机电液课程设计报告说明书终极版

1、-. z.机电液课程设计题目:设计一台加工气缸底面钻床的机电液控制系统班级*:机械133班所在学院:机械工程学院*:毛俊豪佳翱黄益聪仲恒文银寇广鹏指导教师:董华军完毕日期: 2016年7月19日目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc457028725前言 PAGEREF _Toc457028725 h 3HYPERLINK l _Toc4570287261.设计容与设计要求： PAGEREF _Toc457028726 h 3HYPERLINK l _Toc4570287272.设计方法与步骤 PAGEREF _Toc457028727 h 3HYPERLINK

2、 l _Toc457028728第一章钻床机械系统的设计与计算 PAGEREF _Toc457028728 h 3HYPERLINK l _Toc4570287291.钻床整体分布图 PAGEREF _Toc457028729 h 3HYPERLINK l _Toc4570287302.机械局部相关参数 PAGEREF _Toc457028730 h3HYPERLINK l _Toc4570287313.同工况下液压缸载荷和速度的分布 PAGEREF _Toc457028731 h 3HYPERLINK l _Toc457028732第二章钻床液压系统的设计与计算 PAGEREF _Toc45

3、7028732 h 3HYPERLINK l _Toc4570287331.工作液压缸的计算和选择 PAGEREF _Toc457028733 h 3HYPERLINK l _Toc4570287342.夹紧缸的计算和选择 PAGEREF _Toc457028734 h 3HYPERLINK l _Toc4570287353.工况分析 PAGEREF _Toc457028735 h 3HYPERLINK l _Toc4570287364.拟定液压原理图 PAGEREF _Toc457028736 h 3HYPERLINK l _Toc457028737第三章钻床液压元件及液压装置的机构设计 P

4、AGEREF _Toc457028737 h 3HYPERLINK l _Toc4570287381.液压泵和电动机的选择 PAGEREF _Toc457028738 h 3HYPERLINK l _Toc4570287392.阀类元件的选择 PAGEREF _Toc457028739 h 3HYPERLINK l _Toc4570287403.油管 PAGEREF _Toc457028740 h 3HYPERLINK l _Toc4570287414.油箱的选择 PAGEREF _Toc457028741 h 3HYPERLINK l _Toc457028742第四章钻床控制系统的设计与计算

5、 PAGEREF _Toc457028742 h 3HYPERLINK l _Toc4570287431. 电磁阀磁铁动作表 PAGEREF _Toc457028743 h 3HYPERLINK l _Toc4570287442. 电磁阀磁铁运动过程 PAGEREF _Toc457028744 h 3HYPERLINK l _Toc4570287453. 控制系统 PAGEREF _Toc457028745 h 3HYPERLINK l _Toc457028746总结 PAGEREF _Toc457028746 h 3HYPERLINK l _Toc457028747参考文献 PAGEREF

6、_Toc457028747 h 3前言液压系统是以电机提供动力根底，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程，不同方向的动作。完成设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到越来越广泛的应用，而且越来越先进的设备，其应用液压的局部就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个液压系统是非常有意义的。液压传动是用液体来传递能量，具有以下几个优点：易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故

7、，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化，系列化。而且随着可编程控制器PLC技术的开展，把PLC控制技术应用于起重机液压装置的控制中，取代原有的液压装置控制线路。简化了电器控制电路，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，提高了控制系统的可扩展性。1.设计容与设计要求：1. 控制要求：液压系统要求完成的工作循环是：工件定位工件加紧进给缸快进进给缸工进进给缸快退到原位工件松开拔出定位销。2设计参数工件的定位、加紧都采用液压控制，运动部件重质量为9800 N。快退与快进速度都为6 m/min ，快进展程为100 mm ，工进速度为601000 mm/min ，工进展程为50 mm

8、 ,最大切削力为30468 N ，采用平面导轨，往复运动加减速时间为0.2 s ，加紧力为152340 N ，采用两个加紧缸，加紧缸行程为20 mm ，加紧时间为1 s 。3设计任务1对系统进展工况分析含负载分析、速度循环分析、负载循环分析；2按要求计算和设计液压系统，并绘制液压系统图；3绘制进给液压缸装配图和油箱装配图含电动机与液压泵的连接等;4编写设计说明书一份含液压系统设计、控制线路设计、直流电机调速实验报告等;2.设计方法与步骤首先对机电液系统功能进展分解，综合应用机械技术，电子技术和液压与气压传动技术的各自优势，力求系统构造构成简单模块化。设计谋略如下：1减少机械传动部件，使机械构造

9、简化，体积减小，提高系统动态性能与运动精度；2注意选用标准、通用的功能模块，防止功能模块在低水平上重新设计，提高系统在模块级上的可靠性，加快设计开发进度；3充分应用硬件功能软件化原则，使硬件组成最简单，使系统只能化；4以液压系统及plc控制系统为核心的设计方案；钻床机械系统的设计与计算机械系统是机电液系统的最根本要素，主要包括执行机构、传动机构和支撑部件。机械的主要功能是完成机械运动，一部机器必须完成相互协调的假设干机械运动。1.钻床整体分布图本钻床是用来加工气缸，在气缸底部钻孔，所以设计成卧式机床，钻台移动进给，夹具采用双缸夹紧，四爪卡盘，这样可以实现夹紧和定位，钻床关键部位分布图见图1-1

10、 。图1-1 钻床整体分布图2.机械局部相关参数计算各部件质量、位移、速度和力的大小。钻床的工进、快进、夹紧都属于机械移动系统，故可按运动学方程计算各参数。移动部件总质量 QUOTE 快进加速度大小运动部件总重快进、快退速度快进展程工进速度工进展程工进时阻力切削力 QUOTE 夹紧力夹紧行程夹紧速度3.同工况下液压缸载荷和速度的分布液压缸推动钻台移动，实现快进、快退和工作进给，液压缸受到的载荷随工况变化而变化，而且启动时受到的摩擦力为静摩擦，运行后为动摩擦，计算过程见表1-2，随工况变化，液压缸受到的作用力和速度均在变化，详细见图1-3和图1-4 。表1-2 工作缸在各工作阶段的负载工况负载组

11、成负载值F/N启动4686加速3886快进2186工进33846快退2186图1-3 速度图图1-4受力图钻床液压系统的设计与计算液压系统的设计与主机的设计是密切相关的，首先应满足主机的功能要求：主机拖动、动作要求、循环要求等；其次还应符合构造组成简单、工作平安可靠、使用维护方便、体积小重量轻等要求。因此，液压系统的设计应遵循从总体到细部的原则，首先从分析机械系统开场，充分理解、分析设计要求，然后做出液压系统总体方案设计，设计出液压系统原理图，并对液压系统中所涉及到的液压元件进展选择。1.工作液压缸的计算和选择工作负载液压缸所需推动负载总质量m ： QUOTE 2-1计算惯性力：液压缸推动钻台

12、运动时有速度变换，则会带来惯性力，根据牛顿第二定律可知其惯性力可由公式 QUOTE 计算。快进时速度最大变化量: QUOTE 速度变化时间：则惯性力为： QUOTE 2-2计算密封阻力：缸的密封阻力折算为密封阻力所需的等效压力乘以液压缸有效面积，采用Y型构造密封，则等效密封压力 QUOTE ；缸的有效面积粗估值为 QUOTE 则密封力为：启动时： QUOTE 2-3运行时： QUOTE 2-4计算导轨摩擦阻力： V形块夹角 QUOTE 取： QUOTE ，取摩擦系数 QUOTE ，则摩擦阻力 QUOTE 为： QUOTE 2-5计算回油背压阻力 QUOTE :液压缸运行中位了防止液压缸受外力作

13、用而滑动需要在回油路上设置一定的压力，压力作用在无杆腔。背压压力 QUOTE 取 QUOTE 。动力滑台要求快进快退速度相等，则液压缸可选单活塞杆式。并在快进时作差动连接，这无杆腔工作面积 QUOTE 应为有杆腔工作面积 QUOTE 的两倍，即 QUOTE 。则有杆腔面积 QUOTE 背压阻力 QUOTE 为：2-6则作用在活塞缸上总载荷 QUOTE (2-7钻床为半精加工机床，系统工作压力取 QUOTE 。则无杆腔有效面积 QUOTE 为： QUOTE 2-8 QUOTE 2-9有杆腔面积 QUOTE 为： QUOTE 2-10直径按GB/T23482001圆整成标准值为：行程 QUOTE

14、液压缸各腔实际面积为： QUOTE 2-11 QUOTE 2-12计算实际工作压力： QUOTE 2-13由于钻床工作时需做低速进给运动，在确定油缸活塞面积 QUOTE 之后还必须按最低进给速度验算油缸尺寸，即油缸有效工作面积 QUOTE 应满足： QUOTE 2-14式中： QUOTE 为流量阀最小稳定流量取 QUOTE QUOTE 活塞最低进给速度取 QUOTE QUOTE QUOTE 满足条件2.夹紧缸的计算和选择夹紧时负载 QUOTE 2-15管道中沿程压力损失按0.3MPa计算回油背压压力 QUOTE 工作压力 QUOTE 有效工作面积 QUOTE 2-16计算无杆腔直径 QUOTE

15、 2-17取标准值 QUOTE 有杆腔液压杆直径 QUOTE 则无杆腔面积 QUOTE 2-18有杆腔面积 QUOTE 2-19夹紧缸行程3.工况分析液压系统要求完成的工作循环见图2-1 。进给缸工进进给缸快进工件加紧进给缸工进进给缸快进工件加紧工件定位快进缸退回快进缸退回到原位拔出定位销工件松开拔出定位销工件松开图2-1 工作循环图计算各工况所需要的油源压力：设管道中压力损失为0.3MPa,差动连接时出口压力比进口压力高出0.2MPa，液压缸的机械效率取 QUOTE 快进：2-20则：工进：2-21工进出口压力为背压压力取0.3MPa 则：快退：2-22出口压力也为背压压力则：夹紧：夹紧时压

16、力与工进时压力相等。计算各工况所需流量：快进时采用差动连接，液压缸速度为 QUOTE QUOTE 2-23经单位换算后得：工进时：2-24经单位换算后得：快退时与快进时所需流量一样夹紧：2-25经过分析计算得出各工况下液压缸实际压力、负载、功率见图2-2表2-2 各工况下液压缸实际压力、负载、功率工况负载回油腔压力 QUOTE 进油腔压力 QUOTE 输入流量输入功率夹紧761700.34.548.0-快进启动4686090.624.00.24加速3886恒速2186工进338460.34.54.20.61快退启动46860.31.224.00.48加速3886恒速2186松开00.30.34

17、8-4.拟定液压原理图由于该机床为固定式机床，不存在外负载对系统做功的工况，且液压系统的功率较小，钻台移动速度较低，工作负载变化小，系统采用节流调速方式和开式循环，采用进油路节流调速回路。从表2-2可知液压缸要求油源交替的提供低压大流量和高压小流量，夹紧缸只有在夹紧一瞬间才需要高压，所以采用大小两个液压泵自动两级并联供油的供油方案。液压原理图见图2-3。图2-3 液压系统原理图1.液压泵；2.单向阀；3.溢流阀；4.顺序阀；5.溢流阀；6.单向阀；7.单向阀；8.三位五通液电换向阀；9.调速阀；10.二位二通换向阀；11工作液压缸；12.液控溢流阀；13.单向阀；14.三位四通换向阀；15.夹

18、紧液压缸；16.夹紧液压缸；17.调速阀；钻床液压元件及液压装置的机构设计1.液压泵和电动机的选择由表2-2可知系统所需流量的最大值与最小值相差8倍，且需要高压小流量低压大流量，所以采用双泵供油，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取PV2R12-6/52型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和41mL/r,当液压泵的转速为时，其理论流量为54.76L/min，假设取液压泵容积效率=0.9 QUOTE 3-1由表2-2可知在工进时所需功率最大为0.6kw，考虑到液压管道中的能量损失和液压系统的泄露、元件的效率取电动机功率为有效功率的3倍。查阅机械设计手册取电动机型号为Y112

19、M-6型电动机，额定功率为2.2KW，额定转速为940r/min，额定电压为380V。2.阀类元件的选择液压系统的核心部件确定之后还要对其他组成元件进展选择，考虑到对性能的要求和维修的便捷选取通用的阀类元件，各元件的名称和参数见表3-1 。序号元件名称额定流量 /L/min额定压力型号规格1双联叶片液压泵54.766.4PV2R12-6/522单向阀6316AF3Ea10B3溢流阀6316YE3E10B4顺序阀6316*F3E10B5溢流阀6316YE3E10B6单向阀6316AF3Ea10B7单向阀6316AF3Ea10B8三位五通电液阀801635DYE3YE10B9调速阀0.075016

20、A*QFE10B10二位二通换向阀6416-11工作液压缸12液控卸荷溢流阀6416-13单向阀6416AF3Ea10B14三位四通换向阀642034SM-B20H-T/W15夹紧液压缸16夹紧液压缸17调速阀0.075016A*QFE10B表3-1 各元件的规格3.油管各元件间连接收道的规格按液压元件接口处的尺寸决定，液压缸进、出管则按输入、排除的最大流量计算。由于液压泵选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算，结果表3-2所示：表3-2 液压缸的进、出流量工况快进工进快退输入流量/L/min排出流量/L/min运动速度/(m/min)由上表可以看出，液压缸在

21、各个工作阶段的实际运动速度符合设计要求。根据上表的数值，并按推荐取油液在压油管的流速v=3m/s，液压缸无杆腔及有杆腔相连的油管径分别为 QUOTE 3-2 QUOTE 3-3这两根油管都按GB/T23512005选用径=20mm、外径=24mm的冷拔钢管。4.油箱的选择油箱必须有足够大的容量，以保持系统工作时能保证一定的高度，在最高液面上要留出等于油液容量的10% QUOTE 15%的空气容量，本系统管路较短不必考虑液压系统停顿工作时油液自由流回油箱的体积，按照经历公式确定油箱容积：油箱容量经历公式为： QUOTE 3-4对于低压系统a取2 QUOTE 4 按GB/T79381999规定，取

22、最靠近的标准值V=250L。钻床控制系统的设计与计算1. 电磁阀磁铁动作表液压系统要完成夹紧、快进等工况，根据液压原理图，各工况下按钮和换向阀的动作如表4-1所示。表4-1 电磁阀动作顺序表电磁铁工况YA1YA2YA3YA5YA6转换主令夹紧+-SB2快进+SB4工进+-+-SB6快退-+SB5松开+SB3停顿SB72. 电磁阀磁铁运动过程输入输出接口在控制系统plc中的位点见表4-2表4-2 输入输出点输入电器输入点输出电器输出点启动按钮SB10001继电器YA10501停顿按钮SB70007继电器YA20502夹紧SB20002继电器YA30503松开SB30003继电器YA50505快进

23、SB40004继电器YA60506快退SB50005电动机0500工进SB60006a.夹紧：YA5得电，压力油经过调速阀17进入夹紧缸的下腔，推动活塞杆向上运动，回油通过单向阀13流入油箱，实现夹紧。b.快进：YA1得电，压力油通过油管到达主液压缸无杆腔，液控单向阀4关闭，回油通过单向阀6与压力油相连接，实现差动连接，实现快进，主液压缸向上运动。c.工进：YA1、YA3得电，压力油通过调速阀9进入主液压缸无杆腔，主液压缸向上运动；此时液控单向单向阀4开启，回油通过液控单向阀4流经溢流阀5流入油箱。液控单向阀的调定压力应大于无负载时的压力油压力，小于有负载时的压力油压力。d.快退：YA2得电，压力油经过油管到达主液压缸有杆腔，回油通过单向阀7 流回油箱，主液压缸向下运动。e.松开：YA6得电，压力油进入夹紧缸的上腔，推动活塞杆向下运动，回油流经调速阀17单向阀13流入油箱，实现松开。3. 控制系统钻床液压系统功能简单所需要的控制接口少，由此使用通用型C20P型plc，plc的接线端子图、T形图、语句变分别见图4-3 、图4-4 、表4-5 。图4-4图4-4 PLC程序梯形图图4-3 plc图4-3 plc接线端子图表4-5 PLC程序语句表1L