機(jī)電液課程設(shè)計說明書終極版

1、機(jī)電液課程設(shè)計題目:設(shè)計一臺加工氣缸底面鉆床的機(jī)電液控制系統(tǒng)班級學(xué)號:機(jī)械133班所在學(xué)院:機(jī)械工程學(xué)院姓名:毛俊豪李佳翱黃益聰陳仲恒文銀寇廣鵬指導(dǎo)教師:董華軍結(jié)束日期:2016年7月19日專業(yè)目錄前言 31. 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求： 32. 設(shè)計方法與步驟 3第一章 鉆床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計與計算 51鉆床整體分布圖 52. 機(jī)械部分相關(guān)參數(shù) 53. 同工況下液壓缸載荷和速度的分布 6第二章鉆床液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算81. 工作液壓缸的計算和選擇 82. 夾緊缸的計算和選擇 103. 工況分析 114擬定液壓原理圖 14第三章鉆床液壓元件及液壓裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計 161. 液壓泵和電動機(jī)的選擇 162閥類

2、元件的選擇 163. 油管 174. 油箱的選擇 19第四章 鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計與計算 211. 電磁閥磁鐵動作表 212. 電磁閥磁鐵運(yùn)動過程 213. 控制系統(tǒng) 22總結(jié) 27參考文獻(xiàn) 28、八,、刖言液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動液壓油。通過 控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程，不同方向的動作。完成設(shè) 備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到越來越廣泛的 應(yīng)用，而且越來越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓的部分就愈多。所以像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和 親手設(shè)計一個液壓系統(tǒng)是非常有意義的。液壓傳動是用液體來傳遞能量，具有以

3、下幾個優(yōu)點(diǎn)：易于獲得較大的力或力矩，功率重 量比大，易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，易于實(shí)現(xiàn)較大范圍的無級變速，傳遞運(yùn)動平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)快速而 且無沖擊，與機(jī)械傳動相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動潤滑、元件壽命較長， 易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。而且隨著可編程控制器(PLC)技術(shù)的發(fā)展，把PLC控制技術(shù)應(yīng) 用于起重機(jī)液壓裝置的控制中，取代原有的液壓裝置控制線路。簡化了電器控制電路，提高 了可靠性，取得了很好的使用效果。并且易于修改控制程序，提高了控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。1. 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求：1.控制要求：液壓系統(tǒng)要求完成的工作循環(huán)是：工件定位工件加緊進(jìn)給缸快進(jìn)進(jìn)給缸工進(jìn)進(jìn)給缸快退到原位工件 松開拔出定位銷

4、。2 設(shè)計參數(shù)工件的定位、加緊都采用液壓控制，運(yùn)動部件重質(zhì)量為 9800 N。快退與快進(jìn)速度都為6 m/min ，快進(jìn)行程為100 mm ，工進(jìn)速度為601000 mm/min ，工進(jìn)行程為50 mm , 最大切削力為30468 N，采用平面導(dǎo)軌，往復(fù)運(yùn)動加減速時間為0.2 s，加緊力為152340 N ， 采用兩個加緊缸，加緊缸行程為 20 mm ，加緊時間為1 s。3 設(shè)計任務(wù)(1) 對系統(tǒng)進(jìn)行工況分析(含負(fù)載分析、速度循環(huán)分析、負(fù)載循環(huán)分析)；(2) 按要求計算和設(shè)計液壓系統(tǒng)，并繪制液壓系統(tǒng)圖；(3 )繪制進(jìn)給液壓缸裝配圖和油箱裝配圖(含電動機(jī)與液壓泵的連接等)；(4)編寫設(shè)計說明書一份

5、(含液壓系統(tǒng)設(shè)計、控制線路設(shè)計、直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)報告等)2. 設(shè)計方法與步驟首先對機(jī)電液系統(tǒng)功能進(jìn)行分解，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)，電子技術(shù)和液壓與氣壓傳動技術(shù) 的各自優(yōu)勢，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成簡單模塊化。設(shè)計策略如下：(1) 減少機(jī)械傳動部件，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化，體積減小，提高系統(tǒng)動態(tài)性能與運(yùn)動精度；(2) 注意選用標(biāo)準(zhǔn)、通用的功能模塊，避免功能模塊在低水平上重新設(shè)計，提高系統(tǒng)在 模塊級上的可靠性，加快設(shè)計開發(fā)進(jìn)度；(3 )充分應(yīng)用硬件功能軟件化原則，使硬件組成最簡單，使系統(tǒng)只能化；(4)以液壓系統(tǒng)及pic控制系統(tǒng)為核心的設(shè)計方案；第一章鉆床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計與計算機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)電液系統(tǒng)的最基本要素，主要包括執(zhí)行

6、機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和支撐部件。機(jī)械 的主要功能是完成機(jī)械運(yùn)動，一部機(jī)器必須完成相互協(xié)調(diào)的若干機(jī)械運(yùn)動。1. 鉆床整體分布圖本鉆床是用來加工氣缸，在氣缸底部鉆孔，所以設(shè)計成臥式機(jī)床，鉆臺移動進(jìn)給，夾具采用雙缸夾緊，四爪卡盤，這樣可以實(shí)現(xiàn)夾緊和定位，鉆床關(guān)鍵部位分布圖見圖1-1 C圖1-1鉆床整體分布圖2. 機(jī)械部分相關(guān)參數(shù)計算各部件質(zhì)量、位移、速度和力的大小。鉆床的工進(jìn)、快進(jìn)、夾緊都屬于機(jī)械移動系統(tǒng)，故可按運(yùn)動學(xué)方程計算各參數(shù)移動部件總質(zhì)量I -快進(jìn)加速度大小運(yùn)動部件總重快進(jìn)、快退速度快進(jìn)行程工進(jìn)速度工進(jìn)行程工進(jìn)時阻力（切削力）夾緊力夾緊行程夾緊速度3同工況下液壓缸載荷和速度的分布液壓缸推動鉆臺移動

7、，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退和工作進(jìn)給，液壓缸受到的載荷隨工況變化而變 化，而且啟動時受到的摩擦力為靜摩擦，運(yùn)行后為動摩擦，計算過程見表1-2，隨工況變化,液壓缸受到的作用力和速度均在變化，詳細(xì)見圖1-3和圖1-4。表1-2工作缸在各工作階段的負(fù)載工況負(fù)載組成負(fù)載值F/N啟動F 二4 斥 +耳4686加速F =+吒+號+ %3886快進(jìn)2186工進(jìn)33846快退F二打2186V速度mm/sF/N受力大小1001003384(|、.?1S6J0kll/mm行程A圖1-4受力圖圖1-3速度圖第二章鉆床液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計與主機(jī)的設(shè)計是密切相關(guān)的，首先應(yīng)滿足主機(jī)的功能要求：主機(jī)拖動、 動作要求、循

8、環(huán)要求等；其次還應(yīng)符合結(jié)構(gòu)組成簡單、工作安全可靠、使用維護(hù)方便、體積 小重量輕等要求。因此，液壓系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循從總體到細(xì)部的原則，首先從分析機(jī)械系統(tǒng) 開始，充分理解、分析設(shè)計要求，然后做出液壓系統(tǒng)總體方案設(shè)計，設(shè)計出液壓系統(tǒng)原理圖, 并對液壓系統(tǒng)中所涉及到的液壓元件進(jìn)行選擇。1.工作液壓缸的計算和選擇工作負(fù)載=30468Ar液壓缸所需推動負(fù)載總質(zhì)量m :G = 98OONG 9800rm = =- 3 = 10 O O R a- （ 2-1）計算慣性力：液壓缸推動鉆臺運(yùn)動時有速度變換，則會帶來慣性力，根據(jù)牛頓第二定律可知其慣性力可由公式：工I 計算。lmIV= ft.快進(jìn)時速度最大變化量速度

9、變化時間： 則慣性力為 ：=m I 口 =円 I 佶）=1000 I（2-2）計算密封阻力：缸的密封阻力折算為密封阻力所需的等效壓力乘以液壓缸有效面積，采用Y型結(jié)構(gòu)密封，則等效密封壓力 %；:皿城畑;缸的有效面積粗估值為則密封力為:啟動時:運(yùn)行時：計算導(dǎo)軌摩擦阻力:_FS1 _160Q_ V_F= 80DAr(2-3)(2-4)V形塊夾角二?。憾?-, 取摩擦系數(shù)則摩擦阻力一為：(2-5)計算回油背壓阻力液壓缸運(yùn)行中位了防止液壓缸受外力作用而滑動需要在回油路上 設(shè)置一定的壓力，壓力作用在無桿腔。背壓壓力取。動力滑臺要求快進(jìn)快退速度相等，則液壓缸可選單活塞桿式。并在快進(jìn)時作差動連接，這無桿腔工作

10、面積L應(yīng)為有桿腔工作面積 二的兩倍，即- =。I-則有桿腔空面積壞.-.I -Vi I背壓阻力&為：(2-6)則作用在活塞缸上總載荷(2-7)鉆床為半精加工機(jī)床，系統(tǒng)工作壓力取二=二卡丘則無桿腔有效面積二為：F3(2-8)= - =QTO084Tr:2(2-9)有桿腔面積二為:d =01038 = 0.-7-414 二. 7276m 竝1(2-10)直徑按 GB/T2348 2001圓整成標(biāo)準(zhǔn)值為：D = l&Ommd = 70mm行程 1 = 2C Omrn液壓缸各腔頭際面積為：irX D2-d-l / u u min14(2-11)ir X d2-= 3346.5nMit*24(2-12)

11、計算實(shí)際工作壓力：Pi - = 4.3MPti(2-13)由于鉆床工作時需做低速進(jìn)給運(yùn)動，在確定油缸活塞面積-1之后還必須按最低進(jìn)給速度驗(yàn)算油缸尺寸，即油缸有效工作面積1應(yīng)滿足：(2-14)Aj I Qin式中:SOml ,；,：為流量閥最小穩(wěn)定流量取廣:；活塞最低進(jìn)給速度?。?00.83二滿足條件602.夾緊缸的計算和選擇夾緊時負(fù)載152340= 76170 X(2-15)管道中沿程壓力損失按0.3MPa計算回油背壓壓力工作壓力& = 0.3MPaP = 4.3MPa0.01904ffL有效工作面積(2-16)計4X0 1904.14= O.lSSjn業(yè)進(jìn)工進(jìn)(2-17)取標(biāo)準(zhǔn)值in口有桿腔

12、液壓桿直徑：irX D2則無桿腔面積，也(2-18)有桿腔面積(2-19)夾緊缸行程3. 工況分析液壓系統(tǒng)要求完成的工作循環(huán)見圖2-1 o工件定位工件加緊進(jìn)給缸快進(jìn)給缸圖2-1工作循環(huán)圖計算各工況所需要的油源壓力：設(shè)管道中壓力損失為0.3MPa,差動連接時出口壓力比進(jìn)口壓力高出0.2MPa，液壓缸的機(jī)械效率取猱卅-和快進(jìn):(2-20)則:工進(jìn):(2-21)專業(yè)工進(jìn)出口壓力為背壓壓力取0.3MPa則：(2-22)快退：出口壓力也為背壓壓力則：夾緊：夾緊時壓力與工進(jìn)時壓力相等。計算各工況所需流量：快進(jìn)時采用差動連接，液壓缸速度為 I5 =孑小 口(2-23)經(jīng)單位換算后得:(2-24)工進(jìn)時:經(jīng)單

13、位換算后得:快退時與快進(jìn)時所需流量一樣夾緊:(2-25)經(jīng)過分析計算得出各工況下液壓缸實(shí)際壓力、負(fù)載、功率見圖2-2表2-2各工況下液壓缸實(shí)際壓力、負(fù)載、功率工況負(fù)載回油腔壓力MPa進(jìn)油腔壓力MPa輸入流量輸入功率PKw夾緊761700.34.548.0-快進(jìn)啟動4686090.624.00.24加速3886恒速2186工進(jìn)338460.34.54.20.61快退啟動46860.31.224.00.48加速3886恒速2186松開00.30.348-4. 擬定液壓原理圖由于該機(jī)床為固定式機(jī)床，不存在外負(fù)載對系統(tǒng)做功的工況，且液壓系統(tǒng)的功率較小， 鉆臺移動速度較低，工作負(fù)載變化小，系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)

14、速方式和開式循環(huán)，采用進(jìn)油路節(jié)流 調(diào)速回路。從表2-2可知液壓缸要求油源交替的提供低壓大流量和高壓小流量，夾緊缸只有在夾緊 一瞬間才需要高壓，所以采用大小兩個液壓泵自動兩級并聯(lián)供油的供油方案。液壓原理圖見 圖 2-3。1611O 6圖2-3液壓系統(tǒng)原理圖1.液壓泵；2單向閥；3.溢流閥；4.順序閥；5.溢流閥；6.單向閥；7單向閥；8.三位五通液電換向9.調(diào)速閥；10.二位二通換向閥；閥；11 .工作液壓缸；12.液控溢流閥；13.單向閥；14.三位四通換向15.夾緊液壓缸；閥；16夾緊液壓缸；17.調(diào)速閥；第三章鉆床液壓元件及液壓裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計1.液壓泵和電動機(jī)的選擇由表2-2可知系統(tǒng)所需流

15、量的最大值與最小值相差8倍，且需要高壓小流量低壓大流量，所以采用雙泵供油，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/52型雙聯(lián)葉片泵。 其小流量泵和大流量泵的排量分別為 6mL/r和41mL/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為np 940r/min時, 其理論流量為54.76L/min，若取液壓泵容積效率n =0.9Y6+52YX96O;=（3-1）由表2-2可知在工進(jìn)時所需功率最大為 0.6kw，考慮到液壓管道中的能量損失和液壓系 統(tǒng)的泄露、元件的效率取電動機(jī)功率為有效功率的 3倍。查閱機(jī)械設(shè)計手冊取電動機(jī)型 號為丫112M-6型電動機(jī)，額定功率為2.2KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min，額定

16、電壓為380V。2閥類元件的選擇液壓系統(tǒng)的核心部件確定之后還要對其他組成元件進(jìn)行選擇，考慮到對性能的要求和維 修的便捷選取通用的閥類元件，各元件的名稱和參數(shù)見表3-1。序號元件名稱額定流量/(L/min )額定壓力p /MPa型號規(guī)格1雙聯(lián)葉片液壓泵54.766.4PV2R12-6/522單向閥6316AF3 Ea10B3溢流閥6316YE3E10B4順序閥6316XF3E10B5溢流閥6316YE3E10B6單向閥6316AF3Ea10B7單向閥6316AF3Ea10B8三位五通電液閥801635DYE3Y E10B表 各 件 規(guī)3.管9調(diào)速閥0.075016AXQF E10B10二位二通換

17、向閥6416-11工作液壓缸-12液控卸荷溢流閥6416-13單向閥6416AF3 Ea10B14三位四通換向閥642034SM-B20H-T/W15夾緊液壓缸-16夾緊液壓缸-17調(diào)速閥0.075016AXQF E10B3-1元的格各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出管則按輸入、排除的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，結(jié)果表 3-2所示:表3-2液壓缸的進(jìn)、出流量工況快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/min )78.5 X 24,0=+A05705 1 38.4BHl = 4.2州24.0排出流量/(L/mi

18、n )q2 = * n =38.46X47.05q,2 = A q=7B.5 X 4.2tb = * Q24.0 X 38.46178,523t5工33.4678.5_= 4運(yùn)動速度/(m/mi n)1024.0 X 10匸_ q qa78.51 38.4SUX1O=Q5378.5由上表可以看出，液壓缸在各個工作階段的實(shí)際運(yùn)動速度符合設(shè)計要求。根據(jù)上表的數(shù)值，并按推薦取油液在壓油管的流速v=3m/s，液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為(3-2)(3-3)=24mm 的冷拔鋼管這兩根油管都按 GB/T2351 2005選用內(nèi)徑 =20mm、外徑4.油箱的選擇油箱必須有足夠大的容量，以保持系

19、統(tǒng)工作時能保證一定的高度，在最高液面上要留出等于油液容量的10% 15%的空氣容量，本系統(tǒng)管路較短不必考慮液壓系統(tǒng)停止工作時油液自由流回油箱的體積，按照經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱容積：油箱容量經(jīng)驗(yàn)公式為：( 3-4)對于低壓系統(tǒng)a取2 4V = 4X48 = 192 LV=250L。按GB/T7938 1999規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值第四章 鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計與計算1.電磁閥磁鐵動作表液壓系統(tǒng)要完成夾緊、快進(jìn)等工況，根據(jù)液壓原理圖，各工況下按鈕和換向閥的動作如表4-1所示。表4-1電磁閥動作順序表、電磁鐵 工況YA1YA2YA3YA5YA6轉(zhuǎn)換主令夾緊-+-SB2快進(jìn)+-SB4工進(jìn)+-+-SB6快退-+-

20、SB5松開-+SB3停止-SB72.電磁閥磁鐵運(yùn)動過程輸入輸出接口在控制系統(tǒng)（pic ）中的位點(diǎn)見表4-2表4-2輸入輸出點(diǎn)輸入電器輸入點(diǎn)輸出電器輸出點(diǎn)啟動按鈕SB10001繼電器YA10501停止按鈕SB70007繼電器YA20502夾緊SB20002繼電器YA30503松開SB30003繼電器YA50505快進(jìn)SB40004繼電器YA60506快退SB50005電動機(jī)0500工進(jìn)SB60006a. 夾緊：YA5得電，壓力油經(jīng)過調(diào)速閥17進(jìn)入夾緊缸的下腔，推動活塞桿向上運(yùn)動， 回油通過單向閥13流入油箱，實(shí)現(xiàn)夾緊。b. 快進(jìn)：YA1得電，壓力油通過油管到達(dá)主液壓缸無桿腔，液控單向閥4關(guān)閉，回

21、油通過單向閥6與壓力油相連接，實(shí)現(xiàn)差動連接，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，主液壓缸向上運(yùn)動。c. 工進(jìn)：YA1、YA3得電，壓力油通過調(diào)速閥9進(jìn)入主液壓缸無桿腔，主液壓缸向上運(yùn) 動；此時液控單向單向閥4開啟，回油通過液控單向閥4流經(jīng)溢流閥5流入油箱。液控單向 閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于無負(fù)載時的壓力油壓力，小于有負(fù)載時的壓力油壓力。d. 快退：YA2得電，壓力油經(jīng)過油管到達(dá)主液壓缸有桿腔， 回油通過單向閥7流回油箱, 主液壓缸向下運(yùn)動。e. 松開：YA6得電，壓力油進(jìn)入夾緊缸的上腔，推動活塞桿向下運(yùn)動，回油流經(jīng)調(diào)速閥 17單向閥13流入油箱，實(shí)現(xiàn)松開。3. 控制系統(tǒng)鉆床液壓系統(tǒng)功能簡單所需要的控制接口少，由此使用通用型C

22、20P型pic，pic的接線端子圖、T形圖、語句變分別見圖4-3、圖4-4、表4-5。夾緊延時放松延時夾緊YA5放松YA6YA1YA2YA3050000060500電動機(jī)啟動控制圖4-4 PLC程序梯形圖C20PSb1| ： i00010500KM彳Sb2lJ_i00020501YA1-sb3LJ_I00030502YA2語b400040503YA3fsb5L_U00050505YA5：Sb61 100060506YA6曲70007COMCOM4A+380V36V圖4-3 pic接線端子圖表4-5 PLC程序語句表1LD00012OR05003AND NOT00074OUT05005LD05006AND00027TIM00#00108LD05009AND000310TIM01#001011LD050012ANDTIM0013A