插件式液压PLC控制实验台设计毕业设计论文.docx

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插件式液压PLC控制实验台设计毕业设计论文

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毕业设计论文

插件式液压PLC控制实验台设计

第1章绪论

1.1课题背景及意义

液压传动课程是基础理论、液压元件、液压系统三部分组成,而液压系统回路设计既重要又灵活。

因此，液压实验是液压传动课程教学的一个重要环节。

本实验台是根据现代教学理论和最新的液压传动课程教学大纲要求而设计的，它具备了低泄漏、噪音低、可靠性高、能耗低、智能化高、操作简单的特点。

而传统的液压传动实验台存在着内容固定、功能单一、实验回路已接好、不易修改的缺陷。

学生在学了液压元件有关知识后,通过液压元件的拆装实验,在加深对液压元件实物形体、内部结构及功用理解的基础上,使用《插件式液压PLC控制实验台》,可以根据在书本中学到的知识,参照实验指导书选做（或由教师指定）若干个实验回路；自己拟定实验方案进行液压回路设计即元件及液压附件的选用,然后亲自动手安装元件、接油管、连导线、组成电液实际系统。

在实验的过程中可得出所测系统的工况数据，并可进行理论分析或验证,提出完善的设想。

学生在完成实验中，脑、手并用；通过液压回路的组装实验，可使学生初步具备液压系统的调试、分析能力；此实验方式对培养学生的学习兴趣、激发学生的创新意识有极大的作用。

这样无疑提高了学生综合应用流体力学基本理论和液压传动基本原理去分析和解决实际工程问题的能力检验。

与此同时,也加深了对运用PLC控制的理解和认识。

实验台采用在液压泵的压油口各设置一个先导式溢流阀作安全阀；压力控制的测量精度，通过采用多个不同量程的压力表与多个压力表开关组成多套独立的测量装置来实现；液压实验的数据测量，采用相应的传感器来直接测出数据,使实验的测量更轻松可靠；实验元件均为独立元件，各元件独立安装于一标准阀板上，阀板四周接元件，外接相应数量的管接头，各相关阀采用快接头。

1.2课题研究内容

本次毕业设计的任务是：

自行设计液压传动实验装置，采用集中装配型结构设计，液压泵站，实验台，过渡板等，其他液压元件通过计算查表，选取标准器件。

主要设计内容如下。

（1）设计插装式液压实验台的液压原理图。

（2）设计结构新颖、实用的插装式液压实验架。

（3）设计与液压原理图相关的电气控制原理图。

（4）设计、计算并选取液压系统管路、油箱等附件。

（5）各类液压回路的PLC程序设计。

第2章液压实验台的总体设计

2.1液压实验台功能原理设计

2.1.1液压PLC控制实验台要求

液压PLC控制实验台能满足《液压与气压传动》等通用教材内容要求。

系统除了可以进行常规的液压基本控制回路实验外，还可进行模拟液压控制技术应用实验、液压技术课程设计，以及可编程控制器（PLC）学习及其基本应用实验等，是机电完美结合的典型实验设备。

要求能适应于理工科及大专院校、中专院校、职业学校中机械工程、机电一体化等专业开设《液压与气压传动》、《PLC可编程序控制器原理及应用》等相关课程的教学实验，同时也可作为机、电、液一体化的综合实验台。

学生通过操作实验及课程设计，可以更准确、形象地深入了解，掌握液压元件的结构，液压基本回路的控制原理及设计方法等。

还能通过实验，掌握PLC可编程序控制的功能，控制原理及编程技巧。

2.1.2基本结构

液压PLC控制实验台主要由实验工作台、电气控制器件、液压元器件、液压专用泵站等部分组成。

2.1.3实验台的功能

《液压与气压传动》是高等院校机械类的重要课程之一，实验教学是本课程的有机组成部分之一。

传统的液压教学实验台存在着内容固定、功能单一、管路已连接好不易修改、实验以演示为主、学生动手机会少等缺陷。

本次设计的实验台对以前的来液压实验台在结构设计和实验方法上作了较大改变，以实验内容丰富、多变，实验过程加强学生动手能力的培养，具有机电液一体化的功能为目标，具体功能有：

（1）实验台基本能完成液压传动课程教学中的各种实验。

所有液压元件均采用实物元件，系统的额定工作压力6.3MPa，缩小了教学与实际应用的差距，并能为实际的液压系统提供一个试验平台，既达到了液压传动课程的教学实验目的，又兼顾了实用性。

同时还可以做PLC液压控制液压回路实验。

图2-1简单的压力调定回路

液压传动基本实验回路如下：

图2-3用减压阀的减压回路

图2-2多个溢流阀并联压力调节回路

图2-7采用顺序阀的顺序动作回路

（a）进油节流调速回路

（b）出油节流调速回路

（c）旁路节流调速回路

图2-8用节流阀的进油节流调速回路

图2-9采用压力继电器的顺序动作回路

（2）一机多功能实验台不仅能完成教学实验，而且能完成实际液压系统的有关实验。

实验台为单侧布置，可供一组学生进行实验。

所有实验元件均为独立组件，应用橡胶软管由学生自行设计、组装实验回路。

每个工位都有液压油的供给／回油接口、压力测试接口和实验回路的电气控制输入／输出接口等，具有多种功能并可扩展。

（3）直观性强该实验台所完成的实验回路能较好地反映出油路走向和元件的作用，使课堂教学的抽象性与实际回路的应用性能有机结合。

2.2实验台液压系统及其工作原理

图2-11模拟机床动作

1-电机；2-单作用变量叶片泵；3-压力表；4-先导式溢流阀；

5-二位二通换向阀；6-减压阀；7-三位四通电磁换向阀（Y型）

8-三位四通电磁换向阀（O型）；9-单向节流阀；

10-二位三通换向阀；11-工作缸；12-行程开关；13-夹紧缸

多功能液压教学实验台的液压系统组成和功能如图2-11所示。

（1）液压源部分:

系统采用一个变量叶片泵向系统供油。

考虑到实验过程中的安全性和电机的低压启动等因素，在液压泵的压油口设置了一个先导式溢流阀做安全阀，并利用其远程控制口通过一个二位二通电磁换向阀3控制系统卸荷与升压。

试验台的液压系统泵站采用旁置式结构。

（2）压力测试部分:

为了提高测量精度，系统可以采用多个不同量程的压力表与压力表开关组成多个独立的测压装置，分别与布置在实验台上的测压接口相连，构成测压接口。

用于泵出口压力的调整。

（3）执行器:

液压缸组件为系统的执行器，它由两个液压缸组成，可对顶安装或顺序安装。

两缸之间设有一具有两个导杆的支架，导杆上装有一个滑块（图中未画出）与左液压缸的活塞杆相连，模拟工作台的运动，支架上装有一标尺。

滑块上装有指针、行程开关挡块和行程调速阀的挡块等，两液压缸活塞杆工作区段还装有一根铝合金导轨，上面装有行程开关，可在导轨上移动或者固定。

以上两缸中左液压缸是主液压缸，在组装系统中一般担当工作缸；右液压缸是辅助液压缸，对顶安装可做加载缸，顺序安装时用于顺序动作的演示。

（4）采用了带单向阀的快换接头:

在供油／回油和压力测试接口中，泵有供油接口，当未接油管时具有自封作用。

回油和压力油接口采用扩口式管接头。

（5）液压元件组件及橡胶软管部分（图中未画出）:

该实验台连接回路时所需的元件及管件是独立组件，液压元件为板式阀，各自独立安装在一块标准的过渡板上，过渡板四周按元件外接油口的相应数量装有管接头，过渡板的背面有“T”形挂钉，用于液压元件的挂装。

（6）备用液压元件:

本实验台所配置的备用液压元件主要有：

直动式／先导式溢流阀、减压阀、（单向）顺序阀、单向阀、液控单向阀、（单向）节流阀、（单向）调速阀、行程调速阀、二位四通换向阀、三位四通换向阀（O、H、M型中位机能）和压力继电器等。

与传统的液压教学实验台相比，本次设计的液压教学实验台综合性强。

2.3液压实验台装置的设计

2.3.1液压装置结构

液压装置按其总体配置分为分散配置型和集中配置型两种主要结构类型，而集中配置型即为通常所说的液压站。

本设计的液压传动实验台采用集中配置型液压装置，它是将液压系统的执行器安放在实验台上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等独立安装在实验台之外，即集中设置所谓液压站。

此实验台结构是将液压站设置在实验台旁侧，作为执行器的液压缸置于实验台上方，液压站通过管路将液压油传递至液压缸中从而进行实验。

2.3.2铝型材、通用卡件说明

图2-12

铝型材区就是实验操作区。

实验时将装有卡件的气动阀卡或液压阀在T型结构的型材上，再连接好气管或油管，就可以实训了，可以很方便的拆卸，液压阀放置图如图2-12所示：

选择做实验要用的带有卡件的液压阀，将卡件上活动件按下，把卡件下挂钩放入型材槽内，再将卡件与型材相贴，松开卡件活动件，上活动钩就钩住型材，并要仔细检查

是否真的卡住，（可用手向下扳一下），此过程一定要仔细，否则容易造成人身伤害。

即将带有卡件的液压阀固定在型材上，拆卸与放置顺序相反。

图2-13

液压元件均配有可方便安装的过渡板，实验的时候只需要将元件挂在“T”形槽中即可，实验的过程中实验油路均采用开闭式快换接头，通过软管相连接即可构成实验回路。

实验台面板如图2-13所示:

实验台上“T”形槽l与实验台是通过螺钉连接的，选用M6的螺钉，在每个“T”形槽上可以用四个螺钉进行连接，以满足实验台板2与“T”形槽1之间有足够的连接强度，螺钉受到剪切的压力，即确保实验台所受的压力要小于螺钉连接的许用应力。

实验台上每两个“T”形槽之间的间距为40mm，实验过程中只要将相应的液压元件通过活动构固定到“T”形槽里面，再通过软管连接相应的接头就能构成所需的液压回路，接通液压动力源即可实验。

2.3.3液压元件与底座集成结构设计

将液压控制元件固定在辅助连接件底座（过渡板）上，底座内开有一系列的通油孔道，液压控制元件之间的油路联系是通过这些孔道再与油管相连接来实现的。

让液压元件与底座相连，省去了大量的管件，结构紧凑，实验时使用方便，外形整齐美观，安装位置灵活，油路通道短，压力损失较小，不易泄漏。

在底座内孔道与孔道相交处容易形成污染物集存窝或者气窝，容易有细屑。

为了改善不良后果，可以把较长的盲孔改为通孔，钻完后再把一端用螺塞等堵头进行封堵，可选用锥螺纹螺塞等。

第3章液压系统元件的选择

3.1液压系统中各元件的选择

设计原始资料：

要求工作循环中系统压力为6．3MPa，和额定流量为12L／min。

3.1.1泵与电机的选择

（1）泵的选择：

VP系列变量叶片泵属限压式变量叶片泵，具有压力调整装置和流量调整装置。

泵的输出流量可根据负载变化自动调节，使其输出功率与负载工作速度和负载大小相适应，具有高效、节能、安全可靠等特点，特别适用于作容积调速的液压系统中的动力源，如金属切削机床、压力机械、皮革机械、液压站等。

选用型号：

VP-12-FA3。

其牌号含义是

VP-12-FA3型变量叶片泵最大流量（0.35MPa1800r/min）：

12L／min；

压力调节范围：

5.0～7.0MPa；

额定转速：

1800r／min；

最低转速：

800r／min；

最高转速：

1800r／min；

驱动功率：

2.0kW；

安装方式：

法兰安装；

旋转方向（从轴端看）：

顺时针；

重量：

5kg。

（2）电动机的选择:

Y系列的电动机为全封闭自扇冷或水冷式笼型三相异步电机，用于空气中有易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。

它适用于电压为380V且无特殊要求的机械上，如泵、马达和机床等。

根据给定参数的计算所得液压泵的驱动功率为2.0kw，查《机械设计手册》选用电机型号：

Y100L1-4。

该电机可防水滴、铁屑及其他物件沿垂直方向掉入电机内部，它可作为泵、机床等的动力源使用。

该电机性能如下。

额定功率：

2.2kw；

同步转速：

1500r／min，四级；

满载转速：

1430r／min；

额定转矩：

2.2N·m；

电压：

380V；

净重：

34kg。

（3）液压缸的选择

型号B-LB140C-6.3B200A

额定压力：

6.3Mpa

最低工作压力：

≤0.3Mpa

最高工作压力：

10Mpa

允许最高工作速度：

300mm．s-1

最低工作速度：

8mm．s-1

最高使用温度：

-10～80℃

缸径：

40mm

活塞杆直径：

18mm

允许行程：

200mm

3.1.2液压介质的选择

液压工作介质的选择应该是根据液压系统中重要元件的油膜承载能力确定的，故应在保证承载能力的条件下，选择适合的介质黏度。

工作介质黏度太大，系统的压力损失大，效率降低，而且泵的吸油状况恶化，容易产生空穴和气蚀作用，使泵运转困难，黏度太小，则系统泄漏太多，容积损失增加，系统效率亦低，并使系统的刚性变差。

因此，为了使液压系统能够正常和稳定地工作，要求工作介质的黏度随温度的变化要小。

工作介质对液压系统各运动部件起润滑作用，以降低摩擦和磨损，保证系统能够长时间正常工作，故要求液压系统的介质要具有很好的润滑作用。

另外液压介质还要有抗氧化性，防锈和不腐蚀金属，同密封材料相容，消泡和抗泡沫性，抗乳化性，洁净度高等要求。

查《机械设计手册》叶片泵工作温度：

5～40℃；

推荐选用运动黏度（37．8℃）：

30--49mm2／s。

综合考虑以上情况选用：

L—HM32矿物油型液压油。

L—HM32矿物油型液压油，运动黏度0℃时不大于420mm2／s，40℃时运动黏度范围是28．8～35．5mm2／s，是防锈抗氧精制矿物油，可改善液压试验系统的抗磨性，保证试验数据真实可靠，使系统稳定运行，保持性能安全可靠。

其部分质量指标如下。

运动黏度：

28．8—35.2mm2／s；

黏度指数：

≥95；

倾点：

≤-15℃;

抗磨性试验：

≤50（叶片泵试验）；

机械杂质：

无；

空气释放值：

≤6／min（50℃）；

泡沫性：

150／10（24℃）。

3.1.3减压阀的选择

减压阀用于将出口压力调低，并能保持出口压力的恒定。

根据设计要求查《机械设计手册》选择型号：

DR。

直动式减压阀型号：

DR6DP1-5XB/75YM；

通径：

6mm；

输入压力:

＜31.5MPa；

输出压力:

＜7.5MPa；

背压（油口Y）:

＜16MPa；

最大流量：

＜60L/min；

推荐流量：

20L/min；

液压油：

矿物油（DIN51524）磷酸酯液；

油温范围：

-20—80℃；

粘度范围：

10—500mm2／s；

过滤精度:

NAS1638九级；

重量:

≈1.2Kg；

3.1.4换向阀的选择

换向阀是借助于阀芯荷阀体之间的相对移动来控制油路的通断关系，改变油液的流动方向，从而控制执行元件的运动方向。

对换向阀的基本要求：

油液通过阀的压力损失要小；互不相通的油口之间的密封性好、泄漏量要小；换向控制力小，换向可靠，动作灵敏；换向平稳，冲击小。

根据设计要求查《机械设计手册》选择型号如下：

（1）二位三通电磁换向阀的选择

型号：

3WE6A61B/CG24N925L

通径：

6mm；

介质:

矿物油、磷酸酯；

介质温度:

-30—80℃；

介质粘度:

（2.8--380）×10-6mm2／s；

工作压力:

ABP腔31.5MPa；

T腔16MPa（直流）10MPa（交流）；

消耗功率:

26W（直流）；

吸合功率:

46VA交流；

启动功率:

130VA交流；

接通时间:

45ms（直流）30ms（交流）；

断开时间:

20ms；

额定流量:

60L/min；

重量:

1.6Kg；

电源电压:

交流50HZ110V220V；

直流12V24V110V；

流量截面（中间位置）：

W型机能为额定断面的3%；

Q型机能为额定断面的6%；

最高环境温度：

50℃；

最高线圈温度：

150℃；

开关频率：

1500直流7200交流。

（2）二位四通电磁换向阀

型号：

3WE6N61B/CG24N925L

通径：

6mm；

介质：

矿物油、磷酸酯；

介质温度：

-30—80℃；

介质粘度：

（2.8--380）×10-6mm2／s；

工作压力:

ABP腔31.5MPa；

T腔16MPa（直流）10MPa（交流）；

消耗功率:

26W（直流）；

吸合功率:

46VA交流；

启动功率:

130VA交流；

接通时间:

45ms（直流）30ms（交流）；

断开时间:

20ms；

额定流量:

60L/min；

重量:

1.6Kg；

电源电压:

交流50HZ110V220V；

直流12V24V110V；

流量截面（中间位置）:

W型机能为额定断面的3%；

Q型机能为额定断面的6%；

最高环境温度:

50℃；

最高线圈温度:

150℃；

开关频率:

1500直流7200交流

（3）三位四通电磁换向阀（Y型）。

型号:

4WE6J61B/CG24N

通径:

6mm；

介质:

矿物油、磷酸酯；

介质温度：

-30—80℃；

介质粘度:

（2.8--380）×10-6mm2／s；

工作压力：

ABP腔31.5MPa；

T腔16MPa（直流）10MPa（交流）；

消耗功率：

26W（直流）；

吸合功率：

46VA交流；

启动功率：

130VA交流；

接通时间：

45ms（直流）30ms（交流）；

断开时间：

20ms；

额定流量：

60L/min；

重量：

1.6Kg；

电源电压：

交流50HZ110V220V；

直流12V24V110V；

流量截面（中间位置）：

W型机能为额定断面的3%；

Q型机能为额定断面的6%；

最高环境温度：

50℃；

最高线圈温度：

150℃；

开关频率：

1500直流7200交流。

（4）三位四通电磁换向阀（O型）

型号：

4WE6E61B/CG24N

通径：

6mm；

介质：

矿物油、磷酸酯；

介质温度：

-30—80℃；

介质粘度：

（2.8--380）×10-6mm2／s；

工作压力：

ABP腔31.5MPa；

T腔16MPa（直流）10MPa（交流）；

消耗功率：

26W（直流）；

吸合功率：

46VA交流；

启动功率:

130VA交流；

接通时间:

45ms（直流）30ms（交流）；

断开时间:

20ms；

额定流量:

60L/min；

重量:

1.6Kg；

电源电压:

交流50HZ110V220V；

直流12V24V110V；

流量截面（中间位置）:

W型机能为额定断面的3%；

Q型机能为额定断面的6%；

最高环境温度:

50℃；

最高线圈温度:

150℃；

开关频率:

1500直流7200交流。

3.1.5直动式顺序阀的选择

顺序阀是用来控制多个执行元件的顺序动作.通过改变控制方式、泄油方式和油路的接法，顺序阀还可构成其他功能，作背压阀、平衡阀或卸荷阀用。

根据设计要求查《机械设计手册》选择型号。

型号:

DZ6DP/-50B

通径:

6mm；

调节方式:

调节按钮；

输入压力:

油口PB（X）小于31.5Mpa；

输出压力:

油口A小于21.0Mpa；

背压油口（Y）：

小于16Mpa；

液压油：

矿物油（DIN51524）磷酯酯液；

油温范围：

-20—80℃；

粘度范围：

10--38mm2／s；

过滤精度：

NAS1638九级；

最大流量：

60L/min；

推荐流量：

20L/min。

3.1.6单向节流阀的选择

型号：

MK6G1.2/

通径：

6mm；

G表示管式连接；

流量：

14L/min；

工作压力：

小于35Mpa；

单向阀开启压力：

0.05MPa；

介质：

矿物液压油、磷酸酯液；

介质粘度：

2.8-380mm2／s；

介质温度：

-20-100℃；

安装位置：

任意。

3.1.7压力表开关的选择

压力表开关是小型截止阀或截流阀，主要用于切断流路与压力表的连接，或者调节其开口大小起阻尼作用，减缓压力表急剧抖动，防止损坏。

根据计算，最大工作压力为6．0MPa，查《机械设计手册》选压力表型号：

AF6EA30／100。

AF6EA30／130牌号的含义如下。

工作压力：

＜31．5MPa；

单阀螺纹连接；

压力表指示范围：

10MPa（指示范围应超过最大范围的30％）。

3.1.8溢流阀的选择

DB／DBW型溢流阀具有压力高，调压性能平稳，最低调节压力和调压范围大等优点。

DB型阀组要用于控制系统压力；DBW型电磁溢流阀也可以控制系统的压力并能在任意时刻使之卸荷。

设计调节泵的出口压力为6MPa，查《机械设计手册》选择溢流阀型号：

直动式溢流阀DBDH6P10B/100、先导式溢流阀DBl0—50B/100V。

DBDH6P10B/100型直动式溢流阀部分参数如下。

通径：

6mm；

工作压力：

P口40MPa，T口小于31．5MPa；

流量：

120L／min；

介质粘度范围：

2.8—380mm2／s；

介质温度范围：

-20—70℃；

DBl0—50B/100V型先导式溢流阀部分参数如下。

通径：

10mm；

最大调节压力：

10MPa；

最大流量：

250L／min；

背压：

小于31.5MPa；

工作压力油口AB（X）：

小于35.0MPa；

过滤精度：

NAS1638九级；

推荐流量：

63L/min。

3.1.9液控单向阀的选择

液压试验系统马达部分试验油路采用两单向阀与两液控单向阀