机电液综合课程设计

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1、机电液课程设计一、任务书一、任务书 现有一台卧式铣削专用机床。 1、技术参数、技术参数 （1）运动部件重量为 20000N，最大铣削力为 16000N（采用平面导轨） ，夹紧力为 35000N。 （2）快进、快退速度为 10m/min，工进速度为 100200mm/min。 （3）主液压缸最大行程为 450mm，其中工进行程为 220mm；夹紧缸行程为 30mm。 （4）夹紧时间为 2s。 （5）平面导轨与工作台之间的摩擦系数 fjing=0.2，fdong=0.1 2、要求液压系统完成的工作循环、要求液压系统完成的工作循环 工件夹紧工作台快进工作台工进工作台快退工件松开 具体要求：（1）每一

2、次循环结束，主轴电机和液压电机不停止。（2）机床具有“半自动”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：、需完成的设计任务如下： （1）计算主运动的切削力、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，选择液压控制系统的输入和输出设备，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）章宏甲等，液压与气压传动，北京；机械

3、工业出版社，2003（2）赵永成等，机电传动控制，北京；中国计量出版社（3）液压手册（4）可编程序控制器二、液压系统设计二、液压系统设计 1、分析负载、分析负载 1.1 主液压缸负载主液压缸负载 外负载：Fg=16000N惯性负载： 2000 10/0.15 102222.22mvFmt 阻力负载：法向力 Fn=mg=20000N静摩擦阻力 F=fjingFn=4000N动摩擦阻力 F=fdongFn=2000N 由此得出主液压缸在各工作阶段的负载如表 1 所示表表 1 主液压缸各工作阶段负载主液压缸各工作阶段负载工况负载组成负载值启动F=Fnfjing4000N加速)15. 0(sttvmF

4、Fdong4222.22N快进匀速Fdong2000N工进F=Fg+Fdong18000N启动F=Fnfjing4000N加速)15. 0(sttvmFFdong4222.22N快退匀速Fdong2000N1.2 夹紧缸负载夹紧缸负载 外负载：Fg=35000N惯性负载：2000 10/ 2 60166.67mvFmNt 阻力负载：法向力 Fn=mg=20000N静摩擦阻力 F=fjingFn=4000N动摩擦阻力 F=fdongFn=2000N 由此得出夹紧液压缸在各工作阶段的负载如表 2 所示表表 2 夹紧液压缸各工作阶段负载夹紧液压缸各工作阶段负载工况负载组成负载值启动F=Fnfjing

5、4000N加速)1 . 0(sttvmFFdong2116.67 N夹紧匀速Fdong37000 N启动F=Fnfjing4000 N加速)1 . 0(sttvmFFdong2116.67 N松开匀速Fdong2000 N2、确定执行件主要参数、确定执行件主要参数 2.1 主液压缸内径主液压缸内径 D 及活塞杆外径及活塞杆外径 d 滑台快进快进速度相等，液压可选用单活塞杆式，快进时差动连接，空载启动压力Pmin=0.3Mpa。 快进、快退速度均为 8m/min，并采用单活塞杆液压缸，所以无杆腔的面积 A1与有杆 腔的面积 A2的比值=A1/A2=2 在工进时，负载 F 最大，所以：)(/212

6、PPFAm其中，F=18000N，由此可查表得，P1=2.53Mpa，取 3Mpa，背压 P2取 0.6Mpa。 可得： A2=3472.22X10-6m2；A1=A2=6944.44X10-6m2；主液压缸内径；140.09406ADm及活塞杆外径；0.7070.067dDm 将 D 和 d 圆整为标准值后得，D=100mm，d=70mm; 于是，实际的面积 A1=78.5 cm2，A2=40.03cm2。2.2 夹紧缸内径夹紧缸内径 D 及活塞杆外径及活塞杆外径 d 夹紧缸的工作要求较主液压缸简单，可以采用相同的样式，以相同的方法进行分析可 得： D=160mm,d=100mm,A1=0.

7、02m2,A2=0.0122m2。3.液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值 在确定了执行件的主要参数之后就可以进行液压缸各工作参数的计算，为选取液压泵， 阀以及电动机做准备。表表 3 主液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值主液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载 F/N回油腔压 力 p2/Mpa进油腔 压力 p1/Mpa输入流 量 q 3/ms输入 功率 P/kw计算式起 动400001.395加 速4222.221.7551.455快 进恒 速20001.1540.84546.43 100.547)/()/(2121AApAFpm)(

8、211AAvqqpP1工 进180000.62.69(1.31 -2.624) 100.35 0.71221/ )/(ApAFpm21vAq qpP1快 退起 动400001.04 2211/ )/(ApAFpm96. 0m加 速4222.220.62.28恒 速20000.61.76.674) 101.1332vAq qpP1表表 4 夹紧缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值夹紧缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载 F/N回油腔压 力 p2/Mpa进油腔 压力 p1/Mpa输入流 量 q3/ms输入 功率 P/kw计算式起 动400000.21加 速2116.6700.113夹 紧恒

9、 速3700001.930.032) 100.5791221/ )/(ApAFpm11Avq qpP1起 动400000.34加 速2116.670.61.34松 开恒 速20000.61.151.834100.212211/ )/(ApAFpm22vAq qpP14、确定液压泵、液压泵电动机的主要参数、确定液压泵、液压泵电动机的主要参数 在大致确定了各个缸在各工作阶段的工作参数之后，就可以凭借这些参数粗略地定出： a.液压泵的最大工作压力 pppp其中，由于管路简单但有调速阀，所以取 0.6Mpa，p 为最大工作压力，为p2.69Mpa，所以 pp=3.29Mpa。 b.液压泵的流量443

10、max1.2 6.67 108 10/plqk qms 其中，kL是考虑系统泄露以及溢流阀保持最小溢流的系数，因为该系统泄漏量较大，所以 kL=1.2。 c.液压泵电动机的功率ppp pqpp初步拟采用异步电动机叶片泵的形式，因为异步电动机的机构简单，陈本低，转速稳定， 足够满足使用要求，而采用叶片泵是因为其流量脉动小，中低压的叶片泵的工作压力与计 算值较接近，容积效率高，转速范围大，使用寿命长，所以p=0.75，所以 pp=3.51kw。5.液压泵及电动机的选择 根据前面所计算得的数据，参考各种液压泵及电动机的产品选择出需要的液压泵和电动机。表表 5 所选用的液压泵、电动机的型号及相关参数所

11、选用的液压泵、电动机的型号及相关参数部件型号参数液压泵YB-63额定压力 6.3Mpa 驱动功率 8.2kw 排量 63mL/r异步电动机Y100L2-4额定功率 3kw 转速 1430r/min由此可以得出液压泵的实际输出流量为 qp=63X1430./1000=90.09L/min。二、液压回路的设计二、液压回路的设计 首先，根据任务的要求，所设计的液压系统要分别实现进给和夹紧功能，所以在系统 中需要两个缸，分别由两条油路来控制。 主液压缸油路上，由之前的计算值可以看出液压泵的额定压力高于所需压力，所以需 要一个溢流阀作压力控制同时作为安全阀，同时该缸要能快进、工进、快退，所以需要一 个方

12、向控制阀，而且工进的速度还要能调节，所以应该设置一个调速回路。 夹紧缸邮路上，同样，由之前的计算值也可看出其所需压力及流量均小于液压泵的输 出值，所以溢流泵应该放在两油路的交点之前，并设置调速回路，同时，为了保证夹紧， 应该设置保压回路。夹紧缸也要求能实现夹紧放松的两个方向的运动，所以方向控制阀也 是必须有的。 我所设计的液压原理图如图所示图图 1 液压原理图液压原理图由于选定了电动机及液压泵之后，流量发生了变化，所以需要重新计算各工作阶段的 实际流量及执行件运动速度。 /表表 6 主液压缸在各个工作阶段的流量及运动速度。主液压缸在各个工作阶段的流量及运动速度。项目 阶段快进工进快退输入流量3

13、/ms31.63 1030.26 1030.8 10排出流量3/ms30.8 1030.13 1031.57 10运动速度 m/s0.210.0330.2表表 7 夹紧缸在各个工作阶段的流量及运动速度夹紧缸在各个工作阶段的流量及运动速度项目 阶段夹紧放松输入流量 L/min20.03 1020.0183 10排出流量 L/min20.0183 1020.03 10运动速度 m/min0.0150.015以上各值均在可接受范围内，可以和原理图结合起来作为选液压元件的依据。表表 8 液压元件表液压元件表序 号名称型号参数过滤器XU-100X200B粗过滤（线隙式）先导式溢流阀YF3-10B通径 1

14、0mm，额定流量 63L/min，压力 0.5- 6.3Mpa，卸荷压力 0.45Mpa二位二通电磁 换向阀通径 10mm，最大流量 100L/min，额定压力 16Mpa三位五通电磁 换向阀35DYF3Y-E10B通径 10mm，最大流量 100L/min，额定压力 16Mpa 额定流量 80L/min单向调速阀AQF3-E10H通径 10mm，最大流量 50L/min，额定压力 16Mpa二位二通电磁 换向阀通径 10mm，最大流量 100L/min，额定压力 16Mpa定差减压阀JF-L10G通径 10mm，最大流量 20L/min，压力范围 0.57Mpa单向阀CTT-03-50额定流

15、量 40L/min，额定压力 25Mpa，最小 压力 0.5Mpa压力继电器PD-HB-L1压力范围 0.520Mpa蓄能器HXQ-C16D额定容量 16L，工作压力 17Mpa，耐压压力 25.5Mpa三位四通电磁 换向阀WE10E20-20/AG24通径 10mm，最大流量 100L/min，额定压力 16Mpa13调速阀2FRM102125Lv通径 10mm，额定流量 25L/min三、液压系统性能估算三、液压系统性能估算 1、验算系统压力损失并确定溢流阀的调整值、验算系统压力损失并确定溢流阀的调整值 1.1 主液压缸快进主液压缸快进 滑台快进时，主液压缸差动连接，进油路上的元件有三位四通阀，回油路上油液通过 二位三通阀,由原理图及表 6 可以推算出通过的流量分别为 20.74L/min 和 20.74L/min，忽略 去溢流损失，可得进油路上的总压降为：Mpapv02. 0)100/74.20( 5 . 02较合理，可实现差动运动。 而快进时有杆腔和无杆腔压力值之差Mpap02. 0)100/74.20( 5 . 02与所设值 0.3Mpa 有过大差距，应进行修正，即MpaXXAApAFpm58. 1)002. 0004. 0/(1002. 0002. 0)96. 0/3000()/()/(6 2121所以快进时的工作压力 pp=1.58+0.02=1.60M