机电液综合课程设计 完整版

机电液课程设计

一、任务书

现有一台卧式铣削专用机床。

1、技术参数

（1）运动部件重量为20000N，最大铣削力为16000N（采用平面导轨），夹紧力为35000N。（2）快进、快退速度为10m/min，工进速度为100~200mm/min。

（3）主液压缸最大行程为450mm，其中工进行程为220mm；夹紧缸行程为30mm。

（4）夹紧时间为2s。

（5）平面导轨与工作台之间的摩擦系数f jing=0.2，f dong=0.1

2、要求液压系统完成的工作循环

工件夹紧→工作台快进→工作台工进→工作台快退→工件松开

具体要求：（1）每一次循环结束，主轴电机和液压电机不停止。

（2）机床具有“半自动”和“调整”两种工作状态，机床处于“调整”工作循环时，可分别实现对液压滑台的单独点动控制。

3、需完成的设计任务如下：

（1）计算主运动的切削力、并选择动力部件。

（2）计算液压系统（进给系统）各工作阶段的负载，并选择液压系统的电机、泵和阀。（3）绘制液压系统原理图。

（4）根据工作循环确定电磁阀磁铁的动作表，选择液压控制系统的输入和输出设备，绘制PLC(C型)的端子接线图。

（5）PLC的梯形图控制程序。

（6）编写设计说明书（5000字以上）。

参考书：（1）章宏甲等，液压与气压传动，北京；机械工业出版社，2003

（2）赵永成等，机电传动控制，北京；中国计量出版社

（3）液压手册

（4）可编程序控制器

二、液压系统设计

1、分析负载 1.1主液压缸负载 外负载：F g =16000N 惯性负载：200010/0.15602222.22m v

F m

t

∆==••=∆N 阻力负载：法向力 F n =mg =20000N

静摩擦阻力 F=f jing Fn =4000N 动摩擦阻力F=f dong Fn =2000N

由此得出主液压缸在各工作阶段的负载如表1所示

表1 主液压缸各工作阶段负载

1.2夹紧缸负载

外负载：F g =35000N 惯性负载：200010/260166.67m v

F m

N t

∆==••=∆ 阻力负载：法向力 F n =mg =20000N

静摩擦阻力 F=f jing Fn =4000N 动摩擦阻力 F=f dong Fn =2000N

由此得出夹紧液压缸在各工作阶段的负载如表2所示

表2 夹紧液压缸各工作阶段负载

2、确定执行件主要参数

2.1主液压缸内径D 及活塞杆外径d

滑台快进快进速度相等，液压可选用单活塞杆式，快进时差动连接，空载启动压力

P min =0.3Mpa 。

快进、快退速度均为10m/min ，并采用单活塞杆液压缸，所以无杆腔的面积A 1与有杆腔的面积A 2的比值φ=A 1/A 2=2

在工进时，负载F 最大，所以：

)](/[212P P F A m -=ϕη

其中，F=18000N ，由此可查表得，P 1=2.5~3Mpa ，取3Mpa ，背压P 2取0.6Mpa 。 可得：

A 2=3472.22X10-6m 2；

A 1=φA 2=6944.44X10-6m 2

；

主液压缸内径0.09406D m =

=；

及活塞杆外径0.7070.067d D m ==；

将D 和d 圆整为标准值后得，D =100m m ，d =70m m ; 于是，实际的面积A 1=78.5 cm 2，A 2=40.03c m 2。

2.2夹紧缸内径D 及活塞杆外径d

夹紧缸的工作要求较主液压缸简单，可以采用相同的样式，以相同的方法进行分析可得： D =160m m ,d =100m m ,A 1=0.02m 2,A 2=0.0122m 2。

3.液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值

在确定了执行件的主要参数之后就可以进行液压缸各工作参数的计算，为选取液压泵，阀以及电动机做准备。

表3主液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值

96.0=m η

表4 夹紧缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值

4、确定液压泵、液压泵电动机的主要参数

在大致确定了各个缸在各工作阶段的工作参数之后，就可以凭借这些参数粗略地定出： a. 液压泵的最大工作压力

∑∆+=p p p p

其中，由于管路简单但有调速阀，所以∑∆p 取0.6Mpa ，

p 为最大工作压力，为2.69Mpa ，所以p p =3.29Mpa 。 b. 液压泵的流量

443max 1.2 6.6710810/p l q k q m s --≥=⨯⨯=⨯

其中，k L 是考虑系统泄露以及溢流阀保持最小溢流的系数，因为该系统泄漏量较大，所以

k L =1.2。

c. 液压泵电动机的功率

p

p

p p q p p η∆=

初步拟采用异步电动机叶片泵的形式，因为异步电动机的机构简单，陈本低，转速稳定，足

够满足使用要求，而采用叶片泵是因为其流量脉动小，中低压的叶片泵的工作压力与计算值较接近，容积效率高，转速范围大，使用寿命长，所以ηp=0.75，所以p p=3.51kw。

5.液压泵及电动机的选择

根据前面所计算得的数据，参考各种液压泵及电动机的产品选择出需要的液压泵和电动机。

表5 所选用的液压泵、电动机的型号及相关参数

部件型号参数

液压泵YB-D4O 额定压力10Mpa, 排量40mL/r

异步电动机Y100L2-4 额定功率3kw转速1430r/min

由此可以得出液压泵的实际输出流量为q p=40X1430./1000=57.2L/min。

二、液压回路的设计

首先，根据任务的要求，所设计的液压系统要分别实现进给和夹紧功能，所以在系统中需要两个缸，分别由两条油路来控制。

主液压缸油路上，由之前的计算值可以看出液压泵的额定压力高于所需压力，所以需要一个溢流阀作压力控制同时作为安全阀，同时该缸要能快进、工进、快退，所以需要一个方向控制阀，而且工进的速度还要能调节，所以应该设置一个调速回路。

夹紧缸邮路上，同样，由之前的计算值也可看出其所需压力及流量均小于液压泵的输出值，所以溢流泵应该放在两油路的交点之前，并设置调速回路，同时，为了保证夹紧，应该设置保压回路。夹紧缸也要求能实现夹紧放松的两个方向的运动，所以方向控制阀也是必须有的。

我所设计的液压原理图如图所示

图1 液压原理图