剪切機的液壓系統(tǒng)設計(一二章完結).doc

閻欣/于彥/賀鵬/司永龍 合作之 課程設計第一章 剪切機的液壓系統(tǒng)設計21.1 剪切機的概述21.1.1 剪切機介紹21.1.2 剪切機的結構和原理21.2 剪切機的工作過程2第二章 剪切機的PLC的程序設計32.1 PLC的特點及應用32.1.1 PLC的概述32.1.2 PLC的特點32.2 PLC的選擇42.3 PLC的系統(tǒng)設計52.3.1 PLC的硬件設計52.3.2 PLC的軟件設計62.3.3剪切機液壓系統(tǒng)工作原理說明7第三章 液壓系統(tǒng)的相關注意事項10第四章 液壓缸和油箱的設計描述104.1 液壓缸的描述104.2 油箱的描述11參考文獻12第一章 剪切機的液壓系統(tǒng)設計1.1 剪切機的概述1.1.1 剪切機介紹 剪切機是機床的一種，它采用液壓驅動，安全性能可靠，操作方便。剪切機工作刀口長度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；剪切力從63噸至400噸八個等級，適合不同規(guī)模不同要求用戶。安裝不須底腳螺絲，無電源的地方可用柴油機作動力。剪切機適用于金屬回收加工廠、報廢汽車拆解場、冶煉鑄造行業(yè)，對各種形狀的型鋼及各種金屬材料進行冷態(tài)剪斷、壓制翻邊，以及粉末狀制品、塑料、玻璃鋼、絕緣材料、橡膠的壓制成型。1.1.2 剪切機的結構和原理本文設計的剪切機是采用液壓傳動原理，傳送帶送料、壓塊定位夾緊、剪刀下落，通過主副油缸活塞協(xié)調往復運輸完成壓塊夾緊和剪刀下落回程的新型設備。該機具有結構合理、噪音小、性能穩(wěn)定、剪切準確、操作簡便、速度可調、效率較高等特點，是一種適應于各種形狀鋼剪切的先進設備。剪切機由5個主要部分組成，即傳送機構、油缸、液壓站和電氣控制系統(tǒng)。由液壓站供給的壓力油傳動主副油缸活塞作協(xié)調往復運動，完成壓塊和剪刀的往返動作。1.2 剪切機的工作過程剪切機是由送料裝置和剪切裝置組成，主要工作過程是靠液壓油帶動液壓馬達轉動再通過軸帶動傳送帶傳送來完成送料的。當料塊到位后后，電磁換向閥2YA通電，液壓油從無桿腔進入，壓塊開始下壓，壓住料塊。當達到一定壓力后，觸發(fā)壓力繼電器，導致3YA通電，液壓油進入另一個液壓缸的無桿腔，剪刀開始下落，剪切料塊。剪切料塊后，4YA、5YA通電，同時3YA斷電，此時從無桿腔回油到油箱，剪刀快速回程。當剪刀回程到一定位置后，2YA失電，液壓油從無桿腔回油到油箱，壓塊回程，如此反復。工作過程：送料-壓塊下降-剪刀下落-剪刀回程-壓塊下降。剪切機的液壓系統(tǒng)運行過程中平穩(wěn)安靜，重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快，很容易實現(xiàn)機器的自動化等優(yōu)點。 第二章 剪切機的PLC的程序設計2.1 PLC的特點及應用2.1.1 PLC的概述PLC = Programmable logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC的應用領域目前不斷擴大，并延伸到過程控制、批處理、運動和傳動控制、無線電遙控以至實現(xiàn)全廠的綜合自動化。PLC的技術發(fā)展除了小型化、超高速，大容量存儲器，多CPU，多任務并行運行外，PLC的開放性更大，通信聯(lián)網(wǎng)能力更強，集成化軟件更優(yōu)?？删幊绦蚩刂破饔布闪糠謽嫵? 中央處理器（CentralProcessorUnit簡稱CPU）：它是可編程序控制器的心臟部分。CPU由微處理器（Microproce-ssor）存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數(shù)據(jù)、變量的數(shù)據(jù)儲器構成。 電源（PowerSupply）：給中央處理器提供必需的工作電源。 輸入組件（Inputs）：輸入組件的功能是將操作開關和現(xiàn)場信號送給中央處理器?，F(xiàn)場信號可能是開關量、模擬量或針對某一特定目的使用的特殊變量。 輸出組件（Outputs）：輸出組件接收CPU的控制信號，并把它轉換成電壓或電流等現(xiàn)場執(zhí)行機構所能接收的信號后，傳送控制命令給現(xiàn)場設備的執(zhí)行器。 輸入輸出（簡稱I/O）是可編程序控制器的“手”和“腳”或者叫作系統(tǒng)的“眼睛”和“視覺”。輸入信號包括按扭開關、限位開關、接近開關、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機啟動等直流和交流設備。 編程器（Programmer）：在正常情況下，編程器用于系統(tǒng)初始狀態(tài)的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對系統(tǒng)操作。編程器也可用于控制程序的調試和控制系統(tǒng)故障時作為檢查故障的有效工具。2.1.2 PLC的特點（1）.使用靈活、通用性強PLC的硬件是標準化的，加之PLC的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。（2）.可靠性高、抗干擾能力強微機功能強大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，都可能導致一般通用微機不能正常工作；傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強，但由于存在大量的機械觸點（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。（3）.接口簡單、維護方便PLC的接口按工業(yè)控制的要求設計，有較強的帶負載能力（輸入輸出可直接與交流220V，直流24V等強電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。（4）.編程簡單、容易掌握PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮了現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣。大多數(shù)PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，不需要專門的計算機知識和語言，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間內掌握。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。（5）PLC是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產(chǎn)品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。2.2 PLC的選擇世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的PLC技術是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的PLC產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC技術是由美國引進的，對美國的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上。美國和歐洲以大中型PLC而聞名，而日本則以小型PLC著稱。美國是PLC生產(chǎn)大國, 著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。日本的小型PLC最具特色，在小型機領域中頗具盛名，某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制，日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等。在本次設計的系統(tǒng)中，結合任務要求和工作原理，鑒于PLC的特點，我們選擇了日本三菱公司的FX2N系列。日本三菱PLC的主要特點：1、集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。對6種基本單元，可以以最小8點為單元連接輸入輸出擴展設備，最大可以擴展輸入輸出256點。2、高速運算?；局噶睿?.08s/指令，應用指令:1.52數(shù)100s/指令。3、安心、寬裕的存儲器規(guī)格。內置8000步RAM存貯器，安裝存儲盒后，最大可以擴展到16000步。4、豐富的軟元件范圍。輔助繼電器：3072點，定時器：256點，計數(shù)：235點，數(shù)據(jù)寄存器；8000點5、除了具有輸入輸出16256點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。6、面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格。為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能：開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的-模擬I/O，高速計數(shù)器。定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。2.3 PLC的系統(tǒng)設計2.3.1 PLC的硬件設計因為剪切機液壓系統(tǒng)圖中需要啟動按鈕，緊急停止按鈕按鈕及6個行程開關和1個壓力繼電器、5個電磁閥，再加上一個啟動油泵的接觸器總計輸入輸出繼電器點數(shù)不超過32點，滿足三菱PLC FX2N32MR，（32點）。 所以初步確定PLC所選的型號為FX2N系列：FX2N32MR。FX2N32MR的技術性能：1、PLC所用電源的電壓為AC100250V 50/60 Hz 交流電源。2、輸入輸出控制方式為批處理方式（在執(zhí)行END指令時），但有輸入輸出刷新指令3、程序語言為繼電器符號+步進梯形圖方式。4、輸入繼電器編號為X000到X015共計16點5、輸出繼電器編號為Y000到Y015共計16點6、環(huán)境溫度：使用時：055，儲存時：-20+707、環(huán)境濕度：35%89%RH（不結露）使用時8、耐壓：AC1500V 1min9、接地：第三種接地，不能接地時，亦可浮空。10、使用環(huán)境：無腐蝕性氣體，無塵埃。根據(jù)剪切機的工作原理，編制出了FX2N32MR硬件端子接線圖如圖2-1所示：圖2-1 PLC端子接線圖圖中SB1按鈕X000為油泵的啟動按鈕，X010和X011為工序啟動按鈕SB2和停止按鈕SB3，SB4-X012是復位按鈕,SQ1SQ5（X001X005）是行程開關；KP1-X006為壓力繼電器。1YA是控制板料右行的的電磁閥的左位。2YA是控制壓嵌下降壓緊的電磁閥.4YA和3YA是控制剪刀上、下行的電磁閥的右位和左位，5YA是控制滑剪刀慢速下行、快速回程的電磁閥。KM1是啟動油泵的接觸器。FR是過熱保護。具體工作過程為：正常情況下,先按下按鈕SB1啟動油泵，此時剪切機時空載運行，當按下SB2后剪切機開始工作，即實現(xiàn)送料馬達帶動傳送帶送料,板料達到指定位置后壓嵌下降至夾緊壓力并保壓。之后剪刀慢速下降，剪斷板料。板料剪斷后剪刀與壓嵌一同抬起，并且剪刀為快速抬起回程。待剪刀與壓嵌全部回程到位后，開始下一輪重復剪裁。按鈕SB3為緊急制動按鈕，即在任何時候按下它之后，剪切機都會立刻停止工作。：2.3.2 PLC的軟件設計 根據(jù)PLC硬件圖及動作過程設計梯形圖如圖2-2所示圖2-2 PLC梯形圖具體梯形圖請參見梯形圖PDF2.3.3剪切機液壓系統(tǒng)工作原理說明結合梯形圖來說明剪切機的自動控制工作原理：X000是油泵啟動按鈕SB1的輸入繼電器，當按下SB1時，這個時候內部輔助繼電器M10得電并自鎖，從而使輸出繼電器Y000得電，Y000驅動油泵的接觸器，這樣油泵就開始工作供油。其中，先啟動油泵是為了讓油泵首先擁有良好的工作狀態(tài)，這樣在接通的油路中使油泵可以馬上投入到正常的工作狀態(tài)。當上電之后M8002會給出一個脈沖，使PLC進入S0初始狀態(tài)。此時按下工序啟動按鈕SB2時，使得輸入繼電器X010得電，M10得電。M10得電后進入S20狀態(tài)。進入S20狀態(tài)后輸出繼電器Y001接通，Y001驅動的是電磁閥1YA。電磁閥1YA接入油路二位二通油路接通，單向定量馬達開始運轉，帶動傳送帶，傳送帶推動板料右行。當板料前端運行至限位開關SQ1時，開關閉合，S20狀態(tài)結束，程序進入S21狀態(tài)。進入S21狀態(tài)后，輸出繼電器Y002接通，Y002驅動二位二通電磁閥左位2YA接入油路，液壓缸1推動壓嵌下降并壓緊鋼板直至壓力繼電器到達設定壓力接通。壓力繼電器接通后，S21狀態(tài)結束，進入S22狀態(tài)。進入S22狀態(tài)后，Y002繼續(xù)接通，驅動液壓缸1繼續(xù)運轉保持夾緊壓力。然后，輸出繼電器Y003接通，Y003驅動的是三位四通電磁換向閥的左位3YA，3YA接通后，液壓缸2接入油路，液壓缸2帶動剪刀下降，因為液壓缸2的出油回路設有節(jié)流閥，并且節(jié)流閥默認接入回路，故剪刀可以以一個設定好的較慢的工進速度下降并剪斷板材。剪斷板材后，剪刀繼續(xù)下降直至限位開關SQ3， SQ3接通，SQ3連接的是輸入繼電器X003，故M3接通，S22狀態(tài)結束。程序此時進入雙狀態(tài)S23與S25。進入S23狀態(tài)后，輸出繼電器Y002掉電，Y002掉電后，其驅動的二位二通電磁換向閥2YA歸位，歸位后液壓缸1換向運動，壓嵌上升，直至限位開關SQ6觸發(fā)。SQ6出發(fā)后S23狀態(tài)結束，S24狀態(tài)激活。進入S25狀態(tài)后，輸出繼電器Y004與Y005接通，Y004驅動4YA使液壓缸2換向運動帶動剪刀上行，Y005驅動5YA，5YA接通后使兩位兩通電液換向閥接入油路，此時節(jié)流閥失效，流量增大，意在使剪刀快速上升，縮短工作周期。直至剪刀上限位開關SQ2接通。SQ2觸發(fā)后，S25狀態(tài)結束，S26狀態(tài)激活。此處要說明，同時出發(fā)S23與S25狀態(tài)是為了節(jié)省工作時間，使壓嵌和剪刀快速歸位，縮短工作周期。最后，當S24與S26狀態(tài)同時被激活后，程序進入S27狀態(tài)。S27狀態(tài)用于二次開發(fā)計數(shù)剪板功能，在本版本中，程序將直接返回S0狀態(tài)重新開始新一輪工序。需要說明的是整個油路的供油時候都加入了油泵的正常工作的判斷，如果驅動油泵的輔助繼電器M0，那么程序中自動切斷所有的執(zhí)行過程。其中緊急制動按鈕SB3就是通過在按下SB3按鈕使輔助繼電器M11得電，起動斷觸點就打開，從而使油泵的輔助繼電器M10中斷，這也就中斷了整個加工過程。另外，在緊急停止后，如需再次啟動需要按下SB3按鈕，SB3按鈕驅使X012接通，故M12接通，輔助觸點M12接通后將接通油泵Y000、剪刀上行Y004和Y005進行系統(tǒng)復位，復位直到壓嵌和剪刀的上限位開關后，其各自動斷開關斷開，保證系統(tǒng)不再運動。還需說明的是，M12不會自鎖，所以復位時用戶需要一直按住復位按鈕。這也是為了系統(tǒng)的安全著想。具體的PLC程序語句如下：01LDX101 43STLS2502LDM10 44OUTY00403ANM11 45LDX00204ORLD 47LDX00405OUT M10 48OUT M1106LDX011 49STLS2407OUTM11 50 STLS2608LDM10 51 SETS2709OUTY000 52 STLS2710LDX012 53SETS011OUTM12 54END12LDM1213OUTY00014ANX00215OUTY00416OUTY00517LDM800218SETS019STLS020LDX01021SETS2022STLS2023OUTY00124LDX00125SETS2126STLS2127OUTY00228LDX00629SETS2230STLS2231OUTY00232OUTY00333OUTY00534LDX00335OUTSET S2336OUTSET S2537LDX00538OUTM1139STLS2340OUTY00041LDX00742SETS第三章 液壓系統(tǒng)的相關注意事項3.1液壓系統(tǒng)中安裝油管、液壓元件、的注意事項3.1.1在液壓系統(tǒng)中安裝油管的注意事項： 1、吸油管不應漏氣，各接頭要緊牢和密封好； 2、吸油管道上應設置過濾器； 3、回油管應插入油箱的油面以下，防止飛濺泡沫和混入空氣； 4、電磁換向閥內的泄漏油液，必須單獨設回油管，以防止泄漏回油時產(chǎn)生背壓，避免阻礙閥芯運動；3.1.2液壓系統(tǒng)中安裝液壓元件時的注意事項： 1、液壓元件安裝前，要用煤油清洗，自制的重要元件應進行密封和耐壓試驗，試驗壓力可取工作壓力的2倍，或取最高使用壓力的1.5倍。試驗時要分級進行，不要一下子升到試驗壓力，每升一級檢查一次； 2、方向控制閥應保證軸線呈水平位置安裝； 3、板式元件安裝時，要檢查進出油口處的密封圈是否合乎要求，安裝前密封圈應突出安裝平面，保證安裝后有一定的壓縮量，以防泄漏；4、板式元件安裝時，固定螺釘?shù)臄Q緊力要均勻，使元件的安裝平面與元件底板平面能很好地接觸； 第四章 液壓缸和油箱的設計描述4.1 液壓缸的描述液壓缸的設計依據(jù)：1、用途工件條件。2、機構的結構特點、負載情況、速度要求、行程大小和動作要求。3、系統(tǒng)所選定的工作壓力。4、配件和加工工藝的現(xiàn)狀。5、國家標準和技術規(guī)范等。設計時應注意的幾個問題：1、在保證設計要求的前提下，盡量使結構簡單、緊湊、尺寸小，采用標準形式和標準件，使設計、制造容易，裝配、調整、維護方便。2、應盡量使活塞桿在多拉狀態(tài)下承受最大負載，在多壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。3、在確定與設備的固定形式時，必須考慮缸體受熱后的伸長問題，為此，缸體只應在一端固定，而讓另一端能自由伸縮。本次設計采用的是雙作用單桿式液壓缸，雙作用單桿活塞式液壓缸 , 是液壓系統(tǒng)中作往復運動的執(zhí)行機構。具有結構簡單，工作可靠，裝拆方便，易于維修，且連接方式多樣等特點。4.2 油箱的描述油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、