液压系统课程设计专用双行程铣床文档格式.doc
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快进
2717.
Ⅰ工进
20500
22283
Ⅱ工进
11500
12500
快退
2717
定位
200
217
夹紧
2000
2174
按照要求，作出系统的工作循环图如下：
图1工作循环图
根据上述计算结果各工作阶段所受的外负载，并画出负载循环图。
图2速度循环图
12500
22500
图3负载循环图
三、液压系统原理图设计分析
（1）确定供油方式：
根据设计背景要求，供油方式采用限压式变量泵，变量泵选择用带压力反馈的限压式变量叶片泵。
（2）调速方式的选择：
调速阀调速。
（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）夹紧回路的选择
用二位四通阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应该用失电夹紧方式。
考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬间下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。
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。
图4液压系统原理图
液压系统的工作原理图分析
1、夹紧缸工作：
启动液压泵，4YA得电，三位四通换向阀工作在左位，夹紧缸的无杆腔进油，夹紧缸工作，夹紧缸的力的大小由单向节流阀15来控制。
2、定位缸工作：
4YA得电，三位四通换向阀工作在左位，定位缸的无杆腔进油，定位缸工作，定位缸的工作压力的大小由单向阀14来控制。
3、快速运动：
4YA和2YA得电，液压缸22快速运动。
4、工进1（往）：
4YA和7YA得电，油液由调速阀18和19经三位四通阀进入液压缸。
5、工进1（复）：
4YA和6YA得电，油液由调速阀18和19进入三位四通阀的右侧，进入液压缸。
6、工进2（往）：
4YA和7YA得电，油液由调速阀18和19经三位四通阀左侧进入液压缸。
7、工进2（复）：
4YA和6YA得电，油液由调速阀18和19进入三位四通阀的右侧进入液压缸。
8、快退：
1YA和4YA得电，液压缸工作在左侧。
9、停止：
3YA得电，夹紧缸和定位缸的有杆腔进油，工件松开。
1.液压缸参数计算
（1）参考GB2348-80，铣床液压系统的工作压力选为5MPa。
（2）由于要求工作台双向移动速度相等，快进，快退速度相等，故工作液压缸选用单缸双杆式。
夹紧和定位缸均选单缸单杆式。
（3）计算工作液压缸内径D和活塞杆直径d，最大负载为22283N，取背压为0.5Mpa，试取d/D=0.7。
将数据代入式
3-1
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=110mm，按d/D=0.7，取d=77mm。
（4）计算夹紧缸和定位缸内径D和活塞杆直径d。
按工作要求的夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为2Mpa，回油背压力为0.5Mpa，取液压缸的机械效率为0.92。
取d/D=0.7代入下式
3-2
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40mm及28mm。
取定位缸工作压力为2Mpa，回油背压力为0.5Mpa，取液压缸的机械效率为0.92。
取d/D=0.7代入式3-2，得，取定位液压缸的D和d分别为12mm及8mm。
（5）按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，
3-3
A>
，是由产品样本查得的最小稳定流量0.05L/min。
得A>
，调速阀安装在回油路上，液压缸的有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，，可见满足要求。
3）计算在各工作阶段液压缸所需要的流量
，
。
表3液压缸在各工作阶段的压力，流量和功率
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（KW）
0.5
1.18
64.06
1.260
4.71
32.03
2.514
2.94
16.01
0.784
64．06
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，工进一，工进二，快退。
）
图5进油腔压力图
图6输入流量图
图7功率图
2.确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格
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
3-4
取为0.5Mpa，故=5.21Mpa。
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1.25=6.25Mpa。
2）泵的流量确定。
液压泵的最大流量应为，为泄漏系数，一般取为1.1~1.3，现取为=1.1。
=64.06x1.1=70.466L/min。
3）选择液压泵的规格。
根据以上计算的和查阅《机械设计手册》，按照需求选用YBX-D50（V3）限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：
每转排量50ml/min，泵的额定压力为10Mpa，电动机额定转速1450r/min，流量为72.5L/min，驱动功率10kW，总效率。
4）与液压泵匹配的电动机的选定。
泵的机械效率为，电机的工况条件下，取机械效率为。
电机所需功率为
3-5
快退和快进时，进油腔压力为1.18Mpa，其中=0.5MPa是进油路压力损失，=0.5MPa是压力继电器可靠动作需要的压力差，，推出，；
Ⅰ工进时，电机所需功率，根据公式3-5，其中=0.5MPa是调速阀所需最小压力，=0.5MPa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Ⅰ工进阶段，Pmax=5647W，则电动机的功率应为Np>
5912W。
据此查样本选用Y2-132M-4三相异步电动机，电动机额定功率为7.5Kw，额定转速为。
3.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：
编号
元件名称
估计通过流量（L/min）
元件型号
规格
1
XU线隙式滤油器
70
2.5MPa
2
油箱
—
500L
3
冷却器
4
三相异步电动机
Y2-132M-4
7.5Kw
5
变量叶片油泵
YBX-D50（V3）
10MPa
6
溢流阀
20
YF-L20B
5~70MPa
7
指针式压力计
Y-100
8
减压阀
JF-L10G
7MPa
9
单向阀
1.80
I-10
10L/min
10
背压阀
B-63B
0.5MPa
11
三位四通换向阀
34D-63B
12
13
蓄能器
HXQ-C16D
14
单向顺序阀
1.5
X2F-L10E
3MPa
15
液压缸
1.13
20x18
20x14
17
0.67
50x28
50x36
18
调速阀
64.05
Q-H20
32MPa
19
两位二通换向阀
22D-63B
21
22
100x70
23
24
25
26
27
28
2）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。
由于系统在液压缸工进速度最快时，流量最大，实际最大流量约为：
，则泵的流量为额定流量72.5，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5~7倍，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=400L。
4.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快退时的流量大，所以其压力损失也就比快退时的大。
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64.06，即。
判定雷诺数：
3-6
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：
选取进油管长度为，则进油路上的流体速度为：
3-7
压力损失为
3-8
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
3-9
计算，结果列表如下：
表5各阀局部压力损失
额定流量（）
实际流量（）
额定压力损失（MPa）
实际压力损失（MPa）
100
64
0.4
0.256
1.1
0.0044
两位两通换向阀
0.064
0.084
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：
3-10
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：
3-11
系统的总发热功率：
3-12
发热量
3-14
Ⅰ工进时液压泵的输入功率，而Ⅰ工进时液压缸的输出功率：
，系统的总发热功率：
，发热量。
综合以上可知，发热量最大的阶段是工进阶段，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%,，假定通风良好，取油箱散热系数，则利用式3-15
可得油液温升为：
设环境温度为，则热平衡温度为：
3-16
所以油箱散热需要加装专用冷却器。
再验算，取，则利用式3-15，可得油液温升为：
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。
四、电控系统的设计（采用PLC控制方式）
（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
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
7YA
定位、夹紧
-
+
Ⅰ工进往
Ⅰ工进复
往复4次
Ⅱ工进往
Ⅱ工进复
松开夹具
（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1Y~7Y：
各电磁阀
3SB：
快进、工进
1x~3x：
位置开关
图8PLC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10PLC控制梯形图
（5）指令语句表
表7指令语句表
LDI404
急停
41
LD402
II工进往
LD400
启动
42
OR437
OR430
43
ANI403
ANIFR
44
ANI461
OUT430
45
OUT437
OUT71
46
LD403
LD430
定位夹紧
47
OUT451
ANI401
48
K5
OUT434
49
LD451
II工进复
LD434
50
OR436
AND405
51
ANI402
OR432
52
OUT436
53
LD71
OUT432
54
RST460
CJP701
55
LD403
I工进往
56
OUT460
57
K4
记数往复4次
58
ANI460
59
ANI461
OUT437
60
CJP702
61
OUT450
62
OR431
K5
63
LD450
I工进复
OUT431
LD401
夹具松开卸荷
ANI402
65
OUT433
OUT436
66
END
LD71
29
RST460
30
31
32
K4
33
LD430
34
35
36
37
OR435
38
ANI401
39
OUT435
40
EJP702
五、液压课程设计感想：
通过这次液压系统的课程设计，让我对液压系统的设计有了更深的了解。
课堂上学的知识都是理论上的，具体设计、工作起来要考虑到哪些问题自己还不是很了解。
一开始做课程设计的时候，都是参考着书上的内容、步骤一步一步的做下去的，发现自己以前学的知识很多都遗忘了，需要看书把以前的知识重新掌握，这样做起来心里面才有底。
一开始进度确实比较慢，但后来通过不断地复习和回忆，课程设计就越做越顺利，第一个星期结束后基本上就把理论的计算做完了。
液压系统的原理图一开始自己还是不懂得如何去设计，因为以前也重来没没有这方面的经验，只懂得把书上的基本回路拼凑起来，到初步设计基本结束后，发现还是存在很多的问题。
后来经过和班上同学讨论，我对液压系统的设计有了新的认识，也意识到自己以前没有考虑到的问题。
后来我把液压系统的原理图重新设计了，把存在的问题基本上解决了。
PLC的设计控制也需要把机电传动控制上的内容复习过来才能顺利做好。
这次课程设计主要是把以前学的课本知识运用在实际上，巩固熟悉了液压知识，复习了PLC，对以后工作有很大帮助。
5.参考文献
[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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