壓力機(jī)液壓系統(tǒng)

1、湖南工業(yè)大學(xué) 機(jī)  電  控  制  技 術(shù)課 程 設(shè) 計(jì) 資  料  袋     機(jī)械工程學(xué)院（系、部）   2015  2016 學(xué)年第      二     學(xué)期  課程名稱  機(jī)電控制技術(shù) &

2、#160;指導(dǎo)教師            職稱   副教授   學(xué)生姓名       專業(yè)班級(jí)      班級(jí)  學(xué)號(hào) 題    目    壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)成 

3、0;  績(jī)           起止日期  2016 年 6 月 25 日 2016 年 7月 1 日 目   錄   清   單序號(hào)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

4、圖16控制梯形圖1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20152016學(xué)年第二學(xué)期 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部）  機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化  專業(yè) 機(jī)設(shè)1301   班級(jí) 課程名稱：  機(jī)電控制技術(shù)  設(shè)計(jì)題目：  壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)   完成期限：自 2016 年 6 月 25日至  2016  年 7月

5、0;1日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)   具體要求見課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 二、設(shè)計(jì)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(jì)說明書一份 三、設(shè)計(jì)工作量 電氣圖2-3張，不得少于15頁進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容6月25-6月26講解設(shè)計(jì)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(diǎn)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(hào)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(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)

6、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(jì)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】張萬奎主編.機(jī)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(jī)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(shí)用機(jī)床電路圖集.

7、0;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(shí)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 

8、1 日 系（教研室）主任（簽字）：                       2016年 7月 1 日    機(jī)床電氣控制技術(shù)設(shè)計(jì)說明書   壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì) 起止日期： 2016年 6 月 25

9、 日 至  2016 年 7 月 1 日 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí) ： 學(xué) 號(hào)： 成 績(jī) ： 指導(dǎo)教師(簽字)：     機(jī)械工程學(xué)院2016年7月1日  目  錄 一 、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 .  1 1.1課程設(shè)計(jì)對(duì)象簡(jiǎn)介. 1 1.2壓力機(jī)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 

10、;. 5 1.4課程設(shè)計(jì)的任務(wù) . 6二 、電氣控制電路設(shè)計(jì) . 62.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計(jì) .72.1繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹. 10 2.3選擇電氣元件 . 13三、壓力機(jī)的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .  143.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 . 163.2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 18四、設(shè)計(jì)體會(huì)與總結(jié) . 19五、參考資料 . 20一 、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與

11、要求 1.1 課程設(shè)計(jì)對(duì)象簡(jiǎn)介液壓機(jī)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(jī)械。它常用于壓制工藝和壓制成形工藝如鍛壓、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(jī)有多種型號(hào)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(jī)被稱作水壓機(jī)產(chǎn)生的壓制力很大，多用于重型機(jī)械廠和造船廠等。用石油型液壓油做介質(zhì)的液壓機(jī)被稱作油壓機(jī)產(chǎn)生的壓制力較水壓機(jī)小，在許多工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用。 液壓機(jī)多為立式其中以四柱式液壓機(jī)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(jī)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、

12、下液壓缸7等零部件組成。這種液壓機(jī)有4個(gè)立柱在4個(gè)立柱之間安置上、下兩個(gè)液壓缸3和7。上液壓缸驅(qū)動(dòng)上滑塊4下液壓缸驅(qū)動(dòng)下滑塊6。為了滿足大多數(shù)壓制工藝的要求上滑塊應(yīng)能實(shí)現(xiàn)快速下行慢速加壓保壓延時(shí)快速返回原位停止的自動(dòng)工作循環(huán)。下滑塊應(yīng)能實(shí)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(yùn)動(dòng)依次進(jìn)行不能同時(shí)動(dòng)作。由上液壓缸和下液壓缸動(dòng)作循環(huán)路線可以畫出液壓機(jī)的工作循環(huán)圖，如圖1-2所示。橫坐標(biāo)為一個(gè)循環(huán)周期，縱坐標(biāo)為液壓缸工作行程。圖 1-2  液壓機(jī)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(jì)任務(wù)書可知，設(shè)計(jì)任務(wù)為3150KN通用液壓系統(tǒng)。&#

13、160;1.31 3150KN通用液壓系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)  圖1-3為3150KN通用液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)有兩個(gè)泵，主泵1是一個(gè)高壓、大流量恒功率（壓力補(bǔ)償）變量泵，最高工作壓力由溢流閥4的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥5調(diào)壓。輔助泵2是一個(gè)低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jiǎn)單，減小了由保壓轉(zhuǎn)換為快速回 程時(shí)的液壓沖擊。圖1 31

14、50KN通過液壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖1主泵 2輔助泵 3、4、18溢流閥 5遠(yuǎn)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(jī)液壓系統(tǒng)性能分析     由以上的工作原理及特點(diǎn)分析可知，該機(jī)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(diǎn)如下： 1）系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率(壓力補(bǔ)償)柱塞變量泵供油，通過電液換向閥

15、6、21的中位機(jī)能使主泵1空載起動(dòng)，在主、輔液壓缸原位停止時(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)主泵1的輸出流量與上缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相適應(yīng)，這樣既符合液壓機(jī)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(shí)現(xiàn)主液壓缸（上缸）快速下行，并用充液閥14補(bǔ)油，使快速運(yùn)動(dòng)回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，補(bǔ)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(dòng)換向閥12和外控順序閥11組成的泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減小了上缸由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時(shí)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(shí)現(xiàn)保壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)卸荷，因此系統(tǒng)節(jié)

16、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(zhǎng)時(shí)間保持在鎖定的位置上 1.4課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 1、在1周時(shí)間內(nèi)，根據(jù)給定任務(wù)（具體見課程設(shè)計(jì)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(xì)欄； 2、有PLC設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算說明書一份，不得少于15頁。要求有目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書及元器件選型計(jì)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(jì)

17、60;2.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計(jì)根據(jù)液壓機(jī)的系統(tǒng)性能以及特點(diǎn)的分析之后，還需要考慮了以下幾個(gè)方面： 1、電氣控制線路與機(jī)械配合相當(dāng)緊密，因此分析中要詳細(xì)了解機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制的關(guān)系，但機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。 2、控制線路中設(shè)置了變速?zèng)_動(dòng)控制，從而使變速順利進(jìn)行。 3、為了操作方便，采用多地控制，實(shí)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(hù)環(huán)節(jié) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們?cè)O(shè)計(jì)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通過以上分析，可得出圖1-3中每個(gè)

18、換向閥每個(gè)電磁鐵的動(dòng)作順序，如表2-1所示。表1為3150KN通用液壓機(jī)的電磁鐵動(dòng)作順序表動(dòng)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(dòng)作分析 1）啟動(dòng) 如圖2-1所示。按啟動(dòng)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(dòng)。    （2）上缸快速下行  按啟動(dòng)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

19、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(jìn)油路：泵1換向閥6右位單向閥13上缸16上腔。 回油路：上缸16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(fù)壓，上部油箱15的油液經(jīng)液控單向閥14（充液閥）進(jìn)入上缸上腔。（3）上缸慢速接近工件。當(dāng)上缸滑塊降至一定位置觸動(dòng)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(shí)，上缸上腔壓力升高，充液閥14關(guān)閉。上缸在泵1供給的

20、壓力油作用下慢速接近工件。當(dāng)上缸滑塊接觸工件后，阻力急劇增加，上腔壓力進(jìn)一步提高，泵1的輸出流量自動(dòng)減小。    （4）保壓。  當(dāng)上缸上腔壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，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(shí)間由時(shí)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(shí)間繼電器KM2發(fā)出信號(hào)，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(shí)

21、開關(guān)KA2閉合，形成自鎖。由于上缸上腔壓力很高，液動(dòng)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(shí)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(dāng)上缸上腔壓力泄至一定值后，液動(dòng)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(shí)油液流動(dòng)情況為 進(jìn)油路：泵1換向閥6左位液控單向閥9上缸下腔。 回油路：上缸上腔充液閥14上部油箱15。實(shí)現(xiàn)主缸快速回程。6）上缸原位停止。 

22、0;當(dāng)上缸滑塊上長(zhǎng)至觸動(dòng)行程開關(guān)1S，SQ1觸點(diǎn)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(dòng)。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(jìn)油路：泵1換向閥6中位換向閥21左位下缸17下腔。 回油路：下缸17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(shí)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(dòng)壓邊

23、60; 作薄板拉伸壓邊時(shí)，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(shí)，換向閥21處于中位，上缸滑塊下壓時(shí)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(dòng)壓邊力。下缸上腔則經(jīng)閥21中位從油箱補(bǔ)油。溢流閥18為下缸下腔安全閥。壓力機(jī)液壓系統(tǒng)電器控制電路圖2.3選擇電氣元件 對(duì)于電氣元件的選擇，我們應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1)根據(jù)對(duì)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(dāng)元件用于通，斷功率較大的主電路時(shí)，應(yīng)選擇

24、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(shí)，則應(yīng)選擇中間繼電器；若伴有延時(shí)要求時(shí)，則應(yīng)選用時(shí)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(fù)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(jìn)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(jì)中繼電器元件表（見表2-2）。 表2-2 電動(dòng)機(jī)和電器元件明細(xì)表代號(hào)名稱型號(hào)QS總電源開關(guān)HZ1-60/3FU1熔斷器RL1-60/40FU2熔斷器R

25、L1-15/4FU3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(dòng)接觸器CJO-40KM2延遲繼電器接觸器CJO-20KA1-KA5對(duì)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(dòng)按鈕LA2SB3快速下行按鈕LA2 SB4下缸停止按鈕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)LX3-11

26、HKP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(jī)的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 在設(shè)計(jì)可編程控制器系統(tǒng)時(shí)，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(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。設(shè)計(jì)人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)問題和疑難問題。 (2)保證系統(tǒng)安全可靠 保證

27、可編程控制器控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全，可靠，穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。 (3)力求簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，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(kuò)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(dòng)化和高指標(biāo)。 (4) 適應(yīng)發(fā)展的需要 適當(dāng)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(jì) (1)可編程控制器選型 本系統(tǒng)有輸入信號(hào)九個(gè)，輸出信號(hào)有七個(gè)，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)、類型及控制要求，同時(shí)考慮到維護(hù)、改造和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素，可以選擇FX2N-32MR，這樣共有16個(gè)輸入點(diǎn)

28、、16個(gè)輸出點(diǎn)，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(dòng)作，考慮在下液壓缸頂出和退回時(shí)可能需要點(diǎn)動(dòng)操作方式，方便調(diào)節(jié)壓邊時(shí)間以保證工件加工的要求。設(shè)定輸入/輸出控制信號(hào)，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(hào) 代號(hào)功能I點(diǎn)代號(hào)功能O點(diǎn)SB2啟動(dòng)液壓泵X0KM1泵啟動(dòng)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(shí)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