液压课程设计—立式板料折弯机设计

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1、二、设计性能要求 欲设计制造一台立式板料折弯机，具滑块(压头)的上下运动拟采用液压传 动，要求通过电液控制实现的工作循环为：1.自动实现空载下降--慢速下压折弯 --快速退回的工作过程。2.压头下降时速度均匀。已知：折弯力 F 1000KN ; 滑块重力 G=15KN快速空载下降的速度 vi 23mm/s ,慢速下压折弯的速度 v2 12mm/s ,快速退回的速度v3 53mm/s ;快速空载下降行程L1 180mm ,慢 速下压折弯的行程L2 20mm,快速退回的行程L3 200mm;启动、制动时间均 为t 0.2s。要求用液压方式平衡滑块重量，以防自重下滑；压头导轨上的摩擦

2、力可以忽略不计。 三.设计内容 1.工况分析：(1)负载分析 折弯机滑块做上下直线往复运动，且行程较小(只有 200mm,故可选单杆 活塞液压缸作为执行元件(可以选择液压缸的机械效率 m 0.96)。 根据技术要求和已知参数对液压缸各工况外负载进行计算，其计算结果列 于下表1 工况 计算公式 外负裁/N 计算及说明 快进 启动 加速 F 外 ma平均 176N /八 __ G Vi 15000 0.023…… (1) F外——1 176N; g t 9.8 0.2 」为下行平均加速度0.115; t (2)由于忽略滑块导轨摩擦力，故快速 下降恒快进阶

3、段外负载为0; l G V2 15000 0.053 C一 (3) F外 2 405N ; g t 9.8 0.2 ’2为回程平均加速度0.265 m/s2 t (4)恒快退阶段因为要保持滑块重力且 匀西下降所以外负载力等于滑块重力 (5)减速制动阶段 为均="为减速平均 力口速度为0.265 包快 进 0 工进 5外=5折弯 1000KN 快退 启动 加速 F外 ma平均 G 15405 包快 退 F#=G 15000 减速 制动 F外 -ma平均 G 14595 表1液压缸外负载力分析计算结果 利用表1的计算数据，并在负载过渡段

4、做粗略的线性处理后便得到如图 1所示的  图1折弯机液压缸负载循环图 (2)运动分析：根据已知参数，各个工况持续时间近似计算结果见表 2 工况 时间/s 行程/mm 速度/mm/s 加速度/ mm/s2 启动阶段 0.2 2.3 115 快进阶段 7.826 180 23 工进阶段 1.667 20 12 快退阶段 3.774 200 53 制动阶段 0.2 5.3 265 表2折弯机各工况情况 利用表2中的计算数据，并在速度过渡段做粗略的线性处理后便得到如图 2所示 的折弯机液压缸速度循环图。

5、 2.确定液压缸参数 图2折弯机液压缸速度循环图 根据文献1表8-7表8-6 ,预选液压缸的设计压力P =24Mpa将液压缸的无 杆腔作为主工作腔，考虑到液压缸下行时，滑块自重采用液压式平衡，则可计算 出液压缸无杆腔的有效面积。 Ai Pi m 1000KN 2 6 0.043m 0.96 24 106 液压缸内径 D小 0.234m 234 mm 按 GB/T2348-1993,取标准值 D=250mm=25cm 根据快速下行和快速上升的速度比确定活塞杆直径 d V3 D2 V1 D2 d2 53 23 2.3 d 0.752D 0.752

6、 250 187.95mm,取标准值 d=180mm 液压缸的实际有效面积为 A - D2 — 252 490.625cm2 A2 RD2 4 4 d2) -(252 182) 236.285cm2 4 河北建筑工程学院课程设计计算说明书 那么液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见以下 表3 工作阶段 计算公式 F/N 工作腔压 力 P/Pa 轴入流星q / 3 c 1 / cm ?s _ 1 / L ?min 快进 启动 加速 n F外-A P1 A ;q A1V1 A m 176 3733.88 包快 进 0 0 1128

7、.44 67.76 工进 F外 P2 --;q Av2 A m 宿 2.12 107 588.75 35.325 快退 启动 加速 - F外 P3 ； q A2V3 A2 m 15405 0.68 106 包快 退 15000 0.66 106 1250.8 75.048 减速 制动 14595 0.64 106 表3液压缸工作循环中各阶段的压力和流量 循环中各阶段的功率计算如下。 快进（启动）阶段： P1 RU 3733.88 1128.44 10 6 4.21W 0.00421KW 快进（包快进）阶段：P1 0

8、工进阶段：P2 p2cb 2.12 107 588.75 10 6 12481.5W 12.482KW 快速度回程阶段，启动 P3 P3C3 0.68 106 1250.8 10 6 851.56W 0.852KW 恒速快退 P4 p4q4 0.66 106 1250.8 10 6 826.52W 0.827kW 减速制动 P5 p5q5 0.64 1 06 1 252.3 1 0 6 801.47W 0.801kW 3.编制工况图：根据以上分析与计算数据可绘出液压缸的工况图， 如下（功率 图3,流量图4,压力图5 ） 液压缸的功率图3 液压缸的流量图4

9、 液压缸的工作压力图5 4 .拟定液压系统图 考虑到折弯机工作时所需的输入功率较大，故可以采用容积调速方式。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，泵的输出流量减小，在最后 5mm的行程 内，使泵的流量减到零。当液压缸反向回程时，泵的输出流量恢复到全部流量。 液压缸的运动方向采用三位四

10、通 M型电液换向阀控制，液压缸停止工作时电液换 向阀处于中位，可以使液压泵卸荷。为防止压头在下降过程中由于自重而出现速 度失控现象，在液压缸无干腔回油路上设置一个内控单向顺序阀。 本机采用行程 控制，利用行程开关来切换电液换向阀， 以实现自动循环。综上拟定的折弯机液 压系统原理图如下所示。 折弯机液压系统原理图6 1---变量泵；2— 溢流阀3---压力表及其开关；4---单向阀；5---二包 四通电液换向阀；6---- 单向顺序阀；7---液压缸；8---过滤器 5 .液压元件选择 （一）液压泵 由液压缸的工况图，可以看到液压缸的最高工作压力出现在加压折弯阶段结束 时，p

11、i 21.2MPa 。此时缸的输入流量极小，且进油路元件较小，故变量液压泵 至液压缸间的进油路压力损失估取为 p 0.5MPa 。所以得泵的最高工作压力 Pp 21.2 0.5 21.7MPa 液压泵的最大供油流量qp按液压缸的最大输入流量(75.048L/min )进行估 算。取泄露系数 K=1.1,则 qp 1.1 75.048L/min 82.55L/min 根据以上计算结果查阅手册或产品样本，选用规格相近的选取 63YCY14-1EE力 补偿变量型斜盘式轴向柱塞泵，具额定压力 32MPa排量为63mL/r,额定转速 1500r/min. 若取液压泵的

12、容积效率v 0.9 ,则液压泵的实际输出流量为 qp 63 1500 0.9/1000 85.05L/min 由文献［1］表8-3取泵的总效率为 p 0.85,则液压泵的实际功率即所需电机 功率为 ppqp Pp p 85.05 21.2Mpa 0.85 2.12kw 查文献［2］表5-14,选用规格相近的Y132S-4型封闭式三相异步电动机，具额定 功率5.5kw,额定转速为1440r/min。 按所选电动机转速和液压泵的排量，液压泵的最大理论流量为 qt nV 1440 63 90.72L/min ,大于计算所需流量 82.65L/min ,满足使用要 求。

13、(二)阀类原件及辅助原件 根据所选择的液压泵规格及系统工作情况， 容易选择系统的其他液压元件，一并 列入表4。其他元件的选择及液压系统性能计算此处从略。 厅P 元件名 称 额定压 力/Mpa 额定流量 / L?min 1 型号规格 说明 1 变量泵 32 63mL/r（排 量） 63YCY14-1E 额定转速 1500r/min , 驱动电动机 功率5.5kw 2 溢流阀 35 250 DB10 通径为10mm 3 压力表 及其开 关 16 160 AF3-Ea20B 通径为20mm 最低控制压 力 0.6Mpa 4 单向阀 31.

14、5 120 S15P 通径为15mm  5 三位四 通电液 换向阀 28 160 4WEH10G 通径为10mm 6 单向顺 序阀 31.5 150 DZ10 通径为10mm 7 液压缸 自行设计 8 过滤器 <0.02 (压力 损失) 100 XU-100*80J 通径为32mm 表4折弯机液压系统液压元件型号规格 注：1.此表所列液压元件均按参考文献［3］选出。 2.表中序号与上图中元件标号相同。 (三)油管 各元件问连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定， 液压缸进、出油管则按 输入、排出的最大流量计算。

15、由于液压泵选定之后液压缸在各个工作阶段的进、 出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如下表所示 快进 工进 快退 轴入流星 / L?min 1 q1 67 q1 35.325 q1 qp 82.65 排出流量 / L?min 1 q2 (A2q1)/A1 32.267 q2 (A2q1)/A 17.013 q2 (A1q1)/A2 171.62 表5液压缸的进、出流量 由上表可以看出，液压缸在各个工作阶段的实际运速度符合设计要求。 根据表中的数值，并按第二章第七节推荐取油液在压油管的流速 v=5m/s,所以 与液压缸无杆腔相连的油管内径分别为 d

16、2、q/( v) 2 . (82.65 105/60)/( 5 103)mm 18.73mm d 2 q/( v) 2 , (171.62 105/60)/( 5 103)mm 26.99mm 这两根油管都按 GB/T2351-2005选用内径 25mm、外径 32mm的冷拔无缝钢 (四)油箱 油箱容积估算，取经验数据 11,故其容积为V qp 11 82.65L 909.15L 按GB/T7938-1999规定，取最靠近的标准值 V=1000L 五验算液压系统性能 (一)验算系统压力损失，并确定压力阀的的调整值 由于系统的管路布局尚未具体确定， 整个系统的压力损失无法全面估

17、算， 故只能 先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局 部损失。 1快进 快进时，进油路上油液通过单向阀 4的流量是67L/min通过电液换向阀5的流 量是67L/min。因此进油路上的总压降为： 67 2 67 2 pV [0.2 ( )2 0.5 ( )2]MPa 0.15MPa 120 160 此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。 回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过三位四通换向阀的流量是 32.3L/min ,然 后流回油箱，由此便得出有杆腔压力与无杆腔压力之差为 2 323 p 0.5 —— 0.0204MPa

18、 160 2工进 工进时，油液在进油路上通过电液换向阀 5的流量是35.325L/min。进油路上的 总压降为 p1 0.5 (35325)2MPa 0.024MPa 故溢流阀2的调压Ppia应为 pp1A p1 p1 (21.2 0.024) MPa 21.224MPa 3快退 快退时，油液在进油路上通过单向阀 4,换向阀 5和单向阀6的流量为 86.65L/min。油液在回油路上通过换向阀 5的流量是171.62L/min.因此进油路 上的总压降为 Pvi [0.2 ( 82.65 120 )2 0.5 ( 82.65 160 )2 0.2 ( 8

19、2.65 150 )2]MPa 0.289MPa 此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上的总压降为 pV2 0.5 (171.62 )2MPa 0.575MPa 160 此值较小，不必重算，快退时液压泵的工作压力Pp应为 pp p1 pV1 (0.67 0.289) MPa 0.959MPa 溢流阀的调整压力定大于此压力 (二)验算油温 工进时，液压缸的有效功率为 pe Fv 5 104 12 10 3W 600W 液压缸的总输入功率为p p2 679W 798.82W p p 0.85 p 液压系统的发热功率为 p pp pe (798.82 60

20、0)W 198.82W 可算出邮箱的散热面积为 A 6.53「6.5 3 (1000 10 3)2m2 6.5m2 查的油箱的散热系数K 9W/(m2|°C) 查得邮箱的散热系数为,求出油液温升为t」-176-°C 3.00°C KA 9 6.5 此温升值没有超出允许范围，故该液压系统不必设置冷却器, 参考文献 [1]王积伟 章宏甲 黄易谊。 液压与气压传动 北京 机械工业出版社2005 [2]张利平液压传动系统及设计 北京化学工业出版社2003 [3]成大先 机械设计手册 单行本 液压传动 北京化学工业出版社2004 [4]刘新德 液压气动手册 北京 机械工业出版社2000