机械毕业设计（论文）-水泥地砖压力机液压与电控部分设计【10张优】 .doc

学校代码：10410 序 号：073680本 科 毕 业 设 计题目： 水泥地砖压力机液压与电控部分设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 学 号： 0 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 机制072 指导教师： 二o 一一 年 五 月13水泥地砖压力机液压与电控部分设计摘 要 为了实现水泥地砖生产自动化，提高生产效率，采用plc实现全程液压自动化控制，基本能顺利实现一键启动，全程无忧。经过调试后，可根据切实需要满足不同花纹水不同规格泥砖的生产。美中不足就是需求较多的行程开关，所以准确定位和安装也显得尤为重要。其次液压缸零部件主要参照机械设计手册设计和选择，基本满足设计周期短、成本低的原则。关键词：plc 液压 梯形图 零件图 全套图纸，加153893706cement floor tile press hydraulic and electric parts designabstract: in order to realize the cement floor tile automated production, improve the production efficiency and achieve full hydraulic plc automatic control and basic can realize smoothly, a key to start doing carefull. after after testing, can according to practical need to meet different decorative pattern water different specifications mud brick production. a blemish is demand more travel switch, so accurate positioning and installation also appear particularly important. secondly hydraulic cylinder parts mainly refer to mechanical design manual design and choice, basically meeting the design cycle short, low cost principle.key words: plc hydraulic ladder diagram parts drawing目录1 绪论11.1 引言11.2 课题研究依据及本文所做的工作12 plc相关技术概述1 2.1 plc的起源与发展2 2.2 plc编程简介23 水泥地砖压力机液压部分设计33.1 液压系统简介33.2 压力机液压原理43.2.1 液压系统及其工作原理43.2.2 系统驱动制砖机的工作原理53.3 液压缸相关参数6 3.4 液压缸装配图、零件图74 数字显示压力8 4.1 数字显示仪表介绍8 4.2 数字显示压力表选用95 plc电控部分设计10 5.1 plc外部接线图10 5.2 梯形图10 5.3 编写程序106 总结10参考文献11致谢121 绪 论1.1 引言随着科学技术的发展，plc越来越受到重视和应用，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点1。尽管如此，plc也还是存在严重缺点的：其软、硬件体系结构是封闭的而不是开放的，绝大多数的plc采用专用总线、专用通信网络及协议。编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语法结构都不一致，使各种plc互不兼容。遗憾的是，直到今天，plc在兼容性方面上基本还是原地踏步，硬件资源配置和指令系统仍然各自为政，除了网络通信方面以外几乎没有什么发展。如果plc能够真正实现标准化，则必将大大促进其自身的应用和发展。1.2 课题研究依据及本文所做的工作 水泥压砖机市面上已有投入生产使用的，其中比较著名的有上海远华路桥机械有限公司的qt4-15混泥土砌块成型机，所生产的产品可采用砂、石、粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、陶粒、珍珠岩等工业废料加工成各种新型墙体材料。如空心水泥砌块、盲孔砖、标砖等，不用烧结。同理地砖的制作也差不多，产品的设计也多有倚重它之处。查阅相关资料后，掌握了地砖制作的原理、流程之后，液压部分的难题也就迎刃而解了，接下来就是plc部分，为了更好了解plc，查阅相关书籍，如三菱公司fx 系列plc工业控制器的介绍等，从而更进一步加深对plc控制系统设计、调试的方法和技巧的了解和应用。2 plc相关技术概述2.1 plc的起源与发展起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 pdp14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称programmable，是世界上公认的第一台plc。1969年，美国研制出世界第一台pdp-14 1971年，日本研制出第一台dcs-8 。1973年，德国研制出第一台plc 。1974年，中国研制出第一台plc 。发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使plc增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的plc为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为programmable logic controller（plc）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是plc发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，plc在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，plc逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的dcs系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易2。2.2 plc编程简介 1、plc的基本概念可编程控制器(programmable controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(programmable logic controller)，简称plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称pc。但是为了避免与个人计算机(personal computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称plc,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。 2、plc的基本结构plc实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构如图1-1，基本构成为：a、电源：plc的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此plc的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将plc直接连接到交流电网上去。b. 中央处理单元(cpu)：中央处理单元(cpu)是plc的控制中枢。它按照plc系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当plc投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入i/o映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将i/o映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高plc的可靠性，近年来对大型plc还采用双cpu构成冗余系统，或采用三cpu的表决式系统。这样，即使某个cpu出现故障，整个系统仍能正常运行。c、存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。d、输入输出接口电路：1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是plc与现场控制的接口界面的输入通道。 2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用plc通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。e、功能模块：如计数、定位等功能模块3。图2-1 plc的组成3 水泥地砖压力机液压部分设计3.1 液压系统简介 液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广泛。在各部件制造中，对密封性、耐久性有很高的技术要求，目前在液压部件制造中已广泛采用滚压工艺，很好的解决了圆度、粗糙度的问题。特别是液压缸制造中广泛应用。液压工具可以解决液压制造各种问题。与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。4、可自动实现过载保护。5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。6、很容易实现直线运动。7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。其缺点在于：1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力 控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类4。3.2 压力机液压原理3.2.1 液压系统及其工作原理 图2-1所示为水泥制砖压力机的液压系统原理图。系统的油源为单向变量泵1，其压力由溢流阀3设定，单向阀2用于防止压力油倒灌。系统的执行器有工作台44的升降液压缸36（2个）、上压头43的升降柱塞式液压缸37（2个）及加压液压缸38、出砖液压缸39、托板液压缸40、送布料液压缸41及回布料液压缸42，共计7种动作功能的9个液压缸。这些液压缸分为两个油路，一个为工作液压缸（含缸36、37、38）油路，另一个为辅助动作液压缸（含缸39、40、41）油路，两个油路供油与否由二位三通电磁换向阀4切换。 工作缸油路又分为两个回路，并由三位四通电液换向阀24实现总控，其中两个液压缸36的升降方向又由三位四通电液换向阀25控制并由同步阀34控制其同步，背压溢流阀31用于提高工作台的运动平稳性；压头加压缸38的下降由升降液压缸37下降时拖动，升降缸37的上升则由加压缸38上升时拖动，升降缸和加压缸的工况转换则由三位四通电液换向阀24、二位二通电磁换向阀27、调速阀26控制，两升降缸37的同步运动则由同步阀30控制。 辅助缸油路的工作压力较工作缸的压力低，故在油路入口处设置了减压阀5。缸39与40并联，缸39与40的回路结构相同，分别由三位四通电磁换向阀14和15控制缸的运动方向，通过进出口设置的单向阀（17、19及21、23）、调速阀（16、18及20、22）进行进油节流调速；缸41与缸42的油路结构也完全相同，分别采用三位四通电磁换向阀8和9控制缸的运动方向，无杆腔设有并联的单向阀和调速阀10、11和12、13，用以进行回路节流调速，二位三通电磁换向阀7则用作此两缸的总控制阀。上述9个液压缸的行程上均布有数量不等的电气行程开关，用于给电磁换向阀发信，实现既定的动作与循环5。 3.2.2 系统驱动制砖机的工作原理 1）拖板推至工作台：电磁铁8ya通电使换向阀15切换至左位，液压泵1的压力油经阀2、4、5、6、15和阀21进入托板缸40的无杆腔，缸的活塞杆推动托板至工作台上，然后电磁铁9ya通电使换向阀15切换至右位，液压泵1的压力油经阀2、4、5、6、15和阀23进入缸40的有杆腔，缸的活塞杆缩回；缸40的伸缩速度分别由调速阀22和阀20的开度决定。 2）工作台上升并锁紧：电磁铁1ya通电使换向阀4切换至右位，同时电磁铁4ya通电使换向阀25切换至右位，液压泵1的压力油经阀2、424、25、同步阀34同时进入两工作台升降缸36的无杆腔，缸36的活塞杆推动工作台上升至模箱底部，工作台44被锁紧。 3）送料：电磁铁1ya断电使换向阀4复至左位，电磁铁11ya通电使换向阀8切换至左位，液压泵1的压力油经阀2、4、5、6、7、8和阀11进入布料液压缸41的无杆腔，缸的活塞杆前进至模箱顶部，实现送料；然后电磁铁12ya通电使换向阀8切换至右位，液压泵的压力油经阀8进入缸41的有杆腔，缸41的活塞杆退回，退回速度由调速阀10的开度决定。 4）上压头下降、加压：电磁铁2ya通电使换向阀4切换至右位，同时电磁铁3ya通电使换向阀24切换至左位，液压泵1的压力油经阀2、424、10后分为两路，一路经同步阀30同时进入两压头升降柱塞缸37的油腔，缸37的柱塞带动上压头和压头加压缸38快速下降至模箱顶部，另一路直接向被动下降的加压缸38的无杆腔补油；当上压头下行至接触模箱物料时，系统压力升高，加压缸38向物料加压使砖成型。 5）脱模：电磁铁1ya通电使换向阀4切换至右位，同时电磁铁5ya通电使换向阀25切换至左位，液压泵1的压力油经阀2、4、24和阀25同时进入两工作台升降液压缸36的有杆腔，缸36的活塞杆带动工作台下降实现脱模。 6）上压头上升退回：电磁铁1ya通电使换向阀4切换至右位，同时电磁铁2ya通电使换向阀24切换至右位，液压泵1的压力油经阀2、4、24直接进入加压缸38的有杆腔，缸38的活塞杆带动压头及两升降柱塞缸37一并上升退回。 7）工作台退回原位，推出成型砖和托板：工作台继续下行直到原位后，电磁铁1ya断电使换向阀4复至左位，电磁铁7ya通电使换向阀14切换至右位，液压泵1的压力油经阀2、4、5、6、14和阀19进入出砖缸39的无杆腔，缸的活塞杆前进将成型砖和托板一起推出。推出速度由调速阀16的开度决定。 8）出砖缸复位：推出成型砖和托板后，电磁铁6ya通电使换向阀14切换至左位，液压泵1的压力油经阀2、4、5、6、14、17进入出砖液压缸39的有杆腔，缸的活塞杆退回复位。至此完成一个工作循环。图3-1 制砖机液压系统原理图 技术特点： 1）该水泥砖压力机采用变量泵供油的多缸液压系统驱动，按工作性质不同分为工作缸油路和辅助缸油路，通过二位三通电磁铁换向阀实现总控，有利于防止由于压力、流量的不同产生的干扰，并有利于能量的合理利用。系统采用行程控制动作顺序，调整方便，定位准确。 2）工作缸回路采用同步阀控制两个工作台升降缸和两个压头升降缸的运动同步；压头升降缸和加压缸在升降中互向牵动。 3)辅助缸油路中，出砖缸和托板缸采用双向进油节流调速，不利于油液散热；两布料液压缸采用单向回油节流调速，对散热和提高缸的运动平稳性有利。3.3 液压缸相关参数液压缸的主要参数如表63-2 杆径d=，d=d/,计算所得的液压缸内径d和活塞杆直径d应圆整为标准系列，参见机械设计手册。液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。其中活塞长度为（0.6-1.0）d；导向套长度为（0.6-1.5）d。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20-30倍。 3.4液压缸装配图、零件图图3-2 小圆螺母gb/t 810-1988图3-3 螺栓gb/t57804 数字显示压力4.1数字显示仪表介绍 数字式显示仪表的基本构成方式如图4-1所示。图中各基本单元可以根据需要进行组合，以构成不同用途的数字式显示仪表。将其中的一个或几个电路制成专用功能模块电路，若干个模块组装起来，即可制成一台完整的数字式显示仪表。数字式显示仪表的核心部件是模拟/数字（a/d）转换器，它可以将输入的模拟信号转换成数字信号。以a/d转换器为中心，可将显示仪表内部电路分为模拟和数字两大部分。 仪表的模拟部分一般设有信号转换和放大电路、模拟切换开关等环节。信号转换电路和放大电路的作用是将来自各种传感器或变换器的被测信号转换成一定范围内的电压值并放大到一定幅值，以供后续电路处理。有的仪表还设有滤波环节，以提高信噪比。仪表的数字部分一般由计数器、译码器、时钟脉冲发生器、驱动显示电路以及逻辑控制电路等组成。经放大后的模拟信号由a/d转换器换成相应的数字量后，经译码、驱动，送到显示器件去进行数字显示。常用的数字显示器件如发光二极管（led）、液晶（lcd）显示器等。逻辑控制电路也是数字式显示仪表不可缺少的环节之一，它对仪表各组成部分的工作起着协调指挥作用。目前，在许多数字式显示仪表中已经采用微处理器等集成电路芯片代替常规数字仪表中的逻辑控制电路，从而由软件来进行程序控制。图4-1 数字显示仪表的基本构成4.2数字显示压力表选用数字显示压力表 型号：pt124g-650 7(如图4-2)量程： 0.1mpa至0.200mpa 输出信号： 4-20ma 综合精度： 0.25%fs; 0.5%fs; 1.0%fs; 供电电压： 24vdc (1236)vdc; 10vdc 显示方式： 四位led显示工作温度： -15+70 相对湿度： 85% 过载压力： 2fso 测量介质： 与316l不锈钢兼容的液体或气体过程连接： m201.5, 压板式（客户定义） 操作说明 数字显示压力表操作说明数字显示压力表1. 开机显示接通电源，显示表头自检后显示，进入表头显示界面。 2设置零点（输出电流 4ma下设置）按“a+b”键，显示零点设置菜单，进入零点设置，界面显示当前设置的零点数值（零点可设置为 4ma、百分比、或其他物理量）；按“a”键移动光标， “b”键改变光标所在位数值；设好数值后，按“ a+b”键确认并返回菜单。 3满量程设置（输出电流 20 ma下设置）继续按“ a”键显示满量程设置菜单；按“a+b”键进入满量程设置，界面显示当前设置的满量程数值；其余操作同 2，设置完毕后，按“a+b”键确认并返回菜单。 4小数点设置继续按“ a”键显示小数点设置菜单；同时按“ a+b”键进入小数点设置，界面显示当前小数点位置；“a”键左移小数点，“b”键右移小数点；设定完毕，按“a+b”键确认并返回菜单。 5阻尼时间设置继续按“a”键显示阻尼时间设置菜单，设置方法同 2，阻尼时间设定范围为 0-20s，设置时数值按 0.5s倍数改变；设定完毕后，按“ a+b”键确认并返回菜单。 6报警开关设置继续按“ a”键显示报警开关设置菜单；按“a+b”键进入报警开光设置，显示当前设置值，表示以下报警参数不生效；按“a”或“b”可切换为，表示以下的设置报警参数生效，不管是何种情况报警，都由最后一点闪烁表示；设定完毕，按“a+b”键确认并返回菜单。 7第一报警点设置继续按“ a”键显示第一报警点设置菜单，设置方法同 2，报警点的设定数值按满量程的百分比计算；设定完毕，按“a+b”键确认并返回菜单。图4-2 数字压力表5 plc电控部分设计5.1 plc外部接线图（见图纸）5.2 plc梯形图（见图纸）5.3 plc编写程序（见图纸）6 总结 此次毕业设计可一分为二,针对液压部分，主要做了如下工作：绘制液压缸装配图、相关零件图，查阅相关国家标准，整理并绘制水泥地砖压力机一整套动作的液压原理图；plc电控部分设计，使用行程开关对电磁换向阀定点动作，绘制plc外部接线图，plc梯形图已经编写