聯(lián)軸器壓裝設備的設計

1、摘 要本論文依據(jù)液壓原理和PLC控制技術，設計了一套基于PLC的發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備的設計。該系統(tǒng)能夠完成工件的快進、工進、快退、停止的動作循環(huán)，從而減輕了人類的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。本論文主要完成了發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備的設計、各個零件的結構安裝裝配、壓裝設備的液壓系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)的設計。壓裝設備的液壓系統(tǒng)主要完成了液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的計算和選擇、液壓系統(tǒng)的性能的驗算；PLC控制系統(tǒng)主要完成工作流程的分析、接線圖的繪制和程序編制。關鍵詞：聯(lián)軸器；液壓系統(tǒng)；壓裝設備；PLCAbstractIn this paper, based on the hydraulic princi

2、ple and PLC control technology, design a set of design based on the generator coupling PLC pressing equipment. The system can complete the action cycle fast, stop, rewind, into the workpiece, thereby reducing the human labor intensity, and improve labor productivity.This paper mainly completed the g

3、enerator coupling pressure equipment design, various parts of the structure installation, pressure equipment, hydraulic system and PLC control system design. Hydraulic system pressure equipment mainly completed the draft, schematic diagram of hydraulic system checking performance of hydraulic compon

4、ents, the calculation and selection of hydraulic system; PLC control system is mainly to complete the analysis, process drawing wiring diagram and program.Key words: Coupling;Hydraulic system;Pressure equipment; PLC目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1課題設計的目的和意義11.2液壓系統(tǒng)在機械設備中的應用11.3 PLC的特性21.4 聯(lián)軸器及其作用與特性31.5 本文

5、研究內容31.6本章小結42 液壓系統(tǒng)設計與計算52.1 液壓傳動系統(tǒng)設計52.2 液壓系統(tǒng)的組成52.3 液壓傳動系統(tǒng)的設計內容與步驟62.4 明確對液壓系統(tǒng)的設計要求62.5 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)72.6 擬定液壓系統(tǒng)原理圖112.6.1 選擇基本回路112.6.2 液壓系統(tǒng)原理圖122.7 計算和選擇液壓元件132.7.1 液壓泵及其驅動電機的選擇132.7.2 控制閥的選擇152.7.3 確定油箱容量162.8 驗算液壓系統(tǒng)性能172.8.1 系統(tǒng)壓力損失的驗算172.8.2 系統(tǒng)效率的計算182.8.3 系統(tǒng)發(fā)熱和溫升的計算192.9 本章小結203 基于Pro/E的零件設計213

6、.1 工作臺的設計213.2 支撐板的設計233.3 頂架的設計243.4 拉桿的設計253.5 壓裝設備的裝配263.6 發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備的工作原理273.7 本章小結284 工程圖294.1 壓裝設備的工程圖294.2 工作臺的工程圖314.3 固定支板的工程圖314.4 拉板的工程圖324.5 本章小結335 PLC控制系統(tǒng)345.1 可編程序控制器的特點和應用345.2 PLC壓裝設備的控制系統(tǒng)的設計355.2.1 應用程序設計要點355.2.2 工藝流程的編寫375.2.3 輸入輸出電路I/O口的分配385.3 接線圖的繪制395.4 梯形圖的繪制405.5 指令表的轉化415.

7、6 安裝調試425.7 本章小結43結 論44致 謝45參考文獻46IV蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）1 緒論1.1課題設計的目的和意義機械工業(yè)是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。國民經(jīng)濟各部門生產(chǎn)技術的進步和經(jīng)濟效益的高低，在很大程度上取決于它所采用裝備的性能和質量。所以機械工業(yè)的技術水平和規(guī)模是衡量一個國家科技水平和經(jīng)濟實力的重要標志。但是，與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的機械工業(yè)仍存在著階段性的差距。因此，有計劃的引進和開發(fā)先進的機械裝備，不斷提高企業(yè)的產(chǎn)品自主開發(fā)能力和制造技術水品，進一步推動機械工業(yè)的振興，是我國機械工業(yè)走入世界之林的必經(jīng)之路。 隨著科學技術的進步和經(jīng)濟的發(fā)

8、展，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用各種各樣的機械設備，尤其是我國加入WTO后，各類機械設備得到了更廣泛的應用。為了滿足人民日常生活迫切需要，必須大批量生產(chǎn)各類輕工產(chǎn)品，需要各種高生產(chǎn)率、高自動化的輕工機械。所以機械設備由于現(xiàn)代工業(yè)行業(yè)多、加工材料的多樣化、加工性質的多樣化使得品種多樣化的特點。這就使得各類機械設備的結構和動作越來越復雜，能代替人類完成許多危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。 目前，在國內很多工廠的生產(chǎn)線上機床裝卸工件仍由人工完成，勞動強度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應現(xiàn)代自動化大生產(chǎn),針對具體生產(chǎn)工藝,利用液壓

9、與PLC技術，設計用一臺壓緊聯(lián)軸器代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。1.2液壓系統(tǒng)在機械設備中的應用液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門比較新的傳動技術，它具有結構緊湊,傳動平穩(wěn),輸出功率大,易于實現(xiàn)無級調速及自動控制等特點,因此發(fā)展很快。液壓由于其傳動力量大，易于傳遞及配置，在機械行業(yè)應用廣泛。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸和液壓馬達的作用是將液體的壓力能轉換為機械能，而獲得需要的直線往復運動或回轉運動。在機械工業(yè)中應用液壓傳動技術的目的各有不同。例如，工程機械、壓力機械和航空工業(yè)中采用液壓傳動的主要原因側重于結構簡單、體積小、重量輕、輸出力大；機床上采用液壓側重于能在工作過程中方便地實現(xiàn)無級調速，易

10、于實現(xiàn)頻繁的換向，易于實現(xiàn)自動化等。計算機控制是必然趨勢，電液比例和伺服閥只能接受連續(xù)變化的電壓或點電流信號，而計算機要求數(shù)字開關量，使用電液比例閥和伺服閥與計算機借口必須經(jīng)過D/A轉換和A/D轉換，極不方便。而數(shù)字液壓泵、數(shù)字控制閥、數(shù)字液壓缸等，即用數(shù)字量進行控制并具有數(shù)字量輸出響應特性的液壓元件。由于它們具有結構簡單，工藝性好，價格低廉，抗污染性強，功耗小，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，特別是可以直接與計算機借口，不需D/A數(shù)模轉換器，是今后液壓技術發(fā)展的重要趨向之一。計算機與液壓技術的結構包括：計算機實時控制技術、計算機輔助設計、液壓產(chǎn)品的計算機輔助實驗及計算機仿真和優(yōu)化設計。利用計算機進行控制

11、具有模擬量系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，其方式有邏輯控制、開環(huán)比例控制、計算機閉環(huán)控制、最優(yōu)控制和自適應控制以及靈活的多余度控制等。計算機輔助設計的基本特點是利用計算機的圖形功能，由設計者通過對話控制設計過程以得到最優(yōu)設計結果，并能通過動態(tài)仿真對設計結果進行檢測。計算機輔助試驗則可運用計算機對液壓元件及液壓系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能進行測試，對液壓設備故障進行診斷和對液壓元件和系統(tǒng)的數(shù)學模型辨識等。此外，高壓大流量小型化與液壓集成技術、液壓節(jié)能與能量回收技術也成為近年研究的重要課題?？傊?，隨著科學技術的進步，液壓技術也隨之發(fā)展，拓展范圍，以適應各行新技術的發(fā)展需求。1.3 PLC的特性目前，PLC在國內外已廣

12、泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保、文化娛樂等各個行業(yè)，在領域的應用都得到了很大的發(fā)展。主要進行對開關量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)的控制。用可編程序控制器作為控制器組成的控制系統(tǒng)是plc的用途當今自動機與自動線設備最理想的控制系統(tǒng)，也是目前在自動控制領域中使用最廣泛的控制裝置之一，它是以微處理器為基礎，綜合計算機技術與自動控制技術而發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制器，具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、記憶、算術運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信、PID回路調節(jié)、人工智能等功能。PLC以其優(yōu)異的性能，低廉的價格等優(yōu)點在自動機與自動線中已成為首選

13、地裝置1.4 聯(lián)軸器及其作用與特性聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結構一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等?？梢剖铰?lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據(jù)補償位移的方法又可分為剛

14、性可移式聯(lián)軸器和彈性可移式聯(lián)軸器。 動力機到工作時之間，通過一個或數(shù)個不同品種或不同型式、規(guī)格的聯(lián)軸器將主、從動端聯(lián)接起來，形成軸系傳動系統(tǒng)。在機械傳動中，動力機不外乎電動機、內燃機和汽輪機。由于動力機工作原理和結構不同，其機械特性差別很大，有的運轉平穩(wěn)，有的運轉時有沖擊，對傳動系統(tǒng)形成不等的影響。動力機的機械特性對整個傳動系統(tǒng)有一定的影響，不同類型的動力機，由于其機械特性不同，應選取相應的動力機系數(shù)KW，選擇適合于該系統(tǒng)的最佳聯(lián)軸器。動力機的類別是選擇聯(lián)軸器品種的基本因素；動力機的功率是確定聯(lián)軸器的規(guī)格大小的主要依據(jù)之一，與聯(lián)軸器轉矩成正比。1.5 本文研究內容根據(jù)機械設計、機械原理、可變程

15、序控制器（PLC）等知識，以課題要求為根本目標，設計工業(yè)機械手模型基于PLC的控制系統(tǒng)軟硬件設計。本文研究工作主要包括： 液壓傳動的設計與計算; PLC控制系統(tǒng)的設計?？傮w設計。其論文各章節(jié)內容如下：1 緒論 主要介紹機械手的定義和分類以及發(fā)展情況，提出了論文的研究目標和研究內容。2 PLC簡介 敘述PLC的發(fā)展情況、可變程序控制器的產(chǎn)生、PLC的定義以及PLC的主要特點。3液壓傳動系統(tǒng)設計與計算主要是完成液壓系統(tǒng)原理圖的擬定，液壓元件的選擇并對部分零件進行強度校核。4 總體設計主要設計工作臺、支撐板、拉桿等計算與校核，并完成總結構圖。5 可編程序控制器控制系統(tǒng)主要說明PLC液壓控制系統(tǒng)的設計

16、，最終完成準確的控制系統(tǒng)并繪制出接線圖以及梯形圖。1.6本章小結 本章主要闡述了基于PLC的小型同步發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備的設計的目的、意義、背景及發(fā)展趨勢，提出了本文研究的目標。2 液壓系統(tǒng)設計與計算本章是在前述章節(jié)的基礎上，討論液壓傳動系統(tǒng)設計和計算機的程序、內容和方法。在此討論的是靜態(tài)的、經(jīng)驗的設計方法。傳統(tǒng)的靜態(tài)設計可以提供一個能實現(xiàn)預期功能（即滿足力和速度要求）的傳動系統(tǒng)，而系統(tǒng)僅僅能實現(xiàn)所預期的功能是不夠的。系統(tǒng)的動作質量及動作發(fā)生的時間歷程也是很重要的，而且對于現(xiàn)代機械設備往往顯示出更為突出的地位，目前，在一般工業(yè)系統(tǒng)的設計中，進行液壓系的動態(tài)分析，通常只用于飛機、軍事、航天和一些

17、機床設備中的那些成本昂貴的液壓系統(tǒng)。隨著液壓技術特別是計算機技術的迅速發(fā)展，一些更完備的設計理論和方法正在不斷地完善和充實，現(xiàn)代設計方法和手段，如液壓系統(tǒng)的計算機，輔助設計將的得到大力推廣和應用。2.1 液壓傳動系統(tǒng)設計液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門比較新的學科，它具有結構緊湊、傳動平穩(wěn)、輸出功率大、易于實現(xiàn)無級調速及自動控制等特點，因此發(fā)展很快，而目前液壓技術正在向高壓、高速、大流量、大功率、低噪聲、長壽命、高度集成化和模塊化、提高可靠性技術及污染技術控制的方向發(fā)展。所謂液壓傳動就是以液體作為工作介質并以壓力能的方式來進行能量的傳遞和控制的一種傳動形式，它既可以傳傳遞力，又可以傳遞運動，

18、因此又稱其為容積式液壓傳動。2.2 液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)由以下五個部分組成：（1）動力元件液壓泵將機械能轉換為液壓能的裝置，給整個系統(tǒng)提供壓力油。（2）執(zhí)行元件液壓缸或液壓馬達將液壓能轉換為機械能的裝置，可克服負載做功。（3）控制元件各種閥類可控制和調節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力、流量及液流方向，以改變執(zhí)行元件輸出的力、速度及運動方向。（4）輔助元件油管、管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和壓力表等起連接、儲油、過濾、儲存壓力能和測量油液壓力等作用的輔助元件。（5）工作介質傳遞壓力的工作介質通常為液壓油，同時還可以起潤滑、冷卻和防銹的作用。2.3 液壓傳動系統(tǒng)的設計內容與步驟液壓傳動系統(tǒng)的設計是整個及其設計的

19、一部分，它與主機的設計是密切相關的。將通過全面方案論證，確定一部機器或機器的某一部分的傳動方式采用液壓傳動后，則考慮液壓傳動系統(tǒng)設計的基本內容和一般流程如下：明確對液壓系統(tǒng)的要求：（1）分析主機工況，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；（2）進行方案設計，初擬液壓系統(tǒng)原理圖；（3）計算和選擇液壓元件；（4）驗算液壓系統(tǒng)的性能；（5）制正式系統(tǒng)工作圖，編制技術文件；（6）在實際設計工作中，上述內容和步驟并不是固定不變的往往會隨系統(tǒng)的簡繁、借鑒的多寡、設計人員經(jīng)驗不同，在做法上會有穿插、交叉、反復或省略。2.4 明確對液壓系統(tǒng)的設計要求液壓系統(tǒng)的設計必須能全面的滿足主機的個項功能和技術性能。因此在拿到設計任務

20、書后首先要了解主機設計人員對液壓部分提出的要求。通過調研，一般應明確一下要求點：主機的用途、類型、工藝過程及總體布局，要求用液壓傳動完成的動作和空間位置的限制；工作環(huán)境：如溫度、濕度、污染、腐蝕及易燃等情況；其他要求：如可靠性，經(jīng)濟性等。設計一臺發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備。要求設備能夠以20000N的水平推力壓裝聯(lián)軸器，該系統(tǒng)的工作循環(huán)為 “快進工進快退停止”?？焖偾斑M行程為；工作進給行程為，工進速度為100-500mm/min，快進、快退速度為6-7m/min，運動部件重量約為500N。根據(jù)切削用量計算出來的水平推力，工作進給速度無極調節(jié)。運動部件所受重力，往復運動中的加速時間為0.2s；直線往復

21、運動由液壓缸實現(xiàn)。2.5 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)1) 啟動階段 (2-1) 2) 加速階段 (2-2) 3) 恒速階段 (2-3) 4) 制動階段 (2-4) 式中，重力，若工作部件水平放置則； 進摩擦力，為運動部件及外負載對支承面的正壓力，為靜摩擦系數(shù)，一般； 動摩擦力， ，為動摩擦系數(shù)，一般； 慣性阻力，g為重力加速度，為啟動或制動時間，為速度變化量； 切削阻力。1負載分析a.工作負載 b.慣性阻力 c.摩擦負載忽略不計。 根據(jù)以上計算，得出液壓缸在各工作階段的負載如表2-1所示。表2-1 液壓缸在各工作階段的負載/N工況負載組成系統(tǒng)負載時間啟動0加速28.31快進、快退01s 3.5s工

22、進2222230s制動-28.31注：取液壓缸機械效率 ，；2.運動分析根據(jù)，取，繪制速度循環(huán)圖如圖2-1所示。 (a) 負載循環(huán)圖 （b）速度循環(huán)圖圖2-1 負載和速度循環(huán)圖3.確定液壓缸主要結構參數(shù)參照參考文獻1P217表8.1和表8.2取液壓缸工作壓力為。為節(jié)省能源宜選用較小流量的油源，利用單桿活塞缸差動連接滿足快進速度要求，且往復速度相等，這樣就給液壓缸內徑D和活塞桿直徑d規(guī)定了的關系。由上表數(shù)值繪制負載循環(huán)和速度循環(huán)圖2-1所示。在水平推力壓緊時，液壓缸回油腔應有一定的背壓，查液壓工程手冊取背壓為。由此求得液壓缸無桿腔面積為 由GB/T2348-1993查得標準值，。由此計算出液壓缸

23、的實際有效面積為： 由工進給速度檢驗液壓缸結構尺寸，查產(chǎn)品樣本，Q型調速閥的最小穩(wěn)定流量為,則 本例，能滿足工作進給速度要求?？焖龠M給時的液壓缸工作差動連接。由于管路中由壓力損失，取此項損失為，同時假定快退時回油壓力損失為0.5MPa。工況圖反映了一個工作循環(huán)中，執(zhí)行元件的實際工作壓力，流量和功率隨時間的變化情況。最后還需將各個執(zhí)行元件的q-t圖，P-t圖綜合疊加，歸并成整個液壓系統(tǒng)的工況圖。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以計算出液壓缸在一個工作循環(huán)各個階段的壓力，流量和功率，如表2-2所示，并根據(jù)此繪制出其工況圖如圖2-2所示。 表2-2 液壓缸在不同階段所需的壓力、流量、和功率工作階段系統(tǒng)負載回油腔壓力

24、工作腔壓力輸入流量輸入功率快速前進0工作進給222220.3快隨退回00.5注：取液壓缸機械效率。 ( a ) ( b ) ( c )圖2-2 液壓缸工況圖2.6 擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設計及初擬系統(tǒng)原理圖時整個液壓系統(tǒng)設計中的重要一步。它從作用原理和結構組成上具體體現(xiàn)了主機對液壓系統(tǒng)提出的各項要求其主要工作包括兩項內容：一是根據(jù)主機對液壓系統(tǒng)的各項要求，選擇液壓回路，進行方案設計；二是把選出的液壓回路有機的組成液壓系統(tǒng)。2.6.1 選擇基本回路選擇液壓回路時既要考慮調速、壓力控制、換向、順序或同步動作、互鎖等，還要考慮節(jié)省能源，提高效率，減少發(fā)熱，安全可靠，減少沖擊等問題。選擇回路奧抓住各類

25、主機液壓系統(tǒng)的特點和主要問題，從對主機的主要性能起決定性影響的回路開始。例如，對機床的液壓系統(tǒng)應從選擇調速回路開始；液壓機的液壓系統(tǒng)應從選擇壓力調節(jié)和控制回路開始等。然后再考慮其他回路，或許有些回路的形式已由主要回路所決定。選擇回路時，往往有很多方案，需要進行反復比較，同時還應采取類比法，多參考同類型液壓系統(tǒng)的成熟結構方案。（1）調速方式的選擇由于機床液壓系統(tǒng)調速是關鍵問題，因此首選調速回路。有工況圖可知:所設計的機床液壓系統(tǒng)功率較小，工作負載為阻力負載且變化小，故可采用回油路節(jié)流閥調速回路。為防止孔鉆通過時負載消失造成的前沖現(xiàn)象，回油路上要設置背壓閥。（2）快速回路和速度換接方式的選擇本系統(tǒng)

26、已選定差動連接回路作為快速回路。由于快進轉為工進時，速度變化大，故選用兩位兩通電磁換向閥來實現(xiàn)速度的平穩(wěn)換接，而工進轉快退則利用行程開關來實現(xiàn)，其調整壓力要大于液壓缸的最大工作壓力。除了考慮上述主要回路之外，還需考慮換向問題?？紤]到快退運動時，無桿腔回油量較大，宜選用電液換向閥，但隨著液壓技術的發(fā)展，也可以用大流量電磁換向閥來代替電液換向閥，故選電磁換向閥?？紤]到該壓裝設備在工作進給時負載較大，速度較低，而在快退時負載較小，速度較高，而由計算確定中壓裝系統(tǒng)壓力為3MPa，因此選用定量葉片泵。綜上所述，滿足本系統(tǒng)要求的回油路節(jié)流閥調速回路和差動回路的組合可以后不同形式。2.6.2 液壓系統(tǒng)原理圖

27、將選定的各液壓回路組合、歸并在一起，再加上一些輔助元件或回路初步形成了液壓系統(tǒng)原理圖。在合成液壓系統(tǒng)原理圖時應注意以下幾點：（1）盡可能合并作用相同或相近的多余元件。（2）消除回路合并可能帶來的相互干擾。（3）盡量采用標準元件，減少制造周期和成本。（4）為了便于調整和檢修，在需要檢測系統(tǒng)參數(shù)的地方設置工藝接頭，以便安裝檢測儀器。通過對液壓系統(tǒng)的設計進行研究分析，可以繪制出液壓原理圖如圖2-3液壓系統(tǒng)原理圖。 圖2-3 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖工作原理如表2-3所示表2-3 工作原理狀態(tài)1YA2YA3YA4YA快進+-工進+-+快退-+-停止-2.7 計算和選擇液壓元件液壓元件的選擇通常是由以下諸

28、因素共同決定的：（1）參考同類設備。（2）系統(tǒng)所需要的最高壓力和最大流量。（3）對穩(wěn)態(tài)功率以及整個運動過程的考慮。（4）可供選用的液壓元件及其成本。2.7.1 液壓泵及其驅動電機的選擇首先確定液壓泵的最大工作壓力： （2-5）式中，執(zhí)行元件的最高壓力，由其工況圖中得到； 油液流經(jīng)執(zhí)行元件進油路上個液壓元件及管路的總壓力損失。在整個液壓系統(tǒng)尚未組成前，的取值可估算，也可以按經(jīng)驗資料估計。例如，對簡單的系統(tǒng)取對復雜的系統(tǒng)取。當執(zhí)行元件的最大工作壓力出現(xiàn)在其停止運動狀態(tài)，則取。其次根據(jù)系統(tǒng)工況圖中的最大流量qmax確定液壓系統(tǒng)的最大供油流量 （2-6）對于工作過程始終處于節(jié)流調速狀態(tài)的系統(tǒng)，在確定液

29、壓系統(tǒng)的最大供油時，尚未考慮溢流閥的最小穩(wěn)定流量，在一般為溢流閥額定流量的15%以上。對于采用差動液壓缸的系統(tǒng)，液壓缸的供油為 （2-7）對于采用蓄能器共同供油的系統(tǒng)，在液壓泵的最大供油量可由系統(tǒng)一個工作循環(huán)中的平均流量確定，即 （2-8）式中，k考慮系統(tǒng)泄漏的修正系數(shù)，一般取1.11.3； 差動液壓缸無桿腔、有桿腔的有效面積； 差動連接時活塞或液壓缸的運動速度； 系統(tǒng)在一個工作循環(huán)中等i個階段內所需的供油量； T個工作循環(huán)的時間。 根據(jù)設計要求和系統(tǒng)工況可確定液壓泵的類型，然后按上面計算出的pp和qp，參照產(chǎn)品樣本即可選擇液壓泵的規(guī)格型號?？紤]到動態(tài)壓力超調，并確保泵有足夠的使用壽命，應使液

30、壓泵具有一定的壓力儲備，從產(chǎn)品樣本中選擇泵的額定壓力應比pp高出25%60%，其額定流量則只需與qp相當。驅動液壓泵所需的電動機功率可直接從泵的產(chǎn)品樣本上查出，然后結合泵的轉速選擇電動機。液壓泵的驅動功率也可以根據(jù)具體工況計算出來。若在整個工作循環(huán)中，液壓泵的工作壓力和流量比較恒定，則液壓泵的驅動功率為 （2-9） 式中，液壓泵的最大工作壓力； 液壓泵的輸出流量； 液壓泵的總效率，可由泵的產(chǎn)品樣本中查出。首先確定液壓泵的最大工作壓力。小流量泵在快進和工進時都向系統(tǒng)供油。油工況圖知，在整個工作循環(huán)中液壓缸的最大工作壓力為3.19MPa，選取進油路上的總壓力損失為0.8MPa，流量泵的最大工作壓力

31、為： 泵的流量確定，由工況圖可知，液壓缸所需最大流量為，若取系統(tǒng)泄露系數(shù)K=1.05，則泵的總流量為： 最后根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)查閱產(chǎn)品樣本，確定選擇YB1-32型葉片泵，其公稱排量為,泵的額定壓力為，電動機轉速，容積效率，總效率。液壓泵的輸出流量為： 取葉片泵的效率，這時驅動液壓泵所需電動機功率為： 根據(jù)此數(shù)值查閱電動機產(chǎn)品目錄，選擇Y132S-6型（JB/T9619-1999）電動機，其額定功率，額定轉速。2.7.2 控制閥的選擇各種控制閥的規(guī)格型號按該閥所在油路的最大工作壓力和經(jīng)此油路的最大流量選定。即各種閥的額定壓力和額定流量應與上述壓力和流量相接近。必要時可允許閥最大通過流量超過其額定流

32、量的20%，如果超過太大，則壓降及發(fā)熱劇增。此外需確定液壓閥的安裝方式。根據(jù)連接方式的不同，液壓閥可分為管式閥、板式閥和疊加閥等。根據(jù)控制閥所在油路上的最大工作壓力和通過該閥的最大流量來選擇規(guī)格型號，見表2-4。表2-4 液壓元件表序號元件名稱通過閥的最大流量規(guī)格型號額定流量額定壓力（MPa）額定壓降（MPa）1定量葉片泵YB1-3230.086.32三位四通電磁換向閥77.334F3M16B806.30.33單向閥30.72I-63B636.30.24溢流閥26.8YF3-10L636.35過濾器30.72XU-50X100506.30.57二位二通電磁換向閥46.622D-63B636.3

33、0.2 8二位三通電磁換向閥 29.8223D0B3CT25B63 6.30.3注：此為電動機額定轉速時液壓泵輸出的實際流量 式中，通過管道的流量。取。2.7.3 確定油箱容量由經(jīng)驗公式得 GB2876-81規(guī)定取標準值V=200L2.8 驗算液壓系統(tǒng)性能2.8.1 系統(tǒng)壓力損失的驗算當系統(tǒng)的元件、輔助規(guī)格和管道尺寸確定后，即可繪出油路的安裝草圖，對系統(tǒng)進油路上總壓力損失p進行驗算，即 （2-10） 式中，系統(tǒng)管道沿程壓力和局部壓力損失。 閥和輔助元件的局部壓力損失，可根據(jù)各自的型號規(guī)格從產(chǎn)品樣本中查出。系統(tǒng)在不同工作階段的壓力損失要求分開計算。在中往往是主要部分，若經(jīng)過閥類元件的實際流量與其

34、額定流量相差較大，實際壓力損失與額定壓力損失有如下關系 （2-11）如果計算出的系統(tǒng)進油路總壓力損失比前面選泵時估計的數(shù)值大的多，則應重新調整液壓元件、輔助規(guī)格和管道尺寸。計算出的系統(tǒng)壓力損失可作為確定系統(tǒng)調整壓力的依據(jù)之一，并可考查系統(tǒng)的回路效率，在對不同的方案進行比較作為參考由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法計算，但閥類元件的局部壓力損失是可以由公式估算出來的，它在總壓力損失中占據(jù)了很大的份額。壓力損失的驗算應按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行。1.快進快進時，進油路上的油液通過三位四通換向閥的流量是77.3L/min。進油路上的總壓降為： 回油路上快進有桿腔與無桿腔壓力

35、之差為: 2.工進工進時，進油路上通過三位四通電磁換向閥的流量為3.9L/min，在調速閥處的壓力損失為0.5MPa，回油路上通過電磁換向閥的流量是，因此整個回油路的總壓降為： 液壓缸工進回油腔的壓力為： 此式與原估計值相差很小，可以忽略，所以不需要重新計算工進時液壓缸進油腔壓力。3.快退快退時，進油路上通過三位四通換向閥的流量為30.72L/min，通過單向閥的流量是30.72L/min，回油路上通過換向閥的流量為 2.8.2 系統(tǒng)效率的計算液壓系統(tǒng)工作時，液壓泵和執(zhí)行元件都有泄漏和機械摩擦損失，必然消耗一定的功率，即反應了一定的效率。液壓系統(tǒng)的效率是系統(tǒng)的輸出效率與其輸入效率之比，即 它也

36、可以寫成： (2-12) 式中，液壓泵的總效率，油產(chǎn)品樣本查出； 執(zhí)行元件的總效率，由產(chǎn)品樣本查出，對于液壓缸一般取0.95； 回路效率，它反映了泵出口到執(zhí)行元件進口這段油路的功率利用程度； (2-13) 式中， 同時工作的執(zhí)行元件工作壓力與輸入流量乘積之和； 同時運轉的液壓泵的輸出功率之和。由式（2-8）、（2-9）得 由此可見，系統(tǒng)效率很低，但在小功率系統(tǒng)是允許的。2.8.3 系統(tǒng)發(fā)熱和溫升的計算液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機械所消耗的功率轉化為熱量，試系統(tǒng)的油溫升高。連續(xù)工作一定時間后，系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量便和散發(fā)的熱量相等達到平衡狀態(tài)，油溫不再升高。對于不的主機，因環(huán)境條件與工況不同，最高允許油

37、溫也不相同。因此，必須運用熱量平衡原理對系統(tǒng)的溫升值進行估算，使其不得超過允許值。假設熱量全部由油箱散發(fā)出去，不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱，則對油箱溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關手冊中查找出來。油平面高度是油箱高度的80%，且油箱通風良好時，油液溫升的計算可用下式來估算式中，若執(zhí)行元件的有效功率為，液壓泵的上輸入功率為，則系統(tǒng)的總發(fā)熱H可按試下式估算 （2-14）如果系統(tǒng)的總效率已由式（2-20）求出，則系統(tǒng)的總發(fā)熱量也可按下式計算 （2-15） （2-16）式中，V油箱的有效容積。計算結果如果超出最高允許油溫，需增加油箱表面積，采取冷卻措施或改進液壓系統(tǒng)設計。系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工

38、進時的工況來計算工進時液壓缸的有效功率為： 液壓泵的總功率為： 按式可計算出液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： 按式，求出油液溫升為： 由參考文獻1中P223頁表8-3可知，沒有超過所允許的溫升值。2.9 本章小結本章完成了液壓系統(tǒng)原理圖的擬定，液壓元件的選擇以及對液壓系統(tǒng)性能的驗算。3 基于Pro/E的零件設計3.1 工作臺的設計工作臺是為工廠的組裝，生產(chǎn)維修操作等工作而專門設計。作為各種作業(yè)的操作平臺，工作太適合鉗工、磨具裝配、包裝、檢測 維修 生產(chǎn)辦公等各種生產(chǎn)生活用途。工作臺的桌面經(jīng)過特殊處理，具有防腐、抗沖擊力強等特性，多種桌面的選擇，可配合不同桌面上可以增加不同的組件，乳白也方孔掛板，電源插座，

39、照明燈具，吊具等。配合零件盒及各種不同的掛鉤，工作臺還可以存放各種常用的零件，工具等，更加合理的使用空間，充分滿足了實際生產(chǎn)操作的需求。工作臺的特點：(1) 現(xiàn)場組裝的工作臺的桌體組裝簡便，可使工作桌承受額定重量；(2) 多種工作臺桌面選擇，可配合不同的要求；(3) 重型工作臺桌腳上預留電源孔，方便客戶裝電源插座；(4) 假裝工具柜后，更能合理的使用空間，存放工具及零配件；(5) 選用適合的桌面可以直接在工作臺上加裝臺鉗，適合鉗工工作；(6) 工作臺可加裝掛件，電器板，燈頂板，隔板等桌上部件，具有多種選擇，能夠滿足各種工作需求。工作臺的支撐腿我們選用了角鐵,角鐵其截面是兩邊互相垂直成直角形的長

40、條鋼材。角鋼有等邊角鋼和不等邊角鋼之分，兩垂直邊長度相同為等邊角鋼，一長一短的為不等邊角鋼。其規(guī)格以邊寬邊寬邊厚的毫米數(shù)表示。角鋼的主要用途是：主要用于制做框架結構，它造價便宜且支撐性能好，所以在此我們選用角鐵作為工作臺的支撐腿。我們選用角鐵型號為GB/T 706-1988，根據(jù)工人的身高，床身高設計為380mm，材料為Q235。工作臺的臺面我們選擇灰口鑄鐵，灰口鑄鐵是含碳量較高（2.7%4.0%），碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰色，簡稱灰鐵。熔點低（11451250），凝固時收縮量小，抗壓強度和硬度接近碳素鋼，減震性好。由于片狀石墨存在，故耐磨性好。鑄造性能和切削加工較好。用于制造機床床

41、身、汽缸、箱體等結構件。所以我們選擇灰口鑄鐵作為工作臺臺面。進入設計界面具體過程如下1、打開Pro/E，設置工作目錄。文件/設置工作目錄，在彈出的對話框中右鍵單擊，選擇“新建文件夾”，取名為“3位學號+姓名”，單擊“確定”。2、在選擇“新建”，在名稱中輸入“biyesheji”；3、在名稱中輸入“biyesheji”；4、取消前的勾。缺省模板可以理解為默認的尺寸單位空間，Pro/E默認的單位是英寸磅秒（inlbs），而中國用的是公制單位毫米牛秒（mmns）；選擇“確定”按鈕。5、在彈出的“新文件選項”對話框中，選擇mmns_part_solid。表示以mmns為單位的實體零件文件。選擇“確定”

42、，新建文件完成。發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備利用Pro/E設計步驟1、選擇“top”視圖；2、選擇基礎特征工具欄中的“拉伸”命令，進入繪圖界面；3、選擇“矩形”工具，按鼠標中建退出矩形繪制。4、修改尺寸。此時所有尺寸為灰色，表示是“弱尺寸”。雙擊尺寸，修改為設計值。修改后，尺寸顏色變?yōu)榱辽?，表示是強尺寸?、繪制對稱軸。選擇“直線”命令右側的下拉箭頭，在彈出的工具中選擇“中心線”命令，在X軸上任意一點單擊，再在X軸另一位置單擊，繪制出一條無限延長的對稱軸；6、繪制單邊全圓角矩形。選擇“矩形”工具，在Y軸正軸上單擊，向右下方拖動鼠標，直到出現(xiàn)對稱約束，再次單擊鼠標，繪制出一個關于X軸對稱的矩形；單擊鼠標

43、中鍵，退出矩形繪制；選擇“圓形”工具，在矩形的右邊線中點（Pro/E會自動捕捉）單擊，確定圓心，在矩形的右上角點單擊，確定矩形的半徑；單擊鼠標中鍵，退出圓繪制；選擇“強勁裁剪”，在小矩形內部按下鼠標左鍵，拖動，畫出裁剪線，使線與矩形右邊線、圓的左半邊相交，松開鼠標左鍵，刪除多余草繪部分。按鼠標中鍵，退出裁剪。7、修改尺寸。雙擊尺寸，修改為設計值；選擇“尺寸標注”，選擇小矩形下邊線，向下移動鼠標，單擊鼠標中鍵，放置好尺寸，單擊中鍵退出尺寸標注；雙擊生成的尺寸，修改為設計值。8、選擇拉伸操控板右側的，完成拉伸特征操作。發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備工作臺利用Pro/E設計如圖3-1所示。圖3-1 工作臺3.

44、2 支撐板的設計支承板的主要作用是對拉桿起支撐作用，以保證拉桿的位置。支承板采用的材料為Q235，大小為700470267。發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備固定支板利用Pro/E設計如圖3-2所示圖3-2 支撐板 3.3 頂架的設計頂架的主要作用是帶動拉桿運動，其對拉桿的位置度有很大的影響。頂架采用的材料是45鋼，設計步驟同上，最終零件圖如圖3-3所示。 （a） （b） (a)-前頂架 (b)-后頂架圖3-3 頂架3.4 拉桿的設計拉桿是由拉板帶動其做往復運動，將力傳遞給前頂架，拉桿的材料為45鋼，大小為20 1710。零件圖如圖3-4所示。圖3-4 拉桿3.5 壓裝設備的裝配利用Pro/E具體設計過程如

45、示模型的裝配操作是通過元件放置操控板來實現(xiàn)的。單擊菜單【文件】【新建】命令，在打開的新建對話框中選擇“組件”，如圖3-5所示。單擊【確定】按鈕，進入“組件”模塊工作環(huán)境。圖3-5 界面一在組件模塊工作環(huán)境中，單擊按鈕或單擊菜單【插入】【元件】【裝配】命令，在彈出的打開對話框中選擇要裝配的零件后，單擊【打開】按鈕，系統(tǒng)顯示如圖3-6所示的元件放置操控板。圖3-6中的圖(a)為【放置】按鈕對應的面板，圖(b)為【移動】按鈕對應的面板。下面對面板中各項功能及意義說明如下：(a)(b)圖3-6 界面2通過設置相應的參數(shù)，可得最終壓裝設備總裝圖如圖3-7所示圖3-7 總裝圖3.6 發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備的

46、工作原理其工作原理：按下啟動按鈕SB1，液壓泵電機開始啟動，電磁閥1YA通電動作，液壓泵開始進行往復運動，當1YA、3YA得電2YA失電的時候進行快進，快進到時間繼電器時間到了之后改為工進，壓裝設備完成后系統(tǒng)壓力達到了壓力繼電器設定值時，壓力繼電器發(fā)出信號后1YA、3YA斷電，2YA得電壓裝頭快速返回，當碰到行程開關SQ2時壓裝缸停止工作完成卸荷為一次工作循環(huán)。整個工作結束后按下開關按鈕結束動作，停止工作。3.7 本章小結本章進行了發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備各個零件的設計，并完成了總體結構的設計與組裝。4 工程圖4.1 壓裝設備的工程圖在Pro/E界面中打開總裝圖如圖3-7所示，點擊【文件】【新建】

47、【繪圖】【選擇取消使用缺省模板】【選擇A0圖紙尺寸】進入界面如圖4-1所示。圖4-1 界面1插入一般視圖，彈出繪圖視圖工具欄，如圖4-2所示，圖4-2 界面2設置其相關參數(shù)，適合圖紙大小，得到初步二維裝配圖，如圖4-3所示圖4-3 界面3再將該文件保存副本：格式選擇DWG（*dwg）。將保存文件在CAD中調出，作尺寸標注，線型等修改，即可得到裝配圖。4.2 工作臺的工程圖設計步驟同上，得最終工程圖如圖4-4所示圖4-4 工作臺的工程圖4.3 固定支板的工程圖設計步驟同上，得最終工程圖如圖4-5所示圖4-5 固定支板的工程圖4.4 拉板的工程圖設計步驟同上，得最終工程圖如圖4-6所示(a)(b)

48、圖4-6 拉板的工程圖4.5 本章小結本章通過Pro/E的三維轉二維功能，將發(fā)電機聯(lián)軸器壓裝設備的實體造型轉為二維的工程圖。5 PLC控制系統(tǒng)5.1 可編程序控制器的特點和應用可編程序控制器專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，以用戶需要為主，又采用了先進的微型計算機技術，所以具有以下幾個顯著特點：（1）可靠性高PLC由于選用了大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件和軟件制造過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，所以具有很高的可靠性。PLC控制系統(tǒng)平均無故障工作時間可達2萬小時以上，美國GE公司帶冗余系統(tǒng)的PLC無故障工作時間高達45萬小時，高可靠性是PLC稱

49、為通用自動控制設備首選條件之一。（2）編程簡單、使用方便PLC編程采用類似繼電器控制系統(tǒng)電氣原理梯形圖，用串聯(lián)、并聯(lián)、定時、計數(shù)等人們所熟悉的概念，是計算機語言大眾化，只要是比較熟練的電工和熟悉工藝知識的人員在幾天內就能學會，這是PLC得到推廣的重要原因之一。（3）通用性好、具有在線修改能力PLC的硬件采用模塊化結構，可以靈活地組態(tài)以適應不同的控制對象、控制規(guī)模和控制功能的要求，給組成各種系統(tǒng)帶來極大的方便，同一臺PLC裝置用于不同的受控對象時，只是輸入輸出組件、功能模塊和應用軟件不同。同時，PLC控制系統(tǒng)中的控制電路時由軟件編程完成的，只要對應用程序進行修改就可以滿足不同的控制要求，因此PL

50、C具有在線修改能力，功能易于擴展，給生產(chǎn)帶來了“柔性”，具有廣泛的工業(yè)通用性。（4）縮短設計、施工、投產(chǎn)試制周期，維護容易目前PLC產(chǎn)品已實現(xiàn)了系列化、標準化，正朝著通用化方向發(fā)展，設計人員只需要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，選用相應的模塊進行組件設計。同時，用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大地減輕了繁重的安裝和接線工作，這不僅提高了可靠性，還極大地縮短了施工周期，PLC還具有故障檢測及顯示功能，使故障處理時間可縮短為10分鐘，對維護人員技術水平要求也不太高。（5）體積小由于采用了微型計算機技術，使PLC達到了小型和超小型化，很容易裝入機械設備內部，便于實現(xiàn)機電一體化。由于上述特點，PLC作為通用自

51、動控制設備，可用于單一機電設備的控制，也用于工藝過程控制，而且控制精度相當高，操作簡單，又具有很大的靈活性和可擴展性，使得PLC廣泛應用于機械制造、冶金、化工、交通、電子、電力、紡織，印刷及食品等幾乎所有工業(yè)行業(yè)。5.2 PLC壓裝設備的控制系統(tǒng)的設計5.2.1 應用程序設計要點在對PLC的基本工作原理和它的編程技術有了一定的了解之后，就可以用PLC構成一個實際的控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的設計就是PLC的應用設計。它主要包括系統(tǒng)設計、軟件程序設計、施工設計和安裝調試等內容。系統(tǒng)設計包括確定和明確系統(tǒng)的控制任務、PLC機型的選擇和輸入輸出設備的選擇等。1.確定系統(tǒng)控制任務首先，依據(jù)該系統(tǒng)需完成的控制任務，對被控對象的工藝過稱、工作特點、控制系統(tǒng)的控制過程、控制規(guī)律、功能和特性進行詳細分析，明確輸入輸出物理量是開關量還是模擬量，明確劃分控制的各個階段的特點，階段之間的轉換