剪板机液压系统设计要点.docx

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剪板机液压系统设计要点

扬州市职业大学

毕业论文（设计）

论文（设计）题目：

剪板机液压系统设计

系别：

机械工程系

专业:

机电一体化

班级:

02机电

（2）

******

学号:

指导老师:

完成时间:

2005年6月

毕业设计的目的

毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓都有重要的意义，其主要目的是：

一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。

二、培养了学生正确使用技术资料，国家设计计策，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

三、培养学生树立正确的设计思想的设计的构思和创新思维掌握工程设计的一般程序规范和方法。

四、培养学生进行调查研究面向实际，面向生产，而向工人和工程技术人员学习和基本工作态度，工作作风和工作方法。

五、是从理论到实际的一次结合。

第一章概述

一．摘要

本机器用于剪切厚度为1～6mm,宽度为2500mm的钢板。

被剪切板料强度以450N/mm2为准,如需剪切其它强度的板料时,应相应减薄被剪板料的厚度。

本机器采用钢板焊接结构,液压传动,氮气缸回程,电气控制.工作平稳可靠,机器体积小,重量轻,刚性好,操作方便等优点。

调整刃口间隙迅速方便,机器设有前后挡料,后挡料采用机械传动,转数器显示数值,并能作手动微调,调节方便可靠.前挡料采用标尺计数,挡块定位,另外还设有灯光照明,便于划线剪切,通过时间继电器可任意调节上刀架的行程,以提高剪切窄板料的效率。

二．课题简介

本课题来源于江苏国力锻压机床有限公司，本课题设计的对象为剪板机。

此机器用于剪切厚度为1～6mm，宽度为2500mm的钢板，被剪切板料强度以450N/mm2为准,如需剪切其它强度的板料时,应相应减薄被剪板料的厚度。

与同类产品比较，本机器采用钢板焊接结构,液压传动,氮气缸回程,电气控制.工作平稳可靠,机器体积小,重量轻,刚性好,操作方便等优点。

由于此机器设计工作量大，设计时间的限制，以及诸多因素的影响，故选其液压控制部分作为我的设计内容，它包括了：

如何完成剪切，如何压料及卸料的过程。

第二章剪板机液压系统的设计

一．机器的基本参数

主要技术规格单位大小

1剪板料强度N/mm2450

2液体最大工作压力MPa20

3被剪最大板厚mm6

4被剪最大板宽mm2500

5剪切角1°30′

6行程次数min-116

7立柱间距离mm2720

8后挡料最大距离mm600

9刀片长度mm2600

10工作台距地面高度mm800

11主电机总功率kW7.5

12后挡料电机kW0.55

13轴向柱塞泵流量Ml/r25

14机器重量kg4800

二．确定液压执行元件的形式

本系统的剪切动作由上刀架向下行程完成剪切工作。

此向下行程可采用单作用单活塞缸,为确保剪切精度与稳定性,采用两个单作用单活塞缸串联完成下压动作.两个单作用单活塞缸作为本系统的主油缸。

本系统需要具有对金属板的压紧功能,也就是本系统的压料装置。

当主油缸克服回程支承力上刀架向下行程时,压料装置及上刀架在瞬间获得顺序动作以压紧加工金属板。

同时本系统必需具备卸荷功能,当上刀架主油缸完成剪切目的至死点位置时,整个油路卸荷,同时,上刀架回程,压料装置随之复位。

三．拟定液压系统图

液压执行元件以及各回路的结构设计确定之后,就可以跟据功能需要,市场经济性合理地选用液压元器件,根据液压传动系统的五个组成部分：

（1）动力元件,

（2）执行元件,（3）控制元件,（4）辅助元件,（5）工作介质。

将设计选用的元器件有机地结合在一起,构成合理的液压系统图1,兼液压动作循环表1。

液压系统图1:

1.网式过滤器

2.轴向柱塞泵

3.直通单向阀

4.组合阀

5.压力表开关

6.压力表

7.球阀

8.电磁换向阀

9．直动型溢流阀

液压系统循环表：

电磁阀

主油缸

压料缸

+

下压

压紧

-

快退

复位

四.分析液压执行元件的主要参数

（一）.各液压缸的载向力计算

1.主油缸的载向力:

上刀架向下行程的载向力。

Fw1=R+Ffs+Fa

R—液压执行的工作负载

Ffs—垂直于上刀架的负载（因为刀架为垂直向下运动，可以不计）

Fa—惯性负载

Fa=ma

=100×20

=200N

m—运动部件的质量

Fw1=R+Fa

=630

2.压料缸的载合力:

压料缸的载合力,主要有下压力与惯性力。

3.

Fa=ma

=75×20

=1500N

Fw2=R+Fa

=250+1.5

=251.5KN

各液压缸的外载荷力计算结果列于表2中取液压缸的机械效率为0.9,求得相应的作用活塞上的载荷力,并列于表2。

液压缸名称

工况

液压缸外载荷Fw（F）

活塞中载荷F（N）

主油缸

下压

63.2×104

70.22×104

回程

0.2×104

0.22×104

压料缸

压紧

25.15×104

32.65×104

复位

0.15×104

0.165×104

（二）.初选系统的工作压力

剪板机为中型剪板机械,初步确定系统工作压力为20Mpa。

。

（三）.计算液压缸的主要结构尺寸

1.确定主油缸的活塞及活塞杆直径

主油缸最大载荷时为下压工况,其载荷力为70.22×104N。

工作在活塞干受压状态,如图2。

F=Fw/ηm=P1A1-P2A2

式中：

A1—（π/4）D2—无杆腔活塞有效作用面积m2

A2—（π/4）（D2-d2）—有杆缸活塞有效作用面积m2

P1—液压缸工作腔压力

P2—液压缸回油腔压力

D—活塞直径

d—活塞杆直径

D=

=

=0.18m

因为压制过程中回油小P2≈0

就取D=0.18m

按手册d/D=0.7，则活塞杆直径

Dn=0.7×0.18

=0.126

取d=0.5m

2.压料缸的活塞直径和活塞杆直径

D2=

=

=0.109m

取D2=0.11

D2=0.7×0.11

=0.77m

按手册d取，d=0.08m

五.选择液压元件

（一）.选择液压泵

液压泵是液压系统的动力元件,其功用是供给系统压力油,从能量观点看,它把原动机输入机械能转换为输出油液的压力能。

液压泵的工作压力：

Pp≥P1+△P1

由于本系统用一般节流阀,管路较简单故取△P1=0.5Mpa。

液压泵的流量Qp

Qp≥K（∑Qmax）

K=1.1为漏损系数

液压泵规格选择

查<<液压设计手册>>选用25MCY14—1B轴向柱塞泵。

Q=25L/min

P=31.5Mpa

（二）.电动机的功率确定

当机器上刀架下压时功率最大,按上刀架下压过程,估算电动机功率,若下压时系统进油路压力损失,液压泵总效率0.7。

则电动机功率为：

Pp=Ppqvp/η1

=（P1+∑△P1）qvn/ηp

=[（1.34+0.2）×102（4.78+10.43）10-3]/（60×0.7）

=63.8W

查电动机产品样本,选用YB2M-4型异步电动机,P=7.5Kw、n=1440r/min。

（三）.选择液压阀及相关辅助元件

根据所拟定的液压系统原理图,计算通过液压阀油液的最高压力和最大流量,选择液压元件的型号规格。

序号元件名称规格型号

1网式滤油器Q=100L/minWU-100X100-J

2直通单向阀P=31.5Mpad=20mmA-Ha20l

3组合阀自制

4压力表开关P=32Mpad=8mmKJF-L8H-S

5压力表P=25Mpad=100mmY-60

6球阀P=31.5Mpad=15mmYJ20-J15W

7电磁换向阀P=31.5Mpad=6mm24EI1-H6B-T

8直动型溢流阀P=31.5MpaDBDS6K10/31.5

（四）.确定油箱的面积容积

油箱主要功能是：

①储存液压系统工作所需的足够油液；②散发系统工作中产生的热量；③沉淀污物并逸出油中气体。

初步设计,油箱的有效容积（液面高度点油箱高度80%时,油箱容积）可按下述经验公式确定：

V=mqvp

　式中：

V—油箱的有效容积,单位为L；

Q—液压泵的液压,单位为L/min；

m—系数,单位min,值的选取:

低压系统为2～4min,中压系统为5～7min,中高压或高压大功率系统为6～12min。

对于功率较大且连续工作的液压系统,必要时还应进行平衡计算,以最后确定油箱容积。

分析设计要点如下：

⑴基本结构为了在相同的容量下得到最大的散热面积，油箱外形以立方体或长六面体为宜。

如油箱的顶盖上要安放泵和电动机（也有的置于箱旁或箱下）以及阀的集成装置等，这基本决定了箱盖的尺寸；最高油面只允许达到箱高的80%。

根据两点可决定油箱的三向尺寸。

当油箱容量较小时，可采用2.5—4mm的钢板直接焊接而成；当油箱容量较大且较高时，一般采用角钢焊成骨架后再焊上钢板。

为使油箱能够承受安装其上的物体重量、机器运转时的转矩及冲击等，油箱应有足够的刚度，顶盖要适当加厚并用螺钉通过焊杂箱体上的角钢加以固定。

顶盖可以是整体式的，也可分为几块。

泵、电动机和阀的集成装置可直接固定在顶盖上，也可固定在图示安装板上。

安装板与顶盖之间应设置减震装置，如垫上橡胶板以缓和震动。

油箱底脚高度应在150mm以上，以便散热、搬移和放油。

油箱四周要有吊耳，以便起吊装运。

⑵吸、回、泄油管的设置泵的吸油管与系统回油管应尽量远离，为了防止吸油时吸人空气和回油时油液冲入油箱搅动液面，管口都应插入油箱最低油面以下，但离箱低的距离要大于管径的2—3倍。

回油管口应截成45°斜角，以增大通流面积，并面向与回油管相距最近的箱壁以利于散热和沉淀杂物。

为防止箱底的沉淀物吸入液压泵，吸油管端部应装有足够能力的过滤器，过滤器离箱壁至少要有3倍管径的距离，距箱底不应小于20mm，以便四面进油。

⑶隔板的设置设置隔板的目的是将油箱内吸油区与回油区分开，以增大油液循环的路程，减缓油液循环的速度，便于分离回油带来的空气和污物，提高散热效果，一般设置一个隔板，高度最好为液面高度的3/4。

⑷加油口与空气过滤器的设置加油口一般设置在油箱顶部容易接近处，加油口应带有过滤网，平时加盖封闭。

空气过滤器的作用：

使油箱始终与大气相通，保证泵的自吸能力，滤除空气中的灰尘杂物。

目前生产的空气过滤器同时兼有吸油和通气的作用，是标准件，可按需选用。

⑸液位计的设置液位计用于监测油面高度，故其窗口尺寸应能满足对最高与最低液位的观察，并应安装在易于观察的地方。

液位计也是标准键，也可按需选用。

⑹放油口与清洗窗的设置图中油箱底面作成双斜面，也可作成向回油侧倾斜的单斜面，在最底处设放油口，平时用螺栓或放油阀堵住，换油时将其打开放走油污，换油时为便于泵清洗油箱，大容量的油箱侧壁设清洗窗，其位安排应便于吸油过滤器的装拆。

清洗窗口平时用侧版密封，清洗时再取下。

⑺防污密封油箱盖板和窗口连接处均需加密封垫，各进、出油管通过的孔均需装密封圈，以防止外部