液压自动顺序控制系统的设计.doc

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：液压自动顺序控制系统的设计低压双缸顺序动作（A出B出B回A回）、液压缸B的设计 学 院： 机 械 工 程 学 院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：_ *_ 学 号： _*_ _ 学生姓名： *_ _ 指导教师： _*_ _ 2009年 6 月 19 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学毕业论文(设计) 第 III 页目 录目 录I摘要IVAbstractV第一章 液压系统的设计要求及设计依据21.1 液压自动顺序控制系统的设计要求21.2 设计依据31.3 设计参数和要求41.4 设计步骤与内容5第二章 液压控制回路的设计62.1 液压传动顺序动作回路62.2 控制回路的拟定72.3 液压系统的组成82.4 液压系统的基本回路82.4.1 压力控制回路的设计82.4.2 调速回路92.4.2 卸荷回路102.4.3 方向控制回路11第三章 标准件的计算与选取133.1 确定液压泵的流量、压力、规则与选取133.2 与液压泵匹配的电动机的选择153.3 液压阀的选择153.4 过滤器的选择173.5 油液温升验算18第四章 继电器控制电路设计214.1 继电器控制原理214.2 继电器控制电路设计214.3 继电器控制电路的工作原理254.4 实验回路的搭建294.4.1 建立动作仿真回路294.4.2 实验回路的构建31第五章 PLC控制电路设计335.1 PLC概述335.2 PLC的构成及工作过程345.2.1 PLC的构成345.2.2 工作过程345.3 PLC控制电路的I/O分配355.4 PLC梯形图的编写365.5 构建实验回路37第六章 非标准件液压缸的设计计算406.1 初选系统的工作压力406.2 计算液压缸的工作面积和流量406.2.1 液压缸A的计算406.2.2 液压缸B的计算43第七章结 论47参考文献49致 谢50附 录51 液压自动顺序控制系统的设计低压双缸顺序动作（A出B出B回A回）、液压缸B的设计摘要顺序控制回路是实现多个执行元件依次动作的液压控制回路，是液压控制回路中较为典型的一种控制回路，是液压系统的一个重要的应用领域。液压顺序控制回路在工业生产中应用相当广泛，如在自动化生产线中的分拣装置、传送装置、提升装置、进给装置、加工装置和装配装置中均可采用不同形式的液压顺序控制；在薄板压力机、拉床、注塑成型机、自动机床刀架液压系统等机械中也采用各种形式的液压顺序控制。设计内容是首先设计液压自动顺序控制系统原理图，标准液压元件的计算选择;其次设计继电器控制顺序回路、基于STEP7软件设计PLC控制回路并对其进行控制，运用FluidSIM软件进行回路仿真。在液压实验台上进行实验回路的搭建；第三是对液压系统相关数据的计算、非标准液压元件液压缸的计算，最后，通过AutoCAD完成了液压系统原理图、液压缸装配图及零件图的绘制。关键词：自动顺序控制，液压缸，继电器控制，PLC，AutoCAD 贵州大学毕业论文(设计) 第 V 页The Design of Hydraulic Automatic Sequence Control SystemLow Pressure Sequence Circuit for Two Cylinders (A Extension B Extension B Return A Return ) And B hydraulic cylinder designAbstract In proper order control back track is carry out manies the performance component one by one in order act of the hydraulic control a back track and is a hydraulic control back track in is more the applied realm of importance of hydraulic system for a kind of control back track of typical model.The hydraulic sequence controls a back track in the industrial production and applies very and extensively, if is automating the cent Jian device in the production line, transmission device, promotes device and enters to equip, process device and assemble device in all can adopt the hydraulic sequence of different form control;At lamella pressure machine, pull a bed and note Su to model machine and automatic tool machine knife hydraulic system etc. to also adopt multiform hydraulic sequence in the machine control.Designing the contents designs a hydraulic first auto in proper order control system principle diagram, the calculation choice of standard hydraulic component;Secondly the design controls an in proper order back track after the electric appliances, according to STEP7 software design PLC control back track combine as to its carry on a control, make use of FluidSIM the software carry on a back track to imitate really.Test on the stage to start experiment a building of back track in the hydraulic;The third is the calculation of the calculation to the hydraulic system related data, not- standard hydraulic component hydraulic urn, end, completed designing of the hydraulic system principle diagram, hydraulic urn assemble diagram and spare parts diagram through AutoCAD.Keywords: Sequential control，hydraulic cylinder，relay control，PLC，AutoCAD 贵州大学毕业论文(设计) 第 51 页前 言 液压顺序控制回路是实现多个执行元件依次动作的液压控制回路，是液压控制回路中较为典型的一种控制回路，是液压系统的一个重要的应用领域。液压顺序控制回路在工业生产中应用相当广泛，如在自动化生产线中的分拣装置、传送装置、提升装置、进给装置、加工装置和装配装置中均可采用不同形式的液压顺序控制；在薄板压力机、拉床、注塑成型机、自动机床刀架液压系统等机械中也采用各种形式的液压顺序控制。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、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。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、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变成机械能的装置，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换称为机械能，从而对外做功。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，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。第一章 液压系统的设计要求及设计依据1.1 液压自动顺序控制系统的设计要求液压顺序控制回路是实现多个执行元件依次动作的液压控制回路，是液压控制回路中较为典型的一种控制回路，是液压系统的一个重要的应用领域。液压顺序控制回路在工业生产中应用相当广泛，如在自动化生产线中的分拣装置、传送装置、提升装置、进给装置、加工装置和装配装置中均可采用不同形式的液压顺序控制；在薄板压力机、拉床、注塑成型机、自动机床刀架液压系统等机械中也采用各种形式的液压顺序控制。液压自动顺序控制是在液压顺序控制回路的基础上，采用液压元件、电器控制元件及PLC控制器等实现系统的自动控制。液压自动顺序控制按控制方法不同分为压力控制、行程控制和时间控制。在压力控制顺序动作回路中，可分为用负载压力自动控制液压缸顺序动作的回路、用顺序阀的顺序动作回路及用压力继电器的顺序动作回路等，用压力控制的顺序回路，由于管路中的压力冲击，会使后一行程的液压缸产生先动现象，特别是对多缸的顺序动作，有时无法安排各压力顺序的调定压力，所以对顺序要求严格或多缸的液压系统，用压力控制方式效果不好一般宜采用行程控制方式。在行程控制顺序动作回路中，可分为用行程阀的顺序动作回路、用行程开关的顺序动作回路、用顺序缸的顺序动作回路及用位置检测的传感器实现的顺序动作回路等，采用顺序缸控制的顺序回路，一旦设计完成，其动作顺序和行程位置均无法改变。在时间控制顺序动作回路中，可分为用延时阀的顺序动作的回路、用时间继电器实现的顺序动作回路及PLC编程实现时间延时的顺序动作回路等，用延时阀实现的顺序动作回路，调节不准，一般用得较少。按执行元件液压缸的数量分为双缸控制、三缸控制及多缸控制。按采用控制元件的不同分为液压元件控制、电器元件控制、PLC控制及计算机控制等形式。在液压自动顺序控制系统中，双液压缸顺序控制是最为典型的顺序控制，在双液压缸作用下可以实现多个位置控制，每个液压缸可以有一个位置量，也可以有多个位置量。本毕业设计题目要求设计双液压缸液压顺序控制回路，控制方式为行程控制和时间控制相结合的方式，设计两个位置量的情况，用位置传感器进行位置信号的采集，并进行继电器控制回路的设计和PLC控制回路的设计。设计出的顺序动作回路不仅可以实现自动控制，而且在液压系统不变的情况下，可以对控制的行程、控制时间进行调整和修改，且调整和修改方便，甚至只需修改设计的程序。本系统双液压缸自动顺序控制的形式有下图所示的动作方式：A缸推出 B缸推出 B缸返回A缸返回 本设计课题结合专业方向和教学内容，对液压顺序控制系统进行深入分析，按给定条件和要求完成液压顺序控制回路的设计和电器回路设计，运用FluidSIM软件进行回路仿真，进行元器件的选择，在实验台上构建实验回路系统，并对所用液压元件进行相关的设计等方面内容。本课题是一个集机械、电子技术、液压技术、传感器技术、仿真技术和控制技术等多门学科相结合的综合性课题，着重培养学生运用本科所学的基本理论、专业知识，提高分析与解决工程技术问题的能力。并通过实验回路的构建和设计，培养学生的动手能力和创新能力。根据液压系统压力范围的不同、控制方式的不同以及非标件设计的不同，本液压系统课题设计使用：液压自动顺序控制系统的设计低压双缸顺序动作（A 出B出B回A回）、液压缸B的设计1.2 设计依据液压自动顺序控制回路的特点及要求1设计双液压缸顺序控制系统。2顺序控制动作方式：A缸推出B缸推出B缸返回A缸返回，要求进行设计。3控制方式采用行程控制、时间控制方式。4电器控制回路设计要求进行继电器控制回路设计和PLC控制回路的设计。5设置不同的液压缸停留时间，按要求实现。6设计的控制系统应能实现自动控制要求，控制系统和控制方法简单、可行。7控制系统分为低压系统，按要求进行设计。8设计的非标件为液压缸B，按要求进行设计。1.3 设计参数和要求1.低压系统（1） 低压系统工作压力.（2） 液压缸A最大推力；液压缸B最大推力；（3） 液压缸停留时间设计液压缸A停止时间；液压缸B停止时间.（4） 液压缸A最大行程；液压缸B最大行程.（5） 液压缸A工作过程时间，回程时间；液压缸B工作过程时间，回程时间.2.其余设计参数可根据实验设备的相关资料及设计手册选取。3.参数设计及参数选择应在所给的范围内设计和选取。4.设计要求 （1）设计图纸，包括液压顺序控制系统原理图、液压顺序控制系统回路图、继电器控制回路图、PLC控制回路图，液压元件装配图及零件图。论文图纸要求有计算机绘图。要求制图正确、图面整洁、各项标注齐全、符合国家标准。（2）设计说明书具体内容包括液压顺序控制系统在工业生产中的应用、液压顺序控制系统的类型、液压顺序控制回路的设计、电器控制回路设计、运用FluidSIM软件进行回路仿真、系统回路中液压元件和电器元件的选型、实验回路的构建、液压非标准元件的设计等。各部分要配必要的简图、设计程序和仿真结果图，要求计算正确、文字通顺、书写规整、条理清楚。（3）毕业论文(设计)字数不少于1.5万字，格式按贵州大学本科毕业论文(设计)规范化要求书写。论文摘要要求中英文必备，摘要应阐述设计的概貌、特色及采用新技术等内容，字数在300字以内，英文摘要应注意用词准确、语言通顺、语法正确。1.4 设计步骤与内容1明确设计依据与要求根据设计依据与要求，先熟悉和了解相关的设计内容，深入学习所学过的相关基础理论知识和专业理论知识。2收集资料与调研实习 设计前应了解和掌握液压控制系统的有关知识和理论以及电子技术理论和PLC等的相关理论知识。实习中应注意观察液压回路的动作过程和有关部件的结构及其连接关系，仔细观察并实测所需设计零部件的结构与参数，并收集有关图纸资料。（1） 液压顺序控制液压系统的设计。包括液压系统设计计算、标准元件的选择。（2） 继电器控制回路设计。（3） 学习FluidSIM软件，运用FluidSIM软件进行继电器控制回路设计和回路动作仿真。（4） 继电器控制回路中控制元器件的选择。（5） 在实验台上构建实验继电器控制回路。（6） 学习STEP7软件，在计算机中完成PLC控制回路设计。（7） PLC控制回路中控制元器件的选择。（8） 在试验台上构建实验PLC控制回路。（9） 非标件液压缸B的设计计算，装配图的绘制，零件图的绘制。（10）继电器控制图绘制，PLC控制图绘制，顺序回路动作仿真图的绘制。（11）编写设计说明书。第二章 液压控制回路的设计2.1液压传动顺序动作回路顺序动作回路的功能是，使液压系统中的各个执行元件严格地按规定的顺序动作。按控制方式不同，顺序动作回路可分为行程控制、压力控制和时间控制三类。行程控制顺序动作回路是在液压缸移动一段规定行程后，由机械机构或电气元件作用，改变液流方向，使另一液压缸移动的回路。压力控制顺序动作回路是用油路压力的差别自动控制多个执行元件先后动作的回路。压力控制顺序动作回路对于多个执行元件要求顺序动作，有时在给定的最高工作压力范围内难以安排各调定压力。对于顺序动作要求严格或多执行元件的液压系统中，采用行程控制回路实现顺序动作更为合适。时间控制顺序动作回路是采用延时阀、时间继电器等延时元件，使多个液压缸按时间先后完成动作的回路。 液压自动顺序控制是在液压顺序控制回路的基础上，采用液压元件、电器控制元件及PLC控制器等实现系统的自动控制。液压自动顺序控制按控制方法不同分为压力控制、行程控制和时间控制。在压力控制顺序动作回路中，可分为用负载压力自动控制液压缸顺序动作的回路、用顺序阀的顺序动作回路及用压力继电器的顺序动作回路等，用压力控制的顺序回路，由于管路中的压力冲击，会使后一行程的液压缸产生先动现象，特别是对多缸的顺序动作，有时无法安排各压力顺序的调定压力，所以对顺序要求严格或多缸的液压系统，用压力控制方式效果不好一般宜采用行程控制方式。在行程控制顺序动作回路中，可分为用行程阀的顺序动作回路、用行程开关的顺序动作回路、用顺序缸的顺序动作回路及用位置检测的传感器实现的顺序动作回路等，采用顺序缸控制的顺序回路，一旦设计完成，其动作顺序和行程位置均无法改变。在时间控制顺序动作回路中，可分为用延时阀的顺序动作的回路、用时间继电器实现的顺序动作回路及PLC编程实现时间延时的顺序动作回路等，用延时阀实现的顺序动作回路，调节不准，一般用得较少。按执行元件液压缸的数量分为双缸控制、三缸控制及多缸控制。按采用控制元件的不同分为液压元件控制、电器元件控制、PLC控制及计算机控制等形式。2.2控制回路的拟定根据设计要求:双缸顺序动作(A出B出B回A回)。经过2.1节的分析比较，本设计采用行程控制和时间控制相结合的控制方式，其控制元件采用继电器元件控制和PLC控制。控制回路原理图如图2.1所示。原理图如下：图2.1 液压系统控制图1-过滤器 2-液压泵 3-二位而通电磁换向阀 4-溢流阀 5-三位四通电磁换向阀 6-单向阀7-液压缸A 8-液压缸B 9-油箱 10-位置传感器启动液压控制系统，电磁铁1YD得电，电磁阀阀芯移动使得阀的左位工作，液压泵向液压缸A的左腔供油，A缸活塞杆伸出，实现A出。当A缸活塞杆伸出到预定位置时，传感器10-2获取信号并控制1YD失电而3YD得电。1YD失电后，A缸停止动作，3YD通电后，B液压缸左腔进油，活塞杆伸出，实现B出。当B缸活塞杆伸出到预定位置时，传感器10-4获取信号并控制3YD失电而4YD得电。4YD通电后，B液压缸右腔进油，活塞杆退回，实现B回。当B缸回到初始位置时，传感器10-3获取信号，4YD失电，2YD得电，A缸右腔进油，活塞杆退回，实现A回。当A缸回到初始位置时，传感器10-1获取信号，电磁铁1YD得电，从而实现循环动作。2.3液压系统的组成 1动力源液压泵站 它将电动机（或其他原动机）输出的机械能转变为工作液体的压力能。本设计为液压泵。 2执行元件 液压缸 它把工作液体的压力能重新转变为往复直线运动或回转运动的机械能，推动负载运动。 3控制元件电液换向阀、溢流阀、二位二通换向阀、调速阀，对液压系统中液体压力、流量、（速度）和方向进行控制和调节，实现液压系统的工作循环。 4辅助元件油箱、管路、管接头、过滤器、冷却器，为保证液压系统正常工作所需要的上述三类元件以外的装置，在系统中起到输送、加热、冷却、过滤和测量等作用。 5工作介质液压油 利用它进行能量和信号传递。2.4 液压系统的基本回路2.4.1 压力控制回路的设计压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个液压系统或局部油路工作压力的回路。压力控制回路常有减压、调压、保压等回路。本次设计液压系统采用定量泵 先导式溢流阀调压，是液压系统最基本的调压回路。图2.2 压力控制回路1-液压泵 2-溢流阀2.4.2 调速回路 速度控制回路是对液压执行元件的运动速度进行调节和变换的回路，即执行元件从一种速度变换到另一种速度回路，达到设计所需要求。 图2.3 调速回路图 1二位二通换向阀 2单向调速阀 3液压缸 如图2.3所示，调速方式是采用进油路调速。当换向阀处于右位时，油从阀出来进入单向调速阀2（4）调速，根据系统所需要的速度来调定，再进入缸实现动作。调速阀2（4）是有一个单向阀和一个节流阀组成的，只能实现单向调速。即只能完成进油路调速。2.4.2 卸荷回路卸荷回路使用电磁阀控制能够广泛用于自动控制系统中，用于一般机械和锻造机械，如图2.4所示。 图2.4 卸荷回路图1-液压泵 2-二位二通电磁换向阀A液压缸和B液压缸工作的过程中，按下停止按钮SB2，中间继电器K1失电，使电磁铁1Y、2Y、3Y、4Y同时失电，电液换向阀的阀芯都回到中位。K1失电，二位二通换向阀的左位工作，系统处于卸荷状态。2.4.3 方向控制回路方向控制回路用来控制液压系统各油路中液流的接通、切断或变向，使各元件按所需要的一系列动作（启动、停止或换向）等，采用换向阀的换向回路，换向阀应根据操作的需要和液压系统的特点进行选用。比较以下几种换向阀：（1）比如对自动化要求的系统可选用手动换向阀。（2）小流量系统选用电磁换向阀。（3）大流量系统可选用液动换向阀。（4）频繁往复换向运动的液压系统可以选用机液换向阀或电液换向阀。（5）对于复合动作较多的工程机械等设备的液压系统宜选用多回路换向阀（电磁换向阀作为先导阀,用来改变液动换向阀的控制油路方向,推动液体动换向阀阀芯移动.由于控制压力油的流量很小,因此电液换向阀的规格很小.液动换向阀作为主阀,用来实现主油路的换向,其工作位置由电磁换向阀的工作位置相应确定）。本次设计为低压系统，故选用电磁换向阀来调节换向方案图如图2.5所示2.5 换向回路图1-液压泵 2-三位四通电磁阀 3-液压缸液压系统的设计作为液压自动顺序控制系统的设计的重要组成部分，也是在满足系统工作要求下首先需要完成的工作。对于本次设计在满足设计的工作要求的条件下，设计出以下系统图。其工作过程为：当开启液压泵时，液压油进如液压泵2，为了防止液压油突然通过换向阀进入液压缸，不便于控制，所以在系统启动前就使溢流阀3处于接通位置，油液就直接回到油箱。当按下按钮开关后，三位四通电磁换向阀处于左阀位，液压油就进入液压缸，则液压缸此时伸出。当A缸完全伸出时通过行程开关等，让另一个三位四通电磁换向阀的左阀位得电，此时换向阀处于左阀位液压油进入B缸，B缸伸出。当B缸完全伸出时通过行程开关等，让其A断电此时换向阀处于右工作位，则液压油进入到有杆腔，让活塞杆返回。当B缸的活塞杆完全返回后，此时再通过开关控制，让前个换向阀处于左阀位，A缸返回。油液进入A缸，A缸返回这样就可以完成一个工作循环过程。第三章 标准件的计算与选取3.1 确定液压泵的流量、压力、规则与选取1泵的工作压力的确定： 考虑到正常的工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为： 式中：液压泵的最大工作压力； 执行元件最大工作压力； 进油管路中的压力损失，初算时间单系统可取复杂系统取，本设计取。=6+0.5=6.5MPa 上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力应满足。中底压取小值，高压系统取大值。在本设计中取1.3。=1.3= 2泵的流量的确定： 液压泵的最大流量应为式中：液压泵的最大流量；同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。系统泄漏系数，一般取，现取=1.2=3选择液压泵的规则：根据以上求得的和值，查资料4表19-5-22，现选用YB-E63F单级定量叶片泵，其压力脉动及噪音小，实用于一般机床的主传动和控制；亦实用于油压机、挖掘机等液压传动中。该泵的基本参数如表7-1所示，现选用叶片泵YBB48CF。图3.1 YBB48CF型叶片泵结构图表31 叶片泵YBB48CF的技术参数额定排量ml/r额定压力MPa输入功率KW转速r/min重量kg48.310.515.1460200030（法兰连接） 3.2 与液压泵匹配的电动机的选择 在此设计中是B缸的外负载35KN最大，因此以B缸的快进为参数来选择电动机，快进时所需的电动机的功率为：式中：液压泵的最大工作压力； 液压泵的最大流量；液压泵的总效率；于此，所选的电动机的型号为Y180M4。表32 电动机Y180M4性能数据功率KW电压V接法转速r/min温升额定电流电流A效率18.53801470757.035.9913.3液压阀的选择1先导溢流阀液压油从进油腔P进入空腔a，作用在大直径台肩上部的圆环形面积上。当油液压力大到一定值时，压力油通过阻尼小孔e，经过f孔、g腔、h孔，顶开阀心7进入I腔，再通过孔j、b流入空腔c，从回油腔o流出。由于油液通过阻尼孔e时产生压力降，使主阀心2大直径台肩的上下油液形成一定的压力差；因此可克服弹簧3的作用力将主阀心2抬起，油液即经过空腔c溢回油箱。表33 技术参数型号最高使用压力MPa调压范围MPa最大流量L/min质量kgBT0332250.5251005 2三位四通电磁换向阀电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组合而成.其中,电磁换向阀作为先导阀,用来改变液动换向阀的控制油路方向,推动液体动换向阀阀芯移动.由于控制压力油的流量很小,因此电液换向阀的规格很小.液动换向阀作为主阀,用来实现主油路的换向,其工作位置由电磁换向阀的工作位置相应确定.由于较小的电磁铁吸引力被放大为较大的液压推力,因此主阀芯允许大流量通过. 根据以上求得的和值，查参考文献4表19-7-203选用SDSG013C50 表34 技术参数 类别型号最大流量L/min最高使用压力MPa最高换向频率质量kg无冲击型SDSG013C504016RC、R/2.02.2电液换向阀的主阀的滑阀机能是O型，中位是三位四通，其特点是各油口全部关闭，系统保持压力，执行元件各油路封闭。如图5.3所示图3.2 O型滑阀机能 3.单向调速阀表35 技 术 参 数型号QF3E10B同径mm10额定压力MPa16最大稳定流量L/min50使用油温100最低作用压力MPa0.7重量kg5油液黏度3.4 过滤器的选择对于低压系统一般要求推荐的过滤精度为2550m，再根据滤油器的通过流量必须大于等于主泵所流过的最最大流量120ml/min（见主泵的参数）。除此之外，还要考虑滤油器长时间工作可能因局部堵塞而减少通过的流量，因此要选择稍微大流量的滤油器。综合考虑，所选滤油器为线隙式滤油器。 表36 参数如下型号通径（mm）流量(L/min)压力(Mpa)过滤精度mXUA10050401601.6303.5 油液温升验算对于系统效率较低或散热条件较差的油箱，应进行散热或油液的温升验算。根据所需散发的热量和油箱的有效散热面积，核算油液的最高工作温度是否在允许限度之内；或在设计时根据允许的油液的温差，计算出油箱的最小有效散热面积，从而确定出油箱的容量。下面是所需散发热量的计算：使油温升高的热量，主要来源于油泵的能量损耗、油液流经管道、节流孔、液压元件和执行器的阻力损失。有时设备中其它机械损失所产生的热量，有一部分为液压油所吸收。在大多数情况下，油液流经管道及执行器的阻力损失较小，一般可按照油泵的能量损耗和溢流阀的节流损失算出所散发的热量。1. 液压泵的功率损失（参考文献21） =P（1-） （W） (3-1）式中：-为液压泵的功率损失 P-为液压泵输入的功率 -为液压泵的总效率 =15.68(1-0.95) =784 (w)2. 阀的功率损失（参考文献5） =pq（W） （3-2） 式中：p-为溢流阀的调整压力 （） q-为经过溢流阀流回油箱的容量 （/s）根据前面所设计的非标元件液压缸可知，溢流量q=46.28L/min=7.7/s，则 =13.15857.7=10.132(KW) 系统总的功率损失，即系统的发热功率H为上述两项之和 H=+ （3-3） =784+10132=10.916 (KW)3. 油箱的油箱散热面积A的计算由所选油箱的有效容量375L可近似算出油箱的油箱散热面积A为 A6.66 （3-4） 6.66 4.8 4.散热计算液压系统各部分所产生的热量，在开始时一部分由运动介质及装置本身所吸收，较少一部分向周围辐射。当温度达到一定数值，散热量与发热量相对平衡，系统即保持一定的温度不再上升。若只考虑油液温度上升所吸收的热量和油箱本身所散发的热量时，系统地温度T随运转时间t的关系变化如下（参考文献8）：T=+1-exp() (3-5) 当t时，系统的平衡温度为: =+ (3-6) T-为油液的温度 k -为环境温度 k H-为系统的发热功率 w k-为油箱的传热系数w/()： 周围通风很差时 k=89 周围通风很好时 k=15 用风扇冷却时 k=23 用循环水强制冷却时k=110174 A-为油箱的散热面积 m-为油箱中油液的质量 kg C -为油液的比热矿物油一般可取C=16752093J/（kgK）；本系统中用循环水强制冷却，则k=110。 =25+ =45.67 ()油箱中的油温一般最高工作温度不应超过65，推荐小于50（参考文献12）。由计算可知未超过所允许的值，所以可以不用加冷却器冷却。第四章 继电器控制电路设计4.1 继电器控制原理 用继电器、接触器等触点电器组成的控制电路，称为继电-接触器控制电路。它的主要特点是操作简单、直观形象、抗干扰能力强，并可进行远距离控制。但是这种控制电路是以继电器、接触器的触点的接通或断开的方式对电路进行控制，但系统的精度不高。在接通与断开电路时，触点之间会产生电弧，容易烧坏触头，造成线路故障，影响工作的可靠性。另外，控制电路是固定接线，没有通用性和灵活性。但由于继电-接触器控制系统所用的控制电器结构简单、投资小，能满足一般生产工艺要求，因此在一些比较简单的自动控制系统中应用仍然广泛。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。时间继电器主要用于交流电力自动控制系统中，作为异步电动机和同步电动机启动的延时，或其他直流控制设备中。它可以根据使用的场合及控制系统的要求来选用。如操作频繁的场合采用电磁式，延时精度要求很高的场合常采用晶体管式，多尘或有潮气的场合可采用水银式等。4.2 继电器控制电路设计当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)继电器及非电气量(如温度、压力、速度等)继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实验上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。1电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。2继电器主要产品技术指标 （1）额定工作电压（2）直流电阻（3） 吸合电流（4）释放电流触点（5）切换电压和电流3继电器的选用（1）先了解必要的条件（2）控制电路的电源电压，能提供的最大电流；（3）被控制电路中的电压和电流；（4）被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。4查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。5注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。 液压自动顺序控制系统电气控制线路的主电路，包括液压泵驱动电机的启动、停止等电路由于有集成的配套装置，现在不再设计，而是直接取用。现采用控制电源变压器，将控制电压降至24V，直接控制系统线路的电源。（1）单缸自保持电路，系统图如下：图4.1 此系统由简单的泵、阀和缸体组成单缸自保持电路，电路图如下：图4.2 单缸自保持电路图当按下命令按钮后，KS得电，得电，在位置传感器A1采集信号后，KS1得电，通过A2形成自保持电路，由于KS1得电后得电，电磁换向阀的Y1位工作，液压缸的无杆腔进油，滑动平台滑动，活塞杆伸出，当活塞杆到达位置传感器A2后，使得得电，让KS2得电，并再次的形成了自保持电路，使得Y2工作，让活塞杆缩回，当活塞杆返回触击传感器A1后，KS1得电，不断循环下去，直到按下命令按钮SB2后，才断电停止。（2）双缸顺序动作电路，电路图如下： 图4.3 继电器控制回路图 4.3 继电器控制电路的工作原理 继电器电路图如上图所示，其继电器控制电路的工作原理如下：1 双缸原位停止： 当未启动开关SB1时，电磁铁1Y、2Y、3Y、4Y、都处于断电状态，三位四通阀阀芯处于中位，A液压缸和B液压缸都停止不动。2 A液压缸伸出： 按下启动按钮SB1，中间继电器K1得电而动作后并自锁，继电器K2得电并自锁，当K2得点后，使1Y通电并自锁，于是1Y通电，则换向阀左位工作并推动主阀阀芯使其左位工作。液压油经减压阀减压后通过电液换向阀的左位进入液压缸A的无杆腔，而推动液压缸A的动力滑台向前伸出。 图4.4 A缸伸出控制线路图3 B液压缸伸出：在A液压缸伸出的过程中，位置传感器A2采集到信号，使常开触电开关A2得电闭合，由于此时位置传感器B1发出信号使常开触点B1闭合，中间延时继电器闭，延时闭合后并自锁。电磁铁3Y得电，电液换向阀的左位工作，B缸伸出的同时保证了A缸的工作状态，直到B缸伸出使传感器B1采集到信号使常闭触电B1断开，电液换向阀阀芯才回中位。 图4.5 B缸伸出控制线路图4 B液压缸的缩回：在B液压缸伸出的过程中，位置传感器B2采集到信号，使常开触电开关B2得电闭合，中间延时继电器K4延时闭合并自锁，使电磁铁4Y得电，电液换向阀的右位工作，油液经B液压缸的有杆腔，使B液压缸缩回，直到缩回完毕。图4.6 B缸缩回控制线路图A液压缸缩回：当B液压缸缩回到位时，B1传感器发出信号，使常开触电B1闭合，由于此时触点A2还是闭合状态，所以延时闭合继电器K6得电并保持，使常开触电K4闭合，电磁铁2Y得电，A液压缸缩回。当缩回到位后，传感器A1采集到信号，使得触电K2闭合，电磁铁1Y得电。图4.7 A缸缩回控制线路图5 任意位置停止：A液压缸和B液压缸工作的过程中，按下停止按钮SB2，中间继电器K1失电，使电磁铁1Y、2Y、3Y、4Y同时失电，电液换向阀的阀芯都回到中位。K1失电，二位二通换向阀的左位工作，系统处于卸荷状态。4.4 实验回路的搭建4.4.1 建立动作仿真回路通过前面的液压系统和继电器控制电路的设计，现在可以在实验台上构建实验的继电器控制回路。由于实验室液压管有限，现在FESTO气压实验台上构建实验的继电器控制回路。其工作性质原理和液压实验台完全一样。实验室气压实验台设备是引进德国技术，主要用于继电器和PLC控制单缸或多缸的动作顺序控制，本设计系统是用PLC控制液压双缸的动作顺序。根据实验室提供的设备，本设计搭建实验回路选用的气压元件如下：传感器：