機電液課程設計報告(全套)

1、一、題目柴油機搖臂軸座自動線雙面銃床液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設計二、設計要求設計柴油機搖臂軸座自動線雙面銃床液壓系統(tǒng)要求該液壓系統(tǒng)完成動作：定位一一夾 緊一一快進一一工進一一停留一一,抉退一一原位停止一一松開。進給速度可調且運動平穩(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/rnin；摩擦力是600N。三、設計方案分析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，導軌動摩擦力。軸

2、向切削力Fl=10000N摩擦力Ff二6007設液壓缸的機械效率“皿二。,則液壓缸在各階段的總機械負載可以算出F/N 八、11777666100S/mm666負載圖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F/嘰快進F=F f600666工進F = (Ff+F)1060011777快退F= Ff6006662.繪制液壓缸負載圖和速度圖根據負載計算結果和已知各階段的速度.可以繪制出負載圖(F-S)和速度圖(V-S)3.初步確定液壓缸參數組合機床液壓系統(tǒng)的最大負載約為12000N.初選液壓缸的設計壓力Pl=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

3、用單桿式的， 液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應滿足A1=2A2 （即液壓缸徑D和活寒桿直徑 d應滿足：d二0.707D。為防止錢削后工件突然前沖，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m =0.9 o則液壓缸上的平衡方程PAX= PA2 +故液壓缸無桿腔的有效面積：117773xlO6-O.5xO.5xlO6= 42.83GW2液壓缸徑：按標準值取D=80mm；因為A1=2A2,故活塞桿直徑d二0. 707D二56nun。則液壓缸有 效面積為：A, =-D2 =-x802 = 50.24GW244A. =-(D2-J2) = - (802 -562)

4、 = 25.62CM244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Pl (MPa)輸入流量 q(L/min)輸入功率P (KW)快 進F +沁 1州-人2q = v(Ax-A2)p = Rq6661.050. 559. 8480. 542工 進，_ A p = P117770.50.4892.5121.228快 退q = A2v P = Rq6660.30.61410. 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

5、慮，泵源系統(tǒng)宜選用變量泵供油。現采用限壓式變量葉片 泵。2) 調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速閥或節(jié)流閥，根據 銃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 片泵和調速閥組成的容積節(jié)流調速。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，它的特點是結構簡單、調節(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

6、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。YA1YA2YA3YA4Y.X5YA6YA；定+述進SQ5快 講+工1#+工進快 退+快退SQ4.停1卜+松 幵+5）液壓系統(tǒng)的控制電路該電路通過開關來控制電路的啟動，能夠實現自動停止，通過行程開關控制定位、夾緊、 快進、工進、快退、停止，用時間繼電器來實現進給后的遠處停留，用中間繼電器來實現對 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

7、）定位：按下按鈕SB1,則線圈KM1得電，KM1主觸頭閉合，液壓泵啟動，KM1輔助 常開觸頭閉合，實現自鎖。同時，YA4得電，使電磁閥1HF推向左側，于是液壓泵打出的壓 力油經1HF流入液壓缸左腔，右腔流出的有經1HF流回油箱，使液壓缸3右移，壓下行程開 關SQ1,定位結束。（2）.夾緊：當油缸3壓下壓下行程開關SQ1時，則KAI、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，于是液壓 泵打出的壓力油經2HF流入液壓缸2的左腔，右腔流出的油經2HF流入油箱，使液壓缸2 右移，壓下行程開關SQ3,加緊結束。（3）快進：當油缸2壓下

8、行程開關SQ3時，則YA5得電，使電磁閥3HF推向右側，于 是液壓泵打出的壓力油經3HF流入液壓缸1的左側，右腔流出的油經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SQ5時，則KA2、YA7得電。KA2得電，使KA2 常開觸點閉合，實現自鎖。YA7得電，使電磁閥4HF推向左側，此時從液壓缸1右腔流出的 油必須經過調速閥、3HF后，流回油箱，液壓缸1實現工進。（5）停留：當液壓缸1工進壓下行程開關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K

9、T常開觸電閉合，使KA3、YA6得電。KA3 得電，實現自鎖，使YA5、YA7、KT斷電。YA6得電，使電磁閥3HF推向左側，此時，液壓 泵打出的壓力油經3HF、4HF流入液壓缸1的右側，左側流入的壓力油經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，使壓力油經2HF流入液壓缸2的右 側，左側流出的壓力油經2HF流回油箱，使液壓缸2向左移

10、動，加緊松開。（9）當液壓缸2后退壓下行程開關SQ2時，由于KA4保持得電，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KMl、KA3、KA4斷電，KA4 斷電，KA4常開觸電斷開，使得KA5斷電，動作停止。5. PLC設計選用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：0000C2OP0600000105010002050200030503000406040006000605060507Cdl+（2）梯形圖00001004050005000500lOOff10030001 1003、100000030005：ICO210

11、010006Tnroo10021002100210030002END100210040004(3)語句0504Q 0503Q 10005050006050710Q1TIW#060010020506000410030000 LD 00000001OR05000002AND NOT10040003OUT05000004LD05000005AND NOT10000006AND NOT10030007OUT05040008LD00010009OR10000010AND NOT10030011OUT05030012OUT10000013LD00030014AND NOT10020015AND NOT00

12、060016OUT05050017LD00050018OR10010019AND NOT10020020OUT05070021OUT10010022LD00060023AND NOT10020024TIM00#06000025LDTIMOO0026OR10020027AND NOT 10040028OUT10020029LD10020030AND NOT 00040031OUT10020032LD10020033AND NOT 00040034OUT05060035LD10020036AND00040037OUT10030038LD10030039AND NOT 00020040OUT0501

13、0041LD00020042AND10030043 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 =+Y妙p(液壓泵最大工作壓力；Pi執(zhí)行元件最大工作壓力；p進油管路中的壓力損失，取0. 5MPa0Pp = Pi 4-工 =(2.5 + 0.5)= 3MPa上述計算所得的R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出現的動態(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應滿足p&(1.251.6) Pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取

14、大值。在本例中Pn=1.25 pP=3. 75MPao2) 泵的流量確定液壓泵的最大流量應為你*(口q(液壓泵的最大流量；(Eq)nin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23L / min；Kl系統(tǒng)泄漏系數,一般取KL=1.11.3,現取KL=1.2oc/p K (，) ” = 1.2 x 12厶/ min = 14.4厶/ min3) 選擇液壓泵的規(guī)格 根據以上算得的m和q“再查閱有關手冊，現選用YB1-20限 壓式變量泵，該泵的基本參數為：每轉排量q=20L/r,泵的額定壓力pn=6. 3MPa,電動機轉 速nn=1450r/mi

15、n,容積效率=0.9,驅動功率2. 6KWqr =20x1450 x 0.9/1000 = 26.1L/nin(2)選擇液壓控制閥根據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厶/誠】 根據表選取型號：24D-B20C2. 二位二通電磁閥取預定流量為30厶/“山】，額定壓力31.5Mpa,額定壓降V0. IMpa 選取型號：23D-B20H-73. 溢流閥根據最大流量選擇YF-120B根據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/L

16、 min 1型號1變量葉片泵30YB1-402三位四通電磁閥:24D-B20C3三位四通電磁閥:24D-B20C4溢流閥10YF-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、出流量已與原定數值不同, 所以要重新計算如表所示液壓缸的進、出流疑和運動速度流量.速度快進工進快退輸入流量 /(L/min)S =(仏)/(人-玉) = (50.24x26.1) /(50.24-25.62)=53.26=

17、 0.5q】=qp =26排出流量 /(L/min)% =(A2ql)/Al =(25.62x53.26)/50.24= 27.16q2 =0.5x25.62/50.24= 0.25彳2 =(的)/人2= (26.1x50.24)/25.62 = 51.18運動速度 /(m/min)V| =qp /(A| -人2)= (26.1x10)/(50.24 -25.62) = 10.6v2 = qj A、= 0.25 x 10/50.24 = 0.05v3=/A2 = (26.1x10)/25.62 = 10.19由表中的數據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

18、管中的流速取3m/s。所以按公式d = 2叵可計算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管徑分別為:di = 2x Jq /（/zv） = 2x J（53.26x 10）/（/r x 3000x60） = 19.4 mmd2 =2x Jg 伽）=2x 7（26. lxl06）/（rx 3000x60） = 13.59mm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?。簽?時，求得其容積V = gq 卩=7 x 26.1 = 182.7L按JB/T7938-1999規(guī)定，取標準值V=200Lo6.液

19、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. lL/min,然后與 液壓缸的有桿腔的回油匯合，以流t 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工也=0.5x（警）+0.3x（警）=0-268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，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2的流呈是27. 16L/min,然后 與液壓泵的供油合并，經行程閥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。P =匕 _ P = 0.5 x 王巴 +0.3x 經色 =0113MP“80I 63

20、丿此值小于原估計值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幾為= 4.88x10;/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. lL/min；油液在回路上通過換向閥2的流量 都是51. 18L/min0 一次進油路上的總壓降為:力出=0.5 x| 弟 | = 0.053MM此值較小，所以液壓泵驅動電動機的功率是足夠的?；赜吐飞系目倝航凳?1 1 R AP. =0.5x

21、= 0.2052 I 80 丿所以，快退時液壓泵的最大工作壓力: =A +工乂1 =0.3 +0.053 = O353MPa(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:=Fv =11777x0.051000x60=0.0098KW輸入功率:=0.205KW_ PpQp _ 0.353x1026.lx ICT?2 一0.75x10-x 60由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為:=P.-Pe =0.205 - 0.0098 = 095油箱散熱面積為：A = 6.5時=6.5 x VoF = 2.22/7Z2溫升近似值如下：A7 = =KA溫升沒有超出圍，液壓系統(tǒng)中不需設置冷卻器。四.設計小結經過兩周的努力，我終于完成了機電液課程設計的任務，在兩周的設計過程中，我受益 匪淺。首先，本次設計是對我專業(yè)知識的一次鞏固與提高。機電液涉及了機械、電氣、液壓 三門學科，也是機械領域的三個主要學科，本次設計的重點在電氣與液壓控制。通過設計， 我熟悉了液壓控制系統(tǒng)的工