无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计【含CAD图纸】
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- 内容简介：
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摘要本文介绍了无心外圆磨床的上下料系统控制的原理和特点，主要是通过PLC控制液压系统实现对工件上料和收料的控制。先根据的已知条件计算并选择液压系统各个元件，如液压泵、电磁阀、流量控制阀等，再设计连接液压回路，形成液压的传动系统。由液压系统的不同控制控制方式、如手动控制和自动控制，选择合适的PLC，编写程序，绘制电气接线图，并在运行过程中不断的调整和优化。而且在整个过程中会有变频器对电机的调速和传感器的检测，这些也有赖于PLC的控制，总之，最后由PLC程序控制液压系统形成一个统一的控制系统整体，达到控制液压系统完成特定的工作行程的目的。关键词：PLC 液压系统 变频器 第一章 绪论 1.1 本课题研究的目的和意义1.2 本课题研究的内容1.3 国内外研究情况及其发展 液压系统的设计 第二章 液压系统工况分析 2.1 位移循环图Lt 2.2速度循环图vt2.3液压缸的负载分析 第3章 液压元件的计算和选型3.1液压缸的设计计算 3.2液压泵的确定与所需功率的计算3.3阀类元件的选择3.4管道的选择3.5滤油器的选择3.6油箱的设计 PLC部分设计毕业设计（论文）题目 无心外圆砂带磨床自动上下料控制设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 109040205班 学生姓名 沈凯 学号 10904020517 指导教师 职称 时 间 目 录摘 要.Abstract.第1章 绪论.1 1.1 本课题研究的背景.1 1.2 本课题研究的内容和方法.1 1.3国内外的发展现状.1 1.31液压传动发展现状.1 1.3.2 PLC的发展现状.2第2章 液压传动系统的设计 2.1液压系统工况的分析.2 2.1.1 位移循环图Lt.3. 2.1.2速度循环图vt.3 2.2液压缸的设计.3 2.2.1液压缸的负载分析.3 2.2.2初步确定液压缸的工作压力.4 2.2.3液压缸的尺寸计算.5 2.2.4 液压缸流量的计算.5 2.3液压泵的确定与所需功率的计算.5 2.4阀类元件的选择.6 2.5滤油器的选型.8 2.6油箱的设计.8 2.6.1油箱设计要点 .9 2.6.2油箱容量计算.9第 3 章 滚轮电机的选择和调速 .93.1滚轮电机的选型及计算.9 3.2变频器的选用.11 3.3滚轮电机的调速.12 3.3.1三相异步的调速方式.12 3.3.2变频器的调速原理.15第4章 PLC的控制设计.16 4.1 PLC的特点.16 4.2 PLC的选型原则.16 4.3机型的选择.17 4.4控制要求.17 4.5电气原理图.18 4.6I/O端口分配表.20 4.7电器元件的选型.21 4.8程序设计与系统流程图.23 4.9程序设及分析.25第5章 三菱编程软件和仿真软件.29 5.1三菱编程软件.35 5.2三菱仿真软件.30结论.42致谢.43参考文献.44 摘要 电弧螺柱焊是一种螺柱电弧焊接方法，到目前为止，在汽车制造、多层建筑、桥梁建设、家电行业等得到广泛应用。随着经济发展的要求，企业对电弧螺柱焊的效率，精度要求越来越高，也就对焊枪及其控制的设计有了更高的要求。本文参照传统的电弧螺柱焊枪对焊枪及其控制系统做了改进及设计，这个电弧电弧螺柱焊由一个直流电源、控制单元和一个焊枪组成。这个电弧螺柱焊枪通过步进电机为其提供动力，通过丝杆来实现螺柱焊提起及送进过程，控制系统由PLC控制焊枪及螺柱的送进过程。在这个新的焊接过程中，这个螺柱的运动可以看做由微步构成的。步进电弧焊枪的行为参数的设置和调整是独立完成的。关键词 控制单元 步进式电弧螺柱焊 PLC 丝杆 Abstract Arc stud welding is a method of stud arc welding，Up to now，it has been widely used in the manufacture of automobile,multistoried Buildings construction of bridges,appliance industries and so on .With therequirements of economic development,business to arc stud welding efficiency and precision have become increasingly demanding ,Also on the design of the torch and its control have higher requirements. This article refers to the traditional arc stud welding gun torch and its control system improvements and design. The equipment of arc stud welding consists of a dcpower source，a control unit，and a welding gun. This arc stud welding gun through the stepper motor to provide power screw stud welding institute and sent to the process, An PLC is adopted as the main control component to realize the control of the stud gun and welding procedure. the stud action can be looked as constituted by some micro steps.The settingting of the stepping arc welding gun behavior parameters are accomplished independentlyIt is indicated from the results of process tests and bending test that the stepping arc stud welding process is practicable. Keywords arc stud welding PLC control unit step-by-step screw 目 录摘 要 Abstract绪论11总体方案的制定2 绪论 螺柱焊是一种高效的全截面焊接方法。由于这种焊接技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点而得到了日益广泛的应用。近年来，随着钢结构在建筑、桥梁等领域的广泛应用，大直径栓钉（焊钉）的焊接越来越多的采用螺柱焊方法。目前，国产的电弧螺柱焊机型号有RSN-630、1000、1600 RSN2-2500、3150 等，可焊mm的螺柱。 这类焊机与进口产品相比，其焊接电源都是用晶闸管控制，并可连续调节焊接电流。从调节和稳流性能以及可靠性方面考核，差别不大。在控制方面，进口产品采用单片机控制的，而国内产品基本都是用分立器件控制，与进口产品相比差距较大。因此，研制单片控制的电弧螺柱焊机对提升国产螺柱焊机的技术水平和可靠性，具有重要的现实意义。 传统电弧螺柱焊枪主体是电磁线圈和弹簧结构，在焊接过程中，螺柱运动的实现主要由线圈的通断电和弹簧的压缩、释放来完成利用线圈弹簧式焊枪进行电弧螺柱焊接的过程。采用传统电弧螺柱焊枪进行焊接时，在螺柱提起时对电磁线圈通以一定的电流，在电磁力和弹簧阻力的共同作用下，使动铁心以一定的加速度向上提起，螺柱送下则主要由弹簧压缩产生的弹力和动铁芯,自身的重力作用产生向下的运动为了调节螺柱的提起和送下速度，电弧螺柱焊枪的结构中一般都要配备阻尼机构，这就使焊枪的结构变得复杂提起和送下速度的调节受多方面因素的影响，较难把握。 本文从电弧螺柱焊的实现过程出发，对焊枪结构原理进行了全新的设计，研制出步进式电弧螺柱焊枪及其控制系统焊枪以步进电机带动螺旋传动装置完成电弧螺柱焊焊接过程各动作，焊枪及焊接过程由单片机系统控制此焊枪可以通过程序控制实现螺柱提起高度、送下深度、提起和送下速度等参数的设定。这种设计在对电弧螺柱焊螺柱的提起送进速度更容易而且有效的进行控制。 1总体方案的制定1.1设计目的和意义螺柱焊是一种将金属螺柱或类似的其他紧固件快速焊于金属工件上的焊方法，电弧螺柱焊的应用始于1939年的造船行业。随着工业的迅速发展，焊接在生产过程中的运用越来越重要，经过几十年的发展，电弧螺柱焊已经广泛应用于建筑、汽车制造、船舶制造、桥梁等行业。电弧螺柱焊的基本原理是在待焊螺柱与工件间引燃电弧，当螺柱与工件被加热到合适温度时，在外力作用下，螺柱送入工件上的焊接熔池形成焊接接头。螺柱焊焊接螺柱类紧固件代替了费时费力的铆接、钻孔和攻丝等方法。由于电弧螺柱焊的应用节省了人力物力同时是生产效率也得到了提高。在工业高速发展的今天，生产过程中效率和质量同样重要的今天，电弧螺柱焊的应用不仅越来越广泛，而且电弧螺柱焊也得到了空前的发展。这个课题的研究符合发展的趋势，本课题的研究让我学会了搞设计的思路流程以及在每个阶段需要注意的问题，在毕业前在老师的指导下亲自弄一次设计，熟悉一下设计的理念及过程，对我们今后的设计起个铺垫的作用。1.2总体方案的确定经过对当前电弧螺柱焊的了解及和电弧螺柱焊相关文献的阅读，对螺柱焊枪及控制部分的设计有了初步的方案。总体的方案分为两个部分：螺柱提起送进动力部分及对提起送进速度的控制部分。对这个方案解决的思路如下：本课题的关键问题首先是如何使电弧螺柱焊实现低速送进同时又能保证对于不同焊件都能达到所需要的挤压压力。以我个人的意见解决这个问题需要对焊枪的枪体进行全新的设计，螺柱通过丝杆的转动进行送进，挤压的压力通过弹簧的变形来监测控制，所以我们还需要传感器，使检测到的压力转化成信号传到控制系统，控制系统通过和设定的压力进行对比来控制螺柱的送进速度进而控制挤压的压力。然而在加工过程中电压的不稳定同样会造成质量问题，在这次设计中我选择步进电机来控制传动系统，步进电机由脉冲信号触发控制。它的转动角度由脉冲数量决定，转速只和脉冲频率有关，而和电压、电流等的大小及波动没有直接关，误差不会积累。 2 机械部分的设计21 焊枪的机械结构步进式电弧螺柱焊枪的机械结构原理如图1所示焊枪可以看作由动力机构、运动机构以及固定保护机构3部分组成。 (1)焊枪的动力机构为步进电机步进电机具有惯性小，不需制动装置，启动性能好，能频繁瞬间启动、倒转和停转等优点步进电机由脉冲信号触发控制。它的转动角度由脉冲数量决定，转速只和脉冲频率有关，而和电压、电流等的大小及波动没有直接关系误差不会积累。(2)运动机构的主体是螺旋传动装置，即丝杠螺母传动装置传动机构使得步进电机的角位移转化为上下方向的直线位移，最终实现电弧螺柱焊焊接过程的运动要求丝杠与电机轴通过机械方式连接在一起，接受来自步进电机的角位移；在导向装置作用下，传动螺母只作沿径向的运动，通过电机正反转的改变，传动螺母可完成上下直线运动传动螺母通过连接件与焊枪夹具连接，夹具上的螺柱随之产生纵向的运动，完成焊枪的机械结构电弧螺柱焊接过程中的提起、送下等运动。2.2 滚珠丝杆副的选型与计算 滚珠丝杆副是在丝杆和螺母的轨道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。其作用是将旋转运动变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。丝杆或螺母转动时，带动滚珠沿螺纹轨道滚动。螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置，滚珠通过此装置自动返回其入口，形成循环回路。滚珠丝杆副的外形如图3-15所示。 滚珠丝杆副具有传动效率高、运动平稳、使用寿命长等特性，广泛应用于各种工业设备、精密仪器和数控机床等。滚珠丝杆副由专门工厂制造，当型号计算选定后，可以外购或定制。（1） 、滚珠丝杆副的主要尺寸参数 滚珠丝杆副的主要尺寸参数如图3-16所示。a 、公称直径 用于标示的尺寸值（无公差）b 、节圆直径 滚珠与滚珠螺母体及滚珠丝杆位于理论接触点时，滚珠球心包络的圆柱直径。节圆直径通常与滚珠丝杆的公称直径相等。c 、导程 滚珠螺母相对滚珠丝杆旋转2弧度时的行程。d 、公称导程 通常用作尺寸标识的导程值（无公差）。e 、行程L 转动滚珠丝杠或滚珠螺母时，滚珠丝杆或滚珠螺母的轴向位移量。f 、有效行程 有指定精度要求的形成部分（即行程加上滚珠螺母提的长度）。 此外，还有丝杆螺纹外径、丝杆螺纹底径、螺母体外径、螺母体螺纹底径、螺母体螺纹内径、滚珠直径、丝杆螺纹全长。（2） 计算和选型a 、最大工作载荷的计算 最大工作载荷是指滚珠丝杆副在驱动工作台时所承受的最大轴向力，由于在焊枪中丝杆是用来带动螺柱运动的并且运动方向与工件垂直。所以所承受的最大轴向力就是螺柱与工件间的最大挤压力。螺柱与工件间的挤压力只有50-80N。根据公式 （为进给方向的载荷、为垂直方向载荷、为横向载荷、G为移动部件的总重力、K=1.1）由于螺柱是垂直运动，所以在运动过程只承受进给方向的挤压力。所以b 、最大动载荷的计算 最大动载荷的计算公式如下： 式中 滚珠丝杆副的寿命，单位为r。（其中T为使用寿 命，普通机械取，数控机床及一般机电设备取T=15000h；n为丝杆每分钟的转数）； 载荷系数，由表3-30查得； 硬度系数 （58HRC时，取1.0；等于55HRC时，取1.11；等于52.5HRC时，取1.35；等于50HRC时，取1.56；等于45HRC时，取2.40） 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。由于初选电动机为微型电机，额定转速在1000r以内。丝杆的寿命根据上式可计算得最大动载荷 N所选滚珠丝杆副其额度动载荷，初步选定的滚珠丝杆为FSW124B1其规格参数如下: 型号公称外径（mm）导程（mm）刚性（KN）最大载荷（KN）FSW124B112486382.3 电动机的选型和计算（1）、对于步进电机的计算与选型，通常按照以下及步骤：1) 根据机械系统结构，求得加载步进电机轴上的总转动惯量2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩3) 取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大转矩的依据；4) 根据运行矩频特性、启动惯频特性等，对初选的电动机进行校对。（2）、步进电动机转轴上的总转动惯量的计算加在步进电机转轴上的总转动惯量是进给伺服系统的主要参数之一，他对选择电动机具有重要意义。主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杆以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。的计算方法 传动比、丝杆转动惯量。所以，总转动量 （3） 、步进电机转轴上的等效负载转矩的计算 步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同工况下是不同的。通常考虑两种情况：一种情况是快速空载启动，另一种情况是承受最大工作负载。下面分别进行讨论：1）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 a 、式中电机转轴上的最大工作负载转矩的计算 式中为进给方向最大工作载荷，单位为N；为滚珠丝杆导程，单位为m；为传动链的总效率，这里取；传动比。所以b、移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： 为导轨的摩擦力由于在这个设计中运动是垂直方向，摩擦力比较小可以忽略不计所以c 、滚珠丝杆与今后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩： 式中为滚珠丝杆的预紧力，一般去滚珠丝杆工作载荷的1/3 为滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取有与滚珠丝杆传动效率很高所以摩擦转矩可以忽略不计。所以综上可得：(2) 、快速空载起动时折算到电机上的最大加速转矩： 式中 为快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为Nm 为移动部件运动时折算到电机转轴上的摩擦转矩 为滚珠丝杆预紧后折算到电机转轴上的附加摩擦转矩a 、快速空载启动时折算到电机转轴上的最大转矩： 式中 为步进电机转轴上的总转动惯量，为电机角加速度，为电机转速；为电机加速所用的时间，一般在0.3-1s之间取。所以所以 综合上述计算可知加在步进电机转轴上的最大等效负载转矩为： =0.06Nm(3)、步进电动机的初选将上述计算所得的乘上一个系数K，用K的值来选择电动机的最大静转矩，其中系数K称为安全系数，其取值范围为2.5-4所以所选的电机最大静转矩应大于24Ncm初步选择的步进电动机型号为57BYGH803基本参数如下：型号步距角相数电压（V）电流（A）电阻静转矩Ncm重量kg额定功率（W）57BYGH0011.826.31.54.21401.110-50外形尺寸2.4 联轴器的选择 一般联轴器的选用依据是其工作条件和结构形式。选型时，主要考虑以下几点： 1）选择联轴器的类型根据传递的转矩大小和转速高低，以及对缓冲和振动的要求，参考各类型联轴器的特点，选择适用的联轴器类型。2） 计算联轴器的转矩传动轴上的公称转矩T可用下式进行计算： 式中 p为传递的功率，单位为kw； n为轴的转速，单位为r/min。根据上式和所选的电机可计算出：由于机器启动时的动载荷和运动中可能出现的过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩，计算公式为 式中，T为公称转矩，为工况系数，工况系数如下表：根据工况系数表可选得=1.3所以 3） 确定联轴器的型号 根据计算转矩及所选的联轴器类型，初步选择的联轴器型号SGS-C-26 联轴器的参数如下：型号轴径扭矩最高转速角向偏差螺丝SGS-C-266、6.35、8、102.8Nm10000rpmM32.5 轴承的选择 根据所选择的丝杆的直径初步选择的轴承为深沟球轴承，其型号为FAG6200其基本参数如下：内径（mm）外径（mm）厚度（mm） 10 30 92.6 弹簧的选择(1) 焊枪弹簧保护机构主要作用是焊接过程中，螺柱送进深度偏大的时候，把螺柱送进位移转化为弹簧压缩位移，以保护步进电动机不受损坏。弹簧保护机构在焊接前要预设一定的弹簧力，以避免在螺柱送进过程中弹簧过早的进入压缩状态，影响正常的螺柱送进。(2) 根据所设计的弹簧套筒的尺寸及本设计所需的弹簧预紧力的范围初步选择的弹簧为316不锈钢弹簧，其编号为C07200960880X该弹簧的基本参数如下：外径（mm）线径（mm）近似自由长度（mm）承载长度（mm）弹性系数（N/mm)18.292.4422.3517.3628.24(3) 在螺柱送进过程中，螺柱进入熔池与工件接触后，螺柱与熔池金属之间挤压力逐渐增大，当挤压力的大小超过弹簧保护机构预设压力后，弹簧保护机构将产生一定的压缩位移，位移大小与挤压力的大小成正比。弹簧保护机构预设压力P根据以下公式确定 (k为弹性系数、为弹簧变形量）弹簧的预压力根据焊接工件来确定，根据资料显示焊枪焊接过程中压力只有5080N。所以可以初步确定弹簧的预压变形量2.7 夹头的设计 夹头是在焊接过程中用来夹紧螺柱来实现螺柱的提起送进过程，在这个设计中采用了传统的电弧螺柱焊枪的夹头，由于传统的螺柱焊枪的夹头用起来也比较方便同时比较容易购买，简化了设计的过程和成本。夹头的基本结构如图： 3 控制部分的设计3.1 驱动器的选择 （1）在选择步进电动机的驱动器时，主要考虑以下几个问题：1） 驱动电动机的类型 不仅是电机分为永磁式、反应式、混合式三种，每种电动机又有 不同的相数，必须清楚所选择的驱动器是来驱动哪种类型的步进式电动机。2） 输出电流 输出电流的大小时是步进电动机驱动器的重要参数。通常，所选择的驱动器的最大电流要大于电动机的额定电流。3） 输出电压 输出电压的高低是判断驱动器升速能力的标志。4） 输入电压 有些驱动器直接使用220V交流的市电，有些驱动器需要经过变压器降压后供电，还有的驱动器需要变压后的两个独立绕组供电，甚至有些驱动器需要供给它直流电源。因此，选择驱动器电源时要考虑到驱动器本身的供电问题。5） 有无细分功能 如果需要小的转角或者要求步进电动机的转动非常平稳，所以所选择的驱动器电源最好带有细分功能。需要注意，有些细分电源对已知电动机的低频震荡有帮助，但可能会影响微步距的精度。6） 有无环分 驱动器是否带有环分电流，与之配套的控制器分配脉冲的方式就会不同。7） 控制信号的定义 带有环分的电路时，驱动器接收信号有两种形式：方向、脉冲或正转脉冲、反转脉冲：不带环分时，环形分配通常用软件来实现，这时，驱动电源的控制信号取决于电动机的相数。另外，还要清楚控制器送出的信号线、在驱动器端的接线方式是共阴还是共阳。（2） 根据前面所选择的步进电机的参数初步选择驱动器型号为YKA2304ME YKA2304ME是等角度恒力矩细分型高性能步进驱动器，驱动电压DC12-40V，采用单电源供电。适配6或8出线电流在3.0A以下，外径42-86mm的各种型号的二相混合式步进电机。 该驱动器内部采用双极恒流斩波方式，使电机噪音减小，电机运行更平稳；驱动电源电压的增加使得电机的高速性能和驱动能力大为提高；而步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半，使驱动器的发热可减少50%，也使得电机的发热减少。用户在脉冲频率不高的时候使用低速高细分，使步进电机运转精度提高，最高可达200细分，振动减小，噪声降低。 特点 高性能、低价格 设有12/8档等角度恒力矩细分，最高200细分 采用独特的控制电路，有效的降低了噪音，增加了转动平稳性 最高反应频率可达200Kpps 步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半，减小了许多场合的电机过热 双极恒流斩波方式，使得相同的电机可以输出更大的速度和功率 光电隔离信号输入/输出 驱动电流从0.0A/相到3.0A/相连续可调 可以驱动任何3.0A相电流以下两相混合式步进电机 单电源输入，电压范围：DC12-40V 出错保护：过热保护过流、电压过低保护 体积小巧YKA2304ME是一款经济、小巧的步进驱动器，体积为25x136x92驱动器信号示意图如下：驱动器接线示意图如下：3.2 PLC的选择（1） 选择PLC时主要考虑以下几个方面：机型的选择、容量的选择、输入输出模块的选择、电源模块的选择等。根据这个设计所选电机的功率以及上面几点的综合考虑，初步选择PLC的型号为EC101614BTA（2） EC101614BTA主模块的外形结构图如下图:PORT0 和PORT1 为通讯端口。PORT0 为RS232 电平，插座为Mini DIN8。PORT1 提供RS485 和RS232 两种电平。母线插座用于连接扩展模块。模式选择开关有ON、TM、OFF 三个档位。（3） EC101614BTA端子分布如下图：各端子的定义如下表：3.3 开关电源的选择 在这个设计中驱动器的输入信号光电隔离公共端所需要的电压为5V，驱动电压为1240V，PLC的L/N端可以直接接在220V交流电源输入端。 初步选择的开关电源型号为D-120A的双输出开关电源，输出的电压为5V和24V。3.4 引弧电路引弧电路只能提供4050A的小电流，目的是在短路引弧时，短路电流就是采用这个小电流，而不是上前安培的大电流。否则，若用这个大电流作为短路电流，会使短路的螺柱产生电阻焊的效果，从而粘在焊件上面提升不动。提升时引弧电路提供的小电流首先产生小电弧，延时引发大电弧，大电弧是在已经电离化了的空间发生的，因此大电弧的引燃有了可靠地保证。引弧电路的存在是大功率电弧螺柱焊枪的特点，这一点是与等离子电弧的小电弧印发大电弧情况一样。引弧电路的空载电压要大于焊接主电路的空载电压，一般在80110V之间。引弧电路如下：T1：双绕组变压器 VT1：单向击穿二极管 VD2：半导体二极管L1、L2：电感器 R：电阻3.5 控制系统（1） 控制系统由电源控制系统、程序控制系统、引弧电路组成。控制系统采用微机控制既可以简化控制系统的硬件电路，也可以使焊接系统具有更高的稳定性和可靠性，同时还可以扩展焊机的其他辅助更能，如焊接参数的存储、监测监控和优化、焊接过程参数的显示、焊钉的计数、重复焊接的锁定、焊机故障的自检和诊断等，使整机走进数字化和智能化。（2）控制系统是由PLC通过驱动器来控制焊枪的步进电机，步进电机通过联轴器链接丝杆，PLC对焊枪的控制其实是对焊枪动力机构步进电机的控制，步进电机的转角与PLC输出端口提供的脉冲数成正比，如果判断螺柱送进深度以达到要求，PLC停止脉冲输出，步进电机停止转动，螺柱送进过程结束，如果判断送进深度还没达到要求，PLC继续输出一定量的脉冲，驱动步进电机转动，螺柱继续向熔池送进。控制电路框图如下： 基于PLC 控制的液压控制系统 摘要 采用可编程控制器(PLC)代替继电器控制器，对机械手的液压驱动系统进行控制，通过输入输出接口建立与机械手液压系统开关量和模拟量的联系，实现机械手搬运工件的顺序动作和自动控制，达到准确度高、控制方便、可靠性好的目标，大大提高了生产率和自动化程度，减少了系统故障，具有很强的实用性。 关键词 PLC；液压控制；机械手1、 前言( Introduction)目前PLC 在工业生产过程控制自动化和传统产业技术改造等方面得到了广泛应用, 与传统的继电器控制相比, PLC 具有控制系统构成简单、可靠性高、通用性强、抗干扰能力强、易于编程、体积小、可在线修改、设计与调试周期短、便于安装和维修等突出优点, 而且一般不需要采取什么特殊措施, 就能直接在工业环境中使用, 更加适合工业现场的要求, 使用PLC 控制液压控制系统能提高系统的整体性能,具有较明显的优越性。本文介绍基于PLC 控制的某液压机械手的典型液压控制回路及其PLC 控制方法。2、 控制要求分析(Analys is of control demands )在生产现场工作开始后, 机械手在一个工作循环中需要依次完成以下顺序动作: 下降、夹紧、上升、左移、下降、松开、上升、右移( 共8个顺序动作) , 这是一个典型的顺序控制问题。采用PLC 实现机械手的自动循环控制, 需要在某些动作位置设置位移传感器或行程开关来检测动作是否到位, 并确定从一个动作转入到下一个动作的条件。根据机械手的动作要求, 选用3 个液压缸来完成该8 个顺序动作: 升降缸1 在工件两个位置( 原位与目标位置) 上方的下降和上升运动, 移动缸2 的左移和右移运动, 夹紧缸3 的夹紧和松开动作。缸1 下降或上升到位时应停止运动, 缸2 左移或右移到位时也应停止运动, 故需分别设置一行程开关S1、S2、S3、S4。根据机械手的动作过程和要求, 绘制出系统的控制功能流程图, 如图1 所示。图13、 液压系统图(Hydraulic scheme)根据机械手的动作要求和工作循环设计出液压系统图, 如图2所示:图2按下启动按钮, 电磁铁1DT 得电, 阀4 左位接入, 液压泵9 输出的压力油经阀4 左位接入升降缸1 的上腔, 其活塞向下运动, 推动机械手下降( 动作右位下降) ; 当缸1 下降到下限位置, 压下行程开关S1, 使得电磁铁1DT 断电, 阀4 切换至中位(O 型中位机能) , 缸1 停止在下限位, 而电磁铁5DT 得电, 阀8 左位接入, 泵输出的压力油经过单向阀6、减压阀7 进入夹紧缸3 的上腔, 推动其活塞下移夹紧工件( 动作夹紧) ; 夹紧工件后, 当缸3 上腔压力达到减压阀7 的调定压力时, 压力继电器11 动作发出信号, 控制电磁铁2DT 得电, 阀4 的右位接入系统, 推动缸1 向上运动( 动作右位上升) ; 缸1 上升到上限位置时, 压下行程开关S2, 电磁铁2DT 断电, 阀4 切换到中位, 缸1 停止在上限位, 而电磁铁3DT 得电( 此时工件仍被夹紧, 压力继电器11 仍在动作) , 阀5 左位接入, 缸2 向左运动( 动作左移) ; 缸2 左移到左限位置, 压下行程开关S3, 电磁铁3DT 断电, 阀5 切图2 换至中位,缸2 停止在左限位, 而电磁铁1DT 得电, 阀4 左位接入系统, 缸1 向下运动( 动作左位下降) ; 缸1 下降到下限位置, 压下行程开关S1( 此时缸2 处于左限位置) , 电磁铁5DT 断电, 阀8 回复右位, 缸3 活塞上移放下工件于目标位置( 动作松开) ; 松开工件后, 缸3 油腔压力降低, 压力继电器11 复位, 发出信号控制电磁铁2DT 得电, 缸1 向上运动( 动作左位上升) ; 上升到上限位置, 压下行程开关S1, 电磁铁2DT断电, 缸1 停止在上限位置, 同时电磁铁4DT 得电, 阀5 右位接入, 缸2 向右移动( 动作右移) ; 右移到右限位置, 压下行程开关S4, 阀5 切换至中位, 缸2 停止在右限位置( 复位) 。至此完成了机械手的8 个自动控制动作, 进入到下个动作循环。电磁铁动作顺序表如表1(“+”表示得电,“- ”表示断电) 所示。表1 电磁铁动作顺序表该液压系统中, 利用电液比例换向阀4 和5 控制升降缸1 和移动缸2 的运动速度, 用比例溢流阀12 控制夹紧缸的夹紧速度; 减压阀的作用是限定并保持夹紧压力, 单向阀的作用是对夹紧液压缸3 进行保压, 比例溢流阀12 还起到平衡作用。在PLC 对各输入输出量的控制下, 完成顺序动作。4、 PLC 选型与I/O 分配(PLC lectotype and input-output allocation)目前市场上的PLC 品种规格众多, 控制功能也各有特点。综合分析机械手的动作要求, PLC 在机械手中需要完成的控制功能较多, 控制精度较高, 运算速度较快且具有数据处理能力, 并考虑整个系统的经济和技术指标, 由于PLC 的输出电流较小, 需要用功率模块来控制比例液压阀, 选用西门子公司的S7- 200 系CPU226 型PLC, 其I/O 功能和指令系统都能满足对该机械手的控制要求。控制按钮、各处的行程开关及压力继电器等开关量信号直接与PLC 的输入端子相连, PLC的开关量输出端子直接与各个电磁阀相连, 用PLC 上所带的24V 电源或外接24V 电源驱动, 采用编程软件( STEP 7-Micro/WIN V4.4 版)进行编程和运行监控。图3 为PLC 的I/O 地址分配和外部接线图, 限于篇幅没有具体给出硬件布置原理图和控制系统梯形图及其程序语句。图3系统设有5 种工作方式: 手动、连续、单周期、单步和回原点, 可以满足不同的工作要求。5、 结论(Conclus ions )采用PLC 控制的搬运工件机械手的液压控制系统, 使系统模块化, 减小了液压系统和设备的体积, 其工作性能稳定且各I/O 指示简单、明了, 大大缩短了维修、改制、安装和调试液压系统和设备的时间。克服了采用继电器控制系统必须是手工接线、安装、改动所需要花费大量时间及人力和物力的缺点, 也克服继电器控制系统的可靠性差、控制不方便、响应速度慢等不足。用PLC 控制的机械手的液压控制系统, 可使其工作平稳、准确, 更有利于改善工人的劳动环境, 降噪增效,节约能源, 而且提高了液压系统的性能, 延长液压设备的使用寿命, 大大提高了生产率和自动化程度, 特别是改变机械手的某些动作时时仅需进行程序的调整。总之, 基于PLC 控制的液压控制系统, 可大大简化控制设备的结构, 节能降耗, 易于实现机、电、液一体化的控制装置, 使生产平稳可靠、效率和自动化程度提高。参考文献:1 章宏甲,黄谊,王积伟.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2000.5.2 何存兴,张铁华. 液压与气压传动(第二版) M.武汉:华中科技大学出版社,2000.8.3 姜继海,宋锦春,高常识. 液压与气压传动M.北京:高等教育出版社,2002.8.4 陈在平,赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计M.北京:机械工业出版社,2002.6.5 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例M.北京:人民邮电出版社,2004.7.6 廖常初.PLC 编程及应用(第2 版) M.北京:机械工业出版社,2005.5.天津工业大学毕业设计（论文）题目：挤压机液压系统及PLC控制姓 名 朱永生 学 院 机械电子学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自S071班 学 号 0750310107 指导教师 肖放 王恩鸿 职 称 教授 2009年6月18日摘 要 本文主要介绍了挤压机的现状，挤压机液压系统的工作原理、特点，从设计角度出发分析液压系统各个元件的特点、工作条件，根据计算通过对电控阀、流量控制阀、压力控制阀等元件的选择设计连接液压回路，形成液压的传动系统；根据液压系统的传动特点设计电气接线图，分析在电气控制与液压系统的自动、手动控制方式、开闭环特点，利用原理分析、计算找出可能出现的控制问题，编写PLC梯形图程序，最终由PLC程序控制液压系统形成一个统一的控制系统整体，达到利用自动化手控制液压系统完成特定的工作行程的目的。关键词： 液压系统 PLC控制 挤压机 AbstractThis paper introduces the present situation of extruder, the working principle and the characteristics of hydraulic system, , from the design point of view of analysis the various components of hydraulic system characteristics, working conditions, according to the calculation of electric control valves, flow control valves, pressure control valves, such as the choice of components designed to connect the hydraulic circuit to forming the hydraulic drive system; the transmission hydraulic system in accordance with the characteristics of the design of electrical wiring diagram, analysis in the electrical control and hydraulic system of automatic, manual control mode, the closed-loop characteristics.Use of the principle to analysis and computation the control to identify possible problems and the preparation of PLC ladder program, ultimately form the PLC control hydraulic system to control the formation, achieved the popuse of automated hand-controlled hydraulic system to complete the work of a particular trip.Keywords：PLC 、Order control、 Hydraalic system目 录摘要ABSTRACT第一章 绪论11.1液压传动与控制概述11.2 液压机的发展及工艺特点 11.3 PLC的国内外 21.4 PLC的特点3第二章 明确设计要求进行工况分析42.1运动分析42.2 动力分析5第三章 确定液压系统主要参数 103.1液压缸的设计计算103.2液压马达的设计计算11第四章 液压元件的选择 124.1液压泵的确定与所需功率的计算124.2阀类元件的选择 134.3 蓄能器的选择 144.4管道的选择 144.5油箱的设计 164.5滤油器的选择 16第五章 液压系统性能的验算 17 5.1管路系统压力损失的验算 17第六章 PLC控制 196.1 控制要求 196.2梯形图程序设计196.3 电气系统图、程序及PLC外部接线图 206.4.程序分析及设计236.6 系统特点25第七章 结论 26参考文献 27致谢 28附录 中英文翻译29天津工业大学2009届本科毕业生毕业设计第一章 绪论1.1 液压传动与控制概述液压传动与控制是以液体（油、高水基液压油、合成液体）作为介质来实现各种机械量的输出（力、位移或速度等）的。它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比，具有传递功率大，结构小、响应快等特点，因而被广泛的应用于各种机械设备及精密的自动控制系统。液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历史虽然较短，但是发展的速度却非常之快。自从1795年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域；1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服控制系统。从60年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。在国防工业中：海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。在民用工业中：有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、轻纺工业、船舶工业。另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等，均采用了液压技术。总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。它的发展如此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来液压动力传动方式具有显著的优点：其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大；液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相配合实现自动化；易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化；液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化。1.2 液压机的发展及工艺特点 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。 由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：（1） 工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；（2） 有顶出装置，以便于顶出工件；（3） 液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；（4） 液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；（5） 液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。1.3 PLC的国内外状况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC.限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.4 PLC的特点 （1） 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 (2) PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (3) PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 (4) PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 (5)以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设设备 第二章 明确设计要求进行工况分析在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。2.1运动分析主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(Lt)，速度循环图(vt)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。2.1.1位移循环图Lt图2-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。图2-1位移循环图2.1.2速度循环图vt(或vL) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v-t图，第一种如图2-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动， 图2-2 速度循环图最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。V-t图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。2.2 动力分析动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。2.2.1液压缸的负载及负载循环图(1)液压缸的负载力计算：工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成： (2-1)式中：Fc为切削阻力；Ff为摩擦阻力；Fi为惯性阻力；FG为重力；Fm为密封阻力；Fb为排油阻力。图2-3导轨形式 切削阻力Fc：为液压缸运动方向的工作阻力，对于机床来说就是沿工作部件运动方向的切削力，此作用力的方向如果与执行元件运动方向相反为正值，两者同向为负值。该作用力可能是恒定的，也可能是变化的，其值要根据具体情况计算或由实验测定。该主液压缸的活塞直径为180，根据机械设计手册查询主切削力为F407.15N 摩擦阻力Ff：为液压缸带动的运动部件所受的摩擦阻力，它与导轨的形状、放置情况和运动状态有关，其计算方法可查有关的设计手册。图2-1为最常见的两种导轨形式，其摩擦阻力的值为：此处采用平导轨： (2-2) V形导轨： (2-3)式中：f为摩擦因数，参阅表2-1选取；Fn为作用在导轨上总的正压力或沿V形导轨横截面中心线方向的总作用力；为V形角，一般为90。惯性阻力Fi：惯性阻力Fi为运动部件在启动和制动过程中的惯性力，可按下式计算： (2-4) 表2-1 摩擦因数f导轨类型导轨材料运动状态摩擦因数(f)滑动导轨铸铁对铸铁启动时低速(v0.16m/s) 高速(v0.16m/s)0.150.20 0.10.12 0.050.08滚动导轨铸铁对滚柱(珠) 淬火钢导轨对滚柱(珠)0.0050.020.0030.006静压导轨铸铁0.005式中：m为运动部件的质量(kg)； a为运动部件的加速度(m/s2)；G为运动部件的重量(N)； g为重力加速度，g=9.81 (m/s2)；v为速度变化值(m/s)； t为启动或制动时间(s)，一般机床t0.10.5s，运动部件重量大的取大值。重力FG：垂直放置和倾斜放置的移动部件，其本身的重量也成为一种负载，当上移时，负载为正值，下移时为负值。由于此主缸采用水平放置， 所以FG =0.密封阻力Fm：密封阻力指装有密封装置的零件在相对移动时的摩擦力，其值与密封装置的类型、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。在初 算时，可按缸的机械效率(m=0.9)考虑；验算时，按密封装置摩擦力的计算公式计算。 （2-5）排油阻力Fb：排油阻力为液压缸回油路上的阻力，该值与调速方案、系统所要求的稳定性、执行元件等因素有关，在系统方案未确定时无法计算，可放在液压缸的设计计算中考虑。(2)液压缸运动循环各阶段的总负载力：液压缸运动循环各阶段的总负载力计算，一般包括启动加速、快进、工进、快退、减速制动等几个阶段，每个阶段的总负载力是有区别的。 对此液压系统，上述计算过程可简化。例如采用单定量泵供油，只需计算工进阶段的总负载力，若简单系统采用限压式变量泵或双联泵供油，则只需计算快速阶段和工进阶段的总负载力。工进阶段： (2-7) (3)液压缸的负载循环图：对较为复杂的液压系统，为了更清楚的了解该系统内各液压缸(或液压马达)的速度和负载的变化规律，应根据各阶段的总负载力和它所经历的工作时间t或位移L按相同的坐标绘制液压缸的负载时间(Ft)或负载位移(FL)图，然后将各液压缸在同一时间t(或位移)的负载力叠加。图2-4负载循环图图2-4为一部机器的Ft图，其中：0t1为启动过程；t1t2为加速过程；t2t3为恒速过程； t3t4为制动过程。它清楚地表明了液压缸在动作循环内负载的规律。图中最大负载是初选液压缸工作压力和确定液压缸结构尺寸的依据。2.2.2 液压马达的负载工作机构作旋转运动时，液压马达必须克服的外负载为： (2-9)(1) 工作负载力矩Me：工作负载力矩可能是定值，也可能随时间变化，在此为额定力矩。(2) 摩擦力矩Mf：为旋转部件轴颈处的摩擦力矩，其计算公式为： (2-10) 式中：G为旋转部件的重量(N)；f为摩擦因数，启动时为静摩擦因数，启动后为动摩擦因数；R为轴颈半径(m)。(3)惯性力矩Mi。为旋转部件加速或减速时产生的惯性力矩，其计算公式为：由机械设计手册查表得该型号马达 综上力矩之和 ：根据上式，便可绘制液压马达的负载循环图。第三章 确定液压系统主要参数3.1液压缸的设计计算3.11.初定液压缸工作压力 液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段中的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑以下因素：(1)各类设备的不同特点和使用场合。(2)考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重；压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。所以，液压缸的工作压力的选择有两种方式：一是根据机械类型选；二是根据切削负载选。 如表3-1、表3-2所示。表3-1 按负载选执行文件的工作压力负载/N50005001000010000200002000030000300005000050000工作压力/Mpa0.811.522.5334455表3-2 按机械类型选执行文件的工作压力机械类型机 床农业机械工程机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPaa2358810101620323.1.2.液压缸主要尺寸的计算缸的有效面积和活塞杆直径，可根据缸受力的平衡关系具体计算，详见第五章第一节。3.1.3液压缸的流量计算下式中：A为液压缸的有效面积A1或A2(m2)；vmax为液压缸的最大速度，vmin为液压缸的最小速度，该主液压缸的速度为：2.5 12(mm/s)。所以液压缸的流量为：液压缸的最大流量： (3-1) 液压缸的最小流量： (3-2) 液压缸的最小流量qmin，应等于或大于流量阀或变量泵的最小稳定流量。若不满足此要求时，则需重新选定液压缸的工作压力，使工作压力低一些，缸的有效工作面积大一些，所需最小流量qmin也大一些，以满足上述要求。流量阀和变量泵的最小稳定流量，可从产品样本中查到。3.2液压马达的设计计算3.2.1 计算液压马达排量 液压马达排量根据下式决定： (3-3)式中：T为液压马达的负载力矩(Nm)；pm为液压马达进出口压力差为14MP；min为液压马达的机械效率，一般齿轮和柱塞马达取0.90.95，叶片马达取0.80.9。所以 2.计算液压马达所需流量液压马达的最大流量：式中：vm为液压马达排量(m3/r)；nmax为液压马达的最高转速(r/s)。第四章 液压元件的选择4.1、液压泵的确定与所需功率的计算4.1.1 液压泵的确定(1)确定液压泵的最大工作压力。液压泵所需工作压力的确定，主要根据液压缸在工作循环各阶段所需最大压力，再加上油泵的出油口到缸进油口处总的压力损失p，根据表4-1中的压力损失计算：即 3个溢流阀，2个单向阀，7个换向阀，1节流阀，所以确定泵的最大工作压力为： (4-1) p包括油液流经流量阀和其他元件的局部压力损失、管路沿程损失等，在系统管路未设计之前，可根据同类系统经验估计，一般管路简单的节流阀调速系统p为(25)105Pa，用调速阀及管路复杂的系统p为(515)105Pa，p也可只考虑流经各控制阀的压力损失，而将管路系统的沿程损失忽略不计，各阀的额定压力损失可从液压元件手册或产品样本中查找，也可参照表3-1选取。表4-1 常用中、低压各类阀的压力损失(pn)阀名pn(105Pa)阀名pn(105Pa)阀名pn(105Pa)阀名pn(105Pa)单向阀0.30.5背压阀38行程阀1.52转阀1.52换向阀1.53节流阀23顺序阀1.53调速阀35(2)确定液压泵的流量qB：泵的流量qB根据执行元件动作循环所需最大流量qmax和系统的泄漏确定。多液压缸同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸(或马达)所的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，下式中：K为系统泄漏系数，一般取1.11.3，大流量取小值，小流量取大值；(q)max为同时动作的液压缸(或马达)的最大总流量(m3/s)。 (4-2) (3)选择液压泵的规格：根据上面所计算的最大压力pB和流量qB，查液压元件产品样本，选择与pB和qB相当的液压泵的规格型号。上面所计算的最大压力pB是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力pB应比系统最高压力大25%60%，使液压泵有一定的压力储备。若系统属于高压范围，压力储备取小值；若系统属于中低压范围，压力储备取大值。(4)确定驱动液压泵的功率。当液压泵的压力和流量比较衡定时，所需功率为： (4-5)式中：pB为液压泵的最大工作压力(N/m2)；qB为液压泵的流量(m3/s)；B为液压泵的总效率，各种形式液压泵的总效率可参考表4-2估取，液压泵规格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值。表4-2 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0.60.70.650.800.600.750.800.85所以液压泵所需功率：按上述功率和泵的转速，可以从产品样本中选取标准电动机，再进行验算，使电动机发出最大功率时，其超载量在允许范围内。4.2、阀类元件的选择4.2.1选择依据选择依据为：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。4.2.2选择阀类元件应注意的问题(1)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。(2)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。(3)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%。4.3 蓄能器的选择4.3.1蓄能器用于补充液压泵供油不足时，其有效容积为： (4-7)式中：A为液压缸有效面积(m2 )；L为液压缸行程(m)；K为液压缸损失系数，估算时可取1.2；qB为液压泵供油流量(m3/s)；t为动作时间(s)，根据工作状况测得该液压缸的行程为L=6000mm。液压缸的有效面积为活塞杆与活塞之间的面积差：所以蓄能器补充液压泵供油不足时，有效容积为：4.3.2蓄能器作应急能源时，其有效容积为： (4-8)当蓄能器用于吸收脉动缓和液压冲击时，应将其作为系统中的一个环节与其关联部分一起综合考虑其有效容积。4.4、管道的选择4.4.1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。(1)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。(2)铜管：紫铜管工作压力在6.5-10MPa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。(3)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。4.4.2油管尺寸的确定(1)油管内径d按下式计算： (4-9)式中：q为通过油管的最大流量(m3/s)；v为管道内允许的流速(m/s)。一般吸油管取0.55(m/s)；压力油管取2.55(m/s)；回油管取1.52(m/s)。所以吸油管内经为尺寸为：(2)油管壁厚按下式计算： (4-10)式中：p为管内最大工作压力；为油管材料的许用压力，=b/n；b为材料的抗拉强度；n为安全系数，钢管p7MPa时，取n=8；p17.5MPa时，取n=6；p17.5MPa时，取n=4。由于系统最大工作压力为p=21Mp17.5Mp，所以n=4。采用20#钢，抗拉强度查询机械设计手册得。所以许用应力和油管壁厚为：根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管。4.5油箱的设计油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。开式油箱应用较多。4.5.1油箱设计要点(1)油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%。(2)吸箱管和回油管的间距应尽量大。(3)油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。(4)注油器上应装滤网。(5)油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。4.5.2油箱容量计算油箱的有效容量V可近似用液压泵单位时间内排出油液的体积确定。 (4-11)式中：K为系数，低压系统取24，中、高压系统取57；q为同一油箱供油的各液压泵流量总和。根据管路流量估算选取容量为6300L的油箱。4.6滤油器的选择选择滤油器的依据有以下几点：(1)承载能力：按系统管路工作压力确定。(2)过滤精度：按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅表9-6。(3)通流能力：按通过最大流量确定。(4)阻力压降：应满足过滤材料强度与系数要求。表4-3 滤油器过滤精度的选择系统过滤精度(m)元件过滤精度(m)低压系统100150滑阀1/3最小间隙70105Pa系统50节流孔1/7孔径(孔径小于1.8mm)100105Pa系统25流量控制阀2.530140105Pa系统1015安全阀溢流阀1525电液伺服系统5高精度伺服系统2.5第五章 液压系统性能的验算为了判断液压系统的设计质量，需要对系统的压力损失、发热温升、效率和系统的动态特性等进行验算。由于液压系统的验算较复杂，只能采用一些简化公式近似地验算某些性能指标，如果设计中有经过生产实践考验的同类型系统供参考或有较可靠的实验结果可以采用时，可以不进行验算。 5.1管路系统压力损失的验算当液压元件规格型号和管道尺寸确定之后，就可以较准确的计算系统的压力损失，压力损失包括：油液流经管道的沿程压力损失pL、局部压力损失pc和流经阀类元件的压力损失pV，即： (5-1)5.1.1沿程压力损失计算沿程压力损失时，如果管中为层流流动，可按下经验公式计算： (5-2)式中：q为通过管道的流量(m3/s)；L为管道长度(m)；d为管道内径(mm)；为油液的运动粘度(m2)。液压油推荐使用N68号，其粘度在正常工作条件40时为61.2 76.8，已知管道内径d=17.3mm，流量，管路总长度约为L=308m。所以沿程压力损失为： 5.1.2局部压力损失可按下式估算： (5-3)取5.1.3阀类元件的pV值可按下式近似计算： (5-4)式中：qVn为阀的额定流量(m3/s)；qV为通过阀的实际流量(m3/s)；pn为阀的额定压力损失(Pa)。 计算系统压力损失的目的，是为了正确确定系统的调整压力和分析系统设计的好坏。5.1.4系统的调整压力： (5-5)式中：p0为液压泵的工作压力或支路的调整压力；p1为执行件的工作压力。由于系统的最大工作压力为21Mp，支路的调整压力为16Mp，同时只需考虑最大工作压力及调整压力，所以系统的调整压力。如果计算出来的p比在初选系统工作压力时粗略选定的压力损失大得多，应该重新调整有关元件、辅件的规格，重新确定管道尺寸。第六章 PLC控制6.1 控制要求 铝型材挤压机是一种把铝或铝合金棒料挤压成各种规格型材的机器 挤压机工作时，铝棒坯料由加热炉加热到所需挤压温度，然后送至供锭器中，供锭器自动把坯料和挤压垫送至模筒口，由工作缸活塞推模筒直至模口，并在快速推科过程中，供锭器自动复位，同时，挤压筒及模具进行预热，最后，由工作缸进行挤压加工。在挤压过程中，棒料靠装在挤压筒内的电热元件保持一定的温度 挤压结束后，由剪切装置将制品与压余分离，剩料和压垫掉人残料溜槽，压机各部件全部复原，一次挤压加工结束。挤压机加工时的工艺流程如下，整个挤压过程分模具闭合、送锭到位、挤压快进、送锭复位、挤压工进、顶出残料、挤压轴退、模具开启、剪切残料、剪切复位、换模进、换模退等工序。这些动作是由液压系统中的电动机带动大小油泵产生油压来执行的，而控制这些动作的装置是各种电器，有按钮开关sB、行程开荧sA，转换开关及电磁铁YA。图6-1 工艺流程图6.2梯形图程序设计梯形图程序根据挤压机工艺流程图和PLC的IO地址分配情况进行设计，所得梯形图如图6-1所示。此挤压机选用西门子S7-200系统梯形图设计说明：6.2.1挤压机加工过程为顺序控制，其工作循环从模具闭合开始一步一步依次进行，每一工序都执行部分命令，使相应的电磁铁运作，并由行程或工艺过程时问来判断该工序是否完成，同时，只有上一步工序完成后才能进入下一步工序。6.2.2 各工序对应的辅助继电器控制支路一般包括下列触点：手动起动按钮、手动停止按钮、该工序原位行程开关、该工序终端行程开关、上一工序辅助继电器常闭触点、相应工序的互锁触点。6.3 电气系统图、程序及PLC外部接线图6.3.1 控制线路分析图6-2 电气控制原理图图6-2为电气控制线路原理图，图中KM为接触器，控制线路中相对应的常开常闭触点，电动触头SB1为停机，常开触头SB2为开机，FR1、FR2、FR3为热继电器，当系统过热时三个常闭触点会断开，按下点动SB2，继电器KA1得电，KA1常开触点闭合、常闭触点断开线路自锁，此时SD1指示灯亮起，表示该线路就绪。按下SB4点动，接触器KM2得电，同时KM2常开触点闭合，线路自锁，此时与KM2线路并联的KM1及时间继电器KT1同时得电，在主电路中电机M1启动；根据预先设定的时间值KT1常开触点延时闭合，常闭触点延时断开，（此过程中有KM1与KM3的互锁，防止二者同时带电）；之后KM1继电器断电同时KM3继电器得电，完成M1电机的星角启动，如图6-3 主电路图。KT线路中的KM3常开触点闭合后，KT时间继电器线圈得电，KT常开触点延时闭合，KM5接触器线圈得电，KM5常开触点闭合形成KM5接触器线路的自锁，同时接通KM4接触器其常开触点闭合，同理与KM6形成互锁线路，此线路与M1电机启动方式相同，为星角启动，目的是为了防止启动电流过大烧毁线路。6.3.2主电路及接线图分析图6-3为主电路图，有三相交流电线路，个分别由两个星角启动的分线路组成，这种方式的特点是在启动时能够防止启动电流过大烧毁电路，在其中有两个热继电器，在线路过热时断开，能过有效地保护线路，同时电流表也可以实时监控线路中的电流异常情况。图6-3 主电路图挤压机的控制是顺序控制，它的工作循环从闭模开始一步一步有条不紊地进行，每个工序步执行一些指令使电磁铁动作，用行程开关或工艺过程时间来判断每一步是否已完成。控制中只有前一步骤完成后，才能进入下一步工序，即下一步接通的条件取决于上一步的逻辑结果以及附加在这一步上的条件。而PLC内部有多组辅助继电器，这些继电器可记系统工作状态；可编程控制器内部定时器可以完成定时控制 下图是根据挤压机工艺流程对控制系统的要求，相应的并对照VO端子分配表。在线路中利用接触器控制相应触点的闭合，接触器的特点是能够在大功率、大电流的电路中使用，由于这个特点再加上电路中的其他保护元件，能够使主电路正常工作。图6-4 系统接线总图功能实现方式：利用行程开关、辅助继电器顺序完成各道工序。在“原点” 工步时，行程开关闭合，按启动按钮SB1时，相应辅助继电器打开，使输出继电器得电，电磁铁YA2、YA3、YA15通电，进人“模具闭合”工步。当行程开关SA5闭合时，相应的继电器得电，电磁铁YA2、YA15断电，YA3、YA9通电，“模具闭合”工步结束，进入“送锭到位 工步 这样依次完成其它工步。表6-1SA1手动自动转换开关SQ6挤进转挤压SA2吨位选择SQ7快进限位/料架返回SA3排气动作SQ8挤退停止SB5动作停止SQ9剪切到位SB6半自动启动SQ10剪切返回到位SB13挤压筒闭合SQ11模架内限SB14挤压筒开放SQ12模架外限SB15挤压杆前进SQ13料架上限SB16挤压杆后退SQ14料架下限SB17料架上SQ15定位返回到位SB18料架下SQ16挤压速度1SB19剪切向下SQ17挤压速度2SB20剪切退上SQ18挤压速度3SB21模架向内KT11定位时间SB22模架向外KT12打开时间SQ1闭合到位KT13挤退时间SQ2连动压力继电器1边缸压力SQ3挤压筒开停压力继电器2高压保护SQ4挤压到位点动泵4选择SQ5允许剪切6.4.程序分析及设计梯形图程序根据挤压机工艺流程图和PLC的IO地址分配情况进行设计，所得梯形图如图6-3所示。梯形图设计说明：6.2.1挤压机加工过程为顺序控制，其工作循环从模具闭合开始一步一步依次进行，每一工序都执行部分命令，使相应的电磁铁运作，并由行程或工艺过程时问来判断该工序是否完成，同时，只有上一步工序完成后才能进入下一步工序。6.2.2 各工序对应的辅助继电器控制支路一般包括下列触点：手动起动按钮、手动停止按钮、该工序原位行程开关、该工序终端行程开关、上一工序辅助继电器常闭触点、相应工序的互锁触点。图6-5 PLC程序图6.4.1通常挤压机都具有手动、自动、半自动、调速及报警等功能，其作用为：1)手动自动、半自动功能手动功能用于单段运行，供维修用；半自动功能用于单周期生产或试车；自动功能用于连续生产。2)严格的动作及保护功能 挤压机动作顺序要求严格，因而电气互锁保护设计要求严密。3)故障指示及报警功能 当挤压机工作期间有故障时要发出报警信号，并通过操作面板阀位动作等指示灯查找故障点。4)主柱塞位移及速度显示 主要用于方便调整挤压速度，使产品产量高，质量好。5)手动、自动调速功能调整比例泵改变进油量，进而调整挤压速度。6)暂停、紧急停车功能暂停功能用于处理自动循环运行中的微小问题，紧急停车功能用于处理发生重大异常情况。6.4.2 可编程控制器主要程序分析编程方式有2种，即梯形图法、语句法，园梯形图法与实际电路接近，直观易懂，故本编程采用梯形图法本挤压机程序设计主要分为机器零位及起始条件设计，自动、半自动循环程序设计，手动单步运行程序设计，自动调速程序设计。1)机器零位及起始条件设计此设计就是考虑通电后到挤压机自动循环开动前，机器各部位应处在何种位置，各种泵运行是否正常，操作台指令开关状态是否处在正确位置，设置手动、自动软件互锁及暂停指令等。在挤压机自动循环开动前要求所有动作都在零位16当中任一点接通，即1号、2号送锭机都在低部位置，剪刀在上升极限位置，主柱塞在回程极限位置，挤压筒松开，模架处在14任一位置，只有这样才能保证运行后不发生损坏设备的现象。2)自动、半自动循环程序设计因本循环控制是按顺序依次发生的，因此采用步进的控制方式，即选择代表前一个运动的常开触点，串联在后一个运动的启动线路中，作为后一个运动发生的必要条件。同时选择代表后一个运动的常闭触点串入前一个运动的关断线路里。这样只有前一个运动发生了，才允许后一个运动出现，并且一旦后一个运动发生了，就立即迫使前一个运动停止，因此可以实现各运动严格地依预定的顺序逐步地发生和转换，其过程如图3所示。当手动自动开关转到自动状态时，无论再选择全自动还是半自动，按下自动起动按钮后M20都将处在ON状态，即开始挤压筒锁紧前进动作，当运动到使限位开关CK6A接通的位置即1032为1状态，此时M21接通开始执行下一步动作即挤压筒前进减速，同时由M21的常闭触点关断M20，余下的循环动作逐步按此方式执行。3)手动单步运行程序设计 此部分程序主要分几块进行设计。即挤压筒部分、主柱塞部分、送锭机部分、模架部分。这其中又分快进、慢进、保压、挤压、快升、慢升，快回、慢回等动作， 其中，M24与M16为自动循环程序支路路，两支路形成“或”逻辑与后面动作保护触点形成“与”逻辑，在保护信号满足要求情况下，手动支路通过操作员操作按钮开关接通M64。自动支路在程序执行当中自动将M64接通，两者都最终使相应的Y电磁铁得电，从而实现主柱塞快进动作。4)自动调速程序设计用于自动调速用的有3位拨码开关，每位占用4个输入点，其中两位控制高位电压一位控制低位电压。它们分别与自动调速选择开关信号即调速I，调速I相“与”后，进入模拟量输出模块，最终输出模拟电压信号，控制两比例泵，从而达到控制速度的目的。6.5 系统特点挤压机控制过程采用PIE控制，有下列特点：(1)可编程控制器中采取了一系列的隔离和抗干扰措施，故系统有较高的可靠性。(2)系统通过程序指令控制电路，执行速度快，克服了电磁继电器动作时间长触点抖动的缺点。(3)用PLJC中的定时器进行定时控制，提高了控制精度。第七章 结论本文通过对挤压机液压系统的工作条件、性能阀类元件的选型、计算，先从理论上找出液压系统的各个特点，分析各种特点的实现方式，找出相应的解决问题的方法，提出相应的理论论证，再从实际着手，根据所提出的理论依据对液压系统进行实际的特点、性能分析，将理论的分析结果体现在具体的液压各部分结构的选型上，通过对理论和实际结合的论证，总结出适合挤压机工作的液压系统综合结构，在控制系统上，针对控制器的特点分析各种方式控制的优缺点，结合挤压特点，找出适合挤压机控制特点的程序控制方式，通过程序的理论计算、试运行，调试等方法，在挤压机上真正实现对挤压机液压系统的有效的最优控制方式。参考文献1张利平 液压控制系统及设计/液压系统设计丛书 【M】 化学工业出版社 2006-6-12周恩涛 可编程控制器原理及其在液压系统中的应用【M】北京 机械工业出版社 2003-2-13张利平 液压传动系统及设计 【M】 北京 化学工业出版社 2005-8-1 4杨培元，朱福元 液压系统设计简明手册【M】北京 机械工业出版社 2003-7 5宋俊, 殷庆文, 刘树敏, 王莉编 液压系统优化 【M】北京 机械工业出版社 1996.12 6 张万忠.可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列）【M】北京 中国电力出版社.2004.7 廖常初.可编程序控制器应用技术（第三版）. 【M】重庆大学出版社，1998.8 路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化. 【M】北京:清华大学出版社， 2004.9 汪晓平.可编程控制器系统开发实例导航. 【M】人民邮电出版社，2004.10 李国丽.朱维勇,栾铭.EDA与数字系统设计. 【M】北京:机械工业出版社,2004:24-31.11 赵明工厂电气控制设备.【M】北京：机械工业出版社，1998.12 Goodwin A B .Fluid Power System,197613 HYDRAULIC AND PNEUMATIC POWER FOR PRODUCTION,HARRY L,STEWART14 European Committee of Pump Manufacturers. Pumps & Their Applications-the international technical review. Trade and Technical Pr. 197515 Greeneville、Tennessee. Paker Industrial Hydraulic Pumps- products catalog. Parker-Hannifin Corporation.1997 致 谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师王恩鸿老师。王老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是王老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩王老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校天津工业大学，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！。附录 中英文翻译Hydraulic Station and the development of hydraulic components ProfilesHydraulic Station and the development of hydraulic components ProfilesHydraulic Pump Station also known as the stations are independent h- ydraulic device. It requested by the oil gradually. And controlling the hydraulic oil flow direction, pressure and flow rate, applied to the mainframe and hy- draulic devices separability of hydraulic machinery. Users will be provided after the purchase hydraulic station and host of implementing agencies (motor oil or fuel tanks) connected with tubing, Hydraulic machinery can be realized from these movements and the work cycle. Hydraulic pump station is installed, Manifold or valve combination, t- anks, a combination of electrical boxes. Functional components : Pump device - is equipped with motors and pumps, hydraulic station is the source of power. to mechanical energy into hydraulic oil pressure can be. Manifold - from hydraulic valve body and channel assembled. Right direction for implementation of hydraulic oil, pressure and flow control. Valve portfolio - plate valve is installed in up board after board conn-ects with the same functional IC. Tank - plate welding semi-closed containers, also loaded with oil filtering network, air filters, used oil, oil filters and cooling. Electrical boxes - at the two patterns. A set of external fuse terminal plate; distribution of a full range of electrical control. Hydraulic Station principle : motor driven pump rotation, which pump oil absorption from the oil tank. to mechanical energy into hydraulic pressure to the station, hydraulic oil through Manifold (or valve combinations) realized the direction, pressure, After adjusting flow pipe and external to the cylinder hydraulic machinery or motor oil, so as to control the direction of the motive fluid transformation force the size and speed the pace of promoting the various acting hydraulic machinery. A development course China Hydraulic (including hydraulic, the same below), pneumatic and seals industrial development process can be broadly divided into three phases, namely : 20 early 1950s to the early 1960s, the initial stage; 60s and 70 for specialized production system ;8090s growth stage for the rapid development stage. Which, hydraulic industry in the early 1950s from the machine tool industry production of fake Su-grinder, broaching machine, copying lathe, and other hydraulic drive started, Hydraulic Components from the plant hydraulic machine shop, self-occupied. After entering the 1960s, the application of hydraulic technology from the machine gradually extended to the agricultural machinery and mechanical engineering fields, attached to the original velocity of hydraulic shop some stand out as pieces of hydraulic professional production. To the late 1960s, early 1970s, with the development of mechanized production, especially in the second automobile factory in providing efficient, automated equipment, along with the Hydraulic Components manufacturing has experienced rapid development of the situation, a group of SMEs have become professional hydraulic parts factory. 1968 Chinas annual output of hydraulic components have nearly 200,000 in 1973, machine tools, agricultural machinery, mechanical engineering industries, the production of hydraulic parts factory has been the professional development of more than 100 and an annual output more than one million. an independent hydraulic manufacturing industry has begun to take shape. Then, hydraulic pieces of fake products from the Soviet Union for the introduction of the product development and technical design combining the products to the pressure, Hypertension, and the development of the electro-hydraulic servo valves and systems, hydraulic application areas further expanded. Aerodynamic than the start of the industrial hydraulic years later, in 1967 began to establish professional pneumatic components factory, Pneumatic Components only as commodity production and sales. Sealed with rubber and plastics, mechanical seals and sealing flexible graphite sealing industry, the early 1950s from the production ordinary O-rings. rubber and plastics extrusion, such as oil seal sealing and seal asbestos products start to the early 1960s, begun production of mechanical seals and flexible graphite sealing products. 1970s, the burning of the former Ministry, a Ministry, the Ministry of Agricultural Mechanization System, a group of professional production plants have been established, and the official establishment of industries to seal industrial development has laid the foundation for growth.Since the 1980s, in the countrys reform and opening up policy guidelines, with the development of the machinery industry, based mainframe pieces behind the conflicts have become increasingly prominent and attracted the attention of the relevant departments. To this end, the Ministry of the original one in 1982, formed the basis of common pieces of Industry, will be scattered in the original machine tools, agricultural machinery, mechanical engineering industries centralized hydraulic, pneumatic and seals specialized factories, placing them under common management infrastructure pieces Bureau, so that the industry in the planning, investment, technology and scientific research and development in areas such as infrastructure pieces Bureau of guidance and support. Since then entered a phase of rapid development, has introduced more than 60 items of advanced technology from abroad, including more than 40 items of hydraulic, pneumatic 7. After digestion and absorption and transformation, now have mass production, and industry-leading products. In recent years, the industry increased the technological transformation efforts, in 1991, Local enterprises and the self-financing total input of about 20 billion yuan, of which more than 1.6 billion yuan Hydraulic. Through technological transformation and technology research, and a number of major enterprises to further improve the level of technology, technique and equipment to be greatly improved. In order to form a higher starting point, specialization, and run production has laid a good foundation. In recent years, many countries in the development of common ownership guidelines, under different ownership SMEs rapid rise showing great vitality. With the further opening up, three-funded enterprises rapid development of industry standards for improving and expanding exports play an important role. Today, China has and the United States, Japan, Germany and other countries famous manufacturers joint ventures or wholly-owned by foreign manufacturers to establish a piston pump / motor, planetary reduction gears, steering gear, hydraulic control valve, hydraulic system, hydrostatic transmission, hydraulic Casting. pneumatic control valve, cylinder, gas processing triple pieces, mechanical seals, rubber and seal products more than 50 production enterprises, attracting foreign investment over 200 million U.S. dollars. Second, the current situation (1) Basic Profiles After 40 years of efforts, China hydraulic, pneumatic and sealing industry has formed a relatively complete categories. a certain level of technical capacity and the industrial system. According to the 1995 Third National Industrial Census statistics, hydraulic, Pneumatic seals and industrial 370,000 annual sales income of 100 million yuan in state-owned, village-run, private and cooperative enterprises, individual, three capital enterprises with a total of more than 1,300, of which about 700 hydraulic, Pneumatic seals and the approximately 300 thousand. By 1996 with the international trade statistics, the total output value of Chinas industry hydraulic 2.348 billion yuan, accounting for the worlds 6; Pneumatic industry output 419 million yuan, accounting for world No. 10. (2) the current supply and demand profiles Through the introduction of technology, independent development and technological innovation, and high-pressure piston pump, gear pumps, vane pump, General Motors hydraulic valves, tanks, Non-lubricated aerodynamic pieces and various seals of the first large technology products has increased noticeably. stability of the mass production may, for various mainframe products provide a level of assurance. In addition, hydraulic and pneumatic components of the CAD system, pollution control, proportional servo technology has scored some achievements, and is already in production. Currently, hydraulic, pneumatic and seals products total about 3,000 species, more than 23,000 specifications. Among them, there are 1,200 hydraulic varieties, more than 10,000 specifications (including hydraulic products 60 varieties 500 specifications); Pneumatic are 1,350 varieties, more than 8,000 specifications; Rubber seal 350 species more than 5,000 specifications have been basically cater to the different types of mainframe products to the general needs, complete sets of equipment for major varieties of matching rate was over 60%, and started a small amount of exports. 1998 pieces of homemade hydraulic output 4.8 million. sales of about 28 billion (of which about 70% mechanical systems); aerodynamic pieces yield 3.6 million. sales of about 5.5 billion (of which about 60% of mechanical systems); Seals output of about 800 million. sales of about 10 billion (of which about 50% mechanical systems). According to the China Hydraulic Pneumatic Seals Industry Association 1998 annual report, hydraulic product sales rate of 97. 5% (101% for hydraulic), pneumatic 95.9%, 98.7% sealed. This fully reflects the basic marketing convergence.My hydraulic, pneumatic and sealing industry has attained a great deal of progress, but with mainframe development needs, and the worlds advanced level, there are still many gaps, mainly reflected in the product variety, performance and reliability, and so on. Hydraulic products as an example, products abroad only one-third, life for half abroad. In order to meet key mainframe, and mainframe imports of major technology and equipment needs, every year a large number of hydraulic, pneumatic and sealing products imports. According to customs statistics and the analysis of data, in 1998 hydraulic, pneumatic and seals in the import about 200 million U.S. dollars, Hydraulic which about 1.4 billion dollars, aerodynamic nearly 030 million U.S. dollars, sealed about 030 million U.S. dollars. compared with a slight decline in 1997. By sums, currently imported products on the domestic market share of about 30%. 1998 pieces of the domestic market demand for hydraulic total of about six million, the total sales of nearly 40 billion; aerodynamic pieces of the total demand of about 5 million, with sales more than 700 million yuan; Seals total demand of about 1.1 billion. total sales of about 1.3 billion. Third, the development trend of the future 1, affect the development of the main factors (1) product development ability, and the level of technological development and speed can not completely meet the advanced mainframe products, major equipment and technology imported equipment and maintenance support; (2) the number of enterprises manufacturing technology, the level of equipment and management standards are comparatively backward, coupled with a strong sense of quality, resulting in low levels of product performance, quality, Reliability poor services in a timely manner, lack of user satisfaction and trust of the brand-name products;(3) industry specialization of production low, scattered strength, low repeat serious, between regions and enterprises of convergence products, blindly compete with each other, driving down prices, the decline of enterprise returns, lack of funds, liquidity difficulties, product development and technological transformation is inadequate and seriously restricted the industry to improve the overall level of competition and the increase of strength; (4) The internatio
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