機電液課程設(shè)計報告全套

1、一、題目 柴油機搖臂軸座自動線雙面銑床液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計二、 設(shè)計要求設(shè)計柴油機搖臂軸座自動線雙面銑床液壓系統(tǒng)要求該液壓系統(tǒng)完成動作：定位夾緊快進工進停留快退原位停止松開。進給速度可調(diào)且運動平穩(wěn)，能夠承受負向負載。定位夾緊部分必須嚴格按照先定位后夾緊的順序動作。軸向切削力是10000n；工作行程50mm，工進速度50mm/min；快進行程100mm，快進和快退速度是4m/min；摩擦力是600n。三、 設(shè)計方案分析1. 負載分析負載分析中，不考慮回油腔的背壓力，工件及機床重力，液壓缸密封裝置的摩擦阻力，以及靜摩擦力。需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌動摩擦力。軸向切削力f1=10000n摩擦力f

2、f=600n設(shè)液壓缸的機械效率，則液壓缸在各階段的總機械負載可以算出液壓缸各運動階段的負載表工作循環(huán)負載組成負載值f/n推力快進f600666工進1060011777快退f6006662. 繪制液壓缸負載圖和速度圖根據(jù)負載計算結(jié)果和已知各階段的速度，可以繪制出負載圖（fs）和速度圖（vs） 3.初步確定液壓缸參數(shù) 組合機床液壓系統(tǒng)的最大負載約為12000n，初選液壓缸的設(shè)計壓力p1=3mpa，為了滿足工作臺快速進退速度相等，并減小液壓泵的流量，這里的液壓缸選用單桿式的，液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積a1與a2應(yīng)滿足a1=2a2（即液壓缸內(nèi)徑d和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707d。為防止銑削后

3、工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，暫取背壓為0.5mpa，并取液壓缸機械效率。則液壓缸上的平衡方程故液壓缸無桿腔的有效面積： 液壓缸內(nèi)徑： 按標準值取d=80mm；因為a1=2a2，故活塞桿直徑d=0.707d=56mm。則液壓缸有效面積為：液壓缸在不同階段的壓力、流量、功率工作階段計算公式推力f（n）回油腔壓力p2（mpa）工作腔壓力p1（mpa）輸入流量q(l/min)輸入功率p（kw）快進6661.050.559.8480.542工進117770.50.4892.5121.228快退6660.30.61410.2480.6294擬定液壓系統(tǒng)圖 1）確定供油方式 考慮到該機床在工作

4、進給時負載較大，速度較低。而在快進、快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用變量泵供油?，F(xiàn)采用限壓式變量葉片泵。 2）調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用調(diào)速閥或節(jié)流閥，根據(jù)銑削類機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，決定采用限壓式變量葉片泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回路上，具有承受負切削力的能力。 3）速度換接方式的選擇 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高提高速度的換接平

5、穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。 4）夾緊回路的選擇 用三位四通電磁閥來控制夾緊、松開、換向的動作，考慮到夾緊力的保持，所以接入蓄能器保壓。在該回路中裝有壓力繼電器，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 最后把所選用的液壓回路組合起來，即可合成下圖所示的液壓系統(tǒng)圖。5）液壓系統(tǒng)的控制電路 該電路通過開關(guān)來控制電路的啟動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動停止，通過行程開關(guān)控制定位、夾緊、快進、工進、快退、停止，用時間繼電器來實現(xiàn)進給后的遠處停留，用中間繼電器來實現(xiàn)對電路的自鎖、互鎖和保護。將所選用的電器原件連接起來就形成了如下的電器控制圖。6）電器控制的動作過程 （1）定位：按下按鈕sb1，則線圈km1

6、得電，km1主觸頭閉合，液壓泵啟動，km1輔助常開觸頭閉合，實現(xiàn)自鎖。同時，ya4得電，使電磁閥1hf推向左側(cè)，于是液壓泵打出的壓力油經(jīng)1hf流入液壓缸左腔，右腔流出的有經(jīng)1hf流回油箱，使液壓缸3右移，壓下行程開關(guān)sq1，定位結(jié)束。（2）夾緊：當油缸3壓下壓下行程開關(guān)sq1時，則ka1、ya3得電。ka1得電，使ka1常開觸電閉合，常閉觸電斷開，使ya4斷開，ya3得電，使電磁閥2hf推向右側(cè)，于是液壓泵打出的壓力油經(jīng)2hf流入液壓缸2的左腔，右腔流出的油經(jīng)2hf流入油箱，使液壓缸2右移，壓下行程開關(guān)sq3，加緊結(jié)束。（3）快進：當油缸2壓下行程開關(guān)sq3時，則ya5得電，使電磁閥3hf推向

7、右側(cè)，于是液壓泵打出的壓力油經(jīng)3hf流入液壓缸1的左側(cè)，右腔流出的油經(jīng)4hf、3hf流回油箱，使液壓缸1向右移動，液壓缸快進。（4）工進：當油缸1快進壓下行程開關(guān)sq5時，則ka2、ya7得電。ka2得電，使ka2常開觸點閉合，實現(xiàn)自鎖。ya7得電，使電磁閥4hf推向左側(cè)，此時從液壓缸1右腔流出的油必須經(jīng)過調(diào)速閥、3hf后，流回油箱，液壓缸1實現(xiàn)工進。（5）停留：當液壓缸1工進壓下行程開關(guān)sq6，使得sq6常閉觸電斷開，則ya5斷電，液壓缸1停止。同時時間繼電器kt得電，開始延時，液壓缸1停留。（6）快退：當時間繼電器延時時間到，則kt常開觸電閉合，使ka3、ya6得電。ka3得電，實現(xiàn)自鎖，

8、使ya5、ya7、kt斷電。ya6得電，使電磁閥3hf推向左側(cè)，此時，液壓泵打出的壓力油經(jīng)3hf、4hf流入液壓缸1的右側(cè)，左側(cè)流入的壓力油經(jīng)3hf流回油箱，使液壓缸1向左移動，液壓缸1快退。（7）原位停止：當液壓缸1快退壓下行程開關(guān)sq4時，使ya6斷電，此時由于ya7也斷電，所以液壓缸1停止。（8）夾緊松開：當液壓缸1壓下行程開關(guān)sq4時，使ka4、ya1得電。ka4得電，使ka4常開觸電閉合。ya1得電，使電磁閥2hf推向左側(cè)，使壓力油經(jīng)2hf流入液壓缸2的右側(cè)，左側(cè)流出的壓力油經(jīng)2hf流回油箱，使液壓缸2向左移動，加緊松開。（9）當液壓缸2后退壓下行程開關(guān)sq2時，由于ka4保持得電，

9、ka4常開觸電保持閉合，則線圈ka5得電，使ka5常開觸電閉合，常閉觸電斷開，使km1、ka3、ka4斷電，ka4斷電，ka4常開觸電斷開，使得ka5斷電，動作停止。5plc設(shè)計 選用c20p歐姆龍式plc。12個輸入端子，8個輸出端子。 （1）i/o端子接線圖：（2）梯形圖（3）語句0000 ld 00000001 or 05000002 and not 10040003 out 05000004 ld 05000005 and not 1000 0006 and not 10030007 out 05040008 ld 00010009 or 10000010 and not 100300

10、11 out 05030012 out 10000013 ld 00030014 and not 10020015 and not 00060016 out 05050017 ld 00050018 or 10010019 and not 10020020 out 05070021 out 10010022 ld 00060023 and not 10020024 tim 00 #06000025 ld tim000026 or 10020027 and not 10040028 out 10020029 ld 10020030 and not 00040031 out 10020032 ld

11、 10020033 and not 00040034 out 05060035 ld 10020036 and 00040037 out 10030038 ld 10030039 and not 00020040 out 05010041 ld 00020042 and 10030043 out 10040044 end5選擇液壓元件(1)液壓泵的選擇1)泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 pp液壓泵最大工作壓力； p1執(zhí)行元件最大工作壓力； p進油管路中的壓力損失，取0.5mpa。上述計算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段

12、出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足pn(1.251.6) pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中pn =1.25 pp=3.75mpa。 2)泵的流量確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為qp液壓泵的最大流量；(q)min同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量23lmin； kl系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取kl=1.11.3，現(xiàn)取kl=1.2。3)選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的pp和qp，再查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)選用yb120限壓式變量泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量q20l/r,泵的額

13、定壓力pn6.3mpa,電動機轉(zhuǎn)速nh1450r/min, 容積效率0.9，驅(qū)動功率2.6kw (2)選擇液壓控制閥根據(jù)閥類及輔助元件所有油路的最大壓力和通過最大試驗流量，選出這些液壓元件。1.三位四通電磁閥按最大流量取30根據(jù)表選取型號：24d-b20c2.二位二通電磁閥取預(yù)定流量為30，額定壓力31.5mpa，額定壓降0.1mpa選取型號：23d-b20h-73.溢流閥根據(jù)最大流量選擇yf-120b根據(jù)閥類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，可以選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表液壓元件選擇列表序 號元 件 名 稱額定流量/lmin-1型 號1變量葉片泵30yb1-4

14、02三位四通電磁閥3024d-b20c3三位四通電磁閥3024d-b20c4溢流閥40yf-120b5三位四通電磁閥3024d-b20c6二位二通電磁閥3023d-b20h-7(3)確定油管直徑及管接頭各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、輸出的最大流量計算。由于液壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算如表所示液壓缸的進、出流量和運動速度流量、速度快進工進快退輸入流量/(l/min)排出流量/(l/min)運動速度/(m/min)由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號、規(guī)格適合。由表可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3mpa，油管中的流速

15、取3m/s。所以按公式可計算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：查表，同時考慮制作方便，選182（外徑18mm,壁厚2mm）的10號冷拔無縫鋼管（yb23_70）（4）確定油箱容量油箱容積按液壓傳動公式估算，當取為7時，求得其容積按jb/t7938-1999規(guī)定，取標準值v=200l。6.液壓系統(tǒng)性能驗算（1）壓力損失1）快進滑臺快進時，液壓缸差動連接，通過電液換向閥2的流量是26.1l/min，然后與液壓缸的有桿腔的回油匯合，以流量53.26l/min通過行程閥3并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為此值不大，不會使壓力閥開啟，故能確保泵的流量全部進入液壓缸。回油路上，液壓缸有桿腔中的

16、油液通過電液換向閥2的流量是27.16l/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力p2和無桿腔壓力p1之差。此值小于原估計值0.5mpa,所以是偏安全的。 2）工進工進時，油液在進油路上通過電液換向閥2的流量為0.5l/min，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5mpa；油液在回油路上通過換向閥2的流量為0.25l/min，因此這時液壓缸回油腔壓力為 此值小于原估計值0.5mpa,故符合要求。 3）快退 快退時，通過換向閥2的流量為26.1l/min；油液在回路上通過換向閥2的流量都是51.18l/min。一次進油路上的總壓降為：此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機

17、的功率是足夠的。回油路上的總壓降是所以，快退時液壓泵的最大工作壓力： (2)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進的情況來計算。工進時液壓缸的有效功率為： 輸入功率：由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：油箱散熱面積為：溫升近似值如下：溫升沒有超出范圍，液壓系統(tǒng)中不需設(shè)置冷卻器。四設(shè)計小結(jié) 經(jīng)過兩周的努力，我終于完成了機電液課程設(shè)計的任務(wù)，在兩周的設(shè)計過程中，我受益匪淺。首先，本次設(shè)計是對我專業(yè)知識的一次鞏固與提高。機電液涉及了機械、電氣、液壓三門學(xué)科，也是機械領(lǐng)域的三個主要學(xué)科，本次設(shè)計的重點在電氣與液壓控制。通過設(shè)計，我熟悉了液壓控制系統(tǒng)的工作過

18、程、液壓元件的選擇使用，以及將plc與液壓系統(tǒng)相結(jié)合實現(xiàn)控制過程。在本次任務(wù)中，我的主要分工是設(shè)計方案的計算分析。包括液壓缸的負載分析、液壓缸參數(shù)的確定、液壓元件的選擇。根據(jù)我們組的任務(wù)要求，參考書上的計算過程，我完成了此項任務(wù)。計算的過程并不是一帆風順，好多地方需要標準、規(guī)范、手冊等等，稍不注意就會出現(xiàn)錯誤，要反復(fù)計算，大大培養(yǎng)了我的耐心和細心，培養(yǎng)了我機械設(shè)計的基本技能和獲取相關(guān)信息的能力。有些數(shù)值的選取，雖說是小問題，但在機械設(shè)計中卻不容忽視。在液壓系統(tǒng)的主控制線路設(shè)計中，我們重新溫習了液壓與氣壓傳動的知識，在plc設(shè)計過程中，我們復(fù)習了機電傳動控制的相關(guān)內(nèi)容。怎樣按要求實現(xiàn)液壓傳動要求，怎樣用可編程控制器實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)地控制，這些問題的解決，讓我們對知識的跨學(xué)科應(yīng)用能力大大增加。其次，兩周的課程設(shè)計，也是對團隊精神的考察。機電液課程設(shè)計是一項大工程，需要大家共同完成，有分工，也有合作。我們組一共四個人，我負責液壓泵及液壓元件的選取計算，王立鵬負責液壓控制及電路設(shè)