液压 几种调速回路 原理图和梯形图.doc

液压 几种调速回路 原理图和梯形图.doc 摘要 摘 要 本文主要介绍了液压系统的发展状况及趋势，组合机床液压系统的设计及其PLC控制系统设计。基本实验项目主要以锻炼拆装液压泵、液压阀、液压缸等液压元件的能力为主，并让学生熟悉液压元件结构、功能、应用;综合型、设计型实验项目主要让学生掌握基本液压回路的工作原理、回路特性及其应用，并通过回路工作原理计算机仿真，让学生充分掌握常见液压回路的工作原理。最后通过“卧式单面多轴钻孔液压传动系统”组合机床液压系统的设计及其PLC控制系统设计，介绍液压系统设计及其PLC控制系统设计的一般方法。 关键词:液压传动;液压元器件;液压控制回路;PLC控制 I 摘要 ABSTRACT This paper mainly introduces the development of hydraulic systems and trends, portfolio design of machine tool hydraulic system and its PLC control system design. Pilot project of basic training in dismantling the main hydraulic pump, hydraulic valve, hydraulic cylinder, such as the ability of the main hydraulic components and hydraulic components so that students are familiar with the structure, functions, applications; integrated, design-based pilot project open to students to master the basic hydraulic circuit of the working principle, characteristics and application circuit, and through computer simulation circuit working principle to enable students to fully grasp the common hydraulic circuit works. Finally, through "multi-axis horizontal drilling hydraulic drive system of one-sided" combination machine tool hydraulic system design and PLC control system design, introduced the design of the hydraulic system and PLC control system design methods in general. Key words: hydraulic transmission; hydraulic components; hydraulic control circuit; PLC control. II 四川理工学院毕业设计 第1章 绪论 1.1液压系统发展趋势介绍 液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。 近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀、宁波华液公司的电液比例压力流量阀，均为机电一体化的高新技术产品，并已投入批量生产，取得了较好的经济效益。北京华德液压集团公司的恒功率变量柱塞泵，填补了国内大排量柱塞泵的空白，适用于冶金、锻压、矿山等大型成套设备的配套。天津特精液压股份有限公司的三种齿轮泵，具有结构新颖、体积小、耐高压、噪声低、性能指标先进等特点。榆次液压件有限公司的高性能组合齿轮泵，可广泛用于工程、冶金、矿山机械等领域。另外，还有广东广液公司的高压高性能叶片泵、宁波永华公司的超高压软管总成、无锡气动技术研究所有限公司为各种自控设备配套的WPI新型气缸系列都是很有特色的新产品。 由此可见液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。 现在世界各国都重视发展基础产品。近年来，国外液压技术由于广泛应用了高新技术成果，使基础产品在水平、品种及扩展应用领域方面都有很大提高和发展， 我国液压产品有一定生产能力和技术水平的生产科研体系。尤其是近十年来基础产品工业得到国家支持，装备水平有所提高，目前已能生产品种规格齐全的产品，已能为汽车、工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金矿山、发电设备、石油化工、铁路、船舶、港口、轻工、电子、医药以及国防工业提供品种基本齐全的产品。通过科研攻关和产学研结合，在液压伺服比例系统和元件等成果已用于生产。在产品CAD和CAT等方面已取得可喜的进展，并得到广泛应用。并且在国内建立了不少独资、合资企业，在提高我国行业技术水平的同时，为主机提供了急需的高性能和高水平产品，填补了国内空白。 1 第1章 绪论 虽然取得上述成果，但和目前国内的需求和国外先进水平相比还有较大差距。包括产品趋同化、构成不合理，性能低、可靠性差，创新和自我开发能力弱，自行设计水平低。 具体表现在产品水平、产品体系与市场需求存在较大的结构性矛盾。中国的液压市场很大，用户对产品的要求各异，各种高品质、高性能的液压元件市场需求量很大。而大部分国内企业所能提供的产品，无论在档次上还是种类上，都还远远不能满足这些需求。因此，在众多低档产品压价竞争的同时，不得不让出一块巨大的市场给国外产品。这表明，在市场丰富多样的需求面前，国内液压行业现有产品体系的结构性过剩与结构性短缺两个矛盾同时并存;也表明我们在产品的多样性、层次分布性和市场适应性等方面亟待调整和改善。企业在产品更新、装备改造等方面的投入能力不足。目前，我国大部份气动企业缺乏对产品及装备进行较大更新改造的能力，在高技术产品及专用生产检测装备的系统开发和投入能力上尤为缺乏，因而也限制了企业在高技术产品发展上取得大的突破，对缩短与国际先进水平的差距带来影响。当然，投入资金只是个基础条件，还必须有技术、人才等多方面的保障才行。 面对这样的状况企业未来的发展趋势如下:1.根据国内市场需求，依靠科技进步，不断调整产品结构。例如随着国家西部大开发战略的实施，适合西部工程建设的产品将受到市场的追捧。现在，西气东输的序幕已经拉开，如此大规模的管道工程建设和众多的西部开发项目，为液动压技术提供了良好的机遇。2.适应国际传动技术产品工业向国际化发展趋向，对现有国内企业进行改组、合并，使企业开发能力，装备能力、管理水平和服务水平不断提高，以保持一定的竞争能力。3.不断提高企业产品的开发能力和创新能力，加强产学研结合，充分利用高等院校的科研开发人力资源，发展有自主产权的产品和技术。4. 完善质保体系，不断提高产品质量，尤其是产品可靠性，提高产品知名度，创立名牌。5. 针对产品品种发展和保证产品质量的需求，有计划地进行技术改造、设备更新。 而液压产品的发展方向主要是:1.节省能耗，提高效率2.用AC电机或变频电机驱动定量泵。3.发展机电一体化元件和系统。4.发展具有比例阀的耐污染和伺服阀高精度、高频响的直动型电液控制阀。5.发展内置电子系统的电液伺服比例元件、电磁阀、液压定位油缸等。6.重视环保。环保型产品将具竞争优势，随着人们环境意识的加强，开发保护型液压产品，将成为今后国内液压技术的主流。7.适应主机机电一体化的需要8.应用现代控制技术，提高电液压自动控制系统的性能9.大力发展水压系统和元件，扩大其应用领域。 由此可见现阶段急需发展的关键技术包括:1. 液压传动与控制系统的节能技术，如负荷传感技术、新型节能系统和元件。2.机电一体化技术及IT技术的应用 高精度、高 2 四川理工学院毕业设计 频响电液、电气伺服比例系统和元件，液粘调速器速度控制技术。数字液压、气动系统和元件，直动型电液控制元件。3. 液压系统及污染控制技术。4. 无泄漏液压系统和元件。5. 水压传动与控制技术。6. 高速重载齿轮传动设计与制造技术。7. 高速铁路轴承设计制造技术。8. 高速、高精度机床主轴轴承设计与制造技术。9. 各种传动系统降噪和增寿技术。10. 特种传动技术(谐波传动、机械无级变速等)。11. 先进设计技术，如计算机辅助设计与试验，仿真技术。12. 大型传动系统的故障诊断技术。13. 现代制造技术的应用研究，如表面处理技术，计算机辅助制造技术、润滑技术。 总之，液压技术作为便捷和廉价的自动化技术，有着良好的发展前景。液压产品不仅在机电、轻纺、家电等传统领域有着很大的市场，而且在新兴的产业如信息技术产业、生物制品业、微纳精细加工等领域都有广阔的发展空间。脚踏实地，放眼未来，经过行业的共同努力，我国的液压工业一定能走进一个新天地. 1.2实验室现有设备介绍 我院实验室现有可使用的液压实验的是97年从泰川机床厂购买的装拆式液压教学实验台一台。另外现又新进二台名为JDY机电液压综合试验台。泰川机床厂的装拆式液压教学实验台型号为QCS014。由于有段时间没有使用，装拆式液压教学实验台有些损坏，但基本上不会太大影响装拆式液压教学的使用。 QCS014型装拆式液压教学实验台根据液压回路的实验要求，本实验台采用液压元件装拆式电气“矩阵板”控制，具有灵活性、适应性。由于配备较齐全的附件，使得本实验台可以实现12种基本回路。参考上海工业大学编写的实验指导书，并且根据教育和科研需要实验其他各种液压回路。12种基本回路如下: 1.定量泵三种节流型式的调速回路 2.变量泵和流量阀的调速回路 3.差动回路 4.单向调速阀串连的速度换接回路 5.背压阀限制系统最低压力的回路 6.三级调压回路 7.二级减压回路 8.蓄能器保压、泵卸荷回路 9.单向顺序阀的平衡回路 10.单向调速阀并联同步回路 11.行程控制双缸顺序动作回路 3 第1章 绪论 12.双泵供油回路 本实验台由一只YB1-4和一只YBX-16变量泵作为系统泵源。工作台可以布置20个元件阀板。管路连接采用快接换头和胶管连接，装拆方便。 电气采用“矩阵板”，分为手动、顺序、复位三种控制方式。可提供10个顺序动作。每一个顺序动作可以同时输出10个控制信号。配有延时装置，以配合实验要求。电箱各有1.5V和220V交流电源插座供二次仪表使用。液压回路的动作顺序可在电气“矩阵板”上自行编排。 试验台可以进行压力、流量、时间、温度的测量。温度可以自动控制。液压与电气的配合，用电线插座连接，采用24V直流电压，安全可靠。 实验台备有各种阀板各种连接管接头体、重块、插头、真空表等备件供试验之用。 特殊要求的元件、回路的试验，也可以根据工作台框架的连接尺寸，自做阀板，在试验台上进行实验。 1.3实验室元器件的主要规格与参数 1.实验台外型尺寸及重量 长×宽×高(2100 mm×700 mm×1850mm) 净重1300公斤 2.油泵电机 油泵电机参数，见表1-1所示。 3.油泵 油泵参数，见表1-2所示。 表1-1 油泵电机参数 Y90L—4/83 Y100L—4/83 型号 1.5 3 功率 1410r/min 1430r/min 转速 表1-2 油泵参数 YB1-4 YBX-16 型号 4ml/r 16 ml/r 排量 6.3Mpa 6.3MPa 额定压力 4.油缸。行程 270mm;活塞外直径 D=42mm;活塞杆外直径 d=30mm 5.油管通径。主油路φ8;控制油路φ6。 4 四川理工学院毕业设计 6.油箱容积。150升。 7.试验温度。20,50?。 8.控制电压。24,。 1.4 本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 设计的意义 随着现代科学技术的高速发展，液压系统应用范围也在逐渐扩展，这就要求液压系统的性能有所提高，对相应元件也提出了更高的要求，而现代液压控制更多的采用数字控制或者其它更先进的控制，传统的方法需要电器元件比较多，不经济，连接的线路又多又较复杂，不容易掌握，这给维修也带来极大不便，于是我们就希望用更先进更能体现时代要求的PLC控制来进行改造，PLC取代原系统中的矩阵板控制，这便是本次设计的目的意义所在，当然通过本次设计我们对液压系统工作环境、液压相关知识和理论有了更进一步的了解，对PLC控制也有了新的认识，能够把实际中的问题与先进的控制理论相结合，做到理论联系实际，以求创新。通过对软件环境的修改来改变对硬件的要求，可以达到更精准的教学液压实验，实现多种液压传动实验，以便检查维修硬件原有的电器控制线路～ 1.5 本章小结 随着应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。 本章通过液压与气压传动设计应用液压传动的基本理论和知识，通过对液压系统的现状和发展前景的介绍可以简单地了解液压技术的重要性，为下几章内容的理解有一定的准备作用。 5 第2章 几种调速回路 第2章 几种调速回路 2.1三种节流型式的调速回路 三种节流型式的调速回路是指采用节流阀的进口节流调速回路、采用节流阀的出口节流调速回路、采用调速阀的进口节流调速回路。 2.1.1工作原理 图2-1 三种节流型式的调速回路的原理图 使用定差减压阀和调速阀串联，定差减压阀维持节流阀前后压差恒定。进口节流调速回路原理图如图2-1所示，PLC接线图如图2-2所示，梯形图如图2-3所示。 2.1.2三种节流型式的调速回路的PLC接线图和梯形图 图 2-2 进口节流调速回路PLC接线图 图2-3 进口节流调速回路PLC梯形图 6 四川理工学院毕业设计 2.1.3三种节流型式的调速回路的操作步骤和操作 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 1. 调速回路的调整 进口节流调速回路:将调速阀1、单向节流阀7关闭,回油路节流阀1全开，松开溢 ，启动定量液压泵，调整溢流阀5，使系统压力为4-5MPa (p1),将电磁换向阀6的流阀5 P、A口连通，漫漫调节节流阀1的开度，使工作缸活塞杆运动速度适中。反复切换电磁换向阀6，使工作缸活塞往复运动，检查系统工作是否正常。退回工作缸活塞。 2. 加载系统的调整 启动变量油泵，调节溢流阀4使系统压力为0.5MPa, 通过三位四通电磁换向阀3的切换，使加载油缸活塞往复运动3-5次，排除系统中的空气，然后使活塞杆处于退回位置。 3. 节流调速实验数据的采集 (1) 伸出加载缸活塞杆，顶到工作缸活塞杆头上，通过电磁换向阀6使工作缸活塞杆克服加载缸活塞杆的推力伸出。测得工作缸活塞杆的运动的速度。退回工作缸活塞杆。 (2) 通过溢流阀4调节加载缸的工作压力(每次增加0.3MPa)，重复步骤步骤(1)逐次记载工作缸活塞杆运动的速度，直至工作缸活塞杆推不动所加负载为止。 节流阀的出口节流调速和调速阀的进油节流调速实验的步骤与节流阀的进油节流调速实验步骤相同。 2.2保压差动回路 2.2.1保压差动回路的原理图 图2-4 保压差动回路的原理图 7 第2章 几种调速回路 2.2.2保压差动回路的动作顺序表 TT001YT001 ST2 ST3 ST4 M301ST5 图2-5 保压差动回路动作顺序表 图 2-6 保压差动回路 PLC 接线图 2.2.3 保压差动回路的PLC接线图和梯形图 M301 M301 图 2-7 保压差动回路 PLC 梯形图 2.2.4保压差动回路的操作步骤和操作规范 1. 旋开钥匙开关—>按总电源开关(指示灯显示) 2. 按原理图将液压元件从存储箱中取出，尽可能按原理图示位置在工作台框架上布置。二支液压缸应该分别装在二根T型槽用M12螺母紧固，蓄能器应先充压1.8,2.2MPa 8 四川理工学院毕业设计 气。行程开关的位置等待活塞杆移动的时候才合理确定其的固定位置。行程开关的固定要求只需要哪个发出信号即可，为避免损坏行程开关，不应过度压紧。液压元件接线时，应该看清楚进出油口。控制油口由胶管连接。 3. 按PLC接线图连接。将1ZT、2ZT、3ZT、4ZT、5ZT分别按顺序接入输出信号的插座上。将1XK、2XK、3XK、4XK、5XK接上输入信号。计数信号接第8号插座。 4.差动保压回路:将开关选择“顺序”位置。启动定量液压泵、变压泵。用Y1-10B、Y1-25B溢流阀分别调P1压力至2.5MPa，P2压力至1.5MPa.调节DP1-63B压力继电器，使之放出信号正常。手动顺序按钮，完成夹紧油缸(1)夹紧(2)延时(3)保压并系统卸荷、工作油缸(4)快进(5)工进(6)延时(7)快退(8)夹紧油缸复位八个顺序动作。实验中调节DP1-63B压力继电器，发出信号压力至2.0MPa。用时间数字显示器，测量工进速度。每次测量后应该手按复位“0”。其原理图见图2-4，动作顺序表见图2-5，PLC接线图见图2-6，PLC梯形图见图2-7所示。 2.3 同步回路 2.3.1同步回路的工作原理图和动作顺序表 图2-8 同步回路的工作原理图和动作顺序表 2.3.2 同步回路的PLC接线图和梯形图: 9 第2章 几种调速回路 B2 图2-9 同步回路 PLC 接线图 图 2-10 同步回路 PLC 梯形图 同步回路原理图见图2-8所示，PLC接线图见图2-9所示，PLC梯形图见图2-10所示。 2.3.3同步回路的操作步骤 1.调节Y1-10B系统压力P1=2.0MPa，吸放1ZT、2ZT使得二只油缸动作正常，分别用二只Q1-10B对油缸调速为150mm/min。用1XK或者2XK发信号计时。如果1XK行程开关先被油缸活塞头碰撞，就将1XK的电线插头接信号“输入信号1”，2XK的电线插头接“输入信号2”，与表相同。如果2XT行程开关被油缸活塞头碰撞，就将2XK的电线插头接信号“输入信号1”，1XK的电线插头接“输入信号2”。 测试三次，求平均值，测量二油缸同步精度,10% 同步精度=同步误差时间×100%/全长行程时间 2.4二级减速回路 二级减速回路原理图见图2-11所示，PLC接线图见图2-12所示，PLC梯形图见图2-13所示。 10 四川理工学院毕业设计 2.4.1二级减速回路的原理图和动作顺序表 图2-11 二级减速回路的原理图和动作顺序表 2.4.2 二级减速回路的PLC接线图和梯形图 图 2-12 二级减速回路 PLC 接线图 图 2-13 二级减速回路 PLC 梯形图 2.4.3 二级减速回路的操作步骤和操作规范 11 第2章 几种调速回路 1(调节Y1-10B系统压力P1=3.5MPa，调节J1-10B第一级减压压力P1=1.5MPa，吸放1ZT、2ZT使得油缸动作正常，用LI-10B调速，在压力表开关上测油缸工作压力P1。 2(调节J1-10B第二级减压压力P2=2.5MPa，22E-10B吸放1ZT、2ZT，使油缸动作正常。用L1-10B调速在压力表开关上测油缸工作压力P4。 3(电气采用“顺序位置用手动(跳步)按钮”控制方式 2.5背压阀限制系统最低压力 2.5.1背压阀限制系统最低压力的原理图和动作顺序表 图 2-14 背压阀限制系统最低压力的原理图和动作顺序表 2.5.2背压阀限制系统最低压力的PLC接线图和梯形图 ST2 ST1 图 2-15 背压阀限制系统最低压力 PLC 接线图 12 四川理工学院毕业设计 图 2-16 背压阀限制系统最低压力 PLC 梯形图 2.5.3背压阀限制系统最低压力的操作步骤和操作规范 1. 二只行程开关距离为250mm。1ZT吸合Y1-10B压力P1=2.5MPa，吸放1ZT或2ZT油缸动作正常，用节流阀调速，调速范围100mm/min,3000mm/min。 2. 34EY-25BM2复中间位置，用背压阀限制系统的最抵压力为1.0MPa(其中管路的压力损失为0.6MPa)。 3. 电气采用“往复”控制方式，用电子计时计算速度V=距离/时间。 背压阀限制系统最低压力原理图见图见图2-14，PLC接线图见图2-15，PLC梯形图见图2-16所示。 2.6本章小结 本章通过对液压系统的基本元器件，如液压泵、液压马达、电磁换向阀、节流阀、调压阀、减压阀、行程开关等元器件结构的拆装实验，系统的学习了液压元器件的结构特点和工作原理。 在回路实验中，通过三种节流调速回路的实验，理解了进口节流调速回路、出口调速回路、旁路节流调速回路的工作原理和应用的重要价值;通过保压差动回路的实验，理解了液压系统工作过程中、工作停止过程中的保压作用和方式;系统的快进、快退过程是通过液压系统的差动连接实现的;同步回路的实验，能够实现液压缸的同步运动，为动作执行件提供了同步运动;二级减速回路、背压阀限制系统最低压力二个实验让我们在速度控制精度和背压阀限制压力对系统的稳定、安全作用方面起到了很大作用。 总之，通过本章的实验，对液压系统的基本元器件结构和原理有了更进一步的了解和认识，对系统的传动回路种类、回路作用有了深刻的认识，不只停留在书本上的知识，试验是理论和实际相结合的最好渠道，受益匪浅。 13 第3章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计 第3章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计 3.1液压传动系统的技术要求 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的基本要求: (1) 机床的动作实现如下动作循环:定位?夹紧?快进?工进?停留(3s) ?快退?拔销?松开?停止; (2) 工件的定位与夹紧，由专门的定位夹紧液压缸实现，所需夹紧力不超过6000N; (3) 机床进给系统的工作循环为快进?工进?快退?停止。机床快进、快退速度为6m/min，工进速度为30,120mm/min，快进行程为200mm，工进行程为50mm，最大切削力Ft=25000N;运动部件总重量为G=15000N，加速(减速)时间为0.1s，采用平导轨，静摩擦系数Fs=0.2，动摩擦系数Fd=0.1。 要求设计此液压传动系统及其PLC控制系统。 3.2系统工况分析 3.2.1运动分析根据设计要求， 本设计运动循环图如图3-1所示 3-1 系统运动分析图 图 14 四川理工学院毕业设计 3.2.2 负载分析 本系统在工作过程中，液压缸主要受到静摩擦力、动摩擦力、惯性力、轴向切削力。液压缸在工作各阶段的负载分析如下: 启动阶段:F=G.Fs=15000×0.2=3000N(静摩擦力) F1=F/Ym=3333.3N 加速阶段:F=Fa+G.Fd=1530.6+15000×0.1=3030.6N F1=F/Ym=3367.3N 快进阶段:F=G.Fd=15000×0.1=1500N(动摩擦力) F1=F/Ym=1666.7N 工进阶段:F=F7+G.Fd=25000+15000×0.1=26500N F1=F/Ym=29444.4N 快退阶段:F=G.Fd=15000×0.1=1500N(动摩擦力) F1=F/Ym=1666.7N 液压缸在各阶段的负载值列表3-1: 表3-1 液压缸在各阶段的负载值 工况 负载组成 负载值F/N 推力F’=F/YM F=Fs 3000 3333.3 启动 F=Fd+Fa 3030.6 3367.33 加速 F=Fd 1500 1666.7 快进 F=Fd+Ft 26500 29444.4 工进 F=Fd 1500 1666.7 快退 注:1.液压缸的机械效率取Y=0.9;2.不考虑动力滑台上的颠覆转矩的作用. m 3.3确定执行元件的工作压力 3.3.1初选液压缸的工作压力 3.3.1.1 执行元件(液压缸)工作压力可根据以下两个主要条件选择:1，总负载;2， 主机设备类型。 3.3.1.2 由负载值大小查表3.2，参考同类型的组合机床表3.3，取液压缸的工作压力P 为4.5MPa. 表3-2 按载荷选择工作压力 载荷(10的四次 0.5-1 1-2 2-3 3-5 ,0.5 ,5 方) 15 第3章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计 3-4 4-5 ?5-7 工作压力MPa ,0(8-1 1(5-2 2(5-3 表3-3 各种机械常用的系统工作压力 机床 农业机械 液压缸 小型工程机械 大中型挖掘机 机械类型 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 建筑机械 重型机械 工作压力 0.8-2 3-5 2-8 8-10 10-18 20-32 Mpa 3.3.2确定液压缸的主要结构参数 为了简单方便，决定采用单杆活塞式液压缸，初步决定选差动快进回路，即在快进时作差动连接。液压缸无杆腔的工作面积A1为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆的直径d与缸筒直径D的关系为d=0.707D，。 由表3.3可知，组合机床液压系统的工作压力应小于6.3MPa。由此，液压缸无杆腔的压力可取P1=4.5MPa.在钻孔加工时，液压缸回路上必须有背压P2，以防止孔被钻通时滑台突然前出，由表3.4可知取P2=1MPa。快进时，液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降P存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取P?0.6MPa。快退时，回油腔是有背压力，这时P2也可按表3.4估算为0.5MPa。 表3-4 执行元件的背压力 系统类型 背压力Mpa 0.2-0.5 简单系统或轻载节流调速系统 0.4-0.6 回油带调速阀的系统 0.6-1.5 回油路设置有背压阀的系统 0.8-1.5 用补油泵的闭式回路 1.2-3 回油路较复杂的工程机械 回油路较短，且直接接回油箱 可忽略不计 由表3-1可知液压缸最大负载发生在工进阶段，据此来计算液压缸内径，由式9.19 4F,,{,,P1,P2(1,,v,2)},4，29444.4,{,4.5,(1,0.5)，,,1},单杆液压缸 D= =95.62mm ,vd=0.707D=67.60mm (其中=d/D=0.707 参见《液气压传动与控制》 袁子荣 主编 重庆大学出版社 Pg220)按GB/T2348-1993将直径圆整成标准值，由表3.5得:D=100mm(圆整直至最接近的标准直径，即按最接近的取值 比取90mm更好)，d=70mm。 16 四川理工学院毕业设计 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为: A1= 3.14D3 /4=7.854×10-3m2 A2=3.14(D2-d2)/4=4.006×10-3m2 A1-A2=(7.854-4.006)x10-3m2=3.848 x10-3m2 表3-5 常用液压缸内径D(单位mm) 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 3.3.3执行元件的工况图 根据上式D与d的值，可估计液压缸在各阶段中的压力、流量和功率，并据此画出工况图。 3.3.3.1计算工作压力 根据表3.4，本系统的背压力估计值可在0.5,1.5MPa范围内选取，故由上估算，工进时P2=1MPA，快进运动时P2=0.6MPa，液压缸在工作循环各阶段的工作压力P1计算如下: 差动快进阶段:P1=F/(A1-A2)+P2A2/(A1-A2) 工作进给阶段:P1=F/A1+P2A1/A2 快速退回阶段:P1=F/A2+P2A1/A2 式中: F----液压缸在各工作阶段的最大机械总负载; A1、A2----分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积; P2----液压缸出口的背压 计算如下: 差动:P1=F/(A1-A2)+P2A2/(A1-A2) =(1666.7+4.006×10-3×0.6×106)/3.848×10-3m2=1.06×106Pa 工进:P1=F/A1+A2P2/A1 =294444.4+4.006×10-3×1.0×106Pa=4.3MPa 退回:P1=F/A2+A1P2/A2 =(1666.7+7.854×10-3×0.6×106)/0.4006×10-3 =1.6MPa 3.3.3.2计算液压缸的输入流量 因为快进快退速度V=6m/min，工进速度为V2=30,120mm/min，取V2=60mm/min=0.6m/min，液压缸各阶段的输入流量为: 17 第3章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计 快进阶段 q1=(A1-A2)V=(7.854-4.006)×10-3×6m3/min=23L/min 工进阶段 q1=A1V2=7.854×10-3×0.6m3/min=4.7L/min 快退阶段 q1=A2V=4.006×10-3×6m3/min=24L/min 3.3.3.3计算液压缸的输入功率 快进阶段 P=P1q1=1.0×106×23/60×10-3W=383.3W=0.38KW 工进阶段 P=P1q1=4.3×106×4.7/60×10-3W=658W=0.34KW 快退阶段 P=P1q1=1.6×106×24/60×10-3W=560W=0.64KW 将以上的计算压力、流量和功率值列于下表3.6 表3-6 液压缸在各阶段的压力、流量和功率 工作阶段 工作压力P1/MPa 输入流量q1/(L/min) 输入功率P/KW 1.0 23 0.38 快进阶段 4.2 9.4 0.66 工进阶段 1.4 24 0.56 快退阶段 3.3.3.4执行元件的工况图如图3-2所示 图3-2 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的的工况图 因为快进、快退速度为6m/min(即0.1 m/s;快进行程为200mm，即0.2m);工进 速度为30,120mm/min，工进行程为50 mm(即0.05m)，则: 快进时间 t1=0.2/0.1s=2s 工进时间 t2=0.05/0.001s=50s 快退时间 t3=(0.2+0.05)/0.1=2.05s 3.4 液压系统图的拟定 18 四川理工学院毕业设计 a) b) 图 3-3 速度和换向回路分图 3.4.1 速度控制回路的选择 本机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度负载特性，故采用调速阀调速。有三种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 可供选择，即进口节流调速、出口节流调速、旁路节流调速。由工况图3-2可知，该机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载小，故可采用进口节流的调速回路。为了解决进口节流调速回路在孔钻通时出现滑台突然前冲现象，回油路应设置背压阀。由于液压系统选用了接口调速的方式，故采用开式系统。进油节流调速见下分图图3-3 a)所示。 3.4.2 换向和速度接口回路的选择 本机床的快进、快退速度较大，为保证换向平稳，且液压缸在快进时为差动连接。故三位五通Y型电液换向阀来实现运动换向，并实现差动连接。 为保证夹紧力可靠且单独调节，在支路上串接减压阀和单向阀;为保证定位->夹紧的顺序动作，在进入夹紧缸的油路上接单向顺序阀，只有当定位缸达到顺序阀的调节压力时，夹紧缸才动作;为保证工件确定已经夹紧后进给缸才能动作，在夹紧缸进口处装一压力继电器，只有夹紧液压缸达到压力继电器调定的压力时，才发出信号，使进给油路缸的三位五通电液换向阀电磁通电，进给缸才开始快进，分图见上图3-3所示。 3.4.3 压力控制回路的选择 由分析工况图可知，在该液压系统的工作循环内，液压缸交替地要求源油泵提供低压大流量和高压小流量的油液。在本机床中，快进快退所需的时间比工进所需要的时间 19 第3章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计 少得多。从提高系统的效率，节省能量的角度上看，宜采用双泵供油系统，或者采用变量泵加调速阀组成的容积节流调速系统，为便于观察和调速压力，在液压泵的出口处、换向进口处设置液压点。 3.4.4 液压系统图拟定 综合上述分析和所拟定的方案，将各种回路合理地组合成为该机床的液压系统，其原理图如下: 图3-4 整理后的液压系统图 1、2、16-压力继电器 3-行程阀 4-调速阀 5、11、14、20、21-单向阀 6-背压阀 7-顺序阀 8-过流器 9-双联叶片泵 10、15-压力表开关 12-溢流阀 13-减压阀 17单向顺序阀 18-二位四通电磁阀 19-三位五通电液阀 3.5液压元件的选择 3.5.1液压泵 3.5.1.1确定液压泵的最大工作压力 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为4.3MPa，根据经验取进口油路的压力损失为1MPa，压力继电路调整压力比系统最大工作压力高出0.6MPa，则高压小流量泵的最大工作压力应为: P= (4.3+1.0+0.6)MPa=5.9MPa P1 低压大流量泵是在快速运动时才向液压缸输送液压油的。由工作原理图可知，快进时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进口的压力损失为0.5MPa,则大流量泵的最高工作压力为; 20 四川理工学院毕业设计 P= (1.6+0.6)MPa=2.2MPa P2 3.5.1.2确定液压泵的流量Q P 由图3-3可知,两个液压泵,应向液压缸提供的最大流量为24L/min,若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%估算,则两台泵Q=1.1×24=26.4L/min,所以小流量泵的流量规P 格最少为12.4L/min 3.5.1.3选用液压泵的规格 根据以上压力和流量的数值查阅产品样本,为使液压泵有一定的压力储备,所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大26%-60%,最后确定YB1型。液压泵的总功率和YB1型双联叶片泵技术参数分别如下: 表3.7 液压泵的总功率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 0.6-0.7 0.65-0.80 0.60-0.75 0.80-0.85 总效率 表3.8 YB1型双联叶片泵技术参数 型 号 排量mL/r 额定压力MPa 转数r/min 驱动功率KW 重量kg YB1-2.5 2.5 0.6 1450 5.3 YB1-4 4 0.8 YB1-6 6 1.5 YB1-10 10 2.2 YB1-12 12 2 8.7 YB1-16 16 2.2 6.3 YB1-25 25 4 YB1-32 32 5 960 16.0 YB1-40 40 5.5 YB1-50 50 7.5 YB1-63 63 10 20.0 YB1-80 80 12 YB1-100 100 13 3.5.2电动机功率的确定 由于液压缸在快退时输入功率最大，这相当于液压泵输出压力的2.2MPa，流量 21 第3章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计 24L/min时的情况。如果双联泵的总功率为0.75，则液压泵的驱动电机所需要的功率为: P=Pqp/y=[2.2×106×24/(60×103)]/0.75=1.17kw ,,p 但是，根据YB1型双联叶片泵技术参数可知，液压泵(YB1-25)的驱动电机所需要的功率应该为4kw.故确定液压泵(YB1-25)的驱动电机所需要的功率为4kw.根据此数据查阅电机产品样本，选定电机为Y系列，定为Y90L-2和Y112M-2机型，如表3-9。 表3-9 Y系列电动机技术数据 满载时 型号 额定功率 额定转矩 电流A 转速功率% 功率因子 最大转矩 r/min Y90L-2 2.2 4.7 2840 82 0.86 2.2 Y112M-2 4.0 8.2 2890 85.5 0.87 2.2 3.5.3选择阀类元件 根据所拟定的液压系统原理图，计算分析通过各液压阀油液的最高压力和最大流量，选择液压阀的型号规格，列于下表3-10. 表3-10 液压元件的型号及规格 序 调节压力估计通过流量件 元件名称 型 号 规 格 /MPa /(L/min) 号 数 6.3MP，16 L/min 和 1 YB1-16/25 - 1 双联叶片泵 25L/min 三位五通电 2 35DY-63BYZ 6.3Mpa 60 1 液阀 3 6.3Mpa 50 1 行程阀 4 6.3Mpa 3 调速阀 ,1 QCI-63B 5 6.3Mpa 60 1 单向阀 6 I-63B 6.3Mpa 45 1 单向阀 7 XY-63B 6.3Mpa 2.0 25 1 液控顺序阀 8 B-10B 6.3Mpa 0.8 1 背压阀 ,1 9 Y-10B 6.3Mpa 5.4 4 1 溢流阀 10 I-63B 6.3Mpa 25 1 单向阀 11 XU-22×100 6.3Mpa 30 1 过流器 22 四川理工学院毕业设计 12 K-3B - 2 压力表开关 6.3MPa，3测点 13 I-63B 6.3Mpa 60 1 单向阀 14 DP1-63B 6.3Mpa 4.5 - 1 压力继电器 15 J-63B 6.3Mpa 4.6 30 1 减压阀 16 I-63B 6.3Mpa 30 1 单向阀 二位四通电 17 24D-40B 6.3Mpa 30 1 磁阀 大于插销压 18 XI-63B 6.3Mpa 1 单向顺序阀 力 19 DP1-63B 6.3Mpa 4.6 1 压力继电器 20 DP1-63B 6.3Mpa 4.6 1 压力继电器 3.5.4.1 油管选择 4max([])QV,，,油管内径可按下式计算: d=。 Qmax—管内最大流量; [V]—许用流速。 (参见《液气压传动与控制》 袁子荣 主编 重庆大学出版社) 油管内径一般可参照所选的元件油可尺寸确定，也可以按管路允许流速进行计算，中高压系统优先选用无缝钢管，本系统油管选中%18×1.6(%表示直径fai)无缝钢筒。 3.5.4.2 油箱选择(确定油箱容积) 小泵额定流量为: 16x960x0.9x10-3=13.82L/min; 大泵额定流量为: 25x10-3x960x0.9=21.6L/min; 大小泵流量和为: 13.82+21.6=35.424L/min; Qp=35.424L/min 油箱主要功能是储油和散热，通常根据散热要求来确定油箱容积，这里先根据一般经验值选取 V=(2-4)Qp; 低压系统 中压系统 V=(5-7)Qp; 高压系统 V=(6-12)Qp. Qp --额定流量 初步取V=7Qp=7x35.424=248L 油箱容积表:0 40 63 100 160 250 400 630 800 1000 1250(升L) 所以油箱容积可以初步选择:V1=250L和V2=400L 23 第3章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计 其他辅助元件的选择可按照要求选取。 另外油箱里应设置隔板，使回油和出油相隔开。 3.6液压系统的性能验算 3.6.1回路压力损失验算 压力损失包括管路的沿程损失?P1，管路的局部压力损失?P2和阀类元件的局部损失?Pa，总的压力损失为: P=P1+P2+Pa ???? 由于系统的管路布置还没有确定，整个回路的压力损失无法估算，仅能够根据阀类元件对系统产生的压力损失作为初步估算，供调定系统中一些压力值参考。 3.6.2热平衡演算 在所设计的系统中，工进在整个工作循环中所占的时间比例达92%[T=50/(50+2+2.05)=92%]，且此时效率最低，所以系统发热和油液温升主要是工进阶段造成的，可用工进时的状况来计算。 工进时液压缸的有效功率为: P=PQ=FV=25000×0.001W=25W 0222 工进时电机功率为: 5.810613.821030.310321.6，,，，,,，，,，,，，,(600.75103)P电机= = ,, 1.9KW 工进时总发热功率为: ,H=190025=1875W。 33已选定油箱容积为V1=250L和V2=400L，A2=0.6520.6540023.532，,,，,,Vm 假定通风良好，取油箱散热系数K=15W/(m2?).由式9.44有: ， ,T=H/KA==35.4?，环境温度T2设为20?，1875(153.53),， ,T+T2=35.4+20=55?(参见《液气压传动与控制》. 袁子荣 主编 重庆大学出版社) T1= 一般油温推荐在30-55摄氏度范围内，最高不应超过65摄氏度，最低不应低于15摄氏度，所以T1热平衡也满足要求，V=V2=400L较合理。 3.7 本章小结 本章是液压传动系统的项目开发部分，是前二章学习的基础上知识的巩固和应用。通过对卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计我们可以清楚地熟悉液压系统 24 四川理工学院毕业设计 设计的思路、过程，设计中的注意问题等等，为以后液压项目的开发奠定了基础。 本章的大致内容为，先是液压系统技术要求的确定，接着根据系统液压选择电机、液压泵或者马达。然后是根据系统要求选定适合的液压回路和液压元器件，综合分析拟定传动系统图，修改整理，最后是根据选择的液压元器件和选择的方案进行修正。在这整个过程中要对系统的要求有充分的认识，在设计过程中需要合理选择所需要的回路和元器件，通过它们之间的合理配合可以达到更好的效果。在系统设计中可达到更优的目的。 25 第4章 PLC系统的设计 第4章 PLC系统的设计 4.1动作要求 根据卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的原理图可知:按下启动按钮SA，电磁铁3ZT通电，液压缸2执行定位动作;当液压回路上的压力达到进入夹紧液压缸的油路上单向顺序阀调定压力时，夹紧液压缸执行夹紧动作;在保证工件确实夹紧后，压力继电器3发出信号，使三位五通电液阀的1ZT得电，三位五通电液阀换向使回路连接成为差动回路，滑动台液压缸执行快进动作;当滑动台液压缸撞到行程阀开关2XK时，行程阀开关动作，快进动作结束，滑动台液压缸进入工进状态;当滑动台液压缸碰到行程阀开关3XK时工进结束，三位五通电液阀的2ZT得电，滑动台液压缸进入快退状态;当碰到行程阀开关1XK，1ZT、2ZT失电，快退结束;接着3ZT失电，夹紧液压缸松开，全部液压缸动作停止。 4.2 I/O接线图 4.2.1确定输入输出接点的总数 输入接点:启动开关SA1、总停开关SA2行程阀开关1XK、2XK、3XK分别为SQ1、SQ2、SQ3;液压电磁阀磁铁1ZT、2ZT、3ZT分别为SB1、SB2、SB3。总共9个; 输出接点:定位、夹紧、快进、工进、快退、松开、停止、停止延时、夹紧灯、快进灯、工进灯、快退灯 总共11个。 4.2.2估算PLC内存总数 选取PLC类型，PLC内存总数取决于程序指令的总数。PLC内存总数又是选取PLC类型的重要依据，为此依据下面的经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 对指令总条数进行估算。 指令总条数:(10-20)×(输入总数+输出总数) 本设计中指令总条数(10,20)×(9+11)=200,400条。使用松下公司的FP1—C40(24个输入点16个输出点)小型可编程控制器。 4.2.3输入输出点分配 由以上分析可画出输入输出接线图，如图4-1所示 26 四川理工学院毕业设计 图中SA1、SA2分别为启动按钮和总停按钮;SB1、SB2、SB3和SQ1、SQ2、SQ3分别为换向阀的电磁和行程控制开关。 图4-1 I/O接线图 4.3控制流程图设计 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的动作设计的要求，机床的动作实现如下动作循环:定位?夹紧?快进?工进?停留(3s) ?快退?拔销?松开?停止;机床进给系统的工作循环为快进?工进?快退?停止。根据动作设计的要求画出控制流程图如图4-2所示。 27 第4章 PLC系统的设计 图4-2 控制流程图 4.4控制梯形图和程序设计 根据液压系统的工作原理图、液压阀的动作顺序和要求、以及控制流程图可得到控制梯形图，从而写出PLC控制程序如图4-3所示; 图4-3 PLC梯形图及语句表 28 四川理工学院毕业设计 4.5本章小结 本章的内容是卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的PLC控制设计。通过PLC控制，可以更加优化卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统，节约成本、容易操作，可实现系统的自动化。 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的PLC控制设计中主要有这几个问题; 根据液压系统的动作要求确定PLC的I/O总数 根据确定PLC的I/O总数选择PLC的型号，并且分配I/O的接口。 确定控制流程，画出控制梯形图，写出程序语句。 调试、修改、完成。 29 第5章 结论 第5章 结论 通过液压传动与项目开发的课题设计，我对液压元器件的结构特征、工作原理、应用领域有了一定的认识。在液压回路、液压系统的设计方面有了清楚的设计思路。其中包括使用自动化控制软件技术PLC进行液压控制、液压发展方向有一定的了解。 本次设计大致分为液压传动的现状和发展模块、基本液压回路的工作原理模块、卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统设计模块三个模块。心得体会如下: 液压传动的现状和发展模块:在这部分通过资料了解了液压传动的运用领域，液压技术的发展。包括液压元器件的更新、元器件的结构、加工工艺、液压系统的组成、控制，以及液压传动的介质从油向水发展的一些发展状况。 基本液压回路的工作原理模块:这部分的重点是基本回路的学习应用。液压系统回路分为压力控制回路、方向控制回路和流量控制回路三个大方向。具体到各种回路的特性又可分节流控制回路、调速回路、保压回路、定压回路、减压回路等。节流控制回路、调速回路控制系统执行元件的速度，保压回路能够使系统保持系统需要的压力。这些回路的实现都是通过液压阀的动作。比如减压阀，液压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使进出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀又分为定压、定比、定差减压阀，定压减压阀用于控制出口压力为定值;定比减压阀用于控制进、出口压力保持调定不变的比例;定差减压阀用来控制进、出口压力为定差。由这些基本的液压回路有机结合，通过完成指定的功能构成所需的液压系统。 卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统设计:这部分是通过卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统设计过程系统地学习了液压系统的设计思路，通过解决遇到的问题提高液压系统设计能力。在这部分，为了实现液压系统工作的自动化，智能化，采用了松下公司的FP1—C40小型PLC可编程控制器控制。 通过本次设计，我学到了不少，也遇到了很多问题。一方面和同学商量，另一方面向老师询问，自己也努力思考，在不断的学习，商量，询问和思考中，我锻炼了自己的独立思考和团结协作的能力，当然也存在很多缺点。液压元器件种类多，结构特点工作原理各有不同，各有所长，因此要想进一步地去认识和了解，需要花一定的时间去学习和研究;基本液压回路和液压元器件组合形成较复杂的液压系统，对各个液压元器件的特性和基本回路特点必须了解清楚，否则就会导 30 四川理工学院毕业设计 致对整个液压系统认识不清，不能很好的进行设计。为了克服和解决这些问题，我们只有通过不断的学习和思考总结，才能达到更好的效果。 31 参考文献 参考文献 [1] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社.2004.09 [2] 姜继海 宋锦春. 液压气压传动[M].北京:高等教育出版社.2003.07 [3] 张海根. 机电传动控制[M].北京:高等教育出版社.2001.12 [4] 张利平. 液压传动系统及设计[M].北京:化学工业出版社.2005.08 [5] 秦川机床厂. 液压试验台使用说明书 [6] 杜国森. 液压元件产品样本[M].北京:机械工业出版社.2000.04 . 液气压传动与控制 重庆大学出版社.2004.04[7] 袁子荣 32 四川理工学院毕业设计 致谢 也不知等了多久，本文终于完成了。不管怎样，总算把设计做完了，无论我的设计能否真的有用，我都已经尽力而为。每一个段落都注入了我的热情，每一行文字都凝结了我辛勤的汗水，每一幅图画，每一根线条都融入了我的心血，我的努力没有白费。从这次毕业设计中，我受益匪浅，我感谢关怀，教诲，帮助和支持我完成毕业设计老师们，有了他们的谆谆教导，我才能够顺利完成，在此特别感谢我的导师，做设计这段时间，他一直对我严格要求，细心教导，无私奉献。我也要感谢和我一起做设计的同学们和朋友们，他们也给了我莫大的帮助和支持，衷心感谢。 最后向在这半年设计过程中给过我帮助和支持的老师和同学给予我最崇高的敬意和最诚挚的谢意～ 33