板材液壓折彎機的設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】
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板材液壓折彎機的設(shè)計分析與計算摘 要20世紀(jì)以來,液壓工程機械在全球多個領(lǐng)域占有著舉足輕重的地位,機械行業(yè)的快速發(fā)展促進了工程機械的進一步發(fā)展,對于生產(chǎn)生活帶來了極大的便利,為了進一步提高生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率,于是液壓板材折彎機便應(yīng)運而生。板料折彎機是一種通用的金屬板料冷加工成型機,在冷態(tài)作用下利用各種不同的模具,既能將金屬板料折彎成多種多樣的幾何橫截面形狀的工件。本次設(shè)計的折彎機應(yīng)市場的需求,采用液壓傳動,以液壓缸驅(qū)動滑塊,滑塊的直線往返運動為基礎(chǔ),利用扭軸式同步系統(tǒng)進行工作來避免滑塊往返行程過程中的相對工作臺傾斜的現(xiàn)象。機器前部設(shè)有托板,后面有后擋料機構(gòu),可以很方便對板材進行折彎加工,該機器可以方便的解決實際生產(chǎn)中板材較長而導(dǎo)致折彎變形的現(xiàn)狀,使得折彎產(chǎn)品符合加工要求。該板材液壓折彎機具有高效率,機構(gòu)簡單,便于操作等優(yōu)點。關(guān) 鍵 詞:折彎機,液壓,板料,液壓缸DESIGN ANALYSIS AND CALCULATION OF PLATE HYDRAULIC BENDING MACHINEABSTRACTSince the 20th century, hydraulic engineering machinery in various fields worldwide occupies a pivotal position, the rapid development of the machinery industry to promote the further development of construction machinery, for production and life has brought great convenience, in order to further improve production quality, productivity , then hydraulic plate bending machines have come into being.Plate bending machine is a versatile metal sheet cold forming machine, under the effect of cold using a variety of different molds, both the sheet metal bent into a variety of geometric cross-sectional shape of the workpiece. The design of the demand should be market bender, hydraulic transmission, hydraulic cylinder driving the slider, the slider of the linear reciprocating movement based on the use torsion shaft synchronization system to work to avoid a round trip during the slide relative tilt the table phenomenon. Front of the machine with a pallet, behind the back gauge mechanism, it is easy for bending a sheet, the machine can easily solve the status of actual production resulting from the longer plate bending deformation, so that products meet the bend processing requirements. The hydraulic sheet bending machine with high efficiency, the organization is simple, easy operation advantages.KEYWORDS: bending machine, hydraulic, sheet metal, bending cylinders符號說明P公稱力;L工作臺長度;S滑塊行程;H最大開啟高度;v工作速度; R支撐力; I慣性矩; W抗彎截面模量; M彎矩;Q剪切力;工作狀態(tài)效率;材料的抗剪強度;材料的應(yīng)力;n安全系數(shù);k擰緊系數(shù);A缸的工作面積;D活塞桿直徑; V油箱容量; q流量; Re雷諾數(shù);壓力損失; Hi發(fā)熱量;v排量;Pi功率;目 錄第1章緒 論11.1 研究背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析41.4 本文研究內(nèi)容5第2章折彎機設(shè)計原理和方案62.1 折彎機的設(shè)計原理62.2折彎機的設(shè)計方案72.3本章小結(jié)9第3章折彎機零部件的設(shè)計計算113.1 工作臺的設(shè)計與校核113.2 滑塊的設(shè)計與校核133.3墻板的設(shè)計與校核143.4連接螺栓的強度校核153.5本章小結(jié)15第4章折彎機液壓系統(tǒng)的設(shè)計164.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)要求164.1.1對于變壓式節(jié)流調(diào)速回路164.1 .2對于容積調(diào)速回路174.2運動特性及負載分析184.3液壓缸的設(shè)計194.4液壓系統(tǒng)圖的擬定204.5液壓元件的選擇214.5.1液壓泵和驅(qū)動電機的選擇214.5.2閥類元件及輔助元件224.5.3油管元件234.5.4油箱及過濾器元件244.6本章小結(jié)25第5章 液壓系統(tǒng)的性能分析265.1壓力損失和閥的調(diào)定壓力265.1.1壓力損失265.1.2壓力閥的調(diào)定值275.2油液的溫升計算285.3本章小結(jié)29結(jié) 論30參考文獻31致謝32VIII第1章 緒 論1.1 研究背景及意義機械行業(yè)對社會生產(chǎn)生活的方方面面都有著極為巨大的影響,它為農(nóng)業(yè),手工業(yè)提供著許多的便利,漸漸越來越多的機械成品,開始逐漸的進入到人們的視野中,其中折彎機技術(shù)也隨著科學(xué)技術(shù)的進步在進一步的發(fā)展,它的安全性能可靠,操作也是極為簡單的,同時有著可以快速提高生產(chǎn)效率的力量,是現(xiàn)當(dāng)代研究中必須為之重視的行業(yè)。以我國目前的機械行業(yè)的發(fā)展的現(xiàn)狀來看,在諸多機械技術(shù)上與國外都有著不小的差距,在液壓板材折彎機上同樣有著很大的發(fā)展空間,尤其是在當(dāng)下數(shù)字化的時代,數(shù)控折彎機技術(shù),自動生產(chǎn)的柔性折彎機技術(shù)等都有著與國外很大的發(fā)展距離。板材液壓折彎機是一種專門用來折彎金屬板材的器械,主要由液壓驅(qū)動,將金屬板材與成型模具之間,通過液壓力設(shè)備,依據(jù)模具形狀,加工出立體的折彎成型產(chǎn)品。由于金屬板材擁有不同的長度,寬度,厚度和材料以及所要折彎加工的角度不同,因此有多種不同的噸位大小的板材折彎機。折彎機成型圖如下:圖1-1液壓板材折彎機成型圖近幾年來,液壓傳動的迅速發(fā)展,為板材液壓液壓折彎機的發(fā)展展開了新的篇章,鋪平更新了道路。液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、大功率、高效率、低噪聲以及液壓元件和液壓系統(tǒng)的控制上的集成化和組成的各部分的材料上的耐用度上有了很高很大的進展。同時在發(fā)展伺服控制,比例控制的完善上也有了更大的突破。折彎機結(jié)構(gòu)的日趨完善能夠有效地解決成產(chǎn)的高成本和長周期的問題,同時簡化了生產(chǎn)工藝,在當(dāng)代的經(jīng)濟生產(chǎn)中有著莫大的效益,對新產(chǎn)品的開發(fā)也是同樣具有很大的意義。從目前來看,折彎機向著數(shù)控化、智能化的方向前進,其性能也在不斷地完善,高效高速,使其的研究具有著更大的意義。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀板料折彎機是作為一種較早使用的、也較為廣泛適用的折彎彎曲板材的機械,其整體上的液壓化早就完全實現(xiàn)和發(fā)展,在上個世紀(jì)八十年代就較快的進入到了數(shù)控化的進程中。板料折彎機使用極為簡單的模具就可以對金屬板材進行各種低成本的彎曲加工,從而獲得形狀復(fù)雜的金屬板材產(chǎn)品,因其機構(gòu)簡單,操作便易,且加工成本低同時還有這很高的機械加工效率,故而其有著廣泛的應(yīng)用。(一)國內(nèi)折彎機研究現(xiàn)狀:我國內(nèi)的液壓折彎機發(fā)展歷程起步較國外晚,一直以來都是跟國外的同行業(yè)的發(fā)展有著很大很長的距離,但自我國內(nèi)1986年第一臺數(shù)控折彎機研制成功以來,國內(nèi)折彎機行業(yè)到處都充滿了生機,對國內(nèi)數(shù)控折彎機器的行業(yè)發(fā)展有著相當(dāng)大的促進作用,在這其中比較有代表性的幾個機械工廠分別是:黃石鍛壓機床廠和濟南鑄造鍛壓機械廠聯(lián)合研制的數(shù)控三點板材折彎機,在這之后各個機械廠分離直追,帶來了行業(yè)的發(fā)展小高潮。同時治得一提的是,在二十世紀(jì)九十年代初我國自主研發(fā)了FMS,它對于板材加工的小批量加工生產(chǎn)非常適用,經(jīng)過事實檢驗其優(yōu)越的性能,可以一度同追趕國外八十年代末期的水平相較橫。圖1-2國內(nèi)液壓折彎機床自從進入二十一世紀(jì)后,我國對折彎機的研究更有了進一步的發(fā)展,例如最近我國研制的某一系列的數(shù)控板料折彎機,該折彎機采用瑞士的先進的數(shù)控系統(tǒng),它本身具有圖形顯示和計算機輔助編程的功能,當(dāng)人為的輸入初始數(shù)據(jù)后,即可自動程序內(nèi)進行模擬計算,得出復(fù)核人要求的數(shù)據(jù),極大的簡化了人的工作量,同時還可以進行一些相對的協(xié)助的輔助操作,例如死點位置的計算和校準(zhǔn),避免機器操作過程中不該出現(xiàn)的錯誤。(二)國外折彎機研究現(xiàn)狀國外折彎機發(fā)展起步較早,目前對于液壓缸的位置、速度、壓力還有流量的控制已有采用更高級別的電液比例控制技術(shù)來進行精準(zhǔn)的控制。這種高精度的控制方式與傳統(tǒng)的機械控制的液壓傳動系統(tǒng)相比,還具有機械調(diào)整方便,更容易實現(xiàn)雙聯(lián)運動的特點,而且機械自身的結(jié)構(gòu)簡單,集成化的液壓系統(tǒng)也使得折彎機本身從零件的制造到整機的裝配到機器的調(diào)試應(yīng)用,后期的維修等一系列的工作量都大大的減少,真正實現(xiàn)了液壓的高效化,精準(zhǔn)化。在世界上比較出名的液壓元件國外公司現(xiàn)在已經(jīng)有將其控制閥塊直接安裝在液壓缸的頂上部,這樣可以盡最大可能的減少整體管路的布置,并且還提供全套的液壓折彎機的比例控制系統(tǒng),這些液壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)的進步與發(fā)展,為液壓折彎機制造產(chǎn)提供了極大的便利,并且極大的提高了折彎精度。國外現(xiàn)在部分折彎機公司正在向著板材折彎角度的自動測量,板料厚度的自動測量及折彎回彈的方向上進行研究,并且有的已經(jīng)實現(xiàn)并應(yīng)用在折彎機上?,F(xiàn)在國外很多的先進的折彎機上采用單模槽凹槽,并且在工作臺上安裝有下模的液壓快速夾緊裝置,不到便于更換下模,而且能夠保證上下模的軸線自動對中,并且不需要調(diào)整。至有的折彎機在機身的一側(cè)設(shè)置安裝有多種多樣的模具庫,可以根據(jù)需要進行自動選擇和換模的裝置,相較于傳統(tǒng)的液壓加緊換模更大程度上減輕了換模的勞動強度和減少了換模的時間,提高加工效率,簡化加工。圖1-3國內(nèi)外液壓折彎機比較在日本與意大利合作的某一新型折彎機上,實現(xiàn)了折彎機機器人系統(tǒng),實現(xiàn)無人操作,用來加工生產(chǎn)形壯不復(fù)雜的小型折彎零件,這種柔性自動化的系統(tǒng)對于國內(nèi)的設(shè)計研究方向有著很大的啟示。CNC在國外折彎機已經(jīng)開始逐步向普遍應(yīng)用的方向上走進,例如在瑞典,某一公司的產(chǎn)品絕大多數(shù)以上均裝有該CNC,系統(tǒng)的伺服控制功能還有帶有偏心折彎功能;雙工作基準(zhǔn)面可以有效補償在折彎過程中機身變形;多軸控制,所具有的多性能是折彎機實現(xiàn)有效控制,懸浮結(jié)構(gòu)和液壓模具夾緊裝置實現(xiàn)模具自動換模,并裝有板料的測厚裝置,用以檢查折彎厚度是否在折彎機的允許范圍??梢宰詣优懦庸r板料超出設(shè)計的范圍,以免超載運動,造成不必要的損失。還有DNC控制的上傳動折彎機,能夠有效的解決金屬板料折彎的高質(zhì)量和高重復(fù)精度問題。1.3國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析相較于世界折彎機的發(fā)展,國內(nèi)行業(yè)正在處于一個機遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵時刻,為了進一步提高國內(nèi)折彎機行業(yè)水準(zhǔn),我們必須重視一下問題:1)建立和完善一只屬于我們自己的強大的團隊,從機器的設(shè)計、研發(fā)、到最終的調(diào)試維護等方面擁有一個完整的隊伍來運行這個系統(tǒng)。2)對于大型噸位極長板材規(guī)格的折彎機國內(nèi)的研究和機器種類都特別缺少,使得對一些零部件的加工難度大大提高,為了彌補這一空白必須加強對此方面的研究設(shè)計。3)國外產(chǎn)品進入中國市場,使國內(nèi)企業(yè)壓力進一步擴大,給了我們更大的挑戰(zhàn),但我們確實是更進一步的接近國外產(chǎn)品,也給了我們向他們學(xué)習(xí)的機會。抓住機遇不僅是為國內(nèi)發(fā)展留下空間,也是為世界折彎機行業(yè)的發(fā)展留下濃厚的一筆。1.4 本文研究內(nèi)容本課題研究主要是根據(jù)鋼板材的折彎加工要求設(shè)計符合要求折彎機裝置,其中需要解決的難點有電動機的選擇,折彎力的計算,機架的受力分析,油缸的選取,液壓系統(tǒng)的設(shè)計。第2章 折彎機設(shè)計原理和方案2.1 折彎機的設(shè)計原理早期的折彎機都是手動折彎機,操作起來極為繁瑣,工作狀態(tài)差,并且效率低下,折彎精度難以保證。隨著折彎機機械技術(shù)的研究與開發(fā)和電子技術(shù)的進一步成熟,出現(xiàn)了多種樣式的多種類型的折彎機,比較常見的幾種折彎機加工形式有手動折彎機,液壓折彎機和數(shù)控折彎機。折彎機機床主要由工作臺、滑塊、油缸、上模、下模、機架、頂模塊和液壓系統(tǒng)等機構(gòu)組成。圖2-1折彎機示意圖折彎機是指在機械或者液壓力的作用下,滑塊做上下機械運動,機床的上模與下模之間距離的變化,強制工件按照需要的角度發(fā)生形變折制成不同的斷面的機械設(shè)備。折彎機的基本工作原理就是利用折彎機模具,即上模和下模,和利用液壓傳動驅(qū)動工作臺,結(jié)合上下模的形狀,對板材進行折彎成型加工。其沖壓過程成圖如下所示:圖2-2折彎機結(jié)構(gòu)簡圖其中折彎缸為原動件,該機構(gòu)自由度為F=3n-2PL=33-24=1折彎機主要機構(gòu)全部集中在機架上,機架整體焊接具有良好的剛性,機身對變形的抵抗能力強;滑塊與油缸的活塞桿相互固連,通過一個剖面為圓形的導(dǎo)軌與機架連接,機架上有上模,做直線往復(fù)運動,主要是用來傳遞折彎力,是必不可少的一個主要部分。其中的工作循環(huán)共分為快速下降、慢速加壓折彎、快速退回三大步驟3。折彎過程就是要協(xié)調(diào)折彎缸與壓緊工件之間的運動,先是壓緊工件,保壓,同時折彎缸進行工作,釋壓同時撤回工件。2.2折彎機的設(shè)計方案板材折彎加工過程是一個彎曲過程,可以分為:彈性彎曲階段,彈塑性彎曲階段和純塑性階段。在第一階段的情況下它的彎曲力矩較小,處于完全的彈性變形,可恢復(fù);第二階段在第一階段的基礎(chǔ)上外應(yīng)力繼續(xù)增大,彈塑性變形同時存在,此時的塑性變形已改變材料基礎(chǔ)形狀;第三階段的應(yīng)力繼續(xù)增大,板材屬于純塑性變形,直至最終加工形態(tài)的確定。針對不同的折彎模式的選取,下面來比較不同的設(shè)計方案的:方案(一)利用沖壓機床加工,沖壓機床的沖壓頭利用模具加工折彎零件,具有高效率的特點,但對于板料折彎來說板料零件面積基本都很大,這就要求所需要的沖頭很大,不符合實際加工要求,即便加工面積小,實際來說板材的單位面積受力也是很大的,在加工過程中如果處理不當(dāng)很容易出現(xiàn)加工板材斷裂的現(xiàn)象,這對實際加工來說是非常浪費人力物力財力的,也是間接的延長了工作強度和降低了工作效率。故此方案加工折彎零件是不可取的。圖2-3沖壓成形示意圖方案(二)利用折彎機床進行加工,結(jié)合折彎機的基本工作原理,再利用折彎模具,對加工來說是簡單了數(shù)倍,是及為簡便的,加工過程板材受力如下:圖2-4板材受力示意圖同時折彎機加工又有以下幾種方式:手動折彎機,顧名思義,將工件放置于工作臺上,操作折彎機升降機手柄,踏下腳踏開關(guān),即可折彎加工出所需的產(chǎn)品,其具有鮮明的特點,就是結(jié)構(gòu)簡單,操作便易,對于小尺寸,加工精度要求不高的薄板,同時工作量不大的折彎產(chǎn)品來說是非常適用的。液壓折彎機采用液壓傳動的方式,運用各種液壓元件組成的不同功能的控制回路,再由不同的基本回路來實現(xiàn)系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)換。傳遞和控制。液壓傳動以流體為介質(zhì),具有無極調(diào)速和平穩(wěn)傳動的特點,同時輸出力或者輸出力矩較大,便于操作,易于實現(xiàn)自動化,還擁有過載保護的功能,故而其在中性機械上運用較為廣泛。即通過液壓驅(qū)動來實現(xiàn)折彎工作,接通機器電源,啟動油泵(折彎前進行試車),調(diào)節(jié)行程,準(zhǔn)備好之后踏下腳踏開關(guān)開始折彎,松開腳踏開關(guān)機器便停止工作。對于厚板材來說需要的折彎力是很大的,而液壓驅(qū)動正好提供了這個力。同時高的機械效率,高的加工質(zhì)量也可以保證。近年來數(shù)控技術(shù)的突飛猛進,更是為數(shù)控折彎機的發(fā)展提供了便利,數(shù)控折彎機可以實現(xiàn)更高的加工精度,加工效率,還能進行一些板材厚度測量,這碗角度控制,自動補償?shù)难b置等特殊功用,同時前文提到的柔性生產(chǎn)單元也能極大的降低工人的勞動強度與時間。比較上述,本文主要研究的金屬板材的折彎成型,要求具有較高的折彎精度和折彎效率,相比之下數(shù)控折彎機就顯得大材小用了,而手動折彎機則不能完全滿足加工需要,故而選擇液壓板材折彎機,其傳動平穩(wěn),精度較高,機械強度高,剛性好。折彎要求折彎加工的必要順序原則,即為:由內(nèi)到外進行折彎;由小到大進行折彎;先折彎特殊形狀再折彎一般形狀;前一道工序的折彎成型加工不能影響后一道工序的折彎加工。折彎時必需要用到折彎模具,它是用來加工成型板料的工具,折彎模具有上模和下模之分。上模有整體式和分割式,下模又稱為V槽也分為整體式和分割式兩種。圖2-5折彎機成型原理圖可知折彎過程由上模下模配合完成,折彎的精度極大成分上取決于折彎上下模具的制造精度,因此對于模具的選擇應(yīng)根據(jù)實際加工需求來確定,應(yīng)用不同的折彎模具達到符合要求的成型產(chǎn)品。折彎過程先是壓緊缸的動作,推動壓緊塊的運動,直至壓緊工件,同時進行保壓,保壓過程中折彎缸對工件進行折彎工作,折完成后壓緊缸釋放,退出工件,此間的難點在于保證壓緊缸和折彎缸的力的協(xié)調(diào),動作的協(xié)調(diào)。2.3本章小結(jié)本章對折彎機的基本原理進行了闡述,同時又給出了對于折彎機器的多種設(shè)計方案沖壓機,對手動折彎機,數(shù)控折彎機和液壓折彎機的工作特點,工作能力,工作效果,并進行了比較分析,對折彎機的基本機構(gòu)圖和板料的受力進行了簡單的描述,闡述了折彎的基本過程,給出了適合本次任務(wù)的設(shè)計方式,即利用板材液壓折彎機進行產(chǎn)品加工。第3章 折彎機零部件的設(shè)計計算3.1 工作臺的設(shè)計與校核由第一章的介紹可知,選擇上動式的液壓折彎機,現(xiàn)在我們擬定它的工作參數(shù):公稱力4000KN,喉口深度400mm,滑塊行程280mm,工作臺長寬4000mm400mm,立柱間距離4000mm,最大開啟高度600mm,快速下降速度為80mm/s,工作速度10mm/s,最大工作壓力25MPa,回程速度50mm/s4。圖3-1工作臺簡圖對于上圖中B=180mm,H=850mm,h=700mm,b/2=75mm則工作臺的慣性力矩可計算得: (3-1)針對于本設(shè)計,載荷分布均勻,故有: (3-2)其中P表示參數(shù)公稱力,L表示參數(shù)工作臺長度??箯澖孛婺A浚?(3-3) (3-4)支反力: (3-5)對于各彎矩則為: (3-6) (3-7) (3-8)A點的力為: (3-9)AC段剪力: (0xs) (3-10)AB段剪力: (3-11)分析可畫出如下彎扭矩圖:圖3-2彎扭矩應(yīng)力分析圖因M-M處彎曲應(yīng)力最大,故校核M-M面 (3-12)材料選用16Mn,其s=275MPa,取用安全系數(shù)n=2易知m-m。A,B處剪應(yīng)力最大 (3-13)得A=B所以經(jīng)校核剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力知該設(shè)計合理安全,滿足使用要求。3.2 滑塊的設(shè)計與校核假定各參數(shù)B=100mm,H=2000cm,L=3300cm,h=80cm可求得慣性矩為: (3-14)抗彎截面模量為: (3-15)B,C處的支反力相等: (3-16)AB處彎矩為: 0X (3-17)AC處彎矩為: X1 (3-18)則最大彎矩為: (3-19)AB處剪力: (3-20)AB處剪力: (3-21)B,C處剪切應(yīng)力最大: (3-22) (3-23)圖3-3彎扭分析圖B=C故該設(shè)計參數(shù)安全3.3墻板的設(shè)計與校核擬定設(shè)計參數(shù)H=2000mm,F(xiàn)=2104N,B=110mm慣性矩: (3-24)抗彎截面模量: (3-25)則A-A處為墻板的危險截面,其應(yīng)力由拉應(yīng)力和彎應(yīng)力合成得到: (3-26) (3-27) (3-28)3.4連接螺栓的強度校核選用螺釘?shù)臄Q緊系數(shù)k=1.5,安全系數(shù)n取2.5利用螺栓的校核公式: (3-29)帶入數(shù)據(jù)可得出:該部件滿足工作時的使用要求。3.5本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹了折彎機設(shè)計過程中遇到的主要設(shè)計參數(shù)有工作臺,滑塊,墻板,連接螺栓等部件,對他們的受力進行了分析,彎矩圖,受力圖的給定更能直觀的觀測出部件的工作狀態(tài),最后經(jīng)過校核得出結(jié)論,即模擬參數(shù)的假定符合適用條件。第4章 折彎機液壓系統(tǒng)的設(shè)計4.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)要求設(shè)計液壓系統(tǒng)時應(yīng)考慮設(shè)計滑塊的重量400kg,為了防止滑塊由于自重而下滑,應(yīng)用液壓系統(tǒng)對滑塊進行平衡,此時是忽略滑塊的摩擦力。假定液壓缸啟動和制動時間為0.2s,滑塊的調(diào)節(jié)量不大本文僅為200mm,選用單桿液壓缸即可,其運動分為三個階段,先是快速下降,碰到工件后慢速加壓折彎,折彎終程后快速返回。為了實現(xiàn)這個隨負載變化執(zhí)行元件的速度變化的工作情況,現(xiàn)比較變壓式節(jié)流調(diào)速回路和容積式調(diào)速回路,以便找出更好的方案適應(yīng)折彎機的實際工況。4.1.1對于變壓式節(jié)流調(diào)速回路該回路的工作原理就是通過改變回路中流量控制元件的通流面積的大小,來對執(zhí)行元件的流量輸入進行控制流,從而達到控制執(zhí)行速度的目的。變壓式節(jié)流調(diào)速回路的工作壓力隨負載的變化而改變,調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積,既可以調(diào)節(jié)排回油箱的流量,從而控制流入液壓缸的流量,達到變速的目的,他的缺點是液壓缸的工作速度受液壓泵的泄漏等損失的影響較大,變負載時低速運動平穩(wěn)性低,雖然可以用比例伺服閥來進行性能調(diào)節(jié),但代價比較昂大,其優(yōu)點是在主油箱內(nèi)它的發(fā)熱量和節(jié)流損失較小,擁有較高的效率,比較實用在大功率,大負載,切平穩(wěn)性要求不高的場合5。其運動分析見下圖。圖4-1節(jié)流調(diào)速回路4.1 .2對于容積調(diào)速回路通過改變回路中變量泵或者是變量馬達的流量來改變執(zhí)行元件的工作速度是變量泵容積調(diào)速回路的工作基本原理,該回路在低速時有較大的輸出轉(zhuǎn)矩,同時在高速時能提供較大的輸出功率,液壓泵的油液直接進入到執(zhí)行元件中,該回路的優(yōu)勢在于不存在溢流損失和節(jié)流損失,同時它的工作壓力隨負載的變化而改變,因而具有高的效率,低的發(fā)熱量。對于泵的泄露問題可以用加大液壓缸的有效工作面積來解決,這種做法的同時還可以提高回路的剛性。見下圖的回路分析之一:圖4-2變量泵-變量馬達的調(diào)速回路通過比較上述的兩種方案,我們可以得出以下結(jié)論,即容積式調(diào)速回路的速度剛性、效率、發(fā)熱量都比變壓式節(jié)流調(diào)速回路的性能好。對于本設(shè)計的折彎力較為巨大,故采用容積式調(diào)速回路。4.2運動特性及負載分析本設(shè)計的折彎機的完整工作特性為滑塊快速下降加壓慢速折彎滑塊的快速返程下個循環(huán)動作的開始。現(xiàn)初步擬定折彎力為1000KN,滑塊自身的重力為2000N,滑塊快速下落工作時的速度為20mm/s,其下降空行程為160mm;加壓折彎慢速度為10mm/s,其折彎距離為20mm;滑塊快速回到原位為45mm/s,其行程為240mm。初步擬定制動時間為0.2s,選取液壓缸的機械效率為0.90,上文介紹了缸的工作行程較小,故選用缸筒固定的單桿液壓缸?;瑝K快速下降過程: (4-1)表示下行的平均加速度快速下行用時為:慢速折的彎過程是分為初壓和終壓兩個階段的,對于初壓階段時的快進:該階段用時為:對于終壓階段的工進:終壓用時:在慢速折彎的過程中,初壓階段負載力是逐漸的增大到最大負載力的5,它的折彎行程為15mm,終壓階段負載力急劇增大,其行程為5mm。在快速回程的階段:最大負載值為: (4-2)回程時間為:依據(jù)上述的階段表達,滑塊不同行程階段時速度不同,負載不同,以及相對應(yīng)的時間,可以繪制各狀態(tài)下的速度圖,不同階段下的負載圖。圖4-3液壓缸負載圖及速度圖(a)負載圖(b)速度圖4.3液壓缸的設(shè)計根據(jù)上文計算,再由資料查得預(yù)選液壓缸壓力P1為24MPa,在液壓缸向下運動的階段,由于滑塊本身具有的自重,因此在此我們利用液壓的方式進行平衡,其中針對該設(shè)計的液壓缸的無桿腔部分是工作的主要工作腔,故下面主要參數(shù)進行設(shè)計計算時都應(yīng)按照無桿腔的面積,工作效率=90%。液壓缸無桿腔的有效面積為: (4-3)液壓缸內(nèi)徑即為活塞的直徑: (4-4)按照JB826-66將液壓缸內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)化,此文擬定圓整為標(biāo)準(zhǔn)值320mm。由液壓缸的快速下行、快速上升的速比關(guān)系來確定活塞桿的直徑: (4-5)進一步求得活塞桿的直徑為d=174mm,通過國標(biāo)JB826-66查得將該值進行標(biāo)準(zhǔn)化,這里選取標(biāo)準(zhǔn)值180mm。此時在分別計算此液壓缸的有桿腔和無桿腔的面積應(yīng)利用該標(biāo)準(zhǔn)值,則分別為:標(biāo)準(zhǔn)化后的液壓缸的有桿腔的實際面積應(yīng)該是為: (4-6)無桿腔的實際面積應(yīng)該是為: (4-7)液壓缸進出油口尺寸的計算油口包括進出油口和連接螺紋,油口可以布置在在缸筒上或者是缸蓋上,對于油口的直徑d,應(yīng)該根據(jù)活塞的最大的運動的速度和油口處最高的液流速度來確定,由下式計算得: (4-8)4.4液壓系統(tǒng)圖的擬定由上文的對兩種不同的調(diào)速回路的比較及已經(jīng)選定的變量泵控制的容積調(diào)速回路,在制定基本回路方案的時候應(yīng)當(dāng)還要考慮以下諸多問題:(1)考慮到折彎機滑塊在工作時會發(fā)生速度的改變,在此我們選擇變量泵,當(dāng)滑塊快速下降時變量泵全量供油,同時利用遠程調(diào)壓閥的外控口,控制液控單向閥向油缸進行補油加速下滑,當(dāng)碰到工件時進行慢速折彎,此刻變量泵降低供油量,直到滑塊加工完成,停止運動,泵的流量為零。(2)滑塊回程運動時,變量泵為加速返程全量供油。采用三位四通電磁換向閥進行換向控制,機器停止工作時,利用M型中位機能實現(xiàn)卸荷。(3)滑塊自身具有重量本文設(shè)計重量為2000N,較為大,因此為了防止滑塊因自重而導(dǎo)致下滑時造成速度的時空,故而在液壓缸上安裝有單向閥。(4)在變量泵的出口處設(shè)計一個電磁溢流閥,用作安全閥使用,來防止系統(tǒng)壓力突變給整個系統(tǒng)造成傷害。(5)為了實現(xiàn)對慢速加壓的控制,設(shè)計一個節(jié)流閥,可以對折彎過程進行速度控制,同時在液壓缸的尾部設(shè)置一個順序閥來保證系統(tǒng)工作在一定壓力之內(nèi)。(6)在油進入泵工作之前,加一個濾油器,無論是對整個機器還是部分液壓執(zhí)行元件來說都是必須的,壓力表可以很方便我們讀出系統(tǒng)的壓力。綜合上面所述,分析給定板料折彎機的液壓系統(tǒng)圖如下:圖4-4折彎機液壓系統(tǒng)1-油箱 2-過濾器 3-電機 4-變量泵 5-壓力表 6-電磁溢流閥 7-溢流閥8-節(jié)流閥 9, 10-電磁換向閥 11-三位四通電磁換向閥12-單向閥 13-液控單向閥14-順序閥 15-液壓缸 16-液控單向閥4.5液壓元件的選擇4.5.1液壓泵和驅(qū)動電機的選擇從前面的數(shù)據(jù)分析可知,系統(tǒng)的正常最高工作壓力在液壓缸的折彎終段,為P1=17.6MPa,在最大壓力時液壓缸的輸入流量較為小,在此我姑且取變量泵到液壓缸之間的油路壓力損失為p=0.5MPa,此時變量泵的最高工作壓力即為兩者之和18.1MPa,泵最大供油量按照缸的最大輸入流量135.7L/min來計算,取泄露系數(shù)K=1.1則 (4-9)現(xiàn)初選泵轉(zhuǎn)速為n=1500r/min,其容積效率為=0.90 (4-10)查詢機械設(shè)計手冊得知,可選型號為160MCY14-1B斜盤式壓力補償變量型軸向柱塞泵,它的額定壓力為P=32MPa,排量V=160ml/r,n=1500r/min,容積效率為=0.92,可計算得出該泵的額定流量 (4-11)大于缸的最大輸入流量149.29L/min,故該泵符合設(shè)計要求。最大理論功率: (4-12)假設(shè)取泵的總的效率為0.85則可以求得液壓泵的電機驅(qū)動功率:由這些設(shè)計參數(shù)查閱機械設(shè)計手冊可選取Y160M-4三相異步電動機,這個電機的額定功率是11kw,它的額定轉(zhuǎn)速是1460r/min。4.5.2閥類元件及輔助元件通過上文對液壓板料折彎機的各個工作方面中參數(shù)的介紹,依據(jù)各個閥及其他輔助元件在油路中的實際工作流量,可查得這些液壓元件他們的型號和規(guī)格。表3-1閥及輔助類元件序號額定壓力/MPa額定流量ml/r型號及規(guī)格說明電磁溢流閥31.5250DBW10B1-5X/31.5遠程調(diào)壓閥YF-L8H4-S通徑為3mm節(jié)流閥B46.3-21兩位兩通電磁換向閥31.5WE6EB51/AG24NZ4通徑為10mm三位四通電磁換向閥31.5WE6G51/AG24NZ4通徑為10mm單向閥最大200S10A1液控單向閥31.5SV10PA1-30通徑為32mm遠程調(diào)壓閥31.5YF-B2H3網(wǎng)式濾油器280WU-160*100軸向柱塞泵32160160MCY14-1B額定轉(zhuǎn)速為1460r/min4.5.3油管元件各階段的油管的選擇關(guān)系到整個回路的效率,散熱,對資源材料的利用等多個方面,油管的選擇與泵和每個閥的流量油管,由于不同時刻不同狀態(tài)下變量泵的流量是變化的,因此需要計算出不同情況時的油路流量,選擇不同的油管。表3-2流量分析工作狀態(tài)快進工進快退輸入流量L/min排出流量L/min運動速度m/min首先我們先假定油液在管道中的液流速度為5m/s,代入公式: (4-13)得到進油管管徑為:同理計算,最后可以得出回油管管徑為d=24mm。根據(jù)機械零件設(shè)計手冊下冊,查閱各類標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),我們選擇的進油管的外徑是28mm,對應(yīng)內(nèi)徑選擇的是20mm的尺寸;對于回油路油管的外徑選擇為34mm,對應(yīng)內(nèi)徑選擇為25mm。4.5.4油箱及過濾器元件油箱的有效容積,在不同的工作條件下,有多種因素會影響油箱的散熱情況,在此處折彎機系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng),已知V=(612)qp,在此對于折彎機的高壓系統(tǒng)我選擇V=10qp。其中公式中的V指液壓油箱的有效容積,qp指液壓變量泵的額定流量,計算可得 (4-14)經(jīng)過檢驗選擇油箱外形尺寸為16001100770,該油箱最大容積為1355.2L,在進行設(shè)計油箱的時候,我們考慮到為了方便油液雜質(zhì)的沉淀和油箱的清洗,應(yīng)使油箱與水平地面有一定的角度傾斜,此處取為1。對于過濾器的選擇應(yīng)按照設(shè)計經(jīng)驗,即液壓泵的流量為過濾器流量的一半,現(xiàn)在為了保證加工過程中的油液精度,和過濾的流量符合工作要求,取其最大流量是變量泵最大流量的2.5倍。則可以計算得到過濾器的流量 (4-15)查閱相關(guān)資料選取濾油器的型號選擇為3XU-B600100,其通徑為80mm,接口尺寸為M902。4.6本章小結(jié)本章主要講述了折彎機液壓系統(tǒng)的設(shè)計,先是對不同回路的分析比較,選擇了合適本臺折彎機的方案,對其原理圖進行了簡單的描繪,對各類元器件如缸,各類閥,電機,泵,油箱,管路的選取作了具體的介紹。對不同時刻的負載與運動進行了具體分析。由本章的系統(tǒng)設(shè)計計算得出了折彎機液壓系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方式,也是設(shè)計的核心之所在。第5章 液壓系統(tǒng)的性能分析液壓板材折彎機的液壓系統(tǒng)已經(jīng)確定,在實際工作過程中,會遇到諸多問題,在此我們必須要對其系統(tǒng)進行更進一步的系統(tǒng)性能的分析,來確定各個部分將會造成的損失及帶來的各類誤差,下文就是對其主要特性和性能的具體分析。5.1壓力損失和閥的調(diào)定壓力5.1.1壓力損失在上述的內(nèi)容里已經(jīng)介紹了,在工進的時候液壓油流動的速度最小,此刻的流量也是最小流量為62.3L/min,我們忽略閥的兩段壓降,便可得到活塞桿的快進速度則計算知油液在進油管的速度為: (5-1)對于沿程壓力損失的計算:在計算之前現(xiàn)對一些基本條件進行擬定,室溫20液壓油選擇型號為YC-N46。有雷諾公式可知, (5-2)遠小于2320,故管道中油液流動狀態(tài),實際為層流,則可以知道阻力損失系數(shù),如果我們假定液壓油的密度為=890kg/m3,同時設(shè)進油管路和回油管路總長度都是3m,則在進油路上的沿程壓力損失為: (5-3)對于局部的壓力損失:其主要存在與管道接口處,安裝處,通過各類閥的時候,有經(jīng)驗知,管道安裝及接口出的局部損失大約為沿程損失的十分之一。實際通過液壓控制閥的損失與他的額定壓力和額定流量攸關(guān),由公式 (5-4)計算得:該值小于預(yù)定的估算值0.5MPa。同理,對于回油路上的損失也可以用上述方式計算:回油管速度為:可得雷諾數(shù)為:其結(jié)果小于2320,因此回油路也是層流的??梢运愠鲅爻虊毫p失為:由上面的計算我們可以得出,油路的總的沿程壓力損失為各個損失之和: (5-5)5.1.2壓力閥的調(diào)定值由于該變量柱塞泵的流量較為大,在工作后的卸荷情況時,壓力較大,要求卸荷閥的調(diào)定值要比快進的時候,共有壓力要大,這樣才能夠使卸荷穩(wěn)定進行, (5-6)所以卸荷閥的調(diào)定壓力應(yīng)該調(diào)定為3.1MPa。根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗,卸荷閥調(diào)定值通常要比一般溢流閥的值小0.3到0.5MPa,故此本例中溢流閥調(diào)定值為3.5MPa。而對于背壓閥,它的調(diào)定壓力主要是用來平衡折彎機滑塊的自重,該是 (5-7)5.2油液的溫升計算液壓缸快速下行時:液壓缸的有效輸出功率為 (5-8)變量泵的輸出功率為: (5-9)因此快速下行時整個系統(tǒng)的發(fā)熱量為兩者之差,即 (5-10)液壓缸快速退回時:液壓缸功率:變量泵的輸出功率:因而液壓缸快速退回的時候系統(tǒng)的發(fā)熱量為兩者之差,同理在加壓時慢速折彎階段可以求得,液壓缸的有效功率變量泵的功率:系統(tǒng)發(fā)熱量為:由上述可知,總的系統(tǒng)發(fā)熱量就是各個階段的時候的發(fā)熱量之和,為: (5-11)根據(jù)公式可以求得液壓油液的,溫升的近似值: (5-12)溫升27.3在允許的范圍之內(nèi),故該液壓系統(tǒng)對于冷卻器是不必要的。5.3本章小結(jié)本章對液壓系統(tǒng)的性能進行了進一步的計算分析,明確指出了各個階段情況下壓力的損失,和系統(tǒng)做功所帶來的溫度的變化,這對整個機器來說是非常必要的,它關(guān)系到折彎機器的最直接的使用壽命,和折彎機器的工作效果,如所需要達到的折彎精度,折彎成品的效率,花費的成本等多個問題。結(jié) 論在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時代,無論是制造業(yè)還是工農(nóng)業(yè)都有著不可估量的發(fā)展速度,特別是在發(fā)達國家,他們的機械發(fā)展水平本身的起點就高于我國這個發(fā)展中國家,我們必須認清事實,引進技術(shù),學(xué)習(xí)技術(shù),不斷的完善國家的機械發(fā)展力量。折彎機的發(fā)展歷史已經(jīng)逾百年,技術(shù)的成熟度更是無與倫比,加上那個近年來的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,更是為折彎機的發(fā)展插上了一雙翅膀,急速朝著集成化,智能自動化,高效率化,人性化的方向前進,并且能更高的滿足生產(chǎn)設(shè)計使用要求。朝著更優(yōu)秀更正確的方向前進才能夠生存下來。大四下學(xué)期畢業(yè)設(shè)計的這段繁忙的時間里,針對性的對資料的各種收集,有網(wǎng)上查詢,圖書館借閱資料,老師的多方面的輔導(dǎo)等等,保證了設(shè)計的最終眉目。困難雖然重重,但最后都被一點點的消化掉,這次設(shè)計最大程度上鍛煉了自己對設(shè)計的認知,也更是工作前的第一次完整的設(shè)計,是為工作做足了鋪墊。本次設(shè)計是四年來的知識的總結(jié),也是對大學(xué)生活的最后一次的考驗,這使得進一步提高我的設(shè)計的綜合能力,獨立思考,實踐是解決問題的最好的方法,還要力求創(chuàng)新,創(chuàng)新才能使社會生產(chǎn)力進步發(fā)展。本次設(shè)計過程中的指導(dǎo)老師-李老師,在設(shè)計過程中給了我無數(shù)的幫助,設(shè)計資料,耐心的指導(dǎo),疑問的解惑,對卡殼的我的包容等等,給了我無數(shù)寶貴的財富,使我學(xué)到很多知識,受到很多啟發(fā),更從老師的身上看到了無數(shù)令人稱贊的人生哲理,在此我要誠心的感謝李老師的無微不至的幫助,還有朋友們伸出的援助之手,使我順順利利的完成畢業(yè)設(shè)計。設(shè)計是對實際經(jīng)驗的一種直接衡量,當(dāng)然我對于設(shè)計經(jīng)驗的缺乏是毋庸置疑的,因此本設(shè)計難免會有各種各樣的問題需要解決,肯定會存在許多的令人不能夠滿意的設(shè)計地方。還請各位老師能夠給予批評,我當(dāng)盡全力改過,以便在未來的實際工作中能夠更加完整的完成設(shè)計任務(wù)。參考文獻1 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