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哈尔滨理t 大学t 程硕 ：学位论文 免烧砖机及其控制系统研究 摘要 我国农村耕地面积的逐渐减少，与随意挖掘土地来进行砖瓦烧结的因素 是分不开的，况且从环保的角度来讲也是不利的，这已引起了国家有关部门 的高度重视，最近国家已将大力推广使用免烧砖瓦列入重点扶持项目，研制 新型高效能的免烧砖机正是基于此目的，其意义是深远的。 针对委托单位提出的具体参数要求及设备预期实现的功能，本文在第一 章中提出并确定了具体研究内容，即整个系统由免烧砖机执行机构、液压泵 站系统及p l c 控制系统等组成，基于u g 技术对免烧砖机执行机构进行三 维造型设计及运动模拟，对液压泵站系统进行三维造型设计及具体的量化设 计，p l c 系统作为控制中枢，兼备自动和手动两种控制方式，使系统的安 全性能得到有效保证。 本文中研究的免烧砖机力求体积小、效率高，用于制造实心或空心的免 烧砖，且砖可承受高压载荷。基于上述要求，本文在第二章中提出了将上 料、压砖、落砖等机构全部安排在同一部位的结构设计思想，且尽可能地将 辅助操作时间全部或部分地重合于基本工作时间内。为了更好地体现结构设 计理念及避免在装配和运动中出现失误，本文应用u g 技术完成了免烧砖机 执行机构的实体装配设计，并进行了相应的运动学仿真研究。 目前国内使用的大多数压砖机的动力仍是由电机通过皮带驱动曲柄连杆 机构工作的，它除了行程受到约束外，抗冲击能力差、零部件需经常更换等 缺陷是自身难以克服的。基于上述原因，本文在第三章中确定了免烧砖机执 行机构的动力由液压泵站系统提供，而且具体研究了该液压系统的结构组 成、工作原理及其控制过程，进行了详细的计算说明，并对液压泵站的构成 进行了u g 设计，为整个系统的稳定、高效工作提供了可靠保证。 由于要求机器全程实现自动控制，根据对各种控制方案的灵敏性及稳定 性分析，研究确定了免烧砖机各部件的动作顺序由可编程序控制器( p l c ) 控制，本文根据系统的控制要求对p l c 的i o 接口等进行合理分配，并进 行了程序设计，这在第四章中进行了较详细说明。 以上研究表明：整个系统由免烧砖机执行机构、液压泵站系统及p l c 哈尔滨理下大学t 程硕i ：学位论文 控制系统等组成是符合设计要求的；对免烧砖机的装配及原理仿真，可以有 效地避免此设备的系统装置在实地考核时发生重大失误，这说明用u g 软件 对免烧砖机进行仿真是成功的，可为今后进行类似的研究提供借鉴依据；用 液压泵站作为动力源可提高系统工作的平稳性，且容易实现过载保护；液压 控制技术与p l c 技术相结合，可以完成油路中各种阀的时序自动控制，使 液压系统更加精确、灵活地完成预期控制任务。 关键词免烧砖机；液压泵站；p l c ；u g ；运动模拟 坠堡堡矍三查耋三至竺圭耋堡丝兰 s t u d yo fn o n - k i l nb r i c km a c h i n e a n d c o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t t h ea r a b l el a n da r e ai no u rc o u n t r yd e c r e a s e dg r a d u a l l y , i ti si n s e p a r a b l e f r o m a b u s i n g l a n df o r s i n t e r i n gb r i c k m o r e o v e r , i t i s n e g a t i v ef r o m t h e e n v i r o n m e n t a lp o i n to fv i e w t h e r e f o r e ，t h i sh a sc a u s e dt h er e l e v a n td e p a r t m e n t s g r e a ta t t e n t i o n r e c e n t l y , o u rc o u n t r yh a si n c l u d e dp r i o r i t ys u p p o r tp r o j e c t so f v i g o r o u s l yp r o m o t i n gt h eu s eo fn o n k i l nb r i c k t h e r e f o r et h es i g n i f i c a n c eo f d e v e l o p i n gan e wt y p eo fn o n - k i l nb r i c km a c h i n ew i t l lh i g hp e r f o r m a n c ei sf a r - r e a c h i n g a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i ce q u i p m e n tr e q u i r e m e n t sa n dp a r a m e t e r sp r o v i d e d b yt h ec l i e n t ，t h es p e c i f i cs t u d yi sm a d ei nt h ef i r s tc h a p t e ro ft h et h e s i s ，n a m e l y t h ee n t i r es y s t e mi sc o m p o s e do ft h ea c t u a t o ro fn o n k i l nb r i c km a c h i n e ， h y d r a u l i cp u m ps t a t i o ns y s t e ma n dp l cc o n t r o ls y s t e m b a s e do nu g t h e3 - d m o d e l i n gd e s i g na n dt h em o t i o ns i m u l a t i o no f t h ea c t u a t o ro ft h en o n k i l nb r i c k m a c h i n eh a v eb e e n c o m p l e t e d t h e 3 - d m o d e l i n gd e s i g n a n d s p e c i f i c q u a n t i t a t i v ed e s i g no ft h eh y d r a u l i cp u m ps t a t i o ns y s t e mh a v eb e e nd e s i g n e d p l cc o n t r o ls y s t e mi su s e da sah u bf o rb o t ha u t o m a t i ca n dm a n u a lc o n t r o lo ft h e t w ow a y ss ot h a tt h es a f e t yo ft h es y s t e mc a nb ee n s u r e de f f o c t i v e l y n o n k i l nb r i c km a c h i n es t u d i e di nt h i st h e s i sh a ss m a l l e rv o l u m ea n dh i 【g h e r e f f i c i e n c y , c a nb eu s e dt op r o d u c et h es o l i dn o n k i l nb r i c ko rt h eh o l l o wo n e w h i c hc a ns u p p o r th i g hp r e s s u r el o a d a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t s ，i nt h e s e c o n dc h a p t e ro ft h et h e s i st h es t r u c t u r ed e s i g nt h a tm a k et h ea p p e n d i n g p a r t ， t h eb r i c kp r e s s i n gp a r ta n dt h eb r i c kd r o p p i n gp a r tl a yo nt h es a m ea r e ai s p r o p o s e d ，a n dt h et i m es p e n d i n go nt h ea u x i l i a r ya c t i o nc a nb ec o i n c i d e dw i t ht h e b a s i ca c t i o n sp a r t l yo rc o m p l e t e l y i no r d e rt oe m b o d yt h es t r u c t u r a ld e s i g n n o t i o n sa n de s c a p et h ef a u l t st h a ta r eh a p p e n e di na s s e m b l i n go ra c t i n g ，t h e w h o l es t r u c t u r eo fn o n k i l nb r i c km a c h i n ei sc o m p l e t e do nt h eb a s eo fu ga n d t h ek i n e m a t i c ss i m u l a t i o ni sa l s or e s e a r c h e d 1 1 1 坠堑堡矍三奎兰三堡堡! 兰堡尘圣 p r e s e n t l y , t h ef o r c eo f m o s td o m e s t i cb r i c km a c h i n ei sp r o v i d e db yu s i n gt h e m o t o rd r i v e nb yt h ec r a n k - l i n km e c h a n i s mt h r o b g hb e l t s a p a r tf r o mt h ei t i n e r a r y c o n s t r a i n t ，t h ei m p a c ti sl o w ，r e p l a c e m e n tp a r t sa r eo f t e nn e e d e d t h e s ed e f e c t s a r ed i f f i c u l tt oo v e r c o m eb yi t f o rt h ea b o v er e a s o n s ，i nt h et h i r dc h a p t e rw e d e t e r m i n e dt h a tt h ep o w e ro ft h ea c t u a t o ro ft h en o n k i l nb r i c ki so f f e r e db yt h e h y d r a u l i cp u m ps y s t e m a n dw eh a v ec o n c r e t e l ys t u d i e dt h eh y d r a u l i cs y s t e m s t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l ea n dp r o c e s sc o n t r o l ，a n dt h e nt h ed e t a i l e dc a l c u l a t i o n i se x p l a i n e d t h ec o m p o s i n go fh y d r a u l i cp u m ps y s t e mi sd e s i g n e db yu s i n gu g i no r d e rt oe n s u r et h es t a b i l i t yo fe n t i r es y s t e ma n dm a k et h es y s t e mw o r k e f f i c i e n t l y _ b e c a u s et h er e q u i r e m e n to fa u t o m a t i cc o n t r o lo fm a c h i n e ，w ed oal o to f r e s e a r c h e s t h ew o r k i n go r d e ro ft h e n o n k i l nb r i c km a c h i n ei sc o n t r o l l e db y p l ci nt e r m so ft h es e n s i t i v i t ya n ds t a b i l i t ya n a l y s i so fc o n t r o ls c h e m e t h ef o s o fp l ch a v eb e e na s s i g n e da c c o r d i n gt ot h ec o n t r o lr e q u e s to fs y s t e mi nt h i s p a p e r , a n dt h ep r o g r a mi sd e s i g n e d t h e r ei sap a r t i c u l a re x p l i c a t i o ni nc h a p t e r f o u r a ss h o w ni nt h et h e s i s ，t h es y s t e mi sm a d eo ft h ea c t u a t i n gm e c h a n i s m d r i v i n gf o r c eo fn o n k i l nb r i c km a c h i n e ，t h es y s t e mo fh y d r a u l i cp r e s s u r ep u m p s t a t i o na n dp l cc o n t r o ls y s t e ma c c o r d i n gt ot h eo r d e ro fd e s i g n t h ee q u i p m e n t o ft h es y s t e mc a ng e ta w a yf r o mt h es e r i o u sm i s c a r r i a g ee f f i c i e n t l yw h e nw et a k e t h ep r a c t i c a le x a m i n a t i o nt h r o u g ht h es i m u l a t i o nf o rt h ep r i n c i p l ea n da s s e m b l a g e ， w h i c hh a v ep r o v e dt h es i m u l a t i o no fu gs o f ts u c c e s s f u l i th a sp r o v i d e dab a s i s f o rt h er e s e a r c hi na f i e r t i m e t h es t a t i o n a r i t yo fs y s t e mc o u l d b ei m p r o v e di ft h e s y s t e mo fh y d r a u l i cp r e s s u r ep u m ps t a t i o ni st h ep o w e rs o u r c e ，a n dt h es y s t e m c a nr e a l i z et h eo v e r l o a dp r o t e c t i o ne a s i l y i tr e a l i z e st h et i m es e q u e n c ea u t o m a t i c c o n t r o lt h r o u 【g ht h ec o m b i n a t i o no fh y d r a u l i cc o n t r o lt e c h n o l o g i e sa n dp l c t e c h n o l o g i e s t h e r e b yt h eh y d r a u l i cs y s t e mc a na c c o m p l i s ha n t i c i p a t i v ec o n t r o l a r r a n g e m e n tm o r ee x a c t l ya n dm o r es k i l l f u l l y k e y w o r d s n o n k i l nb r i c km a c h i n e ；h y d r a u l i cp u m ps t a t i o n ；p l c ；u g ； m o t i o ns i m u l a t i o n i v - 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文免烧砖机及其控制系统研究， 是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所 取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的 研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。 本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：琵z 日期：伽叼年霸y 跆作者签名： 5 气。日期：伽、年，月占日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 免烧砖机及其控制系统研究系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间 在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有， 本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关 于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本， 允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用授权书。 不保密回。 ( 请在以上相应方框内打4 ) 作者签名： 煞d 新虢呵岵 日期：们难厂月伪 日期：2 加7 年r 月如 哈尔滨理t 大学t 程硕i ：学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 本课题来源于哈尔滨市新型建材设备研究所的委托横向项目。 建筑行业提倡使用绿色建材已成为国际性的发展趋势，现在普遍认为绿色 建材的定义含以下四大要素：a 生产所用的原材料是否利废，主要原材料使用 的一次性资源是否最小，在原材料的采集过程中是否对环境或生态造成破坏； b 生产过程中所产生的废水、废渣、废气是否符合环境保护的要求，同时生产 加工过程中的能耗尽可能少；c 使用过程中的功能应齐备( 如隔热保温性能， 隔声性能，使用性能等) ，并应是健康、卫生、安全的，无有害气体、有害放 射性等；d 在其使用寿命终结之后，亦既废弃时不能造成二次污染，并可能再 利用的材料。基于上述要求，通常使用的烧结砖瓦将会逐渐成为历史，取而代 之的将是免烧砖瓦得到广泛应用。免烧砖材料的来源主要是其他行业的“废 料”，如采用矿渣、煤渣、粉煤灰等废料为主要原料，而不会再去大量地采挖 自然土，使土地得到有效保护；由于采用了免烧工艺，避免了对环境的污染； 免烧砖的抗压强度较好，可谓一举多得。 目前，型式、功能各异的免烧砖机种类还是比较多的，例如：河南大方实 业股份有限公司生产的m z j 型粉煤灰免烧砖机、郑州重型设备股份有限公司 制造的m s z 型各规格免烧压砖机、上海中殷电子机械工程有限公司生产的 h q y - 1 0 0 型液压制砖机等，这些设备对推动墙体材料的改革，满足国家建设的 需要，变废为宝、保护环境、保护耕地，造福后代都具有重大意义。但随着建 筑行业不断发展的需要，上述各类免烧砖机已经逐渐显现出各自的缺陷来，主 要体现在：效率低、免烧砖抗高载能力差、压制的砖型单一、设备运行精度 低、自动化程度低、且占地面积较大等，这些是国内外同类设备普遍存在的问 题。 1 2 本课题研究的目的和意义 随着自然灾害和人为因素的影响，再加之随意的挖掘土地来进行砖瓦的烧 结，我国农村的耕地面积正在逐渐减少，况且从环保的角度讲也是不利的，这 哈尔滨理t 大学t 程硕十学位论文 些已经引起了国家有关部门的高度重视。因而国家己将大力推广使用免烧砖瓦 列入重点扶持项目，研制新型高效能的免烧砖机正是基于此目的。 绿色建材取代烧结砖瓦已成为今后的发展趋势，免烧砖材料的来源主要是 其他行业的“废料”，如采用矿渣、煤渣、粉煤灰等废料为主要原料，而不会再 去大量地采挖自然土，使土地得到有效保护；由于采用了免烧工艺，避免了对 环境的污染；免烧砖的抗压强度较好，可谓一举多得。 免烧砖机的出现对推动墙体材料的改革，满足国家建设的需要，变废为 宝、保护环境、保护耕地，造福后代都具有重大意义。但随着建筑行业不断发 展的需要，已有的各类免烧砖机已经逐渐显现出各自的缺陷来，主要体现在： 效率低、免烧砖抗高载能力差、压制的砖型单一、设备运行精度低、自动化程 度低、且占地面积较大等，这些是国内外同类设备普遍存在的问题。为了解决 以上问题，我们受哈尔滨市新型建材设备研究所的委托，拟研制一种效率高、 砖坯承载大、砖型可调程度高、全自动控制的新型免烧砖机，此项研究意义重 大，成型后可填补国内空白。 1 3 本课题要求的主要技术指标及预期实现的功能 1 3 1 主要技术指标 设备的工作周期低于9 秒：一个工作周期出砖6 块；额定压力3 0 0 吨，即 每块砖平均承载5 0 吨；全程自动控制。 1 3 2 预期实现的功能 1 采用液压系统驱动，额定压力3 0 0 吨，9 秒内出砖6 块： 2 采用可编程控制器( p l c ) 进行全程控制，操作简便，维护方便，可靠 性高： 3 压砖模可根据需要随意调换，实心与空心的都可以； 4 在保证承载5 0 吨的前提下，砖的厚度可根据需要调整； 5 上料与落砖机构可与任何形式的传输设备配用； 6 占地面积较小，且整机维护方便。 哈尔滨理t 大学t 程硕 + 学位论文 1 4 本课题研究的内容 1 根据设计参数要求进行总体结构方案制定，确定整个系统由免烧砖机执 行机构、液压泵站系统及p l c 控制系统等组成； 2 进行免烧砖机执行机构的分体结构设计。根据要求进行设备的机体、压 砖机构、上料机构、滑仓机构、刮料机构、刷模机构、拖板机构、落砖机构、 各调整机构、导柱和导轨等结构设计： 3 液压泵站及其附属装置设计； 4 利用u g 软件进行免烧砖机、液压泵站的三维造型设计，并对运动过程 进行模拟仿真； 5 控制系统方案设计，完成硬件及软件设计，编写p l c 程序。 1 5u g 软件简介 1 5 1c a d 技术的产生和发展 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 指利用计算机系统进行设计的全过程，包括 资料检索、方案构思、零件造型、工程分析、工程制图、文档编制、模拟仿真 等。在设计的各个阶段设计着充分发挥计算机的辅助作用，充分发挥“人机协 同效应”。因此c a d 概念一提出，就引起了工程界的关注和支持。随着c a d 技术应用的不断深入、计算机软硬件技术的快速发展，c a d 概念发生了较大 的变化和拓宽，c a d 的内涵也得到了充实，c a d 系统得到了迅速的发展和完 善。 目前，c a d 技术日益完善，许多发达国家相继推出成熟的 c a d c a e c a m 集成化商品软件，在设计理论、设计方法、设计环境、设计工 具等各个方面出现许多成熟的现代c a d 技术。当今c a d 技术是计算机在工程 中最有影响的应用技术，她作为现代工程制造技术的重要组成部分，是促进科 研成果的开发和转化，促进传统产业和科学的更新与改造，实现设计自动化， 增强企业及其产品在市场上的竞争力，加强国民经济发展的一项关键性高新技 术。 哈尔滨理t 大学t 程硕 ：学位论文 1 5 2 u g 软件的特点 u n i g r a p h i c s 软件( 以下简称u g ) 起源于美国麦道公司，是目前世界上最 先进的面向制造行业的c a d c a m c a e c a p p 高端软件之一。 u g 被认为是世界上最好的工业设计软件包，它包括灵活的符合建模模块 以及功能强大的照相渲染、动画和快速的原形工具等。在复合建模中，用户可 在下列方法中选择：s o l i d ( 实体建模) 、$ u r f a c c ( 表面建模) 、w i r e f i a m e ( 线框建 模) 及其他基于特征的参数化建模( 1 】【2 】。 其功能特点如下： 1 ) 用造型来设计零部件，实现了设计思想的直观描述； 2 ) 充分的设计柔性，使概念设计成为可能； 3 ) 提供了辅助设计和辅助分析的完整解决方案； 4 ) 图形和数据的绝对一致及工程数据的自动更新； 5 ) 提供了输入输出接口与二次开发工具。 u g 软件是一个交互式的c a d c a e c a m p d m 系统，该系统的c a d 模块 提供了一个真三维的设计环境，允许设计师精确地描述几乎任何几何形状，通 过组合可以对产品进行设计、分析和建立工程图等。 u g 软件各个功能模块功能的实现是以建立三维模型为基础的，在建模的 操作、管理、开发和适用性等方面，u g 软件具有很多优势。 1 简洁的主模型表达u g 软件建模不同于其他三维软件的体素建模，它 具有几何特征建模功能，携带的信息量大、质量高，而且表达简单。u g 软件 推荐用户尽量使用几何特征建模，除非第一次必须使用体素建模。几何特征建 模能够用简洁的主模型表达方式为后续快速、方便的制造及装配提供了基础， 同时对硬件资源的消耗也小。 2 灵活的桌面管理方式有些软件用“库”的方式管理桌面上的实体，而 u g 软件用“层”的方式。用“库”的方式管理，管理对象必须是完整的实体【3 】，而 且对象多时，从库里调进、调出，系统资源的开销大、速度慢、易出错。用 “层”的方式管理，管理对象可以是实体，也可以是几何特征，这种管理方式只 是对显示对象的一种过滤选择，不是从库里调进、调出，管理方便、速度快， 系统不易出错。 3 多功能的历程树u g 建模的每一步操作，都记录在历程树里，供查询 参考。如果前后两步操作没有依赖关系，通过操作历程树也可以删除某步操 作，整个历程树可重新排序。u g 建模的每一步操作在未$ a v c ( 保存) 之前均 哈尔滨理t 大学t 程硕f ：学位论文 可执行u n d o ( 撤销) 。这一操作极大地方便了用户。有些软件只能在二维工程 图或三维实体建模的某些操作中实现这些功能。 4 容错性好的软件应该有好的容错性，会自动拒绝一些超过范围的变量 值并进行提示，不理会一些误操作，不会因为内容太多而潜伏一些错误。在进 行慎重操作( 如删除基特征或特征重排序) 时，也会预先提醒。u g 软件就具 有这些容错功能，即使误操作了，也可u n d o 。 5 强大的装配功能在进行大装配时，除了对硬件的资源有要求外，对 c a d 软件本身也有要求。u g 软件强大的装配功能，能将大量零件同时调到工 作面上，进行大装配。并在其基础上进行第二次建模操作( 如打孔、提升或改 变曲面的显示模式) ，然后再装配。甚至进行第三次建模操作，再装配，即从 底层到顶层的设计 4 1 1 5 j ；还能在装配环境下进行从顶层到底层的设计，即由最 终的模型( 装配体) 派生出其下一级的子模型的具有相关性的基本参数，然后 再进行子模型设计。值得一提的是w a v e 技术，它能进行再装配关系下的从 顶层到底层，及从底层到顶层的双向控制、双向优化。 c a d 软件已经历了数字化图纸、实体建模、参数化建模、优化建模阶段 而发展到当今的基于知识工程的建模( 即k b e ) 。在u g 软件里，w a v e 技术 及二维草图作为k b e 的载体，使基于知识工程的建模思想得到充分体现。 6 开发性开发的c a d 软件，应该给用户提供对外输入、输出的数据模 块及调用或执行外部软件的接口，还提供一些供二次开发的手段，如开发语 言、集成的界面开发工具等，此外还要公开模型变量的软件内部表示。如当一 个长方体的宽( 输入变量) 发生变化时，其体积( 输出变量) 随之发生变化； 反之，其体积作为输入变量变化，其宽作为输出变量也变化，或者说其体积、 宽既作输出变量，又作输入变量。这要求软件公开模型变量的内部表达。u g 软件具有很好的开发性，其变量都是透明的，用户既可用来作为输出，又可作 为输入。可方便地用作变量迭代，给软件的二次开发带来极大便利嘲。 1 6 液压系统概述 1 6 1 液压系统简介 液压传动控制是工业中经常能用到的一种控制方式，它采用液压完成传递 能量的过程。由于液压传动控制方式的灵活性和便捷性，使液压控制在工业上 受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和 哈尔演理t 大学t 程硕 j 学位论文 自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由 若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换 和控制。 从原理上来说，液压传动所基于的基本原理就是帕斯卡原理”，就是 说，液压各处的压强是一致的，我们所见到的液压千斤顶就是利用这个原理来 达到力的传递。 液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件及辅助元 件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压 泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。在选择液 压泵时，主要需要注意的问题包括能量的消耗、能量的效率及降低噪音。 液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转化成机械能的装置，主 要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是 把液压的能量转化成为机械能，从而对外做功。 液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进 行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元件的灵活性，使 得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控 制阀、流量控制阀及方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操 纵阀及电动操纵阀等。 除了上述的元件以外，液压系统控制还需要液压辅助元件。这些元件包括 管路和管接头、油箱、过滤器、储能器和密封装置。通过以上各个器件，我们 就能建立出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的 控制回路。根据不同的控制目标，我们能设计不同的回路，比如压力控制回 路、速度控制回路及多缸工作控制回路等。 液压技术除了在水泥机械获得较多应用外，近年来在我国以引进和自行研 制开发的建筑陶瓷加工机械、石材磨光机械、墙地砖压枝成型机械及生产线等 多种建筑材料机械中获得了日益广泛的应用。 液压技术在建筑行业的应用也相当广泛。事实上，建筑机械与工程机械很 难划清明显界限。除了常用的土石方作业机械( 如挖掘机械、装载机械、推土 铲土机械、凿岩机械等) 外，在钢筋剪切、折弯机械、混凝土输送机械、建筑 门窗清洗、涂敷机械等建筑施工机械中获得了广泛应用。本次设计的免烧砖机 液压系统是液压技术在建筑行业中应用的一个例子。 哈尔演理t 大学t 程硕 学位论文 1 6 2 液压传动特点 1 与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生更大的动力，也就是 说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即它具有大的功 率密度或力密度，力密度在这里指工作压力； 2 液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的 调节还可以在工作过程中进行； 3 液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向； 4 液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长； 5 液压装置易于实现自动化，可以很方便的对液体的流动方向、压力和流 量进行调节和控制，并能很容易的和电气、电子控制或气压传动控制结合起 来，实现复杂的运动和操作； 6 液压元件易于实现自动化、标准化和通用化，便于设计制造和推广使 用； 7 由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传 动比： 8 液压传动有较多的能量损失( 泄漏损失、摩擦损失等) ，因此，传动效 率较低； 9 液压传动对油温变化较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作； l o 液压传动在出现故障时不易诊断。 1 7p l c 简介 1 7 1p l c 产生和特点 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到 了几乎所用的工业领域。可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便 的通用工业控制装置，它已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。 可编程序控制器( p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r ) 本来应简称为p c ，为了与个 人计算机( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 的简称p c 相区别，一般将它简称为p l c ( p r o g r a m m a b l el 0 百cc o n t r o l l e r ) 。 国际电工委员会( i e c ) 在1 9 8 5 年的可编程序控制器标准草案第3 稿中， 对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电 哈尔滨理t 大学t 程硕 ：学位论文 子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序可存储器，用来在其 内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并 通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程 序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成几个整体，易于扩充 其功能的原则设计。”从上诉定义可以看出，可编程序控制器是一种用程序来 改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与 其他计算机通信联网的功能。 可编程序控制器的产生和发展与继电器控制系统有很大的关系【9 】。继电器 控制系统已有上百年的应用历史，它是一中用弱电信号控制强电的电力控制系 统。在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花 费大量时间，严重地影响生产。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接 线需要作相应的变动，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿扔掉 旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。 现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品 种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生 产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，这就需要寻求一种新的控制 装置来取代老式的继电器控制系统，使电器元件的工作更加可靠、更容易维 修、更能适应经常变动的工艺条件。可编程序控制器正是顺应这一要求出现 的。 可编程序控制器具有以下特点【l o 】： 1 编程方法简单易学： 2 功能强，性能价格比高； 3 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； 4 可靠性高，抗干扰能力强； 5 系统的设计、安装、调试工作量少； 6 维修工作量小，维修方便； 7 体积小，能耗低。 1 7 2p l c 的发展动向 近年来，p l c 发展的明显特征是产品的集成度越来越高，工作速度越来越 快，功能越来越强，使用越来越方便，工作越来越可靠。p l c 可进行模拟量控 制，位置控制。特别是远程通信功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统 哈尔滨理工大学t 程硕 j 学位论文 ( f m s ) ，使得p l c 如虎添翼。p l c 现已广泛用于冶金、矿业、机械、轻工等 领域，为工业自动化提供了有力的工具，加速了机电一体化的进程。国外一些 著名大公司每年即可推出一种新产品，如各种紧凑型、微型p l c t ”】，不仅体积 小，功能大有提高，将原来大、中型p l c 才有的功能移植到小型p l c 上，如 模拟量处理、数据通信等，而且价格不断下降，真正成为继电器的替代物。大 中型p l c 更是向大容量，增加新功能，提高运算速度发展，以适应不同控制 系统的要求。并采用多种功能的编程语言和先进指令系统，如b a s i c 等语 言，能实现p l c 之间和p l c 于管理计算机之间的通信网络，形成多层次分布 控制系统，或整个工厂的自动化网络。 1 8 液压泵站控制系统特征 在本次设计中采用p l c 完成整个液压泵站系统的自动控制。在控制系统 中p l c 用程序代替了机械式继电器上的硬件连接，使系统在控制方面有很强 的可靠性和灵活性。综上所述，p l c 在电力控制方面表现了其稳定高效的优 点，特别在恶劣的工业环境中表现的更加突出，减少了维护的时间及费用，节 约了维修成本及人力损耗。 哈尔滨理 = 大学t 程硕十学位论文 第2 章免烧砖机执行机构设计及运动仿真 2 1 免烧砖机结构设计 2 1 1 结构组成及工作原理 免烧砖机执行机构主要应完成上料、压砖、卸砖等动作，从提高生产率的 角度考虑，在设计中应尽可能使辅助操作时间全部或部分地重合于基本工作时 间中，而且各料仓的容积还要具备可调功能1 1 4 】【1 5 】，以适应对不同砖型的要 求。依据上述原则，设计出基本结构如下面的平面图所示： 在图2 - l 中，l 为卸料板、2 为料斗、3 为导向柱、4 为料仓、5 为附助油 图2 一l免烧砖机执行机构平面结构图 f i g 2 l c o n s t r u c t i o nd r a w i n go f t h ea c t u a t o ro f n o n - k i l nb r i c km a c h i n e 哈尔演理t 大学t 程硕1 ：学位论文 缸、6 为主油缸、7 为压模、8 为调整机构、9 为下模、1 0 为卸砖油缸、1 l 为 上料油缸、1 2 为拖板。该型免烧砖机属国内首创，具有效率高、砖坯承载大、 砖型可调程度高、全程自动控制、结构紧凑，占地面积小、环保等显著优点。 工作时，由传送带将搅拌好的粉煤灰等工业废料连续或定时地输送到料斗 2 中，两列交错布置的六个压模7 停留在最高位置，取料机构中两列交错布置 的六个料仓4 置于料斗2 下面取料，此时卸料板1 处于图2 1 中所示位置。然 后由上料油缸1 1 将料仓4 拖至压模7 正下方( 图2 1 中所示位置) ，由于取料 机构上面平板的封堵作用使料斗2 中的余料不会外泻，这时料即落满下模9 中 对应的六个模腔内，再驱动上料油缸1 1 使取料机构回到料斗2 下面取料。驱 动主油缸6 和辅助油缸5 使压模7 沿导向柱3 下行压入模腔内，压模7 的行程 是事先设定好的，当模腔中的弹性挡板回缩进拖板1 2 内后，所需砖型的高度 即定型。驱动主油缸6 和辅助油缸5 使压模7 上行5 毫米，再驱动卸砖油缸l o 使拖板1 2 拖着卸料板1 向右运动到设定位置，此时压好的六块砖底面完全暴 露于卸料板1 的正上方。驱动主油缸6 和辅助油缸5 使压模7 下行直至将六块 砖压落到卸料板l 上，再驱动主油缸6 和辅助油缸5 使压模7 上行直至初始位 置，这期间驱动卸砖油缸l o 使拖板1 2 推着卸料板l 向左运动到图2 1 中所示 位置，砖即滑落到传输带被运走。这样就完成了上科、压砖、卸砖的一个工作 周期，如此循环即会使免烧砖机连续工作。需压制不同的砖型可通过更换相应 的压模和模腔来实现，砖的厚度可通过手动操作调整机构8 来实现】。 上述所有油缸的行程都由相应的行程开关限位，在p l c 系统的控制下使液 压泵站工作，驱动各油缸顺序完成各自动作。 2 1 2 免烧砖机u g 造型 u g 是一个完全集成的c a d c a m c a e 软件，它可以自由实现从方案提出 到产品制造的整个产品开发制造过程。本次u g 造型主要采用了u g 的c a d 模块来实现免烧砖机的三维造型、装配设计、运动方针以及爆炸图的生成。摆 脱了以前用图板和笔来计算的复杂而繁琐的工作。 免烧砖机的整体结构图如图2 2 所示。 在每一个大的工程项目中总要重复使用标准化零件，例如螺钉、螺母等。 如果重复画工作量就会很繁重，所以我们应该选择对这类零件考虑进行参数化 设计，创建零件库，这样我们可以方便调用不同型号的标准化零件嗍。o r i e n g r i p 是u g 编程的工具，本次设计中用到的螺钉螺母均来自用g r i p 编的标准件 哈尔滨理t 大学t 程硕f ：学位论文 库，这样就可以调出想要的各种标准件，避免了再次设计的繁琐。 图2 - 2 压砖机的整体结构图 f i g 2 - 2 e n t i r eb l o c kd i a g r a mo f b r i c km a c h i n e 以一个螺钉的零件库为例简单介绍一下设计的过程。先在u g 中通过图形 交互，导入标准件库，再根据响应的信息得到相应的标准件即可。其中过程结 果如图2 - 3 、图2 - 4a ) 、b ) 所示。 图2 - 3 标准件编程信息 f i g 2 3p r o g r a m m ei n f o r m a t i o no f s t a n d a r dp a r t s 哈尔滨理t 大学丁程硕i 埠位论文 图2 - 4 标准螺钉比较 f i g 2 - 4c o m p a r i s o n 、析t l lt h es t a n d a r ds c l e w $ 2 1 3 免烧砖机爆炸图的生成 为了让一个机构的装配更加直观，爆炸图也是一个可以看清装配之间关系 的一种方法，u g 中的爆炸图也是u g 中的一个功能模块，除了装配仿真以 外。他是最能反映零件之间关系