自动控制液压板料剪切机设计说明书

引言

剪板机属于锻压机械中的一种，主要应用在金属加工行业。产品广泛适用于：轻工、航空、船舶、冶金、仪表、电器、不锈钢制品、钢结构建筑及装潢行业。

剪板机的主要分类：机械剪板机、数控剪板机、液压剪板机、数控摆式剪板机、数控前送料摆式剪板机、液压摆式剪板机、超厚液压摆式剪板机、液压闸式剪板机、深喉口剪板机、脚踏剪板机、精密剪板机。

“十五”期间，液压剪板机在结构与配置方面跨越了各行其道的阶段，逐步向国际主流靠拢。目前多数液压剪板机，机架采用整体焊接结构、经时效处理、具有良好的强度、刚度和精度保持性；采用集成式液压系统伺服驱动，极大提高了机床运行的可靠性；根据被剪板料的材质、厚度和剪切长度，自动完成剪切角度、剪切行程、刀片间隙和后挡料的调整；可配备前送料系统或后托料装置，集送料、卸料于一体，有效地提高了设备自动化程度。

剪切生产线是在数控剪切机基础上发展起来的专用设备，由开卷机、展平机、剪切机及其辅助装置组成。剪切生产线按剪切形式可分为横剪线和纵剪线，也有既可横剪也能纵剪的复合剪切线。横剪线将卷料经开卷、校平后剪切成定尺矩形；纵剪线将卷料经开卷、校平、分条剪切后收卷；复合剪切线同时具备横剪线与纵剪线的功能，可根据生产计划轮番使用。剪切生产线可加工冷轧钢板、镀锌钢板、不锈钢板、彩涂钢板、铝板等金属板材，特别适用于车辆制造、家用电器、食品机械、包装机械以及钢板配送中心等行业。

1 概述

液压传动技术是现代发展起来的一门新技术，它与机械传动技术、电气传动技术并列为当代三大传动形式，是工科机械类各专业的一门重要课程，既有理论知识学习，又有实际技能的训练。在本次设计中,根据液压剪板机的工作原理和控制要求, 综合运用液压传动技术及其它有关理论知识和生产实际知识，我对剪板机的液压系统和PLC控制系统部分进行了分析、设计, 使理论知识和生产实际知识密切结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、提高和扩展。

这次设计，让我在PLC的应用、CAD绘图、资料检索以及进行经验估算等方面进行了一次全面的训练，为今后的设计工作打下了坚实的基础。

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2 设计构思及方案论证

我的设计任务是液压系统和泵站设计、控制系统设计。通过对课题的分析以及可行性的考虑，对设计方案进行如下的选择：

（1）液压系统和泵站的设计：因为这次设计的是薄板剪切并且是大批量的剪切，所以要根据其具体的工作情况设计制造专用剪板机，用以提高效率。由于液压元件已标准化，所以在设计中可以大量选用标准件，使设计简化，制造简单。特别是在这次我们所设计的轻型薄板剪切中，整个动力部分都可以用标准的液压缸、液压阀来完成。该自动控制液压板料剪切机包含了许多的动作需要液压元件来完成，所以可以根据具体的动作需要来设计整个液压系统，根据液压系统所需的动力要求来进行泵站的设计。

（2）控制系统的设计：自动控制液压板料剪切机是一种可按加工要求，将金属板材剪开、自动计数、自动堆料的设备。它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力，而PLC是近几年发展起来的一种新型工业控制器。由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业过程控制中的应用越来越广泛。加之PLC以其在硬件设计中采用了屏蔽、滤波、光电隔离等技术，在软件设计中采用了故障检测、信息保护与恢复等措施，进一步提高了PLC的可靠性。自动控制液压剪切机应用于板材加工系统中,板料长度检测，板料进料、压紧、走刀、落料、长度调整等过程必须按一定的节拍控制精确度动作，而且不同长度、不同厚度、不同材料的板材,各动作行程、先后顺序、刀具位置等要求都不一样，对于这样的控制要求,传统控制柜很难实现,综合考虑设备的性价比，显示直观性、外表美观性、灵活性等诸方面因素,本次设计采用可编程控制器PLC进行控制。

下面就我们这次所设计的自动控制液压板料剪切生产线进行简单的介绍：

图2-1 自动控制液压板料剪切生产线简图

如图2-1所示，我们这次设计的生产线主要由以下几个部分组成：1.送料小车；

2.开卷机；

3.展平机；

4.送料机；

5.剪切主机；

6.输送带；

7.堆料架；

8.液压泵站；

9.控制控制系统以及其它的辅助设备组成。

该生产线的工作过程如下：

1．由运料小车将卷料运送到开卷机上；

2．由人工进行喂料，将卷料送入展平机中进行展平；

3．板料展平后由送料机进行定尺后送入剪切机中进行剪切；

4．剪切完毕后的板料经过输送带送入堆料架中进行整齐堆放；

基于该课题的难易程度以及工作量的关系，我们分小组由四个人共同完成本课题，我负责其中的液压系统设计、泵站设计以及控制系统的设计。

3 液压系统的设计

本设备的液压控制部分主要包括板料压紧系统、主机剪切系统、运料小车升降系统、支撑板升降系统等方面。其中运料小车升降系统和支撑板升降系统只需用换向阀来控制液压油的流动方向即可；板料压紧系统可通过液压缸下行到压紧位置由压力继电器检测压力足够后保压，剪切完毕后回程.主要部分在于剪板机主机的剪切缸动作的实现，因为该设备属大宽度同步下行剪切，如果用一个缸体施加剪切力，则会造成板料的受力不均甚至剪切不完善，所以必须选择多缸驱动，而在剪切过程中必须保证缸体活塞杆下行的同步性，这就要求进行多缸同步回路设计。

3.1 液压同步回路的分析论证[1]

在多缸液压系统中，使得液压缸在运动中保持速度相同或相对位置不变的回路称为同步回路。在液压系统中，影响同步精度的因素是很多的，例如：液压缸外负载、泄露、摩擦阻力、制造精度、结构弹性变形以及油液中的含气量，都会使运动不同步。同步回路要尽量克服或减少这些因素的影响。

图3-1所示回路是带补偿措施的串联液压缸同步控制典型回路。其工作原理是：图中两缸串联，1缸有杆腔和2缸无杆腔用油管相连，其对应活塞的有效工作面积相等，而使进、出流量相等，理论上两缸活塞的升降便是同步的。但补偿措施使实际产生的同步误差在每一次下行运动中都可消除。

例如，三位四通换向阀5的右位接入系统工作时，两缸的活塞均下降，假定缸1的活塞先下行到底，其活塞杆上的压块就触动电气行程开关1ST，1ST发出信号使两位三通阀4通电，阀4的右位接入系统工作，压力油便通过阀4和液控单向阀向液压缸2的无杆腔补入，推动缸2的活塞继续运行到底，误差即被消除。

假若缸2的活塞先下行到底，其活塞杆上的压块便触动行程开关2ST，2ST发信号使二位三通阀3，使其通电，阀3的上位接入系统工作，控制压力油使液控单向阀反向通道打开，缸1有杆腔的油通过液控单向阀和二位三通阀4回油，缸1的活塞即可继续运行到底，同步误差亦被消除。

这种同步控制回路的控制元器件较多，连接也复杂。还有两种同步控制回路可以完成同步补偿功能并且使用元件较少且简单，能使回路大大简化。1.采用两个单向阀补偿误差回路；2.采用单向阀和顺序阀补偿误差回路。