压力机液压系统的电气控制设计
机 电 控 制 技 术 课 程 设 计资 料 袋机械工程学院 学院（系、部） 2012 20 13 学年第 2 学期 课程名称 机 电 控 制 技 术 课 程 设 计 指导教师 职称 教授 学生姓名 专业班级 学号 题 目 压力机液压系统的电气控制 成 绩 起止日期 2013 年 6 月 14 日 2013 年 6 月 23 日材 料 目 录序号 名称 数量1 课程设计任务书 12 完成系统的继电器控制原理图 13 PLC 电气原理图 1机 电 控 制 技 术 课 程 设 计设 计 说 明 书压力机液压系统的电气控制设计起止日期： 2013 年 6 月 14 日 至 2013 年 6 月 23 日学 生 姓 名班 级学 号成 绩湖南工业大学课程设计任务书20122013 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 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 完成期限：自 2013 年 6 月 14 日至 2013 年 6 月 23 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 23 张，说明书不少于 5000 字起止日期 工作内容讲解设计目的、要求、方法，任务分工6.146.15制定设计方案、绘制草图设计方案审核、修改6.166.17绘制电气原理图、电路计算、元器件选择列表6.18 绘制安装布置图，元器件的准备电气 CAD 制图软件使用6.19电控柜安装电气 CAD 制图检查电气控制线路电气 CAD 制图进度安排6.206.23 通电调试、故障排除、任务验收，编写设计说明书主要参考资料1、齐占庆，电气控制技术课程设计指导书，机械工业出版社，2003。2、张万奎等编，机床电气控制技术，北京大学出版社，20073、程宪平主编，机电传动与控制（第二版） ，武汉：华中科技大学出版社，2003 年 9 月4、石玉珍，电气制图及图形符号国家标准汇编，中国标准出版社，1989指 导 教 师 （签字）： 2013 年 6 月 23 日系 （ 教 研 室 ） 主 任 （ 签字）： 2013 年 6 月 23 日目 录一 、课程设计的内容与要求 .11.1 课程设计对象简介 .11.2 压力机结构及工作要求 .11.3 液压系统工作原理及控制要求 .2二、电气控制线路的设计.4.2.1 继电器-接触器电气控制电路的设计 .42.2 继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍 .52.3 选择电气元件 .10三、压力机的可编程控制器系统的设计 .113.1 可编程控制器控制系统设计的基本原则 .113.2 可编程控制器系统的设计 .111)可编程控制器硬件接线图 . 132)控制梯形图.143)压力机的状态转移图和步进梯形图.16四、设计心得体会 .18五、参考资料 .18机床电气控制技术课程设计1一 、课程设计的内容与要求1.1 课程设计对象简介压力机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成形、打包等加工工艺中广泛应用的压力加工机械设备。液压压力机（简称液压机）是压力机的一种类型，它通过液压系统产生很大的静压力实现对工件进行挤压、校直、冷弯等加工。液压机的结构类型有单柱式、三柱式、四柱式等形式，其中以四柱式液压机最为典型，它主要由横梁、导柱、工作台、上滑块和下滑块顶出机构等部件组成，。1.2 压力机工作要求主机为三梁四柱式结构，上滑块由四柱导向、上液压缸驱动，实现“快速下行慢速加压保压延时快速回程原位停止”的动作循环。下液压缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑块实现“向上顶出向下退回”或“浮动压边下行停止顶出”的动作循环。压力机液压系统以压力控制为主，系统压力高，流量大，功率大，尤其要注意如何提高系统效率和防止产生液压冲击。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。机床电气控制技术课程设计2快速回程减速、加压顶出工艺浮动压边工艺下缸上缸停止保压快进1-2 液压机的工作循环图由设计任务书可知，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。机床电气控制技术课程设计3图 1-3 3150KN 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压力表机床电气控制技术课程设计41.3.2 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机床电气控制技术课程设计5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 2-1 3150KN 通用液压机的电磁铁动作顺序表动作程序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y快速下行 + - - - +慢速加压 + - - - -保压 - - - - -泄压回程 - + - - -上缸停止 - - - - -顶出 - - + - -退回 - - - + -下缸压边 + - - - -电气电路控制图（主电路和控制电路）如下机床电气控制技术课程设计6机床电气控制技术课程设计7控制电路分步骤分析如图 2-1 所示。1）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。图 2-1 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。机床电气控制技术课程设计8
