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全液压钻机液压系统设计与PLC控制 PLC控制系统 钻机液压系统 PLC 控制

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沈阳化工大学科亚学院 本科毕业设计题 目： 全液压钻机液压系统设计与PLC控制 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制1203 学生姓名： 王宇雁 指导教师： 王志成 论文提交日期： 2016 年 5 月 30 日论文答辩日期： 2016 年 6 月 8 日毕业设计（论文）任务书机械设计制造及其自动化专业 1203班 学生：王宇雁毕业设计（论文）题目：全液压钻机液压系统设计与PLC控制毕业设计（论文）内容：选择全液压钻机的液压系统设计和机床的PLC控制两部分内容为设计对象，是要考核学生的液压传动知识和PLC控制知识，体现机械、液压与电气控制的结合。主要设计包括液压原理图设计，工况参数计算，液压元件选择，液压缸机械结构设计，PLC选型，控制方案选择，PLC硬件电路设计，PLC梯形图设计与仿真等。主要技术参数：钻杆：一次推进行程600mm，最大推进力30KN，最大起拔力60KN。回转头：转速10100r/min，最大输出转矩2000Nm。毕业设计（论文）专题部分：（1）全液压钻机的结构原理和工作要求分析。（2）工况分析，工艺参数确定。（3）液压原理图设计。（4）液元件选择，性能验算，动态性能仿真。（5）控制方案选择，PLC选型，PLC硬件电路设计。（6）梯形图设计与仿真，有条件时在液压实验台上验证。起止时间：2016.2.292016.6.17指导教师： 王志成 签字 2015年12月4日目 录第一章 引言 11.1问题分析及其对策 11.1.1 国家制造业的发展状况 11.1.2 提出问题 11.1.3 分析相关的问题及制定解决方案 11.2 本课题主要设计内容与目标 2第二章 全液压钻机的工作原理与基本构成 32.1 全液压钻机自身的基本组成 32.2 全液压钻机的工作原理 4第三章 设计要求及工况分析 53.1 任务及要求 53.2 原始参数值 5第四章 拟定液压系统原理图 64.1 确定液压执行元件的类型 64.1.1 运动和负载分析 64.1.2 液压缸的选定 74.2 选择液压基本回路 84.2.1 调压回路 84.2.2 调速回路 84.2.3 支承油缸锁紧回路 84.2.4 行走系统 84.3 液压回路的合成 9第五章 液压系统性能参数的确定115.1 液压泵的选用115.2 电动机的选用115.3 液压阀的选用125.3.1 单向阀的选择125.3.2 换向阀的选用135.3.3 压力阀的选择135.3.4 流量控制阀的选用145.4压力表开关的选择145.5 液压油的选择145.6 联轴器的选择155.7 油箱的设计165.7.1油箱的大致外形尺寸及有效容积的确定165.7.2 滤油器的选择175.7.3 空气滤清器的选择185.7.4 液位计的选择185.7.5 确定油箱各板尺寸和附件安装位置195.8 设计液压机的油管245.8.1 设计确定钢管的管径245.9 胶管的选择25第六章 液压系统性能的验算276.1 液压系统的压力验算276.2 系统的温升验算276.3 液压系统的效率的检查28第七章 液压钻机的PLC控制系统的设计307.1 PLC的特点及应用307.2全液压钻机的PLC控制系统的方案设计307.3液压钻机的控制电路与PLC型号选定317.3.1液压钻机的控制电路设计317.3.2 PLC型号选定337.4 关于液压PLC本身控制程序的设计347.4.1整个系统的基本设计347.5液压钻机PLC的运行程序、调试及监控377.5.1液压钻机PLC的程序运行377.5.2液压钻机PLC系统的动态调试工作37总结38参考文献39致谢40摘要随着社会的发展与人类生产的不断提高，越来越多的机械装备被运用到了生产领域。使得机械装备逐渐走进大众视野，众所周知在这个知识爆炸的大时代，国与国之间的竞争归根到底是生产力的竞争，即生产力是当今竞争的核心。生产力的发展决定每一个企业甚至于国家的命运。伴随科学技术的进步越来越多的科学知识被不断运用到生产实践当中，液压系统由于其无与伦比的优越性也渐渐被用在众多领域。液压系统由于其稳定可靠及功率大等因素在机械设备的日常生产中的到了迅猛的发展。生产效率是一个企业赖以生存的重要指标，一个企业的发展速度与其生产效率是密不可分的，由于工业化的发展许多的执动化设备运用到工业当中去代替传统的人工体力劳动。PLC系统以其可操作性强使用方便简单、安全可靠逐渐走进众多新兴领域，因此液压系统与PLC控制系统的结合使用在工程机械领域得到发展。 此次进行的毕业设计课题正是关于这个方面的紧跟社会生产力的步伐。课题为全液压钻机液压系统设计与PLC控制，着重体现了PLC控制理论在机械生产中的应用。该设计课题当中传动系统有液压系统统一进行控制，液压系统的差异直接影响到最后设计的成败与否，而控制系统则有PLC系统进行全部操作，该部分直接决定了其在生产领域的市场，生产率也在自动化方面的得以体现。其基本设计参数为：钻杆一次推进行程为600mm，最大推力30KN，最大起拔力为60KN，回钻头要求为：转速10-100r/min，最大转矩为2000N。选择全液压钻机的液压系统设计与PLC控制量布分为设计对象。本课题着重是运用液压传动知识与PLC控制系统方面的知识，体现了机械与液压传动知识以及电气控制的结合。在设计中需要完成以下几点：液压原理图设计、工作要求分析、工况分析、工艺参数的确定、全液压钻机的结构原理、液压元件的选择、性能的演算、动态性能的仿真、控制方案的选择、PLC选型、PLC硬件电路设计、梯形图设计与仿真及其在液压试验台的验证等。由上述的几点可知首先需要对全液压钻机的基本工作原理及其基本组成有一个基本的认识，在设计时要充分考虑在实际当中的工作情况。其次要分析每个机构的工作状况及受载情况。进而为我们下一步的液压系统的分析与设计奠定基础提供理论的依据。根据前面的分析结果来综合考虑液压元器件的选择，由元器件的确定去决定设计。最后由整体性能去确定PLC控制系统的设计，根据已有的情况去设计控制方案，在已经确定方案的情况下去对控制系统的硬件进行设计如主电路设计与PLC型号的确定。然后进行PLC控制程序的开发与设计。最后我们需要对整体的设计进行理论上的分析与验证。在所有设计均完成后我们要进行仿真实验以及液压试验台上的验证实验。关键词：工况分析；液压系统设计；PLC控制系统设计AbstractWith the development of the society and the continuous improvement of human production, more and more of the mechanical equipment is applied to production field. Make mechanical equipment gradually into the public view, it is well known in the great age of knowledge explosion, the competition between countries and in the final analysis is the competition of productivity, the productivity is the core of todays competition. The development of productive forces decided to every enterprise and even the fate of the country. Along with the progress of science and technology, more and more scientific knowledge have been applied to production practice, the hydraulic system because of its incomparable superiority also gradually being used in many fields. Due to its stable and reliable hydraulic system and other factors, such as big power in the daily production of mechanical equipment in the swift and violent development.Production efficiency is an important index to the survival of an enterprise, the development of an enterprise and its production efficiency is inseparable, many thanks to the development of industrialization of moving equipment use into industries instead of traditional artificial manual labor. PLC system with its strong maneuverability simple easy to use, safe and reliable gradually into the many emerging areas, so the combination of hydraulic system and PLC control system used in the field of engineering machinery.On the graduation design topic is about the keep up with the pace of social productivity. Subject to full hydraulic drilling rig hydraulic system design and PLC control, mainly embodies the PLC control theory application in mechanical production. The design task of driving system has a unified control hydraulic system, hydraulic system differences directly affect the success or failure of the final design, while the control system with PLC system for full operation, the part directly determines its market in the field of production, productivity in the field of automation. Its basic design parameters is: the drill pipe to push schedule for 600 mm, maximum thrust 30 KN, the pulling force of 60 largest KN, return to drill for: speed of 10-100 r/min, the maximum torque of 2000Nm. Hydraulic system design and choice of fully hydraulic drill PLC control quantity of cloth is divided into design objects.This topic mainly is to use the PLC control system of hydraulic drive knowledge and knowledge, reflect the mechanical and hydraulic knowledge, and the combination of electrical control. In need to complete the following: in the design of hydraulic schematic diagram design, job requirement analysis, analysis of working condition, the determination of process parameters, the structure and principles of fully hydraulic drill, the selection of hydraulic components, the performance of calculus, dynamic simulation, the choice of control scheme, the performance of type selection of PLC, ladder diagram design, PLC hardware circuit design and simulation and verification in the hydraulic test-bed. Conclusion from the above points you need to first the basic working principle of hydraulic drilling rig and its basic composition have a basic understanding of, when the design should fully consider the work of the actual situation. Secondly to analyze the working condition of each institution and loading conditions. And then the next step for us laying a foundation for the analysis and design of the hydraulic system provides theory basis. According to the analysis of the front to consider the choice of hydraulic components.Key words: operating mode analysis; The design of the hydraulic system; PLC control system design.沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章 引言第一章 引言1.1问题分析及其对策1.1.1 国家制造业的发展状况在现在工业的发展过程中，机械的加工方式越来越多，一个好的加工方式也许可以改变一种格局。而我们国家由于工业化进程不是特别完善，目前还处于大力发展的阶段。许多自动化设备需要在日常生产中得到应用。1.1.2 提出问题在机械行业的加工中安全是重中之重的话题，而效率是企业赖以生存及发展的命门所在，而这两个方面在某些情况下看起来是矛盾的传统的钻机存在以下几点不足：1.由于没有采用高度的执行设备，故自动化程度不高，在生产中难以进行大批量的生产；2.工作环境不好，设备的效率不高；3自动化程度不高，占用大量的人工。1.1.3 分析相关的问题及制定解决方案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PLC控制系统相结合的方向会越来越多。我们主要对钻机的液压传动系统以及控制系统的改进，去解决上面所提到的问题。通过使用先进的传动系统来节约动力。引进先进的控制系统去实现系统的自动化操作。下面对各部分提出改正方案：（1）传动系统 为了便于改进日后的加工操作以及日常的工作要求，在完成整体的设计计算后对该传动系统进行整改和调整。（2）控制系统 PLC控制系统可靠性能高，抗干扰能力强，维修简单操作性强便于学习与应用而且价格低，使用方便，扩充灵活功能也非常完善。所以我们使用PLC控制系统对液压钻机进行控制。1.2 本课题主要设计内容与目标 我们通过对传统钻机的改进，重点是对传动系统与控制系统的设计。通过我们这个课题的设计克服钻机原来所具有的部分不足使其性能得以提高，并实现机械生产中的自动化。我们设计完成后需要满足以下要求： 1. 实现自动化可以连续的应用与工业生产，提高加工效率，改善产品加工质量; 2. 可以减少工作人员的工作量； 3. 设备适应性强，可以满足设计要求； 4. 经济成本低。37沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 全液压钻机的工作原理与基本构成第二章 全液压钻机的工作原理与基本构成2.1 全液压钻机自身的基本组成 首先从应该从系统仿真建模的方面，工程钻机分为四个主要部分：操作、机械、液压、动力这几个系统构成。它是一个整体，整体性能与各部分息息相关分。 1.动力系统 以为钻机本身的使用环境在室内，环境温度的变化大，容易受到污染，所以使用柴油机。它检修方便、使用性能可靠、成本低，满足工程钻机特点。2.液压系统 它主要动作有回转器的回转、钻具的给进、钻具的夹紧等，所有的机器运动都靠液压传动来完成。由以上的要求，把它们连接在一起就构成工程钻机自己的液压系统。柴油机是通过泵把机械能使液压油为媒介，转化为液压能，传递给马达和给进油缸，从而实现整个过程。该钻机依据钻进的动作要求和工艺特点采用双泵系统，使用恒压变量泵和负载敏感泵各一个。 3.机械系统 钻机本身的机械系统是做完钻机各个规定动作的首要执行者，大概包括： 履带行走装置： 整个钻机的支撑部分及基体，承担整个钻机的全部质量及钻进过程中造成外载荷的反作用力，而且可以完成短距离的行走运动，搬迁简单，节约作业辅助的时间。 回转装置：在机器某个工作位置，让机身环绕中央回转轴旋转某个角度，从而使整机在不用移动的情况下就可以完成多角度施工。 工作装置：它是钻机形成钻进运动的主要构成部分，常用的有回转器、机身、卸扣器、夹持器等。整个钻机的核心是工作装置， 它是钻机的执行机构。当钻机做钻进时，工作装置使得钻杆给进及旋转；当钻具起下时，除要驱动钻杆后退和前进外，还应该实现机械可以拧卸钻杆。 4.操纵装置 该的操纵装置是系统对执行元件控制、换向阀等机构的操作装置，通过管路连接将所有的执行元件集中于一个操作平台上，通过使用液压手柄实现对钻机的各种工作过程的控制。 2.2 全液压钻机的工作原理 全液压钻机通过以钻头进行钻进工作的机械，各个部分的运动是通过液压缸本身伸缩来完成。变幅装置是由调角连接板、桅杆伸缩油缸等组成。水平面的位置和机身通过大臂改变油缸的伸缩来完成。当机身被固定在某一位置水平后， 可以通过改变托架摆动油缸的前伸与缩进来完成机身在水平面内的转动。 在工作时，通过先加载钻杆，再调整大臂油缸、使大臂调整油缸、托架摆动油缸，让机身变幅使之钻进到指定位置。操纵桅杆前伸与缩进油缸，使钻头靠近地面。给进油缸实现最大行程后，回转马达转动停止，把另外一根钻杆加载在夹杆装置上，继续使回转钻机，中间需要不断加载钻杆，直到使之钻进到设计的深度。 在实际进程中，因为材料的不同，给进机身与变幅装置在实际钻进循环中动作配合是不同的，根据现场具体情况来确定，上述情况只是基于理想的钻进过程。 总而言之，全液压钻机使用大臂油缸、桅杆伸缩油缸机身、大臂调整油缸具有三个确定自由度，它可以完成现实运动，然后通过履带马达来驱动，让钻进空间距离可以按水平方向得到发展，从而实现多角度，多变幅的钻进要求。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 设计要求及工况分析 第三章 设计要求及工况分析3.1 任务及要求 根据给定的要求来进行分析设计，以明确系统数据，对它原来的方案去分析，拟定液压系统基本原理图。选择所需液压元件及进行液压系统性能的验算，最后做完工作图，拟写技术文件。 3.2 原始参数值 从任务书中得到系统各液压缸的给定参数值，现给出几个主要的技术参数值，全液压钻机在进行钻孔工作中，钻杆的提升、推进、回转及钻杆可以斜向打孔的调整和定位等 工作全部由液压系统控制实现。钻杆： 推进行程：600mm最大推进力：30KN 最大拉力：60KN回转头：输出转速：10100 r/min最大输出转矩：2000Nm沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章 拟定液压系统原理图第四章 拟定液压系统原理图液压系统课题最重要的是设计液压系统原理图。 其将影响到系统 的工作性能和设计方案的合理性、经济性。一般先依据工作重要部件的基本要求，确定液压执行元件所需类型，然后按照动作与性能要求，最后选择液压，再把回路整合成完整的液压系统。4.1 确定液压执行元件的类型 首先在选定液压系统原理图的时候， 必须按照主机所需基本要求去确定液压执行元件型。 4.1.1 运动和负载分析 负载分析 机器在工作前，倾角由支撑缸，工作时最大推进力30kN，最大拉力是 60kN， 当钻杆没接触到钻物的时候，滑台以较大的负载速度和较小的负载力前进，当接触后，由于压力变大，但负载速度却减小。详细过程如下所示（图4.1.2）和（图 4.1.3）。 图 4.1.2图 .2 液压缸的选定 1.液压缸的计算选择液压缸在工作的中，它的作用是调动回转头，钻杆的运动，根据它的工作性质， 首先来确定选择用工程系列液压缸，由于它最大距离需要达到600mm，想到安装时候的要求，故初步选定为 HSGK01-80/40E-5210型液压缸，该缸行程为600mm，D是80mm，d为55mm。当马达额定压力小于14MPa 时，缸也是为 14MPa。此时， 该压力缸的最大推力为： F = 14106 (80/1000)2 - (55/1000)2 /4 =37.9 kN 30 kN 最大拉力为： F = 1410-3 802 /4 =70.336 kN 60 kN 此液压缸达到要求，故选择 HSGK01-80/40E-5210型液压缸。 2定位缸的计算选择 定位缸在这个过程中，只是固定工作滑台，它主要的任务是能否实现钻杆区间内调节。由钻机的工作结构，让长度比560mm 大即可，再根据安装形式，因此选KOSMEK-VL0163型液压缸，其行程为 600mm，满足其要求。 表4.1 按工作压力选取 d/D 工作压力/MPA5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7 同理可以确定夹紧缸为DN100-10020号4.2 选择液压基本回路4.2.1 调压回路 液压系统在工作时，液压泵必须向系统提供所需要压力的液压油，而且应做到节省能源，减少液压油液发热，还应当提升执行元件运动保障平稳性。溢流阀打开，同时会将液压泵的压力控制在溢流阀给定以下，确保系统不会由于压力太大被损坏，同时避免液压系统受损。 4.2.2 调速回路 本滑台比较缓慢，压力与阻力相同而且工作中改变小，所以用进口节流调速回路。为了使速度负载特性好和低速平稳性，我们用调速阀调速，而且可以在推进缸中进油的时候再设置单向阀调速。如图所示：4.2.3 支承油缸锁紧回路 从工作中知道，马达与推进缸要让支撑缸能固定，所以支撑缸进油口应该设置液控单向阀两个，以便锁紧回路形成，让支撑缸的保持平稳。 4.2.4 行走系统油路（取 v2 = 5m/s）及行走马达的调节由于通过的最大流量都为 0.7310-3m3/s, 工作压力是25MPa 于是管径： dmin=1130 （4-1） 管壁厚： min （4-2） 4.3 液压回路的合成 压油源部分由液压泵、回油过滤器、出口过滤器等组成,它的作用是给机构提供压力油。由于想到日常的情况工作情况, 油箱设计改为封闭结构形式,油箱上装有油空气过滤器、油标、温表等。电机驱动使液压泵5工作,从而将机械能转变为液压能。过滤器是由于它工作特殊来进行设置的,由于在这么长时间的应用,有很多液压缸被拉伤的案例,因此对液压泵出口进行精密过滤是非常必要的。溢流阀即时系统的安全阀。 控制显示部分它由单向调速阀、压力表等组成,它们掌握各个执行元件的压力和显示它的工作压力的功能。 当支撑缸伸处于缩状态时,它的执行元件不工作，在这个时候控制支撑缸活塞杆的伸出缩近的速度,从而的目的得以实现。压力表此时分别显示进给 缸拔起压力或进给压力,调速阀进一步调整液压马达的转速,使得控制钻杆的钻速,而压力表依次显示双马达出、进口的压力大小,进一步做到钻杆的转矩大小。 执行机构都在钻机的主体部分,如下所示,由液压马达和液压缸组成,液压缸用于支撑钻机的工作滑台,它的调节其角度,使其位于 090(水平向上) 范围内的上升下降。反过来推进缸向后退时,同时钻杆反向可以旋转, 拔出来钻杆。由设计理念可知,该全液压钻机液压系统主要由控制系统、各执行机构等组成。根据它的要求，现在拟选液压系统： 图4.3 液压回路原理图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第五章 液压系统性能参数的确定第五章 液压系统性能参数的确定5.1 液压泵的选用 由可知，钻孔油缸及行走油缸的压力都是25MPa，最大流量是439.2L/min（1.83410-3m3/s），因此可选某用一单泵来供油；因为压桩油缸的压力为25MPa，本身最大为567.2 L/min（2.36410-3m3/s），所以用它为双泵供油。 而由机械设计手册第四卷表 23.544知钻孔油缸及行走油缸用泵A7V50型号斜轴式轴向柱塞泵；它的参数如表5.1 所示：表5.1 泵的类型及参数值型号流量（L/min）压力（MPa）排量（ml/r）泵A7V500500255005.2 电动机的选用 首先我们预设泵的总效率是90%，既为0.9 电动机是用来驱动泵（A7V500 型号）工作，其选用过程如下： 确定类型：选用三相异步电动机Y系列（IP230），电压为380V。功率的确定： （5-1）转速：选用转速是1483r/min由机械设计手册第五卷表35.110知用Y315M34。 它的参数如表5.2.1所示：表5.2.1 电动机型号及参数值型号额定功率（kw）转速（r/min电流(A)效率（%）功率因素（COS）堵转电流堵转转矩额定电流额定转矩Y315M-42201483413940.8 液压阀的选用 是依据阀的工作压力来选择液压阀。这个系统的工作压力均是 25MPa，所以要选择中、高压的液压阀。 5.3.1 单向阀的选择 单向阀 1：该阀应用在泵1的排油口管道上，是用于防止液压油回流。这个阀的工作压力大小为 35MPa，允许通过的最大流量是439.2L/min（1.834 10-3m3/s），由机械设计手册第五卷表 37.8133 选用DFF50K1。其参数如表5.3.1所示单向阀2：该阀用在泵1的排油口管道上，是防止系统中液压油回流。这个阀的工作压力大小为 35MPa，允许通过的最大流量是 127.2L/min（2.36 1.8）410-3m3/s，由机械设计手册第五卷表 37.8133 选用DFB32K1。其参数如表5.3.1所示单向顺序阀3：该阀用在泵1的排油口管道上，是防止系统中液压油回流。这个阀的工作压力大小为 50MPa，允许通过的最大流量是 161.2L/min（2.36 1.8）410-3m3/s，由机械设计手册第五卷表 37.8133 选用XD2F-B10H 其参数如表5.3.1所示选用的继电器为：MJCS-02WL表5.3.1 单向阀的型号阀号型号公称通径额定流量（10-3m-3/s）额定压力（MPa）数量1DF-B50K1508.3343512DF-B32K1324.1573513XD2F-B10H352.3613515.3.2 换向阀的选用 电磁换向阀1：它的是用于实现供油进油方向的控制。此阀的压力大小为 25MPa，允许通过的最大是127.2L/min，根据 新版机械设计手册第四卷表 23.7165 采用D4023CAC型号。它的参数如表5.3.2所示电磁换向阀2：它是用于实现油进油方向的控制。此阀的压力大小为 25MPa，允许通过的最大流量是439.2L/min，根据新版机械设计手册第四卷表 23.7165 应选D4023CAC型号。它的参数如表5.3.2所示表5.3.2 换向阀的型号及参数值阀号型号公称直径（mm）额定压力（MPa）额定流量（L/min）1D4023CAC1631.52002D4023CAC3231.55005.3.3 压力阀的选择 减压阀1：它应用在排油油路上，从而可以实现该工作油路的压力大小是25MPa。此阀的工作压力大小是25MPa，允许通过的最大流量为 439.2L/min，根据新版机械 设计手册第四卷表23.712选用先导式YZ11X型号板式联接。其参数其参数如表5.3.3所示背压阀2：用于泵1所在的排油油路上，而压力大小为50MPa。此阀的工作压力为45MPa，允许最大163.1.2L/min，根据新版机械设计手册第四卷表 23.712 故选择先导式RXBF-S6/0.3型号板式联接。其参数如表5.3.3所示液控顺序阀3：用于钻孔油缸的油路上，用来改变压力大小。压力大小是 36MPa，允许通过的最大439.2L/min，根据新版机械设计手册第四卷表 23.712 可以采用先导式JX11204UCG-03型号板式联接。其参数如表5.3.3所示表5.3.3 溢流阀的型号及参数值阀号型号公称直径（mm）最大流量（L/min）调压范围（MPa）1DB20202500-31.52RXBF-S6/0.3202200-363JX11204UCG-03205000-385.3.4 流量控制阀的选用 调速阀1：用在压桩油缸的油路上，因为相互配合使用可以完成同步运动。它的工作压力是25MPa，允许的最大141.8L/min，根据 机械设计手册第五卷表37.899 可以采用 HF2-KG1K-02 型号。它的参数值如表7 所示单向调速阀 2：用在钻孔油缸的油路上，因为配合使用而完成多个同步运动。它的工作压力是25MPa，允许最大是109.8L/min，根据机械设计手册第五卷表 37.899 可以采用FSG902 型号。它的参数值如表5.3.4所示表5.3.4 调速阀的型号及参数值阀号型号公称直径（mm）最大流量（L/min）工作压力数量1HF2-KG16K-02161600-31.512FSG02162000-4015.4压力表开关的选择 子泵与压力表之间采用压力表开关来完成，可以完成测量泵出口压力的大小，进一步可以改变泵的流量大小。它允许的压力为35MPa，根据机械设计手册第五卷表37.8220 故采用型号KFL8/14E。它的参数值如表5.4.1所示表5.4-1 压力表的型号及参数值型号压力（MPa）公称直径（mm）压力表直径（mm）接头螺纹（mm）数量KF-L8/14E35860M141.53这个是用于泵压力与钻孔油路压力的大小。它允许的最大工作压力为35MPa，根据机械设计手册第五卷表37.1048故选择型号 Y60。参数值如表5.4.2所示表5.4-2 压力表的型号及参数值种类型号调压范围（MPa）数量弹簧压力管表 Y-600-4035.5 液压油的选择 这个桩机由于采用液压系统对液压油没有特殊的要求，但是它的额定压力值大小较高，大小是25Mpa。在平常处于工作状态时油的温度必然会升高，所以应该选用抗磨液压油。 由机械设计手册第五卷表 37.330可以得知柱塞泵用油粘度推荐值是 4098mm2/s。查 机械设计手册五卷表37.3第13可知抗磨性液压油的质量指标和应用采用YBN46 号抗磨液压油。它的基本参数如下： 运动粘度：41.450.6 mm2/s 抗磨性（四球 PB）：1000N 由上可知YBN46 号抗磨液压油已经符合本桩机的基本工作要求。 5.6 联轴器的选择 我们挑选联轴器时通常根据联轴器所计算转矩Tc 应低于公称T或许用转矩转矩 Tn为原则。因为传动轴系载荷变化特性的不同，所以传动轴系的理论上的转矩T通常为：Tn （5-2） 上式中，T为理论转矩（Nm）,通常在有制动器的转动系统当中；如果制动器的理论上的转矩比实际转矩大时，应当遵循按前者来计算联轴器。 Kw动力机系数，取 Kw = 1.0K工作情况系数，取 K = 2Kt温度系数，取 Kt = 1.0 Kz启动系数，取 Kz = 1.0 Pw、n分别代表驱动功率（KW）和转速（r/min）由上式，对泵有： （5-3）由电动机和以上的数据可以查得新版机械设计手册第四卷，对泵和泵分别应选择联轴器与GY8。它们的工作参数值如下表5.6 所示：表5.6 联轴器型号型号公称转矩许用转矩r/min3600轴孔直径d1d2轴孔长度LDD1bB1S重量Y型J型GY8315048007514210720013050681027.55.7 油箱的设计 5.7.1油箱的大致外形尺寸及有效容积的确定由相关资料机械设计手册第五卷第37篇当中“关于油箱的设计”知识可以得出以下：油箱的容量是和系统的流量大小存在一定关系，所以在一般设计中选取容量为最大流量的3-5倍。从而以确定是否需要选择用冷却器，进而来对其容量的大小进行改变调整。现在先暂时按自然环境可以冷却来设计油箱的容量大小。 由1个单泵供油，并且它们的允许流量分别是439.2L/min，可以得： V = 4439.2 =1.7510-3m3 （5-5）所以取油箱的有效容积为：1.7510-3m3 由 V = abh 得 abh = 2.2710-3m3；从而油箱的长、宽、高设计如下： 油箱长：= 1740mm 油箱宽：= 1450mm 油箱高：= 900mm 具体形状如“油箱”设计图所示：图5.7.1油箱5.7.2 滤油器的选择 我们在考虑时分为回油滤油器于吸油滤油器，可以按照以下据去参考： 1.首先考虑工作的允许流量去选择，吸油滤油器是粗滤油器，而回油滤油器它是精滤油器； 2.其次要考虑过滤精度要求 该液压系统的要求为：粗滤油器 80180u，精滤油器 1020u； 3.再次需要保证压力损失必须尽可能去减小； 4.最后应当使尺寸小、通流潜力大、阻力小，并且根据桩机的要求应该容易清理。 综合到以上几个方面来考虑，尤为重要的是油箱下面，更加造成清洗难度加大；故综上因素选择滤油器是箱外式的。 由 机械设计手册 第五卷37.104得；泵1允许通过的最大流量是439.2L/min，而且它们工作压力均是25MPa；由于为1个滤油器统一安装在隔板上，所以可选择型号WU160180F；而它的参数值如表5.7.2所示： 表5.7.2 滤油器的型号及参数值型号通经mm流量L/min压力MPa过滤精度m数量WU160X180F40160180145.7.3 空气滤清器的选择 通常在油箱盖上需要加空气滤清器，主要由空气滤清装置。空气滤清器的选择依据主要是依据满足油量、空气的要求，它们的选择依据为： 1.首先是一般空气流量是泵流量大小的1.5倍左右； 2.其次需要满足同时是加油装置。 从上面两个方面的要求可以选择： Q 空气 = 1.5（439.2 + 127.2） =851.7 L/min （5-6）由机械设计手册第五卷表37.1033,可以用EF565型号；它的参数值如表5.7.3所示： 表5.7.3 空气滤清器类型与参数值型号加油流量L/min空气流量L/min螺钉（四只均布）mm过滤精度mEF71001101055M8X200.105注意：1.油箱的上部最好用来安装空气滤清器； 2.油箱与空气滤清器结合的部位应加密封垫圈。 5.7.4 液位计的选择 在设计时通常需要安放油标，以此用来表示装置；而且由于温度的要求比较高，所以必需带有温度计。 由机械设计手册第五卷，可以选YWE300T 型号带温度计装置的液位指示器。它的基本参数值如表5.7.4所示：表 5.7.4 滤油器的型号及参数值型号总长度螺 钉 中 心 距离温度计刻度表高 度YWZ3003273602505.7.5 确定油箱各板尺寸和附件安装位置1. 油箱的总体设计： 上面板：安装回油滤油器和空气滤清器等器件 左面板：用于安装液位计 右面板：两个放油口的设计 隔板：吸油滤油器的安装 2. 初定各板面的厚度 ：由于工作的环境比较恶劣，油箱十分容易受到锈蚀；于此同时考虑到设计的经济情况和重量因素和有效体积等因素，所以选定定其厚度=8mm。 3. 隔板的设计： 隔板是防止高温油被吸入里面，从而可以使油温达到新的的平衡；同时可以使液压油可以得以沉淀，进一步可以提高吸油质量。油面高通常选取油箱高度的0.8倍，即 h = 0.8900mm（=720mm） 。由于需要大小和厚度大小，故选择隔板尺寸各个参数如下所示：宽度：780mm长度：1724mm 厚度：8mm 因为吸油口滤油器当初设计是网状的，而且已经安装了多个在隔板上面，所以隔板可以选择不开口，即可以让油液即可从这一边流向另外一边。4. 各面板的安装尺寸： 上面板中各安装尺寸的确定 从理论上大小应为1870mm1580mm，但是由于已定出的左、后、前、右这些板料均是有厚度的，从而就可以各侧板盖板可以安放上去。 因为盖板上要安装空气滤清器等元件，所以在设计时应留出定位尺寸。同时由于盖板不可以直接焊接上去，所以它需要进行装拆等工作，所以最好决定用螺栓联接上去。考虑到所处空间尺寸的大小，设计时可以选择应用等边的角钢材，是因为它的厚度不能选择太大，从而选取型号4的角钢，它的参数为厚度为6mm、宽为40mm。 在设计时还必须考虑到盖板上应安装起重的装置，由于空间的限制，故采设计采用起吊螺钉。起吊螺钉设计选择及校核 首先油箱自重的计算（壁厚=8mm）： 下面板的体积： V3 = a b = 1.741.45810-3 = 20.310-3左右面板的体积： V2 = b h = 1.450.9810-3 = 10.4410-3前后面板的体积：V1 = a h = 1.740.9810-3 = 12.610-3于是总体积： V = V1 +V2 +V3= 2（12.6 +10.44）10-3 + 20.310-3=66.3810-3 m-3 （5-7）所以有 G =g v =7.810-39.866.3810-3 =5.07 KN M =v= 7.810-366.3810-3 = 517.76 kg （5-8）为了保证起吊过程的稳定考虑，需要安装四个起吊螺钉在四个角上。查机械设计手册第三卷 P21102103，所以选取螺钉型号为M22。 5. 吊环的选择及安装 本来计划于箱盖上开孔从而可以对箱体的内部进行清理工作；但考虑到总体的设计情况，及尺寸大小等多方面的因素，现移动箱盖改用吊环进行清洗箱体内的元件。首先应对吊环进行设计校核：(所用材料为A3钢，即=177MPa) 箱盖的体积： V = abh= 1.871.582 = 7410-3m3 箱盖重量 ： M =v （5-9） = 7.81037410-3 =577.2kg （5-10）联轴器的重量分别27.5kg 和347.8kg 电动机的重量分别为820kg和330kg 泵的重量分别为53Kg和245kg 故由上面可以得到箱盖和箱盖上主要部件它们的总重量为： W = 577.3+330+820+347.8+27.5+245+53 =2100.5kg （5-11）于是许用应力： =5.72MP （5-12）经校核此吊环可保证安全使用。 左面板上液位计的定位由设计确定的YUZ300T 型号液位计，使得两个螺孔之间的间距大小为 300mm， 而且由于它的宽度和长度。从而来确定出盖板与液位计和液位计距前面板的距离长短。通常情况下，我们一般让液面高于液面计的最高显示点，我们这样设计是为了清楚的知道加油是否过量；因为油液高h=0.8H(720mm)油箱高度为 900mm，出于设计考虑我们令螺孔距盖板距离0.1H，即 90mm。右面板上放油口的定位 设计时应当充分考虑实际情况应保证放油口可以能正常地放油，如果放油口设计的太小，会导致放油不顺，；但是放油口也不能设计太大，而且考虑到泄漏等因素，我们在设计时应设计两个放油口。通过查机械设计手册第五卷表 37.956，可知选用螺塞 M482，因为螺塞的配合，选取放油口为48。 定位：放油口设计位置应位于右面板距离底端边距离50mm处,而且其中心距到两端中心的距离为750mm。 6. 隔板上吸油滤油器的定位 在设计时应该保证吸油管应插入最低油位以下，这样可以防止空气进入吸油管。而管口与箱壁、油箱底、的距离不低于管径的3倍，而且在选定安装位置时应便于装卸或清洗滤。根据上诉要求及空间特点，其布置如上图油箱7. 底脚的设计 油箱一般应方便移动，以及用于加设别的防油装置，故设计其底角的高度应大于150mm。而且必须考虑到以下几点：1. 首先由于它受到空间的限制，空间高度较小； 2. 其次此处不需要再增加其它设备； 3. 最后桩机的油箱一般从装上开始就很少移动。综合考虑以上几个因素，选设底脚高度为80mm，其数量为8个。详细设计如下图所示： 图5.7.5-1 底脚在实际应用中我们为了增强底脚的稳定性，通常应加设底脚板，板厚与底脚相同，既=8mm，它的形状为正方形，上面开孔以便于用来固定油箱。数量为8个，详细情况如上图所示： 注意：1. 底脚应焊接于油箱底部四个角边位置； 2. 焊缝宽度为 8mm；3. 底脚板侧面板焊接； 8. 油箱厚及焊接宽度的校核 焊缝宽度为= 8mm，其受力情况如图所示： 图5.7.5-2油箱校核由式 P = g h 得： P = 0.91039.80.72 = 6.35103 Pa （5-13）则：F1 = PS1 = 6.351031.7400.72 = 7.96103 KNF2 = PS2 （5-14）= 6.351031.4500.72 = 6.6103 KN F3= PS3 = 6.351031.7401.450 = 16.02103 KN （5-15）F4 = PS4 = 6.351031.7400.72 = 7.96103 KN (5-16)因为这个油箱的各个焊缝由于只受拉应力而不受弯矩的作用，且有A3钢 =,则有：1= (5-17)2= (5-18) 3= (5-19)4= (5-20)经过上述的计算校核可知当焊缝宽度选定8mm 和板厚= 8mm 满足条件。 5.8 设计液压机的油管 由实际工作的要求可以得知吸油管速度大小为1=1.5m/s，当压油管速度大小2=5m/s，然而回油管它的速度大小为3=2m/s。 5.8.1 设计确定钢管的管径 通常由平常工作的经验可知一般钢管材料选用25号钢，即= 115MPa 1. 选取液压机的吸油管速度值：（令 v1 = 1.5m/s） 泵的吸油管的设计： 在实际工作中大小为500L/min,吸油管的额定允许工作压力为25MPa。 于是管径直径： d min mm (5-21)管壁厚：min = (5-22)泵的吸油管的设计： 在实际工作中通过吸油管的额定流量大小为150.5L/min,吸油管的额定允许工作压力为25MPa。 于是管径直径： d min mm (5-23) 管壁厚：min = (5-24)2. 液压泵的排油管（取 v2 = 5m/s） 泵的排油管的设计 在实际工作中通过排油管的额定流量大小为7.3210-3m-3/s,吸油管的额定允许工作压力为25MPa。 于是设计管径直径： d min mm (5-25)管壁厚： min = (5-26) 5.9 胶管的选择 在实际工作中胶管按运运可以分为高压和低压两种；胶管可以用来连接两个相互之间可以运动的管道部件，高压胶是用钢丝做成构架的胶管，在我们的这个液压钻机的设计当中选择如下胶管表5.9所示： 表5.9 胶管表油路名称钢丝编织胶管层数内径mm单只压油缸进油路III16压桩系统总油路III32单只压油缸进油路III16压桩系统总油路III32行走系统III16顶升系统III19沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第六章 液压系统性能的演算第六章 液压系统性能的验算对于液压系统性能我们需要进行验算的项目非常多，其主要包括为液压系统的效率检查和系统的压力损失验算等。 6.1 液压系统的压力验算 在系统中本身的压力损失是与回路的结构有密切关系的，通过查阅产品的样本可以得知，系统中需要用到的相关液压元件的基本参数见表6.1表6.1 液压元件在额定流量下的损失元件压力损失35D-63BYI-25BXY-25BI-63B22C-63BQ-25Bpvn (105Pa)423225液压缸的进、出油口的管道尺寸大小按预先选定，即 d=50mm，而进、回油管它们的长度暂时先按均长为2m进行估算，而所用油液本身具有的运动粘度：V=4.610。对于沿程压力损失的验算我们应该采取一个完整的工作循环当中不相同的阶段去分别进行演算。 进油路的沿程损失： 流量：在进油路管道上有一段较长距离为 0.67 10-3 m/ s 故按此比值进行计算。 流态：由雷诺所判断可知：Re =14822320 (6-1)故流态为层流 P进沿 （6-2）6.2 系统的温升验算由于系统中的损失所失所造成的液压系统发热，其所发出的热量散发到空气当中去，主要散热面是油箱，在设计时通常要考虑这些因素，计算温升时我们只需要考虑油箱的散热问题。 计算如下：泵= （6-3）（变量泵随压力增加泄漏增加，功率损失也增加）=29105Pa时N0.44KwN泵入=591.2W0.6W （6-4）H发热=N泵入（1-系统）=N泵入（1-泵*回落*缸）=0.6（1-0.260.690.9）=0.5Kw这个液压系统油箱池尺寸比例为 1：1：11：2：3 之间，工作的地方通风良好故取散热系数： C 7 =1610-3（KWm 2 .）油液温升T 可用下式计算（A=0.065 ）T=17.2 （6-5）一般液压机床取T30而17.230 所以系统温升演算合格。 从计算来看，油液温升值比规定值小很多。这说明选用限压式变量泵（没 有溢流损失） 。和容积较大的油箱，温升是没有问题的，这种情况一般可不进行 温升验算。6.3 液压系统的效率的检查 由于共进的时间占据整个工作循环所需时间长度的比例较大， 因此我们可用计算得到的理论回路工进时的效率来当成整个液压系统的工作效率。该回路的总工作效率应为：= =P （6-6）VFw它们依次是系统工进时的速度与外负载，详见负载图、速度图 QB 、QA它们分别是双联泵的B 泵与 A 泵的额定流量，QA=10L/min，QB=12L/min PpA溢流阀调整压力，PpA=42106Pa PpBB 泵的卸荷压力，PpB=（12/25）23105=0.69105Pa 这样系统效率应为：=0.75=（0.4929.42）% （6-7）由此可以得知，定量泵系统在低速时它的工作效率是非常低的。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第七章 液压钻机的PLC控制系统的设计第七章 液压钻机的PLC控制系统的设计7.1 PLC的特点及应用随着社会的发展与进步PLC软件及其应用得到了飞速的发展，而PLC的功能得到了很大的提高，PLC主要有以下特点：1.可靠性：PLC具有高度的可靠性，这主要是来自于本身硬件、软件具有非常强的抗干扰措施以及PLC本身所独有的周期循环扫描方式。2.异常丰富的得I/O接口模块：PLC可以根据现场不同的工业信号，有相应的I/O模块与设备及其器件连接。另外出于操作性的要求，本身还具备多种人机对话的接口，并还有通讯联网的接口。3.运用模块化设计：为了适应各种工业控制的需要，大部分的PLC均采用了模块化设计，用户可以根据自己的需求进行组合。4.学习操作简单：PLC编程基本上采用梯形图，它对于使用者来说没有太大的难度，因此一般很容易上手。5.安装维修方便简单:PLC控制系统不需要专门的机房，它本身可以直接在工业场合应用，各个模块均有操作说明，与模块化知识，当工作时发生问题用户可以根据状况找到问题同时进行更换模块，节约用户的 宝贵时间。正是基于PLC的强大功能，使之被广泛应用于众多领域，如机械、化工、石油等重要部门。7.2全液压钻机的PLC控制系统的方案设计在液压钻机的实际工作中由于考虑到实际情况下的应用，所以在钻机工作中采用分级逐段近给的方法。这样经过多次的加工使其达到预计的工作情况。在图7.1中，SQ1、A为原来的行程开关，而SQ2、B为工进行程开关，SQ3、C是终点行程开关。在运行开始后，液压电动机及其其它的机构开始运行工作，液压泵推动液压缸进行工作SQ1输入信号，电机启动并且实现快速进给运动。与B处压下SQ2，并改为动力工进采用分段进。当触碰到SQ3的挡头时机器进给结束。图7.1 工作示意图7.3液压钻机的控制电路与PLC型号选定7.3.1液压钻机的控制电路设计PLC与工业的联系是建立在模块上的。它具有许多I/O模块，其基本包括开关输入模块、模拟量输入模块。根据工作的要求我们需要确定所需的I/O点数时，我们需要增加一定备用量，通常我们选取为10%-20%。对于用一个系统我们采用的控制方法的不同，所需要用的I/O点数也是有所不同的表7.3.1 输入输出分配地址输入输出名称PLC对应输入端口说明输出端口中间继电器PLC对应输出端CGQ1X0夹具原位传感器Y0KA0带传动电机CGQ2X1钻头原位传感器Y1KA1泵电机CGQ3X2夹具工进传感器Y2KA2钻头电机CGQ4X3钻头工进传感器Y3KA3电磁铁1YA按钮SB1X4带电机Y4KA4电磁铁2YA按钮SB2X5泵电机Y5KA5电磁铁3YA按钮SB3X6钻头电机Y6KA6电磁铁4YA按钮SB4X7前进Y7KA7电磁铁5YA按钮SB5X10后退Y10KA8电磁铁6YA按钮SB6X11急停Y11KA9电磁铁7YA拨动