毕业设计(论文)折弯机液压系统设计(含全套CAD图纸).doc
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1、全套CAD图纸,联系 153893706第1章 绪 论1.1 液压技术现状当前,液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声,经久耐用,高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展,在完善比例控制,伺服控制,数字控制等技术上也有许多新成就。此外,在液压元件和液压系统的计算机辅助设计,计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面,日益显示出显著的优势。今天,为了和最新技术的发展保持同步,液压技术必须不断创新,不断地提高和改进元件和系统的性能,以满足日益变化的市场需求,体现在如下一些比较重要的特征上: (1)提高元件性能,创制新型元件,体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率,液
2、压元件的结构不断地在向小型化方向发展。 (2)高度的组成化、集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置,箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置,使连接的通道越来越短,这种组合件不但结构紧凑、工作可靠,而且使用简便,也容易维护保养。模块化发展也是非常重要的方面,完整的模块以及独立的功能单元,对用户而言,只需要简单地进行组装即可投入使用,这样不仅可以大大节约用户的装配时间,同时用户也无须配备各种经专门培训的技术人员。 (3)和微电子结合,走向智能化。汇在一起的联接体只要一收到微处理机或者微型计算机处送来的信息,就能实现预先规定的任务。综上所述可以看到,液压工业在国民经济中的作用实在是
3、很大的,它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比,我国的液压工业还是相当落后的,标准化的工作有待于继续做好,优质化的工作须形成声势,智能化的工作则刚刚在准备起步,为此必须奋起直追,才能迎头赶上。1.2本课题主要研究内容(1)液压折弯机基本概况和研究背景介绍(2)液压原理图分析设计(3)液压系统结构设计(4)绘制液压原理图、总装图及部分零件图1.3 设计步骤一台机器究竟采用什么样的传动方式,必须根据机器的工作要求,对机械、电力、液压和气压等各种传动方案进行全面的方案论证,正确估计应用液压传动的必要性。当确定采用液压传动后,其设计内容和步骤大体如下所述,这里
4、所述的设计内容和步骤只是一般的系统设计流程,在实际设计过程中不是一成不变的,对于较简单的液压系统,可以简化其设计程序;对于重大工程的复杂液压系统,往往还需在初步设计的基础上进行计算机仿真实验,或者局部地进行实物实验,反复修改,才能确定设计方案。另外,这些步骤又是相互关联,彼此影响的,因此常需穿插交叉进行。液压系统的设计步骤大体如下:1、液压系统的工况分析在开始设计液压系统时,首先要对机器的工作情况进行详细的分析,一般要考虑下面几个问题:(1)确定该机器中哪些运动需要液压传动来完成(2)确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环(3)确定液压系统的主要工作性能。例如:执行元件的运动速度、调速范围
5、、最大行程以及对运动平稳性要求等(4)确定各执行元件所承受的负载及其变化范围2、拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图一般要考虑以下几个问题:(1)采用何种形式的执行机构(2)确定调速方案和速度换接方法(3)如何完成执行机构的自动循环和顺序动作(4)系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求(5)压力测量点的合理选择根据上述要求选择基本回路,然后将各基本回路组合成液压系统。当液压系统中有多个执行部件时,要注意到它们相互间的联系和影响,有时要采用防干扰回路。在液压系统原理图中,应该附有运动部件的动作循环图和电磁铁动作顺序表。3、液压系统的计算和选择液压元件液压系统计算的目的是确定液压系统的主
6、要参数,以便按照这些参数合理地选择液压元件和设计非标准元件。具体计算步骤如下:(1)计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量(2)计算液压泵的工作压力、流量和传动功率(3)选择液压泵和电动机的类型和规格(4)选择阀类元件和辅助元件的规格4、对液压系统进行验算必要时,对液压系统的压力损失和发热温升要进行演算,但是有经过生产实践考验过的同类型设备可供类比参考,或者有可靠的试验结果,那么也可以不再进行验算。5、绘制正式工作图和编制技术文件设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容:液压系统原理图;自行设计的全套工作图(指液压缸和液压油箱等非标准液压元件);液压泵、液压阀及
7、管路的安装总图。技术文件一般包括以下内容:基本件、标准件、通用件及外购件汇总表,液压系统安装和调试要求,设计说明书等。第2章 任务分析2.1 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 106N 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 200mm2.2 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。
8、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(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,
9、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
10、,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。2.3 本章小结 本章主要介绍了折弯机的主要设计参数,分析了折弯机在三个工作循环液压系统的工作状态,及液压系统图的绘制思路,这将为接下来的设计打下基础。第3章 负载与运动分析3.1 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。3.1.1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
11、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,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。3.1.2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
12、元件中,没有溢流损失和节流损失,而且工作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。3.2 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=106N板料折弯机的滑块重量G=106N;快速空载下降速度V1=23mm/s;工
13、作下压速度V2=12mm/s;快速回程速度V3=53mm/s;板料折弯机快速空载下降行程L1=180mm;板料折弯机工作下压行程L2=20mm;板料折弯机快速回程L3=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cm=0.91。快速下降,启动加速: (V1/t为下行平均加速度,m/s2)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:Fe1=Fmax5%=50000N终压
14、阶段:Fe2=Fmax=106N快速回程启动阶段:(V2/t为回程平均加速度,m/s2)等速阶段:F=G=15000N制动阶段: 表3.1 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cm=0.913.3 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F-t图和v-t图3.1: 图3.1 折弯机液压缸的F-t图和v-t图3.4 本章小结 本章分析了折弯机各个过程
15、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4章 液压缸主要参数的确定4.1 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11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由于故活塞
16、杆直径d=0.752D=0.752250=188mm根据液压设计简明手册11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:液压缸有杆腔的实际有效面积为:4.2 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p1=p1q1=39421128.4310-6=4.45Wq1=A1V1=490.6252.3=1128cm3/s=67L/min恒速时B.慢速加压阶段:初压时p2=p2q2=1.12106558.7510-6=659.4Wq2=A2V2=490.6251.2=588.75cm3/s=35.325L/min终压时,行程有只5mm
17、,持续时间仅t3=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 (4.1)流量由588.75cm3/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 (4.2)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 (4.3)这是一个开口向下的抛物线方程令 可求得极值点 t=0.197s此处的最大功率为:P3=Pmax=588.75(1.12+51.030.197)(1-0.197/0.417)WP3=3466.63w=3.467KW而t=0.917s处的压力和流量可由式
18、(4.1)和式(4.2)算得:P3=1.12+51.030.197=11.17MPaq3=588.75(1-0.197/0.417)cm3/sq3=310.61cm3/s=18.64L/minC.快速回程阶段:启动时 =0.71106Pa q4=A2V3=236.2855.3=1252.3cm3/s=75.138L/min P4=p4q4=0.711061252.3106W=889w=0.899KW恒速时=0.69106Paq5=A2V3=1252.3cm3/s=75.138L/min P5=p5q5=0.691061252.3106W=864W=0.864KW制动时q6=A2V3=1252.
19、3cm3/s=75.138L/minP6=p6q6=0.671061252.3106W=839.04W=0.839KW 无杆腔实际有效面积490.625cm2 有杆腔实际有效面积236.285cm2 液压缸在工作循环中各阶段的负载和流量计算见表4.1:表4.1 各阶段的压力和流量工作阶段计算公式负载 F/N说明快 速下 降启动 176;为下行平均价速度,m/s2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。;
20、为回程平均加速度,m/s2等速 0慢 速折 弯初压Fe1=Fmax5%50000终压 Fe2=Fmax106快 速回 程启动 15405等速 F=G15000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4.2 工作循环中各阶段的功率快速下 降启动恒速工作下 压折 弯初压终压快速回 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4.1:图4.1 液压缸的工况图4.3 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5章 液压系统图的拟定5.1 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
21、;(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
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