弯边装置液压系统设计 精品.doc

弯边装置液压系统设计第1章 绪论本次设计是根据国家教委及哈尔滨理工大学的规定所完成的大学本科学生设计，它是培养我们综合提炼知识、独立思考和科学工作方法的过程。我所进行的课题为弯边装置液压系统设计，主要是泵站的设计，它属于液压传动范畴。1.1 弯边装置液压系统 我国的液压工业开展于本世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻造设备，后来才用于工程机械。自1946年从国外引进一些液压元件生产技术，同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压元件已从低压到高压形成系列化，在各种机械上的得到广泛应用。液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，由于要使用原油炼制品作为传动介质，近代液压传动和汽车及飞机一样，是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的。本世纪60年代后原子能技术、空间技术和计算机技术的发展将液压技术推向前进，是它发展成包括传动、控制、监测在内的一门完整的自动化技术。是它在国民经济中各个方面得到应用。它采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、低噪声及经久耐用、高集成化等各方面都取得了重大进展，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辅助设计、计算机仿真和优化及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著成绩。液压传动是以液体为介质来传递动力的，它是用液体的压力能来传递动力，它于利用液体动能液压传动是不同的，因此，液压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下工作的，因此，液压传动与液压控制常难以分开。液压传动主要由以下四部分组成：1. 能源装置：把机械能转变成油液的压力能的装置，最常见的形势是压力泵。2. 控制调节装置：对系统中油液的压力、流量或流动方向进行控制或调解的装置。3. 执行装置：把油压的压力能转变成机械能的装置。4. 辅助装置：上述三部分以外的其它装置，如油箱、滤油器等。液压传动有许多优点：在同体积下，液压装置比电器装置产生更多的动力；液压装置工作比较平稳，能在大范围内实现无级变速；液压传动易于自动化，易于实现过载保护。液压元件已实现了标准化、系列化、通用化，并且用液压传动来实现直线运动比机械传动简单。基于以上优点，本弯边机采用液压传动。当然，液压传动也存在一些缺点，比如：液压传动不能保证严格的传动比，其工作过程常有较多的能量损失，液压传动对温度变化也比较敏感等。总的来说，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服，并在各种机械设备上得到更加广泛的应用。第2章 总体方案设计弯边装置液压系统设计主要是以液压控制原理为指导，要选择合理的控制方案和合适的元件参数。本章是整个课题的理论部分，是后几章设计计算的基础，是课题的成功的关键。2.1 方案设想弯边装置属于冲压机械设备，冲压是一种独立的金属加工形式，它包括很多不产生切屑的特性工艺过程。就所加工的材料来说，主要是金属板料。冷冲压是最先进的生产工艺方法之一，与其它金属加工方法相比，不论在技术方面或经济方面都有许多优点。根据冲压机械的冲压形式，每部机械又具有机械式、液压式和气动式这三种形式。现对这三种形式进行论述：1. 机械式冲压结构复杂、笨重；噪声大；不宜精确控制，加工精度不高；费事，费力，效率低。2. 液压式冲压从结构看，元件单位重量传递的功率大，结构简单，布局灵活，便于和其它传动方式连用，易于实现自动控制；从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽；从使用维护上看，元件的自润滑性好，能实现系统的过载保护及保压，使用寿命长，元件易于实现系列化、标准化；运动平稳可靠。3. 气动式冲压优点：工作介质是空气，来源方便，使用后直接排到大气，泄露不造成污染。黏度小，管路流动压力小，适于远距离输送和集体供气，系统简单。压缩空气在管中的流速快，可直接利用气压信号实现系统的自动控制，完成各种复杂的操作。易于实现快速直线运动、摆动和高速转动，调速方便，与机械传动相比易于布局及操作。气动元件结构简单，适合标准化、系列化，易与控制。工作环境适应性好，工作安全可靠。缺点：空气有可压缩性，载荷变化时，传递动力不够平稳，均匀。工作压力不能太高，传动效率低，不宜获得很大的力和力矩。有较大的排气噪声。根据以上的分析，并考虑本机器的特点，现拟采用液压冲压形式的设计方案。2.2 方案设计从所提供的机器的工作方案可知，总体设计方案主要包括如下几个部分运动过程：接料压料定位竖直弯边冲压水平弯边冲压水平弯边冲压部件缩回竖直弯边冲压部件缩回压料块脱离定位模具放松缩小落料完成以上动作主要包括以下几部分结构：接料装置定位装置竖直弯边部件水平弯边部件床身部件（驱动部件）床身1. 压紧竖直弯边设计（1） 原料落在模具上之后，由压料装置和定位装置完成原料的定位和压紧之后，进行次工位门板的第一次弯曲，据此，设计时主要考虑一下几个方面：将压料和弯曲件组成一个统一的部件，且将压料和弯曲运动连成一个连续的运动，这样做具有省工、省时、结构及操作简单等优点；压料及弯边部件的拖动由两个液压缸完成；设计校正装置，以避免加工失误产生废品及节省原料、工时。（2） 这部分结构的主要作用是压料和进行第一次冲压弯曲，其运动要求主要由以下过程实现：压紧滑块由两个吊环螺钉悬吊在部件上，当门板有原料落在，此压紧部件下降，压紧滑块压在板料上，部件继续下降，通过支撑部件、挡盘，由液压缸提供所允许的压力，来完成对门板原料的固定定位；压料完成后，部件继续下降，在下降到一定高度处，由滑架组件上的冲压板完成第一次弯曲，即竖边弯曲；整个部件的升降运动由部件顶部的两个液压缸拖动，为保证整个部件的运动平衡，组件侧面有两个齿轮，由齿条的啮合运动来调节。2. 立柱部件设计（1） 由于两次弯曲是由同一部机器完成的，是连续的，故压料装置仍保持不动，以保证原料的定位、固定，设计时主要考虑一下几个方面：将第一次弯曲件与床身立柱组成统一部件。第二次弯曲部件的拖动由单独的油缸完成。第一次弯曲及压料组成的部件由床身、立柱支撑带动。将模具及拖动油缸也固定在床身立柱上。床身设计成对称的，左右各一个。床身立柱与床身接触面采用滑板的形式，使床身立柱能在床身上滑动，从而调节两立柱间距，完成加工不同规格的门板的要求。床身立柱的滑动由驱动部件来完成。（2） 这部分结构的主要作用是：支撑压紧竖直弯边部件，第二次冲压部件及模具部件。安装部件的动力油缸。安装滑道，使立柱在床身上移动，以满足生产不同规格的门板的要求。（3） 该部件的运动情况如下所述：部件在床身上滑到要求位置，由床身上的挡板挡住，立柱停止滑动；立柱上端有一液压缸，拖动压紧竖直弯边部件，完成门板的第一次弯曲；第一次弯曲完毕，压紧竖直弯边部件及模具部件静止不动，由二次弯曲部件完成二次弯边；立柱的移动由立柱上的螺母与驱动部件上的螺杆形成的螺旋运动完成的；各部件的润滑装置也设在立柱上。3. 床身部件设计此部件的设计是对整部机器进行支撑、固定。床身部件的成型方式可采用铸造和焊接两种方案。采用强度和刚度较好的A3钢作为部件材料。床身上表面设有滑块和垫板，与立柱滑板相啮合。部件两端安装驱动部件。床身上表面的中间部分设置有接料装置。床身内腔多加工网络板，以加强刚度及强度。4. 铸造件的特点（1） 优点：可形成具有复杂内腔的箱体；适应性广，工业上常用的金属材料如碳素钢、石墨钢、铸铁、青铜、黄铜、铝合金等都可用于铸造；原料来源广泛，价格低廉；铸件的形状和尺寸与要求的形状和尺寸非常的接近。（2） 缺点：1) 金属材料的铸件机械性能不如铸件高。2) 铸件笨重增加床身的重量。3) 铸件组织粗大，内部常有缩孔、缩松、气孔、砂眼等缺陷。4) 铸件工序多，工艺复杂。5) 一些工艺过程难以精确的控制，废品率高。5. 焊接件的特点（1） 节省材料工时。（2） 能化大为小，拼小成大。（3） 能生产较为复杂的设备。（4） 加工设备简单，重量轻，操作简单，生产率高。（5） 焊接件能满较高的强度要求。分析比较以上两种方案，并综合考虑本机器床身的作用及要求，决定采用焊接件方法来加工床身部件。6. 冲压模具部件设计接料装置作用及结构简单，在此不做评述。门板原料由接料装置落下后，与其直接相连的部分是模具部分，故先从模具部分考虑：（1） 根据门板的加工工艺要求，模具必须有精确的尺寸、形状、强度及光洁度等工艺要求，故在设计时需要精确的确定模具的尺寸、形状及技术要求，选用较高的强度材料作为模具原料。（2） 由于在此工位加工不同规格的门板，故模具自身形状、尺寸、运动要求可调，可采用凸凹槽式滑道及不同形式的零件、组件等组装而成，完成上述要求。第3章 工作要求及参数1.2.3.3.1 工作要求1. 此弯边装置将0.5mm厚的钢板完成“”形。2. 接料（由气缸完成）放到模具上开模(0.5s）竖直弯边(4s)水平弯边(3s)水平弯边缸缩回(2s)竖直弯边缸缩回(3s)定位模合拢闭模(0.7s)3. 定位模移动时，只需要克服摩擦力，G定位模自重。4. 在竖直弯边和水平弯边时应压紧工件，压紧力恒定。3.2 参数1. 水平弯边缸与竖直弯边缸的行程均为90cm，定位模缸的行程为70cm。2. 弯边力按公式3-1计算： （3-1）式中 为安全系数，=1.3；B为弯曲件宽度，B=（640-502）mm；为弯曲件厚度，=0.5mm；为材料的强度极限，=47kg/mm2；为弯曲件的内弯曲半径，=0.9-1.4。 第4章 液压传动系统的设计与计算 对液压系统的工作要求是设计液压系统的依据。首先必须对机器的结构、工作情况、工艺要求、技术特性进行充分的了解和详细的分析。上两章已经做出了判断分析。2344.1 初步拟定液压系统图拟定液压系统图就是灵活运用各种基本回路和常用回路定出实现工作机构要求的液压系统工作原理图。它是整个液压系统设计的重要的一步，它于作用原理和结构组成具体体现在设计任务中提出的各项要求。拟定液压系统原理图包括两项内容：通过分析对比选择合理的液压回路；把选出来的液压回路组成液压系统图。1)2)3)4)4.14.1.1 液压回路的选择液压回路的选择是根据所给的各项要求和执行元件的工况图来进行的。选择回路时既要考虑调速、调压、换向、顺序动作及动作互锁等要求，又要考虑节省能源，减少发热、冲击，保证动作精度等问题。按循环形式的不同，系统可分为闭式和开式两种，两种系统的比较见表4-1。表 4-1 开、闭式系统之比较循环形式开 式闭 式适应工况一般均能适应。泵可向多个液压执行元件供油限于要求换向平稳、换向速度高的一部分容积调速系统。一般一个泵只向一个液压执行器供油抗污染能力较差，可采用压力油箱来改善较好，但油液过滤要求较高散热较方便，但油箱较大较复杂，需用辅助泵换油冷却效率及管路损失一般用节流调速效率低，管路损失较大用容积调速时，效率较高，管路损失较小根据机器的主要要求，采用开式系统。4.1.2 液压主回路的选择拟定主回路时，按照及其的工作要求直线运动、速度要求比较平稳、负载变化大、行程中变速，根据资料1，表29-2 液压主回路的选择，可以得出，主油路采用容积调速回路较为适宜。两次弯边靠液压，竖直弯边缸返回须克服自重，且行程均为100mm，为了便于加工，竖直弯边缸、水平弯边缸拟用单杆活塞缸。由于压料及弯曲件的拖动由一个液压缸来完成，故保压缸亦采用单杆活塞缸。为统一起见，定位模缸也采用单杆活塞缸。1. 拟定液压系统原理图还应考虑以下几个问题：（1） 组合基本回路时，要注意防止回路间的相互干扰，以保证机器实现正常的工作循环。（2） 从实际出发，尽量采用有互换性的标准液压元件。（3） 系统应力求简单可靠，避免存在多余的回路。（4） 防止液压冲击。（5） 提高系统的工作效率，防止系统发热。2. 具体拟定如下：（1） 要保证整个工作过程是自动完成的，可通过电器元件控制电磁换向阀。拟定：竖直弯边缸、水平弯边缸、定位模缸的进出口均采用电磁换向阀，为方便起见，采用“O” 型换向阀。（2） 为实现行程中变速，且速度要求较平稳，采用限压式变量泵。（3） 由于环境较差，可采用闭式油箱及其所属部件。（4） 为实现保压，在保压缸的进出口处拟用双向减压阀。（5） 为安全、保险和连锁起见，表入响应的阀和位置，见液压系统原理图，如图 4-1 所示。液压系统的动作循环表见表 4-2 所示。4.2 液压系统设计计算 4.24.2.1 液压元件的选择和计算 计算的目的是确定系统的工作压力和流量等主要参数，从而确定系统中各元件应具备的参数值，并据这些参数值进行液压件的选择和非标准液压件的设计。图4-1 液压系统原理图表 4-2 液压系统的动作循环动作名称电磁铁号换向阀位置液压缸状态1DT2DT3DT4DT阀A阀B阀C竖直弯边缸水平弯边缸定位模缸开模右位右位右位停止停止开模竖弯边缸弯边，保压缸保压左位右位右位弯边停止停止水平弯边缸弯边右位左位右位停止弯边停止水平弯边缸缩回右位右位右位停止缩回停止竖弯边缸缩回，保压缸缩回右位右位右位缩回停止停止收模右位右位左位停止停止闭模4.2.1.1 液压缸的外负载 1. 竖弯边力由设计参数公式4-1： （4-1）来确定计算各个弯边力。2. 最小弯曲半径的确定弯曲半径的最小弯曲半径应符合材料的塑性，不可使其发生裂缝，因此最小的弯曲半径应根据外边纤维的许可极限弯曲来确定，弯曲件的圆角半径不宜过大或过小。过大时因受弹性恢复的影响，弯曲件的精度不易保证；过小时弯曲件容易发生裂变。取 式中 为板料厚度。mm最小许可半径弯曲半径仅在结构上绝对需要时采用，在所有其它情况下，应采取较大的弯曲半径。根据设计参数，这里取 =1.2mm。求得：确定压料力式中 为材料在冲压行程结束时的自对弯曲力。=所以：N由于压料及弯曲件的拖动（竖直弯边）由一个液压缸完成，故：3. 水平弯边力4. 定位模缸外负载其中： 由装配图可知 5. 保压缸的外负载4.2.1.2 液压缸的有效面积 按照负载选择液压缸的直径（类比法）mm mm mm mm4.2.1.3 液压系统的工作压力 取 =0.9MPa4.2.1.4 液压执行器所需流量 1. 确定活塞杆径根据表31-，由确定的液压缸的伸缩所需要的时间可知，且本系统的工作压力，由系统工作压力及油缸往复运动时的速度比按公式4-2确定活塞杆径。 （4-2）式中 为活塞的有效面积；为缸径；为活塞杆端有效面积；为活塞杆直径。所以：竖直弯边缸的活塞杆径： mm水平弯边缸的活塞杆径： mm定位模缸的活塞杆径： mm保压缸的活塞杆径： mm2. 液压缸的流量计算（1） 竖直弯边缸：1） 弯边 ml/s2） 缩回 ml/s（2） 水平弯边缸：1） 弯边 ml/s2） 缩回 ml/s（3） 定位模缸：1） 闭模 ml/s2） 开模 ml/s4.2.1.5 液压缸的返回工作压力 1. 竖直弯边缸的返回工作压力由部件图可知，竖直弯边缸返回时的负载 N，缸的有效面积m2MPa2. 水平弯边缸的返回工作压力由部件图可知，水平弯边缸返回时的负载 N，缸的有效面积m2MPa3. 定位模缸的返回工作压力由部件图可知，定位模缸返回时的负载 N，缸的有效面积m2MPa4. 保压缸的返回工作压力由部件图可知，保压缸返回时的负载 N，缸的有效面积m2MPa4.2.1.6 油泵的规格油泵的压力、流量的计算及油泵规格的选择见表 4-3 。HT系列恒压变量柱塞泵为通用式轴向柱塞泵。具有结构简单、强度高、体积小、重量轻、工作压力高、转速高、效率高等优点。它具有一个压力反馈装置，在额定压力范围内可任意调定其输出压力并保持恒定；又可在额定流量范围内，任意调定其输出的最大流量。故在液压传动系统中它具有超压保护的能力，在液压伺服系统中，让可作为电液伺服阀的恒压能源，并在恒压状态下，随负载的需要而提供不同的流量。由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，容易得到高精度的配合，所以这类泵的特点是：泄漏少，容积效率高，可以在高压下工作。但它的缺点是对油液的污染较为敏感，流量脉冲1-5%。表 4-3 油泵的压力、流量的计算及规格选择项目计算式结果说明油泵的工作压力4.0MPa液压执行器的最