山东大学：高速冲床的液压系统设计

发布时间：2021-12-24 11:24

山东大学是中国近代高等教育的起源性大学。随着我国工业逐步向现代化方向加速发展，高速冲床液压系统设计不仅安全可靠、结构简单，而且具有较高的冲压频率。

山东大学是中国近代高等教育的起源性大学。其主体是1901年创办的山东大学堂，是继京师大学堂之后中国创办的第二所国立大学，也是中国前列所按章程办学的大学；其医学学科起源于1864年，开启近代中国高等医学教育之先河。从诞生起，学校先后历经了山东大学堂、国立青岛大学、国立山东大学、山东大学以及由原山东大学、山东医科大学、山东工业大学三校合并组建的新山东大学等几个历史发展时期。

开发设计适应我国实际环境的高速冲床液压系统是当前我国科技工作的一个重要课题。本文将比例伺服控制的原理应用到高速数控冲床液压系统的开发设计中，这样设计出的冲床液压系统不仅安全可靠、结构简单，而且具有较高的冲压频率。 

1、冲压设备的概述　

　　要使冲压技术得到更大发展，拥有更先进的冲压设备是一个必备的前提，冲压系统是冲压设备重要的组成部分，是目前世界各国冲的压系统主要采用机械式和液压式，机械式是一种比较传统的冲压方式，其主要通过曲柄压力机这一设备实现冲压，曲柄压力机的主要零部件有滑块、曲轴、连杆等。液压式冲压机应用液压传动系统来实现冲压功能，其基本工作原理为YA1中有电流通过时液压油在泵的作用下经过电磁换向阀流入液压缸下腔，这时液压缸上腔的液压油就会经由单向阀3、电磁换向阀2后流回油箱，滑块在活塞的带动下向上运动；这时对YA2通电，电磁换向阀2的右位开始工作，滑块会在活塞的带动下向下运动，对工件进行冲压，实现冲压功能。 

　2、数控高速冲床液压系统的设计

2.1液压系统基本工作参数 

　　系统的额定大工作载荷F= 200 Kn.系统由两个泵供油，低压泵额定压力为7 Mpa，高压泵额定压力31.5 Mpa。冲床的大行程S为40mm，冲压周期随行程的变化而变化，当冲压行程设为12mm时，冲压周期T为0.2s。 

2.2系统的工况分析及方案的确定 

　　设计的该款高速冲床不仅可以冲压金属，还能够进行冲孔加工。对工件冲压式，滑块快速下降，接触到工件时，滑块速度降低，但压力变大，以保证工件准确的成形，完成冲压过程后，滑块快速上升。该液压系统为达到快速冲压的目的，设计系统的回路时采用了蓄能器+双泵供油+差动连接的组合。选定比例伺服方向阀作为冲床液压系统的控制元件，以满足系统工作时需快速频繁换向的要求。下图是高速数控冲床液压系统的原理图。 

　　2.3 计算缸筒内径D。已知系统大负载为200KN，压力P为0.8pn=25Mpa，设所受阻力f为25KN，根据公式D≥4（Fmax+ f）pπ得D=110mm。（2）活塞杆直径d。活塞向下时的速度为v1=4qπd2，上升时速度为v2=4qπ（D2-d2），求v1+v2=V的值，发现22D=d=77.8时活塞完成一个工作循环用时少。所以取d=80mm。（3）泵的排量。在一个工作循环中，油箱的出油量应等于其进油量，所以一个工作循环的需要的总流Q=8πDSf= 34.2 L/min，所以低压泵的理论流量为qt2= 30 L/min，高压泵的为qt1= 10 L/min设定两个泵的转速均为1500 r/min。 

2.4速度验算 

　　以行程为12 mm，冲压板的厚度为1 mm的条件下进行速度验算。当活塞下行时v1=4（q1+ q2）π d2= 13.09 cm/s，活塞上行时v2=4（q1+ q2）π（D2- d2）= 14.68 cm/s，这时的频率为4.25HZ，即每分钟内可对工件冲压265次。可见当S=10mm，对厚度为1mms的工件冲压时，可以实现f达到300/min以上的预定目标。