板料折彎機的液壓系統(tǒng)課程設計

1、<p>　　****學生課程設計（論文）</p><p>　　板料折彎機的液壓系統(tǒng)</p><p>　　學生姓名： ***** </p><p>　　學生學號： </p><p>　　院 （系）： 機 械 工 程 學 院

2、 </p><p>　　年級專業(yè)： 2009級機械設計制造及自動化1班</p><p>　　指導教師： **** </p><p><b>　　二〇一二年六月</b></p><p>　　****本科學生課程設計任務書</p><p>　　課程設計

3、（論文）指導教師成績評定表</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　立式板料折彎機是機械、電氣、液壓三者緊密聯系，結合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設計在現代機械的設計工作中占有重要的地位。因此，《液壓傳動》課程是工科機械類各專業(yè)都開設的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產實際有著密切的聯系。

4、為了學好這樣一門重要課程，除了在教學中系統(tǒng)講授以外，還應設置課程設計教學環(huán)節(jié)，使學生理論聯系實際，掌握液壓傳動系統(tǒng)設計的技能和方法。</p><p>　　液壓傳動課程設計的目的主要有以下幾點：</p><p>　　1、綜合運用液壓傳動課程及其他有關先修課程的理論知識和生產實際只是，進行液壓傳動設計實踐，是理論知識和生產實踐機密結合起來，從而使這些知識得到進一步的鞏固、加深提高和擴展。<

5、;/p><p>　　2、在設計實踐中學習和掌握通用液壓元件，尤其是各類標準元件的選用原則和回路的組合方法，培養(yǎng)設計技能，提高學生分析和嫁接生產實際問題的能力，為今后的設計工作打下良好的基礎。</p><p>　　3、通過設計，學生應在計算、繪圖、運用和熟悉設計資料（包括設計手冊、產品樣本、標準和規(guī)范）以及進行估算方面得到實際訓練。</p><p>　　關鍵詞 板料折彎機

6、 ，液壓傳動系統(tǒng)，液壓傳動課程設計。</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Vertical plate bending machine is a mechanical, electrical, hydraulic three closely linked, in combination with a complex. Hydrau

7、lic drive and mechanical drive, electric drive and tied for the three major traditional form, the design of hydraulic transmission system in modern machinery design work occupies an important position. Therefore," h

8、ydraulic" course for mechanical engineering major is an important course offering. It is not only a theory, but also with the actual production are closely </p><p>　　Hydraulic transmission course design

9、 the purpose of the following main points:</p><p>　　In 1, the integrated use of hydraulic transmission course and other related courses of theoretical knowledge and practical production only, hydraulic trans

10、mission design practice, theory and practice are classified together, so that these knowledge get consolidate further, deepen the enhancing and expanding.</p><p>　　2, in the design practice to learn and mast

11、er the general hydraulic components, especially all kinds of standard components of the selection principles and circuit combination methods, training design skills, improve students' analysis and grafting production

12、 actual problem ability, for the design of future work to lay a good foundation.</p><p>　　3, by design, drawing, calculation, students should apply and be familiar with the design data ( including design, pr

13、oduct samples, standards and norms ) and estimates of practical training.</p><p>　　Key words: sheet metal bending machine, hydraulic system, hydraulic transmission course design.</p><p><b>

14、;　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 任務分析1</b></p><p>　　1.1 技術要求1</p><p><b>　　1.2任務分析

15、1</b></p><p><b>　　2 工況分析3</b></p><p>　　2.1 運動分析3</p><p><b>　　2.2負載分析3</b></p><p>　　2.3 確定液壓缸主要尺寸，編制液壓缸工況圖5</p><p>　　2.3

16、.1.確定液壓缸的主要結構尺寸5</p><p>　　2.4編制液壓缸工況圖6</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)圖9</p><p>　　3.1制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)圖9</p><p>　　4液壓元件選型10</p><p>　　4.1液壓泵及其驅動電機的選擇10</p><

17、p>　　4.2閥類元件及輔助元件10</p><p>　　4.3油管元件11</p><p>　　4.4油箱的容積計算12</p><p>　　4.5油箱的長寬高12</p><p>　　4.6油箱地面傾斜度13</p><p>　　4.7吸油管和過濾器之間管接頭的選擇13</p>&l

18、t;p>　　4.8過濾器的選取13</p><p>　　4.9堵塞的選取13</p><p>　　4.10空氣過濾器的選取13</p><p>　　4.11液位/溫度計的選取14</p><p>　　5 液壓系統(tǒng)性能的運算15</p><p>　　5.1 壓力損失和調定壓力的確定15</p&

19、gt;<p>　　5.1.1 沿程壓力損失15</p><p>　　5.1.3壓力閥的調定值計算16</p><p>　　5.2 油液溫升的計算16</p><p>　　5.2.2 快退時液壓缸的發(fā)熱量16</p><p>　　5.2.3壓制時液壓缸的發(fā)熱量16</p><p>　　5.3油箱

20、的設計16</p><p>　　5.3.1系統(tǒng)發(fā)熱量的計算16</p><p>　　5.3.2 散熱量的計算16</p><p>　　6 參考文獻18</p><p><b>　　1 任務分析</b></p><p><b>　　1.1 技術要求</b></

21、p><p>　　設計制造一臺立式板料折彎機，該機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：</p><p>　　折彎力 </p><p>　　滑塊重量 </p><p>　　快速空載下降 行

22、程 185mm</p><p>　　速度（） 31</p><p>　　慢速下壓（折彎） 行程 35mm</p><p>　　速度（） 12</p><p>　　快速回程 行程 220mm</p><p>　　速度（） 52

23、</p><p><b>　　1.2任務分析</b></p><p>　　根據滑塊重量為，為了防止滑塊受重力下滑，可用液壓方式平衡滑塊重量，滑塊導軌的摩擦力可以忽略不計。設計液壓缸的啟動、制動時間為。折彎機滑塊上下為直線往復運動，且行程較小（220mm）,故可選單為桿液壓缸作執(zhí)行器,且液壓缸的機械效率。因為板料折彎機的工作循環(huán)為快速下降、慢速加壓（折彎）、快速回程三個

24、階段。各個階段的轉換由一個三位四通的電液換向閥控制。當電液換向閥工作在左位時實現快速回程。中位時實現液壓泵的卸荷，工作在右位時實現液壓泵的快速和工進。其工進速度由一個調速閥來控制?？爝M和工進之間的轉換由行程開關控制。折彎機快速下降時，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，并產生動作，實現由快進到工進的轉換。當活塞移動到終止階段時，壓力

25、繼電器接受到信號，使電液換向閥換向。由于折彎機壓力比較大，所以此時進油腔的壓力比較大，所以在由工進到快速回程階段須要一個預先卸壓回路，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計一個預先卸壓回路，回路的卸荷快慢用一個節(jié)流閥來調節(jié)，此時換</p><p><b>　　2 工況分析</b></p><p><b>　　2.1 運動分

26、析</b></p><p>　　首先根據主機要求畫出動作循環(huán)圖如圖1-1所示：</p><p>　　圖2-1 動作循環(huán)圖</p><p><b>　　2.2負載分析</b></p><p>　　(1)根據給定條件，先計算液壓缸快速下降時啟動加速中慣性力和反向啟動加速中的慣性力，取加速（減速）時間為0.2 s

27、</p><p><b>　　慣性負載： </b></p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　(2)初壓力：在慢降階段,因為油液壓力逐漸升高，約達到最大壓緊力的％左右</p><p&g

28、t;　　== (2-3) </p><p>　　（3）各階段運動時間：</p><p>　　快速下降： (2-4)</p><p>　　工作下壓：折彎時分為兩個階段，初壓階段的行程為30mm，終壓階段行程為5mm。</p><p>　　初壓階段

29、 (2-5)</p><p>　　終壓階段 (2-6)</p><p>　　快速回程： (2-7)</p><p>　　液壓缸的機械效率取。工作臺的液壓缸在各工況階段的負載值如表2-1,負載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖如2-2所示。</p&

30、gt;<p>　　圖2-2折彎機液壓缸的F-t圖和v-t圖</p><p>　　2.3 確定液壓缸主要尺寸，編制液壓缸工況圖</p><p>　　2.3.1.確定液壓缸的主要結構尺寸</p><p>　　查手冊，預選液壓缸的設計壓力。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時，滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計算出液壓缸無桿腔的有效面積。</

31、p><p>　　液壓缸內徑（活塞直徑）</p><p>　　根據GB/T2348-1993,圓整成就近的標準值D=400mm=40cm。</p><p>　　根據快速下行與快速上升的速度比確定活塞桿直徑d：由于</p><p>　　故活塞桿直徑d=0.636D=254mm，取標準值d=280mm=28cm</p><p>

32、　　從而可算得液壓缸無桿腔和有桿腔的實際有效面積為</p><p>　　2.4編制液壓缸工況圖</p><p>　?、僖簤焊自诠ぷ餮h(huán)中各階段的壓力和流量見下表</p><p>　　液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力和流量</p><p>　　②工作循環(huán)中各階段的功率計算如下：</p><p>　　a．快速下降階段：啟動時（

33、W）</p><p><b>　　恒速時</b></p><p>　　b．慢速加壓階段：初壓時（W）</p><p>　　終壓時，行程只有5mm，持續(xù)時間僅，壓力和流量變化情況較復雜，故作如下處理：壓力由0.94Mpa增加到18.8Mpa，其變化規(guī)律可近似用一線性</p><p><b>　　p（t）表示，即&

34、lt;/b></p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　流量由1507.2減小為零，其變化規(guī)律可近似用一線性函數q（t）表示，即 （1-2）</p><p>　　上述兩式中，t為終壓階段持續(xù)時間，取值范圍0~0.42s</p>

35、<p>　　從而得此階段功率方程</p><p>　　這是一個開口向下的拋物線方程，令，可求得極值點t=0.199s以及此處的最大功率值為</p><p>　　而t=0.199s處的壓力和流量可由式(1-1)和式（1-2）算得，即</p><p><b>　　c．快速回程階段：</b></p><p><

36、;b>　　啟動時 </b></p><p><b>　　恒速時 </b></p><p><b>　　制動時 </b></p><p>　　根據以上分析與計算數據可繪出液壓缸的工況圖，如下圖所示（圖中，功率拋物線頂點兩側近似當作直線處理）。</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)圖

37、</p><p>　　3.1制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　考慮到折彎機工作時所需功率較大，故采用容積調速方式。為滿足速度的有級變化，采用壓力補償變量供油泵。即在快速下降時，液壓缸以全流量供油，當轉換成慢速加壓折彎時，液壓泵的流量減小，在最后5mm內，使液壓泵流量減到零。當液壓缸反向回程時，泵的流量恢復到全流量。</p><p>　　液壓缸的運動方

38、向采用三位四通M型中位機能電液動換向閥控制，停機時換向閥處于中位，使液壓缸卸荷。</p><p>　　為防止壓頭在下降過程中由于自重而出現速度失控現象，在液壓缸無桿腔回油路上設置一個內控單向順序閥。</p><p>　　本機采用行程控制，利用動擋塊觸動滑塊運動路徑上設置的電氣行程開關來切換電液動換向閥，以實現自動循環(huán)。</p><p>　　此外，在泵的出口并聯一個溢

39、流閥，用于系統(tǒng)的安全保護；泵的出口并聯一個壓力表及其開關，以實現測壓。</p><p>　　綜上所述擬訂的折彎機液壓系統(tǒng)原理圖如下</p><p>　　1-變量泵 2-溢流閥 3-壓力表及其開關 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-調速閥 11-單向閥 12-壓力繼電器</p><p><b>　　4液壓

40、元件選型</b></p><p>　　4.1液壓泵及其驅動電機的選擇 </p><p>　　由工況圖可看到，液壓缸的最高工作壓力出現在加壓折彎階段結束時，。此時缸的輸入流量極小，且進油路元件較少，故泵至缸間的進油路壓力損失估計取為。算得泵的最高工作壓力為</p><p>　　所需的液壓泵最大供油流量按液壓缸的最大輸入流量233.6進行估算。取泄露系數K

41、=1.1，則</p><p>　　根據系統(tǒng)所需流量，擬初選限壓式變量泵的轉速為n=1500，暫取泵的容積效率，可算出泵的排量參考值為</p><p>　　根據以上計算結果查閱選用規(guī)格為250YCY14-1B斜盤式壓力補償變量型軸向柱塞泵，其額定壓力P=32MPa，排量為250mL/r,額定轉速為1500r/min，流量為q=375L/min。符合系統(tǒng)對流量的要求。</p>&

42、lt;p>　　有工況圖可知，最大功率出現在t=0.199s時，由此時的液壓缸工作壓力和流量可算得此時的液壓泵的最大理論功率</p><p>　　由查表取泵的總效率為，則可算得液壓泵驅動功率為</p><p>　　查表，選取規(guī)格相近的Y160-4型封閉式三相異步電動機，其額定功率11kW，額定轉速為1460r/min。按所選電動機轉速和液壓泵的排量，液壓泵的最大實際流量為</p&

43、gt;<p>　　大于計算所需流量256.96L/min,滿足使用要求。</p><p>　　4.2閥類元件及輔助元件</p><p>　　根據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，結果見表4.2。</p><p><b>　　表4-2</b></p>&l

44、t;p><b>　　4.3油管元件</b></p><p>　　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、出油管則按輸入、排出的最大流量計算，由下表中數值說明液壓缸壓制、快退速度, 與設計要求相近，這表明所選液壓泵的型號，規(guī)格是適宜的。</p><p>　　表4-3 液壓缸在各個階段的進出流量</p><p>　　由表中數值可

45、知，當油液在壓力管中速度取5m/s時，由式 算得，</p><p>　　液壓缸進油路油管內徑；</p><p>　　液壓缸回油路管內徑；</p><p>　　這兩根油管選用參照《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》P111，進油管的外徑，內徑，回油路管的外徑，內徑。</p><p>　　4.4油箱的容積計算</p><p>　　容量

46、(單位為L)計算按教材式(7-8) : ，由于液壓機是高壓系統(tǒng)，。 所以油箱的容量 ， </p><p>　　按JB/T7938-1999規(guī)定容積取標準值.</p><p><b>　　4.5油箱的長寬高</b></p><p>　　因為油箱的寬、高、長的比例范圍是1：1~2：2~3，此處選擇比例是1：1.5：2由此可算出油

47、箱的寬、高、長大約分別是693.36mm,1040mm,1386.7mm。并選擇開式油箱中的分離式油箱設計。其優(yōu)點是維修調試方便，減少了液壓油的溫升和液壓泵的振動對機械工作性能的影響；其缺點是占地面積較大。</p><p>　　由于系統(tǒng)比較簡單，回路較短，各種元件較少，所以預估回路中各種元件和管道所占的油液體積為0.8L。因為推桿總行程為220mm，選取缸的內腔長度為360mm。忽略推桿所占的體積，則液壓缸的體積

48、為</p><p>　　當液壓缸中油液注滿時，此時油箱中的液體體積達到最小為：</p><p>　　則油箱中油液的高度為：</p><p>　　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。此分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。</p><p>　　為了易于散熱和便于對油箱進行搬

49、移及維護保養(yǎng)，取箱底離地的距離為200mm。</p><p>　　故可知，油箱的總長總寬總高為：</p><p><b>　　長為：</b></p><p><b>　　寬為：</b></p><p><b>　　高為：</b></p><p>　　4.

50、6油箱地面傾斜度</p><p>　　為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜度為： </p><p>　　4.7吸油管和過濾器之間管接頭的選擇</p><p>　　在此選用卡套式軟管接頭</p><p>　　查《機械設計手冊—4》表23.9—66得其連接尺寸如下表：</p><p>　　表4.7

51、 單位：mm</p><p><b>　　4.8過濾器的選取</b></p><p>　　取過濾器的流量至少是泵流量的兩倍的原則，取過濾器的流量為泵流量的2.5倍。故有 ： </p><p>　　查《中國機械設計大典》表42.7—7得，先取通用型WU系列網式吸油中過濾器：</p><p><b>　　表7

52、.4</b></p><p><b>　　4.9堵塞的選取</b></p><p>　　考慮到鋼板厚度只有4mm，加工螺紋孔不能太大，查《中國機械設計大典》表42.7—178選取外六角螺塞作為堵塞，詳細尺寸見下表：</p><p>　　4.10空氣過濾器的選取</p><p>　　按照空氣過濾器的流量至少為液

53、壓泵額定流量2倍的原則，</p><p><b>　　即： </b></p><p>　　選用EF系列液壓空氣過濾器，參照《機械設計手冊》表23.8-95得，將其主要參數列于下表： </p><p><b>　　表7.6</b></p&g

54、t;<p>　　注：油過濾精度可以根據用戶的要求是可調的。</p><p>　　4.11液位/溫度計的選取</p><p>　　選取YWZ系列液位液溫計，參照《機械設計手冊》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。</p><p>　　5 液壓系統(tǒng)性能的運算</p><p>　　5.1

55、 壓力損失和調定壓力的確定 </p><p>　　由上述計算可知，工進時油液流動速度較小，通過的流量為47.93L/min,主要壓力損失為閥件兩端的壓降可以省略不計。</p><p>　　快進時液壓桿的速度，此時油液在進油管的速度</p><p>　　5.1.1 沿程壓力損失</p><p>　　沿程壓力損失首先要判斷管中的流動狀態(tài)，此系

56、統(tǒng)采用N32號液壓油，室溫為時，所以有 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　油液在管中的流動狀態(tài)為層流，則阻力損失系數，若取進油和回油的管路長均為2m，油液的密度為，進油路上的沿程壓力損失為</p><p><b>　　。</b></p><p>　　5.1.2局部壓力損失

57、</p><p>　　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則與通過閥的流量大小有關，若閥的額定流量和額定壓力損失分別為，則當通過閥的流量為q時的閥的壓力損失。</p><p>　　由算得小于原估算值0.5MPa,所以是安全的。</p><p>　　同

58、理快進時回油路上的流量則回油管路中的速度；由此可以計算出</p><p>　?。?65<2320,所以為層流）; ,所以回油路上的沿程壓力損失為。</p><p>　　由上面的計算所得求出：總的壓力損失</p><p>　　這與估算值相同，應該計算出結果來確定系統(tǒng)中的壓力閥的調定值。</p><p>　　5.1.3壓力閥的調定值計算

59、</p><p>　　由于液壓泵的流量大，在工進泵要卸荷，則在系統(tǒng)中卸荷閥的調定值應該滿足快進時要求，因此卸荷閥的調定值應大于快進時的供油壓力，所以卸荷閥的調定壓力值應該取22MPa，閥的調定壓力值應大于卸荷閥的調定壓力值0.3~0.5MPa，所以取溢流閥的調定壓力值為22.5MPa，定壓力以平衡板料折變機的自重，即</p><p>　　5.2 油液溫升的計算</p><

60、;p>　　在整個工作循環(huán)中，工進和快進快退所占的時間相差不大，所以，系統(tǒng)的發(fā)熱和油液溫升可用一個循環(huán)的情況來計算。</p><p>　　5.2.1快進時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量</p><p>　　快進時液壓缸的有效功率為：</p><p><b>　　泵的輸出功率為：</b></p><p>　　因此快進液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量

61、為：</p><p>　　5.2.2 快退時液壓缸的發(fā)熱量</p><p>　　快退時液壓缸的有效功率為：</p><p><b>　　泵的輸出功率</b></p><p>　　快退時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：</p><p>　　5.2.3壓制時液壓缸的發(fā)熱量</p><p>

62、　　壓制時液壓缸的有效功率為：</p><p><b>　　泵的輸出功率</b></p><p>　　因此壓制時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：</p><p><b>　　總的發(fā)熱量為</b></p><p>　　按教材式（11—2）求出油液溫升近似值</p><p>　　溫升沒有超出

63、允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設置冷卻器。</p><p><b>　　5.3油箱的設計</b></p><p>　　由前面計算得出油箱的容積為1000L。</p><p>　　5.3.1系統(tǒng)發(fā)熱量的計算</p><p>　　在液壓系統(tǒng)中，損失都變成熱量散發(fā)出來。發(fā)熱量已在油溫驗算時計算出，所以 </p>&l

64、t;p>　　5.3.2 散熱量的計算</p><p>　　當忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時，顯然系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱來考慮。這時油箱散熱面積A的計算公式為</p><p>　　式中 A—油箱的散熱面積（）</p><p>　　H—油箱需要的散熱功率（W）</p><p>　　—油溫（一般以考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差

65、</p><p>　　K—散熱系數。與油箱周圍通風條件的好壞而不同，通風很差時K=8～9；良好時K=15～17.5；風扇強行冷卻時K=20～23；強迫水冷時K=110～175。</p><p>　　所以油箱散熱面積A為：</p><p><b>　　6 參考文獻</b></p><p>　　宋錦春 張志偉.液壓與氣壓傳

66、動 [M].北京：科學出版社，2011.2.</p><p>　　王積偉，黃誼，章宏甲．液壓傳動 [M]．北京：機械工業(yè)出版社，2012.</p><p>　　張利平．液壓傳動系統(tǒng)及設計 [M]．北京：化學工業(yè)出版社，2005．</p><p>　　雷天覺．新編液壓工程手冊 [M]．北京：北京理工大學出版社，1998．</p><p>