液压立式板料折弯机课程设计
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《液压与气压传动》课程设计说明书
班 级
姓 名
学 号
成 绩
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一、设计要求及工况分析···································· 3
二、负载与运动分析·······································4
三、确定液压系统主要参数·································6
四、拟定液压系统原理图···································10
★. 液压系统原理图·······································11
五.液压元件选择·········································12
六.验算液压系统性能·····································15
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一、设计要求及工况分析
1.设计要求
欲设计制造一台立式板料折弯机,其滑块(压头)的上下运动拟采用液压传动,要求通过电液控制实现的工作循环为:1.自动实现空载下降--慢速下压折弯--快速退回的工作过程。2.压头下降时速度均匀。已知:
最大折弯力(KN):Fmax =1900 滑块重力(N):G=14000
快速下降的速度(m/min):V1 =23 慢速加压(折弯)的速度(mm/s):V2=12
快速上升的速度(mm/s):V3 =53 快速下降行程(mm):L1 =180
慢速加压(折弯)行程(mm):L2 =20 快速上升行程(mm):L3 =200
启动、制动时间(s):△t = 0.25
2.工况分析
根据滑块重量为14000N,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0.2ts。折弯机滑块上下为直线往复运动,且行程较小(240mm),故可选单杆液压缸作执行器,且液压缸的机械效率0.91cm。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 二、负载与运动分析
1.负载分析
折弯机滑块做上下直线往复运动,且行程较小(只有200mm),故可选单杆活塞液压缸作为执行元件(可以选择液压缸的机械效率91.0m)。
根据技术要求和已知参数对液压缸各工况外负载进行计算,其计算结果列于下表1
工况 计算公式 外负载/N 计算及说明
快进
启动
加速 maF外平均
131.4N
(1)NGF4.13125.0023.08.914000tgv1外
1vt为下行平均加速度0.092;
(2)由于忽略滑块导轨摩擦力,故快速下降恒快进阶段外负载为0;
(3)NGF9.30225.0053.08.914000tgv3 ;tv3为回程平均加速度0.2122/ms
(4)恒快退阶段因为要保持滑块重力且匀速下降所以外负载力等于滑块重力
(5)减速制动阶段tv3为减速平均加速度为0.212 恒快进 0
工进 =FF外折弯 1.9610
快退
启动
加速 maFG外平均
14302.9
恒快退 F=G外
14000
减速制动 -maFG外平均
13697.1
表1液压缸外负载力分析计算结果
利用表1的计算数据,并在负载过渡段做粗略的线性处理后便得到如图1所示的折弯机液压缸负载循环图。
图1折弯机液压缸负载循环图
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2.运动分析
根据已知参数,各个工况持续时间近似计算结果见表2
工况 时间/s 行程/mm 速度/mm/s 加速度/
m2/ms
启动阶段 0.25 2.875 92
快进阶段 7.826 180 23
工进阶段 1.667 20 12
快退阶段 3.774 200 53
制动阶段 0.25 6.625 212
表2折弯机各工况情况
利用表2中的计算数据,并在速度过渡段做粗略的线性处理后便得到如图2所示的折弯机液压缸速度循环图。
图2 折弯机液压缸速度循环图
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三、确定液压系统主要参数
根据文献1,预选液压缸的设计压力1P=24Mpa。将液压缸的无杆腔作为主工作腔,考虑到液压缸下行时,滑块自重采用液压式平衡,则可计算出液压缸无杆腔的有效面积。
261max1066.0105.3191.01900mcmPFA
液压缸内径
mmmAD290290.0066.0441
按GB/T2348—1993,取标准值D=320mm=32cm。
根据快速下行和快速上升的速度比确定活塞杆直径d
23221532.323VDVDd
mmDd64.240320752.0752.0,取标准值d=250mm。
液压缸的实际有效面积为
2222222221374.313)2532(4)(4248.8043244cmdDAcmDA
那么液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量计算见以下 表3。
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表3 液压缸工作循环中各阶段的压力和流量
循环中各阶段的功率计算如下。
快进(启动)阶段:WWP00332k.032.31077.184941.1795qp-6111
快进(恒快进)阶段:'10P
工进阶段:WWP054k.250.2505410965.101096.25qp-66222
快速度回程阶段,启动WWP0.830k44.8301088.16601050.0qp-66333
恒速快退 WWP814k.083.8131088.16601049.0qp-66444
减速制动 WWP797k.022.7971088.16601048.0qp-66555
工作阶段
计算公式
负载F/N
工作腔压力P/Pa 输入流量q
/31cms 1/minL
快进
启动
加速
1111;mFpqAvA外
131.4 1795.41
恒快进 0 0 1849.77 110.986
工进
2121;mFPqAvA外
6109.1
61096.25
965.10
57.906
快退
启动
加速
3232;mFPqAvA外
14302.9
61050.0
恒快退 14000 61049.0 1660.88 99.653
减速制动 13697.1 61048.0
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编制工况图:根据以上分析与计算数据可绘出液压缸的工况图, 如下(功率图3,流量图4,压力图5 )
液压缸的功率图3
液压缸的流量图4
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液压缸的工作压力图5