华中科技大学液压传动课程设计说明书完整版

1、华中科技大学液压传动 课程设计说明书完整版教学资料姓名：学号：班级：指导老师：冯天麟目录第一章设计内容及要求2第二章理论计算 32.1负载分析与计算 32.2液压缸的参数计算42.3液压缸各工作阶段的压力、流量和功率5第三章液压系统的拟定8第四章 液压元件的选择94.1液压泵及电机的选择 94.2液压阀、过滤器、油管及油箱的选择10第五章液压系统的验算11第六章电控系统的设计136.1各电磁铁动作顺序表136.2 PLC外部接线控制电路146.3继电器-接触器控制梯形图156.4 PLC控制梯形图166.5指令语句表17第七章设计感想18第一章设计内容及要求1. 设计内容设计一专用双行程铣床。

2、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驱动实现、铣刀的进给由机械步进装置完成， 每一个行程进刀一次。2. 设计要求及参数（1）机床的工作循环为：手工上料一一按电钮一一工件自动定位、夹紧一一工作台往复运动铣削工件 若干次一一拧紧铣削一一夹具松开一一手工卸料（泵卸载）（2）各循环工步要求定位缸的负载200N.行程10Omm动作时间1s;夹紧的缸的负载200QN行程 15mm动作时间1s;取快进、快退最快速度为16mmin。工作台往复运动的行程（100270）mm.°最大行程定为 500mm（3）铣床参数及要求采用单定量泵进油路节流高速，回油有

3、背压，工作台双向运动速度相等，但 要求前四次速度为01 ,然后自动切换为速度02 ,再往复运动四次。切削负载F01 15000N, F02 7500N ,工作台往复运动速度 v°1=0.88mmin, V02 =0.44mmin。表1铣床要求的工作参数动力部件快 进，快退摩擦 阻力（N）,动力部件切削负 载（N）（逆铣/快进速度V1（ m /(I)工进速度 v01v02快退速度v2(m× mi n)Ff顺铣），FOI / F02mi n)(m× mi n)250015000/7500N16(0.88)(0.44)16第二章理论计算1负载分析与计算系统的工作循环图如

4、下：负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压腔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，忽略惯性力，则主要考虑摩擦阻力和切削负载即可。如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并取液压缸的机械效率m为0.90 ,则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，列表如下：工况液压缸负载F （N）液压缸驱动力F0=F/ m （N）快进（Ff ）25002778顺铣(F02 + F f )1000011111逆铣(F01 + Ff )1750018888快退（Ff ）25002778定位200222夹紧20002222表2液压缸在各工作阶段的负载值图1工作循环图机械系统的总

5、负载如下：图2系统负载图每个循环各工步的速度如下：图3速度图2液压缸参数计算（1）工作压力的确定。工作压力P可根据负载大小及机器类型来初步确定。铣床 液压系统最大负载约为175OoN选择工作台液压缸的工作压力为 5MPa选取定位缸工 作压力1Mpa夹紧缸工作压力1.5MPaO（2）计算液压缸内径D和活塞杆直径do1）进给缸内径D和活塞杆直径do由负载图知最大负载为17500N取背压P2为0.5Mpa,考虑工进时往返速度相等，采用双作用双杆液压缸，取dD=0.7。将数据D=m (PI代入式4FP2)1(5-1 )得D=9.850x10-2m ,根据液压缸内尺寸系列 GB2348-8Q液压缸内径圆

6、整为标准系列直径D=100mm按dD=0.7并依据活塞杆直径系列 GB2348-8Q取d=70mm2) 定位缸内径D和活塞杆直径do定位缸选用双作用单杆液压缸。已知定位 缸工作压力IMpa负载为200N液压缸的机械效率 m为0.90 ,代入式D= 4F(5-2 )V P1 C得D=1.682x10-2m ,按液压缸内尺寸系列 GB2348-8Q和活塞杆直径系列 GB2348-8Q取夹紧液压缸的D和d分别为20m及 14mno3) 夹紧缸内径D和活塞杆直径do夹紧缸选用双作用单杆液压缸。已知夹紧 缸工作压力为1.5MPa ,负载为2000N,液压缸的机械效率 m为0.90 ,代入式(4-1 ),

7、得D=4.434x10-m ,按液压缸内尺寸系列 GB2348-8Q和活塞杆直径系列 GB2348-8Q取夹紧液压缸的D和d分别为50mm及 36mm4) 验算液压缸的最小稳定速度。对于双杆液压缸A Amin 皿Vmin( 5-3 )满足设计要求。3液压缸各工作阶段的压力、流量和功率根据以上所计算得到的D和d值，可估算液压缸在各工作阶段中的压力、流量和功率，如下表所示(其中工进速度取最小值 Vq2 0.4m min最小值v°2 8m min ):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F(N)回油腔压力P2 (MPa)进油腔压力P1 (MPa)输入流量Q(10 4 m

8、3s)功率P(W)快进2500 :0.51.1210.681196.16顺铣100000.53.000.27(5.34 )81(1602)逆铣175000.54. 860.27(5.34 )131.22(2595.24)快退25000.51.1210.681196.16工进速度最小时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t1 ,顺铣一 t2 ,逆铣t3,快退t4。：Q(mICr-4)10.6810.680.270-270 t1t4第三章液压系统的拟定(1) 确定供油方式：由设计要求知，该系统采用单定量泵，回油有背压。(2) 调速方式的选择：由设

9、计要求知，该系统采用节流阀调速。(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) 定位、夹紧顺序控制回路的选择采用两个顺序阀控制定位、夹紧两个动作的先后顺序。用二位四通阀来控制定位缸和夹紧缸的换向动作，为了避免工作时突然失电而松开，应该用失电夹紧方式。考虑到当进油路压力瞬间下降时仍能保持夹紧力，所以接 入单向阀保压。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(5) 组成液压系统将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求和需要作必要的修改补充，及

10、组 成如图下所示的液压系统图。为便于观察压力，在液压泵的出口处，液压缸无杆腔进 油口处和有杆腔的出油口处设置测压点。若设置多点压力表开关，则只需要一个压力 表即能观测多点压力。第四章液压元件的选择1液压泵及电机的选择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PPP1（10-1 ）P取为0.5Mpa,故PP =5.5MPaO PP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 Pn （1.251.6）Pp。选取1.25 , pn=6.87Mpso2）泵的流量确定。液压泵的最大流量

11、应为qP KLq max(10-2)KL为泄漏系数，一般取为1.11.3,现取为KL =1.1,则qp=10.68x6010x1.1=70.49Lmi n。3）选择液压泵的规格。根据以上计算的PP和qp查阅相关手册，现选用YB1-B92B型叶片泵，该泵压力脉动小，噪声低，使用寿命长，广泛用于机床液压系统中。的基本参数为：公称排量 93.5mmr ,泵的额定压力为7Mpa电动机转速1000rmin , 流量为83.5Lmin ,满载驱动功率13.4kWA4）与液压泵匹配的电动机的选定。 取的泵的机械效率为10.9 ,电机的机械效率该泵为 20.75 o快进、快退时：电机所需功率为PAQI （P

12、PlP2）Q1(10-3)进油腔压力为1.12Mpa,其中p1 =0.5MPa是进油路压力损失，P2 =0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差，Ql 10.68 4m3s ,得，R 3354W ;顺铣时：电机所需功率，根据公式（7-3）,进油腔压力为3MPa其中p1=0.5MPa是节流阀 所需最 小压力，P2 =0.5MPa是压力 继电器可 靠动作 需要的压力差,Q25.34 10 4m3s ,得，F23164W ；逆铣时：电机所需功率,=0.5MPa是回油路压力损失,根据公式（7-3）,进油腔压力为4.86MPa其中p1P2 =0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差,Q3 5.3

13、4 10 4m3s ,得,P3 4636W。由以上计算可知，最大功率出现在快退阶段，PmaX 4636W ,贝U电动机的功率应为NP 4636W 0据此查样本选用Y160M-1三相异步电动机，电动机额定功率为11Kw额定转速为1459rmin。2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：表4液压元件明细表编号元件名称估计通过流量(L/mi n)元件型号规格1XU线隙式滤油器2002.5MPa2油箱500L3冷却器4三相异步电动机Y160M-111kw5定量叶片泵83.5YB1-

14、B92B7MPa6溢流阀20YF-L20B570MPa7指针式压力计Y-10010MPa8减压阀20JF-L10G7MPa9单向阀4.07I-1010L/min T10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20X2F-L10E3MPa15单向顺序阀20X2F-L10E3MPa 亍16液压缸0.9620x1820x1417液压缸0.8550x2850x3618节流阀70.49MG1531.5MPa19节流阀70.49MG1531.5MPa20两位二通换向阀22D-63B7

15、MPa21三位四通换向阀34D-63B7MPa J22液压缸70.49100x70100x702)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。由于系统在液压缸快进，快退时,流量最大，实际最大流量约为：QmaX 76Lmin ,泵的流量为额定流量83.5 L/min， 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20m勺管件。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V 6Qr ,其中Qr为液压泵每分钟排出压力油的体积。得，V=500L。第五章液压系统的验算(1)

16、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 液流量比工进时的流量大，所以其压力损失也就比工进时的大。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15C ,由手册查出此时油的运动粘度液压元件采用集成块式的配置形式,1.5st 1.5cm2s ,，油的密度900Kgm3，Q取 70.49 L/min ,即 Q 0.00174 m3. s。判定雷诺数Re :ReVd 104(12-1 )此处d取20mm即d 0.020m ,代入数

17、据，得Re 7392300 ,则进油回路中的流动为层流。沿程压力损失 P :选取进油管长度为I 1.5m ,则进油路上的流体速度为：V5.53ms(12-2)压力损失为,264J_v_IRrdV111075Pa 0.11MPa(12-3)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PSP(12-4)计算，结果列表如下：编 号元件名称额定流量qs(L/min)实际流量q(L/min )额定压力损失 PS( MPa实际压力损失 P ( MPa表5各阀局部压力损失11三位四通换向 阀83.570.490.30.213

18、22两位三通换向 阀83.570.490.30.21325三位四通换向 阀83.570.490.30.213若集成块进油路的压力损失Pj 0.03MPa ,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：PPPPj (0.070273 3 0.03)Mpa0.919Mpa( 13-1)，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R 3354W ,而快

19、进时液压缸的输出功率：P' F1V1 2500 16/60W 667W( 13-2)系统的总发热功率：1 P 2 P' 2020W( 13-3)发热量：Q1 热1t1 3294 1.5J 4941J( 13-4)逆铣时液压泵的输入功率P24636W ,而I工进时液压缸的输出功率：P2' F2V217500 0.4/6CW 117W(13-5)系统的总发热功率：2 F22 F2'4402W(13-6)发热量：Q2热2t2 4402 40.5J 17828J(13-7)综合以上可知，发热量最大的阶段是逆铣阶段，即取max 4402W 0假设油箱三个边长的比例在1：

20、1： 1到1： 2： 3范围内，且油面高度为油箱高度 的80%其散热面积近似A(m2)为A 0.0653V2(14-1)得A 4.624m2 ,假定通风良好，取油箱散热系数 CT 15 103Kw(m2 C),则利 用式T(17)(14-2)CTA可得油液温升为：T 63.5 C。设环境温度为T2 20 C ,则热平衡温度为：Ti T2T 83.5 C ( 14-3)Ti T155 70 C。所以油箱散热必须加装专用冷却器。再验算，加装专用冷却器后取 CT 110 10 3Kw/(m2 C),则利用式(17),可得油液温升为： T 8.6 C 0设环境温度为T220 C ,则热平衡温度为：T1

21、 T2T 28.6 C o T1 T1 55 70 C。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。第六章电控系统的设计(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1YA2YA3YA I4YA5YA6YA7YA定位、夹紧OFFOFFOFF IONOFFOFFOFF快进OFFONOFF IONOFFOFFOFFI工进往OFFOFFOFF IONOFFOFFONI工进复OFFOFFOFF ION IOFFONOFF往复4次U工进往OFFOFFOFF ION :ON :OFFONU工进复OFFOFFOFF

22、IONONONOFF往复4次快退ONOFFOFF ION :OFFOFFOFF松开夹具OFFOFFONOFFOFFOFFOFFPLC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 PLe外部接线控制电路(3) 继电器-接触器控制梯形图1ii A l X?I <1Kj吐IIjJK8l'2.2恥MLTIAr ¼图9继电器-接触器控制梯形图(4) PLC控制梯形图D¥> V-IUYX-CD"IY-l-HO5-BU £ 也 逋 L- 工2 2Y图10 PLC控制梯形图(5)指令语句表表7指令语句表1LDl 404急停41LD 402II工进往2LD400启动42OR 4373OR43043ANI 4034ANI FR44ANI 4615OUT