机械专业《液压与气压传动》课程设计说明书解读.doc

液压与气压传动课程设计说明书班 级 机械国内姓 名学 号成 绩一、 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 :F max =1500 滑 块 重 力 (N :G=18000 快速下降的速度 (m/min :V1 =23 慢速加压 (折弯 的速度 (mm/s :V 2=12 快速上升的速度(mm/s :V 3 =53 快速下降行程(mm :L 1 =180 慢速加压(折弯行程(mm :L 2 =20 快速上升行程(mm :L 3 =200 启动、制动时间(s : t = 0.252. 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 0.2t s = 。 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。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. 0=m。 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 2. 运动分析 利用以上数据, 并在负载和速度过渡段做粗略的线性处理后便得到液压缸负载循 环图和速度循环图。 折弯机液压缸负载循环图 1和速度循环图 2三、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。2max61115000.0520.9131.510cmm A P = 液压缸内径0.257257D m mm = 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 d23221532.323V D V D d =- mm D d 64. 240320752. 0752. 0=,取标准值 d=250mm。 液压缸的实际有效面积为1500000-530169.018000 -1565362222222221374. 313 2532(4(4248. 8043244cm d D A cm D A =-=-=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。 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:-6111p q 1849.77104.22309.1770.00427k P W W =快进(恒快进阶段:' 10P =7 工进阶段:6-6222p q 20.5010965.101019784.5519.785k P W W = 快速度回程阶段 , 启动 6-6333p q 0.64101660.88101062.961.063k P W W = 恒速快退 6-6444p q 0.63101660.88101046.351.046k P W W = 减速制动 6-6555p q 0.62101660.88101027.751.028k P W W = 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, 流量图,压力图 功率图,压力图流量图 0197850.6420.5四、拟定液压系统原理图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 Y 型电磁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8图 6折弯机液压系统原理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 11-单向阀 12-压力继电器 910五.液压元件选择1. 液压泵由液压缸的工况图,可以看到液压缸的最高工作压力出现在加压折弯阶段结束 时, 120.5Pa P M =。此时缸的输入流量极小,且进油路元件较小,故变量液压泵 至液压缸间的进油路压力损失估取为 0.5p MPa =。所以得泵的最高工作压力p 20.50.521.0p MPa =+=液压泵的最大供油流量 p q 按液压缸的最大输入流量(99.653L/min进行估 算。取泄露系数 K=1.1,则 n 109.62L/mi653. 991. 1q p =根据以上计算结果查阅机械设计手册表 23.5-40,选用规格为 160*CY14-1B的压力补偿变量型轴向柱塞泵, 其额定压力 P=32MPa, 排量为 160mL/r,额定转速 为 1000r/min,流量为 q=160L/min。由 于 液 压 缸 在 保 压 时 输 入 功 率 最 大 , 这 时 液 压 缸 的 工 作 压 力 为 26.0+0.5=26.5MPa,流量为 1.157.91=63.7L/min,取泵的总效率 9. 0=,则液 压泵的驱动电机所要的功率为 p 2163.724.77a 60600.90p p q P MP =,根据此数据按 JB/T9619-1999,选取 Y225M-6型电动机,其额定功率 37P KW =,额定转速 980r/min,按所选电动机的转速和液压泵的排量,液压泵 最大理论流量 980/min 160/156.8/min t q n V r mL r L =,大于计算所需的流 量 109.62L/min,满足使用要求。2. 阀类元件及辅助元件根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际 流量可选出这些液压元件的型号及规格,结果见表 4。表4 序 元件名称 号 1 2 变量泵 溢流阀 额 定 /Pa 32 调 压 0.53 2 28 液压元件的型号及规格 额 定 流 型号及规格 说明 压 力 量 ml/r 160 160 32*GY14-1B YF3-*-20B-C 额定转速 1000r/min 驱动电机功率为 37KW 通径 20mm 3 4 行程阀 三位四通换向 160 YF3-*-20B-C WEH10G HCT06L1 通径 10mm qmax = 160 L / min 阀 5 单项顺序阀 最 大 160 工 作 压 力 32MPa 开 启 0.15M Pa 最大 200 (单向行程调速阀 FBG-3-125-10 S20A220 通径 20mm 6 节流阀 7 单向阀 8 压力继电器 9 调速阀 25 HED20 2FRM10-21 3.油管 各元件间连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定，液压缸进、出油管则按 输入、排出的最大流量计算。由于液压泵选定之后液压缸在各个工作阶段的进、 出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表 5 所示。 流 量 快进 速度 输 入 q = ( A ´ q /( A - A 1 1 p 1 2 = 流 量 804 .248 ´ 63.7 L/min = 104 .37 804 .248 - 313 .374 排 出 A2 ´ q1 313 .374 ´ 104 .37 = 流 量 q2 = L/min A1 804 .248 压制 q1 = 57.906 快退 q1 = q p = 109 .62 q2 = A2 ´ q1 = 313 .374 ´ 57.906 804 .248 A1 q2 = =22.56 A1 ´ q1 804 .248 ´ 109 .62 = = 281.33 A2 313 .374 =40.67 11 运 动 速 度 m/min v1 = = qp A1 - A2 v1 = qp A1 - A2 = 57 .906 ´ 10 -3 804.248 ´ 10 -4 v3 = 63.7 ´ 10 -3 (804.248 - 313.374 ´ 10 -4 = 1.30 =0.72 表 5 液压缸的进、出流量 q1 109 .62 ´ 10 -3 = = 3.50 A2 313 .374 ´ 10 -4 由表中数值可知， 当油液在压力管中速度取 5m/s 时，按 d = 2 ´ 104 .37 ´ 10 -3 = 21mm ； p ´ 5 ´ 60 q 算得， p ´v 液压缸进油路油管内径 d jin = 2´ 液压缸回油路管内径 d hui = 2´ 109.62 ´ 10 -3 = 21.6mm ； p ´ 5 ´ 60 这两根油管选用参照液压系统设计简明手册 ，进油管的外径 F = 34mm ， 内径 F = 25mm ，回油路管的外径 F = 42mm ，内径 F = 32mm 。 4.油箱 容量 V (单位为 L计算按教材: V = x qP ，由于液压机是高压系统，x = 11 。所以 油箱的容量 V = xq p = 11 ´ 63.7 = 700 .7 L ， 700.7 ¸ 0.8 = 875.88L 按 JB/T7938-1999 规定容积取标准值 V = 1000L . 六验算液压系统性能 1.验算系统压力损失，并确定压力阀的的调整值 由于系统的管路布局尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能 先估算阀类元件的压力损失， 待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局 部损失。 快进 快进时，进油路上油液通过单向阀 4 的流量是 67L / min 通过电液换向阀 5 的流 量是 67L / min 。因此进油路上的总压降为： 104 .4 104 .4 å DpV = 0.2 ´ ( 160 2 + 0.5 ´ ( 160 2 = 0.30 MPa 此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。 回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过三位四通换向阀的流量是 32.3L/min，然 12 后流回油箱，由此便得出有杆腔压力与无杆腔压力之差为 40.7 2 Dp = 0.5 ´ ( = 0.020MPa 160 工进 工进时，油液在进油路上通过电液换向阀 5 的流量是 35.325L/min 。进油路上的 总压降为 57.906 2 Dp1 = 0.5 ´ ( = 0.065MPa 160 故溢流阀 2 的调压 p p1 A 应为 p p1 A > p1 + å Dp1 = 25.96 + 0.065 = 26.025 MPa 快退 快退时，油液在进油路上通过单向阀 4，换向阀 5 和单向阀 6 的流量为 。 86.65 / min 油液在回油路上通过换向阀 5 的流量是 171.62L/min. 因此进油路 L 上的总压降为 109 .62 109 .62 109 .62 å DpV1 = 0.2 ´ ( 160 2 + 0.5 ´ ( 160 2 + 0.2 ´ ( 160 2 = 0.422 MPa 此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上的总压降为 281 .33 å DpV 2 = 0.5 ´ ( 160 2 = 1.546 MPa 此值较小，不必重算，快退时液压泵的工作压力 p p 应为 p p = p1 + DpV 1 = 1.04 + 0.422 = 1.462 MPa 溢流阀的调整压力定大于此压力。 参考文献 1刘军营 陈建文 液压与气压传动 西安 电子科技大学出版社 2008 2秦大同 谢里阳 现代机械设计手册 北京 化学工业出版社 2011 3左健民 液压与气压传动-4 版 北京 机械工业出版社 2007 13