液压系统课程设计专用双行程铣床..doc

目录一、设计任务书二、负载分析与计算1三、液压系统原理图设计分析31.液压缸参数计算42.确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格83.液压阀，过滤器，油管及油箱的选择94.液压系统的验算11四、PLC控制系统设计131.各电磁铁动作顺序表132.PLC控制连接图143.继电器-接触器控制梯形图154.PLC控制梯形图165.指令语句表17六、感受与收获18参考资料18二、负载分析与计算取液压缸的机械效率为0.92。计算液压缸驱动力（N） 2-1根据公式2-1,计算液压缸驱动力得定位液压缸的驱动力为=得夹紧液压缸的驱动力为=切削负载（F01/F02）：18000/9000N；工作台液压缸总负载 2-2为工作负载，为惯性负载，为摩擦阻力负载=18000/9000N，不作考虑，设动摩擦为2500N，静摩擦为5000N。由公式2-1，工作台液压缸的工作推力快进、快退时外负载F=2500N，启动加速是外负载F=5000N，工作缸的外负载为表1 铣床要求的工作参数动力部件快进，快退摩擦阻力（）动力部件切削负载（）（）快进速度（mmin）（）工进速度（mmin）快退速度（mmin）250019565/978316(0.56)/(0.55)16 根据工作的设计的需要假设快进和快退的速度相等，同时都为16m/min表2 液压缸在各工作阶段的负载值工况液压缸负载F（N）液压缸驱动力（N）快进25002717.工进2050022283工进1150012500快退25002717定位200217夹紧20002174按照要求，作出系统的工作循环图如下：图1 工作循环图根据上述计算结果各工作阶段所受的外负载，并画出负载循环图。 图2 速度循环图 1250022500图3 负载循环图三、液压系统原理图设计分析（1） 确定供油方式：根据设计背景要求，供油方式采用限压式变量泵，变量泵选择用带压力反馈的限压式变量叶片泵。（2） 调速方式的选择：调速阀调速。（3） 速度换接方式的选择采用电磁阀的快慢速换接回路，特点是结构简单、调节行程比较方便，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切速的速度换接回路。（4） 夹紧回路的选择用二位四通阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应该用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬间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。图4 液压系统原理图液压系统的工作原理图分析 1、夹紧缸工作：启动液压泵，4YA得电，三位四通换向阀工作在左位，夹紧缸的无杆腔进油，夹紧缸工作，夹紧缸的力的大小由单向节流阀15来控制。 2、定位缸工作：4YA得电，三位四通换向阀工作在左位，定位缸的无杆腔进油，定位缸工作，定位缸的工作压力的大小由单向阀14来控制。 3、快速运动：4YA和2YA得电，液压缸22快速运动。 4、工进1（往）：4YA和7YA得电，油液由调速阀18和19经三位四通阀进入液压缸。 5、工进1（复）：4YA和6YA得电，油液由调速阀18和19进入三位四通阀的右侧，进入液压缸。 6、工进2（往）：4YA和7YA得电，油液由调速阀18和19经三位四通阀左侧进入液压缸。 7、工进2（复）：4YA和6YA得电，油液由调速阀18和19进入三位四通阀的右侧进入液压缸。 8、快退：1YA和4YA得电，液压缸工作在左侧。 9、停止：3YA得电，夹紧缸和定位缸的有杆腔进油，工件松开。1. 液压缸参数计算（1）参考GB2348-80，铣床液压系统的工作压力选为5MPa。（2）由于要求工作台双向移动速度相等，快进，快退速度相等，故工作液压缸选用单缸双杆式。夹紧和定位缸均选单缸单杆式。（3）计算工作液压缸内径D和活塞杆直径d， 最大负载为22283N，取背压为0.5Mpa，试取d/D=0.7。将数据代入式 3-1得，根据液压缸内尺寸系列GB2348-80，液压缸内径圆整为标准系列直径D=110mm，按d/D=0.7，取d=77mm。（4）计算夹紧缸和定位缸内径D和活塞杆直径d。按工作要求的夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为2Mpa，回油背压力为0.5Mpa，取液压缸的机械效率为0.92。取d/D=0.7代入下式 3-2得，按液压缸内尺寸系列GB2348-80，和活塞杆直径系列GB2348-80，取夹紧液压缸的D和d分别为40mm及28mm。取定位缸工作压力为2Mpa，回油背压力为0.5Mpa，取液压缸的机械效率为0.92。取d/D=0.7代入式3-2，得，取定位液压缸的D和d分别为12mm及8mm。（5） 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度， 3-3A，是由产品样本查得的最小稳定流量0.05L/min。得A，调速阀安装在回油路上，液压缸的有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，可见满足要求。3）计算在各工作阶段液压缸所需要的流量，。表3 液压缸在各工作阶段的压力，流量和功率工况计算公式负载回油腔压力（MPa)进油腔压力(MPa)输入流量Q()功率P(KW)快进27170.51.1864.061.260工进222830.54.7132.032.514工进125000.52.9416.010.784快退27170.51.1864061.260液压缸的进油腔压力，输入流量和功率用图示分别表示如下：（其中各工作阶段的运动时间为：快进，工进一，工进二，快退。）图5 进油腔压力图图6 输入流量图图7 功率图2. 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。由于油管有一定的压降，所以泵的工作压力为 3-4取为0.5Mpa，故=5.21Mpa。是系统的静态压力，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。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力。选取1.25=6.25Mpa。2）泵的流量确定。液压泵的最大流量应为，为泄漏系数，一般取为1.11.3，现取为=1.1。=64.06x1.1=70.466L/min。3）选择液压泵的规格。根据以上计算的和查阅机械设计手册，按照需求选用YBX-D50（V3）限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量50ml/min，泵的额定压力为10Mpa，电动机额定转速1450r/min，流量为72.5L/min，驱动功率10kW，总效率。4）与液压泵匹配的电动机的选定。泵的机械效率为，电机的工况条件下，取机械效率为。电机所需功率为 3-5快退和快进时，进油腔压力为1.18Mpa，其中=0.5MPa是进油路压力损失，=0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差，推出，；工进时，电机所需功率，根据公式3-5，其中=0.5MPa是调速阀所需最小压力，=0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差，得，；由以上计算可知，最大功率出现在工进阶段，Pmax=5647W，则电动机的功率应为Np5912W。 据此查样本选用Y2-132M-4三相异步电动机，电动机额定功率为7.5Kw，额定转速为。3. 液压阀，过滤器，油管及油箱的选择1)液压阀及过滤器的选择根据液压系统的最高工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的最大流量，可选出这些元件的型号及规格，列表如下：编号元件名称估计通过流量(L/min)元件型号规格1XU线隙式滤油器702.5MPa2油箱500L3冷却器4三相异步电动机Y2-132M-47.5Kw5变量叶片油泵70YBX- D50（V3）10MPa6溢流阀20YF-L20B570MPa7指针式压力计Y-10010MPa8减压阀20JF-L10G7MPa9单向阀1.80I-1010L/min10背压阀B-63B0.5MPa11三位四通换向阀34D-63B7MPa12三位四通换向阀34D-63B7MPa13蓄能器HXQ-C16DHXQ-C16D14单向顺序阀1.5X2F-L10E3MPa15单向顺序阀1.5X2F-L10E3MPa16液压缸1.1320x1820x1417液压缸0.6750x2850x3618调速阀64.05Q-H2032MPa19调速阀64.05Q-H2032MPa20两位二通换向阀22D-63B7MPa21三位四通换向阀34D-63B7MPa22液压缸64.05100x70100x7023指针式压力计Y-10010MPa24指针式压力计Y-10010MPa25指针式压力计Y-10010MPa26指针式压力计Y-10010MPa27指针式压力计Y-10010MPa28指针式压力计Y-10010MPa 2) 油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。由于系统在液压缸工进速度最快时，流量最大，实际最大流量约为：，则泵的流量为额定流量72.5，连接液压缸的进出油路油管的直径选择公称通径为20mm。所以，按产品样本标准JB827-66，JB/Z95-67，选用公称通径为20mm的管件。3)油箱容积的选择中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57倍，这里取6倍，即，其中为液压泵每分钟排出压力油的体积。得，V=400L。4. 液压系统的验算(1 ) 系统压力损失验算由于系统的具体管路布置尚未清楚，整个回路的压力损失无法估算，仅只有阀类元件对压力损失所造成的影响可以看得出来，供调定压力值时参考。由于快进时的油液流量比快退时的流量大，所以其压力损失也就比快退时的大。因此必须计算快进时进油路与回油路的压力损失。假定液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15，由手册查出此时油的运动粘度，油的密度，液压元件采用集成块式的配置形式，Q取64.06，即。判定雷诺数： 3-6此处d取20mm，即，代入数据，得，则进油回路中的流动为层流。沿程压力损失：选取进油管长度为，则进油路上的流体速度为： 3-7压力损失为 3-8局部压力损失：由于采用集成块式配置的液压装置，所以只考虑进油路上的阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按式 3-9计算，结果列表如下：表5 各阀局部压力损失编号元件名称额定流量（）实际流量（）额定压力损失（MPa）实际压力损失（MPa）11三位四通换向阀100640.40.25612三位四通换向阀1001.10.40.004420两位两通换向阀100160.40.06421三位四通换向阀100210.40.084若集成块进油路的压力损失，由于油路一次最多经过三个换向阀，故进油路的总压力损失为： 3-10也就是说，初选的进油管压力损失略大于实际油路压力损失。这说明液压系统的油路结构以及元件的参数选择是基本合理的，满足要求。(2) 系统发热及温升验算在整个工作循环中，工进阶段用的时间都较长，而快进快退时系统的功率较大，所以系统的发热量大小无法判断，故计算如下：快进时液压泵的输入功率，而快进时液压缸的输出功率： 3-11系统的总发热功率： 3-12发热量 3-14工进时液压泵的输入功率，而工进时液压缸的输出功率：，系统的总发热功率：，发热量。综合以上可知，发热量最大的阶段是工进阶段，即取。假设油箱三个边长的比例在1：1：1到1：2：3范围内，且油面高度为油箱高度的80%,，假定通风良好，取油箱散热系数，则利用式 3-15可得油液温升为：。设环境温度为，则热平衡温度为： 3-16。所以油箱散热需要加装专用冷却器。再验算，取，则利用式3-15，可得油液温升为：。设环境温度为，则热平衡温度为：。所以加装冷却器后油箱工作温度没有超过最高允许油温，散热可以满足要求。四、电控系统的设计（采用PLC控制方式）(1)各电磁铁动作顺序表其中表中的符号含义： ON： 电磁铁动作 OFF：电磁铁不动作表6 各电磁铁动作顺序表工作阶段1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA定位、夹紧-+-快进-+-+-工进 往-+-+工进 复-+-+-往复4次工进 往-+-+工进 复-+-往复4次快退+-+-松开夹具-+-(2)PLC控制连接图图中各符号的含义：1SB：启动/复位按钮 KM：中间继电器 2SB：急停按钮 1Y7Y：各电磁阀 3SB：快进、工进 1x3x：位置开关图8 PLC外部接线控制电路 (3) 继电器-接触器控制梯形图图9 继电器-接触器控制梯形图(4) PLC控制梯形图图10 PLC控制梯形图 (5) 指令语句表表7指令语句表1LDI 404急停41LD 402II 工进 往2LD 400启动42OR 4373OR 43043ANI 4034ANI FR44ANI 4615OUT 43045OUT 4376OUT 7146LD 4037LD 430定位 夹紧47OUT 4518ANI 40148K 59OUT 43449LD 451II 工进 复10LD 434快进50OR 43611AND 40551ANI 40212OR 43252OUT 43613ANI 40253LD 7114OUT 43254RST 46015CJP 70155LD 40316LD 402I 工进 往56OUT 46017OR 43757K 4记数 往复4次18ANI 40358LD 40319ANI 46059ANI 46120OUT 43760CJP 70221LD 40361LD 402快退22OUT 45062OR 43123K 563ANI 40124LD 450I 工进 复64OUT 43125OR 43664LD 401夹具松开 卸荷26ANI 40265OUT 43327OUT 43666END28LD 71记数 往复4次29RST 46030LD 40331OUT 46032K 433LD 43034ANI 46035CJP 70136LD 40237OR 43538ANI 40139OUT 43540EJP 702五、液压课程设计感想：通过这次液压系统的课程设计，让我对液压系统的设计