关于板料折弯冲剪机液压传动系统设计

1、目 录1 绪论11.1 引言11.2 板料折弯冲剪机发展概况11.3 本课题研究的意义、目的及内容21.4 所属领域的发展状况32 设计过程42.1 确定对液压系统的工作要求42.2 拟定液压系统工作原理图4463 进行工况分析83.1 载荷的组成83.2 惯性阻力的计算83.3 各机构的负载计算999993.4 速度103.5 绘制负载与速度图10F与时间T的关系图10V与时间T的关系图123.6 绘制液压系统的工况图144 确定系统的主要参数164.1 确定工作压力和背压力164.2 推料机构液压缸的参数计算16的计算16的计算174.3 夹紧机构液压缸的参数计算18的计算18的计算194

2、.4 折弯机构液压缸的参数20的计算20的计算204.5 冲剪机构液压缸的参数计算21的计算21的计算224.6 各机构中各液压缸的外径、缸壁厚度、油口直径的计算235 液压元件的选择255.1液压泵参数计算255.2 电动机的选择255.3 其他元件265.4 油管的选择2626的计算265.5 油箱容积的确定275.6 蓄能器的选择285.7 执行元件的选择28参考文献291 绪论1.1 引言 传统机械切削加工方法包括车削、铣削、刨削、磨削、铿削、插削、钻削、 冲削、锯切、剪切、锉削、刮削、攻丝和套扣等常用工艺，它们基本上是通过单台设备来完成一种切削加工方法。而一个零件的加工往往需要多个工

3、艺才能完成其加工过程，因此一个完整的加工车间大多必须安置以上各种功能单一的切削工艺的设备，这样不仅投资大，占用厂房，而且常常导致设备利用率低、维修维护费用高；另一方面，随着国民经济的发展，行业对设备的功能要求越来越高，尤其是近年来，众多新兴企业钢架厂房的修建，对多功能型材加工设备机床，尤其是运用于多种型材剪切、多角度剪切和冲孔工艺的快速加工多功能机床需求越来越大；联合冲剪机床就是在上述需求下诞生的。1.2 板料折弯冲剪机发展概况 联合冲剪机是一种被广泛应用的金属剪断分离设备，它不仅可以对金属板、型材（包括圆钢、方钢、角钢、槽钢及其他异形钢材等）进行剪断分离加工， 还可以在板材和型材的平面部分进

4、行冲孔和切口。由于能完成的剪切工艺形式较多，所以称作。按照所设置的工作机构及所能完成的相应剪切功能，联合冲剪机可以分为： 1）冲孔与型材剪切机 2）板材和型材剪切机 3）联合冲剪机 4）带模剪联合冲剪机 由于这类设备带有通用性质，工艺范围广，辅助装置少，供提高剪切质量的调节机构少，剪切部位的压料装置简单等原因，致使加工精度较低，尺寸误差较大，断裂面粗糙度较高，所以大多应用于桥梁、锅炉、造船等金属结构件较多的精度要求不高的板材、型材加工车间和一些修理部门中。国外，美国、苏联、英国很早就已经开始研制并应用到生产实际中且性能较好，我国早期生产的联合冲剪机多为仿制原苏联产品，采用机械传动，体积庞大，操

5、作不便，且有较大振动和噪声，刀具寿命低。由于联合冲剪机的生产工艺简单，且产品利润高，所以有目前国内有很多联合冲剪机的生产厂家。但是国内的联合冲剪机主要是仿国外制造。这类产品的传动系统采用大部分采用液压传动；在控制方面，有些采用手动控制，有些采用单片机控制，以适用于各种不同的场地，性能上比老式机械传动产品有较大提高。至今已经生产出了许多种类型的联合冲剪机，性能上优于以前。1.3 本课题研究的意义、目的及内容液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。 在液

6、压传动中，液压缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理. ：液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1）动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压能；是液压传动中的动力部分。 2）执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3）控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机 的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4）辅助元件 除上述三部分

7、以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。 5）工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液压机实现能量转换1.4 所属领域的发展状况液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工

8、程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。20世纪60年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方。我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，

9、并在各种机械设备上得到了广泛的使用。尽管如此，我国的液压元件与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类上、在规格上仍存在着较大的差距。我国已瞄准世界发展主流的液压元件系列型谱，有计划地引进、消化、吸收国外最先进的液压技术和产品，大力开展产品国产化工作。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。2 设计过程2.1 确定对液压系统的工作要求根据设计要求，此次设计可以分为送料机构、夹紧机构、折弯机构、冲剪机构这四大机构来对这个系统进行分析。同时，也要对各机构的里的各个动作顺序进行分析，设计他们应当如何控制来达到目的。此系统包含的动作可分为送料工件夹紧快速下降慢速下压定形快速上升快速冲剪退升恢复这几

10、个动作，下面是对他们进行一一的分析：送料机构的动作分析：送料机构的动作有送料，送料机构恢复。为了达到这个目的，首先，要接一个溢流阀，其作用是防止系统压力过载和保持系统压力恒力。要接一个三位四通换向阀，其作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作、及卸荷等。在送料和送料机构恢复的过程中各接一个单向节流阀，其作用是正向流动时起节流阀作用；反向流动时起单向阀作用，这时由于有部分油液可在环形缝隙中流动可以清除节流口上的沉淀物。工件循环拟定采用液压传动方式来实现，故决定选取油缸做执行机构。夹紧机构的动作分析：夹紧的机构的动作夹紧和松夹，首先，要接一个溢流阀，其作用是防止系统压力过载和保持系统压力恒力。要接一

11、个三位四通换向阀，其作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作、及卸荷等。在夹紧的过程中要接一个在考虑到进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，以及滑台的速度调节，故拟定选用调速阀，单向阀组成的节流阀调速方式。2.2 拟定液压系统工作原理图 板料折弯冲剪机液压系统原理图图2-1为板料折弯冲剪机液压系统原理图，整个液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路组合时要去掉重复多余的元件,力求系统结构简单。注意各元件间的连锁关系，避免错误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。同时，为了便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要回路上装设有必要的检测的元件如压力表、温度计等。图2-

12、1 系统原理图图2-2为动作顺序执行表，整个液压各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定的位置时，通过行程开关发出的电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制连续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床，挤压机

13、、压力机等。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。图2-2 动作执行表 板料折弯冲剪机各机构动作执行及回油路分析1 推送板料三位四通电磁换向阀1DT得电,由泵2 输出的压力油经过电磁换向阀4、单向节流阀5流入推料缸7上腔，液压缸移至1J。元件4电磁换向阀1DT得电,由泵2 输出的压力油经过电磁换向阀4、单向节流阀5流入推料缸7上腔,再经过单向节流阀6流回油箱，液压缸移动至1J。2 夹紧并推料机构返回三位四通电磁换向阀2DT、3DT得电，三位四通电磁换向阀8接通，由泵2 输出的压力油经过溢流阀、电磁换向阀8、

14、减压阀9流入夹紧缸上腔。同时推料缸液压缸右腔回油单向节流阀电磁换向阀4左端油箱，液压缸移动至2J、3J。3 快速下降 三位四通电磁换向阀5DT得电得电，三位四通电磁换向阀12左端接通；主油路进油路：过滤器1泵三位四通电磁换向阀12左端调速阀13单向调速阀。液压缸移动至5J4 慢速下压三位四通电磁换向阀12得电，三位四通电磁换向阀12左端接通；主油路进油路：过滤器1泵三位四通电磁换向阀12左端调速阀13单向调速阀16,然后经过压力继电器折弯机构压力缸上腔，液压缸移动至6J。5 定形三位四通电磁换向阀12得电，三位四通电磁换向阀12右端接通，油路经拉折缸下腔单向调速阀15电磁换向阀12油箱。6 快

15、速上升三位四通电磁换向阀12得电，三位四通电磁换向阀12右端接通，油路z经拉折缸下腔单向调速阀15电磁换向阀12油箱, 液压缸移动至7J。7 夹紧三位四通电磁换向阀2DT得电，三位四通电磁换向阀8接通，由泵2 输出的压力油经过溢流阀、电磁换向阀8、减压阀9流入夹紧缸上腔。8 快速冲剪三位四通电磁换向阀25电磁换向阀9DT得电,由泵2输出的压力油经过二位二通换向阀21,经电磁换向阀过单向阀22,达到冲剪机构液压缸的上腔，液压缸移动至8J。9 剪头退升三位四通电磁换向阀25电磁换向阀10DT得电,冲剪缸下腔单向节流阀26电磁换向阀25单向阀22二位二通电磁换向阀21，回油箱液压缸移动至2J。10

16、松夹三位四通电磁换向阀8得电，电磁阀右端4DT通电，滑台松开工件。3 进行工况分析3.1 载荷的组成1最大折弯力F1=1.7×104(N)2冲剪时薄板顶压力F2=5.8×104(N)3最大冲剪力F3=2.7×103(N)4推料时的推力3.2 惯性阻力的计算负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机构效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：导轨的摩擦力和惯性力。可查4的计算公式见<31>、<32>、<33>及<34>。 <31> <32

17、> <33> <34>3.3 各机构的负载计算 推料机构的负载计算1推送板料 2退回 顶压板料机构的负载计算1工进顶压 2顶压板料 3退回 折弯机构的负载计算1加速下降 2快速下降 3 由快速变慢速下降 4 慢速下降 5 定形 6 反向加速上升 7 制动 冲剪机构负载计算1快速工进 2剪切板料 3退升 3.4 速度 3.5 绘制负载与速度图 综上，根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘出负载图<FT>，见图3-1、图3-2、图3-3、图3-4和速度图<VT>,见图3-5、图3-6、图3-7、图3-8。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，

18、以下为液压缸活塞退回时的曲线。 负载F与时间T的关系图如下图所示;图3-1表示的是送料机构负载F与时间T的关系图,图3-2表示的是夹紧机构负载F与时间T的关系图, 图3-3表示的是折弯机构负载F与时间T的关系图,图3-4表示的是冲剪机构负载F与时间T的关系图。图3-1 送料机构负载F与时间T的关系图图3-2 夹紧机构负载F与时间T的关系图图3-3 折弯机构负载F与时间T的关系图 图3-4 冲剪机构负载F与时间T的关系图 速度V与时间T的关系图如下图所示;图3-5表示的是送料机构速度V与时间T的关系图,图3-6表示的是夹紧机构速度V与时间T的关系图, 图3-7表示的是折弯机构速度V与时间T的关系

19、图,图3-8表示的是冲剪机构速度V与时间T的关系图。图 3-5送料机构速度V与时间T的关系图 图 3-6夹紧机构速度V与时间T的关系图 图 3-7折弯机构速度V与时间T的关系图 图 3-8冲剪机构速度V与时间T的关系图图 3-1 图 3-5的说明: 推送板料 退回 图 3-2 图 3-6的说明: 顶压机构工进 顶压机构顶压板料 顶压机构退回 顶压机构工进 顶压板料 退回图 3-3 图 3-7的说明: 弯析机构快速下降 弯折机构慢速下降及弯折 定形 弯折机构退回图 3-4 图 3-8的说明: 冲剪机构冲剪材料 退回3.6 绘制液压系统的工况图工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。它们是调

20、整系统参数、选择液压泵、阀等元件的依据。见图3-9表示的是折弯机构工况图F与时间T的工况图,图3-10表示的是冲剪机构工况图F与时间T的工况图。 图3-9 折弯机构工况图F与时间T的工况图图3-10 冲剪机构工况图F与时间T的工况图4 确定系统的主要参数4.1 确定工作压力和背压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来

21、说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些,行走机械重载设备压力要选高一些。具体选择可查5表4.1-1和表4.1-2。表4.1-1 按载荷选择工作压力载荷/KN<5 5-1010-2020-3030-50工作压力/MPa<0.8-11.5-22.5-33-44-5表4.1-2 执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统 0.2-0.5回油路带调速阀系统0.4-0.6回油路设置有背压阀系统 0.5-1.5用补油泵的闭式回路 0.8-1.5回油路较复杂的工程机械 1.2-3回油路较短，且直接回油箱 可忽略不计4.2 推料机构液压缸的参数计算 推料机构液压缸的

22、内径的计算因为m=800N<5000N 查表4.1-1初选工作压力为 ，可查6的内径计算公式见<41>： <41>则代入数值得可查6液压缸内径尺寸系列表 ，取标准系列值 。 推料缸活塞杆直径的计算查6，活塞杆直径的计算，根据速度比的要求来计算活塞杆直径d，公式见<42>： <42>而速度比，-1给出了不同速度比时活塞杆直径d和液压缸内径D的关系。表-1 d 与D关系1.151.251.331.462d0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D设计中，根据工作压力的大小，选用速度比时可参考表-2 表-2 与p的关系工作压力/MPa101

23、25-20>20 速度比 1.33 1.46 . 22查表-2可知，取，所以有，查 7活塞杆外径尺寸系列表取标准系列， 则可取 。校核活塞杆强度 选用活塞杆的材料为碳钢，则其，查2有计算公式见<43>： <43>则代入数值得 故强度合适可查8有计算液压缸作用面积的公式见<44>和<45>：活塞杆伸出时 <44>则代入数值得 活塞杆伸出时 <45>则代入数值得 4.3 夹紧机构液压缸的参数计算 夹紧机构液压缸的内径的计算因为，故查表4.1-1取，可查9的内径计算公式见<46>： <46>则代入数

24、值得可查9液压缸内径尺寸系列表，取标准系列值 夹紧缸活塞杆直径的计算查表-2可知，取，所以有，查 10活塞杆外径尺寸系列， 则可取 。校核活塞杆强度 选用活塞杆的材料为碳钢，则其，查2有计算公式见<47>： <47> 则代入数值得 故强度合适可查10有计算液压缸作用面积的公式见<48>和<49>：活塞杆伸出时 <48>则代入数值得活塞杆伸出时 <49>则代入数值得 4.4 折弯机构液压缸的参数 折弯机构液压缸的内径的计算因为之间，故查表4.1-1取，则可11的内径计算公式见<410>: <410>则

25、代入数值得则可12液压缸内径尺寸系列表，取标准系列值 折弯缸活塞杆直径的计算由表-2可知，取为1.。所以有，查13中活塞杆外径尺寸系列表取标准系列 ，则可取 。校核活塞杆强度 选用活塞杆的材料为铸钢，则其,查14有计算公式见<411>： <411> 则代入数值得 故强度合适可查14有计算液压缸作用面积的公式见<412>和<413>：活塞杆伸出时 <412>则代入数值得活塞杆伸出时 <413>则代入数值得 4.5 冲剪机构液压缸的参数计算 冲剪机构液压缸的内径的计算因为，故查表4.1-1取,则可查15 的内径计算公式见<

26、;414>: <414>则代入数值得则可查 15中液压缸内径尺寸系列表，取标准系列值 。 冲剪缸活塞杆直径的计算由表-可知，取，所以有，则可查 16中活塞杆外径尺寸系列表取标准系列取标准系列 。校核活塞杆强度 选用活塞杆的材料为铸钢，则其,查16 有计算公式见<415>： <415>则代入数值得 故强度合适可查16有计算液压缸作用面积的公式见<416>和<417>：活塞杆伸出时 <416>则代入数值得活塞杆伸出时 <417>则代入数值得 由上述p与d的值，估算液压缸各个阶段压力和流量功率。查17的计算公式

27、见如下；差动快进阶段 q=V P= <418>工进阶段 q=V P= <419>快退阶段 q=V P= <420>代入数值得液压缸所需实际流量，压力和功率值见表-1。表-1液压缸所需实际流量，压力和功率值公式F<kN><MPa>Q<>P<KW>工况负载进油腔压力输入流量输入功率送料送料0.8882.543.210.143退回01.443.30.079顶压伸出01.515.70.393顶压5810.535.36.178退回00.673.90.044拉折快进22.813.117.73.861工进243.723.61

28、.441快到慢26.414.3慢进243.723.61.441定形74.5退回28.85.670.76.599制动19.210.6冲剪冲剪2.730412.60.63回升001704.6 各机构中各液压缸的外径、缸壁厚度、油口直径的计算则可查18有缸壁厚度计算公式见<421>： <421>油口直径的计算公式见<422>： <422>而各个缸的外径均可查18得出。表4.6-1是各个缸的外径，壁厚度，缸底厚度及油口直径值。表4.6-1是各个缸的外径，壁厚度，缸底厚度及油口直径值液压系统各机构的液压缸/计算公式液压缸外径<mm>液压缸壁厚度

29、<mm>液压缸底厚度<mm>油口直径<mm>查表推料机构液压缸760.131.7415.7夹紧机构液压缸1215.514.626折弯机构液压缸1211.98.628冲剪机构液压缸950.363.4245 液压元件的选择5.1液压泵参数计算；由表-1可知，拉折机构液压缸从快到慢阶段的工作压力最大，若取进油路总压力损失，压力继电器需要压力差为，则液压泵最高工作压力可按19公式见<51>: <51>则代入数值得 +0。5=14.3+0.5+0.5=15.3MPa 因此泵的额定压力可取 由表-1可知，送料时候的所需的流量最小是 3.2,设溢流

30、阀最小流量，可取0.5,即3。则最小流量泵的流量可按，K一般取K=1.1-1.3,=1.1=6.52.退回时的最大流量是70.7,则泵的总流量为，即大流量泵的流量为，根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用PV2R型叶片泵,它的额定压力为16,额定转速为600-1800。5.2 电动机的选择一般 情况下，。取查表-1，查20有计算公式见<52>:P= <52>则代入数值得 P=验算其工况时，液压泵的驱动功率小于或近于此值，可查参考文献18电动机产品样品，选用YB180M-4电动机。 额定功率为22KW. 5.3 其他元件 根据系统的工作压力和通过阀的实际流量选择元、辅

31、件，其型号和参数如所选液压元件的型号、规格5.4 油管的选择管道内径的计算油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进出.口管按输入输出最大流量来计算，则可查21的计算公式见<53>:d= <53>则代入数值得 d= v-管内允许流速<m/s>,见表-2 壁厚的计算查22中的计算见<54>: <54> 则代入数值得对钢管来说P>17.5MPa时，取n=4;当P<17.5MPa时，取n=6;当P>7MPa时，取n=8.而钢管的表-1 泵类型的选择液压泵的类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.6-0.70.65-0.800.60-0.750.80-0.85 表-2 管道流速的选择管道推荐流速/液压泵吸油管道0.5-1.5液压系统压油管道3-6液压管道回油管道1.5-2.6 5.5 油箱容积的确定查 22的计算公式见<55>:V=a <55>则代入数值得V=66 =424.2L，这样液压泵每分钟排出压力油的体积为0.424， a 的值参考表5.5-1表5.5-1 a值的选择系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a1-22-45-76-12105.6 蓄能器的选择由表 -1可知， 所选泵的最大泵的流量