液压课程设计—立式板料折弯机设计

二、设计性能要求欲设计制造一台立式板料折弯机，具滑块(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：折弯力 F 1000KN ;滑块重力 G=15KN快速空载下降的速度 vi 23mm/s ,慢速下压折弯的速度v2 12mm/s ,快速退回的速度v3 53mm/s ;快速空载下降行程L1 180mm ,慢速下压折弯的行程L2 20mm,快速退回的行程L3 200mm;启动、制动时间均为t 0.2s。要求用液压方式平衡滑块重量，以防自重下滑；压头导轨上的摩擦 力可以忽略不计。三.设计内容1.工况分析：(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 200mm,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m 0.96)。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工况计算公式外负裁/N计算及说明快进启动 加速F 外 ma平均176N/八 _ GVi 15000 0.023(1) F外1 176N;gt 9.80.2为下行平均加速度0.115;t(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;l G V2 15000 0.053 C一(3) F外2 405N ;gt 9.80.22为回程平均加速度0.265 m/s2t(4)恒快退阶段因为要保持滑块重力且 匀西下降所以外负载力等于滑块重力(5)减速制动阶段 为均=为减速平均力口速度为0.265包快 进0工进5外=5折弯1000KN快退启动 加速F外 ma平均 G15405包快 退F#=G15000减速 制动F外 -ma平均 G14595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/mm/s2启动阶段0.22.3115快进阶段7.82618023工进阶段1.6672012快退阶段3.77420053制动阶段0.25.3265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。2.确定液压缸参数图2折弯机液压缸速度循环图根据文献1表8-7表8-6 ,预选液压缸的设计压力P =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。AiPim1000KN26 0.043m 0.96 24 106液压缸内径D小0.234m 234 mm按 GB/T2348-1993,取标准值 D=250mm=25cm根据快速下行和快速上升的速度比确定活塞杆直径dV3D2V1D2 d253232.3d 0.752D 0.752 250 187.95mm,取标准值 d=180mm 液压缸的实际有效面积为A - D2 252 490.625cm2A2 RD244d2) -(252 182) 236.285cm24河北建筑工程学院课程设计计算说明书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F/N工作腔压力 P/Pa轴入流星q/3 c 1/ cm ?s_1/ L ?min快进启动 加速nF外-AP1 A ;q A1V1A m1763733.88包快 进001128.4467.76工进F外P2-;q Av2A m宿2.12 107588.7535.325快退启动 加速-F外P3； qA2V3A2 m154050.68 106包快 退150000.66 1061250.875.048减速 制动145950.64 106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：P1 RU 3733.88 1128.44 10 6 4.21W 0.00421KW快进（包快进）阶段：P1 0工进阶段：P2 p2cb2.12107588.75 10 6 12481.5W12.482KW快速度回程阶段，启动P3P3C3 0.68 106 1250.8 10 6851.56W0.852KW恒速快退P4p4q40.661061250.8 10 6826.52W0.827kW减速制动P5p5q50.641 061 252.3 1 0 6801.47W0.801kW3.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 ）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54 .拟定液压系统图考虑到折弯机工作时所需的输入功率较大，故可以采用容积调速方式。为 满足速度的有级变化，采用压力补偿变量液压泵供油.即在快速下降时，液压泵以 全流量供油，当转换成慢速加压折弯时，泵的输出流量减小，在最后 5mm的行程 内，使泵的流量减到零。当液压缸反向回程时，泵的输出流量恢复到全部流量。 液压缸的运动方向采用三位四通 M型电液换向阀控制，液压缸停止工作时电液换 向阀处于中位，可以使液压泵卸荷。为防止压头在下降过程中由于自重而出现速 度失控现象，在液压缸无干腔回油路上设置一个内控单向顺序阀。本机采用行程控制，利用行程开关来切换电液换向阀， 以实现自动循环。综上拟定的折弯机液 压系统原理图如下所示。折弯机液压系统原理图61-变量泵；2 溢流阀3-压力表及其开关；4-单向阀；5-二包 四通电液换向阀；6-单向顺序阀；7-液压缸；8-过滤器5 .液压元件选择（一）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，pi 21.2MPa 。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p 0.5MPa 。所以得泵的最高工作压力Pp 21.2 0.5 21.7MPa液压泵的最大供油流量qp按液压缸的最大输入流量(75.048L/min )进行估算。取泄露系数 K=1.1,则 qp 1.1 75.048L/min82.55L/min根据以上计算结果查阅手册或产品样本，选用规格相近的选取63YCY14-1EE力补偿变量型斜盘式轴向柱塞泵，具额定压力 32MPa排量为63mL/r,额定转速 1500r/min.若取液压泵的容积效率v 0.9 ,则液压泵的实际输出流量为qp 63 1500 0.9/1000 85.05L/min由文献1表8-3取泵的总效率为p 0.85,则液压泵的实际功率即所需电机功率为ppqp Ppp85.05 21.2Mpa0.852.12kw查文献2表5-14,选用规格相近的Y132S-4型封闭式三相异步电动机，具额定 功率5.5kw,额定转速为1440r/min。按所选电动机转速和液压泵的排量，液压泵的最大理论流量为qt nV 1440 63 90.72L/min ,大于计算所需流量 82.65L/min ,满足使用要求。(二)阀类原件及辅助原件根据所选择的液压泵规格及系统工作情况， 容易选择系统的其他液压元件，一并 列入表4。其他元件的选择及液压系统性能计算此处从略。厅P元件名 称额定压力/Mpa额定流量/ L?min 1型号规格说明1变量泵3263mL/r（排 量）63YCY14-1E额定转速 1500r/min , 驱动电动机 功率5.5kw2溢流阀35250DB10通径为10mm3压力表 及其开 关16160AF3-Ea20B通径为20mm 最低控制压力 0.6Mpa4单向阀31.5120S15P通径为15mm5三位四 通电液 换向阀281604WEH10G通径为10mm6单向顺 序阀31.5150DZ10通径为10mm7液压缸自行设计8过滤器0.02(压力 损失)100XU-100*80J通径为32mm表4折弯机液压系统液压元件型号规格注：1.此表所列液压元件均按参考文献3选出。2.表中序号与上图中元件标号相同。(三)油管各元件问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，所以要重新计算如下表所示快进工进快退轴入流星/ L?min 1q167q1 35.325q1 qp 82.65排出流量/ L?min 1q2 (A2q1)/A1 32.267q2 (A2q1)/A 17.013q2 (A1q1)/A2 171.62表5液压缸的进、出流量由上表可以看出，液压缸在各个工作阶段的实际运速度符合设计要求。根据表中的数值，并按第二章第七节推荐取油液在压油管的流速v=5m/s,所以与液压缸无杆腔相连的油管内径分别为d2、q/( v)2. (82.65 105/60)/(5 103)mm 18.73mmd2q/( v)2, (171.62 105/60)/(5 103)mm 26.99mm这两根油管都按 GB/T2351-2005选用内径 25mm、外径 32mm的冷拔无缝钢(四)油箱油箱容积估算，取经验数据11,故其容积为V qp 11 82.65L 909.15L按GB/T7938-1999规定，取最靠近的标准值 V=1000L五验算液压系统性能(一)验算系统压力损失，并确定压力阀的的调整值由于系统的管路布局尚未具体确定， 整个系统的压力损失无法全面估算， 故只能 先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局 部损失。1快进快进时，进油路上油液通过单向阀 4的流量是67L/min通过电液换向阀5的流 量是67L/min。因此进油路上的总压降为：67 267 2pV 0.2 ()2 0.5 ()2MPa 0.15MPa120160此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过三位四通换向阀的流量是32.3L/min ,然后流回油箱，由此便得出有杆腔压力与无杆腔压力之差为2 323 p 0.5 0.0204MPa1602工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀5的流量是35.325L/min。进油路上的总压降为p1 0.5 (35325)2MPa 0.024MPa故溢流阀2的调压Ppia应为pp1A p1p1 (21.2 0.024) MPa 21.224MPa3快退快退时，油液在进油路上通过单向阀4,换向阀 5和单向阀6的流量为86.65L/min。油液在回油路上通过换向阀 5的流量是171.62L/min.因此进油路 上的总压降为Pvi0.2 (82.65120)20.5 (82.65160)20.2 (82.65150)2MPa0.289MPa此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上的总压降为pV2 0.5 (171.62 )2MPa 0.575MPa 160此值较小，不必重算，快退时液压泵的工作压力Pp应为ppp1pV1 (0.67 0.289) MPa 0.959MPa溢流阀的调整压力定大于此压力(二)验算油温工进时，液压缸的有效功率为 pe Fv 5 104 12 10 3W 600W液压缸的总输入功率为p p2 679W 798.82W p p 0.85 p液压系统的发热功率为 p pp pe (798.82 600)W 198.82W可算出邮箱的散热面积为 A 6.536.5 3 (1000 10 3)2m2 6.5m2查的油箱的散热系数K 9W/(m2|C)查得邮箱的散热系数为,求出油液温升为t-176-C 3.00CKA 9 6.5此温升值没有超出允许范围，故该液压系统不必设置冷却器,参考文献1王积伟 章宏甲 黄易谊。液压与气压传动北京 机械工业出版社20052张利平液压传动系统及设计北京化学工业出版社20033成大先 机械设计手册 单行本 液压传动北京化学工业出版社20044刘新德 液压气动手册北京 机械工业出版社2000