大学毕业设计 液压开卷机系统设计

毕业设计液压开卷机系统设计系别专业班级姓名学号2012 ～ 2013 学年第一学期摘要:在带材加工设备中，开卷机是准备工序的主要设备，在带材运行时提供后张力，支撑带材,并配合直头机一起把带材送入矫平机。

本设计主要内容是设计液压开卷机放卷部分。

本设计研究了液压开卷机放卷部分的组成及其原理. 该设计采用了PLC系统和液压系统控制方法关键词：PLC 液压开卷机一、题目设计题目：开卷机液压系统设计工作循环：装工件—升降缸顶起—行程开关触动—小车开动—行程开关触动—夹紧油缸夹紧（回缩）—压力继电器工作—液控单向阀工作保压—小车回位—卸荷回路卸荷性能参数：负载1、升降油缸载荷: 15 T2、夹紧油缸载荷: 5 T行程1、升降油缸行程:H1 = 500 mm2、夹紧油缸行程:H2 = 100 mm速度1、升降油缸速度:V1 = 14 m/s2、夹紧油缸速度:V2 = 8 m/s设计要求：1、液压原理图的拟定。

2、主要液压元件的设计计算（例油缸）和液压元件、辅助装置的选择。

3、说明文件中涉及的图有：液压系统原理图、液压系统分块图、油缸结构示意图。

4、编写设计计算说明书一份二、拟定液压系统原理图1、升降缸回路的选择由于升降缸是竖直放置，当系统卸压时，系统瞬间卸压升降缸活塞杆容易掉落，因此升降缸回路用单向顺序阀在系统卸压的时候形成背压以防止升降缸活塞杆掉落。

如图（1）图(1)2、保压回路的选择本系统采用和单向阀的密封性和液压管路及油液的弹性来保压，要求液压缸等元件的密封性好。

如图（2）中18为液控单向阀图(2)3、卸压回路的设计为了防止高压系统在夹紧缸工作的时候空转，需要设计卸压回路。

当夹紧缸回路液控单向阀保压，升降缸、行走小车回位整个系统就卸压。

如图（3）图(3)4、减压回路选择因夹紧缸的压力不需升降缸的压力，因此在夹紧缸的回路上安装减压阀。

如下图中（4）中16为减压阀，图(4)5、调速回路的选择为了保持夹紧缸的速度恒定，在夹紧缸的回路上安装调速阀，如图(5)中18为调速阀图(5)6、油源选择由于设计要求，在压制时负载大速度低，在快退时负载小速度较高。

为了节省能源，减小发热，油源选用变量泵供油。

本设计的系统中采用限压式变量叶片泵，为了保证系统的安全，在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。

如图 (6)图(6)7、动作转换的控制方式选择在夹紧缸夹紧后，有规定的保压时间，在保压后，行走小车、升降缸回位。

本设计中采用时间继电器配合三位四通电磁阀实现动作的转换。

8、液压基本回路的组合将已选的液压回路，组合成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。

如图(7)图(7)开卷机液压系统原理图图形符号说明：1、油箱2、滤油器3、齿轮泵4、开关5、压力表6、二位二通电磁换向阀7、先导溢流阀8、柔性管路9、三位四通电磁换向阀 10、单向顺序阀 11、油缸12、行程开关 13、行程开关 14、行程开关 15、行程开关16、减压阀17、三位四通电磁换向阀 18、调速阀19、夜空单向阀 20、压力继电器 21、油缸 22、行程开关所示为组合后的液压系统原理图，对于此原理图可以简要地分析如下：表1（1）升降缸负载上升当系统电源启动后，电磁换向阀9右位接入系统，单向顺序阀被打开，液压油进入升降缸下腔。

系统主油路走向为：进油路：液压泵—升降缸换向阀9右位—单向顺序阀—升降缸下腔—行程开关12—升降缸换向阀9断电回油路：升降缸上腔—升降缸换向阀9右位—油箱（2）小车负载行走当升降缸换向阀9断电，电磁换向阀6通电系统卸荷，小车负载行走至行程开关14，触动行程开关14小车停止行走（3）夹紧缸夹紧、保压当小车停止行走后，电磁换向阀6断电，电磁换向阀17右位系统接通，通过减压阀16减压至调定压力，经过调速阀调速保持夹紧缸夹紧速度 持恒。

当夹紧缸夹紧后系统压力继续上升，达至压力继电器调定压力后，发信号换向阀17断电，系统停止供油夜空单向阀保压。

系统主油路走向为：进油路：液压泵—电磁换向阀6断电—减压阀—电磁换向阀17右位—调速阀—液控单向阀—夹紧缸右腔回油路：夹紧缸左腔—电磁换向阀17右位—油箱（4）快速回退当夹紧缸油路保压后，换向阀9左位，单向顺序阀控制回油速度，以保证升降缸下腔液压油不会瞬间抽空，防止活塞杆受力下掉，当升降缸回位后小车行走回位。

小车回位触碰行程开关15，行程开关15发信号换向阀6通电，整个系统卸荷。

系统主油路走向为：进油路：液压泵—换向阀9左位—升降缸上腔回油路：升降缸下腔—单向顺序阀—换向阀9左位—油箱（5）卸荷小车回位触碰行程开关15，行程开关15发信号换向阀6通电，整个系统卸荷。

系统主油路走向为液压泵—换向阀6—油箱（6）夹紧缸回位当钢卷完全展开时通过感应器发送信号到6，6接到信号断电，4YA 通电，整个系统回压 ，油缸21伸出回位触碰到行程开关22，22发信号给4YA ，4YA 断电，油泵3关闭整个循环完成 ，系统主油路走向为：进油路：液压泵—电磁换向阀6断电—电磁换向阀17左位—夹紧缸左腔 回油路：夹紧缸右腔—电磁换向阀17左位—油箱三、液压系统的计算一、油缸的选择 夹紧缸：缸径杆径 = 11063有杆腔面积：S 1= Π4（1102-632）= 63.82 cm 2 = 6382 mm 2油缸压力：p 1 = P S 1 = 5000x9.8 6382= 7.67 mp a ≈ 8 mp a油缸压力为：8 mp a实际压力：p *=1.15 x 8= 9.2 mp a 油箱容积：v 1=S 1 x H 1=6382x100=638200 mm 2≈0.64 l 流量： Q *S1= V 1 x S 1 = 8 x 6382 = 51056 mm 3/s= 51 cm 3/s = 0.051 l/s 每分钟流量：Q S1=0.051 x 60 ≈ 3.06 l/mim升降缸： 缸径杆径 = 14080 无杆腔面积S 2= Π4 x 142 = 153.86 cm 2 = 15386 mm2 油缸压力：p 2= P S 2 = 15000x9.8 15386= 9.55 mp a ≈ 10 mp a油缸压力为：10 mp a实际压力：p *=1.15x10 = 11.5 mp a 油箱容积：V 2=S 2 x H 2 =15386 x 500 =7693000 mm 2≈7.7 l 流量： Q *S2=V 2 x S 2= 14x15386 =215404 mm 3/s= 215cm 3/s = 0.215 l/s Q S2= 0.215 x 60 ≈ 12.5 l/mim二、油泵选电动机择实际压力：p *= 11.5 mp a 流量：Q S2= 12.5 l/mim选取 CBF-E514-ALPL 齿轮泵 额定压力：P N = 16 mp a 瞬时最大压力：20 mp a流量：Q= 14 ml/r 效率：0.91 电机功率：转速：960 r/min流量：Q=14 ml/r x 960 r/min=13440 ml/min= 13.44 l/min= 2.24 x 10-4 m 3/sω=Qp η = 2.24x10-4x16x1060.91=3938 w =3.9 kw ≈ 4 kw可选 4 kw 电机 转速960 r/min 油泵额定功率：ω= 3.9 kw 溢流阀调定压力：14 mp a 油泵的工作功率为：ωg = 14x106x2.24x10-40.91 = 3.5 kw三、管道内径计算 取各油管油液速度V 吸= 1 m/s V 压= 5 m/s V 回= 2 m/s 管道内径：d= 1130 x √QVV 吸 = 1130 x √2.24x10-41 =16.9 mmV 压 = 1130 x √2.24x10-45 =7.56 mmV 回 = 1130 x √2.24x10-42 =1196 mm管道内壁：δ≧pd 2[σb] (d=0.075m [σb]=σb 6=296x1066 p=16x106p a )δ≧16x106x7.56x10-3x62x296x106=0.00122m= 0.0013 m =1.3 mm 取δ=2 mm 的冷拔无缝钢管 ∴D 压 =12 mm(δ=2 mm) D 吸 =20 mm(δ=1.5 mm) D 回 =16 mm(δ=1.5 mm)四、油箱的确定考虑到散热情况，容积系数取 a=6容积：V 箱=a x Q =6 x 12.9 =77.4 l ≈80 l 油箱尺寸：L a x B a x H a = 0.5 x0.5 x 0.4 油箱高度：H b = 34x 0.4 = 0.3 m油液容量：V油= L a x B a x H a =0.5 x 0.5 x 0.3=75 l四、液压元件及辅助元件的选择拟定的原理图所需元件见下表五、草图设计草图明细表六、PLC系统控制I/O分配图:顺序功能图:梯形图:工作流程：按下启动按钮----油泵3启动、1YA打开----C1----小车前进----C2----2YA打开----压力继电器动作----3YA打开、1YA关闭----（油缸11回缩）----C3----小车后退----C4----5YA打开、钢卷展开、3YA关闭、2YA关闭----钢卷展开到位----5YA关闭、4YA打开----（油缸21伸出）----C5----4YA关闭、油缸3关闭七、心得体会液压与气压传动课程设计，是在液压与气压课程之后进行的实践性教学环节．其目的在于通过对各种企业、工厂中所涉及到的各种机床设备中的液压系统的设计，使我们在拟定液压系统方案过程中，得到设计构思、工作情况、元件设计计算、元件选择、系统的详细确定、编写技术文件查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养了我们具有初步的结构分析、结构设计和计算能力．本次的毕业设计是我第一次接触到的比较复杂的液压系统设计.从设计之初的对题目无从下手到对题目的逐一分解，由老师的指导下，对设计过程有初步的了解，这一步，我学会了分析复杂问题的能力。

在设计时，有过错误，但是在老师的帮助下，对方案的确定、元件选择等有了更深的掌握.本次设计因为初次设计较复杂的系统，在设计中有不少错误，但是我觉得更多的是收获，联系了计算机辅助绘图，扎实了基本功.也练习了资料、机械手册和图册等的查阅.通过本次设计我觉得我们的设计功底有了更进一步的提高，为即将进入工作岗位的我们打下了坚实的基础。

八、参考文献[1]. 《液压与气压技术》.谢仁明等主编.北京.人民邮电出版社.2007[2]. 《液压元件手册》.黎启柏等主编.北京.机械工业出版社.2000[3]. 《现代电气控制及PLC实用技术（第2版）》.王永华编著. 北京.北京航天航空大学出版社. 2008[4]. 《PLC编程及应用(第3版)》.廖常初.机械工业出版社.2008九、致谢经过今半年的学习和忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。