液压系统课程设计专用双行程铣床.doc

1、华中科技大学机械学院液压系统课程设计专用双行程铣床机制 0803 班1目录一、 设计 内容 2二、 负载 分析与计算 2三、 液压系统原理图设计分析 41. 液压缸参数计算 52. 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 83. 液压阀，过滤器，油管及油箱的选择 94. 液压系统的验算 11四、 PLC 控 制 系统设计 131. 各电磁铁动作顺序表 132. PLC 控制连接图 143. 继电器-接触器控制梯形图 .154. PLC 控制梯形图 165. 指令 语句 表 17六、 感受与收获 18参考资料.182一、设计内容设计一专用双行程铣床。工件安装在工作台上，工作台往复运动由液压系统实现

2、。双向铣削。工件的定位和夹紧由液压实现，铣刀的进给由机械步进装置完成，每一个行程进刀一次。要求机床的工作循环为：手工上料按电钮工件自动定位、夹紧工作台往复运动铣削工件若干次拧紧铣削夹具松开手工卸料（泵卸载） 。工作台往复运动速度（m/min）v01/v02 （0.88）/(0.44)。取快进、快退最快速度为 16m/min。工作台往复运动的行程（100270）mm，最大行程定为 500mm。定位缸的负载 200N，行程100mm，动作时间 1s；夹紧的缸的负载 2000N，行程 15mm，动作时间 1s。二、负载分析与计算取液压缸的机械效率 为 0.92。m计算液压缸驱动力（N ） 2-10m

3、F=根据公式 2-1,计算液压缸驱动力得定位液压缸的驱动力为=0217.9得夹紧液压缸的驱动力为=0F4.N切削负载（F 01/F02）：13000/6500N；工作台液压缸总负载2-2mfa+为工作负载， 为惯性负载， 为摩擦阻力负载mFaFfF=13000/6500N， 不作考虑， 设动摩擦为 2500N，静摩擦为 5000N。mFaf由公式 2-1，工作台液压缸的工作推力 F1430/765mN快进、快退时外负载 F=2500N，启动加速是外负载 F=5000N，工作缸的外负载为m=+2/90N3表 1 铣床要求的工作参数动力部件快进，快退摩擦阻力（）动力部件切削负载（） （）快进速度（

4、mmi1vn）（）工进速度 012v（mmin）快退速度 2v（mmin）2500 14130/7065 16 (0.88)/(0.44) 16表 2 液压缸在各工作阶段的负载值工况 液压缸负载F（N） 液压缸驱动力 （N）0mF=快进 2500 2717.工进 15500 16848工进 9000 9783快退 2500 2717定位 200 217夹紧 2000 2174按照要求，作出系统的工作循环图如下：图 1 工作循环图根据上述计算结果各工作阶段所受的外负载，并画出负载循环图。 v/(min)4图 2 速度循环图F/(N)图 3 负载循环图三、液压系统原理图设计分析（1） 确定供油方式

5、：根据设计背景要求，供油方式采用限压式变量泵，变量泵选择用带压力反馈的限压式变量叶片泵。（2） 调速方式的选择：调速阀调速。（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） 夹紧回路的选择用二位四通阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应该用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬间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。5图 4 液压系统原理图1. 液压缸

6、参数计算（1）参考 GB2348-80，铣床液压系统的工作压力选为 5MPa。（2）由于要求工作台双向移动速度相等，快进，快退速度相等，故工作液压缸选用单缸双杆式。夹紧和定位缸均选单缸单杆式。（3）计算工作液压缸内径 D 和活塞杆直径 d， 最大负载为 16848N，取背压 为2P0.5Mpa，试取 d/D=0.7。将数据代入式3-1214F=()0.7P2得 ，根据液压缸内尺寸系列-2662418D=9.63.1(50.)(.)mGB2348-80，液压缸内径圆整为标准系列直径 D=100mm，按 d/D=0.7，取 d=70mm。（4）计算夹紧缸和定位缸内径 D 和活塞杆直径 d。按工作要

7、求的夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为 2Mpa，回油背压力为 0.5Mpa，取液压缸的机械效率 为 0.92。取 d/D=0.7 代m入下式63-22214F/D=pmdD得 ，按液压缸内尺寸系列 GB2348-80，和活塞杆直径系列 GB2348-80，取-2D=3.984x10m夹紧液压缸的 D 和 d 分别为 40mm 及 28mm。取定位缸工作压力为 2Mpa，回油背压力为 0.5Mpa，取液压缸的机械效率 为 0.92。取md/D=0.7 代入式 3-2，得 ，取定位液压缸的 D 和 d 分别为 12mm

8、 及 8mm。-2=1.60xm（5） 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，3-3miniqAvA ， 是由产品样本查得的最小稳定流量 0.05L/min。 得 AminAiq minv0.4/i，调速阀安装在回油路上，液压缸的有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面21.5c积， ，可见满足要求。22=40.354Ddcm3）计算在各工作阶段液压缸所需要的流量 223.14q(-d)v(0.7)164.05L/min4快 进 快 进 D快 退 快 退 2 2ImaxImax.(-)(.)832./i4工 进 工 进，231qdv074160Ln4工 进 工 进 ，2256D0=./min夹

9、 紧 夹 紧。1.8L1定 位 定 位7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 ()FN回油腔压力（MPa)2p进油腔压力 (MPa)1p输入流量 Q()/minL功率P(KW)快进 212pA1,QvP2717 0.5 1.18 64.06 1.260工进 212bF1,p16848 0.5 4.71 32.03 2.514工进 212bA1,QvP9783 0.5 2.94 16.01 0.784快退 212pF1,2717 0.5 1.18 6406 1.260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 ，工进一 ，

10、工进二 ，快退 。 ）1t2t3t4t图 5 进油腔压力图8图 6 输入流量图图 7 功率图2. 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格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3-4p1取为 0.5Mpa，故 =5.21Mpa。 是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过ppp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9命，因此选泵的额定压力 。选取 1.25 =6.25Mpa。npp(1.256)p2）泵的流量确定。液压泵的最大流量应为 ， 为泄漏系数，一般取为pLmaxqKL1.11.3，现取为 =1.1。LK=64.06x1.1=

11、70.466L/min。pq3）选择液压泵的规格。根据以上计算的 和 查阅机械设计手册 ，按照需求选用pqYBX-D50（V3）限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量 50ml/min，泵的额定压力为 10Mpa，电动机额定转速 1450r/min，流量为 72.5L/min，驱动功率 10kW，总效率。10.724）与液压泵匹配的电动机的选定。泵的机械效率为 ，电机的工况条件下，取机械效率为 。10.7220.75电机所需功率为3-511212()pQpQP快退和快进时，进油腔压力为 1.18Mpa，其中 =0.5MPa 是进油路压力损失，1=0.5MPa 是压力继电器可靠动作需要的压

12、力差，2p，推出， ；33164.0/1.07/Qmss14320PW工进时，电机所需功率，根据公式 3-5，其中 =0.5MPa 是调速阀所需最小压力，p=0.5MPa 是压力继电器可靠动作需要的压力差，2p，得， ；3 3.01/60.541/Qmsms25647P由以上计算可知，最大功率出现在工进阶段，P max=5647W，则电动机的功率应为Np5912W。 据此查样本选用 Y2-132M-4 三相异步电动机，电动机额定功率为 7.5Kw，额定转速为 。4/inr3. 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

13、量，可选出这些元件的型号及规格，列表如下：10编号 元件名称 估计通过流量(L/min)元件型号 规格1 XU 线隙式滤油器 70 XU-B2012.5MPa2 油箱 500L3 冷却器 4 三相异步电动机 Y2-132M-4 7.5Kw5 变量叶片油泵 70 YBX- D50（V3） 10MPa6 溢流阀 20 YF-L20B 570MPa7 指针式压力计 Y-100 10MPa8 减压阀 20 JF-L10G 7MPa9 单向阀 1.80 I-10 10L/min10 背压阀 40B-63B 0.5MPa11 三位四通换向阀 934D-63B 7MPa12 三位四通换向阀 34D-63B

14、7MPa13 蓄能器 HXQ-C16D HXQ-C16D14 单向顺序阀 1.5 X2F-L10E 3MPa15 单向顺序阀 1.5 X2F-L10E 3MPa16 液压缸 1.13 20x18 20x1417 液压缸 0.67 50x28 50x3618 调速阀 64.05 Q-H20 32MPa19 调速阀 64.05 Q-H20 32MPa20 两位二通换向阀 9022D-63B 7MPa21 三位四通换向阀 34D-63B 7MPa22 液压缸 64.05 100x70 100x7023 指针式压力计 Y-100 10MPa24 指针式压力计 Y-100 10MPa25 指针式压力计

15、Y-100 10MPa26 指针式压力计 Y-100 10MPa27 指针式压力计 Y-100 10MPa28 指针式压力计 Y-100 10MPa2) 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。由于系统在液压缸工进速度最快时，流量最大，实际最大流量约为： ，则泵的流量为额定流量max64/inQL72.5 ，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/minL本标准 JB827-66，JB/Z95-67，选用公称通径为 20mm 的管件。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 ，其rVQ11中 为液压泵

16、每分钟排出压力油的体积。得，V=400L。rQ4. 液压系统的验算(1 ) 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快退时的流量大，所以其压力损失也就比快退时的大。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 15，由手册查出此时油的运动粘度 ， ，油的密度 ，液压元件采用集成21.5.stcms 390Kgm块式的配置形式，Q 取 64.06 ，即 。/inL3.17Qs判定雷诺数 ：eR3-644.200evd

17、此处 d 取 20mm，即 ，代入数据，得 ，则进油回路中的.2m523eR流动为层流。沿程压力损失 ：选取进油管长度为 ，则进油路上的流体速度为：p1.lm3-723.4/Qvsd压力损失为3-8261074.8.1elvpPaMpRd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3-92()sqp计算，结果列表如下：表 5 各阀局部压力损失编号元件名称 额定流量 （sq）/minL实际流量（ /inL）额定压力损失（MPa ）sp实际压力损失 （MPa ）p11 三位四通换向阀 100 64 0.4 0.256

18、12 三位四通换向阀 100 1.1 0.4 0.004420 两位两通换向阀 100 16 0.4 0.06421 三位四通换向阀 100 21 0.4 0.08412若集成块进油路的压力损失 ，由于油路一次最多经过三个换向阀，故0.3jpMPa进油路的总压力损失为：3-10(.140.3).54jp paM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，而快进

19、时液压缸的输出61(.80.256*0.1)*4/0218P W功率：3-11156/7PFv系统的总发热功率：3-12113发热量3-1415.8725QtJ热工进时液压泵的输入功率，而工进时液压缸的输62(4.710.256*0.)*4/03P W出功率： ，系统的总发热功率：238/173FvW，发热量 。225.802.5QtJ热综合以上可知，发热量最大的阶段是工进阶段，即取 。max3假设油箱三个边长的比例在 1：1：1 到 1：2：3 范围内，且油面高度为油箱高度的80%, ，假定通风良好，取油箱散热系数 ，则利用23.8Am 32510/()TCKwC式 3-15TA可得油液温升

20、为：。设环境温度为 ，则热平衡温度为：175.2TC20C3-1618.75T13。所以油箱散热需要加装专用冷却器。1570TC再验算，取 ，则利用式 3-15，可得油液温升为：3210/()TKwmC。设环境温度为 ，则热平衡温度为： 。23T2 1243TC。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157C以满足要求。四、电控系统的设计（采用 PLC 控制方式）(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 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA定位、夹紧 OFF OFF OFF ON

21、OFF OFF OFF快进 OFF ON OFF ON OFF OFF OFF工进 往 OFF OFF OFF ON OFF OFF ON工进 复 OFF OFF OFF ON OFF ON OFF往复 4 次工进 往 OFF OFF OFF ON ON OFF ON工进 复 OFF OFF OFF ON ON ON OFF往复 4 次快退 ON OFF OFF ON OFF OFF OFF松开夹具 OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF14(2)PLC 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 1

22、x3x：位置开关图 8 PLC 外部接线控制电路15(3) 继电器 -接触器控制梯形图图 9 继电器-接触器控制梯形图16(4) PLC 控制梯形图图 10 PLC 控制梯形图17(5) 指令语句表表 7 指令语句表1 LDI 404 急停 41 LD 402 II 工进 往2 LD 400 启动 42 OR 4373 OR 430 43 ANI 4034 ANI FR 44 ANI 4615 OUT 430 45 OUT 4376 OUT 71 46 LD 4037 LD 430 定位 夹紧 47 OUT 4518 ANI 401 48 K 59 OUT 434 49 LD 451 II 工

23、进 复10 LD 434 快进 50 OR 43611 AND 405 51 ANI 40212 OR 432 52 OUT 43613 ANI 402 53 LD 7114 OUT 432 54 RST 46015 CJP 701 55 LD 40316 LD 402 I 工进 往 56 OUT 46017 OR 437 57 K 4 记数 往复 4 次18 ANI 403 58 LD 40319 ANI 460 59 ANI 46120 OUT 437 60 CJP 70221 LD 403 61 LD 402 快退22 OUT 450 62 OR 43123 K 5 63 ANI 401

24、24 LD 450 I 工进 复 64 OUT 43125 OR 436 64 LD 401 夹具松开 卸荷26 ANI 402 65 OUT 43327 OUT 436 66 END28 LD 71 记数 往复 4 次29 RST 46030 LD 40331 OUT 46032 K 433 LD 43034 ANI 46035 CJP 70136 LD 40237 OR 43538 ANI 40139 OUT 43540 EJP 70218五、液压课程设计感想：通过这次液压系统的课程设计，让我对液压系统的设计有了更深的了解。课堂上学的知识都是理论上的，具体设计、工作起来要考虑到哪些问题自己

25、还不是很了解。一开始做课程设计的时候，都是参考着书上的内容、步骤一步一步的做下去的，发现自己以前学的知识很多都遗忘了，需要看书把以前的知识重新掌握，这样做起来心里面才有底。一开始进度确实比较慢，但后来通过不断地复习和回忆，课程设计就越做越顺利，第一个星期结束后基本上就把理论的计算做完了。液压系统的原理图一开始自己还是不懂得如何去设计，因为以前也重来没没有这方面的经验，只懂得把书上的基本回路拼凑起来，到初步设计基本结束后，发现还是存在很多的问题。后来经过和班上同学讨论，我对液压系统的设计有了新的认识，也意识到自己以前没有考虑到的问题。后来我把液压系统的原理图重新设计了，把存在的问题基本上解决了。

26、PLC 的设计控制也需要把机电传动控制上的内容复习过来才能顺利做好。这次课程设计主要是把以前学的课本知识运用在实际上，巩固熟悉了液压知识，复习了 PLC，对以后工作有很大帮助。5. 参考文献1液压传动与气压传动，何存兴 张铁华，华中科技大学出版社， 2003；2液压与气压传动，徐福玲 陈尧明，机械工业出版社， 2006；3液压传动设计手册，社会科学技术出版社，1983；4机械设计课程设计，唐增宝 常建娥，华中科技大学出版社， 2006；5机电传动控制，邓星钟，华中科技大学出版社，2005；6冯天麟老师的课程设计任务书，指导书以及参考；7液压系统设计简明手册，杨培元，朱福元，机械工业出版社，1994。