压块机优秀课程设计项目新版说明书.doc
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1、摘要本文介绍了压块机液压系统和控制系统设计。压块机液压系统关键包含油箱、高压泵、电动机、和多种压力阀等组成。此次设计首先设计出液压系统原理图,而且具体介绍了油路走向及怎样实现压块机快进、工进、快退等动作。然后对其中电动机、高压泵、液压缸和多种压力阀进行了具体计算,依据计算结果,选择适宜元件。本设计还设计了PLC控制系统,对PLC进行了深入研究,依据设计好液压传动原理图,画出控制步骤图;并依据设计确定I/O点数,选择适宜可编程控制器,而且给出了I/O分配表和I/O接线图,和编写了PLC控制系统程序。关键词:压块机、液压系统、控制系统、PLC 目录 摘要11.绪论31.1 课题研究背景31.2 研
2、究课题所做工作42.液压系统设计42.1液压技术介绍52.2压块机工况分析62.3液压系统图及其工作原理72.3.1液压系统图:72.4液压元件选择和计算92.4.1分析负载92.4.2液压缸设计计算102.4.3 液压泵设计计算112.4.4 阀类元件和辅助元件选择122.4.4.1 溢流阀122.4.4.2 电磁换向阀132.4.4.3次序阀132.4.5 双联叶片泵132.4.6 油箱143.PLC选择和设计143.1.采取PLC控制优点143.2. 输入输出I/O点数估算143.2.1 控制功效选择143.3 PLC控制设计153.3.1 PLC控制工作原理163.3.2 I/O口分配
3、163.3.3 外部电路接线图163.3.4 PLC梯形图概述183.3.5 PLC控制梯形图183.3.6 依据梯形图写出以下程序21参考文件23 1.绪论1.1 课题研究背景伴随现在社会发展,机械、液压、电气等科学技术进步,挤压机应用越来越广泛,逐步成为机械行业不可或缺加工机械。现在挤压技术已经应用于硬质合金、食品工业及机械加工业等很多领域。利用硬质合金挤压成型技术可生产截面积较小且长度较长产品,如棒材、管材、带材等。因为采取挤压技术能够取得沿长度方向密度均匀产品,且生产效率高,所以在硬质合金生产中挤压机技术已经得到普及应用。同时伴随挤压机发展,种类逐步细化,其产品应用领域不停扩展,使挤压
4、机在国民经济中地位在不停加强。而伴伴随资源、能源缺乏和对环境保护要求提升,越来越多节能、减排产品投放到了市场,而金属锯屑挤压机便是其中一个,它能够将金属锯屑压成块再回炉,不仅降低了对环境污染,而且给运输带来了方便。在中国,金属锯屑挤压机市场有很大发展空间,有很高投资价值,为保护环境,节省能源起到了举足轻重作用。所以,能够看出金属锯屑挤压机含有很大发展潜力和极好市场。金属锯屑挤压机具体发展方向为:1)智能化送料装置送料量多少及是否均匀,直接关系到屑块形状、尺寸及松紧度。现在金属屑压块机大多无独立送料装置或装置达不到要求,造成屑块形状、尺寸及松紧度差异较大,为了达成均匀稳定送料,可采取振动机重量检
5、测进行控制。2)工艺性好和主机配合完美金属锯屑挤压机控制系统将会有所发展,它含有友好人机界面,不占太多工作空间,便于操作,便于维护,可大大降低操作工人工作强度。3)良好工作性能含有较低噪声、较小能耗,在高速换向时,利用程序控制、软件来实现对换向冲击缓冲。4)能够实现从进料到出块全自动金属锯屑压块生产流水线。5)发展智能化金属锯屑挤压机控制系统。6)应配置屑块智能称重仪,使屑块含有重量即时显示、超重报警、累计重量、累计数量、班次产量等功效。7)发展机电液一体化金属锯屑挤压机。屑块质量好、生产效率高是金属锯屑压块机发展方向,现有使用金属锯屑压块机均成为单一机械设备。能够综合使用机械、液压、电气控制
6、等技术,发展结构紧凑,元件高度集成,使得液压站体积大大减小,降低连接管路、液压元辅件,从而使可靠性对应提升。8)增加出料装置配置出料装置能够避免二次操作,从而节省了时间和劳动强度。9)高效率、低故障率,便于维修这就要求系统结构尽可能简单,从而降低故障率,而且便于维修。同时要求液压系统反应速度快,行程短。设计须考虑到多尘和高温等环境原因,以降低故障发生。10)全方位监控运行控制系统。此次研究金属屑挤压机应用更为广泛。只要有锯切设备,锯屑产生就不可避免。怎样处理、回收锯屑,尤其是铜、铝材等贵金属切屑,就成为一个必需考虑问题。假如天天产生大量锯屑,依靠人工将锯屑装入翻斗车,需要较多人力,既影响环境,
7、又不便于运输、回收。所以,金属压块机功用就显得尤为关键,它不仅节省了资源,而且提升了工作效率。1.2 研究课题所做工作1)问题提出金属锯屑挤压机是各个机械加工行业不可或缺辅助设备。伴随机械加工行业不停地发展,金属需求量逐年增加,随之产生了大量金属锯屑,而对锯屑回收就显得愈加必需。这就需要有一个专门工具进行回收,而金属锯屑压块机出现,使之得到了处理, 它不仅能节省成本,而且也能节省资源。此次课程设计所要处理问题就是设计出这种锯屑挤压机液压控制系统。2)处理问题所做工作a.具体分析金属锯屑液压压块机工作过程;并依据工作过程,设计能满足工作要求液压控制系统。b.以设计液压系统为基础,画出控制步骤图;
8、并依据设计确定I/O点数,选择适宜可编程控制器,写出I/O分配表,画出I/O接线图;编写PLC控制系统程序。 2.液压系统设计2.1液压技术介绍一个完整液压系统由五个部分组成,即动力元件、实施元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件作用是将原动机机械能转换成液体压力能,指液压系统中油泵,它向整个液压系统提供动力。液压泵结构形式通常有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。实施元件(如液压缸和液压马达)作用是将液体压力能转换为机械能,驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即多种液压阀)在液压系统中控制和调整液体压力、流量和方向。依据控制功效不一样,液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控
9、制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、次序阀等;流量控制阀包含节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包含单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。依据控制方法不一样,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和百分比控制阀。辅助元件包含油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传输能量工作介质,有多种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压因为其传动力量大,易于传输及配置,在工业、民用行业应用广泛。目前,液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化、微型化、智能化等各项要求方面全部取得了重大进展,在完善百分比控制、伺服控制、数字控制技术上也有很
10、多新成就。另外,在液压元件和液压系统计算机辅助设计,计算机仿真和优化和计算机控制等开发性研究方面成就更大。液压设备以其“柔性”动力和单一直线驱动力,使系统含有较长生命和较高工作效率,加上液压设备和PLC结合很轻易实现压力、行程、速度及自动、半自动循环工作控制,已成为成型机械首选驱动方法。此次设计金属锯屑压块机充足综合这些特点,利用PLC控制液压机械,将散碎锯屑挤压成块料。2.2压块机工况分析图 压块机工序步骤图2.3液压系统图及其工作原理 2.3.1液压系统图:(1)过滤器;(2)大流量泵;(3)小流量泵;(4)电机;(5)次序阀;(6)单向阀;(7)溢流阀;(8)(9)三位四通电磁换向阀;(
11、10)(11)压力继电器;(12)蓄能器;(13)平衡阀;(14)主液压缸;(15)辅液压缸(16)二位二通电磁换向阀(17)节流调速阀(18)溢流阀2.3.2工作原理快速回路由流量泵1和流量泵2组合提供,流量泵1为大流量泵,流量泵2为小流量泵,在快速运动时,泵1输出油液经过单向阀6和泵2输出油液共同向系统供油;工作行程时,系统压力升高,打开次序阀5使泵1卸荷,由泵2单独向系统供油,整个系统工作压力由溢流阀7调定。系统实施器为主液压缸14和辅液压缸15,两缸运动方向分别由三位四通电磁换向阀8和9控制;压力继电器10用于轻压抵达要求以后开始保压信号,压力继电器11用于重压达成要求后,主缸开始后退
12、少许信号。立置辅缸15由平衡阀13控制,以防该缸因自重自行下落。系统工作期间,当负载小时,电磁铁1YA通电时三位四通换向阀8切换向右位,大流量泵1和小流量泵2同时经换向阀8向主缸14无杆腔供油,主缸快速进给;锯屑压紧到一定程度后,系统压力上升,使外次序阀5打开,泵1卸荷,泵2单独向主缸无杆腔供油,主缸由快速推进变成慢速推进,从而实现对锯屑慢速挤压;当电磁阀2YA通电使电磁阀8切换向左位时,双泵同时经电磁阀8向主缸有杆腔供油,主缸快速退回。2.3.3压块机液压系统工序步骤详解 辅缸压下:按下开启键,3YA得电,辅缸压下到SQ4 主缸快进:压下SQ4,3YA失电,1YA和5YA得电,主缸快进。 主
13、缸轻压:压下SQ5,5YA失电,1YA和压力继电器1得点电,主缸开始轻压 主缸保压:当主缸压力抵达压力继电器1调定值后,1YA和压力继电器1失电,计时器1得电开始计时,主缸由蓄能器保压 主缸回退到位:当计时器1计时完,即保压时间到,计时器1失电,2YA得电主缸退回到SQ1 主缸重压:压下SQ1,2YA失电,1YA和压力继电器2得点电,主缸开始重压 主缸回退少许:当主缸压力抵达压力继电器2调定值后,1YA和压力继电器2失电,2YA得电,计时器2得电开始计时,主缸开始回退 辅缸上升:当计时器2计时完,即回退时间到,计时器2失电,2YA失电,4YA得电,辅缸开始上升到SQ3 主缸推出:辅缸压下SQ3
14、,4YA失电,1YA得电,主缸推出到SQ2 主缸退回到位:压下SQ2,1YA失电,2YA得电,主缸退回到SQ1 辅缸压下,进入下一循环:压下SQ1,2YA失电,3YA得电,辅缸压下。2.3.4压块机液压系统工序步骤图汇总 输出工序1YA2YA3YA4YA5YA计时器1计时器2 辅缸压下-+-主缸快进-+-主缸轻压+-主缸保压-+-主缸退回到位-+-主缸重压+-主缸退回少许-+-+辅缸上升-+-主缸推出+-主缸回退到位-+-辅缸压下-+-2.4液压元件选择和计算2.4.1分析负载(1)外负载 表2-1 按负载选择液压实施元件工作压力表载荷/KN50工作压力/M pa 5-7 表2-2 按主机类型
15、选择液压实施元件工作压力表设备类型磨床组合机床车床,铣床衍磨机床拉床农业机械工程机械工作压力/M pa1.26.32-42-51010-1616-32取最大外负载Fg=1000KN.(2)惯性负载机床工作部件总质量m=1000kg,取t=0.2sFm=m*v/t=1000*0.05/0.2=250N(3)阻力负载机床工作部件对滑台法向力为: Fn=m*g=1000*9.81=9810N静摩擦阻力:Fs=fs*Fn=0.2*9810N=1962N动摩擦阻力:Fd=fd*Fn=0.1*9810N=981N 表2-3 液压缸各工作阶段负载F.工况负载组成负载值F/N开启F= fs*Fn1962加速F
16、= fd*Fn+m*v/t1231快进F= fd*Fn981工进F= fd*Fn+Fg1000981快退F= fd*Fn9812.4.2液压缸设计计算1.关键尺寸确实定(1)缸筒内径D依据负载大小和选定工作压力,从GB/T2348-标准中选择尺寸。(2)活塞杆直径d对单杆活塞缸,d值可由D和v来决定,查GB/T2348-进行圆整。2.液压缸关键技术参数对单活塞杆缸:A2=F/m(P1*-P2)A1=*A2其中F-缸最大外负载1000KNP1-缸最大工作压力16MpaP2-缸背压,查表2-4,取3MpaPmin-缸空载开启压力,查表2-5,取0.3Mpam-液压缸机械效率=0.96取=A1/A2
17、=2 表2-4 背压压力系统类型背压压力/Mpa系统类型背压压力/Mpa中低压系统或轻载节流调速系统 0.2-0.5采取辅助泵补油闭式油路系统1-1.5回油路带调速阀或背压阀系统 0.5-1.5采取多路阀中高压系统1.2-3 表25 液压缸空载开启压力及效率活塞密封圈形式Pmin/MpamO,L,U,X,Y0.30.96V0.50.94活塞环密封0.10.985A2= F/m(P1*-P2)=1000000/0.96(16*2-3)1000000=0.036A1=*A2=2*0.036=0.072D=4*A1/=0.30md=0.707*D =0.21m3.液压缸在不一样工作阶段压力,流量。快
18、进时:P1=(F/m+A2*p)/(A1-A2)=1.58Mpa Q=(A1-A2)*V1=0.0018 m P=P1*Q=2844W工进时:P1=(F/m+A2*P2)/A1=15.96Mpa Q=A1*V2=0.00072 m P=P1*Q=11462W快退时:P1=(F/m+A1*P2)/A2=6.03Mpa Q=A2*V1=0.0018 m P=P1*Q=11340W 表2-6液压缸在不一样工作阶段压力流量表工况负载回油腔压力P2/Mpa进油腔压力P1/Mpa输入流量Q输入功率P/W快进981N1.55Mpa1.58mpa0.00182844工进1000981N3Mpa15.96mpa
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