液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 麥麥提阿卜杜拉

PAGE1-新疆大學(xué)專業(yè)課課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí)：機(jī)械12-7姓名：麥麥提阿卜杜拉學(xué)號(hào)：20122001702課程設(shè)計(jì)題目：基于plc的液壓動(dòng)力滑臺(tái)控制設(shè)計(jì) 說(shuō)明書頁(yè)數(shù)：19頁(yè)發(fā)題日期：2016年2月26日完成日期2016年4月15日指導(dǎo)教師：穆合塔爾老師目錄1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) -2-2.1.1 負(fù)載分析和速度分析 -2-2.11 負(fù)載分析 -2-2.12 速度分析 -2-3.1.1 確定液壓缸主要參數(shù) -3-4.1.1 擬定液壓系統(tǒng)圖 -5-4.11 選擇基本回路 -5-4.12 液壓回路選擇設(shè)計(jì) -6-4.13 工作原理： -7-5.1.1 液壓元件的選擇 -7-5.11 液壓泵的參數(shù)計(jì)算 -7-5.12 選擇電機(jī) -8-6.1.1 輔件元件的選擇 -9-6.11 輔助元件的規(guī)格 -9-6.12 過(guò)濾器的選擇 -10-7.1.1 油管的選擇 -10-8.1.1 油箱的設(shè)計(jì) -11-8.11 油箱長(zhǎng)寬高的確定 -11-8.12 各種油管的尺寸 -12-9.1.1 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 -13-9.11 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 -13-9.12 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 -15-設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)校正壓裝液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)。要求工作循環(huán)是快速下行→慢速加壓→快速返回→停止。壓裝工作速度不超過(guò)5mm／s，快速下行速度應(yīng)為工作速度的８～10倍，工件壓力不小于10KN。負(fù)載分析和速度分析負(fù)載分析已知工作負(fù)載F=10000N。慣性負(fù)載F=900N，摩擦阻力F=900N.取液壓缸機(jī)械效率=0.9，則液壓缸工作階段的負(fù)載值如表2-1：工

況計(jì)

算

公

式缸的負(fù)載f/N啟動(dòng)加速F=(F+F)/2000快速下行F=F/1000慢速加壓F=(FF)/12111快速返回F=F/1000（表2-1）速度分析已知工作速度即工進(jìn)速度為最大5mm/s,快進(jìn)快退速度為工進(jìn)速度的8-10倍。即40-50mm/s.按上述分析可繪制出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖：（負(fù)載循環(huán)圖）（速度循環(huán)圖）確定液壓缸主要參數(shù)初選液壓缸的工作壓力由最大負(fù)載值查表9-3，取液壓缸工作壓力為2Mpa計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)為使液壓缸快進(jìn)和快退速度相等，選用單出桿活塞缸差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，設(shè)液壓缸兩有效面積為A和A，且A=2A即d=0.707D.為防止鉆通時(shí)發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓選擇p取0.6MPa,而液壓缸快退時(shí)背壓取0.5Mpa由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程PA=PA+F,由此可得A=F/(P-0.5P)=71.89cm(A取72cm)液壓缸內(nèi)徑D就為D==9.57cm圓整為10cm由d=0.707D，圓整d=8cm工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量q=0.05L/min液壓缸實(shí)際所需流量計(jì)算：工進(jìn)時(shí)所需流量：Q==72/100x0.05x60/0.9=2.4L/min快速空程時(shí)所需流量：Q==72/100x0.05x60x10/0.9=24L/min（表3-1）液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力，流量和功率值工

況計(jì)

算

公

式負(fù)載F（KN）回油腔壓力p2輸入流量進(jìn)油腔壓力p1輸入功率

P差動(dòng)快進(jìn)P=q=(A-A)vP=Pq1000P=P+0.510.80.810.146工進(jìn)P=q=AvP=Pq121110.62.161.980.071快退P=q=AvP=Pq10000.510.81.280.230擬定液壓系統(tǒng)圖選擇基本回路（1）調(diào)速回路因?yàn)橐簤合到y(tǒng)功率較小，且只有正值負(fù)載，所以選用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為有好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓。（2）泵供油回路由于工進(jìn)速度和快速運(yùn)動(dòng)速度相差懸殊，所以采用雙泵供油。（3）速度換接回路和快速回路由于工進(jìn)速度和快速運(yùn)動(dòng)速度相差懸殊，為了換接平穩(wěn)，選用行程閥控制的換接回路。快速運(yùn)動(dòng)通過(guò)差動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。（4）換向回路為了換向平穩(wěn)，選用電液換向閥。為實(shí)現(xiàn)液壓缸中位停止和差動(dòng)連接，采用三位五通閥。（5）壓力控制回路采用換向閥式低壓卸荷回路，減少了能耗，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。液壓回路選擇設(shè)計(jì)對(duì)選定的基本回路合成時(shí)，有必要進(jìn)行整理，修改和歸并。防止工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路和回油路相通，并須接入單向閥。要實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，必須在回油路上設(shè)置液控順序閥，以防止油液流回油箱。合并后完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖如圖4-1：（圖4-1）工作原理：快速下行

按下起動(dòng)按鈕，電磁鐵1Y通電，這時(shí)的油路為：

雙聯(lián)葉片泵1—單向閥2—三位五通電磁閥3左位—二位二通電磁閥4右位—壓力繼電器6—液壓缸上腔

液壓缸下腔的回油路

液壓缸下腔—三位五通電磁閥3左位—單向閥7—二位二通電磁閥4右位—壓力繼電器6—液壓缸上腔

慢速加壓

油路分析：當(dāng)上腔快速下降到一定的時(shí)候，壓力繼電器6發(fā)出信號(hào)，使二位二通電磁閥4的電磁鐵3Y得電，換右位。液壓油由調(diào)速閥5流入液壓缸上腔，流速受調(diào)速閥限制，進(jìn)入工進(jìn)階段工作。快速返回

液壓缸下腔的供油的油路：

雙聯(lián)葉片泵1——單向閥2——三位五通電磁閥3右位——液壓缸下腔

液壓缸上腔的回油油路：

液壓缸上腔——二位二通電磁閥4右位——三位五通電磁閥3右位——單向閥13——副油箱表4-1電磁鐵動(dòng)作順序表—1Y2Y3Y快進(jìn)＋－－工進(jìn)＋－＋快退－＋－停止－－－液壓元件的選擇液壓泵的參數(shù)計(jì)算由前面可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力1.98MPa，本系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管道壓力損失為0.6MPa。由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大0.5MPa，故泵的最高壓力為Pp1=（1.98+0.6+0.5）MPa=3.08MPa這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)），即溢流閥的調(diào)整工作壓力。液壓泵的公稱工作壓力Pr為Pr=1.25Pp1=1.25×3.08MPa=3.85MPa大流量泵只在快速時(shí)向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時(shí)的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，這時(shí)壓力油不通過(guò)調(diào)速閥，進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，但流經(jīng)管道和閥的油流量較大。取進(jìn)油路壓力損失為0.5MPa，故快退時(shí)泵的工作壓力為Pp2=（1.28+0.5）MPa=1.78MPa這是大流量泵的最高工作壓力。由表3-1可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是2.16L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5L/min，則小泵的流量按式（8-16）應(yīng)為，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是10.8L/min，則泵的總流量為。即大流量泵的流量。根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YB-6/9型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力7MPa，額定轉(zhuǎn)速1000r/min。選擇電機(jī)系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量,大泵流量。差動(dòng)快進(jìn)，快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油，工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需的電動(dòng)機(jī)功率P。差動(dòng)快進(jìn)差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥10后與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥3，二位二通閥4進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力,查樣本可知，小泵的出口壓力損失，大泵出口到小泵出口的壓力損失。于是計(jì)算可得小泵的出口壓力，大口出口壓力。電動(dòng)機(jī)功率工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力。而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率）。電動(dòng)機(jī)功率快退類似差動(dòng)快進(jìn)分析知：小泵的出口壓力；大泵出口壓力。電動(dòng)機(jī)功率綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y90L-6異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率1.1KW。額定轉(zhuǎn)速910r/min。輔件元件的選擇輔助元件的規(guī)格根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過(guò)閥的實(shí)際流量，選擇各種液壓元件和輔助元件的規(guī)格。表6-1液壓元件及型號(hào)序號(hào)元件名稱最大通過(guò)流量/型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵15YB-6/92單向閥15I-25B3三位五通電磁閥3035DY—36BY4二位二通電磁閥3022EF3-E10B5調(diào)速閥0.32Q-10B6壓力繼電器D505—18D7單向閥16I-25B8背壓閥<1B—10B9液控順序閥0.16XY-2510單向閥16I-25B11溢流閥6.3Y—D6B12過(guò)濾器28.8XU—40×20013單向閥16I-25B(注：以上元件除液壓泵、濾油器外，均為板式連接。)過(guò)濾器的選擇按照過(guò)濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則，取過(guò)濾器的流量為泵流量的2.5倍。由于所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)為普通的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)油液的過(guò)濾精度要求不高，故有因此系統(tǒng)選取通用型XU系列線隙式吸油過(guò)濾器，參數(shù)如表6-2所示。表6-2通用型XU系列線隙式吸油中過(guò)濾器參數(shù)型號(hào)通徑mm公稱流量過(guò)濾精度尺寸M（d）HDXU—A40200-J2040200M272198?78—油管的選擇各元件間連接管道的規(guī)格可根據(jù)元件接口處尺寸來(lái)決定，液壓缸進(jìn)、出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量進(jìn)行計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以應(yīng)對(duì)液壓缸進(jìn)油和出油連接管路重新進(jìn)行計(jì)算，如表7-1所示。表7-1液壓缸的進(jìn)、出油流量和運(yùn)動(dòng)速度流量、速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量排出流量運(yùn)動(dòng)速度根據(jù)表8中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，可算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：，取標(biāo)準(zhǔn)值20mm；，取標(biāo)準(zhǔn)值15mm。因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)選用公稱通徑為和的無(wú)縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。油箱的設(shè)計(jì)油箱長(zhǎng)寬高的確定油箱的主要用途是貯存油液，同時(shí)也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對(duì)油箱的容積進(jìn)行校核。油箱中能夠容納的油液容積按JB/T7938—1999標(biāo)準(zhǔn)估算，取時(shí)，求得其容積為按JB/T7938—1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值V=150L。依據(jù)如果取油箱內(nèi)長(zhǎng)l1、寬w1、高h(yuǎn)1比例為3：2：1，可得長(zhǎng)為：=945mm，寬=630mm，高為=315mm。對(duì)于分離式油箱采用普通鋼板焊接即可，鋼板的厚度分別為：油箱箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，因?yàn)橄渖w上需要安裝其他液壓元件，因此箱蓋厚度取為10mm。為了易于散熱和便于對(duì)油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為160mm。因此，油箱基體的總長(zhǎng)總寬總高為：長(zhǎng)為：寬為：高為：為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜角度為。各種油管的尺寸油箱上回油管直徑可根據(jù)前述液壓缸進(jìn)、出油管直徑進(jìn)行選取，上述油管的最大內(nèi)徑為20mm，外徑取為28mm。泄漏油管的尺寸遠(yuǎn)小于回油管尺寸，可按照各順序閥或液壓泵等元件上泄漏油口的尺寸進(jìn)行選取。油箱上吸油管的尺寸可根據(jù)液壓泵流量和管中允許的最大流速進(jìn)行計(jì)算。取吸油管中油液的流速為1m/s。可得：液壓泵的吸油管徑應(yīng)盡可能選擇較大的尺寸，以防止液壓泵內(nèi)氣穴的發(fā)生。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)取公稱直徑為d=32mm，外徑為42mm。驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為l=1.8m，油管直徑m，通過(guò)的流量為進(jìn)油路,回油路。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15℃，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5st=1.5㎝2／s，油的密度為900kg/m，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。確定油流的流動(dòng)狀態(tài)按式（9-30）經(jīng)單位換算為（9-30）式中v平均流速（m/s）d油管內(nèi)徑（m）V油的運(yùn)動(dòng)粘度q通過(guò)的流量則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為則回油路中液流的雷諾數(shù)為由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。沿程壓力損失由式（9-37）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。（9-37）在進(jìn)油路上，流速在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即v=2.72m/s，則壓力損失為局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失，通過(guò)各閥的局部壓力損失按式（9-39）計(jì)算，結(jié)果列于表9-1。表9-1閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過(guò)的流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥22514.420.82三位五通電磁閥36314.4/28.840.26/1.03二位二通電磁閥6328.841.03單向閥251220.46注：快退時(shí)經(jīng)過(guò)三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同。若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失為則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為查表1知快退時(shí)液壓缸負(fù)載F=1000N；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為按（8-5）可算出快退時(shí)泵的工作壓力為因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說(shuō)明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿足要求。液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故在工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)升溫。工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如前面計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率系統(tǒng)總的發(fā)熱功率Φ為Φ已知油箱的容量V=150L,則油箱近似散熱面積A為假定通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù),則利用式（8-11）可得油液溫升為（8-11）設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先P20-767：油箱中溫度一般推薦30-50所以驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。Plc控制1、PLC概述PLC即可編程控制器（ProgrammableLogicController）,它實(shí)際上是一種工業(yè)控制微機(jī)，其組成如圖：一般的CPU單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：PLC的工作很像一個(gè)繼電器系統(tǒng)，其工作等效繼電器系統(tǒng)見(jiàn)下圖：PLC的工作方式為周期掃描各端口，再逐條執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)周期自動(dòng)控制。其每個(gè)周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出采樣三個(gè)階段。下圖為PLC周期工作方式。第一步為輸入采樣階段，控制器首先以掃描的方式順序讀入所有的輸入端的信號(hào)狀態(tài)（1或0），并逐一存入輸入狀態(tài)寄存器，其位數(shù)與輸入端子的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，而且即使程序執(zhí)行期間，輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生變化。輸入采樣結(jié)束后轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。PLC的用戶程序決定了其輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的具體關(guān)系。組成程序的每條指令都有順序號(hào)，在PLC中稱為步序號(hào)，指令按步序號(hào)