1、机电液课程设计说明书专 业班 级指导教师姓 名学 号1. 技术参数：（1） 运动部件重量为 25000N，最大铣削力为 10000N（采用平面导轨） ，夹紧力为 40000N。（2） 快进、快退速度为 5m/min，共进速度为 100200mm/min。（3） 主液压缸最大行程为 450mm，其中共进行程为 200mm；夹紧缸行程为20mm。（4） 夹紧时间为 1s。（5） 平面导轨与工作台之间的摩擦系数 f =0.2，f =0.1。sd2要求液压系统完成的工作循环：工件夹紧工作台快退工作台工进工作台快退工件松开具体要求：（1） 每一次工作循环结束，主轴电机和液压电机不停止（2） 机床具有“半
2、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） 计算主运动的切屑力，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、贾宏章，液压与气压传动，北京:机械工业出版社，20032、赵永成，机电传动控制，北京：中国计算出版社3、液压手册4、可编程程序控
3、制器设计方案分析1 、负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸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，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切屑力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为 F ，动摩擦力为 F ，则：sd工作负载 F =15000N1静摩擦阻力 F =250000.2=5000Ns动摩擦阻力 F =250000.1=2500Nd惯性负载 F = =1354Na0.15768.925如果忽略切屑力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率 =0.9，则液压缸在各工作阶段的总机械负载为：m工作循环
4、负载组成 负载值 F 推力 F/ m启动 F= Fs5000 55556加速 F= F + Fsd3854 4282.2快进 F= F 2500 2777.8工进 F= F + F1d27500 30555.6快退 F= F 2500 2777.82、绘制液压缸负载图和速度图根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载（F-s）和速度图(v-s)3、初步确定液压缸的参数组合机床液压系统的最大负载约为 31000N时，液压系统宜选取压力P =4MPa。为了满足工作台快进、退速度相等，并减小液压泵的流量，这里1的液压缸选用单杆式，并在快进时差动连接。则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积 A 与
5、A 应满足 A / A =2。为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需1212保持一定的回油背压，暂取背压为 0.5 MPa，并取液压缸机械效率 =0.9，m则液压缸的平衡方程：F= A （P -P ）2m12故液压缸无杆腔的有效面积A = = =41.8610 m2 - 21mF610.7-49.054-2A =A =2 A =93.7210 m12-2可以求得缸桶直径：D= =0.1m 1活塞杆直径：d=0.707D=0.073m将这些直径按 GB/T2348-2001圆整成标准值得：D=0.11m d=0.08m则液压缸的有效面积为：A = =95.0310 m A = =44.77 10 m
6、14D24-224)(D2d4-2差动连接快进时，液压缸有杆腔压力 P 必须大于无杆腔压力 P ，其差值估2 1取 P - P =0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时 P=0；另外取21快进时的回油压力损失为 0.5MPa。根据假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、 ；流量和功率。工作循环负载F/N回油腔压力P /MPa2进油腔压力P /MPa1输入流量q/10 (m s )31输入功率 P/Kw 公式启动5000 0 1.11 加速3854 1.3 快进恒速2500P= P - P21P=0.5 1 0.42 0.42共进 27500 0.5 3.451 0.0160
7、.0320.0550.011启动5000 0 1.24 加速3852 0.3 1.6 快退恒速2500 0.3 1.26 0.37 0.474、选择液压元件1）液压泵的选择泵的工作压力的确定液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 3.45，如取进油路上的压力损失为 0.8MPa，为使压力继电器能可靠的工作，取其调整压力高出系统最大工作压力为 0.5MPa，则小流量液压泵的最大工作压力为：P =（3.45+0.8+0.5）MPa=4.72Mpa1p大流量液压泵在快进、快退运动时才向液压缸输油，快退时液压缸的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为 0.5MPa,则大流量液压泵的最高工作压力为
8、P =（1.26+0.5）MPa=1.76MPa2p两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为 25.13L/min，因系统较简单，取泄漏系数 K =1.05，则两个液压泵的实际流量应为Lq =1.0525.13L/min=26.34L/min2p由于溢流阀的最小稳定溢流量为 3L/min，而共进时输入液压缸的流量为 0.95L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为 3.95L/min。根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/26型双联叶片液压泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为 6mL/r和 26Ml/r，当液压泵的转速 n =940r/min
9、时该液压泵的理论流量为p30.08L/min，若取液压泵的容积效率 =0.9，则液压泵的实际输出流量为：vq = 6269400.9/1000L/min=27.1L/minp由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作夜里为 1.76MPa、流量为 27.1L/min。取液压泵的总效率 =0.75，则液压泵驱动电动机所需的p功率为P= = kW=1.06kWpq0.75621查阅电动机产品样本选取 Y100L-6型电动机，其额定功率 P =1.5kW，额n定转速 n =940r/min。5、阀类原件及辅助原件根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元
10、件的型号及规格如下6、油管各元件间连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以重新计算如下表快进 共进 快退输入流量/Lmin1q =A q /A A1p1=51.252q =0.951.89 q =q =27.11p排出流量/Lmin1q =A q / A21=24.15q =A q / A21=0.44770.89q =A q / A212=57.51运动速度/mmin1v = q /A A 1p12=5.4v = q / A21=0.10.2v = q / A312=6.0
11、5由上图可以看出，液压缸在各个工作阶段的实际运动速度符合设计要求。按推荐取油液在压油管的流速 v=3m/s，算得与液压缸无杆腔及有杆腔相连的油管内径分别为d=2 =2 mm=19.04mmv/q 103/60125.d=2 =2 mm=13.85mm7这两根油管都按 GB/T2351-2005选用内径 15mm、外径 18mm 的冷拔无缝钢管。7、油箱取经验数据 =7，可求得油箱容积为：V=q =727.1L=189.7Lp按 JB/T7938-1999规定，取最靠近的标准值 V=200L。8、验算液压系统性能验算系统压力损失并确定压力阀的调整值由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损
12、失无法全面估计，故只能先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于小小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。快进滑块快进时，液压缸差动连接，进油路上油液通过单向阀 10的流量是22L/min、通过电液换向阀 2的流量是 27.1L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量 51.25L/min通过行程阀 3并无杆腔，因此进油路上的总压降为：p =0.2 MPa=0.28MPav632801.75. 2635.1.此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压
13、缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 2和单向阀 6的流量都是24.15L/min,然后与液压泵的供油合并，经行程阀 3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力 p 与无杆腔压力 p 之差。21p= p p = 0.2 0.3 MPa12805.4. 2615.42635.1=0.274MPa此值小于原估计值 0.5MPa，所以是安全的。工进工进时，油液在进行路上通过电液换向阀 2的流量为 0.951.89L/min，在调速阀 4处的压力损失为 0.5MPa；油液在回油路上通过换向阀 2的流量为0.450.89L/min，在背压阀 8处的压力损失为 0.5MPa，通过顺序阀 7的流量为22.4522.
14、89L/min,因此这时液压缸回油腔压力 p 为：2p = +0.5+0.3 MPa22809.563.89=0.54此值略大于原估计值 0.5MPa，需要重新计算工进时液压缸进油腔压力 p1即 p = = =3.5MPa112mAF644103.95.707与原数值 3.45相接近。考虑到压力继电器可靠动作需要压差 p =0.5MPa，故溢流阀 9的调压 pe应为：AP1p p + p p =3.50.5 0.50.5=4.5MPaAP11e 2805.快退快退时，油液在进油路上通过单向阀 10的流量为 22L/min，通过环线合法 2的流量为 27.1L/min；油液在回路上通过单向阀 5
15、、换向阀 2和单向阀 13的流量都是 53.14L/min。一次进油路上的总压降为：p =0.2 0.5 MPa=0.082MPav12632801.7此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为：p =0.2 0.5 0.2 =0.592MPav225.725. 26351.7此值与原估计值 0.3MPa相差较大，需要重算：p = = =2.15MPa121mAF644107.9.309.384所以，快退时液压泵的工作压力 p 应为p =p p =2.150.082MPa=2.23MPa1v1因此大流量液压泵卸荷的顺序阀 7的调压应大于 2.23MPa。验算油液温升工作在整
16、个工作循环过程中所占的时间比例大 95%，所以系统发热和油液升温可按工进时的工况来计算。为简便起见，采用“系统的发热功率计算方法之二”来进行计算。工进时液压缸的有效功率为P =Fv = kWe2051.160.353这时大流量液压泵经顺序阀 7卸荷，小流量液压泵在高压下供油。大液压泵通过顺序阀 7的流量为 q =22L/min，该阀在额定流量 q =63L/min时的压力损失2 nP =0.3MPa，故此阀在工进时的压力损失np=p =0.3 =0.037MPan2q 263小液压泵工进时的工作压力 P =4.5，流量 q =5.1L/min，所以两个液压泵的1p1总输入功率为：P = = k
17、Wpp21q33661075. 102.05.4=0.53kW可算得液压系统的发热功率为P= P P =0.530.051kW=0.479kWpe算出油箱的散热面积为A=6.5 =2.22m23332m105.6V2查得油箱的散热系数 K=9W/m ，求出油液温升为t= = =24310KAP.9473此温升没有超过允许范围，故该液压系统不必设置冷却器。设计小结：4.拟定液压系统图(1)确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用限压式变量叶片泵。(2)调速方式的选择在中小型专用
18、机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。(3)速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。(4)夹紧回路的选择用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调
19、节和当进油路压力瞬时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。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成下图所示的液压系统原理图。动作顺序表动作名 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA夹紧力1 + - - - - - -夹紧力2 + - + - - - -夹紧力3 + - - + - - -快进 + - - + +工进 + - - + -快退 + - + - -松开 - + - - - - -停止 - - - - - - -集成块分配由小组分配，完成进给块的设计已知：进给块上的元件三位四通电磁阀 30
20、 24D-B20C单向行程调速阀 18 AQF3-E10B二位四通电磁阀 30 23D-B20H-7查手册，知用 JK25型号通用集成块系列并设计：考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为P = P +P1P 液压泵最大工作压力P 执行元件最大工作压力1P进油管理中的压力损失，取 0.5PP = P +P=3.451+0.5=3.951MPa1上述计算所得的 P 是系统的静态压力，考虑到系统扎起各种工况的过度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，并确定泵的寿命，因此选泵的额定压力 P 应满足 P =1.251.6 P 。选取nnP =1.25，P =3.951MPa。n泵的流量确定液压泵的最大流量应为 q K qplminq 液压泵的最大流量pq 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢min流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小
