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

1、<p><b>　　一、題目</b></p><p>　　柴油機(jī)搖臂軸座自動(dòng)線雙面銑床液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)柴油機(jī)搖臂軸座自動(dòng)線雙面銑床液壓系統(tǒng)要求該液壓系統(tǒng)完成動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jì)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(jì)

5、壓力P1=3MPa，為了滿足工作臺(tái)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?yàn)锳1=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(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)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(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，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(diǎn)，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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)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(shí)間繼電器來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給后的遠(yuǎn)處停留，用中間繼電器來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)作過程</p><p>　?。?）定位：按下按鈕SB1，則線圈KM1得電，KM1主觸頭閉合，液壓泵啟動(dòng)，KM1輔助常開觸頭閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖。同時(shí)，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(shí)

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(shí)，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(dòng)，液壓缸快進(jìn)。</p><p>　　（4）工進(jìn)：當(dāng)油缸1快進(jìn)壓下行程開關(guān)SQ5時(shí)，則KA2、YA7得電。KA2得電，使KA2常開觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖。YA7得電，使電磁閥4HF推向左側(cè)，此時(shí)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(shí)現(xiàn)工進(jìn)。</p><p>　　（5）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(shí)時(shí)間繼電器KT得電，開始延時(shí)，液壓缸1停留。</p><p>　　（6）快退：當(dāng)時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間到，則KT常開觸電閉合，使KA3、YA6得電。KA3得電，實(shí)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(shí)，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(dòng)，液壓缸1快退。</p>

15、<p>　　（7）原位停止：當(dāng)液壓缸1快退壓下行程開關(guān)SQ4時(shí)，使YA6斷電，此時(shí)由于YA7也斷電，所以液壓缸1停止。</p><p>　?。?）夾緊松開：當(dāng)液壓缸1壓下行程開關(guān)SQ4時(shí)，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(dòng)，加緊松開。</p>

16、<p>　?。?）當(dāng)液壓缸2后退壓下行程開關(guān)SQ2時(shí)，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(dòng)作停止。</p><p><b>　　5．PLC設(shè)計(jì)</b></p><p>　　選用C20P歐姆龍式PLC。12個(gè)輸入端子，8

17、個(gè)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(jì)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(dòng)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(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)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(cè)，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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nH＝1450r/min, 容積效率0.9，驅(qū)動(dòng)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(yàn)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(hào)：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(hào)：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(shí)際流量，可以選出這些液壓元件的型號(hào)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(jì)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(jì)算如表所示</p><p>　　液壓缸的進(jìn)、出流量和運(yùn)動(dòng)速度</p><p>　　由表中的數(shù)據(jù)可知所選液壓泵的型號(hào)、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(jì)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(shí)考慮制作方便，選182（外徑18mm,壁厚2mm）的10號(hào)冷拔無縫鋼管（YB23_70）</p><p><b>　?。?）確定油箱容量</b></p><p>　　油箱容積按《液壓傳動(dòng)》公式估算，當(dāng)取為7時(shí)，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(yàn)算</p><p><b>　?。?）壓力損失</b></p><p><b>　　1）快進(jìn)</b></p><p>　　滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)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(huì)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(shí)有桿腔壓力P2和無桿腔壓力P1之差。</p><p>　　此值小于原估計(jì)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(shí)，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(shí)液壓缸回油腔壓力為</p><p>　　此值小于原估計(jì)值0.5Mpa,故符合要求。 </p>&

38、lt;p><b>　　3）快退 </b></p><p>　　快退時(shí)，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(dòng)電動(dòng)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(shí)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(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)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(jì)算。</p><p>　　工進(jìn)時(shí)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(jì)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(jì)的任務(wù)，在兩周的設(shè)計(jì)過程中，我受益匪淺。首先，本次設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)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(gè)主要學(xué)科，本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在電氣與液壓控制。通過設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)控制過程。在本次任務(wù)中，我的主要分工是設(shè)計(jì)方案的計(jì)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(jì)算過程，我完成了此項(xiàng)任務(wù)。計(jì)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(cè)等等，稍不注意就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，要反復(fù)計(jì)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(jì)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(jì)中卻不容忽視。在液壓系統(tǒng)的主控制線路設(shè)計(jì)中，我們重新溫習(xí)了《液壓與氣壓傳動(dòng)》的知識(shí)，在PLC設(shè)計(jì)過程中，我們復(fù)習(xí)了《機(jī)電傳動(dòng)控制》的相關(guān)內(nèi)容。怎樣按要求實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)要求，怎樣用可編程控制

43、器實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)地控制，這些問題的解決，讓我們對(duì)知識(shí)的跨學(xué)科應(yīng)用能力大大增加。 </p><p>　　通過此次設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到，干任何事都得有耐心，數(shù)據(jù)錯(cuò)了要毫不猶豫地重來，這頁(yè)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