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1、机电液综合课程设计机电液综合课程设计 学校：大连交通大学院系：机械工程学院机械电子专业 班级：设计者：指导教师： 2015年7月目录摘 要3一、设计内容及要求31.1设计目的31.2平台动作循环要求31.3平台升降对液压传动系统的具体参数要求3二、液压系统的初步设计4三、电气控制部分设计6四、机械系统的设计与计算74.1工况分析74.2工作腔有效工作面积和活塞直径计算7五、液压系统设计与计算95.1流量功率计算95.2液压泵设计与校核95.3阀类元件及辅助元件105.4油管125.5油箱13六、PLC设计方案146.1可编程控制器控制系统I/O点数估算146.2结构形式考虑146.3 PLC语
2、句表15七、课程设计心得体会17参考文献18摘 要本次课程设计内容为1500kg平台升降液压、电控、机械系统综合设计。平台升降的动力来自于液压缸，充分利用了液压传动结构简单，体积小，质量轻，输出功率大及其易于操纵控制的优点；控制系统主要利用西门子PLC编程控制器。此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到实际中，主要设计过程有：明确传动过程，计算相关数据，绘制液压系统原理图，并且结合相关PLC技术最终实现所要设计的平台升降要求。关键词：同步运动 蓄能器保压 电液比例调速阀 PLC一、设计内容及要求1.1设计目的课程设计是培养学生综合运用所学的基础理论和专业理论知识，独立解决实际设计问题能
3、力的一个重要的实践性教学环节，因此，通过设计应达到下述目的：（1）初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法，步骤，巩固，深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力；（2）获得平台升降总体设计，结构设计，零件计算，编写说明书。绘制液压系统图1张；（3）熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用；（4）完成PLC选型及硬件电路设计，绘制PLC端子接线图1张。并完成软件设计，绘制梯形图与列出主要控制程序指令语句1张。1.2平台动作循环要求设计一套升降机的液压系统 ，该系统能使平台保持一定的精度，同步、平稳地上升、下降，并可在0.8m的行程范围内任意高度停留。系统结构紧凑，安全可靠。本次设
4、计要求四个液压缸同步运动。停止时采用蓄能器保压，泵卸荷，同步要求高。动作过程：能够实现“同步上升停止保压同步下降停止”的工作循环。1.3平台升降对液压传动系统的具体参数要求平台重量1500kg,平台升降速度是0.30.5 m/s，平台上升高度0.8m。二、液压系统的初步设计通过对系统设计的要求的分析，确定系统需要同步回路，锁紧回路，平衡回路和保压回路。（1）使两个或两个以上的液压缸同步动作的回路称为同步回路。 液压基本同步回路有：机械联结的同步回路，采用同步液压马达的同步回路。 各回路的优缺点： 机械联结同步回路虽然存在有齿侧隙和齿轮轴的扭转变形引起的误差但同步可靠。缺点是结构复杂，两缸布置的
5、位置受到限制。 串联液压缸的同步回路结构简单，不需要同步元件，其同步精度取决于两液压缸的制造精度和密封性能。由于油缸不可避免的存在内泄漏，所以每次往复运动都将增加两缸的位置误差，从而出现同步失调。 带补偿装置的串联液压缸同步回路解决了串联液压缸的同步回路由于油缸内泄漏引起的同步失调的问题，其缺点是该回路只适用于负载较小的液压系统。 调速阀的同步回路可以实现多缸同步但同步精度受调速阀性能和油满影响，而且个个调速阀比较难调到相同流量，所以误差化较大。 比例调速阀同步回路的同步精度虽然没有采用伺服阀的回路高，但仍然具有比较高的精度，而且相对伺服阀闭低很多。 综上所诉及系统要求，本系统采用相同的4个液
6、压缸相并联，用比例调速阀实现同步。 液压基本锁紧采用液控单向阀单向锁紧回路，当换向阀在中位时，液压泵卸荷活塞被液控单向阀锁紧，当换向阀切换至上升或下降位置时，液控单向阀即被打开，由于液控单向阀没有泄露，故活塞可被较长时间锁紧，不会因自重而下滑。 在液压系统要设置平衡回路，其方法是在立式液压缸下行回路上设置一个适当阻力，使液压缸的回油腔产生一定的背压，以平衡其自重，在本设计中采用单向顺序阀平衡回路。 再执行元件液压缸终止运动时要求液压缸能继续保持一段时间的压力在这段时间内不再继续前进，同时也暂时不回程，这时就要采用保压回路，以保持那些暂不继续运动的执行元件的系统油压。 常用的保压方法有定量泵和溢
7、流阀的保压，压力由溢流阀调定并保持，与定量泵构成恒压源，采用液控单向阀保压等，并设计选用蓄能器保压。 各回路优缺点：液控单向阀保压结构简单，密封性好，但是阀类元件的泄露使得保压时间不能维持太久。 采用定量泵和溢流阀的保压，压力由几乎全经溢流阀流回油箱，系统功率损失大，发热严重，故只在小功率且保压时间较短的场合使用。 综上考虑，绘制出图所示液压传动系统草图：图2-1 液压系统工作原理图1液压缸；2液控单向阀；3电液比例调速阀；4蓄能器；5压力计；6压力继电器；7单向顺序阀；8三位四通电磁换向阀；9背压阀；10两位两通电磁换向阀；11溢流阀；12定量泵；13滤油器+空气过滤器；14油箱表2-1 电
8、磁铁动作顺序表动作名称1YA2YA3YA同步上升+_-停止_+保压_+同步下降_+-停止_+三、电气控制部分设计电路图如下所示：图3-1 电气控制电路图SB1启动按钮 SB2停止按钮 SB3上升按钮 SB4下降按钮 SB4下降按钮 SB5上升停止按钮SB6下降停止按钮 SQ1上升极位开关 SQ2下降极位开关 四、机械系统的设计与计算4.1工况分析液压缸的输出力由工作压力p和活塞有效面积A决定；液压缸的输出速度v是由输入液压缸的流量q和活塞有效面积A决定。即： （4-1）主机工作过程中，其执行机构所要克服的负载包括工作负载、惯性负载和阻力负载。（1）工作负载 （2）惯性负载 N 取t=0.2s
9、v=0.5m/s （4-2）（3）密封阻力 启动时 （4-3） 运动时 （4-4） （4） 导轨摩擦阻力 (4-5） 初步估计有杆腔活塞面积 取 (4-6）（5） 启动阶段 （4-7）由表各类液压设备常用工作压力查得工作压力： P=3Mpa （4-8）4.2工作腔有效工作面积和活塞直径计算F=13392.5N （4-8） （4-9）D= （4-10） 往返速度比 取 d=0.62D=0.0049m 圆整后 D=80mm d=50mm 液压缸两腔的实际有效面积 （4-11） （4-12）复算执行元件的工作压力无杆腔进油工作阶段： （4-13）有杆腔进油阶段： （4-14） 五、液压系统设计与计算
10、5.1流量功率计算 （1）上升时， （5-1） （5-2） (5-3) （2）下降时 (5-4) （5-5) （5-6）5.2液压泵设计与校核取油路压力损失0.3Mpa.取调整压力高于系统最大工作压力0.3Mpa,整个过程中最大工作压力： (5-7) 整个过程中最大流量为： （5-8） 取泄露系数 （5-9） 溢流阀的最小稳定流量为查YB-Ea型叶片泵技术参数选择YB-Ea315叶片泵，其中，液压泵排量为316ml/r,额定压力10MPa. （5-10）由于液压缸在快速工进时输入功率最大，这时液压泵的工作压力为6.28Mpa，流量为91.8，查表液压泵的总功率取总效率，液压泵驱动电动机所需功率： （5-11）根据表Y系列（IP44）型三相异步电动机技术参
