淺析折彎機液壓系統設計

蘇健　蘇寧

摘 要：立式板料折彎機是機械、電氣、液壓三者緊密聯系，結合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統形式，液壓傳動系統的設計在現代機械的設計工作中占有重要的地位。

關鍵詞：液壓傳動；板料折彎機；電氣傳動

1 任務分析與方案確定

根據機械加工需要，本文研究對象為設計制造一臺立式板料折彎機，該機壓頭的上下運動用液壓傳動，其工作循環為：快速下降、慢速加壓（折彎）、快速退回。根據滑塊重量為1.5t=1.47×104N，為了防止滑塊受重力下滑，可用液壓方式平衡滑塊重量，滑塊導軌的摩擦力可以忽略不計。設計液壓缸的啟動、制動時間為？駐t=0.2S。折彎機滑塊上下為直線往復運動，且行程較小（225mm），故可選單桿液壓缸作執行器，且液壓缸的機械效率0.91。折彎機快速下降時，要求其速度較快，減少空行程時間，液壓泵采用全壓式供油。其活塞運動行程由一個行程閥來控制。當活塞以恒定的速度移動到一定位置時，行程閥接受到信號，并產生動作，實現由快進到工進的轉換。為了對油路壓力進行監控，在液壓泵出口安裝一個壓力表和溢流閥，同時也對系統起過載保護作用。因為滑塊受自身重力作用，滑塊要產生下滑運動。所以油路要設計一個液控單向閥，以構成一個平衡回路，產生一定大小的背壓力，同時也使工進過程平穩。在液壓力泵的出油口設計一個單向閥，可防止油壓對液壓泵的沖擊，對泵起到保護作用。

由折彎機的工作情況來看，其外負載和工作速度隨著時間是不斷變化的。所以設計液壓回路時必須滿足隨負載和執行元件的速度不斷變化的要求。因此可以選用變壓式節流調速回路和容積式調速回路兩種方式。綜合以上兩種方案的優缺點比較，泵缸開式容積調速回路和變壓式節流調回路相比較，其速度剛性和承載能力都比較好，調速范圍也比較寬工作效率更高，發熱卻是最小的。考慮到最大折彎力為15t=1.47×105N，故選泵缸開式容積調速回路。

2 負載運動分析和參數確定

要求設計的板料折彎機實現的工作循環是：快速下降→慢速下壓（折彎）→快速退回。主要性能參數與性能要求如下：折彎力F=1.47×105N；板料折彎機的滑塊重量G=1.47×104N；快速空載下降速度v1=26mm/s=0.026m/s，工作下壓速度v2=11mm/s=0.011m/s，快速回程速度v3=55mm/s=0.055m/s，板料折彎機快速空載下降行程L1=200mm=0.2m，板料折彎機工作下壓行程L2=25mm=0.25m，板料折彎機快速回程：H=225mm=0.225m；啟動制動時間？駐t=0.2s，液壓系統執行元件選為液壓缸。液壓缸采用V型密封圈，其機械效率？濁cm=0.91。由式Fm=m■式中：m-工作部件總質量；？駐v-快進或快退速度；？駐t-運動的加速、減速時間。

3 液壓與元件的選擇

3.1板料折彎機液壓系統在最大負載約為163KN時工作壓力7MP。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行時，滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計算出液壓缸無桿腔的有效面積，取液壓缸的機械效率ηcm=0.91。；液壓缸內徑182mm：；按GB/T2348-2001，取標準值D=180mm=18cm；系統速比2.1：；活塞桿直徑130mm；按標準選取d=130mm=13cm。

考慮到液壓機工作時所需功率較大，固采用容積調速方式；為滿足速度的有極變化，采用壓力補償變量液壓泵供油，即在快速下降的時候，液壓泵以全流量供油。當轉化成慢速加壓壓制時，泵的流量減小，最后流量為0；為了使系統工作時壓力恒定，在泵的出口設置一個溢流閥，來調定系統壓力。由于本機采用接近開關控制，利用接近開關來切換換向閥的開與關以實行自動控制。

3.2 液壓泵的選擇，由于液壓缸在保壓時輸入功率最大，根據此數據按JB/T9619-1999，選取Y100L2-4型電動機，其額定功率P=3KW，額定轉速1430r/min，按所選電動機的轉速和液壓泵的排量，液壓泵最大理論流量87.23L/min，大于計算所需的流量44.22L/min，滿足使用要求。液壓缸進油路油管內徑12mm；液壓缸回油路管內徑8mm；這兩根油管選用參照《液壓系統設計簡明手冊》P111，進油管的外徑22mm，內徑15mm，回油路管的外徑18mm，內徑10mm。

3.3 油箱的容量 131.88L， 而按JB/T7938-1999規定容積取標準值250L.選取YWZ系列液位液溫計，參照《機械設計手冊》選用。YWZ-150T 型。考慮到鋼板的剛度，將其按在偏左邊的地方，各元件間連接管道的規格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、排出的最大流量計算，由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進出流量已與已定數值不同，所以重新計算說明液壓缸壓制、快退速度v2， v3與設計要求相近，這表明所選液壓泵的型號，規格是適宜的。

3.4 根據閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量可選出這些液壓元件的型號及規格。

4 液壓系統主要性能運算

4.1 壓力損失和調定壓力的確定

工作時油液流動速度較小，通過的流量為16.8L/min，主要壓力損失為閥件兩端的壓降可以省略不計。快進時液壓桿的速度v1=1.39m/s，此時油液在進油管的速度v=3.3m/s；沿程壓力損失首先要判斷管中的流動狀態，此系統采用N32號液壓油，局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，由于管道安裝和管接頭的壓力損失一般取沿程壓力損失的10%，而通過液壓閥的局部壓力損失則與通過閥的流量大小有關，若閥的額定流量和額定壓力損失，則當通過閥的流量為q時的閥的壓力損失小于原估算值0.5MPa，所以是安全的。

4.2 油液溫升的計算

在整個工作循環中，工進和快進快退所占的時間相差不大，所以，系統的發熱和油液溫升可用一個循環的情況來計算。壓制時液壓缸的有效功率為1.63KW；泵的輸出功率2.12KW；因此壓制時液壓系統的發熱量為0.49KW；總的發熱量為0.8168KW。求出油液溫升近似值：？駐T=（0.8168×103）/■=21.15℃；溫升沒有超出允許范圍，液壓系統中不需要設置冷卻器。

4.3 油箱的設計

由前面計算得出油箱的容積為250L。在液壓系統中，損失都變成熱量散發出來。發熱量已在油溫驗算時計算出，所以H=0.8168KW。

散熱量的計算。當忽略系統中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時，顯然系統的總發熱功率H全部由油箱來考慮。這時油箱散熱面積A的計算公式為A■；式中A-油箱的散熱面積（m2）；H-油箱需要的散熱功率（W）；？駐t-油溫（一般以55℃考慮）與周圍環境溫度的溫；K-散熱系數。與油箱周圍通風條件的好壞而不同，通風很差時K=8～9；良好時K=15～17.5；風扇強行冷卻時K=20～23；強迫水冷時K=110～175。所以油箱散熱面積A為2.65m2。

參考文獻

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作者簡介：蘇健，男，畢業于沈陽工學院 機電一體化專業，現任黎航部件公司作動筒工段工長，工程師。

蘇寧，男，畢業于哈爾濱工程大學，機械設計制造及其自動化專業，現任黎航部件公司作動筒工段技術工長，助理工程師。