液壓課程設計說明書

1、液壓與氣壓傳動課程設計說明書班級：10級機械國內(nèi)班姓名：郭騰飛學號：100154661成績:題目：板料折彎機液壓系統(tǒng)設計設計一臺板料折彎機液壓系統(tǒng)。 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、慢速下壓（折彎） 、快速返回。給定的 條件為：折彎力 ；1.1 106 N滑塊重量 1.2 104 N ；快速空載下降行程 180mm速度（ v1 ）23mm/s；工作下壓（折彎）行程 20mm速度（ v2 ）12mm/s；快速回程行程 200mm速度（ v3 ）53mm/s液壓缸采用 V 型密封圈，其機械效率ncm0.91，啟動、制動、增速、減速時間均為 0.2s 。要求擬定液壓系統(tǒng)原理

2、圖，計算選擇液壓元件 并對系統(tǒng)性能進行驗算。（注：折板時壓頭上的工作負載可分為兩個階段。 第一階段負載力緩慢增加，達到最大折彎力的5%左右，其行程為15mm第二階段負載 力急劇上升到最大折彎力，其上升規(guī)律近似于線性。 ）主要內(nèi)容：1 、液壓系統(tǒng)設計要求工況分析2、負載與運動分析3、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)4、擬定液壓系統(tǒng)原理圖目錄摘要1 任務分析1.1 技術(shù)要求1.2 任務分析2 方案的確定2.1 運動情況分析3 負載與運動分析4 負載圖和速度圖的繪制5 液壓缸主要參數(shù)的確定6 系統(tǒng)液壓圖的擬定7 壓元件的選擇7.1 液壓泵的選擇7.2 閥類元件及輔助元件7.3 油管元件7.4 油箱的容積計算7.

3、5 油箱的長寬高確7.6 油箱地面傾斜度7.7 吸油管和過濾器之間管接頭的選擇7.8 過濾器的選取7.9 堵塞的選取7.10 空氣過濾器的選取7.11 液位 / 溫度計的選取8 液壓系統(tǒng)性能的運算8.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定8.1.1 沿程壓力損失8.1.2 局部壓力損失8.1.3 壓力閥的調(diào)定值計算8.2 油液溫升的計算快進時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量8.2.2 快退時液壓缸的發(fā)熱量8.2.3 壓制時液壓缸的發(fā)熱量8.3 油箱的設計系統(tǒng)發(fā)熱量的計算8.3.2 散熱量的計算9 參考文獻1任務分析1.1技術(shù)要求其工作循設計制造一臺立式板料折彎機, 環(huán)為：快速下降、慢速加壓（折彎）該機壓頭的上下運動用液

4、壓傳動,、快速退回。給定條件為：折彎力1.2104N1.1106N快速空載下降行程180mm速度(W）23mm/ s工作下壓（折彎）行程20mm速度(V2)12mm/ s快速回程行程200mm速度(V3)53mm/ s滑塊重量1.2任務分析根據(jù)滑塊重量為1.2104N,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、制動時間為毗0.2s。折彎機滑塊上下為直線往復運動，且行程較?。?80mm ,故可選單 桿液壓缸作執(zhí)行器，且液壓缸的機械效率cm 0.91。因為板料折彎機的工作循環(huán) 為快速下降、慢速加壓（折彎）、快速回程三個階段。各個階段的轉(zhuǎn)換由一

5、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(xiàn)快速回程。 中位時實 現(xiàn)液壓泵的卸荷，工作在右位時實現(xiàn)液壓泵的快速和工進。其工進速度由一個調(diào) 速閥來控制?？爝M和工進之間的轉(zhuǎn)換由行程開關(guān)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(chǎn)生動作，實現(xiàn)由快進到工進的轉(zhuǎn)換。當活塞移動到終止階段時，壓力繼電器接 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

6、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(diào)節(jié)，此時換向閥處于中位。當卸壓到一定壓力大小時，換向閥再換到左位，實現(xiàn)平穩(wěn)卸荷。為了對油路壓力進行監(jiān)控，在液壓泵出口安裝一個壓力表和溢流閥， 同時也對系統(tǒng)起過載保護作用。 因為滑 塊受自身重力作用， 滑塊要產(chǎn)生下滑運動。 所以油路要設計一個液控單向閥， 以 構(gòu)成一個平衡回路， 產(chǎn)生一定大小的背壓力， 同時也使工進過程平穩(wěn)。 在液壓力 泵的出油口設計一個單向閥，可防止油壓對液壓泵的沖擊，對泵起到保護作用。2 方案的確定2.1 運動情況分析 由折彎機的工作情況來看，其外負載和工作速度隨著時間是不斷變化的。

7、所 以設計液壓回路時必須滿足隨負載和執(zhí)行元件的速度不斷變化的要求。 因此可以 選用變壓式節(jié)流調(diào)速回路和容積式調(diào)速回路兩種方式。2.1.1 變壓式節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速的工作原理， 是通過改變回路中流量控制元件通流面積的大小來控 制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量來調(diào)節(jié)其速度。 變壓式節(jié)流調(diào)速的工作 壓力隨負載而變， 節(jié)流閥調(diào)節(jié)排回油箱的流量， 從而對流入液壓缸的的流量進行 控制。其缺點： 液壓泵的損失對液壓缸的工作速度有很大的影響。 其機械特性較 軟，當負載增大到某值時候，活塞會停止運動， 低速時泵承載能力很差， 變載下的運動平穩(wěn)性都比較差， 可使用比例閥、 伺服閥 等來調(diào)節(jié)其性能，但裝置復雜

8、、價格較貴。優(yōu)點：在主油箱內(nèi)，節(jié)流損失和發(fā)熱 量都比較小，且效率較高。宜在速度高、負載較大，負載變化不大、對平穩(wěn)性要 求不高的場合。2.1.2 容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中變量泵或馬達的排量來改變執(zhí) 件的運動速度。優(yōu)點：在此回路中，液壓泵輸出的油液直接進入執(zhí)行元件中，沒 有溢流損失和節(jié)流損失， 而且工作壓力隨負載的變化而變化， 因此效率高、 發(fā)熱 量小。當加大液壓缸的有效工作面積， 減小泵的泄露， 都可以提高回路的速度剛 性。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點比較， 泵缸開式容積調(diào)速回路和變壓式節(jié)流調(diào)回 路相比較，其速度剛性和承載能力都比較好，調(diào)速范圍也比較寬工作效率更高，發(fā)熱卻是

9、最小的?？紤]到最大折彎力為1. 1106n,故選泵缸開式容積調(diào)速回路3負載與運動分析要求設計的板料折彎機實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速下降一慢速下壓（折彎）快速退回。主要性能參數(shù)與性能要求如下：折彎力 F=1.1106N;板料折彎機的滑塊重量G=1. 2 104N;快速空載下降速度w 23mm/s=0.023m/s，工作下壓速度 v 12mm/s 0.012mm/s，快速回程速度 v3 53mm/s 0.053m/s，板料折彎機快速空載下降行程L1 175mm =0.175m,板料折彎機工作下壓行程L2 20mm 0.02m，板料折彎機快速回程：H=200mm=0.2m啟動制動時間t 0.2s，液壓系

10、統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。 液壓缸采用V型密封圈，其機械效率cm0.91。由式Fm式中m 工作部件總質(zhì)量v 快進或快退速度求得慣性負載F rr下vGm?-tgv t1.2 1042 3141N0.29. 8再求得阻力負載靜摩擦阻力Fsf0.21.2 1042400N動摩擦阻力Ffd0. 11. 2 1041200N表液壓缸在各工作階段的負載值（單位:N）工況負載組成負載值F推力F / cm起動F Fsf24002637加速FFfdFm13411474快進F Ffd12001319工進F Ffd F11012001210110快退F Ffd12001319t 運動的加速、減速時間注：液壓缸的機械效率

11、取cm0.914負載圖和速度圖的繪制負載圖按上面數(shù)據(jù)繪制，如下圖a）所示。速度圖按己知數(shù)值v1 23mm/ s , v2 12mm/ s, v3 53mm/s , L1 180mm , L220mm,快速 回程200m圖一 板料折彎機液壓缸的負載圖和速度圖a）負載圖 b） 速度圖5液壓缸主要參數(shù)的確定由表11-2和表11-3可知，板料折彎機液壓系統(tǒng)在最大負載約為 110KN時工 作壓力R 30Mpa。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行時，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，取液壓缸的機械效率 n cm=0.91 o1210110c 0.044m20. 9130

12、106液壓缸內(nèi)徑：D4 A40.0440.237m237mmcmP1參考1，按 GB/T2348-80,取標準值 D=250mm=25cm根據(jù)快速下降與快速上升進的速度比確定活塞桿直徑d:d:V快上V快下D2D2 d252232.30d 187.9mm 18.79cm取標準值d=180mm=18cm4則：無桿腔實際有效面積A有桿腔實際有效面積AD2252490. 87cm244-(D2 d2)4-(252 182)236.4cm24液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量計算見表5.1表5.1各階段的壓力和流量工作階段計算公式負載F/N工作腔壓力p/Ra輸入流量/ L / min快 速 下 降啟動

13、R A m ; q 吶A1 cm1413156.567.7等 速00-工作下壓（折彎）F2A； q2V2A1A1 cm121011027.09 10635.30快 速 回 程啟 動P3A； q3V3A2A2 cm26370.1 106等 速14740.069 10675.2制動13190.06 106快速 下降啟動5pq3156.5(67. 710 3 / 60)3. 562W恒速pi0工作 下壓（折 彎）p2p2q227.09 106 (35.310 3 / 60)15.94kw快速 回程啟動p3p3q30. 1 106 (75.2 10 3 / 60)0. 125kw恒速p4p4q40.0

14、69 1 06 ( 75.2 1 0 3 / 60)0. 086kw制動p5p5q50.06 106 (75.2 10 3 / 60)0. 075kw圖5.1液壓缸的工況圖根據(jù)以上分析與計算數(shù)據(jù)處理可繪出液壓缸的工況圖5.1 :6 系統(tǒng)液壓圖的擬定考慮到液壓機工作時所需功率較大，固采用容積調(diào)速方式；（ 1）為滿足速度的有極變化， 采用壓力補償變量液壓泵供油， 即在快速下降 的時候，液壓泵以全流量供油。當轉(zhuǎn)化成慢速加壓壓制時，泵的流量減小，最后 流量為 0；（ 2）當液壓缸反向回程時， 泵的流量恢復為全流量供油。 液壓缸的運動方向 采用三位四通 Y 型電磁換向閥和二位二通電磁換向閥控制。 停機時

15、三位四通換向 閥處于中位，使液壓泵卸荷；（ 3）為了防止壓力頭在下降過程中因自重而出現(xiàn)速度失控的現(xiàn)象， 在液壓缸 有桿腔回路上設置一個單向閥；（ 4）為了壓制時保壓， 在無桿腔進油路上和有桿腔回油路上設置一個液控單 向閥；（ 5）為了使液壓缸下降過程中壓力頭由于自重使下降速度越來越快， 在三位 四通換向閥處于右位時， 回油路口應設置一個溢流閥作背壓閥使回油路有壓力而 不至于使速度失控；（6）為了使系統(tǒng)工作時壓力恒定，在泵的出口設置一個溢流閥，來調(diào)定系 統(tǒng)壓力。由于本機采用接近開關(guān)控制， 利用接近開關(guān)來切換換向閥的開與關(guān)以實 行自動控制；（7）為使液壓缸在壓制時不至于壓力過大，設置一個壓力繼電器

16、，利用壓 力繼電器控制最大壓力， 當壓力達到調(diào)定壓力時， 壓力繼電器發(fā)出電信號， 控制 電磁閥實現(xiàn)保壓；綜上的折彎機液壓系統(tǒng)原理如下圖：*2圖6.1折彎機液壓系統(tǒng)原理1-變量泵2-溢流閥3-壓力表及其開關(guān)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(diào)速閥11-單向閥12-壓力繼電器7液壓元件的選擇7.1液壓泵的選擇由液壓缸的工況圖，可以看出液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓壓制階段時p115 . 94 Mpa，此時液壓缸的輸入流量極小，且進油路元件較少故泵到液壓缸的進油壓力損失估計取為P 0.5MPa。所以泵的最高工作壓力Pp 0. 515 . 9416 .

17、 44 Mpa。液壓泵的最大供油量qp按液壓缸最大輸入流量(67.7L/min )計算，取泄漏系數(shù) K=1.1,則 qp 1. 167. 774. 47L / min。根據(jù)以上計算結(jié)果查閱機械設計手冊，選用規(guī)格為160*CY14-1B型斜軸 式軸向柱塞泵，其額定壓力 P=32MPa排量為160mL/r,額定轉(zhuǎn)速為1000r/min ， 流量為 q=160L/min。由于液壓缸在保壓時輸入功率最大，這時液壓缸的工作壓力為27.09 + 0.5=27.59MPa,流量為1. 135. 338. 83L / min,取泵的總效率 0.85，則液壓泵的驅(qū)動電機所要的功率為p 也 址乞59 38蘭20.

18、 99kw，60600. 85根據(jù)此數(shù)據(jù)按 JB/T9619-1999，選取 丫225M-6型電動機，其額定功率P 35KW，額定轉(zhuǎn)速2100r/min,按所選電動機的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵最大理論流量qt n V 2100r /min 60mL/r 126L/min，大于計算所需的流量 74.47L/min ,滿足使用要求。7.2 閥類元件及輔助元件根據(jù)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(jié)果見表7.1 0表7.1液壓元件的型號及規(guī)格序號元件名稱額定壓力/Pa額定流量ml/r型號及規(guī)格說明1變量泵3580A7V額定轉(zhuǎn)速 210

19、0r/mi n驅(qū)動電機功率為 35KW2溢流閥調(diào)壓0.532160YF3-3-20B-C通徑20mm3行程閥-YF3-3-20B-C4三位四通換向閥28160WEH10G通徑10mm5單項順序閥最大工作壓力32MPa160HCT06L1qmax 160L/mi n（單向行程調(diào)速閥）6節(jié)流閥-FBG-3-125-107單向閥開啟0.15MPa最大200S20A220通徑20mm8壓力繼電器2. 5HED209調(diào)速閥2FRM10-217.3油管元件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，由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進出流量已與已定數(shù)值不

20、同，所以重新計算如表 5.2，表中數(shù)值說明液壓缸壓制、快退速度V2, V3與設計要求相近，這表明所選液壓泵的型號，規(guī)格是適宜的流量速度快進壓制快退輸入 流量L/minq (A qp)/(A A2)=615.44 47.52q143.2q1 qp91.08115615.44-361.1排出 流量L/minq2(A2 qJ/A361.1 115/615.4467.5q2(A2 qd / A361.1 43.2/615.4425.3q2 (A1 q1) / A2615.44 91.08/361.1155運動 速度 m/minV1 qp/(AA2)47.52 10 3V2 q1/A 1343.2 10

21、07V35 / A23491.08 10361.1 102.52(615.44 361.1) 10 41.9615.44表5.2液壓缸在各個階段的進出流量由表中數(shù)值可知，當油液在壓力管中速度取5m/s時，按教材P177式（7-9）-30.018m 18mm液壓缸進油路油管內(nèi)徑d進274.95 1°0液壓缸回油路管內(nèi)徑d回 2374105600.017m 17mm;這兩根油管選用參照液壓系統(tǒng)設計簡明手冊D 34mm，內(nèi)徑d 25mm，回油路管的外徑 DP111,進油管的外徑32mm，內(nèi)徑 d 20mm。7.4油箱的容積計算容量V（單位為L）計算按教材式（631）qp ,由于液壓機是高壓

22、系統(tǒng),11。所以油箱的容量qp1138. 83427. 13L，而 47.130. 8533.9L按JB/T7938-1999規(guī)定容積取標準值V 1000 L .寬為:2t (1600 2 4)mm1608mm高為:(h1200 4 4)mm (7704 200 4)mm 978mm7.6油箱地面傾斜度為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜度為：17.7吸油管和過濾器之間管接頭的選擇在此選用卡套式軟管接頭查機械設計手冊一4表23.9 66得其連接尺寸如下表:公稱 壓力MPa管子 內(nèi)徑dommD。Lmin卡套式管接頭de公稱尺寸極限偏差G(25)1818.5250.1053822表7.3單位：mm7

23、.5油箱的長寬高確定因為油箱的寬、高、長的比例范圍是 1: 1:11 : 2: 3,此處選擇比例是1:1.5 : 2由此可算出油箱的寬、長、高大約分別是 1600mm,1100mm,770mn并選擇開式油箱中的分離式油箱設計。其優(yōu)點是維修調(diào)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。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200mm選取缸的內(nèi)腔長度為360mm。 忽略推桿所占的體積，則液壓缸的體積為v缸AL 490.87 10 2 360 10 217. 7L當液壓缸中油液注滿時

24、，此時油箱中的液體體積達到最小為：V油 min 800 28.9 0.8 770L則油箱中油液的高度為：H1 770 1000心60 110) 44cm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為了易于散熱和便于對油箱進行搬移及維護保養(yǎng)，取箱底離地的距離為200mm故可知，油箱的總長總寬總高為:長為:l1 2t (1100 2 4)mm 1108mm7.8過濾器的選取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：q過濾器 q泵入 2. 5( 67. 72.

25、5)L / min 169.25L / min查中國機械設計大典表42.7 7得，先取通用型WU系列網(wǎng)式吸油中過濾器:表7.4型號通徑Mm公稱流量L / min過濾精度mCXL-250 100502501007.9堵塞的選取考慮到鋼板厚度只有 4mm加工螺紋孔不能太大，查機械設計手冊表選 取外六角螺塞作為堵塞，詳細尺寸見下表：表7.5dd1DeSLhbb1RC重量Kg基本尺 寸極限偏差M12 1.2510.222151300.244123311.00.0327.10空氣過濾器的選取按照空氣過濾器的流量至少為液壓泵額定流量2倍的原則，即： q過濾器 2 qp 267.7L / min 135.

26、4L / min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(shù)列于下表：表7.6參數(shù)型號過 濾 注 油 口 徑 mm注油 流量L/min空氣 流量L/min油過 濾面 積L/minH1 mmH2 mmD1mmD2mmD3mm四只 螺釘 均布mm空氣 進濾 精度mm油 過 濾 精 度mEF2-50323226527015458668296M6 140.105125注：油過濾精度可以根據(jù)用戶的要求是可調(diào)的78.11液位/溫度計的選取選取YWZ系列液位液溫計，參照機械設計手冊選用YWZ-150T型?？紤]到鋼板的剛度，將其按在偏左邊的地方。液壓系統(tǒng)性能的運算8.1 壓

27、力損失和調(diào)定壓力的確定快進時液壓桿的速度由上述計算可知，工進時油液流動速度較小，通過的流量為：43.2L/min,主要 壓力損失為閥件兩端的壓降可以省略不計。V1374. 9104490.87101.53m/ s在進油管的速度qp374. 91022A 0. 2525210 66054 m /沿程壓力損失沿程壓力損失首先要判斷管中的流動狀態(tài)，此系統(tǒng)采用N32號液壓油，室溫為200C時1.0 104m2/s，所以有Revd /2. 54 25 10 3 / 1. 0 10 4636. 12320，油液在管中的流動狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù)75/ R 75/ 63610.12,沿程壓力損失為。p1

28、l /d / 2 v20. 128902510 32. 5422.76104pa同理快進時回油路上的流量q2 9AA則回油管路中的速度v36.0710-3600.25252-6101.2m/s ;由此可以計算出Revd /1. 22510 31.010 4300 （300<2320,所以為層流）75瓦753000. 25,所以回油路上的沿程壓力損失為228902p2l / d /2 v20.2541.222510 42由上面的計算所得求出：總的壓力損失1.3105pa。0. 0276236. 4 / 490. 870. 130. 089M)a這與估算值有差異，應該計算出結(jié)果來確定系統(tǒng)中的

29、壓力閥的調(diào)定值。8.1.3壓力閥的調(diào)定值計算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(diào)定值應該滿 足快進時要求，因此卸荷閥的調(diào)定值應大于快進時的供油壓力1110110Pp0. 089490. 872. 5Mpa，所以卸荷閥的調(diào)定壓力值應該取局部壓力損失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(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損pPr ()2算得小p0. 5( 74_9)20. 11 Mpa 于原估算值qr1600.5MPa,所以是安全的。失分別為qr和

30、qr ，則當通過閥的流量為q時的閥的壓力損失qr，由74. 9236.4490 . 8736. 07 L / min2.92MPa為好。溢流閥的調(diào)定壓力值應大于卸荷閥的調(diào)定壓力值0.30.5MPa,所以取溢流閥的調(diào)定壓力值為3.5MP&背壓閥的調(diào)定壓力以平衡板料折變機的自重，即 ppA 2. 3 104 / 236. 4 10 4pa0. 97MI3A8.2油液溫升的計算在整個工作循環(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?？爝M時液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量快進時液壓缸的有效功率為：p0Fv1410. 0233. 2430. 003243KW3考砧斗 廠 pq3156.5 67.7 10 / 60 小泵的輸出功率為：p0. 00419CKW0. 85因此快進液壓系統(tǒng)的發(fā)熱