压块机的液压及控制系统毕业设计.docx
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压块机的液压及控制系统毕业设计
摘要
本文介绍了1000KN压块机的液压及控制系统设计。
压块机动力系统主要由油箱、高压泵、电动机及各种压力阀等组成。
本设计中对油箱、液压缸、电动机等进行了详细计算，并且对其中的油箱和液压缸进行了设计。
本文设计讨论如何用PLC控制动力机构。
通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种动作循环。
本文设计了液压及控制系统，绘制了液压系统原理图，并且详细的介绍了油路的走向。
该系统能够实现压块机的快进、工进、快退等动作。
根据液压系统I/O点数输入14点，输出12点，所以PLC的型号选择C40P-COR-A。
另外还进行了PLC的I/O地址分配和梯形图的绘制。
并且对梯形图进行了分析。
关键词：
1000KN压块机液压系统控制系统PLC
ABSTRACT
Thispapermainlyintroduces1000knpressureofthehydraulicsystemandcontrolsystem.therealizationofhowthemachine,enterintothebackandwait.andmadetheprinciple.theprincipalanddetailsaboutthestrike.theyhavealsointroducedtheplciturnedaroundandaddress.thedraw.accordingtoestimatesofthesubjectofcourseicounttheinputandoutput12o'clock.plcat14o'clocksothatthemodelstochoosec40p--acor.
Thepowersectorofthetankandapumpandmotorbonnetandvariouspressures,etc.thedesignoftheplccontrolagenciesinpower.thepumpandtheoiltank,thehydraulicvalvefortheadjustmentofenergyandtransportation,allkindsofcraft.actioncycle
Keywords：
1000KNbriquettemachineHydraulicSystemControlSystemPLC
1前言
随着现代工业的快速的发展和人们生活水平的不断提升，在生活和工作中，人们不仅对产品的质量有一定的要求，也要求产品节能、环保，造型美观、包装漂亮等。
因此，现代社会产品多式多样的，产品压块机在现代工业中广泛应用。
如秸秆压块机、金属压块机、海绵铁压块机、橡胶压块机等。
因此对现代化压块机机床进行研究和设计具有一定的意义和价值。
目前市场是压块机各式各样的，但是根据其动力装置可以大概分为以下几个类型：
机械式产品压块机、液压式产品压块机、电动式产品压块机和气动式产品压块机。
其中液压式产品压块机在市场上居多，因为其能很方便实现高压力和不同工作速度的要求且传动平稳，噪声小等诸多优点。
根据其自动化控制程序又可分为：
手动控制、半自动化控制和全自动化控制。
在国内大多数是半自动化控制机床，全自动大吨位精确度较高机床大多从国外进口，因此对于自动化控制的研究有待提高。
在对产品压块机设计时，首先对其具体的工况进行分析，要特别注意其工况是否有特殊要求，在充分了解到机床的工况后再进行产品的设计。
只有要对机床在实际运动动作和轨迹，工作时候作用力进行分析后才能确定其动力大小，传动方式，动力头要实现的机能。
在对机床总体设计的时候，要充分利用空间，使其结构紧凑。
对机床的机械装置部分进行尺寸计算和结构设计，并校核其强度，保证机床的安全性和可靠性。
2设计任务、要求及方案设计
2.1设计任务
任务及要求：
⑴压块机液压系统原理图设计并绘图。
⑵油箱设计、绘图。
⑶主油缸设计、绘图。
（总图纸量3张A0）
⑷绘制PLC梯形图,绘制I/O端子接线图,电器柜面板图，电控总图。
⑸翻译外文不少于10000字符（或译出3000汉字）。
⑹编写10000字左右的设计说明书。
⑺撰写实习（调研）报告，约3000字。
2.2系统的性能也技术要求
技术要求：
能实现工作头快速进给、工作进给、和快速退回等动作；操作简单维修方便。
运动平稳协调，能满足动力要求，保证工作精度。
满足结构设计符合相关的标准和规范，满足强度、刚度、耐磨加工和经济性要求。
主要参数：
⑴负载500KN。
⑵最大液压压力15Mpa。
⑶主缸行程400mm。
⑷主缸速度（快、慢）30mm/s、1.5mm/s。
2.3总体设计方案
机床总体设计方案包括：
工艺方案，主要参数，机床总体布局，传动系统，电气系统，液压系统和主要的草图。
实验结果和技术分析报告。
在此设计中，全液压传动，控制要求实现快进，工进，快退等全过程。
液压系统：
拟实现快进，工进，快退和行程的控制和过载等功能。
机床总体拟立式布局，有电机为动力源，带动液压泵提供压力，有液压缸驱动滑台实现快进，工进，快退等功能。
工艺方案和主要部件的结构在后面将详细介绍。
3液压系统的设计和计算
液压系统做为液压机床的重要部分，设计时必须满足主机的工作所需要的全部技术要求，且要求静动态性能好，传动平稳，效率高，结构简单，工作安全可靠，经济性好，使用维护方便。
因此，液压系统设计和机床总体设计综合考虑，做到机械结构，电气系统设计，液压系统的相互配合，保证整机的综合向能最高。
3.1工况的分析
此液压压块机床主要完成塑料，橡胶材料的产品。
在前面对起总体设计时，压力头部采用立式，即两模座上下布置，且下模座为压力头。
因此，在动力头快进过程中。
液压缸承受的力为下模座的重量和下模座和四滑住间的摩擦力，在快退过程中承受的也只有下模座和四滑柱的摩擦力。
3.2液压缸主参数的确定
主液压缸的负载力：
F=1000KN
最大液压压力：
P=25Mpa
1）活塞杆直径的选取
活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。
对于杆长L大于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算：
=
[
]
设计中活塞杆取材料为碳钢，故[
]=100-120MPa.
d
=
=113mm
查《液压系统设计原器件选型手册》，选取尾部法兰式液压缸，取d=125mm。
2）液压缸内径
根据JB826-66，选择标准液压缸内径系列，选择D=180mm.
3）液压缸外径
根据装配等因素，考虑到液压缸的臂厚在7mm，所以该液压缸的外径为187mm.
注压缸的负载力：
F=100KN
最大液压压力：
P=25Mpa
1）活塞杆直径的选取
活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。
对于杆长L大于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算：
=
[
]
设计中活塞杆取材料为碳钢，故[
]=100-120MPa.
d
=
=36mm
查《液压系统设计原器件选型手册》，选取尾部法兰式液压缸，取d=36mm。
2）液压缸内径
根据JB826-66，选择标准液压缸内径系列，选择D=50mm.
3）液压缸外径
根据装配等因素，考虑到液压缸的臂厚在7mm，所以该液压缸的外径为57mm.
行程的确定原则
1）行程S=实际最大工作行程Smax+行程富裕量△S；
行程富裕△S=行程余量△S1+行程余量△S2+行程余量△S3。
2）行程富裕量△S的确定原则
一般条件下应综合考虑：
系统结构安装尺寸的制造误差需要的行程余量△S1、液压缸实际工作时在行程始点可能需要的行程余量△S2和终点可能需要的行程余量△S3（注意液压缸有缓冲功能要求时：
行程富裕量△S的大小对缓冲功能将会产生直接的影响，建议尽可能减小行程富裕量△S）；
3）对长行程或特定工况的液压缸需针对其具体工况（负载特性、安装方式等）进行液压缸稳定性的校核。
初选缸径/杆径（以单活塞杆双作用液压缸为例）
※条件一
已知设备或装置液压系统控制回路供给液压缸的油压P、流量Q及其工况需要液压缸对负载输出力的作用方式（推、拉、既推又拉）和相应力（推力F1、拉力F2、推力F1和拉力F2）的大小（应考虑负载可能存在的额外阻力）。
针对负载输出力的三种不同作用方式，其缸径/杆径的初选方法如下：
1）输出力的作用方式为推力F1的工况：
初定缸径D：
由条件给定的系统油压P（注意系统的流道压力损失），满足推力F1的要求对缸径D进行理论计算，参选标准缸径系列圆整后初定缸径D；
初定杆径d：
由条件给定的输出力的作用方式为推力F1的工况，选择原则要求杆径在速比1.46~2（速比：
液压缸活塞腔有效作用面积与活塞杆腔有效作用面积之比）之间，具体需结合液压缸回油背压、活塞杆的受压稳定性等因素，参照相应的液压缸系列速比标准进行杆径d的选择。
2）输出力的作用方式为拉力F2的工况：
假定缸径D，由条件给定的系统油压P（注意系统的沿程压力损失），满足拉力F2的要求对杆径d进行理论计算，参选标准杆径系列后初定杆径d，再对初定杆径d进行相关强度校验后确定。
3）输出力的作用方式为推力F1和拉力F2的工况：
参照以上1）、2）两种方式对缸径D和杆径d进行比较计算，并参照液压缸缸径、杆径标准系列进行选择。
※条件二
已知设备或装置需要液压缸对负载输出力的作用方式（推、拉、既推又拉）和相应力（推力F1、拉力F2、推力F1和拉力F2）大小（应考虑负载可能存在的额外阻力）。
但其设备或装置液压系统控制回路供给液压缸的油压P、流量Q等参数未知，针对负载输出力的三种不同作用方式，其缸径/杆径的初选方法如下：
1）根据本设备或装置的行业规范或特点，确定液压系统的额定压力P；专用设备或装置液压系统的额定压力由具体工况定，一般建议在中低压或中高压中进行选择。
2）根据本设备或装置的作业特点，明确液压缸的工作速度要求。
3）参照“条件一”缸径/杆径的初选方法进行选择。
注：
缸径D、杆径d可根据已知的推（拉）力、压力等级等条件由下表进行初步查取。
表3-1不同压力等级下各种缸径/杆径对应理论推（拉）力表
序号
缸径
（mm）
推力（KN）
杆径
（mm）
拉力（KN）
压力等级（MPa）
压力等级（MPa）
7
14
16
21
25
31.5
7
14
16
21
25
31.5
1
32
6
11
13
17
20
25
18
4
8
9
12
14
17
2
40
7
18
20
26
31
40
20
7
13
15
20
24
30
22
6
12
14
18
22
28
25
5
11
12
16
19
24
28
4
9
10
13
16
20
3
50
14
27
31
41
49
62
25
10
21
24
31
37
46
28
9
19
22
28
34
42
32
8
16
19
24
29
37
36
7
13
15
20
24
30
4
63
22
44
50
65
78
98
32
16
32
37
49
58
73
35
15
30
34
45
54
68
45
11
21
24
32
38
48
5
80
35
70
80
106
126
158
40
26
53
60
79
94
119
45
24
48
55
72
86
108
55
19
37
42
56
66
83
6
90
45
89
102
134
159
200
45
33
67
76
100
119
150
50
31
62
70
92
110
139
63
23
45
52
68
81
102
7
100
55
110
126
165
196
247
50
41
82
94
124
147
186
55
38
77
88
115
137
173
70
28
56
64
84
100
126
8
110
67
133
152
200
238
299
55
50
100
114
150
178
225
63
45
89
102
134
160
201
80
31
63
72
94
112
141
9
125
86
172
196
258
307
387
55
69
139
158
208
247
312
63
64
128
146
192
229
288
70
59
118
135
177
211
265
90
41
83
95
124
148
186
10
140
108
216
246
323
385
485
63
86
172
196
258
307
387
70
81
162
185
242
289
364
80
73
145
166
218
259
327
100
53
106
121
158
188
238
序号
缸径
（mm）
推力（KN）
杆径
（mm）
拉力（KN）
压力等级（MPa）
压力等级（MPa）
7
14
16
21
25
31.5
7
14
16
21
25
31.5
11
150
124
247
283
371
442
557
70
97
194
221
290
346
435
75
93
186
212
278
331
417
85
84
168
192
252
300
378
105
63
126
144
189
225
284
12
160
141
281
322
422
503
633
80
106
211
241
317
377
475
90
96
192
220
289
344
433
100
86
172
196
257
306
386
110
74
148
170
223
265
334
13
180
178
356
407
534
636
802
90
134
267
305
401
477
601
100
123
246
281
369
440
554
110
112
223
255
335
399
502
125
92
184
211
277
329
415
14
200
220
440
503
660
785
990
100
165
330
377
495
589
742
110
153
307
351
460
548
690
125
134
268
306
402
479
603
140
112
224
256
336
401
505
15
220
266
532
608
798
950
1197
110
200
399
456
599
713
898
125
180
360
412
541
644
811
140
158
317
362
475
565
713
160
125
251
287
376
448
564
16
250
344
687
785
1031
1227
1546
125
258
515
589
773
920
1160
140
236
472
539
708
842
1061
160
203
406
464
609
725
913
180
165
331
378
496
591
745
17
280
431
862
985
1293
1539
1940
180
253
506
578
759
903
1138
200
211
422
783
633
754
950
18
320
563
1126
1287
1689
2011
2533
200
343
686
784
1029
1225
1544
220
297
594
679
891
1060
1336
3.3液压系统方案的设计
拟定液压系统的原理是整个设计工作中最主要的步骤，他对系统性能以及设计方案的经济和合理性具有决定性的影响。
其一般方法是根据工作和性能的要求先分别选择和拟订基本回路。
然后将各回路组合成完整的系统。
最后将此系统进行归纳和整理。
整添必要的辅助元件和辅助油路，使之成为完整的系统。
3.3.1液压系统设计要求
本液压系统设计具体要求如下：
系统各零件要有较高的强度和耐磨性
油缸运动要平稳，运动过程中不能有卡的现象
本液压系统控制各油缸正确工作
系统结构设计紧凑、操作方便、性能可靠、实现自动操作
3.3.2回路方式的选择
液压系统按油液的循环方式不同，开式系统和闭式系统。
开式系统即从执行元件排出来的油回油箱，冷却后在进入液压泵的进口，其结构简单；闭式系统即工作液体在系管中封闭循环，其结构紧凑，空气不容易进入系统，传动较为平稳。
本设计中由于系统比较简单，所以选择开式系统。
3.3.3执行元件的选择
由于此压块机系统动力装置是沿立柱滑动，因此为这种运动为直线运动。
其要求有三种控制速度，分别是动力头快进，动力头工进，动力头快退三种速度。
能实现刚开始速度快，然后在慢速，再快速的有增速缸，因此选用双动活塞增速缸。
3.3.4调速方式的选择
在选择执行元件时，选用了增速缸。
他能实现3种速度工作速度。
选择双油泵供油调节其速度。
3.3.5调压方式的选择
在液压系统折中选用两个溢流阀，分别安装在两个进油油路上，以之来调定系统的压力，来保持系统或回路中的压力恒定。
3.3.6换向回路的选择
在液压系统中一般使用换向阀，在这里选用三位四通的电磁换向阀，其结构简单，使用和维护方便。
3.3.7拟定液压系统
图3-1液压原理图
图3-2电磁铁动作表
1000KN的原理：
如图3-1所示，首先系统实行快进：
油液从油箱通过液压泵进入到电磁换向阀9，4YA得电，油液通过换向阀到单向阀在到油缸，从油缸出来经换向阀9回到油箱。
其次系统工进：
由于系统工进与系统快进油路一样，也要把两个液压泵其中一个卸荷就可以实现，这时候只要让1YA失电就可以。
最后系统快退：
油液从液压泵出来经过电池换向阀9，此时3YA得电，油液到液压缸，把另一侧油液押回到油箱。
3.4液压元件的选择
3.4.1液压泵
主缸最快速度：
34mm/s
最大液压压力：
Py=25Mpa
液压缸内径：
D=180mm.
则液压泵的最大流量q:
q=A·U=π·r2·U=π
902
34=864756mm3/s
所以单位换算得q=14.4/mim
则液压缸做大功率:
P=Py·q=25
14.4=360w=0.36kw
查《液压系统设计原器件选型手册》,选CBF-F10型齿轮泵
则可知
表3-2齿轮泵数据
压力/Mpa
转速/（r/min）
容积效率（%）
总效率（%）
质量（kg）
额定
最高
额定
最高
≥89
≥80
3.7
20
25
2500
3000
工作原理：
齿轮泵是容积泵的一种，由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去。
吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。
齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出处阻力的大小。
运行维护：
1、起动
1）启动前检查全部管路法兰，接头的密封性。
2）盘动联轴器，无摩擦及碰撞声音。
3）首次启动应向泵内注入输送液体。
4）启动前应全开吸入和排出管路中的阀门，严禁闭阀启动。
5）验证电机转动方向后，启动电机。
、
2、停车：
1）关闭电动机。
2）关闭泵的进、出口阀门。
3.4.2箱的选择
油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。
油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。
油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。
开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器。
开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。
闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05MPa。
如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。
矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。
油箱的设计要点：
设计油箱时应考虑如下几点：
1）油箱必须有足够大的容积。
一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位。
2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。
管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。
吸油管可安装100μm左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。
回油管口要斜切45°角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。
3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。
隔板高度为液面高度的2/3～3/4。
4）为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。
为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。
对于不易开盖的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。
5）油箱底部应距地面150mm以上，以便于搬运、放油和散热。
在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。
6）对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。
常用的方法有：
①酸洗后磷化。
适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。
②喷丸后直接涂防锈油。
适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压液。
因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。
③喷砂后热喷涂氧化铝。
适用于除水-乙二醇外的所有介质。
④喷砂后进行喷塑。
适用于所有介质。
但受烘干设备限制，油箱不能过大。
⑤ 喷沙后喷涂耐油漆。
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