机电课程设计压力机液压系统的电气控制设计

湖南工业大学机床电气控制技术课程设计资料袋机械工程学院（系、部）2012~2013学年第二学期课程名称机床电气控制技术指导教师汤迎红职称教授学生姓名胡旭阳专业班级机械工程班级1002学号10405701210题目压力机液压系统的电气控制设计成绩起止日期2013年6月17日～2013年6月23日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13电气控制电路图14可编程控制器硬件接线图15状态转移图、梯形图16控制梯形图1课程设计任务书2011—2012学年第二学期机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业班级课程名称：机床电气控制技术设计题目：压力机液压系统的电气控制设计完成期限：自2013年6月17日至2012年6月23日共1周内容及任务一、设计的主要技术参数具体要求见课程设计指导书二、设计任务完成系统的继电器控制原理图、PLC控制原理图及设计说明书一份三、设计工作量电气图2-3张，不得少于15页进度安排起止日期工作内容6.10讲解设计目的、要求、方法，任务分工6.11根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点数、类型，确定输入、输出设备及元器件种类、数量，初步选定PLC型号6.12根据指导书和任务书绘制控制系统工作流程图，确定每个动作实现和解除必须的条件6.13-6.14绘制继电器控制原理图、电路计算、元器件选择列表编制控制系统的PLC控制程序6.15-6.17编写设计说明书主要参考资料【1】张万奎主编.机床电气控制技术.北京：中国林业出版社.北京大学出版社，2006.【2】李伟主编.机床电器与PLC.西安：西安电子科技大学出版社，2006.【3】芮静康.实用机床电路图集.北京：中国水利水电出版社.2006.【4】孙余凯,吴鸣山等编著.学看实用电气控制线路图.北京：电子工业出版社，2006.指导教师（签字）：2013年6月17日系（教研室）主任（签字）：2013年6月23日机床电气控制技术设计说明书压力机液压系统的电气控制设计起止日期：2013年6月17日至2013年6月23日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2012年6月17日目录一、课程设计的内容与要求...................................................11.1课程设计对象简介........................................................................11.2压力机结构及工作要求................................................................11.3液压系统工作原理及控制要求....................................................21.4课程设计的任务............................................................................4二、电气控制电路设计...........................................................52.1继电器-接触器电气控制电路的设计...........................................52.2继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍...............................52.3选择电气元件................................................................................9三、压力机的可编程控制器系统的设计...............................103.1可编程控制器控制系统设计的基本原则..................................103.2可编程控制器系统的设计..........................................................10四、设计体会与总结...............................................................15五、参考资料............................................................................16机床电气控制技术课程设计1一、课程设计的内容与要求1.1课程设计对象简介压力机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成形、打包等加工工艺中广泛应用的压力加工机械设备。液压压力机（简称液压机）是压力机的一种类型，它通过液压系统产生很大的静压力实现对工件进行挤压、校直、冷弯等加工。液压机的结构类型有单柱式、三柱式、四柱式等形式，其中以四柱式液压机最为典型，它主要由横梁、导柱、工作台、上滑块和下滑块顶出机构等部件组成，结构原理图如图1-1所示。1.2压力机结构及工作要求5432167图1-1四柱液压机结构原理图1-床身2-工作平台3-导柱4-上滑块5-上缸6-上滑块模具7-下滑块模具机床电气控制技术课程设计2由图1-1所示，主机为三梁四柱式结构，上滑块由四柱导向、上液压缸驱动，实现“快速下行→慢速加压→保压延时→快速回程→原位停止”的动作循环。下液压缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑块实现“向上顶出→向下退回”或“浮动压边下行→停止→顶出”的动作循环。压力机液压系统以压力控制为主，系统压力高，流量大，功率大，尤其要注意如何提高系统效率和防止产生液压冲击。由上液压缸和下液压缸动作循环路线可以画出液压机的工作循环图，如图1-2所示。横坐标为一个循环周期，纵坐标为液压缸工作行程。1.3液压系统工作原理及控制要求由设计任务书可知，设计任务为3150KN通用液压系统。1.313150KN通用液压系统工作原理及特点图1-3为3150KN通用液压机的液压系统图。系统有两个泵，主泵1是一个高压、大流量恒功率（压力补偿）变量泵，最高工作压力由溢流阀4的远程调压阀5调压。辅助泵2是一个低压小流量定量泵，用于供应液动阀的控制油，其压力由溢流阀3调整。该系统采用高压大流量恒功率变量泵供油和利用滑块自重充液的快速运动回路，既符合工艺要求，又节省了能量；采用单向阀13保压及由顺序阀11和带卸载阀芯的充液阀14组成的泄压回路，结构简单，减小了由保压转换为快速回快速回程减速、加压图1-2液压机的工作循环顶出工艺浮动压边工艺下缸上缸停止保压快进机床电气控制技术课程设计3程时的液压冲击。图1-33150KN通过液压机液压系统图1—主泵2—辅助泵3、4、18—溢流阀5—远程调压阀6、21—电液换向阀7—压力继电器8—电磁换向阀9—液控单向阀10、20—背压阀11—顺序阀12—液控滑阀13—单向阀14—充液阀15—油箱16—上缸17—下缸19—节流器22—压力表机床电气控制技术课程设计41.3.23150KN通用液压机液压系统性能分析由以上的工作原理及特点分析可知，该机液压系统主要由压力控制回路,换向回路,快慢速转换回路,以及平衡锁紧回路等组成。其主要性能特点如下：1）系统采用高压大流量恒功率(压力补偿)柱塞变量泵供油，通过电液换向阀6、21的中位机能使主泵1空载起动，在主、辅液压缸原位停止时主泵1卸荷，利用系统工作过程中工作压力的变化来自动调节主泵1的输出流量与上缸的运动状态相适应，这样既符合液压机的工艺要求，又节省能量。2）系统利用上滑块组件的自重实现主液压缸（上缸）快速下行，并用充液阀14补油，使快速运动回路结构简单，补油充分，且使用的元件少。3)系统采用带缓冲装置的充液阀14、液动换向阀12和外控顺序阀11组成的泄压回路，结构简单，减小了上缸由保压转换为快速回程时的液压冲击。4)系统采用单向阀13、14保压，并使系统卸荷的保压回路，在上缸上腔实现保压的同时实现系统卸荷，因此系统节能效率高。5)系统采用液控单向阀9和内控顺序阀组成的平衡锁紧回路，使上缸组件在任何位置能够停止，且能够长时间保持在锁定的位置上1.4课程设计的任务1、在1周时间内，根据给定任务（具体见课程设计指导书），绘制电气原理图一张，要求有布局合理，功能完善，有技术要求及明细栏；2、有PLC设计内容的（由指导教师指定），要求给出程序框图和源程序清单；3、编写设计计算说明书一份，不得少于15页。要求有目录、设计任务书及元器件选型计算、原理说明、功能说明、控制器的选择、程序清单、调试结论、参考资料等。机床电气控制技术课程设计5二、电气控制电路设计2.1继电器-接触器电气控制电路的设计根据液压机的系统性能以及特点的分析之后，还需要考虑了以下几个方面：1、电气控制线路与机械配合相当紧密，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系，但机械结构相对比较复杂。2、控制线路中设置了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。3、为了操作方便，采用多地控制，实现两地启、停。4、具有完善的电气联锁，并具有短路、零压、过载及超行程限位保护环节根据设计要求我们设计了如图2-3所示的继电器-接触器电气控制电路图。2.2继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍2.2.1通过以上分析，可得出图1-3中每个换向阀每个电磁铁的动作顺序，如表2-1所示。表2-13150KN通用液压机的电磁铁动作顺序表动作程序1Y2Y3Y4Y5Y上缸快速下行+---+慢速加压+----保压-----泄压回程-+---停止-----下缸顶出--+--退回---+-压边+----机床电气控制技术课程设计62.2.2动作分析（1）启动如图2-1所示。按启动按扭SB2，KM1得电吸合，常开开关KM1闭合，主泵供油，电磁铁全部处于失电状态，主泵1输出的油经三位四通电液换向阀6中位及阀21中位流回油箱，空载启动。（2）上缸快速下行按启动按扭SB3，KA1得电吸合，其控制的常开开关KA1闭合，电磁铁1Y、5Y先后得电，阀6换至右位，控制油经阀8右位使液控单向阀9打开。进油路：泵1→换向阀6右位→单向阀13→上缸16上腔。回油路：上缸16下腔→液控单向阀9→换向阀6右位→换向阀21中位→油箱。上缸滑块在自重作用下迅速下降，泵1虽处于最大流量状态，仍不能满足其需要，因而上缸上腔形成负压，上部油箱15的油液经液控单向阀14（充液阀）进入上缸上腔。图2-1（3）上缸慢速接近工件。当上缸滑块降至一定位置触动行程开关2S后，SQ2失电断开，电磁铁5Y失电，阀8处于原位，液控单向阀9关闭。上缸下空油液经背压阀10、阀6右位、阀21中位回油箱。这时，上缸上腔压力升高，充液阀14关闭。上缸在泵1供给的压力油作用下慢速接近工件。当上缸滑块接触工件后，阻力急剧增加，上腔压力进一步提高，泵1的输出流量自动减小。（4）保压。当上缸上腔压力达到预定值时，压力继电器KP吸合，常闭开关KP断开，使电磁铁1Y失电，阀6回中位，上缸的上、下腔封闭，单向阀13和充液阀14使上缸上腔保压，保压时间由时间继电器KM2调整。保压期间，泵1经阀6、阀21的中位卸载。（5）泄压，上缸回程。如图2-2所示。保压过程结束，时间继电器KM2发出信号，其控制的常开开关KM2闭合，接触器KA2得电吸合，电磁铁2Y得电，阀6换至左位，同时开关KA2闭合，形成自锁。由于上缸上腔压力很高，液动滑阀12处于上位，压力油经阀6左位及阀12上位使外控顺序阀11开启。此时泵1输出油液经顺序阀11回油箱。泵1在低压下工作，此压力不足以打开充液阀14的主阀芯，而是先打开阀14中的卸载芯，使上缸上腔油液经此卸载阀芯开口机床电气控制技术课程设计7泄回上部油箱15，压力逐渐降低。当上缸上腔压力泄至一定值后，液动滑阀12回到下位，外控顺序阀11关闭，泵1供油压力升高，阀14完全打开，此时油液流动情况为进油路：泵1→换向阀6左位→液控单向阀9→上缸下腔。回油路：上缸上腔→充液阀14→上部油箱15。实现主缸快