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.docx
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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
中南大学机电工程学院
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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
、
课
程
设
计
的
任
务
求。
O
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OOO
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OOO
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1
二、
泵
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3
、电
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机、控
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制阀的
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理。
四
表。
PLC
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O
O
O
O
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O
O
O
O
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O
19
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
21
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一二*
13
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j
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松开夹紧
3DT
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25
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U5DT
LU
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=\2d,Ai=2A
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-A2P2nm二[AR-(A?
/2)P2]
nm通常取0.9~0.95;这里取nm=0.95
得:
Ai=(F/nm)/(Pi-P2/2)=0.00886m
<4A1
又D=H=106.2mm
d二D/'=75.1
mm
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:
A=m】)2/4=95.03X10-4m
A=2-i〔2/4=44.7710-4m
2.2选择液压泵
1)计算最大工作压力
R=(F/nm+P2A)/Ai
带入数据得P仁4.666Mpa取Pp=1.3Pi=6.066Mpa
2)确定液压泵最大供油量
qP>k刀qmax
k系统的泄漏修正系数,一般取1.1~1.3
刀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^d2V/4^/4X0.082X6.4x103L/min=32.17L/min
快退时q=2」l2/4=/4x(0.112-0.082)x6.4x10‘L/min=L/min
223
工进时q=W4=/4x0.11x0.05x10L/min二L/min
取k=1.2带入的qp=1.2x32.17L/min二38.6L/min功率P=PxqP=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:
24DF324EF334DF334EF3
20MPa通径4-16mm6-80L/min
2)调速阀:
F(C)G-3型:
乞31.5MPa通径10mm兰18L/min
3)先导式溢流阀:
高压:
DB/DBWT型:
空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1f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1-十单向阀5"换向阀9(左位)咽速阀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1一单向阀审换向阀9(左位)调速阀12调速I沪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3一f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1一单向阀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油箱一
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ST,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、米用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
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
一工进扌曰示灯
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SO,以下不重复说明。
1)S20(启动电机/夹紧缸夹紧):
XO、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SO。
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ONS22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)、丫0(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ONS25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ONS26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
STL
S30
SET
S0
OUT
Y16
OUT
Y15
STL
S0
OUT
Y10
LD
X0
LD
X12
AND
X10
SET
S31
SET
S20
LD
X13
LD
X0
SET
S32
AND
X11
LD
X14
SET
S30
SET
S33
LD
X15
SET
S34
STL
S20
LD
X16
OUT
Y16
SET
S35
OUT
Y15
LD
X17
OUT
Y10
SET
S36
OUT
T1
SP
K200
STL
S31
LD
T1
OUT
YO
CJMPS0
OUT
Y11
LD
X4
LD
X2
SETS21
SET
S3O
STL
S21
LD
X7
OUT
YO
SET
S37
OUT
Y11
OUT
T2
SP
K200
STL
S32
LD
T2
OUT
YO
CJMPS0
OUT
Y2
LD
X2
OUT
Y11
SET
S22
LD
X5
SET
S3O
LD
X7
STL
S22
SET
S37
OUT
YO
OUT
Y2
STL
S33
OUT
Y11
OUT
YO
OUT
T3
OUT
Y2
SP
K300
OUT
TO
LD
T3
LD
TO
CJMPS0
SET
S3O
LD
X5
LD
X7
SET
S23
SET
S37
STL
S23
OUT
YO
STL
S34
OUT
Y2
OUT
Y1
OUT
TO
OUT
Y12
SP
K3OO
LD
X1
LD
TO
SET
S3O
SET
S24
LD
X7
SET
S37
STL
S24
OUT
Y1
STL
S35
OUT
Y12
OUT
Y3
OUT
T4
OUT
Y13
SP
K2OO
LD
X3
LD
T4
SET
S3O
CJMPS0
LD
X7
LD
X1
SET
S37
SET
S25
STL
S36
OUT
Y4
OUT
Y14
STL
S25
LD
X6
OUT
Y3
SET
S3O
OUT
Y13
LD
X7
OUT
T5
SET
S37
SP
K2OO
LD
T5
STL
S37
CJMPSO
RST
Y16
LD
X3
SET
S26
LD
T1
OR
T2
OR
T3
STL
S26
OR
T4
OUT
Y4
OR
T5
OUT
Y14
SET
M0
SET
S20
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
JR10-1010A
KM
启动接触器
CJO-40
K-6K
接触器
JZ7-44127V
1YA-5YA
电磁铁
36V
TL1
直流变压器
BK-150380/127/36
V
TL2
变压器
BK-150380/127/36
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
TCLA6
HL1-HL7
指示灯
XD16.3V
6.2电气控制图
明灯HJ
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T一工进T二工进T停
留T快退T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对原有的继电器一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
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
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[2]
2010
廖常初,《FX系列PLC编程及应用》,机械工业出版社,
[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
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[6]
2008
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,
[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
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- 关 键 词:
- 机床 液压 系统 电气控制 方案设计 动力 大学 课程