液壓系統(tǒng)課程設計---專用雙行程銑床

1、<p><b>　　機械學院</b></p><p><b>　　液壓系統(tǒng)課程設計</b></p><p><b>　　專用雙行程銑床</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設計內(nèi)容2&l

2、t;/b></p><p>　　二、負載分析與計算2</p><p>　　三、液壓系統(tǒng)原理圖設計分析4</p><p>　　1.液壓缸參數(shù)計算5</p><p>　　2.確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格8</p><p>　　3.液壓閥，過濾器，油管及油箱的選擇9</p>&

3、lt;p>　　4.液壓系統(tǒng)的驗算11</p><p>　　四、PLC控制系統(tǒng)設計13</p><p>　　1.各電磁鐵動作順序表13</p><p>　　2.PLC控制連接圖14</p><p>　　3.繼電器-接觸器控制梯形圖15</p><p>　　4.PLC控制梯形圖16</p

4、><p>　　5.指令語句表17</p><p>　　六、感受與收獲18</p><p><b>　　參考資料18</b></p><p><b>　　一、設計內(nèi)容</b></p><p>　　設計一專用雙行程銑床。工件安裝在工作臺上，工作臺往復運動由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)。雙向

5、銑削。工件的定位和夾緊由液壓實現(xiàn)，銑刀的進給由機械步進裝置完成，每一個行程進刀一次。</p><p>　　要求機床的工作循環(huán)為：手工上料——按電鈕——工件自動定位、夾緊——工作臺往復運動銑削工件若干次——擰緊銑削——夾具松開——手工卸料（泵卸載）。工作臺往復運動速度（m/min）v01/v02 （0.8~8）/(0.4~4)。取快進、快退最快速度為16m/min。工作臺往復運動的行程（100~270）mm，最大行

6、程定為500mm。定位缸的負載200N，行程100mm，動作時間1s；夾緊的缸的負載2000N，行程15mm，動作時間1s。</p><p><b>　　二、負載分析與計算</b></p><p>　　取液壓缸的機械效率為0.92。</p><p><b>　　計算液壓缸驅動力</b></p><p&g

7、t;　?。∟） 2-1</p><p>　　根據(jù)公式2-1,計算液壓缸驅動力</p><p>　　得定位液壓缸的驅動力為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　得夾緊液壓缸的驅動力為</p><p><b>　

8、　=</b></p><p>　　切削負載（F01/F02）：13000/6500N；</p><p><b>　　工作臺液壓缸總負載</b></p><p><b>　　2-2</b></p><p>　　為工作負載，為慣性負載，為摩擦阻力負載</p><p>

9、　　=13000/6500N，不作考慮，設動摩擦為2500N，靜摩擦為5000N。</p><p>　　由公式2-1，工作臺液壓缸的工作推力</p><p>　　快進、快退時外負載F=2500N，啟動加速是外負載F=5000N，工作缸的外負載為</p><p>　　表1 銑床要求的工作參數(shù)</p><p>　　表2 液壓缸在各工作階段的負載值

10、</p><p>　　按照要求，作出系統(tǒng)的工作循環(huán)圖如下：</p><p><b>　　圖1 工作循環(huán)圖</b></p><p>　　根據(jù)上述計算結果各工作階段所受的外負載，并畫出負載循環(huán)圖。</p><p><b>　　圖2 速度循環(huán)圖</b></p><p><b&

11、gt;　　圖3 負載循環(huán)圖</b></p><p>　　三、液壓系統(tǒng)原理圖設計分析</p><p><b>　　確定供油方式：</b></p><p>　　根據(jù)設計背景要求，供油方式采用限壓式變量泵，變量泵選擇用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。</p><p><b>　　調(diào)速方式的選擇：</b

12、></p><p><b>　　調(diào)速閥調(diào)速。</b></p><p><b>　　速度換接方式的選擇</b></p><p>　　采用電磁閥的快慢速換接回路，特點是結構簡單、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。</p><p>

13、<b>　　夾緊回路的選擇</b></p><p>　　用二位四通閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應該用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當進油路壓力瞬間下降時仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。</p><p>　　圖4 液壓系統(tǒng)原理圖</p>&

14、lt;p><b>　　液壓缸參數(shù)計算</b></p><p>　?。?）參考GB2348-80，銑床液壓系統(tǒng)的工作壓力選為5MPa。</p><p>　?。?）由于要求工作臺雙向移動速度相等，快進，快退速度相等，故工作液壓缸選用單缸雙桿式。夾緊和定位缸均選單缸單桿式。</p><p>　?。?）計算工作液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d， 最大負

15、載為16848N，取背壓為0.5Mpa，試取d/D=0.7。將數(shù)據(jù)代入式</p><p><b>　　3-1</b></p><p>　　得，根據(jù)液壓缸內(nèi)尺寸系列GB2348-80，液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑D=100mm，按d/D=0.7，取d=70mm。</p><p>　　（4）計算夾緊缸和定位缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。按工作要求的夾緊力

16、由一個夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應低于進給液壓缸的的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為2Mpa，回油背壓力為0.5Mpa，取液壓缸的機械效率為0.92。取d/D=0.7代入下式</p><p><b>　　3-2</b></p><p>　　得，按液壓缸內(nèi)尺寸系列GB2348-80，和活塞桿直徑系列GB2348-80，取夾緊液壓缸的D和d分別為40

17、mm及28mm。</p><p>　　取定位缸工作壓力為2Mpa，回油背壓力為0.5Mpa，取液壓缸的機械效率為0.92。取d/D=0.7代入式3-2，得，取定位液壓缸的D和d分別為12mm及8mm。</p><p>　　按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，</p><p><b>　　3-3</b></p><p>

18、;　　A>，是由產(chǎn)品樣本查得的最小穩(wěn)定流量0.05L/min。得A>，調(diào)速閥安裝在回油路上，液壓缸的有效工作面積應選取液壓缸有桿腔的實際面積，，可見滿足要求。</p><p>　　3）計算在各工作階段液壓缸所需要的流量</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p&

19、gt;<p><b>　　。</b></p><p>　　表3 液壓缸在各工作階段的壓力，流量和功率</p><p>　　液壓缸的進油腔壓力，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動時間為：快進，工進一，工進二，快退。）</p><p><b>　　圖5 進油腔壓力圖</b></p>

20、;<p><b>　　圖6 輸入流量圖</b></p><p><b>　　圖7 功率圖</b></p><p>　　確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格</p><p>　　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</p><p><b>　　3-4

21、</b></p><p>　　取為0.5Mpa，故=5.21Mpa。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(xiàn)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儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力。選取1.25=6.25Mpa。</p><p>　　2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應為，為泄漏系數(shù)，一般取為1.1~1.3，現(xiàn)取為=1.1。</p>

22、<p>　　=64.06x1.1=70.466L/min。</p><p>　　3）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上計算的和查閱《機械設計手冊》，按照需求選用YBX-D50（V3）限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉排量50ml/min，泵的額定壓力為10Mpa，電動機額定轉速1450r/min，流量為72.5L/min，驅動功率10kW，總效率。</p><p>　　4）與液壓泵

23、匹配的電動機的選定。</p><p>　　泵的機械效率為，電機的工況條件下，取機械效率為。</p><p><b>　　電機所需功率為</b></p><p><b>　　3-5</b></p><p>　　快退和快進時，進油腔壓力為1.18Mpa，其中=0.5MPa是進油路壓力損失，=0.5MPa

24、是壓力繼電器可靠動作需要的壓力差，，推出，；</p><p>　　Ⅰ工進時，電機所需功率，根據(jù)公式3-5，其中=0.5MPa是調(diào)速閥所需最小壓力，=0.5MPa是壓力繼電器可靠動作需要的壓力差，，得，；</p><p>　　由以上計算可知，最大功率出現(xiàn)在Ⅰ工進階段，Pmax=5647W，則電動機的功率應為Np>5912W。 據(jù)此查樣本選用Y2-132M-4三相異步電動機，電動機額定功

25、率為7.5Kw，額定轉速為。</p><p>　　液壓閥，過濾器，油管及油箱的選擇</p><p>　　1)液壓閥及過濾器的選擇</p><p>　　根據(jù)液壓系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，列表如下：</p><p><b>　　2) 油管的選擇</b></p&

26、gt;<p>　　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)在液壓缸工進速度最快時，流量最大，實際最大流量約為：，則泵的流量為額定流量72.5，連接液壓缸的進出油路油管的直徑選擇公稱通徑為20mm。所以，按產(chǎn)品樣本標準JB827-66，JB/Z95-67，選用公稱通徑為20mm的管件。</p><p><b>　　3)油箱容積的選擇</b></p>&l

27、t;p>　　中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5~7倍，這里取6倍，即，其中為液壓泵每分鐘排出壓力油的體積。得，V=400L。</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)的驗算</b></p><p>　　(1 ) 系統(tǒng)壓力損失驗算</p><p>　　由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未清楚，整個回路的壓力損失無法估算，僅只有閥類元件對壓力損失

28、所造成的影響可以看得出來，供調(diào)定壓力值時參考。由于快進時的油液流量比快退時的流量大，所以其壓力損失也就比快退時的大。因此必須計算快進時進油路與回油路的壓力損失。假定液壓系統(tǒng)選用N32號液壓油，考慮最低工作溫度為15℃，由手冊查出此時油的運動粘度，，油的密度，液壓元件采用集成塊式的配置形式，Q取64.06，即。</p><p><b>　　判定雷諾數(shù)：</b></p><p

29、><b>　　3-6</b></p><p>　　此處d取20mm，即，代入數(shù)據(jù)，得，則進油回路中的流動為層流。</p><p>　　沿程壓力損失：選取進油管長度為，則進油路上的流體速度為： 3-7</p><p><b>　　壓力損失為</b></p>

30、;<p><b>　　3-8</b></p><p>　　局部壓力損失：由于采用集成塊式配置的液壓裝置，所以只考慮進油路上的閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過各閥的局部壓力損失按式</p><p><b>　　3-9</b></p><p>　　計算，結果列表如下：</p><p>

31、;　　表5 各閥局部壓力損失</p><p>　　若集成塊進油路的壓力損失，由于油路一次最多經(jīng)過三個換向閥，故進油路的總壓力損失為：</p><p><b>　　3-10</b></p><p>　　也就是說，初選的進油管壓力損失略大于實際油路壓力損失。這說明液壓系統(tǒng)的油路結構以及元件的參數(shù)選擇是基本合理的，滿足要求。</p>&

32、lt;p>　　(2) 系統(tǒng)發(fā)熱及溫升驗算</p><p>　　在整個工作循環(huán)中，工進階段用的時間都較長，而快進快退時系統(tǒng)的功率較大，所以系統(tǒng)的發(fā)熱量大小無法判斷，故計算如下：</p><p>　　快進時液壓泵的輸入功率，而快進時液壓缸的輸出功率：</p><p><b>　　3-11</b></p><p>&l

33、t;b>　　系統(tǒng)的總發(fā)熱功率：</b></p><p><b>　　3-12</b></p><p><b>　　發(fā)熱量</b></p><p><b>　　3-14</b></p><p>　?、窆みM時液壓泵的輸入功率，而Ⅰ工進時液壓缸的輸出功率：，系統(tǒng)的總

34、發(fā)熱功率：，發(fā)熱量。</p><p>　　綜合以上可知，發(fā)熱量最大的階段是工進階段，即取。</p><p>　　假設油箱三個邊長的比例在1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%,，假定通風良好，取油箱散熱系數(shù)，則利用式 3-15</p><p><b>　　可得油液溫升為：&l

35、t;/b></p><p>　　。設環(huán)境溫度為，則熱平衡溫度為：</p><p><b>　　3-16</b></p><p>　　。所以油箱散熱需要加裝專用冷卻器。</p><p>　　再驗算，取，則利用式3-15，可得油液溫升為：</p><p>　　。設環(huán)境溫度為，則熱平衡溫度為：。。

36、所以加裝冷卻器后油箱工作溫度沒有超過最高允許油溫，散熱可以滿足要求。</p><p>　　四、電控系統(tǒng)的設計（采用PLC控制方式）</p><p>　　(1)各電磁鐵動作順序表</p><p>　　其中表中的符號含義： ON： 電磁鐵動作</p><p>　　OFF：電磁鐵不動作</p><p>　　表6 各電

37、磁鐵動作順序表</p><p>　　(2)PLC控制連接圖</p><p>　　圖中各符號的含義：1SB：啟動/復位按鈕 KM：中間繼電器</p><p>　　2SB：急停按鈕 1Y~7Y：各電磁閥</p><p>　　3SB：快進、工進 </p><p>　　1x~3x：位置

38、開關</p><p>　　圖8 PLC外部接線控制電路</p><p>　　(3) 繼電器-接觸器控制梯形圖</p><p>　　圖9 繼電器-接觸器控制梯形圖</p><p>　　(4) PLC控制梯形圖</p><p>　　圖10 PLC控制梯形圖</p><p>　　(5) 指令

39、語句表</p><p><b>　　表7指令語句表</b></p><p>　　五、液壓課程設計感想：</p><p>　　通過這次液壓系統(tǒng)的課程設計，讓我對液壓系統(tǒng)的設計有了更深的了解。課堂上學的知識都是理論上的，具體設計、工作起來要考慮到哪些問題自己還不是很了解。一開始做課程設計的時候，都是參考著書上的內(nèi)容、步驟一步一步的做下去的，發(fā)現(xiàn)自己

40、以前學的知識很多都遺忘了，需要看書把以前的知識重新掌握，這樣做起來心里面才有底。一開始進度確實比較慢，但后來通過不斷地復習和回憶，課程設計就越做越順利，第一個星期結束后基本上就把理論的計算做完了。液壓系統(tǒng)的原理圖一開始自己還是不懂得如何去設計，因為以前也重來沒沒有這方面的經(jīng)驗，只懂得把書上的基本回路拼湊起來，到初步設計基本結束后，發(fā)現(xiàn)還是存在很多的問題。后來經(jīng)過和班上同學討論，我對液壓系統(tǒng)的設計有了新的認識，也意識到自己以前沒有考慮到的

41、問題。后來我把液壓系統(tǒng)的原理圖重新設計了，把存在的問題基本上解決了。PLC的設計控制也需要把機電傳動控制上的內(nèi)容復習過來才能順利做好。這次課程設計主要是把以前學的課本知識運用在實際上，鞏固熟悉了液壓知識，復習了PLC，對以后工作有很大幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]液壓傳動與氣壓傳動，何存興 張鐵華，華中科技大學出版社，

42、2003；</p><p>　　[2]液壓與氣壓傳動，徐福玲 陳堯明，機械工業(yè)出版社，2006；</p><p>　　[3]液壓傳動設計手冊，社會科學技術出版社，1983；</p><p>　　[4]機械設計課程設計，唐增寶 常建娥，華中科技大學出版社，2006；</p><p>　　[5]機電傳動控制，鄧星鐘，華中科技大學出版社，2005；