毕业设计论文：板料折弯机液压系统设计

1、学生课程设计说明书题 目：板料折弯机液压系统设计学生姓名：学 号：所在院系： 电气学院专业：机电一体化技术班级：机电0918指导教师：昆明冶金高等专科学校电气学院毕业设计（论文）任务书专业：机电一体化班级：学生姓名：学号：毕业设计（论文）题目：板料折弯机液压系统设计题目：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 106N滑块重量 1.5 10卞；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200m

2、m速度（V3）53mm/ s液压缸采用V型密封圈，其机械效率ncm.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。）毕业设计（论文）主要内容：1、板料折弯机的液压系统工作参数要求2、液压系统工况分析3、初步拟定液压系统原理图4、初步确定液压系统参数5、液压元件的计算和选择6、液压系统性能验算7、绘制液压系统原理系统图、部件装配图、零件图，编写技术文件 件。毕业设

3、计（论文）预期目标：通过毕业设计，了解掌握现代液压设备的工作现状及发展趋势， 掌握简单设备液压系统的设计计算过程；使学生能够运用所学的知 识，解决生产及工作中实际问题，巩固、加深及灵活运用所学的专业 知识并掌握机械设计的基本步骤和主要内容。毕业设计（论文）指导教师：系主任（教研室主任） ：2012年 1月 4日毕业设计开题报告1. 本课题的研究意义立式板料折弯机是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液 压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现 代机械的设计工作中占有重要的地位。因此，液压传动课程是工科机械类 各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，

4、也与生产实际有着密切的 联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课 程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点：1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只 是，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这 些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用 原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的 能力，为今后的设计工作打下良好的基础。3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计

5、资料（包括设计手 册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。2. 本课题的基本内容1、板料折弯机的液压系统工作参数要求2、液压系统工况分析3、初步拟定液压系统原理图4、初步确定液压系统参数5、液压元件的计算和选择6、液压系统性能验算7、绘制液压系统原理系统图、部件装配图、零件图，编写技术文件 件。3. 本课题的重点和难点及预期目标重点：初步拟定液压系统原理图及调速回路。目标：通过毕业设计，了解掌握现代液压设备的工作现状及发展 趋势，掌握简单设备液压系统的设计计算过程；使学生 能够运用所学的知识，解决生产及工作中实际问题，巩 固、加深及灵活运用所学的专业知识并掌握机械设计的 基本步

6、骤和主要内容。4. 设计提纲、进度计划1明确设计要求，完成开题报告2分析系统工况，确定主要参数3拟定液压系统图4选择液压元件5液压系统的性能计算6相关图纸的绘制7完成毕业设计论文8答辩指导教师意见:指导教师:所在专业审查意见:专业负责人：院部审查意见:院部负责人：目录摘要1任务分析11.1 技术要求 11.2任务分析 12方案的确定22.1运动情况分析 22.1.1变压式节流调速回路 22.1.2容积调速回路23负载与运动分析34负载图和速度图的绘制45液压缸主要参数的确定 46统液压图的拟定67压元件的选择87.1液压泵的选择 87.2 阀类元件及辅助元件 87.3油管元件 97.4油箱的容

7、积计算 107.5油箱的长宽高确 107.6 油箱地面倾斜度 117.7 吸油管和过滤器之间管接头的选择 117.8 过滤器的选取 117.9 堵塞的选取 117.10 空气过滤器的选取 127.11 液位/温度计的选取 128液压系统性能的运算138.1压力损失和调定压力的确定 138.1.1沿程压力损失138.1.2 局部压力损失 138.1.3压力阀的调定值计算 148.2油液温升的计算 148.2.1快进时液压系统的发热量 148.2.2 快退时液压缸的发热量 148.2.3 压制时液压缸的发热量 148.3油箱的设计 158.3.1系统发热量的计算158.3.2 散热量的计算 159

8、参考文献 17致谢 181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压传动,、快速退回。给定条件为：折弯力1 106N快速空载下降行程180mm速度(vj23mm/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1.5 104N1.2任务分析根据滑块重量为1.5 104，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、制动时间为卜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

9、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

10、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

11、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。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

12、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

13、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1 106N,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）一快速退回。主要性能参数与性能要求如下：折弯力 F=1 106N;板料折弯 机的滑块重量 G=1.5 104N;快速空载下降速度vi 23mm/ s =0.023m/s，工作下 压速度 v2 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 L

14、i 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vcm 0.91。由式Fm mt注：液压缸的机械效率取式中m工作部件总质量v快进或快退速度t 运动的加速、减速时间求得惯性负载Fm下vG c vm?tgt2.3 1040.2176N9.80.2再求得阻力负载静摩擦阻力Fsf0.2 1.51043000N动摩擦阻力Ffd 0.1 1.5 1041500N表一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

15、Fsf30003297加速FFfdFm16761842快进F Ffd15001648工进F Ffd F10015001100549快退F Ffd15001648cm0.914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Vi23mm/ s , v212mm/s , v3 53mm/s , L1180mm , L2 20mm，快速回程L3205 mmV1 r:F妃L/rn i j：-r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

16、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 omax1100549cm Pl0.91 20 100.060m2液压缸内径:60.277m277mm参考1，按 GB/T2348-80,取标准值 D=280mm=28cm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快上丄52V快下D2 d2 232.30d 184.6 mm 18.46cm取标准值d=180mm=18cm4则：无杆腔实际有效面积AD2 282615.44cm244有杆腔实际有效面积A2严2旳4西悌玄亦液压缸在工作循环中各阶

17、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R; q1WAA1 cm176178682.8等 速00-工作下压（折弯）厂FAF2； q2V2AA cm110054920.16 10643.20快 速 回 程启 动F3; q3V3A2A2 cm32970.1 106等 速18420.056 106101.5制动16480.0501 106快速 下降启动pi piqi 1786 (82.8 10/60)2.465W恒速Pi 0工作 下压（折 弯）P2 p?q2 20.16 106 (43.2 10 3

18、/60) 14515.2w 14.52kw快速 回程启动p3 p3q3 0.1 106 (114.8 10 3/60) 191w 0.191kw恒速63P4 P4q4 0.056 10(114.8 10 /60) 107w 0.107kw制动p5 p5q50.0501 106 (114.8 10 3/60)96w0.096kws/wZZ1LC5WCC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 :图5.1液压缸的工况图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

19、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

20、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，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：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

21、压力出现在加压压制阶段时Pi 14.52Mpa，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 o所以泵的最高工作压力pP 0.5 14.5215.02Mpa。液压泵的最大供油量qp按液压缸最大输入流量(82.8L/min )计算，取泄漏系数 K=1.1,则 qp 1.1 82.891.08L/min 。根据以上计算结果查阅机械设计手册表20-5-40，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，

22、这时液压缸的工作压力为 20.16+0.5=20.66MPa，流量为 1.1 43.2 47.52L/mi n,取泵的总效率0.85，则液压泵的驱动电机所要的功率为p丛仝20.66 47.5219.25kw，6060 0.85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 91.08L/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

23、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2100r/mi n驱动电机功率为 35KW2溢流阀调压0.532160YF3-*-20B-C通径20mm3行程阀-YF3-*-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2

24、FRM10-217.3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 A)=615.44 47.52 伯5615.44-361.1q143.2q1 qp 91.08排出 流量L/minq2(A2 qd / A1361.1 115/615.4467.5q2 (A2 q/A361.1 43.2/

25、6154425.3q2 (A1如/人615.44 91.08/361.1155运动 速度 m/minV1 qp/(A A2)347.52 104(615.44 361.1) 101.9v2 q1/A 1432 10 30.7615.44V3 qi/A91.08 10 3 361.1 10 42.52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)d 2、算得，液压缸进油路油管内径d进2二；0.022m 22mm ；液压缸回油路管内径d回2 J91.08 10 o.020m 20mm ； 5 60这两根油管选用参照液压系统设计简明手册

26、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(6.3.1) : Vqp，由于液压机是高压系统，11。所以油箱的容量Vqp 11 47.52 522.72L，而 522.72 0.8 653.4L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： 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

27、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2 2v 缸 A1L 615.44 10360 1025.4L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 28.90.8770L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

28、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.丨 l1 2t (1100 2 4)mm 1108mm宽为.w w-i 2t (1600 2 4)mm 1608mm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:表7.3单位：mm公称 压力MPa管子 内径d。 mmDLmin卡

29、套式管接头do公称尺寸极限偏差G(25)2218.5250.10538227.8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 (82.8 2.5)L/min 207L/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，查中国机械设计大典 表42.7 178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

30、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 2 82.8L/min 165.6L/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mmmE F2 -50323226527015458668296M6 140.105125注：油过滤精

31、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。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。快进时液压杆的速度Vi115 10615.44 100.0 3m/s此时油液在进油管的速度qpA115 100.2525 10 6 603.91m/s8.1.1沿程压力损失油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数75/ R,75/976.60.08，

32、若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421.0 10 m /s，所以有Re vd/ 3.91 25 10 3/1.0 10 4976.62320，取进油和回油的管路长均为2m油液的密度为890Kg/m3，则进油路上的沿程压力损失为2289024p, l/d /2 V2 0.0833.912 4.35 104 pa。125 10328.1.2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

33、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，由PPr (2)2 算得 Pqr安全的。0.5(蛊)2 0.26Mpa小于原估算值0.5MPa，所以是同理快进时回油路上的流量q2锂 115 361.167.47L/min 则回油管A,615.44路中的速度v67.47 10-360 0.25322 10-61.4m/s ;由此可以计算出Revd/1.4 32 101.0 10 4o448(4482320,所以为层流);75750.167,所以回油路上的沿程压力损失为Re448228902pl /d/2 v0.16741.420.55 105 pa。32104 2由上面的计算所

34、得求出：总的压力损失Ap p 12 p 20.0435 361.1/615.44 0.0550.076MpaA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2 p 1 體9 .076 3叫，所以卸荷阀的调定压力值应该取2.92MPa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 pP F 2.3 104/361.1 10 4pa 0.6MPa A18.2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 176 0.023 4.048 0.00405KW3泵的输出功率为：P 凶 1786 82.8 10 /60 0.002899KW 0.85因此快进液压系统的发热量为：Hi P P00.013