液壓課程設(shè)計(jì)—立式板料折彎機(jī)設(shè)計(jì)

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1、二、設(shè)計(jì)性能要求 欲設(shè)計(jì)制造一臺(tái)立式板料折彎機(jī)，具滑塊(壓頭)的上下運(yùn)動(dòng)擬采用液壓傳 動(dòng)，要求通過電液控制實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)為：1.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)空載下降--慢速下壓折彎 --快速退回的工作過程。2.壓頭下降時(shí)速度均勻。已知：折彎力 F 1000KN ; 滑塊重力 G=15KN快速空載下降的速度 vi 23mm/s ,慢速下壓折彎的速度 v2 12mm/s ,快速退回的速度v3 53mm/s ;快速空載下降行程L1 180mm ,慢 速下壓折彎的行程L2 20mm,快速退回的行程L3 200mm;啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間均 為t 0.2s。要求用液壓方式平衡滑塊重量，以防自重下滑；壓頭導(dǎo)軌上的摩擦

2、力可以忽略不計(jì)。 三.設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.工況分析：(1)負(fù)載分析 折彎機(jī)滑塊做上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且行程較小(只有 200mm,故可選單桿 活塞液壓缸作為執(zhí)行元件(可以選擇液壓缸的機(jī)械效率 m 0.96)。 根據(jù)技術(shù)要求和已知參數(shù)對(duì)液壓缸各工況外負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果列 于下表1 工況 計(jì)算公式 外負(fù)裁/N 計(jì)算及說明 快進(jìn) 啟動(dòng) 加速 F 外 ma平均 176N /八 __ G Vi 15000 0.023…… (1) F外——1 176N; g t 9.8 0.2 」為下行平均加速度0.115; t (2)由于忽略滑塊導(dǎo)軌摩擦力，故快速 下降恒快進(jìn)階

3、段外負(fù)載為0; l G V2 15000 0.053 C一 (3) F外 2 405N ; g t 9.8 0.2 ’2為回程平均加速度0.265 m/s2 t (4)恒快退階段因?yàn)橐３只瑝K重力且 勻西下降所以外負(fù)載力等于滑塊重力 (5)減速制動(dòng)階段 為均="為減速平均 力口速度為0.265 包快 進(jìn) 0 工進(jìn) 5外=5折彎 1000KN 快退 啟動(dòng) 加速 F外 ma平均 G 15405 包快 退 F#=G 15000 減速 制動(dòng) F外 -ma平均 G 14595 表1液壓缸外負(fù)載力分析計(jì)算結(jié)果 利用表1的計(jì)算數(shù)據(jù)，并在負(fù)載過渡段

4、做粗略的線性處理后便得到如圖 1所示的  圖1折彎機(jī)液壓缸負(fù)載循環(huán)圖 (2)運(yùn)動(dòng)分析：根據(jù)已知參數(shù)，各個(gè)工況持續(xù)時(shí)間近似計(jì)算結(jié)果見表 2 工況 時(shí)間/s 行程/mm 速度/mm/s 加速度/ mm/s2 啟動(dòng)階段 0.2 2.3 115 快進(jìn)階段 7.826 180 23 工進(jìn)階段 1.667 20 12 快退階段 3.774 200 53 制動(dòng)階段 0.2 5.3 265 表2折彎機(jī)各工況情況 利用表2中的計(jì)算數(shù)據(jù)，并在速度過渡段做粗略的線性處理后便得到如圖 2所示 的折彎機(jī)液壓缸速度循環(huán)圖。

5、 2.確定液壓缸參數(shù) 圖2折彎機(jī)液壓缸速度循環(huán)圖 根據(jù)文獻(xiàn)1表8-7表8-6 ,預(yù)選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P =24Mpa將液壓缸的無 桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時(shí)，滑塊自重采用液壓式平衡，則可計(jì)算 出液壓缸無桿腔的有效面積。 Ai Pi m 1000KN 2 6 0.043m 0.96 24 106 液壓缸內(nèi)徑 D小 0.234m 234 mm 按 GB/T2348-1993,取標(biāo)準(zhǔn)值 D=250mm=25cm 根據(jù)快速下行和快速上升的速度比確定活塞桿直徑 d V3 D2 V1 D2 d2 53 23 2.3 d 0.752D 0.752

6、 250 187.95mm,取標(biāo)準(zhǔn)值 d=180mm 液壓缸的實(shí)際有效面積為 A - D2 — 252 490.625cm2 A2 RD2 4 4 d2) -(252 182) 236.285cm2 4 河北建筑工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 那么液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量計(jì)算見以下 表3 工作階段 計(jì)算公式 F/N 工作腔壓 力 P/Pa 軸入流星q / 3 c 1 / cm ?s _ 1 / L ?min 快進(jìn) 啟動(dòng) 加速 n F外-A P1 A ;q A1V1 A m 176 3733.88 包快 進(jìn) 0 0 1128

7、.44 67.76 工進(jìn) F外 P2 --;q Av2 A m 宿 2.12 107 588.75 35.325 快退 啟動(dòng) 加速 - F外 P3 ； q A2V3 A2 m 15405 0.68 106 包快 退 15000 0.66 106 1250.8 75.048 減速 制動(dòng) 14595 0.64 106 表3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力和流量 循環(huán)中各階段的功率計(jì)算如下。 快進(jìn)（啟動(dòng)）階段： P1 RU 3733.88 1128.44 10 6 4.21W 0.00421KW 快進(jìn)（包快進(jìn)）階段：P1 0

8、工進(jìn)階段：P2 p2cb 2.12 107 588.75 10 6 12481.5W 12.482KW 快速度回程階段，啟動(dòng) P3 P3C3 0.68 106 1250.8 10 6 851.56W 0.852KW 恒速快退 P4 p4q4 0.66 106 1250.8 10 6 826.52W 0.827kW 減速制動(dòng) P5 p5q5 0.64 1 06 1 252.3 1 0 6 801.47W 0.801kW 3.編制工況圖：根據(jù)以上分析與計(jì)算數(shù)據(jù)可繪出液壓缸的工況圖， 如下（功率 圖3,流量圖4,壓力圖5 ） 液壓缸的功率圖3 液壓缸的流量圖4

9、 液壓缸的工作壓力圖5 4 .擬定液壓系統(tǒng)圖 考慮到折彎機(jī)工作時(shí)所需的輸入功率較大，故可以采用容積調(diào)速方式。為 滿足速度的有級(jí)變化，采用壓力補(bǔ)償變量液壓泵供油.即在快速下降時(shí)，液壓泵以 全流量供油，當(dāng)轉(zhuǎn)換成慢速加壓折彎時(shí)，泵的輸出流量減小，在最后 5mm的行程 內(nèi)，使泵的流量減到零。當(dāng)液壓缸反向回程時(shí)，泵的輸出流量恢復(fù)到全部流量。 液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向采用三位四

10、通 M型電液換向閥控制，液壓缸停止工作時(shí)電液換 向閥處于中位，可以使液壓泵卸荷。為防止壓頭在下降過程中由于自重而出現(xiàn)速 度失控現(xiàn)象，在液壓缸無干腔回油路上設(shè)置一個(gè)內(nèi)控單向順序閥。 本機(jī)采用行程 控制，利用行程開關(guān)來切換電液換向閥， 以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。綜上擬定的折彎機(jī)液 壓系統(tǒng)原理圖如下所示。 折彎機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖6 1---變量泵；2— 溢流閥3---壓力表及其開關(guān)；4---單向閥；5---二包 四通電液換向閥；6---- 單向順序閥；7---液壓缸；8---過濾器 5 .液壓元件選擇 （一）液壓泵 由液壓缸的工況圖，可以看到液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓折彎階段結(jié)束 時(shí)，p

11、i 21.2MPa 。此時(shí)缸的輸入流量極小，且進(jìn)油路元件較小，故變量液壓泵 至液壓缸間的進(jìn)油路壓力損失估取為 p 0.5MPa 。所以得泵的最高工作壓力 Pp 21.2 0.5 21.7MPa 液壓泵的最大供油流量qp按液壓缸的最大輸入流量(75.048L/min )進(jìn)行估 算。取泄露系數(shù) K=1.1,則 qp 1.1 75.048L/min 82.55L/min 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱手冊(cè)或產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的選取 63YCY14-1EE力 補(bǔ)償變量型斜盤式軸向柱塞泵，具額定壓力 32MPa排量為63mL/r,額定轉(zhuǎn)速 1500r/min. 若取液壓泵的

12、容積效率v 0.9 ,則液壓泵的實(shí)際輸出流量為 qp 63 1500 0.9/1000 85.05L/min 由文獻(xiàn)［1］表8-3取泵的總效率為 p 0.85,則液壓泵的實(shí)際功率即所需電機(jī) 功率為 ppqp Pp p 85.05 21.2Mpa 0.85 2.12kw 查文獻(xiàn)［2］表5-14,選用規(guī)格相近的Y132S-4型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，具額定 功率5.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。 按所選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵的最大理論流量為 qt nV 1440 63 90.72L/min ,大于計(jì)算所需流量 82.65L/min ,滿足使用要 求。

13、(二)閥類原件及輔助原件 根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況， 容易選擇系統(tǒng)的其他液壓元件，一并 列入表4。其他元件的選擇及液壓系統(tǒng)性能計(jì)算此處從略。 廳P 元件名 稱 額定壓 力/Mpa 額定流量 / L?min 1 型號(hào)規(guī)格 說明 1 變量泵 32 63mL/r（排 量） 63YCY14-1E 額定轉(zhuǎn)速 1500r/min , 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 功率5.5kw 2 溢流閥 35 250 DB10 通徑為10mm 3 壓力表 及其開 關(guān) 16 160 AF3-Ea20B 通徑為20mm 最低控制壓 力 0.6Mpa 4 單向閥 31.

14、5 120 S15P 通徑為15mm  5 三位四 通電液 換向閥 28 160 4WEH10G 通徑為10mm 6 單向順 序閥 31.5 150 DZ10 通徑為10mm 7 液壓缸 自行設(shè)計(jì) 8 過濾器 <0.02 (壓力 損失) 100 XU-100*80J 通徑為32mm 表4折彎機(jī)液壓系統(tǒng)液壓元件型號(hào)規(guī)格 注：1.此表所列液壓元件均按參考文獻(xiàn)［3］選出。 2.表中序號(hào)與上圖中元件標(biāo)號(hào)相同。 (三)油管 各元件問連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定， 液壓缸進(jìn)、出油管則按 輸入、排出的最大流量計(jì)算。

15、由于液壓泵選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn)、 出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算如下表所示 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 軸入流星 / L?min 1 q1 67 q1 35.325 q1 qp 82.65 排出流量 / L?min 1 q2 (A2q1)/A1 32.267 q2 (A2q1)/A 17.013 q2 (A1q1)/A2 171.62 表5液壓缸的進(jìn)、出流量 由上表可以看出，液壓缸在各個(gè)工作階段的實(shí)際運(yùn)速度符合設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)表中的數(shù)值，并按第二章第七節(jié)推薦取油液在壓油管的流速 v=5m/s,所以 與液壓缸無桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為 d

16、2、q/( v) 2 . (82.65 105/60)/( 5 103)mm 18.73mm d 2 q/( v) 2 , (171.62 105/60)/( 5 103)mm 26.99mm 這兩根油管都按 GB/T2351-2005選用內(nèi)徑 25mm、外徑 32mm的冷拔無縫鋼 (四)油箱 油箱容積估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 11,故其容積為V qp 11 82.65L 909.15L 按GB/T7938-1999規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值 V=1000L 五驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 (一)驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失，并確定壓力閥的的調(diào)整值 由于系統(tǒng)的管路布局尚未具體確定， 整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面估

17、算， 故只能 先估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局 部損失。 1快進(jìn) 快進(jìn)時(shí)，進(jìn)油路上油液通過單向閥 4的流量是67L/min通過電液換向閥5的流 量是67L/min。因此進(jìn)油路上的總壓降為： 67 2 67 2 pV [0.2 ( )2 0.5 ( )2]MPa 0.15MPa 120 160 此值不大，不會(huì)使壓力閥開啟，故能確保兩個(gè)泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。 回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過三位四通換向閥的流量是 32.3L/min ,然 后流回油箱，由此便得出有桿腔壓力與無桿腔壓力之差為 2 323 p 0.5 —— 0.0204MPa

18、 160 2工進(jìn) 工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥 5的流量是35.325L/min。進(jìn)油路上的 總壓降為 p1 0.5 (35325)2MPa 0.024MPa 故溢流閥2的調(diào)壓Ppia應(yīng)為 pp1A p1 p1 (21.2 0.024) MPa 21.224MPa 3快退 快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥 4,換向閥 5和單向閥6的流量為 86.65L/min。油液在回油路上通過換向閥 5的流量是171.62L/min.因此進(jìn)油路 上的總壓降為 Pvi [0.2 ( 82.65 120 )2 0.5 ( 82.65 160 )2 0.2 ( 8

19、2.65 150 )2]MPa 0.289MPa 此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的?；赜吐飞系目倝航禐? pV2 0.5 (171.62 )2MPa 0.575MPa 160 此值較小，不必重算，快退時(shí)液壓泵的工作壓力Pp應(yīng)為 pp p1 pV1 (0.67 0.289) MPa 0.959MPa 溢流閥的調(diào)整壓力定大于此壓力 (二)驗(yàn)算油溫 工進(jìn)時(shí)，液壓缸的有效功率為 pe Fv 5 104 12 10 3W 600W 液壓缸的總輸入功率為p p2 679W 798.82W p p 0.85 p 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 p pp pe (798.82 60

20、0)W 198.82W 可算出郵箱的散熱面積為 A 6.53「6.5 3 (1000 10 3)2m2 6.5m2 查的油箱的散熱系數(shù)K 9W/(m2|°C) 查得郵箱的散熱系數(shù)為,求出油液溫升為t」-176-°C 3.00°C KA 9 6.5 此溫升值沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器, 參考文獻(xiàn) [1]王積偉 章宏甲 黃易誼。 液壓與氣壓傳動(dòng) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社2005 [2]張利平液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì) 北京化學(xué)工業(yè)出版社2003 [3]成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 液壓傳動(dòng) 北京化學(xué)工業(yè)出版社2004 [4]劉新德 液壓氣動(dòng)手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社2000