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1、二、設計性能要求
欲設計制造一臺立式板料折彎機,具滑塊(壓頭)的上下運動擬采用液壓傳
動,要求通過電液控制實現(xiàn)的工作循環(huán)為:1.自動實現(xiàn)空載下降--慢速下壓折彎
--快速退回的工作過程。2.壓頭下降時速度均勻。已知:折彎力 F 1000KN ;
滑塊重力 G=15KN快速空載下降的速度 vi 23mm/s ,慢速下壓折彎的速度
v2 12mm/s ,快速退回的速度v3 53mm/s ;快速空載下降行程L1 180mm ,慢
速下壓折彎的行程L2 20mm,快速退回的行程L3 200mm;啟動、制動時間均
為t 0.2s。要求用液壓方式平衡滑塊重量,以防自重下滑;壓頭導軌上的摩擦
2、力可以忽略不計。
三.設計內(nèi)容
1.工況分析:(1)負載分析
折彎機滑塊做上下直線往復運動,且行程較小(只有 200mm,故可選單桿 活塞液壓缸作為執(zhí)行元件(可以選擇液壓缸的機械效率 m 0.96)。
根據(jù)技術要求和已知參數(shù)對液壓缸各工況外負載進行計算,其計算結(jié)果列 于下表1
工況
計算公式
外負裁/N
計算及說明
快進
啟動 加速
F 外 ma平均
176N
/八 __ G Vi 15000 0.023……
(1) F外——1 176N;
g t 9.8 0.2
」為下行平均加速度0.115;
t
(2)由于忽略滑塊導軌摩擦力,故快速 下降恒快進階
3、段外負載為0;
l G V2 15000 0.053 C一
(3) F外 2 405N ;
g t 9.8 0.2
’2為回程平均加速度0.265 m/s2
t
(4)恒快退階段因為要保持滑塊重力且 勻西下降所以外負載力等于滑塊重力
(5)減速制動階段 為均="為減速平均
力口速度為0.265
包快 進
0
工進
5外=5折彎
1000KN
快退
啟動 加速
F外 ma平均 G
15405
包快 退
F#=G
15000
減速 制動
F外 -ma平均 G
14595
表1液壓缸外負載力分析計算結(jié)果
利用表1的計算數(shù)據(jù),并在負載過渡段
4、做粗略的線性處理后便得到如圖
1所示的
圖1折彎機液壓缸負載循環(huán)圖
(2)運動分析:根據(jù)已知參數(shù),各個工況持續(xù)時間近似計算結(jié)果見表 2
工況
時間/s
行程/mm
速度/mm/s
加速度/
mm/s2
啟動階段
0.2
2.3
115
快進階段
7.826
180
23
工進階段
1.667
20
12
快退階段
3.774
200
53
制動階段
0.2
5.3
265
表2折彎機各工況情況
利用表2中的計算數(shù)據(jù),并在速度過渡段做粗略的線性處理后便得到如圖 2所示 的折彎機液壓缸速度循環(huán)圖。
5、
2.確定液壓缸參數(shù)
圖2折彎機液壓缸速度循環(huán)圖
根據(jù)文獻1表8-7表8-6 ,預選液壓缸的設計壓力P =24Mpa將液壓缸的無
桿腔作為主工作腔,考慮到液壓缸下行時,滑塊自重采用液壓式平衡,則可計算 出液壓缸無桿腔的有效面積。
Ai
Pi m
1000KN 2
6 0.043m 0.96 24 106
液壓缸內(nèi)徑
D小
0.234m 234 mm
按 GB/T2348-1993,取標準值 D=250mm=25cm
根據(jù)快速下行和快速上升的速度比確定活塞桿直徑 d
V3 D2
V1 D2 d2
53
23
2.3
d 0.752D 0.752
6、 250 187.95mm,取標準值 d=180mm 液壓缸的實際有效面積為
A - D2 — 252 490.625cm2
A2 RD2
4 4
d2) -(252 182) 236.285cm2
4
河北建筑工程學院課程設計計算說明書
那么液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量計算見以下 表3
工作階段
計算公式
F/N
工作腔壓
力 P/Pa
軸入流星q
/ 3 c 1
/ cm ?s
_ 1
/ L ?min
快進
啟動 加速
n F外-A
P1 A ;q A1V1
A m
176
3733.88
包快 進
0
0
1128
7、.44
67.76
工進
F外
P2 --;q Av2
A m
宿
2.12 107
588.75
35.325
快退
啟動 加速
- F外
P3 ; q A2V3
A2 m
15405
0.68 106
包快 退
15000
0.66 106
1250.8
75.048
減速 制動
14595
0.64 106
表3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力和流量
循環(huán)中各階段的功率計算如下。
快進(啟動)階段: P1 RU 3733.88 1128.44 10 6 4.21W 0.00421KW
快進(包快進)階段:P1 0
8、工進階段:P2 p2cb 2.12 107 588.75 10 6 12481.5W 12.482KW
快速度回程階段,啟動 P3 P3C3 0.68 106 1250.8 10 6 851.56W 0.852KW
恒速快退 P4 p4q4 0.66 106 1250.8 10 6 826.52W 0.827kW
減速制動 P5 p5q5 0.64 1 06 1 252.3 1 0 6 801.47W 0.801kW
3.編制工況圖:根據(jù)以上分析與計算數(shù)據(jù)可繪出液壓缸的工況圖, 如下(功率
圖3,流量圖4,壓力圖5 )
液壓缸的功率圖3
液壓缸的流量圖4
9、
液壓缸的工作壓力圖5
4 .擬定液壓系統(tǒng)圖
考慮到折彎機工作時所需的輸入功率較大,故可以采用容積調(diào)速方式。為 滿足速度的有級變化,采用壓力補償變量液壓泵供油.即在快速下降時,液壓泵以 全流量供油,當轉(zhuǎn)換成慢速加壓折彎時,泵的輸出流量減小,在最后 5mm的行程 內(nèi),使泵的流量減到零。當液壓缸反向回程時,泵的輸出流量恢復到全部流量。 液壓缸的運動方向采用三位四
10、通 M型電液換向閥控制,液壓缸停止工作時電液換 向閥處于中位,可以使液壓泵卸荷。為防止壓頭在下降過程中由于自重而出現(xiàn)速 度失控現(xiàn)象,在液壓缸無干腔回油路上設置一個內(nèi)控單向順序閥。 本機采用行程
控制,利用行程開關來切換電液換向閥, 以實現(xiàn)自動循環(huán)。綜上擬定的折彎機液 壓系統(tǒng)原理圖如下所示。
折彎機液壓系統(tǒng)原理圖6
1---變量泵;2— 溢流閥3---壓力表及其開關;4---單向閥;5---二包 四通電液換向閥;6---- 單向順序閥;7---液壓缸;8---過濾器
5 .液壓元件選擇
(一)液壓泵
由液壓缸的工況圖,可以看到液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓折彎階段結(jié)束
時,p
11、i 21.2MPa 。此時缸的輸入流量極小,且進油路元件較小,故變量液壓泵
至液壓缸間的進油路壓力損失估取為
p 0.5MPa 。所以得泵的最高工作壓力
Pp 21.2 0.5 21.7MPa
液壓泵的最大供油流量qp按液壓缸的最大輸入流量(75.048L/min )進行估
算。取泄露系數(shù) K=1.1,則 qp 1.1 75.048L/min 82.55L/min
根據(jù)以上計算結(jié)果查閱手冊或產(chǎn)品樣本,選用規(guī)格相近的選取 63YCY14-1EE力
補償變量型斜盤式軸向柱塞泵,具額定壓力 32MPa排量為63mL/r,額定轉(zhuǎn)速 1500r/min.
若取液壓泵的
12、容積效率v 0.9 ,則液壓泵的實際輸出流量為
qp 63 1500 0.9/1000 85.05L/min
由文獻[1]表8-3取泵的總效率為 p 0.85,則液壓泵的實際功率即所需電機
功率為
ppqp Pp
p
85.05 21.2Mpa
0.85
2.12kw
查文獻[2]表5-14,選用規(guī)格相近的Y132S-4型封閉式三相異步電動機,具額定 功率5.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。
按所選電動機轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量,液壓泵的最大理論流量為
qt nV 1440 63 90.72L/min ,大于計算所需流量 82.65L/min ,滿足使用要
求。
13、(二)閥類原件及輔助原件
根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況, 容易選擇系統(tǒng)的其他液壓元件,一并 列入表4。其他元件的選擇及液壓系統(tǒng)性能計算此處從略。
廳P
元件名 稱
額定壓
力/Mpa
額定流量
/ L?min 1
型號規(guī)格
說明
1
變量泵
32
63mL/r(排 量)
63YCY14-1E
額定轉(zhuǎn)速 1500r/min , 驅(qū)動電動機 功率5.5kw
2
溢流閥
35
250
DB10
通徑為10mm
3
壓力表 及其開 關
16
160
AF3-Ea20B
通徑為20mm 最低控制壓
力 0.6Mpa
4
單向閥
31.
14、5
120
S15P
通徑為15mm
5
三位四 通電液 換向閥
28
160
4WEH10G
通徑為10mm
6
單向順 序閥
31.5
150
DZ10
通徑為10mm
7
液壓缸
自行設計
8
過濾器
<0.02
(壓力 損失)
100
XU-100*80J
通徑為32mm
表4折彎機液壓系統(tǒng)液壓元件型號規(guī)格
注:1.此表所列液壓元件均按參考文獻[3]選出。
2.表中序號與上圖中元件標號相同。
(三)油管
各元件問連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定, 液壓缸進、出油管則按
輸入、排出的最大流量計算。
15、由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進、
出流量已與原定數(shù)值不同,所以要重新計算如下表所示
快進
工進
快退
軸入流星
/ L?min 1
q1 67
q1 35.325
q1 qp 82.65
排出流量
/ L?min 1
q2 (A2q1)/A1 32.267
q2 (A2q1)/A 17.013
q2 (A1q1)/A2 171.62
表5液壓缸的進、出流量
由上表可以看出,液壓缸在各個工作階段的實際運速度符合設計要求。
根據(jù)表中的數(shù)值,并按第二章第七節(jié)推薦取油液在壓油管的流速 v=5m/s,所以
與液壓缸無桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為
d
16、2、q/( v) 2 . (82.65 105/60)/( 5 103)mm 18.73mm
d 2 q/( v) 2 , (171.62 105/60)/( 5 103)mm 26.99mm
這兩根油管都按 GB/T2351-2005選用內(nèi)徑 25mm、外徑 32mm的冷拔無縫鋼
(四)油箱
油箱容積估算,取經(jīng)驗數(shù)據(jù) 11,故其容積為V qp 11 82.65L 909.15L
按GB/T7938-1999規(guī)定,取最靠近的標準值 V=1000L
五驗算液壓系統(tǒng)性能
(一)驗算系統(tǒng)壓力損失,并確定壓力閥的的調(diào)整值
由于系統(tǒng)的管路布局尚未具體確定, 整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估
17、算, 故只能 先估算閥類元件的壓力損失,待設計好管路布局圖后,加上管路的沿程損失和局 部損失。
1快進
快進時,進油路上油液通過單向閥 4的流量是67L/min通過電液換向閥5的流 量是67L/min。因此進油路上的總壓降為:
67 2 67 2
pV [0.2 ( )2 0.5 ( )2]MPa 0.15MPa
120 160
此值不大,不會使壓力閥開啟,故能確保兩個泵的流量全部進入液壓缸。
回油路上,液壓缸有桿腔中的油液通過三位四通換向閥的流量是 32.3L/min ,然
后流回油箱,由此便得出有桿腔壓力與無桿腔壓力之差為
2 323 p 0.5 —— 0.0204MPa
18、
160
2工進
工進時,油液在進油路上通過電液換向閥 5的流量是35.325L/min。進油路上的
總壓降為
p1 0.5 (35325)2MPa 0.024MPa
故溢流閥2的調(diào)壓Ppia應為
pp1A p1 p1 (21.2 0.024) MPa 21.224MPa
3快退
快退時,油液在進油路上通過單向閥 4,換向閥 5和單向閥6的流量為
86.65L/min。油液在回油路上通過換向閥 5的流量是171.62L/min.因此進油路 上的總壓降為
Pvi
[0.2 (
82.65
120
)2
0.5 (
82.65
160
)2
0.2 (
8
19、2.65
150
)2]MPa
0.289MPa
此值較小,所以液壓泵驅(qū)動電動機的功率是足夠的。回油路上的總壓降為
pV2 0.5 (171.62 )2MPa 0.575MPa 160
此值較小,不必重算,快退時液壓泵的工作壓力Pp應為
pp p1 pV1 (0.67 0.289) MPa 0.959MPa
溢流閥的調(diào)整壓力定大于此壓力
(二)驗算油溫
工進時,液壓缸的有效功率為 pe Fv 5 104 12 10 3W 600W
液壓缸的總輸入功率為p p2 679W 798.82W p p 0.85 p
液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 p pp pe (798.82 60
20、0)W 198.82W
可算出郵箱的散熱面積為 A 6.53「6.5 3 (1000 10 3)2m2 6.5m2
查的油箱的散熱系數(shù)K 9W/(m2|°C)
查得郵箱的散熱系數(shù)為,求出油液溫升為t」-176-°C 3.00°C
KA 9 6.5
此溫升值沒有超出允許范圍,故該液壓系統(tǒng)不必設置冷卻器,
參考文獻
[1]王積偉 章宏甲 黃易誼。 液壓與氣壓傳動 北京 機械工業(yè)出版社2005
[2]張利平液壓傳動系統(tǒng)及設計 北京化學工業(yè)出版社2003
[3]成大先 機械設計手冊 單行本 液壓傳動 北京化學工業(yè)出版社2004
[4]劉新德 液壓氣動手冊 北京 機械工業(yè)出版社2000