机电一体化课程设计(论文)

机电一体化课程设计（论文）

题目： 液压顺序动作回路实验台设计

院（系）： 机械工程与自动化学院 专业班级： 机电055班 学 号： 050101189 学生姓名： 刘 钊 指导教师： 潘 静 教师职称： 讲 师 起止时间：2008.12.22-2009.1.11

课程设计（论文）任务及评语

目录

第1章 绪论.....................................................1

1.1顺序动作回路 ..................................................1 1.2部分顺序动作回路的优缺点...............................................5

第2章 顺序动作回路试验 .......................................6

2.1实验内容.......................................................8 2.2液压缸的较核...................................................8

第3章 工作流程图.....................................................10 第4章 控制电路图.....................................................11 第5章 系统原理图................................................12 第6章 课设感想................................................13 第7章 参考文献................................................14

第一章 绪论

顺序动作回路控制是指“按照预定的顺序逐次进行各个阶段的控制”。

顺序动作回路的作用在于使几个执行元件按照顺序依次进行动作。顺序回路的构成必须简单，经济，顺序变换迅速，工作可靠，效率高，顺序可变。顺序回路中有四种控制因素，即机械部件的位置，回路中的压力，流量，从循环中的某阶段算起的时间，许多液压顺序回路是靠检测这些控制因素以实现顺序动作的。检测这些控制因素有多种方法，可根据顺序逻辑系统的复杂程度，应用的场合，成本的高低等因素选择。随着电子技术的进步，自动控制中越来越多的采用PLC和单片微处理器为核心的逻辑控制。顺序回路大致分为以下两种类型：

1以液压系统本身的压力或流量特性，采用各种形式的阀来实现顺序动作功能的传统回路。这种回路适用于简单的顺序逻辑回路。

2 采用传感器形式，如机械式或各种继电器的回路。这种技术发展非常快，通过采用的不同的核心处理装置，便可实现从简单的复杂的各种逻辑功能。 1 .1 顺序动作回路

顺序动作回路有定量泵，溢流阀，三位四通电磁换向阀和执行元件组成。执行元件是液压组成。执行元件是液压缸或液压马达。

当用一个液压泵向几个执行元件供油时，如果这些元件需要按一定顺序依次动作，就应该采用顺序回路。如转位机构的转位和定位，夹紧机构的定位和夹紧等。

顺序动作回路，根据其控制方式的不同，分为行程控制、压力控制和时间控制五类。 1)行程开关控制顺序动作回路

如图1.1是一种采用行程开关和电磁换向阀配合的顺序动作回路。操作时首先按动启动按钮，使电磁铁1YA得电，压力油进入油缸3的左腔,使活塞按箭头1所示方向向右运动。当活塞杆上的挡块压下行程开关6S后，通过电气上的连锁使1YA断电，3YA得电。油缸3的活塞停止运动，压力油进入油缸4的左腔，使其按箭头2所示的方向向右运动。当活塞杆上的挡块压下行程开关8S，使3YA断电，2YA得电，压力油进入缸3的右腔，使其活塞按箭头3所示的方向向左运动；当活塞杆上的挡块压下行程开关5，使2YA断电，4YA得电，压力油进入油缸4右腔，使其活塞按箭头4的方向返回。当挡块压下行程开关7S时，4YA断电，活塞停止运动，至此完成一个工作循环。

这种顺序动作回路的优点是：调整行程比较方便，改变电气控制线路就可以改变油缸的动作顺序，利用电气互锁，可以保证顺序动作的可靠性。

图1.1行程开关控制顺序动作回路

2）压力控制顺序动作回路

如图1.2是利用压力继电器实现顺序动作的顺序回路。按启动按钮，使1YA得电，换向阀1左位工作，液压缸7的活塞向右移动，实现动作顺序1;到右端后，缸7左腔压力上升，达到压力继电器3的调定压力时发讯，使电磁铁1YA断电，3YA得电，换向阀2左位工作，压力油进入缸8的左腔，其活塞右移，实现动作顺序2；到行程端点后，缸8左腔压力上升，达到压力继电器5的调定压力时发讯，使电磁铁3YA断电，4YA得电,换向阀2右位工作，压力油进入缸8的右腔，其活塞左移，实现动作顺序3;到行程端点后，缸8右腔压力上升，达到压力继电器6的调定压力时发讯，使电磁铁4YA断电，2YA得电,换向阀1右位工作，缸7的活塞向左退回，实现动作顺序4。到左端后，缸7右端压

力上升，达到压力继电器4的调定压力时发讯，使电磁铁2YA断电，1YA得电，换向阀1左位工作，压力油进入缸7左腔，自动重复上述动作循环，直到按下停止按钮为止。

在这种顺序动作回路中，为了防止压力继电器在前一行程液压缸到达行程端点以前发生误动作，压力继电器的调定值应比前一行程液压缸的最大工作压力高0.3~0.5MPa，同时，为了能使压力继电器可靠地发出信号，其压力调定值又应比溢流阀的调定压力低0.3~0.5MPa。

图1.2压力控制顺序动作回路

3）行程阀控制顺序动作回路

如图1.3状态时首先使电磁阀3通电，则液压缸1的活塞向右运动。当活塞杆上的挡块压下行程阀4时，行程阀4换向，使缸2的活塞向右运动。电磁阀3断电后，液压缸1的活塞向左运动，当行程阀4复位后，液压缸2的活塞也退回到左端。完成所要求的顺序动作

图1.3行程阀控制顺序动作回路

4）负载压力决定的顺序动作回路

如图1.4W1和W2分别为液压缸Ⅰ和Ⅱ的负载，p1和p2分别为它们的负载压力。若p1

p2时，液压缸Ⅱ的活塞才开始上升。

图1.4负载压力决定的顺序动作回路

5）顺序阀控制的顺序动作回路

如图1.5靠顺序阀压力来控制液压缸按1→2→3的顺序动作

当电磁换向阀通电时，缸A活塞上升至终点；系统压力上升至顺序阀开启压力时，缸B活塞上升。当电磁换向阀断电时，缸A、缸B活塞下行。为了保证动作顺序的可靠性，顺序阀的调定压力应比缸A上升时所需最大压力高出1MPa左右。

图1.5顺序阀控制的顺序动作回路

1.2部分顺序动作回路的优缺点。

1.顺序阀控制的顺序动作回路：这种顺序动作回路可通过变更电气线路改变动作顺序。该回路顺序动作可靠，所以在液压系统中应用很广 2.负载压力决定的顺序动作回路：这种顺序动作回路突出的优点是简单，但受负载变化的影响大。当两缸负载压力差较小时，不能实现可靠的顺序动作

3.行程阀控制顺序动作回路：采用行程阀的顺序动作回路，具有顺序动作可靠，但想改变动作顺序较困难

4.行程开关控制顺序动作回路：这种顺序动作回路的优点是：调整行程比较方便，改变电气控制线路就可以改变油缸的动作顺序，利用电气互锁，可以保证顺序动作的可靠性

第二章 顺序动作回路试验

这是用行程开关和电磁阀控制的顺序动作回路。如图2.1~2.5所示.状态液压缸5和

6的活塞都处于左端原位。按下循环启动按钮，电磁阀7得电，缸6活塞向右运动。到达预定位置时，挡块压下行程开关2，使电磁阀8得电，缸5活塞向右运动。到预定位置时，缸5活塞上得挡块压下行程开关3，使电磁阀7断电复位，缸6活塞向左退回。退至原位后压下行程开关1，使行程开关8也复位，缸5活塞向左退回到原位，完成一个动作循环。

图2.1 顺序动作回路原理图

图2.2 顺序动作回路1缸活塞杆伸出

图2-3 顺序动作回路2缸活塞杆伸出

图2-4 顺序动作回路1缸活塞杆缩回

图2-5 顺序动作回路2缸活塞杆缩回

2.1实验内容

实验内容分两部分，首先是分析和比较在采用节流阀的进油路节流调速回路中，分流阀具有不同通流面积时的负载特性；然后是分析和比较采用节流阀的进，回，旁三种节流调速回路的速度负载特性。

（1）液压缸的内径D计算

V0F

4Q0

(D2d2)

(Dd)P

4

22

公式2.1

推力F=1KN 速度V=0.5m/s 位移L=100mm

A(D/2)2

F

公式2.2 P4MPa

AD0.0591m

圆整后D取60毫米

（2）活塞杆直径d计算； 由于活塞杆受拉伸力d=(0.3~0.5)D 取0.5计算 d=30毫米

由于受拉伸力，所以不用进行校核 液压缸的壁厚计算

对于低压系统，液压缸厚度按薄壁计算



PyD2[]

P16MPa时,Py1.5P

选用S35材料[]104Nm



PyD2[]

1.154mm

故壁厚取5mm，所以缸的外直径为D1D240mm

(4)缸底厚度计算 当缸底为无油孔时

H0.433H0.433D

Py



0.433320..55

104

4.186mm

故取h>5既满足要求；取h=6mm

活塞杆稳定型； 由L/D=100/160

公式2.3

公式2.4

第三章 工作流程图

第四章 控制电路图

第五章 系统原理图

第六章 课设感想

课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我来讲都是一种锻炼，培养了我自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作工程中，我曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。在我遇到困难的时候,去问潘老师的时候,老师往往会耐心的给我讲解。给我指出制图方面的不足，及设计方面的缺陷，给我提供资料，让我回去查阅。通过这次课设，让我受益匪浅。

参考文献

1主编 李寿刚，液压传动，北京理工大学出版社，1995年十月 2主编 王广怀，液压技术应用，哈尔滨工业大学出版社，2001年五月

3主编 李玉琳，液压元件与系统设计，北京航空航天大学出版社，1991年十二月 4主编 路甬祥，液压气动技术手册，机械工业出版社，2002年一月 5主编 王晓明，电动机的数字控制，北京航空工业大学出版社，2007年

6主编 孙志礼、 冷光聚、 魏延刚、 曾海泉，机械设计，东北大学出版社，2000年 7主编 何立民，微机接口与控制，北京航空航天大学出版社，1990年 8主著 王晓明，电动机单片机控制，北京航空航天大学出版社，2002年

机电一体化课程设计（论文）

题目： 液压顺序动作回路实验台设计

院（系）： 机械工程与自动化学院 专业班级： 机电055班 学 号： 050101189 学生姓名： 刘 钊 指导教师： 潘 静 教师职称： 讲 师 起止时间：2008.12.22-2009.1.11

课程设计（论文）任务及评语

目录

第1章 绪论.....................................................1

1.1顺序动作回路 ..................................................1 1.2部分顺序动作回路的优缺点...............................................5

第2章 顺序动作回路试验 .......................................6

2.1实验内容.......................................................8 2.2液压缸的较核...................................................8

第3章 工作流程图.....................................................10 第4章 控制电路图.....................................................11 第5章 系统原理图................................................12 第6章 课设感想................................................13 第7章 参考文献................................................14

第一章 绪论

顺序动作回路控制是指“按照预定的顺序逐次进行各个阶段的控制”。

顺序动作回路的作用在于使几个执行元件按照顺序依次进行动作。顺序回路的构成必须简单，经济，顺序变换迅速，工作可靠，效率高，顺序可变。顺序回路中有四种控制因素，即机械部件的位置，回路中的压力，流量，从循环中的某阶段算起的时间，许多液压顺序回路是靠检测这些控制因素以实现顺序动作的。检测这些控制因素有多种方法，可根据顺序逻辑系统的复杂程度，应用的场合，成本的高低等因素选择。随着电子技术的进步，自动控制中越来越多的采用PLC和单片微处理器为核心的逻辑控制。顺序回路大致分为以下两种类型：

1以液压系统本身的压力或流量特性，采用各种形式的阀来实现顺序动作功能的传统回路。这种回路适用于简单的顺序逻辑回路。

2 采用传感器形式，如机械式或各种继电器的回路。这种技术发展非常快，通过采用的不同的核心处理装置，便可实现从简单的复杂的各种逻辑功能。 1 .1 顺序动作回路

顺序动作回路有定量泵，溢流阀，三位四通电磁换向阀和执行元件组成。执行元件是液压组成。执行元件是液压缸或液压马达。

当用一个液压泵向几个执行元件供油时，如果这些元件需要按一定顺序依次动作，就应该采用顺序回路。如转位机构的转位和定位，夹紧机构的定位和夹紧等。

顺序动作回路，根据其控制方式的不同，分为行程控制、压力控制和时间控制五类。 1)行程开关控制顺序动作回路

如图1.1是一种采用行程开关和电磁换向阀配合的顺序动作回路。操作时首先按动启动按钮，使电磁铁1YA得电，压力油进入油缸3的左腔,使活塞按箭头1所示方向向右运动。当活塞杆上的挡块压下行程开关6S后，通过电气上的连锁使1YA断电，3YA得电。油缸3的活塞停止运动，压力油进入油缸4的左腔，使其按箭头2所示的方向向右运动。当活塞杆上的挡块压下行程开关8S，使3YA断电，2YA得电，压力油进入缸3的右腔，使其活塞按箭头3所示的方向向左运动；当活塞杆上的挡块压下行程开关5，使2YA断电，4YA得电，压力油进入油缸4右腔，使其活塞按箭头4的方向返回。当挡块压下行程开关7S时，4YA断电，活塞停止运动，至此完成一个工作循环。

这种顺序动作回路的优点是：调整行程比较方便，改变电气控制线路就可以改变油缸的动作顺序，利用电气互锁，可以保证顺序动作的可靠性。

图1.1行程开关控制顺序动作回路

2）压力控制顺序动作回路

如图1.2是利用压力继电器实现顺序动作的顺序回路。按启动按钮，使1YA得电，换向阀1左位工作，液压缸7的活塞向右移动，实现动作顺序1;到右端后，缸7左腔压力上升，达到压力继电器3的调定压力时发讯，使电磁铁1YA断电，3YA得电，换向阀2左位工作，压力油进入缸8的左腔，其活塞右移，实现动作顺序2；到行程端点后，缸8左腔压力上升，达到压力继电器5的调定压力时发讯，使电磁铁3YA断电，4YA得电,换向阀2右位工作，压力油进入缸8的右腔，其活塞左移，实现动作顺序3;到行程端点后，缸8右腔压力上升，达到压力继电器6的调定压力时发讯，使电磁铁4YA断电，2YA得电,换向阀1右位工作，缸7的活塞向左退回，实现动作顺序4。到左端后，缸7右端压

力上升，达到压力继电器4的调定压力时发讯，使电磁铁2YA断电，1YA得电，换向阀1左位工作，压力油进入缸7左腔，自动重复上述动作循环，直到按下停止按钮为止。

在这种顺序动作回路中，为了防止压力继电器在前一行程液压缸到达行程端点以前发生误动作，压力继电器的调定值应比前一行程液压缸的最大工作压力高0.3~0.5MPa，同时，为了能使压力继电器可靠地发出信号，其压力调定值又应比溢流阀的调定压力低0.3~0.5MPa。

图1.2压力控制顺序动作回路

3）行程阀控制顺序动作回路

如图1.3状态时首先使电磁阀3通电，则液压缸1的活塞向右运动。当活塞杆上的挡块压下行程阀4时，行程阀4换向，使缸2的活塞向右运动。电磁阀3断电后，液压缸1的活塞向左运动，当行程阀4复位后，液压缸2的活塞也退回到左端。完成所要求的顺序动作

图1.3行程阀控制顺序动作回路

4）负载压力决定的顺序动作回路

如图1.4W1和W2分别为液压缸Ⅰ和Ⅱ的负载，p1和p2分别为它们的负载压力。若p1

p2时，液压缸Ⅱ的活塞才开始上升。

图1.4负载压力决定的顺序动作回路

5）顺序阀控制的顺序动作回路

如图1.5靠顺序阀压力来控制液压缸按1→2→3的顺序动作

当电磁换向阀通电时，缸A活塞上升至终点；系统压力上升至顺序阀开启压力时，缸B活塞上升。当电磁换向阀断电时，缸A、缸B活塞下行。为了保证动作顺序的可靠性，顺序阀的调定压力应比缸A上升时所需最大压力高出1MPa左右。

图1.5顺序阀控制的顺序动作回路

1.2部分顺序动作回路的优缺点。

1.顺序阀控制的顺序动作回路：这种顺序动作回路可通过变更电气线路改变动作顺序。该回路顺序动作可靠，所以在液压系统中应用很广 2.负载压力决定的顺序动作回路：这种顺序动作回路突出的优点是简单，但受负载变化的影响大。当两缸负载压力差较小时，不能实现可靠的顺序动作

3.行程阀控制顺序动作回路：采用行程阀的顺序动作回路，具有顺序动作可靠，但想改变动作顺序较困难

4.行程开关控制顺序动作回路：这种顺序动作回路的优点是：调整行程比较方便，改变电气控制线路就可以改变油缸的动作顺序，利用电气互锁，可以保证顺序动作的可靠性

第二章 顺序动作回路试验

这是用行程开关和电磁阀控制的顺序动作回路。如图2.1~2.5所示.状态液压缸5和

6的活塞都处于左端原位。按下循环启动按钮，电磁阀7得电，缸6活塞向右运动。到达预定位置时，挡块压下行程开关2，使电磁阀8得电，缸5活塞向右运动。到预定位置时，缸5活塞上得挡块压下行程开关3，使电磁阀7断电复位，缸6活塞向左退回。退至原位后压下行程开关1，使行程开关8也复位，缸5活塞向左退回到原位，完成一个动作循环。

图2.1 顺序动作回路原理图

图2.2 顺序动作回路1缸活塞杆伸出

图2-3 顺序动作回路2缸活塞杆伸出

图2-4 顺序动作回路1缸活塞杆缩回

图2-5 顺序动作回路2缸活塞杆缩回

2.1实验内容

实验内容分两部分，首先是分析和比较在采用节流阀的进油路节流调速回路中，分流阀具有不同通流面积时的负载特性；然后是分析和比较采用节流阀的进，回，旁三种节流调速回路的速度负载特性。

（1）液压缸的内径D计算

V0F

4Q0

(D2d2)

(Dd)P

4

22

公式2.1

推力F=1KN 速度V=0.5m/s 位移L=100mm

A(D/2)2

F

公式2.2 P4MPa

AD0.0591m

圆整后D取60毫米

（2）活塞杆直径d计算； 由于活塞杆受拉伸力d=(0.3~0.5)D 取0.5计算 d=30毫米

由于受拉伸力，所以不用进行校核 液压缸的壁厚计算

对于低压系统，液压缸厚度按薄壁计算



PyD2[]

P16MPa时,Py1.5P

选用S35材料[]104Nm



PyD2[]

1.154mm

故壁厚取5mm，所以缸的外直径为D1D240mm

(4)缸底厚度计算 当缸底为无油孔时

H0.433H0.433D

Py



0.433320..55

104

4.186mm

故取h>5既满足要求；取h=6mm

活塞杆稳定型； 由L/D=100/160

公式2.3

公式2.4

第三章 工作流程图

第四章 控制电路图

第五章 系统原理图

第六章 课设感想

课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我来讲都是一种锻炼，培养了我自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作工程中，我曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我们还是坚持下来了，这就是我意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我们的宝贵财富。在我遇到困难的时候,去问潘老师的时候,老师往往会耐心的给我讲解。给我指出制图方面的不足，及设计方面的缺陷，给我提供资料，让我回去查阅。通过这次课设，让我受益匪浅。

参考文献

1主编 李寿刚，液压传动，北京理工大学出版社，1995年十月 2主编 王广怀，液压技术应用，哈尔滨工业大学出版社，2001年五月

3主编 李玉琳，液压元件与系统设计，北京航空航天大学出版社，1991年十二月 4主编 路甬祥，液压气动技术手册，机械工业出版社，2002年一月 5主编 王晓明，电动机的数字控制，北京航空工业大学出版社，2007年

6主编 孙志礼、 冷光聚、 魏延刚、 曾海泉，机械设计，东北大学出版社，2000年 7主编 何立民，微机接口与控制，北京航空航天大学出版社，1990年 8主著 王晓明，电动机单片机控制，北京航空航天大学出版社，2002年