毕业设计论文-基于PLC控制的液压试验台设计.doc

.毕业设计论文-基于PLC控制的液压试验台设计 毕 业 设 计论 文基于PLC控制的液压台设计根据液压台的功能要求液压的方案设计 2完成液压台的设计完成液压台电气图6编写毕业设计说明书时间安排 第1-3周 搜集资料并初步确定设计方案第4-6周 液压试验台控制回路及实验台的硬件选取 第7-11周液压试验台电气控制 第12周 设计说明书撰写 第13周 毕业答辩必读参考资料com北京化学工业出版社200982液压元件试验技术指标 JB 214677中国第一机械工业部部标准 液压传动技术是机械设计机械制造和机电一体化等专业的一门重要的基础课程该课程的任务是使学生能够掌握液压的基础知识掌握各种液压基本元件的结构特点工作原理应用场合和选用方法掌握常用液压基本回路的作用构成和适用场合了解国内外先进液压技术成果在机械设备中的应用已成为工业机械工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术液压传动的应用深入各个领域国外生产的95的工业机械90的数控加工中心95以上的自动化生产线都采用了液压传动技术在工业发达国家由电液伺服阀电液比例阀以及配用的专用电子控制器和相应的液压元件组合集成电流伺服比例控制系统的相互支撑发展已综合形成液压工程技术它的应用与发展被认为是衡量一个国家工业水平和现代工业发展立玉的重要标志是液压工工业又一个新的技术热点和增长点在我国同样有一大批主机产品的发展需要应用该项技术因此将其列为促进我国液压工业发展的关键技术之一随着应用了电子技术计算及技术信息技术自动控制技术及新工艺新材料的发展和应用液压传动技术也在不断创新液压传动技术已成为工业机械工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术而其向自动化高精度高效率高速化高功率小型化轻量化方向发展是不断提高它与电传动机械传动竞争能力的关键本文从液压现场总线技术自动化控制软件技术水压元件及系统液压节能技术等方面介绍液压传动技术发展动态使机械专业的学生在掌握液压传动基本知识的更准确形象地深入了解掌握元件的结构回路的控制原理等掌握PLC可编程序控制的功能控制原理及编程技巧等电控系统方框图最后设计出实验台的外形结构以及各个液压元件和电器元件的布置在三维软件中装配完成对实验台的外形设计3进度安排 1搜集资料并初步确定设计方案1-3周 2按照要求设计液压回路选择回路的元器4-6周 3 根据设计要求选择PLC型号完成PLC的硬件和软件设计7-9周 4 指导教师签名 年 月 日注1 开题报告应根据教师下发的毕业设计论文任务书在教师的指导下由学生独立撰写在毕业设计开始后三周内完成2设计的目的及意义至少800字基本内容和技术方案至少400字3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发阐述学生利用的知识原理建立的模型正确与否学生的论证充分否学生能否完成课题达到预期的目标郑 重 声 明 本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担本人签名 日期 目 录摘 要1Abstract21 绪论311 液压传动的发展概况312 PLC发展概况313 课题研究的意义42 液压系统设计521总体方案概述522液压缸设计5com压缸设计5com压缸设计7com流量计算823系统回路设计8com本回路8com本方案9com统图设计924 液压元件的选择11com的选择11com的选择11com的选择1225 液压辅件的计算与选择12com寸的确定12com量的确定13com 液压介质的选取13com统辅件的选择1426 液压系统性能验算14com 验算回路中的压力损失14com统发热升温计算1527 液压装置整体设计16com 液压系统总体布局16com 液压阀的配置16com的设计173 PLC控制系统设计1831总体方案设计1832 PLC控制系统的硬件设计18com PLC型号的选择18com PLC外围电路设计20com选择21com 控制面板设计2133 PLC控制系统程序设计22com 程序初始化22com 加载子程序23com反转254 数据采集系统2641 基于VB60数据采集系统设计概述2642 VB60串行通信控件2643 数据库设计26com的建立26comDO数据控制项2744 计算机与PLC通信2845 实验数据采集系统29结束语32参考文献33附录34致谢49摘 要 现代液压技术集传动控制和检测于一体逐步向数字化和自动化方向发展这就要求液压教学能够同步于现代控制技术的发展液压教学试验台的研究和发是达成这一目的的重要方法 论文将模块化设计方法现代化控制理论和方法运用于液压教学试验台的研究与开发对液压教学实验台的功能与结构液压教学试验台的控制方案和基于PLC的液压教学试验台控制系统的进行了研究设计了基于PLC的液压教学试验台控制系统编制了液压教学实验台的控制系统程序包含进油节流调速回油节流调速旁路节流调速调速阀进油节流调速回路的速度-负载特性四个实验节流调速回路性能实验是学生学习液压回路的重要实验节流调速回路试验台是重要的教学试验台传统的节流调速回路试验台精度较低不能对数据进行自动采集而本论文设计的试验台具有电脑数据采集功能关键词液压试验台 可编程控制器 控制系统 数据采集 AbstractModem hydraulic technology is an integration of transmissioncontrolexamination and computerwhich requires teaching on hydraulic should be in step with the up-to-date control technologyThe teaching experiment and development of experiment device on hydraulic areone of the main methods to realize itThis paper study and develop on hydraulic teaching test-bed based on the modularize design methodmodernize control theory and techniqueLucubrate on the function and structurecontrol schemeand control system on PLC of hydraulic experiment test-bededit the control program of the hydraulic teaching test-bedThrottling control circuit performance is an important test for student so the important test speed loop is important as wellBut the traditional throttling control circuit loops has low precision and it cannot conduct data acquisition So we should design one that the test data can be collectedKey Words Hydraulic test stand PLCControl System Data acquisition1 绪论液压传动技术是机械设计机械制造和机电一体化等专业的一门重要的基础课程该课程的任务是使学生能够掌握液压的基础知识掌握各种液压基本元件的结构特点工作原理应用场合和选用方法掌握常用液压基本回路的作用构成和适用场合了解国内外先进液压技术成果在机械设备中的应用已成为工业机械工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术液压传动的应用深入各个领域国外生产的95的工业机械90的数控加工中心95以上的自动化生产线都采用了液压传动技术目前液压元件不断出现液压技术的逻辑设计优化设计计算机辅助设计和数字仿真也逐渐研究并应用总之液压技术这一领域的范围比较广泛设计的问题较多理论基础较深液压传动以运动传递平稳均匀调速范围广传递扭矩大易于实现自动化越来越广泛地被用在机床的调速系统中机床的主运动进给运动对速度有很高的要求在机床液压系统中调速回路占有相当重要的地位它的工作性能的优劣对系统有着决定性的影响其中节流调速回路是很重要的调速回路他通过改变节流口的大小来控制流量则调速范围大但节流引起能量损失大效率低易引起油液发热另外节流调速回路是液压系统基本回路是液压教学的重难点因此设计一个液压试验台是十分必要的但是现有的教学用液压试验台大多都需要手动操作但是如果能设计出可以用自动循环功能而且采用微机测控采集数据试验台用于液压教学实验则更为方便直观可靠11 液压传动的发展概况液压传动是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术1795 年英国约瑟夫布拉曼 Joseph Braman1749-1814 在伦敦用水作为工作介质以水压机的形式将其应用于工业上诞生了世界上第一台水压机1905年将工作介质水改为油又进一步得到改善 第一次世界大战 1914-1918 后液压传动广泛应用 特别是 1920 年以后发展更为迅速液压元件大约在19世纪末20世纪初20年间 才开始进入正规的工业生产阶段1925年维克斯 FVikers 发明了压力平衡式叶片泵为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠 定了基础20 世纪初康斯坦丁斯克对能量波动传递所进行的理论及实际研究1910 年对液力传动 液力联轴节液力变矩器等 方面的贡献使这两方面领域得到了发展第二次世界大战 1941-1945 期间在美国机床中有 30应用了液压传动应该指出日 本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年在1955年前后 日本迅速发展液压传动1956 年成立了液压工业会近2030年间日本液压传动发展之快居世界领先地 位 液压技术主要是由武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的 随着控制理论的出 现和控制系统的发展液压技术与电子技术的结合日臻完善电液控制系统具有高响应高精度高功率-质量比和大功率的特点从而广泛运用于武器和各工业部门及技术领域12 PLC发展概况PLC自问世以来经过40多年的发展在美德日等工业发达国家已成为重要的产业之一世界总销售额不断上升生产厂家不断涌现品种不断翻新产量产值大幅度上升而价格则不断下降目前世界上有200多个厂家生产PLC较有名的美国AB通用电气莫迪康公司日本三菱富士欧姆龙松下电工等德国西门子公司法国TE 施耐德公司韩国三星LG公司等PLC由整体结构向小型模块化结构发展增加了配置的灵活性降低了成本PLC在闭环过程控制中应用日益广泛不断加强通讯功能新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外还有带处理器的EPROM或RAM的智能IO模块高速计数模块远程IO模块等专用化模块编程工具丰富多样功能不断提高编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件采用梯形图功能图语句表等编程语言亦有高档的PLC指令系统我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段顺序控制器8位处理器为主的工业控制器8位微处理器为主的可编程序控制器1985以后在对外开放政策的推动下国外PLC产品大量进入我国市场一部分随成套设备进口如宝钢一二期工程就引进了500多套还有咸阳显象管厂秦皇岛煤码头汽车厂等现在PLC在国内的各行各业也有了极大的应用技术含量也越来越高13 课题研究的意义 传统的液压教学实验台已经不能满足液压技术的实验现代液压实验台的发展趋势随着科学技术和现代工业的飞速发展对液压教学提出了更高的要求要求液压教学实验能够形象直观学生能够参与其中随着可编程控制器的技术的发展将其代替顺序控制器作为液压实验台控制系统的核心并且能满足日益复杂的液压实验系统的控制要求而且作为教学实验装备使机械专业的学生在掌握液压传动基本知识的同时也能够更准确形象地深入了解掌握液压元件的结构液压回路的控制原理等原来的控制方式因为电气元件较多节点多逻辑布线复杂对应关系复杂所以操作不便故障率高运行的可靠性和灵敏性差扩展性差检修不方便在实验方法上采用现代的PLC控制在实验手段上采用计算机辅助测试学生可以根据液压系统的传动要求通过接近开关电磁铁等线路联接在实验过程中观察油路的变化得出所要测基于PLC的液压实验台系统的研制与开发 设计的实验台不仅能进行液压方面的实验还可以进行有关PLC的实验使PLC实验更加直观掌握PLC可编程序控制的功能控制原理及编程技巧等有利于培养学生在机电液综合控制等方面的综合能力本设计采用的三菱的FX2N系列PLC它吸取了整体式和模块式PLC的优点各单元采取叠装式连接具有较高的性价比同时他也是在目前市场上具有广泛影响的主流机型2 液压系统设计21总体方案概述本实验是分析各种节流调速回路的速度-负载特性即工作液压缸的运动速度随着负载变化的特性在速度-负载特性曲线上某处的斜率越小速度刚度越大机械特性就赢执行元件受负载变化的影响就越小这是调速回路的机械特性调速时为了满足执行元件对工作速度的要求是液压系统的核心问题实验要求速度不易过快或者过慢要求适于测量和观察选定最大载荷为20KN速度范围0005ms004ms试验台各个液压元件分置在试验台的试验面板上给学生提供直观的试验视觉试验中选择液压缸作为液压系统的执行元件它将液体的压力能转化成机械能用来实现直线往复运动对于液压缸的加载也选用液压缸来完成液压回路采取将基本的调速回路进行结合的方式将基本的液压回路通过优化组合成因为需要采用电气控制所选择的液压阀应该在适用于液压系统的同时适用于电气控制在液压回路的设计中应该考虑到系统压力的稳定负载的连续变化这样选择进油节流调速回路旁路节流调速回路回油节流调速回路以及速度阀进油调速回路并且将它们有机的结合在一起可以形成本实验的主液压回路加载回路的设计中也应该考虑系统的压力变化范围以及调整压力变化的方式可以选用比例溢流阀来控制加载回路的压力从而控制载荷的大小测量不同回路的速度-负载特性在主回路和加载回路中还应该考虑到液压泵的卸荷可以采用卸荷阀对其他液压附件的设计和选取应该对系统的各个方面的参数经行计算后根据参数要求满足液压系统的同时还应该改根据环保和经济的原则进行选择22液压缸设计本试验台液压回路分为两个部分主回路完成实验液压缸的运动在不同的节流回路下完成液压缸的速度-负载特性实验加载回路通过一个加载液压缸对主回路的液压缸进行加载com压缸设计 1 加载力的确定 由于实验是将两液压缸对接通过加载液压缸对主液压缸进行加载且需要最大的加载力为20KN工作载荷常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力切削力等这些作用力的方向如活塞运动方向相同为负相反为正故 Fg 20KNFg主要包含活塞轴线上的重力切削力挤压力等导轨摩擦载荷Ff 0 运动部件所受的重力不计外载荷作用于导轨上的正压力为0 惯性载荷Fa 0以上三种载荷之和称之为液压缸的外载荷Fw工作载荷Fg并非每一阶段都存在如该阶段没有工作则Fg为0则其外载荷Fw 20KN除去外载荷外由于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的阻力Fm由于各种液压缸密封材质和密封形式都不同所以Fm难以计算一般估算为 Fm 1 F 式2-1式中为液压缸机械效率一般取09095 则有 F Fw 2009 22KN 2 初选系统的工作压力工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据它的大小影响执行元件的尺寸和成本乃至整个系统的性能在系统功率一定时一般选用较高的工作压力使执行元件和系统的结构紧凑重量轻经济性好但是若工作压力选的太高会提高元件的强度刚度及密封要求和制造精度要求不但达不到预期的经济效果反而会降低元件的容积效率增加系统发热降低与元件寿命和系统可靠性反之压力选的过低就会增大执行元件的尺寸使结构变得庞大所以要根据实际情况选取工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定还要考虑带执行元件的装配空间经济条件及元件供应情况等的限制在载荷一定的情况下工作压力低势必要加大执行元件的结构尺寸对某些设备来说尺寸要受到限制从材料消耗角度看也不经济反之压力选得太高对缸泵阀等原价元件的材质密封制造要求也要求很高必然要提高设备成本一般来说对于固定的尺寸不太受限的设备压力可以选得低一些行走机械重载设备压力要选得高一些 表2-1 按载荷选择工作压力载荷KN 5510102020303050 50工作压力MP 08115225334455 根据本试验台的特点所以按照要求选择系统的压力为5MP计算主液压缸的主要结构尺寸液压缸的主要尺寸是指缸筒内径D和活塞杆直径d液压缸的长度和活塞杆的长度等液压缸的内径和活塞杆的直径的确定和使用的液压缸的设备类型有关通常根据液压缸的推力和液压缸的有效工作压力来决定液压缸的内径D和活塞杆直径d可以根据系统中的最大总负载和选取的工作压力来确定 图2-1 液压缸的运动分析图 由图2-1可知活塞杆受压力时按V1方向运动活塞受力如上图所示可以列出以下方程式 F P1A1-P2A2 式2-2 A1 FP2A2P1 式2-3 所以应该线确定A1和A2的关系或者D与d的关系 令杆径比 dD 则 D 式2-4 由表2-2和表2-3确定的值表2-2 按工作压力选取dD工作压力MP557 7dD05055060707表2-3 按速度选择dDv1v21151251331462dD030405055071 由于在本实验中对液压缸的进退速度没有要求所以需要按照载荷的大小选择选择速比133即 05由于系统的液压回路较短选择液压缸的被压为P2 02MP 则有D 7524mm按照表2-4选择液压缸的内径液压缸的直径D和活塞杆的直径要按国际规定的液压缸的有关标准进行圆整如果与标准液压缸的参数相近最好选用国产标准液压缸免于自行设计和加工表2-4 液压缸的内径尺寸系列4050638090100110125140160180200220250 故取液压缸的内径选取 D 80mm活塞杆直径 d 40mmcom压缸设计 1 加载力的确定 1由于主液压系统所需要的外载荷为20KN由加载液压缸提供由式1-1可得 2导轨摩擦载荷Ff 0 运动部件所受的重力不计外载荷作用于导轨上的正压力为0 3惯性载荷Fa 0以上三种载荷之和称之为液压缸的外载荷Fw工作载荷Fg并非每一阶段都存在如该阶段没有工作则Fg为0则其外载荷Fw 20KN除去外载荷外由于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的阻力Fm由于各种液压缸密封材质和密封形式都不同所以Fm难以计算一般估算为 Fm 1 F 式中为液压缸机械效率一般取09095 则有 F Fw 2009 22KN F 22KN 由于参数基本和主回路相同所以系统压力选择也可以参照主回路的工作压力选择 由表1-1选择加载系统的工作压力为5MP 2 计算加载液压缸的主要尺寸 和主回路的液压缸设计原理相同即有式2-4可知D 76mm 根据表2-4选择D 80mm d 40mmcom流量计算 根据前面计算的结果可以算出液压缸所需要的流量根据所求的最大流量来确定泵的流量 由于最大的速度为V 4ms 因为 q Av 式2-5 根据式2-5得到 q 2ms 液压缸的所需的最大流量为2ms23系统回路设计com本回路液压基本回路是决定主机动作和性能的基础是组成系统的骨架压力控制方式的选择主要取决于液压系统的调速方式在本试验台中液压系统需要4种调速方式-进油节流调速回油节流调速旁路节流调速和调速阀调速在本实验中需要工作液压缸进行空载运行所以还要考虑卸荷回路在主液压回路中首先应该考虑到主回路的压力值稳定控制好这个不变量才能更加精准的测量回路的速度-负载特性在本实验台的设计中选用电磁溢流阀来控制主液压回路的压力使得主液压回路的压力维持在一个稳定的值其次是加载回路的液压压力由于加载回路的压力值要经行规律的变化所以应该采用比例溢流阀来进行控制加载液压会的压力基本的回路有进油节流调速回路回油节流调速回路和旁路节流调速回路更换这些基本的回路中的液压元件就能够组成不同的阀调速的液压回路com本方案 1 制定调速方案 本试验台要求测量在不同载荷下的节流调速回路的速度-负载特性节流方案分为4种分别是进油节流调速回油节流调速旁路节流调速调速阀进油节流调速回路分别采用4个节流阀进行控制这种调速一般采用定量泵供油采用开式循环形式在开式系统中液压泵从油箱吸油压力油流经系统释放能量后再排回油箱回路简单散热性能良好 2 制定压力控制方案 为保持系统的压力稳定在主液压回路采用电磁溢流阀进行溢流通过溢流调整主回路的系统压力在加载回路中采用比例电磁溢流阀通过行程开关的信号输入控制加载回路的压力值 3 制定顺序动作方案 本实验要求在不同的加载力下来分析节流调速回路的特性动作顺序具体为首先加载然后开启主回路将加载液压缸压回通过行程开关使加载回路的比例溢流阀的值改变继而在不同的加载力下测出主液压缸的速度com统图设计根据基本方案液压执行元件和各基本回路确定后把他们有机的结合起来去掉重复多余的元件再加上一些辅助元件就构成了本试验台的液压原理图系统的原理图如图2-2所示液压原理图分为主回路和加载回路主回路中含有4个节流调速回路他们分别是试验台实现的4个实验加载回路也是由液压缸换向阀溢流阀组成通过改变比例溢流阀的溢流压力从而改变负载的大小在不同的回路不同的压力下液压缸有一个运动的速度 实验一要求只在进油回路上进行节流关死旁路实验二要求只在回油路上进行节流关死旁路全开进油路实验三要求全开进油和回油路在旁路上进行节流实验四要求全开回油路关死旁路和进油路用调速回路来替代进油路实验原理图中有6个压力测试点测试不同点的压力值来分析不同节流调速回路的速度刚度实验中各个电磁阀的电磁铁动作表如表2-5所示图2-2 液压试验台系统原理图按照实验要求根据动作的先后确定液压系统的动作表动作表如表2-5所示表2-5 电磁铁动作表动作电磁铁 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6C1缸进 C1缸退 C2缸进 C1进C2退 C2进C1退 C2缸退 C1缸停 C2缸停 24 液压元件的选择com的选择 1 液压泵工作压力的确定 式2-6 P是液压缸的最大工作压力是液压元件的回路损失一般取05MP 55MP 2 泵流量的确定 式2-7 K为泄露系数一般取K 1113 为液压最大总流量使用节流调速回路应该加上溢流阀的最小溢流量一般取 05泵的确定 选择液压泵时参考液压元件手册根据液压泵的最大工作压力Pp 选择液压泵的类型根据液压泵的流量选择液压泵的规格选择液压泵的额定压力时应该考虑到动态过程和制造质量等因素要是液压泵有一定的压力储备一般泵的额定工作压力应该比最大工作压力高20-60泵的额定流量应该与系统所需的最大流量相适应 选择泵的转数为960rmin 则泵的排量根据以上的数据选择的泵的型号如表2-6所示 表2-6 液压泵参数 型号 排量 额定压力 驱动功率 重量 转数轴径轴伸出长度 25mLr 63MP 4KW 16kg 960rmin2045 加载液压泵选择和主回路的泵相同com的选择由上一节计算可知一个泵的额定压力为63MP根据表1-7取叶片泵的总效率为60选择电动机的时候按照平均功率选择 表2-7 液压泵的总效率液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵总效率 0607 065080 06075 080085 泵的驱动总功率为 因此选择4KW的电动机比较合适根据JBT9616-1999选取电动机的型号为Y132M1-6其轴径为38mm轴伸出长度为80mmcom的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量选择压力控制阀的时候应考虑压力阀的调节范围流量变化范围所需要的压力灵敏度和平稳性选择流量控制阀应该考虑流量的调节范围力量-压力特性最小稳定流量压力补偿要求和阀进出口压差及阀内泄漏量的大小等选择方向阀时应该考虑发想法的换向频率响应时间操纵方式滑阀机能阀口压力损失及阀内泄漏量大小等并且通过各类阀的实际流量最多不应该超过其额定值的20根据以上原则本系统的工作压力是63MP选 择液压阀的型号见表2-8表2-8 液压阀型号序号 名 称 数量 选用型号1三位四通电磁换向阀 24WE6E61BCG24N9Z42先导式电磁溢流阀 1DBWA-2-5050G246A3先导式比例溢流阀 1EDG-01-B-1-514二位二通电磁换向阀 122E-10B5调速阀 1SE2-315 R-G246 比例节流阀 3FES25CA-3XK4G125 液压辅件的计算与选择com寸的确定管道尺寸取决于需要通过的最大流量和管中允许的流速管内油液的推荐流速对于液压泵吸油管道一般取1ms以下系统压力管道一般取36ms 式2-8式中 d-管道内径 q-通过管油液的流量 V-管内油液的流速按推荐流速选取如表2-9 表2-9 允许流速推荐值 管 道 推荐流速ms液压泵吸油管道0515 一般取1以下液压系统压油管道36 压力高管道短黏度小取大值液压系统回油管道1526根据表1-9和式1-8可以确定主要管路内径计算结果列于表2-10表2-10 主要油管内径管道名称允许流速ms管道内径 m 实际取值 m 泵吸油管道08002002压油管道50008001回油管道2001001com量的确定初始设计时先按经验公式确定油箱的容量待系统确定后再按散热的要求进行校核其油箱容量的经验公式为 式2-9 式中 -液压泵每分钟排出压力油的容积 a -经验系数 见表2-11 表2-11 经验系数a系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a12245761210已知泵的总流量为这样液压泵每分钟排除压力由的体积为00195取a 5 得到有效容积V 00975com 液压介质的选取 1 工按液压系统和油泵工作压力选用液压油压力 8MPa用LHHLHL叶片泵则用L-HM压力8-16MPa用LHLLHMLHV压力 16MPa用LHM LHV液压油液压系统的工作压力一般以其主油泵额定或最大压力为标志 度-10-90用LHHLHLLHM液压油低于-10用LHVLHS工作温度 90选用优质的LHMLHVLHS环境温度和操作温度一般关系为液压设备在车间厂房正常工作温度比环境温度高1525液压设备在温带室外高2538在热带室外日照下高4050 工作环境 卡套式管接头具有结构简单使用方便和不用焊接等优点卡套式管接头的预装是最重要的环节直接影响到密封的可靠性AHC7-SD 1压力传感器S型称重传感器 CPR24 普量电子PT500526 液压系统性能验算com 验算回路中的压力损失 1 沿程压力损失 沿程压力损失主要是经过油管时候的沿程压力损失管长约是5米内径10cm流量为选用液压油的黏度50油的密度为油液在管道中实际的流速为v 式2-10 式2-11油在油管中是层流流动状态则沿程压力损失 2 局部压力损失 局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失以及通过各个控制阀的局部压力损失因为通过管路局部压力损失相对来说小的多故主要计算通过控制阀的局部压力损失通过各个阀的压力损失之和为 08MPa由以上计算可以得出系统的压力损失MPa综合以上计算结果两个泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的裕度故所选的泵是适合的com统发热升温计算 1 计算发热功率 式2-12 对于本试验台来说是双泵的平均输入功率 式2-13 根据以上数据可以得出泵的流量 出口压力为P 5MPa 可以计算出泵的平均输入功率 25KW 液压缸的输出功率Pc FV 088KW 总发热功率 25-088 162KW 2 计算散热功率 前边初步估计油箱的有效容积为 00975 按求得油箱的各边之积为 式2-14 取abh分别取05m 根据公式 式2-15 得出 A1 0775 计算热功率为 式2-16Kt-油箱散热系数查表1-13可以取K 16-油温与环境温度之差取35 表2-13 油箱散热系数K值散热条件通风条件较差通风条件良好用风扇冷却循环水强制冷却散热系数89151723110175 W 043KW 由此可见油箱的散热远远满足不了系统散热要求所以需要另设冷却器 3 冷却器所需冷却面积的计算 冷却面积为 式2-17式中 K-传热系数用冷却管时K 116W -平均温升 取油进入冷却器的温度为T1 60流出冷却器的温度为T250冷却水入口温度t1 25冷却水出口温度t2 30则 所需冷却器的面积为A 037 考虑到冷却器长期使用时设备腐蚀和油垢水垢对传热的影响冷却面积应该比计算值大30实际选用的冷却器面积A 048 选择散热器的型号为2LQFL-A05L27 液压装置整体设计com 液压系统总体布局 液压系统总体布局有集中式分散式集中式结构是将整个设备液压系统的油源控制阀部分独立设置于主机之外或者安装在地下组成液压站分散式结构是把液压系统中的液压泵控制调节装置分别安装在设备上适当的部分 在本实验台的设计中采用分散式的将各个液压控制阀至于试验台的背面油源至于液压试验台的下方com 液压阀的配置板式配置板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上板上钻有于阀口相对应的孔通过管接头连接油管而各阀按系统图接通这种配置可以根据需要灵活改变回路形式液压试验台等普遍采用这种配置本实验台需要将各个阀体置于平板上供学生观看让学生能更清楚的看懂系统原理图故选择板式配置布置示意图如图2-3所示图2-3 试验台整体布置示意图com的设计 集成块联接与板式联接相比具有以下优点可以采用现有的板式标准件很方便的组成各种功能的单元集成回路且回路的更换很方便只需更换或增减单元贿赂就能实现因而有较大的灵活性由于是在小块体上加工各种孔道故制作简单工艺孔大为减少便于检查和及时发现故障如果加工过程中出了问题仅报废其中一小块通道体而不至于整个系统报废系统中的管道和管接头可以减少到最少程度使系统的泄漏大为减少提高了系统的稳定性并且结构紧凑占地面积少转培与维修方便由于装在通道和管接体侧面的各液压元件间据i很近油道孔短而且油道孔径选择大一些而系统管路压力损失小系统发热量也少有利于实现液压装置的标准化通用化系列化能成批生产由于组成装置的标准化灵活性大故设计和制造周期大为缩短生产成本降低为在机床上广泛应用液压技术提供了方便 为了缩短设计和制造周期应该尽可能采用通用化原则化标准化的集成块组本次设计采用了集成块的方式从集成块的原理图中可以看出集成块由板式元件和通道体组成元件可以根据设计要求任意选择集成块工作压力63MP-35MP之间3 PLC控制系统设计31总体方案设计 本试验台要求PLC对两个液压缸进行行程控制这里选用行程开关作为PLC的信号输入要求PLC分别对两个电磁换向阀四个比例节流阀一个比例溢流阀一个电磁溢流阀的卸荷和一个二位二通电磁换向阀进行电压信号控制控制方面采用自动控制程序通过实验动作设定相关的程序通过传感器测试各个点的具体压力值通过行程开关来控制两个液压缸的前进和后退在触摸屏上设定相关的按钮来实现实验的选择和泵的卸荷等同时和设置硬按钮来实行备份控制电控系统方框图如图3-1所示图3-1 电控系统方框图在输入量中有7个为模拟量它们首先输入模拟量输入模块通过PLC显示在触摸屏上供学生观察记录输出量中有5个模拟量它们是控制3个比例节流阀和一个调速阀的开度一个溢流阀的溢流压力所以要添加PLC模拟量输入模块和PLC模拟量输出模块在硬件设计中选取PLC控制各个电磁阀和液压缸的换向通过触摸屏来控制PLC的动作设计液压试验台程序应该分别对4个试验进行单独设计然后在设计总程序在每个实验当中都包含了自动加载程序因为每个实验每个开度下要进行8次加载所以还应该设计出加载子程序没个实验通过调用加载子程序来完成其中加载子程序的动作为先启动泵1进行空载实验再进行加载即启动泵2调定比例溢流阀的溢流值打开节流阀使比例溢流阀从小到大加载8次结束时C1缸C2刚分别退回节流阀关闭根据以上叙述可以设计出PLC的硬件软件达到控制的要求32 PLC控制系统的硬件设计com PLC型号的选择 三菱公司系列产品中有FX1SFX1NFX2N和FX2NC4个子系列与过去的F1F2等产品相比在性价比上有显著地提高FX2N是FX系列中最先进的子系列其标准特点在最大范围涵盖了FX其他系列同时觉有执行速度更快通信功能更齐全的特点它吸取了整体式和模块式PLC的优点各单元采用叠装式连接最多可以连接8个功能模块所以选择FX2N系列的PLC来控制本实验台 输入信号是将液压缸的工作状态和操作信息共有16个信号输入点需要占用16个输入端子具体分配如下两个电机的启动和正反转需要6个子端4个实验控制需要4个子端两个泵卸载需要2个子端4个行程开关需要4个子端以上共需要16个子端 PLC的输出信号用来控制6个电磁阀的线圈需要6个输出点电动机的启动和正反转控制需要控制4个线圈需要4个输出点总共需要10个输出点 系统中还有7个模拟量的输入和5个模拟量的输出所以应该选择模拟量输入和输出模块分别选取的型号为FX2N-8AD 占用IO点数为8点 FX2N-4DA 占用IO点数为8点 选用PLC的型号为FX2N-48MRFX2N-48MR共有24个输入电和24个输出点PLC的端子分配如表3-1所示表3-1 IO分配表输入点元件代号元件功能输出点元件x001SB11电机启动Y001KMF1x002SB21点击停止Y002KMR1x003SB31点击反转Y003KMF2x004SB42点击启动Y004KMR2x005SB52点击停止Y005YA1x006SB62点击反转Y006YA2x007SB7实验1进油节流调速Y007YA3x011SB8实验2回油节流调速Y011YA4x012SB9实验3旁路节流调速Y012YA5x013SB10 实验4调速阀进油节流调速Y013YA6x014SB11泵1卸荷x015SB12泵2卸荷x016SQ1C1缸进x017SQ2C1缸退C2缸进比例溢流阀增大x021SQ3泵2卸荷泵1卸荷x022SQ4泵1卸荷泵2卸荷com PLC外围电路设计根据电气系统的设计要求绘制出PLC的外部接线图PLC的输入点有16个输出点有10个通过PLC的程序实现不同的动作其接线图如3-2所示 图3-2 PLC外部接线图在实验中要求电动机能够正反转控制电机的正反转还需要保证两个接触器不能同时工作这就需要采用电气互锁的方法图3-3就是控制电动机正反转的电气原理图主电路采用两个接触器KMF和反转接触器KMR当接触器KM1的主触点闭合L1L2L3接入电机电动机正转当KM2的的主触点闭合三相电源相续按L3L2L1接入电机电动机反转KM1与KM2之间电气互锁使得电路只许一个接触器工作图3-3电动机正反转电气原理图com选择三菱触摸屏F930GOT是三菱GOT-900中价格最便宜的一款它具有很高的性价比和出色的键盘反映特点保密功能可设定15级高质量的蓝色LED显示器提供出色的视觉性能合适的大小作为简单的资料修改和信息箱IP65保护等级可以更换背景光灯等主要参数如下表3-2所示表3-2 F930-GOT 触摸屏参数表型号名称电源电压DC 24VF930GOT-BWD-C显示设备STN单色显示显示颜色单色蓝白分辨率点24080用户存储器容量KB256外部尺寸mm146W75H49D面板开孔尺寸 mm 13710W6610Hcom 控制面板设计 按不同的工作要求 试验台应具有自动循环工作和手动调整功能根据要求PLC的所有主令控制按钮均在触摸屏上实现触摸屏与PLC之间为串行通信方式操作台面板控制布置示意图如图图3-4 控制面板示意图33 PLC控制系统程序设计本试验台软件控制部分大致可分为4个部分初始状态设定实验选择实验条件调节和循环加载程序通过调用循环加载子程序收集液压缸在不同的节流开度和负载下的速度值从而绘制出节流调速回路的速度-负载