板材液压折弯试验机传动与电气控制的研究.pdf

第 3期 总 第 1 7 8期 2 0 1 3年 6月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEE RI NG ＆ AUT MATI ON No ．3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 3 0 3 0 1 3 6 0 3 板材液压折弯试验机传动与电气控制的研究 田 齐 ，郝 健 1 ．江苏信息职业技术学院，江 苏 无锡 2 1 4 1 5 3 ；2 ．江南大学 机械 工程学院 。江苏 无锡 2 1 4 1 2 2 摘要 根据板材 折弯试验 时的基本参数 ，分析其动力与运动情况，设计相应 的液压缸并计算相应 的流量与功 率。在此基础上拟定液压系统原理 图，根据三位 四通 电液换向阀的控制特 点以及 与液压 泵的运行特点，设计 出电气控制 电路，以满足板材的弯 曲性 能测试要求。 关键词 液压传 动；折弯试验 机；电气控制 中图分类号 T G3 3 3 ． 2 6 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 液压折弯机是一个典型的综合机械、 电气、 液压 、 自动化等技术于一体的产品。市场在售的折弯试验机 多数是基于通用化 的设计理念， 对一些板材进行折弯 试验时， 有些执行工况不符合特定要求 ， 有些功能显得 冗余 ， 带来了较高的试验成本[ 1 ] 。鉴于此 ， 本文从液压 折弯机的系统设计和控制方面， 对板材液压折弯机进 行研 究 。 1 液压折 弯机 传动 系统 的设计乜 ] 1 ． I 基本 参数 与 已知 条件 本文研究的立式板料折弯试验机， 其滑块及折弯 机构的上下运动采用液压传动， 要求通过电液控制实 现如下工作循环 快速下降一慢速加压 折弯 一快速 回程 上升 。最大折弯力 F一1 ． 2 1 O 。 N、 滑块重力 G_--2 0 0 N、 快速下降的速度 l O mm／ s 、 慢速加压 折弯 的速度 2 mm／ s 、 快速 上升 速度 7 2 。 一2 0 mm／ s 、 快速下降行程 L 1 8 0 mm， 慢速加压 折 弯 的行程 L 2 2 0 mm、 快速上升的行程 L 。 一2 0 0 mm、 启 动和制动时间 A t ----0 ． 2 S 。滑块及折弯机机构重量 的 平衡要求用液压方式 ， 以防 自重下滑 ， 滑块导轨摩擦力 可 忽略不 计 。 1 ． 2执行 元件 选择 为方便折弯试验 ， 液压折弯机采用立式布置 ， 行程 相对较小 ， 且往复速度不同， 所以选择缸外围固定的立 置的单杆活塞缸作为液压折弯试验机的执行元件 ， 带 动压块及折弯机构对板料进行折弯试验。 1 ． 3 动 力 学分析 1 ． 3 ． 1 快速下降阶段 根据基本参数要求和 已知条件 ， 对液压缸的外负 载力进行计算。启动加速时外负载 F j 为 F il 一 等 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 1 代人数据计算得 F f 一1 ． 0 2 N， 等速时外负载为 0 。 1 ． 3 ． 2 折弯阶段 初压 阶段外 负载 为 F 1 一F5 ％ 。 ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ 2 终压阶段外负载为 F, 2 一 F。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3 1 ． 3 ． 3 快速回程阶段 快速 回程启动阶段外负载 F 为 一 G q - G。⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ 4 等速阶段外负载为 FG。 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 5 制动阶段外负载 F 为 G一 旦 g 。⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6 1 ． 3 ． 4 运动学 分析 各阶段运行时间即为压块行程 与运行速度 的 比 值 ， 设 t 为快速下行时间 ， t 。 为折弯初压时间， 为折 弯终压时间， t 为快速 回程时间。通过计算得 出 t 一 1 8 s， ￡ 2 7 ．5 S ， t 3 2． 5 S， 4 1 0 S。 1 ． 4 液压缸 的设计计算 1 ． 4 ． 1 确定液压缸的主要结构尺寸 按液 压手 册， 预选 液 压缸 的设 计 压 力 p 一 2 0 MP a 。由于压块的 自重会对液压缸的运动有影响 ， 在 收稿 日期 2 0 1 2 一 I I 一 2 6 ；修 回日期 ；2 0 1 2 1 2 1 5 作者简介 ；田齐 1 9 8 0 一 ，女 ，黑龙江甘南人 ，讲师 ，硕士，研究方 向z工厂电气控制技术 、电工电子技术和楼宇智能化技术。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 3期 田 齐， 等 板材液压折 弯试验机 传动 与电气控 制的研 究 1 3 7 设计计算时要对压块的重量予以考虑。无杆腔的有效 面 积 为 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 7 其 中 ‰ 为液压缸的机械效率 ， ‰ 0 ． 9 1 。液压缸 的 内径 活 塞直 径 为 D ，、 ／ 。 ⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 8 由式 7 、 式 8 计算得 D9 4 mm， 按 GB ／ T 2 3 4 8 1 9 9 3 ， 将液压缸内径圆整为标准值 D一1 0 0 mm。根据 快速下行与快速上升的速度比确定活塞杆直径 d 一 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 9 一 D2 -- d2 。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯L 经计算活塞杆直径 一7 0 ． 7 mm， 取标准直径 d _-- 7 0 mm， 从而可算得液压缸无杆腔和有杆腔的实际有 效 面 积为 A l D 。。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 0 A 2 一 D 。 一 。 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 1 1 ． 4 ． 2 最大功率计算 最大功率 发生 在 慢 速 加 压 阶段 。初 压 时 功 率 P 。 一1 3 ． 1 9 W； 终压 时， 行程只有 5 mm， 持续 时间仅 t 2 ． 5 S ， 压力和流量变化情况较为复杂 ， 所以做以下 处理 压力 由 8 3 9 9 2 4 ． 4 P a增至 1 6 7 9 8 4 8 7 P a ， 其变 化规律可近似用一线性 函数 表示， 即 一 8 3 9 9 2 4 ． 4 6 3 8 3 4 2 4 ． 8 t 。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 1 2 流量由 0 ． 9 4 2 L ／ rai n减到 0 ， 其变化规 律可近似 用 一 线性 函数 q ￡ 表 示 ， 即 q 1 5 ． 7 1 一 。⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 3 设 t 为终 压 阶段持 续 时 间 ， 取 值 范 围 为 0 s ～ 2 ． 5 S 。由式 1 2 、 式 1 3 可得此阶段功率方程 p q 。 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 1 4 由式 1 2 ～式 1 4 可求得当 ￡ 一1 ． 1 8 S 时， 功率有 最大值 P 。 P 6 9 ． 4 O w ， 压力 户 ≈8 ． 3 7 MP a ， 流量 q -0 ． 5 0 L／ mi n 。 1 ． 5拟定 液压 折 弯机液 压 系统 图 1为板料液压折弯试验机原理示意图。当快速 下降时 ， 变量泵处于全流量供油状态 ， 当折弯机压块在 折弯板材时 ， 泵的流量减小 ， 最后减少至 0 。当液压缸 复位时 ， 泵的流量又会 以全量供油 的状态运行 。液压 缸的运动方 向选用三位 四通 M 型中位机能电液动换 向阀控制 ， 在没有信号输入 的情况下 ， 换 向阀处在 中 位 ， 使得液压泵供 的油再 回到油箱 。为防止液压 缸所要施力的压块下滑[ 5 ] ， 在管路中设置一个顺序阀， 避免不必要的安全事故发生 。 2 液压折弯机电气控制系统的设计 图 2为液压折 弯机 电气控制 图。运 行时 ， 将 Q S 合上 ， 按动 S B 1按钮 ， KM1得电， KM1触头与主电路 的触头接触 ， 电动机运转 ， 带动变量泵供应液压油， 阀 处于中位时， 泵供 的油又会 通过旁路回到油箱中。按 动按钮 S B 3则 2 YA得 电， 1 YA失电， 此时液压泵向液 压缸的无杆腔供油， 驱动压块折弯板材 ， 而图 2中的元 器件 1 O 、 1 1与行程开关 固定在一起 ， 旋转角度决定折 弯成所需角度时 ， 停止工作 ， 锁住液压缸 。测试完成， 记录数据后 ， 按动 S B 4按钮 ， 则 2 YA失电， l Y A得电， 液压泵将会向液压缸有杆腔供油， 无杆腔 的油便会 回 到油箱 中， 回程到原来位置碰到行程开关 S Q1 便会断 开控制电路 ， 电液控制 阀失 电便会停在 中位， 锁住压 块【 6 ] 。其 中 F U1 起过载保护的作用， 防止 电气元件 过 载损 坏 电路 。 6 1 一过滤器 ， 2 一变量泵 f 3 一单向阀 I 4 一安全阀， 5 --截止阀， 6 一压力表 } 7 一三位 四通电液换向阀 l 8 一单向顺序阀l 9 一液压缸 I 1 0 一角度测量仪 图 1 板料液压折弯试验机原理示意图 ； F U1 一 r] 叮广 一 一 一 FR ’ KM1 P E 厂 、 _ 【 ●●- ●●__一 图 2液压折弯机电气控制 图 3结语 本文根据设计要求， 拟定了液压缸的基本设计思 路与算式 ， 对各阶段的流量与功率进行了计算 ； 拟定液 压系统原理图 ， 配置所需的各元器件 ， 满足折弯试验需 求 ； 根据工况以及液压元器件的特点 ， 拟定了电气控制 图， 以便控制试验机的运行 。 参考文献 [ 1 3 赵淳． 液压技术在折弯机上的应用[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 1 4 3 ， 4 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m