毕业论文--板料折弯机液压系统设计.doc

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1、目 录摘 要1关键词1前 言.11任务分析.2 1.1 技术要求.2 1.2 任务分析.32 方案的确定3 2.1运动情况分析4 2.2调速回路的比较和选用53液压缸主要参数的确定 64负载与运动分析.65负载图和速度图的绘制.76液压系统图的拟定.76.1 液压回路的选择86.2 液压回路的综合87 液压元件的选择.9 7.1 液压泵的选择9 7.2 阀类元件及辅助元件.10 7.3 油管元件.10 7.4油箱的容积计算11 7.5油箱地面倾斜度13 7.6过滤器的选取138 液压系统性能的运算14 8.1 回路压力损失验算.15 8.2 油液温升验算.16 8.2.1快进时液压系统的发热量

2、17 8.2.2 快退时液压缸的发热量.18 8.2.3工进时液压缸的发热量19小结19参考文献20致谢20板料折弯机液压系统设计摘 要：立式板料折弯机是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。因此，液压传动课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。关键词：板料折弯机、液压传动系统、毕业设计前 言机电系毕业

3、设计（论文），是对我们所学的专业基础知识和研究能力、自学能力以及各种综合能力的检验。通过做课程毕业设计（论文）的形式，可以使我们在知识综合运用及动手操作能力等方面的得到锻炼，使我们进一步理解所学专业知识，扩大知识面。随着当今社会经济和科学技术的发展，对高等教育人才培养模式和培养质量提出了新的、更高的要求，需要相应提高我们做毕业设计。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（拆弯）、快速退回。给定条件为：折弯力 15KN滑块重量 G=1000N快速空载下降 ： 行程 0.1m 速度 50mm/s慢速下压（折弯）： 行

4、程 0.15m 速度 25mm/s快速回程： 行程 0.25m 速度 50mm/s1.2任务分析 根据滑块重量为1KN，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。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（250mm），故可选单缸液压缸作执行器，且液压缸的机械效率cm=0.91，因为板弯机的工作循环为快速下降、慢速加压（拆弯）、快速退回三个阶段，各个阶段的转换由一个三位四通电磁换向阀控制。当电磁换向阀工作在左侧时，实现快速下降和工进，快速下降和工进之间的转换由一个二位三通电磁换向阀控制，中位实现液压泵的卸荷，当工作在右位时实现液压缸的快速回程。因为折弯机要求

5、快速下降、快速退回的速度较快且速度相等，减少行程时间，快速下降时液压缸采用差动连接，液压泵采用全压式供油，其活塞运动由一个行程阀控制，当活塞以恒定的速度移动到一定位置时，行程阀接到信号，二位三通电磁换向阀产生动作，实现快进和工进之间的转换。当活塞移动到终止位置时，压力继电器接受到信号，使三位四通电磁换向阀换向。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压顺序阀，已构成一个平衡回路，产生一定大小的背压力，同时也使工进过程平稳。2 方案的确定2.1运动情况的分析 由折弯机的工作情况来看，属

6、轻载、小功率液压系统，其外载和工作速度随着时间不断变化的。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。2.2调速回路的比较和选用(1)调速回路的比较见表1-1。表一 调速回路的比较回路类主要性能节流调速回路容积调速回路容积节流调速回路用节流阀用调速阀限压式稳流式进回油旁路进回油旁路机械特性速度稳定性较差差好较好好承载能力较好较差好较好好调速范围较大小较大大较大功率特性效率低较高低较高最高较高高发热大较小大较小最小较小小适用范围小功率、轻载的中、低压系统大功率、重载高速的中、高压系统中、小功率的中压系统(2)调速回路的选用。调速回路的选用主要考虑以下问题：执行机构的负载性质、

7、运动速度、速度稳定性等要求：负载小，且工作中负载变化也小的系统可采用节流阀节流调速；在工作中负载变化较大且要求低速稳定性好的系统，宜采用调速阀的节流调速或容积节流调速；负载大、运动速度高、油的温升要求小的系统，宜采用容积调速回路。一般来说，功率在3kW以下的液压系统宜采用节流调速；35kW范围宜采用容积节流调速；功率在5kW以上的宜采用容积调速回路。工作环境要求：处于温度较高的环境下工作，且要求整个液压装置体积小、重量轻的情况，宜采用闭式回路的容积调速。经济性要求：节流调速回路的成本低，功率损失大，效率也低；容积调速回路因变量泵、变量马达的结构较复杂，所以价钱高，但其效率高、功率损失小；而容积

8、节流调速则介于两者之间。考虑到最大折弯力为1.5x104 N，功率不到1KW，所以选用节流调速回路，如下图1所示。图13 液压缸主要参数的确定板料折弯机液压系统在最大负载约为15/=15/0.91=16.5KN，执行元件的机械效率取=0.91，参考课本表9.1.1可知，选定工作压力为P1=3MP。鉴于动力滑块要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1取为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。由于滑块成立式放置，在液压缸下行时液压缸有杆腔必须有背压p2，来平衡滑块的重量，背压调定值取p2=0

9、.4MP。由工进时的推力计算液压缸面积：F/cm=A1P1-A2P2=A1P1-（A1/2）P2故有 A1=F/（P1-0.5P2）cm =0.0059m2=59cm2D=(4A1/)1/2=87mm；d=0.707D=61.3mm当按按GB/T2348-1993将这些直径圆整成标准值时得：D=90mm；d=63mm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：无杆腔实际有效面积 A1=D2 /4=902/4=6359mm2有杆腔实际有效面积 A2=(D2 d2)/4=（902632）/4=3243 mm2活塞杆的面积 A杆=d2 /4=632/4=3116mm2经检验,活塞杆的强度和稳定性均符合要求。

10、4 负载与运动分析要求设计的板料折弯机实现工作循环是：快速下降 工作下压（折弯机） 快速回程停止。主要性能参数与性能要求如下：折弯力F=15KN ；板料折弯机的滑块重量G=1000N；快速空载下降速度V1=3 m/min=50mm/s，工作下压速度V2=1.5 m/min=25mm/s，快速回程速度V3=3m/min=50mm/s，板料折弯机快速空载下降行程L1=0.1m=100mm，板料折弯机工作下压行程L2=0.15m=150mm，板料折弯机快速回程：L3=0.25m=250mm。快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压差P存在，P=P2-P1，有杆腔的压力必须大于无杆腔，因为P1A1=

11、P2A2-G，而P2=0.4MP，所以P1=0.4A2-G/A1=0.05MP，则P =0.35MP。快退时回路油腔中按无背压计算。 表二 液压在各个工作阶段的负载值（单位：N） 工况计算公式负载值F/N推力F/cm N快进F1= A2P2-G296325工进F2=F1+150001529616809快退F3=G10001099注：液压缸的机械效率取cm=0.91。5 负载和速度图的绘制负载图按上面数据绘制，如图a)所示，速度按已知数值V1=3 m/min=50mm/s ，V2=1.5m/min=25mm/s，V3=3m/min=50mm/s，L1=0.1m=100mm ，L2=0.15m=1

12、50mm，快速回程L3=0.25m=250mm。图2 板料折弯机液压缸的负荷图和速度图a）负荷图 b）速度图根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如下表三所示。表三 液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率计算工况计算公式推力F/N回油腔压力P/MPa进油腔压力P/MPa输入流量L/min输入功率P/W快进(下降)P1=F/A杆q1=V1A杆3250.40.059.3516.3工进(折弯)P2=F/A1q2=V2A11680902.649.54420快退(上升)P3=F/A2q3=V3A2109900.349.7350根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的工况

13、图3如下： 图3 液压缸的工况图6液压系统图的拟定6.1液压回路的选择由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中油液的循环必然是开式的。 从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸交替地要求油源提供的流量相当。最大流量最小流量之比约为1，而快进快退所需的时间t1和工进所需的时间t2分别为：t1=（L1/v1）+（L3/V3）=0.1/0.05+0.25/0.05=2+5=7st2=（L2/v2）=0.15/0.025=6s亦即是t2/ t1=1。因此从提高系统效率、节省能源的角度上来看，采用单个定量泵作为油源是合适的，宜选用定量叶片泵作为油源。其次是选择快速运动和换向回路。系统

14、采用单杆液压缸的差动连接，以实现快速运动。采用三位五通电磁换向阀实现回路的换向。最后再考虑压力控制回路。系统的压力问题已在油源中解决。卸荷问题采用二位二通电磁换向阀失电使液压泵卸荷。如下图4所示。图46.2液压回路的综合把上面选出的各种回路组合在一起，还必需进行如下的修改和整理：1) 因为快速下降、工作下压（折弯机）、 快速回程三个阶段的流量相当，固采用定量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压缸采用差动连接。当转化成慢速下压时，液压缸采用无杆腔进油，最后快速回程时液压缸采用有杆腔进油，流量变化不大。2)液压缸的运动方向采用三位五通电磁换向阀控制。停机时三位五通换向阀处于中位，二位二通电磁换向阀

15、失电使液压泵卸荷；3)为了防止压力头在下降的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顺序阀，平衡滑块重量。4)为了压制时保压，在无杆腔进油路上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，控制三位五通电磁阀实现换向。5)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。由于本机采用行程开关控制，利用行程开关开关来切换换向阀的开与关以实行自动控制；综上的折弯机液压系统原理如下图5所示：图5 折弯机液压系统图1定量叶片泵 2二位二通电磁换向阀 3溢流阀 4三位五通电磁换向阀5、8、15单向阀 6压力表 7液控顺序

16、阀 9节流阀 10液压缸11压力继电器 12行程阀 13油过滤器 14油箱 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压制阶段为P1=2.64MPa，如取进油路上的压力损失为0.5MP，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为0.5MP，所以泵的最高工作压力PP=2.64+0.5+0.5=3.64MPa 液压泵的最大供油量qp按液压缸最大输入流量(9.73L/min)计算,取泄漏系数K=1.1，则qp=1.112=10.7L/min。 。根据以上计算结果查阅机械设计师手册表30-46，选用规格为YB1-10 的定量叶片泵，其额定压力P= 6.3M

17、P，排量为10ml/r，额定转速为1450r/min，流量q=14.5L/min。由于液压缸在下压时输入功率最大，这时液压的工作压力为3.64MP，流量为1.19.54=10.5L/min，取泵的总效率=0.85，则液压泵的驱动电机所需要的功率为P=364010.5 /600.85=749W。根据此数据按JB/T10391-2002,选取Y90S-4型电动机，其额定功率P=1.1KW，额定转速为1400r/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qt=nV=140010=14L/min，大于计算所需的流量10.7L/min，满足使用要求。7.2阀类元件及辅助元件 根据阀类元

18、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液压元件的型号及规格序号元件名称额定压力/Pa额定流量l/min型号及规格说明1定量泵叶片泵6.314YB1-10额定转速1390r/min驱动电机功率为2.2KW2溢流阀调压0.5540DBDS-*-10G通径10mm3行程阀-YF3-*-10B-C4三位五通电磁换向阀4155WEH10G通径10mm5单项顺序阀0.250.4540HCT03-L-1-22qmax=50L/min6节流阀-MG10G1.27单向阀开启0.15MPa最大40S20A220通径10mm8压力继电器0

19、.355HED209过滤器2010压力表11二位二通电磁换向阀7.3油管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7.2所示。表中数值说明液压缸快进、工进、快退速度均与设计要求相近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的。表7.2液压缸在各个阶段的进出流量流量速度快 进工 进快 退输入流量L/minq1=(A1q2)/（A1-A2）=63610.7/63.6-32.4=21.8q1=10.5q1= qp=10.7排出流量L/minq2=(A2q1)/A1=32.42

20、1.8/63.6=11.1q2=(A2q1)/A1=32.410.5/63.6=5.35q2=(A2q1)/A2=63.610.7/32.4=21运动速度m/minV1=qP/(A1-A2)=10.7103/(63.6-32.4) 10-4=3.43 V2=q1/A1=10.5103/63.6103=1.65 V3= q1/A2=10.710-3/32.410-4=3.3 由表中数值可知，当油液在压力管中速度取4m/s时，按教材P86式（6.6.1）d=2(q/60V)1/2 计算得液压缸无杆腔相连的油管内径d进=2(21.8106/410360)1/2=10.7mm液压缸有杆腔相连的油管内径

21、d回=2(10.7106/410360)1/2=7.5mm这两根油管选用参照机械设计师手册P2547，选用内径=10mm，外径=18mm的无缝钢管。7.4油箱的容积计算容量V（单位为L）计算按教材式（6.3.1）：V =Kqp,由于液压机是中压系统，K=6。所以油箱的容量V=Kqp=610.7=64.2L,64.20.8=80.3L按JB/2876-81规定容积取标准值V=100L。167.5油箱地面倾斜度为了更好的清选油箱，取油箱底面倾斜度为：17.6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2.5倍，故有：q过滤器=q泵入2.5=(10.72.5)L/mi

22、n=26.8L/min查机械设计师手册表30-260得，选取通用型WU系列网式吸油中过滤器：表7.4型号通径Mm公称流量L/min过滤精度mWU-25*-J1525808液压系统性能的验算8.1回路压力损失验算由于系统的具体管路布置尚未确定,整个回路的压力损失无法估算,仅从阀类元件对压力损失所造成的影响可以看得出来，供调定系统中某些压力值时参考，这里估算从略。8.2油液温升验算在整个工作循环中，工进和快进、快退所占的时间相差不大，所以，系统的发热和油液温升可用一个循环的情况来计算。8.2.1快进时液压系统的发热量快进时液压缸的有效功率为:P1=p1q1=0.29.35103/60=31w,泵的

23、输出功率为：P快=0.710.3103/60=120w ,因此快进液压系统的发热量为：QH1=P快-P1=（120-31）W=89W8.2.2快退时液压缸的发热量快退时液压缸的有效功率为：P2=p2q2=0.39.73103/60=48.7w,泵的输出功率为：P退=0.810.7103/60=143w,快退时液压系统的发热量为：QH2=P退-P1=（143-48.7）W=94 W8.2.3工进时液压缸的发热量工进时液压缸的有效功率为：P3=p3q3=2.649.54103/60=420w,泵的输出功率P压=3.1410.7103/60=560w,因此压制时液压系统的发热量为：QH3=P压-P3

24、=（560-420）W=140 W总的发热量为:QH= QH1+ QH2+ QH3=89+94+140=323W按教材式（6.3.3）T= QH/A求出油液温升近似值按通风良好时取散热系数=15,散热面积A=0.065V2/3=0.0651002/3=1.4所以T= QH/A=323/1.415=15.4温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。小 结此次毕业设计（论文），是对我们所学的专业基础知识和研究能力、自学能力以及各种综合能力的检验，培养自己综合运用所学专业课，分析和解决工程技术问题的独立工作能力。巩固、深化和扩大学生所学基本理论、基本知识和基本技能。使学生受到综合产品设计能力

25、的综合训练。通过做毕业设计（论文）的形式，可以使我们在知识综合运用等方面的能力得到锻炼，使我们进一步理解所学专业知识，扩大知识面。当今社会经济和科技的发展，对高等教育人才培养模式和培养质量提出了新的、更高的要求，需要相应提高我们做毕业设计（论文）的质量和要求。.。参 考 文 献1、液压与气动技术 主编 姜佩东 高等教育出版社 2009年2月2、机械设计手册 主编 吴宗泽 机械工业出版社 2002年1月3、械设计基础课程设计指导书主编 陈立德高等教育出版社2008年5月4、机械制造技术 主编 宋彪 华中理工大学出版社 1999年4月5、CAD机械制图 主编 周鹏翔 刘震 高等教育出版社 2005年4月致 谢本次课程设计是对三年来所学习知识的总结，既巩固了以前所学的知识，又了解掌握了最新的前沿知识。通过本次的课题设计，我对液压传动系统的设计有了深的理解。等等。