双缸四柱式液压机液压系统设计和PLC控制【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交 流 401339828 或 11970985 摘要 双缸四柱液压机应用广泛，是在加工工艺过程中极为常用的一种机械设备。该液压机的组成部分包括主机和一个控制机构，其中主机部分包括机架、主缸、顶出缸和它的充液装置等。控制机构则包括动力系统和液压控制系统。其中动力系统机构是由油箱高压泵和低压控制系统以及这个电动机和不同的压力阀或者是方向阀来组成的。而液压控制系统是液压机工作运转的重要部分，它直接关系到液压机的性能。液压系统主要由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件四个部分组成。双缸四柱液压机在工作的过程中各个部分所起的作用也是各不相同。液压机的主机的作用是 提供主要结构；动力系统是提供动力；而液压控制系统由动力系统驱动，通过控制液压的方向和压力，实现液压机的工作过程。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。由于液压传动的工作介质是流体矿物油，有较大的沿程和局部阻力损失。当系统的工作压力比较高时，还会产生比较大的泄漏，泄漏的矿物油将直接对环境造成污染，有时候还容易引起安全事故。油液受温度的影响很大，因此液压油不能在很高或很低的温度条件下工作。由于液压油的可压缩性和泄漏，液压传动不能保证恒定的传动比和很高的传动精度， 这是液压传动的最大不足之处。此外，液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因而对使用和 维护人员有较高的技术水平要求。虽然液压传动存在这些缺陷，但总体上优点还是盖过了缺点，因而应用还是很广泛。 双缸四柱液压机是一类结构紧凑、动作轻快、耗能低下、操作易行的液压机，受到广泛的关注。在本次设计中通过查阅大量的文献资料和动态性能仿真软件，利用液压机的结构特点和 制系统，通过泵，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和运输来完成各种工艺动作，从而进一步设计出液压机的液压系统和 系统设计。该 液压机的主要技术指标：公称力 6300出力 1000块行程 900出行程350块工作速度 6s,主要设计内容如下： （ 1）对液压系统进行设计。主要包括系统的工作压力、液压缸的结构尺寸、液压元件的选择、系统的制定方案、液压的工作原理图。 （ 2）对 统进行设计。主要包括 入输出接线图、 入输出地址分配表、 序编制、 制系统梯形图设计与调试。 关键词 : 双缸四柱液压机； 液压系统； 可编程控制器（ 买文档就送您 纸全套， Q 号交 流 401339828 或 11970985 in of of a of of a in of is up of of of or to is an of it is to of is of of in of of is s is to is to nd by by of is to a of to of is a is of to to is by is so or 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of as as to a of is is a of by at a of of LC to to a of of LC of 300 000 of 00 50 mm/s, is as （ 1） TO on of of of of （ 2） LC LC , LC 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章 绪 论 . 1 压机的现状概要 . 1 缸四柱液压机的概述 . 1 第二章 双缸四柱液 压机总体设计 . 2 缸四柱液压机主要指标参数 . 2 缸四柱液压机工作原理分析 . 2 缸四柱液压机的基本组成 . 2 缸四柱液压机的工作原理 . 3 缸四柱液压机工艺方案设计 . 4 缸四柱液压机总体布局方案设计 . 5 缸四柱液压机零部件设计 . 5 机载荷分析 . 5 机工作台设计 . 9 制台设计 . 9 第三章 双缸四柱液压机液压系 统设计 . 10 压系统设计要求 . 10 压机负载确定 . 10 压机主机工艺过程分析 . 10 压系统设计 . 10 压机主缸工况分析 . 10 压机顶出缸工况分析 . 12 压系统原理图设计 . 14 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 压元件的设计 . 17 压系统零部件设计 . 18 压机主缸设计 . 18 压机顶出缸设计 . 22 压油管设计 . 24 压油箱设计 . 26 压站布局设计 . 27 第四章 双缸四柱液压机的液压系统主要性能计算 . 29 压系统压力损失计算 . 29 压系统发热温升计算 . 32 第五章 双缸四柱液压机的控制系统设计 . 34 制系统概述 . 34 缸四柱液压机控制系统方案设计 . 34 缸四柱液压机控制方案选择 . 34 制要求与总体控制方案 . 34 缸四柱液压机 制电路设计 . 35 缸四柱液压机主电路设计 . 35 缸四柱液压机控制电路设计 . 35 制过程 分析 . 36 统设计 . 36 入输出地址分配表 . 37 入输出接线图 . 38 制框图设计 . 40 制梯形图设计 . 41 结 论 . 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 参考文献 . 44 致 谢 . 45 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 绪 论 压机的现状概要 液压机自 19 世纪问世以来得到了很快的发展，在工业生产中已经有了广泛的应用，成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备。随着科学技术的日新月异，电子技术、液压技术的不断成熟，液压机也得到了更进一步的发展。到目前为止，控制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制，这使液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量有了保证，同时生产效率得到了很大的提高。 液压机加工与传统机械加工相比属于无 屑加工，应用范围广泛，一般用于塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。液压机还能实现复杂工件和不对称工件的加工，产品废品率较低。液压机根据加工工件的不同性质，还可进行适当的压力行程调整，满足产品的加工要求。液压机主要由主机、液压系统、电气系统三部分组成。液压机的整个工作过程的实现，首先是由电气系统来控制液压系统，然后再由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作。 综上所述，液压机操作简单，维护方便。 缸四柱液压机的概述 双缸四柱液压机的机械及液压装置为基础，配以可编程控制器，根据液压机的工作过程， 按照生产工艺要求进行自动控制。 在以往我们的钻机的自动化程度不高，效率不高，体积大系统的抗干扰能力差。而且操作比较繁琐，增大了工人的工作量。所以在以后的社发展进程中机械相关设备与液压系统及 制系统相结合的方向会越来越多。 利用 具优势的开关量控制与自身具备的 制及 制功能紧密结合，对液压机的运行速度及液压油温进行控制。通过高精度比例溢流阀和 模拟输入输出模块对顶出缸的油压进行控制 ,并结合板材变压边力成形工艺 ,在单动液压机上实现变压边力控制。在板材成形过程中通过可编程控制终端对成形 力、压边力及凸模行程进行实时监视和控制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 第二章 双缸四柱液压机总体设计 缸四柱液压机主要指标参数 （ 1）双缸四柱液压机主要技术参数见表 液压机技术参数 参 数 项 参 数 公称力（最大负载） 6300进时液体最大工作压力 25缸回程力 400出缸顶出力 1000缸滑块行程 900出活塞行程 350缸滑块距工作台最大距离 1100块工作速度 6 10mm/s 工作台的大小 100缸 快退速度 s 顶出活塞顶出速度 s 顶出活塞退回速度 s 工作台面大小 根据设备稳定性进行设计 22001600， 16001600,32502000 （ 2）双缸四柱液压机的主要功能 通过液压传动系统传递动力，完成零件的压力成型加工。 （ 3）双缸四柱液压机的适用范围 液压机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。 缸四柱液压机工作原理分析 缸四柱液压机的基本组成 四柱液压机主要由主机、液压控制系统 、电气控制系统三部分组成。其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等结构；液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 钮、行程开关、电器控制柜等组成。 缸四柱液压机的工作原理 （ 1）双缸四柱液压机主机组成简图 2 3 45 6 7 8图 双缸四柱液压机主机组成简图 （ 2）双缸四柱液压机工作原理分析 双缸四柱液压机的动作顺序通过电气系统、液压系统控制， 图 双缸四柱液压机控制顺序图 从上面的控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 统，液压控制系统再控制主机工作，主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。 （ 3） 双缸四柱液压机工作循环分析 双缸四柱液压机工作循环如图 示。 滑块快速下行 工进、加压 保压顶出快速回程 停止图 双缸四柱液压机工作循环图 双缸四柱液压机工 作循环如图 a） ，滑块在自重的作用下快速下行，碰到行程开关后由快进变为工进，随后进行加压、保压。保压时间完成后，滑块快速回程，直到回到原来的位置，停止运动；图 b） 表示顶出缸的工作循环过程，主缸快进、工进、保压、退回停止后，顶出缸才运动，将工件顶出。 缸四柱液压机工艺方案设计 （ 1）控制方式的选择 采用液压系统与电气系统相结合的控制方式。具有调整、手动、半自动三种工作方式，可实现定压、定程两种加工工艺； （ 2）液压系统： 液压油路采用封闭式回路，供油方式选用变量泵供油，液压控制元件采用 插装阀形式。针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性，系统应设有补油和卸压装置； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 （ 3）电气控制： 采用继电器、行程开关、接触器、手动按钮等元件进行手动、半自动控制； （ 4）主机： 主机结构形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和顶出缸为执行元件。 缸四柱液压机总体布局方案设计 总体布局如图 示 1 2 34 5 6 7图 四柱液压机总体布局简 图 图 液压机整体布局简图，分为三个部分，即：主机、液压系统、电气控制系统。液压系统的所有部件都集中安装在液压油箱上，使液压站布局结构变得紧凑。电气控制元件集中设计在电气柜中。启动、停止、快进、顶出、调整、等控制按钮设置在控制台上，方便及时操作。 缸四柱液压机零部件设计 机载荷分析 参考表 柱液压机的最大工作负载为 6300缸回程力为 400买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 出缸顶出力为 1000于工作时的负载远大于其它工况时的负载，因此在进行载荷设计时，取负载 6300液压机进行 受力计算。 液压机结构形式为 “三梁四柱 ”式，工进加压的负载作用在横梁和导柱上，受载时横梁受压，导柱受拉，受力如图 示 横梁导柱 图 横梁、导柱受力图 （ 1）导柱设计 材料选择： 导柱在工作过程中主要承受拉力，材料必须具备较高的抗拉强度。导柱材料选择45 圆钢，也可选用锻件形式。 热处理要求： 导柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。为了减少导柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性。总 的热处理工艺为调质和表面淬火。 理论设计计算： 液压机的最大负载约为 6300过力传递后，最后由四根导柱承受 6300用在每根导柱上的拉力为 1575许用拉应力公式 (可计算导柱的安全直径 D。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 （ 式中： 许用应力；取 45 钢 =80 100 F 轴向拉力； A 横截面积。 即： 466 圆整后取导柱直径 D=90了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏，导柱直径可适当加大，取 D=110 （ 2） 横梁设计 材料选择：横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。选用 45钢，毛坯采用锻件。 热处理要求：横梁进行调质处理。 理论计算校核： 横梁受力可以简化为简直梁 ,中间受载的情形，如图 示。 截 面 1 - 1图 横梁滑块受力简图 初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为 1310、 1045、 575面为矩形。即：在负载作用下的剪力和弯矩如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 (a) 剪力图 (b) 弯矩图 由弯矩图 2.7(b)可知，横梁 C 点 1 1 截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为： (式中： 最大弯曲正应力； 最大弯矩； W 抗弯截面系数 ( 3m )。 矩形截面抗弯系数 W 计算公式为： 62(式中： b 矩形截面的宽； h 矩形截面的高。 即： 32 0 5 7 5.1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 M P am 47 5 3m a x 45 钢的弯曲许用应力 =100横梁的最大弯曲应力 = 小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。 机工作台设计 液压机工作台主要受压，由于工作台不是很高，刚度要求可 以满足，因此在设计计算时只要进行抗压强度的校核即可，校核过程从略。 材料选择：工作台主要受压，材料选用铸钢 45。 工艺要求： 机械加工时，工作台表面做成 T 形槽，如图 示。 图 工作台 T 形槽 制台设计 材料选择：控制台主要用于安装控制按钮，不承受动载荷，强度要求不是很高，满足使用要求即可，材料选用 加工工艺：控制台的制作加工采用焊接方式完成。 外形设计：控制台外形尺寸设计应考虑操作方便。外形简图如图 示。 1 2 3图 液压机控制台外形简图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 第三章 双缸四柱液压机液压系统设计 压系统设计要求 压机负载确定 参考四柱液压机技术参数表 知，液压机的最大工作负载为 6300进时液体最大压力为 25此确定液压机设计负载为 6300四柱液压机。 压机主机工艺过程分析 压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在 自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快速回程，直到原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。 压系统设计 压机主缸工况分析 （ 1）主缸速度循环图 根据液压机系统设计参数及表 主缸滑块行程为 900以得到主缸的速度循环图如下： 图 主缸速度循环图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 （ 2）主缸负载分析 液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工 况 的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即： F = ( 式中： F 液压缸所受外负载； 工作负载； 滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载； 运动执行部件速度变化时的惯性负载。 a. 惯性负载 算 计算公式： =( 式中： G 运动部件重量； g 重力加速度 2s ； 时间内的速度变化量； 加速或减速时间，一般情况取 = 查阅相同型号的四柱液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为 30液压机所给设计参数可及： v = s, 取 = 入公式 。 即： Ns =b. 摩擦负载 算 ttv tt买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱、活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。 c. 主缸负载 F 计算 将上述参数 4898N ， 6300000N 代入公式 。 即： F =6300000 + 4898 =6304898N （ 3）主缸负载循环图 a. 主缸工作循环各阶段外负载如 表 主缸工作循环负载 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = + 5 梁滑块快速下行 F = 忽略不计 工 进 F = + 6300 速回程 F = f 回 + 400 ：“ f 静 ”表示启动时的静摩擦力，“ f 动 ”表示启动后的动摩擦力。 b. 主缸各阶段负载循环如图 主缸负载循环图 压机顶出缸工况分析 （ 1）顶出缸 速度循环图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 根据液压机系统设计参数和表 顶出缸活塞行程为 250到顶出缸的速度循环图如下： 图 顶出缸速度循环图 （ 2）顶出缸负载分析 主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性、静摩擦力、动摩擦力等负载。由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最 大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式 算顶出缸的最大负载。 即： F = 350000N 式中： 顶出力； （ 3）顶出缸负载循环图 a. 顶出缸工作循环各阶段外负载如表 顶出缸工作循环负载 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = + 略不计 顶出缸顶出 F = = f 动 + 350 速退回 F = f 动 + 8 ：“ f 静 ”表示启动时的静摩擦力，“ f 动 ”表示启动后的动摩擦 力。 b. 顶出缸各阶段负载循环如图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 顶出缸负载循环图 压系统原理图设计 a. 液压系统供油方式及调速回路的选择 液压机工进时负载大，运动速度慢，快进、快退时的负载相对于工进时要小很多，但是速度却比工进时要快。为了提高液压机的工作效率，可以采用双泵或变量泵供油的方式。综合考虑，液压机采用变量泵供油，基本油路如图 示。 由于液压机工况时的负载压力会逐步增大，为了使液压机处于安全的工作状态，调速 回路采用恒功率变量泵调速回路。当负载压力增大时，泵的排量会自动跟着减小，保持压力与流量的乘积恒为常数，即：功率恒定，如图 示。 1 2 3 4 5图 液压机基本回路图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图 恒功率曲线图 b. 液压系统速度换接方式的选择 液压机加工零件的过程包括主缸的快进、工进、快退和顶出缸的顶出、快速回程。采用什么样的方式进行速度的安全、准确换接是液压机稳定工作的基础。为了达到控制要求，液压系统的速度换接通过行程开关控制。这种速度换接方式具有平稳、可靠、结构简单、行程调节方便等特点，安装也很容易。 c. 液压系统原理图 液压系统采用插装集成控制系统，该控制系统具有密封性好、流通能力大、压力损失小、易于集成等优点。液压机系统控制原理如图 示。 1恒功率变量泵 2定量泵 3、 4溢流阀 5远程调压阀 6、 21电液换向阀 7压力表 8电磁阀 9液控单向 阀 10顺序阀 11 卸荷阀 (带阻尼孔 ) 12压力继电器 13单向阀 14 充液阀（卸荷阀芯） 15 充液阀 16 主缸 17 顶出缸 18 溢流阀 19 节流器 20 背压阀 22 滑块 23 档铁 图 双 缸 四柱液压机的液压系统原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 d. 液压系统控制过程分析 快速下行 按下启动按钮。电磁铁 15电吸合。低压控制油使电液阀 6 切换至右位，同时经阀 8 使液控单向阀 9 打开。泵 1 供油经阀 6 右工位、单向阀 13 至主 16上腔，而主缸下腔液压油经液控单向阀 9、阀 6 右工位、阀 21 中位回油箱。实际上，此时主阀滑块 22 在自重作用下快速下降， 泵 1 的全部流量还不足以补充主腔上腔空处的容积， 因而在上腔形成局部真空，置于液压缸顶部的充液箱 15 内的油液在大气压及油位作用下，经液控单向阀 14（充液阀）进入主缸上腔。 慢速接近 工件加压当主缸滑块 22 上的挡铁 23 压下行程开关 ，电磁铁 5电，阀 8 处于常态位，阀 9 关闭。主缸回油经背压（平衡）阀 10、阀 6 右位、阀 21 中位至油箱。由于回油路上有背压力，滑块单靠自重就不能下降，油泵 1 供给的压力油使之下行，下行速度减慢。这时主缸上腔压力升高，充液阀 14 关闭。主泵 1 的压力油推动活塞使滑块慢速接近工件，当主缸 活塞的滑块 22 抵住工件后，阻力急剧增加，上腔油压进一步提高，变量泵 1 的排油量自动减小，主缸活塞的速度变得更慢，以极慢的速度对工件加压。 保压 当主缸上腔的油压达到预定值时，压力继电器 12 发出信号，）使电磁铁 1电，阀 6 回复中位，将主缸上、下油腔封闭。同时泵 1 经阀 6、阀 21 的中位卸荷。单向阀 13 保证了主缸上腔良好的密封性，主缸上腔保持高压。保压时间可由压力继电器 12 控制的时间继电器调整。 泄压、快速回程 保压过程结束，时间继电器 12 发出信号，使电磁铁 2电（当定程压制成型时，可由行程开关 出 信号），主缸处于回程状态。为了防止液压冲击，保压后必须先泄压然后再回程。但由于液压机油压高，而主缸的直径大，行程长，缸内液体在加压过程中受到压缩而储存相当大的能量。如果此时上腔立即与回油相通，则系统内液体积蓄的弹性能突然释放出来，产生液压冲击，造成机器和管路的剧烈振动，发出很大的噪声，为此，保压后必须先泄压后再回程。当电液换向阀 6 切换至左位后，主缸上腔还未泄压，压力很高，卸荷阀 11（带阻尼孔）呈开启状态，主泵 1