折弯机液压系统设计

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1、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（20

2、0mm），故可选单杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率ncm=0.91。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

3、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

4、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。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

5、， 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

6、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v23mm/

7、s;工作下压速度v =12mm/s；2快速回程速度 v =53mm/s；3板料折弯机快速空载下降行程 L =180mm1板料折弯机工作下压行程 L =20mm；2板料折弯机快速回程 L =200mm；3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，其机械效率耳=0.91。cm快速下降，启动加速：F = G 岀订 gAt15000F =ii9.81X 23rB! = 176 N0.2（ V/At为下行平均加速度,m/s2 ）1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15m

8、m；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：F 二 F x 5 %=50000N e1max终压阶段：F = F= 106 Ne2m ax快速回程启动阶段F + G = G x竺i2g At+Gf + g = 15000 x 53i 29.810.2+15000=15405N（V /t 为回程平均加速度, m/ s 2） 2等速阶段：F=G=15000N制动阶段：G - F = G - xAV2 i2 g AtG+F=15000 -15000 53x10-3x9.810.2=14595N工况负载值F起动，加速176匀速0折弯初压50000i2表2.

9、1液压缸在各工作阶段的负载值（单位:N）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ncm=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：18023二 7.826s=V1122L5 02V122L 2003-V532t3二 3.774st43慢速折弯初压阶段终压阶段快速回程根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的 F t 图和 v t 图 3.1：图 2.1 折弯机液压缸的 F t 图和 v t 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

10、了定量的数据分析，并提供了折弯 机液压缸的 F t 图和 v t 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 2 1， 预选液压缸的设计压 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ncm=0.91则可计算出 液压缸无杆腔的有效面积：F106A max =m2 二 0.048m2 二 480cm21 耳 p0.91x 23 x106cm 1液压缸内径（活塞杆直径）D 二:筠 二-4 X 0.048 m 二 0.247m

11、二 247mm兀兀根据液压设计简明手册 1 1 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53 二 2.323故活塞杆直径d=0.752D=0.752 X 250=188mm根据液压设计简明手册1 1 页表 2 5，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：兀兀A = D 2 = x 252 = 490.625cm 2144液压缸有杆腔的实际有效面积为：兀兀A = (D 2 d 2) =(252 182)= 236.285cm 22 443.2 液压缸工况工作循环中各阶段的功率计算

12、如下：A.快速下降阶段：启动时p = p q =3942X1 128.43X 106=4.45w1 1 1771p = -i =3942Pa1 A xq490.625 x10-4 x 0.911 cmq = AV = 490.625 x 2.3 = 1128cm3 / s = 67 L1 11/mm恒速时p=01B.慢速加压阶段:初压时p - p q -1.12x 106 x 558.75 x 10-6 = 659.4w2 2 25 X104Fp =e1 = 1.12 x106 Pa2 A xq490.625 x10-4 x 0.911 cmq = A V = 490.625x 1.2 = 5

13、88.75cm3 /s = 35.325L/min2 2 2终压时，行程有只5mm,持续时间仅t =0.417s压力和流量变化情况3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2.24 - 1.12 p = 1.12 +t = 1.12 + 51.03t0.417流量由 588.75cm 3 /s 减小为零，其变化为零3.1)其变化规律可近似用线性函数 q（t）表示即q=588（1 -侖）上两式中，t为终压阶段持续时间，取值范围3.2)从而得到此阶段功率方程P= pq = 588.75 x (1.12 + 51.03t) x (10

14、0.417s侖）3.3)这是一个开口向下的抛物线方程t=0.197s令也=0可求得极值点 dtP = p =588.75 X3 max此处的最大功率为：1 . 1 2+5 1 .03x 0.917 ) x(1-0.917/0.417)WP =3466.63w=3.467KW3而 t=0.917s 处的压力和流量可由式（4.1）和式（4.2 ）算得：P =1.12+51.03X0.197=1 1.17MPa3q =588.75X(1 0.197/0.417)cm3/s3q =310.61cm3/s=18.64L/min3C.快速回程阶段:启动时FP =i24 A耳2 cm15405P4 _ 236.285 x 0.91x10-46Paq =AV =236.285X5.3=1252.3cm3 /s=75.138L/min42 3P = pq =0.71X10 6 X 1252.3X10 一6W=889w=0.899KW4 4 4恒速时Fp = 0.69 x 106 Pa5 A 耳236.285 x 10- 4 x 0.912 cm15000q =AV =1252.3cm3 /s=75.138L/min52 3P