机电液课程设计 王凤哲.doc

机电液课程设计说明书 专 业 班 级 指导教师 姓 名 学 号1. 技术参数：（1） 运动部件重量为25000N，最大铣削力为10000N（采用平面导轨），夹紧力为40000N。（2） 快进、快退速度为5m/min，共进速度为100200mm/min。（3） 主液压缸最大行程为450mm，其中共进行程为200mm；夹紧缸行程为20mm。（4） 夹紧时间为1s。（5） 平面导轨与工作台之间的摩擦系数f=0.2，f=0.1。2要求液压系统完成的工作循环：工件夹紧工作台快退工作台工进工作台快退工件松开具体要求：（1） 每一次工作循环结束，主轴电机和液压电机不停止 （2） 机床具有“半自动”和“调整”两种工作状态，机床处于“调整”工作循环时，可分别实现对液压滑台的单独点动控制。3.需完成的设计任务如下：（1） 计算主运动的切屑力，并选择动力部件。（2） 计算液压系统（进给系统）各工作阶段的负载，并选择液压系统的电机、泵和阀。（3） 绘制液压系统原理图（4） 根据工作循环确定电磁阀磁铁的动作表，选择液压控制系统输入和输出设备，绘制PLC（C型）的端子接线图。（5） PLC的梯形图控制程序（6） 编写设计说明书（5000字以上）。参考书：1、贾宏章，液压与气压传动，北京:机械工业出版社，2003 2、赵永成，机电传动控制，北京：中国计算出版社 3、液压手册 4、可编程程序控制器设计方案分析1 、负载分析 负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切屑力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为F，动摩擦力为F，则： 工作负载 F=15000N 静摩擦阻力 F=250000.2=5000N 动摩擦阻力 F=250000.1=2500N 惯性负载 F=1354N 如果忽略切屑力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率=0.9，则液压缸在各工作阶段的总机械负载为：工作循环负载组成负载值F推力F/启动F= F500055556加速F= F+ F38544282.2快进F= F25002777.8工进F= F+ F2750030555.6快退F= F25002777.82、绘制液压缸负载图和速度图 根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载（F-s）和速度图(v-s)3、初步确定液压缸的参数 组合机床液压系统的最大负载约为31000N时，液压系统宜选取压力P=4MPa。为了满足工作台快进、退速度相等，并减小液压泵的流量，这里的液压缸选用单杆式，并在快进时差动连接。则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A与A应满足A/ A=2。为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，暂取背压为0.5 MPa，并取液压缸机械效率=0.9，则液压缸的平衡方程： F= A（P-P）故液压缸无杆腔的有效面积 A=41.8610m A=A=2 A=93.7210m可以求得缸桶直径：D=0.1m活塞杆直径：d=0.707D=0.073m将这些直径按GB/T2348-2001圆整成标准值得： D=0.11m d=0.08m则液压缸的有效面积为： A=95.0310m A=44.77 10m差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P必须大于无杆腔压力P，其差值估取P- P=0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时P=0；另外取快进时的回油压力损失为0.5MPa。根据假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、；流量和功率。工作循环负载F/N回油腔压力P/MPa进油腔压力P/MPa输入流量q/10(ms)输入功率P/Kw公式快进启动500001.11加速3854P= P- PP=0.51.3恒速250010.420.42共进275000.53.4510.0160.0320.0550.011快退启动500001.24加速38520.31.6恒速25000.31.260.370.474、选择液压元件 1）液压泵的选择泵的工作压力的确定 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为3.45，如取进油路上的压力损失为0.8MPa，为使压力继电器能可靠的工作，取其调整压力高出系统最大工作压力为0.5MPa，则小流量液压泵的最大工作压力为： P=（3.45+0.8+0.5）MPa=4.72Mpa 大流量液压泵在快进、快退运动时才向液压缸输油，快退时液压缸的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa,则大流量液压泵的最高工作压力为 P=（1.26+0.5）MPa=1.76MPa 两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为25.13L/min，因系统较简单，取泄漏系数K=1.05，则两个液压泵的实际流量应为 q=1.0525.13L/min=26.34L/min 由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而共进时输入液压缸的流量为0.95L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为3.95L/min。根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/26型双联叶片液压泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为6mL/r和26Ml/r，当液压泵的转速n=940r/min时该液压泵的理论流量为30.08L/min，若取液压泵的容积效率=0.9，则液压泵的实际输出流量为： q= 6269400.9/1000L/min=27.1L/min由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作夜里为1.76MPa、流量为27.1L/min。取液压泵的总效率=0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为 P=kW=1.06kW查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率P=1.5kW，额定转速n=940r/min。5、阀类原件及辅助原件 根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格如下6、油管 各元件间连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。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，所以重新计算如下表 快进共进快退输入流量/Lminq=A q/AA=51.25q=0.951.89q=q=27.1排出流量/Lminq=A q/ A =24.15q=A q/ A =0.44770.89q=A q/ A =57.51运动速度/mminv= q/AA=5.4v= q/ A =0.10.2v= q/ A =6.05 由上图可以看出，液压缸在各个工作阶段的实际运动速度符合设计要求。 按推荐取油液在压油管的流速v=3m/s，算得与液压缸无杆腔及有杆腔相连的油管内径分别为 d=2=2mm=19.04mm d=2=2mm=13.85mm 这两根油管都按GB/T2351-2005选用内径15mm、外径18mm的冷拔无缝钢管。7、油箱 取经验数据=7，可求得油箱容积为： V=q=727.1L=189.7L 按JB/T7938-1999规定，取最靠近的标准值V=200L。8、验算液压系统性能 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估计，故只能先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于小小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。 快进 滑块快进时，液压缸差动连接，进油路上油液通过单向阀10的流量是22L/min、通过电液换向阀2的流量是27.1L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量51.25L/min通过行程阀3并无杆腔，因此进油路上的总压降为： p=0.2MPa=0.28MPa 此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。 回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量都是24.15L/min,然后与液压泵的供油合并，经行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力p与无杆腔压力p之差。 p= pp= 0.20.3MPa =0.274MPa 此值小于原估计值0.5MPa，所以是安全的。 工进 工进时，油液在进行路上通过电液换向阀2的流量为0.951.89L/min，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过换向阀2的流量为0.450.89L/min，在背压阀8处的压力损失为0.5MPa，通过顺序阀7的流量为22.4522.89L/min,因此这时液压缸回油腔压力p为： p= +0.5+0.3MPa =0.54 此值略大于原估计值0.5MPa，需要重新计算工进时液压缸进油腔压力p即 p=3.5MPa与原数值3.45相接近。考虑到压力继电器可靠动作需要压差p=0.5MPa，故溢流阀9的调压p应为： pp+ pp=3.50.50.50.5=4.5MPa 快退快退时，油液在进油路上通过单向阀10的流量为22L/min，通过环线合法2的流量为27.1L/min；油液在回路上通过单向阀5、换向阀2和单向阀13的流量都是53.14L/min。一次进油路上的总压降为：p=0.20.5MPa=0.082MPa此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为：p=0.20.50.2=0.592MPa此值与原估计值0.3MPa相差较大，需要重算：p=2.15MPa所以，快退时液压泵的工作压力p应为 p=pp=2.150.082MPa=2.23MPa因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于2.23MPa。验算油液温升工作在整个工作循环过程中所占的时间比例大95%，所以系统发热和油液升温可按工进时的工况来计算。为简便起见，采用“系统的发热功率计算方法之二”来进行计算。工进时液压缸的有效功率为 P=Fv=kW这时大流量液压泵经顺序阀7卸荷，小流量液压泵在高压下供油。大液压泵通过顺序阀7的流量为q=22L/min，该阀在额定流量q=63L/min时的压力损失P=0.3MPa，故此阀在工进时的压力损失 p=p=0.3=0.037MPa小液压泵工进时的工作压力P=4.5，流量q=5.1L/min，所以两个液压泵的总输入功率为： P=kW =0.53kW可算得液压系统的发热功率为 P= PP=0.530.051kW=0.479kW算出油箱的散热面积为 A=6.5=2.22m查得油箱的散热系数K=9W/m，求出油液温升为 t=24此温升没有超过允许范围，故该液压系统不必设置冷却器。设计小结： 4.拟定液压系统图 (1)确定供油方式 考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用限压式变量叶片泵。(2)调速方式的选择 在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。(3)速度换接方式的选择 本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。(4)夹紧回路的选择用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成下图所示的液压系统原理图。动作顺序表动作名1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA夹紧力1+-夹紧力2+-+-夹紧力3+-+-快进+-+工进+-+-快退+-+-松开-+-停止-集成块分配由小组分配，完成进给块的设计已知：进给块上的元件三位四通电磁阀3024D-B20C单向行程调速阀18AQF3-E10B二位四通电磁阀3023D-B20H-7查手册，知用JK25型号通用集成块系列并设计： 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工