【正文】 基于 PLC 的四柱萬能液壓機液壓系統(tǒng)設計 第 1 章 緒 論 液壓機簡介 液壓機是利用液壓油來傳遞壓力的設備。液壓油在密閉的容器中傳遞壓力時是遵循帕斯卡定律液壓機的液壓傳動系統(tǒng)由動力機構、控制機構、執(zhí)行機構、輔助機構和工作介質(zhì)組成。動力機構通常采用油泵作為動力機構，一般為容積式油泵。為了滿足執(zhí)行機構運動速度的要求，選用一個油泵或多個油泵。低壓（油壓小于 ）用 齒輪 泵；中壓（油壓小于 ）用葉片泵高壓（油壓小于 ）用柱塞泵。 液壓機通常指液壓泵和液壓馬達，液壓機和液壓馬達都是液壓系統(tǒng) 中的能量轉換裝置，不同的是液壓泵把驅動電動機的機械能轉換成油液的壓力能，是液壓系統(tǒng)中的動力裝置，而液壓馬達是把油液的壓力能轉換成機械能，是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置。液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵和馬達液壓機都是容積式的，其工作原理都是利用密封容積的變化進行吸油和壓油的。 從工作原理上來說，大部分液壓泵和液壓馬達是互逆的，即輸入壓力油，液壓泵就變成液壓馬達，就可輸出轉速和轉矩，但在結構上，液壓泵和液壓馬達還是有些差異的 .液壓機的維修 :過盈配合的零件拆裝采用錘敲、棍橇勞動強度大效率低且不安全，還容易打壞零件，以及用加熱法操 作困難、增加維修成本的缺點提供的，是在支架的頂部，安裝有活塞桿豎直向下的液壓油缸，活塞桿的下端安裝有壓頭；支架上在活塞桿的下部，水平固定有工作臺；與油泵連接的輸油管通過換向閥與液壓油缸連接。用液壓油缸的壓力裝卸零件，沒有猛烈的錘擊棍橇，不損壞零件，也不用加熱耗能，安全可靠節(jié)能，安裝精度高 .液壓機液壓機簡介：液壓機由主機及控制機構兩大部分組成。液壓機主機部分包括機身、主缸、頂出缸及充液裝置等。動力機構由油箱、高壓泵、低壓控制系統(tǒng)、電動機及各種壓力閥和方向閥等組成。動力機構在電氣裝置的控制下，通過泵和油缸及各種 液壓閥實現(xiàn)能量的轉換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動作的循環(huán)。 液壓機的分類： 利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強傳動的機械，種類很多。當然，用途也根據(jù)需要是多種多樣的。如按傳遞壓強的液體種類來分，有油壓機和水壓機兩大類。水壓機產(chǎn)生的總壓力較大，常用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機又分為模鍛水壓機和自由鍛水壓機兩種。模鍛水壓機要用模具，而自由鍛水壓機不用模具。我國制造的第一臺萬噸水壓機就是自由鍛造水壓機。液壓機（油壓機）按結構形式現(xiàn)主要分為：四柱式、單柱式（ C 型）、臥式、立式框架等。按用途主要分為金屬成型液壓機、折彎液 壓機、拉伸液壓機、沖裁液壓機、粉未（金屬，非金屬）成型液壓機、壓裝液壓機、擠壓液壓機 圖 單柱液壓機 圖 四柱液壓機結構和工藝過程 圖 磁性材料制品液壓機 等。 幾種液壓機的外觀和工作原理如圖 ~ 圖 所示。 液壓機的工作原理 :液壓機是依靠液態(tài)介質(zhì)，就是液壓油等利用水和油的靜壓力。 液壓機 主要適用于以結構件為主的粉末冶金、機械零件的生產(chǎn)，同時也適用 于精密陶瓷、電子陶瓷及硬質(zhì)合金制品的壓制成型。 液壓機發(fā)展背景 液壓機的發(fā)展歷史已經(jīng)有 100 年之多。大約在 16世紀的時候，世界上就出現(xiàn)了水力機器錘。在 18 世紀，蒸汽錘的隨之誕生。此后，的一百多年的時間有出現(xiàn)了液壓機，液壓機對于鍛造具有劃時代的意義。再后來大型自由鍛錘逐漸被淘汰，目前只保留了 5噸以下的中小型自由鍛錘。 第二次世界大戰(zhàn)后，為了迅速發(fā)展航空工業(yè)，美國在 1955 年左右，先后制造了兩臺 315000KN 和兩臺 700000KN 大型模鍛液壓機。直到十九世紀末，逐漸發(fā)展成為資本主義發(fā)展成為帝國主義，資本 輸出，向外擴張，爭奪殖民地并瓜分世界成了帝國主義的主要內(nèi)容。由于具備擴張的需要，鍛造和模鍛液壓機有了迅速發(fā)展。 1934 年德國制造了 70000KN 模鍛水壓機， 19381944 年相繼建造了三臺 150000KN 鍛造水壓機和一臺 300000KN 模鍛水壓機。 解放前，我國屬于半封建半殖民地國家，沒有自己獨立的工業(yè)體系，也根本沒有液壓機制造工業(yè)，只有一些修配用的小型液壓機。解放以后，在黨的正確領導下，我國迅速建立了獨立自主的完整的工業(yè)體系。我國已能自己設計和制造汽車，機車，發(fā)電設備，軋鋼設備，飛機，大炮，原子彈 以及人造衛(wèi)星等產(chǎn)品，這些都需要各種液壓機有相應的發(fā)展。 19571962 年，我國已經(jīng)開始自行設計，自行制造各種鍛壓設備，其中有近 30臺 10000KN 到 31500KN 的中型鍛造液壓機及二臺萬噸級大型鍛造液壓機，同時，也初步建立了一支設計和制造液壓機的技術隊伍。 近二十年來，世界各國在鍛造操作機與鍛造液壓機聯(lián)動機組，大型模鍛液壓機，擠壓液壓機等各種液壓機方面又有了很多新的發(fā)展，自動量測和自動控制的新技術在液壓機上得到了廣泛應用，機械化和自動化程度有了很大的提高。 六十年代，我國先后成套設計并制造了一些重型液 壓機，其中有 300000KN有色金屬模鍛水壓機， 120xx0KN 有色金屬擠壓水壓機， 80000KN 黑色金屬模鍛水壓機等。近幾十年來，又有了一些新的發(fā)展，如設計并自制了一批較為先進的60000KN 以下的鍛造水壓機，并已經(jīng)向國外出口。相應地，我國也陸續(xù)制定了各種液壓機的系列及零部件標準。 目前的液壓機，除應當充分發(fā)揮現(xiàn)有各種液壓機的生產(chǎn)潛力之外，還及時的提高設備利用率，同時還搞好鍛造操作機，還有他輔助設備的配套工作，另外還要加強對設備的維修和設備本身的技術改造外，同時還要加強鍛造液壓機和鍛造操作機的聯(lián)動，這樣就 及時的鍛件尺寸自動顯示和自動控制，因此鍛造液壓機組的程序控制和自動控制的研究。同時應加強對現(xiàn)代化的大型模鍛液壓機，這樣就大型擠壓液壓機以及其他特種用途液壓機的研究。 國內(nèi)外液壓機發(fā)展現(xiàn)狀 由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結構方面，已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)外液壓機的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術的飛速發(fā)展，為改進液壓機的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。相比來講，國內(nèi)機型雖種類齊全，但技術含量相對較低，缺乏技術含量高的高檔機型，這與機電液一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢不相適應。 在國內(nèi)外液 壓機產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓機可分為三種類型：一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機；一種是采用可編程控制器控制的液壓機；第三種是應用高級微處理器（或工業(yè)控制計算機）的高性能液壓機。三種類型功能各有差異，應用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢是高速化、智能化。 （ 1）繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方式，其電路結構簡單，技術要求不高，成本較低，相應控制功能簡單，適應性不強。其適用于單機工作、加工產(chǎn)品精度要求不高的大批量生產(chǎn)（如餐具、廚具產(chǎn)品等），其也可組成簡單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、 柔性差?，F(xiàn)在，國內(nèi)許多液壓機廠家是以這種機型為主，使用對象多為小型加工廠，或加工精度要求不高的民用產(chǎn)品。國外眾多廠家只是保留了對這種機型的生產(chǎn)能力，而主要面向以下兩種技術含量高的機型組織生產(chǎn)。 （ 2）可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制發(fā)展的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術，計算機技術，通訊技術溶為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前已被廣泛的應用于各種生產(chǎn)機械以及自動化生產(chǎn)過程中。隨著技術的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能更加豐富。早期的可編程序控制器在功能上只能進行簡單的 邏輯控制。后來一些廠家開始采用微電子處理器作為可編程序控制器的中央處理單元（ CPU），從而擴大了控制器的功能，使其不僅可以進行邏輯控制，而且還可以對模擬量進行控制。因此，可編程控制器控制方式是介于繼電器方式和工業(yè)控制機控制方式之間的一種控制方式。可編程控制器有較高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功能方面與工業(yè)控制機相比有一定差異。現(xiàn)在，國內(nèi)有些廠家采用可編程控制器控制方式，如天津鍛壓機械廠有近 60%的產(chǎn)品裝有 PLC。通過采用 PLC 控制，使系統(tǒng)的控制性能和可靠性大大提高。國外廠家如丹麥的 STENHQJ 公司采用了 SIEMENS 的可編程控制器，實現(xiàn)對壓力和位移的控制。 （ 3）工業(yè)控制機控制方式是在計算機控制技術成熟發(fā)展的基礎上采用的一種高技術含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機或單片 /單板機作為主控單元，通過外圍接口器件（如 A/D， D/A 板等）或直接應用數(shù)字閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，同時利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達到精確控制的目的。 液壓機發(fā)展趨勢 （ 1）高速化，高效化，低能耗。提高液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 （ 2）機電液一體化。充分合理利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 （ 3）自動化、智能化。微電子技術的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)的在加工，應能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預處理的功能。 （ 4）液壓元件集成化，標準化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的維修帶來方便。 第 2 章 液壓系統(tǒng)設計 要求設計的液壓系統(tǒng)需完成的工作循環(huán)是： 上缸快速下行 → 慢速加壓 → 保壓延時 → 快速回程 并停 止 ；下缸活塞項出 → 退回，或浮動壓邊 → 停止 → 項出 。 已知：液壓系統(tǒng)最高工作壓力為 25MPa（泵出口），最大工作流量 60L/min；公稱力 20xxKN,主缸最大行程 710mm；頂出缸最大頂出力 400KN，頂出最大行程250mm。 調(diào)查研究機計算結果表明 :主缸最大下行的速度約為 100mm/s,慢壓的最大