机床液压系统电气控制系统设计-液压动力滑台课程设计

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日目录目录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3DT193DT194DT快进ST1一工进原位停止快退停留二工进ST2松开夹紧紧ST3161DT2DT2318171998125DT345671091112151421252420201313初选2.1执行元件的选择选取执行元件的工作压力P=5Mpa；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=2d,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=0.5MpaF=(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=4A1πd=D/2=75.1mm 根据手册GB/T2348-2001，将直径调整成就近标准值；取D=110mmd=80mm；则液压缸两腔的实际有效作用面积为：A1=πD2/4=95.03×10-4m2A2=2-d2)/4=44.77×10-4m22.2选择液压泵计算最大工作压力P1=(F/ηm+P2A2)/A1带入数据得P1=4.666Mpa取PP=1.3P1=6.066Mpa2)确定液压泵最大供油量qP≥k∑qmaxk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=πd2V/4=π/4×0.082×6.4×103L/min=32.17L/min快退时q=2-d2/4=/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/minVm=qp/n=38600/1440=26.81ml/r2.3选择电机Y112-M4型电动机；电动机功率为4KW；额定转速为1440r/min；2.4换向阀、调速阀、先导式溢流阀的选择1）换向阀：24DF324EF334DF334EF320MPa通径4-16mm6-80L/min2)调速阀：F(C)G-3型：31.5MPa；通径10mm；18L/min3）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1YA2YA3YA4YA5YASP14SP21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5.1I/O端子分配表表5-1I/O端子分配表输入X0启动按钮X10 自动X7急停电机X11手动X1ST1X12手动快进SB2X2ST2X13手动二工进SB3X3ST3X14手动快退SB4X4SP14X15手动停留SB5X5SP21X16手动松开SB6X6手动返回按钮X17手动卸荷SB7输出Y01YAY11一工进指示灯Y12YAY11二工进指示灯Y23YAY12快退指示灯Y34YAY10夹紧指示灯Y45YAY13松开指示灯Y11快进指示灯Y14卸荷指示灯Y16电动机KMY15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LDM8002SETS0STLS0LDX0ANDX10SETS20LDX0ANDX11SETS30STLS20OUTY16OUTY15OUTY10OUTT1SPK200LDT1CJMPS0LDX4SETS21STLS21OUTY0OUTY11OUTT2SPK200LDT2CJMPS0LDX2SETS22STLS22OUTY0OUTY2OUTY11OUTT3SPK300LDT3CJMPS0LDX5SETS23STLS23OUTY0OUTY2OUTT0SPK300LDT0SETS24STLS24OUTY1OUTY12OUTT4SPK200LDT4CJMPS0LDX1SETS25STLS25OUTY3OUTY130UTT5SPK200LDT5CJMPS0LDX3SETS26STLS26OUTY4OUTY14SETS20STLS30OUTY160UTY15OUTY10LDX12SETS31LDX13SETS32LDX14SETS33LDX15SETS34LDX16SETS35LDX17SETS36STLS31OUTY0OUTY11LDX2SETS30LDX7SETS37STLS32OUTY0OUTY2OUTY11LDX5SETS30LDX7SETS37STLS33OUTY0OUTY2OUTT0LDT0SETS30LDX7SETS37STLS34OUTY1OUTY12LDX1SETS30LDX7SETS37STLS35OUTY3OUTY13LDX3SETS30LDX7SETS37STLS36OUTY4OUTY14LDX6SETS30LDX7SETS37STLS37RSTY16LDT1ORT2ORT3ORT4ORT5SETM0LDM0OUTY17OUTY20END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HZ1-60/3FU熔断器RL1-60/40FU1熔断器RL1-15/4FU2熔断器RL1-15/4FU3熔断器RL1-15/4FU4熔断器RL1-15/4FR热继电器JR10-1010AKM启动接触器CJO-40K-6K接触器JZ7-44127V1YA-5YA电磁铁36VTL1直流变压器BK-150380/127/36VTL2变压器BK-150380/127/36VSB总停止按钮LA2SB1电机启动按钮LA2SB2快进、一工进按钮LA2SB3二工进按钮LA2SB4挡块停留按钮LA2SB5快退按钮LA2SB6松开按钮LA2SB8卸荷LA21ST-3ST行程开关LX3-11HYJ压力继电器PFT—L4HL照明灯JC6-1SA1照明灯开关TCL_A6HL1-HL7指示灯XD16.3V6.2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基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于