课程设计任务书立式板料折弯机液压系统设计

天津职业技术师范大学课程设计任务书课程设计课题：立式板料折弯机液压系统设计学院：机械工程学院班级：机检0911学生：魏XX学号：03340091107指导老师：XXX时间：2012年1月4日至2012年1月8日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1.6×106N滑块重量1.8×104N快速空载下降行程240mm速度（v）40mm/s1慢速下压（折弯）行程26mm速度（v）25mm/s2快速回程行程266mm速度（v）36.67mm/s3往复运动加减速时间△t=0.25s动摩擦系数f0.1 d 静摩擦系数f 0.2s机械效率0.941.2任务分析根据滑块重量为18000N，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△t=0.25s。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（266mm）,故可选单--------杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率0.940.9。因为板料折弯机的工作循环为快cm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磁换向阀控制。当电磁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，使电磁换向阀换向。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。因为滑块受自身重力作用，滑快要产生下滑运动。所以油路要设计一个顺序阀，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。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行元件的运动速度。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。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好，调速范围也比较宽，工作效率更高，而发热却是最小的。考虑到最大折弯力为1.6*106，数值比较大，故选用泵缸开式容积调速回路。 23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：快速下降工作下压(折弯)快速回程停止。主要性能参数与性能要求如下：折弯力F=1.6*106N；板料折弯机的滑块重量G=1.8*104N；快速空载下降速度v2340mmm/s=0.04m/s/s ，工作下压速度1v=25m/s=0.025m/s，快速回程速度v=36.67=0.03667m/s，板料折弯机快速空载下降2 3行程L=240mm=0.24m，板料折弯机工作下压行程L=26mm=0.026m，板料折弯机快 1 2速回程：H=266mm=0.266m；启动制动时间，液压系统执行元件选为液压缸。液压缸v采用V型密封圈，其机械效率0.90.94。由式Fm式中 cm m tm—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FmvGv1.8*102.341*0.04/9.8/0.25=293.88400.022703N N m下 tgt 9.8 0.2FFm=mvGv1.8*104*0.03667/9.8/0.25=269.412.31040.023270N Nm下 tgt 9.8 0.2再求得阻力负载静摩擦阻力Ff=0.2*1.8*104=3600Ns动摩擦阻力Ff=0.1*1.8*104=1800Nd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 FFsf 3600 3829.29 加速 FFfd Fm 2093.88 2227.53 快进 FFfd 1800 2688.29 工进 FFfdF 16018001704042.55 快退 FFfd 1800 2688.30.9注:液压缸的机械效率取cm0.94 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v=40mm/s,v=25mm/s,v=36.67mm/s,L=240mm,L=26mm,快速回程L=266mm1 2 3 1 2 3Vmm/sF/NL/mm2227.532688.32227.532688.31704042.55240210-2688.3(a)4025240266-36.67L/mm-3829.79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211KN时工作压力P30MPa。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1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η=0.91。cmAFmax1704042.552113667/0.94/30/100.077m26=0.06㎡1p0.9130106cm 1液压缸内径：D4A/0.276276mm1参考[1]，按GB/T2348-1993，取标准值D=320mm=32cmd=0.707*276=195.132mm参考[1]，按GB/T2348-1993，取标准值D=320mm=32cmd=200mm=20cm则：无杆腔实际有效面积A1=D2/4=/4*322=803.84cm2有杆腔实际有效面积A2=(D2-d2)/4=(322-202)=489.84cm2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工作阶段计算公式负载F/N工作腔压力p/Pa输入流量//minL快速下降启动11mcmFPA;111qvA293.883889192.9等速00_工作下压（折弯）21cmFPA;221qvA1704042.5522550000120.5快速回程启动32cmFPA;332qvA382980000_等速2227.5348000107.76制动2688.2958000_液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表5.2 表表5.2工作循环中各阶段的功率快速下降启动W12.5.1929/6003889qpP111恒速'10P工作下压（折弯）45.3W=/601205.022550000=qp=P222快速回程启动0.144KW=/6010776.080000=p3q3=P3恒速0.862KW=/6010776.048000=p4q4=P4制动0.104KW=/6010776.058000=qp=P555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：P/paqL/minP/WP/paqL/min192.945.312.522550000144107.76192.945.312.522550000144107.76861041307580004800080000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；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；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；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；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；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）为了使系统工作压力时恒定，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3-三位四通电磁换向阀4-二位二通电磁换向阀5-调速阀6液压缸7-单向顺序阀8-过滤器9-压力继电器97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P=22.5MPa，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2力损失估计取为P0.5MPa。所以泵的最高工作压力P=0.5+22.5=23.5MPa。p液压泵的最大供油量q按液压缸最大输入流量（192.9L/min）计算，取泄漏系p数K=1.1,则q=1.1*192.9=212.19L/min。p根据以上计算结果查阅《机械设计手册》表23.5-40，选用规格为160*CY14-1B的压力补偿变量型轴向柱塞泵，其额定压力P=32MPa，排量为340mL/r,额定转速为1000r/min，流量为q=340L/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22.55+0.5=23.05MPa，流量为1.1*120.5=132.55L/min,取泵的总效率0.85，则液压泵的驱动电机所要的功率为Ppq/60/23.05132.55/60/0.8559.9KW，根据p此数据按JB/T9619-1999，选取Y225M-6型电动机，其额定功率P37KW，额定转速980r/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nv980230225.4L/min，大于计算所需的流量212.9L/min，满足使用要求。t`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(表7.1液压元件的型号及规格)。序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32340GY14-13额定转1000r/min驱动电机功率为37KW2溢流阀调压0.5~32340Y-F*20D-P通径20mm3三位四通电磁换向阀28340WEH10G通径10mm4二位二通换向阀340通径10mm5调速阀2FRM10-216液压缸--自行设计7单项顺序阀最大工作压力MPa32340HCT06L1min/230maxLq8过滤器QL-250*100通径50mm9压力继电器2．5DP1-63137.3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v,v与设计要求相近，这表明所选液压泵的型3号，规格是适宜的。V=q/A=212.19*10-3/489.84*10-4=4.312流流量速度快进压制快退输入流量L/min1112()/()pqAqAA=803.84*132.55/(803.84-489.44)=339.3q1=120.5q1=qp=212.19排出流量L/minq2=(A2*q1)/A1=489.8*339.3/803.84=206.76q2=(A2*q1)/A1=489.84*120.5/803.84=73.4q2=(A2*q1)/A1=803.84*212.19/489.44=348.2运动速度m/minV1q=p(A1-A2)=132.55*10/3(803.84-489.84)*10-4=4.2V2q=1/A1=120.5*10-3/803.84*10-4=1.5V3q=1/A2=212.19*10-3/489.84*10-4=4.3表7.2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P86式(6.6.1)算得，液压缸进油路油管内径d20.3393//5/600.038m38mm进液压缸回油路管内径；d20.21219//5/600.03m30mm回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50mm，内径40mm，回油路管的外径42mm，内径32mm。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):Vq，由于液压机是高压系统，P11。所以油箱的容量q11132.551457.32，1457.320.81821.875按pJB/T7938-1999规定容积取标准值V=2000L.7.5油箱的长宽高确定因为油箱的宽、高、长的比例范围是1：1：1~1：2：3，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900mm,1400mm,1800mm。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0.6L。因为推杆总行程为266mm，选取缸的内腔长度为320mm。忽略推杆所占的体积，则液压缸的体积为VAL0.0803843.225.7L当液压缸中油液注满时，此时油箱中的液 缸 1体体积达到最小为：V180025.70.61773.7L则油箱中油液的高度为：油H1773.7200090140282cm1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282cm,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=l+2t=1400+2*4=1408mm1宽为：w=w+2t=900+2*4=908mm1高为：h=h1+200+4+4=2008mm7.6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：1℃7.7吸油管和过滤器之间管接头的选择选用卡套式软管接头查《机械设计手册—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0dmmDminL卡套式管接头0d公称尺寸极限偏差G(25)4418.5450.10538447.8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倍。qq2.5192.92385.8过滤器泵a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 通径公称流量过滤精度 Mm L/minmCXL-25010050 250 1807.9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7.5d1dDeSLhb1bRC重量Kg基本尺寸极限偏差121.25M10.222151300.244123311.00.0327.10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：q2q219.2938.58L/min过滤器 p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/min1Hmm2Hmm1Dmm2Dmm3Dmm四只螺钉均布mm空气进滤精度mm油过滤精度mE2F-50323239540015458668296M6140.105125注：油过滤精度可以根据用户的要求是可调的。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。8液压系统性能的运算由上述计算可知，工进时油液流动速度较小，通过的流量为55.44L/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，v1qp/A10.33933/0.0803844.2m/min0.07m/s此时油液在进油管的速度vqp/A0.33993/0.252/402/10-6/60=4.5m/s8.1.1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20度时1.0104m2/s，所以有Rvd/4.5x403.8525x1010-3/1*10/1.0-4=1800<232010962.5，2320e油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数75/R=0.040，若取进油和回e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 2 890为pl/d/2v20.04x2x890/40*108 -3/2/4.53.82=1.8x1024.234pa10。4Pa 1 25103 28.1.2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q和q，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失q，由r r rq 113.4pp()2算得p0.5x(339.93/340) )0.352=0.49MPaMPa小于原估算值0.5MPa,所 rq 160r以是安全的。 同理快进时回油路上的流量qq1A2339.93x489.84/803.84=207.1113.4326.5652.4L/min L/min则 2 A 706.51回油管52.4103路中的速度v60207.1x10-3/6/0.25/0.25322106242x101.09-6=2.5m/sm/s；由此可以计算出1.093210Rvd/2.5x42x10-3/1x10348.8-4=1050（1050<2320,所以为层流）;e 1.0104 75 7575/1050=0.07,0.215 所以回油路上的沿程压力损失为 R 348.8e 2 890p2/ld/220.07x2x890x2.5v03.221412/5420x10-4/2=0.93x1022 5pa1。.059Pa0.7110由上面的计算所得求出：总的压力损失ppA2p=0.18+489.84/803.84x0.093=0.024MPa1A2这与估算有差异，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pFp1704.04255/803.4+0.024=2.152113.6670.0753.0MPa MPa，所以卸荷阀的调定压力值应pA 706.51该取3MPa为好。溢流阀的调定压力值应大于卸荷阀的调定压力值0.3~0.5MPa，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F自重，即p1.8x102.344/489.84x10/326.5610-4=0.384PaMPa0.7MPa背A28.2油液温升的计算8.2油液升温的计算液压系统的发热和温升验算8．2.1系统发热量的计算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量，一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵的流量不同的，效率相差较大，所以分别计算速度最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析当D=2.4m/min时9=AD=803.84×10-4×2.4=193m/min此时泵效率为0.1，泵的出口压力为22.55MPa,则有P输入=22.55×0.193/60/0.1=725WP输出=FV=2227.53×2.4/60=89.1W此时的功率损失为△P=P输入—P输出=725—89.1=635.9W当V=1.5m/min时，q=132.55×10-3m3/min总效率η=0.85则P输入=22.55×106×132.55×10-3/60/0.85＝58.6×108WP输出=FV=1704042.55×1.5/60×10-2＝426W△P=P输入—P输出=58.6×103－426＝58174W可见在工进速度低时，功率损失为58174W，发热量最大，即为系统的发热功率φ已知邮箱的容积V=2000L=2m3,则按式（8-12）邮箱近似散热面积A为A=10.3m2假定通风良好取邮箱散热系统G=15×10-3kw可得油液温升为△T=φ/G/A=58.174×10-2/15×10-3/1.51=25.7oC设环境温度T=25oC则热平衡温度为2△T=25+25.7=50.7≤【T】=55oC1所以邮箱散热可达要求根据主机动作要求画出动作循环图如下：工工进快进快退动作循环图电磁铁动作循环表YA1YA1YA2YA4快进—＋＋工进－＋－快退＋－＋液压缸装备图9参考文献中国机械设计大典第5卷，机械控制系统设计/中国机械工程学会，中国机械设计大典编委会南昌：江西科学技术出版社，2002.1成大先机械设计手册单行本，液压传动。北京：化学工业出