折弯机液压系统设计(共31页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 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 N 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
2、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cm=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
3、, 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,
4、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。 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
5、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
6、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=N;板料折弯机的滑块重量G=N;快速空载下降速度=23mm/s;工作下压速度=12mm
7、/s;快速回程速度 =53mm/s; 板料折弯机快速空载下降行程 =180mm;板料折弯机工作下压行程 =20mm; 板料折弯机快速回程 =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=0.91。快速下降,启动加速: (/t 为下行平均加速度,m/ )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: %=50000N终压阶段: 快速回程 启动阶段:
8、(/t 为回程平均加速度,m/)等速阶段: F=G=15000N 制动阶段: 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 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 cm=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: 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 Ft 图和 vt 图 3.1: 图 2.1 折弯机液压缸的 F t 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
9、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cm=0.91 则可计算出 液压缸无杆腔的有效面积: =液压缸内径(活塞杆直径) 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
10、上升的速度比确定活塞杆直径 d 由于 故活塞杆直径 d=0.752D=0.752250=188mm 根据液压设计简明手册1 1 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: 液压缸有杆腔的实际有效面积为: 3.2 液压缸工况 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 =39421 128.43=4.45w 恒速时 B.慢速加压阶段: 初压时 终压时, 行程有只 5mm,持续时间仅 =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 (
11、3.1)流量由 588.75 /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) 表示即 (3.2)上两式中,t 为终压阶段持续时间,取值范围 00.417s 从而得到此阶段功率方程 P= = 588.75 (3.3)这是一个开口向下的抛物线方程令=0可求得极值点 t=0.197s 此处的最大功率为: =588.75(1.12+51.03) =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: =1.12+51.030.197=1 1.17MPa =588.75(10.197/0.417) =310.61/s=18.64L/
12、minC.快速回程阶段: 启动时 =236.2855.3=1252.3 /s=75.138L/min =0.711252.3W=889w=0.899KW 恒速时 =1252.3 /s=75.138L/min =0.691252.3W=864W=0.864KW 制动时 =1252.3 /s=75.138L/min =0.671252.3 W=839.04W=0.839KW 无杆腔实际有效面积 490.625有杆腔实际有效面积 236.285液压缸在工作循环中各阶段的负载和流量计算 见表 3.1: 表 3.1 各阶段的压力和流量工 作 阶 段 计算公式 负载说明快速下降 启动176;为下行平均价速
13、度,m/ 由于忽略滑块导轨摩擦力,故快速下降等速时外 负载为 0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。;为回程平均加速度,m/等速0慢速折弯初压=5% 50000终压=快速回程 启动15405等速 F=G 15000 制动 14595液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表 4.2: 表 3.2 工作循环中各阶段快 速 下 降启动=.43=4.45w 恒速工 作 下 压 折 弯初压=1.12=659.4w终压 =588.75=3.46
14、7w快 速回 程 启动=恒速 制动 根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的工况图 3.1: 图 3.1 液压缸的工况图3.3 本章小结 本章主要计算出了液压缸的各个主体尺寸,并分析了液压缸各个阶段的工作状 况,拟定了液压缸的工况图。 第 4章 液压系统图的拟定 4.1 制定基本方案 考虑到液压机工作时所需功率较大,固采用容积调速方式; ( 1) 为满足速度的有极变化, 采用压力补偿变量液压泵供油, 即在快速下降的时 候, 液压泵以全流量供油。 当转化成慢速加压压制时, 泵的流量减小, 最后流量为 0; (2)当液压缸反向回程时, 泵的流量恢复为全流量供油。 液压缸的运动方向采用 三位四通电液
15、换向阀和二位二通电磁换向阀控制。停机时三位四通换向阀处于中位, 使液压泵卸荷; (3) 为了防止压力头在下降过程中因自重而出现速度失控的现象, 在液压缸有杆腔回路上设置一个单向阀;(4)为了压制时保压, 在无杆腔进油路上和有杆腔回油路上设置一个液控单向阀; (5) 为了使液压缸下降过程中压力头由于自重使下降速度越来越快, 在三位四通 换向阀处于右位时, 回油路口应设置一个溢流阀作背压阀使回油路有压力而不至于使 速度失控;(6) 为了使系统工作时压力恒定, 在泵的出口设置一个溢流阀, 来调定系统压力,由于本机采用接近开关控制,利用接近开关来切换换向阀的开与关以实行自动控制; (7) 为使液压缸在
16、压制时不至于压力过大,设置一个压力继电器, 利用压力继电器控制最大压力,当压力达到调定压力时, 压力继电器发出电信号,控制电磁阀实现保压。综上的折弯机液压系统原理如下图: 1-变量泵 2-溢流阀 3-压力表及其开关 4-单向阀 5-三位四通电液换向阀 6-单向顺序阀 7-液压缸 8-过滤器 9-行程阀 10-调速阀 1 1-单向阀 12-压力继电器 图 4.1 折弯机液压系统原理图 4.2 折弯机工作原理 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
17、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
18、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 对液压泵的冲击,对泵起到保护作用。 4.3 本章小结本章主要制定了液压系统的系统图, 分析了每个工作过程所需的液压元件, 及其 工作原理,最后绘制了液压系统图。 第 5 章 液压元件
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