折弯机液压系统设计（含CAD格式图纸和文档说明书）
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目 录引 言第一章 绪论1.1液压技术现状1.2本课题主要研究内容1.3设计步骤第二章 任务分析2.1技术要求2.2任务分析第三章 负载与运动分析3.1工况分析3.2负载图和速度图的绘制第四章 液压缸主要参数的确定4.1折弯机工况图的编制第五章 液压系统图的拟定5.1 制定基本方案5.2折弯机工作原理第六章 液压元件的选择6.1 液压泵的选择6.2 阀类元件及辅助元件6.3 油管元件6.4油箱的容积计算6.5油箱的长宽高确6.6油箱地面倾斜度6.7吸油管和过滤器之间管接头的选择6.8过滤器的选取6.9堵塞的选取6.10液位/温度计的选取第七章 液压系统性能的运算7.1 压力损失和调定压力的确定7.1.1沿程压力损失7.1.2局部压力损失7.1.3压力阀的调定值计算7.2 油液温升的计算7.2.1快进时液压系统的发热量7.2.2 快退时液压缸的发热量7.2.3压制时液压缸的发热量7.3油箱的散热量计算7.3.1系统发热量的计算7.3.2 散热量的计算结论致谢参考文献引 言毕业设计是我们在完成大学全部课程及机械设计制造、液压传动等多门课程设计并进行生产实习之后进行的，它是对我们大学三年学习的一次深入的综合性考察，也是我们步入社会所要从事工作的提前预测，同时还是我们将在校期间所学到的理论基础知识运用到实践中去解决问题的一次很好的锻炼。我们应该学会各种思考问题、解决问题的方法，来提高我们认识、分析和解决问题的能力，从而为我们今后的学习、工作奠定坚实的理论基础和实践基础。毕业设计是我们走向工作岗位之前的一次大练兵，也是提高个人能力的一次良好的机会，同时还是对我们每一个人实际水平的综合评估，因此在设计中我们坚持了实事求是、理论联系实际的指导思想，以严肃认真的科学态度完成各项设计内容，这对我们今后的工作、生活都将有重要、深远的意义。本次毕业设计的目的主要有以下几点： 1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识结合生产实际，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实践紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。 2、掌握回路的组合方法，培养设计技能，提高分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。3、通过设计，应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练对本人来讲在设计中提高了重视程度，并投入了全部精力和热情，以严谨求实的科学态度认真完成了全部的设计内容。在设计过程中，承蒙戴月红老师和其他同学提供资料和指导，谨表谢意。限于本人水平，经验不足，设计中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师指正。第一章 绪论1.1液压技术现状当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的优势。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求，体现在如下一些比较重要的特征上： （1）提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率，液压元件的结构不断地在向小型化方向发展。 （2）高度的组成化、集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短，这种组合件不但结构紧凑、工作可靠，而且使用简便，也容易维护保养。模块化发展也是非常重要的方面，完整的模块以及独立的功能单元，对用户而言，只需要简单地进行组装即可投入使用，这样不仅可以大大节约用户的装配时间，同时用户也无须配备各种经专门培训的技术人员。 （3）和微电子结合，走向智能化。汇在一起的联接体只要一收到微处理机或者微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。综上所述可以看到，液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。1.2本课题主要研究内容（1）液压折弯机基本概况和研究背景介绍（2）液压原理图分析设计（3）液压系统结构设计（4）绘制液压原理图、总装图及部分零件图。1.3设计步骤一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、液压和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计应用液压传动的必要性。当确定采用液压传动后，其设计内容和步骤大体如下所述,这里所述的设计内容和步骤只是一般的系统设计流程，在实际设计过程中不是一成不变的，对于较简单的液压系统，可以简化其设计程序；对于重大工程的复杂液压系统，往往还需在初步设计的基础上进行计算机仿真实验，或者局部地进行实物实验，反复修改，才能确定设计方案。另外，这些步骤又是相互关联，彼此影响的，因此常需穿插交叉进行。液压系统的设计步骤大体如下：（1）液压系统的工况分析在开始设计液压系统时，首先要对机器的工作情况进行详细的分析，一般要考虑下面几个问题：l 确定该机器中哪些运动需要液压传动来完成l 确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环l 确定液压系统的主要工作性能。例如：执行元件的运动速度、调速范围、最大行程以及对运动平稳性要求等l 确定各执行元件所承受的负载及其变化范围（2）拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图一般要考虑以下几个问题：l 采用何种形式的执行机构l 确定调速方案和速度换接方法l 如何完成执行机构的自动循环和顺序动作l 系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求l 压力测量点的合理选择根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路组合成液压系统。当液压系统中有多个执行部件时，要注意到它们相互间的联系和影响，有时要采用防干扰回路。在液压系统原理图中，应该附有运动部件的动作循环图和电磁铁动作顺序表。（3）液压系统的计算和选择液压元件液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数，以便按照这些参数合理地选择液压元件和设计非标准元件。具体计算步骤如下：l 计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量l 计算液压泵的工作压力、流量和传动功率l 选择液压泵和电动机的类型和规格l 选择阀类元件和辅助元件的规格（4）对液压系统进行验算必要时，对液压系统的压力损失和发热温升要进行演算，但是有经过生产实践考验过的同类型设备可供类比参考，或者有可靠的试验结果，那么也可以不再进行验算。（5）绘制正式工作图和编制技术文件设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容：液压系统原理图；自行设计的全套工作图（指液压缸和液压油箱等非标准液压元件）；液压泵、液压阀及管路的安装总图。技术文件一般包括以下内容：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压系统安装和调试要求，设计说明书等。第二章 任务分析2.1技术要求设计制造一台立式折弯机，该机压头的上下运动用液压传动，其工作循环为：快速下降、慢速下压（折弯）、快速退回。给定条件为：折弯力 N滑块重量 快速空载下降 行程 180mm 速度（） 23慢速下压（折弯） 行程 20mm速度（） 12快速回程 行程 200mm速度（） 532.2任务分析 根据滑块重量为，为了防止滑块受重力下滑，可用液压方式平衡滑块重量，滑块导轨的摩擦力可以忽略不计。设计液压缸的启动、制动时间为。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（200mm）,故可选单杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率。第三章 负载与运动分析3.1工况分析要求设计的板料折弯机实现的工作循环是：快速下降工作下压(折弯)快速回程停止。主要性能参数与性能要求如下：折弯力F=；板料折弯机的滑块重量G= ；快速空载下降速度=0.023m/s，工作下压速度=0.012m/s，快速回程速度=53mm/s=0.053m/s，板料折弯机快速空载下降行程=175mm=0.175m，板料折弯机工作下压行程=20mm=0.02m，板料折弯机快速回程：H=200mm=0.20m；启动制动时间，液压系统执行元件选为液压缸。液压缸采用V型密封圈，其机械效率。由式 式中 工作部件总质量 快进或快退速度 运动的加速、减速时间求得惯性负载 再求得阻力负载 静摩擦阻力 动摩擦阻力 表3.1 液压缸在各工作阶段的负载值 (单位:N)工况负载组成负载值F推力起动30003297加速16761842快进15001648工进10015001100549快退15001648注:液压缸的机械效率取3.2负载图和速度图的绘制负载图按上面数据绘制，如下图a)所示。速度图按己知数值,快速回程图3.1 板料折弯机液压缸的负载图和速度图第四章 液压缸主要参数的确定 4.1折弯机工况图的编制由表4-1和表4-2可知，板料折弯机液压系统在最大负载约为110KN时工作压力。将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，滑块自重采用液压方式平衡，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积，取液压缸的机械效率cm=0.91。 液压缸内径： 参考1，按GB/T2348-1993，取标准值D=280mm=28cm根据快速下降与快速上升进的速度比确定活塞杆直径d: 取标准值d=180mm=18cm则：无杆腔实际有效面积有杆腔实际有效面积液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见表4.1。表4.1 各阶段的压力和流量工作阶段计算公式负载F/N工作腔压力p/Pa输入流量/快速下降启动; 1761786 82.8等速00_工作下压（折弯）;110054943.2快速回程启动;32970.1_等速184200561015制动16480.0501_液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表4.2表4.2 工作循环中各阶段的功率快速下降启动恒速工作下压（折弯）快速回程启动恒速制动根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的工况图4.1：图4.1 液压缸的工况图第五章 液压系统图的拟定5.1 制定基本方案（1）考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用容积调速方式；为满足速度的变化，采用压力补偿变量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压泵以全流量供油。当转化成慢速加压压制时，泵的流量减小，最后流量为0；（2）当液压缸反向回程时，泵的流量恢复为全流量供油。液压缸的运动方向采用三位四通M型电磁换向阀控制。停机时三位四通换向阀处于中位，使液压泵卸荷；（3）为了防止压力头在下降过程中因自重而出现速度失控的现象，在液压缸有杆腔回路上设置一个内控单向顺序阀；（4）为了使液压缸下降过程中压力头由于自重使下降速度越来越快，在三位四通换向阀处于右位时，回油路口应设置一个溢流阀作背压阀用于系统的安全保护；（5）为了保护系统，在泵的出口设置一个溢流阀，做安全法使用。（6）为使液压缸在压制时不至于压力过大，设置一个压力继电器，利用压力继电器控制最大压力，当压力达到调定压力时，压力继电器发出电信号，控制电磁阀实现保压；综上的折弯机液压系统原理如下图： 图5.1折弯机液压系统原理1-变量泵 2-溢流阀 3-压力表及其开关 4-单向阀5-三位四通电液换向阀 6-单向顺序阀 7-液压缸8-过滤器 9-行程阀10-调速阀 11-单向阀 12-压力继电器5.2折弯机工作原理 因为板料折弯机的工作循环为快速下降、慢速加压（折弯）、快速回程三个阶段。各个阶段的转换由一个三位四通的电液换向阀控制。当电液换向阀工作在左位时实现快速回程。中位时实现液压泵的卸荷，工作在右位时实现液压泵的快速和工进。其工进速度由一个调速阀来控制。快进和工进之间的转换由行程开关控制。折弯机快速下降时，要求其速度较快，减少空行程时间，液压泵采用全压式供油。其活塞运动行程由一个行程阀来控制。当活塞以恒定的速度移动到一定位置时，行程阀接受到信号，并产生动作，实现由快进到工进的转换。当活塞移动到终止阶段时，压力继电器接受到信号，使电液换向阀换向。由于折弯机压力比较大，所以此时进油腔的压力比较大，所以在由工进到快速回程阶段须要一个预先卸压回路，以防在高压冲击液压元件，并可使油路卸荷平稳。所以在快速回程的油路上可设计一个预先卸压回路，回路的卸荷快慢用一个节流阀来调节，此时换向阀处于中位。当卸压到一定压力大小时，换向阀再换到左位，实现平稳卸荷。为了对油路压力进行监控，在液压泵出口安装一个压力表和溢流阀，同时也对系统起过载保护作用。因为滑块受自身重力作用，滑快要产生下滑运动。所以油路要设计一个液控单向阀，以构成一个平衡回路，产生一定大小的背压力，同时也使工进过程平稳。在液压力泵的出油口设计一个单向阀，可防止油压对液压泵的冲击，对泵起到保护作用。第六章 液压元件的选择6.1 液压泵的选择由液压缸的工况图，可以看出液压缸的最高工作压力出现在加压压制阶段时，此时液压缸的输入流量极小，且进油路元件较少故泵到液压缸的进油压力损失估计取为。所以泵的最高工作压力。液压泵的最大供油量按液压缸最大输入流量（82.8L/min）计算，取泄漏系数K=1.1,则。根据以上计算结果查阅机械设计手册表，选用规格为160*CY14-1B的压力补偿变量型轴向柱塞泵，其额定压力P=32MPa，排量为160mL/r,额定转速为1000r/min，流量为q=160L/min。 由于液压缸在保压时输入功率最大，这时液压缸的工作压力为20.16+0.5=20.66MPa，流量为,取泵的总效率，则液压泵的驱动电机所要的功率为根据此数据按JB/T9619-1999，选取Y225M-6型电动机，其额定功率，额定转速2100r/min,按所选电动机的转速和液压泵的排量，液压泵最大理论流量，大于计算所需的流量91.08L/min，满足使用要求。 6.2 阀类元件及辅助元件 根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量可选出这些液压元件的型号及规格，结果见表6.1。表6.1 液压元件的型号及规格序号元件名称额定压力/Pa额定流量ml/r型号及规格说明1变量泵3580A7V额定转速2100r/min驱动电机功率为35KW2溢流阀调压0.532160YF3-*-20B-C通径20mm3行程阀-YF3-*-20B-C4三位四通换向阀28160WEH10G通径10mm5单项顺序阀最大工作压力32MPa160HCT06L1 (单向行程调速阀)6节流阀-FBG-3-125-107单向阀开启0.15MPa最大200S20A220通径20mm8压力继电器25HED209调速阀2FRM10-216.3 油管元件各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算，由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进出流量已与已定数值不同，所以重新计算如表6.2，表中数值说明液压缸压制、快退速度, 与设计要求相近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的。表6.2 液压缸在各个阶段的进出流量流量速度快进压制快退输入流量L/min=排出流量L/min运动速度m/min由表中数值可知，当油液在压力管中速度取5m/s时，按下式算得，液压缸进油路油管内径；液压缸回油路管内径；这两根油管选用参照液压系统设计简明手册，进油管的外径，内径，回油路管的外径，内径。6.4油箱的容积计算 容量(单位为L)计算按教材公式 : ，由于液压机是高压系统，。所以油箱的容量， 按JB/T7938-1999规定容积取标准值.6.5油箱的长宽高确因为油箱的宽、高、长的比例范围是1：1：11：2：3，此处选择比例是1：1.5：2由此可算出油箱的宽、长、高大约分别是1600MM,1100MM,770MM。并选择开式油箱中的分离式油箱设计。其优点是维修调试方便，减少了液压油的温升和液压泵的振动对机械工作性能的影响；其缺点是占地面积较大。由于系统比较简单，回路较短，各种元件较少，所以预估回路中各种元件和管道所占的油液体积为0.8L。因为推杆总行程为205mm，选取缸的内腔长度为360mm。忽略推杆所占的体积，则液压缸的体积为 当液压缸中油液注满时，此时油箱中的液体体积达到最小为： 则油箱中油液的高度为：由此可以得出油液体下降高度很小，因此选取隔板的高度为44cm,并选用两块隔板。此分离式油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板的厚度为：t=4mm。为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为200mm。故可知，油箱的总长总宽总高为：长为：宽为：高为：6.6油箱地面倾斜度为了更好的清洗油箱，取油箱底面倾斜度为：16.7吸油管和过滤器之间管接头的选择在此选用卡套式软管接头查机械设计手册得其连接尺寸如下表： 表6.3 管接头 单位：mm公称压力MPa管子内径mm卡套式管接头公称尺寸极限偏差G(25)2218.5250.10538226.8过滤器的选取 取过滤器的流量至少是泵流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。故有 ： 查表如下，先取通用型WU系列网式吸油中过滤器：表6.4过滤器型号通径Mm公称流量过滤精度CXL-250100502501006.9堵塞的选取 考虑到钢板厚度只有4mm，加工螺纹孔不能太大，查中国机械设计大典表选取外六角螺塞作为堵塞，详细尺寸见下表：表6.5堵塞dDeSLhbRC重量Kg 基本尺寸极限偏差10.22215134123311.00.0326.10液位/温度计的选取选取YWZ系列液位液温计，参照机械设计手册选用YWZ-150T 型。考虑到钢板的刚度，将其按在偏左边的地方。 第七章 液压系统性能的运算7.1 压力损失和调定压力的确定 由上述计算可知，工进时油液流动速度较小，通过的流量为43.2L/min,主要压力损失为阀件两端的压降可以省略不计。快进时液压杆的速度，此时油液在进油管的速度7.1.1沿程压力损失沿程压力损失首先要判断管中的流动状态，此系统采用N32号液压油，室温为20度时，所以有 ， 油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数，若取进油和回油的管路长均为2m，油液的密度为，则进油路上的沿程压力损失为。7.1.2局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，由于管道安装和管接头的压力损失一般取沿程压力损失的10%，而通过液压阀的局部压力损失则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失分别为，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失，由算得小于原估算值0.5MPa,所以是安全的。同理快进时回油路上的流量则回油管路中的速度；由此可以计算出 （4482320,所以为层流）; ,所以回油路上的沿程压力损失为。由上面的计算所得求出：总的压力损失这与估算值有差异，应该计算出结果来确定系统中的压力阀的调定值7.1.3压力阀的调定值计算由于液压泵的流量大，在工进泵要卸荷，则在系统中卸荷阀的调定值应该满足快进时要求，因此卸荷阀的调定值应大于快进时的供油压力，所以卸荷阀的调定压力值应该取3MPa为好。溢流阀的调定压力值应大于卸荷阀的调定压力值0.30.5MPa，所以取溢流阀的调定压力值为3.5MPa。背压阀的调定压力以平衡板料折变机的自重，即7.2 油液温升的计算在整个工作循环中，工进和快进快退所占的时间相差不大，所以，系统的发热和油液温升可用一个循环的情况来计算。7.2.1快进时液压系统的发热量快进时液压缸的有效功率为：泵的输出功率为：因此快进液压系统的发热量为: 7.2.2 快退时液压缸的发热量快退时液压缸的有效功率为：泵的输出功率为：快退时液压系统的发热量为：7.2.3压制时液压缸的发热量压制时液压缸的有效功率为：泵的输出功率因此压制时液压系统的发热量为： 总的发热量为按教材公式求出油液温升近似值温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。7.3油箱的散热量计算由前面计算得出油箱的容积为1000L。7.3.1系统发热量的计算在液压系统中，损失都变成热量散发出来。发热量已在油温验算时计算出，所以 7.3.2 散热量的计算当忽略系统中其他地方的散热，只考虑油箱散热时，显然系统的总发
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