毕业论文《PLC四柱液压机控制系统设计》

1、摘 要四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、 横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力 阀、方向阀等组成。液压机采用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现 能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动 力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。该 液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定 的范围内任意调节，操作简单。在本设计中，通过查阅大量文献资料，设计了液压 缸的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制 阀，过滤器等

2、液压元件和辅助元件。关键词：四柱；液压机；PLC目录第1章绪论1 1.1概述11.2发展趋势2第2章液压机本体结构设计 42.1液压机基本技术参数 42.2液压缸的基本结构设计型构构计型构构构置置确定数旦.量算算：油泵规格和电动机功率5 2.2.2钢筒的连接结5 2.2.3缸口部分结5 2.2.4缸底结5 2.2.5油缸放气装6 2.2.6缓冲装6 2.3缸体结构的基本参数7 2.3.1主缸参7 2.3.2各缸动作时的流8 2.3.3上缸的设计计9 2.3.4下缸的设计计15 2.4确定快速空程的供液方式、20 2.4.1快速空程时的供油方式号理计算式紧置套座定计202.4.2确定液压泵流量和

3、规格型式号理计算式紧置套座定计212.4.3泵的构造与工作原212.5立柱结构设22 2.5.1 立柱设计计22 2.5.2连结形242.5.3立柱的螺母及预252.5.4立柱的导向装262.5.5 限程27 2.5.6 底28 2.6 横梁参数的确282.6.1 上横梁结构设282.6.2活动横梁结构设计计定计理理程头道择阀阀阀阀阀阀英文及翻译29 2.6.3下横梁结构设计计定计理理程头道择阀阀阀阀阀阀英文及翻译.29 2.6.4各横梁参数的确30第3章液压系统及元件的设.31 3.1液压系统原31 3.1.1工作原31 3.1.2工艺加工过.32 3.2管道及管接33 3.2.1 管33

4、3.3液压控制阀的选.35 3.3.1先导式溢流35 3.3.2 节流35 3.3.3 单向35 3.3.4电磁换向.35 3.3.5 顺序35 3.3.6 背压36第4章控制部37 4.1 PLC 概.37 4.2控制部分设37总43附录2 :程序梯形图51第1章绪论1.1概述本次设计的题目由我实习的公司提供，主要是对铝合金材料等的加工。 公司所生产的产品是气瓶，？牧习梁辖稹枷宋8.值取I杓埔貉够 俏 烁由羁汤斫庖貉够诩庸寸讨械墓侦?髟硪约笆导视t靡庖滩R貉够抢靡禾 謇创 菅沽o囊貉股璞浮R禾逶诿鼙盏娜萜髦写 菅沽K笔亲裱 了箍d伞?液 压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助

5、机构和工作介质组 成。本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和 调节螺母等组成。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱式结构最显著 的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好， 但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的 静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大 化。液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速 度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好， 工作平稳、噪音小.适用于金属材料压制工艺如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸

6、等。 也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑 料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技 术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、 矿山、建筑、航空等领域。本设计题目的要求是按照液压系统规定的动作图表驱 动电机、选择规定的工作方式，在发讯元件的指令下，使有关电磁铁的动作以完成 点动和半自动循环指定的工艺动作。设电气控制箱，除依据机器部分的需要必须分 散安装于各处的电器元件（如：电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器）夕卜，其 它电器均集中安装在电气控制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可对机 器

7、进行操作。由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑。如果生产 任务或生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金 的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体 积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较 短，造成系统故障，系统的可靠性差。而PLC控制能改善继电器控制器上述的不 足PLC可靠性高，抗干扰能力强通用性强，控制程序可变，使用方便功能强，适 应面广编程简单，容易掌握体积小、重量轻、功耗低、维护方便减少了控制系统的 设计及施工的工作量等特点所以设计时我们采用PLC能集中且较方便地制。图 1.1四柱液压

8、机1.2发展趋势1高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效 率，降低生产成本。2机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术 促进整个液压系统的完善。3自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机 的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对 系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。4液压元件集成化，标准化。 集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的 维修带来方便。液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转 换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的 传递，借助于液压执行元件液压

9、缸或马达把液体压力能转换为机械能，从而驱动工 作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物 油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动 中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程， 可以清楚的了解液压传动的基本原理。编辑本段液压传动系统的组成液压系统主 要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、 辅助元件和工作介质等五部分组成。1、动力元件（油泵）它的作用是把液体利 用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。2、执行元件（油 缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能

10、。其中，油缸做直线运动，马 达做旋转运动。3、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根 据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行 调节控制。4、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、 蓄能装置、冷却器、管件各种管接头扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换 接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。5、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转 换。第2章液压机本体结构设计2.1液压机基本技术参数800吨液压机设计要 求1、主缸公称压力F1 8000kN 2、主缸回程力F2

11、1600KN 3、顶出缸公称压 力F3 1000kN 4、顶出缸回程力F4 600KN 5、滑块距工作台最大距离1800 mm 6、滑块行程.1200 mm 7、顶出行程400mm 8、工作压力25MPa 9、滑块速 度空程速度V1 120mm/s挤压速度V2 15-25 mm/s回程V3 110mm/s 10、顶 出速度 顶出V4 140mm/s回程V5 150mm/s 11、工作台中心孔 100 mm 12、 工作台面大小根据设备稳定性进行设计。22001600， 16001600315020002.2液压缸的基本结构设计2.2.1液压缸的类型图2.1双作用 单活塞杆液压缸 液压缸选用双作

12、用单活塞杆液压缸，活塞在行程终了时缓冲。因 为工作过程中需要往复运动，从图可见，油缸被活塞头分隔为两腔，侧面有两个进 油口，因此，可以获得往复的运动。实质上起到两个柱塞缸的作用。此种结构形式 的油缸，在中小型液压机上应用最广。2.2.2钢筒的连接结构在设计中上、下缸都 选择法兰连接方式。这种结构简单，易加工，易装卸。上缸采用前端法兰安装， 下缸采用后端法兰安装。2.2.3缸口部分结构 缸口部分采用了 Y形密封圈、导向 套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔 和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。2.2.4缸底结构缸底结 构常应用有平底、圆底形式的整

13、体和可拆结构形式。平底结构具有易加工、轴向 长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。圆底整体结构 相对于平底来说受力情况较好，因此，在相同应力，重量较轻。另外，在整体铸造 的结构中，圆形缸底有助于消除过渡处的铸造缺陷。但是，在液压机上所使用的油 缸一般壁厚均较大，而缸底的受力总是较缸壁小。因此，上述优点就显得不太突 出，这也是目前在整体结构中大多采用平底结构的一个原因。然而整体结构的共同 缺点为缸孔加工工艺性差，更换密封圈时，活塞不能从缸底方向拆出，但由于较可 拆式缸底结构受力情况好、结构简单、可靠，因此在中小型液压机中使用也较广。 在设计中选用的是平底结构。2.2.5油缸

14、放气装置通常油缸在装配后或系统内有空 气进入时，使油缸内部存留一部分空气，而常常不易及时被油液带出。这样，在油 缸工作过程中由于空气的可压缩性，将使活塞行程中出现振动。因此，除在系统采 取密封措施、严防空气侵入外，常在油【】缸两腔最高处设置放气阀，排出缸内 残留的空气，使油缸稳定的工作。17排气阀的结构形式包括整体式和组合式。在 设计中选用的是整体式。整体式排气阀阀体与阀针合为一体，用螺纹与钢筒或缸 盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤 出，并经斜孔排出缸外。这种排气阀简单、方便、但螺纹与锥面密封处同心度要求 较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成泄露。2.2

15、.6缓冲装置缓冲装置的工作 原理是使钢筒低压腔内油液全部或部分通过节流把动能转【】换为热能，热能则 由循环的油液带到液压缸外。17缓冲装置的结构有恒节流面积缓冲装置和变节流 型缓冲装置。在设计中我采用的是恒节流面积缓冲装置，此类缓冲装置在缓冲过程 中，由于其节流面积不变，故在缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但很快就降 低下来，最后不起什么作用，缓冲效果很差。但是在一般系列化的成品液压缸中， 由于事先无法知道活塞的实际运动速度以及运动部分的质量和载荷等，因此为了使 结构简单，便于设计，降低制造成本，仍多采用此种节流缓冲方式。2.3缸体结构 的基本参数确定2.3.1主缸参数2.3.1.1主缸的内径：（注：所用公式都来源于文 献【10】【17】)4x8 4 F1 D1 n x 0.638M 25 (2-1) np 按标准取整 D1 0.640M2.3.1.2 主缸活塞杆直径 4 F2 D1 2 dl nP (2-2) 4 x 1600 x 10 3 0.64 2 n x 25 x 10 6 0.573M (2-2) 按标准取整 d1 0.58M2.3.1.3 主缸实际压力：n 2 n Pl 实 D1 P x 0.64 2 x 25 x 10 6 8038 KN (2-3) 4 42.3.1.4 主缸实际回程力：兀 2 n P2 实 D1 d1 P x 0.64 2 058 2 x