小型壓力機的設(shè)計

1、 機電液控制課程設(shè)計機電液控制課程設(shè)計設(shè)計題目： 小型壓力機課程設(shè)計 學生姓名： 學 號： 學 院： 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師： 目錄摘要.1第一章 液壓缸的相關(guān)計算.21.1 液壓缸主要零件的材料的選取及主要依據(jù).21.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的相關(guān)計算.21.3 液壓缸壁厚的計算.31.4 對活塞桿直徑d進行強度校核.41.5 缸蓋固定螺栓3d的計算 .41.6 缸體與缸蓋采用螺紋連接時的應(yīng)力計算.51.7 活塞與活塞桿采用螺紋連接時的應(yīng)力計算.61.8 關(guān)于液壓缸緩沖裝置的說明.71.9 關(guān)于液壓缸排氣裝置的說明.7第二章 計算和選擇液壓系統(tǒng)中其他元件.72.1 計算液壓泵的

2、最大工作壓力.72.2 計算液壓泵的流量.72.3 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率.82.4 確定閥類元件及輔件.82.5 驗算液壓系統(tǒng)性能.10第三章 液壓系統(tǒng)原理圖、硬件電路圖及各階段動作過程.12第四章 PLC 端子接線圖及 PLC 梯形圖 .15第五章 工作原理說明.17第六章 關(guān)于本次課程設(shè)計的心得與小結(jié).18參考文獻.19摘要摘要：本次課程設(shè)計是以此綜合液壓與氣壓傳動、機電傳動控制等相關(guān)課程的以此課程設(shè)計。本次課程設(shè)計的內(nèi)容是設(shè)計一臺小型壓力機。通過可編程序控制器（PLC）對液壓系統(tǒng)回路進行控制，從而使執(zhí)行元件（液壓缸）完成相應(yīng)的快進、工進、快進的動作。同時利用 PLC 中的計時器，

3、對快進動作限制為，對工進動作限制為，然后自動快退，直至回到原點。液壓系統(tǒng)運行200s50s穩(wěn)定，易于得到相應(yīng)電控制的特點在本設(shè)計中得到了應(yīng)用。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：液壓傳動；可編程序控制器（PLC） ；壓力機；第一章第一章 液壓缸的相關(guān)計算液壓缸的相關(guān)計算1.1 液壓缸主要零件的材料的選取及主要依據(jù) （1）缸體 無縫鋼管 45 鋼 無縫鋼管用作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準備周期短，適用于大批量生產(chǎn)，標準液壓缸大部分都會采用無縫鋼管，并且一般常用調(diào)質(zhì)處理的45 鋼 （2）活塞 鑄鐵 HT200 活塞常用材料灰鑄鐵，耐磨鑄鐵，35 及 40 鋼和鋁合金等缸體直徑較小的整體式活塞用 3545 鋼

4、，其他多用灰鑄鐵 （3）活塞桿 45 鋼 活塞桿常使用 35，45 剛等材料對于沖擊振動很大的活塞桿，也可以使用55 鋼一般實心的活塞桿用 35，45 鋼 （4）前缸蓋 45 鋼 缸蓋常用 35，45 鋼的鍛件或鑄造毛坯，也可以使用鑄鐵材料 （5）后缸蓋 45 鋼 缸蓋常用 35，45 鋼的鍛件或鑄造毛坯，也可以使用灰鑄鐵材料，起導(dǎo)向作用時則使用鑄鐵1.2 液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑的相關(guān)計算Dd圖 1.1 液壓缸示意圖如圖 1.1 液壓缸示意圖所示，當液壓缸活塞桿向右運動時，設(shè)液壓缸無桿腔面積為，液壓缸的工作壓力為，有桿腔面積為，其壓強為1A12.5PMPa2A20.5PMPa于是，有 （1.

5、1）2114AD （1.2）22214ADd再有，油缸內(nèi)經(jīng)與活塞桿直徑比為 （1.3）/0.73d D 工作時的最大負載13000FN列出液壓缸的受力方程，得 （1.4）1122PAFP A通過以上所述各式，可以得出212240.0854685.46FDmmmdPPPD0.7362.39dDmm根據(jù) GB/T2348-1993，液壓缸內(nèi)徑尺寸系列和液壓缸活塞桿外徑尺寸分別對和進行圓整，取，Dd100Dmm70dmm1.3 液壓缸壁厚的計算依據(jù)設(shè)計手冊，可知 （1.5） 2yP Dq其中：為液壓缸缸壁厚度，為實驗壓力（工作壓力時，qyP16PMPa；工作壓力時，） ，為缸體材料的許用應(yīng)力（1.5

6、yPP16PMPa1.25yPP （1.6） n式中：為缸體材料的抗拉強度；為安全系數(shù)，一般?。﹏3.5 5n 5n 選用 45 鋼，其抗拉強度為，于是500 550MPa1.51.5 2.53.75yPPMPa 5501105MPan 3.75 1001.70522 110yP Dqmm根據(jù)無縫鋼管外徑尺寸系列，選取其外徑為，其厚度即為121mm，滿足要求.10.51.705mmmm1.4 對活塞桿直徑進行強度校核d根據(jù)設(shè)計手冊,可知 （1.7） 4Fd （1.8） 3931.4MPa式中：為工作時的最大負載，即，于是有F13000FN 644 130006.490393 10Fdmm 上述

7、計算得，所以滿足要求.706.490dmmmm1.5 缸蓋固定螺栓的計算3d （1.9） 35.2KFdZ式中：為工作時的最大負載，即，為螺紋擰緊系數(shù)，F(xiàn)13000FNK，擰緊系數(shù)為取，為固定螺栓個數(shù)，螺栓個數(shù)取 4 個，1.12 1.5K 1.5Z為螺栓許用應(yīng)力， （1.10） 31.22 2.5為材料的屈服點為，3355MPa根據(jù)計算得： 35.25.2 1.5 130004.7735542.5KFdmmZ 選取 M8 的螺栓。1.6 缸體與缸蓋采用螺紋連接時的應(yīng)力計算缸體螺紋處的拉應(yīng)力為： （1.11）2214KFdD螺紋處的應(yīng)力為： （1.12）103310.2K KFddD由應(yīng)力合成

8、公式可知： （1.13）223n以上式中：為螺紋連接處的拉應(yīng)力；為螺紋擰緊系數(shù)，靜載荷時，取K；動載荷時，取，在此，取；為螺紋內(nèi)摩擦系1.25 1.5K 2.5 4K 3K 1K數(shù)，取，為螺紋外徑；為螺紋內(nèi)徑；10.12K 0121dmm1120dmm為液壓缸內(nèi)徑；為螺紋外的切應(yīng)力；為螺紋材料的許用應(yīng)力100Dmm （1.14） sn為螺紋材料的屈服極限，；為安全系數(shù)，取；s355sMPan2n 為合成后的總應(yīng)力；為缸體螺紋處所受到的拉力nF于是，通過計算可得：2222613 1300011.291201001044KFMPadD3103333910.12 3 13000 121 103.27

9、0.20.212010010K KFdMPadD 2222311.293 3.2712.63nMPa 355177.52sMPan故，因此，其螺紋連接符合要求. 12.63177.5nMPaMPa1.7 活塞與活塞桿采用螺紋連接時的應(yīng)力計算活塞桿危險截面處的拉應(yīng)力為： （1.15）1214KFd活塞桿危險截面處的切應(yīng)力為： （1.16）110310.2K KFdd活塞桿危險截面處的合成應(yīng)力為： （1.17）223n以上式中：為螺紋連接處的拉應(yīng)力；為螺紋擰緊系數(shù)，靜載荷時，取K；動載荷時，取，在此，??；為螺紋內(nèi)摩擦系1.25 1.5K 2.5 4K 3K 1K數(shù)，取，為螺紋外徑；為螺紋內(nèi)徑；為螺

10、紋外10.12K 070dmm169dmm的切應(yīng)力；為螺紋材料的許用應(yīng)力 （1.18） sn為螺紋材料的屈服極限，；為安全系數(shù)，取；s355sMPan2n 為合成后的總應(yīng)力；為液壓缸輸出的壓力n1F于是，通過計算可得：2222661210070102.5 1010013.8344FDdPN 355177.52sMPan122613 1300010.43691044KFMPad311033910.12 3 10013.83 70 103.840.20.2 6910K KFdMPad 2222310.433 3.8412.37nMPa 故，因此，其螺紋連接符合要求. 12.37177.5nMPaM

11、Pa1.8 關(guān)于液壓缸緩沖裝置的說明 一般的液壓缸可以不考慮緩沖要求，當活塞的運動速度很高和運動部分質(zhì)量很大時，就會產(chǎn)生很大的慣性力。如果活塞在行程終端與液壓缸底部（或缸蓋）產(chǎn)生機械碰撞，會出現(xiàn)很大的沖擊和噪聲，甚至導(dǎo)致液壓缸、液壓系統(tǒng)管路以及各種閥類元件的破壞。因此，為了防止或緩解這種沖擊以及減輕動作過程中產(chǎn)生的噪聲，可以在液壓回路中設(shè)置減速閥和制動閥，使得活塞減速制動，也可以在液壓缸內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的緩沖裝置。1.9 關(guān)于液壓缸排氣裝置的說明液壓系統(tǒng)在安裝過程中或在長期的工作之后會滲入空氣，油液中也會混入空氣，由于氣體具有較大的可壓縮性，這將使得液壓缸工作中產(chǎn)生振動、顫抖和爬行，并伴隨有噪聲和

12、發(fā)熱等系列不正?，F(xiàn)象。因此在設(shè)計液壓缸結(jié)構(gòu)式，要保證能夠及時排除幾句在缸內(nèi)的氣體。一般利用空氣比重較液壓油輕的特點，在液壓缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置進出油口或?qū)ｉT的排氣裝置，如排氣螺釘、排氣閥等，使積聚在缸內(nèi)的氣體得以排除。第二章第二章 計算和選擇液壓系統(tǒng)中其他元件計算和選擇液壓系統(tǒng)中其他元件2.1 計算液壓泵的最大工作壓力液壓缸在其工進時的工作壓力最大，最大的工作壓力為，如22.5PMPa在調(diào)速閥進油口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失，0.3PMPa則液壓泵的最高工作壓力的估算值為： （2.1）22.50.32.8PPPPMPa2.2 計算液壓泵的流量液壓系統(tǒng)通過液壓泵向液壓缸輸入的最大流

13、量應(yīng)為： （2.2）263216100105 1039.25 / min44 10qAvD vL 所以液壓泵的流量： （2.3）Pqq液壓缸工進時的流量為： （2.4）26322 11670100.8 103.08 / min44 10qA vd vL2.3 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率根據(jù)以上所計算的液壓泵的最大工作壓力和液壓泵的流量數(shù)值，查閱相關(guān)產(chǎn)品的樣本，并加以考慮液壓泵存在的容積損失，最后確定選取 CB-D 外嚙合齒輪油泵。泵的排量為，當液壓泵的轉(zhuǎn)速時，其理論流50/mL r940 / minPnr量為，并取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實際輸出流47/ mintqL0.9V量為： （

14、2.5）47 0.942.3 / mintVqqL由于液壓缸在快進時的輸入功率最大，若取液壓泵的總效率為，這0.8時液壓泵的驅(qū)動電動機功率為 （2.6）6332.8 1039.25 102.2960 0.8 10PP qPKW根據(jù)以上公式所得的數(shù)值，查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的 Y132-6 型電動機，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速為3.0KW960 / minr2.4 確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各種閥類元件及輔件的實際流量，經(jīng)查閱產(chǎn)片的樣本說明，選出的閥類元件和輔件的規(guī)格如下表所列：表 2-1 所選閥類元件和輔件規(guī)格元件名稱通過的最大流量/ minq L型號額定流量/ minnq

15、L額定壓力/nPMPa額定壓降/P MPa外嚙合齒輪泵70CB-D10調(diào)速閥8Q-10B66.3溢流閥5.1Y-10B106.3濾油器36.6LV-80X200806.30.02單向閥25AF3-Ea10B806.30.02三位四通電液閥34D-10B二位三通電液閥23D-10B確定油管的內(nèi)徑 油管的內(nèi)徑計算式為： （2.7）4qdv根據(jù)油管的允許流速推薦值，選擇流速2/vm s代入上式中，計算可得：3344 39.25 101020.4602qdmmv根據(jù)油管內(nèi)徑的尺寸系列，經(jīng)數(shù)據(jù)圓整，選取內(nèi)徑為的軟管.20mm密封件的選擇在液壓元件及其系統(tǒng)中，密封裝置用來放置工作介質(zhì)的泄漏及外界灰塵和異物

16、的侵入。其中氣密封作用的元件，即密封件。在本次的課程設(shè)計中，采用O 形密封圈，其具有如下優(yōu)點：（1）密封性好，壽命長；（2）用量少，單圈即可對兩個方向起密封作用；（3）動摩擦阻力較?。唬?）對油液、溫度和壓力的適應(yīng)性好；（5）體積小，重量輕，成本低；（6）密封部位結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，拆裝方便；（7）既可作為靜密封，也可作為動密封使用。油箱的相關(guān)說明。油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功能是：（1）儲存系統(tǒng)所需的足夠油液；（2）散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的一部分熱量；（3）分離油液中的氣體和沉淀物。估算油箱的體積： （2.8）7 39.25274.75PVqL經(jīng)過數(shù)據(jù)圓整后，取300VL2.5 驗算液壓系統(tǒng)性能驗

17、算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，整個系統(tǒng)壓力損失無法全面估算，但對中小型液壓系統(tǒng)，管路壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失驗算按一個循環(huán)的不同階段進行：（1）快進、快退時5/ minvm快進、快退時，進油回油通過電磁閥，流量為，回油通過39.25 / minqL電磁閥為。所以回油壓力為36.23 / minqL （2.9）22139.252 12.045236.23p 值略大于估計值 ，重新計算油腔壓力為，通過重新計算后，其基本2p11p等于有效算數(shù)值。所以溢流閥應(yīng)調(diào)整為以上。3.55MPa（2）工進時0.8/ minvm，所以溢流閥在以上滿足要求。22.50.32

18、.8PPPPMPa3.55MPa即在正常工作時，不會使溢流閥開啟驗算油液溫升液壓泵工作壓力為，流量為，2.8PMPa39.25 / minqL940 / minPnr因此， （2.10）6332.8 1039.25 102.2960 0.8 10PP qPKW其中液壓泵總輸出功率。假定PP （1.11）PPP 為液壓系統(tǒng)發(fā)熱功率。P油箱的散熱面積為 （2.12）32626.5 300102.91Am根據(jù)表油箱散熱系數(shù)查得 （2.13）9/(C)KWm則按式ptKA （2.14）求出溫升為7.9tC 根據(jù)表機械允許溫升 ，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。第三章第三章 液壓系統(tǒng)原理圖、硬件電路圖及各階

19、段動作過程液壓系統(tǒng)原理圖、硬件電路圖及各階段動作過程3.1 液壓系統(tǒng)原理圖根據(jù)以上我們對液壓缸，即執(zhí)行元件和電動機，液壓泵，即動力源的計算與對閥類元件和其他輔件的選擇，將其連接成為液壓系統(tǒng)原理圖，如圖 3.1 所示。圖 3.1 液壓系統(tǒng)原理圖1-油箱 2-濾油器 3-液壓泵 4-溢流閥 5-三位四通換向閥6-單項調(diào)速閥 7-二位三通換向閥 8-液壓缸 9-行程開關(guān)3.2 硬件電路圖在對整個液壓系統(tǒng)的電氣控制方面，對于繼電器接觸器的設(shè)計（包括主電路和控制電路）如圖 3.2 所示。 、當按下啟動開關(guān)后，主接觸器得電，于是其主觸頭閉合，控制電路1SB1KM中的輔助出頭閉合，將啟動開關(guān)短路實現(xiàn)自鎖，此

20、時，電動機開始轉(zhuǎn)動，液1SB壓泵向液壓系統(tǒng)中泵油。于是可以按下執(zhí)行開關(guān)，這時三位四通換向閥的得電，其左位接通，2SB1YA同時時間繼電器和輔助接觸器得電，于是的輔助觸頭閉合，將執(zhí)行開1KT1K1K關(guān)短路自鎖，同時時間繼電器開始計時，其設(shè)定時間為，在這段2SB1KT200s時間內(nèi)，液壓缸執(zhí)行快進工作。當完成時，時間繼電器開始動作，其200s1KT動合觸頭閉合，這時二位三通換向閥的得電，其右位接入電路，同時時1KT3YA間繼電器和輔助接觸器得電，于是的輔助觸頭閉合，將時間繼電器2KT2K2K的動合觸頭短路自鎖，同時時間繼電器開始計時，其設(shè)定時間為，1KT2KT50s在這段時間內(nèi)，液壓缸執(zhí)行工進工作

21、。當完成時，時間繼電器開始動作，50s2KT其動合觸頭閉合，這時三位四通換向閥的得電，其右位接入電路，同2KT2YA時輔助接觸器得電，于是的輔助觸頭閉合，將時間繼電器的動合觸頭3K3K2KT短路自鎖，于是液壓缸開始執(zhí)行快退運動，當其運動到指定位置碰觸到行2KT程開關(guān)時，控制電路斷電，于是電動機停止轉(zhuǎn)動，液壓泵停止向液壓系統(tǒng)1SQ內(nèi)泵油，任務(wù)書所要求的動作完成。圖 3.2 硬件電路圖3.3 各階段動作過程的說明快進：按下，啟動液壓泵，按下使得電，執(zhí)行快進動作。1SB2SB1YA工進：當快進時間達到時，使得得電，執(zhí)行工進動作。200s3YA快退：當快進時間達到時，使得失電，得電，執(zhí)行快退動作。50

22、s1YA2YA停止：碰到行程開關(guān)，使得，全部失電，則液壓系統(tǒng)不1SQ1YA2YA3YA再工作，全部停止工作。表 3-1 液壓閥電磁鐵工作狀態(tài)表液壓閥電磁鐵工作狀態(tài)動作名稱1YA2YA3YA快進-+-工進+-快退+-+停止-第四章第四章 PLC 端子接線圖及端子接線圖及 PLC 梯形圖梯形圖4.1 PLC 選擇 根據(jù) PLC 的動作循環(huán)、動作要求確定 PLC 輸入點數(shù) 5 個，輸出點數(shù) 4 個，因此選擇歐姆龍的 C20P 型號的 PLC。它共有 20 個 I/O 點數(shù)，其中：輸入點數(shù)8 個，輸出點數(shù) 12 個。4.2 端子接線圖 在完成 PLC 的選擇之后，就要對 PLC 進行端子接線，要將啟動

23、開關(guān)，1SB執(zhí)行開關(guān)，急停開關(guān)，行程開關(guān)，熱繼電器分別與 PLC 的輸入2SB3SB1SQFR端子相連接，其次將繼電器，三位四通換向閥的和，二位三通換1KM1YA2YA向閥分別與 PLC 的輸出端子相連接，關(guān)于時間繼電器與，我們使3YA1KT2KT用 PLC 中自帶指令計時器代替，輔助接觸器，分別使用 PLC 中的內(nèi)1K2K3K部接觸器完成。于是繪制如圖 4.1 的端子接線圖。圖 4.1 端子接線圖4.3 PLC 梯形圖 有了如上的各個主要器件和 PLC 端子中指令的對應(yīng)關(guān)系，我們根據(jù)器件之間的關(guān)系，基于之前所繪制的圖 3.2 硬件電路圖，繪制了圖 4.2PLC 梯形圖。圖 4.2 PLC 梯

24、形圖4.4PLC 語句表根據(jù) 4.3 的 PLC 梯形圖，翻譯成了如下的語句表。地址 指令 數(shù)據(jù)0000 LD 00030001 OR 10000002 AND NOT 00060003 AND NOT 00070004 OUT 05040005 OUT 10000006 LD 00040007 OR 10010008 AND 10000009 AND NOT TIM010010 OUT 10010011 OUT 05050012 TIM 00 #20000013 LD TIM000014 OR 10020015 AND 10000016 OUT 05070017 OUT 10020018 T

25、IM 01 #05000019 LD TIM010020 OR 10030021 AND 10000022 OUT 05060023 OUT 10030024 END 第五章第五章 工作原理說明工作原理說明按照上文中所要求的一系列要求將液壓系統(tǒng)與可編程序控制器（PLC）電路連接好。當按下啟動按鈕后，液壓泵啟動，隨即按下按鈕，使三位四1SB2SB通換向閥的得電，于是，液壓系統(tǒng)連接成為差動連接電路，執(zhí)行快進動作。1YA當計時器達到預(yù)設(shè)時間（快進時間達到）時，使得二位三通換向閥00TIM200s的得電，于是執(zhí)行工進動作。當計時器達到預(yù)設(shè)時間（快進時間達3YA01TIM到）時，使得三位四通換向閥失電，得電，執(zhí)行