折弯机液压系统设计.docx
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折弯机液压系统设计
折弯机液压系统设计
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。
液压传动课程设计的目的主要有以下几点：
1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。
2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力,为今后的设计工作打下良好的基础。
3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。
摘要
1任务分析
1
1.1技术要求
1
1.2任务分析
1
2方案的确定
2
2.1运动情况分析
22.1.1变
压式节流调速回22.1.2
容积调速回路2
3负载与运动分析
3
4负载图和速度图的绘制
4
5液压缸主要参数的确定
5
6统液压图的拟定
8
7压元件的选择
10
7.1液压泵的选择
10
7.2阀类元件及辅助元
10
7.3油管元件
11
7.4油箱的容积计算
12
7.5油箱的长宽高确
12
7.6油箱地面倾斜度
13
7.7吸油管和过漉器之间管接头的选
13
7.8过滤器的选取
13
7.9堵塞的选取
14
7.10空气过滤器的选取
14
7.11液位/温度计的选取
14
8液压系统性能的运算
15
8.1压力损失和调定压力的确定15
8.1.1沿程压力损失15
8.1.2局部压力损失15
8.1.3压力阀的调定值计算
16
8.2油液温升的计算16
8.2.1快进时液压系统的发热量16
8.2.2快退时液压缸的发热量17
8.2.3压制时液压缸的发热量17
8.3油箱的设计17
8.3.1
17
系统发热量的计算
8.3.2散热量的计算17
9参考文献
18
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1400000N
滑块重量17000N
快速空载下降行程220mm
速度（匕）2.0m/min
慢速下压（折弯）行程24mm
速度（上）1.4m/min■
快速回程行程244mm
速度（I、）2.6m/min
1.2任务分析
根据滑块重量为17000N,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&=0.2o折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（220mm），故可选单杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率％=093。
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我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，变栽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1400000N,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：
快速下降一慢速下压（折弯）一►快速退回。
主要性能参数与性能要求如下：
折弯力F=74OOOOON；板料折
弯机的滑块重量G=17000N；快速空载下降速度=20〃/min=O.O33/〃/s,工
作下压速度v2=1.4/77/nin=0.0233/n/5,快速回程速度v3=2.6/?
?
/nin=0.043/n/5,板料折弯机快速空载下降行程s】=220〃〃〃=0.22m,板料折弯机工作下压行程s,=24〃"〃=0.024〃？
，板料折弯机快速回程：
53=244mm=0.244m：
启动制动时间A/=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77,”=0.93。
由公式
式中：
加一工作部件总质量;Au—快进或快退速度；△/一运动的加速、减速时间
七组，师，阳八和匚GAv170000.033..
求得惯性负载Fm=m—=—x一=x=289N
；'ATgZ9.80.2
再求得阻力负教静摩擦阻力Fs：
f=0.2x17000=3400N
动摩擦阻力Ffd=0,1x17000=1700N
表一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F/77cm
起动
F=Fsf
3400
3736
加速
F=Ffd+Fm
1989
2186
快进
F=Ffd
1700
1868
工进
F+F
1401700
1540330
快退
F=Fm
1700
1868
注:
液压缸的机械效率取名=0.93
4负载图和速度图的绘制
负载图按上面数据绘制，如下图所示。
速度图按己知数值vmax=2.0m/min=0.33m/s,v2=1.4m/min=0.23m/s,v3=2.6/m/nin=0.043〃"s,
sl=220〃"〃=O.22//7,s2=24〃〃〃=0.024〃?
，快速回程％=244mm=0.244m
（a）（b）
图一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154KN时工作压力片二30MP"。
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〃cm=0.91°
液压缸内径:
。
三=国。
33。
=°2力，=27。
〃〃〃\/UPi0.91x30x10
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:
-=--P---=—=2.3=>d=15.35c〃？
V斗卜D2-J220
I
取标准值d=16cm=160mm
则：
无杆腔实际有效面积Al?
。
1=?
x322=803.&7〃2
有杆腔实际有效面积A,=巳（。
2—[2）=£*（322-162）=603.2cm2■44
5.1液压缸壁厚和外径的计算:
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
按经验去30mm,液压缸缸筒材料为无缝钢管，可
液压缸的壁厚一般是指液压缸缸筒结构中最薄处德厚度。
一般计算可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。
按照课题所给参数，此液压缸系统应当属于中低压系统，如果按照薄壁来计算，所得壁厚往往很小，就是强度满足不了要求，在切削加工中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死活漏油。
因此一般不做计算，用公式
P、Dd>—
2团
式中：
。
-液压缸壁厚（m）：
D-液压缸内径（m）：
实验压力，一般取最大工作压力的（1.25-1.5）倍（MPa>：
缸筒材料的许用应力。
无健钢管为100-110MPa；
验证可得液压缸壁厚cr>33.2mm,故取35mm。
5.2液压缸工作行程确定
由课题所给行程参数220+24=244mmo并根据GB2349-80液压缸活塞行程参数系列可得，最大行程L=250mm.
缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，起有效厚度t暗战强度要求可用下面两式进行近似计算。
无孔时
有孔时
式中：
t-缸盖有效厚度（m）
D,-缸盖止口内径（m）
d0•缸盖孔的直径（m）
5.3最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称之为最小导向长度。
如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。
对于一般液压缸，最小导向长度H应满足以下条件：
LD
H21
202
式中：
L•液压缸的最大行程：
D液压缸的内径。
由课题参数计算的H>172.5mm
所以取最小导向长度H=180mm
缸体长度的确定
液压缸缸体内部长度应等于活塞行程一活塞的宽度之和。
缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。
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
工作阶段
计算公式
负载F/N
工作腔压力p/
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