機電液課程設計說明書終極版

1、機 電 液 課 程 設 計題目:設計一臺加工氣缸底面鉆床的機電液控制系統(tǒng)班 級 學 號:機械 133班所 在 學 院:機械工程學院姓名:毛俊豪 李佳翱 黃益聰 陳仲恒 文銀 寇廣鵬指 導 教 師:董華軍結 束 日 期: 2016年 7 月 19 日目錄前言 . 1. 設計內容與設計要求：. 2. 設計方法與步驟 . 第一章 鉆床機械系統(tǒng)的設計與計算. . 1. 鉆床整體分布圖 . 2. 機械部分相關參數(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構設計. . 1. 液壓泵和電動機的選擇. 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)的設計與計算. . 1. 電磁閥磁鐵動作表. 2. 電磁閥磁鐵運動過程. 3. 控制系統(tǒng) . 總結 . 參考文獻 . 前言液壓系統(tǒng)是以電機提供動力基礎，使用液壓泵將機械能轉化為壓力，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用，而且越來越先進的設備，其應用液壓的部分就愈多。所以像我們這樣的大學生學習和親手

3、設計一個液壓系統(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)往復運動， 易于實現(xiàn)較大范圍的無級變速，傳遞運動平穩(wěn)，可實現(xiàn)快速而且無沖擊，與機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)標準化，系列化。而且隨著可編程控制器（plc ）技術的發(fā)展，把plc控制技術應用于起重機液壓裝置的控制中，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)的可擴展性。1. 設計內容與設計要求：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、件加緊進給缸快進進給缸工進進給缸快退到原位工件松開拔出定位銷。2設計參數(shù)工件的定位、加緊都采用液壓控制，運動部件重質量為9800 n?？焱伺c快進速度都為 6 m/min ， 快進行程為 100 mm ， 工進速度為 601000 mm/min ，工進行程為 50 mm ,最大切削力為 30468 n ，采用平面導軌，往復運動加減速時間為 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設計任務（1） 對系統(tǒng)進行工況分析 （含負載分析、速度循環(huán)分析、負載循環(huán)分析）；（2）按要求計算和設計液壓系統(tǒng)，并繪制液壓系統(tǒng)圖；（3）繪制進給液壓缸裝

5、配圖和油箱裝配圖（含電動機與液壓泵的連接等）; （4） 編寫設計說明書一份（含液壓系統(tǒng)設計、控制線路設計、直流電機調速實驗報告等） ; 2. 設計方法與步驟首先對機電液系統(tǒng)功能進行分解，綜合應用機械技術，電子技術和液壓與氣壓傳動技術的各自優(yōu)勢， 力求系統(tǒng)結構構成簡單模塊化。 設計策略如下：（1）減少機械傳動部件，使機械結構簡化，體積減小，提高系統(tǒng)動態(tài)性能與運動精度；（2）注意選用標準、通用的功能模塊，避免功能模塊在低水平上重新設計，提高系統(tǒng)在模塊級上的可靠性，加快設計開發(fā)進度；（3） 充分應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)為核心的設計

6、方案；第一章鉆床機械系統(tǒng)的設計與計算機械系統(tǒng)是機電液系統(tǒng)的最基本要素，主要包括執(zhí)行機構、傳動機構和支撐部件。機械的主要功能是完成機械運動，一部機器必須完成相互協(xié)調的若干機械運動。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，所以設計成臥式機床，鉆臺移動進給，夾具采用雙缸夾緊，四爪卡盤，這樣可以實現(xiàn)夾緊和定位，鉆床關鍵部位分布圖見圖1-1 。圖 1-1 鉆床整體分布圖2. 機械部分相關參數(shù)計算各部件質量、位移、速度和力的大小。鉆床的工進、快進、夾緊都屬于機械移動系統(tǒng)，故可按運動學方程計算各參數(shù)。移動部件總質量?總=980?快進加速度大小?快進=0.5?/?運動部件總重g= 9800n

7、快進、快退速度?快進=?快退= 100?/?快進行程?快進=100?工進速度?工進=117?/?工進行程?工進=50?工進時阻力（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、快退和工作進給，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，詳細見圖 1-3 和圖 1-4 。表 1-2 工作缸在各工作階段的負載工況負載組成負載值 f/n 啟動f =?1+?+?+?4686 加速f

8、=?2+?+?+?3886 快進f=?2+?2186 工進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)的設計與計算液壓系統(tǒng)的設計與主機的設計是密切相關的，首先應滿足主機的功能要求：主機拖動、動作要求、循環(huán)要求等；其次還應符合結構組成簡單、工作安全可靠、使用維護方便、體積小重量輕等要求。因此，液壓系統(tǒng)的設計應遵循從總體到細部的原則，首先從分析機械系統(tǒng)開始，充分理解、分析設計要求，然后做出液壓系統(tǒng)總體方案設計，設計出液壓系統(tǒng)原理圖，并對液壓系統(tǒng)中所涉及到的液壓元件進行選擇。1. 工作液壓缸的計算和選擇工作負載?= 30468?液

9、壓缸所需推動負載總質量m ：g= 9800nm=?=98009.8= 1000?（2-1）計算慣性力：液壓缸推動鉆臺運動時有速度變換，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?？爝M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 型結構密封，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）運行時：?2=?12=16002= 800?（2-4）計算導軌摩擦阻力： 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?。動力滑臺要求快進快退速度相等，則液壓缸可選單活塞桿式。并在快進時作差動連接，這無桿腔工作面積?1應為有桿腔工作面積?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 圓整成標準值為：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給運動，在確定油缸活塞面積?1之后還必須按最低進給速度驗算油缸尺寸，即油缸有效工作面積?1應滿足：?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）取標準值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：設管道中壓力損失為 , 差動連接時出口壓力比進口壓力高出，液壓缸的機械效率取?=0.96快進：?進口?1-?出口?2=? ?（2-20）?進口+0.3=?出口則：?進口= 0.6?出口= 0.9?工進：?工進進口?1-?工進出口?2=?總?（2-21）工進出口

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

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、負載、功率見圖2-2 表 2-2 各工況下液壓缸實際壓力、負載、功率工況負載? ?回油腔壓力?2/?進油腔壓力?1/?輸入流量q / 10- 3?3/?輸入功率p/ kw夾緊76170-快進啟動468609加速3886恒速2186工進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床為固定式機床，不存在外負載對系統(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，工作負載變化小，系統(tǒng)采用節(jié)流調速方式和開式循環(huán)，采用進油路節(jié)流調

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. 調速閥；第三章鉆床液壓元件

17、及液壓裝置的機構設計1. 液壓泵和電動機的選擇由表 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, 當液壓泵的轉速為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功率為有效功率的3 倍。查閱機械設計手冊取電動機型號為y

18、112m-6型電動機，額定功率為，額定轉速為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、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、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，結果表3-2 所示：表 3-2 液壓缸的進、出流量工況快進工進快退輸入流量 /（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 調速閥5016axqf e10b運動速度/(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動速度符合設計要求。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，取最靠近的標準值v=250l 。第四章鉆床控制系統(tǒng)的設計與計算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轉換主令夾緊-+-sb2快進+-sb4工進+-+-sb6快退-+-sb5松開-+sb3停止-sb72. 電磁閥磁鐵運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 sb40004繼電器 ya60506快退 sb50005電動機0500工進 sb60006a. 夾緊：ya5得電，壓力油經(jīng)過調速閥17 進入夾緊缸的下腔， 推動活塞桿向上運動，回油通過單向閥13 流入油箱，實現(xiàn)夾緊。b. 快進：ya1得電，壓力油通過油管到達主液壓缸無桿腔，液控單向閥4 關閉，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，主液壓缸向上運動。c. 工進：ya1 、ya3得電，壓力油通過調速閥9 進

24、入主液壓缸無桿腔，主液壓缸向上運動；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。液控單向閥的調定壓力應大于無負載時的壓力油壓力，小于有負載時的壓力油壓力。d. 快退：ya2得電，壓力油經(jīng)過油管到達主液壓缸有桿腔，回油通過單向閥 7 流回油箱，主液壓缸向下運動。e. 松開：ya6得電，壓力油進入夾緊缸的上腔，推動活塞桿向下運動，回油流經(jīng)調速閥 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夾緊延時電動機啟動控制tim00#001005000003放松延時tim01圖 4-4 plc程序梯形圖sb1sb2sb7sb3sb4sb5sb60002000300040005000600070001com+_36vc20pkmya1ya2ya3ya5ya6com380v050005020503