課程設(shè)計--柴油機(jī)搖臂軸座自動線雙面銑床液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　一、題目</b></p><p>　　柴油機(jī)搖臂軸座自動線雙面銑床液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計柴油機(jī)搖臂軸座自動線雙面銑床液壓系統(tǒng)要求該液壓系統(tǒng)完成動作：定位——夾緊——快進(jìn)——工進(jìn)——停留——快退——原位停止——松開。進(jìn)給速度

2、可調(diào)且運動平穩(wěn)，能夠承受負(fù)向負(fù)載。定位夾緊部分必須嚴(yán)格按照先定位后夾緊的順序動作。</p><p>　　軸向切削力是10000N；工作行程50mm，工進(jìn)速度50mm/min；快進(jìn)行程100mm，快進(jìn)和快退速度是4m/min；摩擦力是600N。</p><p><b>　　設(shè)計方案分析</b></p><p><b>　　負(fù)載分析<

3、;/b></p><p>　　負(fù)載分析中，不考慮回油腔的背壓力，工件及機(jī)床重力，液壓缸密封裝置的摩擦阻力，以及靜摩擦力。需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌動摩擦力。</p><p>　　軸向切削力F1=10000N</p><p>　　摩擦力Ff=600N</p><p>　　設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，則液壓缸在各階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出

4、</p><p>　　液壓缸各運動階段的負(fù)載表</p><p>　　繪制液壓缸負(fù)載圖和速度圖</p><p>　　根據(jù)負(fù)載計算結(jié)果和已知各階段的速度，可以繪制出負(fù)載圖（F—S）和速度圖（V—S）</p><p>　　3.初步確定液壓缸參數(shù)</p><p>　　組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載約為12000N，初選液壓缸的設(shè)計

5、壓力P1=3MPa，為了滿足工作臺快速進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵的流量，這里的液壓缸選用單桿式的，液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程</p><p>　　故液壓缸無桿腔的有效面積：</p><p&g

6、t;<b>　　液壓缸內(nèi)徑：</b></p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)值取D=80mm；因為A1=2A2，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm。則液壓缸有效面積為：</p><p>　　液壓缸在不同階段的壓力、流量、功率</p><p><b>　　4擬定液壓系統(tǒng)圖</b></p><p><b

7、>　　1）確定供油方式</b></p><p>　　考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用變量泵供油。現(xiàn)采用限壓式變量葉片泵。</p><p><b>　　2）調(diào)速方式的選擇</b></p><p>　　在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控

8、制一般采用調(diào)速閥或節(jié)流閥，根據(jù)銑削類機(jī)床工作時對低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點，決定采用限壓式變量葉片泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回路上，具有承受負(fù)切削力的能力。</p><p>　　3）速度換接方式的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但

9、速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高提高速度的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。</p><p><b>　　4）夾緊回路的選擇</b></p><p>　　用三位四通電磁閥來控制夾緊、松開、換向的動作，考慮到夾緊力的保持，所以接入蓄能器保壓。在該回路中裝有壓力繼電器，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。</p><p>　　最后把所

10、選用的液壓回路組合起來，即可合成下圖所示的液壓系統(tǒng)圖。</p><p>　　5）液壓系統(tǒng)的控制電路</p><p>　　該電路通過開關(guān)來控制電路的啟動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動停止，通過行程開關(guān)控制定位、夾緊、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、停止，用時間繼電器來實現(xiàn)進(jìn)給后的遠(yuǎn)處停留，用中間繼電器來實現(xiàn)對電路的自鎖、互鎖和保護(hù)。將所選用的電器原件連接起來就形成了如下的電器控制圖。</p><p&g

11、t;　　6）電器控制的動作過程</p><p>　　（1）定位：按下按鈕SB1，則線圈KM1得電，KM1主觸頭閉合，液壓泵啟動，KM1輔助常開觸頭閉合，實現(xiàn)自鎖。同時，YA4得電，使電磁閥1HF推向左側(cè)，于是液壓泵打出的壓力油經(jīng)1HF流入液壓缸左腔，右腔流出的有經(jīng)1HF流回油箱，使液壓缸3右移，壓下行程開關(guān)SQ1，定位結(jié)束。</p><p>　?。?）夾緊：當(dāng)油缸3壓下壓下行程開關(guān)SQ1時

12、，則KA1、YA3得電。KA1得電，使KA1常開觸電閉合，常閉觸電斷開，使YA4斷開，YA3得電，使電磁閥2HF推向右側(cè)，于是液壓泵打出的壓力油經(jīng)2HF流入液壓缸2的左腔，右腔流出的油經(jīng)2HF流入油箱，使液壓缸2右移，壓下行程開關(guān)SQ3，加緊結(jié)束。</p><p>　?。?）快進(jìn)：當(dāng)油缸2壓下行程開關(guān)SQ3時，則YA5得電，使電磁閥3HF推向右側(cè)，于是液壓泵打出的壓力油經(jīng)3HF流入液壓缸1的左側(cè)，右腔流出的油經(jīng)4

13、HF、3HF流回油箱，使液壓缸1向右移動，液壓缸快進(jìn)。</p><p>　?。?）工進(jìn)：當(dāng)油缸1快進(jìn)壓下行程開關(guān)SQ5時，則KA2、YA7得電。KA2得電，使KA2常開觸點閉合，實現(xiàn)自鎖。YA7得電，使電磁閥4HF推向左側(cè)，此時從液壓缸1右腔流出的油必須經(jīng)過調(diào)速閥、3HF后，流回油箱，液壓缸1實現(xiàn)工進(jìn)。</p><p>　?。?）停留：當(dāng)液壓缸1工進(jìn)壓下行程開關(guān)SQ6，使得SQ6常閉觸電斷

14、開，則YA5斷電，液壓缸1停止。同時時間繼電器KT得電，開始延時，液壓缸1停留。</p><p>　?。?）快退：當(dāng)時間繼電器延時時間到，則KT常開觸電閉合，使KA3、YA6得電。KA3得電，實現(xiàn)自鎖，使YA5、YA7、KT斷電。YA6得電，使電磁閥3HF推向左側(cè)，此時，液壓泵打出的壓力油經(jīng)3HF、4HF流入液壓缸1的右側(cè)，左側(cè)流入的壓力油經(jīng)3HF流回油箱，使液壓缸1向左移動，液壓缸1快退。</p>

15、<p>　?。?）原位停止：當(dāng)液壓缸1快退壓下行程開關(guān)SQ4時，使YA6斷電，此時由于YA7也斷電，所以液壓缸1停止。</p><p>　　（8）夾緊松開：當(dāng)液壓缸1壓下行程開關(guān)SQ4時，使KA4、YA1得電。KA4得電，使KA4常開觸電閉合。YA1得電，使電磁閥2HF推向左側(cè)，使壓力油經(jīng)2HF流入液壓缸2的右側(cè)，左側(cè)流出的壓力油經(jīng)2HF流回油箱，使液壓缸2向左移動，加緊松開。</p>

16、<p>　　（9）當(dāng)液壓缸2后退壓下行程開關(guān)SQ2時，由于KA4保持得電，KA4常開觸電保持閉合，則線圈KA5得電，使KA5常開觸電閉合，常閉觸電斷開，使KM1、KA3、KA4斷電，KA4斷電，KA4常開觸電斷開，使得KA5斷電，動作停止。</p><p><b>　　5．PLC設(shè)計</b></p><p>　　選用C20P歐姆龍式PLC。12個輸入端子，8

17、個輸出端子。</p><p>　?。?）I/O端子接線圖：</p><p><b>　　（2）梯形圖</b></p><p><b>　?。?）語句</b></p><p>　　0000 LD 0000</p><p>　　0001 OR 0500</p

18、><p>　　0002 AND NOT 1004</p><p>　　0003 OUT 0500</p><p>　　0004 LD 0500</p><p>　　0005 AND NOT 1000 </p><p>　　0006 AND NOT 1003</p>&l

19、t;p>　　0007 OUT 0504</p><p>　　0008 LD 0001</p><p>　　0009 OR 1000</p><p>　　0010 AND NOT 1003</p><p>　　0011 OUT 0503</p><p>　　0012 OU

20、T 1000</p><p>　　0013 LD 0003</p><p>　　0014 AND NOT 1002</p><p>　　0015 AND NOT 0006</p><p>　　0016 OUT 0505</p><p>　　0017 LD 0005</p

21、><p>　　0018 OR 1001</p><p>　　0019 AND NOT 1002</p><p>　　0020 OUT 0507</p><p>　　0021 OUT 1001</p><p>　　0022 LD 0006</p><p>　　0

22、023 AND NOT 1002</p><p>　　0024 TIM 00</p><p><b>　　#0600</b></p><p>　　0025 LD TIM00</p><p>　　0026 OR 1002</p><p>　　0027 AND N

23、OT 1004</p><p>　　0028 OUT 1002</p><p>　　0029 LD 1002</p><p>　　0030 AND NOT 0004</p><p>　　0031 OUT 1002</p><p>　　0032 LD 1002</p>

24、;<p>　　0033 AND NOT 0004</p><p>　　0034 OUT 0506</p><p>　　0035 LD 1002</p><p>　　0036 AND 0004</p><p>　　0037 OUT 1003</p><p>　　003

25、8 LD 1003</p><p>　　0039 AND NOT 0002</p><p>　　0040 OUT 0501</p><p>　　0041 LD 0002</p><p>　　0042 AND 1003</p><p>　　0043 OUT 1004<

26、/p><p>　　0044 END</p><p><b>　　5選擇液壓元件</b></p><p><b>　　(1)液壓泵的選擇</b></p><p>　　1)泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 </p><p>　　

27、pp—液壓泵最大工作壓力；</p><p>　　p1—執(zhí)行元件最大工作壓力；</p><p>　　∑△p—進(jìn)油管路中的壓力損失，取0.5MPa。</p><p>　　上述計算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足pn≥(1.25～1.6) pp

28、。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中pn =1.25 pp=3.75MPa。</p><p>　　2)泵的流量確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為</p><p>　　qp—液壓泵的最大流量；</p><p>　　(∑q)min同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量2～3L／min；</p><

29、;p>　　KL—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取KL=1.1～1.3，現(xiàn)取KL=1.2。</p><p>　　3)選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的pp和qp，再查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)選用YB1—20限壓式變量泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量q＝20L/r,泵的額定壓力pn＝6.3MPa,電動機(jī)轉(zhuǎn)速nH＝1450r/min, 容積效率0.9，驅(qū)動功率2.6KW</p><p>　　(2)選擇液壓控制閥&

30、lt;/p><p>　　根據(jù)閥類及輔助元件所有油路的最大壓力和通過最大試驗流量，選出這些液壓元件。</p><p><b>　　1.三位四通電磁閥</b></p><p><b>　　按最大流量取30</b></p><p>　　根據(jù)表選取型號：24D-B20C</p><p>

31、<b>　　2.二位二通電磁閥</b></p><p>　　取預(yù)定流量為30，額定壓力31.5Mpa，額定壓降＜0.1Mpa</p><p>　　選取型號：23D-B20H-7</p><p><b>　　3.溢流閥</b></p><p>　　根據(jù)最大流量選擇YF-120B</p>

32、<p>　　根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可以選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表</p><p><b>　　液壓元件選擇列表</b></p><p>　　(3)確定油管直徑及管接頭</p><p>　　各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、輸出的最大流量計算。由于液

33、壓泵的具體選定之后液壓缸在各階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算如表所示</p><p>　　液壓缸的進(jìn)、出流量和運動速度</p><p>　　由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號、規(guī)格適合。</p><p>　　由表可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3MPa，油管中的流速取3m/s。所以按公式可計算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：</p>

34、<p>　　查表，同時考慮制作方便，選182（外徑18mm,壁厚2mm）的10號冷拔無縫鋼管（YB23_70）</p><p><b>　　（4）確定油箱容量</b></p><p>　　油箱容積按《液壓傳動》公式估算，當(dāng)取為7時，求得其容積</p><p>　　按JB/T7938-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=200L。</p&

35、gt;<p>　　6.液壓系統(tǒng)性能驗算</p><p><b>　　（1）壓力損失</b></p><p><b>　　1）快進(jìn)</b></p><p>　　滑臺快進(jìn)時，液壓缸差動連接，通過電液換向閥2的流量是26.1L/min，然后與液壓缸的有桿腔的回油匯合，以流量53.26L/min通過行程閥3并進(jìn)入無桿

36、腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為</p><p>　　此值不大，不會使壓力閥開啟，故能確保泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。</p><p>　　回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2的流量是27.16L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進(jìn)時有桿腔壓力P2和無桿腔壓力P1之差。</p><p>　　此值小于原估計值0.5Mpa,所以是偏安全

37、的。</p><p><b>　　2）工進(jìn)</b></p><p>　　工進(jìn)時，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥2的流量為0.5L/min，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5Mpa；油液在回油路上通過換向閥2的流量為0.25L/min，因此這時液壓缸回油腔壓力為</p><p>　　此值小于原估計值0.5Mpa,故符合要求。 </p>&

38、lt;p><b>　　3）快退 </b></p><p>　　快退時，通過換向閥2的流量為26.1L/min；油液在回路上通過換向閥2的流量都是51.18L/min。一次進(jìn)油路上的總壓降為：</p><p>　　此值較小，所以液壓泵驅(qū)動電動機(jī)的功率是足夠的?；赜吐飞系目倝航凳?lt;/p><p>　　所以，快退時液壓泵的最大工作壓力：<

39、;/p><p>　　(2)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升</p><p>　　工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達(dá)95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進(jìn)的情況來計算。</p><p>　　工進(jìn)時液壓缸的有效功率為：</p><p><b>　　輸入功率：</b></p><p>　　由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：&

40、lt;/p><p><b>　　油箱散熱面積為：</b></p><p><b>　　溫升近似值如下：</b></p><p>　　溫升沒有超出范圍，液壓系統(tǒng)中不需設(shè)置冷卻器。</p><p><b>　　四．設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的

41、努力，我終于完成了機(jī)電液課程設(shè)計的任務(wù)，在兩周的設(shè)計過程中，我受益匪淺。首先，本次設(shè)計是對我專業(yè)知識的一次鞏固與提高。機(jī)電液涉及了機(jī)械、電氣、液壓三門學(xué)科，也是機(jī)械領(lǐng)域的三個主要學(xué)科，本次設(shè)計的重點在電氣與液壓控制。通過設(shè)計，我熟悉了液壓控制系統(tǒng)的工作過程、液壓元件的選擇使用，以及將PLC與液壓系統(tǒng)相結(jié)合實現(xiàn)控制過程。在本次任務(wù)中，我的主要分工是設(shè)計方案的計算分析。包括液壓缸的負(fù)載分析、液壓缸參數(shù)的確定、液壓元件的選擇。根據(jù)我們組的任務(wù)

42、要求，參考書上的計算過程，我完成了此項任務(wù)。計算的過程并不是一帆風(fēng)順，好多地方需要標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊等等，稍不注意就會出現(xiàn)錯誤，要反復(fù)計算，大大培養(yǎng)了我的耐心和細(xì)心，培養(yǎng)了我機(jī)械設(shè)計的基本技能和獲取相關(guān)信息的能力。有些數(shù)值的選取，雖說是小問題，但在機(jī)械設(shè)計中卻不容忽視。在液壓系統(tǒng)的主控制線路設(shè)計中，我們重新溫習(xí)了《液壓與氣壓傳動》的知識，在PLC設(shè)計過程中，我們復(fù)習(xí)了《機(jī)電傳動控制》的相關(guān)內(nèi)容。怎樣按要求實現(xiàn)液壓傳動要求，怎樣用可編程控制

43、器實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)地控制，這些問題的解決，讓我們對知識的跨學(xué)科應(yīng)用能力大大增加。 </p><p>　　通過此次設(shè)計，我深深體會到，干任何事都得有耐心，數(shù)據(jù)錯了要毫不猶豫地重來，這頁培養(yǎng)了我高度負(fù)責(zé)、一絲不茍的良好習(xí)慣，我的工作風(fēng)度在這些天得到了磨練，讓我受益匪淺。</p><p><b>　　五．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.王積偉