折弯机液压系统设计(DOC)

5第1章任务分析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1000000N滑块重量15000N快速下降速度23mm/s慢速加压（折弯）速度12mm/s快速上升速度53mm/s快速下降行程180mm慢速加压（折弯）行程20mm快速上升行程200mm1.2任务分析根据滑块重量为15000N，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=0.2s。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（200mm）,故可选单杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率ηcm=0.91。因为板6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，滑快要产生下滑运动。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7冲击，对泵起到保护作用。第2章负载与运动分析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行元件的运动速度。优点：在此回路中，液压泵输出的油8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106N，数值比较大，故选用泵缸开式容积调速回路。2.2液压缸外负载力分析计算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=1000000N;板料折弯机的滑块重量G=1000000N;快速空载下降速度1V=23mm/s;工作下压速度2V=12mm/s；快速回程速度3V=53mm/s；板料折弯机快速空载下降行程1L=180mm；板料折弯机工作下压行程2L=20mm；板料折弯机快速回程3L=200mm；启动制动时间△t=0.2s；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cm=0.91。9快速下降，启动加速：tVgGFi11NFi1762.0102381.91500031(△1V/△t为下行平均加速度,m/2s)均速时外负载为0N慢速折弯折弯时压头上的工作负载可分为两个阶段：初压阶段，负载力缓慢的线性增加，越达到最大折弯力的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。初压阶段：5max1FFe%=50000N终压阶段：NFFe6max210快速回程启动阶段：GtVgGGFi22NGFi15405150002.0105381.91500032（△2V/△t为回程平均加速度，m/2s)等速阶段：10F=G=15000N制动阶段：tVgGGFGi22NFGi145952.0105381.9150001500032表2.1液压缸在各工作阶段的负载值(单位:N)工况负载值F起动，加速176匀速0折弯初压50000折弯终压1000000快速回程启动15405快速回程等速15000快速回程制动14595注：液压缸的机械效率取ηcm=0.912.3负载图和速度图的绘制折弯机各工况持续时间快速下行：sVLt826.723180111慢速折弯：初压阶段11sVLt25.11215222终压阶段sVLt417.0125223快速回程：sVLt774.353200334根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的F­t图和v­t图3.1：图2.1折弯机液压缸的F­t图和v­t图2.4本章小结本章分析了折弯机各个过程的外负载和流速，并对液压回路的形式做了选择，对折弯机三个工作阶段做了定量的数据分析，并提供了折弯机液压缸的F­t图和v­t图。第3章液压缸主要参数的确定3.1确定液压缸的主要尺寸根据《液压设计简明手册》10页表2­1，预选液压缸的设计12压力P1=23MPa。将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到液压缸下行时，滑块的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则可计算出液压缸无杆腔的有效面积：1A=222661max480048.0102391.010cmmmpFcm液压缸内径（活塞杆直径）mmmmAD247247.0048.0441根据《液压设计简明手册》11页表2.4,将液压缸内经圆整为标准值D=250mm=25cm。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3.2235322213dDDVV故活塞杆直径d=0.752D=0.752×250=188mm根据《液压设计简明手册》11页表2­5，取标准值为d=180mm=18cm从而可计算得液压缸无杆腔的实际有效面积为：2221625.4902544cmDA液压缸有杆腔的实际有效面积为：222222285.236)1825(4)(4cmdDA3.2液压缸工况13工作循环中各阶段的功率计算如下：A.快速下降阶段：启动时111qpp=3942×1128.43×610=4.45wPaAFpcmi394291.010625.4901764111min67/11283.2625.4903111LscmVAq恒速时0'1pB.慢速加压阶段：初压时wqpp4.6591075.5581012.166222PaAFpcme6441121012.191.010625.490105min/325.35/75.5882.1625.4903222LscmVAq终压时，行程有只5mm，持续时间仅3t=0.417s压力和流量变化情况较复杂，故作如下处理：压力由1.12MPa增至22.4MPa，其变化可近似用线性函数p（t）表示即ttp03.5112.1417.012.124.212.1（3.1）流量由588.753cm/s减小为零，其变化为零，其变化规律可近似用线性函数q（t）14表示即)417.01(588tq（3.2）上两式中，t为终压阶段持续时间，取值范围0～0.417s从而得到此阶段功率方程P=pq=588.75)417.01()03.5112.1(tt（3.3）这是一个开口向下的抛物线方程令tp=0可求得极值点t=0.197s此处的最大功率为：3P=maxP=588.75×（1.12+51.03917.0）W)417.0/917.01(3P=3466.63w=3.467KW而t=0.917s处的压力和流量可由式（4.1）和式（4.2）算得：3P=1.12+51.03×0.197=11.17MPa3q=588.75×（1­0.197/0.417）scm/33q=310.613cm/s=18.64L/minC.快速回程阶段：启动时cmiAFp224Pap6441071.01091.0285.236154054q=32VA=236.285×5.3=1252.33cm/s=75.138L/min4P=44qp=0.71×610×1252.3×610W=889w=0.899KW恒速时15PaAFpcm64251069.091.010285.236150005q=32VA=1252.33cm/s=75.138L/min5P=55qp=0.69×610×1252.3×610W=864W=0.864KW制动时PaAFGpcmi642251067.091.010285.236145956q=32VA=1252.33cm/s=75.138L/min6p=66qp=0.67×610×1252.3×610W=839.04W=0.839KW无杆腔实际有效面积490.6252cm有杆腔实际有效面积236.2852cm液压缸在工作循环中各阶段的负载和流量计算见表3.1：16表3.1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4.2：表3.2工作循环中各阶段工作阶段计算公式负载说明快速下降启动tVgGFi11176①81.91500011tVgGFiN1762.010233;tV1为下行平均价速度，m/2s②由于忽略滑块导轨摩擦力，故快速下降等速时外负载为0③折弯时压头上的工作负载可分为两个阶段：初压阶段，负载力缓慢的线性增加，越达到最大折弯力的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。④GtVgGGFi2281.9150002GFi2.010533N1540515000；tV2为回程平均加速度，m/2s等速——0慢速折弯初压1eF=maxF×5%50000终压2eF=maxF1000000快速回程启动tVgGGFi2215405等速F=G15000制动tVgGGFGi221459517快速下降启动111qpP=39421128.43610=4.45w恒速0'1p工作下压折弯初压222qpP=1.1261061075.558=659.4w终压max3PP=588.75w)417.0197.01()197.003.5112.1(=3.467w快速回程启动444qpP=KWW889.0889103.12521071.066恒速KWWqpP864.0864103.12521069.066555制动KWWqpP839.004.839103.1