本文设计的液压缸和电控系统-毕业论文

山东科技大学泰山科技学院毕业论文目录TOC\t"标题1,1,标题2,2,标题3,3,样式标题1+黑体居中段前:1行段后:1行行距:多倍行距0.5字行,1"摘要 IAbstract II绪论 41液压疏煤系统的设计 51.1工作原理 51.2系统设计要求及技术参数 61.3系统的其他要求 61.4总体规则 62液压缸的设计 102.1液压缸的设计依据和设计原则 102.2设计步骤 112.3液压缸基本参数的确定 112.4其它结构的设计 213动力元件的选择与速度效验 243.1液压泵的选择 243.2校核液压缸的伸缩速度 263.3确定工作循环系统各参数 274控制元件的选择 324.1换向阀的选择 344.2单向阀的选择 344.3溢流阀的选择 344.4滤油器的选择 354.5压力表开关的选择 354.6压力继电器的选择 364.7电动机的选择 375辅助元件的选择 395.1油箱的选择 395.2油管的选择 405.3管接头的选择 415.4加热器的选择 416系统性能验算 447电控系统的设计 477.1电控系统图拟定 477.2PLC程序的编写 477.3电控元件的选择 548液压传动系统的安装和使用 618.1液压元件的安装总要求 618.2管路的安装与清洗 618.3压力试验 618.4调整和试运转 629液压系统的维护 6310小结 64参考文献 66致谢 67

绪论本次设计的题目是电厂煤仓疏煤装置系统的设计，该系统主要是用来完成积煤的疏通工作。目前在电厂、矿山煤仓中也发生过积煤大面积突然冒落而导致人员伤亡的事故。究其原因，一方面在于环境的不安因素、人的不安全行为、管理上的漏洞，另一方面是设施不健全。因此从设施上确保安全，应采用机械疏松煤仓中的积煤减少事故发生已成为急待解决的问题，而液压自动疏煤系统该系统的出现使这一问题的解决成为可能，对此加以分析、研究具有重大意义。本设计主要包括两大部分：液压系统和电控系统。液压部分是由液压系统控制八个液压缸伸缩，液压缸带动埋在煤中的蒺藜棍运动，从而实现煤仓的疏煤。电控部分采用PLC可编程控制器控制：对电动机的启闭、加热器的开关、电磁换向阀的换向、液压系统的卸荷等实现了手动与自动控制。随着工业化的发展的提高，以及对人员工作环境安全性的要求提高，疏煤装置系统在国内外日益广泛应用，对提高生产效率，降低生产成本，保障人员安全起着至关重要的作用。

1液压疏煤系统的设计1.1工作原理本系统可分为自动运行和手动控制运行。当自动运行时工作原理如下：当1号液压缸单独工作时，人工启动一号缸启动按钮SB1向PLC发出启动控制指令X1。此时如果压力继电器提供给PLC的信号X9为高电平（即液压泵启动系统压力超过压力继电器调定压力），则PLC控制输出线圈Y1通电从而控制一号缸的三位四通电磁换向阀左侧电磁换向阀1通电，液压油液经换向阀进入液压缸有杆腔，千斤顶缩回。当缩至终点时压力升高，当压力超过压力继电器预调定压力时，继电器向PLC的输出信号X9变为高电平。PLC接收到信号X9的上升沿便控制一号缸换向阀的左侧电磁换向阀1断电，右侧电磁换向阀2通电，液压油进入无杆腔，千斤顶伸出。伸至终点后，压力继电器又发出高电平信号X9给PLC，PLC控制电磁换向阀2断电，电磁阀1通电液压缸又自动回缩。这样通过PLC控制，一号液压缸就能自动运行。同理，当2~8号液压缸单独作用时，控制过程与1号液压缸控制过程类似。当1号、2号液压缸共同作用时，人工同时启动1号2号缸启动按钮SB1、SB2，同时向PLC发出启动指令X1、X2，则PLC同时控制电磁换向阀1、3同时通电，液压油同时进入1号、2号液压缸有杆腔。1号、2号液压缸同时缩回，缩至终点是压力升高，压力继电器向PLC发出信号X9，PLC控制电磁换向阀1、3同时断电，电磁阀2、4通电液压油进入无杆腔，1号、2号千斤顶同时伸出，伸至终点时，压力升高，压力继电器再向PLC发出信号X9，PLC控制电磁换向阀2、4断电，电磁阀1、3通电，1、2号液压缸又自动回缩。这样在PLC的控制下1、2号两缸就能同时伸缩自动运行。同理，当3号、4号、5号、6号、7号、8号液压缸分别两两同时作用时，其控制过程与1号、2号液压缸共同作用时的控制过程类似。当人工启动泻荷按钮SB0时，PLC就接到卸荷指令X0，于是控制卸荷电磁阀YA0接通，卸荷回路打开就实现系统卸荷。由于卸荷回路只受X0控制，所以系统可以随时实现卸荷，即急停。1.2设计原始参数本设计要求液压系统完成煤的疏松工作，其系统设计原始参数见表1.1表1.1系统设计参数参数名称代号数值拉力/NFe2×推力/NFt3×缸体行程/mmS630伸出时间/mint12缩回时间/mint221.3系统的其他要求（1）液压缸的伸出、回缩速度不能太快。 （2）各元件的动作要安全、平稳、可靠、换向精度高。1.4总体规则（1）确定液压执行元件根据系统要求，液压执行可采用如下方案，其优缺点如下表（见表1.2）。根据上表中的优缺点比较，最终选择第二种方案为液压执行元件，即为活塞缸——连杆传动。（2）明确载荷明确液压缸的工作载荷，如表1.2所列各项技术参数中当液压缸缩回时，液压缸有最大拉力Fe=2×10表1.2不同种类液压缸优缺点常用方案优点缺点复合增速缸1.整体结构紧凑，构件少2.无需动梁闭合量调节机构1.结构复杂，制造难度大2.要设计充液阀，泵的流量大，系统复杂3速度低效率低活塞缸—连杆传动1.在行程的近末端将液压缸的出力放大，缸径可以很小2.空行程速度高效率高3泵的流量小，液压系统简单1.连杆构件多，尺寸链多2.需要动梁闭合量调节机构，结构复杂不等径双出杆活塞缸一个装于螺杆后端直接推动螺杆，结构紧凑影响螺杆旋转机构的布置，结构复杂，体积大等径双出杆活塞缸两个活塞杆置于螺杆两端，同时作为注射座的承重、导向件，免用导轨活塞杆粗、长、费材料，操作位置对操作稍有影响（3）绘制系统工况图F/N3 2 t/min3 6图1.1系统工况图（4）确定系统工作压力本系统属于小型工程机械，充分考虑系统所需流量、系统效率和性能、工作可靠性、工艺性和经济性等因素后，参照《液压技术手册》表37-2选择液压系统的工作压力为16MPa。（5）草拟液压系统原理图1）液压系统图拟定，如图1.2图1.2液压系统原理图2）系统工作循环图表当液压缸1单独作用时，工作循环如下表1.3：表1.3单缸作用工作循环表动作名称发讯元件电磁铁电动机手动自动12345678D1D2回缩+—+———————+—外伸—+————————+—当液压缸1、2共同作用时，工作循环如表1.4：表1.4双缸作用工作循环表动作名称发讯元件电磁铁电动机手动自动12345678D1D2回缩+—++——————+—外伸—+————————+—注：1.当液压缸2~8号单独作用时，工作循环表与当液压缸1单独作用时类似。即几号液压缸工作则与其对应的电磁铁既通电，其余电磁铁则处于断电状态。2、当液压缸3~8号共同作用时，其工作循环与表4，1号和2号液压缸共同作用时的情况类似。即那两个缸共同作用，则与其对应的电磁铁既共同通电，其余电磁铁则处于断电状态。3、该系统虽然有两台电动机，但通常情况下只有一台电动机工作，另一台为备用电动机。

2液压缸的设计2.1液压缸的设计依据和设计原则液压缸是液压传动的执行元件，它与主机和主机上的机构有着直接的联系，对于不同的机种机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计前要作好调查研究，备齐必要的原始资料和设计依据，如表2.1所示：表2.1液压缸原始资料参数名称代号数值拉力/NFe2×推力/NFt3×缸体行程/mmS630伸出时间/mint13缩回时间/mint23工作压力/MPaP16液压缸设计的一般原则：1)保证液压缸往复运动的速度、行程和液压缸推力；2)保证液压缸每个零件有足够的强度、刚度和耐久性；3)在合理选择液压泵供油压力和流量的条件下，尽量减小液压缸的尺寸；4)活塞杆工作时最好承受拉力，以免产生纵向弯曲；5)液压缸尽量避免承受侧向载荷；6)液压缸的轴线应与被拖动机构的导向方向平行；7)长行程液压缸活塞杆伸出时应尽量避免下垂；8)液压缸各部密封可靠、泄漏小、摩擦力小、寿命长；9)液压缸因温度变化膨胀伸长时，不能因受限制而产生挠曲；10)根据液压缸的工作条件和具体情况考虑缓冲、排气和防尘措施；11)液压缸各结构要素应采用标准系列尺寸，尽量选择经常使用的标准件；12)液压缸应做到成本低、制造容易、维修简单。2.2设计步骤液压缸的设计内容和步骤大致如下：明确液压系统的设计要求，确定液压系统方案；选定执行元件，进行工况分析，初步确定系统的主要参数；确定液压系统方案，拟定液压系统原理图；计算和选择液压元件；对液压系统的主要性能进行验算；绘制液压缸装配图和零件图；审定全部设计计算资料、图纸及其他技术文件。2.3液压缸基本参数的确定2.3.1缸筒的设计缸筒通常根据缸筒与端盖的连接形式选用，而连接形式又取决于额定工作压力，用途和使用环境等因素。综合考虑本系统各种因素选用：缸体为钢管，一端焊接法兰与缸头连接，一端与缸底焊接。优点：结构较简单，易加工、易装卸。缺点：重量比螺纹连接的大，但比连杆连接的小，外径较大。（1）缸筒的材料和毛坯选择缸筒材料和毛坯时，不仅要考虑它的机械性能、工艺性能，还要考虑它的经济性。根据缸体的材料的要求，综合考虑选ZG310—600碳素铸钢作为缸体的材料，它的=310M，=600M。（2）缸筒的技术条件①缸筒内径一般采用或级配合，表面光洁度一般1.6—3.2，它的椭圆度、锥形度、鼓形度不大于内径公差的一半，弯曲度在500毫米长度上不大于0.03毫米。缸筒端面摆差在100毫米直径上不大于0.04毫米。为了装配时不损坏密封件，缸筒内径两端应倒角。必要时缸筒内径可镀铬，以防腐蚀并提高寿命。②有足够的强度和刚度（3）缸筒内径当活塞杆是以推力驱动工作负载时，压力油输入无杆腔，D1=4FtπP=4×3×105π×16×0.95=158.5mm式（2缸筒内径应按上式计算后再取整，查《液压缸内径系列参数》取标准值得液压缸的缸内径D=160mm。（4）缸筒强度的计算缸筒在液压力的作用下，有一种沿圆周方向破坏的趋势，为了防止这种破坏，缸筒壁厚必须有一定的厚度。1）薄壁缸筒缸筒壁厚与内径D之比小于时，壁厚按薄壁筒公式,其中P—液压缸的最大工作压力；D—缸筒内径；—缸筒材料的许用拉应力=σbn=600*1065=120MPa—缸筒材料的抗拉强度极限；n—安全系数，一般取n=5=10.7mm，,取2）厚壁缸缸筒壁厚与内径D之比大于时，称为厚壁筒，按厚壁筒强度公式计算，由第二强度理论得，δ=D2+0.4P-1.3P-1式（2代入数值，得δ=1602120+0.4*16属薄壁筒，综合比较取=12mm（5）缸筒外径的确定=D+2=160+2*12=184mm式（2.4）D—缸筒内径（6）缸筒壁厚的验算计算求得的缸筒壁厚值后，应做以下三方面的验算，以保证液压缸安全工作。1）液压缸的额定压力应低于一定的极限值来保证工作安全：Pn≤0.35*σ≤0.35*310*==16<26.5成立，式中—液压缸额定压力；—缸筒内径；—缸筒外径；—材料的屈服强度极限。2）为避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力应与塑性变形压力有一定的比例范围，P=2.3×310×3）为确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力应大于实验压力，PE=2.3σblog=2.3×600×log184160=综合以上三个验算公式均成立，故缸筒壁厚符合要求可保证液压缸安全工作。2.3.2活塞杆活塞杆是液压缸传递动力的主要元件，它要承受拉力、压力、弯曲力、振动冲击等载荷的作用必须有足够的强度。（1）活塞杆的结构和材料活塞杆（如图2.1）有实心杆和空心杆，空心活塞杆一般用于缸筒运动液压缸，空心活塞杆一般用于缸筒运动液压缸，空心部分可以用来导通油路，大型液压机的活塞杆或柱塞杆或柱塞也采用空心结构，用以减轻重量。综合考虑该液压缸活塞杆为实心杆。材料选用45号钢。一端与活塞螺栓连接，查《机械设计手册》表20-6-14根据GB/T2350-1980选取活塞杆螺纹尺寸M56图2.1活塞杆的结构（2）活塞杆直径的计算对于双作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径d可由往复运动的速比确定,液压缸往复运动速比一般取2，1.46，1.33，1.25，1.15等数值，取=1.33,根据液压缸活塞往复运动的速度之比：φ=V1V得公式：式（2.5）式中d—活塞杆直径；D—缸筒内径；—液压缸往复运动速比将=1.33带入得：=79.4mm查第四版《机械设计手册》表20-6-16按照JB2183—77中所制定的标准规定的活塞杆外径尺寸圆整取d=80mm。（3）液压缸的稳定性和活塞杆强度验算前面对活塞杆直径仅按速比要求做了初步确定，活塞杆直径还必须同时满足液压缸的稳定性及本身的强度要求。1）液压缸稳定性验算一般情况下当杆长与杆径的比值<10时，不必验算其纵向弯曲强度和稳定性。L/D2）活塞杆的强度计算当活塞杆受到纯压缩或拉伸时σ=4Ftπd2-d12≤式中d—活塞杆直径；—空心活塞杆孔径，实心杆=0；—活塞杆的最大推力；—活塞材料的许用应力；—材料的屈服极限；n=1.4~2；=210MPa；=49.8MPa<。2.3.3活塞的结构和材料活塞（如图2.2），将液压能转换为机械能的主要元件，基本结构可以分为顶部，头部和裙部。在缸筒内反复滑动，配合应适当，不能过紧或间隙过大。过紧会降低效率，损坏缸筒和活塞滑动配合表面。过大，会引起液压缸内部泄露，降低液压系统的容积效率。根据《液压传动》表20-6-11，表20-6-12得，综合考虑活塞采用橡胶圈O形密封活塞，活塞材料选用45号钢。由于本系统中，活塞受压为中低压受力不大。综合以上：。活塞宽度:H=（0.6—1.0）D取H=0.8D=128活塞内径:选取=60mm活塞外径与缸筒内径的配合采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半。图2.2活塞的结构2.3.4缸盖（1）缸盖的结构和材料缸盖（如图2.3）装在液压缸的两侧，与缸筒构成密闭的压力油腔。它常与高温高压燃气相接触，承受很大的热负荷和机械负荷，因此它不仅有足够的强度承受液压力，而且还必须具有一定的连接强度。综合考虑选该缸盖为螺钉连接，这种连接方法结构简单，加工装配容易，缸盖材料选用45号钢。图2.3缸盖的结构（2）缸底厚度的计算缸底为平底，由材料力学中圆盘计算公式，得缸底厚度:δ1≥0.433D2Pσ σ=σbn1=6004=150MPa—缸筒内径；—安全系数； —缸底材料的抗拉强度极限；则。2.3.5导向套和最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动中点的距离称为最小导向长度H。如果导向长度太小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性。对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式要求：H≥LD+D2式中:L—液压缸的最大工作行程；D—缸筒内径则H=111.5mm因缸内径大于80mm，则导向套滑动面的长度A取为活塞杆直径d的0.9倍，A=0.9d=0.980=72mm活塞的宽度B为缸内径D的0.8倍，B=08*160=128mm导向套在活塞杆往复运动时起导向作用，它要求配合精度高、运动滑快、耐磨性好，并能承受活塞杆因外力而引起的压力、弯曲、冲击、振动和自重力等作用。为了保证最小导向长度，最好在导向套和活塞之间装一个隔套，宽度C=H-A2-B隔套不仅能保证最小导向长度，还可以改善导向套及活塞的通用性。2.3.6工作速度和速比液压缸的工作速度与其输入流量和活塞的面积有关，当液压油液进入无杆腔时，活塞的工作速度为：V1=4QηVπD2=4×3.75×10×0.860×π V2=4QηVπD2双作用液压缸，其往复运动的速比为：ψ=V2V1=D2.3.7确定液压缸内腔长度图2.4液压缸内腔—活塞行程；—附加长度；—活塞厚度2.4其它结构的设计2.4.1确定密封装置液压缸的密封装置广泛采用圆截面橡胶圈，这种型式结构简单，装卸方便，寿命长，在30M压力下具有良好的密封性能。根据《润滑与密封手册》表32-7（第1805页）得：端盖式导向套的外径与缸筒内径密封处采用截面直径为7.0的O型橡胶圈密封；端盖式导向套的内径与活塞杆密封处：内侧选用尼龙材料导向环，中间部分选用Yx耳形密封圈；端盖式导向套的内径外侧装有防尘圈：选用无骨架防尘圈，其材料为聚氨酯橡胶。2.4.2排气装置液压系统里总是要混入一定量的空气，特别是每一次油箱换油时，全系统的油放空后，空气立即填入；换上了新油，填入的空气还残存在系统内部．无论何种油液，本身总是溶解有３～１０％的空气，这些以溶解状态存在的空气，在系统内部的真空地带（如油泵吸油口及管路拐弯处等）往往会分离出来，形成小气泡；真空地带密封不好，外界空气也乘隙而入．液压系统内部存在空气，对工作性能有严重影响，会引起执行机构爬行或颤抖现象，致使动作速度不稳定．为此在设计上采用排气装置，以排除空气．排气装置通常安置在系统的最高处，而且多数是安装在液压缸的最高处．每隔一定时间或每次更换新油时，进行专门的排气操作．考虑其适用性和经济性选螺丝型排气装置，如图2.5所示。图2.5排气装置2.4.3缓冲装置当液压缸驱动大质量的机构快速运动时，由于动量大，到行程终点可能会发生活塞与端盖碰撞现象，将产生大的冲击和噪音，甚至损坏机件，危害极大。为此，在液压系统中设置减速阀或制动阀，以缓和或防止这种冲击；或是在液压缸内设计专门的缓冲装置来达到同一目的。液压缸活塞运动速度在0.1m/s以下时不必采用缓冲装置，在0.2m/s以上时必须设置缓冲装置。而本液压系统中活塞的最高速度为33mm/s＜0.1m/s,所以不必设置缓冲装置。2.4.4防尘装置液压缸的活塞杆伸出时，常常有灰尘污物或金属粉末落往上面，当活塞杆缩回时往往会将其带进液压缸，这样不仅会加剧相互运动表面之间的磨损，有时还会损伤运动表面，使液压元件无法工作。因此在一些工作环境不洁,或是精密机械液压缸中，往往要设防尘装置。本设计中前端盖选用A型液压缸活塞杆用防尘圈.查手册《机械设计手册》润滑与密封表10—4—24选型号FA78X90X10密封圈。

3动力元件的选择与速度效验3.1液压泵的选择（1）计算液压缸最大需用流量Q前面已经求得速度比为1:1.33，又系统要求伸出与缩回总时间为1min，则：系统缩回时间：t2=601.33=45s系统伸出时间：t1=60-45=15s 式（当单缸作用千斤顶伸出时：V1=st1当单缸作用千斤顶回缩时：V2Q2=V2当双缸作用千斤顶外伸时，为了保持速度不变，则Q同理当双缸作用千斤顶回缩时Q其中，Qmax为最大流量（2）计算液压泵的排量qmax=Qmax（3）选择液压泵型号1）叶片泵其特点是结构紧凑，外形尺寸小，流量均匀，运转平稳，噪声小，寿命长，在机床、工程机械、压铸及冶金设备中应用十分广泛。，与齿轮泵相比对油液污染较敏感，结构复杂。单作用式叶片泵适用于低压打流量的场合。双作用式叶片泵转子每转一周，叶片在槽内往复运动两次，完成两次吸油和排油。由于他有两个吸油区和排油区，相对转子中心对称分布，所以作用在转子上的作用力相互平衡，流量比较均匀。为保证叶片泵可靠地吸油，其转子转速不能太低，也不能太高。2）齿轮泵齿轮泵是一种常用的液压泵，其结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作不可靠，工作可靠；但流量脉动和压力脉动较大，噪声大，流量不可调；高压下不采用端面补偿时，其容积效率明显下降，内啮合齿轮泵比外啮合齿轮泵结构更紧凑，体积小，吸油性好，流量均匀性好，但结构较复杂。3）柱塞泵其特点是精度高，密封性能好，工作压力高，因此得到广泛的应用。但它的结构比较复杂，制造精度高，价格贵，对油液污染敏感。轴向柱塞泵是柱塞平行缸体轴线，沿轴向运动，径向柱塞泵的柱塞垂直与配油轴沿径向运动，这两类泵均可作为液压马达用。4）螺杆泵螺杆泵实质上是一种齿轮泵，结构简单，重量轻，流量及压力的脉动小，输送均匀，无紊流，无搅动，很少产生气泡，工作可靠，噪声小，运转平稳性比齿轮泵与叶片泵高，容积效率高，吸入扬程高。但加工较难，不能改变流量。一般应用两螺杆或三螺杆泵，有立式和卧式四种安装方式。一般采用螺杆泵用立式安装。综合比较，可以采用外啮合齿轮泵3.2校核液压缸的伸缩速度当采用第一种方案，根据排量q=7ml/r可选用型号CBB的外啮合齿轮泵。查表得CBB的额定排量q=10ml/r式（3.6CBB的额定转速该液压泵的额定流量为Qe=qe当液压缸单缸作用并外伸时的速度：V1=Qeη当液压缸单缸作用并向内回缩时的速度：V2=Qeη液压缸外伸作用时间t伸=Sv1=液压缸向内回缩所用的时间t伸=Sv1当液压缸双缸作用并向外伸时的速度V1=Qe液压缸外伸所用时间t伸=S当液压缸双缸作用并向内回缩时的速度V2=Qeηe2A液压缸回缩时所用时间t缩=Sv2=630×10-2即当双缸作用时，动作时间均为1min左右。此外，该齿轮泵的工作压力适用于疏煤装置要求，并且结构简单，工艺性好。采用该齿轮泵。3.3确定工作循环系统各参数（1）工作泵的理论输出流量：Qe=qe（2）油路压力损失当单缸作用并外伸时，取 式（3.17）当单缸作用并内缩时，取当双缸作用并外伸时，取当双缸作用并内缩时，取（3）工作泵出口压力当液压缸单独作用并外伸时：PP1=FtA1ηgm当单缸作用并回缩时：PP2=FeA2ηgm+=当双杆作用并外伸时：PP1=FtA1当双缸作用并回缩时：PP2=FeA2Ngm+=2×10515079.6*0.95+0.4=14.4MPa（4）液压缸运动速度：当液压缸单缸作用并外伸时：V当液压缸单缸作用并回缩时：V当液压缸双缸作用并外伸时：V当液压缸双缸作用并回缩时：

V（5）液压缸的动作行程当液压缸单缸作用并外伸时当液压缸单缸作用并内缩时当液压缸双缸作用并外伸时当液压缸双缸作用并内缩时（6）动作持续时间当液压缸单缸作用并外伸时t1=S1v1=当液压缸单缸作用并内缩时t2=s2v2=630×10当液压缸双杆作用并外伸时t1=2t1=0.5min当液压缸双缸作用并内缩时t2=2t2=1.5min式（7）工作泵输入功率当液压缸单缸作用并外伸时P1=PP1QeηP=16.2×10P2=PP2QeηP=14.6×106×20×当液压缸双缸作用并外伸时P1=PP1QeηP=16×106×20×当液压缸双缸作用并内缩时P2=PP2QeηP=14.3×106（8）电动机输出功率当液压缸单缸作用并外伸时Pt1=P1=6.8当液压缸单缸作用并回缩时Pt2=P2当液压缸双缸作用并外伸时Pt1=P1=6.5Kw当液压缸双缸作用并内缩时Pt2=P2=6.6Kw当液压缸单缸作用并外伸时Pt12t1当液压缸单缸作用并内缩时Pt22t2当液压缸双缸作用并外伸时Pt12t当液压缸双缸作用并回缩时Pt22t2=6.62×1.5×60=（9）系统输入功当液压缸单缸作用并且向外伸时E1=Pt1.t1=6.8×0.25×60=102KJ当液压缸单缸作用并且向回缩时E2=Pt2.t2当液压缸双缸作用并且向外伸时E1=Pt1.t1=6.当液压缸双缸作用并且向回缩时E2=Pt2.t2=6.6×1.5×60（10）执行元件有效功当液压缸单缸作用并且向外伸时E21=FtS2=3×10当液压缸单缸作用并且向回缩时,E22=FtS2当液压缸双缸作用并且向外伸时E21=FtS2=当液压缸双缸作用并且向回缩时E22=FtS2=2×

4选择控制元件4.1换向阀的选择电磁换向阀是依靠电磁铁的吸合力，即电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，控制的精度和灵活性都不能够保证。但由于液压油通过阀芯时会产生液动力，使得阀芯移动受到阻碍，受到电磁铁吸合力的限制，所以只能控制流量较小的回路。不同的电磁阀在控制系统中不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀电磁阀选型首先应该一次遵循安全性，可靠性，适用性，经济型四大原则，其次是根据六个方面的现场工况（即管道参数、流体参数、电气参数、动作方式、特殊要求进行选择）。如下表，电磁换向阀技术参数表4.1电磁阀的技术参数通径（mm）额定压力MPa最高使用压力MPa通过流量L/min使用油温oC油液粘度（mm2/s）重量（kg）使用电压V励磁功率w通电持续100%1/hPABOTO单电磁铁双电磁铁直流交流直流交流直流交流41620636106073201..01.524110123030006251.82.3194810603.94.926601680861103675根据图表4.1选择通径为10mm的电磁换向阀，查《液压元件使用指南》选型号分别为34BO-H10B-T-Z，22BO-H10B-T-Z。4.2单向阀的选择仅允许液体向一个方向流动而不能反向流动（反向截止）的阀称为单向阀。它为分普通单向阀和液控单向阀两种。综合考虑最后决定选择普通管式单向阀。查《液压元件使用指南》选型号为GIT-03-40-25.该单向阀的技术规格如表4.2所示表4.2单向阀的技术规格型号最大流量（L/min）最高使用压力MPa开启压力MPa质量kgGIT-0340250.350.24.3溢流阀的选择以液压力与弹簧力相平衡而维持进口压力近于恒定，系统中多余油液通过改阀回油箱的压力控制阀称为溢流阀。根据结构不同，溢流阀主要有直动式溢流阀和先导式溢流阀两种。溢流阀在液压系统中主要起稳定压力或安全保护的作用。在油路中的使用比较灵活，可以有不同的用途，不同的工作状态。根据系统要求，该系统可采用型号为Y2H32C10。型号的含义：Y：溢流阀2：二级同心结构H：公称压力32MPaC：调压范围10：通径4.4滤油器的选择液压系统的油液不可避免的混入各种杂质，而液压油中含有超过限度的固体颗粒和不溶性污染物。因为这些杂质可使运动零件表面划伤，造成内部泄露增大，从而使效率较低，发热增加。因此，保持油液的清洁度是保障液压系统正常工作的同义语。根据系统要求，该系统可采用ZU-H40*20S型滤油器。型号含义：ZU:纸质滤油器H:压力32MPa40：流量40L/min20：过滤精度S：带发讯装置4.5压力表开关的选择当系统内压力高于或低于额定的安全压力时，感应器内弹片瞬时发生移动，通过连接导杆推动开关接头接通或断开，简单的说是当压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的痛断状态，达到控制被测压力的目的。在工业领域中有着重要的用途，能预防生产工程重要装置的损坏。压力开关主要类别包括常开式和常闭式，采用的弹性元件有单圈弹簧管、膜片、膜盒及波纹管等根据该系统要求，选择压力表开关的型号为AF6EA-L30Y25.型号含义：A:隔离阀F:弹簧复位6：通径E:单个阀A:螺纹连接L30：系列号Y：带径向无边压力表25：指示范围至25MPa4.6压力继电器的选择压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件。压力继电器按结构夜店可分为柱塞式压力继电器、弹簧管式压力继电器和膜片式压力继电器等。HEO23型压力继电器是弹簧管式结构，弹簧管在压力油作用下产生变形。通过杠杆压力下缴动开关，发出电信号，使电器元件动作实现回路的自动程序控制和安全保护。根据系统要求，该系统可以采用型号为：HED2OA20/20L24。型号的含义：HED：压力继电器2：结构型式为单点弹簧管式O：无泄漏油口A：管连接20：系列号为2020：最大调整压力为20MPaL24:电源电压带24V灯表4.3压力继电器的技术规格型号额定压力/MPa最高工作压力（短时间）/MPa复原压力/MPa最低最高HED202021120 动作压力/MPa切换频率/次.mm-1切换精度最低最高1.420.430小于调压的±1%液压阀分公司天津液压件一厂。4.7电动机的选择下图为系统功率循环图：液压缸单缸作用时的系统功率循环图，见图4.1

图4.1液压缸单缸作用时的系统功率循环图液压缸双缸作用时的系统功率循环图，见图4.2图4.2液压缸双缸作用时的系统功率循环图由图可知，当液压缸单缸作用并外伸时，系统功率最大为：Pmax=12.9kw，此外，考虑到本系统的工作环境恶劣，所以可选择防爆异步电动机，其型号为YB160M2-2，该型号电动机的技术数据如表4.7所示：表4.7电动机的技术参数型号功率/KW满载转速/min堵转转矩Nm最大转矩NmYB160M2-21529302.22.0

5选择辅助元件5.1油箱的选择油箱有效容积V0按每分钟最大流量的4倍计算：V0=4Qmax=4*25.4≈101.6L根据计算结果和工作环境，可以采用型号为：AB4D—01—10127AN13St型号含义如下：AB40—01：AB标准0127：公称容积为VN127A：油箱采用油箱组件型号N：标准型1：油箱采用带分隔板型号3：油箱采用带泄油槽带放油螺塞St：油箱的材料是钢板油箱的技术参数如表5.1表5.1油箱的技术参数规格重量/Kg工作容量/L工作容积/L标准型800385830127长L1/mm宽B1/mm高H1/mm2000800750查表得油箱部分的长宽高尺寸为：a×b×c=2m×0.866m×0.75m油面高度：式（5.1）油面高与油箱高之比为：5.2油管的选择系统上一般管道的通径按所连接元件的通径选取，现实计算系统流量最大时的罐子通径，取管内许用流速为VP=4m/s，管子通径为：d=QmaxVp=25.4×10-34×60因前面所取的阀类零件通径均为10mm，与计算结果相符，所以该系统的管道通径为10mm按标准规格选取管子为：φ材料：钢丝编织和合成橡胶σb安全系数n=6，验算管子的壁厚：δ=Pd2σp=Pd2σ即壁厚的选取值大于验算值，所选管子符合要求。管子的技术规格如表5.2所示：表5.2管子的技术规格公称内径2T型设计工作压力/MPa最小弯曲半径成品软管外径外胶层厚度最大值最小值最大值2T型12.523.10.761.52251805.3管接头的选择管接头有焊接式、卡套式、扩口式、快换式和旋转式接头等形式。根据本系统要求，该液压系统采用快换式两端开放的接头，该接头适用于介质温度为-20—80℃，以油气为介质的管路系统，其技术参数如表1.16所示：表5.3管接头技术参数公称通径DN公称流量软管内径工作压力/MPa软管层数Ⅱ104012.5255.4加热器的选择（1）系统的发热功率当液压缸单缸作用时，主系统的发热功率为：PH=P-PeKw式中P—工作循环输入主系统的平均功率P=E1t式P—执行元件的平均有效功率Pe=根据前面的计算结果PH=P-Pe=E1当液压双缸作用时，根据前面计算结果：PH=P-Pe=E1t-（2）验算温升油箱的散热面积为：A=2ac+2bc+ab所以该系统的平衡温度为：Tmax=T0这说明温度的温升不是很高，这在一般对系统是有利的，但在冬季温度比较低时系统需要加热器，加热器的发热能力，可按下式计算：H≥crv∆τT（w）=2000×900×127×10-3×30180×0.7电热器的功率N=H860=635860×0.7查表可选用型号为SRY2—220/1的电加热器，该电热器的性能如表5.5所示：表5.5电热器的性能型号功率/KW电压/V浸入油中长度A/mm生产厂SRY2—220/11220225上海电热、电气厂，北京电热气厂

6验算系统性能已知该液压系统中进、回油管的内径，各段的长度。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15oC，查得在此温度下，液压油的运动粘度为1.5cm2/s，密度ρ1验算系统压力损失（1）工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为1.44m/min，进给时的最大流量为37.5L/min，则液压油管在管内流速为：v1=qπ4d2=4×37.5×管道流动雷诺数Re1为： Re1=v1dv=383.9×0.81.5=204Re1<2300，所以油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数为：λ1进油管道的沿程压力损失：∆Pγ1=γld查得换向阀的压力损失∆忽略油液通过管接头。油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失∆P1∆P1=∆Pγ+∆=0.05=1.25×106Pa（2）工作进给时回油路的压力损失。由于选用活塞杆液压缸，而且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的12，则回油管道的流量为进油管道的12，则V2=V12=191.5cm/s式（6.5）Re2=λ2=75Re2=0.74回油管道的沿程压力损失∆P∆Pγ2=γldpv查产品样本得换向的34BO-H10B-T-Z的压力损失∆PV2=0.025*10回油路的总压力损失∆∆P2=∆Pγ+∆Pϵ+=0.6×=0.65×106（3）定量泵处出口处的压力PP已知该系统选用的泵为定量泵，所以出口处的压力为定量泵的额定压力3.2*106Pa2系统温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占时间最多，因此主要考虑工进时的发热。一般情况下，工进速度最大时发热量最大，由于该系统采用定量泵，所以效率恒定，下面进行计算分析。已知该系统v=144cm/min、q=37.5L/min此时泵的效率为0.1，出口压力为0.35MPa，先前已计算为：P输入=12.7KWP输出=Fv=300000×14460×10-2∆P=P输入-P输出=5.5KW 式（6.10）假定系统的散热状况，取K=25×10-3KWA=1.8×=1.8×=6.18系统的温升为：∆t=∆PKA=5.525×10以上计算结果表明，温升在许可范围之内。

7电控系统7.1电控系统图拟定本次设计的电控系统图是由360伏电源供电，经变压器变压得到各自所需电压，如图（7.1）主要控制元件PLC可编程控制器根据输入信号，控制各继电器的开关，再通过接触器开关控制：电动机的启闭；加热器的开关；各个换向阀的换向和卸荷回路的卸荷7.2PLC程序的编写在本液压系统中要求：每个液压缸能独立自动运行，每两个液压缸能同时自动运行，由于系统中要求有较复杂的自动控制，仅用压力继电器很难实现，所以必须用采用PLC控制7.2.1液压缸控制程序自动控制输入子端系统卸荷SB0X01号液压缸启动SB1X12号液压缸启动SB2X23号液压缸启动SB3X34号液压缸启动SB4X45号液压缸启动SB5X56号液压缸启动SB6X67号液压缸启动SB7X78号液压缸启动SB8X8压力继电器X91、2号缸同时启动SB10X103、4号缸同时启动SB11X115、6号缸同时启动SB12X127、8号缸同时启动SB13X13输出子端急停YA0Y01号液压缸回缩YA1Y11号液压缸伸出YA2Y22号液压缸回缩YA3Y32号液压缸伸出YA4Y43号液压缸回缩YA5Y53号液压缸伸出YA6Y64号液压缸回缩YA7Y74号液压缸伸出YA8Y85号液压缸回缩YA9Y95号液压缸伸出YA10Y106号液压缸回缩YA11Y116号液压缸伸出YA12Y127号液压缸回缩YA13Y137号液压缸伸出YA14Y148号液压缸回缩YA15Y158号液压缸伸出YA16Y16PLC自动控制程序STX1ANIX3ANX9ANIX1ORY1ANIX5ANIX2ANIX6ANIX7ANX9ANIX8DFANIX0ORY1OTY1ANIX2STX1ANIX3ANX9ANIX4DFANIX5ORY2ANIX6ANIX2ANIX7ANIX3ANIX8ANIX4ANIX0ANIX5TOY1ANIX6RSTY2ANIX7STX3ANIX8ANX9ANIX0ORY3OTY2ANIX1RSTY1ANIX3STX1ANIX4ANIX5ANIX0ANIX6TOY4ANIX7RSTY3ANIX8STX2ANIX0ANX9TOY3DFSTX2ORY3ANX9ANIX1DFANIX3ORY4ANIX4ANIX1ANIX5ANIX3ANIX6ANIX4ANIX7ANIX5ANIX8ANIX6ANIY0ANIX7TOY3ANIX8RSTY4单缸独立运行PLC程序梯形图如图7.2图7.2单缸运行梯形图注：以上程序是液压缸1、2单独作用独立自动运行时的PLC程序，其它液压缸3、4、5、6、7、8单独作用时的PLC程序STX10ANIX0ORY1TOY1ANY3ANY3DRSSTX10ANIX3ANX9ANIX4DFANIX5ORY2ANIX6ANY4ANIX7ORSANIX6ANIX3双缸自动运行梯形图如图7.3图7.3双缸运行梯形图注：以上程序是液压缸1、2同时单独自动运行时的PLC程序，其它液压缸3和4、5和6、7和8同时运行时的PLC程序，与以上程序类似。如上述程序类似以下是电动机控制系统的PLC程序。7.2.2电动机控制程序输入子端输出子端电动机1启动：SB14X14 KM1：R1电动机2启动：SB15X15 KM2：R2加热器启动：SB16X16 KM3：R3电动机1停止：SB17X17 电动机2停止：SB18X18 加热器停止：SB19X19电动机控制系统PLC程序STX14STX15STX16ORR1ORR3ORR3 ANIX17ANIX18 ANI X19ANIR2ANI R1OT R2OTR3OTR27.3电控元件的选择该电控系统需要较多的控制元件，控制元件的选择直接影响整个系统的使用寿命和工作质量，所以电控元件的选择是很关键的技术问题。7.3.1熔断器的选择该电熔断器是机械设备电力拖动控制电路中，用作过载和短路保护的电器。它在串联在电路中，当电气设备发生短路或过载时，熔断器中的熔体首先熔断，使电气设备脱离电源，起到保护作用。熔断器具有结果简单，价格低廉，使用以及维修方便，体积小，质量小等优点。在本系统中，熔断器在电动机回路中，起短路保护作用，因起动电流很大，既要保护电动机，又不应让熔体在起动电流的冲击下而熔断。应计算，对于单台电动机：INF式中：INFIMN由上式得熔断器的额定电流INF查《实用机械电气技术手册》表62，选取无填料封闭管式熔断器具体数据见表7.1表7.1熔断器参数型号熔断器额定电压（V）熔断器额定电流（A）额定电流等级（A）最大分断能力（KA）RM10-100交流380100100107.3.2接触器的选择接触器是一种适用于远距离频繁接通和分断交，直流大容量电路的电气，在机床电气自动控制中，将接触点串联在回路中，以控制电动机的工作状态，也可用于控制其他电力负载。它具有操作频率高，寿命长，工作性能稳定可靠，维修简便等优点，所以，应用比较广泛。根据本系统的要求，查《使用机械电气技术手册》表7—1选用A2型交流接触器；具体数据见表7.2表7.2接触器参数使用类别接通电流接通电压时间常数（S）断开电流断开电压时间常数（S）用途A22.5INUN0.72.5INUN0.7控制绕线型电动机直接起动7.3.3控制继电器的选择控制继电器的种类很多，在机床电力拖动。程序控制，自动调节与自动检测系统中应用十分广泛。它具有输入回路和输出回路，当输入一定的信号量达到一定数值时候，控制继电器的触点动作，从而控制电路的工作状态。查《使用机械电气技术手册》表8—16选取继电器，参数见表7.3表7.3继电器参数表型号额定电压（V）额定电流（A）相数热元件小规格热元件大规格当数JR16380150314--2240--6347.3.4控制按钮的选择控制按钮在机床电气控制系统中使用十分广泛，它是人机联系和对话所必不可少的一种元件。它主要用于远距离操作接触器，继电器或用于控制发布命令及电气连锁。根据本系统要求，查《实用机械电气技术手册》表9—2选取按钮：参数见表7.4表7.4按钮参数表型号规格结构形式触点数颜色功能电压电流LA20-3K500V，5A开启式2,2黑红绿红起动停止617.3.5PLC可编程序控制器的选用PLC(见图7.3)是一种数字运行操作的电子系统专为在工业环境下应用而设计，它利用可编程序的存储，只用在其内部存储执行逻辑运算，顺序程序，定时计数和算术运算操作指令，并通过数字式，模拟式的输入输出，控制各种生产机械和生产过程。PLC具有简单易学，使用以及维护方便，运行可靠和设计施工周期段等优点。根据本系统控制要求选用日本松下FP1系列C56型小型PLC，具体参数见表7.5和表7.6。表7.5FP1控制单元规格表C56系列内藏式存储器I/O点数工作电压COIM端极性类型型号标准型RAM56输入：32输出：2424DC+继电器晶体管晶体管AFP12513AFP1254310024VAC+继电器晶体管JtgAFP12517AFP12547表7.6FP1性能一览表项目C56I/O分配32/24最大I/O点数160扫描速度16μs程序容量2720步存储类型RAM和EPROM内部继电器1008特殊继电器64定时计数器144数据寄存器1660系统寄存器2个字步阶128子程序16图7.4PLC接口图7.3.6电控系统图由以上元件连接可组成电控系统的电路图，如图7.4所示。该电路图由380V电源供电，径变压器变压得到各所需电压。图中主要控制元件PLC可编程序控制器根据输入信号，控制各继电器的开闭，再通过接触器开关控制：电动机的启闭；加热器的开关；各个换向阀的换向和卸荷回路的卸荷图7.5电控系统图7.3.7电控操作台图7.6电控操作台本电控系统操作台（如图7.6）根据系统控制要求，设计了8个单缸启动按钮及指示灯；4个双缸启动按钮及指示灯；1号，2号电动机启动停止按钮；加热器开关按钮；系统急停按钮；以及电源指示灯等控制按钮，以上布局能够控制系统运行。

8液压传动系统的安装和使用8.1液压元件的安装总要求液压系统是由各种液压元件组成的。各个液压元件之间由管道、接头和集成阀块等零部件有机的组成一个完整的液压系统。因此各个液压元件的安装正确与否，对整个液压系统工作性能有着重要的影响。以下是液压元件在安装时应注意的事项：设备的液压系统图；电气原理图；液压元件；辅件及管件清单和有关样本等要备齐；并在安装前对其内容和要求都应熟悉和了解(1)按液压系统图和元件清单；由仓库领出液压元件等物资；领时注意质量。凡有破损和缺件的液压元件，均不应领出。压力表领出后应校验避免产生调试误差。(2)液压元件的性能和管件的质量直接关系到系统工作的可靠性和稳定性，故在安装前应再次检验质量8.2管路的安装与清洗 系统中安装的液压元件如在运输中或库存时不慎以导致内部污染，势必造成系统故障。因此，在元件安装前应根据情况进行拆洗；如有条件，应进行测试。螺纹连接件的接口处不准有毛刺和磕碰凹痕，油箱内部不准有锈蚀；板式连接件、阀安装地板的连接平面应平整，其沟槽不应有飞边、毛刺、棱角。8.3液压系统压力试验系统的试验压力：对于工作压力低于16MPa的系统，试验压力为工作压力的1.5倍；对于工作压力高于16MPa的系统，试验压力为工作压力的1.25倍。试验压力应逐级升高，每升高一级应稳压2-3min，达到试验压力后，持压10min，然后降至工作压力，再进行全面检查，如系统所有焊缝和连接口无漏油，管道无永久变形，即为合格。压力试验，如果有故障需要处理，必须先卸压；如有焊缝需要重焊接，必须将该管卸下，并在除净油液后方可焊接压力试验期间不得用锤击打管道，并且在试验区域的5米范围内不得进行明火作业试验完毕后填写《系统压力试验记录》8.4系统调整和运转系统调试一般应按泵站调试、系统调试（包括压力和流量即执行构速度调节）顺序进行，各种调试项目，均由部分到系统整体逐项进行，即：部件、单机、区域联动、机组联动等。（1）