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1、华中科技大学 液压传动课程设计说明书 完整版教学资料姓名： 学号：班级：指导老师：冯天麟目录第一章 设计内容及要求2第二章 理论计算3 负载分析与计算3 液压缸的参数计算4 液压缸各工作阶段的压力、流量和功率5第三章 液压系统的拟定8第四章 液压元件的选择9 液压泵及电机的选择9 液压阀、过滤器、油管及油箱的选择10第五章 液压系统的验算11第六章 电控系统的设计13 各电磁铁动作顺序表13 PLC外部接线控制电路14 继电器-接触器控制梯形图15 PLC控制梯形图16 指令语句表17第七章 设计感想18第一章 设计内容及要求1. 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
2、动由液压系统实现。双向铣削。工件的定位和夹紧由液压驱动实现、铣刀的进给由机械步进装置完成，每一个行程进刀一次。2. 设计要求及参数（1）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)（2）各循环工步要求定位缸的负载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；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。（3）铣床参数及要求 采用单定量泵进油路节流高速，回油有背压，工作台双向运动速度相等，但要求前四次速度为，然后自动切换为
3、速度，再往复运动四次。切削负载，工作台往复运动速度=8m/min, =4m/min。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（）（逆铣/顺铣），快进速度（mmin）（）工进速度（mmin）快退速度（mmin）250015000/7500N168)/4)16第二章 理论计算1负载分析与计算负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压腔的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，忽略惯性力，则主要考虑摩擦阻力和切削负载即可。如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并取液压缸的机械效率为，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，列表如下：
4、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）快进（）25002778顺铣（+）1000011111逆铣（+）1750018888快退（）25002778定位200222夹紧20002222系统的工作循环图如下：图1 工作循环图机械系统的总负载如下：图2 系统负载图每个循环各工步的速度如下：图3 速度图2 液压缸参数计算（1）工作压力的确定。工作压力p可根据负载大小及机器类型来初步确定。铣床液压系统最大负载约为17500N，选择工作台液压缸的工作压力为5MPa。选取定位缸工作压力1Mpa，夹紧缸工作压力。（2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d。1）进给缸内径D和活塞杆直
5、径d。由负载图知最大负载为17500N，取背压为，考虑工进时往返速度相等，采用双作用双杆液压缸，取d/D=。将数据代入式 （5-1）得，根据液压缸内尺寸系列GB2348-80，液压缸内径圆整为标准系列直径D=100mm，按d/D=并依据活塞杆直径系列GB2348-80，取d=70mm。2）定位缸内径D和活塞杆直径d。定位缸选用双作用单杆液压缸。已知定位缸工作压力1Mpa，负载为200N，液压缸的机械效率为，代入式 （5-2）得，按液压缸内尺寸系列GB2348-80，和活塞杆直径系列GB2348-80，取夹紧液压缸的D和d分别为20mm及14mm。3）夹紧缸内径D和活塞杆直径d。夹紧缸选用双作用
6、单杆液压缸。已知夹紧缸工作压力为，负载为2000N，液压缸的机械效率为，代入式（4-1），得，按液压缸内尺寸系列GB2348-80，和活塞杆直径系列GB2348-80，取夹紧液压缸的D和d分别为50mm及36mm。 4) 验算液压缸的最小稳定速度。对于双杆液压缸 （5-3）满足设计要求。3液压缸各工作阶段的压力、流量和功率根据以上所计算得到的D和d值，可估算液压缸在各工作阶段中的压力、流量和功率，如下表所示（其中工进速度取最小值，最小值）：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回油腔压力（MPa)进油腔压力(MPa)输入流量Q()功率P(W)快进2500顺铣10000（）8
7、1（1602）逆铣17500486（）（）快退2500工进速度最小时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，顺铣一，逆铣，快退。）：图4 图5图6第三章 液压系统的拟定（1） 确定供油方式：由设计要求知，该系统采用单定量泵，回油有背压。（2） 调速方式的选择： 由设计要求知，该系统采用节流阀调速。（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） 定位、夹紧顺序控制回路的选择 采用两个顺序阀控制定位、夹紧两个动作的先后
8、顺序。 用二位四通阀来控制定位缸和夹紧缸的换向动作，为了避免工作时突然失电而松开，应该用失电夹紧方式。考虑到当进油路压力瞬间下降时仍能保持夹紧力，所以接入单向阀保压。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) 组成液压系统将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求和需要作必要的修改补充，及组成如图下所示的液压系统图。为便于观察压力，在液压泵的出口处，液压缸无杆腔进油口处和有杆腔的出油口处设置测压点。若设置多点压力表开关，则只需要一个压力表即能观测多点压力。第四章 液压元件的选择1 液压泵及电机的选择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
9、（10-1）取为，故=。是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过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，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力。选取，=。2） 泵的流量确定。液压泵的最大流量应为 （10-2）为泄漏系数，一般取为，现取为=，则=min。3）选择液压泵的规格。根据以上计算的和查阅相关手册，现选用YB1-B92B型叶片泵，该泵压力脉动小，噪声低，使用寿命长，广泛用于机床液压系统中。该泵的基本参数为：公称排量r，泵的额定压力为7Mpa，电动机转速1000r/min，流量为min，满载驱动功率。4）与液压泵匹配的电动机的选定。取的泵的机械效率为，电机的机械效率为
10、。快进、快退时：电机所需功率为 （10-3）进油腔压力为，其中=是进油路压力损失，=是压力继电器可靠动作需要的压力差，得，；顺铣时：电机所需功率，根据公式（7-3），进油腔压力为3MPa，其中=是节流阀所需最小压力，=是压力继电器可靠动作需要的压力差，得，；逆铣时：电机所需功率，根据公式（7-3），进油腔压力为，其中=是回油路压力损失，=是压力继电器可靠动作需要的压力差，得，。 由以上计算可知，最大功率出现在快退阶段，则电动机的功率应为。 据此查样本选用Y160M-1三相异步电动机，电动机额定功率为11Kw，额定转速为。2 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
11、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量，可选出这些元件的型号及规格，列表如下：表4 液压元件明细表编号元件名称估计通过流量(L/min)元件型号规格1XU线隙式滤油器2002油箱500L3冷却器4三相异步电动机Y160M-111kw5定量叶片泵YB1-B92B7MPa6溢流阀20YF-L20B570MPa7指针式压力计Y-10010MPa8减压阀20JF-L10G7MPa9单向阀I-1010L/min10背压阀B-63B11三位四通换向阀34D-63B7MPa12三位四通换向阀34D-63B7MPa13蓄能器HXQ-C16DHXQ-C16D14单向顺序阀20X2F-L10E3MP
12、a15单向顺序阀20X2F-L10E3MPa16液压缸20x1820x1417液压缸50x2850x3618节流阀MG1519节流阀MG1520两位二通换向阀22D-63B7MPa21三位四通换向阀34D-63B7MPa22液压缸100x70100x702) 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。由于系统在液压缸快进，快退时，流量最大，实际最大流量约为：，泵的流量为额定流量，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
13、，这里取6倍，即，其中为液压泵每分钟排出压力油的体积。得，V=500L。第五章 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工进时的流量大，所以其压力损失也就比工进时的大。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，液压元件采用集成块式的配置形式，Q取，即。判定雷诺数： （12-1）此处d取20mm，即，代入数据，得，则进油回路中的流动为层流。沿程压力损失：选
14、取进油管长度为，则进油路上的流体速度为： （12-2）压力损失为， （12-3）。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 （12-4）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（）实际流量（）额定压力损失（MPa）实际压力损失（MPa）11三位四通换向阀22两位三通换向阀25三位四通换向阀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，故进油路的总压力损失为：（13-1），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
15、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，而快进时液压缸的输出功率： （13-2）系统的总发热功率： （13-3）发热量： （13-4）逆铣时液压泵的输入功率，而工进时液压缸的输出功率： （13-5）系统的总发热功率： （13-6）发热量： （13-7）综合以上可知，发热量最大的阶段是逆铣阶段，即取。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%，其散热面积近似为 （14-1）得，假定通风良好，取油箱散热系数，则利用式（17）
16、（14-2）可得油液温升为：。设环境温度为，则热平衡温度为：（14-3）。所以油箱散热必须加装专用冷却器。再验算，加装专用冷却器后取，则利用式（17），可得油液温升为：。设环境温度为，则热平衡温度为：。所以加装冷却器后油箱工作温度没有超过最高允许油温，散热可以满足要求。第六章 电控系统的设计(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1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA定位、夹紧OFFOFFOFFONOFFOFFOFF快进OFFONOFFONOFFOFFOFF工进 往OFFOFFOFFONOFFOFFON工进 复O
17、FFOFFOFFONOFFONOFF往复4次工进 往OFFOFFOFFONONOFFON工进 复OFFOFFOFFONONONOFF往复4次快退ONOFFOFFONOFFOFFOFF松开夹具OFFOFFONOFFOFFOFFOFF(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 1x3x：位置开关图8 PLC外部接线控制电路 (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(4) PLC控制梯形图图10 PLC控制梯形图 (5) 指令语句表表7指令语句表1LDI 404急停41LD 402I
18、I 工进 往2LD 400启动42OR 4373OR 43043ANI 4034ANI FR44ANI 4615OUT 43045OUT 4376OUT 7146LD 4037LD 430定位 夹紧47OUT 4518ANI 40148K 59OUT 43449LD 451II 工进 复10LD 434快进50OR 43611AND 40551ANI 40212OR 43252OUT 43613ANI 40253LD 7114OUT 43254RST 46015CJP 70155LD 40316LD 402I 工进 往56OUT 46017OR 43757K 4记数 往复4次18ANI 403
19、58LD 40319ANI 46059ANI 46120OUT 43760CJP 70221LD 40361LD 402快退22OUT 45062OR 43123K 563ANI 40124LD 450I 工进 复64OUT 43125OR 43664LD 401夹具松开 卸荷26ANI 40265OUT 43327OUT 43666END28LD 71记数 往复4次29RST 46030LD 40331OUT 46032K 433LD 43034ANI 46035CJP 70136LD 40237OR 43538ANI 40139OUT 43540EJP 702第七章 设计感想参考文献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。
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