液压系统课程设计.doc

液 压 传 动 系 统 课 程 设 计 指导老师： 设计者： 班级：机电08级 学号：同组人： 目 录一 设计目标及参数1.设计目标2.设计要求及参数二 液压系统方案设计1、确定液压泵类型及调速方式2、选用执行元件3、快速运动回路和速度换接回路4、换向回路的设计5、组成液压系统绘原理图三 主要参数的选择设定1. 定位液压缸主要参数的确定2. 夹紧缸的主要参数设计3主控缸主要参数确定4.液压泵的参数计算5.电动机的选择四 液压元件和装置的选择1.液压阀及过滤器的选择2.油管的选择3.油箱容积的确定五 验算液压系统的性能。1.沿程压力损失计算2.局部压力损失六 液压系统发热和温升验算七 电气控制系统设计1.PLC控制编程图八 实验报告1 实验目的2 试验设备3 试验原理4 实验步骤5 实验数据及处理九 分析思考题十 设计总结十一 参考文献一 设计目标及参数设计一专用双行程铣床。工件安装在工作台上，工作台往复运动由液压系统实现。双向铣削。工件的定位和夹紧由液压实现，铣刀的进给由机械步进装置完成，每一个行程进刀一次。机床的工作循环为：手工上料按电钮工件自动定位，夹紧工作台往复运动铣削工件若干次拧紧铣削夹具松开手工卸料（泵卸载）定位缸的负载200N，行程100mm，动作时间1s；夹紧缸的负载2000N，行程15mm，动作时间1s；工作台往复运动行程（100-270）mm。方案：单定量泵进油路节流高速，回油有背压，工作台双向运动速度相等，但要求前四次速度为，然后自动切换为速度，再往复运动四次。设计参数：前四次速度为，切削负载（N）为15000N，工作台（液压缸）复复运动速度(m/min)为：0.88。后四次速度为，切削负载（N）为7500N,工作台（液压缸）往复运动速度(m/min)为0.44，结构设计为：往复运动液压缸设计二 液压系统方案设计1、确定液压泵类型及调速方式参考一般机床液压系统，选用双作用叶片泵单泵供油。由于要求工作台的往返速度可分别调节，往返行程都用带单向阀的调速阀进行控制。采用开式回路，溢流阀左定压阀。为防止工作台突然失去负载时向前冲，主控缸回油路上设置背压阀，初定背压值Pb=0.8MPa。2、选用执行元件均采用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，主控缸无杆腔面积A1等于有杆腔有效面积A2的两倍，以保证快进快退速度相等。3、快速运动回路和速度换接回路快进时采用差动连接，采用两个二位二通电磁阀控制快进与工进的转换。与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整；采用液控顺序阀和单向阀来切断差动回路。4、换向回路的设计本系统对换向平稳性没有严格要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。定位夹紧回路采用O型机能的三位四通电磁换向阀，对主控回路为便于实现差动连接选用M型机能的三位五通换向阀。为提高换向精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。5、组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改和补充，即组成如图所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的出口处、背压阀、定位夹紧回路的减压阀出口处、主控缸的进油口处设置测试点，并设置多点压力表开关，这样只需一个压力表即能观测各点压力。液压系统中各电磁铁的动作顺序如表：1Y2Y3Y4Y5Y6Y定位夹紧+-逆 铣+-+-+顺 铣+-+夹具松开-+-原位停止-表 图 1（系统原理图）三主要参数的选择设定（一） 定位液压缸主要参数的确定取效率为0.93，则F=200/0.93=215N, 查表9-1（液压传动与气压传动，华中科技大学出版社）取其工作压力为P1=0.5MPa。取d1=D1/2=11.7 mm根据GB/T2348-1993圆整为标准值：D1=25 mm ，d1=12 mm故A1=D12/4=490.6 mm2 ， A2=(D12-d12)/4=377.6 mm2V=100 mm/s=0.1 m/s(二)夹紧缸的主要参数设计最大负载压力：F=2000/0.93=2150 N,查表9-1（液压传动与气压传动，华中科技大学出版社），选取P1=0.8MPa则 A1=F/P1=2150/0.8=2687.5 mm2D1=58.51 mm 取d1=D1/2=29.26 mm根据GB/T2348-1993圆整为标准值：D1=60 mm, d1=32 mm所以A1=D12/4=2826mm2 A2=(D12-d12)/4=2022.2 mm2V=15 mm/s=0.015 m/s; Q=V A1=30.3 mL/s;P=F/A1=7.6105 Pa（三）主控缸主要参数确定1、初选液压缸工作压力负载压力F=15000/0.93=16129N，查表9-1（液压传动与气压传动，华中科技大学出版社），选取P1=3MPa。 2、确定液压缸的主要尺寸为使快进快退时速度相等，取无杆腔的有效面积A1为有杆腔有效面积A2的两倍，即A1=2A2。回油路装有背压阀，按表8-1（液压与气压传动（机械工业出版社）初选背压Pb=0.8MP。 工进阶段负载F=11579N,按此计算A1则液压缸直径由可知活塞杆直径 根据GB/T2348-1993圆整为标准值： 按标准直径算出： 按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，因最小工进速度，则由式得：所以，满足最低速度要求。 3、计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率考虑到负载和流量均较小，只计算逆铣、顺铣两个阶段的压力、流量、功率。由于不计惯性力和摩擦力，工进背压按Pb=0.8MPa代入，快退时背压按Pb=0.5MPa代入。计算公式和计算结果列于表中。表 液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环计算公式负载F进油压力回油压力所需流量输入功率PNPaPaL/minkW前四次逆铣 15000顺铣后四次逆铣 7500顺铣注：1、差动连接时，液压缸回油口与进油口之间的压力损失，而。2、快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。 、液压泵的参数计算由表可知顺铣阶段液压缸工作压力最大，对复杂系统取总压力损失（含油路沿程和局部损失），由式算出液压泵最大工作压力 =8MPa 由表可知当工作台前进速度V1达到最大值6m/min时，液压缸有最大工作流量，取油泵泄漏系数K=1.1。在最大工作流量溢流时（定量系统）要求溢流量占系统供油总量的15%，取溢流量为0.15=7.07L/min,所以液压泵的最大工作流量 根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YB-B48C-F型叶片油泵，额定压力为10.3MPa，额定流量为72.5L/min，输入功率为15.14Kw。、电动机的选择 由表逆铣阶段当V2达到最大值6m/min时液压缸输入功率最大。泵的出口压力油经单向阀14，三位五通阀9，调速阀11进入有杆腔。如去进油路上的压力损失，压力继电器可靠动作需要压力差，则顺铣阶段泵的出口压力取泵的容积效率为0.9，则泵的实际总流量取叶片泵的总效率为，则液压泵驱动电机所需的功率 据此查机械设计课程设计选用Y160L-6三相异步电机，电机额定转970r/min，额定功率为11KW。四 液压元件和装置的选择、液压阀及过滤器的选择 根据系统的最大工作压力和通过阀的实际最大流量，由产品样本确定阀的规格和流量，被选定阀的额定压力和额定流量应大于系统的最大工作压力和阀的实际流量，必要时通过阀的实际流量可略大于该阀的额定流量，但不许超过20%，以免压力损失过大引起噪声和发热；选择流量阀时还应考虑最小稳定流量是否满足工作部件的最低运动速度要求。 所有元件的规格型号列于表中。表 液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/额定流量L/min型号1单级叶片泵72.5YB-B48C-F2溢流阀7.07 /40YF-L10C3背压阀47.1/63B-63B4液控顺序阀47.1/50XF-L20F5三位四通电磁阀M2.95/734DM-B6C-T6减压阀2.95/10J-10B7单向顺序阀1.82/10X-B10B8单向顺序阀2.26/10X-B10B9三位四通电磁阀O47.1/6334D-63B10二位二通电磁阀30.77/6322D-63BH11调速阀47.1/63QI-63B12调速阀16/25QI-25B13二位二通电磁阀32.03/6322D-63BH14单向阀47.1/63I-63B15单向阀2.95/10I-10B16单向阀32.03/40I-4017压力继电器-PF-B8G18压力继电器-PF-B8G油管的选择油管的内径取决于管路的种类及管内的流速。油管内径d(mm)由下式确定：Vo取3 m/s,由前面计算可知Q=72.5 l/min =12.110-4 m3/s计算可得d=22.7 mm，根据液压系统管路公称通径系列参数圆整为d=25mm。因此选择通径d为25mm，外径D为34mm的15号冷拔无缝钢管。油管的壁厚的计算公式如下：为钢管的许用拉伸应力，=，为钢管的抗拉强度，与钢号有关，对于15号钢=375MPa，n取8，则：于是，所以钢管适用。（三）油箱容积的确定该液压系统为中压系统，因此：五 验算液压系统的性能（一）沿程压力损失选用N32液压油，15oC时，,通过最大流量Qmax= ，判断油流的流动状态：油流为层流。由于快进时压力损失较大，下面仅计算此时的管路压力损失：沿程压力损失 ：在进油路上，选取进油管长1.5m。沿程压力损失计算式：为沿程压力损失系数，L为管道长度，d为管道直径为液流密度，为液流平均速度。可按液流为水流估算，则，所以，（二）局部压力损失系统采用集成块式的液压装置，仅考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。下表为快进时油路通过各种阀的流量和压力损失：编号名称实际通过流量Q（l/min）公称流量Q（l/min）公称压力损失14单向阀47.16329三位四通电磁阀47.163410二位二通电磁阀30.7763413二位二通电磁阀32.0363416单向阀32.03402各阀局部压力损失之和：取油流通过集成块时的压力损失为：则总的进油压力损失：由以上计算知，实际压力损失接近于前面所假设的压力损失0.5MPa，说明此系统参数基本合理，满足要求。六 液压系统发热和温升验算系统工作时，工进在整个工作循环中所占时间比例达96%以上，热量主要来源于此阶段，而工进过程中逆铣的功率最高，故按逆铣工况验算。工作时泵的最大输入功率： 工作时液压缸平均输出功率： 发热功率： =5170w已知油箱容积，则邮箱近似散热面积假定通风良好，取油箱散热系数，则油箱温升为设环境温度为25，则热平衡温度为T=25+82=107所以需要采取其它措施改善系统的散热，例如增加散热片或者冷凝管。七 电气控制系统设计采用PLC控制，电磁铁动作，PLC接线图如下所示：PLC接线图只需按动图中所示按钮就可以得到相应的动作，故在此无需列表说明各电磁继电器的动作。PLC梯形图如下所示：八 实验报告一实验目的1认识各种液压元件，了解其工作原理与作用2. 了解液压拆装实验台，并学会用其组成和连接特定液压回路。3通过实验验证“专用双行程铣床液压系统”方案正确性，并测试性能。二实验设备液压拆装实验台；油液压油源；各种液压元件；软管；计算机；测试控制系统。三实验步骤1按照系统工作原理图安装油管和电线；2打开计算机，进入实验台控制程序，输入电气系统顺序表；3调整形成开关，负载弹簧等，并拧紧螺丝；4打开油泵，形成开关，电磁铁的电源，调整溢流阀的压力至系统要求；5在计算机上控制各个电磁阀的开启和关闭，并设定好各个动作所需要的时间，看是否按照下表所示要求运动。 1Y2Y3Y4Y5Y6Y定位夹紧+-逆 铣+-+-+顺 铣+-+夹具松开-+-原位停止-6经过调试，使系统按照要求进行动作。实验结束后，将系统还原，并将器件摆放好，清理实验现场。 九 分析思考题 1若工作台要求往复运动速度相等，有哪些方案可供选择实验装置，如何实现？答：可以通过调节节流阀来实现往复运动速度相等，也可以用差动缸，双活塞油缸来实现。2如何定义液压系统的回路效率？试分析在不同载荷下的回路效率。答：液压系统的回路效率为液压缸的输出功率和液压泵的输入功率比值。在输入功率一定时，输出功率越大，则系统的回路效率越高。3在工作台不工作时如何实现系统的卸载？答：可在系统图左边的溢流阀的先导弹簧上接一个二位二通电磁阀，卸载时让电磁铁通电即可实现压力卸载。4系统中溢流阀有什么作用，如何确定它的调定压力？若偏移此调定压力，会出现什么后果？答：系统图左边的溢流阀起安全卸载作用，右边的溢流阀起背压作用。左边的溢流阀在系统中以最大压力为下限，以系统安全压力为上限，以保证系统在最大工作压力下泵能稳定输出。如果调定压力过高会对系统安全构成威胁，过低系统则不能正常工作。5如何调节限压式变量泵的最大流量及最高限定压力？答：可以通过改变定子与转子的偏心距和弹簧的刚度来改变流量和压力。YBN型内反馈式限压叶片泵就是通过调节流量调节螺钉和压力调节螺钉来改变压力和流量的。6何谓节流阀的临界开口？定量泵节流调速方案如何在实验中确定临界开口值？答：临界开口即调速阀能稳定工作在最小开口，超过此临界开口调速阀会时开时关，不能稳定工作，实验中将调速阀开到一个中间位置，使系统能稳定工作。然后逐渐调小调速阀开口，使油缸刚刚能运动，此时调速阀节流口即为临界开口。十 课程设计感想这次课程设计的完成总的来说还是比较顺利，但是其过程是复杂而困难的。通过这次课程设计，我弄懂了许多以前都不太明了的问题。这次我的体会特别深。以前上与液压有关的课所获取的知识都是零散的，通过这次的课程设计，我将以前学的知识系统化了，这样可以更牢固的掌握这方面的知识。通过实验验证了我们所做的系统的正确性，同时也提高了我们动手动脑的能力。这是一个看似很难的课程设