压力机液压系统全解

湖南工业大学机 电 控 制 技 术课程设计资料袋机械工程学院（系、部）2015 2016学年第 二 学期课程名称机电控制技术指导教师 职称副教授学生姓名专业班级_班级一学号题目压力机液压系统的电气控制设计成 绩 起止日期2016年6月25日2016年7月1日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程任务任务书12课程任务说明书13电气控制电路图14可编程控制器硬件连线15状态转移图、梯形图16控制梯形图1课程设计任务书20152016 学年第二学期机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化 专业机设1301班级课程名称：机电控制技术设计题目：压力机液压系统的电气控制设计完成期限：自2016年6月25日至2016年7月1日共1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、PLC控制原理图及设计说明书一份三、设计工作 量电气图2-3张，不得少于15页进起止日期工作内容度6 月 25-6 月 26讲解设计目的、要求、方法，任务分工安6 月 26-6 月 27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型号排6 月 27-6 月 29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6 月 29-6 月 30绘制继电器控制原理图、电路计算、兀器件选择列表7月1编制控制系统的PLC控制程序主 要 参 考 资 料【1】张万奎主编机床电气控制技术北京：中国林业出版社.北京大学出版社，2006.【2】李伟主编.机床电器与PLC.西安：西安电子科技大学出版社，2006.【3】芮静康.实用机床电路图集.北京：中国水利水电出版社.2006.【4】孙余凯，吴鸣山等编著学看实用电气控制线路图北京：电子工业出版社，2006.指导教师（签字）：2016年7月1日系（教研室）主任（签字）： 2016年7月1日孝OGV机床电气控制技术设计说明书压力机液压系统的电气控制设计起止日期：2016年6月25日至2016年7月1日学生姓名：班级：学号：成绩：指导教师（签字）：机械工程学院2016年7月1日目录一、课程设计的内容与要求 11.1 课程设计对象简介 11.2 压力机结构及工作要求 21.3 液压系统工作原理及控制要求 51.4 课程设计的任务 6二 、电气控制电路设计 62.1 继电器-接触器电气控制电路的设计 72.1 继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍 102.3 选择电气元件 13三、压力机的可编程控制器系统的设计 143.1 可编程控制器控制系统设计的基本原则 163.2 可编程控制器系统的设计 18四、设计体会与总结 19五、参考资料 20一、课程设计的内容与要求1.1课程设计对象简介液压机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、 粉末等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺 如 锻 压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压 装等等。液压机有多种型号规格 其压制力从几十吨到上万吨。 用乳化液作介质的液压机被称作水压机产生的压制力很大，多用 于重型机械厂和造船厂等。用石油型液压油做介质的液压机被称 作油压机产生的压制力较水压机小，在许多工业部门得到广泛 应用。液压机多为立式其中以四柱式液压机的结构布局最为典 型 应用也最广泛。图1.1所示为液压机外形图 它主要由充 液筒、上横梁2、上液压缸3、上滑块4、立柱5、下滑块6、下 液压缸7等零部件组成。这种液压机有4个立柱 在4个立柱之 间安置上、下两个液压缸3和7。上液压缸驱动上滑块4 下液 压缸驱动下滑块6。为了满足大多数压制工艺的要求 上滑块应 能实现快速下行f慢速加压f保压延时f快速返回f原位停止 的自动工作循环。下滑块应能实现向上顶出f停留f向下退回f 原位停止的工作循环。上下滑块的运动依次进行不能同时动作。图L1液压机外形图由上液压缸和下液压缸动作循环路线可以画出液压机的工作循 环图，如图1-2所示。横坐标为一个循环周期，纵坐标为液压缸 工作行程。13液压系统工作原理及控制要求由设计任务书可知，设计任务为3150KN通用液压系统。1.31 3150KN通用液压系统工作原理及特点图1-3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。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1.3.2 3150KN 通用液压机液压系统性能分析由以上的工作原理及特点分析可知，该机液压系统主要由压力 控制回路,换向回路,快慢速转换回路,以及平衡锁紧回路等组成。 其主要性能特点如下：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1.4课程设计的任务1、在1 周时间内，根据给定任务（具体见课程设计指导书），绘 制电气原理图一张，要求有布局合理，功能完善，有技术要求及 明细栏；2、有PLC设计内容的（由指导教师指定），要求给出程序框图和 源程序清单；3、编写设计计算说明书一份，不得少于 15 页。要求有目录、 设计任务书及元器件选型计算、原理说明、功能说明、控制器的 选择、程序清单、调试结论、参考资料等。二 、电气控制电路设计2.1 继电器-接触器电气控制电路的设计 根据液压机的系统性能以及特点的分析之后，还需要考虑了以下 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 2-3 所示的继电器-接触器电气控 制电路图。2.2继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍2.2.1 通过以上分析，可得出图 1-3中每个换向阀每个电磁铁的动 作顺序，如表2-1 所示。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+2.2.2动作分析1）启动如图2-1所示。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右位一单向阀13上缸16上腔。回油路：上缸16下腔一液 控单向阀 9-换向阀 6右位-换向阀 21中位-油箱。上缸滑块在自重作用下迅速下降，泵1 虽处于最大流量状态，仍 不能满足其需要，因而上缸上腔形成负压，上部油箱15 的油液 经液控单向阀 14（充液阀）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。 如图2-2 所示。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左位一液控单向阀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中位一 换向阀21左位一下缸17下腔。回油路：下缸17上腔一换向阀 21左位一油箱。下液压缸活塞上升，顶出。按下开关SB6，接触器KA4得电，电磁铁4Y得电，同时电磁铁3Y失电，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。压力机液压系统电器控制电路图直肢圧劉城制叟压器I辱曲鳖严丨匠就和駆H3?KEErEEr(:fEH工 芒 逮 幼 我皿 两 甜 r 讣 込 込10111213-40 2.3选择电气元件对于电气元件的选择，我们应注意以下几点：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。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(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 2-2)。表 2-2 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JR10-1010AFR2液压泵2热继电器JR10-10 6AKM1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JZ7-44127V1Y-5Y电磁铁36VTL1直流变压器BK-150 380/12/36VTL2变压器BK-150 380/12/36VSB1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TCL A6三、压力机的可编程控制器系统的设计3.1 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。3.2 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。I/O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 地址分配表输入输出信号代号功能1点代号功能O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2SX2KA2泄压回程Y2KP压力继电器X3KA3下缸顶出Y3SQ1行程开关1SX4KA4下缸退回Y4SB5下缸顶出X5KA5和Y1实现快速下行Y5SB6下缸退回X6指示灯Y6SB4下缸停止X7SB1总停止X10（3）可编程控制器的输入、输出接线图如图所示1002册(4)控制梯形图根据电气控制图，我们画出来了其梯形图如图所示M80Q2IITOOOmz I0D1 IQC2r-R-rooiHI1nsTOimHIMYDOI1005W2 teOlT003Y00I I0Q2 XME 也0344IQC4ElfD (5)压力机的状态转移图和步进梯形图R东輔網四、设计体会与总结为期一周的机电综合课程设计马上就结束了，此次课程设计 以分组形式进行，我们组选择的课题是压力机液压系统的电器控 制，刚刚进去课程设计环节时，由于对理论知识掌握的不好加上 没有太多实际的动手能力和经验，一时不知道如何去做。通过自 己查阅资料我懂得了一些基本知识和动手能力，基本学会了设计 方法和基本步骤，对基本元器件有了更深的了解和认识。在对理 论的运用中，提高了我们的动手能力和实践操作能力，并能分析 简单的问题。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。 上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在一定的阶段共同讨 论，以解决个人不能解决的问题，提出意见，同时我还向别的同 学请教。通过这次设计实践。我学会了 PLC的基本编程方法，对PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。我们对知道的撑握 都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程 序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的 结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问 题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。本 次的设计使我从中学到了很多东西，不管是将我所学到的知识运 用到我以后的工作中去，还是通过实践完善知识，我都受益匪浅。五、参考资料 【1】张万奎主编.机床电气控制技术.北京：中国林业出版社.北 京大学出版社，2006.【2】李伟主编.机床电器与 PLC.西安：西安电子科技大学出版社，2006.【3】芮静康 .实用机床电路图集. 北京：中国水利水电出版 社.2006.【4】孙余凯,吴鸣山等编著.学看实用电气控制线路图.北京：电 子工业出版社，2006.