基于PLC的四柱万能液压机液压系统设计

基于PLC的四柱万能液压机液压系统设计第1章绪论1.1液压机简介液压机是利用液压油来传递压力的设备。

液压油在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。

动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为容积式油泵。

为了满足执行机构运动速度的要求，选用一个油泵或多个油泵。

低压（油压小于2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵高压（油压小于32.0MP）用柱塞泵。

液压机通常指液压泵和液压马达，液压机和液压马达都是液压系统中的能量转换装置，不同的是液压泵把驱动电动机的机械能转换成油液的压力能，是液压系统中的动力装置，而液压马达是把油液的压力能转换成机械能，是液压系统中的执行装置。

液压系统中常用的液压泵和马达液压机都是容积式的，其工作原理都是利用密封容积的变化进行吸油和压油的。

从工作原理上来说，大部分液压泵和液压马达是互逆的，即输入压力油，液压泵就变成液压马达，就可输出转速和转矩，但在结构上，液压泵和液压马达还是有些差异的.液压机的维修:过盈配合的零件拆装采用锤敲、棍橇劳动强度大效率低且不安全，还容易打坏零件，以及用加热法操作困难、增加维修成本的缺点提供的，是在支架的顶部，安装有活塞杆竖直向下的液压油缸，活塞杆的下端安装有压头；支架上在活塞杆的下部，水平固定有工作台；与油泵连接的输油管通过换向阀与液压油缸连接。

用液压油缸的压力装卸零件，没有猛烈的锤击棍橇，不损坏零件，也不用加热耗能，安全可靠节能，安装精度高.液压机液压机简介：液压机由主机及控制机构两大部分组成。

液压机主机部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等。

动力机构由油箱、高压泵、低压控制系统、电动机及各种压力阀和方向阀等组成。

动力机构在电气装置的控制下，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。

液压机的分类：利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。

当然，用途也根据需要是多种多样的。

如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。

水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。

锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。

模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。

我国制造的第一台万吨水压机就是自由锻造水压机。

液压机（油压机）按结构形式现主要分为：四柱式、单柱式（C型）、卧式、立式框架等。

按用途主要分为金属成型液压机、折弯液压机、拉伸液压机、冲裁液压机、粉未（金属，非金属）成型液压机、压装液压机、挤压液压机图1.1 单柱液压机图1.2 四柱液压机结构和工艺过程图1.3 磁性材料制品液压机等。

几种液压机的外观和工作原理如图1.1~图1.3所示。

液压机的工作原理:液压机是依靠液态介质，就是液压油等利用水和油的静压力。

液压机主要适用于以结构件为主的粉末冶金、机械零件的生产，同时也适用于精密陶瓷、电子陶瓷及硬质合金制品的压制成型。

1.2液压机发展背景液压机的发展历史已经有100年之多。

大约在16世纪的时候，世界上就出现了水力机器锤。

在18世纪，蒸汽锤的随之诞生。

此后，的一百多年的时间有出现了液压机，液压机对于锻造具有划时代的意义。

再后来大型自由锻锤逐渐被淘汰，目前只保留了5吨以下的中小型自由锻锤。

第二次世界大战后，为了迅速发展航空工业，美国在1955年左右，先后制造了两台315000KN和两台700000KN大型模锻液压机。

直到十九世纪末，逐渐发展成为资本主义发展成为帝国主义，资本输出，向外扩张，争夺殖民地并瓜分世界成了帝国主义的主要内容。

由于具备扩张的需要，锻造和模锻液压机有了迅速发展。

1934年德国制造了70000KN模锻水压机，1938----1944年相继建造了三台150000KN锻造水压机和一台300000KN模锻水压机。

解放前，我国属于半封建半殖民地国家，没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机制造工业，只有一些修配用的小型液压机。

解放以后，在党的正确领导下，我国迅速建立了独立自主的完整的工业体系。

我国已能自己设计和制造汽车，机车，发电设备，轧钢设备，飞机，大炮，原子弹以及人造卫星等产品，这些都需要各种液压机有相应的发展。

1957---1962年，我国已经开始自行设计，自行制造各种锻压设备，其中有近30台10000KN到31500KN的中型锻造液压机及二台万吨级大型锻造液压机，同时，也初步建立了一支设计和制造液压机的技术队伍。

近二十年来，世界各国在锻造操作机与锻造液压机联动机组，大型模锻液压机，挤压液压机等各种液压机方面又有了很多新的发展，自动量测和自动控制的新技术在液压机上得到了广泛应用，机械化和自动化程度有了很大的提高。

六十年代，我国先后成套设计并制造了一些重型液压机，其中有300000KN 有色金属模锻水压机，120000KN有色金属挤压水压机，80000KN黑色金属模锻水压机等。

近几十年来，又有了一些新的发展，如设计并自制了一批较为先进的60000KN以下的锻造水压机，并已经向国外出口。

相应地，我国也陆续制定了各种液压机的系列及零部件标准。

目前的液压机，除应当充分发挥现有各种液压机的生产潜力之外，还及时的提高设备利用率，同时还搞好锻造操作机，还有他辅助设备的配套工作，另外还要加强对设备的维修和设备本身的技术改造外，同时还要加强锻造液压机和锻造操作机的联动，这样就及时的锻件尺寸自动显示和自动控制，因此锻造液压机组的程序控制和自动控制的研究。

同时应加强对现代化的大型模锻液压机，这样就大型挤压液压机以及其他特种用途液压机的研究。

1.3国内外液压机发展现状由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。

微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。

相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量相对较低，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。

在国内外液压机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压机。

三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。

但总的发展趋势是高速化、智能化。

（1）继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。

其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产（如餐具、厨具产品等），其也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。

现在，国内许多液压机厂家是以这种机型为主，使用对象多为小型加工厂，或加工精度要求不高的民用产品。

国外众多厂家只是保留了对这种机型的生产能力，而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产。

（2）可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。

目前已被广泛的应用于各种生产机械以及自动化生产过程中。

随着技术的不断发展，可编程序控制器的功能更加丰富。

早期的可编程序控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制。

后来一些厂家开始采用微电子处理器作为可编程序控制器的中央处理单元（CPU），从而扩大了控制器的功能，使其不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。

因此，可编程控制器控制方式是介于继电器方式和工业控制机控制方式之间的一种控制方式。

可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，但在功能方面与工业控制机相比有一定差异。

现在，国内有些厂家采用可编程控制器控制方式，如天津锻压机械厂有近60%的产品装有PLC。

通过采用PLC控制，使系统的控制性能和可靠性大大提高。

国外厂家如丹麦的STENHQJ公司采用了SIEMENS的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。

（3）工业控制机控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。

这种控制方式以工业控制机或单片/单板机作为主控单元，通过外围接口器件（如A/D，D/A板等）或直接应用数字阀实现对液压系统的控制，同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统，达到精确控制的目的。

1.4液压机发展趋势（1）高速化，高效化，低能耗。

提高液压机的工作效率，降低生产成本。

（2）机电液一体化。

充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。

（3）自动化、智能化。

微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。

自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。

（4）液压元件集成化，标准化。

集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。

标准化的元件为机器的维修带来方便。

第2章 液压系统设计2.1明确液压系统设计要求要求设计的液压系统需完成的工作循环是：上缸快速下行→慢速加压→保压延时→快速回程并停止；下缸活塞项出→退回，或浮动压边→停止→项出。

已知：液压系统最高工作压力为25MPa （泵出口），最大工作流量60L/min ；公称力2000KN,主缸最大行程710mm ；顶出缸最大顶出力400KN ，顶出最大行程250mm 。

调查研究机计算结果表明:主缸最大下行的速度约为100mm/s,慢压的最大速度为10mm/s, 主缸最大回程的速度约为50mm/s;运动部件的重力G 约为3000N ，静摩擦力fs F =为120N,动摩擦力fd F 为90N;加速或减速时间s t 05.0=∆。

顶出缸向上顶出的速度约为35mm/s,向下退回的速度约为80mm/s;运动部件的重力G 约为1200N ，静摩擦力fs F 为105N,动摩擦力fd F 为72N ，加速或减速时间s t 05.0=∆。

表2.1 各工况的运动参数和动力参数表工况 速度v （mm/s ） 运动部件重力（N ） 静摩擦力fs F (N) 动摩擦力fd F （N ） 加速或减速时间△t （s ） 主缸 快降100 3000 120 90 0.05慢压10 回程50 顶出缸 顶出35 1200 105 72 退回 80 2.2 分析液压系统工况（1）负载分析主缸在各工作阶段的负载启动阶段N F F fs 120==加速阶段 N N t v g G F F F F fd m f 702)05.0101008.9300090(3=⨯⨯+=∆∆⨯+=+=- 慢压阶段N F F F F p W fd 1003000~3000)101000~0(30003=⨯+=++=快速回程阶段N N G f f fd 3090)300090(=+=+=顶出缸在各工作阶段的负载启动阶段N N G F F fs 1305)1200105(=+=+=加速阶段 NN F G tv g G F F G F F F w fd w m fd 401019)10400120005.010358.9120072(33=⨯++⨯⨯+=++∆∆⨯+=+++=- 向上顶出阶段 N N F G F F w fd 401272)10400120070(3=⨯++=++=向下退回阶段N F F fd 72==（2）速度图和负载图的绘制负载图按上面的数值绘制，主缸、顶出缸负载图分别如图 2.2(a)、图 2.3（a ）和所示；速度图按主缸快降行程为510mm 、慢压行程为200mm 和表2.1数据等绘制速度图，滑块、顶出缸速度图分别如图2.2(b)、图2.3（b ）所示。