皖西學院本科課程設計⑧反向制動F=F+F-F=0.1F+400-F=376.49N3液壓缸在各階段的負載各工作階段計算公式計算結果（N）啟動和加速F=F+F+F956.85快速下降F=F+F444.44減速F=F+F-F391.59工作進給F=F+F+F1o444.44制動F=F+F-F429.34反向啟動F=F+F+F956.85快速上升F=F+F444.44反向制動F=F+F-F376.49繪制工況圖繪制工況圖工況圖二、計算液壓缸尺寸和所需流量工作壓力的確定工作壓力可根據最大負載來確定，最大負載為10444.44N現按表1有關要求，取工作壓力P=2.5MPa表1負載F/kN<55~1010~2020~3030~50＞50工作壓力0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5~72、計算液壓缸尺寸液壓缸的有效面積==液壓缸內徑DD=根據第4章有關要求取標準值D=80mm（表格如下）液壓缸內徑尺寸系列mm810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200220250320400500630（2）活塞桿直徑要求快進與快退的速度相等，故用差動連接的方式。所以取d=0.7D=56mm，再取標準值為d=55mm。（表格如下）活塞桿直徑尺寸系列mm456810121416182022252832364045505563708090100110125140160180200220250280320136400（3）缸徑、桿徑取標準值后的有效面積無桿腔有效工作面積為=活塞桿面積為有桿腔有效工作面積為3、確定液壓缸所需的流量快進流量=11L/min快退流量=工進流量三、確定液壓系統方案，擬定液壓原理圖1、選擇液壓回路①調速、回路與動力源由工況圖可以看到，液壓系統在快速進退階段，負載壓力較低，流量較大，且持續時間較短；而系統在工進階段，負載壓力較高、流量較小，持續時間較長。同時注意到銑削加工過程中銑削里的變化和順銑及逆銑兩種情況，為此，采用回油路調速閥節流調速回路。這樣，可以保證進給運動平穩性和速度穩定。在確定主要參數時，已決定快速進給時液壓缸采用差動連接，所以所需動力源的流量較小，從簡單經濟學觀點，此處選用單定量泵供油。②油路循環方式由于上已選用節流調速回路，系統必然為開式循環方式。③換向與速度換接回路綜合考慮到銑床自動化程度要求較高、但工作臺終點位置的定位精度要求不高、工作臺可機動也可手動、系統壓力低流量小、工作臺換向過渡位置不應出現液壓沖擊等因素，選用三位四通“Y”型中位機能的電磁滑閥作為系統的主換向閥。選用二位三通電磁換向閥實現差動連接。通過電氣行程開關控制換向閥電磁鐵的通斷電即可實現自動換向和速度換接。④壓力控制回路在泵出口并聯一先導式溢流閥，實現系統的定壓溢流，同時在溢流閥的遠程控制口連接一個二位二通的電磁換向閥，以便一個工作循環結束后，等待裝卸工件時，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動。圖三專用銑床工作臺液壓系統1—過濾器2—雙聯葉片泵3—壓力表開關5—先導式溢流閥6—二位二通電磁換向閥7—單向閥8—三位四通電磁換向閥9—單向調速閥10—二位三通電磁換向閥11—液壓缸表4動作順序表信號來源動作名稱電磁鐵工作狀態1YA2YA3YA4YA按下啟動按鈕工作臺快進+-++壓下工進行程開關工作臺工進+--+壓下快退行程開關工作臺快退-+-+壓下液壓泵卸載行程開關液壓泵卸載注：“+”——通電；“-”——斷電。行程開關安裝在液壓缸經過的路徑上。快進回路：進油：1→2→7→8→11;回油：10→8。工進回路：進油：1→2→7→8→11;回油：10→9→8→油箱。快退回路：進油：1→2→7→9→10;回油：11→8→油箱。卸載：1→2→5→6→油箱。五，液壓泵的選擇計算泵的壓力泵的工作壓力可按缸的工作壓力加上管路和元件的壓力損失來確定，所以要等到求出系統壓力損失后，才能最后確定。采用調速閥調速，初算時可取=0.5~1.2MPa。考慮背壓，現取。表3系統結構情況總壓力損失一般節流閥及管路簡單的系統0.2——0.5若進油路有調速閥及管路復雜的系統0.5——1.5采用補油泵補油的閉式系統1.0——1.5采用復雜的高壓工程1.2——3.0泵的工作壓力P初定為P=P+=2.5+1=3.5MPa計算泵的流量快速進退時泵的流量由于液壓缸采用差動連接方式,而而有桿腔有效面積A2大于活塞桿面積A3,故在速度相同的情況下,快退所需的流量大于快進的流量,故按快退考慮。快退時缸所需的流量qkt=12L/min，故快退時泵應供油量為qktb=12=13.2L/min式中，K為系統的泄漏系數，一般取K=1.1~1.3，此處取1.1。工進時泵的流量工進時缸所需的流量qgj=0.5L/min,故工進時泵應供流量為qgjb=Kqgj=1.1×0.5=0.55L/min考慮到節流調速系統中溢流閥的性能特點，需加上溢流閥的最小溢流量（一般取3L/min），所以qgjb=0.55+3=3.55L/min根據專用銑床的具體情況，從產品樣本中選用YB-4/10型雙聯葉片泵。此泵在快速進退時（低壓狀態下雙泵供油）提供的流量為qmax=4+10=14L/min≈qktb在工進時（高壓狀態下小流量的供油泵）提供的流量為qmin=4L/min>qgjb故所選泵符合系統要求。驗算快進﹑快退的實際速度當泵的流量規格確定后，應驗算快進﹑快退的實際速度,與設計要求相差太大則要重新計算。3、確定油管尺寸（1）油管內徑的確定可按下式計算：d=泵的最大流量為14L/min，但在系統快進時，部分油管的流量可達28L/min，故按28L/min計算。取v為4m/s，則d=其中速度v=4m/s是在下表中查的。表為液壓系統管路推薦速度壓力管內油液的壓力/MPaV（m/s）2．52.5~353.5~4104.5~5205~6〉206~7.6（2）按標準選取油管可按標準選取內徑d=12mm、壁厚為1mm的紫銅管。確定油箱容量本設計為中壓系統，油箱有效容量可按泵每分鐘內公稱流量的5~7倍來確定。油箱有效容量為<<鉆床鉆孔加工過程自動控制電路設計>>設計報告目錄摘要關鍵字…………………1系統概述1.1設計任務及要求………………11.2系統框圖及實現的原理………2第2章系統單元的設計與分析2.1自動循環………………………22.2無進給切削……………………32.3方案的總體設計………………4第3章系統電路元器件參數計算及選擇3.1電動機的選擇…………………53.2低壓斷路器的選擇……………53.3熔斷器的選擇…………………63.4交流接觸器的選擇……………63.5繼電器的選擇…………………63.6控制開關的選擇………………73.7指示燈的選擇………………73.8控制變壓器的選擇……………83.9電纜線的選擇………………8第4章電氣安裝接線圖的設計4.1電氣安裝接線圖的原則………8第5章總結及致謝………8參考文獻…………9附圖一元器件清單………9附圖二完整的系統電氣圖……………10摘要：在現代工業生產中，為了提高勞動生產率、降低成本、減輕工人的勞動負擔，要求實現整個生產工藝過程全盤自動化。例如機床的自動進刀、自動退刀、工作臺往復循環等加工過程自動化，高爐實現整個煉鐵過程的自動化等等。由于自動化程度的提高，只有簡單的聯鎖控制已不能滿足要求，需要根據工藝過程的特點進行控制。這里我們以鉆孔加工過程自動化為例介紹實際生產過程自動化的一個重要的基本規律——按控制過程的變化參量進行控制的規律，本文將詳細介紹切削加工刀架控制電路系統的設計思路、過程及原理分析，該系統可以實現刀架的自動循環、無進給切削以及快速停車。最大限度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求，設計方案要合理，機械設計與電氣設計應相互配合，確保控制系統安全可靠地工作。關鍵字：刀架無進給切削自動循環第1章系統概述1.1設計任務及要求。圖示1-1出鉆床鉆孔加工時刀架的自動循環過程。具體要求如下：圖示為鉆床切削加工示意圖，鉆頭和刀架分別由兩臺5.5kw電機控制、驅動；刀架能夠從A點移動到B點自動停車進行無進給切削加工，當孔的加工精度達到要求后自動回到A點停車。設計相應的控制電路完成上述過程的控制，同時利用熱繼電器實現電機的過載保護。畫出控制連接圖，分析其工作原理；撰寫設計報告、調試報告、設計心得。1.2系統框圖及實現的原理1.2.1系統框圖控制裝置控制對象命令信號控制裝置控制對象命令信號機械運動圖1-2按參量變化進行控制的結構1.2.2系統具體實現方案本系統采用繼電器為主要控制器件，通過控制電機正反轉實現刀架的進退，采用行程開關實現自動循環，利用時間繼電器確定無進給切削時間，停車時為了減少輔助工時，采用反接制動來實現快速停車。系統主要由自動循環、無進給切削和快速停車三個環節組成。控制方案的實現流程如圖1-3：刀架刀架初始位置行程開關SQ2延時到正轉停轉行程開關SQ1反轉從圖1-3控制方案的流程圖第2章系統單元的設計與分析下面針對控制過程中各自的特殊矛盾，采用不同的控制方法加以解決。2.1自動循環為實現刀架自動循環，對電動機的基本要求仍然是啟動、停轉和反向控制，所不同的是當刀架運動到位置B時能自動地改變電動機工作狀態。總之控制對象要求控制裝置根據控制過程位置來改變或終止控制對象的運動。在實現刀架自動循環過程中，最理想的方法就是由控制裝置直接反映控制過程變化參數——行程，使刀架在運動到位置B或A時自動發出控制信號進行控制。通常采用直接測量位置信號的元件——行程開關來實現這一要求。采用行程開關直接測量刀架的行程位置，實現鉆削加工自動循環。設計出的控制線路如圖2-1所示。刀架自動循環的控制線路設計這類電路時大體遵循以下步驟：1.首先設計主電路因要求電動機實現正反向運轉，故采用正反兩個接觸器KM1和KM2以通、斷電路和改變電源相序，如圖1-3中主電路所示。2.確定控制電路的基本部分如起、停按鈕及自保環節等，如圖1-3所示的控制電路為刀架前進、后退的基本控制線路。3.設計控制電路的特殊部分在本線路中特殊部分是指自動循環的控制。這里采用行程開關SQ1和SQ2分別作為測量刀架運動到位置A和B的測量元件，由它們給出的控制信號通過接觸器作用于控制對象。將SQ2的常閉觸頭串于正向接觸器線圈KM1電路中。SQ2的常開觸頭于反向起動按鈕并聯。這樣，當刀架前進到位置B時，SQ2動作，將KM1切斷；KM2接通，刀架自動返回。SQ1的任務是使電動機在刀架反向運動到位置1時自動停轉，故將其常閉觸頭串聯于反向接觸中，刀架退回到位置A，撞擊SQ1，刀架自動停止運動。4.設置必要的保護環節這里采用了熔斷器和熱繼電器分別實現短路和過載保護。5.綜合審查與簡化設計線路上述設計是依據各部分的要求局部進行的。組成一個整體控制線路后需要全面考慮，檢查其動作是否無誤，有無寄生電路，能否進一部減少電氣元件或觸頭。這樣對任何按行程控制的自動控制線路，根據生產工藝要求，用行程作為控制信號，采用行程開關作為測量元件，再將這個變化參量反饋回來作用于控制裝置，以達到對控制對象進行自動控制對象進行自動控制的目的。這一過程可用結構圖1-2表示。2.2無進給切削為了提高加工精度，當刀架移動到位置B時，要求無進給情況下繼續切削，短暫時間后刀架再開始退回。這一控制信號嚴格講應根據切削表面情況進行控制。但切削表面不易直接測量，因此不得不采用間接參數——切削時間來表征無進給切削過程。切削時間可采用時間繼電器來反映。采用時間繼電器來間接測量無進給切削過程的控制電路在圖2-1的基礎上增加了時間繼電器KT，如圖2-2所示（主電路相同不在繪出）。當刀架到達位置B撞擊行程開關SQ2，使其常閉觸頭切斷正向接觸器KM1，使電動機停止，工作刀架不再進給，但鉆頭繼續旋轉進行無進給切削。同時SQ2的常開觸頭接通時間繼電器KT的線圈，開始計算無進給切削的時間。到達預定的無進給切削時間后，時間繼電器繼續動作，使反向接觸器KM2線圈通電吸合，于是刀架開始返回。時間繼電器的延時值應根據無進給切削所需要的時間進行調整。2.3方案的總體設計上面闡述了按照聯鎖控制的規律和按照控制過程變化參量進行控制的基本規律。根據這些基本規律結合生產機械的要求，本系統的總體設計如下圖2-4：鉆床鉆孔加工電路的總體設計圖按下啟動按鈕SB2——KM1線圈通電、自鎖——電機正轉，刀架前進。到達B時，撞擊行程開關SQ1——其動斷觸點斷開，KM1線圈失電，電機停止正轉，刀架停止進給，鉆頭則繼續旋轉。同時SQ1的動合觸點接通時間繼電器KT的線圈電路，開始無進給切削計時。KT延時時間到后，延時動合觸點閉合--KM2線圈通電并自鎖，其主觸點閉合--電動機反轉，刀架開始返回，到達位置A時，撞擊行程開關SQ2，其動斷觸點斷開，KM2線圈失電，電動機停止運轉，一個周期的工作結束。第3章系統電路元器件參數計算及選擇3.1電動機的選擇在電動機類型的選擇中，優先考慮采用結構簡單、價格便宜、使用維護方便的三相交流異步電動機，如一般機床、自動生產線、傳送帶、風機及各類機泵等電力拖動場合，大量選用普通三相鼠籠式異步電動機。在本切削加工刀架電路設計中，我們優先選取Y系列電動機Y132S-4。Y系列電動機為全封閉自扇冷式三相鼠籠型異步電動機，按照國際電工委員會（IEC）標準設計的，本系列電動機具有體積小、重量輕、運行可靠，結構堅固，外形美觀等特點，起動性能好，具有效率高等特點，達到了節能效果。而且噪聲低、壽命長、經久耐用。Y系列電動機適用于空氣中不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場所，例如金屬切削、泵、風機、運輸機、農業機機械等。電動機Y132S-4的參數如下表：型號功率千瓦（KW）電流（安）轉速（轉每分）效率（%）功率因數（COSφ堵轉轉矩/額定轉矩堵轉電流/額定電流最大轉矩/額定轉矩Y132S-45.511.6144085.50.842.27.02.2我們采取直接啟動，啟動電流較大，可以達到額定電流的4~7倍，對于某些國產籠型異步電機甚至可以達到8~12倍，我們可取其啟動電流I1st=11.6*8=92.8A。3.2低壓斷路器的選擇低壓斷路器又稱為自動空氣開關，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網中一種重要的保護電路。自動空氣開關的一般選用原則是：1、自動空氣開關的額定電壓≥線路額定電壓（380V）。2、自動空氣開關的額定電流≥線路計算負載電流。3、熱脫扣器的整定電流=所控制負載的額定電流。4、電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流≥負載電路正常工作時的峰值電流。5、自動空氣開關欠電壓脫扣器的額定電壓=線路額定電壓（380V）。對于保護鼠籠型的異步電動機其瞬時電流整定值為8－15倍電動機的額定電流，這里取15倍即I=15×11.6＝174A。根據要求采用DW15-200型（額定電流為200A，過流脫扣器范圍為60～200A，額定電壓為380V，電流的有效值為20A）。3.3熔斷器的選擇

熔斷器主要由熔體、安裝熔體的熔管和熔座三部分組成。熔斷器一般不宜作過載保護主要用作短路保護。熔斷器的類型應滿足電路要求；熔斷器的額定電壓應大于或等于電路的額定電壓；熔斷器的額定電流應大于或等于所裝熔體的額定電流。熔體的額定電流可以有以下幾種選擇：1.對于阻性負載的保護，應使熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流，即：；2.對于一臺電動機的短路保護，考慮到電動機的起動沖擊電流的影響，可按下式選擇：；3.對于多臺電動機應按下式計算：∑IN輕載及起動時間短時，系數取1.5，起動負載較重及起動時間長，則取2.5。3.4交流接觸器的選擇正確地選擇接觸器就是要使得所選用的接觸器的技術數據，能滿足控制線路對它提出的要求，選擇接觸器可按下列步驟進行：1.根據接觸器的任務，確定用哪一系列的接觸器；2.根據接觸器所控制電路的額定電壓確定接觸器的額定電壓；3.根據被控制電路的額定電流及接觸器安裝的條件來確定接觸器的額定電流。如接觸器在長期工作制下使用時，其負載能力應適當降低。這是因為在長期工作制下，觸點的氧化膜得不到清除，使接觸電阻增大，因而必須降低電流值以保持鋤頭的允許升溫；4.一般情況下對于控制主電路為交流的應采用交流的控制電路。電磁線圈的額定電壓要與所接的電源電壓相符，且要考慮安全和工作的可靠性。交流電磁線圈的電壓等級有：36V、110V、127V、220V和380V等；直流電磁線圈的電壓等級有：24V、48V、110V、220V和440V等；5.對于某些機械設備對接觸器的固有吸合時間、固有釋放時間及釋放電壓所提出的要求也應予以考慮。這里采用的電動機是小容量籠型電動機，故使用AC3類能滿足要求，工作電壓是交流380V，交流接觸器主觸頭額定電流可按下面經驗公式計算

Iec=1000Pe/KUe

式中Iec－主觸頭的額定電流(A)，Pe－電動機的額定功率(KW)

Ue-電動機的額定電壓(V)，K－系數，取1～1.4這里Iec＝1000*5.5/(1.2*380)=12A,故采用CJ20-16A交流接觸器。3.5繼電器的選擇3.5.1時間繼電器的選擇時間繼電器的種類很多，選擇時主要考慮控制線路提出的技術要求，如電源電壓等級、電壓種類（交流還是直流）以及觸點的型式（瞬時觸點還是延時觸點）、數量、延時時間等。此外在滿足技術要求的前提下盡可能選擇結構簡單、價格便宜的型號。這里要求延時精度不高，而且是用于交流電壓的，故可采用空氣阻尼式延時繼電器JS7-2A型（觸頭額定電壓380，吸引線圈電壓為220V,觸頭額定電流為5A,延時范圍0.4～60S,通電延時型，延時觸頭和瞬動觸頭的常開常閉各有1個）。

3.5.3熱繼電器的選擇一般情況下，可選用兩相結構的熱繼電器；對電網電壓嚴重不平衡、工作環境惡劣或較少有人照管的電動機，可選用三相式結構的熱繼電器；對于三角形接線的電動機，為了進行斷相保護，可選用帶斷相保護的裝置的熱繼電器。熱繼電器的具體選擇如下：1.保護電動機的額定電流，一般選用熱繼電器額定電流的0.95~1.05倍。2.根據需要的整定電流值選擇熱繼電器熱元件的編號和額定電流。選擇時應使熱元件的整定電流等于電動機的額定電流，同時整定電流應留有一定限度的上、下調整范圍。在重載起動以及起動時間較長時，為防止熱繼電器誤動作，可將熱元件在起動期間予以短路。常用的熱繼電器有JR16、JR20、JRS1、T系列等，通過計算，我們選用JR16B-20/3。3.6控制開關的選擇3.6.1行程開關的選擇

行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的保護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。行程開關按其結構可分為直動式（如LX1、JLXK1系列）、滾輪式（如LX2、JLXK1系列）和微動式（如LXW-11、JLXK1-11系列）3種。由于行程開關觸頭的分合速度取決于機械的移動速度，當速度太低時，主觸頭分斷能力太慢，易受電弧燒壞，故應選用有盤型彈簧機構瞬時動作的滾輪式行程開關。JLXK1系列適用于交流50-60Hz;AC380V;DC220V;電流5A的控制線路中，作為限制機床自動控制、限制運動機構動作或自動化程序控制之用應用范圍機床自動控制，限制運動機構動作或程序控制技術參數，這里采用JLXK1-111型。3.6.2啟動按鈕的選擇應選用帶有綠色指示燈的起動按鈕，且按照GB5226-1985對按鈕開關的顏色及指示燈顏色含義的規定選，常用的按鈕有LA2，LA10，LA19及LA20等。這里采用LA19-11D型（指示燈6.3V）。3.6.3停止按鈕的選擇應選用帶有紅色指示燈的停止按鈕，采用LA19-11D型（指示燈6.3V）。3.7指示燈的選擇選用兩種不同顏色的XD1型（6.3V,0.05A）。3.8控制變壓器的選擇用于照明和指示燈用，選CXB—100（輸入380V輸出220V6.3V）。3.9電纜線的選擇在電氣安裝接線圖中，我們可以選用銅芯橡皮絕緣電纜或者銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜。其型號為BBX-4（銅芯橡皮絕緣電纜-4平方）或NA-VV、NB-VV。電氣安裝接線圖的設計4.1電氣安裝接線圖的原則電氣安裝接線圖是按照電器元件的實際位置和實際接線繪制的，根據電器元件布置最合理、連線導線最經濟等原則來安排。它為安裝電氣設備、電器元件之間進行配線及檢修電氣故障等提供了必要的依據。繪制安裝接線圖時一般應遵循一下原則：各電器元件用規定的圖形、文字符號繪制，同一電器元件各部件必須畫在一起。各電器元件的位置應與實際安裝位置一致。不在同一控