全自动墙体砖压机设计及控制系统设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 1 1 前言前言 1 1 全自动液压砖压机的简介 液压砖压机 以下简称压机 是现代墙体砖生产线的核心关键设备 是机 电 液 气一体化的高技术专用设备 说它关键 主要是它前连原料加工 后接干燥烧 成 若砖压机出现故障 则全线停工 说它专用 主要是出于特殊的物料 含少量 水的喷雾干燥颗粒状泥粉料 及成形工艺技术 按照特定的升压曲线实施多次加压 及排气 而一般的压力机显然是不能用于压制墙体砖的 作为生产线的关键设备 全自动砖压机显出示许多的优点 压机采用液压传动对砖胚施加等静压力 工作 平稳 有利于胚体压制成行 采用液压传动可非常方便地实现对压制力 速度 时间的调节控制 并保持稳定 使压机动作很好的符合工艺的要求 容易实现压 机的大型化和自动化 胚体成型好 强度高 现代全自动液压砖压机都看其有可 靠性 重复性 调控性 耐久性 效率等 本毕业设计主要研究宽体砖压机 以提 高生产效率 节约生产成本 获得更好的经济效益 1 2 全自动墙体砖压机在国内外的生产状况及发展趋势 砖压机是生产墙体砖的关键设备之一 在改革开放初期 我国的墙体砖生产厂使用的压制成型设备都是 30 60 吨的摩 擦压力级而国外已有 500 600 吨的自动液压砖压机 国内尚不能制造 这种小吨位的摩擦压力机 工人劳动强度大生产 率低 产品尺寸小质量差 已不能满足现代建筑对墙体砖的要求 为了扩大墙体砖的生产规模 提高产品质量 国内一些墙体砖生产厂商开始引进墙体砖生产线包括自动砖压机 为了 尽快从根本上改变我国墙体砖生产落后的面貌 实现墙体砖技术装备的现代化和国产化 在 七五 期间由国家建材 局领导组织实施墙体砖技术装备现代化和国产化项目 采用自主开发和国外先进技术相结合 引进技术和消化吸收相 结合的方法取得了可喜的成绩 关于压机的节能技术 国内的压机多采用传统的技术 如依靠低压充液油箱 强迫主缸活塞快速下行的方法 但国外 压机许多新的新的节能方法尚未采用 如国外压机系统的动力源已从窜逃的定量泵系统发展为高校节能变量泵系统 系统具有将压制后的蓄积在主缸内的高压液压能有低压蓄能器回收的回路 国外 1500 1700 盾砖压机的主电机功率只有 55KW 而国内 1600 盾砖压机的主电机功率为 75KW 总的来说现代砖压机的液压系统趋于简化 注重提高控制精度 可靠性 节能等 随着国家节能减排政策的不断推进 新型墙体材料逐步替代传统墙体材料走进 个建筑部门 而生产墙体材料的机械往往都是通过人工完成 费时费力 本课题基 于以上目的提出设计全自动墙体砖压机 该机械属机电一体化设备 适用于生产墙 体实心砖砌块 地砖 各类型墙体砌块 劈离砌块 路缘石 护坡块 水工砌块及 各类特殊的薄壁混凝土砌块 由于该机控制系统采用了先进的电气 液压与机械紧 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 1 密结合 动作程序互锁 监控严格的程序控制系统 所以具有自动化程度高 生产 能力强 操作简单可靠和维修方便等特点 另一方面砖砖压机技术的日益进步 现 代液压砖压机无论从主机结构还是液压控制技术方面都和早期的砖压机大有不同 例如主机结构较多的采用经过不断优化的各种新型结构以及预应力结构 使砖压机 的主机精度 可靠性和抗疲劳性能得到较大的提高 而近年来较多的采用先进的液 压伺服比例控制技术 使砖压机的压制动作更加的柔和 平稳 压制力更加准确 这 些都为现代建筑压机业生产多变的高档墙地砖创造了非常有利的条件 现代砖压机主机结构的研究与开发就是要以最佳的 最合理的结构 尽可能少 的原材料消耗 获得最理想的实用效果 包括主机精度 综合性能以及抗疲劳性等 但要做到这一点 就需要我们付出很多的努力 不断地总结经验 学习和研究 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 2 2 2 全自动全自动墙体砖压机的总体设计全自动全自动墙体砖压机的总体设计 本型号的全自动墙体砖压机除了主机组 包括机架 主液压缸 充气油箱 脱 模装置 增压缸等 以外 涉及到动作部份的主要有 油泵电机 振动电机 1 振 动电机 2 送料电机 砌块输送机 模头振电机这 5 个电机以及控制料斗 压振 脱模 托板完成压制砌块件逻辑动作的这几个电磁阀组成 2 1 主要技术参数 表 2 1 主要技术参数 参数名参数值参数名参数值 每次成型块数4 块最短成型周期15 18 秒 次 最大填料深度 400mm 活动梁行程 800mm 主机功率 40KW 液压系统油量 800L 油泵额定压力 1 2MPa 油泵使用压力 1MPa 外形尺寸 1580 3200 6320 mm 整机质量50 吨 2 2 活动梁的设计计算及校核 1 截面受力情况 活动梁受力简图 B 受力图 P 弯矩图 M 剪力图 Q b II II I I 图 2 1 活动梁受力情况 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 3 在主截面 I I 所收弯距 11 1200000 15262 88 13500000 MP Bb kgf 其中 P 公称压力 kgf P 1200000kgf b 活塞头外径尺寸 cm b 62cm B 工作台长 cm B 152cm 2 截面拉压强度计算 主截面 I I 可以简化为 如图所示 活动梁I I截面及简化截面 b I I等量简化截面 a I I截面 520 200 40850 820 620 300 320 200 h2h1 650 620 500 a 截面 b 等量简化截面 图 2 2 活动梁 I I 截面及简化截面 表 2 2 活动梁截面 I 序号 截面 高度 bi cm 截面宽度 hi cm 截面积 Fi bi hi cm2 面积中心 至 X 轴距 离 Yi cm 截面对 X 轴静面距 Si Fi Yi cm3 截面与面 积中心至 X 轴距离 乘积 Si Yi cm4 各截面积 的惯性距 Joi bihi 12 cm4 1206120576840389880360 2521578046 536270168655514625 350201000292900084100033333 33 4621593011 510695122992 517437 5 565426025201040346 6667 总计 60309083325304146866102 5 重心至X 轴距离 1 83330 27 0 3090 Si hcm Fi 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 4 21 602733 0hHhcm 截面对X 轴的惯性距 4 304146866100 3108000 JiJSiYi cm 截面对X 轴 形心轴 的惯性距 22 1 4 3108000273090 855400 JJihFi cm 在受拉截面上的弯曲应力 22 1 13500000 27 426 1000 855400 Mh kgfcmkgfcm J 拉 在受压截面上的弯曲应力 22 2 13500000 33 521 1000 855400 Mh kgfcmkgfcm J 压 算得在主截面 I I 上的弯曲应力小于许用应力 2 1000 kgfcm 滑边 在截面 I I I I 所收弯距 22 2 1200000 15262 88 152 7994300 P Bb M B kgf 其中 P 公称压力 kgf P 1200000kgf b 活塞头外径尺寸 cm b 62cm B 工作台长 cm B 152cm 最大剪切应力为 1200000 15262 355300 22 152 P Bb Qkgf B 截面 I I I I 可以简化为 如图所示 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 5 活动梁II II截面及简化截面 b II II等量简化截面 a II II截面 560 40 110300150 850 820 360 260 h2h1 850 820 460 a 截面 b 等量简化截面 图 2 3 活动梁 II II 截面及简化截面 表 2 3 活动梁截面 II 序号 截面 高度 bi cm 截面宽度 hi cm 截面积 Fi bi hi cm2 面积中心 至 X 轴距 离 Yi cm 截面对 X 轴静面距 Si Fi Yi cm3 截面与面 积中心至 X 轴距离 乘积 Si Yi cm4 各截面积 的惯性距 Joi bihi 12 cm4 1561584052 544100231525015750 24630138030414001242000103500 382119029 5856981405 59095 167 485434026801360453 3333 总计 603462947493640016128798 5 重心至X 轴距离 1 94750 27 4 3462 Si hcm Fi 21 6027 432 6hHhcm 截面对X 轴的惯性距 4 3640000 128800 3768800 JiJSiYi cm 截面对X 轴 形心轴 的惯性距 22 1 4 376880027 43462 1170000 JJihFi cm 在受拉截面上的弯曲应力 22 1 7994300 27 4 187 1000 1170000 Mh kgfcmkgfcm J 拉 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 6 在受压截面上的弯曲应力 22 2 7994300 32 6 223 1000 1170000 Mh kgfcmkgfcm J 压 算得在主截面 I I I I 上的弯曲应力小于许用应力 2 1000 kgfcm 3 截面剪切强度计算 根据材料力学可知断面抗剪切力主要由立板承受 故可按简化截面 矩形计 算 其最大应力t max在中心截面 2 max 1 5 200 Q kgfcm BH 其中 Q 截面剪切力 kgf 1200000 15262 355300 22 152 P Bb Qkgf B B 简化截面宽度 cm B 46cm H 简化截面高度 cm H 60cm 22 max 1 5 355300 193 200 46 60 kgfcmkgfcm 4 刚度计算 2 1 223 111 642464 PB fBbb EJ 弯 22 00 99 1 21 2 1 21 2 88 1 2 8 Bb XX fdxdx GFGF PBPb GFGF P Bb GF 剪 公式中 P 公称压力 kgf P 1200000kgf b 活塞头外径尺寸 cm b 62cm B 工作台尺寸 cm B 152cm J 活动横梁截面惯性矩 cm4 4 855400Jcm F 活动横梁立板面积 cm2 2 46 602760Fcm E 材料弹性模数 kgf cm2 用于铸铁 62 1 05 10 Ekgfcm G 剪切弹性模数 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 7 用于铸铁G 52 6 10 Gkgfcm 代人上式得 223 6 1200000152 111 1526262 6 1 05 1085540042464 0 009 f cm 弯 5 1 2 1200000 15262 8 6 102760 0 010 f cm 剪 2 0 0100 0090 019fffcm 剪弯 允许下横梁弯曲变形量为 152 0 120 20 0 120 20 0 01820 0304 10001000 B fcm 故下横梁刚度满足要求 2 3 液压缸的设计计算及校核 根据设计要求 公称力 12000KN 滑块最大行程 800mm 现拟定 拉伸缸快速下降行程为 600mm 速度 100mm s 拉伸缸慢速下降行程为 200mm 速度 25mm s 拉伸缸回程速度 800mm s 2 3 12 3 1 负载分析负载分析 1 工作负载 G1 12000KN 2 摩擦负载 Ff f FN Sin 2 2 2 由于工作为垂直起升 所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构 由于不 受偏心力 所以摩擦负载为 0 3 惯性负载 拉伸缸快速下行 120000 1 1244 9 9 80 5 Gv FaKN gt 拉伸缸减速下行 120000 1 0 025 2183 7 9 80 5 Gv FaKN gt 拉伸缸回程 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 8 1000 8 316 9 80 5 Gv FaKN gt 根据以上计算 液压缸的各阶段的工作负载如表 hm 0 91 表 2 4 各缸的受力情况 工况计算公式总负载 F KN缸推力 F KN 启动 F G1 Ffs1200013187 主缸快速下行 F G1 Ffd Fa112224 913434 主缸减速下行 F G1 Ffd Fa211816 312985 主缸回程 F G1 Fa51201613028 2 3 22 3 2 液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定 1 主液压缸主要参数设计 根据分析此设备的负载较大 所以初选主缸的工作压力为 40MPa 得 3 2 6 13434 10 0 33585 40 10 F Am P 又知 44 0 33585 0 654 3 14 A Dm 按标准选 D 66cm 根据行速比值来确定活塞杆的直径 即 2 3 2 22 8 D Dd 得 d 61 74cm 按标准选 d 62cm 2 主液压缸的强度校核 1 总体受力分析 液压缸的一般形式是一端开口 一端封闭的厚壁高压容 器 当高压液体作用在活塞上时 反作用于缸底 通过缸壁传到法兰部分 靠法兰 和横梁支撑反力来平衡 液压缸受力状况可以分为三部分 即 缸底 法兰和中间 厚壁圆筒 理论上分析和应力测定均表明 只有在和法兰支撑表面及缸底内表面距 离各为1 5 r2缸筒中段 才可以按厚壁圆筒公式进行强度计算 缸底支撑的液压缸 的受力情况大为简化 可主要按厚壁筒公式来计算 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 9 图2 8 主液压缸截面简图 截面主应力圆筒段任意一点的三向主应力值分别为 2 4 1 1 42 4 2 PDPDPD DDDD 2 5 1 1 2 2 2 PDPDPD DDDD 1 2 3 0 强度校核时 采用Von Mises 强度准则 即 2 6 222 122331 222 111 222 111 2 1 1 1 2 111 222 1 11 2 44 3 4 3 2 PDPDPD DDDDDD PDPDPD DDDDDD PD DD PD DD 根据强度要求 即 1 3 2 PD DD 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 10 2 7 1 3 2 PD DD 代入数值得 1 3400 66 6688 9 2 1000 Dcm 内壁应力的强度校核 2 中断圆筒处强度计算 圆筒段任意一点的三向主应力值分别为 2 8 22 12 222 21 1 r prr rrr 2 9 22 12 222 21 1 t prr rrr 0 z 式中 径向应力 r 切向应力 t 轴向应力 z P 缸内液体压力 r1 缸的内半径 r2 缸的外半径 r 所求应力点位置的半径 强度校核时 采用Von Mises 强度准则 即 2 10 2221 2 trrzzt 将r r1代入公式 2 31 2 32 可得出圆筒内壁处的及 然后连同 r t 式 2 34 化简后 可得出发生于缸内壁的最大合成当量应力为 44 12 max 22 21 44 22 2 6 1106 66 400 11066 832 rr p rr kgfcm 根据需要结合液压缸一般设计材料 现选定铸铁为其设计材料 查材料手册可知 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 11 2 1000 kgfcm 因此有即知此设计尺寸满足工作要求 max 3 缸底部分 在一些有关的液压机的书中 均把平底缸当作受均布载荷作用且周边刚性固定 的中心有孔的原板来考虑 如图2 9 图2 9 缸底受力图 大弯曲应力发生在圆板的周边 根据Tresca 强度准则 最大当量应力为 2 11 2 1 2 0 75 d pr t 公式中 P 缸内液体压力 r1 缸的内半径 t 缸底厚度 缸底应开孔而引入的削弱系数 2 12 1 1 22 2 a rr r 2ra为缸底进液孔直径 则有 6636 0 455 66 52 2 400 1033 0 7565 9 0 455 33 d MPa 按这种方法计算时取低值 为80Mpa 所以 安全 3 顶出缸的设计与计算校核和拉伸缸基本一致 在此从略 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 12 2 4 立柱部分强度计算校核 立柱受力情况是由液压机结构 工艺过程的受力和预紧状态下的受力状况决定 的 因此 要仔细分析以上因素的影响 选择合适的计算方法 一般有以下集中情 况 1 立柱预紧状态下的受力分析和强度计算 2 中心载荷下立柱的受力分析和强度计算 3 偏心载荷状态下 对活塞式和柱塞式油缸 立柱和导套间隙均等 状态下 立柱的受力分析和强度计算 4 偏心载荷状态下 对活塞式和柱塞式油缸 立柱和导向套间隙不等 因此 仅一侧立柱承受偏心负荷产生的水平力时 立柱的受立分析和强度计算 在以上各种情况下 受力分析和强度计算中 均做了以下假设 1 活塞 柱塞 与活动横梁均为刚性连接 2 空间受力情况可简化为平面框架 框架每侧代表两根立柱 且每侧的两根 立柱受力均等 3 上横梁和工作台的刚度均远远大于立柱的刚度 因此可认为上横梁和工作 台是绝对刚体 4 各作用力均可简化为集中力 5 不考虑由于制造 安装而后使用过程中受热影响等产生的附加阴历 这些 假使均属一般性的 而且与实际设计的结构基本相符 中心载荷作用下立柱强度计算 1 抗拉强度校核 在中心载荷作用下 立柱只承受拉伸应力 其应力可按下式计算 2 13 2 2 0 0 785 p kgfcm Dn 公式中 P 公称压力 kgf DO 立柱最小直径 取螺纹退刀槽处的直径 cm n 立柱数量 一般为n 4 立柱许用拉伸应力 对45 钢来说 600 900kgf cm2 因此针对设计数据有 5 2 2 12 10 790 0 785 224 kgfcm 则有 故满足要求 完全的中心载荷和受力完全均等 仅仅是一种理想的状态 实际结构中 各零 件连接处不可避免的会有不均匀现象 立柱端面变化处的应力集中 工作中总会由 于模具安装不准确 工件变形阻力不对称等各种因素使实际应力分布不均匀 形成 局部应力较计算应力为高的现象 因此许用应力取得较低是必要的 合理的 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 13 2 压杆稳定性校核 当受拉杆件的应力达到屈服极限或强度极限时 将引起塑性变形或断裂 长度 较小的受压短柱也有类似的现象 例如低碳钢短柱被压扁 铸铁短柱被压碎 这些 都是由于强度不足引起的失效 细长杆受压时 却表现出与强度失效全然不同的性质 当压力与杆件轴线重合 当压力逐渐增加 但小于某一极限值时 杆件一直保持直线状态平衡 及时微小的 侧向干扰力使其暂时发生轻微弯曲 干扰力解除后 它仍将恢复直线状态 这表明 杆件直线状态平衡时稳定的 当压力逐渐增加到某一极限值时 压杆的直线平衡变 为不稳定 将转变为曲线形状的平衡 这时如果再用微小侧向干扰力使其发生轻微 弯曲 干扰力解除后将保持曲线形状平衡 不能恢复原有的直线形状 上述压力是 极限值称为临界压力或临界力 压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡 称 为丧失稳定 简称失稳 杆件失稳后 压力的微小增加将引起弯曲变形显著增大 杆件已丧失承载能力 这是因为失稳造成的失效 可以整个机器或结构的损坏 但细长压杆失稳时 应力 不一定很高 有时甚至低于比例极限 可见这种型式的失效 并非强度不足 而是 稳定性不够 砖压机上梁质量比较大 工作中立柱有时会受到侧向干扰力 故需要对其进行 压杆稳定性校核 砖压机立柱由45钢制成 E 210GPa 长度350 s MPa 280 p MPa l 3050mm 直径d 220mm 最大压力F 10000kgf 29 2 1 6 210 10 86 280 10 P Pa E Pa 立柱简化为两端固定的支杆 0 5 截面为圆形 2 14 4 Id i A 柔度 1 3050 2 27 7 220 44 ll d i 1 所以不能用欧拉公式计算临界压力 2 461 350 43 2 2 568 s MPaa bMPa 2 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 14 可见立柱为小柔度压杆 应按强度问题计算 设上梁为10t取安全系数为4 2 15 2 2 10000 26 3 22 4 F kgfcm A 所以强度足够 立柱安全 2 5 设计成果主要参数示意图如下 图2 1主要参数示意图 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 15 3 3 全自动墙体砖压机的全自动墙体砖压机的 PLCPLC 控制系统的总体设计控制系统的总体设计 3 1 全自动墙体砖压机动作逻辑顺序 1 布料箱向前 2 下模上升 3 布料箱向后 4 上模下压 5 上模上升 6 下模上降 7 托板供给向前 8 托板供给向后 这 8 种动作是由液压电磁阀来控制的 3 2 起始位置 1 料车后位 2 上模上位 3 下模下位 4 料斗满料 5 砌块输送机上无砌块 3 3 动作程序 在正常情况下 全自动墙体砖压机是以下列顺序一步一步地执行的 1 布料箱向前 延时振动电机启动 同时布料器启动 布料箱到达前位 布 料器停止工作 供料结束 2 托模机头向下压实模箱内的砌块 到达指定高度时振动停止 延时托模 同时送料皮带机启动 向布料箱供料 延时停止 3 托板接收器向下脱模 4 托板供给器向前 把成型后的砌块送到砌块输送机上 同时将托板送到托 板接收器上 5 托板接收器向上 模头上升到位 6 托板供给器向后到位 同时按上列顺序继续循环 3 4 几种控制系统方案比较 1 价格便宜 性能可靠 在工业自动化生产中常用三种控制器 可编程控制器 单片机 PC 型工控机 从使用性 经济性 可靠性出发 本设计选用了 PLC 因为本型号的全自动墙体砖 压机是属典型的继电逻辑顺序动作控制系统 这是 PLC 最擅长功能 而且设计方便 使用可靠 对于单片机系统虽然成本低 但硬件需自己设计制造 本型号全自动墙 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 16 体砖压机生产厂家不可能自己设计制造 如委托别人制造 则成本就高显然不宜选 用 而对于 PC 型工控机 这在大型工业控制管理系统经常使用 但是本型号全自 动墙体砖压机简单顺序动作和单机操作系统 适用于小型企业工人少成本较低 也 不宜选用这价格高 功能又很强大的控制系统 2 使用简单 调试维修方便 PLC 的接线极其方便 只需将产生输入信号的设备 如按钮 开关等 与 PLC 的输入端子连接 将接收输出信号的被控设备 如接触器 电磁阀等 与 PLC 的输 出端子连接 PLC 的用户程序可在实验室模拟调试 输入信号用开关来模拟 输出信号可以 观察 PLC 的发光二极管 调试后再将 PLC 在现场安装通调 调试工作量要比继电器 控制系统少得多 PLC 的故障率很低 并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置 一旦发生 故障 可以通过 PLC 机上各种发光二极管的亮灭状态 迅速查明原因 排除故障 3 体积小 重量轻 功耗低 由于 PLC 采用半导体大规模集成电路 因此整个产品结构紧凑 体积小 重 量轻 功耗低 以三菱 FX0N 24N 型 PLC 为例 其外形尺寸仅为 130mm 90mm 87mm 重量只有 600g 功耗小于 50w 所以 PLC 很容易装人机械设 备内部 是实现机电一体化的理想的控制设备 综上所述 对于砌块机这种以简单顺序动作为主的控制系统 选择 PLC 作为核 心控制器 辅以外部电液控制电路 是较好的选择 3 5 PLC 选型设计 3 5 13 5 1 输入 输出点数的确定输入 输出点数的确定 1 输入控制信号分析 全自动墙体砖压机每个动作都对应一个位置限位开关 并以控制面板上的动作 指示灯和高度销闭合指示灯来指示动作 这些限位开关接点通过光电隔离输入 PLC 2 输出控制信号分析 全自动墙体砖压机的动作有砌块输送装置 即输送电机模头上下动作 模箱上 下动作 振动器的振动 下料的料斗门开关 布料箱的向前向后 加托板的向前向 后 因为机器的许多动作是靠液压系统来实现的 所以 PLC 输出接点通过继电器 接触器驱动电磁阀 液压阀以及油泵电机的启动与停止等等 3 I O 点的分配表 表 4 1 I O 点的分配 PLC 输入点PLC 输出点 功用代 码 功用代 码 油泵启动x00油泵启动Y00 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 17 00 油泵停止x00 1 振动电机 1Y00 1 手动 自动x00 2 振动电机 2Y00 2 续表如下 单次 连次x00 3 搅拌电机Y00 3 自动启动x00 4 砌块运输 机 Y00 4 托板向前x00 5 溢流阀 1Y00 5 托板向后x00 6 溢流阀 2Y00 6 布料箱向 后 x07布料箱向 前 Y00 7 布料箱向 后 x01 0 布料箱向 后 Y01 0 上模上升x01 1 托板向前Y01 1 下模下降x01 2 托板向后Y01 2 模框向上x01 3 托板进给 溢流 阀 Y01 3 模框向下x01 4 上模上升Y01 4 电机振动x01 5 上模下降Y01 5 搅拌电机x01 6 模框上升Y01 6 砌块运输 机 x01 7 模框下降Y01 7 料斗们开 关 x02 0 料斗开Y02 0 备用x02 1 模头振动Y02 1 布料箱向x02手动指示Y02 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 18 前2灯2 布料箱向 后 x02 3 自动指示 灯 Y02 3 上模上位x02 4 左机械锁Y02 4 下模下位x02 5 右机械锁Y02 5 模框上位x02 6 模框下位x02 7 托板前位x03 0 托板后位x03 1 砌块运输 机 x03 2 左机械锁x03 3 右机械锁x03 4 振动电机 1x03 5 振动电机 2x03 6 由 I O 分配表知 输入端共 31 点 输出端共 22 点 I O 实际点数需 53 点 3 5 23 5 2 PLCPLC 的选型的选型 1 I O 总点数计算 为以后改进留有一定的余地 PLC 总点数 I O 实际点数 10 15 60 点 所以 选 I 0 总点数为 60 点 2 I O 点输出型式 从全自动墙体砖压机控制过程可知 全自动墙体砖压机输入是位置开关信号法 前后限位开关 上下限位开关 以及判断工件有关的光电控制开关 因均是开关量 而且主要是驱动 13 个电磁阀线圈 用以分别控制 HF1100 型全自动墙体砖压机的料 斗油缸前端 料斗油缸后端 压头油缸下端 脱模 压头油缸上端 托板供给前端 托板供给后端 托板接收器上端的电路的通断线圈 使用功率一般需 30W 因此 输出模块选择继电器输出型 抗干扰输入输出信号均需光电隔离 一般 PLC 都设计 了光电隔离电路 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 19 3 用户存储器容量的计算 因为 I O 输入输出均是开关量且总点数为 60 点 所需存储器容量计算如下 所需存储器字节数 输入 输出总点数 10 60 10 600 4 PLC 选型 按照以上要求 本着控制可靠 价格便宜以考虑及我在学校学习的 PLC 就是 FX2N型的 所以本设计选用了日本三菱公司 FX1N 60MR 型 PLC 产品 FX1N 60MR 主 要指标如下 最大 I O 点数 60 点 输出形式 继电器输出 程序容量 2K 执行 速度 1 6 3 6 s 定时 计数器 51 64 个 中断源 4 个 可见 该型 PLC 能满 足设计要求 3 6 PLC 程序语言选择 PLC 常用的编程语言有梯形图语言 助记符语言 流程图语言和布尔代数语言 等 其中前两种语言用得较多 流程图语言也在许多场合被采用 梯形图语言沿用继电器控制原理的形式 采用了常开触点 常闭触点 线圈和 功能块等结构的图形语言 并观 简便 易于被掌握 但要求配置较大的显示器 这在小型 PLC 机上很难被满足 故需借助于助记符语言 助记符语言是 PLC 的命令 语言表达式 其语句是指令功能的英语缩写形式 例如 三菱公司的 F1 型 PLC 可 编程器基本逻辑指令 与 或 与非 输入 输出 结束 等指令就可 用相应的 AND 0R AN1 LD OUT END 表示 显然助记符语言作为 梯形图派生语言 既保持了梯形图简单 直观 易懂的特点 又能采用便携式编程 器编制用户程序 此外如经调试符合要求后 还可方便的写入 PLC 中 今后修改也 很方便 因而为一般用户所广泛采用 但是在以顺序动作机械控制中 若采用梯形图方法编制程序 则既复杂又难懂 又费时 限制了它的使用 此时采用状态流程图表示 用步进顺控指令编程会很方 便 直观 状态流程图语言是一种描述顺序控制系统功能的图解表示法 主要由 步 转移 及 有向线段 组成 如果适当运用组成元素和转移触发条件 可模拟 出控制系统的静态与动态运行图 从中很容易发现潜在故障 流程图编程常使用步 进顺控指令 如用 LD AND ANI 等指令全表示状态转移条件 用 SET 指令 指向下一转移状态 STL 指令则用于激活其一状态 是与主毋线联接的接点 因 而其后可以输出信号 RET 则是状态返回指令 由上述全自动墙体砖压机的动作过程可知 本型号全自动墙体砖压机顺序动作 逻辑性较强 显然采用状态流程图法用步进顺控指令编程是最佳选择 该方法还有 一个特出的优点 就是编程者每次只考虑一种状态而不用考虑其它状态使编程直观 明了 而且当执行下一状态就自动将上一状态复位 这就避免了繁杂的电气互锁电 路设计 使设计简单 可靠 3 7 PLC 控制程序设计 根据全自动墙体砖压机工艺动作图先画出顺序流程梯形图 然后再依顺序流程 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 20 图用步进顺控指令编制出 PLC 控制程序 程序见附录 1 所示 3 8 外部电路设计 外部电气电路主要完成 将托板 模头 布料箱等的上 下 前 后位的限位 开关接头送 PLC 输入模块 将 PlC 的输出通过继电器 接触器进行电压 功率转换 从而在 PLL 控制下 驱动油泵电机 振动电机 1 振动电机 2 送料电机 砌块输 送机 模头振电机以及料斗 压振 脱模 托板等八个电磁阀的逻辑程序动作 完 成压制各类砌块件的任务 为避免误操作 对它们的运行还进行了互锁设计 下面 对外部电气图纸上各接近开关 电机 操作面扳上标号 代号 功能等说明如下 表 4 2 接近开关控制功能 代号功能 SQ1托板接受器下降减速时动作 SQ2托板接收器上位时动作 SQ3托板接收器到达下位时动作 SQ4托板接收器到达前位时动作 SQ5托板供给器到达后位时动作 SQ6模头上位时动作 SQ7托模时托板接收器下降 模头到达返回时动作 SQ8布料箱到达前位时接通 SQ9布料箱到达后位时动作 SQ0托板送到输送机上时动作 2 控制箱面板上的开关控制功能 1 电源开关 控制箱电源开关 2 泵站起动 启动油泵电机 3 泵站停止 停止油泵电机 4 加热器启动 启动泵站加热器 5 加热器停止 停止泵站加热器 6 送料电机 启动送料皮带机 7 送料电机 启动送料电机 8 布料箱向前 启动布料箱向前动作 9 布料箱向后 启动布料箱向后动作 10 受动 自动 工作方式选择 机器是自动运行还是手动运行 11 质量监控关 开 决定是否对砌块质量监控 12 托模机头向上 启动模头向上动作 13 托模机头向下 启动模头向下动作 14 托板接受器向上 启动托板接受器向上动作 15 托板接受器向下 启动托板接受器向下动作 16 紧急停止按下 切断控制箱控制电源 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 21 17 工作方式 选择机器工作方式间断或连续 18 自动起动 自动方式下 由其实现启动 19 砌块过高脱模 同切断控制箱控制电源 20 振动电机 启动振动电机 21 砌块输送机按下 启动砌块输送机 22 托板供给器向前 启动托板供给器向前动作 23 托板供给器向后 启动托板供给器向后动作 3 9 设计完成动作示意图 如下图所示 图 3 1 动作示意图 4 4 结论结论 本文通过对全自动墙体砖压机的分析 确定了本课题的主要研究内容 在确定 了砖压机初步设计方案后 采用传统理论方法 即材料力学方法 对其机身进行了 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 22 强度和刚度计算 通过设计 计算 校核确保设计的准确性和可行性 接着采用分 析和计算以及参考相关的文献设计了液压系统 根据前述章节的讨论 可以得出以 下结论 目前设计的主要传统理论依据 材料力学的计算方法具有广泛的应用价值 从计算来看 对于机身的结构设计计算方法很多 综合比较后决定采用传统理论进 行计算 本文由工程设计向几何模型简化 再由几何模型向计算模型简化时存在简化过 大的问题 铸造缺陷及筋板布置问题都考虑不足 会引起应力集中的孔 洞也被简 化了 这些都直接影响分析结果的精确性 实体建模是极其重要的 模型越接近实 际计算结果就越精确 当然计算量及复杂程度也越大 为了保证足够的安全性要求 机身各部份都尽量去较大值 虽然这样从材料的 使用上看 不是最优化的选择 但是从安全角度 这是必要的 由于设计时间紧 没有对设计的设备进行实际试验 应采用应力测定测量出液 压机各