2022年机床液压系统电气控制系统方案设计液压动力滑台大学课程方案设计 .pdf

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日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页一、 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 参考文献目录精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页一：课程设计的任务要求1.1 某液压动力滑台简介 液压动力滑台工作顺序为: 夹紧工件进给缸快速前进一次进给二次进给死挡铁停留滑台快退进给缸停止, 夹紧缸松开 .( 见下面图 ) 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 设计任务初选泵和电机，以及初选控制主缸(25) 的控制阀。简述液压动力滑台液压系统工作原理, 绘制电磁铁调度表。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. 编制设计说明、使用说明书。列出设计参考书目录精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页3DT 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 13 20 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页二、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0.51. 5Mpa, 选取 P2=0.5MpaF=(A1P1-A2P2) m=A1P1-(A2/2)P2 m通常取 0.90.95 ；这里取 m=0.95 得:A1=(F/ m)/(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 10-4m2A2=2-2/4=44.7710-4m22.2 选择液压泵精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页1）计算最大工作压力P1=(F/ m +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qPkqmaxk 系统的泄漏修正系数，一般取1.11.3 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 0.0826.4 103 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 0.1120.05 103L/min=L/min 取 k=1.2 带入的 qp=1.232.17 L/min=38.6L/min 功率 P=PPqP= 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 选择电机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 21 页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、工作原理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 21 页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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 21 页油箱34 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 夹紧缸松开精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页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：电磁铁调度表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 21 页表 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 自动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 21 页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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 21 页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 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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 21 页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 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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页OUT Y4 OUT Y14 SET S20 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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页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 6.3V6.2 电气控制图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页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指 示 灯精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页闭合，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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页留快退原位停止”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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页