计一台板料折弯机液压系统[1]

攀枝花学院本科课程设计论文 设计题目 1 1 1 设计题目设计题目 1 1 设计题目 试设计一台板料折弯机液压系统 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 快速退回 给定条件如 下表 完成设计计算 拟定液压系统图 确定各液压元件的型号及尺 寸 设计液压缸 参 数C7 折弯力 吨 10 滑块重量 吨 1 5 行程 mm 210快速空载下降 速度 mm s 25 行程 mm 20慢速下压 速度 mm s 13 行程 mm 230快速空载上升 速度 mm s 60 攀枝花学院本科课程设计论文 工况分析 2 2 2 工况分析工况分析 2 1 运动分析 首先根据主机要求画出动作循环图如图 1 1 所示 图 2 1 动作循环图 2 2 负载分析 1 根据给定条件 先计算液压缸快速下降时启动加速中惯性力和反向 1m F 启动加速中的惯性力 取加速 减速 时间为 0 2 s m2 F 惯性负载 2 1 NN t v mFm5 187 2 0 1025 105 1 1 3 3 1 2 2 NN t v mFm450 2 0 1060 105 1 2 3 3 2 2 初压力 在慢降阶段 因为油液压力逐渐升高 约达到最大压紧力的 左5 右 2 3 1e F 5 压 FN500 51010 4 3 各阶段运动时间 快速下降 2 4 s V L t2 4 50 210 1 1 1 工作下压 初压阶段 2 5 s V L t15 1 13 15 2 2 2 快退 工进 快进 攀枝花学院本科课程设计论文 工况分析 3 终压阶段 2 6 s V L 385 0 13 5 t 2 2 3 快速回程 2 7 s V L t83 3 60 230 3 3 4 液压缸的机械效率取 工作台的液压缸在各工况阶段的负载值如表 2 1 负9 0 m 载图如 2 2 所示 表 2 1 液压缸在各阶段负载值 工况计算公式负载值 F N推力 m F 注明 启动 加速 11m FF 187 5208 33 快速 下降 等速 0 0 初压 1 Fe 5 压 F 500555 56 慢速 折弯 终压 压 FFe 2 4 1010 4 1011 11 启动 加速 m22 F GF 15450 17166 67 快速 回程 等速 GF 3 4 105 1 4 1067 1 1 由于忽略滑块导 轨摩擦力 故快速 下降等速时外负载 为 0 2 折弯时压头上 低工作负载可分为 两个阶段 初压阶 段 负载力缓慢的 线性增加 约达到 最大折弯力的 5 其行程为 15mm 终 压阶段 负载力急 剧增加到最大折弯 力 上升规律近似 于线性 行程为 5mm 攀枝花学院本科课程设计论文 工况分析 4 液压缸负载图 2 2 2 3 运动分析 根据给定条件 快速下降速度为 25mm s 其行程为 210mm 慢速下压速 1 L 度为 13mm s 其行程为 20mm 快速回程速度为 60mm s 其行程为为 2 L 3 L 230mm 绘出速度循环图如图 2 3 所示 速度循环图 2 3 V mm s L mm 攀枝花学院本科课程设计论文 液压缸参数确定 5 3 液压缸主要参数确定 3 1 确定液压缸尺寸 由表 11 2 和表 11 3 可知 取板料折弯机液压系统工作压力 a MPp25 折弯机滑块做上下直线往复运动 且行程较小 只有 230mm 故选单杆液压缸 作执行元件 取液压缸机械效率 9 0 cm 将液压缸的无杆腔作为主工作腔 考虑到液压缸下行时滑块自重采用液压 方式平衡 故可计算出液压缸无杆腔的有效面积 根据 可求出液 cm P F A 1 压缸无杆腔腔面积为 1 A 3 1 2 6 6 1 0044 0 91 01025 101 0 m P F A cm 3 2 mmm A D75075 0 14 3 0044 044 1 根据 GB T2348 1993 圆整成就近的标准值 得 D 80mm 又 3 3 4 2 25 60 22 2 2 1 1 3 dD D A A V V 故求得 mm 1 61 d 根据 GB T2348 1993 圆整成就近的标准值 得 d 63mm 综上 液压缸的实际有效面积为 3 4 22 2 1 24 508 44 cm D A 3 5 22222 2 19 3 68 4 4 cmdDA 3 2 液压缸工作循环中各阶段的压力 流量和功率的计算 根据计算出的液压缸的尺寸 可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力 流量和功率 见表 3 1 根据表 3 1 可绘出液压缸的工况图 3 1 攀枝花学院本科课程设计论文 液压缸参数确定 6 P L 图 Q L 图 攀枝花学院本科课程设计论文 液压缸参数确定 7 N L 图 表 3 1 各阶段的压力 流量和功率的计算值 工 况计算公式负载值 F N 工作腔压 力 P Pa 输入流量 Q L min 输入功率 KW 启动加速 187 5416667 20 0049 快速下降 等速 111 1 1 VAq A F p cm 11 qpP Ppp 0 0 0 初压 500 5 1011 1 3 60 0066 慢速折弯 终压 22 212 1 2 qpP VAq A F p cm 4 1010 6 1022 22 06 3 启动加 速 15450 6 1003 9 6 8 1 02 快速回程 等速 323 2 3 VAq A F p cm 33 qpP 4 105 1 6 1077 8 6 80 99 攀枝花学院本科课程设计论文 拟定液压系统图 8 4 4 拟定液压系统图拟定液压系统图 4 1 选择液压回路 4 1 1 调速回路 考虑到折弯机工作时所需功率较大 故采用容积调速方式 故该液压系统 采用闭式 a A 图 4 1 调速回路 4 1 2 换向回路和卸荷回路 为满足速度的有级变化 采用压力补偿变量液压泵供油 即在快速下降时 液压泵以全流量供油当转换成慢速加压折弯时 泵的流量减小 在最后 5mm 内 使泵流量减到零 故采用压力补偿变量泵卸荷回路 因为当液压缸反向回程时 泵的流量回复到全流量 故液压缸的运动方向 采用三位四通 M 型电液换向阀控制 停机时 换向阀处于中位 使液压泵卸荷 a b 攀枝花学院本科课程设计论文 拟定液压系统图 9 图 4 2 快速和换向回路 4 1 3 压力控制回路 为了防止垂直放置的液压缸中的压头在下降过程中由于重力而出现速度失 控现象 故选用平衡回路 即在液压缸的回油路上设置一个内控单向顺序阀 调压回路采用变量泵调压回路 4 2 液压系统合成 根据以上选择的液压基本回路 合成为图 4 2 所示的定量泵 回油路节流 调速液压系统图 图 4 3 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 攀枝花学院本科课程设计论文 选择液压元件 10 5 5 选择液压元件选择液压元件 5 1 选择液压泵和驱动电机 液压泵的最大工作压力必须大于等于液压执行元件最大工作压力及进油路 上总压力损失这两者之和 液压执行元件的最大工作压力可从工况图中找到 而进油路的总压力损失可按经验从表 5 1 中选择 考虑到在最大工作压力出现 在加压折弯阶段快结束时 此时液压缸的输入流量较小 故取泵至液压缸间的 进油路总压力损失故取为 MPaP8 0 表 5 1 进油总压力损失经验值 系统结构情况总压力损失 1 pMPa 一般节流阀调速及管路简单的 系统 0 2 0 5 进油路有调速阀及管路复杂的 系统 0 5 1 5 5 1 MPapPPB02 238 022 22 max 液压泵的最大供油量按液压缸最大输入流量 7 2L min 计算 取液 B Q 压系统的泄漏系数 K 1 2 则液压泵的最大流量 5 2 min 64 82 72 1 max LQKQ iB 根据以上计算结果查阅 机械设计手册 表 17 5 40 选用规格为 10MCY14 1B 的压力补偿变量型轴向柱塞泵 其额定压力 P 32MPa 排量为 10mL r 额定转速为 1500r min 流量为 q 15L min 由于液压缸快退时输入功率最大 这时液压缸的工作压力为 22 22 0 8 23 02MPa 流量为 取泵的总效率 则液压泵61 8 8 62 1 0 85 的驱动电机所要的功率为 根据此数据按 KW qp p pp 88 3 85 0 60 61 8 02 23 60 选取 Y112M 4 型电动机 其额定功率 P 4 0KW 额定转速 1440r 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min 4 14min 1440 10LrrmLnVqt 攀枝花学院本科课程设计论文 选择液压元件 11 8 64L min 满足使用要求 5 25 2 阀类元件及辅助元件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 5 2 表 5 2 序 号 元件名称额定压 力 Pa 额定流量 L min 型号及规格说明 1变量泵321510MCY14 1B额定转速 1500r min 驱动电机功率为 3 0KW 2溢流阀 调压 0 5 32 40Y2 H 10L通径 10mm 3三位四通换向阀281634D 6通径 6mm 4 单向调速阀最大工 作压力 32MPa 25QA H8最小稳定流量 2 L min 5单向阀开启 0 04MPa 40C2G 805 3 8通径 10mm 6压力继电器2 5HED20 7 调速阀 31 2FRM5 5 35 3 油管元件油管元件 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 由下表中数值说明液压缸压制 快退速度 与 2 v 3 v 设计要求相近 这表明所选液压泵的型号 规格是适宜的 流量 速度 快进压制快退 输入 流量 L mi n 1112 p qAqAA 76 22 19 61 8 24 50 5 0 1 q61 8 1 p qq 排出 流量 L mi n 61 8 1122 AqAq18 0 1122 AqAq27 3 1122 AqAq 运动 速度 m mi n 75 2 10 1924 50 1061 8 4 3 211 AAqv p1 0 112 Aqv5 4 213 Aqv 攀枝花学院本科课程设计论文 选择液压元件 12 表 5 3 液压缸在各个阶段的进出流量 攀枝花学院本科课程设计论文 液压系统性能验算 13 由表中数值可知 当油液在压力管中速度取 3m min 时 按教材 P177 式 7 9 算得 2 q d v 液压缸进油路油管内径 mmvqd69 12 60103 1076 22 2 2 3 6 进 液压缸回油路管内径 mmvqd81 7 60103 1061 8 2 2 3 6 回 这两根油管参照 GB T14976 进油管选用内径 外径 回油mm12 mm18 管选用内径 外径的无缝钢管 mm8 mm14 5 4 油箱容积计算 由教材式 7 8 计算有效容积 V 取系数 12 8 61L min 但应考 p q 虑油箱内散热条件 由相关资料查得油箱顶面应高出油液高度 10 所以油箱 的内体积应为 LqV p 1 8661 810 LV 6 9511 1 1 86 按 JB T7938 1999 规定容积取标准值 可取油箱的容积 LV100 5 5 过滤器的选取 液压泵吸油口需装粗滤油器 选用 XU 16 100J 线隙式 100进口滤油器 m 流量 Q 16l min 6 6 液压系统性能验算液压系统性能验算 6 16 1 压力损失和调定压力确定压力损失和调定压力确定 回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行 必须知道管道的长度和直 径 管道直径按选定元件的接口尺寸确定 即 d 12mm 长度在管道布置图未完 成前暂按进油管 回油管均为 L 2m 估算 油液运动粘度取 42 1 5 10 ms 在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失 6 1 1 沿程压力损失 攀枝花学院本科课程设计论文 液压系统性能验算 14 由上可得出进油路中的速度首先判别进smv 26 1 101225 0 60 1061 8 62 3 油管液流状态 由于雷诺数 232096 105 1 101226 1 43 vdRe 故为层流 则进油路的沿层压力损失 a l P q d l p 4 124 34 4 1051 0 1012 21061 8105 1128 128 1 6 1 2 局部压力损失局部压力损失 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 rr qq 和 r q 算得小于原估算值 0 5MPa 所以 2 r r q pp q MPap164 0 15 61 8 5 0 2 是安全的 同理快进时回油路上的流量则回油管27 3 1122 AqAq 路中的速度 smv 08 1 10825 0 60 1027 3 62 3 由此可以计算出 故也为层流 23206 57 105 1 10808 1 43 vdRe 所以回油路上的沿程压力损失为 a l P q d l p 4 124 34 4 1097 0 108 21027 3 105 1128 128 2 由上面的计算所得求出 总的压力损失 pa p A A pp ll 87007 910 24 50 19 101 5 33 1 2 21 攀枝花学院本科课程设计论文 液压系统性能验算 15 6 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MPapAFpp35 0 8700 10 4 502 67 17166 4 1 该取 0 35MPa 为好 溢流阀的调定压力值应大于卸荷阀的调定压力值 0 3 0 5MPa 所以取溢流阀的调定压力值为 0 8MPa 背压阀的调定压力以平衡 板料折变机的自重 即 MPap8 71019 105 1A F 4 4 2 背 6 26 2 油液温升的计算油液温升的计算 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 6 2 16 2 1 快进时液压缸的发热量快进时液压缸的发热量 快进时液压缸的有效功率为 KWWFvp0052 0 2 5025 0 208 0 泵的输出功率为 KWW pq Pi00588 0 88 5 85 0 60 102 741666 3 因此快进液压系统的发热量为 KWPPH ii 00068 0 0052 0 00588 0 0 6 2 26 2 2 快退时液压缸的发热量快退时液压缸的发热量 快退时液压缸的有效功率为 KWFvp03 1 06 0 1072 1 4 0 泵的输出功率为 KW pq Pi2 1 85 0 60 108 61003 9 36 快退时液压系统的发热量为 KWPPH ii 17 0 03 1 2 1 0 6 2 36 2 3 压制时液压缸的发热量压制时液压缸的发热量 攀枝花学院本科课程设计论文 液压系统性能验算 16 压制时液压缸的有效功率为 KWFvp44 1 013 01011 11 4 0 泵的输出功率KW pq Pi57 1 85 0 60 106 31022 22 36 因此压制时液压系统的发热量为 KWPPH ii 13 0 44 1 57 1 0 总的发热量为KWHi301 0 13 0 17 0 00068 0 按教材式 11 2 求出油液温升近似值 5 1410 71 94 301 0 10 3 32 3 32 V H T i 温升没有超出允许范围 液压系统中不需要设置冷却器 6 36 3 系统发热量的计算系统发热量的计算 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 KWH301 0 6 3 16 3 1 散热量的计算散热量的计算 当忽略系统中其他地方的散热 只考虑油箱散热时 显然系统的总发热功 率 H 全部由油箱来考虑 这时油箱散热面积 A 的计算公式为 H A K t A 式中 A 油箱的散热面积 2 m H 油箱需要的散热功率 W 油温 一般以考虑 与周围环境温度的温差tA55 C K 散热系数 与油箱周围通风条件的好坏而不同 通风很差时 K 8 9 良好时 K 15 17 5 风扇强行冷却时 K 20 23 强迫水冷时 K 110 175 所以油箱散热面积 A 为 2 22 1 5 1417 301 m tK H A 攀枝花学院本科课程设计论文 油箱设计 17 7 油箱的设计 由前面计算可知 油箱取标准容积为 100L 且选择开式油箱 考虑到油箱 的整体美观大方 将其设计成为带支撑脚的长方体形油箱 所以其长 宽 高尺 寸均按国家规格选取 其外形图如图 5 所示 液 位 计 注油器 清 洗 孔 个固定孔 离地 间隙 图 7 1 油箱外形图 根据有关手册及资料初步确定其外形尺寸为如表 7 1 所示 表 7 1 油箱的轮廓参数 公称 容量 B1B2L1L2H 近似 油深 固定 孔径 最小 壁厚 100L460mm360mm633mm393mm410mm350mm14mm3mm 基于上表中数据设计油箱如下 7 1 壁厚 箱顶及箱顶元件的设计 由表中数据分析可采取钢板焊接而成 故取油箱的壁厚为 并 3mm 采用将液压泵安装在油箱的上表面的方式 故上表面应比其壁要厚 同时为避 免产生振动 则顶扳的厚度应为壁厚的 4 倍以上 所以取 并在液压泵与箱顶之间设置隔振垫 55 315mm 顶 攀枝花学院本科课程设计论文 油箱设计 18 在箱顶设置回油管 泄油管 吸油管 通气器并附带注油口 即取下通气 帽时便可以进行注油 当放回通气帽地就构成通气过滤器 其注油过滤器的滤 网的网眼小于 过流量应大于 20L min 另外 由于要将液压泵安装在 250 m 油箱的顶部 为了防止污物落入油箱内 在油箱顶部的各螺纹孔均采用盲孔形 式 其具体结构见油箱的结构图 7 2 箱壁 清洗孔 吊耳 液位计的设计 在此次设计中采用箱顶与箱壁为不可拆的连接方式 由于油箱的体积也相 对不大 采用在油箱壁上开设一个清洗孔 在法兰盖板中配以可重复使用的弹 性密封件 法兰盖板的结构尺寸根据油箱的外形尺寸按标准选取 具体尺寸见 法兰盖板的零件结构图 此处不再着详细的叙述 为了便于油箱的搬运 在油 箱的四角上焊接四个圆柱形吊耳 吊耳的结构尺寸参考同类规格的油箱选取 在油箱的箱体另一重要装置即是液位计了 通过液位计我们可以随时了解 油箱中的油量 同时选择带温度计的液位计 我们还可以检测油箱中油液的温 度 以保证机械系统的最佳供油 将它设计在靠近注油孔的附近以便在注油时 观察油箱内的油量 7 3 箱底 放油塞及支架的设计 在油箱的底设置放油塞 可以方便油箱的清洗和换油 所以将放油塞设置 在油箱底倾斜的最低处 同时 为了更好地促使油箱内的沉积物聚积到油箱的 最低点 油箱的倾斜坡度应为 在油箱的底部 为了便于放油和 1 25 1 20 搬运方便 在底部设置支脚 支脚距地面的距离为 150mm 并设置加强筋以增 加其刚度 在支脚设地脚螺钉用的固定 7 4 油箱内隔板及除气网的设置