100吨砂轮液压机电液控制系统设计【说明书+CAD】
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黄河科技学院 本科毕业设 计 任务书 工 学院 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业 08 机电一 班 学 号 080105014 学生 侯志勇 指导教师 李长诗 毕业设计题目 ： 100 吨砂轮液压机电液控制系统设计 毕业设计工作内容与基本要求 （目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页） 一、主要研究内容 液压机的工作原理及其发展趋势；四柱式液压机本体结构；液压缸的机构及其材料选择；液压系统的技术及功能要求；机械设计的基本步骤及画图纸；标准件的选择 。 二、设计目标与任务 2 种以上，外文资料不少于两种。写出 3000 字以上文献综述，单独装订成册。 少于 3000 汉字，单独装订成册。 写开题报告表。 压站等图，折合零号图纸两张以上。 中文完全对照，中文不少于 300 字。 少于 8000 字符。 三、时间 安排 1 完成文献综述、开题报告及英文资料翻译等。 4 液压系统设计、计算，用 软件绘制系统原理图、液压站装配图等。 10 编写设计说明书，进一步修改完善毕业设计，准备并完成毕业答辩稿。 12 周 毕业答辩。 毕业设计时间 ： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日 计 划 答 辩 时 间： 2012 年 05 月 19 日 专业（教研室）审批意见： 审批人 签名： 日 期： 毕业设计 文献翻译 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 侯志勇 指导教师 李长诗 2012 年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 1 页 he a by a of of is to at an % in S 995, of to in of of of a s a In is of it of an a a a of or to to of a by a of is in by an as a or of a to an of 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 2 页 a as a a s ow to of 940s, it 80s, to in of s. of a of on on 6 ). (is on by a In in a in of a of In be on at b an to of of is at is in of of it in to in a is a 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 3 页 to by a In s an a of up it a of up .5 an a a by of to By of of a a of of on a in an in a a is of of or in a or of in a (to a In of to a is an is to to an is to a to 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 4 页 to of a of of A in to of a is to to on of is by a to by In to be to a is s 1000 2000, on to 500 to is to at an in 995, of to in of In be to in a of 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 5 页 in of is in to or it to to of of If to be of A it to a he to s in a in of a to as in of an of in to of is of of of a at 7 is of a in to to 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 6 页 a to at a at of s a at of as in in to s a on a s of of of of on to a on is to at a to of a a by s .8 of to at is s on of of of to of R of 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 7 页 of a s A as on an be by of of a by a of in ac in be in a to a in is of of of An to as to of of to a of s in s of to on is of is to be of of to is by of As a of 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 8 页 to s a a to an is a a on a in to a in a as to of is s of of a a to of of of of of to of to a of to in or in is to an to he is on a of to to to in it of an a a a In to of in a In a 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 9 页 to In a of be an at an it to a s a to go b to up in a a is to in in At to of As it is to do 电液控制阀 电液阀是机械运动的组成部分，其运动直接受电子电路的影响。对于液油压系统设计者来说，它已成为了一个流行的部分。电子阀门的主要类型是开关，比例，伺服阀和数字阀。根据 1995 年美国科学作家沙利文估计，电子 常 规液压阀需求预计年均增长速度在 5%左右。销售比例和伺服阀据估计会在 3 个主要应用领域增加，这 3 个领域分别是移动机械、机械工业、航天设备 液压阀的综合电子电路会增加机器的准确性和速度。运用电子系统也会有一些缺点。在一些应用中，由于热，部分效率会丧失。 司已经设计出了能代表未来电子系统的。它是专门的机器，其主要组成部分是比例阀、缸和数码控制。 1993 在美国获专利的机械工程师 液油压系统设计者。他们工作时是否使用机 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 10 页 器人或自行移动机器和对于它们已经开始使用电脑和廉价的电子元件，这会改 善液压系统性能还可以省钱。 电子阀是机械的组成部分，其运动直接受电子线路影响。它已成为系统设计者设计的一个流行的部分了。液压控制是反过来受电子部分控制的。象扭矩马达或螺线管，通常是用电流通过一个有距离的比例阀来使它的线圈阀运动的 电子阀的主要类型是开关、比例阀、伺服阀和数字阀 . 该装置是固定在流体之间来提供动力和驱动源泉的，如扶轮摩托以及控制流体的压力、方向和曲率的。它能使机器控制驱动器组成部分的加速、速度、位置和力量的。 在 司的产品开发部门的经理 ：“电子控制液压系统在 20 世纪 40 年代已经有了，但是直到 80 年代初期具有微型化 ,降低成本和高可靠性优点的它才蓬勃运用于工业。 主要生产电子阀的公司包括 司，总部设在 等这些地方。每阀有截然不同的作用，取决于它的类型。 最简单的就是开关阀。它的开关转换是通过前后来回转换线圈来实现的。在 位置 上，线圈于阀位置的排成一条直线通道，它允许一定量流体流动通过装置。在“ 置上，线圈隔开连通渠道。通过调节电子控制螺线管流通速度可以使同一个阀的开关有不同的速率。这类型的控制有时也叫做“ 制”，因为高强度的阀会过度震荡产生噪音。 一般而言，比例阀会比较精确的按照流体的速度和压力来控制并对电子输入信号迅速做出反应。 道：“电子控制已经给予比例阀精确度和信号反应时间，所以它适合应用于大多数工业。” 比例阀运行时 ,线圈运动是靠一个有距离的直接成正比的有电螺线管来实现的。比如说在 司生产的一个比例阀中，电动放大器接收到的信号为 9 伏特 ,它转换成当前高达 培的电流 发送到螺线形电导管的定量电流控制着活塞移动线圈阀移动一段距离。 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 11 页 随着时间的推移，流动量也改变。阀有变化地控制速度和驱动的力量。简单的说，一个比例阀可以改变流体的流动方向，也可以在一个驱动构件中控制输出部件的方向。 比例阀通常被用在工作时无感应反馈的中开放性系统。不过 ,他们有时也被纳入封闭性的系统中。封闭性系统就是在其中一个传感器 ,通常是有差别的可变线性变压器 传送可以告知控制者在每一个反复运动中螺线管活塞的位置的信号的。传感器也可以发出衡量驱动构件输出的信号。 现在包含比例阀的封闭性系统，曾经是伺服阀的领域。伺服阀通常比比例阀制作的更精确，通常有两三个阶段。 通常第一阶段，在试验电路中螺线管或扭矩马达控制流体流动。（一些扭矩马达在不是试验电路中有足够的力量去直接控制阀。）第二阶段中，试验电路控制能调节流体流动到驱动构件的活塞阀的运动。 当使用扭矩发动机时 , 电流被输送到其旋管使转子转动。转子与一个可在孔中来回转动的挡板连接。在实验电路中，这些孔是到达两个相分离渠 道的通道。 另外，通向线圈相反端的渠道控制阀的第二阶段。在接到电流时 ,扭矩马达会调整的位置。不同压力情况下，流体会流向线圈相反的方向。然后线圈会移动一段距离，这个距离与不同的压力和输送到发动机的电流有关。在线圈位置上的反馈通常是由一个线性的变数差别的变压器提供的。 比例阀和伺服阀通常是由放大器和滑向系统控制架的控制卡来控制的。当一些还在被传统的软件和硬件控制时，最先进的伺服阀已经与规划和电脑数值控制相联系了。安装阀的时间应该保持到最小值，而且机器空间是紧的，控制卡应直接固定到阀的位置。 应 用及滥用 伺服阀比比例阀性能跟高 , 但他们是更加昂贵的。根据美国 司的市场调查，与它的复杂性有关，每个伺服阀的价格大约在 $1000 到 $2000 之间。电子控制器价格可能会增加超过 $500。然而，比例阀平均会是那些花费的一半。 黄河科技学院毕业设计 (文献翻译 ) 第 12 页 据 司 估计，美国对电子和常规水力阀的需求预计以每年 5%的年率增长。比例阀和伺服阀的销售量预计会在三个主要应用领域增加 : 移动机械、工业机械 , 和航空航天设备。 例如 ,在移动机械市场上 ,电动液压阀必须有多功能而 且坚固。他们必须适合机器 , 包括垃圾车 , 铲车 , 和挖掘机。阀经常在户外使用，这样会导致振动。 电动液压的阀门的一个好处是 , 他们在操作重设备时能增加安全性。例如，大多数起重机 ,禁止了一些区域。这些区域是机器不能设法运载重的装载或它也许下落的区域。 然而在过去五年里 , 为了使操作人员更好的操作机器以及限定危险的区域，起重机制造商开始对他们的常规液压系统增加传感器。根据 司的先进技术经理弗雷德菲利普所估计，如果起重机制作商最终决定使用微处理器控制 , 安全系统将是更加有效的。他说： 微处理器使设计 一个系统成为可能。这个系统就是能够自动使起重机在被禁止的区域外部的系统。 司把电动液压阀投入到新用途的使用中。例如在 娱乐业 , 他们把那个公司的电液比例阀运用在行动模拟器上。这个机器包括震动模仿运动譬如加速度、减速 , 和自转。 电动液压阀也使用在转台式行动控制上。 体分裂制作了一个电子速度控制系统来提高使用在建筑业搅拌混凝土的运输搅拌器的耐久性。由于电液阀为混合鼓自动速度控制提供独立发动机速度，因此机器的使用寿命被提高了。 引擎驱动鼓通过一个水力 泵、马达 , 和齿轮还原剂。当混凝土搅拌时，鼓每分钟转动在 1 和 17 转之间。在泵内，二个伺服阀控制流体流入一台流体伺服机。二条螺线管致力不同的流程方向，使每个阀都接收到从计算机控制器发出的信号并允许液压机液体转动的流动以使混合鼓以渴望的速度转动。计算机接收来自泵输出轴的一个霍尔效应传感器的鼓速度的连续的测量。 没有电子控制 , 在机器内当速度增加和减少时，搅拌器也跟着加速和减速。发动机的转动速度的比例会影响搅拌器的耐久性 , 主要取决于在它的使用期间混凝土鼓转动多少次。鼓的转动也会影响 黄河科技学院 毕业设计开题报告表 课题名称 100 吨砂轮液压机电液控制系统设计 课题来源 教师拟订 课题类型 导教师 李长诗 学生姓名 侯志勇 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105014 一、调研资料的准备 根据任务书的要求，在做本课题前，查阅了与课题相关的资料有：机械设计、机械制图、机械制造工艺学、冲压成型工艺与模具设计、冷冲模课程设计与毕业设计指导等以及与设计相关的手册。 二、设计的目的与要求 毕业设计是大学教学中最后一个实践性教学环节，通过该设计过程，可以检 验学生所学的知识，同时培养学生处理工程中实际问题的能力，因此意义特别重大。 编制压扣件工艺规程，根据所确定的工艺规程进行相应的模具的方案设计、总体设计及其主要零部件设计，绘制模具总装图及主要零部件图等图纸。 三、设计的思路与预期成果 1、设计思路 首先：根据本次设计相关要求查找资料，做好设计的准备工作。 其次：依据要实现的功能要求计算并选择或设计出合适的 液压元件和辅助元件 ，画出装配图及其零件图。 2、预期的成果 （ 1） 完成文献综述一篇，不少与 3000 字，与专业相关的英文翻译一篇，不少于 3000 字 （ 2） 完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份 （ 3） 绘制装配图，部分零件图 四、任务完成的阶段内容及时间安排 第 12 周 收集设计资料并完成开题报告 ； 第 34 周 写文献综述，翻译外文资料，拟定总体设计方案； 第 511 周 结构设计与控制设计 ； 第 1213 周 撰写研究论文 ； 第 1415 周 验收，答辩，总结等。 五、完成设计（论文）所具备的条件因素 本人已修完机械设计、机械制 图、液压与气压传动、金属工艺学、机械制造技术基础、 冲压成型工艺与模具设计、冷冲模课程设计与毕业设计指导 等课程，借助图书馆的相 关文献资料，以及相关的网络等资源。 指导教师签名： 日期： 课题来源： （ 1）教师拟订；（ 2）学生建议；（ 3）企业和社会征集；（ 4）科研单位提供 课题类型：（ 1） A 工 程设计（艺术设计）； B 技术开发； C 软件工程； D 理论研究； E 调研报告 （ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题 要求（ 1）、（ 2）均要填，如 。 毕业设计 文献综述 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 侯志勇 指导教师 李长诗 2012 年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 1 页 砂轮液压机电液控制系统 摘要 ：本文介绍了 砂轮液压机的发展、发展趋势、砂轮液压机液压系统原理、液压控制阀的选择、常见故障及 述。 通过这些对 砂轮液压机系统 有一个大致的了解，为设计做 好准备。 关键词 ： 液压系统、 控制阀、 言 液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用 制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。 该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。 液压机是利用液体来传递压力的液压设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。 液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构 和工作介质组成。本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好， 工作平稳、噪音小 . 适用于金属材料压制工艺 ,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 2 页 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自 19 世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面， 已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。 近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、 密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从 70 年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从 1970 年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。 (1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 (3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对 系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。 (4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 3 页 3 1 自动补油的保压回路设计 考虑到设计要求，保压时间要达到 5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在 0可调整。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。 自动补油 的保压回路系统图的工作原理： 按下起动按纽，电磁铁 1电，换向阀 6 接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力到达预定上限值时压力继电器 11 发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀 M 型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。回程时电磁阀 2电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 4 页 3 2 释压回路设计 ： 释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存 的能量缓缓的释放，以免她突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于 25力高于 7，其油腔在排油前就先须释压。 根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动按钮，换向阀 6 的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀 6 的右位流到液压缸的上腔。同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号，使换向阀 5 回到中位，电磁换向阀 10 接通。液压缸上腔的高压油在换向阀 5 处于中位（液压泵卸荷）时通过节流阀 9、换向阀 10 回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至 压力继电器的调定压力时，换向阀 6 切换至左位，液控单向阀 14 打开，使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱 13 中去。使用这种释压回路无法在释压前保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用 M 型，并且配有其它的元件。 机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀 3，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱。起到保护作用。在液压系 统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的稳定性。使零件的加工精度增高。 3. 3 液压缸工作循环 （ 1）快速下行。按下起动按钮，电磁铁 1电，这时的油路为： 液压缸上腔的供油的油路 变量泵 1 换向阀 6 右位 节流阀 8 压力继电器 11 液压缸 15 液压缸下腔的回油路 液压缸下腔 15 液控单向阀 7 换向阀 6 右位 电磁阀 5 背压阀 4 油箱 油路分析： 变量泵 1 的液压油经过换向阀 6 的右位，液压油分两条油路：一条油路通过夜控单向阀 7 流经继电器 11，另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使 液压缸的上腔加压。液压缸 15 下腔通过液控单向阀 7 经过换向阀 6 的右位流经背压阀，再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀 14 打开，使副 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 5 页 油箱 13 的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀 14 给液压缸 15 上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压阀 接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。 （ 2） 保压时的油路情况： 油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器 11 发出信号，使换向阀 6的电磁铁 1电，换向阀回到中位，利用变量泵的柱塞孔从吸油状态过渡到排油状态，其容积的 变化是由大变小，而在由增大到缩小的变化过程中，必有容积变化率为零的一瞬间，这就是柱塞孔运动到自身的中心线与死点所在的面重合的这一瞬间，这时柱塞孔的进出油口在配油盘上所在的位置，称为死点位置。柱塞在这个位置时，既不吸油，也不排油，而是由吸转为排的过渡状态。液压系统保压。而液压泵 1 在中位时，直接通过背压阀直接回到油箱。 （ 3） 回程时的油路情况： 液压缸下腔的供油的油路： 变量泵 1 换向阀 6 左位 液控单向阀 7 液压油箱 15 的下腔 液压缸上腔的回油油路： 液压腔的上腔 液控单向阀 14 副油箱 13 液压腔的上腔 节流阀 8 换向阀 6 左位 电磁阀 5 背压阀 4 油箱 油路分析： 当保压到一定时候，压力继电器发出信号，使换向阀 6 的电磁铁 2向阀接到左位，变量泵 1 的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀 9（电磁铁 6通），上腔油通过换向阀10 接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀 6，再通过电磁阀 5，背压阀 4 流回油箱。 液压控制阀主要由 先导式溢流阀 、 节流阀 、 单向阀 、 电磁换向阀 、 顺序阀 、 背压阀等元件组成。 先导式溢流阀具有压力高、调压性能平稳、最低调节压力低和调压范围大等特点。节流阀是双单向叠加式节流阀，用来控制两个工作油口的主流量或先导油流量。 S 型单 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 6 页 向阀 为锥阀式结构，压力损失小。主要用于做背压阀和旁路阀用。电磁换向阀配有强吸力、高性能的湿式电磁铁，具有高压、大流量、压力损失低等特点。 顺序阀 利用油路本身压力来控制液压缸或马达的先后动作顺序，以实现油路系统的自动控制。改变控制油和泄露油的连接方法，该阀还可以作为卸荷阀和背压阀（平衡阀）使用。 背压阀 可使背压随载荷变化而变化，载荷增大，背压自动降低，载荷减小则 背压增加，使运动平稳性好，提高系统效率。 统没有压力或压力不足 是相反，则调整电机的转向。 圈是否损坏；位置是否错误。若是坏的，则更换电磁铁的插头或线圈。 检查插件是否灵活，“ O”型圈是否损坏。若有卡死现象，则将阀芯取出看阀块内部有无杂质并将其清理干净，同时注意阀芯端面中间的一个小阻尼孔是否阻塞，若被阻塞，用小 针将其穿通，清洗干净后放回，再将调压阀和电磁阀原样装回。 无噪音。 缸不泄压 不能回程，如果可以回程，泄压泄不掉：调节手柄调的太低，应顺时针拧到适当压力。 滑块不回程，卡阀。 头是否松动；线圈是否损坏。若是坏的，则更换电磁铁的插头或线圈。 般 23 缸不保压 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 7 页 O”型圈是否损坏，密封线是否损坏，有无异物卡住。 述 在本次设计中控制部分用可编程控制器，即 于可编程控制器的定义， 1980年， 可编程控制器定义为：“可编程控制器是一种带有指令存储器，数字的或模拟输入 /输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产 过程的自动控制装置。”从定义可知， 是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即由中央处理器（ 存储器（ 输入 / 输出（ I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。 参考文献 1.液压传动与控制手册 编 . 上海科学技术出版社 ,2006. 2.机电一体化系统设计 2007. 3.机电控制技术及应用 编 2005. 4.机械设计手册，（新版 1 机械工业出版社 ,2004. 5.互换性与测量技术基础 机械工业出版社 ,2007. 6.电动机的单片机控制 2007. 7.机械制造技术基础 . 熊良山等编 2007. 8. 机械零件材料与热处理工艺选择 机械工业出版社， 2008. 9.液压元件及选用 俊勇编 . 化学工业出版社， 2007. 10. 液压机的设计与应用 . 机械工业出版社， 2007. 11of 12 A. in 991. 黄河科技学院毕业设计 (文献综述 ) 第 8 页 单位代码 0 2 学 号 080105014 分 类 号 密 级 毕业设计 100 吨砂轮液压机电液控制系统设计 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 侯志勇 指导教师 李长诗 2012 年 4 月 30 日 黄河科技学院 本科毕业设 计 任务书 工 学院 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业 08 级 机电一 班 学 号 080105014 学生 侯志勇 指导教师 李长诗 毕业设计题目 100 吨砂轮液压机电液控制系统设计 毕业设计工作内容与基本要求 （目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页） 一、主 要研究内容 液压机的工作原理及其发展趋势；四柱式液压机本体结构；液压缸的机构及其材料选择；液压系统的技术及功能要求；机械设计的基本步骤及画图纸；标准件的选择 二、设计目标与任务 2 种以上，外文资料不少于两种。写出 3000 字以上文献综述，单独装订成册。 少于 3000 汉字，单独装订成册。 写开题报告表。 压站等图，折合零号图纸两张以上。 中文完全对照，中文不少于 300 字。 少于 8000 字符。 三、时间安排 1 完成文献综述、开题报告及英文资料翻译等。 4 液压系统设计、计算，用 软件绘制系统原理图、液压站装配图等。 10 编写设计说明书，进一步修改完善毕业设计，准备并完成毕业答辩稿。 12 周 毕业答辩。 毕业设计时间 ： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日 计 划 答 辩 时 间： 2012 年 05 月 19 日 专业（教研室）审批意见： 审批人 签名： 日 期： 黄河科技学院毕业 设计说明书 第 I 页 100 吨砂轮液压机电液控制系统设计 摘 要 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，也是理想的成型工艺设备，特别是当液压系统实现具有对压力、行程、速度单独调整功能后，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用 高了产品加工质量和生产率。 四柱 液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括 液压 缸、 横梁、立 柱 及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机 、 压力阀 、 方向阀等组成。 液压机采用 统 ，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。 该系列液压机具有独立的 动力机构 和电 气 系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。 该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。在本设计中，通过查阅大量文献资料，设计了液压缸的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元 件和辅助元件。 关键词 ： 液压机，主机，控制机，液压系统 黄河科技学院毕业 设计说明书 第 100of is of in of it is to to of is it to In of a by NC C, of of by LC of to of of of of be a 黄河科技学院毕业 设计说明书 第 In by a of of to of 黄河科技学院毕业 设计说明书 第 目 录 1 液压机液压系统原理图设计 . 1 自动补油的保压回路设计 . 1 释压回路设计： . 2 液压缸工作循环 . 2 2 液压系统的计算和元件选型 . 4 确定液压缸主要参数： . 4 液压元件的选择 . 6 确定液压泵规格和驱动电机功率 . 6 阀类元件及辅助元件的选择 . 7 管道尺寸的确定 . 9 液压系统 的验算 . 12 系统温升的验算 . 13 液压冲击验算 . 14 3 液压缸的结构设计 . 15 液压缸主要尺寸的确定 . 15 4 液压集成油路的设计 . 16 液压集成回路设计 . 16 5 液压站结构设计 . 18 液压站的结构型式 . 18 液压泵的安装方式 . 18 液压油箱的设计 . 18 液压油箱有效容积的确定 . 19 液压油箱的外形尺寸设计 . 19 液压油箱的结构设计 . 20 黄河科技学院毕业 设计说明书 第 V 页 液压站的结构设计 . 22 6 液压机的减振措施 . 25 突然失载时常用的减振措施主要有以下两种： . 25 回程时的减振措施 . 25 产生液压冲击时的减振措施 . 25 结 论 . 26 致 谢 . 27 参 考 文 献 . 28 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 1 页 1 液压机液压系统原理图设计 动补油的保压回路设计 考虑到设计要求，保压时间要达到 5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了 自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在 0回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。 自动补油的保压回路系统图的工作原理： 按下起动按纽，电磁铁 1向阀 6接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力到达预定上限值时压力继电器 11 发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀 M 型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。回程时电磁阀 2电，换向阀左位 接人回路，活塞快速向上退回。 图 1 液压系统原理图 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 2 页 压回路设计 ： 释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免 它 突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于 25力高于 7，其油腔在排油前就先须释压。 根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动按钮，换向阀 6的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀 6的右位流到液压缸的上腔。同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号，使换向阀 6 回到中位，电磁换向阀 10 接通。液压缸上腔的高压油在换向阀 6 处于中位（液压泵卸荷）时通过节流阀 9、换向阀 10回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀 6 切换至左位，液控单向阀 14 打开，使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱 13 中去。使用这种释压回路无法在释压前保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用 且配有其它的元件。 机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液 压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀 3，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱。起到保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的稳定性。使零件的加工精度增高。 压缸工作循环 （ 1）快速下行。按下起动按钮，电磁铁 1电，这时的油路为： 液压缸上腔的供油的油路 变量泵 1 换向阀 6右位 节流阀 8 压力继电器 11 液压缸 15 液压缸下腔的回油路 液压缸下腔 15 液控单向阀 7 换向阀 6右位 电磁阀 5 背压阀 4 油箱 油路分析： 变量泵 1 的液压油经过换向阀 6 的右位，液压油分两条油路：一条油路通过夜控单向阀 7 流经继电器 11，另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加压。液压缸 15 下腔通过液控单向阀 7 经过换向阀 6 的右位流经背压阀，再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀 14 打开，使副 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 3 页 油箱 13 的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀 14 给液压缸 15 上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压阀 接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。 （ 2） 保压时的油路情况： 油路分析： 当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器 11 发出信号，使换向阀 6的电磁铁 1向阀回到中位，利用变量泵的柱塞孔从吸油状态过渡到排油状态，其容积的变化是由大变小，而在由增大到缩小的变化过程中，必有容积变化率为零的一瞬间，这就是柱塞孔运动到自身的中心线与死点所在的面重合的这一瞬间，这时柱塞孔的进出油口在配油盘上所在的位置，称为死点位置。柱塞在这个位置时，既不吸油，也不排油，而是由吸转为排的过渡状态。液压系统保压。而液压泵 1在中位时，直接通过背压阀直接回到油箱。 （ 3） 回程时的油路情况： 液压缸下腔 的供油的油路： 变量泵 1 换向阀 6左位 液控单向阀 7 液压油箱 15的下腔 液压缸上腔的回油油路： 液压腔的上腔 液控单向阀 14 副油箱 13 液压腔的上腔 节流阀 8 换向阀 6左位 电磁阀 5 背压阀 4 油箱 油路分析： 当保压到一定时候，压力继电器发出信号，使换向阀 6 的电磁铁 2向阀接到左位，变量泵 1的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀 9（电磁铁 6上腔油通过换向阀10接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换 向阀 6，再通过电磁阀 5，背压阀 4流回油箱。 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 4 页 2 液压系统的计算和元件选型 定液压缸主要参数 ： 按液压机床类型初选液压缸的工作压力为 25据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积 为有杆腔工作面积 6 倍，即活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 满足 的关系。 快进时，液压缸回油路上必须具有背压 防止上压板由于自重而自动下滑，根据液压系统设计简明手册表 2取 1进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降 p 存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取 1p ,快退时，回油腔是有背压的，这时 2p 亦按 2 计算液压缸的面积 可根据下列图形来计算 11 1 2 2 1 1 2()6 P A P A P P 1P 液 压缸工作腔的压力 P 液压缸回油腔的压力 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 5 页 故： m 20 4 4 1 0 06P 2P 1 7 4D 6 7 当按 ， 由此求得液压缸面积的实际有效面积为： m 206 4D 2A 1 m 20 2 3 5 4d 2D 2 液压缸实际所需流量计算 工作快速空程时所需流量 液压缸的容积效率，取 m i 工作缸压制时所需流量 m i 工作缸回程时所需流量 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 6 页 m i 压元件的选择 定液压泵规格和驱动电机功率 由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为 含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为 M P P 1P p 上述计算所得的 系统的静态压力，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静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的 80%左右因此选泵的额定压力 满足： M P pP n 液压泵的最大流量应为： m a x() q 式中压泵的最大流量 q 同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量 2 3 系统泄漏系数，一般取 ，现取 。 m i m a q p 1选择液压泵的规格 由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、 液压机），柱塞式变量泵有以下的特点： 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 7 页 1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（ 200 400 ） 510，最高可以达到 51000 10 。 2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。 3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。 4） 柱塞油泵主要零件均受 压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。 根据以上算得的械设计手册成大先 ：现选用 63量 63ml/r，额定压力 定转速 1500r/积效率 92% ，重量 71积效率达 92%，额定流量 2与液压泵匹配的电动机的选定 由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为 26量为已选定泵的流量值。p液压泵的总效率。柱塞泵为 取 则驱动电机功率为： q pP pN p 选择电动机 额定功率为 3速为 1430r/ 液压泵的最大实际流量为： m i i 所以满足使用要求。 类元件及辅助元件的选择 (1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 8 页 (2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。 主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格： 序号 元件名称 估计通过流量()型号 规格 1 斜盘式柱塞泵 31B 32 160 0通径，压力损失 直动式溢流阀 120 150通径， 32式联接 4 背压阀 80 0通径， 21式联接 5 二位二通电磁换向阀阀 80 22 三位四通电磁换向阀阀 100 340通径，压力 液控单向阀 80 2通径， 32 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 9 页 8 节流阀 80 0通径， 16 节流阀 80 0通径， 160 二位二通电磁换向阀阀 30 22通径，压力 20 1 压力继电器 通径， 2 压力表开关 30E 326测点 13 油箱 14 液控单向阀 2通径， 325 上液压缸 道尺寸的确定 油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、 尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 10 页 计中所须的压力是高压， P=6 P ， 钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。 尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。 胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架 或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。 1. 管接头的选用： 管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。 管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有： 焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥 螺纹（ 普通细牙螺纹（ M）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或 时也采用紫铜垫圈。 液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等），管系的设计（包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。 国外对管子 的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种用特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除 即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了应用，它能保证在 4055工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要，选择卡套式管接头。要求采用冷拔无缝钢管。 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 11 页 （ 1） 式中 Q 通过管道内的流量 3v 管内允许流速 见表： 允许流速推荐值 油液流经的管道 推荐流速 m/s 液压泵吸油管 压系统压油管道 3力高，管道短粘度小取大值 液压系统回油管道 1) 取 v=4m/s 4 根据液压传动设计指南表 3 d=15管的外径 D=22 管接头联接螺纹 2。 (2) 取 v=2m/s 428 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 12 页 根据液压传动设计指南表 3 d=32管的外径 D=42 管接头联接螺纹 2。 的计算 2 pd m 式中： p 管道内最高工作压力 d 管道内径 m 管道材料的许用应力 =b/n b 管道材料的抗拉强度 Pa n 安全系数，对钢管来说， 7p 时，取 n=8； 时， 取 n=6； 时，取 n=4。 根据上述的参数可以得到： 我们选钢管的材料为 45#钢，由此可得材料的抗拉强度 b =600 6 0 0 M P a 1 5 0 M P (1). 液压泵压油管道的壁厚 633 1 . 2 5 1 0 2 0 1 0 2 . 12 2 1 5 0pd m m a (2). 液压泵回油管道的壁厚 633 1 . 2 5 1 0 2 5 1 0 2 . 62 2 1 5 0pd m m a 所以所选管道适用。 压系统的验算 上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为 152 但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 13 页 统温升的验算 在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要 考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。 当 V=5mm/ v=300mm/m i 4q 即 此时泵的效率为 的出口压力为 26有 3 0 3 6 6输出此时的功率损失为： 输出输入 假定系统的散热状况一般，取 K 。 油箱的散热面积 3 1650 系统的温升为 t 根据液压传动设计指南的：邮箱中温度一般推荐 30 ，最高不应该超过65 C ，最 低不应该超过 15 C 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 14 页 所以验算表明系统的温升在许可范围内。 压冲击验算 液压冲击又称水击或者油击，常引起系统振动和噪声，过大的冲击压力与管道内原压力叠加可能破坏元件和管道。对此，可以考虑采取相关缓冲措施（如采用带缓冲装置的执行器、设置减速回路、设置蓄能器或者消声器等）。 由于影响液压冲击的因素很多，很难用准确的方法计算，故一般是用估算或者通过实验确定的。在设计液压系统时，一般可以采用措施而不做计算。 黄河科技学院毕业设 计 说明书 第 15 页 3 液压缸的结构设计 压缸主要尺寸的确定 液压缸壁厚和外经的计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径 的比值 10/ D 的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 2 计 计 算 过 程 式中 液压缸壁厚 (m)； D 液压缸内径 (m)； 试验压力，一般取最大工作压力的 ( 缸筒材料的许用应力。无缝钢管： 00。 M y 则： y 在中低液压系统中，按照上式计算所得液压缸壁厚 在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按 上式进行校核。 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经 1D 为 06022 8 02 黄河科技
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