板料折弯机液压课程设计

1、板料折弯机液压课程设计 攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 任务分析 1 任务分析 1.1技术要求 设计制造一台立式板料折弯机，该机压头的上下运动用液压传动，其工作循环为：快速下降、慢速加压（折弯）、快速退回。给定条件为： 折弯力 1.75?106N 滑块重量 1.95?104N 快速空载下降 行程 175mm 速度（v1） 22mm/s 慢速下压（折弯） 行程 30mm 速度（v2） 12mm/s 快速回程 行程 205mm 速度（v3） 50mm/s 1.2任务分析 根据滑块重量为1.95?104N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

2、启动、制动时间为?t?0.2s。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（175mm）,故可选单 杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率?cm?0.91。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

3、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 1 攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 任务分析 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，滑块要产生下滑运动。所以油路要设计一个液控单

4、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。 2 2 方案的确定 攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 方案的确定 2.1运动情况分析 由折弯机的工作情况来看，其外负载和工作速度随着时间是不断变化的。所以设计液压回路时必须满足随负载和执行元件的速度不断变化的要求。因此可以选用变压式节流调速回路和容积式调速回路两种方式。 2.1.1变压式节流调速回路 节流调速的工作原理，是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量来调节其速度。变压式节流调速的工作压力随负载

5、而变，节流阀调节排回油箱的流量，从而对流入液压缸的的流量进行控制。其缺点：液压泵的损失对液压缸的工作速度有很大的影响。其机械特性较软，当负载增大到某值时候，活塞会停止运动， 低速时泵承载能力很差，变载下的运动平稳性都比较差，可使用比例阀、伺服阀等来调节其性能，但装置复杂、价格较贵。优点：在主油箱内，节流损失和发热量都比较小，且效率较高。宜在速度高、负载较大，负载变化不大、对平稳性要求不高的场合。 2.1.2容积调速回路 容积调速回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或马达的排量来改变执 件的运动速度。优点：在此回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件中，没有溢流损失和节流损失，而且工作压力随负载

6、的变化而变化，因此效率高、发热量小。当加大液压缸的有效工作面积，减小泵的泄露，都可以提高回路的速度刚性。 综合以上两种方案的优缺点比较，泵缸开式容积调速回路和变压式节流调回路相比较，其速度刚性和承载能力都比较好，调速范围也比较宽工作效率更高，发热却是最小的。考虑到最大折弯力为2.25?106N，故选泵缸开式容积调速回路。 3 攀枝花学院本科课程设计（论文） 3 负载与运动分析 3 负载与运动分析 要求设计的板料折弯机实现的工作循环是：快速下降弯) 慢速下压(折 快速退回。主要性能参数与性能要求如下：折弯力F?1.75?106N；板 料折弯机的滑块重量G?1.95?104N；快速空载下降速度 ，

7、工作下压速度 v2?12mm/s?0.012m/s，快速回程速度v3?50mm/s?0.05m/s，板料折弯机快 速空载下降行程L1?175mm=0.175m，板料折弯机工作下压行程 L2?30mm=0.03m，板料折弯机快速回程：H=205mm=0.205m；启动制动时间 ?t?0.2s，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 ?v ?cm?0.91。由式 Fm?m ?t 式中 m工作部件总质量 ?v快进或快退速度 ?t运动的加速、减速时间 ?vG?v1.95?1040.022 求得惯性负载 Fm下?m?219N ?tg?t9.80.2再求得阻力负载 静摩擦阻力 Fsf

8、?0.2?1.95?104?3900N 动摩擦阻力 Ffd?0.1?1.95?104?1950N 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F/?cm 起动 加速 快进 工进 快退 F?Fsf 3900 2169 1950 1751950 11950 4286 2384 2143 1925220 2143 F?Ffd?Fm F?Ffd F?Ffd?F F?Ffd 注:液压缸的机械效率取?cm?0.91 4 攀枝花学院本科课程设计（论文） 4 负载图和速度图的绘制 4 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v1?22m

9、m/s,v2?12mm/s,v3?50mm/s,L1?175mm,L2?30mm,快速回程L3? 205mm 图一 板料折弯机液压缸的负载图和速度图 a)负载图 b)速度图 5 攀枝花学院本科课程设计（论文） 5 液压缸主要参数的确定 5 液压缸主要参数的确定 由表11-2和表11-3可知，板料折弯机液压系统在最大负载约为193KN时工作压力P将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，滑块自1?30MPa。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。 A1? Fmax1925220 ?0.071m2 6 ?cm?p10.91?30?10 液压缸内

10、径： D? 4?A1 ? ? 4?0.071 ? ?0.3m?300mm 按GB/T2348-2001，取标准值D=320mm=32cm 根据快速下降与快速上升进的速度比确定活塞杆直径d: V快上D250 ?2?2.3?d?225.5mm?22.55cm 2 V快下D?d22取标准值d=220mm=22cm 4 则：无杆腔实际有效面积A1? 有杆腔实际有效面积A2? ? 4 D2? 2 ? 4 ?322?803.8cm2 ? ?D 4 ?d2? ? ? 4 ?322?222?424.1cm2 ? 液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见表5.1。 表5.1 各阶段的压力和流量 6 攀枝花学院

11、本科课程设计（论文） 5 液压缸主要参数的确定 液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表5.2 根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的工况图5.1： 7 攀枝花学院本科课程设计（论文） 5 液压缸主要参数的确定 图5.1 液压缸的工况图 8 攀枝花学院本科课程设计（论文） 6 系统液压图的拟定 6 系统液压图的拟定 考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用容积调速方式； （1）为满足速度的有极变化，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

12、通Y型电磁换向阀和二位二通电磁换向阀控制。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单向阀； （4）为了压制时保压，在无杆腔进油路上和有杆腔回油路上设置一个液控单向阀； （5）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使回油路有压力而不至于使速度失控； （6）为了使系统工作时压力恒定，在泵的出口设置一个溢流阀，来调定系统压力。由于本机采用接近开关控制，利用接近开关来切换换向阀的开与关以实行自动控制； （7）为使液压缸在压制时不至于

13、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： 9 攀枝花学院本科课程设计（论文） 6 系统液压图的拟定 图6.1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 10 攀枝花学院本科课程设计（论文） 7 液压元件的选择 7 液压元件的选择 7.1 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P1?26.3MP

14、a，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?P?0.5。所以泵的最高工作压力MPa Pp?0.5?26.3?26.8MP。a 液压泵的最大供油量qp按液压缸最大输入流量（106.1L/min）计算，取泄 漏系数K=1.1,则qp?1.1?106.1?116.71。 根据以上计算结果查阅机械设计手册表23.5-44，选用规格为A7V型斜轴式轴向柱塞泵，其额定压力P=35MPa，排量为80mL/r,额定转速为2100r/min，流量为q=112.5L/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26.3+0.5=26.8MPa，流量为1.1

15、?57.9?63.69L/min,取泵的总效率?0.85，则液压泵的驱动电机所要的功率为P?pp?qp 60?26.8?63.69?33.47KW， 60?0.85 根据此数据按JB/T9619-1999，选取Y225M-6型电动机，其额定功率P?35KW，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qt?n?V?2100r/min?60mL/r?126L/min，大于计算所需的流量116.71L/min，满足使用要求。 7.2 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

16、7.1。 11 攀枝花学院本科课程设计（论文） 7 液压元件的选择 7.3 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5.2，表中数值说明液压缸压制、快退速度v2, v3与设计要求相近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的。 12 攀枝花学院本科课程设计（论文） 7 液压元件的选择 表5.2 液压缸在各个阶段的进出流量 d2 v得由表中数值可知，当油液在压力管中速度取5m/s时，按q?Av? ?4 d?2 .8?10-3 液压缸进油路油管内径d进?2?0.

17、01196?11.96mm ?5?60 液压缸回油路管内径d回?2?0.008m?8mm； 这两根油管选用参照液压系统设计简明手册P111，进油管的外径 D?34mm，内径d?25mm，回油路管的外径D?32mm，内径d?20mm。 7.4油箱的容积计算 容量V(单位为L)计算按教材式(7-8) : V?qP，由于液压机是高压系统， ?11。 所以油箱的容量 V?qP?11?63.69?700.59L， 而 700.59?0.8?875.7L 按JB/T7938-1999规定容积取标准值V?1000L. 7.5油箱的长宽高确定 因为油箱的宽、高、长的比例范围是1：12：23，此处选择比例是1：

18、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 v缸?A1L?803.8?10?4?360?10?3?0.0289m3?28.9L 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： V油min?800?28.9?0.8?

19、770L 13 攀枝花学院本科课程设计（论文） 7 液压元件的选择 则油箱中油液的高度为：H1?770?1000/(160?110)?44cm 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：l?l1?2t?(1100?2?4)mm?1108mm 宽为：w?w1?2t?(1600?2?4)mm?1608mm 高为：h?(h?200?4?4)mm?(770?4?200?4)mm?97

20、8mm1 7.6油箱底面倾斜度 为了更好的清洗油箱，取油箱底面倾斜度为： 1 ? 7.7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4表23.966得其连接尺寸如下表： 7.8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 ： ?q?2.5?(63.69?2.5)L/min?159.2L/min q泵入过滤器 查中国机械设计大典表42.77得，先取通用型WU系列网式吸油中过滤器： 表7.4 14 攀枝花学院本科课程设计（论文） 7 液压元件的选择 7.9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

21、设计大典表42.7178选取外六角螺塞作为堵塞，详细尺寸见下表： 7.10空气过滤器的选取 按照空气过滤器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则， ?2?q?2?63.69L/min?127.4L/min 即： q p过滤器 选用EF系列液压空气过滤器，参照机械设计手册表23.8-95得，将其主要 参数列于下表： 7.11液位/温度计的选取 选取YWZ系列液位液温计，参照机械设计手册表23.8-98选用 YWZ-150T 型。考虑到钢板的刚度，将其按在偏左边的地方。 15 攀枝花学院本科课程设计（论文） 8 液压系统性能的运算 8 液压系统性能的运算 8.1 压力损失和调定压力的确定 由上述计算

22、可知，工进时油液流动速度较小，通过的流量为57.9L/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 134.8?10?3 v1?1.67m/s，此时油液在进油管的速度?4A1803.8?10qp 134.8?10?3 v?4.57m/s 2?6A0.25?25?10?60qp 8.1.1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200C时?1.0?10?4m2/s，所以有 Re?vd/?4.57?25?10?3/1?10?4?1142?2300 油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数?75/1142?0.066，若取进油和回

23、油的管路长均为2m，油液的密度为?890Kg/m3，则进油路上的沿程压力损失为?p?1?l/d?/2?v2?0.066?2890?4.572?4.91?105Pa。 ?425?102 8.1.2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qr和?qr，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失?qr，由 q?134.8?p?pr?()2算得?P?0.5?0.354MPa小于原估算值0.5MPa,所以?qr?160?2

24、是安全的。 同理快进时回油路上的流量q2?q1A2134.8?424.1?71.1L/min则回油管 A1803.8 16 攀枝花学院本科课程设计（论文） 8 液压系统性能的运算 71.1?10?3 路中的速度v?2.41m/s；由此可以计算出 60?0.25?252?10?6 751.38?25?10?3 （603<2300,所以为层流）; ?0.12,所Re?vd/?603Re1.0?10?4 以 回 油 路 上 的 沿 程 压 力 损 失 为 28902?p?2?l/d?/2?v2?0.12?2.41?0.248Pa。 ?425?102 由上面的计算所得求出：总的压力损失?p?p?

25、1?A2424.1?P?2?0.491?0.248?0.622MPa A1803.8 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。 8.1.3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pp?F1925220?p?0.622?3.02MPa，所以卸荷阀的调定压力值应该取A1803.8 3.02MPa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p背?F?1.95?104/424.

26、1?10?4Pa?0.46MPa A2 8.2 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。 8.2.1快进时液压系统的发热量 快进时液压缸的有效功率为：P0?Fv?219?0.022?4.82W?0.0048KW 2994?219?10?3/60泵的输出功率为：Pi?12.9W?0.0133KW ?0.85pq 因此快进液压系统的发热量为： Hi?PKW i?P0?0.0129?0.0048?0.0081 17 攀枝花学院本科课程设计（论文） 8 液压系统性能的运算 8.2.2 快退时液压缸的发热量 快退时液压缸的有效功率为：P?0.050?119.2W 0?Fv?2384 0.062?106?10?3/60泵的输出功率Pi?154.6W ?0.85pq 快退时液压系统的发热量为： Hi?Pi?P0?154.6?119.2?0.0354KW 8.2.3压制时液压缸的发热量 压制时液压缸的有效功率为：P0?Fv?1925220?0.012?23102.7W?23.103