華中科技大學(xué)液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完整版

1、華中科技大學(xué)液壓傳動(dòng) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完整版教學(xué)資料姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：指導(dǎo)老師：馮天麟目錄第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2第二章理論計(jì)算 32.1負(fù)載分析與計(jì)算 32.2液壓缸的參數(shù)計(jì)算42.3液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率5第三章液壓系統(tǒng)的擬定8第四章 液壓元件的選擇94.1液壓泵及電機(jī)的選擇 94.2液壓閥、過(guò)濾器、油管及油箱的選擇10第五章液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算11第六章電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)136.1各電磁鐵動(dòng)作順序表136.2 PLC外部接線控制電路146.3繼電器-接觸器控制梯形圖156.4 PLC控制梯形圖166.5指令語(yǔ)句表17第七章設(shè)計(jì)感想18第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一專用雙行程銑床。

2、工件安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 雙向銑削。工件的定位和夾緊由液壓驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)、銑刀的進(jìn)給由機(jī)械步進(jìn)裝置完成， 每一個(gè)行程進(jìn)刀一次。2. 設(shè)計(jì)要求及參數(shù)（1）機(jī)床的工作循環(huán)為：手工上料一一按電鈕一一工件自動(dòng)定位、夾緊一一工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)銑削工件 若干次一一擰緊銑削一一夾具松開(kāi)一一手工卸料（泵卸載）（2）各循環(huán)工步要求定位缸的負(fù)載200N.行程10Omm動(dòng)作時(shí)間1s;夾緊的缸的負(fù)載200QN行程 15mm動(dòng)作時(shí)間1s;取快進(jìn)、快退最快速度為16mmin。工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程（100270）mm.°最大行程定為 500mm（3）銑床參數(shù)及要求采用單定量泵進(jìn)油路節(jié)流高速，回油有

3、背壓，工作臺(tái)雙向運(yùn)動(dòng)速度相等，但 要求前四次速度為01 ,然后自動(dòng)切換為速度02 ,再往復(fù)運(yùn)動(dòng)四次。切削負(fù)載F01 15000N, F02 7500N ,工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度 v°1=0.88mmin, V02 =0.44mmin。表1銑床要求的工作參數(shù)動(dòng)力部件快 進(jìn)，快退摩擦 阻力（N）,動(dòng)力部件切削負(fù) 載（N）（逆銑/快進(jìn)速度V1（ m /(I)工進(jìn)速度 v01v02快退速度v2(m× mi n)Ff順銑），F(xiàn)OI / F02mi n)(m× mi n)250015000/7500N16(0.88)(0.44)16第二章理論計(jì)算1負(fù)載分析與計(jì)算系統(tǒng)的工作循環(huán)圖如

4、下：負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓腔的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，忽略慣性力，則主要考慮摩擦阻力和切削負(fù)載即可。如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并取液壓缸的機(jī)械效率m為0.90 ,則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，列表如下：工況液壓缸負(fù)載F （N）液壓缸驅(qū)動(dòng)力F0=F/ m （N）快進(jìn)（Ff ）25002778順銑(F02 + F f )1000011111逆銑(F01 + Ff )1750018888快退（Ff ）25002778定位200222夾緊20002222表2液壓缸在各工作階段的負(fù)載值圖1工作循環(huán)圖機(jī)械系統(tǒng)的總

5、負(fù)載如下：圖2系統(tǒng)負(fù)載圖每個(gè)循環(huán)各工步的速度如下：圖3速度圖2液壓缸參數(shù)計(jì)算（1）工作壓力的確定。工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器類型來(lái)初步確定。銑床 液壓系統(tǒng)最大負(fù)載約為175OoN選擇工作臺(tái)液壓缸的工作壓力為 5MPa選取定位缸工 作壓力1Mpa夾緊缸工作壓力1.5MPaO（2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑do1）進(jìn)給缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑do由負(fù)載圖知最大負(fù)載為17500N取背壓P2為0.5Mpa,考慮工進(jìn)時(shí)往返速度相等，采用雙作用雙桿液壓缸，取dD=0.7。將數(shù)據(jù)D=m (PI代入式4FP2)1(5-1 )得D=9.850x10-2m ,根據(jù)液壓缸內(nèi)尺寸系列 GB2348-8Q液壓缸內(nèi)徑圓

6、整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm按dD=0.7并依據(jù)活塞桿直徑系列 GB2348-8Q取d=70mm2) 定位缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑do定位缸選用雙作用單桿液壓缸。已知定位 缸工作壓力IMpa負(fù)載為200N液壓缸的機(jī)械效率 m為0.90 ,代入式D= 4F(5-2 )V P1 C得D=1.682x10-2m ,按液壓缸內(nèi)尺寸系列 GB2348-8Q和活塞桿直徑系列 GB2348-8Q取夾緊液壓缸的D和d分別為20m及 14mno3) 夾緊缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑do夾緊缸選用雙作用單桿液壓缸。已知夾緊 缸工作壓力為1.5MPa ,負(fù)載為2000N,液壓缸的機(jī)械效率 m為0.90 ,代入式(4-1 ),

7、得D=4.434x10-m ,按液壓缸內(nèi)尺寸系列 GB2348-8Q和活塞桿直徑系列 GB2348-8Q取夾緊液壓缸的D和d分別為50mm及 36mm4) 驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度。對(duì)于雙桿液壓缸A Amin 皿Vmin( 5-3 )滿足設(shè)計(jì)要求。3液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率根據(jù)以上所計(jì)算得到的D和d值，可估算液壓缸在各工作階段中的壓力、流量和功率，如下表所示(其中工進(jìn)速度取最小值 Vq2 0.4m min最小值v°2 8m min ):表3液壓缸在各工作階段的壓力，流量和功率工況計(jì)算公式負(fù)載F(N)回油腔壓力P2 (MPa)進(jìn)油腔壓力P1 (MPa)輸入流量Q(10 4 m

8、3s)功率P(W)快進(jìn)2500 :0.51.1210.681196.16順銑100000.53.000.27(5.34 )81(1602)逆銑175000.54. 860.27(5.34 )131.22(2595.24)快退25000.51.1210.681196.16工進(jìn)速度最小時(shí)液壓缸的進(jìn)油腔壓力，輸入流量和功率用圖示分別表示如下(其中各 工作階段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：快進(jìn)t1 ,順銑一 t2 ,逆銑t3,快退t4。：Q(mICr-4)10.6810.680.270-270 t1t4第三章液壓系統(tǒng)的擬定(1) 確定供油方式：由設(shè)計(jì)要求知，該系統(tǒng)采用單定量泵，回油有背壓。(2) 調(diào)速方式的選擇：由設(shè)

9、計(jì)要求知，該系統(tǒng)采用節(jié)流閥調(diào)速。(3) 速度換接方式的選擇采用電磁閥的快慢速換接回路，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方便，但速度 換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切速的速度換接回 路。(4) 定位、夾緊順序控制回路的選擇采用兩個(gè)順序閥控制定位、夾緊兩個(gè)動(dòng)作的先后順序。用二位四通閥來(lái)控制定位缸和夾緊缸的換向動(dòng)作，為了避免工作時(shí)突然失電而松開(kāi)，應(yīng)該用失電夾緊方式?？紤]到當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬間下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接 入單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)(5) 組成液壓系統(tǒng)將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求和需要作必要的修改補(bǔ)充，及

10、組 成如圖下所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察壓力，在液壓泵的出口處，液壓缸無(wú)桿腔進(jìn) 油口處和有桿腔的出油口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)。若設(shè)置多點(diǎn)壓力表開(kāi)關(guān)，則只需要一個(gè)壓力 表即能觀測(cè)多點(diǎn)壓力。第四章液壓元件的選擇1液壓泵及電機(jī)的選擇1）泵的工作壓力的確定。由于油管有一定的壓降，所以泵的工作壓力為PPP1（10-1 ）P取為0.5Mpa,故PP =5.5MPaO PP是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力 Pn （1.251.6）Pp。選取1.25 , pn=6.87Mpso2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量

11、應(yīng)為qP KLq max(10-2)KL為泄漏系數(shù)，一般取為1.11.3,現(xiàn)取為KL =1.1,則qp=10.68x6010x1.1=70.49Lmi n。3）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上計(jì)算的PP和qp查閱相關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YB1-B92B型葉片泵，該泵壓力脈動(dòng)小，噪聲低，使用壽命長(zhǎng)，廣泛用于機(jī)床液壓系統(tǒng)中。的基本參數(shù)為：公稱排量 93.5mmr ,泵的額定壓力為7Mpa電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000rmin , 流量為83.5Lmin ,滿載驅(qū)動(dòng)功率13.4kWA4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。 取的泵的機(jī)械效率為10.9 ,電機(jī)的機(jī)械效率該泵為 20.75 o快進(jìn)、快退時(shí)：電機(jī)所需功率為PAQI （P

12、PlP2）Q1(10-3)進(jìn)油腔壓力為1.12Mpa,其中p1 =0.5MPa是進(jìn)油路壓力損失，P2 =0.5MPa是壓力繼電器可靠動(dòng)作需要的壓力差，Ql 10.68 4m3s ,得，R 3354W ;順銑時(shí)：電機(jī)所需功率，根據(jù)公式（7-3）,進(jìn)油腔壓力為3MPa其中p1=0.5MPa是節(jié)流閥 所需最 小壓力，P2 =0.5MPa是壓力 繼電器可 靠動(dòng)作 需要的壓力差,Q25.34 10 4m3s ,得，F(xiàn)23164W ；逆銑時(shí)：電機(jī)所需功率,=0.5MPa是回油路壓力損失,根據(jù)公式（7-3）,進(jìn)油腔壓力為4.86MPa其中p1P2 =0.5MPa是壓力繼電器可靠動(dòng)作需要的壓力差,Q3 5.3

13、4 10 4m3s ,得,P3 4636W。由以上計(jì)算可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，PmaX 4636W ,貝U電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為NP 4636W 0據(jù)此查樣本選用Y160M-1三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)額定功率為11Kw額定轉(zhuǎn)速為1459rmin。2液壓閥、過(guò)濾器、油管及油箱的選擇1)液壓閥及過(guò)濾器的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類元件和輔助元件的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格，列表如下：表4液壓元件明細(xì)表編號(hào)元件名稱估計(jì)通過(guò)流量(L/mi n)元件型號(hào)規(guī)格1XU線隙式濾油器2002.5MPa2油箱500L3冷卻器4三相異步電動(dòng)機(jī)Y160M-111kw5定量葉片泵83.5YB1-

14、B92B7MPa6溢流閥20YF-L20B570MPa7指針式壓力計(jì)Y-10010MPa8減壓閥20JF-L10G7MPa9單向閥4.07I-1010L/min T10背壓閥B-63B0.5MPa11三位四通換向閥34D-63B7MPa12三位四通換向閥34D-63B7MPa13蓄能器HXQ-C16DHXQ-C16D14單向順序閥20X2F-L10E3MPa15單向順序閥20X2F-L10E3MPa 亍16液壓缸0.9620x1820x1417液壓缸0.8550x2850x3618節(jié)流閥70.49MG1531.5MPa19節(jié)流閥70.49MG1531.5MPa20兩位二通換向閥22D-63B7

15、MPa21三位四通換向閥34D-63B7MPa J22液壓缸70.49100x70100x702)油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。由于系統(tǒng)在液壓缸快進(jìn)，快退時(shí),流量最大，實(shí)際最大流量約為：QmaX 76Lmin ,泵的流量為額定流量83.5 L/min， 連接液壓缸的進(jìn)出油路油管的直徑選擇公稱通徑為20mm所以，按產(chǎn)品樣本標(biāo)準(zhǔn)JB827-66, JB/Z95-67 ,選用公稱通徑為20m勺管件。3)油箱容積的選擇中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍，這里取6倍，即V 6Qr ,其中Qr為液壓泵每分鐘排出壓力油的體積。得，V=500L。第五章液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算(1)

16、系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未清楚，整個(gè)回路的壓力損失無(wú)法估算，僅只有閥類 元件對(duì)壓力損失所造成的影響可以看得出來(lái)，供調(diào)定壓力值時(shí)參考。由于快進(jìn)時(shí)的油 液流量比工進(jìn)時(shí)的流量大，所以其壓力損失也就比工進(jìn)時(shí)的大。因此必須計(jì)算快進(jìn)時(shí) 進(jìn)油路與回油路的壓力損失。假定液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15C ,由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度液壓元件采用集成塊式的配置形式,1.5st 1.5cm2s ,，油的密度900Kgm3，Q取 70.49 L/min ,即 Q 0.00174 m3. s。判定雷諾數(shù)Re :ReVd 104(12-1 )此處d取20mm即d 0.020m ,代入數(shù)

17、據(jù)，得Re 7392300 ,則進(jìn)油回路中的流動(dòng)為層流。沿程壓力損失 P :選取進(jìn)油管長(zhǎng)度為I 1.5m ,則進(jìn)油路上的流體速度為：V5.53ms(12-2)壓力損失為,264J_v_IRrdV111075Pa 0.11MPa(12-3)局部壓力損失：由于采用集成塊式配置的液壓裝置，所以只考慮進(jìn)油路上的閥類 元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過(guò)各閥的局部壓力損失按式PSP(12-4)計(jì)算，結(jié)果列表如下：編 號(hào)元件名稱額定流量qs(L/min)實(shí)際流量q(L/min )額定壓力損失 PS( MPa實(shí)際壓力損失 P ( MPa表5各閥局部壓力損失11三位四通換向 閥83.570.490.30.213

18、22兩位三通換向 閥83.570.490.30.21325三位四通換向 閥83.570.490.30.213若集成塊進(jìn)油路的壓力損失Pj 0.03MPa ,由于油路一次最多經(jīng)過(guò)三個(gè)換向閥,故進(jìn)油路的總壓力損失為：PPPPj (0.070273 3 0.03)Mpa0.919Mpa( 13-1)，也就是說(shuō)，初選的進(jìn)油管壓力損失略大于實(shí)際油路壓力損失。這說(shuō)明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)以及元件的參數(shù)選擇是基本合理的，滿足要求。(2) 系統(tǒng)發(fā)熱及溫升驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段用的時(shí)間都較長(zhǎng)，而快進(jìn)快退時(shí)系統(tǒng)的功率較大， 所以系統(tǒng)的發(fā)熱量大小無(wú)法判斷，故計(jì)算如下：快進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率R 3354W ,而快

19、進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率：P' F1V1 2500 16/60W 667W( 13-2)系統(tǒng)的總發(fā)熱功率：1 P 2 P' 2020W( 13-3)發(fā)熱量：Q1 熱1t1 3294 1.5J 4941J( 13-4)逆銑時(shí)液壓泵的輸入功率P24636W ,而I工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率：P2' F2V217500 0.4/6CW 117W(13-5)系統(tǒng)的總發(fā)熱功率：2 F22 F2'4402W(13-6)發(fā)熱量：Q2熱2t2 4402 40.5J 17828J(13-7)綜合以上可知，發(fā)熱量最大的階段是逆銑階段，即取max 4402W 0假設(shè)油箱三個(gè)邊長(zhǎng)的比例在1：

20、1： 1到1： 2： 3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度 的80%其散熱面積近似A(m2)為A 0.0653V2(14-1)得A 4.624m2 ,假定通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù) CT 15 103Kw(m2 C),則利 用式T(17)(14-2)CTA可得油液溫升為：T 63.5 C。設(shè)環(huán)境溫度為T2 20 C ,則熱平衡溫度為：Ti T2T 83.5 C ( 14-3)Ti T155 70 C。所以油箱散熱必須加裝專用冷卻器。再驗(yàn)算，加裝專用冷卻器后取 CT 110 10 3Kw/(m2 C),則利用式(17),可得油液溫升為： T 8.6 C 0設(shè)環(huán)境溫度為T220 C ,則熱平衡溫度為：T1

21、 T2T 28.6 C o T1 T1 55 70 C。所以加裝冷卻器后油箱工作溫度沒(méi)有超過(guò)最高允許油溫，散熱可以滿足要求。第六章電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1) 各電磁鐵動(dòng)作順序表其中表中的符號(hào)含義：ON :電磁鐵動(dòng)作OFF:電磁鐵不動(dòng)作表6各電磁鐵動(dòng)作順序表工作階段1YA2YA3YA I4YA5YA6YA7YA定位、夾緊OFFOFFOFF IONOFFOFFOFF快進(jìn)OFFONOFF IONOFFOFFOFFI工進(jìn)往OFFOFFOFF IONOFFOFFONI工進(jìn)復(fù)OFFOFFOFF ION IOFFONOFF往復(fù)4次U工進(jìn)往OFFOFFOFF ION :ON :OFFONU工進(jìn)復(fù)OFFOFFOFF

22、IONONONOFF往復(fù)4次快退ONOFFOFF ION :OFFOFFOFF松開(kāi)夾具OFFOFFONOFFOFFOFFOFFPLC控制連接圖圖中各符號(hào)的含義：1SB啟動(dòng)/復(fù)位按鈕KM :中間繼電器2SB:急停按鈕1Y7Y:各電磁閥3SB:快進(jìn)、工進(jìn)1x3x:位置開(kāi)關(guān)圖8 PLe外部接線控制電路(3) 繼電器-接觸器控制梯形圖1ii A l X?I <1Kj吐IIjJK8l'2.2恥MLTIAr ¼圖9繼電器-接觸器控制梯形圖(4) PLC控制梯形圖D¥> V-IUYX-CD"IY-l-HO5-BU £ 也 逋 L- 工2 2Y圖10 PLC控制梯形圖(5)指令語(yǔ)句表表7指令語(yǔ)句表1LDl 404急停41LD 402II工進(jìn)往2LD400啟動(dòng)42OR 4373OR43043ANI 4034ANI FR44ANI 4615OUT