油压机液压系统的设计

燕山大学课程设计说明书（机电控制专业课程设计）项目名称：油压机液压系统的设计燕山大学课程设计说明书2燕山大学课程设计（论文）任务书项目名称150T卧式油压机液压系统的设计指导教师姓名小组成员分工液压系统工作原理图；液压系统主要参数的确定及元件选择；PLC电气控制系统设计；利用MCGS组态软件设计油压机的实时在线监控系统；油压机的三维虚拟动态设计项目考察知识点项目考察专业知识:液压元件、液压传动、液压伺服控制及电气控制系统PLC。计算机工具：(1)MCGS组态、CAD、Proe等。项目设计参数公称压力/t：150；设计油压/MPa：20；活塞行程/mm：300；快进过程最大工作压力4MPa项目实施内容1、液压传动系统的设计2、电气控制系统的设计3、基于MCGS组态软件的实时在线监控系统4、油压机的三维动态仿真设计项目试验内容运用启动试验台初步模拟油压机工作过程的动作项目结题须提交材料(1)液压传动控制系统原理图A1(2)电气控制梯形图A1(3)液压系统参数计算说明书1份(4)实时在线监控系统使用说明书1份(5)三维虚拟动态仿真分析报告1份(6)试验测试报告1份须提交纸质及电子版各1份项目实施时间节点要求第一周查询资料确定系统原理第二周确定各种数据及进行PLC模拟、三维仿真第三周MCGS组态软件监控及说明书的书写燕山大学课程设计说明书3小组分工及贡献姓名课题组分工液压系统工作原理图；液压系统主要参数的确定及元件选择；PLC电气控制系统设计利用MCGS组态软件设计油压机的实时在线监控系统油压机的三维虚拟动态设计以及项目报告的撰写燕山大学课程设计说明书4摘要本次毕业设计对象是150T卧式油压机液压系统这套装置主要用于轴类零件、型材等的校正工艺，轴、套类零件的压装以及简单板材零件的拉伸、弯曲、压印、成形、落料等工艺，也可进行一般粉末、塑料制品的压制适用于所有深拉伸工艺。实现压头的快进、工进、保压以及压制完成后的快回的动作过程。设计内容主要包括确定液压系统方案、设计、选择液压元件、辅件、机械部分的受力分析力以及机械部分的强度校核、液压控制系统的设计。关键词油压机控制系统工作过程燕山大学课程设计说明书-1-目录摘要第1章绪论………………………………………………………………21.1课题背景………………………………………………………21.2研究主要内容及方法…………………………………………21.3预期结果………………………………………………………3第2章系统设计及参数计算……………………………………………42.1液压传动系统设计计算及液压系统方案的确定………………52.1.1系统的工况分析…………………………………………52.1.2液压系统原理图…………………………………………62.2液压系统的计算和原件选型……………………………………82.2.1确定液压缸主要参数…………………………………82.2.2驱动电机的选择…………………………………………112.2.3阀类原件及辅助元件的选择的选择…………………………112.2.4管路选择……………………………………………………122.2.5系统校验……………………………………………………152.3电气控制系统的设计………………………………………………172.3.1油压机工作循环图………………………………………172.3.2电气控制要求……………………………………………172.3.3电气控制设计结果…………………………………………17第3章三维设计及仿真建模等……………………………………………183.1油压机的三维动态仿真…………………………………………183.2油压机的实时在线监控系统………………………………………19第4章实验方案、结果及分析等………………………………………204.1实验方案的确定……………………………………………………214.1.1实验原理图………………………………………………214.1.2PLC实验程序……………………………………………214.1.3实验装置PLC输入输出配置……………………………22燕山大学课程设计说明书-2-4.1.4PLC接线图………………………………………………224.2实验结果…………………………………………………………22结论………………………………………………………………………23参考文献………………………………………………………………26燕山大学课程设计说明书3第1章绪论1.1课题背景油压机是一种通过专用液压油做为工作介质，通过液压泵作为动力源，靠泵的作用力使液压油通过液压管路进入油缸/活塞，然后油缸/活塞里有几组互相配合的密封件，不同位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液压油不能泄露。最后通过单向阀使液压油在油箱循环使油缸/活塞循环做功从而完成一定机械动作来作为生产力的一种机械。油压机由主机及控制机构两大部分组成。油压机主机部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、低压控制系统、电动机及各种压力阀和方向阀等组成。动力机构在电气装置的控制下，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。油压机按结构形式分类现主要分为：四柱式油压机、单柱式（C型）油压机、卧式油压机、立式框架油压机等。按油压机的用途分类主要分为金属成型油压机、折弯油压机、拉伸油压机、冲裁油压机、粉末（金属，非金属）成型油压机、压装油压机、挤压油压机等。1.2研究内容及方法研究的主要内容：1)确定油压机液压系统的原理图。2）对油压机主缸各组成部分进行运动和结构的设计、材料选择、辅助元件的选择。3）油压机控制系统的设计。4）运用MCGS组态软件实现油压机的实时监控。研究方法（或技术路线）：1）查阅相关文献，搜集有关油压机的资料。初步了解油压机的发展及应用。2）通过参观实物，对油压机的结构、工作原理、特点有进一步的了解。燕山大学课程设计说明书43）确定油压机液压系统的原理图。5）设计油压机的控制系统。6）运用MCGS组态软件实现油压机的实时监控。7）用proe软件画出油压机的三维仿真图。1.3预期结果1）通过查阅和研究国内外有关油压机的文献，写出了文献综述。2）研究并设计出符合要求的卧式150吨油压机的液压系统原理图。3）完成油压机电气控制系统的设计并画出油压机控制系统的梯形图。4）了解MCGS组态软件，并能熟练运用此软件进行油压机的实时监控。5）了解常用的Proe设计软件，并能熟练运用一种Proe软件进行油压机的三维仿真设计。6）进一步对油压机的结构、原理、特点有了一个非常深入的了解从而设计出满足现代社会需求的高效率、经济性的油压机。7）自身的自主设计能力得到了锻炼，具有了初步的科研、开发能力，为将来踏下结实的一步。燕山大学课程设计说明书5第2章系统设计及参数计算2.1液压传动系统设计计算液压传动系统的设计应在明确项目设计参数的情况下，通过已知的参数对系统进行工况分析然后确定方案。2.1.1系统的工况分析本次设计在毕业实习调查的基础上，用类比的方法初步确定了立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时，运动部件的质量为500Kg。工作负载：F=150×103×10=1.5×106N惯性负载：启动加速：F1=500×6.5/(0.1×60)=541.67N快进到工进：F2=500×(6.5-0.6)/(0.1×60)=491.7N工进到保压：F3=500×0.6/(0.1×60)=50N保压到快退：F4=F1快退到停止：F5=F1快进最大负载：Fm=20KN液压缸的工作效率范围0.9-0.95（因为不知道密封条件，所以选在工作效率时选择选择0.9）表2-1工况负载组成力启动加速F1541.67N快进到工进Fm20kN工进到保压F3+F50N+1.5×106N保压到快退F4541.67N快退到停止F5541.67N燕山大学课程设计说明书62.1.2系统原理图设计：设计方案一：图2-1工作原理：按下启动按钮，电磁铁1YA通电，电磁阀1右位接入回路，电磁阀2左位接入回路，油液流入辅助缸，进行快进；当接近工件时，3YA通电，电磁阀右位接入回路，主缸进行工进，1YA失电，电磁阀1切换到中位，进行保压过程，保压结束后，2YA失电，通过辅助缸实现快退。动作表：燕山大学课程设计说明书7表2-21YA2YA3YA4YA快进+---工进+-+-保压--+-快退-+--设计方案二：图2-2工作原理燕山大学课程设计说明书82号泵主要控制缸的快进和快退，5YA通电，实现快进，2号泵卸荷，1号泵开启，3YA通电，主缸进行工进动作，快退是4YA和6YA同时通电，泵实现快退动作。动作表：表2-31YA2YA3YA4YA5YA6YA快进-+--+-工进+--+--保压------快退+++--+方案比较方案一使用一个泵，实现了计划要求的动作，但顶置油箱需不断向内充油，设计不完善。方案二采用双泵供油，分工明确，届时检修维护均较方便快捷。综上所述，选择方案二2.2液压系统的计算和原件选型2.2.1确定液压缸主要参数：按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。活塞杆直径d与缸筒直径D满足d/D=0.7，有手册16~32MPa，属高压系统，由《液压系统简明手册》可知，初算是被压可忽略不计燕山大学课程设计说明书9图2-3主缸：F/η=A1P1A1=F/P1η=150×103×10/(20×0.9×106)=0.83P1——液压缸工作腔的压力（单位：Pa）P2——液压缸回油腔的压力（单位：Pa）可得D=0.188md=0.7D=0.132m当按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得：D=200mm，d=140mm可虑到压力储备和泵的寿命，设定其正常工作压力为泵的额定压力的80%工进时：q=AV/η=22×Π×6/(4×0.9)=20.944L/min泵的排量至少为：V=q/1500=13.996ml/r由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为20Mpa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1MPa（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为P=P1+ΔP=20Mpa上述计算所得的P是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力P应满足：燕山大学课程设计说明书10P额=P/0.8=25MPa由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：1）工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（200-400）×105Pa，最高可以达到1000×105Pa。2）流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。3）改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。4）柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。由以上可得，初选主泵为25MCY14-1B其具体参数为：排量为25ml/r额定压力为32MPa额定转速为1500r/min驱动功率为24.6kw容积效率为92%重量为27kg辅助缸：F/η=A2P2A2=F/P1η=601.86/(4×0.9×106)=1.67×10-4可得D=0.0146md=0.7D=0.00102m圆整后得D=16mm，d=10mm泵的额定压力Pn=4/80%=5Mp流量：q=（π0.162/4）×65/0.9=1.45L/min同主泵的选择方法，对应的泵的选择为：10MYCY14-1B具体参数为：排量10ml/r额定压力为32Mpa燕山大学课程设计说明书11额定转速1500容积效