機(jī)電設(shè)備液壓系統(tǒng)的電器與PLC控制課程設(shè)計(jì)說明書

1、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)名稱： 機(jī)電一體化綜合課程設(shè)計(jì) 題 目： 機(jī)電設(shè)備液壓系統(tǒng)的電器與plc控制 學(xué)生姓名： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 年 月 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 年級(jí) 班 一、設(shè)計(jì)題目機(jī)電設(shè)備液壓系統(tǒng)的電器與plc控制二、主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止的工作循環(huán)?？焖偻邓俣葹関1=3m/min，加壓速度為v2=40mm/min，壓制力為f=200kn，運(yùn)動(dòng)部件總重量g=18kn?？焖傩谐?80mm；慢速行程：20mm，起動(dòng)

2、時(shí)間為0.2s。三、具體要求1、設(shè)計(jì)系統(tǒng)液壓圖，根據(jù)題目要求計(jì)算系統(tǒng)壓力，并選擇所有閥的型號(hào)（壓力、流量等）；2、繪制電器控制線路圖，能滿足基本工作要求；3、編制plc控制程序，能考慮整個(gè)液壓系統(tǒng)的安全工作過程、工作速度、工作平穩(wěn)性；程序包含手動(dòng)、自動(dòng)程序；四、進(jìn)度安排1、閱資料，復(fù)習(xí)相關(guān)課程 2天2、熟悉力士樂電子液壓控制系統(tǒng) 4天3、設(shè)計(jì)某臺(tái)常用機(jī)械設(shè)備液壓和電器控制系統(tǒng) 10天4、完成元器件安裝、接線、調(diào)試，模擬出設(shè)備的工作過程 4天5、整理和編寫說明書，準(zhǔn)備答辯 3天五、完成后應(yīng)上交的材料1、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物連接圖 2、課程設(shè)計(jì)說明書六、總評(píng)成績指導(dǎo)教師 簽名日期 年 月 日系 主 任

3、 審核日期 年 月 日 目 錄一課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和任務(wù)4二力士樂電子液壓控制系統(tǒng)原理4三各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，考慮方案的合理性53.1分析負(fù)載 5 3.2確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 7 3.3設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 8四各系統(tǒng)液壓原理圖，電器圖和梯形圖124.1液壓系統(tǒng)原理圖 124.2電氣控制系統(tǒng)原理圖 13五選用的相應(yīng)元器件清單17六結(jié)論與心得體會(huì)22七參考文獻(xiàn)22八附件 23一、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止的工作循環(huán)。快速往返速度為v1=3m/min，加壓速度為v2=40mm/min，壓制力為f=200kn，運(yùn)動(dòng)

4、部件總重量g=18kn?？焖傩谐?90mm；慢速行程：10mm，起動(dòng)時(shí)間為0.2s。要求：1、設(shè)計(jì)系統(tǒng)液壓圖，根據(jù)題目要求計(jì)算系統(tǒng)壓力，并選擇所有閥的型號(hào)；（壓力、流量等）2、繪制電器控制線路圖，能滿足基本工作要求；3、編制plc控制程序，能考慮整個(gè)液壓系統(tǒng)的安全工作過程、工作速度、工作平穩(wěn)性；程序包含手動(dòng)、自動(dòng)程序；二、力士樂電子液壓控制系統(tǒng)原理力士樂設(shè)備說明：為適應(yīng)對(duì)液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)知識(shí)日益提高的要求，特別為進(jìn)行職業(yè)培訓(xùn)和專業(yè)進(jìn)修開發(fā)了液壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)教，學(xué)系統(tǒng)ts-ds4?；镜膶?shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，主要由以下部分組成： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)支架（1） 配有穩(wěn)固而轉(zhuǎn)向靈活的承載滾輪（2）、并集成液壓動(dòng)力站（3）

5、，電氣開關(guān)柜（4），工具箱（5），玻璃量筒（6）和p/t分配器（7）。結(jié)構(gòu)上，可以選擇或者配置2個(gè)網(wǎng)孔柵實(shí)驗(yàn)板（8）用于液壓元件，或者配置2個(gè)鋁型材實(shí)驗(yàn)板（9）用于氣動(dòng)元件?；蛘呤歉鬟x1個(gè)網(wǎng)孔柵實(shí)驗(yàn)板和1個(gè)鋁型材實(shí)驗(yàn)板。訓(xùn)練系統(tǒng)就在網(wǎng)孔柵實(shí)驗(yàn)板或鋁型材實(shí)驗(yàn)板上組裝，用軟管連接。液壓軟管的快速接頭，可以使訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)既快速又安全地進(jìn)行。有選擇的提供一個(gè)負(fù)載模擬器（10），并有大量的成套組件可供選擇。這樣，基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，可成為一個(gè)完整的、按用戶要求定制的、接近實(shí)踐的確保職業(yè)培訓(xùn)和專業(yè)進(jìn)修要求的系統(tǒng)。設(shè)備特點(diǎn)： 用于職業(yè)培訓(xùn)和專業(yè)培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng) 適合于進(jìn)行bibb(柏林聯(lián)邦職業(yè)培 訓(xùn)研究所)所推

6、薦的學(xué)習(xí)訓(xùn)練。 設(shè)備結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，穩(wěn)定性好。 低噪音運(yùn)行。 便攜式，滾輪穩(wěn)定而轉(zhuǎn)向靈活。 模塊化結(jié)構(gòu)，多種變型。 采用rexroth公司ng6標(biāo)準(zhǔn)閥元件。 一目了然而又深思熟慮的設(shè)計(jì)。 大量成套組件可供選擇。 液壓傳動(dòng) 故障診斷 電控元件 基礎(chǔ)成套組件液壓傳動(dòng)與電液控制 電液比例技術(shù) 行走機(jī)械（工程機(jī)械）液壓技術(shù) 直線控制軸 工藝技術(shù)交叉兼容的方案構(gòu)思，適用于 液壓傳動(dòng)與控制 氣壓傳動(dòng)與控制 機(jī)電一體化 有選擇的備有詳細(xì)的、一目了然的三、各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，考慮方案的合理性3.1分析負(fù)載：（一） 外力負(fù)載：因?yàn)閴褐屏閒1=200kn，運(yùn)動(dòng)部件總重量g=18kn，所以外力負(fù)載為：f=200kn-18

7、kn=182kn（二） 慣性負(fù)載：活塞桿的質(zhì)量m=18kn/10=1800kg, 快速往返速度v1=3m/min=0.05m取加速時(shí)間t=0.2s，所以加速度 : a=vt=0.25m/s2所以慣性負(fù)載為 f=ma=1800kg0.25m/s2=450n（三） 阻力負(fù)載：因?yàn)楸鞠到y(tǒng)忽略所有的靜摩擦和動(dòng)摩擦，所以阻力負(fù)載為0。由上所知，液壓缸在各工作階段的負(fù)載如下表。工況負(fù)載組成負(fù)載值f工況負(fù)載組成負(fù)載值f啟動(dòng)靜摩擦0工進(jìn)外負(fù)載+動(dòng)摩擦182kn加速慣性負(fù)載450n保壓外負(fù)載182kn快進(jìn)動(dòng)摩擦0快退動(dòng)摩擦0所以負(fù)載圖如下圖所示51418450182000182000450nmm負(fù)載圖速度圖如下

8、所示。51418m/minmm30.04-33.2確定執(zhí)行元件主要參數(shù)：因?yàn)榻M合機(jī)床的最大負(fù)載約為182000n，所以液壓系統(tǒng)取壓力p1=19mpa。因?yàn)橄到y(tǒng)要求快進(jìn)快退速度相等，所以液壓缸選用單活塞桿式。這種情況下，液壓缸無桿腔的工作面積a1等于有桿腔的工作面積a2的兩倍，即t=a1/a2=2,并且活塞桿直徑d與桿筒直徑d成d=0.707d的關(guān)系。 為防止壓頭突然向下沖，在回油路上應(yīng)設(shè)有背壓p2，按書上資料取p2=0.5mpa。 由工進(jìn)的負(fù)載值按書上資料計(jì)算液壓缸面積 a2=fp1t-p2=1820000.96192-0.5106=5.0510-3a1=ta2=2a2=0.0101d=4a1

9、=0.1134md=0.707d=0.0802m將這些直徑按gb/t23482001圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值得d=0.12m,d=0.08m由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際面積為a1=254.3410-4,a2=132.6710-4。經(jīng)驗(yàn)算，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。 根據(jù)上述d和d的值，可估算出液壓缸的各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率，如下表所示。工況負(fù)載f/n回油腔壓力p2/mpa進(jìn)油腔壓力p1/mpa輸入流量q*10-3/m3*s-1輸入功率p./kw快進(jìn)啟動(dòng)00.805加速4500.844恒速01.3750.8050.60840.490工進(jìn)1820000.67.7670.01700.132快退啟

10、動(dòng)001.17加速4500.67.34恒速01.150.660.759工況圖如下：pqp0.1320.7590.8440.8057.7670.4900.8050.0171.170.661.3757.343.3設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖（一）設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案由于該系統(tǒng)是固定式機(jī)床，且不存在外負(fù)載對(duì)系統(tǒng)作功的工況，并由工況圖可知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，所以系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速方式和開式循環(huán)為宜。為了防止壓頭突然下沖，回油路上要設(shè)置背壓。（二）選擇基本回路a.選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后不論采用何種油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩

11、腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。b.選擇工進(jìn)回路通過在進(jìn)油路和回油路上分別接入一個(gè)調(diào)速閥來調(diào)節(jié)工進(jìn)過程中的運(yùn)動(dòng)速度。從快進(jìn)轉(zhuǎn)到工進(jìn)時(shí)，輸入液壓缸的流量從36.5l/min降至1.02l/min，速度變化較大，可選用電感式限位開關(guān)來控制速度的換接，以減少液壓沖擊。當(dāng)工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退的時(shí)候，回路中的流量很大，進(jìn)油路中流量通過39.6l/min。為保證換向平穩(wěn)，應(yīng)采用電磁換向閥式換接回路。c.選擇保壓回路當(dāng)快進(jìn)到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)這樣的功能，系統(tǒng)中選用m型和o型電磁換向閥，當(dāng)保壓的時(shí)候，o型電磁換向閥處于中位，通過溢流閥的調(diào)節(jié)作用使整條回路處于保壓狀態(tài)。（三） 將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)將以上回路

12、組合在一起并經(jīng)過修改和整理可以組合成一個(gè)如圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。（四）選擇液壓元件a.液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)的最大工作壓力為7.767mpa，如取進(jìn)油路上壓力損失為0.8mpa,則液壓泵最大工作壓力為p=7.767+0.8=8.567mpa因系統(tǒng)較為簡單，故取泄漏系數(shù)為1.05，則液壓泵實(shí)際流量為q=1.05(0.6610-3)=41.58l/min由于溢流閥最小穩(wěn)定溢流量為3l/min，而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸流量為1.02l/min,故液壓泵流量規(guī)格最小應(yīng)為4.02l/min。 根據(jù)以上壓力和流量，查閱相關(guān)產(chǎn)品樣本，最后確定選取從cbn-e425型齒輪液壓泵，其排量是25ml/r,當(dāng)液壓泵

13、的額定轉(zhuǎn)速是2000r的時(shí)候，輸出的理論流量是25mlx2000r=50l/min，取液壓泵的容積效率是0.93，則液壓泵的實(shí)際輸出流量是 50l/minx0.93=46.5l/min。由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)候液壓泵工作壓力是1.95mpa，流量是46.5l/min,取液壓泵的總效率是0.84，則液壓泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的功率是p=pqn=1.9546.50.8460 =1.799kw查閱電機(jī)產(chǎn)品樣本選擇y90l-2,其額定功率是2.2kw，額定轉(zhuǎn)速是2000r/minb.閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量，可選出如下圖所示這些液壓

14、元件的型號(hào)及規(guī)格。序號(hào)元件名稱估計(jì)通過流量/l*min-1確定流量/l*min-1確定壓力/mpa確定壓降/mpa型號(hào)，規(guī)格1m型三位四通電磁換向閥6080160.534dyf3y-e10b2調(diào)速閥400.075016 -axgf-e10b3o型三位四通電磁換向閥4080160.534gf-e10b4兩位四通電磁換向閥4080160.524dyf3y-e10b5溢流閥56316 -yf3-e10b6背壓閥0.36316-yf3-e10b7液壓泵 - 46.5 16-cbn-e425（五）驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值。因?yàn)橄到y(tǒng)為中小型的液壓系統(tǒng)，管道壓力損失很少，可以不如

15、考慮。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)該按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。1、快進(jìn)由液壓原理圖可知，進(jìn)油路上油液通過m型三位四通電磁換向閥的流量是46.5ml/min，通過二位四通換向閥的流量是46.5ml/min，因此進(jìn)油路的總壓力損失為p=0.546.5/802+0.546.5/802=0.338mpa回油路上，流經(jīng)o型三位四通電磁換向閥的流量是24.3ml/min ，因此回油路的總壓力損失為：p=0.524.3802=0.046mpa2、工進(jìn)由液壓控制原理圖可知，工進(jìn)時(shí)，進(jìn)油路上油液通過m型三位四通電磁換向閥的流量是1.02ml/min，通過兩位四通電磁換向閥的流量是1.02ml/min，因此進(jìn)油路的總

16、壓力損失為p=0.51.02/802+0.51.02/802=1.6310-5mpa回油路上，流經(jīng)o型三位四通換向閥的流量是0.53ml/min ，因此回油路的總壓力損失為：p=0.50.53/802=2.1910-5mpaa3、快退由液壓控制原理圖可知，快退時(shí)，進(jìn)油路上油液通過4通3位閥的流量是39.6ml/min，通過4通2位換向閥的流量是39.6ml/min，因此進(jìn)油路的總壓力損失為p=0.539.6/802+0.539.6/802=0.245mpa回油路上，流經(jīng)4通3位換向閥的流量是75.72ml/min ，因此回油路的總壓力損失為：p=0.575.72/802=0.448mpa則由此

17、可知，溢流閥的調(diào)定壓力是p=0.245+7.767=8.012mpa四、各系統(tǒng)液壓原理圖，電器圖和梯形圖本系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)跟電氣控制系統(tǒng)組成，以下是各系統(tǒng)的原理和介紹。4.1液壓系統(tǒng)原理圖液壓回路的工作原理工作過程：快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止的工作循環(huán)a)快速空程下行工作原理：a2通電,b2通電。進(jìn)油路：液壓泵1三位四通電磁換向閥4的左位調(diào)速閥5二位四通電磁換向閥7左位液壓缸8上腔?；赜吐罚阂簤焊?下腔三位四通電磁換向閥9左位溢流閥10油箱2 速度通過調(diào)速閥5調(diào)節(jié)b)慢速加壓工作原理：a2通電，b1通電。進(jìn)油路：液壓泵1三位四通電磁換向閥4的左位調(diào)速閥5二位四通電磁換向閥7左位液壓缸8

18、上腔回油路：液壓缸8下腔三位四通換向閥9的右位節(jié)流閥11三位四通電磁換向閥4左位油箱2速度通過調(diào)速閥5和節(jié)流閥11共同調(diào)節(jié)c)保壓工作原理：a2通電，三位四通電磁換向閥9處于中位。通過調(diào)節(jié)溢流閥3保持系統(tǒng)壓力d)快速回程：a1通電，b1通電，c1通電。進(jìn)油路：液壓泵1三位四通電磁換向閥4的右位節(jié)流閥11三位四通電磁換向閥9的右位液壓缸8下腔回油路：液壓缸8上腔二位四通電磁換向閥7左位調(diào)速閥6油箱2速度通過調(diào)速閥6調(diào)節(jié)4.2電氣控制系統(tǒng)原理圖a) 電氣系統(tǒng)由三菱fx1n-24mr plc部分和力士樂電氣系統(tǒng)學(xué)習(xí)板組成，下面是該系統(tǒng)的組成電路圖以及程序梯形圖。外部信號(hào)與plc的i/o接點(diǎn)地址編號(hào)對(duì)

19、照輸 入 信 號(hào)輸 出 信 號(hào)名稱功能i/o編號(hào)名稱功能i/o編號(hào)雙擲開關(guān)自動(dòng)或手運(yùn)行選擇x001km1c1接通y000sb2手動(dòng)快進(jìn)x002km2a1接通y001sb3手動(dòng)工進(jìn)x003km3a2接通y002sb4手動(dòng)快退x004km4b1接通y003sb5自動(dòng)加工運(yùn)行x005km5b2接通y004km6常開快進(jìn)限位x006km7常開工進(jìn)限位x007b) plc 程序設(shè)計(jì)部分1、 手動(dòng)操作手動(dòng)操作：手動(dòng)快進(jìn)，手動(dòng)工進(jìn)，手動(dòng)快退。手動(dòng)plc程序如圖所示?？刂屏鞒蹋?、將雙擲開關(guān)打在手動(dòng)擋。2、液壓缸在原位（最左位），按下sb2，啟動(dòng)手動(dòng)快進(jìn)功能，液壓缸向左以3m/min的速度快進(jìn)。當(dāng)松開sb2后，停止快進(jìn)。3、按下sb3，啟動(dòng)手動(dòng)工進(jìn)，液壓缸向左以40mm/min的速度工進(jìn)。4、按下sb4，啟動(dòng)手動(dòng)快退，液壓缸向左以3m/min的速度快退。2、 自動(dòng)控制自動(dòng)控制的程序圖如下圖所示。其工作過程是典型的順序控制，所以采用步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)順序控制。控制流程：1、 保證雙擲開關(guān)在自動(dòng)擋。2、 按下sb5，啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行程序。a在程序的驅(qū)動(dòng)下先0.2s，然后啟動(dòng)快進(jìn)程序段，液壓缸以3m/min 的速度快進(jìn)b當(dāng)液壓缸被感應(yīng)式行程開關(guān)x6感應(yīng)到時(shí)，液壓缸以40mm/min的速度工進(jìn)；c當(dāng)液壓缸被感應(yīng)式行程開關(guān)x7感應(yīng)到時(shí)，液壓缸停止保壓5s.d保壓5s后液壓缸以3m/mi