毕业设计-机床液压系统电气控制系统设计液压动力滑台.doc

课程设计说明书

题 目 机床液压系统电气控制系统设计
姓 名
班 级
学 号
指导老师
日 期 2013年1 月3日

目录

一、 课程设计的任务要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1

二、泵、电机、控制阀的初选。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3

三、动力滑台液压系统工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6

四、电磁铁调度表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9

五、采用PLC设计方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10

六、采用普通电器元件设计方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15

七、总结。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19

参考文献

一：课程设计的任务要求
1.1·某液压动力滑台简介
① 液压动力滑台工作顺序为:①夹紧工件 ②进给缸快速前进 ③一次进给 ④二次进给 ⑤死挡铁停留 ⑥滑台快退 ⑦ 进给缸停止, 夹紧缸松开.(见下面图)
② 已知进给缸最大负载40000KN,工进速度为5mm/min
最大速度6.4mm/min，对应负载为2000KN.
1.2·要求液压动力滑台能自动工作,又能各个动作进行单独调整;各工作循环有照明显示;有必要的电器连锁与保护.
1.3·设计任务
①初选泵和电机，以及初选控制主缸(25)的控制阀。
②简述液压动力滑台液压系统工作原理,绘制电磁铁调度表。
③设计并绘制电器控制原理图(采用普通电气元件控制和采用PLC控制两种方案)，选择电气元件,编写PLC程序、调试，并制定元件目录表.
④编制设计说明、使用说明书。
⑤列出设计参考书目录

3DT 19
4DT
快进
ST1
一工进
原位停止
快退
停留
二工进
ST2
松开 夹紧
紧

ST3
16
1DT
2DT
23
18
17
19
9
8
1
2
5DT
3
4
5
6
7
10
9
11
12
15
14
21
25
24

20

13

二、 初选
2.1执行元件的选择
1） 选取执行元件的工作压力P=5Mpa；
2） 执行元件的主要结构参数的确定
由已知条件知，最大负载F=40000N,快进时差动连接；
则D= d ,A1=2A2
工进时，根据手册，查得对于回油路上有背压阀或者调速阀的，背压阀取0.5~1. 5Mpa,选取P2=0.5Mpa F=(A1P1-A2P2)ηm=[A1P1-(A2/2)P2]
ηm通常取0.9~0.95；这里取ηm=0.95
得:A1=(F/ηm)/(P1-P2/2)=0.00886m2
又D==106.2mm
d=D/=75.1mm
根据手册GB/T2348-2001 ，将直径调整成就近标准值；
取D=110mm d=80mm ；
则液压缸两腔的实际有效作用面积为：
A1=2/4=95.03×10-4m2
A2=2-2/4=44.7710-4m2

2.2选择液压泵
1） 计算最大工作压力
P1=(F/ηm +P2A2)/A1
带入数据得P1=4.666Mpa 取PP=1.3P1=6.066 Mpa
2)确定液压泵最大供油量
qP≥k∑qmax
k系统的泄漏修正系数，一般取1.1~1.3
∑qmax —同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值
快进时q=2V/4=/4×0.082×6.4×103 L/min=32.17L/min
快退时q=2-2/4=/4×(0.112-0.082)×6.4×103L/min=L/min
工进时q=2V1/4=/4×0.112×0.05×103L/min=L/min
取k=1.2 带入的 qp=1.2× 32.17L/min=38.6L/min
功率P=PP×qP= 3.903kw
根据以上的最大工作压力和液压泵最大供油量；又为了使液压泵工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备量，通常泵的额定压力可比工作压力高25%—60%。泵的额定流量则宜与相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。查阅手册最后选取初选为：
定量叶片泵 YB1：2.5-100ml/min；6.3MPa；960-1450r/min
Vm= qp/n=38600/1440=26.81ml/r

2.3选择电机
Y112-M4 型电动机 ；电动机功率为 4 KW；额定转速为 1440 r/min ；

2.4 换向阀、调速阀、先导式溢流阀的选择
1）换向阀：24DF3 24EF3 34DF3 34EF3
20MPa 通径4-16mm 6-80L/min
2)调速阀：F(C)G-3型：31.5MPa；通径10mm；18L/min
3）先导式溢流阀：
高压：DB/DBWT 型：31.5MPa；通径10/25/32mm；3L/min

三、工作原理
3.1夹紧
按下启动按钮，夹紧液压缸24活塞下行将工件夹紧，同时压力继电器14开始动作，使得电磁铁1YA得电。
3.2快进
电磁铁1YA通电，使电液换向阀9的先到电磁换向阀左位接通。在控制油的压力作用下，使液动换向阀9左位接入系统主油路。此时，动力滑台处于空行阶段，液压缸负载较小，系统压力较小，液压泵1的输出流量较大；同时液控顺序阀4处于关闭状态，液压缸为差动连接方式，从而实现动力滑台的快进。
主油路油液流动路线为：
1）进油：变量泵1 单向阀5 换向阀9（左位） 行程阀23（右位） 液压缸25左腔
2）回油：液压缸25右腔 换向阀9（左位） 单向阀10 行程阀23（右位） 液压缸25左腔
3.3 一工进
当动力滑台快到预定位置时，滑台上的行程挡块压下行程阀23使原来通过该阀进入液压缸左腔的通路被切断，电磁铁3YA断电，由于油液流经调速阀以及外载荷的作用，系统压力升高，液控顺序阀4被打开，变量泵1自动减小其输出流量，以便与调速阀12的开口相适应。
主油路油液流动情况为：
1）进油：变量泵1 单向阀5 换向阀9（左位） 调速阀 12 电磁阀13（右位） 液压缸25左腔
2）回油：液压缸25右腔 换向阀9（左位） 液控顺序阀4 背压阀3
油箱
3．4二工进
在一次进给结束后，挡块压下行程开关ST2，使电磁铁3YA通电，二位二通电磁换向阀13左位工作，顺序阀4仍打开。
主油路油液流动情况为：
1）进油：变量泵1 单向阀5 换向阀9（左位） 调速阀12 调速阀19 液压缸25左腔
2）回油：液压缸25右腔 换向阀9（左位） 液控顺序阀4 背压阀3
油箱
3.5死挡铁停留
当动力滑台以二工进的速度运行碰上死挡铁后，滑台停止运动。负荷的增加使系统压力升高，压力继电器（YJ）21发信号给时间继电器，经过一定的时间延迟后，时间继电器发出信号是动力滑台返回。
3.6快退：在时间继电器发出信号后，死挡铁停留时间到后，时间继电器发出快退信号，使电磁铁1YA断电、电磁铁3YA断电、电磁铁2YA通电，液动换向阀9右位接通。这时系统压力下降，泵1输出的流量又自动增大，可以得到比较大的快退速度。
主油路油液流动情况为：
1）进油：变量泵1 单向阀5 换向阀9（右位） 液压缸25右腔
2）回油：液压缸25左腔 单向阀20 换向阀9（右位） 单向阀 8 油箱

3.7 夹紧缸松开
当动力滑台退回到原位时，活动挡块压下行程开关ST1，使电磁铁2YA断电，电液换向阀回到中位，液压缸两腔封闭，滑台停止运动。4YA得电，夹紧液压缸活塞上行，工件松开时压力继电器14接点复位。当碰到行程开关ST3时，5YA得。
3.8 卸荷
5YA得电后使，电液压泵通过二位二通电磁换向阀2开始卸荷。

四：电磁铁调度表
表4-1 液压动力滑台液压系统电磁铁及压力继电器调度表
动作
电磁铁及压力继电器通断状态状态
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
SP14
SP21

进给缸25
快进
+
-
-
-
-
+
-
一工进
+
-
-
-
-
+
-
二工进
+
-
+
-
-
+
-
死挡铁停留
+
-
+
-
-
+
+
快退
-
+
-
-
-
+
-
夹紧缸24
夹紧
-
-
-
-
-
+
-
松开
-
-
-
+
-
-
-
油泵卸荷
-
-
-
-
+
-
-

五、采用PLC 设计方案
5.1 I/O端子分配表
表5-1 I/O端子分配表
输入
X0
启动按钮
X10
自动
X7
急停电机
X11
手动
X1
ST1
X12
手动快进SB2
X2
ST2
X13
手动二工进SB3
X3
ST3
X14
手动快退SB4
X4
SP14
X15
手动停留SB5
X5
SP21
X16
手动松开SB6
X6
手动返回按钮
X17
手动卸荷SB7
输出
Y0
1YA
Y11
一工进指示灯
Y1
2YA
Y11
二工进指示灯
Y2
3YA
Y12
快退指示灯
Y3
4YA
Y10
夹紧指示灯
Y4
5YA
Y13
松开指示灯
Y11
快进指示灯
Y14
卸荷指示灯
Y16
电动机KM
Y15
照明灯
Y17
故障指示灯
Y20
蜂鸣报警器

5.4功能图设计说明：
整个电路由特殊辅助继电器M8002触发，分为自动和手动两部分控制程序，自动部分主要用于机床自动加工，手动部分主要用于对机床的各个动作进行单独调整以及故障排除.
5.4.1自动部分：
各步除了完成指定的工作以外，还分别加入了时间继电器T1-T5，若在规定时间内没有完成工作，则继电器得电，故障指示灯Y17亮、蜂鸣器Y20报警，并使程序跳转到初始步S0，以下不重复说明。
1)S20（启动电机/夹紧缸夹紧）：X0、X10同时闭合，Y0（电动机）、电动机启动同时，Y15表示电动机开启的指示灯亮,,程序开始工作，夹紧指示灯Y10亮.若规定时间10S内未完成工作则报警并自动跳转到初始步S0。
2）S21（快进、一工进）：压力继电器14（X4）得电，输出Y0(1YA)，进给缸完成快进、一工进，同时前进指示灯Y11亮。当碰到行程开关2ST,即X2变为ON，S22变为活动步 。 若规定时间10S内未完成工作则报警并自动跳转到初始步S0。
3)S22（二工进）：输出 Y2（3YA）、Y0(1YA),前进指示灯Y11亮，当二工进工作完成时，压力继电器21（X5）闭合， S23变为活动步。若规定时间10S内未完成工作则报警并自动跳转到初始步S0。
4)S23（死挡块停留）：输出Y2（3YA）、Y0(1YA)，同时继电器T0开始计时，当达到计时时间，S24变为活动步。
5)S24（快退）：输出Y1（2YA）、Y12（快退指示灯），电磁铁2YA得电，液压缸25开始快退工作，同时快退指示灯亮。当快退工作完成时，行程开关1ST闭合，即X1为ON，S25变为活动步。若规定时间10S内未完成工作则报警并自动跳转到初始步S0。
6)S25（夹紧缸松开）：输出Y3（4YA）、Y13松开指示灯亮，电磁铁4YA得电，液压缸24开始松开。当工作完成时，行程开关3ST闭合，即X3为ON，S26变为活动步。若规定时间10S内未完成工作则报警并自动跳转到初始步S0。
7）S26（油泵的卸荷）：输出Y4（5YA）、Y14卸荷指示灯亮，电磁铁5YA得电，当T1计时时间到，S20变为活动步。
5.4.2手动部分：
手动部分各步输出与自动部分相同，在步S20中加入了6个开关分别控制快进、工进、快退、夹紧缸松开、油泵卸荷、手动急停。

5.6 梯形图指令表程序
LD M8002
SET S0

STL S0
LD X0
AND X10
SET S20
LD X0
AND X11
SET S30

STL S20
OUT Y16
OUT Y15
OUT Y10
OUT T1
SP K200
LD T1
CJMP S0
LD X4
SET S21
STL S21
OUT Y0
OUT Y11
OUT T2
SP K200
LD T2
CJMP S0
LD X2
SET S22

STL S22
OUT Y0
OUT Y2
OUT Y11
OUT T3
SP K300
LD T3
CJMP S0
LD X5
SET S23

STL S23
OUT Y0
OUT Y2
OUT T0
SP K300
LD T0
SET S24

STL S24
OUT Y1
OUT Y12
OUT T4
SP K200
LD T4
CJMP S0
LD X1
SET S25

STL S25
OUT Y3
OUT Y13
0UT T5
SP K200
LD T5
CJMP S0
LD X3
SET S26

STL S26
OUT Y4
OUT Y14
SET S20

STL S30
OUT Y16
0UT Y15
OUT Y10
LD X12
SET S31
LD X13
SET S32
LD X14
SET S33
LD X15
SET S34
LD X16
SET S35
LD X17
SET S36

STL S31
OUT Y0
OUT Y11
LD X2
SET S30
LD X7
SET S37

STL S32
OUT Y0
OUT Y2
OUT Y11
LD X5
SET S30
LD X7
SET S37

STL S33
OUT Y0
OUT Y2
OUT T0
LD T0
SET S30
LD X7
SET S37

STL S34
OUT Y1
OUT Y12
LD X1
SET S30
LD X7
SET S37

STL S35
OUT Y3
OUT Y13
LD X3
SET S30
LD X7
SET S37

STL S36
OUT Y4
OUT Y14
LD X6
SET S30
LD X7
SET S37

STL S37
RST Y16

LD T1
OR T2
OR T3
OR T4
OR T5
SET M0

LD M0
OUT Y17
OUT Y20

END
六、采用普通电气元件控制设计方案
6.1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3-2）。

表6-1 电动机和电器元件明细表
代号
名称
型号
QF
总电源开关
HZ1-60/3
FU
熔断器
RL1-60/40
FU1
熔断器
RL1-15/4
FU2
熔断器
RL1-15/4
FU3
熔断器
RL1-15/4
FU4
熔断器
RL1-15/4
FR
热继电器
JR10-10 10 A
KM
启动接触器
CJO-40
K-6K
接触器
JZ7-44 127 V
1YA-5YA
电磁铁
36 V
TL1
直流变压器
BK-150 380/127/36 V
TL2
变压器
BK-150 380/127/36 V
SB
总停止按钮
LA2
SB1
电机启动按钮
LA2
SB2
快进、一工进按钮
LA2
SB3
二工进按钮
LA2
SB4
挡块停留按钮
LA2
SB5
快退按钮
LA2
SB6
松开按钮
LA2
SB8
卸荷
LA2
1ST-3ST
行程开关
LX3-11H
YJ
压力继电器
PFT—L4
HL
照明灯
JC6-1
SA1
照明灯开关
TCL_A6
HL1-HL7
指示灯
XD1 6.3V

6.2 电气控制图

6.3电气控制电路图设计说明
1）照明电路：由变压器TL2输出交流电36V，并由开关SA1控制照明灯HL。
2）启动电机：开关SB1闭合，使继电器K得电并保持得电状态，K闭合使KM闭合，电机启动。
3）快进、一工进：开关SB2闭合，继电器1K得电并保持得电状态，从而使电磁铁1YA、，液压缸25进行快进工作、并且完成一工进。当到指定位置时，碰到行程开关2ST时，使快进快进、一工进电路断开。
4）二工进：闭合开关SB3,电磁铁1YA保持得电，继电器2K得电并保持得电状态，从而使电磁铁3YA得电，液压缸25开始二工进。当工进到指定位置时，继电器21得电，使二工进电路断开。
5）死挡块停留：闭合开关SB4，继电器3K得电，使电磁铁3YA得电，同时时间继电器开始计时，死挡块停留。
6)快退：当计时时间到，闭合开关SB5，继电器4K得电，从而使电磁铁2YA得电，液压缸25开始快退，当碰到行程开关1ST时，快退电路断开。
7）夹紧缸松开：闭合开关SB6，继电器5K得电，从而使电磁铁4YA得电，夹紧缸24开始松开，当碰到行程开关3ST时，松开电路断开。
8）油泵卸荷：闭合开关SB7，继电器6K得电，从而使电磁铁5YA得电，油泵开始卸荷。
9）原位停止：当按下开关SB时，电磁铁均失电复位
在满足机床液压系统基本工作的前提下，添加了各电路的互锁与过载保护。并且设计了指示灯电路，使机床处于各工作状态时都有指示灯显示，方便操作。
七、总结

这次课程设计是在充分分析了液压动力滑台的液压传动系统及工作原理的基础上设计的，而且更加充分的明白了液压系统“快进→一工进→二工进→停留→快退→原位停止”六种工况各自的液压回路以及组合缸的工作。同时根据控制要求，一方面设计了液压动力滑台PLC控制系统的顺序功能图并设计出了PLC的外部接线图，另一方面也根据《机电传动控制》学到的知识用普通电器元件实现了系统要求。
当然普通电器元件控制，控制装置体积大、动作速度较慢、耗点较多、功能少，特别是由于它靠硬接线构成系统，接线复杂，通用性和灵活性较差。而采用PLC对原有的继电器—接触器控制系统改造后，使得控制系统简单化，故障率大大降低，提高了系统的稳定性和可靠性，此控制系统具有良好的柔性，系统维护和升级也变得容易。其灵活方便的优点显得更加突出，投资少，经济效益高。
此次课程设计是在老师的悉心指导下完成的，我在设计过程中遇到的一些问题，会及时问老师，在老师的指导下我少走了许多的弯路，使我能够顺利的完成了课程设计设计
经过这次设计，我看到了自己的不足，CAD画图不是很熟练，很多图不是软件画出的，而是手画的，以后要更加熟练的去掌握CAD,同时我也明白了学习知识与应用知识的不同，学过的知识并不代表就会应用。由于我所掌握的知识面还不够全面，设计中难免有不足之处，我会不断积累知识来完善自己。

参考文献
[1]王积伟,章宏甲,黄谊.《液压传动》，机械工业出版社，2010
[2]廖常初,《FX系列PLC编程及应用》，机械工业出版社，2010
[3]韩晓新,《三菱FX系列PLC基础及应用》，机械工业出版社，2010
[4]刘建华,《三菱FX2N系列PLC应用技术》，机械工业出版社，2010
[5]何波,《电气控制与PLC应用》，中国电力出版社，2008
[6]周亚军,《电气控制与PLC院里及应用》，西安电子科技大学出版社，2008
[7]程子华,《PLC原理与编程实例分析》，国防工业出版社，2007
[8]王阿根，《PLC控制程序精编108例》，电子工业出版社，2009
[9]邓星钟，《机电传动控制》，华中科技大学出版社，2000

21