出控制臺(tái)。</p><p>　　2.

14、3 方案綜合與論證</p><p>　　最后將以上三種整體布置方案加以綜合，得出一個(gè)相對(duì)較好的方案，做為液壓壓力機(jī)的最終方案。將工作臺(tái)置于箱體結(jié)構(gòu)上部，并和箱體用螺栓固定。工作臺(tái)采用四立柱帶滑塊式，四個(gè)立柱當(dāng)成滑塊的導(dǎo)軌。并布置上下兩平板將四個(gè)立柱固定。上平板上裝上液壓缸，下平板上開出T形槽來安裝鍛模，滑塊上也開出T形槽來安裝上模膛。設(shè)計(jì)一個(gè)閥板，將各閥及一些電器元件集中固定在上面，同時(shí)設(shè)計(jì)底座來安裝液壓泵、電

15、機(jī)、油箱。然后將兩個(gè)板安裝在箱體中。箱體前部采用雙開門式以便與維修。從外部引出控制臺(tái)，安裝微機(jī)及電控按鈕。對(duì)于液壓控制系統(tǒng)，采用閉環(huán)位置控制，還要加進(jìn)去計(jì)算機(jī)程序控制。工作臺(tái)的四根立柱與上下平板之間用螺母連接。箱體采用焊接式，箱體與工作臺(tái)之間用螺栓連接?？刂婆_(tái)安裝工業(yè)用計(jì)算機(jī)，無顯示，鍵盤輸入。各壓力表集中安在控制臺(tái)上，控制臺(tái)的體積要盡量小。要設(shè)計(jì)專門的電源來給各傳感器、A/D D/A卡、比例閥等元件供電。</p><

16、;p>　　第3章 液壓壓力機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)形式的布置</p><p>　　3.1.1 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)</p><p>　　整機(jī)機(jī)架由上半部分工作臺(tái)和下半部分支撐箱組成。工作臺(tái)采用四立柱式結(jié)構(gòu)。四個(gè)立柱用螺栓固定在上下兩平板之間。上平板安裝液壓缸，液壓缸用法蘭與機(jī)架上平板連接。活塞桿前端裝滑塊，四個(gè)立柱作為滑塊的導(dǎo)軌。四個(gè)立柱的

17、材料直接選用棒料，兩端車出螺紋。兩個(gè)平板及滑塊的材料選用鍛件，通過機(jī)械加工，加工出安裝孔和T形槽。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，工作臺(tái)將承受全部工作載荷。經(jīng)過分析，工作臺(tái)承受的工作載荷為工件對(duì)其的反作用力。工件的變形和應(yīng)力是按照曲線變化的，所以一定變形下總對(duì)應(yīng)一定的應(yīng)力。從曲線上分析，對(duì)于朔性材料來講，在屈服應(yīng)力下將發(fā)生朔性變形，這樣屈服應(yīng)力的反力便是工件對(duì)工作臺(tái)的反作用力。對(duì)于脆性材料，強(qiáng)度極限是它對(duì)工作臺(tái)的反作用力。對(duì)于確定的材料這兩種力都是定值，

18、所以工作載荷可以認(rèn)為是靜載荷。</p><p>　　3.1.2 箱柜結(jié)構(gòu)</p><p>　　機(jī)架下半部分是箱體式結(jié)構(gòu)。其主要作用有兩點(diǎn)：第一，支撐上半部分的重量。第二，安裝閥板、泵、電機(jī)、油箱等其它元件。</p><p>　　3.2 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.2.1 選擇材料、確定安全系數(shù)、許用應(yīng)力及材料的彈性模量&l

19、t;/p><p>　　對(duì)于液壓壓力機(jī)工作臺(tái)，主要要求其具有足夠的強(qiáng)度，工作臺(tái)剛性足夠，導(dǎo)軌立柱具有足夠的耐磨性和穩(wěn)定性。據(jù) GB699—88 選優(yōu)質(zhì)碳素鋼。鋼號(hào)為50，經(jīng)正火處理后強(qiáng)度高，切削性中等，塑性、韌性較差。用于要求強(qiáng)度較高、耐磨性或彈性，動(dòng)載荷及沖擊載荷不大的零件。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一卷 表3-1-9 查得50號(hào)鋼的斷面收縮率 =14% 〉5%，屬于塑性材料，其屈服應(yīng)力。</p><

20、;p>　　液壓壓力機(jī)的工作臺(tái)所有組成零件（非標(biāo)準(zhǔn)件）都采用50號(hào)鋼，由于這種材料具有上述特點(diǎn)，它的切削性中等，有利于對(duì)工作臺(tái)各組成零件進(jìn)行切削加工。它具有很高的強(qiáng)度和硬度，一方面能夠滿足液壓壓力機(jī)工作臺(tái)受力大的要求；另一方面使壓力機(jī)工作臺(tái)剛度增大，降低工作臺(tái)變形，從而保證活塞桿的位置精度。工作臺(tái)的導(dǎo)軌力柱采用棒料作為毛坯，并進(jìn)行機(jī)械加工，使其達(dá)到要求的表面粗糙度。工作臺(tái)上下平板均采用鍛件，這樣可以提高工作臺(tái)的剛度，減小受力變形。&

21、lt;/p><p>　　由于立柱和工作臺(tái)的連接需用螺母，立柱兩端需要車出螺紋，這樣立柱的固定相當(dāng)于螺栓連接。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》書表11-5a 查得 取 。</p><p><b>　　其中：—許用應(yīng)力</b></p><p>　　3.2.2 對(duì)工作臺(tái)立柱進(jìn)行受力分析，并計(jì)算其最小直徑。</p><p>　　3.2.2.1 中間

22、部分受力</p><p>　　由于工作臺(tái)受工件的反作用力 。其作用點(diǎn)在工作臺(tái)的上平板的中心。通過力線平移定理，將中間力分別平移到四個(gè)立柱的軸線上。每個(gè)立柱兩端受拉力，其大小為 。選擇重力加速度 。 </p><p>　　其中： —立柱中間部分直徑</p><p

23、><b>　　mm</b></p><p>　　3.2.2.2 螺紋部分受力</p><p>　　螺紋部分受力和螺栓受軸向力相似。剛開始不受外力時(shí)，螺紋部分只受初始預(yù)緊力。在軸向外力作用下，螺紋部分總的受力為外力與剩余預(yù)緊力之和，即。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》書表11-2選擇 ，選 。</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》書表11-2選擇,取。

24、。</p><p>　　考慮到連接在工作載荷 作用下可能要補(bǔ)充擰緊，所以將螺紋部分的總受力增大30%，以考慮擰緊時(shí)螺紋力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的影響。則螺紋部分危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為 </p><p>　　其中： — 螺紋小徑</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　取螺紋小徑 mm 則螺紋公稱直徑。設(shè)

25、計(jì)立柱中間部分的直徑為40 mm，螺紋部分的公稱直徑為30 mm。同時(shí)據(jù)《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-35 選連接立柱與平板的六角厚螺母。其型號(hào)為 ：螺母 M30 。</p><p>　　對(duì)立柱直徑進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　3.2.2.3 根據(jù)上述計(jì)算及參考國(guó)內(nèi)外液壓壓力機(jī)外形尺寸，初步設(shè)計(jì)液壓壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸。</p><p>　　工作臺(tái)尺寸：500

26、5;500 mm 滑塊厚度：25 mm</p><p>　　上下平板厚度：70 mm 立柱中間部分長(zhǎng)度：520 mm</p><p>　　立柱總長(zhǎng)度：780 mm 立柱螺紋部分長(zhǎng)度：44 mm</p><p>　　據(jù)工作臺(tái)尺寸估算滑塊質(zhì)量：</p><p>&

27、lt;b>　　滑塊質(zhì)量</b></p><p><b>　　其中： —鋼的密度</b></p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一卷表1-8 選取 </p><p><b>　　⑴導(dǎo)軌力柱尺寸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由上述計(jì)算可得，導(dǎo)軌立柱的螺紋部分小徑 。為了與標(biāo)準(zhǔn)螺母

28、相配套，選取螺紋直徑。同時(shí)在立柱上要留出臺(tái)階來支撐工作臺(tái)上下平板。選取導(dǎo)軌立柱光桿部分直徑為40，選取上下平板上與導(dǎo)軌連接的孔的直徑為34，這樣留出了3mm做為支撐平板的臺(tái)階。其具體尺寸形狀如圖3-1所示：</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p><b>　　⑵導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副的選擇</b></p><p>

29、;　　由于液壓壓力機(jī)采用四立柱滑塊形式，滑塊以四個(gè)立柱作為導(dǎo)軌，在上下平板之間滑動(dòng)。為減小摩擦，提高液壓壓力機(jī)性能，在導(dǎo)軌和滑塊之間采用直線滾動(dòng)導(dǎo)套副連接。將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。據(jù)《機(jī)電一體化手冊(cè)》選取滾動(dòng)導(dǎo)套。</p><p><b>　　其型號(hào)為： </b></p><p>　　滾動(dòng)導(dǎo)套與內(nèi)孔的配合為：，導(dǎo)軌軸的制造誤差為。滾動(dòng)導(dǎo)套用專用工具裝入，專用工具由廠家

30、提供。</p><p>　?、枪ぷ髋_(tái)下平板尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　工作臺(tái)下平板的主要作用是支撐被壓工件，同時(shí)他也要用來固定導(dǎo)軌立柱、安裝鍛模、與下面的箱體連接。所以在下平板上加工出四個(gè)直徑為34的孔來固定導(dǎo)軌立柱。中間加工出直徑為100的孔和T形槽來對(duì)沖壓件進(jìn)行加工和安裝鍛模。下底面加工出8個(gè)的螺紋孔，用來與下箱體連接。其具體尺寸見零件圖。</p><p>　

31、?、裙ぷ髋_(tái)上平板尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　工作臺(tái)上平板與工作臺(tái)下平板尺寸形狀基本相同，也加工出固定導(dǎo)軌立柱的孔。不同的是沒有T形槽。并且在其中間加工出孔來安裝液壓缸。液壓缸采用頭部法蘭連接，且要安裝成是法蘭受力而非螺栓受力的形式。</p><p><b>　?、苫瑝K尺寸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　滑塊的長(zhǎng)寬高尺寸分別為。同樣為了固定鍛

32、模，在滑塊的下平面上加工出T形槽?；瑝K和活塞桿采用法蘭連接。法蘭的尺寸據(jù)滑塊上的連接螺紋孔的分布尺寸和活塞桿頭部螺紋尺寸來確定?；瑝K與導(dǎo)軌采用滾動(dòng)導(dǎo)套連接，所以在滑塊四個(gè)角上加工出光孔，與滾動(dòng)導(dǎo)套的外圈配合。并在每個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)套的前后安裝端蓋，用的螺栓固定。滑塊的具體尺寸及要求間零件圖。</p><p>　　3.2.2.4 剛度計(jì)算。</p><p><b>　　剛度：</b

33、></p><p>　　其中： E—材料彈性模量 </p><p>　　據(jù)《材料力學(xué)》表2.2選取</p><p><b>　　變形：</b></p><p>　　其中： —立柱變形部分長(zhǎng)度</p><p><b>　　—立柱變形量</b></p>

34、<p><b>　　應(yīng)變：</b></p><p>　　第4章 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 液壓系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1分析設(shè)計(jì)要求</p><p>　　液壓壓力機(jī)的主要用途是對(duì)工件進(jìn)行壓力加工，使其產(chǎn)生一定的塑性變形，達(dá)到設(shè)計(jì)者的要求。液壓壓力機(jī)在完成一個(gè)工件的加

35、工時(shí)，必須要經(jīng)歷幾個(gè)工作階段來完成一個(gè)工作過程。這幾個(gè)工作階段完全由壓力加工的特點(diǎn)和液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)形式所決定。壓力加工的特點(diǎn)是固有的，既給工件一定的壓力，使其達(dá)到一定變形量后再將工件取出。在這里要控制的就是活塞桿的行程及速度，讓其適應(yīng)這一壓力加工的特點(diǎn)。在前面的方案設(shè)計(jì)中，已經(jīng)設(shè)計(jì)出液壓缸及滑快的安裝方案，在這里主要確定怎樣利用液壓系統(tǒng)來控制液壓缸活塞桿帶著滑塊移動(dòng)?？刂破湟苿?dòng)速度，移動(dòng)位置，在哪一個(gè)位置停止，哪一個(gè)位置移動(dòng)。還要控

36、制滑塊給工件的力的大小。壓力大小一經(jīng)設(shè)定在這里是不變得，所以這里主要對(duì)速度和位置進(jìn)行控制。而對(duì)于工件來說，速度并不能決定其變形量，速度只是決定了一個(gè)工作過程所用的時(shí)間，所以速度控制不需要特別精確，而這里更重要的是位置控制。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，決定是位置控制、或速度控制還是壓力控制的主要原因就是傳感器的選擇。選壓力傳感器則此系統(tǒng)是壓力控制，選速度傳感器則是速度控制。在此設(shè)計(jì)中選擇位置傳感器，所以此次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)為位置控制系統(tǒng)。這也適應(yīng)了壓

37、力機(jī)的要</p><p>　　對(duì)于控制系統(tǒng)來講，這次的負(fù)載力主要是工件的變形反作用力。根據(jù)一般塑性材料的變形規(guī)律可知，對(duì)于塑性材料其變形分為彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段。從曲線上可以看出材料在屈服階段和強(qiáng)化階段的應(yīng)力變化相差不是太大，而相同外力作用下變形是很大的。所以在一般變形情況下，不同變形所需要的力基本不變。這樣工件的反作用力幾乎不變，則控制系統(tǒng)的負(fù)載力基本保持不變，設(shè)計(jì)中認(rèn)為這一變形反作用力是長(zhǎng)值力。負(fù)載力

38、除了工件的反作用力外還要考慮導(dǎo)軌的摩擦力及滑塊和活塞桿運(yùn)動(dòng)的慣性力。在計(jì)算中這兩個(gè)力也認(rèn)為是長(zhǎng)值力。除此之外在設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)時(shí)還要考慮到滑塊和活塞桿的重力。</p><p>　　對(duì)控制系統(tǒng)一方面要求其達(dá)到預(yù)期的控制目的，另一方面還要求其具有一定的控制指標(biāo)。即穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性的要求。穩(wěn)定性要求是保證系統(tǒng)正常工作的前提條件，如果系統(tǒng)不穩(wěn)定，發(fā)生震蕩，那么系統(tǒng)就不能正常工作?？焖傩灾饕且笙到y(tǒng)對(duì)于指令信號(hào)響應(yīng)

39、要快。在輸入指令信號(hào)后，整個(gè)系統(tǒng)馬上動(dòng)作起來，達(dá)到穩(wěn)態(tài)過程。系統(tǒng)的準(zhǔn)確性也很重要，它直接影響系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)用到工件上，具體就變成了工件的加工精度。以上三方面指標(biāo)是整個(gè)控制系統(tǒng)的指標(biāo)，不過在不同系統(tǒng)中其側(cè)重點(diǎn)又有所不同。</p><p>　　在設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)時(shí)，不僅要考慮被控量的物理性質(zhì)、負(fù)載特性、控制精度、動(dòng)態(tài)品質(zhì)等上面提到的這些指標(biāo)，還要考慮到工作環(huán)境、限制條件等。一般情況下，液壓壓力機(jī)總是工作在室內(nèi)，所

40、以環(huán)境不會(huì)太惡劣，周圍也沒有什么介質(zhì)來侵?jǐn)_。對(duì)于控制系統(tǒng)，主要注意周圍不能有強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾。這樣就不用考慮由磁場(chǎng)干擾引起的系統(tǒng)誤差了，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)還降低了成本。一般在廠房里沒有太大的沖擊和震動(dòng)，如果有，在壓力機(jī)上加上減震器就可以了。從限制條件方面考慮，主要考慮壓力機(jī)的尺寸和體積。因?yàn)楣ぷ髋_(tái)尺寸較小，而安裝空間又需要很大，為了協(xié)調(diào)二者就要調(diào)整壓力，選擇體積小功率大的電機(jī)以及做一些其他工作。</p><p>　　考慮

41、到經(jīng)濟(jì)性要求，液壓壓力機(jī)控制系統(tǒng)的主要控制元件應(yīng)用電液比例方向閥。電液比例方向閥與伺服閥相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如其維護(hù)方便、抗污染能力強(qiáng)、壓力損失小等。最主要一點(diǎn)時(shí)其價(jià)格便宜。所以對(duì)于精度要求不高的系統(tǒng)應(yīng)用電液比例方向閥代替伺服閥是非常有實(shí)用價(jià)值的。控制系統(tǒng)的電源需要專門設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同電壓用電設(shè)備的供電。閥板也要專門設(shè)計(jì)，這樣有利于批量生產(chǎn)和安裝維護(hù)。</p><p>　　以上分析了整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，下面總

42、結(jié)得出其工作過程和具體參數(shù)要求。</p><p>　　4.1.1.1 工作過程</p><p>　　快進(jìn) — 減速加壓 — 保壓 — 釋壓 — 快速回程 — 原位停止</p><p>　　4.1.1.2 系統(tǒng)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求</p><p>　　工作臺(tái)參數(shù)： 行程：S=400 mm 滑塊質(zhì)量：</p>

43、<p>　　壓制力：12T 重力加速度：</p><p>　　工作臺(tái)尺寸： 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：</p><p>　　慢速加壓速度： 快速移動(dòng)速度：</p><p>　　控制參數(shù)： 位置精度：0.1 mm 頻寬：</p><p>　　4.1.2 擬定控制方

44、案，畫出系統(tǒng)原理圖及系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　4.1.2.1 擬定控制方案</p><p>　　根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析和系統(tǒng)參數(shù)要求來擬定控制方案。據(jù)控制參數(shù)可知，系統(tǒng)的位置精度為 ，頻寬為 。從位置精度來判斷，系統(tǒng)的控制精度是很高的，可以說這個(gè)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)確性的要求是主要的，也是很嚴(yán)格的。而閉環(huán)控制正好適應(yīng)這種高精度的要求。閉環(huán)控制系統(tǒng)主要用于對(duì)外界干擾敏感，控制精度要求高的場(chǎng)合。而且

45、應(yīng)用閉環(huán)控制可以用一些簡(jiǎn)單的元件經(jīng)過合理的組合組成一個(gè)精確的系統(tǒng)。所以這里決定采用閉環(huán)控制。由于在前面考慮了壓力加工的特點(diǎn)，所以在機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)決定采用液壓缸作為執(zhí)行器，同時(shí)為了降低成本，選用了電液比例方向閥作為主要的控制元件。也就是說在這個(gè)液壓控制系統(tǒng)中動(dòng)力元件采用閥控液壓缸。閥控液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，在小行程幾小慣量負(fù)載時(shí)液壓固有頻率高。但隨行程增加固有頻率隨之降低，系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定性均變壞，系統(tǒng)效率較低。閥控液壓缸適用于高性

46、能要求的小慣量負(fù)載及小行程直線運(yùn)動(dòng)的中小功率場(chǎng)合；大慣量負(fù)載，但對(duì)快速性要求較低的中小功率場(chǎng)合。對(duì)于此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，其功率不是太大，活塞桿行程較短且為直線運(yùn)動(dòng)，所以選用閥控缸動(dòng)力元件。對(duì)于控制系統(tǒng)的反饋形式，則采用電器形式的反饋。因?yàn)殡娖鞣答佇问揭环矫嫠噪娏骰螂妷鹤鳛樾?lt;/p><p>　　4.1.2.2 系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓控制系統(tǒng)的基本組成是液壓動(dòng)力元件加反饋元

47、件。但同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)別的控制功能，必須在基本控制系統(tǒng)中加入一些基本回路。而且需要設(shè)計(jì)出合理的油源部分來為電液比例方向閥進(jìn)行能量輸入以達(dá)到控制目的。從液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的角度講，由于電液比例方向閥具有截流作用，他和液壓缸的組合就相當(dāng)于定壓截流調(diào)速回路。而且是進(jìn)口截流調(diào)速回路。截流調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中的流量控制元件的通流截面積的大小來控制流入執(zhí)行器或流出執(zhí)行器的流量，以調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度。對(duì)于進(jìn)口截流調(diào)速回路，其基本組成是使用定量泵并且必

48、須并聯(lián)一個(gè)溢流閥?；芈分斜玫膲毫τ梢缌鏖y設(shè)定后便基本上保持不變，液壓泵輸出的油液一部分經(jīng)過節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸工作腔推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，多余的油液經(jīng)溢流閥排回油箱，這是此類調(diào)速回路能夠正常工作的必要條件。只要調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)通過節(jié)流閥的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度。這里的節(jié)流閥就是電液比例方向閥。定壓節(jié)流調(diào)速回路具有兩個(gè)回路特性，一是液壓缸工作速度與負(fù)載之間的關(guān)系，稱為調(diào)速回路的速度負(fù)載特性。經(jīng)研究表明在節(jié)流閥通流面積一定的

49、情況下，重載工礦比輕載工礦的速度剛性差；而在相同負(fù)載下，通流面積大時(shí)亦即液壓</p><p>　　在調(diào)速回路的基礎(chǔ)上，需要加入其它回路。根據(jù)工作過程可知，在控制系統(tǒng)中需要加入保壓回路、釋壓回路、平衡回路，在油源設(shè)計(jì)時(shí)需加入泄荷回路。保壓回路有許多種，其中液控單向閥保壓和蓄能器保壓是比較典型的兩種。但在控制系統(tǒng)中，加進(jìn)去蓄能器后容易使系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以不用蓄能器保壓。由于此壓力系統(tǒng)保壓時(shí)間不是太長(zhǎng)，保壓壓力也不大，所

50、以采用液控單向閥保壓是能夠達(dá)到要求的。釋壓回路主要采用順序閥釋壓，從回路圖中可以看出，這種回路將釋壓和釋壓后反向運(yùn)動(dòng)作了很好的銜接。這里的釋壓回路和保壓回路共同用了一個(gè)液控單向閥，對(duì)于釋壓回路則要求液控單向閥具有泄荷閥芯。為了防止壓力機(jī)停機(jī)時(shí)滑塊在重力的作用下自行下行，在回路中設(shè)計(jì)了平衡回路，即在回油路上加了一個(gè)平衡閥。在工作時(shí)他可以作為背壓來保證平衡，停機(jī)時(shí)又可以作為平衡閥來抵消重力。設(shè)計(jì)油源時(shí)要求有泄荷回路，此系統(tǒng)采用帶電磁閥的先導(dǎo)

51、式溢流閥來完成。它既可以起到溢流定壓作用，在需要泄荷時(shí)打開電磁閥又可以泄荷，可謂一舉兩得。由于控制系統(tǒng)對(duì)油液質(zhì)量有一定要求，所以在吸油管上設(shè)置粗過濾器來攔截大的顆粒。在壓油管上設(shè)置精過濾器，濾掉細(xì)小顆粒，來保證電液比例方向閥正常工作。同時(shí)安裝</p><p>　　4.1.2.3 據(jù)系統(tǒng)原理圖及控制方案得出控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　控制系統(tǒng)方塊圖見 圖4-2</p>

52、<p><b>　　圖4-1</b></p><p><b>　　圖4-2</b></p><p><b>　　4.2 靜態(tài)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.2.1 供油壓力的選擇</p><p>　　由于液壓壓力機(jī)需輸出較高的力，且為了縮小液壓動(dòng)力元件、液壓

53、能源裝置和連接管道部件的尺寸，取供油壓力為。同時(shí)較高的壓力可以減小壓縮性容積和減小油液中所含空氣對(duì)體積彈性模量的影響，有利于提高液壓固有頻率，即系統(tǒng)的響應(yīng)速度。</p><p>　　4.2.2 進(jìn)行動(dòng)力分析并繪制負(fù)載軌跡圖</p><p>　　4.2.2.1 求功率最大時(shí)的負(fù)載力</p><p>　?、?工作臺(tái)受力圖如 圖3-3</p><p&

54、gt;<b>　　圖4-3</b></p><p>　　圖中：—液壓缸輸出的推力</p><p><b>　　—滑塊受到的摩擦力</b></p><p><b>　　—慣性力</b></p><p><b>　　—工件的反作用力</b></p>

55、<p><b>　　—滑塊受的重力</b></p><p>　?、?分別計(jì)算各力的大小</p><p><b>　　重力： </b></p><p>　　摩擦力：由于在滑塊和導(dǎo)軌之間裝了滾動(dòng)導(dǎo)套，使摩擦系數(shù)下降到。同時(shí)由于重力和摩擦力在同一條直線上，所以導(dǎo)軌表面不受正壓力，這樣摩擦力就很小。為了更可靠一些，將

56、摩擦力向大的方向考慮。同時(shí)考慮到液壓缸的摩擦，將總的摩擦力加大二倍。</p><p><b>　　慣性力：</b></p><p>　　其中： —滑塊最大加速度</p><p><b>　　—滑塊下行速度</b></p><p><b>　　—系統(tǒng)頻寬</b></p>

57、;<p>　　，在考慮工作臺(tái)重力的情況下，將摩擦力與慣性力之和放大到與重力相抵消，即。大約為總受力的5%。</p><p>　　4.2.2.2繪制負(fù)載軌跡圖</p><p>　　負(fù)載軌跡圖如圖 4-4</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　假設(shè)各力都不隨時(shí)間變化。且認(rèn)為最大負(fù)載力

58、與最大速度同時(shí)出現(xiàn)，即 。</p><p>　　4.2.3 計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　4.2.3.1 計(jì)算缸筒直徑</p><p>　　其中： —液壓缸無桿腔壓力</p><p><b>　　—液壓缸有桿腔壓力</b></p><p><b>　　—系統(tǒng)供油壓力

59、</b></p><p><b>　　—負(fù)載壓力 </b></p><p><b>　　—液壓缸無桿腔面積</b></p><p><b>　　—液壓缸有桿腔面積</b></p><p>　　對(duì)于滑閥來講，當(dāng)時(shí)，滑閥的輸出功率最大。</p><

60、p><b>　　缸筒直徑為：</b></p><p>　　4.2.3.2 選擇液壓缸標(biāo)準(zhǔn)件</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷表19-6-3 選取液壓缸內(nèi)徑（GB2348-80）</p><p>　　其中： —活塞桿直徑</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷表19-6-3 選取活塞桿直徑（GB23

61、48-80）</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷選取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸。</p><p><b>　　其型號(hào)為： </b></p><p><b>　　其主要技術(shù)規(guī)格：</b></p><p>　　壓力級(jí)： 行程： </p><p><b>　　最大推力：

62、 </b></p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-41 選取安裝尺寸，見裝配圖。</p><p>　　4.2.3.3 活塞桿的校核</p><p>　?、?活塞桿抗壓強(qiáng)度校核</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷表19-6-20</p><p><b>　　無縫鋼管：<

63、;/b></p><p>　　其中： —活塞桿受到的壓力 </p><p><b>　　抗壓強(qiáng)度符合要求。</b></p><p>　?、?活塞桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷表19-6-20可知 時(shí)需驗(yàn)算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷表19-6-37查得 。</p&

64、gt;<p>　　其中： —活塞桿與缸筒的總長(zhǎng)</p><p><b>　　—活塞桿行程 </b></p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷表19-6-20其中： —實(shí)際彈性系數(shù) </p><p>　　—活塞桿截面慣性矩 </p><p><b>　　—安全系數(shù) 取 </b>

65、;</p><p>　　—液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù) 據(jù)表19-6-21 查得 </p><p>　　—活塞桿受力 </p><p>　　—計(jì)算得活塞桿最大理論受力 </p><p>　　活塞桿穩(wěn)定性符合要求</p><p>　　4.2.3.4 計(jì)算液壓缸實(shí)際面積</p>&l

66、t;p>　　4.2.4 比例閥選型計(jì)算</p><p>　　4.2.4.1 計(jì)算通過比例閥的負(fù)載流量</p><p>　　據(jù)《液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》 表6-10 選比例閥閥芯機(jī)能為 型，則 的節(jié)流口面積是 節(jié)流口面積的 倍。</p><p>　　通過比例閥的負(fù)載流量按最大速度確定。</p><p>　　為了補(bǔ)償泄漏，將流量擴(kuò)大20%。&l

67、t;/p><p>　　同樣，為了補(bǔ)償泄漏，將流量擴(kuò)大20%。 </p><p>　　4.2.4.2 據(jù)液壓缸面積計(jì)算負(fù)載壓力 </p><p>　　4.2.4.3比例閥壓降的計(jì)算</p><p>　　其中： —比例閥與液壓缸之間的管路壓降及閥壓降 </p><p>　　—液壓泵至比例閥之間的管路壓降及閥壓降 <

68、/p><p><b>　　—總的比例閥壓降</b></p><p>　　4.2.4.4 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取比例閥 </p><p>　　比例方向閥的選擇，不是按執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度所需流量直接確定的，而是根據(jù)比例閥進(jìn)出口壓差（即系統(tǒng)工作壓力同負(fù)載壓力之差）按其工作曲線選擇。</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷選擇

69、力士樂型/10系列比例方向流量閥。選取閥額定流量為（時(shí)閥的流量為）。</p><p>　　時(shí)的額定電流為88%。</p><p>　　時(shí)的額定電流為30%。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)范圍為。閥的辨別能力是很好的。</p><p><b>　　比例閥型號(hào)為： </b></p><p>　　其主

70、要性能參數(shù)如下：</p><p>　　額定供油壓力：A.B.P口：</p><p><b>　　T口： </b></p><p>　　最大流量： </p><p>　　額定電壓： </p><p>　　滯環(huán)： 2%</p><p><

71、b>　　頻率響應(yīng)： </b></p><p>　　重復(fù)精度： 1%</p><p>　　響應(yīng)靈敏度： 的額定最大信號(hào)</p><p>　　配套放大器： 才（有一個(gè)斜坡時(shí)間）</p><p><b>　　直流</b></p><p>　　油液： 礦物油<

72、;/p><p>　　過濾精度： </p><p>　　油溫范圍： </p><p>　　4.2.4.5 傳感器的選擇</p><p>　?、?位移傳感器的選擇</p><p>　　據(jù)《光機(jī)電一體化設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》 表2-14-54 選直線大位移傳感器。其主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p&

73、gt;　　測(cè)量范圍： 線性度： </p><p>　　分辨率： 0.01% 重復(fù)性：0.01% </p><p>　　溫度范圍： 頻率響應(yīng)/：0-1 </p><p>　　供電電壓： 電流： </p><p>　　輸出信

74、號(hào)/： </p><p>　　據(jù)所選傳感器計(jì)算其增益為： </p><p>　?、?壓力傳感器的選擇</p><p>　　據(jù)《光機(jī)電一體化設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》表2-14-131 選型高輸出壓力傳感器。其主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　量程： 滿量程輸出： </p&

75、gt;<p>　　電源電壓： 零壓力輸出：</p><p><b>　　4.3 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　靜態(tài)設(shè)計(jì)的主要目的是確定控制系統(tǒng)的各主要組成元件的參數(shù)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的目的是在靜態(tài)設(shè)計(jì)之后進(jìn)一步了解系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性等動(dòng)態(tài)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可用對(duì)數(shù)頻率特性法（波德圖法）進(jìn)行近似分析，也可

76、以利用計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真法分析。此設(shè)計(jì)中，采用對(duì)數(shù)頻率特性法（波德圖法）進(jìn)行分析。此方法的理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制原理。從大的方面分析，對(duì)數(shù)頻率特性法分三步。第一步是得出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；第二步是通過系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即傳遞函數(shù)，繪制對(duì)數(shù)頻率特性圖（波德圖）；第三步是通過對(duì)數(shù)頻率特性圖及傳遞函數(shù)來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性及準(zhǔn)確性指標(biāo)。</p><p>　　數(shù)學(xué)模型是描述控制系統(tǒng)各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在控制系統(tǒng)中，常采

77、用微分方程和傳遞函數(shù)。其中傳遞函數(shù)是在零初始條件下，用微分方程描述的控制系統(tǒng)的輸出與輸入的拉氏變換之比。從前面的設(shè)計(jì)我們知道，控制系統(tǒng)是由一個(gè)個(gè)元件組合而成的，而每一個(gè)元件運(yùn)用輸出和輸入的關(guān)系都可以寫成一個(gè)或幾個(gè)微分方程式。這些微分方程式經(jīng)過簡(jiǎn)化可以得出總的關(guān)于最終輸入和最終輸出的微分方程式。這樣可以將總的微分方程式經(jīng)過拉氏變換得出總的傳遞函數(shù)。也可以將每一個(gè)微分方程式分別拉氏變換后，得出分的傳遞函數(shù)后，再經(jīng)過輸入輸出變量的抵消與化簡(jiǎn)得

78、出總的傳遞函數(shù)。一般過程是這樣的，先得出系統(tǒng)的元件方塊圖，再根據(jù)元件方塊圖寫出每一個(gè)元件包含的微分方程式。然后對(duì)每一個(gè)微分方程式進(jìn)行拉氏變換，找出輸入與輸出的關(guān)系，然后將其按輸入到輸出的方向連成一個(gè)元件的傳遞函數(shù)方塊圖，再對(duì)傳遞函數(shù)方塊圖進(jìn)行化簡(jiǎn)，求出總的關(guān)于最終輸入和最終輸出的傳遞函數(shù)?？梢钥闯?，一個(gè)控制系統(tǒng)有許多的傳遞函數(shù)，即許多個(gè)輸入與輸出的關(guān)系。而最終描述這個(gè)系統(tǒng)的是那個(gè)將分傳函綜合聯(lián)系起來的總的傳遞函數(shù)，即最終輸入與最終輸出的

79、關(guān)系。此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也是根據(jù)這樣的步驟下來的。首先據(jù)</p><p>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)求出后，便要通過傳遞函數(shù)來繪制對(duì)數(shù)頻率特性圖，即波德圖。用對(duì)數(shù)頻率特性法研究閉環(huán)系統(tǒng)，主要是先繪制閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)波德圖，然后根據(jù)開環(huán)波德圖來研究閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性及快速性。繪制頻率特性圖有兩步，首先通過傳遞函數(shù)求出控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，然后根據(jù)頻率響應(yīng)函數(shù)的模和幅角來繪制頻率特性曲線?？刂葡到y(tǒng)的正炫輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)稱為

80、頻率特性或頻率響應(yīng)。求頻率響應(yīng)函數(shù)，只需把傳遞函數(shù)中的換成就可以了。我們知道傳遞函數(shù)的是一個(gè)復(fù)數(shù)，。令，那么，這樣就得到了頻率響應(yīng)函數(shù)了。從中可以看出，頻率響應(yīng)函數(shù)是傳遞函數(shù)的一個(gè)特例。還可以這樣理解，給控制系統(tǒng)輸入正弦信號(hào)，其輸出也是同頻率的正弦信號(hào)，只是幅角和模變了，這樣求輸出與輸入的拉氏變換之比后得出系統(tǒng)傳函為</p><p>　　在上式中，令，則 [用歐拉公式變換]?？梢婎l率特性就是特殊輸入下的系統(tǒng)的傳遞

81、函數(shù)，即系統(tǒng)傳遞函數(shù)的特例。將傳遞函數(shù)中換成后，再將化成上述標(biāo)準(zhǔn)形式，即。用作為橫坐標(biāo)，作為縱坐標(biāo)，在的過程中可繪制出對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。用作為橫坐標(biāo)，作為縱坐標(biāo)在的過程中可繪制出對(duì)數(shù)相頻特性曲線。二者綜合起來便成為對(duì)數(shù)頻率特性曲線。通過分析微分方程變化后得出的傳遞函數(shù)，我么知道，任何傳遞函數(shù)都是典型傳遞函數(shù)之積。同樣任何頻率特性函數(shù)也都是典型環(huán)節(jié)的頻率特性函數(shù)之積。通過求對(duì)數(shù)，將乘積變?yōu)橄嗉印Ｄ敲纯偟膶?duì)數(shù)頻率特性就是每一個(gè)典型環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)頻

82、率特性之和。這樣通過典型環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性曲線就可以求得總的對(duì)數(shù)頻率特性曲線，大大簡(jiǎn)化了制圖工作。在此次設(shè)計(jì)中，首先將總的頻率特性函數(shù)化成各典型環(huán)節(jié)的頻率特性函數(shù)，然后根據(jù)各典型環(huán)節(jié)的頻率特性曲線求出了總的頻率特性曲線。</p><p>　　判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性是研究系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的最終目的。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是最重要的，因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)如果不穩(wěn)定就不能正常工作，更談不到準(zhǔn)確和快速了。如果一個(gè)系統(tǒng)受到外界干擾，

83、偏離原來的平衡狀態(tài)，而擾動(dòng)消失后，經(jīng)過充分長(zhǎng)的之間，系統(tǒng)能以足夠的精度逐漸恢復(fù)到原來的狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性有許多方法，其中最具有代表性的有兩種，一種是勞斯判據(jù)；另一種是對(duì)數(shù)頻率特性的穩(wěn)定性判據(jù)。勞斯穩(wěn)定性判據(jù)的基本原理是首先求出系統(tǒng)的特征方程，然后將特征方程的系數(shù)列入勞斯陣列，并計(jì)算陣列中的元素。若計(jì)算出的勞斯陣列中的第一列元素不為零且均為正，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。對(duì)數(shù)頻率特性的穩(wěn)定性判據(jù)是指：如果開環(huán)

84、系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。如果系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)p個(gè)極點(diǎn)在右半s平面內(nèi)，他在閉環(huán)狀態(tài)下穩(wěn)定的充分必要條件是,幅頻特性曲線在所有的頻率范圍內(nèi)，相頻特性曲線在線上的正負(fù)穿越之差為次。此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由于階數(shù)比較低，應(yīng)用勞斯判據(jù)直接可以判定，所以就應(yīng)用了勞斯判據(jù)。系統(tǒng)的快速性一般用時(shí)域指標(biāo)描述。在頻域中，用閉環(huán)截止頻率來描述。是指在閉環(huán)波得圖上，當(dāng)幅頻特性的增益下降到零頻率處增益值以下</p><p>　　以上是對(duì)

85、總的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的步驟與方法進(jìn)行分析與選擇。下面進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的具體計(jì)算，其中動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的具體求法在科技論文中推導(dǎo)，以下的公式則直接搬過來應(yīng)用，敬請(qǐng)讀者注意。</p><p>　　4.3.1 系統(tǒng)方塊圖與開環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　4.3.1.1 確定各組成元件的傳遞函數(shù)，畫出系統(tǒng)方塊圖</p><p>　?、?繪制職能方塊圖，確定各環(huán)節(jié)組成元件</

86、p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　該系統(tǒng)屬于慣性負(fù)載位置飼服系統(tǒng)。從圖中可看出各個(gè)環(huán)節(jié)的組成元件，分別由比例放大器、電液比例方向閥、液壓缸、反饋傳感器等元件組成。圖3-5 為元件的職能方塊圖。</p><p>　　⑵ 確定各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，繪制傳遞函數(shù)方塊圖</p><p>　　圖3-5 中的比

87、例放大器的增益為 。位移傳感器的增益為。電液比例方向閥與液壓缸負(fù)載的總的傳函由科技論文式（24）給出，即</p><p>　　繪制出的傳遞函數(shù)方塊圖如圖 3-6. 圖4-6</p><p>　　圖中：—輸入電壓 —反饋電壓 —比較電壓</p><p><b>　　—比例放大器增益 </b></p

88、><p>　　—比例放大器輸出電流 </p><p><b>　　—比例電磁鐵增益</b></p><p>　　—比例電磁鐵輸出位移 </p><p><b>　　—比利閥流量增益</b></p><p>　　—液壓缸無桿腔活塞面積 </p><p>&l

89、t;b>　　—總壓縮容積 </b></p><p>　　—有效體積彈性模量 </p><p><b>　　—工作臺(tái)質(zhì)量</b></p><p><b>　　—流量壓力系數(shù)</b></p><p><b>　　—外負(fù)載力</b></p><p

90、><b>　　—供油壓力</b></p><p><b>　　—傳感器增益</b></p><p><b>　　—輸出位移</b></p><p>　?、?確定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　其中： 開環(huán)傳遞函數(shù)增益 </p><p>

91、<b>　　時(shí)間常數(shù) </b></p><p><b>　　系統(tǒng)轉(zhuǎn)角頻率 </b></p><p><b>　　系統(tǒng)阻尼比 </b></p><p>　?、?求傳遞函數(shù)中各系數(shù)值</p><p>　?、?液體有效體積彈性模量</p><p><b

92、>　　② 工作臺(tái)質(zhì)量</b></p><p>　?、?液壓缸無桿腔面積</p><p>　　④ 液壓缸兩腔總控制容積</p><p><b>　　如圖 3-7</b></p><p><b>　　—活塞桿行程 </b></p><p><b>　　

93、圖4-7</b></p><p><b>　?、?求系統(tǒng)阻尼比</b></p><p>　　據(jù)《液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 表6-6 公式：</p><p>　　其中：—閥的面積梯度 </p><p><b>　　—零開口徑向間隙</b></p><p><b>

94、;　　—液體動(dòng)力黏度 </b></p><p>　　據(jù)《液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 圖6-6 查得據(jù)此求得：</p><p>　　從科技論文（9）式的推導(dǎo)可知，推出的與普通四通滑閥的相差倍，即。所以，求出的應(yīng)乘以，即：</p><p>　　由于的計(jì)算值較小，?。ㄏ到y(tǒng)阻尼比受系統(tǒng)總流量壓力系數(shù)和黏性阻尼系數(shù)等多種參數(shù)影響，由于參數(shù)估算誤差而造成的計(jì)算誤差。特別對(duì)小

95、流量系統(tǒng)，阻尼比的計(jì)算值較實(shí)際值偏低。如果阻尼比的計(jì)算值小于0.1，可取） </p><p>　　則系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　4.3.1.2 繪制對(duì)數(shù)頻率特性曲線，由穩(wěn)定性確定開環(huán)增益 </p><p>　　⑴ 計(jì)算諧振峰值 </p><p>　?、?繪制對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻特性曲線</p>

96、<p>　　如圖 4-8 ，4-9所示 </p><p>　　由系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)式 </p><p>　　可作出 時(shí)系統(tǒng)開環(huán)伯德圖，如圖4-8，4-9所示。雖然系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求中沒有明確的穩(wěn)定裕量指標(biāo)，但工程實(shí)際中考慮到理論計(jì)算中忽略某些因素及隨時(shí)間而造成的參數(shù)變化等影響，需要有一定的穩(wěn)定裕量。取相位裕量 ，增益裕量 。將0分貝線下移至，使增益裕量滿足 指標(biāo)且幅值裕量又不太大。0

97、分貝線移動(dòng)的距離即為所求系統(tǒng)開環(huán)增益，即</p><p>　?、?求各控制器的增益</p><p>　　圖 4-8對(duì)數(shù)幅頻特性曲線</p><p>　　圖 4-9對(duì)數(shù)相頻特性曲線</p><p><b>　?、?</b></p><p>　　由靜態(tài)設(shè)計(jì)中選出的傳感器計(jì)算得到 </p>

98、;<p><b>　?、?</b></p><p>　　由科技論文式（8）得到</p><p>　　其中：—閥口流量系數(shù) </p><p><b>　　—閥口截面系數(shù) </b></p><p><b>　　—供油壓力 </b></p><

99、p>　　—油液密度 </p><p><b>　?、?</b></p><p>　　當(dāng)流量為 時(shí)，計(jì)算閥的開口量：</p><p>　　據(jù)《液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 表3-19 查得并按上式計(jì)算所得的 進(jìn)行估算得：</p><p><b>　?、?</

100、b></p><p>　　4.3.2 根據(jù)伯德圖及系統(tǒng)傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)的性能</p><p>　　4.3.2.1 穩(wěn)定性 </p><p>　　用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。勞斯穩(wěn)定性判據(jù)是一種代數(shù)判據(jù)，它利用系統(tǒng)特征方程的系數(shù)來判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。</p><p><b>　?、?求特征方程</b>&l

101、t;/p><p>　　其中： —系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) </p><p><b>　　—系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)</b></p><p>　　—系統(tǒng)反饋傳遞函數(shù) </p><p>　　—系統(tǒng)前向通路傳遞函數(shù)的乘積 </p><p><b>　　系統(tǒng)的特征方程為：</b></p>

102、<p>　　特征方程的各系數(shù)為：</p><p>　　⑵ 運(yùn)用勞斯判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性</p><p>　　勞斯判據(jù)：三階系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為特征方程的各系數(shù)大于零，且 。</p><p>　　對(duì)于此系統(tǒng)：首先 ，，， 均大于零。</p><p><b>　　其次 </b></p><

103、;p><b>　　則 </b></p><p>　　根據(jù)上述判定，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。</p><p>　　4.3.2.2 系統(tǒng)快速性分析</p><p>　　對(duì)阻尼比很小的一型液壓伺服系統(tǒng)，可以認(rèn)為閉環(huán)頻寬近似等于系統(tǒng)的開環(huán)傳越頻率。</p><p>　　根據(jù)通常情況可知，系統(tǒng)的快速性也符合要求。</p>

104、;<p>　　4.3.2.3 系統(tǒng)的準(zhǔn)確性分析及誤差計(jì)算</p><p>　　造成系統(tǒng)不準(zhǔn)確，精度不高的原因是系統(tǒng)的各種誤差。系統(tǒng)的誤差包括 跟隨誤差、干擾誤差以及靜態(tài)誤差。</p><p><b>　?、?跟隨誤差 </b></p><p>　　此系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)，對(duì)階越輸入信號(hào)不存在穩(wěn)態(tài)位置誤差，對(duì)于斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差（即最大

105、速度時(shí)的速度誤差）為：</p><p><b>　　其中：—最大速度 </b></p><p><b>　　⑵ 干擾誤差</b></p><p>　　此系統(tǒng)中的干擾為負(fù)載力和供油壓力，二者都是常量。對(duì)于長(zhǎng)值負(fù)載誤差和供油壓力誤差的計(jì)算可用更為簡(jiǎn)單的靜態(tài)方塊圖求解。</p><p>　　求長(zhǎng)值負(fù)載引起

106、的干擾誤差 </p><p>　　其靜態(tài)方塊圖如圖4-10 </p><p><b>　　圖4-10</b></p><p>　　據(jù)方塊圖求誤差傳遞函數(shù)如下：</p><p>　?。ㄘ?fù)號(hào)表示負(fù)載增大時(shí)，位移減小）</p><p><b>　　則負(fù)載誤差為：</b></p

107、><p>　?、?求供油壓力引起的干擾誤差 </p><p>　　其靜態(tài)方塊圖如圖4-11 </p><p><b>　　圖4-11</b></p><p>　　據(jù)方塊圖求誤差傳遞函數(shù)如下：</p><p><b>　　⑶ 靜態(tài)誤差</b></p><p>

108、;　　靜差 是比例放大器及比例閥的零漂、比例閥的死區(qū)、執(zhí)行器的摩擦以及機(jī)械部件連接處的間隙等非線性因素引起的穩(wěn)態(tài)誤差。這些誤差也可用靜態(tài)方塊圖求解，而且通常將這些干擾的影響折算到比例閥的輸入端，以比例閥輸入端的等效零漂 表示。</p><p>　　其靜態(tài)方塊圖如圖4-12</p><p><b>　　圖4-12</b></p><p>　　據(jù)方

109、塊圖求誤差傳遞函數(shù)如下：</p><p>　　應(yīng)用比較點(diǎn)前移法則，將各比較點(diǎn)分別移動(dòng)到比例閥傳遞函數(shù)前，求出等效零漂其方塊圖如圖3-12 。</p><p><b>　　求得為：</b></p><p>　　其中：—比例閥死區(qū)電流 </p><p>　　—比例閥零漂電流 </p><p>

110、　　—放大器零漂電流 </p><p>　　—比例電磁鐵額定電流 </p><p>　　⑷ 最后求得總誤差 </p><p>　　通過求解可知系統(tǒng)誤差符合要求。</p><p>　　第5章 液壓油源及輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇</p><p>　　5.1 液壓泵、液壓閥及其他輔助元件的選擇</p>&

111、lt;p>　　5.1.1 據(jù)第三章第二節(jié)靜態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算選擇液壓泵</p><p>　　5.1.1.1 計(jì)算系統(tǒng)所需的最大功率、流量、壓力</p><p>　　供油壓力。比例閥所需流量 。由于是定壓節(jié)流調(diào)速回路，雖然負(fù)載所需要的最大流量和最大壓力不是同時(shí)出現(xiàn)，但泵所輸出的必須是二者同時(shí)最大，多余的功率都損失在溢流閥上。這是定壓節(jié)流調(diào)速回路的一個(gè)弊端。據(jù)最大流量和最大壓力計(jì)算最大功率：

112、</p><p>　　所以：系統(tǒng)所需的最高壓力為 </p><p><b>　　最大流量為 </b></p><p><b>　　最大功率為 </b></p><p>　　5.1.1.2 選擇泵和電機(jī)</p><p>　　⑴ 據(jù)實(shí)際所需最大壓力計(jì)算液壓泵需輸出的壓力 <

113、;/p><p>　　選擇液壓泵時(shí)，需要將實(shí)際壓力擴(kuò)大以補(bǔ)償管路壓力損失。</p><p>　　其中： —實(shí)際所需壓力，即供油壓力 </p><p><b>　　—各種壓力損失之和</b></p><p>　　泵至比例閥之間有許多元件，每個(gè)元件都有壓力損失。而且這之間的管路也有一定的壓力損失，將這些壓力損失估算取 。這樣計(jì)算

114、液壓泵最高工作壓力為：</p><p>　　泵的額定壓力應(yīng)選的比上述最大工作壓力高16%-25%，取20%。</p><p>　　⑵ 據(jù)實(shí)際所需最大流量計(jì)算液壓泵需輸出的流量</p><p>　　液壓泵的最大供油流量按比例閥的最大輸入流量 來估算。</p><p>　　其中： —泄漏系數(shù) </p><p>　　—實(shí)際

115、所需最大流量 </p><p>　?、?據(jù)上述計(jì)算選擇液壓泵 </p><p>　　根據(jù)計(jì)算，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷 表19-5-40 選擇液壓泵。其型號(hào)為： 其基本參數(shù)如下：</p><p><b>　　額定工作壓力： </b></p><p><b>　　最大工作壓力： </b><

116、;/p><p>　　單位排量： </p><p>　　容積效率： </p><p>　　總效率： </p><p>　　最高轉(zhuǎn)速： </p><p>　　輸入功率： </p><p>　　輸出扭矩： </p><p>　　

117、重量： </p><p>　　其他安裝尺寸見液壓泵站裝配圖。 </p><p>　?、?計(jì)算泵的實(shí)際流量 </p><p>　　其中：—單位排量 </p><p>　　—轉(zhuǎn)速 </p><p>　　所選液壓泵的 流量和壓力均大于實(shí)際需求值，符合要求。 </p><

118、;p>　?、?據(jù)液壓泵輸入功率和轉(zhuǎn)速選擇電機(jī)</p><p>　　據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版 表23-1-23 選擇電機(jī)型號(hào)為 。 </p><p><b>　　其基本參數(shù)為：</b></p><p><b>　　功率： </b></p><p><b>　　同步轉(zhuǎn)速： &

119、lt;/b></p><p><b>　　滿載轉(zhuǎn)速： </b></p><p><b>　　效率： </b></p><p>　　電機(jī)采用型安裝，具體尺寸見液壓泵站裝配圖。</p><p><b>　?、?選擇聯(lián)軸器</b></p><p&