液压课程设计说明书

《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；6101.1N滑块重量4102.1N；快速空载下降行程180mm速度（1v）23/mms；工作下压（折弯）行程20mm速度（2v）12/mms；快速回程行程200mm速度（3v）53/mms液压缸采用V型密封圈，其机械效率91.0cmn，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。）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7.5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8.2.1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8.3.1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6101.1N滑块重量4102.1N快速空载下降行程180mm速度（1v）23/mms工作下压（折弯）行程20mm速度（2v）12/mms快速回程行程200mm速度（3v）53/mms1.2任务分析根据滑块重量为4102.1N，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0.2ts。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0.91cm。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6101.1N，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=6101.1N；板料折弯机的滑块重量G=4102.1N；快速空载下降速度123/vmms=0.023m/s，工作下压速度212/0.012/vmmsmms，快速回程速度smsmmv/053.0/533，板料折弯机快速空载下降行程1175Lmm=0.175m，板料折弯机工作下压行程mmmL02.0202，板料折弯机快速回程：H=200mm=0.2m；启动制动时间st2.0，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0.91cm。由式mvFmt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NtvgGtvmF1412.03.28.9102.14下m再求得阻力负载静摩擦阻力NFsf2400102.12.04动摩擦阻力NFfd1200102.11.04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/cmF起动sfFF24002637加速fdmFFF13411474快进fdFF12001319工进fdFFF11012001210110快退fdFF12001319注:液压缸的机械效率取0.91cm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123/vmms,212/vmms,smm/53v3,mm1801L,mm202L,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pa301MP。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ηcm=0.91。261max1044.0103091.01210110mpFAcm液压缸内径：mm237m237.0044.0441AD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:30.22352d222dDDVV快下快上：cm79.18mm9.187d取标准值d=180mm=18cm4则：无杆腔实际有效面积222187.4902544cmDA有杆腔实际有效面积2222224.236）1825（4)d(4cmDA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/Pa输入流量//minL快速下降启动11mcmFPA;111qvA1413156.567.7等速00-工作下压（折弯）21cmFPA;221qvA121011061009.2735.30快速回程启动32cmFPA;332qvA26370.1610_等速14740.06961075.2制动13190.06610_液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表5.2表5.2工作循环中各阶段的功率快速下降启动W562.3)60/107.67（5.3156qpp3111恒速01p工作下压（折弯）kw94.15）60/103.35（1009.27qpp36222快速回程启动kw125.0）60/102.75（101.0qpp36333恒速kwqp086.0)60/102.75(10069.0p36444制动kwqp075.0)60/102.75(1006.0p36555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压力出现在加压压制阶段时pa94.15p1M，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0.5PMPa。所以泵的最高工作压力pa44.1694.155.0ppM。液压泵的最大供油量pq按液压缸最大输入流量（67.7L/min）计算，取泄漏系数K=1.1,则min/47.747.671.1qpL。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min/83.383.351.1L,取泵的总效率85.0，则液压泵的驱动电机所要的功率为kwqpp99