1854_100噸砂輪液壓機電液控制系統(tǒng)設(shè)計,_100,砂輪,液壓,機電,電機,控制系統(tǒng),設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 文獻綜述院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 侯 志 勇 指 導 教 師 李 長 詩 2012 年 03 月 10 日黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (文 獻 綜 述 ) 第 1 頁 砂輪液壓機電液控制系統(tǒng)摘要：本文介紹了砂輪液壓機的發(fā)展、發(fā)展趨勢、砂輪液壓機液壓系統(tǒng)原理、液壓控制閥的選擇、常見故障及 PLC 概述。通過這些對砂輪液壓機系統(tǒng)有一個大致的了解，為設(shè)計做好準備。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)、控制閥、PLC前言液壓機由主機及控制機構(gòu)兩大部分組成。液壓機主機部分包括液壓缸、橫梁、立柱及充液裝置等。動力機構(gòu)由油箱、高壓泵、控制系統(tǒng)、電動機、壓力閥、方向閥等組成。液壓機采用 PLC 控制系統(tǒng)，通過泵和油缸及各種液壓閥實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動作的循環(huán)。該系列液壓機具有獨立的動力機構(gòu)和電氣系統(tǒng)，并采用按鈕集中控制，可實現(xiàn)手動和自動兩種操作方式。液壓機是利用液體來傳遞壓力的液壓設(shè)備。液體在密閉的容器中傳遞壓力時是遵循帕斯卡定律。 液壓機的液壓傳動系統(tǒng)由動力機構(gòu)、控制機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、輔助機構(gòu)和工作介質(zhì)組成。本機器采用三梁四柱結(jié)構(gòu)形式，機身由工作臺、滑塊、上橫梁、立柱、鎖母和調(diào)節(jié)螺母等組成。四柱式結(jié)構(gòu)為液壓機最常見的結(jié)構(gòu)形式之一。四柱式結(jié)構(gòu)最顯著的特點是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機結(jié)構(gòu)簡單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。液壓機在一定的機械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實現(xiàn)機械功能的輕巧化、科學化、最大化。液壓機械具有重量輕、功率大、結(jié)構(gòu)簡單、布局靈活、控制方便等特點，速度、扭矩、功率均可做無級調(diào)節(jié)，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，快速性能好，工作平穩(wěn)、噪音小. 適用于金屬材料壓制工藝,如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可從事于校正、壓裝、砂輪成型、冷熱擠壓金屬等同樣適應(yīng)于非金屬材料，如塑料、玻璃鋼、粉末冶金、絕緣材料等壓制成型，以及有關(guān)壓制方面的新工藝、新技術(shù)的試驗研究等。已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)療、科技、軍事、工業(yè)、自動化生產(chǎn)、運輸、礦山、建筑、航空等領(lǐng)域。1.砂輪液壓機的發(fā)展黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (文 獻 綜 述 ) 第 2 頁 液壓機是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，自 19 世紀問世以來發(fā)展很快，液壓機在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內(nèi)外液壓機的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機電液一體化，以充分合理利用機械和電子的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標準化，以有效防止泄露和污染等四個方面。近年來在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨特的優(yōu)點，它不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積也相對更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動作速度快、易于集成的特點，從 70 年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國從 1970 年開始對這種閥進行研究和生產(chǎn)，并已將其廣泛的應(yīng)用于冶金、鍛壓等設(shè)備上，顯示了很大的優(yōu)越性。2.液壓機的發(fā)展趨勢(1)高速化，高效化，低能耗。提高液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 (2)機電液一體化。充分合理利用機械和電子方面的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 (3)自動化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)的在加工，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理的功能。 (4)液壓元件集成化，標準化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的維修帶來方便。3.砂輪液壓機液壓系統(tǒng)原理3．1 自動補油的保壓回路設(shè)計考慮到設(shè)計要求，保壓時間要達到 5s，壓力穩(wěn)定性好。若采用液壓單向閥回路保黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (文 獻 綜 述 ) 第 3 頁 壓時間長，壓力穩(wěn)定性高，設(shè)計中利用換向閥中位機能保壓，設(shè)計了自動補油回路，且保壓時間由電氣元件時間繼電器控制，在 0-20min 內(nèi)可調(diào)整。此回路完全適合于保壓性能較高的高壓系統(tǒng)，如液壓機等。自動補油的保壓回路系統(tǒng)圖的工作原理：按下起動按紐，電磁鐵 1YA 通電，換向閥 6 接入回路時，液壓缸上腔成為壓力腔，在壓力到達預(yù)定上限值時壓力繼電器 11 發(fā)出信號，使換向閥切換成中位；這時液壓泵卸荷，液壓缸由換向閥 M 型中位機能保壓。當液壓缸上腔壓力下降到預(yù)定下限值時，壓力繼電器又發(fā)出信號，使換向閥右位接人回路，這時液壓泵給液壓缸上腔補油，使其壓力回升?；爻虝r電磁閥 2YA 通電，換向閥左位接人回路，活塞快速向上退回。3．2 釋壓回路設(shè)計：釋壓回路的功用在于使高壓大容量液壓缸中儲存的能量緩緩的釋放，以免她突然釋放時產(chǎn)生很大的液壓沖擊。一般液壓缸直徑大于 25mm、壓力高于 7Mpa 時，其油腔在黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (文 獻 綜 述 ) 第 4 頁 排油前就先須釋壓。根據(jù)設(shè)計很實際的生產(chǎn)需要，選擇用節(jié)流閥的釋壓回路。其工作原理：按下起動按鈕，換向閥 6 的右位接通，液壓泵輸出的油經(jīng)過換向閥 6 的右位流到液壓缸的上腔。同時液壓油的壓力影響壓力繼電器。當壓力達到一定壓力時，壓力繼電器發(fā)出信號，使換向閥 5 回到中位，電磁換向閥 10 接通。液壓缸上腔的高壓油在換向閥 5 處于中位（液壓泵卸荷）時通過節(jié)流閥 9、換向閥 10 回到油箱，釋壓快慢由節(jié)流閥調(diào)節(jié)。當此腔壓力降至壓力繼電器的調(diào)定壓力時，換向閥 6 切換至左位，液控單向閥 14 打開，使液壓缸上腔的油通過該閥排到液壓缸頂部的副油箱 13 中去。使用這種釋壓回路無法在釋壓前保壓，釋壓前有保壓要求時的換向閥也可用 M 型，并且配有其它的元件。機器在工作的時候，如果出現(xiàn)機器被以外的雜物或工件卡死，這是泵工作的時候，輸出的壓力油隨著工作的時間而增大，而無法使液壓油到達液壓缸中，為了保護液壓泵及液壓元件的安全，在泵出油處加一個直動式溢流閥 3，起安全閥的作用，當泵的壓力達到溢流閥的導通壓力時，溢流閥打開，液壓油流回油箱。起到保護作用。在液壓系統(tǒng)中，一般都用溢流閥接在液壓泵附近，同時也可以增加液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使零件的加工精度增高。3. 3 液壓缸工作循環(huán) （1）快速下行。按下起動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，這時的油路為：液壓缸上腔的供油的油路變量泵 1—換向閥 6 右位—節(jié)流閥 8—壓力繼電器 11—液壓缸 15 液壓缸下腔的回油路液壓缸下腔 15—液控單向閥 7—換向閥 6 右位—電磁閥 5—背壓閥 4—油箱油路分析：變量泵 1 的液壓油經(jīng)過換向閥 6 的右位，液壓油分兩條油路：一條油路通過夜控單向閥 7 流經(jīng)繼電器 11，另一條路直接流向液壓缸的上腔和壓力表。使液壓缸的上腔加壓。液壓缸 15 下腔通過液控單向閥 7 經(jīng)過換向閥 6 的右位流經(jīng)背壓閥，再流到油箱。因為這是背壓閥產(chǎn)生的背壓使接副油箱旁邊的液控單向閥 14 打開，使副油箱 13 的液壓油經(jīng)過副油箱旁邊的液控單向閥 14 給液壓缸 15 上腔補油。使液壓缸快速下行，另外背壓閥接在系統(tǒng)回油路上，造成一定的回油阻力，以改善執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。（2） 保壓時的油路情況：黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (文 獻 綜 述 ) 第 5 頁 油路分析：當上腔快速下降到一定的時候，壓力繼電器 11 發(fā)出信號，使換向閥 6的電磁鐵 1YA 斷電，換向閥回到中位，利用變量泵的柱塞孔從吸油狀態(tài)過渡到排油狀態(tài)，其容積的變化是由大變小，而在由增大到縮小的變化過程中，必有容積變化率為零的一瞬間，這就是柱塞孔運動到自身的中心線與死點所在的面重合的這一瞬間，這時柱塞孔的進出油口在配油盤上所在的位置，稱為死點位置。柱塞在這個位置時，既不吸油，也不排油，而是由吸轉(zhuǎn)為排的過渡狀態(tài)。液壓系統(tǒng)保壓。而液壓泵 1 在中位時，直接通過背壓閥直接回到油箱。（3） 回程時的油路情況：液壓缸下腔的供油的油路：變量泵 1——換向閥 6 左位——液控單向閥 7——液壓油箱 15 的下腔液壓缸上腔的回油油路：液壓腔的上腔——液控單向閥 14——副油箱 13液壓腔的上腔—節(jié)流閥 8——換向閥 6 左位——電磁閥 5——背壓閥 4——油箱油路分析： 當保壓到一定時候，壓力繼電器發(fā)出信號，使換向閥 6 的電磁鐵 2YA通電，換向閥接到左位，變量泵 1 的液壓油通過換向閥旁邊的液控單向閥流到液壓缸的下腔，而同時液壓缸上腔的液壓油通過節(jié)流閥 9（電磁鐵 6YA 接通） ，上腔油通過換向閥 10 接到油箱，實現(xiàn)釋壓，另外一部分油通過主油路的節(jié)流閥流到換向閥 6，再通過電磁閥 5，背壓閥 4 流回油箱。4.液壓控制閥的選擇液壓控制閥主要由先導式溢流閥、節(jié)流閥、單向閥、電磁換向閥、順序閥、背壓閥等元件組成。先導式溢流閥具有壓力高、調(diào)壓性能平穩(wěn)、最低調(diào)節(jié)壓力低和調(diào)壓范圍大等特點。節(jié)流閥是雙單向疊加式節(jié)流閥，用來控制兩個工作油口的主流量或先導油流量。S 型單向閥 為錐閥式結(jié)構(gòu)，壓力損失小。主要用于做背壓閥和旁路閥用。電磁換向閥配有強吸力、高性能的濕式電磁鐵，具有高壓、大流量、壓力損失低等特點。順序閥利用油路本身壓力來控制液壓缸或馬達的先后動作順序，以實現(xiàn)油路系統(tǒng)的自動控制。改變控制油和泄露油的連接方法，該閥還可以作為卸荷閥和背壓閥（平衡閥）使用。背黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (文 獻 綜 述 ) 第 6 頁 壓閥可使背壓隨載荷變化而變化，載荷增大，背壓自動降低，載荷減小則背壓增加，使運動平穩(wěn)性好，提高系統(tǒng)效率。5.常見故障5.1 系統(tǒng)沒有壓力或壓力不足a.檢查電機是否和油泵的轉(zhuǎn)向一致，若是相反，則調(diào)整電機的轉(zhuǎn)向。b.檢查系統(tǒng)電磁閥的電磁鐵插頭是否松動；線圈是否損壞；位置是否錯誤。若是壞的，則更換電磁鐵的插頭或線圈。c.檢查系統(tǒng)電磁閥的閥芯是否卡死。d.拆下電磁閥和調(diào)壓閥，檢查插件是否靈活， “O”型圈是否損壞。若有卡死現(xiàn)象，則將閥芯取出看閥塊內(nèi)部有無雜質(zhì)并將其清理干凈，同時注意閥芯端面中間的一個小阻尼孔是否阻塞，若被阻塞，用小針將其穿通，清洗干凈后放回，再將調(diào)壓閥和電磁閥原樣裝回。e.檢查其它電磁閥或方向閥插件有無卡死現(xiàn)象。f.檢查油泵是否正常，有無噪音。5.2 主缸不泄壓a.先試一下系統(tǒng)有沒有壓力，能不能回程，如果可以回程，泄壓泄不掉：調(diào)節(jié)手柄調(diào)的太低，應(yīng)順時針擰到適當壓力。b.如果壓力泄不掉，且滑塊不回程，卡閥。c.檢查低壓電磁鐵是否得電，插頭是否松動；線圈是否損壞。若是壞的，則更換電磁鐵的插頭或線圈。d.檢查低壓調(diào)壓閥是否調(diào)到最佳位置（一般 2~3MPa） 。e.檢查電磁閥的閥芯是否卡死。f.檢查主缸充液閥是否完好。5.3 主缸不保壓a.檢查充液閥的“O”型圈是否損壞，密封線是否損壞，有無異物卡住。b.檢查主缸密封件是否損壞。c.檢查管路有無漏油的地方。6.PLC 概述黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (文 獻 綜 述 ) 第 7 頁 在本次設(shè)計中控制部分用可編程控制器，即 PLC。關(guān)于可編程控制器的定義，1980年，NEMA 將可編程控制器定義為：“可編程控制器是一種帶有指令存儲器，數(shù)字的或模擬輸入/輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置。 ”從定義可知，PLC 也是一種計算機，它有著與通用計算機相類似的結(jié)構(gòu)，即由中央處理器（CPU） 、存儲器（MEMORY） 、輸入/ 輸出（I/O ）接口及電源組成的。只不過它比一般的通用計算機具有更強的與工業(yè)過程相連的接口和更直接的適應(yīng)控制要求的編程語言。參考文獻[1].《液壓傳動與控制手冊》.陳啟松 編. 上?？茖W技術(shù)出版社,2006.[2].《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》.張鍵民等編 .高等教育出版社,2007.[3].《機電控制技術(shù)及應(yīng)用》.楊公源 編 .電子工業(yè)出版社,2005.[4].《機械設(shè)計手冊》 ， （新版 1-6） .王文斌等編. 機械工業(yè)出版社,2004.[5].《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》.王伯平編. 機械工業(yè)出版社,2007.[6].《電動機的單片機控制》.王曉明編 .北京航空航天大學出版社,2007.[7].《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》. 熊良山等編.華中科技大學出版社,2007.[8]. 《機械零件材料與熱處理工藝選擇》.支道光編.機械工業(yè)出版社，2008.[9].《液壓元件及選用》.王守城，段俊勇編. 化學工業(yè)出版社，2007.[10]. 《液壓機的設(shè)計與應(yīng)用》.俞新陸編 . 機械工業(yè)出版社，2007.[11].Sors l.fatigue design of machine components.oxford:pergramon press.1991 .[12].Bradley D A. 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