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江南大學(xué)
機(jī)電一體化專業(yè)《2001屆》
畢
業(yè)
設(shè)
計
指導(dǎo)老師:黃如林
設(shè) 計 者:宋麗娜
設(shè)計題目: WE67K-500/4000液壓板料折彎機(jī)
設(shè)計時間:2005年3月
目 錄
一、 設(shè)計的意義 ………………………………2
二、 設(shè)計計算步驟 ………………………………6
三、 使用說明 ………………………………24
四、 設(shè)計收獲與體會 ………………………………43
五、 參考文獻(xiàn) ………………………………44
一、 設(shè)計的意義
板料折彎機(jī)是一種使用最廣泛的板料彎曲設(shè)備，用最簡單的通用模具對板料進(jìn)行各種角度的直線彎曲，操作簡單，通用性好，模具成本低，更換方便，機(jī)器本身只有一個基本運動---上下往復(fù)直線運動。
凡是大量使用金屬板料的部門，大都需要使用折彎機(jī)。因此折彎機(jī)的品種規(guī)格繁多，結(jié)構(gòu)形式多樣，功能不斷增加，精度日益提高，已經(jīng)發(fā)展成為一種精密的金屬成形機(jī)床。本次所需設(shè)計折彎機(jī)，用戶是電力機(jī)車廠車箱分廠，用戶本身已有多臺板料折彎機(jī)，有機(jī)械式，也有液壓式，都是普通電氣控制。現(xiàn)用戶為提高產(chǎn)品精度和工作效率，擴(kuò)大加工能力，要求定購在4m寬度能折彎20mm厚度板料的折彎機(jī)，所加工產(chǎn)品精度要高過國家標(biāo)準(zhǔn)一級，加工過程半自動化（工作人員只需踩按開關(guān)就能加工出所需工件）。根據(jù)用戶的具體要求，計劃設(shè)計WE67K-500/4000數(shù)控電液同步折彎機(jī)。
折彎機(jī)的傳動形式有氣動、液壓和機(jī)械三種。氣動折彎機(jī)一般應(yīng)用于小噸位。對于本機(jī)來說已不適合。機(jī)械板料折彎機(jī)是由機(jī)械壓力機(jī)演變而成的，基本結(jié)構(gòu)特征與機(jī)械壓力機(jī)相同，采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)、離合器和制動器，通過飛輪釋放能量產(chǎn)生折彎壓力。機(jī)械折彎機(jī)的優(yōu)點是滑動與工作臺平行精度高，能承受偏載，比較適合沖孔工序。機(jī)械折彎機(jī)的缺點是：1）行程和速度都是固定的，不能調(diào)整；2）壓力不能控制，在滑塊下行程中從曲軸轉(zhuǎn)角的最后15度~20度開始到行程下死點之間，才能達(dá)到額定壓力，而在行程的中間位置，有效壓力只有額定壓力的65%左右；3）機(jī)器結(jié)構(gòu)布局靈活性差，難以實現(xiàn)數(shù)控化和半自動化操作。由于以上分析，機(jī)械式折彎機(jī)也不適合本機(jī)的設(shè)計要求。
隨著液壓折彎機(jī)的發(fā)展，機(jī)械式折彎機(jī)的這些優(yōu)點已不明顯，液壓折彎機(jī)的平行精度更高，也更能承受偏載，并能進(jìn)行沖孔。液壓板料折彎機(jī)，也就是采用液壓傳動的折彎機(jī)，與機(jī)械折彎機(jī)相比具有明顯的優(yōu)點：1）行程較長，在行程的任何一點都可產(chǎn)生最大壓力；2）具有過載保護(hù)，不會損壞模具和機(jī)器；3）調(diào)節(jié)行程、壓力、速度簡單方便，容易實現(xiàn)數(shù)控；4）容易實現(xiàn)快速趨近、慢速折彎，可任意調(diào)整轉(zhuǎn)換點；5）機(jī)器結(jié)構(gòu)布局靈活，可以實現(xiàn)多種多樣的結(jié)構(gòu)。從以上可以看出，機(jī)械折彎機(jī)所固有的，難以克服的缺點，采用液壓傳動都可以解決了。
本機(jī)采用計算機(jī)數(shù)控（CNC）折彎機(jī)，具有彩色圖形顯示；并能預(yù)先顯示每一折彎工序的折彎過程；自動繪制折彎零件的毛胚展開圖；確定最優(yōu)折彎順序；選擇模具，判斷模具，判斷折彎過程中零件與模具是否發(fā)生干涉；自動編程。數(shù)控折彎機(jī)的折彎精度比普通折彎機(jī)高，而且整批零件的精度一致，生產(chǎn)率比普通折彎機(jī)提高三倍以上，零件的彎越多，生產(chǎn)率提高越多。我們設(shè)計的WE67K-500/4000數(shù)控電液同步折彎機(jī)完全能夠滿足用戶的技術(shù)要求。
在一臺普通折彎機(jī)上對一個多彎零件進(jìn)行折彎時，首先對整批零件進(jìn)行第一道的折彎，然后依次進(jìn)行以下各道折彎。這樣需要足夠的堆放場地，繁重的搬運工作。如果擁有幾臺折彎機(jī)，可以在每臺折彎上進(jìn)行一道折彎，則又需要占用幾臺折彎機(jī)和幾名工人，并在第一個零件完成全部折彎工序以前，整批零件都積壓在加工過程中。數(shù)控折彎機(jī)完全改變了這種生產(chǎn)面貌。根據(jù)設(shè)定的程序，折彎機(jī)自動調(diào)整滑塊行程和后擋料位置，并設(shè)定時間，一個零件的全部折彎工序自動連續(xù)進(jìn)行。并且數(shù)控折彎機(jī)都有角度直接編程功能，只要輸入幾個數(shù)據(jù)，經(jīng)過一次試折和修正，即可完成調(diào)整工作，不需要技術(shù)熟練的工人。而在普通折彎機(jī)上需要憑經(jīng)驗經(jīng)過幾次試折。
因此，使用數(shù)控折彎機(jī)的加工成本，可比普通折彎機(jī)節(jié)約20%~70%，經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。
設(shè)計依據(jù)：
序號
名稱
參數(shù)
備注
1
公稱力
5000KN
2
工作臺長度
4000mm
3
工作臺寬度
400mm
4
喉口深度
400mm
5
滑塊行程
320mm
6
立柱間距離
3300mm
7
數(shù)控軸數(shù)
基本軸：Y1，Y2
其余軸可任意組合X1，X2，Z1，Z2，R1，R2，V
8
工作臺面與滑塊間最大開啟高度
630mm
9
機(jī)器外形尺寸
4225mmx3710mmx4350mm
10
油缸快下速度
71.7mm/s
11
油缸工進(jìn)速度
6mm/S
12
油缸回程速度
46mm/S
13
滑塊空載行程次數(shù)
3次/分鐘
14
最大工作壓力
25MPa
15
主電機(jī)功率
30Kw
16
重量
36000Kg
17
墻板厚度
δ110mm
18
工作臺厚度x寬度
δ100x400
19
工作臺主板厚度
δ110
20
滑塊厚度
δ110
二、 設(shè)計計算步驟
(一) 液壓計算說明
1.選型
(1)調(diào)速回路選擇
① 旁路節(jié)流閥調(diào)速回路
如圖所示，這種回路是把節(jié)流閥接在與執(zhí)行元件并聯(lián)的旁油路上。通 過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，來控制泵溢回油箱的流量，即可實現(xiàn)調(diào)速。由于溢流已由節(jié)流閥承擔(dān)，故溢流閥實為安全閥，常態(tài)時關(guān)閉，過載時打開，其調(diào)定壓力為最大工作壓力的1.1～1.2倍，故泵工作過程中的壓力隨負(fù)載而變化。
② 回油節(jié)流閥調(diào)速回路
如圖所示，將節(jié)流閥串接在缸的回油路上，即構(gòu)成回油節(jié)流閥調(diào)速回路（泵的出口壓力恒定）。用節(jié)流閥調(diào)節(jié)缸的回油流量，實現(xiàn)調(diào)速。
③ 進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路
將節(jié)流閥串聯(lián)在泵與缸之間，即構(gòu)成進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路(見圖)。泵輸出的油液一部分經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入缸的工作腔，泵多余的油液經(jīng)溢流閥回油箱。由于溢流閥有溢流，泵的出口壓力Pp保持恒定。調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流面積，即可改變通過節(jié)流閥的流量，從而調(diào)節(jié)缸的速度。
可見，進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速加路適用于輕載、低速、負(fù)載變化不大和對速度穩(wěn)定性要求不高的小功率場合。
進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路使用普遍,但由于執(zhí)行元件的回油不受限制,所以不宜用在超越負(fù)載(負(fù)載力方向與運動方向相同)的場合.閥應(yīng)安裝在液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油路上,多用于輕載、低速場合。對速度穩(wěn)定性要求不高時，可采用節(jié)流閥；對速度穩(wěn)定性要求較高時，應(yīng)采用調(diào)速閥。該回路效率低，功率損失大。采用雙單向節(jié)流閥，雙方向均可實現(xiàn)進(jìn)油節(jié)流調(diào)速。
上述兩種回路（即回油節(jié)流閥調(diào)速回路和進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路）的不同之處：
a．回油節(jié)流閥調(diào)節(jié)回路的節(jié)流閥使缸的回油腔形成一定的背壓（p2≠0）,因而能承受負(fù)值負(fù)載，并提高了缸的速度平穩(wěn)性。
b.進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路容易實現(xiàn)壓力控制。因當(dāng)工作部件在行程終點碰到死擋鐵后，缸的進(jìn)油腔油壓會上升到等于泵壓，利用這個壓力變化，可使并聯(lián)于此處的壓力繼電器發(fā)訊，對系統(tǒng)的下步動作實現(xiàn)控制。而在回油節(jié)流閥調(diào)速進(jìn)，進(jìn)油腔壓力沒有變化，不易實現(xiàn)壓力控制。雖然工作部件碰到死擋鐵后，缸的回油腔壓力下降為零，可利用這個變化值使壓力繼電器失壓發(fā)訊，對系統(tǒng)的下步動作實現(xiàn)控制，但可靠性差，一般不采用。
c.若回路使用單桿缸，無桿腔進(jìn)油流量大于有桿腔回油流量。故在缸徑、缸速相同的情況下，進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路的節(jié)流閥開口較大，低速時不易堵塞。因此，進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路能獲得更低的穩(wěn)定速度。
d.長期停車后缸內(nèi)油液會流回油箱，當(dāng)泵重新向缸供油時，在回油節(jié)流閥調(diào)速回路中，由于進(jìn)油路上沒有節(jié)流閥控制流量，會使活塞前沖；而在進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路中，活塞前沖很小，甚至沒有前沖。
e.發(fā)熱及泄漏對進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速的影響均大于回油節(jié)流閥調(diào)速。因為進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路中，經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱后的油液直接進(jìn)入缸的進(jìn)油腔；而在回油節(jié)流閥調(diào)速回路中，經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱后的油液直接流回油箱冷卻。
根據(jù)以上分析，采用進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路比較合適。
(2)液壓控制閥的選擇
① 選閥種類
a. 液控單向閥
液控單向閥按結(jié)構(gòu)特點可分為簡式和卸載式兩類。卸載式的特點是帶有卸載閥，當(dāng)控制活塞上移時先頂開卸載閥的小閥芯3，使主油路卸壓，然后再頂開單向閥芯。這樣可大大減小控制壓力，使控制壓力與工作壓力之比降低到4.5%，因此可用于壓力較高的場合。
液控單向閥，亦可稱作單向閉鎖閥保壓閥等。它用于液壓系統(tǒng)中，阻止油流反向流動，起到一般單向閥的作用；但可利用控制壓力油，通過控制活塞打開單向閥芯，使油流實現(xiàn)反向流動。液控單向閥可用在需要嚴(yán)格封閉的油路中，進(jìn)行單位向閉鎖，起到保壓作用。
b. 機(jī)動換向閥
機(jī)動換向閥用來控制機(jī)械運動部件的行程，故又稱行程換向閥。它利用檔鐵或凸輪推動閥芯實現(xiàn)換向。當(dāng)擋鐵（或凸輪）運動速度v一定時，可通過改變擋鐵斜面角度a來改變換向時閥芯移動速度，調(diào)節(jié)換向過程的快慢。機(jī)動換向閥通常是二位的，有二通、三通、四通、五通幾種。其中二通的又分常閉式和常開式兩種。
c. 電液動換向閥
電液動換向閥由電磁換向閥和液動換向閥組合而成。其中電磁換向閥起先導(dǎo)作用，用來改變控制液流的方向，從而改變起主閥作用的液動換向閥的工作位置。
d. 調(diào)速閥
MSA型調(diào)速閥的流量由手柄在120°范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，流量調(diào)好后，手柄位置可被鎖緊旋鈕固定，流量值從刻度盤上顯示。減壓閥可以選擇是否帶行程調(diào)節(jié)器。
e. 普通單向閥
普通單向閥的作用是使液體只能沿一個方向流動，不許它反向倒流。對單向閥的要求主要有：i.通過液流時壓力損失要小，而反向截止時密封性要好；ii.動作靈敏，工作時無撞擊和噪聲。
該閥在這次設(shè)計中被使用。
f. 換向閥
換向閥是借助于閥芯與閥體之間的相對運動，使與閥體相連的各油路實現(xiàn)接通、切斷，或改變液流的方向的閥類。對換向閥的基本要求是：a.液流通過閥時壓力損失?。ㄒ话恪鱬?0.1～0.3MPa）；b.互不相通的油口間的泄漏??；c.換向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊。
該閥在這次設(shè)計中被使用。
g. 電磁換向閥
電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動閥芯來改變閥的工作位置。由于它可借助于按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、限位開關(guān)、壓力繼電器等發(fā)出的信號進(jìn)行控制，所以易于實現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化。
該閥在這次設(shè)計中被使用。
h. 先導(dǎo)式溢流閥
DB型閥是先導(dǎo)控制式的溢流閥，用來控制液壓系統(tǒng)的壓力；DBW型閥是先導(dǎo)控制式的電磁溢流閥，除控制液壓系統(tǒng)的壓力外，還能在任意時刻使系統(tǒng)卸荷。
I.起安全閥作用（防止液壓系統(tǒng)過載）
II.起溢流閥作用（維持液壓系統(tǒng)壓力恒定）
III.使液壓系統(tǒng)卸荷
該閥在這次設(shè)計中被使用。
② 選閥型號
名稱
規(guī)格
數(shù)量
沖液閥
PF-48-A2-F
2
溢流閥
CVA25-H
2
單向閥
CA6-H
3
直入式插裝溢流閥
CLEB-4020
1
疊加型溢流閥
MBP-03B-H
2
MBP-03H-H
1
電磁換向閥
D5-02-2B10A-D25
2
D5-02-2B40B-D25
2
D5-02-2B8A-D25
2
D5-03-2B2-D25
1
電液比例先導(dǎo)溢流閥
EDG-01-H-V
1
(3)泵的選擇
① 選泵的種類
a. 齒輪泵
I.外嚙合式齒輪泵
當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時，在A腔，由于輪齒脫開使窖逐漸增大，形成真空從油箱吸油，隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)充滿在齒槽內(nèi)的油被帶到B腔，在B腔，由于輪齒嚙合，容積逐漸減小，把液壓油排出。
利用齒和泵殼形成的封閉容積的變化，完成泵的功能，不需要配流裝置，不能變量。結(jié)構(gòu)最簡單、價格低、徑向載荷大。
II.內(nèi)嚙合式齒輪泵
當(dāng)傳動軸帶動外齒輪旋轉(zhuǎn)時，與此相嚙合的內(nèi)齒輪也隨著旋轉(zhuǎn)。吸油腔由于輪齒脫開而吸油，經(jīng)隔板后，油液進(jìn)入壓油腔，壓油腔由于輪齒嚙合而排油。
典型的內(nèi)嚙合齒輪泵主要有內(nèi)齒輪、外齒輪及隔板等組成。利用齒和齒圈形成的容積變化，完成泵的功能。在軸對稱位置上布置有吸、排油口。不能變量。尺寸比外嚙式略小，價格比外嚙合式略高，徑向載荷大。
i.流量、壓力的脈動小。
ii.噪聲低。
iii.輪齒接觸應(yīng)力小，磨損小，因而壽命長。
iv.主要零件的加工難度大，成本高，價格比外嚙合齒輪泵貴。
b.葉片泵
利用插入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片間容積變化，完成泵的作用。在軸對稱位置上布置有兩組吸油口和排油口。徑向載荷小，噪聲較低流量脈動小。
c. 軸向柱塞泵
柱塞泵由缸體與柱塞構(gòu)成，柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運動，在工作容積增大時吸油，工作容積減小時排油。采用端面配油。
徑向載荷由缸體外周的大軸承所平衡，以限制缸體的傾斜。利用配流盤配流。傳動軸只傳遞轉(zhuǎn)矩、軸徑較小。由于存在缸體的傾斜力矩，制造精度要求較高，否則易損壞配流盤。
該設(shè)計采用軸向柱塞泵。
② 選泵的型號
軸向柱塞泵的型號：63MCY14-1B；壓力：31.5 MPa；排量：63 ml/r
(4)管接頭的選擇
①卡套式管接頭
利用卡套變形卡住管子并進(jìn)行密封，結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能良好，重量輕，體積小，使用方便，廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)中。工作壓力可達(dá)31.5MPa，要求管子尺寸精度高，需用冷拔鋼管?？ㄌ拙纫喔?。適用于油、氣及一般腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)。
②焊接式管接頭。
利用接管與管子焊接。接頭體和接管之間用O形密封圈端面密封。結(jié)構(gòu)簡單，易制造，密封性好，對管子尺寸精度要求不高。要求焊接質(zhì)量高，裝拆不便。工作壓力可達(dá)31.5MPa，工作溫度－25℃～80℃，適用于以油為介質(zhì)的管路系統(tǒng)。
該管接頭用于此次設(shè)計中。
(5)液壓缸的選擇
① 液壓缸的種類
a.活塞式液壓缸
活塞僅能單向運動，其反向運動需由外力來完成。
b. 伸縮式液壓缸
有多個依次運動的活塞，各活塞逐次運動時，其輸出速度和輸出力均是變化的。
c. 柱塞式液壓缸
活塞僅能單向運動，其反向運動需由外力來完成。但其行程一般較活塞式液壓缸大。
本設(shè)計應(yīng)用了該種形式的液壓缸。
② 液壓缸的規(guī)格及計算過程
a.要求：
I.單只油缸噸位為250T
II.滑塊行程400mm
III.慢下速度5mm/s
b.計算步驟：
I.油缸直徑計算
圓整后?。篋=360mm
校驗在D=360mm的系統(tǒng)壓力為：
∴滿足要求
II.確定活塞桿直徑
液壓缸的上下面積比根據(jù)BOSCH液壓系統(tǒng)的特性選取，一般取8-10位最佳，初步選定面積比iD=8：1，得
圓整后取d=340mm
校驗得：
∴故滿足要求
III.油缸中段壁厚的確定
受力分析如下：
又因為材料為鍛鋼，故根據(jù)第四強(qiáng)度理論得知：
∵
Pn=25.56MPa
Py=1.25Pn=31.95MPa
代入數(shù)據(jù)得：
考慮結(jié)構(gòu)，圓整為
速度及流量計算
∵V慢下=5mm/s
∴QV =S上V慢下×2=1.02 l/S
Q總=1.02×60=61.2 l/min
故選用125 ml/r的泵，電機(jī)轉(zhuǎn)速1000 r/min
Q泵=125 l/min >61.2 l/min滿足要求
∴V回程
IV.快下速度計算
∵G=6.89,則油缸下腔靜壓為310N/mm2
△ PX=G/SF=
由Q=Qnormal得知：
Q回=100=94.57 l/min
∴V快下=Q/SF=71.7mm/s
校核：
當(dāng)Q回=94.57 l/min時，Q吸×8.6=813.3 l/min,但根據(jù)BOSCH閥塊的最大充油特性可知：Q吸max=700 l/min
可知：Q吸max=Q閥max+125/2=762.5 l/min
故快下速度此時應(yīng)根據(jù)上腔最大吸油量決定,應(yīng)在回油管路裝單向順序閥來滿足要求
即：V快下Q吸max/S上
t總=t快+t慢+t回+1.5s
∴滿足每分鐘1次的要求
2.功率計算
P泵=Pq=25.56×61.2/60≈26.58KW
校核：P需=FV=500×0.05=25KW
∴P泵＞P需,故功率滿足要求
選用Y225M-6B5 960 r/min的電機(jī)30KW
(二) 機(jī)械計算說明
1.工作臺強(qiáng)度校核
(1)所用公式: I=
WＺ=
y(x) 均布=ql4(5-24λ2)/384EIZ
B=40cm H=170cm h=150cm b=29cm
慣性矩： Iz===8220417cm4
均布載荷： q=
F：本機(jī)公稱力0.5×105N
L：工作臺總長400 cm
抗彎截面模量: Wz==
λ= m/l=350/3300=0.106
支點反力： RA=RB=ql(1+2λ)/2
=1250×3300(1+2×0.106)/2
=2.5×104N
彎矩： MA=MB=qm 0≤x≤m
MA=
=-7.66×105N·mm
MX=(－) m
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