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摘要
立式板料折弯机是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。

液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。

因此，《液压传动》课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。

它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。

为了学好这样一门重要课程，除了在教学系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，是学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。

液压传动课程设计的目的主要有以下几点：
1、综合运用液压传动课程与其他有关修课程的理论知识和生产实际只是，进行液
压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。

2、在设计事件中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回
路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。

3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品
样品、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。

关键词板料折弯机，液压传动系统，液压传动课程设计
目录
摘要
1任务分析 (1)
1.1技术要求 (1)
1.2任务分析 (1)
2方案的确定 (2)
2.1运动情况分析 (2)
2.1.1变压式节流调速回路 (2)
2.1.2容积调速回路 (2)
3负载与运动分析 (3)
4液压缸主要参数的确定 (4)
5统液压图的拟定 (6)
6压元件的选择 (8)
7.1液压泵的选择 (8)
7.2阀类元件及辅助元件 (8)
7.3油管元件 (9)
7.4油箱的容积计算 (10)
7.5油箱的长宽高确 (10)
7.6油箱地面倾斜度 (11)
7.7吸油管和过滤器之间管接头的选择 (11)
7.8过滤器的选取 (11)
8液压系统性能的运算 (13)
8.1压力损失和调定压力的确定 (13)
8.1.1沿程压力损失 (13)
8.1.2局部压力损失 (13)
8.1.3压力阀的调定值计算 (14)
8.2油箱的设计 (15)
8.2.1系统发热量的计算 (15)
8.2.2散热量的计算 (15)
9参考文献 (17)
致谢 (18)
1 任务分析
1.1技术要求
设计一板料折弯机的液压系统。

板料折弯机要求实现的工作循环是：快速下降——工作下压——快速回程——停止。

主要参数与性能要求：
1.2任务分析
根据滑块重量为19KN，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（0.2m），故可选液压缸作执行器，且液压缸的机械效率为0.91。

因为板料折弯机的工作循环为快速下降、工作下压、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。

中位实现液压泵的卸荷，工作在右位时实现液压泵的快进和工作。

其工作速度由一个调速阀来控制。

快进和工作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，液压泵采用全压试供油。

其活塞运动行程由一个行程阀来控制。

当活塞一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，实现由快进到工作的转换。

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，所以在由工作到快速回程阶段要一个预先泄压回路，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预设一个预先泄压回路，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。

当泄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，滑块要产生下滑运动。

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，同时也使工作进程平稳。

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方案的确定
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需求。

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。

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，从而对流入液压缸的流量进行控制。

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，低速是泵承受能力很差，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
容积调速回路的工作原理是通过改变中变量泵或马达的排量来改变执件的运动速度。

优点：在次回路中，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，减小泵的泄漏，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的变压式节流调回路相比较，其速度刚性和承载能力都比较好，调速范围也比较宽，工作效率更高，发热却是最小的。

考虑到最大折弯力为 ，故选泵缸开式容积调速回路。

3负载与运动分析
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——快速回程——停止。

主要性能参数与性能要求如下：折弯力F=1700KN ；板料折弯机的滑块重量G=19KN ；快速下降速度V1=23m/S ，工作下压速度V2=12m/s,快速回程速度V3=54m/s ，板料折弯机快速下降行程L1=0.2m,板料折弯机工作下压行程L2=0.03m ，板料折弯机快速回程行程L3=0.2m ；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，其机械效率为0.91.由式 Fm=m v ∕t
式中 m ——工作不见总质量 V ——快进货快退速度
t ——运动的加速、减速时间 求得惯性负载41.9100.023=2239.80.2
m v G v F m N t g t ∆∆⨯=∙=⨯=∆∆下 再求得阻力负载 静摩擦力 4=0.2 1.910=3800F N ⨯⨯静
动摩擦力 4=0.11.910=1900F N ⨯⨯动
表一液压缸在各工作阶段的负载值 （单位：N ）
注：液压缸的机械效率取0.91cm ∂=
5 液压缸主要参数的确定
由表11-2和表11-3可知，板料折弯机液压系统在最大负载约为187KN 时工作压力P1=30MPa 。

将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，坏块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0.91cm ∂=。

216c m 11870220==0.069p 0.913010
MAX F A m =∂⨯⨯⨯ 液压缸内径： 90.30300D m m m
==== 参考[1]，按GB/T2348-2001，取标准值D=320mm=32cm 根据跨速下降与快速上升进的
速度比确定活塞杆直径d: 22254= 2.3240.624.0623
V D d mm m V D d ==⇒==-快上快下取标准值d=250mm=25cm
则：无杆腔实际有效面积222132803.844A D cm π
π==
⨯= 有杆腔实际有效面积222222-)(3225)313.444A D d cm ππ
==⨯=（
液压缸在工作循环中各阶段的功率计算见表
根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸的工况图5.1：
图5.1液压缸的工况图
6系统液压图的拟定
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控制的现象，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控制一个液控单向阀；
（5）为了是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做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：
图6.1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
7 液压元件的选择
7.1液压泵的选择
由液压缸的工况图，可以看出液压缸的最高工作压力出现在加压压制阶段是P1=25.57MPa ，此时液压缸的输入流量极小，且进油路元件较少故泵到液压缸的进油压力损失估计取为0.5P MPa = 。

所以泵的最高工作压力0.525.5726.07p P MPa =+=.
液压泵的最大供油量液压缸最大输入流量（110.9L/min ）计算，取泄漏系数K=1.1，则1.1110.9121.99/min Q L =⨯=.
根据以上计算结果查阅《机械设计手则》表23.5-44，选用规格为A7V 型斜轴是轴向柱塞泵，其额定压力P=35MPa ，排量为80Ml/r ，额定转速为2100r/min ，流量为q=112.5L/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25.57+0.5=26.07MPa ，流
量为1.157.9=63.69
/min L ⨯，取泵的总效率∂=0.85，则液压泵的驱动电机所要的功率为26.0763.6932.5660600.85
P P P Q P KW ⨯⨯===∂⨯。

根据此数据按JB/T9619-1999，选取Y225M-6型电动机，其额定功率P=35KW ，额定转速2100r/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2100/m i n 60/m i n 126Q n V r m L
L =⨯=⨯=,大于计算所需的流量121.99L/min ，满
足使用要求。

7.2阀类元件的选择 1、选择依据
选择依据为：额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。

2.选择阀类元件应注意的问题
(1)应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。

(2)阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。

选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。

(3)一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。

7.3油管类型的选择 液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。

(1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。

(2)铜管：紫铜管工作压力在6.5～10 MPa 以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa ，不如紫铜管易弯曲。

铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。

(3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。

高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为
2.5～8MPa ，多用于低压管道。

因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。

7.4油箱的容积计算
容量V （单位为L ）计算按教材式：V=θQ ，由于液压机是高压系统，θ=11。

所以油箱的容量1163.69700.59p V Q L θ==⨯=，而700.590.8=875.7L ÷按JB/T7938-1999规定容积取标准值V=1000L 。

7.5油箱的长宽高确定
因为油箱的宽、高、长的比例范围是1：1~2：2~3，此处选择比例是1：1.5：2由此可算出油箱的宽、长、高大约分别是1600mm ，1100mm ，770mm 。

并选择开式油箱中的分离式油箱设计。

其优点是维修调试方便，减少了液压油的温升和液压泵的振动对机械工作性能的影响；其缺点是占地面积较大。

由于系统比较简单，回路较短，各种元件较少，所以预估回路中各种元件和管道所占的
油液体积为0.8L 。

因此推杆总行程为205mm ，选取缸的内腔长度为360mm 。

忽略推杆所占
的体积，则液压缸的体积为4331
=803.810360100.0289=28.9V A L m L --=⨯⨯⨯=缸当液压缸中油液注满时此时油箱中的液体体积达到最小为min 80028.90.8770V L =--=油则油箱中油液的高度为：1H =770⨯1000/(160⨯110)=44cm 由此可以得出油液体下降高度很小，因此选取隔板的高度为44cm ，并选用两块隔板。

此分离式油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板的厚度为：t=4mm 。

为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为200mm 。

故可知，油箱的总长总宽总高为：
长为：12(110024)1108l l t mm mm =+=+⨯=
宽为：12(160024)1608w w t mm mm =+=+⨯=
高为：1(20044)770+4+200+4978h h mm mm mm =+++==（）
7.6油箱地面倾斜度
为了更好的清洗油箱，取油箱地面倾斜度为：1
7.7吸油管和过滤器之间管接头的选择
在此选用卡套式软管接头
查《机械设计手册——4》表23.9——66得其连接尺寸如下表:
7.8过滤器的选取
取过滤器的流量至少是泵流量的两倍的则，取过滤器的流量是泵流量的 2.5倍。

故有：= 2.5=..q q ⨯⨯泵入过滤器（636925）L/min=159.2L/min
查《中国机械设计大典》表42.7—7得，先取用那个型WU 系列网式吸油中过滤器：
8 液压系统性能的运算
8.1压力损失和调定压力的确定
由上述计算可知，工作时油液流动速度较小，通过的流量为57.9L/min,主要压力损失为阀件两端的压降可以忽略不计。

快进是液压杆的速度3
141104.3910 1.30/803.810
p q v m s A --⨯===⨯，此时油液在进油管的速度3
26104.3910 3.54/0.25251060
p
q v m s A π--⨯===⨯⨯⨯ 8.1.1沿撑压力损失
沿程压力损失首先要判断管中的流动状态，此系统采用N32号液压油，室温为20o C 时421.010/m s γ-=⨯，所以有34e R / 3.542510/1.010*******vd γ--==⨯⨯⨯=〈，油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数e 75/R 75/6200.12λ===，若取进油和回油的管路长均为2m ，油液的密度为，则进油路上的沿程压力损失为12542890//20.12 3.54 5.351025102
p l d v Pa λλρ-∆=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯⨯。

8.1.2局部压力损失
局部压力损失包括管道安装和管道接头的压力损失和通过液压阀的举报压力损失，由于管道安装和管接头的压力损失一般取沿程压力损失的10%，而通过液压阀的局部压力损失则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失分别为r q 和r q ∆，则当通过阀的流量为q 时的阀的压力损失为r q ∆，由()r r
q p p q ξ∆=∆⨯算的2104.390.5()0.213160
p MPa ξ∆=⨯=小于原估算值0.5MPa ，所以是安全的。

同理快进时回油路上的流量1221104.39313.440.7/min 803.8
q A q L A ⨯===则回油管路中的速度3
2640.710 1.38/600.252510
v m s π--⨯==⨯⨯⨯；由此可以计算出3e 41.382510R /3461.010vd γ--⨯⨯===⨯（346〈2320，所以为层流）；e 75750.22R 346
λ===，
所以回油路上的沿程压力损失为222642890//20.22 1.380.1491025102p l d v MPa λλρ-∆=⨯⨯⨯=⨯
⨯⨯=⨯⨯。

有上面的计算所得求出：总的压力损失1221313.40.5350.160.597803.8
A p p P MPa A λλ∆=∆+∆=+⨯=∑这与估算值有差异，应该计算出结果啦确定系统中的压力阀的调定值。

8.1.3压力阀的调定值计算
由于液压泵的流量大，在工作泵要卸荷，则在系统中卸荷阀的调定值应该满足快进时的要求，因此卸荷阀的调定值应大于快进时的共供油压力11870.2200.597 2.92803.8
F p p MPa A ρ=+∆=+=∑，所以卸荷阀的调定压力值应该取2.92MPa 为好。

溢流阀的调定压力值应大于卸荷阀的调定压力值0.3~0.5MPa ，所以取溢流阀的调定压力值为 3.5MPa 。

背压阀的调定压力值一平衡板料折弯机的自重，即442
1.910/313.4100.61F p Pa Pa A -≥=⨯⨯=背 8.3油箱的设计
由前面就算得出油箱的容积为1000L
8.3.1系统发热量的计算
在液压系统中，损失都变成热量散发出来。

发热量已在油温验算时祭祀安出，所以H=6.63233KW
8.3.2散热量的计算
当忽略系统中其他地方的散热，只考虑油箱散热时，显然系统的总发热功率H 全部由油箱来考虑。

这时油箱散热面积A 的计算公式为H A Kt =
式中 A —油箱的散热面积（2m ） H —油箱需要的散热功率（W ） t —油温（一般以55o C 考虑）与周围环境温度的温差 K —散热系统。

与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风很差时K=8~9；良好时K=15~17.5；风扇强行冷却时K=20~23；强迫水冷时K=110~175。

所以油箱散热面积A 为：26632.33 5.071776.96
H A m K t ===∆⨯ 9 参考文献
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