机电液综合课程设计 完整版

机电液课程设计说明书一、任务书现有一台卧式铣削专用机床。1、技术参数(1) 运动部件重量为20000N,最大铣削力为16000N (采用平面导轨)，夹紧力为35000N。(2) 快进、快退速度为10m/min,工进速度为100200mm/min。(3) 主液压缸最大行程为450mm,其中工进行程为220mm；夹紧缸行程为30mm。( 4)夹紧时间为 2s。(5)平面导轨与工作台之间的摩擦系数 fjing=0.2, fdong=0.12、要求液压系统完成的工作循环工件夹紧一工作台快进一工作台工进一工作台快退一工件松开 具体要求：(1)每一次循环结束,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) 计算主运动的切削力、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，选择液压控制系统的输入和输出设备，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）章宏甲等，液压与气压传动，北京；机械工业出版社，2003（2）赵永成等，机电传动控制，北京；中国计量出版社（3）液压手册（4）可编程序控制器二、液压系统设计1、分析负载1.1 主液压缸负载外负载：F=16000NsAv惯性负载：F = m= 2000 10/0.15 60 = 2222.22nmAt阻力负载：法向力 Fn=mg=20000N静摩擦阻力 F=fjingFn=4000Njing动摩擦阻力F=fd Fn=2000Ndon由此得出主液压缸在各工作阶段的负载如表1 所示表1主液压缸各工作阶段负载工况负载组成负载值快进启动F=Ffn tm g4000N加速JAvF = F+ m一 (At = 0.15s)dongAt4222.22N匀速Fdong2000N工进F=F +Fdgdong18000N快退启动F=Fj.n ting4000N加速JAvF = F+ m一 (At = 0.15s)dongAt4222.22N匀速Fdong2000N1.2 夹紧缸负载 外负载： F =35000NSAv惯性负载：F = m = 2000 10/2 60 = 166.67N mA t阻力负载：法向力 Fn=m =20000N静摩擦阻力 F=fjin Fn=4000Njin动摩擦阻力 F=fdon Fn=2000Ndon由此得出夹紧液压缸在各工作阶段的负载如表2所示表2夹紧液压缸各工作阶段负载工况负载组成负载值夹紧启动F=Ff.n ting4000N加速AvF = F + m (At = 0.1s) dongAt2116.67 N匀速Fdong37000N松开启动F=Ff4000 N加速AvF = F + m (At = 0.1s)dongAt2116.67 N匀速Fdong2000 N2、确定执行件主要参数2.1 主液压缸内径 D 及活塞杆外径 d 滑台快进快进速度相等，液压可选用单活塞杆式，快进时差动连接，空载启动压力P . =0.3Mpa。耳=0.96minm快进、快退速度均为10m/min，并采用单活塞杆液压缸，所以无杆腔的面积A1与有杆 腔的面积A2的比值 =A/A2=2在工进时，负载F最大，所以：a = f 仙(p甲一p)2m 12其中，F=18000N,由此可查表得，P=2.53Mpa，取3Mpa，背压P2取0.6Mpa。 可得：A2=3472.22X10-6m2；A1=A =6944.44X10-6m212主液压缸内径D =及活塞杆外径 d = 0.707D = 0.067m ；将D和d圆整为标准值后得，D=100mm， d=70mm; 于是，实际的面积A1=78.5 cm2, A2=40.03cm2。2.2夹紧缸内径D及活塞杆外径d夹紧缸的工作要求较主液压缸简单，可以采用相同的样式，以相同的方法进行分析可得 D=160mm,d=100mm,A1=0.02m2,A2=0.0122m2。3. 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值 在确定了执行件的主要参数之后就可以进行液压缸各工作参数的计算，为选取液压泵 阀以及电动机做准备。表3主液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压 力 pJMpa进油腔 压力 p/Mpa输入流 量 qm3 / s输入 功率 P/kw计算式快 进起 动400001.395p = ( f / n1)+ A Ap /(A A ) m212加 速4222.221.7551.455q = v (A -1 1A )2恒 速20001.1540.8456.43 X10-40.547P = p q工进180000.62.69(1.312.620.350.7p = ( f / n1)+ A p /A m221)X10-4q = Av1 2P = p q快退起 动400001.04p = (F / n1)+ Ap /A m122加4222.220.62.28速q = Av2 3P = p q恒 速20000.61.76.67）X10-41.13表4夹紧缸在不同工作阶段的压力、流:量和功率值工况负载F/N回油腔压 力 p/Mpa进油腔 压力 p/Mpa输入流量qm3 / s输入 功率 P/kw计算式夹 紧起 动400000.21p = （F/耳）+ A p /A1m221q = v A1 1P = p q加 速2116.6700.113恒 速3700001.930.03）X10-20.579松 开起 动400000.34p = （F/耳）+ Ap /A1m122q = A v2 2P = p q加 速2116.670.61.34恒 速20000.61.151.83x10 -40.214、确定液压泵、液压泵电动机的主要参数 在大致确定了各个缸在各工作阶段的工作参数之后，就可以凭借这些参数粗略地定出：a. 液压泵的最大工作压力p = p + App其中，由于管路简单但有调速阀，所以工Ap取0.6Mpa, p为最大工作压力，为2.69Mpa, 所以 pp=3.29Mpa。b. 液压泵的流量q k q = 1.2 x 6.67 x10-4 = 8 x10-4 m3 / sp l max其中， kL 是考虑系统泄露以及溢流阀保持最小溢流的系数，因为该系统泄漏量较大，所以 kL=1.2。c. 液压泵电动机的功率Ap qp = p-pp 耳p初步拟采用异步电动机叶片泵的形式，因为异步电动机的机构简单，陈本低，转速稳定，足够满足使用要求，而采用叶片泵是因为其流量脉动小，中低压的叶片泵的工作压力与计算值 较接近，容积效率高，转速范围大，使用寿命长，所以np=0.75,所以pp=3.51kw。5. 液压泵及电动机的选择根据前面所计算得的数据，参考各种液压泵及电动机的产品选择出需要的液压泵和电动机。表5所选用的液夜压泵、电动机的型号及相关参数部件型号参数液压泵YB-D40额定压力10Mpa,排量40mL/r异步电动机Y100L2-4额定功率3kw转速1430r/min由此可以得出液压泵的实际输出流量为qp=40X1430./1000=57.2L/min。二、液压回路的设计首先，根据任务的要求，所设计的液压系统要分别实现进给和夹紧功能，所以在系统中 需要两个缸，分别由两条油路来控制。主液压缸油路上，由之前的计算值可以看出液压泵的额定压力高于所需压力，所以需要 一个溢流阀作压力控制同时作为安全阀，同时该缸要能快进、工进、快退，所以需要一个方 向控制阀，而且工进的速度还要能调节，所以应该设置一个调速回路。夹紧缸邮路上，同样，由之前的计算值也可看出其所需压力及流量均小于液压泵的输出 值，所以溢流泵应该放在两油路的交点之前，并设置调速回路，同时，为了保证夹紧，应该 设置保压回路。夹紧缸也要求能实现夹紧放松的两个方向的运动，所以方向控制阀也是必须 有的。我所设计的液压原理图如图所示图1液压原理图由于选定了电动机及液压泵之后，流量发生了变化，所以需要重新计算各工作阶段的实际流量及执行件运动速度。/表 6 主液压缸在各个工作阶段的流量及运动速度。项段快进工进快退输入流量m31 s1.63 x 10-30.26 x 10-30.8 x10-3排出流量m31 s0.8 x10-30.13 x10 -31.57 x10-3运动速度m/s0.210.0330.2表7夹紧缸在各个工作阶段的流量及运动速度阶段夹紧放松输入流量m31 s0.03 x10-20.0183 x 10-2排出流量m31 s0.0183 x10-20.03 x10 -2运动速度m/s0.0150.015以上各值均在可接受范围内，可以和原理图结合起来作为选液压元件的依据。表8液压元件表序 号名称型号参数过滤器XU-100X200B粗过滤（线隙式）先导式溢流阀YF3-10B通径10mm,额定流量63L/min，压力0.5-6.3Mpa,卸荷压力 0.45Mpa二位二通电磁换向阀通径10mm,取大流量100L/min,额定压力 16Mpa三位五通电磁换向阀35DYF3Y-E10B通径10mm,取大流量100L/min,额定压力 16Mpa额定流量80L/min单向调速阀AQF3-E10H通径10mm,取大流量50L/min,额定压力 16Mpa二位二通电磁换向阀通径10mm,取大流量100L/min,额定压力 16Mpa定差减压阀JF-L10G通径10mm,取大流量20L/min,压力范围0.57Mpa单向阀CTT-03-50额定流量40L/min,额定压力25Mpa,取小压 力 0.5Mpa压力继电器PD-HB-L1压力范围0.520Mpa蓄能器HXQ-C16D额定容量16L,工作压力17Mpa,耐压压力25.5Mpa三位四通电磁换向阀WE10E20-20/AG24通径10mm,取大流量100L/min,额定压力 16Mpa13调速阀2FRM102125LV通径10mm,额定流量25L/min三、液压系统性能估算1、验算系统压力损失并确定溢流阀的调整值1.1 主液压缸快进 滑台快进时，主液压缸差动连接，进油路上的元件有三位五通阀，回油路上油液通过二位二通阀,由原理图及表6可以推算出通过的流量分别为48Lmin和97.8Lmin，忽略去溢流 损失，可得进油路上的总压降为：工 Ap = 0.5(48/ 63)+0.3(97.8/100) = 0.576Mpa o.6Mpav较合理，可实现差动运动。 在回油路上油液经过阀4和阀3流过的流量是48L/min,进入无杆腔：Ap = p - p = 0.2(48/80)2 + 0.3(48/63)2 = 0.242Mpa21接近0.3Mpa所以基本符合。1.2 主液压缸工进滑台工进时，油液在进油路上通过电磁换向阀进入油缸的无杆腔，流量为15.6L/min，油液 在回油路上通过电磁换向阀的流量为7.8L/min，在节流阀处的压力损失为0.6Mpa后 这时，液压缸回油腔的压力的p2为p = 0.6 + 0.5(15.6/100) 2 + 0.5(7.8 /100) 2 = 0.6053Mpa2与之前所设值0.6Mpa略大。Ap = 0.0053Mpa该值可以忽略所以不需修改。1.3 主液压缸快退滑台快退时，油液在进油路上通过电磁换向阀的流量为48L/min，然后流入有杆腔。回 油路上流过电磁换向阀的流量为94.2 L/min，然后流入油箱。在进油路上的压力损失工Ap = 0.5(48/100)2 + 0.5(94.2/100)2 = 0.56Mpav与估计的值相近不必重算，所以快退是的工作压力p = p +Ap = 1.34 MPap1以此溢流阀的卸荷应大于1.34Mpa.1.4 夹紧缸夹紧夹紧缸在夹紧时，进油路上油液通过二位二通阀的流量为9L/min，在单向阀处的压力 损失为0.3Mpa，为保证电磁继电器能正常工作，需要有一定的压差，为0.5Mpa，通过三位 四通电磁换向阀的流量为18 L/min，在调速阀处的压力损失为0.7 Mpa，同时还有溢流损失。 进油路总的压力损失为工Ap = 0.3 + 0.5 + 0.7 + 0.5(9/100)2 + 0.5(9/100)2 + 0.3(57.2/63)2 = 1.25Mpav回油路上，油液通过三位四通阀的流量为4.5L/min，压力为p = 0.5(4.5 /100)2 = 0.001Mpa2可忽略。夹紧缸夹紧时的工作压力pp=1.93+0.11=2.03Mpa1.5 夹紧缸松开夹紧缸在松开时，进油路上油液通过二位二通阀的流量为4.5L/min,在单向阀处的压力 损失为0.5Mpa，为保证电磁继电器能正常工作，需要有一定的压差，为0.5 Mpa，通过三位 四通电磁换向阀的流量为4.5 L/min，同时还有溢流损失。进油路总的压力损失为工 Ap = 0.5 + 0.5 + 0.5(4.5/100)2 + 0.5(4.5/100)2 + 0.3(16.24/63)2 = 1.22Mpav回油路上，油液通过三位四通阀的流量为9 L/min，在调速阀处的压力损失为0.7 Mpa，压力 为p - 0.7 + 0.5(9/100)2 = 0.70Mpa2与预测值有较大出入，P值需重新计算p = (F/耳)+ A p /A = 2.03Mpa1m 1 22工作压力 PP=2.03+1.22=3.05 Mpa综上，定差减压阀的出口压力应该大于3.25Mpa2、验算油液温升2.1 确定油箱容积容积V = Kq = 7 x 48 = 336L参照标准后取为350L，k=7。p2.2 功率计算通过计算可知，在一个工作周期中，工进阶段占绝大部分的时间，可以用来计算全程的 功率。工进时，主液压缸的有效功率为P =FV =37000x0.0025/1000 =0.092KWe由于有溢流阀溢流，溢流的流量为22-0.8=21.12L/min。损失的压力Ap = 0.3x(21.12 /63)2 = 0.037Mpa所以液压泵的总输入功率为p q2.69x103 x15.7 / 60P =- = 0.939kwp 耳0.75X1000p发热功率AP = P - P = 0.847 KWpe由表可查得油箱的散热系数为K=9，散热面积A = 6.53v2 = 3.23加，则油液温升为 APAt = 一 X103 = 27.13.C 30 35CKA 查表知，在可接受的温升范围内，无需加冷却器。 四、PLC设计 1、电磁阀磁铁动作表YV1YV2YV3YV4YV5YV7转换主令夹紧+-SB1快进+-+-+SB2工进+-+-+SQ2快退+-+-+SQ3停止-SB3松开-+-SQ12、PLC端子接线图V ：E；piSE303SOTSE3OijOLiisul00 200 2050 2LiEu：Bi：h：iliGD5Q-3-0505U507V1i：DM3、PLC梯形图控制程序