浅析折弯机液压系统设计

苏健　苏宁

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。

关键词：液压传动；板料折弯机；电气传动

1 任务分析与方案确定

根据机械加工需要，本文研究对象为设计制造一台立式板料折弯机，该机压头的上下运动用液压传动，其工作循环为：快速下降、慢速加压（折弯）、快速退回。根据滑块重量为1.5t=1.47×104N，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？驻t=0.2S。折弯机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（225mm），故可选单杆液压缸作执行器，且液压缸的机械效率0.91。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。其活塞运动行程由一个行程阀来控制。当活塞以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，实现由快进到工进的转换。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，同时也使工进过程平稳。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。

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要求。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方式。综合以上两种方案的优缺点比较，泵缸开式容积调速回路和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15t=1.47×105N，故选泵缸开式容积调速回路。

2 负载运动分析和参数确定

要求设计的板料折弯机实现的工作循环是：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F=1.47×105N；板料折弯机的滑块重量G=1.47×104N；快速空载下降速度v1=26mm/s=0.026m/s，工作下压速度v2=11mm/s=0.011m/s，快速回程速度v3=55mm/s=0.055m/s，板料折弯机快速空载下降行程L1=200mm=0.2m，板料折弯机工作下压行程L2=25mm=0.25m，板料折弯机快速回程：H=225mm=0.225m；启动制动时间？驻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？浊cm=0.91。由式Fm=m■式中：m-工作部件总质量；？驻v-快进或快退速度；？驻t-运动的加速、减速时间。

3 液压与元件的选择

3.1板料折弯机液压系统在最大负载约为163KN时工作压力7MP。将液压缸的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的有效面积，取液压缸的机械效率ηcm=0.91。；液压缸内径182mm：；按GB/T2348-2001，取标准值D=180mm=18cm；系统速比2.1：；活塞杆直径130mm；按标准选取d=130mm=13cm。

考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用容积调速方式；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；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。

3.2 液压泵的选择，由于液压缸在保压时输入功率最大，根据此数据按JB/T9619-1999，选取Y100L2-4型电动机，其额定功率P=3KW，额定转速1430r/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87.23L/min，大于计算所需的流量44.22L/min，满足使用要求。液压缸进油路油管内径12mm；液压缸回油路管内径8mm；这两根油管选用参照《液压系统设计简明手册》P111，进油管的外径22mm，内径15mm，回油路管的外径18mm，内径10mm。

3.3 油箱的容量 131.88L， 而按JB/T7938-1999规定容积取标准值250L.选取YWZ系列液位液温计，参照《机械设计手册》选用。YWZ-150T 型。考虑到钢板的刚度，将其按在偏左边的地方，各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算，由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进出流量已与已定数值不同，所以重新计算说明液压缸压制、快退速度v2， v3与设计要求相近，这表明所选液压泵的型号，规格是适宜的。

3.4 根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量可选出这些液压元件的型号及规格。

4 液压系统主要性能运算

4.1 压力损失和调定压力的确定

工作时油液流动速度较小，通过的流量为16.8L/min，主要压力损失为阀件两端的压降可以省略不计。快进时液压杆的速度v1=1.39m/s，此时油液在进油管的速度v=3.3m/s；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，局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，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，则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失小于原估算值0.5MPa，所以是安全的。

4.2 油液温升的计算

在整个工作循环中，工进和快进快退所占的时间相差不大，所以，系统的发热和油液温升可用一个循环的情况来计算。压制时液压缸的有效功率为1.63KW；泵的输出功率2.12KW；因此压制时液压系统的发热量为0.49KW；总的发热量为0.8168KW。求出油液温升近似值：？驻T=（0.8168×103）/■=21.15℃；温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。

4.3 油箱的设计

由前面计算得出油箱的容积为250L。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=0.8168KW。

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A■；式中A-油箱的散热面积（m2）；H-油箱需要的散热功率（W）；？驻t-油温（一般以55℃考虑）与周围环境温度的温；K-散热系数。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2.65m2。

参考文献

[1]刘进，孔飞，刘宏道.板料折弯机自由折弯时折弯力计算[J].锻压装备与制造技术，2011，03.

[2]尹亮.折弯机液压系统的改进[J].锻压装备与制造技术，2011，01.

[3]Jens Schmitt.板材折弯机的液压控制系统（续）[J].锻压装备与制造技术，2004，04.

[4]张哲浩.世界最大自由锻造油压机进入调试阶段[N].科技日报，2008.

[5]田万英.基于有限元的折弯机压力补偿技术研究[D].扬州大学，2010.

作者简介：苏健，男，毕业于沈阳工学院 机电一体化专业，现任黎航部件公司作动筒工段工长，工程师。

苏宁，男，毕业于哈尔滨工程大学，机械设计制造及其自动化专业，现任黎航部件公司作动筒工段技术工长，助理工程师。