压力机液压系统的电气控制设计

WORD格式可编辑湖南工业大学课程设计资料袋机械工程 学院 20112012 学年 上 学期课程名称：机床电气控制技术学生：班级：学号：题目：压力机液压系统的电气控制设计成绩： 起止日期：2011年12月11日 至2011年12月23日目 录 清 单序号材料名称数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13图纸2机电控制技术设计说明书课 题：压力机液压系统的电气控制设计姓名：班级：学号：成绩：指导教师（签字）：机械工程学院2011年12月19日目录一、课程设计的内容与要求 51. 课程设计对象简介52. 压力机结构及工作要求 53. 液压系统及控制要求64. 课程设计的任务7-二、电气控制电路设计 91. 继电器-接触器电气控制电路的设计 9 2. 继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍 9 3.选择电气元件13-三、压力机可编程控制器系统的设计 141. 可编程控制器控制系统设计的基本原则 142. 可编程控制器系统的设计 14四、总结 17五、参考文献 17专业知识整理分享课程设计任务书2011 2012学年第一学期机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业 机设081班课程名称：机电控制技术设计题目：压力机液压系统的电气控制设计年12月19日 年12月19日完成期限：自2011年12月亘日至2011 年12月_23_日共2周内 容 及 任 务一、设计的主要技术参数具体要求见课程设计指导书二、设计任务完成系统的继电器控制原理图、液压原理图及设计说明书一份三、设计工作量图纸23张，说明书不少于 6000字进 度 安 排起止日期工作内容12.11讲解设计目的、要求、方法，任务分工12.13根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点数、类型， 确定输入、输出设备及元器件种类、数量，初步选定PLC型号12.15根据指导书和任务书绘制控制系统工作流程图，确定每个动作实现和解除必须的条件12.1612.18绘制继电器控制原理图、电路计算、兀器件选择列表编制控制系统的 PLC控制程序12.1912.22编写设计说明书12.23答辩主要参考资料1、 程宪平，可编程控制器原理与应用化学工业出版社，2009.82、 张万奎等编，机床电气控制技术，北京大学出版社，20073、 程宪平主编，机电传动与控制（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2003年9月4、 姜培刚，机电一体化系统设计，机械工业出版社。2003.95、 石玉珍，电气制图及图形符号国家标准汇编，中国标准出版社，1989指导教师（签字）：2011系（教研室）主任（签字）： 11WORD格式可编辑亠、课程设计的内容与要求1.课程设计对象简介压力机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成形、打包等加工工艺中广泛应用的压力加工机械设备。液压压力机（简称液压机）是压力机的一种类型，它通过液压系统产生很大的静压力实现对工件进行挤压、校直、冷弯等加工。液压机的结构类型有单柱式、三柱式、四柱式等形式，其中以四柱式液压机 最为典型，它主要由横梁、导柱、工作台、上滑块和下滑块顶出机构等部件组成， 结构原理图如图1-1所示。2.压力机结构及工作要求液压机的结构类型有单柱式、三柱时、四柱式等形式，其中以四柱式液压机 最为典型，它主要由横梁、导柱、工作台、上滑块和下滑块顶出机构等部件组成, 结构原理图如图1-1所示。图1-1四柱液压机结构原理图1-床身2-工作平台3-导柱4-上滑块5-上缸 6-上滑块模具7-下滑块模具液压机的主要运动是上滑块机构和下滑块顶出机构的运动，上滑块机构由主液压缸（上缸）驱动，顶出机构由辅助液压缸（下缸）驱动。液压机的上滑块机构通 过四个导柱导向、主缸驱动，实现上滑块机构“快速下行一慢速加压一保压延时 一快速回程一原位停止”的动作循环。下缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑快 顶出机构实现“向上顶出一向下退回”或“浮动压边下行一停止一顶出”的两种 动作循环，如图1-2所示。液压机液压系统以压力控制为主，系统具有高压、大 流量、大功率的特点。如何提高系统效率，防止系统产生液压冲击是该系统设计 中需要注意的问题。上缸下缸顶出工艺浮动压边工艺图1-2 液压机的工作循环3. 液压系统工作原理及控制要求1、3150KN通用液压系统工作原理及特点图1为3150KN通用液压机的液压系统图。系统有两个泵，主泵1是一个高压、大流量恒功率（压力补偿）变量泵，最高工作压力由溢流阀4的远程调压阀5调压。辅助泵2是一个低压小流量定量泵，用于供应液动阀的控制油，其压力由 溢流阀3调整。该系统采用高压大流量恒功率变量泵供油和利用滑块自重充液的快速运动回路，既符合工艺要求，又节省了能量；采用单向阀13保压及由顺序阀11和带卸 载阀芯的充液阀14组成的泄压回路，结构简单，减小了由保压转换为快速回程 时的液压冲击。2、3150KN用液压机液压系统控制要求如下：1）系统采用高压大流量恒功率（压力补偿）柱塞变量泵供油，通过电液换向阀6 21的中位机能使主泵1空载起动，在主、辅液压缸原位停止时主泵1卸荷, 利用系统工作过程中工作压力的变化来自动调节主泵1的输出流量与上缸的运动状态相适应，这样既符合液压机的工艺要求，又节省能量。2）系统利用上滑块组件的自重实现主液压缸（上缸）快速下行，并用充液 阀14补油，使快速运动回路结构简单，补油充分，且使用的元件少。3）系统采用带缓冲装置的充液阀14、液动换向阀12和外控顺序阀11组成的 泄压回路，结构简单，减小了上缸由保压转换为快速回程时的液压冲击。4）系统采用单向阀13、14保压，并使系统卸荷的保压回路，在上缸上腔实 现保压的同时实现系统卸荷，因此系统节能效率高。5）系统采用液控单向阀9和内控顺序阀组成的平衡锁紧回路， 使上缸组件在 任何位置能够停止，且能够长时间保持在锁定的位置上4. 课程设计的任务本组最终要求合理设计继电器电气原理图， 液压原理图。要求上交1份设计 说明书（6000字），2张图纸。I_I图1 3150KN通过液压机液压系统图1 主泵2 辅助泵 3、4、18 溢流阀5 远程调压阀 6、21电液换向阀7压力继电器 8 电磁换向阀 9 液控单向阀10、20背压阀11 顺序阀12 液控滑阀13单向阀14 充液阀15 油箱16 上缸17 下缸19节流器22 压力表、电气控制电路设计1. 继电器-接触器电气控制电路的设计根据液压机的动作顺序及控制要求，同时又考虑了以下几个方面：1、电气控制线路与机械配合相当紧密，因此分析中要详细了解机械结构与电 气控制的关系，但机械结构相对比较复杂。2、控制线路中设置了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。3、为了操作方便，采用多地控制，实现两地启、停。4、具有完善的电气联锁，并具有短路、零压、过载及超行程限位保护环节根据设计要求我们设计了如图2所示的继电器-接触器电气控制电路图2. 继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍表1为3150KN通用液压机的电磁铁动作顺序表动作程序1Y2Y3Y4Y5Y上缸快速下行+慢速加压+保压泄压回程+停止下缸顶出+退回+压边+专业知识整理分享上缸滑块在自重作用下迅速下降，泵 需要，因而上缸上腔形成负压，上部油箱1虽处于最大流量状态，仍不能满足其15的油液经液控单向阀14 (充液阀)动作分析:(1) 启动 按启动按扭SB2 KM1得电吸合，常 开开关KM1闭合，主泵供油，电磁铁全部处于失 电状态，主泵1输出的油经三位四通电液换向阀6 中位及阀21中位流回油箱，空载启动。(2) 上缸快速下行按启动按扭SB3, KA1 得电吸合，其控制的常开开关 KA1闭合，电磁铁1Y、5Y先后得电，阀6换至右位，控制油经阀8 右位使液控单向阀9打开。进油路：泵1换向阀6右位f单向阀13 上缸16上腔。回油路：上缸16下腔液控单向阀9换向 阀6右位换向阀21中位油箱。进入上缸上腔。(3) 上缸慢速接近工件。当上缸滑块降至一定位置触动行程开关 2S后,SQ2失电断开，电磁铁5Y失电，阀8处于原位，液控单向阀9关闭。上缸下空油液经背压阀10、阀6右位、阀21中位回油箱。这时，上缸上腔压力升高，充 液阀14关闭。上缸在泵1供给的压力油作用下慢速接近工件。当上缸滑块接触 工件后，阻力急剧增加，上腔压力进一步提高，泵 1的输出流量自动减小。(4)保压。当上缸上腔压力达到预定值时，压力继电器KP吸合，常闭开关KP断开，使电磁铁1Y失电，阀6回 中位，上缸的上、下腔封闭，单向阀13和充液阀14使上缸 上腔保压，保压时间由时间继电器 KM2调整。保压期间，泵 1经阀6、阀21的中位卸载。(5)泄压，上缸回程。保压过程结束，时间继电器KM2发出信号，其控制的常开开关 KM2闭合，接触器KA2得 电吸合，电磁铁2Y得电，阀6换至左位，同时开关 KA2闭合，形成自锁。由于上缸上腔压力很高，液动滑阀12处于上位，压力油经阀6左位及阀12上位使外控顺序阀11开启。此时泵1输出油液经顺序阀11回油箱 泵1在低压下工作，此压力不足以打开充液阀 14的主阀芯，而是先打开阀14 中的卸载芯，使上缸上腔油液经此卸载阀芯开口泄回上部油箱 15，压力逐渐降 低。当上缸上腔压力泄至一定值后，液动滑阀12回到下位，外控顺序阀11关闭,泵1供油压力升高，阀14完全打开，此时油液流动情况为 进油路：泵1换向阀6左位f液控单向阀9上缸下腔。 回油路：上缸上腔一充液阀14上部油箱15。实现主缸快 速回程。(6)上缸原位停止。 当上缸滑块上长至触动行程开关1S, SQ1触点失电断开，电磁铁2Y失电，阀6处于中位，液控单向 阀9将主缸下腔封闭，上缸原位停止不动。 泵1输出油经阀6、 阀21中位回油箱，泵卸载。(7)下液压缸顶出及退回按下开关SB5接触器KA3得电，电磁铁3Y得电，换向阀21换至左位进油路：泵1换向阀6中位换向阀21左位下缸17下腔回油路：下缸17上腔换向阀21左位油箱。下液压缸活塞上升，顶出。电磁铁3Y失电，4Y得电，换向阀21换至右位，下液压缸活塞下行，退回(8)浮动压边 作薄板拉伸压边时，要求下缸活塞上升到一定位置后，既保 持一定压力，又能随上缸滑块的下压而下降。这时，换向阀 21处于中位，上缸 滑块下压时下缸活塞被迫随之下行，下缸下腔油液经节流器19和背压阀20流回 油箱，使下缸下腔保持所需的压边压力。调节背压阀 20即可改变浮动压边力。下缸上腔则经阀21中位从油箱补油。溢流阀18为下缸下腔 安全阀。5去占工 工 工 L至 亠葫为茹 nunon誓3LTUT-T壬UpjrLT工亠yn一f亠工-w丄SS君ni8WIssi3. 选择电气元件对于电气元件的选择，我们应注意以下几点：1）根据对控制元件功能的要求，确定电气元件功能的要求，确定电气元件类 型。如继电器与接触器，当元件用于通，断功率较大的主电路时，应选择交流接 触器；若元件用于切换功率较小的电路（如控制电路）时，则应选择中间继电器; 若伴有延时要求时，则应选用时间继电器。2）根据电气控制的电压，电流及功率的大小来确定元件的规格，满足元器件的负载能力及使用寿命。3）掌握元器件预期的工作环境及供应情况，如防油，防尘，货源等。4）为了保证一定的可靠性，采用相应的降额系数，并进行一些必要的技术和 校核。根据以上步骤及参考资料的查找，制定了本课程设计中继电器元件表（见表4）表4电动机和电器元件明细表代号名称型号QS总电源开关HZ1-60/3FU1熔断器RL1-60/40FU2熔断器RL1-15/4FU3熔断器RL1-15/4FU4熔断器RL1-15/4FR1液压泵1热继电器JR10-10 10 AFR2液压泵2热继电器JR10-10 6 AKM1液压泵启动接触器CJO-40KM2延迟继电器接触器CJO-20KA1-KA5对应1Y-5Y接触器JZ7-44 127 V1Y-5Y电磁铁36 VTL1直流变压器BK-150 380/127/36 VTL2变压器BK-150 380/127/36 VSB1总停止按钮LA2SB2泵启动按钮LA2SB3快速下行按钮LA2SB4下缸停止按钮LA2SB5下缸顶出按钮LA2SB6下缸退回按钮LA2SQ1行程开关LX3-11HSQ2行程开关LX3-11HKP压力继电器接触器PFT L4VC直流电源36VEL照明灯具JC6-1S1照明灯开关TCL A6三、压力机的可编程控制器系统的设计1. 可编程控制器控制系统设计的基本原则在设计可编程控制器系统时，应遵循以下基本原则。1）最大限速地满足控制要求充分发挥可编程控制器功能，最大限度地满足被控对象的控制要求， 是设计 中最重要的一条原则。设计人员要深入现场进行调查研究， 收集资料。同时要注 意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合， 共同解决重点问题和疑难问 题。2）保证系统安全可靠保证可编程控制器控制系统能够长期安全，可靠，稳定运行，是设计控制系 统的重要原则。3）力求简单，经济，使用与维修方便在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断扩大工程的效益，另一方面也 要注意不断降低工程的成本，不宜盲目追求自动化和高指标。4）适应发展的需要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。2. 可编程控制器系统的设计1.可编程控制器选型本系统有输入信号九个，输出信号有七个，均为开关量。根据输入输出的点数、类型及控制要求，同时考虑到维护、改造和经济性等诸多因素，可以选择FX2N-32MR这样共有16个输入点、16个输出点，可以满足控制要求。2.1/0地址分配根据系统要完成的动作，考虑在下液压缸顶出和退回时可能需要点动操作方式，方便调节压边时间以保证工件加工的要求。设定输入/输出控制信号，其I/O地址分配如下表3-1表3-1 I/O地址分配输入信号输出信号代号功能1点代号功能0点SB2启动液压泵X0KM1泵启动Y0SB3快速下行X1KA1慢速下行Y1SQ2行程开关2S :X2KA2泄压回程Y2KP压力继电器X3KA3下缸顶出Y3SQ1行程开关1S :X4KA4下缸退回:丫4SB5下缸顶出X5KA5和丫1实现快速下行P Y5SB6下缸退回X6指示灯Y6SB4下缸停止X7SB1总停止X103.可编程控制器的输入、输出接线图如图所示WORD格式可编辑SB 3SQ2KPSQ1SB5SE6SB14.梯形图：根据电气控制图，我们画出来了其梯形图如图所示四、总结这次课程设计我的课题是压力机液压系统的电气控制设计。在整个设计过程 中，我运用老师教给的知识，借助参考书，与同学积极讨论按部就班、一步一步 的完成这个设计。通过这次设计，使我对机电控制这一课程有了深入的了解， 对电气控制元件 有了更多的认识，这对于我们机械学生的帮助很大。不仅锻炼了我们运用所学知 识理论的能力，也锻炼了自己资料收集、分类、运用的能力。培养了我综合应用 机电控制技术及其他课程的理论知识和理论联系实际 ，应用生产实际知识解决工 程实际问题的能力；在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协 作，解决了许多个人无法解决的问题，为今后的工作打下了坚实的基础。五、参考文献1程宪平，可编程控制器原理与应用化学工业出版社，2009.82、 张万奎等编，机床电气控制技术，北京大学出版社，20073、 程宪平主编，机电传动与控制（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2003年9月4、 姜培刚，机电一体化系统设计，机械工业出版社。2003.95、 石玉珍，电气制图及图形符号国家标准汇编，中国标准出版社，1989