液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專用雙行程銑床

1、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專用雙行程銑床體制0803班目錄一、設(shè)計(jì)內(nèi)容2二、負(fù)載剖析與計(jì)算2三、液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)剖析41.液壓缸參數(shù)計(jì)算52.確立液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格83.液壓閥，過濾器，油管及油箱的選擇94.液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算11四、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)131.各電磁鐵動(dòng)作次序表132.PLC控制連結(jié)圖143.繼電器-接觸器控制梯形圖154.PLC控制梯形圖165.指令語句表17六、感覺與收獲18參照資料18一、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一專用雙行程銑床。工件安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)來去運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。雙向銑削。工件的定位和夾緊由液壓實(shí)現(xiàn)，銑刀的進(jìn)給由機(jī)械步進(jìn)裝置達(dá)成，每一個(gè)行程進(jìn)刀一

2、次。要求機(jī)床的工作循環(huán)為：手工上料按電鈕工件自動(dòng)定位、夾緊工作臺(tái)來去運(yùn)動(dòng)銑削工件若干次擰緊銑削夾具松開手工卸料（泵卸載）。工作臺(tái)來去運(yùn)動(dòng)速度（m/min）v01/v02（8）/4)。取快進(jìn)、快退最迅速度為16m/min。工作臺(tái)來去運(yùn)動(dòng)的行程（100270）mm，最大行程定為500mm。定位缸的負(fù)載200N，行程100mm，動(dòng)作時(shí)間1s；夾緊的缸的負(fù)載2000N，行程15mm，動(dòng)作時(shí)間1s。二、負(fù)載剖析與計(jì)算取液壓缸的機(jī)械效率m為。計(jì)算液壓缸驅(qū)動(dòng)力F0=Fm（N）依據(jù)公式2-1,計(jì)算液壓缸驅(qū)動(dòng)力得定位液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為F0=200217N0.92得夾緊液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為20002174NF0=0.9

3、2切削負(fù)載（F01/F02）：13000/6500N；工作臺(tái)液壓缸總負(fù)載F=Fm+Ff+FaFm為工作負(fù)載，F(xiàn)a為慣性負(fù)載，F(xiàn)f為摩擦阻力負(fù)載Fm=13000/6500N，F(xiàn)a不作考慮，F(xiàn)f設(shè)動(dòng)摩擦為2500N，靜摩擦為5000N。由公式2-1，工作臺(tái)液壓缸的工作推力FmF14130N/7065Nm快進(jìn)、快退時(shí)外負(fù)載F=2500N，啟動(dòng)加快是外負(fù)載F=5000N，工作缸的外負(fù)載為2-12-2F=Fm+2500N=15500N/9000N表1銑床要求的工作參數(shù)動(dòng)力零件快動(dòng)力零件切削負(fù)載（）工進(jìn)快退速度v2進(jìn)，快退摩擦（）（）快進(jìn)速度v1速度v01v02阻力（）（mmin）（mmin）（mmin）

4、250014130/7065168)/4)16表2液壓缸在各工作階段的負(fù)載值工況液壓缸負(fù)載F（N）液壓缸驅(qū)動(dòng)力F0=Fm（N）快進(jìn)25002717.工進(jìn)1550016848工進(jìn)90009783快退25002717定位200217夾緊20002174依據(jù)要求，作出系統(tǒng)的工作循環(huán)圖以下：圖1工作循環(huán)圖依據(jù)上述計(jì)算結(jié)果各工作階段所受的外負(fù)載，并畫出負(fù)載循環(huán)圖。v/(m/min)圖2速度循環(huán)圖F/(N)圖3負(fù)載循環(huán)圖三、液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)剖析1）確立供油方式：依據(jù)設(shè)計(jì)背景要求，供油方式采納限壓式變量泵，變量泵選擇用帶壓力反應(yīng)的限壓式變量葉片泵。2）調(diào)速方式的選擇：調(diào)速閥調(diào)速。3）速度換接方式的選擇采納

5、電磁閥的快慢速換接回路，特色是構(gòu)造簡單、調(diào)理行程比較方便，但速度換接的安穩(wěn)性較差。若要提升系統(tǒng)的換接安穩(wěn)性，則可改用行程閥切速的速度換接回路。4）夾緊回路的選擇用二位四通閥來控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了防止工作時(shí)忽然失電而松開，應(yīng)當(dāng)用失電夾緊方式。考慮到夾緊時(shí)間可調(diào)理和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)降落時(shí)還能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)理夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)固。圖4液壓系統(tǒng)原理圖液壓缸參數(shù)計(jì)算1）參照GB2348-80，銑床液壓系統(tǒng)的工作壓力選為5MPa。2）因?yàn)橐蠊ぷ髋_(tái)雙向挪動(dòng)速度相等，快進(jìn)，快退速度相等，故工作液壓缸采納單缸雙桿式。夾緊和定位缸均

6、選單缸單桿式。（3）計(jì)算工作液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，最大負(fù)載為16848N，取背壓P2為，試取d/D=。將數(shù)據(jù)代入式D=4F3-1(P1P2)(10.72)得D=4168489.6710-2m，依據(jù)液壓缸內(nèi)尺寸系列3.14(51060.5106)(10.72)GB2348-80，液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm，按d/D=，取d=70mm。4）計(jì)算夾緊缸和定位缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。按工作要求的夾緊力由一個(gè)夾緊缸供給，考慮到夾緊力的穩(wěn)固，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為2Mpa，回油背壓力為，取液壓缸的機(jī)械效率m為。取d/D=代入下式D=4F/

7、m3-2p212p11dp1D得D=3.984x10-2m，按液壓缸內(nèi)尺寸系列GB2348-80，和活塞桿直徑系列GB2348-80，取夾緊液壓缸的D和d分別為40mm及28mm。取定位缸工作壓力為2Mpa，回油背壓力為，取液壓缸的機(jī)械效率m為。取d/D=代入式3-2，得D=1.260 x10-2m，取定位液壓缸的D和d分別為12mm及8mm。（5）按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)固速度，Amin=qmin3-3vminAAmin，qmin是由產(chǎn)品樣本查得的最小穩(wěn)固流量min。vmin0.4m/min得A1.25cm2，調(diào)速閥安裝在回油路上，液壓缸的有效工作面積應(yīng)選用液壓缸有桿腔的實(shí)質(zhì)面積，A

8、=D2d240.035cm2，可見知足要求。43）計(jì)算在各工作階段液壓缸所需要的流量q快進(jìn)4(D2-d2)v快進(jìn)3.14(120.72)16064.056L/min4q快退4(D2-d2)v快退3.14(120.72)26064.056L/min43.14q工進(jìn)Imax(D2-d2)v工進(jìn)Imax(120.72)8032.028L/min44q工進(jìn)max(D2-d2)v工進(jìn)max3.14(120.72)4016.014L/min，44q夾緊4D2v夾緊3.140.420.1560=1.130L/min，41q定位4D2v定位3.140.122160=0.678L/min。41表3液壓缸在各工作

9、階段的壓力，流量和功率工況計(jì)算公式負(fù)載回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量功率F(N)p2（MPa)p1(MPa)Q(L/min)P(KW)快進(jìn)p2p2717p1FAp2QAv,Pp1Q工進(jìn)p2pb16848p1FAp2QAv,Pp1Q工進(jìn)p2pb9783p1FAp2QAv,Pp1Q快退p2p27176406p1FAp2QAv,Pp1Q液壓缸的進(jìn)油腔壓力，輸入流量和功率用圖示分別表示以下：（此中各工作階段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：快進(jìn)t1，工進(jìn)一t2，工進(jìn)二t3，快退t4。）圖5進(jìn)油腔壓力爭圖6輸入流量圖圖7功率圖確立液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格1）泵的工作壓力的確定。因?yàn)橛凸苡斜囟ǖ膲航?，所以泵的工作壓力?/p>

10、ppp1p3-4取為，故pp=。pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各樣工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力常常超出靜態(tài)壓力。此外考慮到必定的壓力貯備量，并保證泵的壽命，所以選泵的額定壓力pn(1.251.6)pp。選用pp=。2）泵的流量確立。液壓泵的最大流量應(yīng)為qpKLq，KL為泄露系數(shù)，一般取為，max現(xiàn)取為KL=。qp=。3）選擇液壓泵的規(guī)格。依據(jù)以上計(jì)算的pp和qp查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，依據(jù)需求采納YBX-D50（V3）限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量50ml/min，泵的額定壓力為10Mpa，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速1450r/min，流量為min，驅(qū)動(dòng)功率10kW，總效率10.72。4）與液

11、壓泵般配的電動(dòng)機(jī)的選定。泵的機(jī)械效率為10.72，電機(jī)的工況條件下，取機(jī)械效率為20.75。電機(jī)所需功率為P1pp1Q1(p1p1p2)Q13-51212快退和快進(jìn)時(shí)，進(jìn)油腔壓力為，此中p1=是進(jìn)油路壓力損失，p2=是壓力繼電器靠譜動(dòng)作需要的壓力差，Q164.06103/60m3/s1.07103m3/s，推出，P14320W；工進(jìn)時(shí)，電機(jī)所需功率，依據(jù)公式3-5，此中p1=是調(diào)速閥所需最小壓力，p2=是壓力繼電器靠譜動(dòng)作需要的壓力差，Q232.03103/60m3/s0.534103m3/s，得，P25647W；由以上計(jì)算可知，最大功率出此刻工進(jìn)階段，Pmax=5647W，則電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為

12、Np5912W。據(jù)此查樣本采納Y2-132M-4三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)額定功率為，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。液壓閥，過濾器，油管及油箱的選擇1)液壓閥及過濾器的選擇依據(jù)液壓系統(tǒng)的最高工作壓力和經(jīng)過各個(gè)閥類元件和協(xié)助元件的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格，列表以下：編號(hào)元件名稱預(yù)計(jì)經(jīng)過流量(L/min)元件型號(hào)規(guī)格1XU線隙式濾油器70XU-B2001002油箱500L3冷卻器4三相異步電動(dòng)機(jī)Y2-132M-45變量葉片油泵70YBX-D50（V3）10MPa6溢流閥20YF-L20B570MPa7指針式壓力計(jì)Y-10010MPa8減壓閥20JF-L10G7MPa9單向閥I-1010L/

13、min10背壓閥40B-63B11三位四通換向閥9034D-63B7MPa12三位四通換向閥9034D-63B7MPa13蓄能器HXQ-C16DHXQ-C16D14單向次序閥X2F-L10E3MPa15單向次序閥X2F-L10E3MPa16液壓缸20 x1820 x1417液壓缸50 x2850 x3618調(diào)速閥Q-H2032MPa19調(diào)速閥Q-H2032MPa20兩位二通換向閥9022D-63B7MPa21三位四通換向閥9034D-63B7MPa22液壓缸100 x70100 x7023指針式壓力計(jì)Y-10010MPa24指針式壓力計(jì)Y-10010MPa25指針式壓力計(jì)Y-10010MPa2

14、6指針式壓力計(jì)Y-10010MPa27指針式壓力計(jì)Y-10010MPa28指針式壓力計(jì)Y-10010MPa油管的選擇依據(jù)選定的液壓閥的連結(jié)油口尺寸確立管道尺寸。因?yàn)橄到y(tǒng)在液壓缸工進(jìn)速度最快時(shí)，流量最大，實(shí)質(zhì)最大流量約為：Qmax64L/min，則泵的流量為額定流量L/min，連結(jié)液壓缸的出入油路油管的直徑選擇公稱通徑為20mm。所以，按產(chǎn)品樣本標(biāo)準(zhǔn)JB827-66，JB/Z95-67，采納公稱通徑為20mm的管件。3)油箱容積的選擇中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍，這里取6倍，即V6Qr，此中Qr為液壓泵每分鐘排出壓力油的體積。得，V=400L。液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算(1)系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)

15、算因?yàn)橄到y(tǒng)的詳細(xì)管路部署還沒有清楚，整個(gè)回路的壓力損失沒法估量，僅只有閥類元件對壓力損失所造成的影響能夠看得出來，供調(diào)定壓力值時(shí)參照。因?yàn)榭爝M(jìn)時(shí)的油液流量比快退時(shí)的流量大，所以其壓力損失也就比快退時(shí)的大。所以一定計(jì)算快進(jìn)時(shí)進(jìn)油路與回油路的壓力損失。假定液壓系統(tǒng)采納N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15，由手冊查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度2s，油的密度900Kgm3，液壓元件采納集成塊式的配置形式，Q取L/min，即Q0.00107m3s。判斷雷諾數(shù)Re：Revd1041.2732Q1043-6d此處d取20mm，即d0.020m，代入數(shù)據(jù)，得Re4542300，則進(jìn)油回路中的流動(dòng)為層流。沿程壓力損失p

16、：選用進(jìn)油管長度為l1.5m，則進(jìn)油路上的流體速度為：vQ3.41m/s3-7d24壓力損失為p64lv20.1Mpa3-8Red10704.8Pa2局部壓力損失：因?yàn)椴杉{集成塊式配置的液壓裝置，所以只考慮進(jìn)油路上的閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。經(jīng)過各閥的局部壓力損失按式pps(q)23-9qs計(jì)算，結(jié)果列表以下：表5各閥局部壓力損失編元件名稱額定流量qs實(shí)質(zhì)流量q額定壓力損失實(shí)質(zhì)壓力損失號(hào)（L/min）p（MPa）ps（MPa）（L/min）1三位四通換向閥1006411三位四通換向閥10022兩位兩通換向閥1001602三位四通換向閥100211若集成塊進(jìn)油路的壓力損失pj0.03MP

17、a，因?yàn)橛吐芬淮巫疃嘟?jīng)過三個(gè)換向閥，故進(jìn)油路的總壓力損失為：ppppj(0.10.410.03)Mpa0.54Mpa3-10也就是說，初選的進(jìn)油管壓力損失略大于實(shí)質(zhì)油路壓力損失。及元件的參數(shù)選擇是基本合理的，知足要求。這說明液壓系統(tǒng)的油路構(gòu)造以系統(tǒng)發(fā)熱及溫升驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段用的時(shí)間都較長，而快進(jìn)快退時(shí)系統(tǒng)的功率較大，所以系統(tǒng)的發(fā)熱量大小沒法判斷，故計(jì)算以下：快進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率P1(1.180.10.256*20.1)*106*64/1000/602018W，而快進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率：PFv250016/60W667W3-11111系統(tǒng)的總發(fā)熱功率：1P1P11351W3-12

18、發(fā)熱量Q11t113511.875J2533J3-14熱工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率P2(4.710.10.256*20.1)*106*64/1000/605783W，而工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率：P2F2v2130008/60W1733W，系統(tǒng)的總發(fā)熱功率：2P2P24050W，發(fā)熱量Q2熱2t240502.05J8302.5J。綜合以上可知，發(fā)熱量最大的階段是工進(jìn)階段，即取max8302.5W。假定油箱三個(gè)邊長的比率在1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%,A3.28m2，假定通風(fēng)優(yōu)秀，取油箱散熱系數(shù)CT15103Kw/(m2C)，則利用式TCTA3-15可得油液溫升為：T175

19、.2C。設(shè)環(huán)境溫度為T220C，則熱均衡溫度為：T1T2T188.75C3-16T15570C。所以油箱散熱需要加裝專用冷卻器。再驗(yàn)算，取CT110103Kw/(m2C)，則利用式3-15，可得油液溫升為：T23C。設(shè)環(huán)境溫度為T220C，則熱均衡溫度為：T1T2T43C。T1T15570C。所以加裝冷卻器后油箱工作溫度沒有超出最高同意油溫，散熱能夠知足要求。四、電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（采納PLC控制方式）(1)各電磁鐵動(dòng)作次序表此中表中的符號(hào)含義：ON：電磁鐵動(dòng)作OFF：電磁鐵不動(dòng)作表6各電磁鐵動(dòng)作次序表工作階段1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA定位、夾緊OFFOFFOFFONOFFOFFO

20、FF快進(jìn)OFFONOFFONOFFOFFOFF工進(jìn)往OFFOFFOFFONOFFOFFON工進(jìn)復(fù)OFFOFFOFFONOFFONOFF來去4次工進(jìn)往OFFOFFOFFONONOFFON工進(jìn)復(fù)OFFOFFOFFONONONOFF來去4次快退ONOFFOFFONOFFOFFOFF松開夾具OFFOFFONOFFOFFOFFOFF(2)PLC控制連結(jié)圖圖中各符號(hào)的含義：1SB：啟動(dòng)/復(fù)位按鈕2SB：急停按鈕3SB：快進(jìn)、工進(jìn)KM：中間繼電器1Y7Y：各電磁閥1x3x：地點(diǎn)開關(guān)圖8PLC外面接線控制電路繼電器-接觸器控制梯形圖圖9繼電器-接觸器控制梯形圖PLC控制梯形圖圖10PLC控制梯形圖指令語句表表

21、7指令語句表1LDI404急停41LD402II工進(jìn)往2LD400啟動(dòng)42OR4373OR43043ANI4034ANIFR44ANI4615OUT43045OUT4376OUT7146LD4037LD430定位夾緊47OUT4518ANI40148K59OUT43449LD451II工進(jìn)復(fù)10LD434快進(jìn)50OR43611AND40551ANI40212OR43252OUT43613ANI40253LD7114OUT43254RST46015CJP70155LD40316LD402I工進(jìn)往56OUT46017OR43757K4記數(shù)來去4次18ANI40358LD40319ANI46059ANI46120OUT43760CJP70221LD40361LD402快退22OUT45062OR43123K563ANI40124LD450I工進(jìn)復(fù)64OUT43125OR43664LD401夾具松開卸荷26ANI40265OUT43327OUT43666END28LD71記數(shù)來去4次RST460LD403OUT