毕业设计（论文）-自动控制液压板料剪切机设计说明书.doc

引言剪板机属于锻压机械中的一种，主要应用在金属加工行业。产品广泛适用于：轻工、航空、船舶、冶金、仪表、电器、不锈钢制品、钢结构建筑及装潢行业。剪板机的主要分类：机械剪板机、数控剪板机、液压剪板机、数控摆式剪板机、数控前送料摆式剪板机、液压摆式剪板机、超厚液压摆式剪板机、液压闸式剪板机、深喉口剪板机、脚踏剪板机、精密剪板机。“十五”期间，液压剪板机在结构与配置方面跨越了各行其道的阶段，逐步向国际主流靠拢。目前多数液压剪板机，机架采用整体焊接结构、经时效处理、具有良好的强度、刚度和精度保持性；采用集成式液压系统伺服驱动，极大提高了机床运行的可靠性；根据被剪板料的材质、厚度和剪切长度，自动完成剪切角度、剪切行程、刀片间隙和后挡料的调整；可配备前送料系统或后托料装置，集送料、卸料于一体，有效地提高了设备自动化程度。剪切生产线是在数控剪切机基础上发展起来的专用设备，由开卷机、展平机、剪切机及其辅助装置组成。剪切生产线按剪切形式可分为横剪线和纵剪线，也有既可横剪也能纵剪的复合剪切线。横剪线将卷料经开卷、校平后剪切成定尺矩形；纵剪线将卷料经开卷、校平、分条剪切后收卷；复合剪切线同时具备横剪线与纵剪线的功能，可根据生产计划轮番使用。剪切生产线可加工冷轧钢板、镀锌钢板、不锈钢板、彩涂钢板、铝板等金属板材，特别适用于车辆制造、家用电器、食品机械、包装机械以及钢板配送中心等行业。1 概述液压传动技术是现代发展起来的一门新技术，它与机械传动技术、电气传动技术并列为当代三大传动形式，是工科机械类各专业的一门重要课程，既有理论知识学习，又有实际技能的训练。在本次设计中,根据液压剪板机的工作原理和控制要求, 综合运用液压传动技术及其它有关理论知识和生产实际知识，我对剪板机的液压系统和PLC控制系统部分进行了分析、设计, 使理论知识和生产实际知识密切结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、提高和扩展。这次设计，让我在PLC的应用、CAD绘图、资料检索以及进行经验估算等方面进行了一次全面的训练，为今后的设计工作打下了坚实的基础。22 设计构思及方案论证我的设计任务是液压系统和泵站设计、控制系统设计。通过对课题的分析以及可行性的考虑，对设计方案进行如下的选择：（1）液压系统和泵站的设计：因为这次设计的是薄板剪切并且是大批量的剪切，所以要根据其具体的工作情况设计制造专用剪板机，用以提高效率。由于液压元件已标准化，所以在设计中可以大量选用标准件，使设计简化，制造简单。特别是在这次我们所设计的轻型薄板剪切中，整个动力部分都可以用标准的液压缸、液压阀来完成。该自动控制液压板料剪切机包含了许多的动作需要液压元件来完成，所以可以根据具体的动作需要来设计整个液压系统，根据液压系统所需的动力要求来进行泵站的设计。（2）控制系统的设计：自动控制液压板料剪切机是一种可按加工要求，将金属板材剪开、自动计数、自动堆料的设备。它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力，而PLC是近几年发展起来的一种新型工业控制器。由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业过程控制中的应用越来越广泛。加之PLC以其在硬件设计中采用了屏蔽、滤波、光电隔离等技术，在软件设计中采用了故障检测、信息保护与恢复等措施，进一步提高了PLC的可靠性。自动控制液压剪切机应用于板材加工系统中,板料长度检测，板料进料、压紧、走刀、落料、长度调整等过程必须按一定的节拍控制精确度动作，而且不同长度、不同厚度、不同材料的板材,各动作行程、先后顺序、刀具位置等要求都不一样，对于这样的控制要求,传统控制柜很难实现,综合考虑设备的性价比，显示直观性、外表美观性、灵活性等诸方面因素,本次设计采用可编程控制器PLC进行控制。下面就我们这次所设计的自动控制液压板料剪切生产线进行简单的介绍：图2-1 自动控制液压板料剪切生产线简图如图2-1所示，我们这次设计的生产线主要由以下几个部分组成：1.送料小车；2.开卷机；3.展平机；4.送料机；5.剪切主机；6.输送带；7.堆料架；8.液压泵站；9.控制控制系统以及其它的辅助设备组成。该生产线的工作过程如下：1 由运料小车将卷料运送到开卷机上；2 由人工进行喂料，将卷料送入展平机中进行展平；3 板料展平后由送料机进行定尺后送入剪切机中进行剪切；4 剪切完毕后的板料经过输送带送入堆料架中进行整齐堆放；基于该课题的难易程度以及工作量的关系，我们分小组由四个人共同完成本课题，我负责其中的液压系统设计、泵站设计以及控制系统的设计。423 液压系统的设计本设备的液压控制部分主要包括板料压紧系统、主机剪切系统、运料小车升降系统、支撑板升降系统等方面。其中运料小车升降系统和支撑板升降系统只需用换向阀来控制液压油的流动方向即可；板料压紧系统可通过液压缸下行到压紧位置由压力继电器检测压力足够后保压，剪切完毕后回程.主要部分在于剪板机主机的剪切缸动作的实现，因为该设备属大宽度同步下行剪切，如果用一个缸体施加剪切力，则会造成板料的受力不均甚至剪切不完善，所以必须选择多缸驱动，而在剪切过程中必须保证缸体活塞杆下行的同步性，这就要求进行多缸同步回路设计。3.1 液压同步回路的分析论证1在多缸液压系统中，使得液压缸在运动中保持速度相同或相对位置不变的回路称为同步回路。在液压系统中，影响同步精度的因素是很多的，例如：液压缸外负载、泄露、摩擦阻力、制造精度、结构弹性变形以及油液中的含气量，都会使运动不同步。同步回路要尽量克服或减少这些因素的影响。图3-1所示回路是带补偿措施的串联液压缸同步控制典型回路。其工作原理是：图中两缸串联，1缸有杆腔和2缸无杆腔用油管相连，其对应活塞的有效工作面积相等，而使进、出流量相等，理论上两缸活塞的升降便是同步的。但补偿措施使实际产生的同步误差在每一次下行运动中都可消除。例如，三位四通换向阀5的右位接入系统工作时，两缸的活塞均下降，假定缸1的活塞先下行到底，其活塞杆上的压块就触动电气行程开关1ST，1ST发出信号使两位三通阀4通电，阀4的右位接入系统工作，压力油便通过阀4和液控单向阀向液压缸2的无杆腔补入，推动缸2的活塞继续运行到底，误差即被消除。假若缸2的活塞先下行到底，其活塞杆上的压块便触动行程开关2ST，2ST发信号使二位三通阀3，使其通电，阀3的上位接入系统工作，控制压力油使液控单向阀反向通道打开，缸1有杆腔的油通过液控单向阀和二位三通阀4回油，缸1的活塞即可继续运行到底，同步误差亦被消除。这种同步控制回路的控制元器件较多，连接也复杂。还有两种同步控制回路可以完成同步补偿功能并且使用元件较少且简单，能使回路大大简化。1.采用两个单向阀补偿误差回路；2.采用单向阀和顺序阀补偿误差回路。图3-1 带补偿措施的串联液压缸同步回路图3-2所示为活塞每一次下行运动中都可消除同步误差的液压回路。图中双点划线所示为活塞下行到底时所处的位置，该位置、稍微偏上（以免活塞到底后遮挡住），分别在两缸缸筒上加工出油孔a和c，然后用油管ab、cd分别连接单向阀I1和I2，如图3-2所示。图3-2 用两个单向阀补偿同步误差的回路由于1缸的有杆腔和2缸的无杆腔活塞的有效工作面积相等，而使进、出流量相等，两缸活塞的升降，理论上便得到同步。而补偿措施使实际产生的同步误差在每一次下行运动中都可以消除。例如：三位四通换向阀的右位接入系统各种时，缸的活塞下行。假若缸1的活塞先下降到底（双点划线所示位置），缸1缸筒上的油孔a经历了由最初位于活塞下腔、到被活塞遮住、到最后在活塞上腔露出三个阶段，从油泵进入缸1活塞上腔的压力油，此时经油孔a和单向阀I1流向缸2上腔，推动缸2的活塞继续运行到底，误差即被消除。假若缸2的活塞先下行到底（图中双点划线所示位置），缸2缸筒上的油孔c也经历了由开始处于活塞下腔、到被活塞遮住、到最后在活塞上腔露出三个阶段，缸1有杆腔的油经缸2无杆腔、油孔c、单向阀I2回油，缸1的活塞也可继续下降运行到底，误差同样能被消除。图3-3 采用单向阀和顺序阀消除同步误差的液压回路图3-3所示为采用单向阀和顺序阀消除同步误差的液压回路。如图示，顺序阀的调整压力应比活塞下行运动时，缸1有杆腔（缸2无杆腔）中的压力稍大，以保证活塞下行运动中顺序阀阀口关闭。该回路同步误差补偿原理为：三位四通换向阀右位接入系统工作时，缸的活塞下降。若缸1的活塞先下行到底，其缸体上的油孔a从活塞上腔露出，从油泵来的压力油经缸1无杆腔、油孔a、单向阀I1后，流向缸2无杆腔，推动缸2的活塞继续下行到底，误差即被消除。若缸2的活塞先下行到底，那么缸2无杆腔的液体压力就会上升，顺序阀进油口压力也会上升，阀芯动作，顺序阀进出油口接通；缸1有杆腔的油经顺序阀回油，其活塞即可继续下行到底，同步误差也被3.2 液压回路确定在该设备自动控制液压板料剪切机的油路系统中，两个剪切主油缸的同步采用串联油缸实现，油缸活塞下腔的作用面积等于油缸上腔的作用面积。在具体的油路系统确定时，如果不采用自动补偿措施，则同步精度不能实现，并且在长时间的工作循环中，同步误差会不断积累越来越大，刀架上刀刃的剪切角难以保证在许可范围，严重时甚至无法正常工作。所以需要在以上三种方案的基础上进行进一步的改进完善，对系统添加误差自动补偿措施，保证整体回路的同步精度。图3-4 剪切机液压回路原理图由于本系统控制部分较多，且控制部分采用PLC控制，故在此只说明剪板机的动作，其余的顺序动作请参看单元回路原理图与PLC说明。序号动作名称电磁铁状态14DT15DT16DT17DT1压紧缸下行-+-2剪切缸下行+-3剪切缸退回-+4压紧缸退回-+表3-1液压回路电磁铁动作状态表该设备的液压系统控制回路采用如图3-4所示的原理图。其液压控制动作顺序表如表3-1所示,工作顺序和基本原理描述如下：(1)板料压紧。液压泵启动加压，在完成一系列的准备动作后，在电磁换向阀32的作用下，对压紧缸供油活塞下行，当压紧力达到压力继电器33的调定压力时，压力继电器输出信号至PLC，控制电磁换向阀32复位，板料压紧完成。(2)剪切机主缸下行。换向阀24打开后高压油液进入剪切主缸26、29，两缸的活塞在自动补偿措施作用下同步下降，带动剪切梁剪切板料。当缸26先下行到底时，其活塞上腔压力增大，达到顺序阀27的调定压力时顺序阀打开，油液经过顺序阀27继续推动缸29活塞杆下行，误差被消除；假若缸29先到达底部，其上腔的油压增大，达到顺序阀28的调定压力后顺序阀28打开，缸26上腔的油液推动活塞杆继续下行，误差亦被消除。因为采用了带补偿措施串联液压缸同步回路，所以出现的同步误差在上下运动的一个周期内即可消除，因在长期工作中，两缸的运动能保持较好的同步性，所以刀架上刀刃的剪切角可基本保持不变。（3）剪切缸与压紧缸回程。当剪切机主缸下行至最低位置后，无杆腔压力增大，到达压力继电器25调定压力后，压力继电器25输出信号至PLC，PLC控制换向阀24、32，剪切缸与压紧缸回程，到达指定位置，压力继电器36、39输出信号至PLC，控制换向阀复位，动作完成，在这些动作之中，最重要的是要在控制系统中保证剪切的动作是在板料被压紧后才进行，这里由压力继电器与PLC程序来保证。在本系统中，由于剪切的是薄板不超过2.5mm，所以在压紧的时候采用液控单向阀保压，而不采用蓄能器保压。由于在剪切主机中有机械的刀架调整机构，故不需用液压装置来调整剪切角。3.3 液压元件的选择23.3.1 系统参数根据小组其他成员提供的参数，进行如下的说明：（1）剪切机液压系统说明剪切油缸，由于本系统中采用双缸串联的方法实现同步，且两缸内径相同,根据剪切机设计者提供的参数，液压缸29的压力为4.74 MPa,液压缸26的压力为9.48 MPa。所以顺序阀27的设定压力为5 MPa，顺序阀28的设定压力为10 MPa。压力继电器25的设定压力为10.5 MPa，压力继电器30的设定压力为10 MPa。根据其速度要求，流量为28.5 L/min。压紧油缸，根据剪切机设计者提供的参数，液压缸35的压力为2.5 MPa，压力继电器34、36的调定压力为3 MPa。根据其速度要求，流量为33 L/min。（2）运卷小车液压系统小车中只有一个油缸，要求油缸能在任意位置停留，故其系统中包含有液控单向阀。根据小车设计者提供的参数，液压缸的压力为8 MPa，流量为30.5 L/min。（3）堆料架油缸根据堆料架设计者提供的参数，其上行压力为1 MPa，流量11 L/min,其下行压力为1 MPa，流量为10.6 L/min，故单向节流阀21的流量也应调节在10.6 L/min，液压缸的速度为0.05 m/s。 （4）支撑板系统根据展平机与送料机设计者提供的参数，支撑板油缸压力为2 MPa，流量为15 L/min。3.3.2 阀类元件的选择(1)选择依据选择依据为：阀体的额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。(2)应注意的问题a.应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。b.阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。c.一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。根据以上原则，各类阀类元件的选择如下表所示： 元件名称元件型号元件数量三位四通电磁换向阀34EF30-E6B-A4三位四通电磁换向阀34EF30-E10B-A4二位三通电磁换向阀WE6B60/AGZ41溢流阀YF3-10B1减压阀AJF310B1液控单向阀YAF3-EB10B5单向节流阀ALF3-E6B1压力继电器HED4O4顺序阀XF3E10B2表2-2液压回路阀类元件选择表3.3.3管道的选择(1)油管类型的选择液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。a.钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。b.铜管：紫铜管工作压力在6.510MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。c.软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.58MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。(2)油管尺寸的确定a.油管内径d按下式计算2：（mm）式中：为通过油管的最大流量(L/min)；为管道内允许的流速(m/s)。回油管取1.74.5(m/s)。根据以上分式可得：回油管内径： =14.1 进行圆整取d=15mm。进油管内径根据所选液压泵的进油口来确定，并根据压力选取油管：钢管： 取外径34，b.油管壁厚可按下式计算： 式中： 为管内最大工作压力；为油管材料的许用压力； 钢管： 为材料的抗拉强度；为安全系数，钢管7MPa时，取=8；17.5MPa时，取=6；17.5MPa时，取 =4。 也可以根据油管内径和压力查表20-8-2 2，根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管：钢管： 取外径为22, 3.4 液压系统连接装置的结构设计3在一个液压系统中往往要有很多液压元件，这些元件可以用各种不同的方式连接。连接方式的选择是否合理，对于系统的性能、使用及维修均有很大的影响。(1)管式连接管式连接是液压系统最早采用的一种连接方式，它用油管将各元件连接在一起，完成所需要的动作。这种连接方式仅适用于较简单的系统。它具有连接方式简单，便于维修的优点。当动作比较复杂、组成系统的元件较多时就会出现管道复杂、管接头多的问题，造成系统安装复杂、占地面积大、压力损失大、容易漏油和混入空气以及产生振动等不良现象。(2)板式连接元件用螺钉连接在阀板上。元件间的连接由在阀板上钻出、铸造出或铣出的通道实现。这种连接方式可以消除管式连接带来的一系列缺陷，结构紧凑、占地面积小，但结构复杂，工艺性差。适用于固定工作循环的液压系统。(3)集成连接集成连接是六十年代初出的一种新的连接方式。目前，集成块、叠加阀、锥阀和插装式连接应用渐多。这些连接方式的共同特点是：由标准液压元件或专用、通用的辅助元件按设计的要求用螺栓连接组合成一个系统。因此也称无管连接。根据设计要求综合考虑采用集成块连接。3.4.1集成块式连接装置的设计步骤集成块这种结构是液压集成的最早形式，在我国已经普及并广泛地应用在各种系统中。更由于板式标准元件较为定型，这为广泛使用集成块式连接装置提供了有利的条件。集成块组，是按通用的液压典型回路设计成的通用组件。它有集成块、底块和顶盖按一定顺序叠积，用四只长螺栓垂直固紧而成。液压元件一般安装在集成块的前面、后面和右侧面，左侧面不安放元件，留作连接油管用，以便向执行元件供油。为了操纵调整方便，通常把需要经调节的元件布置在右侧面或者前面。元件之间的连接借助于块体内部的油道孔，根据单元回路块在系统中的作用可分为调压、换向、调速、减压、顺序等若干回路块。每块上下两面为叠积结合面，布有公用的压力油孔P、回油孔O、泄漏油孔L和连接螺栓孔。集成块式连接装置其设计步骤一般如下：a.绘制集成块单元回路图将液压系统图分解，并绘制成集成块单元回路图，图中应示出集成块的数量，每块安装的阀数，是否采用过渡板或者专用阀，以及阀之间的油路连通情况，作为设计集成块的根据。b.制作液压元件样板为了在集成块上合理布置液压元件和正确安排通油孔，最好预先制作元件样板。c.布置液压元件在集成块各视图外形轮廓上布置油孔位置。d.绘制集成块加工图（1）、绘制集成块四个侧面和顶面的视图。以集成块的底边和任一邻边为座标，定出各元件蕨线的坐标。然后绘制各油孔和安装螺纹，以蕨线为坐标标注尺寸。（2）、绘制各层剖视图。根据各孔油道布局绘出各层剖视图。（3）、为加工方便，可将各孔编号列表，并注明通径、孔深和与之连通的孔号。（4）、绘制集成块装配外形图。集成块上各阀安装后的外形图表示各阀的安装位置和方向。在本设计中我采用三维软件Solidworks 进行立体设计，这样可以减少工作量，对象更加直观，而且发生问题能得到及时的解决，特别是在孔的干涉方面。3.4.2集成块的设计a.公用油道的选用集成块的主要作用为连通各液压元件以便于组成单元回路。因此集成块上一般必须有公用的压力油孔P、回油孔O和泄漏油孔L。在此选用二孔制，即压力油孔P、回油孔O，由四个固定螺栓孔来接通泄漏油。其加工工艺性好，结构简单，也有利于泄漏油的流回而且也有利于元件的布局和泄漏油道的设置。b.油孔直径的确定油孔直径可按下式确定： 式中流经油孔的流量（L/min）孔道中允许的速度（m/s）根据表20-8-1 2选取参数进行计算，在本系统中进油口=11.8 mm进行圆整取=12mm,回油口直径根据经验取15mm。直接与阀相通的孔，块体上的孔径应该等于阀的油孔直径，不直接与阀相通的工艺孔，应用螺塞或短螺柱堵死（压力油孔一定要用螺塞堵死）。与油管接头相连接的油孔，其孔径与相应的阀口直径相同，但孔口必须按管接头螺纹孔尺寸钻孔并攻丝。c.油孔间最小间隙的确定为了防止相邻油孔间的距离太近，在油液压力下造成油道串通，致使集成块报废，在设计油孔的具体位置时，必须确定通道体内各通油孔间的最小间隔尺寸，一般推荐5mm，当油液压力高于6.3 MPa或孔道间隔尺寸较小时，就要作强度校核，以防止使用过程中被击穿。由材料力学可知，选用铸铁材料的通道体应按第一强度理论的厚壁圆筒公式作近似计算： (mm)式中：允许最小壁厚（mm）油孔道直径（mm） 实验压力（MPa）,取（1.51.75）PP工作压力（MPa） 材料许用应力（MPa）根据经验在本系统中，所以取考虑到加工误差，钻孔时有可能钻偏，故取值时留有余量，最小油孔间隔取5mm。d.通道体外形尺寸的确定通道体在确定外形尺寸时，应首先布置好公用通道孔。通道体的长度和宽度要求除了考虑安放最大尺寸的元件外，还必须留出足够的够调整的空间，以利于设计通道体内油孔时调整阀有位置。供调整的大致尺寸为：长度方向4050mm,宽度方向2030mm。e.集成块连接螺栓的强度验算通道体的高度H主要考虑到所安装元件的高度，在本次设计中我所设计的集成块共有八块，其中包括一个基础块组，一个顺序块组，一个压力块组，五个方向块组。他们之间是用螺栓连接在一起的，螺栓的长度由这些集成块的高度来决定，经过计算四个螺栓的高度为650mm，取直径为20mm。下面进行强度的校核。由于此连接螺栓只受到压力油向上的作用力，所以这四个螺栓受力分析如下：轴向载荷：=20096N；每个螺栓的轴向载荷：=F/4=5024N；螺栓预紧力：根据式(5-2) 4，根据表5-84 ，因为选取螺栓为4.8级，所以=320 MPa, =261248N,由于这几个螺栓在此属于松连接，所以取=2000N；所以螺栓的拉应力=22.4MPa；根据 （5-37）4 所以；（S选取参考表5-104）结论：因为，所以设计螺栓符合要求。3.4.3.集成块三维图由于整个油路系统的集成块设计工作量很大，所以在这次的毕业设计中我只做了整体的布局设计与第一个压力块组的详细设计，为了更好的说明集成块的设计特点，在此附上集成块的三维整体设计简图与第一个压力块组的详细三维图。图3-5 整体设计三维简图图3-6 第一压力块组三维图4 油箱及液压泵装置的设计金属切削机床上的液压装置，主要有两种结构形式：集中式和分散式。集中式液压装置是在机床之外另设单独的液压站，油箱的结构尺寸不受床身结构尺寸的限制，安装、维修都很方便。且油源的振动和发热对机床几乎没有影响。但增加了占地面积。分散式液压装置，是利用床身的一个或几个空腔作为油箱，它的主要优点是结构紧凑，泄漏油易回收，但是油源的振动和发热对机床的工作精度产生不利的影响。液压泵站是由油箱、液压泵装置和液压连接装置三部分组成。4.1油箱容积的计算2在开式传动的油路系统中，油箱是必不可少的。它的作用是：储存油液，净化油液，使油液的温度保持在一定的范围内，以减少吸油区油液中汽泡的含量。因此，进行油箱设计时，要考虑油箱的容积、油液在油箱中的冷却和加热、油箱内的装置和防噪音等问题。油箱有效容积的确定:油箱要储存液压装置所需要的液压油，油液的储存量与液压泵的流量有直接的关系。在一般情况下，油箱的有效容积可以用经验公式确定：V1 = KQ（L） 式中：V1油箱的有效容积（L） Q 油泵的额定流量（L/min） K 系数中压系统取57根据以上公式代入数据可得：=231 L,因为本系统中执行元件较多，为保证安全，取油箱容积为600L。由于本系统的功率不太大，所取油箱容积又较大，故不必进行系统温升的验算。4.2油箱的结构设计24.2.1油箱的结构设计要点设计油箱时除了要考虑贮存系统在工作循环时有足够的油量外，还应考虑热量的散发、沉淀污染杂质、分离水分、促进空气从油中逸出、为系统提供某些元件的安置等功能。在结构设计时应注意以下一些问题：1.油箱必须有足够大的容积。一要满足散热要求，二要能容纳当液压系统停止工作时所有工作介质的流回，而工作时又能保持适当的液位。2. 油箱应有足够的刚度和强度。油箱一般用2.5-4mm厚的钢板焊接而成，尺寸高大的油箱要加焊角板、筋条以增加刚度。油箱顶盖板若安装液压泵、电动机和其他液压元件时，盖板不仅要适当加厚增加刚度，而且还要采取措施防震，盖板的厚度应比油箱侧壁厚度厚3至4倍。3. 吸油管和回油管之间的距离应尽量远些，或用隔板隔开，以增加油液循环流动的距离，提高散热效果，并使油液有充分的时间沉淀污物和排出气泡。4. 吸油管必须插在油液中，为防止吸入空气，吸油管口必须在最低液面75mm以下，又为防止吸入箱底污物，离油箱底面的距离应不小于管径的2倍，距油箱侧面应不小于管径的3倍，以便油流畅通。5.回油管应插入最低油面以下200mm，以防回油冲入油液使油中混入气泡。回油管管端应切成45角，以增大排油口面积。排油口应面向箱壁，利于散热。6.油箱下部或顶盖板四周应设置油盘，以免油液直接流入地面。油盘必须有排油口，以便于油盘的清洁。7. 为了排净存油和清洗油箱，油箱底板应有适应的斜度；在箱底的最低处应安装放油阀或放油塞。还应设置清洗孔，以便清理整个内部。8 油箱底部应设底脚，底脚高度一般为150-200mm，以便搬运、放油和散热。9.为了防止油液被污染，注油孔上要加装滤网；通气孔上须装空气滤清器，过滤精度应不大于40m。10. 要设置吸油滤油器和回油滤油器。11.油箱中如需要安装加热器或冷却器，须合理确定它们的安装位置。12.应在便于观察处设置液位计和温度计，以便观察油箱中液面的变化情况和油液的温度情况。油温计的温度感应点应置于油液环流途径中，以便测到油箱中油液的近似平均温度。13.油箱内壁应涂耐油防锈涂料，以延长油箱寿命和减少油液污染。14.要采取措施保护油箱内油液清洁，油箱顶盖板与油箱四周都要严密密封，盖板上的所有安装孔都要加以密封。15. 应设置有足够强度和刚度的吊耳或起吊孔。16. 油箱内壁上应尽量保持平整，少焊或少装东西，以便清理内腔污垢。4.2.2油箱设计参数a.油箱体油箱体采用Q235钢板焊接而成，由于采用油泵电机上置式安装，钢板厚度取7.5mm。油箱采用框架式焊接安装，增加其强度，且在电机与泵的安装架上添加角钢承重，框架选用mm的角钢焊接。其侧壁上安有油位指示器，油箱底面与基础的距离取150mm，油箱下部焊接底脚。油箱侧壁为整块钢板，在其中一块上开一个清洗孔，以便于清洗油箱。b.油箱底部油箱底部为V型倾斜状，以便于排油，V型板最低处开有排油口。c.油箱隔板隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱容积的1/21/3，隔板的高度约为最低油面的2/3隔板的厚度等于油箱侧壁的厚度。d.油箱盖考虑到减震，油箱上端盖采用铸铁制成，在油箱盖上要考虑有下列通孔：回油孔，泄漏油孔，通大气孔注油孔以及安装液压集成装置的安装孔且安装前要进行配钻。由于将液压集成块装在油箱盖上，所以箱盖的厚度取13.5mm。e.其它设计吸油管底部的滤油器与油箱底部的距离不得小于20mm。在条件允许的情况下吸油管孔应比滤油器的直径稍大，以便于对滤油器进行清洗。吸油管、回油管都伸到最低液面以下，管端一般斜切45度。并使斜面向着油箱侧壁。管口与箱底箱壁的距离均不得小于管径的3倍。泄漏油管不插入油中。油箱内部应该涂耐油防锈漆。参考北京华德液压工业集团公司液压成套设备分公司开发生产的BJHD系列液压泵站中油箱的设计，本油箱的强度足够，不需进行校核。4.3液压泵装置2液压泵装置是指将电能转变为液压所需要的设备设备、元件及辅助元件，具体而言，主要指电机、连轴器、吸油管、排油管以及吸油管口的滤油器。正确地设计安装液压泵装置是液压系统正常工作的重要保证。根据前面3.3.1提供的参数，系统工作的最大压力为9.48MPa,根据经验选取的液压泵的压力，流量大于,所以液压泵选择斜盘式轴向柱塞泵XBN-F40，该系列泵的具体参数如下表所示：表4-1斜盘式轴向柱塞泵参数表4.3.1液压泵的放置由于系统采用斜盘式轴向柱塞泵，综合考虑，采用上置卧式液压泵装置。其占地面积小，工作条件好，但振动较大，采用铸铁上盖，并加防振垫片。液压泵的吸油管在液面以下，其吸油高度为520mm。4.3.2液压泵与电机的连接液压泵与电机之间的连接，一般采用简单型弹性圆柱销连轴器，其特点是传递扭距范围大、转数高、弹性好，能缓冲扭距急剧变化引起的振动，补偿轴位移。5 控制系统设计可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，他是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展 成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。目前,我国机械制造业存在大量的通用设备,在发展现代机械自动化技术时,可以应用微电子技术改造这些已有通用设备,比如用数显、数控装置改造通用设备,提高单机自动化程度；用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线,这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。随着可编程控制器技术的发展,传统机械设备的控制柜逐渐被新一代的智能化仪表所代替,对于日益复杂的控制功能,传统控制柜显得无能为力,而可编程控制器具有可编程序的特点,运行时可以根据要求,自动选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法,可以简化线路,使控制设备的性能价格比不断提高,本设计的研究目的,在于探索在板材加工中,应用可编程控制技术,实现板材加工的自动控制。自动控制液压板料剪切机广泛的应用于在板材加工系统中,板料长度检测，板料进料、压紧、落料、长度调整等过程必须按一定的节拍控制精确度动作，而且不同长度、不同厚度、不同材料的板材,各动作行程、先后顺序等要求都不一样，对于这样的控制要求,传统控制柜很难实现,综合考虑设备的性能/价格比，显示直观性、外表美观性、灵活性等诸方面因素,本设计采用可编程控制器，根据自动剪板机对控制系统的要求进行方案设计。 在整个系统中采用PLC自动控制,可以简化操作,减小工人的劳动强度,而且省时,工作效率较高。实现了自动控制液压板料剪切机的高效率、低消耗、高自动化程度、便于维修调试等优点。 在本次设计中，由于执行元件比较多，且要实现的功能比较多，有以下几个关键的问题需要解决，在此进行说明：1、板料长度的控制：因为本系统采用PLC控制，所以板料长度的控制可采用旋转编码器安装在送料机构上，其输出信号送入PLC由其进行计算，然后控制送料机构中的电机来达到定长的目的。2、板料数量的检测：板料数量由PLC来检测，PLC通过记录剪切的次数来获得板料的数量。3、送料机构与剪切主机的互锁：可根据PLC内部的互锁来进行实现。在本次设计中，根据输入量和输出量的关系与控制的要求以及生产成本的考虑，我选用三菱公司生产的小型机FX-2N系列的PLC，具体型号为FX-2N-64M-R，它有32个输入点，32个输出点。为实现可剪切在2.5m以内任意长度的在0.5mm至2.5mm的薄板件，我选用F920GOT-K图形操作终端来实现PLC内部参量的改变。元件型号数量PLCFX-2N-64M-R1图形操作终端F920GOT-K1数据连接线RS-422数据线1光电开关LW-GD-TES30-3MDEO3旋转编码器EA62-CW5C 360P/R-0.5M1 表5-1控制系统控制元件表名称软件PLC编程软件GX Developer8、FXGPWIN3.3中文免安装版GOT编程软件三菱触摸屏GT Designer 2 表5-2 编程软件表5.1 控制系统动作流程图YYYYYYNNYYYYY开始初始化（输入参数）动力电路电源接通运卷小车运料、放卷机装料放下支撑板展平机、送料机启动顶起支撑，堆料缸上行C235开始计数，数值预设D201编码器清零，延时输出脉冲压紧缸下行，送料机停止C0计数至设定值D202C1计数至设定值D203剪切缸、压紧缸回程，C235复位送料机启动动力电源关,停止运行堆料缸下降设定高度C1清零5.2控制系统PLC梯形程序图：5.3控制系统PLC SEL型程序图：5.4 程序界面及操作面板 图5-1 程序界面图5-2 操作终端5.5 控制系统有关图纸及操作说明图5-3 自动控制液压板料剪切生产线硬件接线图图5-4 自动控制液压板料剪切生产线电气原理图根据图2-1所示，下面对本生产线的操作步骤进行说明：1. 打开动力电源开关；2. 由运卷小车将卷料运进；3. 把卷料放置在接料架上面；4. 在操作终端中进入HPP模式，输入控制面板中所要求的三个参数；5. 泵站启动、加压；6. 把支撑板顶起；7. 启动展平机、送料机、输送带；8. 剪切开始进行；机器操作完毕后，请按操作规程进行断电、保养等工作。操作终端的操作请参看三菱公司GOT-F900图形操作手册。 6.技术经济分析本剪切机系统采用液压传动和PLC自动控制，自动化程度高，工作稳定性好；液压系统采用柱塞泵供油，能量利用合理，发热少。 泵站系统中采用集成油路设计,选用板式标准元件,这样可以方便地组成各种功能的单元回路,且更换方便,有很大的灵活性,并且在小块体上加工各种孔道，制造简单、工艺孔少、便于检查。如果采用管式连接，则占用面积大而且维修不便。因为每个基础块三面要安装元件,两面要与上下集成块连接,故这五面的加工精度有一定的要求,一般的精铣加工即可满足要求。采用集成块方式连接,系统中压力损失小,这样就提高了系统的工作效率。整个机构没有过于复杂的部件，设备经济性合理。7 结语一个学期的毕业设计结束了，回忆其过程让我有很多的体会和认识。本以为毕业设计可以很轻松的完成，可是在真正自己下手的时候却又遇到了许多的问题，但是经过老师的指导与自己的努力还是完成了自己的毕业设计。我们的课题是自动控制液压板料剪切机设计，主要内容包括：1.卷材支撑架；2.展平机；3.送料机构；4.主机；5.成品接料架；6.液压系统和泵站；7.控制系统。由四个人完成。为熟悉课题的设计内容，在指导老师樊瑞的带领和引导下，我们查阅相关的外文资料并译成中文，以了解当前课题的国内外现状和发展趋势；我们到图书馆查资料，在网络上搜集信息，在了解相关理论知识的基础上，樊瑞老师带领我们分别去了郑州钢材市场、郑州纺织机械厂等厂家参观调研，了解与课题相关的知识。从本学期第四周开始，在樊瑞老师的指导和督促下，我们进行整理分析调研资料、初步方案论证确定、草图设计绘制，从一点点做起，一步步完成设计内容，经过十几周的努力，终于完成了所有的内容。虽然毕业设计结束了，但是在设计过程中存在的问题确值得我取思考，其中最重要的一个问题就是分工协作的问题。 由于我的毕业设计是四个人一起完成一个课题，每个人完成其中的一部分，所以