板料折彎機(jī)液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計

學(xué)生課程設(shè)計說明書題目：板料折彎機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)號：所在院(系)：專業(yè)：班級：指導(dǎo)教師：職稱：二〇**年七月十日摘要立式板料折彎機(jī)是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個綜合體。液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計工作中占有重要的地位。因此，《液壓傳動》課程是工科機(jī)械類各專業(yè)都開設(shè)的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)實際有著密切的聯(lián)系。為了學(xué)好這樣一門重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授以外，還應(yīng)設(shè)置課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實際，掌握液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的技能和方法。液壓傳動課程設(shè)計的目的主要有以下幾點：1、綜合運用液壓傳動課程及其他有關(guān)先修課程的理論知識和生產(chǎn)實際只是，進(jìn)行液壓傳動設(shè)計實踐，是理論知識和生產(chǎn)實踐機(jī)密結(jié)合起來，從而使這些知識得到進(jìn)一步的穩(wěn)固、加深提高和擴(kuò)展。2、在設(shè)計實踐中學(xué)習(xí)和掌握通用液壓元件，尤其是各類標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原那么和回路的組合方法，培養(yǎng)設(shè)計技能，提高學(xué)生分析和嫁接生產(chǎn)實際問題的能力，為今后的設(shè)計工作打下良好的根底。3、通過設(shè)計，學(xué)生應(yīng)在計算、繪圖、運用和熟悉設(shè)計資料〔包括設(shè)計手冊、產(chǎn)品樣本、標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)〕以及進(jìn)行估算方面得到實際訓(xùn)練。關(guān)鍵詞板料折彎機(jī)，液壓傳動系統(tǒng)，液壓傳動課程設(shè)計。目錄摘要1任務(wù)分析…………11.1技術(shù)要求………………11.2任務(wù)分析……………………12方案確實定………………………22.1運動情況分析………………22．1．1變壓式節(jié)流調(diào)速回路………………22．1．2容積調(diào)速回路………23負(fù)載與運動分析………………………34負(fù)載圖和速度圖的繪制…………………45液壓缸主要參數(shù)確實定……………46系統(tǒng)液壓圖的擬定…………67液壓元件的選擇……………………87.1液壓泵的選擇…………87.2閥類元件及輔助元件………87.3油管元件………………97.4油箱的容積計算………………………107.5油箱的長寬高確……………107.6油箱地面傾斜度……………117.7吸油管和過濾器之間管接頭的選擇………117.8過濾器的選取………………117.9堵塞的選取…………………117.10空氣過濾器的選取………127.11液位/溫度計的選取………128液壓系統(tǒng)性能的運算…………138.1壓力損失和調(diào)定壓力確實定……………13沿程壓力損失…………13局部壓力損失…………13壓力閥的調(diào)定值計算…………………148.2油液溫升的計算……………14快進(jìn)時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量……………14快退時液壓缸的發(fā)熱量………………14壓制時液壓缸的發(fā)熱量………………148.3油箱的設(shè)計…………………15系統(tǒng)發(fā)熱量的計算……………………15散熱量的計算………159參考文獻(xiàn)…………17致謝…………………181任務(wù)分析1.1技術(shù)要求設(shè)計制造一臺立式板料折彎機(jī)，該機(jī)壓頭的上下運動用液壓傳動，其工作循環(huán)為：快速下降、慢速加壓〔折彎〕、快速退回。給定條件為：折彎力滑塊重量快速空載下降行程2速度〔〕23慢速下壓〔折彎〕行程3速度〔〕12快速回程行程2速度〔〕521.2任務(wù)分析根據(jù)滑塊重量為，為了防止滑塊受重力下滑，可用液壓方式平衡滑塊重量，滑塊導(dǎo)軌的摩擦力可以忽略不計。設(shè)計液壓缸的啟動、制動時間為。折彎機(jī)滑塊上下為直線往復(fù)運動，且行程較小〔240mm〕,故可選單桿液壓缸作執(zhí)行器,且液壓缸的機(jī)械效率。因為板料折彎機(jī)的工作循環(huán)為快速下降、慢速加壓〔折彎〕、快速回程三個階段。各個階段的轉(zhuǎn)換由一個三位四通的電液換向閥控制。當(dāng)電液換向閥工作在左位時實現(xiàn)快速回程。中位時實現(xiàn)液壓泵的卸荷，工作在右位時實現(xiàn)液壓泵的快速和工進(jìn)。其工進(jìn)速度由一個調(diào)速閥來控制?？爝M(jìn)和工進(jìn)之間的轉(zhuǎn)換由行程開關(guān)控制。折彎機(jī)快速下降時，要求其速度較快，減少空行程時間，液壓泵采用全壓式供油。其活塞運動行程由一個行程閥來控制。當(dāng)活塞以恒定的速度移動到一定位置時，行程閥接受到信號，并產(chǎn)生動作，實現(xiàn)由快進(jìn)到工進(jìn)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)活塞移動到終止階段時，壓力繼電器接受到信號，使電液換向閥換向。由于折彎機(jī)壓力比擬大，所以此時進(jìn)油腔的壓力比擬大，所以在由工進(jìn)到快速回程階段須要一個預(yù)先卸壓回路，以防在高壓沖擊液壓元件，并可使油路卸荷平穩(wěn)。所以在快速回程的油路上可設(shè)計一個預(yù)先卸壓回路，回路的卸荷快慢用一個節(jié)流閥來調(diào)節(jié)，此時換向閥處于中位。當(dāng)卸壓到一定壓力大小時，換向閥再換到左位，實現(xiàn)平穩(wěn)卸荷。為了對油路壓力進(jìn)行監(jiān)控，在液壓泵出口安裝一個壓力表和溢流閥，同時也對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用。因為滑塊受自身重力作用，滑快要產(chǎn)生下滑運動。所以油路要設(shè)計一個液控單向閥，以構(gòu)成一個平衡回路，產(chǎn)生一定大小的背壓力，同時也使工進(jìn)過程平穩(wěn)。在液壓力泵的出油口設(shè)計一個單向閥，可防止油壓對液壓泵的沖擊，對泵起到保護(hù)作用。2方案確實定2.1運動情況分析由折彎機(jī)的工作情況來看，其外負(fù)載和工作速度隨著時間是不斷變化的。所以設(shè)計液壓回路時必須滿足隨負(fù)載和執(zhí)行元件的速度不斷變化的要求。因此可以選用變壓式節(jié)流調(diào)速回路和容積式調(diào)速回路兩種方式。變壓式節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速的工作原理，是通過改變回路中流量控制元件通流面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量來調(diào)節(jié)其速度。變壓式節(jié)流調(diào)速的工作壓力隨負(fù)載而變，節(jié)流閥調(diào)節(jié)排回油箱的流量，從而對流入液壓缸的的流量進(jìn)行控制。其缺點：液壓泵的損失對液壓缸的工作速度有很大的影響。其機(jī)械特性較軟，當(dāng)負(fù)載增大到某值時候，活塞會停止運動，低速時泵承載能力很差，變載下的運動平穩(wěn)性都比擬差，可使用比例閥、伺服閥等來調(diào)節(jié)其性能，但裝置復(fù)雜、價格較貴。優(yōu)點：在主油箱內(nèi)，節(jié)流損失和發(fā)熱量都比擬小，且效率較高。宜在速度高、負(fù)載較大，負(fù)載變化不大、對平穩(wěn)性要求不高的場合。容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中變量泵或馬達(dá)的排量來改變執(zhí)行元件的運動速度。優(yōu)點：在此回路中，液壓泵輸出的油液直接進(jìn)入執(zhí)行元件中，沒有溢流損失和節(jié)流損失，而且工作壓力隨負(fù)載的變化而變化，因此效率高、發(fā)熱量小。當(dāng)加大液壓缸的有效工作面積，減小泵的泄露，都可以提高回路的速度剛性。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點比擬，泵缸開式容積調(diào)速回路和變壓式節(jié)流調(diào)回路相比擬，其速度剛性和承載能力都比好，調(diào)速范圍也比擬寬，工作效率更高，而發(fā)熱卻是最小的?？紤]到最大折彎力為，數(shù)值比擬大，應(yīng)選用泵缸開式容積調(diào)速回路。23負(fù)載與運動分析要求設(shè)計的板料折彎機(jī)實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速下降工作下壓(折彎)快速回程停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：折彎力F=N；板料折彎機(jī)的滑塊重量G=N；快速空載下降速度=0.023m/s，工作下壓速度=0.012m/s，快速回程速度=0.052m/s，板料折彎機(jī)快速空載下降行程=0.21m，板料折彎機(jī)工作下壓行程=0.03m，板料折彎機(jī)快速回程：H=240mm=0.24m；啟動制動時間，液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。液壓缸采用V型密封圈，其機(jī)械效率。由式式中—工作部件總質(zhì)量—快進(jìn)或快退速度—運動的加速、減速時間求得慣性負(fù)載再求得阻力負(fù)載靜摩擦阻力動摩擦阻力表一液壓缸在各工作階段的負(fù)載值(單位:N)工況負(fù)載組成負(fù)載值F推力起動46005055加速25702824快進(jìn)23002527工進(jìn)19023002113667快退23002527注:液壓缸的機(jī)械效率取34負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按上面數(shù)據(jù)繪制，如下列圖a)所示。速度圖按己知數(shù)值,,,,,快速回程圖一板料折彎機(jī)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖a)負(fù)載圖b)速度圖5液壓缸主要參數(shù)確實定由表11-2和表11-3可知，板料折彎機(jī)液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為211KN時工作壓力。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行時，滑塊自重采用液壓方式平衡，那么可計算出液壓缸無桿腔的有效面積，取液壓缸的機(jī)械效率ηcm=0.91。液壓缸內(nèi)徑：參考[1]，按GB/T2348-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值D=320mm=根據(jù)快速下降與快速上升進(jìn)的速度比確定活塞桿直徑d:取標(biāo)準(zhǔn)值d=220mm=224那么：無桿腔實際有效面積有桿腔實際有效面積液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量計算見表5.1。表5.1各階段的壓力和流量工作階段計算公式負(fù)載F/N工作腔壓力p/Pa輸入流量/快速下降啟動;2702853106．3等速00_工作下壓〔折彎〕;2113667快速回程啟動;50550.17_等速28240．095101．7制動25270.0771_液壓缸在工作循環(huán)中各階段的功率計算見表5.2表5.2工作循環(huán)中各階段的功率快速下降啟動恒速工作下壓〔折彎〕快速回程啟動恒速制動 5根據(jù)以上分析與計算數(shù)據(jù)處理可繪出液壓缸的工況圖5.1：圖5.1液壓缸的工況圖6系統(tǒng)液壓圖的擬定考慮到液壓機(jī)工作時所需功率較大，固采用容積調(diào)速方式；〔1〕為滿足速度的有極變化，采用壓力補(bǔ)償變量液壓泵供油，即在快速下降的時候，液壓泵以全流量供油。當(dāng)轉(zhuǎn)化成慢速加壓壓制時，泵的流量減小，最后流量為0；〔2〕當(dāng)液壓缸反向回程時，泵的流量恢復(fù)為全流量供油。液壓缸的運動方向采用三位四通Y型電磁換向閥和二位二通電磁換向閥控制。停機(jī)時三位四通換向閥處于中位，使液壓泵卸荷；〔3〕為了防止壓力頭在下降過程中因自重而出現(xiàn)速度失控的現(xiàn)象，在液壓缸有桿腔回路上設(shè)置一個單向閥；〔4〕為了壓制時保壓，在無桿腔進(jìn)油路上和有桿腔回油路上設(shè)置一個液控單向閥；〔5〕為了使液壓缸下降過程中壓力頭由于自重使下降速度越來越快，在三位四通換向閥處于右位時，回油路口應(yīng)設(shè)置一個溢流閥作背壓閥使回油路有壓力而不至于使速度失控；〔6〕為了使系統(tǒng)工作時壓力恒定，在泵的出口設(shè)置一個溢流閥，來調(diào)定系統(tǒng)壓力。由于本機(jī)采用接近開關(guān)控制，利用接近開關(guān)來切換換向閥的開與關(guān)以實行自動控制；6〔7〕為使液壓缸在壓制時不至于壓力過大，設(shè)置一個壓力繼電器，利用壓力繼電器控制最大壓力，當(dāng)壓力到達(dá)調(diào)定壓力時，壓力繼電器發(fā)出電信號，控制電磁閥實現(xiàn)保壓；綜上的折彎機(jī)液壓系統(tǒng)原理如下列圖：圖6.1折彎機(jī)液壓系統(tǒng)原理1-變量泵2-溢流閥3-壓力表及其開關(guān)4-單向閥5-三位四通電液換向閥6-單向順序閥7-液壓缸8-過濾器9-行程閥10-調(diào)速閥11-單向閥12-壓力繼電器77液壓元件的選擇7.1液壓泵的選擇由液壓缸的工況圖，可以看出液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓壓制階段時，此時液壓缸的輸入流量極小，且進(jìn)油路元件較少故泵到液壓缸的進(jìn)油壓力損失估計取為。所以泵的最高工作壓力。液壓泵的最大供油量按液壓缸最大輸入流量〔106.3L/min〕計算，取泄漏系數(shù)K=1.1,那么。根據(jù)以上計算結(jié)果查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.5-40，選用規(guī)格為160*CY14-1B的壓力補(bǔ)償變量型軸向柱塞泵，其額定壓力P=32MPa，排量為160mL/r,額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，流量為q=160L/min。由于液壓缸在保壓時輸入功率最大，這時液壓缸的工作壓力為30.17+0.5=30.67MPa，流量為,取泵的總效率，那么液壓泵的驅(qū)動電機(jī)所要的功率為，根據(jù)此數(shù)據(jù)按JB/T9619-1999，選取Y225M-6型電動機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速980r/min,按所選電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵最大理論流量，大于計算所需的流量116.93L/min，滿足使用要求。7.2閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格，結(jié)果見表7.1。8表7.1液壓元件的型號及規(guī)格序號元件名稱額定壓力/Pa額定流量ml/r型號及規(guī)格說明1變量泵3216032*GY14-1B額定轉(zhuǎn)速1000r/min驅(qū)動電機(jī)功率為37KW2溢流閥調(diào)壓0.5~32160YF3-*-20B-C通徑203行程閥--YF3-*-20B-C4三位四通換向閥28160WEH10G通徑105單項順序閥最大工作壓力32MPa160HCT06L1(單向行程調(diào)速閥)6節(jié)流閥--FBG-3-125-107單向閥開啟0.15MPa最大200S20A220通徑208壓力繼電器2．5HED209調(diào)速閥2FRM10-217.3油管元件各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管那么按輸入、排出的最大流量計算，由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進(jìn)出流量已與已定數(shù)值不同，所以重新計算如表5.2，表中數(shù)值說明液壓缸壓制、快退速度,與設(shè)計要求相近，這說明所選液壓泵的型號，規(guī)格是適宜的。流量速度快進(jìn)壓制快退輸入流量L/min=排出流量L/min運動速度m/min表7.2液壓缸在各個階段的進(jìn)出流量9由表中數(shù)值可知，當(dāng)油液在壓力管中速度取5m/s時，按教材P177式(7-9)算得，液壓缸進(jìn)油路油管內(nèi)徑；液壓缸回油路管內(nèi)徑；這兩根油管選用參照《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》P111，進(jìn)油管的外徑，內(nèi)徑，回油路管的外徑，內(nèi)徑。7.4油箱的容積計算容量(單位為L)計算按教材式(7-8):，由于液壓機(jī)是高壓系統(tǒng)，。所以油箱的容量，按JB/T7938-1999規(guī)定容積取標(biāo)準(zhǔn)值.7.5油箱的長寬高確定因為油箱的寬、高、長的比例范圍是1：1：1~1：2：3，此處選擇比例是1：1.5：2由此可算出油箱的寬、長、高大約分別是1600MM,1100MM,開式油箱中的別離式油箱設(shè)計。其優(yōu)點是維修調(diào)試方便，減少了液壓油的溫升和液壓泵的振動對機(jī)械工作性能的影響；其缺點是占地面積較大。由于系統(tǒng)比擬簡單，回路較短，各種元件較少，所以預(yù)估回路中各種元件和管道所占的油液體積為0.6L。因為推桿總行程為240mm，選取缸的內(nèi)腔長度為36當(dāng)液壓缸中油液注滿時，此時油箱中的液體體積到達(dá)最小為：那么油箱中油液的高度為：由此可以得出油液體下降高度很小，因此選取隔板的高度為44cm,并選用兩塊隔板。此別離式油箱采用普通鋼板焊接而成，參照書上取鋼板的厚度為：t=4mm為了易于散熱和便于對油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為200mm。10故可知，油箱的總長總寬總高為：長為：寬為：高為：7.6油箱地面傾斜度為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜度為：17.7吸油管和過濾器之間管接頭的選擇在此選用卡套式軟管接頭查《機(jī)械設(shè)計手冊—4》表23.9—66得其連接尺寸如下表：表7.3單位：mm公稱壓力MPa管子內(nèi)徑mm卡套式管接頭公稱尺寸極限偏差G(25)2218.5250.10538227.8過濾器的選取取過濾器的流量至少是泵流量的兩倍的原那么，取過濾器的流量為泵流量的2.5倍。故有：查《中國機(jī)械設(shè)計大典》表42.7—7得，先取通用型WU系列網(wǎng)式吸油中過濾器：表7.4型號通徑Mm公稱流量過濾精度CXL-250100502501007.9堵塞的選取考慮到鋼板厚度只有4mm，加工螺紋孔不能太大，查《中國機(jī)械設(shè)計大典》表42.7—178選取外六角螺塞作為堵塞，詳細(xì)尺寸見下表：11表7.5dDeSLhbRC重量Kg根本尺寸極限偏差10.22215134123311.00.0327.10空氣過濾器的選取按照空氣過濾器的流量至少為液壓泵額定流量2倍的原那么，即：選用EF系列液壓空氣過濾器，參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.8-95得，將其主要參數(shù)列于下表：表7.6參數(shù)型號過濾注油口徑mm注油流量L/min空氣流量L/min油過濾面積L/minmmmmmmmmmm四只螺釘均布mm空氣進(jìn)濾精度mm油過濾精度mE-50323226527015458668296M6140.105125注：油過濾精度可以根據(jù)用戶的要求是可調(diào)的。7.11液位/溫度計的選取選取YWZ系列液位液溫計，參照《機(jī)械設(shè)計手冊》表23.8-98選用YWZ-150T型?？紤]到鋼板的剛度，將其按在偏左邊的地方。128液壓系統(tǒng)性能的運算8.1壓力損失和調(diào)定壓力確實定由上述計算可知，工進(jìn)時油液流動速度較小，通過的流量為55.44L/min,主要壓力損失為閥件兩端的壓降可以省略不計。快進(jìn)時液壓桿的速度，此時油液在進(jìn)油管的速度沿程壓力損失沿程壓力損失首先要判斷管中的流動狀態(tài)，此系統(tǒng)采用N32號液壓油，室溫為20度時，所以有，油液在管中的流動狀態(tài)為層流，那么阻力損失系數(shù)，假設(shè)取進(jìn)油和回油的管路長均為2m，油液的密度為，那么進(jìn)油路上的沿程壓力損失為。局部壓力損失局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，由于管道安裝和管接頭的壓力損失一般取沿程壓力損失的10%，而通過液壓閥的局部壓力損失那么與通過閥的流量大小有關(guān)，假設(shè)閥的額定流量和額定壓力損失分別為，那么當(dāng)通過閥的流量為q時的閥的壓力損失，由算得小于原估算值0.5MPa,所以是平安的。同理快進(jìn)時回油路上的流量那么回油管路中的速度；由此可以計算出13〔245<2320,所以為層流〕;,所以回油路上的沿程壓力損失為。由上面的計算所得求出：總的壓力損失這與估算值有差異，應(yīng)該計算出結(jié)果來確定系統(tǒng)中的壓力閥的調(diào)定值。壓力閥的調(diào)定值計算由于液壓泵的流量大，在工進(jìn)泵要卸荷，那么在系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)該滿足快進(jìn)時要求，因此卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)大于快進(jìn)時的供油壓力，所以卸荷閥的調(diào)定壓力值應(yīng)該取3MPa為好。溢流閥的調(diào)定壓力值應(yīng)大于卸荷閥的調(diào)定壓力值0.3~0.5MPa，所以取溢流閥的調(diào)定壓力值為3.5MPa。背壓閥的調(diào)定壓力以平衡板料折變機(jī)的自重，即8.2油液溫升的計算在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)和快進(jìn)快退所占的時間相差不大，所以，系統(tǒng)