機(jī)電液課程設(shè)計說明書終極版

1、機(jī) 電 液 課 程 設(shè) 計題目:設(shè)計一臺加工氣缸底面鉆床的機(jī)電液控制系統(tǒng)班 級 學(xué) 號:機(jī)械 133班所 在 學(xué) 院:機(jī)械工程學(xué)院姓名:毛俊豪 李佳翱 黃益聰 陳仲恒 文銀 寇廣鵬指 導(dǎo) 教 師:董華軍結(jié) 束 日 期: 2016年 7 月 19 日目錄前言 . 1. 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求：. 2. 設(shè)計方法與步驟 . 第一章 鉆床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計與計算. . 1. 鉆床整體分布圖 . 2. 機(jī)械部分相關(guān)參數(shù). 3. 同工況下液壓缸載荷和速度的分布. 第二章 鉆床液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算. . 1. 工作液壓缸的計算和選擇. 2. 夾緊缸的計算和選擇. 3. 工況分析 . 4. 擬定液壓原理圖 . 第三

2、章 鉆床液壓元件及液壓裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計. . 1. 液壓泵和電動機(jī)的選擇. 2. 閥類元件的選擇 . 3. 油管 . 4. 油箱的選擇 . 第四章 鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計與計算. . 1. 電磁閥磁鐵動作表. 2. 電磁閥磁鐵運(yùn)動過程. 3. 控制系統(tǒng) . 總結(jié) . 參考文獻(xiàn) . 前言液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程，不同方向的動作。完成設(shè)備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到越來越廣泛的應(yīng)用，而且越來越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓的部分就愈多。所以像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手

3、設(shè)計一個液壓系統(tǒng)是非常有意義的。液壓傳動是用液體來傳遞能量，具有以下幾個優(yōu)點：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動， 易于實現(xiàn)較大范圍的無級變速，傳遞運(yùn)動平穩(wěn)，可實現(xiàn)快速而且無沖擊，與機(jī)械傳動相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動潤滑、元件壽命較長，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。而且隨著可編程控制器（plc ）技術(shù)的發(fā)展，把plc控制技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)液壓裝置的控制中，取代原有的液壓裝置控制線路。簡化了電器控制電路，提高了可靠性，取得了很好的使用效果。并且易于修改控制程序，提高了控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。1. 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求：1. 控制要求：液壓系統(tǒng)要求完成的工作循環(huán)是：工件定位工

4、件加緊進(jìn)給缸快進(jìn)進(jìn)給缸工進(jìn)進(jìn)給缸快退到原位工件松開拔出定位銷。2設(shè)計參數(shù)工件的定位、加緊都采用液壓控制，運(yùn)動部件重質(zhì)量為9800 n?？焱伺c快進(jìn)速度都為 6 m/min ， 快進(jìn)行程為 100 mm ， 工進(jìn)速度為 601000 mm/min ，工進(jìn)行程為 50 mm ,最大切削力為 30468 n ，采用平面導(dǎo)軌，往復(fù)運(yùn)動加減速時間為 s ， 加緊力為 152340 n ， 采用兩個加緊缸，加緊缸行程為 20 mm ，加緊時間為 1 s 。3設(shè)計任務(wù)（1） 對系統(tǒng)進(jìn)行工況分析 （含負(fù)載分析、速度循環(huán)分析、負(fù)載循環(huán)分析）；（2）按要求計算和設(shè)計液壓系統(tǒng)，并繪制液壓系統(tǒng)圖；（3）繪制進(jìn)給液壓缸裝

5、配圖和油箱裝配圖（含電動機(jī)與液壓泵的連接等）; （4） 編寫設(shè)計說明書一份（含液壓系統(tǒng)設(shè)計、控制線路設(shè)計、直流電機(jī)調(diào)速實驗報告等） ; 2. 設(shè)計方法與步驟首先對機(jī)電液系統(tǒng)功能進(jìn)行分解，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)，電子技術(shù)和液壓與氣壓傳動技術(shù)的各自優(yōu)勢， 力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成簡單模塊化。 設(shè)計策略如下：（1）減少機(jī)械傳動部件，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化，體積減小，提高系統(tǒng)動態(tài)性能與運(yùn)動精度；（2）注意選用標(biāo)準(zhǔn)、通用的功能模塊，避免功能模塊在低水平上重新設(shè)計，提高系統(tǒng)在模塊級上的可靠性，加快設(shè)計開發(fā)進(jìn)度；（3） 充分應(yīng)用硬件功能軟件化原則， 使硬件組成最簡單，使系統(tǒng)只能化；（4）以液壓系統(tǒng)及 plc 控制系統(tǒng)為核心的設(shè)計

6、方案；第一章鉆床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計與計算機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)電液系統(tǒng)的最基本要素，主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和支撐部件。機(jī)械的主要功能是完成機(jī)械運(yùn)動，一部機(jī)器必須完成相互協(xié)調(diào)的若干機(jī)械運(yùn)動。1. 鉆床整體分布圖本鉆床是用來加工氣缸，在氣缸底部鉆孔，所以設(shè)計成臥式機(jī)床，鉆臺移動進(jìn)給，夾具采用雙缸夾緊，四爪卡盤，這樣可以實現(xiàn)夾緊和定位，鉆床關(guān)鍵部位分布圖見圖1-1 。圖 1-1 鉆床整體分布圖2. 機(jī)械部分相關(guān)參數(shù)計算各部件質(zhì)量、位移、速度和力的大小。鉆床的工進(jìn)、快進(jìn)、夾緊都屬于機(jī)械移動系統(tǒng)，故可按運(yùn)動學(xué)方程計算各參數(shù)。移動部件總質(zhì)量?總=980?快進(jìn)加速度大小?快進(jìn)=0.5?/?運(yùn)動部件總重g= 9800n

7、快進(jìn)、快退速度?快進(jìn)=?快退= 100?/?快進(jìn)行程?快進(jìn)=100?工進(jìn)速度?工進(jìn)=117?/?工進(jìn)行程?工進(jìn)=50?工進(jìn)時阻力（切削力）?=30468?夾緊力?夾緊=152340?夾緊行程?夾緊=20?夾緊速度?夾緊=20?/?3. 同工況下液壓缸載荷和速度的分布液壓缸推動鉆臺移動，實現(xiàn)快進(jìn)、快退和工作進(jìn)給，液壓缸受到的載荷隨工況變化而變化，而且啟動時受到的摩擦力為靜摩擦，運(yùn)行后為動摩擦，計算過程見表1-2，隨工況變化，液壓缸受到的作用力和速度均在變化，詳細(xì)見圖 1-3 和圖 1-4 。表 1-2 工作缸在各工作階段的負(fù)載工況負(fù)載組成負(fù)載值 f/n 啟動f =?1+?+?+?4686 加速f

8、=?2+?+?+?3886 快進(jìn)f=?2+?2186 工進(jìn)f =?+?+?+?233846 快退f=?2+?2186 圖 1-3 速度圖圖 1-4 受力圖第二章鉆床液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計與主機(jī)的設(shè)計是密切相關(guān)的，首先應(yīng)滿足主機(jī)的功能要求：主機(jī)拖動、動作要求、循環(huán)要求等；其次還應(yīng)符合結(jié)構(gòu)組成簡單、工作安全可靠、使用維護(hù)方便、體積小重量輕等要求。因此，液壓系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循從總體到細(xì)部的原則，首先從分析機(jī)械系統(tǒng)開始，充分理解、分析設(shè)計要求，然后做出液壓系統(tǒng)總體方案設(shè)計，設(shè)計出液壓系統(tǒng)原理圖，并對液壓系統(tǒng)中所涉及到的液壓元件進(jìn)行選擇。1. 工作液壓缸的計算和選擇工作負(fù)載?= 30468?液

9、壓缸所需推動負(fù)載總質(zhì)量m ：g= 9800nm=?=98009.8= 1000?（2-1）計算慣性力：液壓缸推動鉆臺運(yùn)動時有速度變換，則會帶來慣性力，根據(jù)牛頓第二定律可知其慣性力可由公式f= m? a計算。快進(jìn)時速度最大變化量 : ?v= 0.1m / s速度變化時間：?t= 0.2s則慣性力為：?=?=? (?) = 1000 ?(0.10.2) = 500?（2-2）計算密封阻力： 缸的密封阻力折算為密封阻力所需的等效壓力乘以液壓缸有效面積，采用y 型結(jié)構(gòu)密封，則等效密封壓力?=0.2?；缸的有效面積粗估值為 80?2則密封力為：啟動時：?1=?1= 2 ? 105? 80 ?10- 4=

10、 1600?（2-3）運(yùn)行時：?2=?12=16002= 800?（2-4）計算導(dǎo)軌摩擦阻力： v 形塊夾角?。?90，取摩擦系數(shù) = 0.1，則摩擦阻力?為：?=?sin?2?=1386?（2-5）計算回油背壓阻力? : 液壓缸運(yùn)行中位了防止液壓缸受外力作用而滑動需要在回油路上設(shè)置一定的壓力，壓力作用在無桿腔。背壓壓力?取?=0.3?。動力滑臺要求快進(jìn)快退速度相等，則液壓缸可選單活塞桿式。并在快進(jìn)時作差動連接，這無桿腔工作面積?1應(yīng)為有桿腔工作面積?2的兩倍，即?1?2?=2。則有桿腔面積?2= 40?2背壓阻力?為：?=? (?1-?2) = 1200n（2-6）則作用在活塞缸上總載荷f=

11、?+?+?+?= 30468+ 800 + 1386 + 1200 = 33584? (2-7）鉆床為半精加工機(jī)床，系統(tǒng)工作壓力取p= 4mpa。則無桿腔有效面積?1為：?1=?= 0.0084?2（2-8）d= 4?1?= 40.008463.14= 0.1038?（2-9）有桿腔面積?2為：d =? 2=0.10381.414= 0.7276?（2-10）直徑按 gb/t2348 2001 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值為：d= 100mmd = 70mm行程 l = 200mm液壓缸各腔實際面積為：?1=?24= 7850?2（2-11）?2=?24= 3846.5?2（2-12）計算實際工作壓力：?實=

12、?1= 4.3?（2-13）由于鉆床工作時需做低速進(jìn)給運(yùn)動，在確定油缸活塞面積?1之后還必須按最低進(jìn)給速度驗算油缸尺寸，即油缸有效工作面積?1應(yīng)滿足：?1?（2-14）式中：?為流量閥最小穩(wěn)定流量取 50ml/ min?活塞最低進(jìn)給速度取 60mm / min0.836050?1滿足條件2. 夾緊缸的計算和選擇夾緊時負(fù)載?=1523402= 76170n（2-15）管道中沿程壓力損失按計算回油背壓壓力?= 0.3mpa工作壓力p= 4.3mpa有 效 工 作 面 積?1=?-?=761704 106= 0.01904?2（2-16）計 算 無 桿 腔 直 徑d= 4?1?= 40.019043

13、.14= 0.155?（2-17）取標(biāo)準(zhǔn)值d= 160mm有桿腔液壓桿直徑d = 50 mm則無桿腔面 積?1=?24= 200?2（2-18）有 桿 腔 面 積?2=?(?2-?2)4= 180?2（2-19）夾緊缸行程?夾緊=40?3. 工況分析液壓系統(tǒng)要求完成的工作循環(huán)見圖2-1 。圖 2-1 工作循環(huán)圖計算各工況所需要的油源壓力：設(shè)管道中壓力損失為 , 差動連接時出口壓力比進(jìn)口壓力高出，液壓缸的機(jī)械效率取?=0.96快進(jìn)：?進(jìn)口?1-?出口?2=? ?（2-20）?進(jìn)口+0.3=?出口則：?進(jìn)口= 0.6?出口= 0.9?工進(jìn)：?工進(jìn)進(jìn)口?1-?工進(jìn)出口?2=?總?（2-21）工進(jìn)出口

14、壓力為背壓壓力取則：?工進(jìn)進(jìn)口= 4.5?工件加緊工件定位進(jìn) 給 缸 快進(jìn)進(jìn) 給 缸工進(jìn)快 進(jìn) 缸 退回到 原位工件松開拔出定位銷快退：?進(jìn)口?2-?出口?1=? ?（2-22）出口壓力也為背壓壓力則：?進(jìn)口= 1.2?夾緊：夾緊時壓力與工進(jìn)時壓力相等。計算各工況所需流量：快進(jìn)時采用差動連接，液壓缸速度為100? ?快進(jìn)= (?1-?2) ?快進(jìn)（2-23）?快進(jìn)= 1004003.5 = 400.35? ?經(jīng)單位換算后得：?快進(jìn)= 24.021? ?工 進(jìn) 時 ：?工進(jìn)=?1?工進(jìn)（2-24）?工進(jìn)= 78509 = 70? ?經(jīng)單位換算后得：?工進(jìn)= 4.2? ?快退時與快進(jìn)時所需流量一樣

15、?快退=24.021? ?夾緊：?夾緊= 2?1?夾緊（2-25）?夾緊= 48? ?經(jīng)過分析計算得出各工況下液壓缸實際壓力、負(fù)載、功率見圖2-2 表 2-2 各工況下液壓缸實際壓力、負(fù)載、功率工況負(fù)載? ?回油腔壓力?2/?進(jìn)油腔壓力?1/?輸入流量q / 10- 3?3/?輸入功率p/ kw夾緊76170-快進(jìn)啟動468609加速3886恒速2186工進(jìn)33846快退啟動4686加速3886恒速2186松開048-4. 擬定液壓原理圖由于該機(jī)床為固定式機(jī)床，不存在外負(fù)載對系統(tǒng)做功的工況，且液壓系統(tǒng)的功率較小，鉆臺移動速度較低，工作負(fù)載變化小，系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速方式和開式循環(huán)，采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)

16、速回路。從表 2-2 可知液壓缸要求油源交替的提供低壓大流量和高壓小流量，夾緊缸只有在夾緊一瞬間才需要高壓，所以采用大小兩個液壓泵自動兩級并聯(lián)供油的供油方案。液壓原理圖見圖2-3。1234567891011121314151617圖 2-3 液壓系統(tǒng)原理圖1. 液壓泵；2. 單向閥；3. 溢流閥；4. 順序閥；5. 溢流閥；6. 單向閥；7. 單向閥；8. 三 位 五 通 液 電 換向閥；9. 調(diào)速閥；10. 二 位 二 通 換 向閥；11工作液壓缸；12. 液控溢流閥；13. 單向閥；14. 三 位 四 通 換 向閥；15. 夾緊液壓缸；16. 夾緊液壓缸；17. 調(diào)速閥；第三章鉆床液壓元件

17、及液壓裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計1. 液壓泵和電動機(jī)的選擇由表 2-2 可知系統(tǒng)所需流量的最大值與最小值相差8 倍，且需要高壓小流量低壓大流量，所以采用雙泵供油，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取pv2r12-6/52 型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6ml/r 和 41ml/r, 當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為940/ minpnr時，其理論流量為min，若取液壓泵容積效率 = ?=( 6+ 52)9601000= 54.76? ?（3-1）由表 2-2 可知在工進(jìn)時所需功率最大為，考慮到液壓管道中的能量損失和液壓系統(tǒng)的泄露、元件的效率取電動機(jī)功率為有效功率的3 倍。查閱機(jī)械設(shè)計手冊取電動機(jī)型號為y

18、112m-6型電動機(jī)，額定功率為，額定轉(zhuǎn)速為940r/min ，額定電壓為 380v。2. 閥類元件的選擇液壓系統(tǒng)的核心部件確定之后還要對其他組成元件進(jìn)行選擇，考慮到對性能的要求和維修的便捷選取通用的閥類元件，各元件的名稱和參數(shù)見表3-1 。序號元件名稱額定流量 /（ l/min ）額定壓力1/pmpa型號規(guī)格1 雙聯(lián)葉片液壓泵pv2r12-6/522 單向閥6316af3ea10b3 溢流閥6316ye3 e10b4 順序閥6316xf3 e10b5 溢流閥6316ye3 e10b6 單向閥6316af3ea10b7 單向閥6316af3ea10b表 3-1 各元件的規(guī)格3. 油管各元件間連

19、接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出管則按輸入、排除的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，結(jié)果表3-2 所示：表 3-2 液壓缸的進(jìn)、出流量工況快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量 /（l/min ）q1=a1qpa1- a2=78.524.078.5 - 38.46= 47.05q1= 4.2q1= 24.0排出流量 /（l/min ）q2=a2q1a1=38.46 47.0578.5= 23.05q2=a1q1a2=78.5 4.238.46= 2.1q2=a2q1a1=24.0 38.4678.5= 11.88 三位五通電液閥

20、801635dye3y e10b9 調(diào)速閥5016axqf e10b10 二位二通換向閥6416-11 工作液壓缸-12 液控卸荷溢流閥6416-13 單向閥6416af3ea10b14 三位四通換向閥642034sm-b20h-t/w15 夾緊液壓缸-16 夾緊液壓缸-17 調(diào)速閥5016axqf e10b運(yùn)動速度/(m/min)v1=qpa1- a2=24.0 1078.5- 38.46= 5.99v1=qpa1=4.2 1078.5= 0.53v1=q1a2=24.0 1038.46= 5.89由上表可以看出， 液壓缸在各個工作階段的實際運(yùn)動速度符合設(shè)計要求。根據(jù)上表的數(shù)值， 并按推薦取

21、油液在壓油管的流速v=3m/s，液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為d = 2 q/( v ) = 2 (47.05 106/ 60)/( 3 103) = 18.24mm（3-2）d = 2 (24.0 106/ 60)/( 3 103) = 13.46mm（3-3）這兩根油管都按gb/t2351 2005 選用內(nèi)徑=20mm 、外徑=24mm 的冷拔鋼管。4. 油箱的選擇油箱必須有足夠大的容量，以保持系統(tǒng)工作時能保證一定的高度，在最高液面上要留出等于油液容量的10% 15% 的空氣容量，本系統(tǒng)管路較短不必考慮液壓系統(tǒng)停止工作時油液自由流回油箱的體積，按照經(jīng)驗公式確定油箱容積：油箱容量經(jīng)

22、驗公式為：v= a q（3-4）對于低壓系統(tǒng) a 取 24 v= 4 48= 192l按 gb/t7938 1999 規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值v=250l 。第四章鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計與計算1. 電磁閥磁鐵動作表液壓系統(tǒng)要完成夾緊、快進(jìn)等工況，根據(jù)液壓原理圖，各工況下按鈕和換向閥的動作如表4-1 所示。表 4-1 電磁閥動作順序表電磁鐵工況ya1ya2ya3ya5ya6轉(zhuǎn)換主令夾緊-+-sb2快進(jìn)+-sb4工進(jìn)+-+-sb6快退-+-sb5松開-+sb3停止-sb72. 電磁閥磁鐵運(yùn)動過程輸入輸出接口在控制系統(tǒng)（plc ）中的位點見表 4-2 表 4-2 輸入輸出點輸入電器輸入點輸出電器輸出點啟動

23、按鈕sb10001繼電器 ya10501停止按鈕sb70007繼電器 ya20502夾緊 sb20002繼電器 ya30503松開 sb30003繼電器 ya50505快進(jìn) sb40004繼電器 ya60506快退 sb50005電動機(jī)0500工進(jìn) sb60006a. 夾緊：ya5得電，壓力油經(jīng)過調(diào)速閥17 進(jìn)入夾緊缸的下腔， 推動活塞桿向上運(yùn)動，回油通過單向閥13 流入油箱，實現(xiàn)夾緊。b. 快進(jìn)：ya1得電，壓力油通過油管到達(dá)主液壓缸無桿腔，液控單向閥4 關(guān)閉，回油通過單向閥6 與壓力油相連接，實現(xiàn)差動連接，實現(xiàn)快進(jìn)，主液壓缸向上運(yùn)動。c. 工進(jìn)：ya1 、ya3得電，壓力油通過調(diào)速閥9 進(jìn)

24、入主液壓缸無桿腔，主液壓缸向上運(yùn)動；此時液控單向單向閥4 開啟，回油通過液控單向閥4 流經(jīng)溢流閥 5 流入油箱。液控單向閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于無負(fù)載時的壓力油壓力，小于有負(fù)載時的壓力油壓力。d. 快退：ya2得電，壓力油經(jīng)過油管到達(dá)主液壓缸有桿腔，回油通過單向閥 7 流回油箱，主液壓缸向下運(yùn)動。e. 松開：ya6得電，壓力油進(jìn)入夾緊缸的上腔，推動活塞桿向下運(yùn)動，回油流經(jīng)調(diào)速閥 17 單向閥 13 流入油箱，實現(xiàn)松開。3. 控制系統(tǒng)鉆床液壓系統(tǒng)功能簡單所需要的控制接口少，由此使用通用型c20p型plc ，plc 的接線端子圖、 t形圖、語句變分別見圖4-3 、圖 4-4 、表 4-5 。0500#00100500tim00050605050500tim01050505060500000405010503050000050502050000060503夾緊 ya5放松 ya6ya1ya2ya305000002050000060500夾緊延時電動機(jī)啟動控制tim00#001005000003放松延時tim01圖 4-4 plc程序梯形圖sb1sb2sb7sb3sb4sb5sb60002000300040005000600070001com+_36vc20pkmya1ya2ya3ya5ya6com380v050005020503