液压课程设计说明书

1、液压与气压传动课程设计说明书班级：10级机械国内班姓名：郭腾飞学号：100154661成绩:题目：板料折弯机液压系统设计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（折弯） 、快速返回。给定的 条件为：折弯力 ；1.1 106 N滑块重量 1.2 104 N ；快速空载下降行程 180mm速度（ v1 ）23mm/s；工作下压（折弯）行程 20mm速度（ v2 ）12mm/s；快速回程行程 200mm速度（ v3 ）53mm/s液压缸采用 V 型密封圈，其机械效率ncm0.91，启动、制动、增速、减速时间均为 0.2s 。要求拟定液压系统原理

2、图，计算选择液压元件 并对系统性能进行验算。（注：折板时压头上的工作负载可分为两个阶段。 第一阶段负载力缓慢增加，达到最大折弯力的5%左右，其行程为15mm第二阶段负载 力急剧上升到最大折弯力，其上升规律近似于线性。 ）主要内容：1 、液压系统设计要求工况分析2、负载与运动分析3、确定液压系统主要参数4、拟定液压系统原理图目录摘要1 任务分析1.1 技术要求1.2 任务分析2 方案的确定2.1 运动情况分析3 负载与运动分析4 负载图和速度图的绘制5 液压缸主要参数的确定6 系统液压图的拟定7 压元件的选择7.1 液压泵的选择7.2 阀类元件及辅助元件7.3 油管元件7.4 油箱的容积计算7.

3、5 油箱的长宽高确7.6 油箱地面倾斜度7.7 吸油管和过滤器之间管接头的选择7.8 过滤器的选取7.9 堵塞的选取7.10 空气过滤器的选取7.11 液位 / 温度计的选取8 液压系统性能的运算8.1 压力损失和调定压力的确定8.1.1 沿程压力损失8.1.2 局部压力损失8.1.3 压力阀的调定值计算8.2 油液温升的计算快进时液压系统的发热量8.2.2 快退时液压缸的发热量8.2.3 压制时液压缸的发热量8.3 油箱的设计系统发热量的计算8.3.2 散热量的计算9 参考文献1任务分析1.1技术要求其工作循设计制造一台立式板料折弯机, 环为：快速下降、慢速加压（折弯）该机压头的上下运动用液

4、压传动,、快速退回。给定条件为：折弯力1.2104N1.1106N快速空载下降行程180mm速度(W）23mm/ s工作下压（折弯）行程20mm速度(V2)12mm/ s快速回程行程200mm速度(V3)53mm/ s滑块重量1.2任务分析根据滑块重量为1.2104N,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、制动时间为毗0.2s。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（180mm ,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

5、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

6、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 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。

7、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

8、、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

9、最小的。考虑到最大折弯力为1. 1106n,故选泵缸开式容积调速回路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：快速下降一慢速下压（折弯）快速退回。主要性能参数与性能要求如下：折弯力 F=1.1106N;板料折弯机的滑块重量G=1. 2 104N;快速空载下降速度w 23mm/s=0.023m/s，工作下压速度 v 12mm/s 0.012mm/s，快速回程速度 v3 53mm/s 0.053m/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 20mm 0.02m，板料折弯机快速回程：H=200mm=0.2m启动制动时间t 0.2s，液压系

10、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cm0.91。由式Fm式中m 工作部件总质量v 快进或快退速度求得惯性负载F rr下vGm?-tgv t1.2 1042 3141N0.29. 8再求得阻力负载静摩擦阻力Fsf0.21.2 1042400N动摩擦阻力Ffd0. 11. 2 1041200N表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F Fsf24002637加速FFfdFm13411474快进F Ffd12001319工进F Ffd F11012001210110快退F Ffd12001319t 运动的加速、减速时间注：液压缸的机械效率

11、取cm0.914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 23mm/ s , v2 12mm/ s, v3 53mm/s , L1 180mm , L220mm,快速 回程200m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 110KN时工 作压力R 30Mpa。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 n cm=0.91 o1210110c 0.044m20. 9130

12、106液压缸内径：D4 A40.0440.237m237mmcmP1参考1，按 GB/T2348-80,取标准值 D=250mm=25cm根据快速下降与快速上升进的速度比确定活塞杆直径d:d:V快上V快下D2D2 d252232.30d 187.9mm 18.79cm取标准值d=180mm=18cm4则：无杆腔实际有效面积A有杆腔实际有效面积AD2252490. 87cm244-(D2 d2)4-(252 182)236.4cm24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工作阶段计算公式负载F/N工作腔压力p/Ra输入流量/ L / min快 速 下 降启动

13、R A m ; q 呐A1 cm1413156.567.7等 速00-工作下压（折弯）F2A； q2V2A1A1 cm121011027.09 10635.30快 速 回 程启 动P3A； q3V3A2A2 cm26370.1 106等 速14740.069 10675.2制动13190.06 106快速 下降启动5pq3156.5(67. 710 3 / 60)3. 562W恒速pi0工作 下压（折 弯）p2p2q227.09 106 (35.310 3 / 60)15.94kw快速 回程启动p3p3q30. 1 106 (75.2 10 3 / 60)0. 125kw恒速p4p4q40.0

14、69 1 06 ( 75.2 1 0 3 / 60)0. 086kw制动p5p5q50.06 106 (75.2 10 3 / 60)0. 075kw图5.1液压缸的工况图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 :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 采用三位四通 Y 型电磁换向阀和二位二通电磁换向阀控制。 停机时

15、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压力过大，设置一个压力继电器

16、，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：*2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p115 . 94 Mpa，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 0.5MPa。所以泵的最高工作压力Pp 0. 515 . 9416 .

17、 44 Mpa。液压泵的最大供油量qp按液压缸最大输入流量(67.7L/min )计算，取泄漏系数 K=1.1,则 qp 1. 167. 774. 47L / min。根据以上计算结果查阅机械设计手册，选用规格为160*CY14-1B型斜轴 式轴向柱塞泵，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27.09 + 0.5=27.59MPa,流量为1. 135. 338. 83L / 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 也 址乞59 38兰20.

18、 99kw，60600. 85根据此数据按 JB/T9619-1999，选取 丫225M-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 74.47L/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7.1 0表7.1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 210

19、0r/mi n驱动电机功率为 35KW2溢流阀调压0.532160YF3-3-20B-C通径20mm3行程阀-YF3-3-20B-C4三位四通换向阀28160WEH10G通径10mm5单项顺序阀最大工作压力32MPa160HCT06L1qmax 160L/mi n（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2. 5HED209调速阀2FRM10-217.3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

20、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，规格是适宜的流量速度快进压制快退输入 流量L/minq (A qp)/(A A2)=615.44 47.52q143.2q1 qp91.08115615.44-361.1排出 流量L/minq2(A2 qJ/A361.1 115/615.4467.5q2(A2 qd / A361.1 43.2/615.4425.3q2 (A1 q1) / A2615.44 91.08/361.1155运动 速度 m/minV1 qp/(AA2)47.52 10 3V2 q1/A 1343.2 10

21、07V35 / A23491.08 10361.1 102.52(615.44 361.1) 10 41.9615.44表5.2液压缸在各个阶段的进出流量由表中数值可知，当油液在压力管中速度取5m/s时，按教材P177式（7-9）-30.018m 18mm液压缸进油路油管内径d进274.95 1°0液压缸回油路管内径d回 2374105600.017m 17mm;这两根油管选用参照液压系统设计简明手册D 34mm，内径d 25mm，回油路管的外径 DP111,进油管的外径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（631）qp ,由于液压机是高压

22、系统,11。所以油箱的容量qp1138. 83427. 13L，而 47.130. 8533.9L按JB/T7938-1999规定容积取标准值V 1000 L .宽为:2t (1600 2 4)mm1608mm高为:(h1200 4 4)mm (7704 200 4)mm 978mm7.6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：17.7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一4表23.9 66得其连接尺寸如下表:公称 压力MPa管子 内径dommD。Lmin卡套式管接头de公称尺寸极限偏差G(25)1818.5250.1053822表7.3单位：mm7

23、.5油箱的长宽高确定因为油箱的宽、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,770mn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200mm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AL 490.87 10 2 360 10 217. 7L当液压缸中油液注满时

24、，此时油箱中的液体体积达到最小为：V油 min 800 28.9 0.8 770L则油箱中油液的高度为：H1 770 1000心60 110) 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:l1 2t (1100 2 4)mm 1108mm7.8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过滤器 q泵入 2. 5( 67. 72.

25、5)L / min 169.25L / min查中国机械设计大典表42.7 7得，先取通用型WU系列网式吸油中过滤器:表7.4型号通径Mm公称流量L / min过滤精度mCXL-250 100502501007.9堵塞的选取考虑到钢板厚度只有 4mm加工螺纹孔不能太大，查机械设计手册表选 取外六角螺塞作为堵塞，详细尺寸见下表：表7.5dd1DeSLhbb1RC重量Kg基本尺 寸极限偏差M12 1.2510.222151300.244123311.00.0327.10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，即： q过滤器 2 qp 267.7L / min 135.

26、4L / min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：表7.6参数型号过 滤 注 油 口 径 mm注油 流量L/min空气 流量L/min油过 滤面 积L/minH1 mmH2 mmD1mmD2mmD3mm四只 螺钉 均布mm空气 进滤 精度mm油 过 滤 精 度mEF2-50323226527015458668296M6 140.105125注：油过滤精度可以根据用户的要求是可调的78.11液位/温度计的选取选取YWZ系列液位液温计，参照机械设计手册选用YWZ-150T型。考虑到钢板的刚度，将其按在偏左边的地方。液压系统性能的运算8.1 压

27、力损失和调定压力的确定快进时液压杆的速度由上述计算可知，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。V1374. 9104490.87101.53m/ s在进油管的速度qp374. 91022A 0. 2525210 66054 m /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 104m2/s，所以有Revd /2. 54 25 10 3 / 1. 0 10 4636. 12320，油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数75/ R 75/ 63610.12,沿程压力损失为。p1

28、l /d / 2 v20. 128902510 32. 5422.76104pa同理快进时回油路上的流量q2 9AA则回油管路中的速度v36.0710-3600.25252-6101.2m/s ;由此可以计算出Revd /1. 22510 31.010 4300 （300<2320,所以为层流）75瓦753000. 25,所以回油路上的沿程压力损失为228902p2l / d /2 v20.2541.222510 42由上面的计算所得求出：总的压力损失1.3105pa。0. 0276236. 4 / 490. 870. 130. 089M)a这与估算值有差异，应该计算出结果来确定系统中的

29、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1110110Pp0. 089490. 872. 5Mpa，所以卸荷阀的调定压力值应该取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pPr ()2算得小p0. 5( 74_9)20. 11 Mpa 于原估算值qr1600.5MPa,所以是安全的。失分别为qr和

30、qr ，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失qr，由74. 9236.4490 . 8736. 07 L / min2.92MPa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3.5MP&背压阀的调定压力以平衡板料折变机的自重，即 ppA 2. 3 104 / 236. 4 10 4pa0. 97MI3A8.2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。快进时液压系统的发热量快进时液压缸的有效功率为：p0Fv1410. 0233. 2430. 003243KW3考砧斗 厂 pq3156.5 67.7 10 / 60 小泵的输出功率为：p0. 00419CKW0. 85因此快进液压系统的发热