【正文】 基于 PLC 的四柱萬能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 1 章 緒 論 液壓機(jī)簡(jiǎn)介 液壓機(jī)是利用液壓油來傳遞壓力的設(shè)備。液壓油在密閉的容器中傳遞壓力時(shí)是遵循帕斯卡定律液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)和工作介質(zhì)組成。動(dòng)力機(jī)構(gòu)通常采用油泵作為動(dòng)力機(jī)構(gòu)，一般為容積式油泵。為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度的要求，選用一個(gè)油泵或多個(gè)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(jī)通常指液壓泵和液壓馬達(dá)，液壓機(jī)和液壓馬達(dá)都是液壓系統(tǒng) 中的能量轉(zhuǎn)換裝置，不同的是液壓泵把驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，是液壓系統(tǒng)中的動(dòng)力裝置，而液壓馬達(dá)是把油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)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(dá)液壓機(jī)都是容積式的，其工作原理都是利用密封容積的變化進(jìn)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(dá)是互逆的，即輸入壓力油，液壓泵就變成液壓馬達(dá)，就可輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，但在結(jié)構(gòu)上，液壓泵和液壓馬達(dá)還是有些差異的 .液壓機(jī)的維修 :過盈配合的零件拆裝采用錘敲、棍橇勞動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)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(tái)；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(jī)液壓機(jī)簡(jiǎn)介：液壓機(jī)由主機(jī)及控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。液壓機(jī)主機(jī)部分包括機(jī)身、主缸、頂出缸及充液裝置等。動(dòng)力機(jī)構(gòu)由油箱、高壓泵、低壓控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)及各種壓力閥和方向閥等組成。動(dòng)力機(jī)構(gòu)在電氣裝置的控制下，通過泵和油缸及各種 液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動(dòng)作的循環(huán)。 液壓機(jī)的分類： 利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強(qiáng)傳動(dòng)的機(jī)械，種類很多。當(dāng)然，用途也根據(jù)需要是多種多樣的。如按傳遞壓強(qiáng)的液體種類來分，有油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類。水壓機(jī)產(chǎn)生的總壓力較大，常用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機(jī)又分為模鍛水壓機(jī)和自由鍛水壓機(jī)兩種。模鍛水壓機(jī)要用模具，而自由鍛水壓機(jī)不用模具。我國(guó)制造的第一臺(tái)萬噸水壓機(jī)就是自由鍛造水壓機(jī)。液壓機(jī)（油壓機(jī)）按結(jié)構(gòu)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(jī)、折彎液 壓機(jī)、拉伸液壓機(jī)、沖裁液壓機(jī)、粉未（金屬，非金屬）成型液壓機(jī)、壓裝液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī) 圖 單柱液壓機(jī) 圖 四柱液壓機(jī)結(jié)構(gòu)和工藝過程 圖 磁性材料制品液壓機(jī) 等。 幾種液壓機(jī)的外觀和工作原理如圖 ~ 圖 所示。 液壓機(jī)的工作原理 :液壓機(jī)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(jī) 主要適用于以結(jié)構(gòu)件為主的粉末冶金、機(jī)械零件的生產(chǎn)，同時(shí)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(jī)發(fā)展背景 液壓機(jī)的發(fā)展歷史已經(jīng)有 100 年之多。大約在 16世紀(jì)的時(shí)候，世界上就出現(xiàn)了水力機(jī)器錘。在 18 世紀(jì)，蒸汽錘的隨之誕生。此后，的一百多年的時(shí)間有出現(xiàn)了液壓機(jī)，液壓機(jī)對(duì)于鍛造具有劃時(shí)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(guó)在 1955 年左右，先后制造了兩臺(tái) 315000KN 和兩臺(tái) 700000KN 大型模鍛液壓機(jī)。直到十九世紀(jì)末，逐漸發(fā)展成為資本主義發(fā)展成為帝國(guó)主義，資本 輸出，向外擴(kuò)張，爭(zhēng)奪殖民地并瓜分世界成了帝國(guó)主義的主要內(nèi)容。由于具備擴(kuò)張的需要，鍛造和模鍛液壓機(jī)有了迅速發(fā)展。 1934 年德國(guó)制造了 70000KN 模鍛水壓機(jī)， 19381944 年相繼建造了三臺(tái) 150000KN 鍛造水壓機(jī)和一臺(tái) 300000KN 模鍛水壓機(jī)。 解放前，我國(guó)屬于半封建半殖民地國(guó)家，沒有自己獨(dú)立的工業(yè)體系，也根本沒有液壓機(jī)制造工業(yè)，只有一些修配用的小型液壓機(jī)。解放以后，在黨的正確領(lǐng)導(dǎo)下，我國(guó)迅速建立了獨(dú)立自主的完整的工業(yè)體系。我國(guó)已能自己設(shè)計(jì)和制造汽車，機(jī)車，發(fā)電設(shè)備，軋鋼設(shè)備，飛機(jī)，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(jī)有相應(yīng)的發(fā)展。 19571962 年，我國(guó)已經(jīng)開始自行設(shè)計(jì)，自行制造各種鍛壓設(shè)備，其中有近 30臺(tái) 10000KN 到 31500KN 的中型鍛造液壓機(jī)及二臺(tái)萬噸級(jí)大型鍛造液壓機(jī)，同時(shí)，也初步建立了一支設(shè)計(jì)和制造液壓機(jī)的技術(shù)隊(duì)伍。 近二十年來，世界各國(guó)在鍛造操作機(jī)與鍛造液壓機(jī)聯(lián)動(dòng)機(jī)組，大型模鍛液壓機(jī)，擠壓液壓機(jī)等各種液壓機(jī)方面又有了很多新的發(fā)展，自動(dòng)量測(cè)和自動(dòng)控制的新技術(shù)在液壓機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用，機(jī)械化和自動(dòng)化程度有了很大的提高。 六十年代，我國(guó)先后成套設(shè)計(jì)并制造了一些重型液 壓機(jī)，其中有 300000KN有色金屬模鍛水壓機(jī)， 120xx0KN 有色金屬擠壓水壓機(jī)， 80000KN 黑色金屬模鍛水壓機(jī)等。近幾十年來，又有了一些新的發(fā)展，如設(shè)計(jì)并自制了一批較為先進(jìn)的60000KN 以下的鍛造水壓機(jī)，并已經(jīng)向國(guó)外出口。相應(yīng)地，我國(guó)也陸續(xù)制定了各種液壓機(jī)的系列及零部件標(biāo)準(zhǔn)。 目前的液壓機(jī)，除應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮現(xiàn)有各種液壓機(jī)的生產(chǎn)潛力之外，還及時(shí)的提高設(shè)備利用率，同時(shí)還搞好鍛造操作機(jī)，還有他輔助設(shè)備的配套工作，另外還要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維修和設(shè)備本身的技術(shù)改造外，同時(shí)還要加強(qiáng)鍛造液壓機(jī)和鍛造操作機(jī)的聯(lián)動(dòng)，這樣就 及時(shí)的鍛件尺寸自動(dòng)顯示和自動(dòng)控制，因此鍛造液壓機(jī)組的程序控制和自動(dòng)控制的研究。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代化的大型模鍛液壓機(jī)，這樣就大型擠壓液壓機(jī)以及其他特種用途液壓機(jī)的研究。 國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)液壓機(jī)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(guó)內(nèi)機(jī)型雖種類齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏技術(shù)含量高的高檔機(jī)型，這與機(jī)電液一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)。 在國(guó)內(nèi)外液 壓機(jī)產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓機(jī)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(jī)；一種是采用可編程控制器控制的液壓機(jī)；第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理器（或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）的高性能液壓機(jī)。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢(shì)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡(jiǎn)單，適應(yīng)性不強(qiáng)。其適用于單機(jī)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(jiǎn)單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、 柔性差。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)許多液壓機(jī)廠家是以這種機(jī)型為主，使用對(duì)象多為小型加工廠，或加工精度要求不高的民用產(chǎn)品。國(guó)外眾多廠家只是保留了對(duì)這種機(jī)型的生產(chǎn)能力，而主要面向以下兩種技術(shù)含量高的機(jī)型組織生產(chǎn)。 （ 2）可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制發(fā)展的基礎(chǔ)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(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)溶為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前已被廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械以及自動(dòng)化生產(chǎn)過程中。隨著技術(shù)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(jìn)行簡(jiǎn)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(kuò)大了控制器的功能，使其不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且還可以對(duì)模擬量進(jìn)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(jī)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(jī)相比有一定差異?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)有些廠家采用可編程控制器控制方式，如天津鍛壓機(jī)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(guó)外廠家如丹麥的 STENHQJ 公司采用了 SIEMENS 的可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和位移的控制。 （ 3）工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上采用的一種高技術(shù)含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機(jī)或單片 /單板機(jī)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(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，同時(shí)利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。 液壓機(jī)發(fā)展趨勢(shì) （ 1）高速化，高效化，低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 （ 2）機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 （ 3）自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)的在加工，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理的功能。 （ 4）液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。 第 2 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要求設(shè)計(jì)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(shí) → 快速回程 并停 止 ；下缸活塞項(xiàng)出 → 退回，或浮動(dòng)壓邊 → 停止 → 項(xiàng)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(jī)計(jì)算結(jié)果表明 :主缸最大下行的速度約為 100mm/s,慢壓的最大