中职 液压与气动系统装调与维护 F卷 模块1赛项赛题.docx
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中职液压与气动系统装调与维护F卷模块1赛项赛题
2021年全国职业院校技能大赛
中职组
液压与气动系统装调与维护赛项
任
务
书
（样题-F卷模块1）
中国·北京
场次：
赛位号：
开始时间：
结束时间：
参赛选手须知
1.本模块任务书共20页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判举手示意，并进行任务书的更换。
2.各参赛队应在7小时内完成本模块任务书规定内容，比赛时间到，比赛结束，选手按操作规范，整理好工作现场离开比赛场地，不得延误。
3.比赛结束，选手应及时上交任务书，不得将其擅自带离比赛场地，否则按弃权处理。
4.选手提交的试卷用赛位号标识，“选手确认”部分填写所在的“赛位号”，不得写上姓名或与身份有关的信息，否则视成绩无效。
5.参赛选手在比赛过程中可提出设备器件更换要求。
更换的器件经裁判组检测后，如为非人为损坏，由裁判根据现场情况给予补时；如人为损坏或器件正常，每次扣3分。
6．在竞赛过程中，备注项中有“
”标记的，表示选手已完成该项目内容，示意裁判，在裁判的监督下测量出数值并记录测试结果，该数值只有一次测量机会，一经确定不得修改；测试结果不合格也不得修改，并作为该项目的评分依据。
7．系统开始运行时必须得到裁判的允许后，才能通电运行；若装配不完整，则不允许试运行。
8．在测量过程中，如裁判发现选手测量方法或选用工具不合理、不正确，可判定该项目未完成并不得分。
9．所有项目的监督检测时间都纳入竞赛时间，不另行增加时间。
10．未经裁判签名核实的数据都是无效数值，该项目不得分。
11.程序必须签字确认后，才允许验证任务功能，程序一经确认不得修改。
注意：
严禁在泵站运行时，手伸进传输线内调试设备！
竞赛基本要求
1.正确使用工具，操作安全规范。
2.液压和气动元件安装正确无误、系统管路连接牢固、布局美观，电路连接正确、可靠，符合行业相关标准。
3.爱惜赛场的设备和器材，尽量减少耗材的浪费。
4.保持工作台及附近区域干净整洁。
5.竞赛过程中如有异议，可向现场考评人员举手示意，不得扰乱赛场秩序。
6.遵守赛场纪律，尊重考评人员、技术支持人员，服从安排。
任务描述：
本模块通过常用液压气动元件搭建、控制程序编写与人际界面的设计，用于模拟一个完整的工业生产过程，包括上料、物料传输、物料加工、物料堆垛等典型工艺过程，通过液压执行元件的有序动作，观测设计结果。
其中上料单元可以采用液动或气动元件实现，物料传输采用液压马达作为动力源，物料加工采用三个液压缸，分别模拟轧制加工、冲压加工，物料堆垛系统采用气动元件实现，堆垛机驱动动力可以采用液压动力或者电机动力（伺服电机或步进电机）。
通过程序的编写模拟生产过程的真实情况，包括监控界面、操作模式（手动、自动、单周期等）、报警模式等。
任务一、液压与气动系统回路装调与故障排除（40分）
（一）工业双泵液压泵站安装与调试
选手根据赛场提供的设备，采用规范的安装及调试工艺，按任务书的要求，完成泵站的安装及工作压力调试。
1.变量叶片泵的安装与调试
要求1：
按照图1要求，完成变量叶片泵的安装与调试。
要求2：
调试出变量叶片泵的输出压力为4.2MPa，在表1中记录压力值，并举手示意报请裁判验证并签字确认。
要求3：
液压系统中变量叶片泵的输出容量与有关。
图1变量叶片泵系统调压回路
表1变量叶片泵的输出压力确认表
序号
泵源
功能要求
P2（MPa）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
变量叶片泵
系统压力
2.定量柱塞泵的安装与调试
要求1：
按照图2要求，完成定量柱塞泵的安装与调试。
要求2：
要求2：
定量柱塞泵系统采用溢流阀并联控制方式，通过电磁换向阀进行一、二级压力切换，系统回油采用冷却器冷却，根据现场液压泵站配置，将图2补充完整并进行管路搭接。
要求3：
调试出定量柱塞泵输出一级压力为5.1MPa，二级压力为3.2MPa，在表2中记录压力表压力值，并举手示意报请裁判签字确认。
图2定量柱塞泵系统调压回路
表2定量柱塞泵的输出压力确认表
序号
泵源
功能要求
P2（MPa）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
定量柱塞泵
一级压力
2
二级压力
（二）液压系统回路搭建与调试
根据赛场所提供设备，选手按任务书各液压系统回路的要求，选择适当的液压阀，组建任务书要求的板式回路或叠加回路，完成液压系统安装与调试，注意安装及调试工艺须规范。
图3模拟装置液压回路图
1.物料传输液压回路设计安装
本单元采用液压马达通过机械装置，带动传输系统运行，实现物料的传输。
选用叶片泵油路系统供油，物料传输单元油路系统在满足如下要求时，进行液压系统安装与调试，注意安装及调试工艺须规范。
要求1：
换向阀采用三位四通电磁换向阀，换向阀在中位时，液压泵卸荷，液压马达浮动。
要求2：
液压马达具有正、反转过载保护功能。
要求3：
液压马达正反转转速采用比例调速阀控制。
要求4：
选用现场提供的板式液压元件及比例液压元件，设计物料传输单元液压回路，并在图3中画出，并完成物料传输单元油路系统安装与调试。
要求5：
设计液压马达速度显示的人机界面，要求实时显示液压马达的速度。
2.物料的双缸轧制加工单元
本单元采用液压双缸带动轧辊，实现物料的滚轧加工。
因为满足轧制受力平衡，需要双缸加工。
选用柱塞泵油路系统供油，双缸轧制单元油路系统在满足如下要求时，进行液压系统安装与调试，注意安装及调试工艺须规范。
要求1：
换向阀采用三位四通电磁换向阀，换向阀在中位时，液压泵不卸荷，执行机构浮动。
要求2：
双缸轧制单元油路系统断电时，液压缸能在任意位置可靠锁紧。
要求3：
液压双缸下行（或上行）到底，液压缸无杆腔（或有杆腔）压力可调，且不影响系统压力。
要求4：
液压双缸下行采用进油调速，且液压双缸下行速度基本不受负载波动影响。
要求5：
液压双缸上行采用进油节流调速。
要求6：
选用现场提供的叠加式液压元件，将双缸轧制单元液压回路在图3中补充完整，并完成双缸轧制单元油路系统安装与调试。
要求7：
调试出液压双缸下行到底，无杆腔压力值为4.2MPa，并在液压回路图3（b）中找出测压点并标注为P1，压力值填入表5，并举手示意报请裁判签字确认。
要求8：
采用PLC，通过编程控制实现液压缸的快速下行与慢速下行，下行到位后延时10秒后快速上行到位停止，停止到位后有报警声提醒。
要求9：
设计双缸速度显示的人机界面，要求实时显示双缸移动速度。
3.顶料单元
选用柱塞泵油路系统供油，顶料单元油路系统在满足如下要求时，进行液压系统安装与调试，注意安装及调试工艺须规范。
要求1：
换向阀采用二位四通电磁换向阀。
要求2：
顶料缸仅上行到底，无杆腔压力可调且系统压力同步变化。
要求3：
顶料单元液压缸上行到底后，压力继电器动作发讯。
要求4：
选用现场提供的叠加式液压元件，将顶料单元液压回路在图3中补充完整，并完成顶料单元油路系统安装与调试。
要求5：
已知顶料缸缸筒内径尺寸为30mm,活塞杆外径尺寸为20mm，调节相应的液压元件至顶料缸上行模拟最大举升力为3109N（忽略摩擦及自重，π取3.14），并在液压回路图3（c）中找出测压点并标注为P2，同时将液压元件调定的压力值（MPa）填入表5，并举手示意报请裁判签字确认。
要求6：
调试出顶料单元液压缸上行到底后，调试出压力继电器动作压力为P2±0.5MPa，动作指示采用蜂鸣器指示，压力继电器动作结果填入表5，并举手示意报请裁判签字确认。
注：
顶料缸上行到底，无杆腔压力达到P2±0.5MPa时，蜂鸣器鸣叫。
要求7：
根据叠加阀在液压回路中的位置，在表3中填写出顶料单元油路系统中叠加阀名称、叠加阀型号以及画出叠加阀职能符号。
表3叠加阀在顶料单元油路系统中的位置
3
2
1
0
叠加阀基板
叠加阀位置顺序
叠加阀名称
叠加阀型号
叠加阀职能符号
4.物料冲压单元
选用柱塞泵油路系统供油，物料冲压单元油路系统在满足如下要求时，进行液压系统安装与调试，注意安装及调试工艺须规范。
要求1：
换向阀采用三位四通电磁换向阀，换向阀在中位时，各油口均不通。
要求2：
冲压缸仅下行到底，液压缸无杆腔压力可调，且不影响系统压力。
要求3：
冲压缸仅上行到底，液压缸有杆腔压力可调，且系统压力同步变化。
要求4：
冲压缸下行采用节流阀回油节流调速。
要求5：
冲压缸无杆腔压力采用压力变送器采集。
要求6：
选用现场提供的叠加式液压元件，将物料冲压单元液压回路在图3中补充完整，并完成物料冲压单元油路系统安装与调试。
要求7：
调试出冲压缸下行到底，无杆腔压力值为4.2MPa，并在液压回路图3（d）中找出测压点并标注为P3，压力值填入表5，并举手示意报请裁判签字确认。
要求8：
调试出冲压缸上行到底，有杆腔压力值为3.8MPa，并在液压回路图3（d）中找出测压点并标注为P4，压力值填入表5，并举手示意报请裁判签字确认。
要求9：
根据叠加阀在液压回路中的位置，在表4中填写出物料冲压单元油路系统中叠加阀名称、叠加阀型号以及画出叠加阀职能符号。
表4叠加阀在物料冲压单元油路系统中的位置
4
3
2
1
0
叠加阀基板
叠加阀位置顺序
叠加阀名称
叠加阀型号
叠加阀职能符号
5.液压系统单步调试记录
表5单步调试参数与功能确认表
序号
任务
结果记录（MPa）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
液压双缸无杆腔压力
2
顶料缸无杆腔压力
3
冲压缸无杆腔压力
4
冲压缸有杆腔压力
5
压力继电器动作是否正常（填“是”或“否”）
（三）气动回路安装与调试
1.工作任务1
选手根据赛场提供的设备，采用规范的安装及调试工艺，结合气动回路系统原理图（图4），选用合理的气动阀、气缸、气管及辅件，完成气动系统回路安装与调试。
图4气动回路系统原理图
任务要求：
要求1：
根据执行部件位置，合理利用赛场提供的元件，完成气动回路的安装与调试。
要求2：
排除气动回路中设置的1～2个故障，排除故障并调试完成后，将调试结果填入表6，并举手示意报请裁判签字确认（气动回路能正常运行则判定故障排除）。
表6气动回路安装及调试确认表
序号
调试任务
气缸动作是否正常
（填“是”或“否”）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
顶料气缸动作
2
推料气缸动作
3
挡料气缸动作
4
真空吸盘动作
5
双轴气缸动作
6
无杆气缸动作
2.工作任务2
在平台上搭接出1个采用PLC控制的双作用气缸往返动作回路。
动作流程为：
1、按钮启动按钮，气缸快速伸出三分之二，然后慢速伸出。
2、伸出到位后延时5秒后快速返回（采用快排阀）。
3、返回到位后延时4秒后再按照1步动作进行。
4、动作6次后结束。
5、要求在人机界面上看到次数的变化。
表7气动回路设计功能确认表
序号
任务系统
结果记录/MPa
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
气缸无杆腔压力
序号
任务系统
动作结果
（填“是”或“否”）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
具有气缸往复
循环动作功能
2
具有慢速伸出功能
3
具有气缸伸出到底
延时功能
4
具有快速排气缩回功能
5
具有气缸缩回到底
延时功能
任务二、电气控制回路连接与排故（10分）
选手根据赛场提供的设备，采用规范的安装及调试工艺，选取合适的导线和辅件，完成电气控制回路的连接，并完成各执行部件动作功能测试。
两台PLC选用控制屏模拟控制单元与挂箱（西门子或三菱）模块PLC。
工作任务1：
要求1：
根据I/O表，使用实验导线将液压电磁阀、气动电磁阀与相应控制单元的PLC输入、输出端及模拟量输入、输出端进行连接。
说明：
未按照附件1或附件2（I/O分配表）接线，此项分数在程序运行验证中扣除。
要求2：
实训导线、通信线的连接、插拔应符合操作规范。
要求3：
挂箱面板同一接线柱最多插两层导线。
说明：
任务一中继电器控制气动回路搭接与调试除外。
要求4：
实训台与挂箱、阀与挂箱之间的连接导线，按不同功能分开进行捆扎，间距为80mm～100mm。
要求5：
电气控制回路中设置有1～2个故障，排除故障并在表8中写出故障点。
表8电气控制回路故障表
序号
故障点
故障描述
1
故障1
2
故障2
工作任务2：
要求1：
根据I/O表，完成3-4个传感器的安装、接线及调试，安装调试完成后，在表9中填写出安装调试的传感器名称，并将调试结果举手示意报请裁判签字确认。
要求2：
在附件3上画出挂箱模块PLC接线图。
表9传感器安装调试功能确认表
序号
传感器名称
调试结果是否正确
（填“是”或“否”）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
2
3
4
任务三、控制系统PLC程序设计（10分）
根据现场所提供设备及工业气动元件、液压元件及赛场提供的任务书，编写PLC控制程序，控制液压泵站、物料传输单元、双缸轧制单元、顶料单元、物料冲压单元、下料堆垛单元。
把设计好的程序保存到电脑的“D:
\液压与气动系统装调与维护\赛位号\任务三PLC程序文件夹”下。
任务要求：
要求1：
程序注释
编写程序时，相应的输入、输出点及温度、位移、速度、压力、转速变量加上中文注释。
要求2：
控制系统
选用控制屏上模拟控制单元PLC与挂箱（西门子或三菱）模块两台PLC组成，两台PLC须通过ModbusRTU网络通信（西门子）或N:
N网络通信（三菱）进行数据交换。
要求3：
模拟量信号采集及处理功能
1双缸轧制单元液压双缸位移采集功能：
实时监测液压双缸位置变化，并以十进制形式在地址D66（西门子VD66）中显示液压双缸伸出实时位置值,液压双缸伸出到底显示150mm,缩回到底显示0mm,误差±0.5mm。
2双缸轧制单元液压双缸速度采集功能：
实时监测液压双缸速度，并以十进制形式在地址D76（西门子VD76）中显示液压双缸实时速度值。
3物料冲压单元液压缸位移采集功能：
实时监测冲压缸位置变化，并以十进制形式在地址D86（西门子VD86）中显示冲压缸伸出实时位置值，冲压缸伸出到底显示150mm,缩回到底显示0mm,误差±0.5mm。
说明：
三菱系统为电流信号（4～20mA），西门子系统为电压信号（1～5V）。
要求4：
液压马达转速采集功能
实时监测液压马达的转速变化，以十进制形式在地址D126（西门子VD126）中显示当前转速值。
要求5：
油箱温度控制功能
泵站启动后，油温高于30℃（达不到30℃则设定比当前温度值小1℃动作），冷却风扇启动。
要求6：
泵站保护功能
油过滤器压差保护、液位低保护。
当压差发讯信号断开或者液位低信号闭合时，液压泵停机。
要求7：
切换功能
通过切换DW-01控制按钮模块上的旋钮开关SA2，可以选择“手动功能”、“单周期运行功能”和“全自动运行功能”。
说明：
旋钮开关SA2对应的第1个触点为一组，第2、3个触点同为另一组（自左往右）。
要求8：
手动功能
将SA2旋钮开关旋至左位，进入手动功能
1按钮开关SB6控制柱塞泵启、停。
2按钮开关SB7控制叶片泵启、停。
3按钮开关SB1控制液压马达正转。
4按钮开关SB2、SB3分别控制液压双缸伸出、缩回。
5按钮开关SB4、SB5分别控制冲压缸伸出、缩回。
要求9：
停止功能
物料离开上料单元后，按下停止按钮SB1，则系统不会立即停止，继续完成当前物料的加工和堆垛后，停止上料，蜂鸣器以１Hz的频率提示（注：
泵站与传送系统不停止）。
按下启动按钮SB2后，蜂鸣器停止报警，继续上料运行。
要求10：
复位功能
按下SB3按钮，系统进行复位。
复位时根据各传感器是否处于初始状态，执行相应的复位动作，系统有15s的运行过程。
完成后蜂鸣器以0.5Hz频率提示复位完成，3s后停止鸣叫。
要求11：
故障报警功能
现场裁判任意指定选手断开液压双缸或冲压缸对应的PLC输出点，当程序运行检测到该点有输出时，延时2s，蜂鸣器报警。
报警形式为每间隔2s，蜂鸣器分别以2Hz鸣叫2声（液压双缸）、3声（冲压缸），该线插上后，报警停止，继续当前动作。
说明：
全自动运行中断开1个点，由裁判任意指定
要求12：
单周期运行功能
SA2旋钮开关旋至中位，进入单周期运行功能。
按下启动按钮SB2→叶片泵启动→延时2s→柱塞泵启动→延时2s→泵站控制阀得电→液压马达以35r/min正转→延时2s→液压双缸以25mm/s速度伸出至135mm→顶料气缸伸出→延时2s→推料气缸推出物料→推料气缸到位后缩回（缩回到位，顶料气缸缩回）→冲压单元检测入料→挡料气缸伸出→冲压单元物料到位→液压双缸以30mm/s速度缩回→延时2s→顶料单元液压缸顶起物料→压力继电器发讯→冲压缸以25mm/s速度冲压→冲压缸伸出到底→延时2s→冲压缸缩回→冲压缸缩回到位，顶料缸缩回→液压马达速度切换为55r/min→挡料气缸缩回→下料单元物料检测到位→下料单元双轴气缸伸出→双轴气缸伸出到位→真空吸盘吸取物料→延时2s→双轴气缸缩回到位→无杆气缸右移，右移到位→步进电机由原点上升至第一块物料堆垛位置→真空吸盘关闭，完成1块物料的堆垛→步进电机退回→无杆气缸左移→无杆气缸左移到位，系统停止运行。
要求13：
全自动运行功能
SA2旋钮开关旋至右位，进入全自动运行功能。
按下启动按钮SB2→叶片泵启动→延时2s→柱塞泵启动→延时2s→泵站控制阀得电→液压马达以35r/min正转→延时2s→液压双缸以25mm/s速度伸出至135mm（第2次140mm，第3次145mm）→顶料气缸伸出→延时2s→推料气缸推出物料→推料气缸到位后缩回（缩回到位，顶料气缸缩回）→冲压单元检测入料→挡料气缸伸出→冲压单元物料到位→液压双缸以30mm/s速度缩回→延时2s→顶料单元液压缸顶起物料→压力继电器发讯→冲压缸以25mm/s速度冲压→冲压缸冲压到底→延时2s→冲压缸缩回→冲压缸缩回到位，顶料缸缩回→液压马达速度切换为55r/min→挡料气缸缩回→下料单元物料检测到位→下料单元双轴气缸伸出→双轴气缸伸出到位→真空吸盘吸取物料→延时2s→双轴气缸缩回到位→无杆气缸右移，右移到位→步进电机由原点上升至第一块物料堆垛位置→真空吸盘关闭，完成第1块物料的堆垛→步进电机退回→无杆气缸左移→无杆气缸左移到位→液压马达速度切换为35r/min→液压双缸伸出，继续循环顶料、出料、轧制、冲压及堆垛流程，完成剩余2块物料的加工和堆垛。
3块物料堆垛完成后，液压马达停转→蜂鸣器以1Hz频率鸣叫→变量叶片泵停止→延时2s→泵站控制阀失电→延时2s柱塞泵停止、蜂鸣器停止鸣叫。
要求14：
程序确认
选手PLC程序设计完成并下载调试完成各项功能后，在表10中确认程序并举手示意报请裁判签字确认程序。
说明：
程序一经确认不得修改，程序签字确认后才允许报请裁判验证表10及表11中的功能。
表10程序确认表
程序是否确认
（填“是”或“否”）
确认时间
（填当前时间）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
要求16：
功能结果记录
在表11中记录各功能执行情况，并举手示意报请裁判签字确认。
表11PLC程序功能确认表
序号
任务要求描述
完成情况
（填“是”或“否”）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
液压双缸位移采集功能
伸出到底150mm，缩回到底0mm,误差±0.5mm
2
冲压缸位移采集功能
伸出到底150mm，缩回到底0mm,误差±0.5mm
3
冲压缸压力采集功能
与表压误差±0.2MPa
4
温度采集功能
5
液压马达转速采集功能
6
油箱温度控制功能
7
泵站保护功能
8
柱塞泵按钮开关控制
9
叶片泵按钮开关控制
10
液压马达正转按钮开关控制
11
液压双缸按钮开关控制
12
冲压缸按钮开关控制
13
停止功能
14
复位功能
15
故障报警功能
16
急停功能
17
单周期运行功能
任务四、上位机组态（10分）
任务描述：
用设备提供的上位机组态软件MCGS设计组态界面，并与现场可编程控制器连接，实现画面监控。
要求1：
建立过程变量。
要求2：
设计液压马达转速实时曲线监控界面，并进行速度监控。
要求3：
设计轧制单元液压双缸实时动画监控界面，并进行动画连接。
要求4：
设计冲压缸位置曲线监控界面，并进行冲压缸位置监控。
要求5：
设计气动系统每条气路的点动控制按钮，实现各气缸的点动控制。
在表12中记录组态功能完成情况，并举手示意报请裁判签字确认。
表12组态设计与调试功能确认表
序号
任务要求描述
完成情况
（填“是”或“否”）
选手确认
（填赛位号）
裁判确认
（签字确认）
备注
1
液压马达转速实时曲线
2
液压双缸实时动画
3
冲压缸位置实时曲线
4
真空吸盘点动控制功能
5
顶料气缸点动控制功能
6
推料气缸点动控制功能
7
挡料气缸点动控制功能
8
双轴气缸点动控制功能
9
无杆气缸点动控制功能
任务五、整机调试与运行（10分）
根据所提供设备并综合任务一至任务四，完成整机调试与运行。
液压系统图见图3，气动系统图见图4。
任务要求：
要求1：
叶片泵、柱塞泵依次能正常启动，泵站控制阀得电。
要求2：
上料单元顶料气缸、推料缸能依次正常动作，物料能顺利出仓。
要求3：
物料传输单元液压马达转速采用PI控制功能。
要求4：
物料传输单元液压马达转速具有35r/min-55r/min-35r/min切换功能，稳定转速误差±2r/min。
要求5：
液压双缸伸出位置依次为130mm、140mm、145mm,误差±1mm。
要求6：
液压双缸伸出速度20mm/s，误差±2mm/s。
要求7：
液压双缸缩回速度30mm/s，误差±2mm/s。
要求8：
具有顶料-冲压功能。
要求9：
冲压缸冲压速
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