液压车床电液控制系统研究Word文件下载.docx
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(3)、操纵控制方便,可实现大范围的无级调速(调速范围达2000:
1)。
(4)、可自动实现过载保护。
(5)、一般采用矿物油作为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长;
(6)、很容易实现直线运动。
(7)、很容易实现机器的自动化,当采用电液联合控制后,不仅可实现更高程度的自动控制过程,而且可以实现遥控。
液压传动的缺点
(1)、由于流体流动的阻力和泄露较大,所以效率较低。
如果处理不当,泄露不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。
(2)、由于工作性能易受到温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。
(3)、液压元件的制造精度要求较高,因而价格较贵。
(4)、由于液体介质的泄露及可压缩性影响,不能得到严格的传动比。
(5)、液压系统发生故障,不易检查和排除。
总之,液压传动的优点是重要的,设计制造和使用水平的提高,有些缺点正在逐步加以克服。
液压传动将日益完善,液压技术与电子技术及PLC技术的结合更是前途无量。
发展趋势
目前,我国的液压件已从低压到高压形成系列,并生产出许多新型元件,如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液数字控制阀等。
我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时,大力研制、开发国产液压件新产品,加强产品质量可靠性和新技术应用的研究,积极采用国际标准,合理调整产品结构,对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品,采用逐步淘汰的措施。
由此可见,随着科学技术的迅速发展,液压技术将获得进一步发展,在各种机械设备上的应用将更加广泛。
为了和最新技术的发展保持同步,电液控制技术必须不断发展和创新,不断提高和改进元件与系统的性能,以满足复杂多变的市场需求。
在社会和工程需求的强力推动下,电液控制技术必将进一步依托机械制造、材料工程、微电子、计算机及控制科学等方面的研究成果,发挥自身优势,弥补现行不足,扬长避短,不断进取。
纵观电液控制技术的发展历程,挑战与机遇并存,改革创新方能发展。
电液控制技术将进一步朝着高压化、集成化、轻量化、数字化、智能化、机电一体化、高精度、高可靠性、节能降耗和绿色环保方向持续发展。
1.集成化
从技术构成上,电液控制是集液压技术、微电子技术、传感检测技术、计算机控制及现代控制理论等众多学科于一体的高交叉性、高综合性的技术学科,具有显著的机电液一体化特征。
从元器件结构组成上,往往是集传感器、控制放大器、执行器于一身,构成集成化功能单元,而系统应用上则趋向于采用集成单元来实现复合功能。
2.智能化
无论从元件的开发研究,还是系统的构成,以机敏材料为代表的智能材料的引入,传感检测技术的不断进步,以及包括模糊理论、人工神经网络在内的新的智能化控制策略与手段的不断成功运用,使得系统及元件的自学习、自适应机能得到充分提高,当代的电液控制技术越来越呈现出智能化的趋势。
3.PID控制的新发展
以经典控制理论为基础的PID控制,因其具有结构简单易于实现的特点,至今在电液伺服控制中仍有着广泛应用。
但传统的PID采用线性定常组合方式,难于协调解决快速性和稳态特性之间的矛盾,在具有参数变化和外干扰情况下,其鲁棒性也不够好。
吸取自适应控制和智能控制的基本思想并利用计算机的优势,对传统的PID控制进行改造后,形成了自适应PID、模糊PID、智能积分PID和非线性PID等新的控制方式。
系统设计技术参数及设计任务
切屑的工作循环是;
快进—横向工进-纵向工进-快退。
估算刀架的重力为16000N,快进、快退的最大速度设定为5m/min,工进的速度的设定为0.05-0.20m/min,导轨的最大行程为460mm,工件的行程为200m,最大的切屑力为22000N,系统的启停时间是0.1S,停留时间为1S.整个系统的静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1.
(3)设计任务:
①液压系统原理分析,液压系统原理图;
②液压系统计算和液压元件的选择;
③由继电器组成的液压控制系统的设计;
④由PLC组成的液压控制系统的设计;
⑤液压系统的模拟和仿真
液压系统的工作原理和元件的选取
传统的液压车床液压控制系统一般由夹紧液阀、液压缸、电磁阀、调速阀、双联泵、单向阀、减压阀、压力继电器组成。
工件的夹紧和卸下通过一个夹紧液阀来完成。
液压车床的动作主要是刀架的动作,刀架一般有水平方向的和垂直方向的运动称为刀具的横向进给和纵向进给,同时进到时有快进和工进,退刀时有快退和工退。
在液压控制回路中刀具的横向进给和纵向进给通过液压缸带动刀架来实现。
而液压缸的前进和回退由六个电磁阀来控制,液压缸的进给速度通过两个调速阀来控制,液压油的输出由液压泵来输出,液压油的流动方向通过三个单向阀来控制,两个减压阀和一个压力继电器呀监控液压回路中的液压油压力。
车床的液压控制回路的目的是用来控制车床对工件进行完整的切屑加工,整个切屑过程是一个整体的回路,主要分为以下几个步骤:
1、工件的装夹2、横向快进3、横向工进4、纵向工进、5横向快退6、纵向快退7、切屑完成卸下工件8停止。
每个步骤都由单独的行程开关来控制分别SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8。
行程开关用来控制6个电磁阀来实现车床的各个动作。
开关通过控制电磁阀的得电与否来改变液压回路中液压油的流向,控制液压缸的动作,实现刀架的各种动作完成整个切屑过程。
整个切屑过程分以下几个具体的步骤,
第一步是装夹工件。
启动车床,车床各系统开始运作。
按开关SB1,此时夹紧液压缸中的电磁铁6YA和双联泵中的电磁铁7YA得电,7YA得电使双联泵左侧的高压小流量泵提供高压液压油,提供夹紧工件的夹紧力,由于6YA得电夹紧液压缸右侧进油使活塞向左移动从而夹紧工件。
第二步是横向快进。
工件装夹完成后,切屑开始首先是刀架快速接近工件。
行程开关SQ1启动,夹紧液压缸中电磁铁6YA得电,横向进给液压缸中电磁贴1YA得电,双联泵中电磁铁7YA不得电。
由于6YA得电所以工件始终保持被夹紧状态。
7YA不得电使双联泵从右侧提供大流量的低压液压油,给刀架的移动提供速度,1YA得电使左阀接通,大流量液压油从液压缸下侧进入,刀架快速横向进给。
第三步是横向工进。
当刀架快速移动到距离工件一定距离后,会启动行程开关SQ2,横向进给液压缸中电磁铁1YA继续得电,调速阀中电磁铁3YA得电,夹紧液压缸6YA得电,双联泵中电磁铁7YA得电,由于1YA得电刀架会继续横向进给,7YA得电双联泵左侧提供小流量高压液压油作用是防止刀架在切屑工件时在横向切屑的反作用力的影响下影响精度。
3YA得电调速阀左位接通,切断液压缸回油,液压油从调速阀的右侧通过,由于调速阀的作用横向进给速度降低。
开始对工件的横向切屑。
第四步是纵向工进。
在对工件进行了横向切屑后,开始对工件进行纵向的切屑,当横向进给液压缸到达要求位置后,行程开关SQ3启动。
横向进给液压缸中电磁铁1YA得电,纵向进给液压缸中电磁铁2YA得电,调速阀中电磁铁3YA、4YA得电,双联泵中电磁铁7YA得电,夹紧液压缸中电磁铁6YA得电。
2YA和4YA得电使高压小流量液压油从纵向液压缸的右侧进油,回路通过调速阀,降低液压缸进给速度,开始对工件进行纵向切屑。
第五步纵向快退。
在对工件切屑完成后,行程开关SQ4启动,横向进给液压缸中电磁铁1YA、调速阀中电磁铁3YA和夹紧液压缸中电磁铁6YA得电。
双联泵中电磁铁7YA、纵向进给液压缸中电磁铁2YA、调速阀电磁铁4YA不得电。
由于4YA得电液压油回路不进过调速阀,因此纵向进给液压缸在双联泵右侧大流量低压液压油的作用下快速纵向后退完成退刀。
第六步横向快退。
完成退刀后,行程开关SQ5启动,横向进给液压缸中电磁铁1YA、调速阀中电磁铁3YA和双联泵中电磁铁7YA不得电。
夹紧液压缸中6YA得电。
横向进给液压缸也在大流量低压液压油的作用下,液压油回路不通过调速阀。
刀架纵向快速快退。
第七步卸下工件。
刀架完成纵向和横向快退后,行程开关SQ6启动。
夹紧液压缸5YA得电6YA不得电,双联泵中电磁铁7YA得电,5YA得电的作用是使阀门左侧接通,液压油从右侧进油导致活塞右移,无夹紧力作用。
工件被取下。
第八步是停止。
取下工件后,压力行程开关SQ7启动,6个电磁阀断电。
液压系统复位。
计算和液压元件的选取
以外圆切屑为例来计算液压系统中各个液压元件所需要的规格。
受力分析
液压缸所受到的负载力F包含三种类型,公式为
其中
——工作负载,对于金属切削机床来说,即为沿活塞运动方向的切削力,本例中FW为16000N;
——运动部件速度变化时惯性负载;
——导轨摩擦阻力负载,启动时为静摩擦阻力,启动后为动摩擦阻力,对于平行导轨可由下式求得
=f(G+
)
——运动部件的重力;
——垂直于导轨的工作负载,列中位零;
——导轨摩擦系数在本列中取的静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1.则求得
上式中为静摩擦阻力,为动摩擦阻力。
=
式中——重力加速度;
——加速时间或者减速时间,本列中取0.2s;
——时间内的速度变化量。
根据上述计算结果得出如图所示的负载循环图:
工作循环各阶段的外负载
工况
负载组成
液压缸负载
/N
液压缸推力
启动
F=
3200
3368
加速
F=
2280
2400
快进
1600
1684
横向工进
23600
24842
纵向工进
F=
反向启动
2340
2463
快退
取液压缸的机械效率
=0.95;
按负载选择系统工作压力
负载/kN
<
5
5~10
10~20
20~30
30~50
>
50
系统压力/MPa
0.8~1
1.6~2
2.5~3
3~4
4~5
5~7
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- 液压 车床 控制系统 研究