壓力機液壓系統(tǒng)

1、湖南工業(yè)大學(xué)機電 控 制 技 術(shù)課程設(shè)計資料袋 機械工程學(xué)院（系、部）20152016學(xué)年第二學(xué)期課程名稱機電控制技術(shù)指導(dǎo)教師職稱副教授 學(xué)生姓名專業(yè)班級班級學(xué)號題目壓力機液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計成績起止日期2016年6月25日2016年7月1日目錄清單序號材料名稱資料數(shù)量備注1課程任務(wù)任務(wù)書12課程任務(wù)說明書13電氣控制電路圖14可編程控制器硬件連線15狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖16控制梯形圖1課程設(shè)計任務(wù)書20152016學(xué)年第二學(xué)期機械工程學(xué)院（系、部）機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)機設(shè)1301班級課程名稱：機電控制技術(shù)設(shè)計題目：壓力機液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計完成期限：自2016年6月25日至2016年

2、7月1日共1周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)具體要求見課程設(shè)計指導(dǎo)書二、設(shè)計任務(wù)完成系統(tǒng)的繼電器控制原理圖、PLC控制原理圖及設(shè)計說明書一份三、設(shè)計工作量電氣圖2-3張，不得少于15頁進度安排起止日期工作內(nèi)容6月25-6月26講解設(shè)計目的、要求、方法，任務(wù)分工6月26-6月27根據(jù)指導(dǎo)書和任務(wù)書要求確定控制系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)、類型，確定輸入、輸出設(shè)備及元器件種類、數(shù)量，初步選定PLC型號6月27-6月29根據(jù)指導(dǎo)書和任務(wù)書繪制控制系統(tǒng)工作流程圖，確定每個動作實現(xiàn)和解除必須的條件6月29-6月30繪制繼電器控制原理圖、電路計算、元器件選擇列表7月1編制控制系統(tǒng)的PLC控制程序主要參考資料【1】

3、張萬奎主編.機床電氣控制技術(shù).北京：中國林業(yè)出版社.北京大學(xué)出版社，2006.【2】李偉主編.機床電器與PLC.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.【3】芮靜康.實用機床電路圖集.北京：中國水利水電出版社.2006.【4】孫余凱,吳鳴山等編著.學(xué)看實用電氣控制線路圖.北京：電子工業(yè)出版社，2006.指導(dǎo)教師（簽字）：2016年7月1日系（教研室）主任（簽字）：2016年7月1日機床電氣控制技術(shù)設(shè)計說明書壓力機液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計 起止日期：2016年6月25日至2016年7月1日學(xué) 生 姓 名： 班 級： 學(xué) 號： 成 績： 指導(dǎo)教師(簽字)： 機械工程學(xué)院2016年7月1日目錄一、課程

4、設(shè)計的內(nèi)容與要求. 11.1課程設(shè)計對象簡介.11.2壓力機結(jié)構(gòu)及工作要求.21.3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求.51.4課程設(shè)計的任務(wù).6二、電氣控制電路設(shè)計.62.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計.72.1繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹. 102.3選擇電氣元件. 13三、壓力機的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計. 143.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則. 163.2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計.18四、設(shè)計體會與總結(jié).19五、參考資料.20一、課程設(shè)計的內(nèi)容與要求1.1課程設(shè)計對象簡介液壓機是一種利用液體靜壓力來加工金屬、塑料、橡膠、木材、粉末等制品的機械。它常用于壓制工藝和壓制成形工藝如

5、鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、翻邊、薄板拉深、粉末冶金、壓裝等等。 液壓機有多種型號規(guī)格其壓制力從幾十噸到上萬噸。用乳化液作介質(zhì)的液壓機被稱作水壓機產(chǎn)生的壓制力很大，多用于重型機械廠和造船廠等。用石油型液壓油做介質(zhì)的液壓機被稱作油壓機產(chǎn)生的壓制力較水壓機小，在許多工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用。 液壓機多為立式其中以四柱式液壓機的結(jié)構(gòu)布局最為典型應(yīng)用也最廣泛。圖1.1所示為液壓機外形圖它主要由充液筒、上橫梁2、上液壓缸3、上滑塊4、立柱5、下滑塊6、下液壓缸7等零部件組成。這種液壓機有4個立柱在4個立柱之間安置上、下兩個液壓缸3和7。上液壓缸驅(qū)動上滑塊4下液壓缸驅(qū)動下滑塊6。為了滿足大多數(shù)壓制工藝的要求

6、上滑塊應(yīng)能實現(xiàn)快速下行慢速加壓保壓延時快速返回原位停止的自動工作循環(huán)。下滑塊應(yīng)能實現(xiàn)向上頂出停留向下退回原位停止的工作循環(huán)。上下滑塊的運動依次進行不能同時動作。由上液壓缸和下液壓缸動作循環(huán)路線可以畫出液壓機的工作循環(huán)圖，如圖1-2所示。橫坐標為一個循環(huán)周期，縱坐標為液壓缸工作行程。圖1-2液壓機的工作循環(huán)1.3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求由設(shè)計任務(wù)書可知，設(shè)計任務(wù)為3150KN通用液壓系統(tǒng)。1.313150KN通用液壓系統(tǒng)工作原理及特點圖1-3為3150KN通用液壓機的液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)有兩個泵，主泵1是一個高壓、大流量恒功率（壓力補償）變量泵，最高工作壓力由溢流閥4的遠程調(diào)壓閥5調(diào)壓。輔助泵2是

7、一個低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動閥的控制油，其壓力由溢流閥3調(diào)整。該系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率變量泵供油和利用滑塊自重充液的快速運動回路，既符合工藝要求，又節(jié)省了能量；采用單向閥13保壓及由順序閥11和帶卸載閥芯的充液閥14組成的泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時的液壓沖擊。圖1 3150KN通過液壓機液壓系統(tǒng)圖1主泵 2輔助泵 3、4、18溢流閥 5遠程調(diào)壓閥 6、21電液換向閥 7壓力繼電器 8電磁換向閥 9液控單向閥 10、20背壓閥 11順序閥 12液控滑閥 13單向閥 14充液閥 15油箱 16上缸 17下缸 19節(jié)流器 22壓力表1.3.2 3150KN通用液壓機液壓

8、系統(tǒng)性能分析由以上的工作原理及特點分析可知，該機液壓系統(tǒng)主要由壓力控制回路,換向回路,快慢速轉(zhuǎn)換回路,以及平衡鎖緊回路等組成。其主要性能特點如下：1）系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率(壓力補償)柱塞變量泵供油，通過電液換向閥6、21的中位機能使主泵1空載起動，在主、輔液壓缸原位停止時主泵1卸荷，利用系統(tǒng)工作過程中工作壓力的變化來自動調(diào)節(jié)主泵1的輸出流量與上缸的運動狀態(tài)相適應(yīng)，這樣既符合液壓機的工藝要求，又節(jié)省能量。2）系統(tǒng)利用上滑塊組件的自重實現(xiàn)主液壓缸（上缸）快速下行，并用充液閥14補油，使快速運動回路結(jié)構(gòu)簡單，補油充分，且使用的元件少。3)系統(tǒng)采用帶緩沖裝置的充液閥14、液動換向閥12和外控順序閥

9、11組成的泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了上缸由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時的液壓沖擊。4)系統(tǒng)采用單向閥13、14保壓，并使系統(tǒng)卸荷的保壓回路，在上缸上腔實現(xiàn)保壓的同時實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷，因此系統(tǒng)節(jié)能效率高。5)系統(tǒng)采用液控單向閥9和內(nèi)控順序閥組成的平衡鎖緊回路，使上缸組件在任何位置能夠停止，且能夠長時間保持在鎖定的位置上1.4課程設(shè)計的任務(wù)1、在1周時間內(nèi)，根據(jù)給定任務(wù)（具體見課程設(shè)計指導(dǎo)書），繪制電氣原理圖一張，要求有布局合理，功能完善，有技術(shù)要求及明細欄；2、有PLC設(shè)計內(nèi)容的（由指導(dǎo)教師指定），要求給出程序框圖和源程序清單；3、編寫設(shè)計計算說明書一份，不得少于15頁。要求有目錄、設(shè)計任務(wù)書及元器件選型計

10、算、原理說明、功能說明、控制器的選擇、程序清單、調(diào)試結(jié)論、參考資料等。二、電氣控制電路設(shè)計2.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計根據(jù)液壓機的系統(tǒng)性能以及特點的分析之后，還需要考慮了以下幾個方面：1、電氣控制線路與機械配合相當緊密，因此分析中要詳細了解機械結(jié)構(gòu)與電氣控制的關(guān)系，但機械結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。2、控制線路中設(shè)置了變速沖動控制，從而使變速順利進行。3、為了操作方便，采用多地控制，實現(xiàn)兩地啟、停。4、具有完善的電氣聯(lián)鎖，并具有短路、零壓、過載及超行程限位保護環(huán)節(jié)根據(jù)設(shè)計要求我們設(shè)計了如圖2-3所示的繼電器-接觸器電氣控制電路圖。2.2繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹2.2.1通過以上分

11、析，可得出圖1-3中每個換向閥每個電磁鐵的動作順序，如表2-1所示。表1為3150KN通用液壓機的電磁鐵動作順序表動作程序1Y2Y3Y4Y5Y上缸快速下行+慢速加壓+保壓泄壓回程+停止下缸頂出+退回+壓邊+2.2.2動作分析1）啟動如圖2-1所示。按啟動按扭SB2，KM1得電吸合，常開開關(guān)KM1閉合，主泵供油，電磁鐵全部處于失電狀態(tài)，主泵1輸出的油經(jīng)三位四通電液換向閥6中位及閥21中位流回油箱，空載啟動。（2）上缸快速下行按啟動按扭SB3，KA1得電吸合，其控制的常開開關(guān)KA1閉合，電磁鐵1Y、5Y先后得電，閥6換至右位，控制油經(jīng)閥8右位使液控單向閥9打開。進油路：泵1換向閥6右位單向閥13上

12、缸16上腔?；赜吐罚荷细?6下腔液控單向閥9換向閥6右位換向閥21中位油箱。上缸滑塊在自重作用下迅速下降，泵1雖處于最大流量狀態(tài)，仍不能滿足其需要，因而上缸上腔形成負壓，上部油箱15的油液經(jīng)液控單向閥14（充液閥）進入上缸上腔。（3）上缸慢速接近工件。當上缸滑塊降至一定位置觸動行程開關(guān)2S后，SQ2失電斷開，電磁鐵5Y失電，閥8處于原位，液控單向閥9關(guān)閉。上缸下空油液經(jīng)背壓閥10、閥6右位、閥21中位回油箱。這時，上缸上腔壓力升高，充液閥14關(guān)閉。上缸在泵1供給的壓力油作用下慢速接近工件。當上缸滑塊接觸工件后，阻力急劇增加，上腔壓力進一步提高，泵1的輸出流量自動減小。（4）保壓。當上缸上腔壓力

13、達到預(yù)定值時，壓力繼電器KP吸合，常閉開關(guān)KP斷開，使電磁鐵1Y失電，閥6回中位，上缸的上、下腔封閉，單向閥13和充液閥14使上缸上腔保壓，保壓時間由時間繼電器KM2調(diào)整。保壓期間，泵1經(jīng)閥6、閥21的中位卸載。5）泄壓，上缸回程。如圖2-2所示。保壓過程結(jié)束，時間繼電器KM2發(fā)出信號，其控制的常開開關(guān)KM2閉合，接觸器KA2得電吸合，電磁鐵2Y得電，閥6換至左位，同時開關(guān)KA2閉合，形成自鎖。由于上缸上腔壓力很高，液動滑閥12處于上位，壓力油經(jīng)閥6左位及閥12上位使外控順序閥11開啟。此時泵1輸出油液經(jīng)順序閥11回油箱。泵1在低壓下工作，此壓力不足以打開充液閥14的主閥芯，而是先打開閥14中

14、的卸載芯，使上缸上腔油液經(jīng)此卸載閥芯開口泄回上部油箱15，壓力逐漸降低。當上缸上腔壓力泄至一定值后，液動滑閥12回到下位，外控順序閥11關(guān)閉，泵1供油壓力升高，閥14完全打開，此時油液流動情況為進油路：泵1換向閥6左位液控單向閥9上缸下腔?；赜吐罚荷细咨锨怀湟洪y14上部油箱15。實現(xiàn)主缸快速回程。6）上缸原位停止。當上缸滑塊上長至觸動行程開關(guān)1S，SQ1觸點失電斷開，電磁鐵2Y失電，閥6處于中位，液控單向閥9將主缸下腔封閉，上缸原位停止不動。泵1輸出油經(jīng)閥6、閥21中位回油箱，泵卸載。（7）下液壓缸頂出及退回按下開關(guān)SB5,接觸器KA3得電，電磁鐵3Y得電，換向閥21換至左位進油路：泵1換向閥

15、6中位換向閥21左位下缸17下腔?；赜吐罚合赂?7上腔換向閥21左位油箱。下液壓缸活塞上升，頂出。按下開關(guān)SB6，接觸器KA4得電，電磁鐵4Y得電，同時電磁鐵3Y失電，換向閥21換至右位，下液壓缸活塞下行退回。8）浮動壓邊作薄板拉伸壓邊時，要求下缸活塞上升到一定位置后，既保持一定壓力，又能隨上缸滑塊的下壓而下降。這時，換向閥21處于中位，上缸滑塊下壓時下缸活塞被迫隨之下行，下缸下腔油液經(jīng)節(jié)流器19和背壓閥20流回油箱，使下缸下腔保持所需的壓邊壓力。調(diào)節(jié)背壓閥20即可改變浮動壓邊力。下缸上腔則經(jīng)閥21中位從油箱補油。溢流閥18為下缸下腔安全閥。壓力機液壓系統(tǒng)電器控制電路圖2.3選擇電氣元件對于電

16、氣元件的選擇，我們應(yīng)注意以下幾點：(1)根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電氣元件功能的要求，確定電氣元件類型。如繼電器與接觸器，當元件用于通，斷功率較大的主電路時，應(yīng)選擇交流接觸器；若元件用于切換功率較小的電路（如控制電路）時，則應(yīng)選擇中間繼電器；若伴有延時要求時，則應(yīng)選用時間繼電器。(2)根據(jù)電氣控制的電壓，電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格，滿足元器件的負載能力及使用壽命。(3)掌握元器件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油，防塵，貨源等。(4)為了保證一定的可靠性，采用相應(yīng)的降額系數(shù)，并進行一些必要的技術(shù)和校核。根據(jù)以上步驟及參考資料的查找制定了本課程設(shè)計中繼電器元件表（見表2-2）。表2-2

17、電動機和電器元件明細表代號名稱型號QS總電源開關(guān)HZ1-60/3FU1熔斷器RL1-60/40FU2熔斷器RL1-15/4FU3熔斷器RL1-15/4FU4熔斷器RL1-15/4FR1液壓泵1熱繼電器 JR10-10 10AFR2液壓泵2熱繼電器JR10-10 6AKM1液壓泵啟動接觸器CJO-40KM2延遲繼電器接觸器CJO-20KA1-KA5對應(yīng)1Y-5Y接觸器JZ7-44 127V1Y-5Y電磁鐵36VTL1直流變壓器BK-150 380/127/36VTL2變壓器BK-150 380/127/36VSB1總停止按鈕LA2SB2泵啟動按鈕LA2SB3快速下行按鈕LA2 SB4下缸停止按鈕

18、LA2SB5下缸頂出按鈕LA2SB6下缸退回按鈕LA2SQ1行程開關(guān)LX3-11HSQ2行程開關(guān)LX3-11HKP壓力繼電器接觸器PFT-L4VC直流電源36VEL照明燈具JC6-1S1照明燈TCL_A6三、壓力機的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則在設(shè)計可編程控制器系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則。(1)最大限速地滿足控制要求充分發(fā)揮可編程控制器功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。(2)保證系統(tǒng)安全可靠保證可編程控制器

19、控制系統(tǒng)能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。(3)力求簡單，經(jīng)濟，使用與維修方便在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷降低工程的成本，不宜盲目追求自動化和高指標。(4)適應(yīng)發(fā)展的需要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。3.2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計(1)可編程控制器選型本系統(tǒng)有輸入信號九個，輸出信號有七個，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入輸出的點數(shù)、類型及控制要求，同時考慮到維護、改造和經(jīng)濟性等諸多因素，可以選擇FX2N-32MR，這樣共有16個輸入點、16個輸出點，可以滿足控制要求。(2)I/O地址分配根據(jù)系統(tǒng)要完成的動作，考慮在下液壓缸頂出和

20、退回時可能需要點動操作方式，方便調(diào)節(jié)壓邊時間以保證工件加工的要求。設(shè)定輸入/輸出控制信號，其I/O地址分配如下表3-1表3-1 I/O地址分配表輸入輸出信號 代號功能I點代號功能O點SB2啟動液壓泵X0KM1泵啟動Y0SB3快速下行X1KA1慢速下行Y1SQ2行程開關(guān)2SX2KA2泄壓回程Y2KP壓力繼電器X3KA3下缸頂出Y3SQ1行程開關(guān)1SX4KA4下缸退回Y4SB5下缸頂出X5KA5和Y1實現(xiàn)快速下行Y5SB6下缸退回X6指示燈Y6SB4下缸停止X7SB1總停止X10（3） 可編程控制器的輸入、輸出接線圖如圖所示（4）控制梯形圖 根據(jù)電氣控制圖，我們畫出來了其梯形圖如圖所示（5）壓力機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖四、設(shè)計體會與總結(jié)為期一周的機電綜合