剪切機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(一二章完結(jié)).doc

閻欣/于彥/賀鵬/司永龍 合作之 課程設(shè)計第一章 剪切機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計21.1 剪切機(jī)的概述21.1.1 剪切機(jī)介紹21.1.2 剪切機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理21.2 剪切機(jī)的工作過程2第二章 剪切機(jī)的PLC的程序設(shè)計32.1 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用32.1.1 PLC的概述32.1.2 PLC的特點(diǎn)32.2 PLC的選擇42.3 PLC的系統(tǒng)設(shè)計52.3.1 PLC的硬件設(shè)計52.3.2 PLC的軟件設(shè)計62.3.3剪切機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理說明7第三章 液壓系統(tǒng)的相關(guān)注意事項(xiàng)10第四章 液壓缸和油箱的設(shè)計描述104.1 液壓缸的描述104.2 油箱的描述11參考文獻(xiàn)12第一章 剪切機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計1.1 剪切機(jī)的概述1.1.1 剪切機(jī)介紹 剪切機(jī)是機(jī)床的一種，它采用液壓驅(qū)動，安全性能可靠，操作方便。剪切機(jī)工作刀口長度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；剪切力從63噸至400噸八個等級，適合不同規(guī)模不同要求用戶。安裝不須底腳螺絲，無電源的地方可用柴油機(jī)作動力。剪切機(jī)適用于金屬回收加工廠、報廢汽車拆解場、冶煉鑄造行業(yè)，對各種形狀的型鋼及各種金屬材料進(jìn)行冷態(tài)剪斷、壓制翻邊，以及粉末狀制品、塑料、玻璃鋼、絕緣材料、橡膠的壓制成型。1.1.2 剪切機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理本文設(shè)計的剪切機(jī)是采用液壓傳動原理，傳送帶送料、壓塊定位夾緊、剪刀下落，通過主副油缸活塞協(xié)調(diào)往復(fù)運(yùn)輸完成壓塊夾緊和剪刀下落回程的新型設(shè)備。該機(jī)具有結(jié)構(gòu)合理、噪音小、性能穩(wěn)定、剪切準(zhǔn)確、操作簡便、速度可調(diào)、效率較高等特點(diǎn)，是一種適應(yīng)于各種形狀鋼剪切的先進(jìn)設(shè)備。剪切機(jī)由5個主要部分組成，即傳送機(jī)構(gòu)、油缸、液壓站和電氣控制系統(tǒng)。由液壓站供給的壓力油傳動主副油缸活塞作協(xié)調(diào)往復(fù)運(yùn)動，完成壓塊和剪刀的往返動作。1.2 剪切機(jī)的工作過程剪切機(jī)是由送料裝置和剪切裝置組成，主要工作過程是靠液壓油帶動液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動再通過軸帶動傳送帶傳送來完成送料的。當(dāng)料塊到位后后，電磁換向閥2YA通電，液壓油從無桿腔進(jìn)入，壓塊開始下壓，壓住料塊。當(dāng)達(dá)到一定壓力后，觸發(fā)壓力繼電器，導(dǎo)致3YA通電，液壓油進(jìn)入另一個液壓缸的無桿腔，剪刀開始下落，剪切料塊。剪切料塊后，4YA、5YA通電，同時3YA斷電，此時從無桿腔回油到油箱，剪刀快速回程。當(dāng)剪刀回程到一定位置后，2YA失電，液壓油從無桿腔回油到油箱，壓塊回程，如此反復(fù)。工作過程：送料-壓塊下降-剪刀下落-剪刀回程-壓塊下降。剪切機(jī)的液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中平穩(wěn)安靜，重量輕、體積小、運(yùn)動慣性小、反應(yīng)速度快，很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動化等優(yōu)點(diǎn)。 第二章 剪切機(jī)的PLC的程序設(shè)計2.1 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用2.1.1 PLC的概述PLC = Programmable logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前不斷擴(kuò)大，并延伸到過程控制、批處理、運(yùn)動和傳動控制、無線電遙控以至實(shí)現(xiàn)全廠的綜合自動化。PLC的技術(shù)發(fā)展除了小型化、超高速，大容量存儲器，多CPU，多任務(wù)并行運(yùn)行外，PLC的開放性更大，通信聯(lián)網(wǎng)能力更強(qiáng)，集成化軟件更優(yōu)?？删幊绦蚩刂破饔布闪糠謽?gòu)成: 中央處理器（CentralProcessorUnit簡稱CPU）：它是可編程序控制器的心臟部分。CPU由微處理器（Microproce-ssor）存儲實(shí)際控制邏輯的程序存儲器和存儲數(shù)據(jù)、變量的數(shù)據(jù)儲器構(gòu)成。 電源（PowerSupply）：給中央處理器提供必需的工作電源。 輸入組件（Inputs）：輸入組件的功能是將操作開關(guān)和現(xiàn)場信號送給中央處理器?，F(xiàn)場信號可能是開關(guān)量、模擬量或針對某一特定目的使用的特殊變量。 輸出組件（Outputs）：輸出組件接收CPU的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成電壓或電流等現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接收的信號后，傳送控制命令給現(xiàn)場設(shè)備的執(zhí)行器。 輸入輸出（簡稱I/O）是可編程序控制器的“手”和“腳”或者叫作系統(tǒng)的“眼睛”和“視覺”。輸入信號包括按扭開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關(guān)和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機(jī)啟動等直流和交流設(shè)備。 編程器（Programmer）：在正常情況下，編程器用于系統(tǒng)初始狀態(tài)的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對系統(tǒng)操作。編程器也可用于控制程序的調(diào)試和控制系統(tǒng)故障時作為檢查故障的有效工具。2.1.2 PLC的特點(diǎn)（1）.使用靈活、通用性強(qiáng)PLC的硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的，加之PLC的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。（2）.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)微機(jī)功能強(qiáng)大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動，機(jī)械振動，溫度和濕度的變化，都可能導(dǎo)致一般通用微機(jī)不能正常工作；傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，但由于存在大量的機(jī)械觸點(diǎn)（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。（3）.接口簡單、維護(hù)方便PLC的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力（輸入輸出可直接與交流220V，直流24V等強(qiáng)電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。（4）.編程簡單、容易掌握PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。大多數(shù)PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間內(nèi)掌握。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。（5）PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.2 PLC的選擇世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的PLC技術(shù)是在相互隔離情況下獨(dú)立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的PLC產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC技術(shù)是由美國引進(jìn)的，對美國的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上。美國和歐洲以大中型PLC而聞名，而日本則以小型PLC著稱。美國是PLC生產(chǎn)大國, 著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名。日本的小型PLC最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等。在本次設(shè)計的系統(tǒng)中，結(jié)合任務(wù)要求和工作原理，鑒于PLC的特點(diǎn)，我們選擇了日本三菱公司的FX2N系列。日本三菱PLC的主要特點(diǎn)：1、集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。對6種基本單元，可以以最小8點(diǎn)為單元連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出256點(diǎn)。2、高速運(yùn)算?；局噶睿?.08s/指令，應(yīng)用指令:1.52數(shù)100s/指令。3、安心、寬裕的存儲器規(guī)格。內(nèi)置8000步RAM存貯器，安裝存儲盒后，最大可以擴(kuò)展到16000步。4、豐富的軟元件范圍。輔助繼電器：3072點(diǎn)，定時器：256點(diǎn)，計數(shù)：235點(diǎn)，數(shù)據(jù)寄存器；8000點(diǎn)5、除了具有輸入輸出16256點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。6、面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格。為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能：開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的-模擬I/O，高速計數(shù)器。定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個FX2n主單元可配置總計達(dá)8個特殊功能模塊。2.3 PLC的系統(tǒng)設(shè)計2.3.1 PLC的硬件設(shè)計因?yàn)榧羟袡C(jī)液壓系統(tǒng)圖中需要啟動按鈕，緊急停止按鈕按鈕及6個行程開關(guān)和1個壓力繼電器、5個電磁閥，再加上一個啟動油泵的接觸器總計輸入輸出繼電器點(diǎn)數(shù)不超過32點(diǎn)，滿足三菱PLC FX2N32MR，（32點(diǎn)）。 所以初步確定PLC所選的型號為FX2N系列：FX2N32MR。FX2N32MR的技術(shù)性能：1、PLC所用電源的電壓為AC100250V 50/60 Hz 交流電源。2、輸入輸出控制方式為批處理方式（在執(zhí)行END指令時），但有輸入輸出刷新指令3、程序語言為繼電器符號+步進(jìn)梯形圖方式。4、輸入繼電器編號為X000到X015共計16點(diǎn)5、輸出繼電器編號為Y000到Y(jié)015共計16點(diǎn)6、環(huán)境溫度：使用時：055，儲存時：-20+707、環(huán)境濕度：35%89%RH（不結(jié)露）使用時8、耐壓：AC1500V 1min9、接地：第三種接地，不能接地時，亦可浮空。10、使用環(huán)境：無腐蝕性氣體，無塵埃。根據(jù)剪切機(jī)的工作原理，編制出了FX2N32MR硬件端子接線圖如圖2-1所示：圖2-1 PLC端子接線圖圖中SB1按鈕X000為油泵的啟動按鈕，X010和X011為工序啟動按鈕SB2和停止按鈕SB3，SB4-X012是復(fù)位按鈕,SQ1SQ5（X001X005）是行程開關(guān)；KP1-X006為壓力繼電器。1YA是控制板料右行的的電磁閥的左位。2YA是控制壓嵌下降壓緊的電磁閥.4YA和3YA是控制剪刀上、下行的電磁閥的右位和左位，5YA是控制滑剪刀慢速下行、快速回程的電磁閥。KM1是啟動油泵的接觸器。FR是過熱保護(hù)。具體工作過程為：正常情況下,先按下按鈕SB1啟動油泵，此時剪切機(jī)時空載運(yùn)行，當(dāng)按下SB2后剪切機(jī)開始工作，即實(shí)現(xiàn)送料馬達(dá)帶動傳送帶送料,板料達(dá)到指定位置后壓嵌下降至夾緊壓力并保壓。之后剪刀慢速下降，剪斷板料。板料剪斷后剪刀與壓嵌一同抬起，并且剪刀為快速抬起回程。待剪刀與壓嵌全部回程到位后，開始下一輪重復(fù)剪裁。按鈕SB3為緊急制動按鈕，即在任何時候按下它之后，剪切機(jī)都會立刻停止工作。：2.3.2 PLC的軟件設(shè)計 根據(jù)PLC硬件圖及動作過程設(shè)計梯形圖如圖2-2所示圖2-2 PLC梯形圖具體梯形圖請參見梯形圖PDF2.3.3剪切機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理說明結(jié)合梯形圖來說明剪切機(jī)的自動控制工作原理：X000是油泵啟動按鈕SB1的輸入繼電器，當(dāng)按下SB1時，這個時候內(nèi)部輔助繼電器M10得電并自鎖，從而使輸出繼電器Y000得電，Y000驅(qū)動油泵的接觸器，這樣油泵就開始工作供油。其中，先啟動油泵是為了讓油泵首先擁有良好的工作狀態(tài)，這樣在接通的油路中使油泵可以馬上投入到正常的工作狀態(tài)。當(dāng)上電之后M8002會給出一個脈沖，使PLC進(jìn)入S0初始狀態(tài)。此時按下工序啟動按鈕SB2時，使得輸入繼電器X010得電，M10得電。M10得電后進(jìn)入S20狀態(tài)。進(jìn)入S20狀態(tài)后輸出繼電器Y001接通，Y001驅(qū)動的是電磁閥1YA。電磁閥1YA接入油路二位二通油路接通，單向定量馬達(dá)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動傳送帶，傳送帶推動板料右行。當(dāng)板料前端運(yùn)行至限位開關(guān)SQ1時，開關(guān)閉合，S20狀態(tài)結(jié)束，程序進(jìn)入S21狀態(tài)。進(jìn)入S21狀態(tài)后，輸出繼電器Y002接通，Y002驅(qū)動二位二通電磁閥左位2YA接入油路，液壓缸1推動壓嵌下降并壓緊鋼板直至壓力繼電器到達(dá)設(shè)定壓力接通。壓力繼電器接通后，S21狀態(tài)結(jié)束，進(jìn)入S22狀態(tài)。進(jìn)入S22狀態(tài)后，Y002繼續(xù)接通，驅(qū)動液壓缸1繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)保持夾緊壓力。然后，輸出繼電器Y003接通，Y003驅(qū)動的是三位四通電磁換向閥的左位3YA，3YA接通后，液壓缸2接入油路，液壓缸2帶動剪刀下降，因?yàn)橐簤焊?的出油回路設(shè)有節(jié)流閥，并且節(jié)流閥默認(rèn)接入回路，故剪刀可以以一個設(shè)定好的較慢的工進(jìn)速度下降并剪斷板材。剪斷板材后，剪刀繼續(xù)下降直至限位開關(guān)SQ3， SQ3接通，SQ3連接的是輸入繼電器X003，故M3接通，S22狀態(tài)結(jié)束。程序此時進(jìn)入雙狀態(tài)S23與S25。進(jìn)入S23狀態(tài)后，輸出繼電器Y002掉電，Y002掉電后，其驅(qū)動的二位二通電磁換向閥2YA歸位，歸位后液壓缸1換向運(yùn)動，壓嵌上升，直至限位開關(guān)SQ6觸發(fā)。SQ6出發(fā)后S23狀態(tài)結(jié)束，S24狀態(tài)激活。進(jìn)入S25狀態(tài)后，輸出繼電器Y004與Y005接通，Y004驅(qū)動4YA使液壓缸2換向運(yùn)動帶動剪刀上行，Y005驅(qū)動5YA，5YA接通后使兩位兩通電液換向閥接入油路，此時節(jié)流閥失效，流量增大，意在使剪刀快速上升，縮短工作周期。直至剪刀上限位開關(guān)SQ2接通。SQ2觸發(fā)后，S25狀態(tài)結(jié)束，S26狀態(tài)激活。此處要說明，同時出發(fā)S23與S25狀態(tài)是為了節(jié)省工作時間，使壓嵌和剪刀快速歸位，縮短工作周期。最后，當(dāng)S24與S26狀態(tài)同時被激活后，程序進(jìn)入S27狀態(tài)。S27狀態(tài)用于二次開發(fā)計數(shù)剪板功能，在本版本中，程序?qū)⒅苯臃祷豐0狀態(tài)重新開始新一輪工序。需要說明的是整個油路的供油時候都加入了油泵的正常工作的判斷，如果驅(qū)動油泵的輔助繼電器M0，那么程序中自動切斷所有的執(zhí)行過程。其中緊急制動按鈕SB3就是通過在按下SB3按鈕使輔助繼電器M11得電，起動斷觸點(diǎn)就打開，從而使油泵的輔助繼電器M10中斷，這也就中斷了整個加工過程。另外，在緊急停止后，如需再次啟動需要按下SB3按鈕，SB3按鈕驅(qū)使X012接通，故M12接通，輔助觸點(diǎn)M12接通后將接通油泵Y000、剪刀上行Y004和Y005進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，復(fù)位直到壓嵌和剪刀的上限位開關(guān)后，其各自動斷開關(guān)斷開，保證系統(tǒng)不再運(yùn)動。還需說明的是，M12不會自鎖，所以復(fù)位時用戶需要一直按住復(fù)位按鈕。這也是為了系統(tǒng)的安全著想。具體的PLC程序語句如下：01LDX101 43STLS2502LDM10 44OUTY00403ANM11 45LDX00204ORLD 47LDX00405OUT M10 48OUT M1106LDX011 49STLS2407OUTM11 50 STLS2608LDM10 51 SETS2709OUTY000 52 STLS2710LDX012 53SETS011OUTM12 54END12LDM1213OUTY00014ANX00215OUTY00416OUTY00517LDM800218SETS019STLS020LDX01021SETS2022STLS2023OUTY00124LDX00125SETS2126STLS2127OUTY00228LDX00629SETS2230STLS2231OUTY00232OUTY00333OUTY00534LDX00335OUTSET S2336OUTSET S2537LDX00538OUTM1139STLS2340OUTY00041LDX00742SETS第三章 液壓系統(tǒng)的相關(guān)注意事項(xiàng)3.1液壓系統(tǒng)中安裝油管、液壓元件、的注意事項(xiàng)3.1.1在液壓系統(tǒng)中安裝油管的注意事項(xiàng)： 1、吸油管不應(yīng)漏氣，各接頭要緊牢和密封好； 2、吸油管道上應(yīng)設(shè)置過濾器； 3、回油管應(yīng)插入油箱的油面以下，防止飛濺泡沫和混入空氣； 4、電磁換向閥內(nèi)的泄漏油液，必須單獨(dú)設(shè)回油管，以防止泄漏回油時產(chǎn)生背壓，避免阻礙閥芯運(yùn)動；3.1.2液壓系統(tǒng)中安裝液壓元件時的注意事項(xiàng)： 1、液壓元件安裝前，要用煤油清洗，自制的重要元件應(yīng)進(jìn)行密封和耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力可取工作壓力的2倍，或取最高使用壓力的1.5倍。試驗(yàn)時要分級進(jìn)行，不要一下子升到試驗(yàn)壓力，每升一級檢查一次； 2、方向控制閥應(yīng)保證軸線呈水平位置安裝； 3、板式元件安裝時，要檢查進(jìn)出油口處的密封圈是否合乎要求，安裝前密封圈應(yīng)突出安裝平面，保證安裝后有一定的壓縮量，以防泄漏；4、板式元件安裝時，固定螺釘?shù)臄Q緊力要均勻，使元件的安裝平面與元件底板平面能很好地接觸； 第四章 液壓缸和油箱的設(shè)計描述4.1 液壓缸的描述液壓缸的設(shè)計依據(jù)：1、用途工件條件。2、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)載情況、速度要求、行程大小和動作要求。3、系統(tǒng)所選定的工作壓力。4、配件和加工工藝的現(xiàn)狀。5、國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等。設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題：1、在保證設(shè)計要求的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、尺寸小，采用標(biāo)準(zhǔn)形式和標(biāo)準(zhǔn)件，使設(shè)計、制造容易，裝配、調(diào)整、維護(hù)方便。2、應(yīng)盡量使活塞桿在多拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，在多壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。3、在確定與設(shè)備的固定形式時，必須考慮缸體受熱后的伸長問題，為此，缸體只應(yīng)在一端固定，而讓另一端能自由伸縮。本次設(shè)計采用的是雙作用單桿式液壓缸，雙作用單桿活塞式液壓缸 , 是液壓系統(tǒng)中作往復(fù)運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，裝拆方便，易于維修，且連接方式多樣等特點(diǎn)。4.2 油箱的描述油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、