液压课程设计

仲恺农业工程学院课程设计板料折弯液压机传动系统设计姓名姚松坚院（系）机电学院专业班级机械093学号200910824324指导教师施俊侠职称讲师一、技术要求及已知条件欲设计制造一台四柱立式板料折弯机，其滑块及折弯机构的上下运动拟采用液压传动，要求通过点液控制视线的工作循环为:快速下降→慢速加压（折弯）→快速回程（上升）。最大折弯力NF105.16max；滑块重力NG15000，快速下降的速度smmv/221，慢速加压（折弯）的速度smmv/122，快速上升的速度smmv/583；快速下降行程mmL1801，慢速加压（折弯）行程mmL202，快速上行行程mmL2003；启动、制动时间st2.0。要求用液压方式平衡滑块及折弯机重量，以防自重下滑；滑块导轨摩擦力可忽略不计。二、执行元件的配置由于折弯机为立式布置，行程较小（仅mm200），且往复速度不同，故选用缸筒固定的立置单杆活塞缸（取缸的机械效率91.0cm），作为执行元件驱动滑块及折弯机构对板料进行折弯作业。三、负载分析和运动分析根据技术要求和已知参数对液压缸各工况外负载进行计算，其计算结果如表1-1所列。表1-1液压缸外负载分析计算结果工况计算公式外负载/N说明快速下降启动加速tvFgGi11168①NgGtvFi1682.081.9150001022311；tv1为下行平均加速度，m/s²；②由于忽略滑块导轨摩擦力，故快速下降等速时外负载为0；③折弯时压头上的工作负载可分为两个阶段，初压阶段，负载力缓慢地线性增加，约达到最大折弯力的5%，其行程为15mm；终压阶段，负载力急剧增加到最大折弯力，上升规律近似于线性，行程为5mm；④NgGtvFi4432.081.9150001058322；tv2为回程平均加速度，m/s²；等速0慢速折弯初压%5max1FFe75000终压FFemax2105.16快速回程启动GgGGtvFi2215443等速F=G15000制动tvFgGGGi2214557根据已知参数，各工况持续时间近似计算结果如表1-2所列。表1-2折弯机各工况持续时间工况计算式时间/2s说明快速下行22/180/111vLt8.182折弯时分为两个阶段；初压阶段的行程为15mm；终压阶段行程为5mm慢速折弯初压12/15/222vLt1.25终压12/5/23'3vLt0.417快速回程58/200/334vLt3.448利用以上数据，并在负载和速度过渡段做粗略的线性处理后便得到如图1-1所示的液压缸负载循环图和速度循环图。图1-1折弯机液压缸的F-t图和v-t图0四、确定系统主要参数，编制工况图根据表2-3，预选液压缸的设计压力MPpa231。将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到液压缸下行时，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：cmmpFAcm720072.0102391.0105.122661max1液压缸内径（活塞直径）：mmmDA303303.0072.0441按GB/T2348-1993,将液压缸内径圆整为标准值cmmmD32320。根据快速下行与快速上升的速度比确定活塞杆直径d；由于6.2225822213dDDvv故活塞杆直径mmDd251320784.0784.0，取标准值cmmmd25250。从而可算的液压缸无杆腔与有杆腔的实际有效面积为cmDA84.80332222144cmdDA215.3132532222222)(4)(4液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算如表1-3所列。表1-3液压缸工作循环中各阶段的压力和流量工作阶段计算公式负载NF/工作腔压力Pap/输入流量q)//(3scmmin)//(L快速下行启动vAAqFpcm111;16822961768.45106.107恒速00——慢速加压初压vAAqFpcm211;105.741003.16964.6157.876终压105.16105.206964.61→057.876→0快速回程启动vAAqFpcm322;154431054.06——恒速1500010527.061816.65108.999制动145571051.06——工作循环中各阶段的功率计算如下：快速下降（启动）阶段：WqpP06.445.17682296106111快速下降（恒速）阶段：0'1P慢速加压（初压）阶段：WqpP5.99361.96403.1101066222慢速加压（终压）阶段在行程只有mm5，持续时间仅st417.03，压力和流量变化情况比较复杂，故作如下处理：压力由MPa03.1增至MPa5.20，其变化规律可近似用一线性函数)(tp表示，即ttp69.4603.1417.003.15.2003.1（1-1）流量由scm/61.9463减小为零，其变化规律可近似用一线性函数)(tq表示，即)417.01(61.946tq（1-2）上述二式中，t为终压阶段持续时间，取值范围s417.0~0。从而得此阶段功率方程)417.01)(69.4603.1(61.946ttpqP（1-3）这是一个开口乡向下的抛物线方程，令0tP，可求得极值点st197.0以及此处的最大功率值为kWWPP43.543.5428)417.0197.01)(197.069.4603.1(61.946max3（1-4）而st197.0处的压力和流量可由式（1-1）和式（1-2）算得，即MPap82.10197.069.4603.1（1-5）min/102.30)417.0197.01(61.946/70.5013Lqscm（1-6）快速回程（启动）阶段：kWWqpP981.09811065.18161054.066444快速回程（恒速）阶段：kWWqpP957.09571065.181610527.066555快速回程（制动）阶段：kWWqpP926.09261065.18161051.066666根据以上分析与计算数据可绘出液压缸的工况图，如图1-2所示（图中，功率抛物线顶点两侧近似当作直线段处理）。图1-2折弯机液压缸工况图五、制定基本方案，拟定液压系统图图2-3折弯机液压系统原理图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—过滤器考虑到折弯机工作时所需功率较大，故采用容积调速方式。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。当液压缸反向回程时，泵的流量恢复到全流量。液压缸的运动方向采用三位四通M型中位机能电液动换向阀控制，停机时换向阀处于中位，使液压泵卸荷。为防止压头在下降过程中由于自重而出现速度失控现象，在液压缸无杆腔回油路上设置一个内控单向顺序阀。本机采用行程控制，利用动档块触动滑块运动路径上设置的电气行程开关来切换电液动换向阀，以实现自动循环。此外，在泵的出口并联一个溢流阀，用于系统的安全保护；泵出口尚需并联一个压力表及其开关，以实现测压。综上拟定的折弯机液压系统原理图如图2-3所示。六、液压元件选型（1）液压泵及其驱动电动机的选择有工况图1-2可看到，液压缸的最高工作压力出现在加压折弯阶段结束时，MPpa5.201。此时缸的输入流量极小，且进油路元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失估取为MPpa5.0。算得泵的最高工作压力pP为MPpaP215.05.20所需的液压泵最大供油流量qP按液压缸的最大输入流量（min/999.108L）进行估算。取泄漏系数1.1K，则min/90.119min/999.1081.1LLPq根据系统所需流量，拟初选限压式变量泵的转速为min/1500rn，暂去泵的容积效率90.0v，可算得泵的排量参考值为rmLnqVvvg/81.8890.0150090.11910001000根据以上计算结果查阅产品样本，选用规格相近的100YCY14-1B压力补偿变量型斜盘式轴向柱塞泵，其额定压力MPpan32，排量rmLV/100，额定转速min/1500rn，容积效率92.0v。其额定流量为min/138min/92.01500100LLPVnqv，符合系统对流量的要求。由工况图1-2知，最大功率出现在终压阶段st197.0时，由此时的液压缸工作压力[见式（1-5）]和流量[见式（1-6）]可算得此时液压泵的最大理论功率kWtKpppq25.660)102.301.1()5.082.10()(取泵的总效率为85.0P，则算得液压泵驱动功率为kWPtPPp35.785.025.6查手册，选用规格相近的的Y132S-4-7.5型封闭式三相异步电动机电机，其额定功率为kW5.7，额定转速为min/1450r。按所选电动机转速和液压泵的排量，液压泵的最大实际流量为min/4.13392.01001450LnVtq大于计算所需流量min/90.119L，满足使用要求。（2）其他液压元件的选择根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，容易选择系统的其他液压元件，一并列入表1-4.其他元件的具体选择及液压系统性能计算此处从略。表1.4折弯机液压系统液压元件型号规格表序号元件名称额定压力MPa/额定流量min/1L型号、规格说明1斜盘式轴向柱塞泵32100rmL/100YCY14-1B额定转速min/1500r驱动电动机功率kW5.72溢流阀35250DB10通径为10mm3压力表开关40—AF6EP30/Y400通径为6mm4单向阀31.5120S15P通径为15mm5三位四通电液动换向阀281604WEG10G通径为10mm6单向顺序阀31.5150DZ10通径为10mm7液压缸自行设计8过滤器0.02（压力损失）160XU-160120J通径为32mm注：表中序号与图1-2中元件标号相同