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

1、. . . . 科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計名稱： 機(jī)電一體化綜合課程設(shè)計 題 目：機(jī)電設(shè)備液壓系統(tǒng)的電器與PLC控制 學(xué)生： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造與其自動化 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 日 期： 年 月 日 課程設(shè)計任務(wù)書機(jī)械設(shè)計制造與其自動化 專業(yè)年級班一、設(shè)計題目機(jī)電設(shè)備液壓系統(tǒng)的電器與PLC控制二、主要容設(shè)計一臺小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，要現(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)動部件總重量G=18KN?？焖傩谐?80mm；慢速行程：20mm，起動時間為0.2s。三、具體要求1、設(shè)

2、計系統(tǒng)液壓圖，根據(jù)題目要求計算系統(tǒng)壓力，并選擇所有閥的型號（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、自動程序；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)計某臺常用機(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)計實物連接圖 2、課程設(shè)計說明書六、總評成績指導(dǎo)教師簽名日期年月日系 主 任審核日期年月日目 錄一課程設(shè)計的主要容和任務(wù)4二

3、力士樂電子液壓控制系統(tǒng)原理4三各系統(tǒng)的設(shè)計過程，考慮方案的合理性53.1分析負(fù)載 53.2確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 73.3設(shè)計液壓系統(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22七參考文獻(xiàn)22八附件 23一、課程設(shè)計的主要容和任務(wù)設(shè)計一臺小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，要現(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)動部件總重量G=18KN?？焖傩谐?90mm；慢速行程：10mm，起動時

4、間為0.2s。要求：1、設(shè)計系統(tǒng)液壓圖，根據(jù)題目要求計算系統(tǒng)壓力，并選擇所有閥的型號；（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、自動程序；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)對液壓傳動與控制技術(shù)知識日益提高的要求，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)實驗教，學(xué)系統(tǒng)TS-DS4?；镜膶嶒灲虒W(xué)系統(tǒng)，主要由以下部分組成： 實驗臺支架（1） 配有穩(wěn)固而轉(zhuǎn)向靈活的承載滾輪（2）、并集成液壓動力站（3），電氣開關(guān)柜（4），工具箱（5），玻璃量筒（6）和P/T分配器（7）。

5、結(jié)構(gòu)上，可以選擇或者配置2個網(wǎng)孔柵實驗板（8）用于液壓元件，或者配置2個鋁型材實驗板（9）用于氣動元件。或者是各選1個網(wǎng)孔柵實驗板和1個鋁型材實驗板。訓(xùn)練系統(tǒng)就在網(wǎng)孔柵實驗板或鋁型材實驗板上組裝，用軟管連接。液壓軟管的快速接頭，可以使訓(xùn)練實驗既快速又安全地進(jìn)行。有選擇的提供一個負(fù)載模擬器（10），并有大量的成套組件可供選擇。這樣，基本實驗教學(xué)系統(tǒng)，可成為一個完整的、按用戶要求定制的、接近實踐的確保職業(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)的實驗教學(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)所推薦的學(xué)習(xí)訓(xùn)練。 設(shè)備結(jié)構(gòu)堅固，穩(wěn)定性好。 低噪音運(yùn)行。 便攜式，滾輪穩(wěn)

6、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。 大量成套組件可供選擇。 液壓傳動 故障診斷 電控元件 基礎(chǔ)成套組件液壓傳動與電液控制 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 液壓傳動與控制 氣壓傳動與控制 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)計過程，考慮方案的合理性3.1分析負(fù)載：（一） 外力負(fù)載：因為壓制力為F1=200KN，運(yùn)動部件總重量G=18KN，所以外力負(fù)載為：F=200KN-18KN=182KN（二） 慣性負(fù)載：活塞桿的質(zhì)量m=18KN/10=18

7、00KG, 快速往返速度V1=3m/min=0.05m取加速時間t=0.2s，所以加速度 : 所以慣性負(fù)載為 （三） 阻力負(fù)載：因為本系統(tǒng)忽略所有的靜摩擦和動摩擦，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啟動靜摩擦0工進(jìn)外負(fù)載+動摩擦182KN加速慣性負(fù)載450N保壓外負(fù)載182KN快進(jìn)動摩擦0快退動摩擦0所以負(fù)載圖如下圖所示51418450182000182000450Nmm負(fù)載圖速度圖如下所示。51418m/minmm30.04-33.2確定執(zhí)行元件主要參數(shù)：因為組合機(jī)床的最大負(fù)載約為182000N，所以液壓系統(tǒng)取壓力P1=19M

8、Pa。因為系統(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)載值按書上資料計算液壓缸面積將這些直徑按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際面積為,。經(jīng)驗算，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

9、/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00.805加速4500.844恒速01.3750.8050.60840.490工進(jìn)1820000.67.7670.01700.132快退啟動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)計液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖（一）設(shè)計液壓系統(tǒng)方案由于該系統(tǒng)是固定式機(jī)床，且不存在外負(fù)載對系統(tǒng)作功的工況，并由工況圖可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運(yùn)

10、動速度低，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腔，以實現(xiàn)快速運(yùn)動。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調(diào)速閥來調(diào)節(jié)工進(jìn)過程中的運(yùn)動速度。從快進(jìn)轉(zhuǎn)到工進(jìn)時，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。

11、c.選擇保壓回路當(dāng)快進(jìn)到達(dá)預(yù)定位置時，系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，為實現(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)將以上回路組合在一起并經(jīng)過修改和整理可以組合成一個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，則液壓泵實際流量為由于溢流閥最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時輸入液壓缸流量為1

12、.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)液壓泵的額定轉(zhuǎn)速是2000r的時候，輸出的理論流量是25mlx2000r=50L/min，取液壓泵的容積效率是0.93，則液壓泵的實際輸出流量是 50L/minx0.93=46.5L/min。由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時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)動電機(jī)所需要的功率是 =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)

13、速是2000r/minb.閥類元件與輔助元件根據(jù)閥類與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際流量，可選出如下圖所示這些液壓元件的型號與規(guī)格。序號元件名稱估計通過流量/L*min-1確定流量/L*min-1確定壓力/MPA確定壓降/MPA型號，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

14、16-CBN-E425（五）驗算液壓系統(tǒng)性能驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值。因為系統(tǒng)為中小型的液壓系統(tǒng)，管道壓力損失很少，可以不如考慮。壓力損失的驗算應(yīng)該按一個工作循環(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：2、工進(jìn)由液壓控制原理圖可知，工進(jìn)時，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1.02m

15、l/min，因此進(jìn)油路的總壓力損失為回油路上，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：a3、快退由液壓控制原理圖可知，快退時，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：則由此可知，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

16、：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。回油路：液壓缸8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)

17、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)的組成電路圖以與程序梯形圖。外部信號與PLC的I/O接點(diǎn)地址編號對照輸 入 信 號輸 出 信 號名稱功能I/O編號名稱功能I/O編號雙擲開關(guān)自動或手運(yùn)行選擇X001KM1C1接通Y000SB2手動快進(jìn)X002KM2A1接通Y001SB3手動工進(jìn)X003KM3A2接通Y002SB

18、4手動快退X004KM4B1接通Y003SB5自動加工運(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)計部分1、 手動操作手動操作：手動快進(jìn)，手動工進(jìn)，手動快退。手動PLC程序如圖所示?？刂屏鞒蹋?、將雙擲開關(guān)打在手動擋。2、液壓缸在原位（最左位），按下SB2，啟動手動快進(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，啟動手動工進(jìn)，液壓缸向左以40mm/min的速度工進(jìn)。4、按下SB4，啟動手動快退，液壓缸向左以3m/min的速度快退。2、 自動控制自動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)指令來實現(xiàn)順序控制?？刂屏鞒蹋?、 保證雙擲開關(guān)在自動擋。2、 按下SB5，啟動自動運(yùn)行程序。a在程序的驅(qū)動下先0.2s，然后啟動快進(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，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，液壓缸停止保壓5S.d保壓5s后液壓缸以3m/min的速度快退至原位停止。五、選用的相應(yīng)元器件清單1.油管 （若干）