课程设计任务书--立式板料折弯机液压系统设计.doc

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1、天 津 职 业 技 术 师 范 大 学课 程 设 计 任 务 书课 程 设 计 课 题：立式板料折弯机液压系统设计学 院：机械工程学院班 级：机检0911学 生：魏 X X学 号：03340091107指导老师：XXX时 间：2012年1月4日至2012年1月8日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 1.6106N滑块重量 1.8104N快速空载下降 行程 240mm 速度（） 40慢速下压（折弯） 行程 26mm速度（） 25快速回程 行程 266mm速度（） 36.67往复运

2、动加减速时间 t=0.25s动摩擦系数fd 0.1 静摩擦系数 fs 0.2机械效率 0.941.2任务分析根据滑块重量为18000N，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t=0.25s。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（266mm）,故可选单-杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率0.94。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磁换向阀控制。当电磁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

3、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，使电磁换向阀换向。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

4、现平稳卸荷。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顺序阀，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。222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行元件的运动速度。优点：在此回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件中，

5、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。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好，调速范围也比较宽，工作效率更高，而发热却是最小的。考虑到最大折弯力为1.6*106，数值比较大，故选用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：快速下降工作下压(折弯)快速回程停止。主要性能参数与性能要求如下：折弯力F=1.6*106N；板料折弯机的滑块重量G=1.8*104N；快速空载下降速度40m/s=0.04m/s，工作下压速度v2=25

6、m/s=0.025m/s，快速回程速度v3=36.67=0.03667m/s，板料折弯机快速空载下降行程L1=240mm=0.24m，板料折弯机工作下压行程L2=26mm=0.026m，板料折弯机快速回程：H=266mm=0.266m；启动制动时间，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0.94。由式式中 工作部件总质量 快进或快退速度 运动的加速、减速时间求得惯性负载 1.8*104*0.04/9.8/0.25=293.88NFm=1.8*104*0.03667/9.8/0.25=269.41N再求得阻力负载 静摩擦阻力 Ffs=0.2*1.8*104=3600N 动摩

7、擦阻力 Ffd=0.1*1.8*104=1800N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推力起动36003829.29加速2093.882227.53快进18002688.29工进16018001704042.55快退18002688.3注:液压缸的机械效率取0.944 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v1=40mm/s,v2=25mm/s,v3=36.67mm/s,L1=240mm,L2=26mm,快速回程L3=266mm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1

8、1-3可知，板料折弯机液压系统在最大负载约为211KN时工作压力。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cm=0.91。 1704042.55/0.94/30/106=0.06液压缸内径： 参考1，按GB/T2348-1993，取标准值D=320mm=32cmd=0.707*276=195.132mm参考1，按GB/T2348-1993，取标准值D=320mm=32cmd=200mm=20cm则：无杆腔实际有效面积A1= D2/4= /4*322=803.84cm2有杆腔实际有效面积A2= (D2-d2)/4

9、= (322-202)=489.84cm2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/快速下降启动; 293.883889 192.9等速00_工作下压（折弯）;1704042.5522550000120.5快速回程启动;382980000_等速2227.5348000107.76制动2688.2958000_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恒速工作下压（折弯）快速回程启动恒速制动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

10、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

11、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）为了使系统工作压力时恒定，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：9图6.1折弯机液压系统原理1-变量泵 2-溢流阀 3-三位四通电磁换向阀4-二位二通电磁换向阀 5-调速阀 6-液压缸 7-单向顺序阀 8-过滤器9

12、-压力继电器67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P2=22.5MPa，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。所以泵的最高工作压力Pp=0.5+22.5=23.5MPa。液压泵的最大供油量按液压缸最大输入流量（192.9L/min）计算，取泄漏系数K=1.1,则qp=1.1*192.9=212.19 L/min。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340mL/r,额定转速为1000r/

13、min，流量为q=340L/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22.55+0.5=23.05MPa，流量为1.1*120.5=132.55 L/min,取泵的总效率，则液压泵的驱动电机所要的功率为，根据此数据按JB/T9619-1999，选取Y225M-6型电动机，其额定功率，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，大于计算所需的流量212.9L/min，满足使用要求。7.2 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7.1(表7.1 液压

14、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32340GY14-13额定转1000r/min驱动电机功率为37KW2溢流阀调压0.532340Y-F*20D-P通径20mm3三位四通电磁换向阀28340WEH10G通径10mm4二位二通换向阀340通径10mm 5调速阀2FRM10-21 6液压缸-自行设计 7单项顺序阀最大工作压力32MPa340HCT06L18过滤器QL-250*100通径50mm9压力继电器25DP1-63137.3 油管元件 各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算，由于液压泵具体选

15、定之后液压缸在各个阶段的进出流量已与已定数值不同，所以重新计算如表5.2，表中数值说明液压缸压制、快退速度, 与设计要求相近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的。V3=q1/A2=212.19*10-3/489.84*10-4=4.3流量速度快进压制快退输入流量L/min=803.84*132.55/(803.84-489.44)=339.3q1=120.5q1=qp=212.19排出流量L/minq2=(A2*q1)/A1=489.8*339.3/803.84=206.76q2=(A2*q1)/A1=489.84*120.5/803.84=73.4q2=(A2*q1)/A1=803.84*

16、212.19/489.44=348.2运动速度m/minV1=qp(A1-A2)=132.55*103/(803.84-489.84)*10-4=4.2V2=q1/A1=120.5*10-3/803.84*10-4=1.5V3=q1/A2=212.19*10-3/489.84*10-4=4.3表7.2 液压缸在各个阶段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，按教材P86式(6.6.1)算得，液压缸进油路油管内径液压缸回油路管内径；这两根油管选用参照液压系统设计简明手册P111，进油管的外径，内径，回油路管的外径，内径。7.4油箱的容积计算容量(单位为L)计算按教材式(6.3

17、.1) : ，由于液压机是高压系统，。所以油箱的容量，按JB/T7938-1999规定容积取标准值V=2000L.7.5油箱的长宽高确定因为油箱的宽、高、长的比例范围是1：1：11：2：3，此处选择比例是1：1.5：2由此可算出油箱的宽、长、高大约分别是900mm,1400mm,1800mm。并选择开式油箱中的分离式油箱设计。其优点是维修调试方便，减少了液压油的温升和液压泵的振动对机械工作性能的影响；其缺点是占地面积较大。由于系统比较简单，回路较短，各种元件较少，所以预估回路中各种元件和管道所占的油液体积为0.6L。因为推杆总行程为266mm，选取缸的内腔长度为320mm。忽略推杆所占的体积，

18、则液压缸的体积为当液压缸中油液注满时，此时油箱中的液体体积达到最小为：则油箱中油液的高度为： 由此可以得出油液体下降高度很小，因此选取隔板的高度为282cm,并选用两块隔板。此分离式油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板的厚度为：t=4mm。为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为200mm故可知，油箱的总长总宽总高为：长为：l=l1+2t=1400+2*4 =1408mm宽为：w=w1+2t=900+2*4 =908mm高为：h=h1+200+4+4=2008 mm7.6油箱地面倾斜度为了更好的清洗油箱，取油箱底面倾斜度为：17.7吸油管和过滤器之间管接头的选择 选用

19、卡套式软管接头查机械设计手册4表23.966得其连接尺寸如下表： 表7.3 单位：mm公称压力MPa管子内径mmD卡套式管接头公称尺寸极限偏差G(25)4418.5450.10538447.8过滤器的选取取过滤器的流量至少是泵流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2倍。 查中国机械设计大典表42.77得，先取通用型WU系列网式吸油中过滤器：表7.4型号通径Mm公称流量过滤精度CXL-250100502501807.9堵塞的选取 考虑到钢板厚度只有4mm，加工螺纹孔不能太大，查中国机械设计大典表42.7178选取外六角螺塞作为堵塞，详细尺寸见下表：表7.5dDeSLhbRC重量Kg 基本尺寸

20、极限偏差10.22215134123311.00.0327.10空气过滤器的选取 按照空气过滤器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则，即： 选用EF系列液压空气过滤器，参照机械设计手册表23.8-95得，将其主要参数列于下表： 表7.6参数型号过滤注油口径mm注油流量L/min空气流量L/min油过滤面积L/minmmmmmmmmmm四只螺钉均布mm空气进滤精度mm油过滤精度mE-50323239540015458668296M6140.105125注：油过滤精度可以根据用户的要求是可调的。7.11液位/温度计的选取选取YWZ系列液位液温计，参照机械设计手册表23.8-98选用YWZ-150T

21、 型。考虑到钢板的刚度，将其按在偏左边的地方。8液压系统性能的运算由上述计算可知，工进时油液流动速度较小，通过的流量为55.44L/min,主要压力损失为阀件两端的压降可以省略不计。快进时液压杆的速度，此时油液在进油管的速度/402/10-6/60=4.5m/s8.1.1沿程压力损失沿程压力损失首先要判断管中的流动状态，此系统采用N32号液压油，室温20度时，所以有4.5x40x10-3/1*10-4=18002320，油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数=0.04，若取进油和回油的管路长均为2m，油液的密度为，则进油路上的沿程压力损失为0.04x2x890/40*10-3/2/4.52

22、=1.8x104pa。8.1.2局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，由于管道安装和管接头的压力损失一般取沿程压力损失的10%，而通过液压阀的局部压力损失则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失分别为，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失，由算得0.5x(339.93/340)2=0.49MPa小于原估算值0.5MPa,所以是安全的。同理快进时回油路上的流量339.93x489.84/803.84=207.1L/min则回油管路中的速度207.1x10-3/6/0.25/422x10-6=2.5m/s；由此可以计算出 2.5x42x1

23、0-3/1x10-4=1050（10502320,所以为层流）; 75/1050=0.07,所以回油路上的沿程压力损失为0.07x2x890x2.52/42x10-4/2=0.93x105pa。由上面的计算所得求出：总的压力损失=0.18+489.84/803.84x0.093=0.024MPa这与估算值有差异，应该计算出结果来确定系统中的压力阀的调定值。8.1.3压力阀的调定值计算由于液压泵的流量大，在工进泵要卸荷，则在系统中卸荷阀的调定值应该满足快进时要求，因此卸荷阀的调定值应大于快进时的供油压力1704.04255/803.4+0.024=2.15MPa，所以卸荷阀的调定压力值应该取3M

24、Pa为好。溢流阀的调定压力值应大于卸荷阀的调定压力值0.30.5MPa，所以取溢流阀的调定压力值为3.5MPa。背压阀的调定压力以平衡板料折变机的自重，即1.8x104/489.84x10-4=0.38MPa8.2 油液温升的计算8.2 油液升温的计算液压系统的发热和温升验算82.1系统发热量的计算 在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量，一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵的流量不同的，效率相差较大，所以分别计算速度最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析 当D=2.4m/min时 9=A1D=803.8410-42.4=

25、193m/min 此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为22.55MPa, 则有 P输入=22.550.193/60/0.1=725W P输出=FV=2227.532.4/60=89.1W 此时的功率损失为 P=P输入P输出=72589.1=635.9W 当V=1.5m/min时，q=132.5510-3m3/min 总效率=0.85 则 P输入=22.55106132.5510-3/60/0.8558.6108W P输出=FV=1704042.551.5/6010-2426WP=P输入P输出=58.610342658174W 可见在工进速度低时，功率损失为58174W，发热量最大，即为系统的发

26、热功率已知邮箱的容积V=2000L=2m3,则按式（8-12）邮箱近似散热面积A为A=10.3m2假定通风良好 取邮箱散热系统G=1510-3kw可得油液温升为T=/G/A=58.17410-2/1510-3/1.51=25.7oC 设环境温度T2=25oC 则热平衡温度为 T1=T2+T=25+25.7=50.7【T1】=55oC 所以邮箱散热可达要求根据主机动作要求画出动作循环图如下： 工 进快 进快 退动作循环图 电磁铁动作循环表YA1 YA2YA4快 进 工 进 快 退 液压缸装备图9参考文献1 中国机械设计大典第5卷，机械控制系统设计/中国机械工程学会，中国机械设计大典编委会 南昌：

27、江西科学技术出版社，2002.12 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，2004.13 王积伟 液压传动2版 北京：机械工业出版社，2006.12. 普通高等教育“十一五”规划教材。4 机械设计手册3版 第4卷/机械设计手册编委会编著 北京：机械工业出版社，2004.85 杨培元、朱福元 液压系统设计简明手册 北京：机械工业出版社，1995.106 王积伟、章宏甲、黄谊 液压传动第2版 北京：机械工业出版社，2007.77 王昆，汪信远主编. 机械设计课程设计. 高等教育出版社，1995，128 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计. 高等教育出版社，2001，7 9 洪钟德

28、主编. 简明机械设计手册. 同济大学出版社， 2002，510 徐灏. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，199511 机械设计委员会. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，200412 王先逵.机械工艺学.北京机械工业出版社，199513 卓越科技.机械制图入门、进阶、与提高.电子工业出版社,200614 王忠发.机械设计.北京理工大学出版社，199815 姜柳林.机械CAD基础实践. 北京机械工业出版社,2000致 谢紧张忙碌的毕业设计已经接近尾声，首先感谢我们的母校天津职业技术师范大学，在母校的关怀和教育下完成了自己的学业；其次感谢天津职业技术师范大学机械学院，给我们的毕业设计提供

29、了良好的环境；然后感谢给了我很大帮助的指导老师邓三鹏，邓老师严谨细致的教学风格，平易近人的教学态度，孜孜不倦的教学精神；使我们在学习、工作、做人等方面受益匪浅。本课题是在邓老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。邓老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，邓老师是在完成正常学院工作下，经常不辞辛苦的来指导我们的设计，遇到困难时，及时引导我们纠正错误的想法，纠正错误的设计结构。传授我们完成课程设计所需的深层次的专业知识，满足我们各方面的要求。他渊博的知识和丰富的实践经验使我们受益匪浅，他执着的敬业精神和一丝不苟的治学作风，是我们学习的楷

30、模。在这段时间里，邓老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向邓老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。这次设计是对我们大学三年来的学习的一次最综合的检验，也更是一次综合的学习过程。课程设计不仅使我学习和巩固了专业课知识而且了解了不少相关专业的知识，个人能力得到很大提高。同时也锻炼了与人协作的精神，为以后我踏入社会工作打下了良好的基础。在此，也要感谢一起合作的同学，谢谢你们给我的无私帮助和耐心的讲解，也要感谢同室三年的室友，感谢你们让我使用电脑,在一起共同学习，共同讨论问题，更感谢你们给我创造的安静环境，使我能顺利完成毕业设计！我向你们表示诚挚的感谢！当我的论文要结束的时候，我的内心却无法平静，想想其中经历，有许许多多的老师与同学对我的帮助，在这里对你们再次表示感谢，谢谢！