折弯机液压系统设计

折弯机液压系统设计
立式板料折弯机就是机械、电气、液压三者紧密联系,结合得一个综合体。

液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式,液压传动系统得设计•在现代机械得设计工作中占有重要得地位。

因此，《液圧传动》课程就是工科机械类各专业都开设得一门重要课程。

它既就是一门理论课，也与生产实际有着密切得联系。

为了学好这样一门巫要课程,除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节,使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计得技能与方法。

液压传动课程设计得U得主要有以下儿点:
1、综合运用液圧传动课程及其她有关先修课程得理论知识与生产实际只就
是，进行液压传动设讣实践，就是理论知识与生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步得巩固、加深提高与扩展。

2、在设讣实践中学习与掌握通用液压元件，尤其就是各类标准元件得选用
原则与回路得组合方法,培养设计技能，提高学生分析与嫁接生产实际问题得能力，为今后得设计工作打下ft好得基础。

3、通过设计•，学生应在计•算、绘图、运用与熟悉设计•资料（包括设计•手册、产品样本、标准与规范）以及进行估算方面得到实际训练。

目录
1任务分析
1. 1技术要求
U 2任务分析2方案得确定
2、1运动情况分析-----------
2.1.1变压式节流调速回 2.1.2容枳调速回路
2
2
17 18
3负载与运动分析
4负载图与速度图得绘制 5液压缸主要参数得确定 6统液压图得拟定 7压元件得选择 10
7. 1液压泵得选择 10
7、2阀类元件及辅助元 10
7、3油管元件 1
1 7、4油箱得容积计算 12
7. 5油箱得长宽高确 12 7、6油箱地面倾斜度
13 7吸油管与过滤器之间管接头得选 13 7、
8过滤器得选取
13 9堵塞得选取
14 10空气过滤器得选取 14 H 液位/温度计得选取
14 8液压系统性能得运算
15 8. 1压力损失与调定压力得确定
15 & L1沿程压力损失 15 & 1.2局部压力损失
15 8.1.3压力阀得调企值汁算
16 8. 2油液温升得计算
16 & 2.1快进时液压系统得发热量 16 8. 2. 2快退时液压缸得发热疑 17 & 2. 3压制时液压缸得发热量
17 8、3油箱得设计
17 & 3.1系统发热量得讣算 17 8.3.2散热量得讣算
9参考文献 --------------------
1任务分析
1、1技术要求
设汁制造一台立式板料折弯机，该机压头得上下运动用液压传动，其工作循 慢速加压（折弯）、快速退回。

给定条件为： 1400000N 17000N
220mm
2、 Om/min 24nim 1、 4m/min 244mm 2、 6m/min 根据滑块重量为17000X,为了防止滑块受重力下滑，可用液压方式平衡滑块 重量，滑块导轨得摩擦力可以忽略不计。

设计液压缸得启动、制动时间为。

折弯 机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（220nmi ）,故可选单 杆液压缸作执行器，且液压缸得机械效率。

因为板料折弯机得工作循环为快速下 降、慢速加压（折弯）、快速回程三个阶段。

各个阶段得转换山一个三位四通得电 液换向阀控制。

当电液换向阀工作在左位时实现快速回程。

中位时实现液压泵得 卸荷，工作在右位时实现液压泵得快速与工进。

其工进速度山一个调速阀来控制。

快进与工进之间得转换山行程开关控制。

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。

其活塞运动行程山一个行程阀来控制。

当活塞以恒定得速度移动到一定位置时，行程阀接受到信号，并产生动作，实现山 快进到工进得转换。

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。

山于折弯机压力比较大，所以此时进油腔得压力比较大，所以在曲工进 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。

所以在快速回程得油路上可设计一个预先卸压回路，回路得卸荷快慢 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 表与溢流阀，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 小得背压力，同时也使工进过程平稳。

在液压力泵得出油口设计一个单向阀，可防 止油压对液压泵得冲击，对泵起到保护作用。

环为:快速下降、 折弯力 滑块重量 快速空载下降 行程
速度0
行程
速度0
行程 速度0
慢速下压（折弯） 快速回程
2方案得确定
2、1运动情况分析
由折弯机得工作悄况来瞧，其外负载与工作速度随着时间就是不断变化得。

所以设计液压回路时必须满足随负载与执行元件得速度不断变化得要求。

因此可以选用变圧式节流调速回路与容积式调速回路两种方式。

2.1.1变压式节流调速回路
节流调速得工作原理■就是通过改变回路中流量控制元件通流面积得大小来控制流入执行元件或自执行元件流出得流量来调节其速度。

变压式节流调速得工作压力随负载而变,节流阀调节排回油箱得流量，从而对流入液压缸得得流量进行控制。

其缺点:液压泵得损失对液压缸得丄作速度有很大得影响。

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，变载下得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•但装置复朵、价格较贵。

优点:在主油箱内•节流损失与发热量都比较小,且效率
较高。

宜在速度高、负载较大，负载变化不大、对平稳性要求不高得场合。

2・1・2容积调速回路
容积调速回路得工作原理就是通过改变回路中变量泵或马达得排量来改变执
件得运动速度。

优点:在此回路中，液压泵输出得油液直接进入执行元件中，没有溢流损失与节流损失，而且工作压力随负载得变化而变化，因此效率高、发热量小。

当加大液压缸得有效工作面积,减小泵得泄露，都可以提高回路得速度刚性。

综合以上两种方案得优缺点比较,泵缸开式容积调速回路与变压式节流调回路相比较，其速度刚性与承载能力都比较好，调速范围也比较宽工作效率更高，发热却就是最小得。

考虑到最大折弯力为1400000X,故选泵缸开式容积调速回路。

3负载与运动分析
要求设计得板料折弯机实现得工作循环就是:快速下降慢速下压（折弯）快速退回。

主要性能参数与性能要求如下：折弯力尸冰;板料折弯机得滑块重量^ITOOON：快速空载下降速度，工作下压速度,快速回程速度，板料折弯机快速空载下降行程，板料折弯机工作下压行程，板料折弯机快速回程：244mm=0、244m：启动制动时间，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。

山公式
式中:一工作部件总质量;一快进或快退速度；一运动得加速、减速时间求得惯
性负载
再求得阻力负载静摩擦阻力
动摩擦阻力
4负载图与速度图得绘制
负载图按上面数据绘制，如下图所示。

速度图按己知数值二2、Om/min二0、
33m/s>=l> 4m/min=0> 23in/s,,,,快速回程244inm=0. 244m
5液压缸主要参数得确定
山表11-2与表11-3可知，板料折弯机液压系统在最大负载约为154KN 时工 作压力。

将液圧缸得无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时,滑块自重采用液压方 式平衡，则可计算出液压缸无杆腔得有效面积,取液压缸得机械效率4『0、91。

=0. 056
液压缸内径：
按 GB/T2348-2001,取标准值 D=320nmi=32cm 根据快速下降与快速上升进得速度比确定活塞杆直径d:
取标准值 d=16cin=160mm 则：无杆腔实际有效面积 有杆腔实际有效面积
5、1液压缸壁厚与外径得计算:
液压缸得壁厚由液压缸得强度条件来il •算。

液压缸得壁厚一般就是指液压缸缸筒结构中最薄处徳厚度。

一般il 算可分为薄壁圆筒与 厚壁圆筒。

按照课题所给参数,此液压缸系统应当属于中低压系统，如果按照薄壁来计算；所 得壁厚往往很小，就就是强度满足不了要求，在切削加工中得变形、安装变形等引起液压缸工 作过程卡死活漏油。

因此一般不做计算，按经验去3010,液压缸缸筒材料为无缝钢管，可用公
式
式中:-液压缸壁厚(m 〉；
D-液压缸内径(m);
(a) 3736
(b
图一板料折弯机液压缸得负载图与速度图
a)负载图 b)速度图
P-实验压力，一般取最大工作压力得(1、25-1、5)倍(MPa)：□-缸筒材料得许用应
力。

无缝钢管为lOO-llOMPa;
验证可得液压缸壁厚33、2mm,故取35mmc
5、2液压缸工作行程确窪
由课题所给行程参数220+24=244mnu并根据GB2349-80液压缸活塞行程参数系列可得, 最大行程L=250Duno
缸盖厚度得确立
一般液压缸多为平底缸盖，超有效厚度t暗战强度要求可用下面两式进行近似计算。

无孔时有孔时
式中:t-缸盖有效厚度(m)
D-缸盖止口内径(m)
d-缸盖孔得宜径(m)
5、3最小导向长度得确窪
当活塞杆全部外伸时，从活塞支椁面中点到缸盖滑动支撑而中点得距离H称之为最小导向长度。

如果导向长度过小，将使液压缸得初始挠度增大,影响液压缸得稳立性，因此设计时必须保证有一左得最小导向长度。

对于一般液压缸,最小导向长度H应满足以下条件：
H
式中:L-液压缸得最大行程；
D液压缸得内径。

由课题参数计算得H172、5mm
所以取最小导向长度H=180tnm
缸体长度得确定
液斥缸缸体内部长度应等于活塞行程一活塞得宽度之与。

缸体外形长度还要考虑到两瑞端盖得厚度，一般液压缸缸体长度不应大于内径得20-30倍。

液压缸在工作循环中各阶段得压力与流量计算见表5、lo
表5、1各阶段得压力片流量
液压缸在工作循环中各阶段得功率计算见表5、2
根据以上分析与计算数据处理可绘出液压缸得工况图5、1: P/MPa
q/L/piin
A
160.6
112.42
L/nn
356.8
£369
P/KW
410 L
k
7.41
345
10・
66
图5. 1液斥缸得工况图
6系统液压图得拟定
考虎到液压机工作时所需功率较大，故采用容积调速方式；
(1)为满足速度得有极变化，采用压力补偿变量液压泵供油，即在快速下降得时候，液压泵以全流量供油。

当转化成慢速加压压制时，泵得流量减小，最后流量为0;
(2)当液压缸反向回程时，泵得流量恢复为全流量供油。

液压缸得运动方向采用三位四通Y型电磁换向阀与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得现象，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,在无杆腔进油路上与有杆腔回油路上设置一个液控单向阀；
(5)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，在泵得出口设置一个溢流阀，来调定系统压力。

山于
本机采用接近开关控制，利用接近开关来切换换向阀得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；
综上得折弯机液压•系统原理如下图：
工作
程序 YA1 YA2 YA3
快进 + • + 工进 + • - 快退 - + - 停止
-
-
-
电磁铁动作顺序表
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4-三位四通电液换向阀5-单向顺序阀 6-液控单向阀7-行程阀8-调速阀9-单向阀10-过滤器11-液压缸12-压力继 电器
11
12
LU
盘「「|制 32i]
山
YA2 /W2
7液压元件得选择
7、1液压泵得选择
山液压缸得工况图，可以瞧出液压缸得最商工作压力出现在加压压制阶段时，此时液压缸得输入流量极小，且进油路元件较少故泵到液压缸得进油压力损失估计取为。

所以泵得最高工作压力。

液压泵得最大供油量按液压缸最大输入流量（160、6L/niin）计算，取泄漏系数K=l, 1,则。

根据以上计算结果查阅《机械设计手册》表23、5-44,选用规格为A7V型斜轴式轴向柱塞泵，其额定压力P=35MPa,排量为lOOmL/r,额定转速为2100r/inino
曲于液压缸在保压时输入功率最大，这时液压缸得工作压力为21、07+0、5=21, 57MPa,流量为，取泵得总效率则液压泵得驱动电机所要得功率为，
根据此数据按JB/T9619-1999,选取Y225M-9型电动机，其额定功率，额定转速2100r/inin,按所选电动机得转速与液压泵得排量,液压泵最大理论流量，大于计算所需得流量176、66L/inin,满足使用要求。

7、2阀类元件及辅助元件
根拯阀类元件及辅助元件所在油路得最大工作压力与通过该元件得最大实际流量可选出这些液压元件得型号及规格，结果见表7、lo
7、3油管元件
各元件间连接管道得规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出得
最大流量讣算，山于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段得进出流量已与已定数值不
同，所以重新计算如表5、2,表中数值说明液压缸压制、快退速度，与设il•要求相
近，这表明所选液压泵得型号，规格就是适宜得。

表5、2液压缸在齐个阶段得进出流量
山表中数值可知，当油液在压力管中速度取5m/s时,按教材P177式(7-9)算得，液压缸进油路油管内径；
液压缸回油路管内径；
这两根油管选用参照《液压系统设计简明手册》，进油管得外径D二42mm,内径d=36mm,回油路管得外径D=20inm,内径d=16mm。

7、4油箱得容积计算
容量(单位为L)计算按教材式(7-8):，山于液压机就是高压系统,。

所以油箱得容量而1360、26/0、8=1700、3。

按JB/T7938-1999规定容积取标准值。

7、5油箱得长宽高确定
因为油箱得宽、高、长得比例范W就是1:广2:2飞,此处选择比例就是1:1、
5:2 ih此可算出油箱得宽、长、高大约分别就是1400mm, 1600mm。

并选择开式油箱中得分离式油箱设计。

其优点就是维修调试方便，减少了液压油得温升与液压泵得振动对机械工作性能得影响;其缺点就是占地面积较大。

山于系统比较简单，回路较短,各种元件较少，所以预佔回路中各种元件与管道所占得油
液体积为0、8L。

因为推杆总行程为244mm,选取缸得内腔长度为
360mnu
忽略推杆所占得体积，则液压缸得体积为:
当液压缸中油液注满时，此时油箱中得液体体积达到最小为: 贝！)油箱中油液得高度为-
山此可'以得出油液体下降高度很小，因此选取隔板得高度为75cni,并选用两块隔板。

此分离式油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板得•度为:tMmmo
为了易于散热与便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地得距离为
200mm 。

故可知，油箱得总长总宽总高为:
长为： 宽为： 高为：
7、6油箱地面倾斜度
为了更好得清洗油箱，取油箱底面倾斜度为:1
7、7吸油管与过滤器之间管接头得选择
在此选用卡套式软管接头
查《机械设计手册一4》表23、9-66得其连接尺寸如下表: 表7、3
单位:mm
公称 压力 MPa 管子 内径
mm
D
卡套式管接头
公称尺寸
极限偏差
G(25) 22 18、5
25 0、105 38
22
7、8过滤器得选取
山过滤器得流量至少就是泵流量得两倍得原则,取过滤器得流量为泵流量得 2、0倍。

故有：
査《中国机械设计•大典》表42、7-7得，先取通用型WU 系列网式吸油中过滤器: 表7、4
7、
9堵塞得选取
考虑到钢板厚度只有4mm,加工 螺纹孔不能太
大，査《中国机械设计 大典》表42. 7-
178选取外六角螺塞作为堵塞，详细尺
寸见下表：
表7、5
d
d D
e
S
L h b b R C
重量 Kg
基本尺寸
极限偏差
10、2 22 15
13
4 12 3 3 1 1、0 0.032
7、10空气过滤器得选取
型号 通径 mm 公称流量 过滤精度
W-400*180F
65
400 180
按照空气过滤器得流量至少为液压泵额定流量2倍得原则，
即：
选用EF 系列液压空气过滤器，参照《机械设计手册》表23、8-95得，将其主要参 数列于下表：
注:油过滤精度可以根据用户得要求就是可调得。

7v 11液位/温度计得选取
选取YffZ系列液位液温计，参照《机械设汁手册》表23、8-98选用YWZ- 150T型。

考虑到钢板得刚度，将其按在偏左边得地方。

8液压系统性能得运算
8、1压力损失与调定压力得确定
山上述计算可知，工进时油液流动速度较小，通过得流量为112. 42L/niin,主要压•力损失为阀件两端得压降可以省略不计。

快进时液压杆得速度，此时油液在进油管得速度
8.1.1沿程压力损失
沿程压力损失首先要判断管中得流动状态，此系统采用X32号液压油，室温为时,所以有油液在管中得流动状态为层流，则阻力损失系数，若取进油与回油得管路长均为2叫油液得密度为，则进油路上得沿程压力损失为
, 2 890 , <
=Ax//t/xp/2xv" =0.05x -------- X --- x4.2" =21.8x10'*Pa o
石36x10"" 2
8. 1・2局部压力损失
局部压力损失包括管道安装与管接头得圧力损失与通过液圧阀得局部压力损失，山于管道安装与管接头得压力损失一般取沿程压力损失得10%而通过液压阀得局部压力损失则与通过阀得流量大小有关，若阀得额定流量与额定压力损失分别为,则当通过阀得流量为q时得阀得压力损失，山算得小于原佔算值0、5MP6所以就是安全得。

同理快进时回油路上得流量则回油管路中得速度；山此可以计算出
（678、6<2320,所以为层流）；，所以回油路上得沿程压力损失为
9 8Q0
G =2X//J XZ7/2XV-=OJI X—x — x2.34' =1& 5x1（/ Pa。

I 29x10+ 2
山上面得计算所得求出:总得圧力损失=
这与估算值有差异，应该计算出结果来确定系统中得压力阀得调定值。

8.1.3压力阀得调定值计算
山于液压泵得流量大，在工进泵要卸荷，则在系统中卸荷阀得调定值应该满足快进时要求，因此卸荷阀得调定值应大于快进时得供油压力，所以卸荷阀得调定压力值应该取2、28MPa为好。

溢流阀得调定压力值应大于卸荷阀得调定压力值0、3"0、5MPa>所以取溢流阀得调定压力值为2、6MPa。

背压阀得调定压力以平衡板料折变机得自重，即
8、2油液温升得计算
在整个工作循环中，工进与快进快退所占得时间相差不大，所以，系统得发热
与油液温升可用一个循环得悄况来计算。

8.2.1快进时液压系统得发热量
快进时液压缸得有效功率为:
泵得输出功率为: 因此快进液圧系统得发热量为:
8. 2. 2快退时液压缸得发热量
快退时液压缸得有效功率为: 泵得输出功率
快退时液压系统得发热量为:
8. 2・3压制时液压缸得发热量
压制时液压缸得有效功率为:
泵得输出功率为:
R=ni=25.57x2x57.9xl(r3/60 = 29029.47 W = 29.02947KW
0.85
因此压制时液压系统得发热量为:
总得发热量为按教材式(11-2)求出油液温升近似值
温升没有超出允许范围,液压系统中不需要设置冷却器。

8、3油箱得设计
山前面计算得出油箱得容积为1700Lo
8. 3・1系统发热量得计算
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计算出,
所以H=7、4636
当忽略系统中其她地方得散热，只考虑油箱散热时，显然系统得总发热功率
H全部山油箱来考虑。

这时油箱散热面积A得讣算公式为
式中:A-油箱得散热面积0
H-油箱需要得散热功率(W)
-油温(一般以考虑)与周W 环境温度得温差
K-散热系数。

与油箱周H 通风条件得好坏而不同，通风很差时K=8〜9; a
好时K 二15〜17、5;风扇强行冷却时K 二20〜23;强迫水冷时K 二110〜175。

所以油箱
散热面积A 为：
9参考文献
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