压力机液压系统全解.docx
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压力机液压系统全解
湖南工业大学
机 电 控 制 技术
课 程 设 计
资 料 袋
机械工程学院（系、部） 2015 ~ 2016 学年第 二 学期
课程名称 机电控制技术 指导教师 职称 副教授
学生姓名 专业班级 班级 学号
题 目 压力机液压系统的电气控制设计
成 绩 起止日期 2016 年 6 月 25 日～ 2016 年 7月 1 日
目 录 清 单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程任务任务书
1
2
课程任务说明书
1
3
电气控制电路图
1
4
可编程控制器硬件连线
1
5
状态转移图、梯形图
1
6
控制梯形图
1
课程设计任务书
2015—2016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 机设1301 班级
课程名称：
机电控制技术
设计题目：
压力机液压系统的电气控制设计
完成期限：
自 2016 年 6 月 25日至 2016 年 7月 1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月25-6月26
讲解设计目的、要求、方法，任务分工
6月26-6月27
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月27-6月29
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月29-6月30
绘制继电器控制原理图、电路计算、元器件选择列表
7月1
编制控制系统的PLC控制程序
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）：
2016年 7 月 1 日
系（教研室）主任（签字）：
2016年 7月 1 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：
2016年 6 月 25 日 至 2016 年 7 月 1 日
学生姓名：
班级 ：
学号：
成绩 ：
指导教师（签字）：
机械工程学院
2016年7月1日
目 录
一 、课程设计的内容与要求 ...................................................... 1
1.1课程设计对象简介................................................................... 1
1.2压力机结构及工作要求 ........................................................... 2
1.3液压系统工作原理及控制要求 ................................................ 5
1.4课程设计的任务 ...................................................................... 6
二 、电气控制电路设计 ............................................................... 6
2.1继电器-接触器电气控制电路的设计 .......................................7
2.1继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍..........................10
2.3选择电气元件 .........................................................................13
三、压力机的可编程控制器系统的设计 ................................. 14
3.1可编程控制器控制系统设计的基本原则 ..............................16
3.2可编程控制器系统的设计 ..................................................... 18
四、设计体会与总结 ................................................................... 19
五、参考资料 ................................................................................ 20
一 、课程设计的内容与要求
1.1 课程设计对象简介
液压机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械。
它常用于压制工艺和压制成形工艺如锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。
液压机有多种型号规格其压制力从几十吨到上万吨。
用乳化液作介质的液压机被称作水压机产生的压制力很大，多用于重型机械厂和造船厂等。
用石油型液压油做介质的液压机被称作油压机产生的压制力较水压机小，在许多工业部门得到广泛应用。
液压机多为立式其中以四柱式液压机的结构布局最为典型应用也最广泛。
。
图1.1所示为液压机外形图它主要由充液筒、上横梁2、上液压缸3、上滑块4、立柱5、下滑块6、下液压缸7等零部件组成。
这种液压机有4个立柱在4个立柱之间安置上、下两个液压缸3和7。
上液压缸驱动上滑块4下液压缸驱动下滑块6。
为了满足大多数压制工艺的要求上滑块应能实现快速下行→慢速加压→保压延时→快速返回→原位停止的自动工作循环。
下滑块应能实现向上顶出→停留→向下退回→原位停止的工作循环。
上下滑块的运动依次进行不能同时动作。
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。
图 1-2 液压机的工作循环
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。
1.31 3150KN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 程时的液压冲击。
图13150KN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
1.3.2 3150KN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。
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1为3150KN通用液压机的电磁铁动作顺序表
动作程序
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
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
+
2.2.2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。
（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。
实现主缸快速回程。
6）上缸原位停止。
当上缸滑块上长至触动行程开关1S，SQ1触点失电断开，电磁铁2Y失电，阀6处于中位，液控单向阀9将主缸下腔封闭，上缸原位停止不动。
泵1输出油经阀6、阀21中位回油箱，泵卸载。
（7）下液压缸顶出及退回 按下开关SB5,接触器KA3得电，电磁铁3Y得电，换向阀21换至左位 进油路：
泵1→换向阀6中位→换向阀21左位→下缸17下腔。
回油路：
下缸17上腔→换向阀21左位→油箱。
下液压缸活塞上升，顶出。
按下开关SB6，接触器KA4得电，电磁铁4Y得电，同时电磁铁3Y失电，换向阀21换至右位，下液压缸活塞下行退回。
8）浮动压边 作薄板拉伸压边时，要求下缸活塞上升到一定位置后，既保持一定压力，又能随上缸滑块的下压而下降。
这时，换向阀21处于中位，上缸滑块下压时下缸活塞被迫随之下行，下缸下腔油液经节流器19和背压阀20流回油箱，使下缸下腔保持所需的压边压力。
调节背压阀20即可改
变浮动压边力。
下缸上腔则经阀21中位从油箱补油。
溢流阀18为下缸下腔安全阀。
压力机液压系统电器控制电路图
2.3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2-2）。
表2-2电动机和电器元件明细表
代号
名称
型号
QS
总电源开关
HZ1-60/3
FU1
熔断器
RL1-60/40
FU2
熔断器
RL1-15/4
FU3
熔断器
RL1-15/4
FU4
熔断器
RL1-15/4
FR1
液压泵1热继电器
JR10-1010A
FR2
液压泵2热继电器
JR10-106A
KM1
液压泵启动接触器
CJO-40
KM2
延迟继电器接触器
CJO-20
KA1-KA5
对应1Y-5Y接触器
JZ7-44127V
1Y-5Y
电磁铁
36V
TL1
直流变压器
BK-150380/127/36V
TL2
变压器
BK-150380/127/36V
SB1
总停止按钮
LA2
SB2
泵启动按钮
LA2
SB3
快速下行按钮
LA2
SB4
下缸停止按钮
LA2
SB5
下缸顶出按钮
LA2
SB6
下缸退回按钮
LA2
SQ1
行程开关
LX3-11H
SQ2
行程开关
LX3-11H
KP
压力继电器接触器
PFT-L4
VC
直流电源
36V
EL
照明灯具
JC6-1
S1
照明灯
TCL_A6
三、压力机的可编程控制器系统的设计
3.1可编程控制器控制系统设计的基本原则
在设计可编程控制器系统时，应遵循以下基本原则。
（1）最大限速地满足控制要求
充分发挥可编程控制器功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计中最重要的一条原则。
设计人员要深入现场进行调查研究，收集资料。
同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合，共同解决重点问题和疑难问题。
（2）保证系统安全可靠
保证可编程控制器控制系统能够长期安全，可靠，稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
（3）力求简单，经济，使用与维修方便
在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断扩大工程的效益，另一方面也要注意不断降低工程的成本，不宜盲目追求自动化和高指标。
（4） 适应发展的需要 适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
3.2可编程控制器系统的设计
（1）可编程控制器选型
本系统有输入信号九个，输出信号有七个，均为开关量。
根据输入输出的点数、类型及控制要求，同时考虑到维护、改造和经济性等诸多因素，可以选择FX2N-32MR，这样共有16个输入点、16个输出点，可以满足控制要求。
（2）I/O地址分配
根据系统要完成的动作，考虑在下液压缸顶出和退回时可能需要点动操作方式，方便调节压边时间以保证工件加工的要求。
设定输入/输出控制信号，其I/O地址分配如下表3-1
表3-1I/O地址分配表
输入
输出信号
代号
功能
I点
代号
功能
O点
SB2
启动液压泵
X0
KM1
泵启动
Y0
SB3
快速下行
X1
KA1
慢速下行
Y1
SQ2
行程开关2S
X2
KA2
泄压回程
Y2
KP
压力继电器
X3
KA3
下缸顶出
Y3
SQ1
行程开关1S
X4
KA4
下缸退回
Y4
SB5
下缸顶出
X5
KA5
和Y1实现快速下行
Y5
SB6
下缸退回
X6
指示灯
Y6
SB4
下缸停止
X7
SB1
总停止
X10
（3）可编程控制器的输入、输出接线图如图所示
（4）控制梯形图
根据电气控制图，我们画出来了其梯形图如图所示
（5）压力机的状态转移图和步进梯形图
四、设计体会与总结
为期一周的机电综合课程设计马上就结束了，此次课程设计以分组形式进行，我们组选择的课题是压力机液压系统的电器控制，刚刚进去课程设计环节时，由于对理论知识掌握的不好加上没有太多实际的动手能力和经验，一时不知道如何去做。
通过自己查阅资料我懂得了一些基本知识和动手能力，基本学会了设计方法和基本步骤，对基本元器件有了更深的了解和认识。
在对理论的运用中，提高了我们的动手能力和实践操作能力，并能分析简单的问题。
通过合作，我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在一定的阶段共同讨论，以解决个人不能解决的问题，提出意见，同时我还向别的同学请教。
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
本次的设计使我从中学到了很多东西，不管是将我所学到的知识运用到我以后的工作中去，还是通过实践完善知识，我都受益匪浅。
五、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.
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