液压立式板料折弯机课程设计DOC

《液压与气压传动》课程设计说明书班级姓名学号成绩2一、设计要求及工况分析····································3二、负载与运动分析·······································4三、确定液压系统主要参数·································6四、拟定液压系统原理图···································10★.液压系统原理图·······································11五．液压元件选择·········································12六．验算液压系统性能·····································153一、设计要求及工况分析1.设计要求欲设计制造一台立式板料折弯机，其滑块（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：最大折弯力（KN）：Fmax=1500滑块重力（N）：G=20000快速下降的速度（m/min）：V1=20慢速加压（折弯）的速度（mm/s）：V2=10快速上升的速度（mm/s）：V3=45快速下降行程（mm）：L1=100慢速加压（折弯）行程（mm）：L2=25快速上升行程（mm）：L3=250启动、制动时间（s）：△t=0.22.工况分析根据滑块重量为14000N，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（250mm）,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，滑快要产生下滑运动。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。4二、负载与运动分析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250mm），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91.0m）。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工况计算公式外负载/N计算及说明快进启动加速maF外平均204.08N（1）NGF08.2042.002.08.920000tgv1外1vt为下行平均加速度0.1；（2）由于忽略滑块导轨摩擦力，故快速下降恒快进阶段外负载为0；（3）NGF18.4592.0045.08.920000tgv3外；tv3为回程平均加速度0.2252/ms（4）恒快退阶段因为要保持滑块重力且匀速下降所以外负载力等于滑块重力（5）减速制动阶段tv3为减速平均加速度为0.225恒快进0工进=FF外折弯1.5610快退启动加速maFG外平均20204.08恒快退F=G外20000减速制动-maFG外平均19795.92表1液压缸外负载力分析计算结果利用表1的计算数据，并在负载过渡段做粗略的线性处理后便得到如图1所示的折弯机液压缸负载循环图。5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/m2/ms启动阶段0.252.87592快进阶段7.82610020工进阶段1.6672010快退阶段3.77425045制动阶段0.256.625212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。6图2折弯机液压缸速度循环图三、确定液压系统主要参数根据文献1，预选液压缸的设计压力1P=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。261max1052.0105.3191.01500mcmPFA液压缸内径mmmAD257257.0052.0441按GB/T2348—1993，取标准值D=320mm=32cm。根据快速下行和快速上升的速度比确定活塞杆直径d723221532.323VDVDdmmDd64.240320752.0752.0，取标准值d=250mm。液压缸的实际有效面积为22222222210.314)2532(4)(484.8033244cmdDAcmDA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。工作阶段计算公式负载F/N工作腔压力P/Pa输入流量q/31cms1/minL快进启动加速1111;mFpqAvA外204.082789.91恒快进001607.6896.46工进2121;mFPqAvA外6105.161051.20803.8448.23快退启动加速3232;mFPqAvA外20204.0861071.0恒快退2000061070.01413.084.788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：WWP00328k.028.3101607.682789.9qp-6111快进（恒快进）阶段：'10P工进阶段：WWP16.49k16486.810803.841020.51qp-66222快速度回程阶段,启动WWP10.032k1003.231014131071.0qp-66333恒速快退WWP9891k.0989.11014131070.0qp-66444减速制动WWP975k.0974.971014131069.0qp-66555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）减速制动19795.92161069.09液压缸的功率图3液压缸的流量图4液压缸的工作压力图510四、拟定液压系统原理图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11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：12图6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-压力继电器五．液压元件选择131.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，Pa0.261MP。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0.5pMPa。所以得泵的最高工作压力MPap5.265.00.26p液压泵的最大供油流量pq按液压缸的最大输入流量（99.653L/min）进行估算。取泄露系数K=1.1，则n93.258L/mi84.781.1qp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26.0+0.5=26.5MPa，流量为1.148.23=53.053L/min,取泵的总效率9.0，则液压泵的驱动电机所要的功率为a04.2690.060053.535.2660pMPqPpp，根据此数据按JB/T9619-1999，选取Y225M-6型电动机，其额定功率37PKW，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980/min160/156.8/mintqnVrmLrL，大于计算所需的流量109.62L/min，满足使用要求。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4。表4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316032*GY14-1额定转速142B1000r/min驱动电机功率为37KW2溢流阀调压0.5~32160YF3-*-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32MPa160HCT06L1max160/minqL(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2FRM10-213.油管各元件间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。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，所以要重新计算如表5所示。流量速度快进压制快退输入流量L/min1112()/()pqAqAA=87.06374.313-248.80453.053248.80448.23q1258.93qqp1排出流量L/min1122qqAA=1122qqAA248.80448.23374.313374.31393.258248.804qq2112AA238.715表5液压缸的进、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2qdv算得，液压缸进油路油管内径6051087.062d-3ji