机电液课程设计报告(全套)

1、一、题目柴油机摇臂轴座自动线双面铳床液压系统及控制系统设计二、设计要求设计柴油机摇臂轴座自动线双面铳床液压系统要求该液压系统完成动作：定位一一夹 紧一一快进一一工进一一停留一一,抉退一一原位停止一一松开。进给速度可调且运动平稳, 能够承受负向负载。定位夹紧部分必须严格按照先定位后夹紧的顺序动作。轴向切削力是10000N；工作行程50mm,工进速度50mm/min;快进行程100mm,快进和 快退速度是4m/rnin；摩擦力是600N。三、设计方案分析1. 负载分析负载分析中，不考虑回油腔的背压力，工件及机床重力，液压缸密封装置的摩擦阻力， 以及静摩擦力。需要考虑的力有：切削力，导轨动摩擦力。轴

2、向切削力Fl=10000N摩擦力Ff二6007设液压缸的机械效率“皿二。,则液压缸在各阶段的总机械负载可以算出F/N 八、11777666100S/mm666负载图液压缸各运动阶段的负载表工作循环负载组成负载值F/N推力F/叽快进F=F f600666工进F = (Ff+F)1060011777快退F= Ff6006662.绘制液压缸负载图和速度图根据负载计算结果和已知各阶段的速度.可以绘制出负载图(F-S)和速度图(V-S)3.初步确定液压缸参数组合机床液压系统的最大负载约为12000N.初选液压缸的设计压力Pl=3MPa,为 了满足工作台快速进退速度相等，并减小液压泵的流量，这里的液压缸选

3、用单杆式的， 液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2 （即液压缸径D和活寒杆直径 d应满足：d二0.707D。为防止钱削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，暂取背压为0. 5MPa,并取液压缸机械效率m =0.9 o则液压缸上的平衡方程PAX= PA2 +故液压缸无杆腔的有效面积：117773xlO6-O.5xO.5xlO6= 42.83GW2液压缸径：按标准值取D=80mm；因为A1=2A2,故活塞杆直径d二0. 707D二56nun。则液压缸有 效面积为：A, =-D2 =-x802 = 50.24GW244A. =-(D2-J2) = - (802 -562)

4、 = 25.62CM244液压缸在不同阶段的压力、流量.功率工 作 阶 段计算公式推力F(N)回油腔压 力P2 (MPa)工作腔压 力Pl (MPa)输入流量 q(L/min)输入功率P (KW)快 进F +沁 1州-人2q = v(Ax-A2)p = Rq6661.050. 559. 8480. 542工 进，_ A p = P117770.50.4892.5121.228快 退q = A2v P = Rq6660.30.61410. 2480. 6294 拟定液压系统图1) 确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速 度较高。从节省能量、减少发热考

5、虑，泵源系统宜选用变量泵供油。现采用限压式变量叶片 泵。2) 调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用调速阀或节流阀，根据 铳削类机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量叶 片泵和调速阀组成的容积节流调速。这种回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并 且调速阀装在回路上，具有承受负切削力的能力。3) 速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安 装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高提高速度的换接平稳性，则可改用行程阀 切换的速度换接回路。4) 夹紧回路的选择用三位四通电磁阀

6、来控制夹紧、松开、换向的动作，考虑到夹紧力的保持，所以接入蓄 能器保压。在该回路中装有压力继电器，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。最后把所选用的液压回路组合起来，即可合成下图所示的液压系统图。YA1YA2YA3YA4Y.X5YA6YA；定+述进SQ5快 讲+工1#+工进快 退+快退SQ4.停1卜+松 幵+5）液压系统的控制电路该电路通过开关来控制电路的启动，能够实现自动停止，通过行程开关控制定位、夹紧、 快进、工进、快退、停止，用时间继电器来实现进给后的远处停留，用中间继电器来实现对 电路的自锁、互锁和保护。将所选用的电器原件连接起来就形成了如下的电器控制图。6）电器控制的动作过程（1

7、）定位：按下按钮SB1,则线圈KM1得电，KM1主触头闭合，液压泵启动，KM1辅助 常开触头闭合，实现自锁。同时，YA4得电，使电磁阀1HF推向左侧，于是液压泵打出的压 力油经1HF流入液压缸左腔，右腔流出的有经1HF流回油箱，使液压缸3右移，压下行程开 关SQ1,定位结束。（2）.夹紧：当油缸3压下压下行程开关SQ1时，则KAI、YA3得电。KA1得电，使KA1 常开触电闭合，常闭触电断开，使YA4断开，YA3得电，使电磁阀2HF推向右侧，于是液压 泵打出的压力油经2HF流入液压缸2的左腔，右腔流出的油经2HF流入油箱，使液压缸2 右移，压下行程开关SQ3,加紧结束。（3）快进：当油缸2压下

8、行程开关SQ3时，则YA5得电，使电磁阀3HF推向右侧，于 是液压泵打出的压力油经3HF流入液压缸1的左侧，右腔流出的油经4HF、3HF流回油箱， 使液压缸1向右移动，液压缸快进。（4）工进：当油缸1快进压下行程开关SQ5时，则KA2、YA7得电。KA2得电，使KA2 常开触点闭合，实现自锁。YA7得电，使电磁阀4HF推向左侧，此时从液压缸1右腔流出的 油必须经过调速阀、3HF后，流回油箱，液压缸1实现工进。（5）停留：当液压缸1工进压下行程开关SQ6,使得SQ6常闭触电断开，则YA5断电, 液压缸1停止。同时时间继电器KT得电，开始延时，液压缸1停留。（6）快退：当时间继电器延时时间到，则K

9、T常开触电闭合，使KA3、YA6得电。KA3 得电，实现自锁，使YA5、YA7、KT断电。YA6得电，使电磁阀3HF推向左侧，此时，液压 泵打出的压力油经3HF、4HF流入液压缸1的右侧，左侧流入的压力油经3HF流回油箱，使 液压缸1向左移动，液压缸1快退。（7）原位停止：当液压缸1快退压下行程开关SQ4时，使YA6断电，此时由于YA7也 断电，所以液压缸1停止。（8）.夹紧松开：当液压缸1压下行程开关SQ4时，使KA4. YA1得电。KA4得电，使 KA4常开触电闭合。YA1得电，使电磁阀2HF推向左侧，使压力油经2HF流入液压缸2的右 侧，左侧流出的压力油经2HF流回油箱，使液压缸2向左移

10、动，加紧松开。（9）当液压缸2后退压下行程开关SQ2时，由于KA4保持得电，KA4常开触电保持闭 合，则线圈KA5得电，使KA5常开触电闭合，常闭触电断开，使KMl、KA3、KA4断电，KA4 断电，KA4常开触电断开，使得KA5断电，动作停止。5. PLC设计选用C20P欧姆龙式PLC。12个输入端子，8个输出端子。（1）I/O端子接线图：0000C2OP0600000105010002050200030503000406040006000605060507Cdl+（2）梯形图00001004050005000500lOOff10030001 1003、100000030005：ICO210

11、010006Tnroo10021002100210030002END100210040004(3)语句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 选择液压元件(1)液压泵的选择1) 泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工 作压力为Pp =+Y妙p(液压泵最大工作压力；Pi执行元件最大工作压力；p进油管路中的压力损失，取0. 5MPa0Pp = Pi 4-工 =(2.5 + 0.5)= 3MPa上述计算所得的R是系统的靜态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态 压力往往超过靜态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定 压力Pn应满足p&(1.251.6) Pp。中低压系统取小值，高压系统取

14、大值。在本例中Pn=1.25 pP=3. 75MPao2) 泵的流量确定液压泵的最大流量应为你*(口q(液压泵的最大流量；(Eq)nin同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作， 尚须加溢流阀的最小溢流量23L / min；Kl系统泄漏系数,一般取KL=1.11.3,现取KL=1.2oc/p K (，) ” = 1.2 x 12厶/ min = 14.4厶/ min3) 选择液压泵的规格 根据以上算得的m和q“再查阅有关手册，现选用YB1-20限 压式变量泵，该泵的基本参数为：每转排量q=20L/r,泵的额定压力pn=6. 3MPa,电动机转 速nn=1450r/mi

15、n,容积效率=0.9,驱动功率2. 6KWqr =20x1450 x 0.9/1000 = 26.1L/nin(2)选择液压控制阀根据阀类及辅助元件所有油路的最大压力和通过最大试验流量，选出这些液压元件。1. 三位四通电磁阀 按最大流量取30厶/诚】 根据表选取型号：24D-B20C2. 二位二通电磁阀取预定流量为30厶/“山】，额定压力31.5Mpa,额定压降V0. IMpa 选取型号：23D-B20H-73. 溢流阀根据最大流量选择YF-120B根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出 这些液压元件的型号及规格见表液压元件选择列表序号元件名称额定流量/L

16、 min 1型号1变量叶片泵30YB1-402三位四通电磁阀:24D-B20C3三位四通电磁阀:24D-B20C4溢流阀10YF-120B5三位四通电磁阀3024D-B20C6二位二通电磁阀3023D-B20H-7(3) 确定油管直径及管接头各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、输出的 最大流量计算。由于液压泵的具体选定之后液压缸在各阶段的进、出流量已与原定数值不同, 所以要重新计算如表所示液压缸的进、出流疑和运动速度流量.速度快进工进快退输入流量 /(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运动速度 /(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由表中的数据可知所选液压泵的型号、规格适合。由表可知，该系统中最大压力小于3MPa,油

18、管中的流速取3m/s。所以按公式d = 2叵可计算得液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管径分别为: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，同时考虑制作方便，选182 （外径18mm,壁厚2mm）的10号冷拔无缝钢 管（YB23_70）（4）确定油箱容量油箱容积按液压传动公式估算，当取：为7时，求得其容积V = gq 卩=7 x 26.1 = 182.7L按JB/T7938-1999规定，取标准值V=200Lo6.液

19、压系统性能验算（1）压力损失1）快进滑台快进时，液压缸差动连接，通过电液换向阀2的流量是26. lL/min,然后与 液压缸的有杆腔的回油汇合，以流t 53. 26L/min通过行程阀3并进入无杆腔。因此 进油路上的总压降为工也=0.5x（警）+0.3x（警）=0-268此值不大，不会使压力阀开启，故能确保泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2的流呈是27. 16L/min,然后 与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力P2和 无杆腔压力P1之差。P =匕 _ P = 0.5 x 王巴 +0.3x 经色 =0113MP“80I 63

20、丿此值小于原估计值0. 5Mpa,所以是偏安全的。2）工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2的流量为0.5L/min,在调速阀4处的 压力损失为0. 5Mpa；油液在回油路上通过换向阀2的流量为0. 25L/min,因此这时液压缸回油腔压力几为= 4.88x10;/此值小于原估计值0. 5Mpa,故符合要求。3）快退快退时，通过换向阀2的流量为26. lL/min；油液在回路上通过换向阀2的流量 都是51. 18L/min0 一次进油路上的总压降为:力出=0.5 x| 弟 | = 0.053MM此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上的总压降是51 1 R AP. =0.5x

21、= 0.2052 I 80 丿所以，快退时液压泵的最大工作压力: =A +工乂1 =0.3 +0.053 = O353MPa(2)液压系统的发热与温升工进在整个工作循环中所占的时间比例达95%,所以系统发热和油液温升可用工进的情 况来计算。工进时液压缸的有效功率为:=Fv =11777x0.051000x60=0.0098KW输入功率:=0.205KW_ PpQp _ 0.353x1026.lx ICT?2 一0.75x10-x 60由此得液压系统的发热量为:=P.-Pe =0.205 - 0.0098 = 095油箱散热面积为：A = 6.5时=6.5 x VoF = 2.22/7Z2温升近似值如下：A7 = =KA温升没有超出围，液压系统中不需设置冷却器。四.设计小结经过两周的努力，我终于完成了机电液课程设计的任务，在两周的设计过程中，我受益 匪浅。首先，本次设计是对我专业知识的一次巩固与提高。机电液涉及了机械、电气、液压 三门学科，也是机械领域的三个主要学科，本次设计的重点在电气与液压控制。通过设计， 我熟悉了液压控制系统的工