20121650液压课程设计最终版资料

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 61.5510N ? 滑块重量 41.6510N ? 快速空载下降 行程 185mm 速度（1v ） 21/mm s 慢速下压（折弯） 行程 20mm

速度（2v ） 12/mm s

快速回程 行程 205mm

速度（3v ） 55/mm s

1.2任务分析

根据滑块重量为41.6510N ?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

0.2t s =。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（205mm ）,故可选单 杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率0.91cm η=。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液换向阀控制。当电液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，使电液换向阀换向。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，实现平稳卸荷。为了对油路压力进行监控，在液压泵出口安装一个压力表和溢流阀，同时也对系统起过载保护作用。因为滑块受自身重力作用，滑块要产生下滑运动。所以油路要设计一个液控单向阀，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。

2 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变压式节流调速回路

节流调速的工作原理，是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量来调节其速度。变压式节流调速的工作压力随负载而变，节流阀调节排回油箱的流量，从而对流入液压缸的的流量进行控制。其缺点：液压泵的损失对液压缸的工作速度有很大的影响。其机械特性较软，当负载增大到某值时候，活塞会停止运动，

低速时泵承载能力很差，变载下的运动平稳性都比较差，可使用比例阀、伺服阀等来调节其性能，但装置复杂、价格较贵。优点：在主油箱内，节流损失和发热量都比较小，且效率较高。宜在速度高、负载较大，负载变化不大、对平稳性要求不高的场合。

2.1.2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 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，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。

综合以上两种方案的优缺点比较，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较好，调速范围也比较宽工作效率更高，发热却是最小的。考虑到最大折弯力为61.5510N ，故选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：快速下降慢速下压(折

弯)

快速退回。主要性能参数与性能要求如下：折弯力61.5510F N =?；板料

折弯机的滑块重量41.6510G =?N ；快速空载下降速度121/0.21/v mm s m s == ，工作下压速度s m s mm v /012.0/122==，快速回程速度s m s mm v /05.0/503==，板料折弯机快速空载下降行程1185L mm ==0.185m ，板料折弯机工作下压行程

220L mm ==0.02m ，板料折弯机快速回程：H=205mm=0.205m ；启动制动时间

s t 2.0=?，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0.91cm η=。由式 m v

F m t

?=?

式中 m —工作部件总质量 v ?—快进或快退速度

t ?—运动的加速、减速时间

求得惯性负载 41.65100.0221859.80.2

m v G v F m N t g t ???==?=?=??下

再求得阻力负载 静摩擦阻力 40.2 1.65103300sf F N =??=

动摩擦阻力 40.1 1.65101650fd F N =??=

表3.1 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/cm F η

起动 sf F F =

3300 3626 加速 fd m F F F =+ 1835 2016 快进 fd F F =

1650 1813 工进 fd F F F =+ 1551813 1705289 快退

fd F F =

1650

1813

注:液压缸的机械效率取0.91

cm η=

4 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

s mm v /221=,s mm v /122=,s mm v /503=,mm L 1751=,mm L 302=,快速回程

mm L 2053=

图4.1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11-3可知，板料折弯机液压系统在最大负载约为193KN 时工作压力130P MPa =。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ηcm =0.91。

2max 16

11925220

0.06250.913010

cm F A m p η=

==??? 液压缸内径：

0.3225D m mm =

=

==

按GB/T2348-2001，取标准值D=320mm=32cm 根据快速下降与快速上升进的速度比确定活塞杆直径d:

222

53

2.323V D V D d ===-快上快下195.619.6d mm cm ?== 取标准值d=220mm=22cm

则：无杆腔实际有效面积222123415.54

4

A D cm π

π

==

?=

有杆腔实际有效面积()()2

222222320101.34

4

A D d cm π

π

=

-=

?-=

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

液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表5.2

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 液压缸的工况图

6 系统液压图的拟定

6.1选择液压回路

6.1.1调速回路

考虑到折弯机工作时所需功率较大，故采用容积调速方式。故该液压系统采用闭式。

(a) (A)

图6.1 调速回路

6.1.2 换向回路和卸荷回路

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，泵的流量减小，在最后5mm内，使泵流量减到零。故采用压力补偿变量泵卸荷回路

因为当液压缸反向回程时，泵的流量回复到全流量，故液压缸的运动方向采用三位四通M型电液换向阀控制，停机时，换向阀处于中位，使液压泵卸荷。

(a-b)

图6.2 快速和换向回路

6.1.3压力控制回路

为了防止垂直放置的液压缸中的压头在下降过程中由于重力而出现速度失控现象，故选用平衡回路，即在液压缸的回油路上设置一个内控单向顺序阀。

调压回路采用变量泵调压回路

6.2 液压系统合成

根据以上选择的液压基本回路，合成为图4-2所示的定量泵-回油路节流调速液压系统图。

图6.3折弯机液压系统原理

1-变量泵 2-溢流阀 3-压力表及其开关 4-单向阀

5-三位四通电液换向阀 6-单向顺序阀 7-液压缸8-过滤器

6.3系统液压图的确定

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）为了使系统工作时压力恒定，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：

图6.4折弯机液压系统原理

1-变量泵 2-溢流阀 3-压力表及其开关 4-单向阀5-三位四通电液换向阀 6-单向顺序阀 7-液压缸8-过滤器 9-行程阀10-调速阀 11-单向阀 12-压力继电器

7 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130.0P MPa =，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0.5P MPa ?=。所以泵的最高工作压力

0.530.030.5p P MPa =+=。

液压泵的最大供油量p q 按液压缸最大输入流量（106.1L/min ）计算，取泄漏系数K=1.1,则 1.113.114.41p q =?=。

根据以上计算结果查阅《机械设计手册》表23.5-44，选用规格为A7V 型斜轴式轴向柱塞泵，其额定压力P=35MPa ，排量为80mL/r,额定转速为2100r/min ，流量为q=112.5L/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26.3+0.5=26.8MPa ，流量为1.157.963.69/min L ?=,取泵的总效率0.85η=，则液压泵的驱动电机所要的功率为KW q p P p p 47.3385

.06069

.638.2660=??=

?=

η

，

根据此数据按JB/T9619-1999，选取Y225M-6型电动机，其额定功率35P KW =，额定转速2100r/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2100/min 60/126/min t q n V r mL r L =?=?=，大于计算所需的流量116.71L/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。

7.3 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2v , 3v 与设计要求相近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的 4

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