【正文】 產(chǎn)效率是密不可分的，由于工業(yè)化的發(fā)展許多的執(zhí)動化設(shè)備運(yùn)用到工業(yè)當(dāng)中去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工體力勞動。該設(shè)計(jì)課題當(dāng)中傳動系統(tǒng)有液壓系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行控制，液壓系統(tǒng)的差異直接影響到最后設(shè)計(jì)的成敗與否，而控制系統(tǒng)則有 PLC系統(tǒng)進(jìn)行全部操作，該部分直接決定了其在生產(chǎn)領(lǐng)域的市場，生產(chǎn)率也在自動化方面的得以體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中需要完成以下幾點(diǎn)：液壓原理圖設(shè)計(jì)、工作要求分析、工況分析、工藝參數(shù)的確定、全液壓鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、液壓元件的選擇、性能的演算、動態(tài)性能的仿真、控制方案的選擇、 PLC選型、 PLC 硬件電路設(shè)計(jì)、梯形圖設(shè)計(jì)與仿真及其在液壓試驗(yàn)臺的驗(yàn)證等。根據(jù)前面的分析結(jié)果來綜合考慮液壓元器件的選擇，由元器件的確定去決定設(shè)計(jì)。在所有設(shè)計(jì)均完成后我們要進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)以及液壓試驗(yàn)臺上的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。 PLC control system design.沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第一章 引言 1 第一章 引言 問題分析及其對策 國家制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 在現(xiàn)在工業(yè)的發(fā)展過程中，機(jī)械的加工方式越來越多，一個(gè)好的加工方式也許可以改變一種格局。 分析相關(guān)的問題及制定解決方案 在以往我們的鉆機(jī)的自動化程度不高，效率不高，體積大系統(tǒng)的抗干擾能力差。通過使用先進(jìn)的傳動系統(tǒng)來節(jié)約動力。所以我們使用 PLC 控制系統(tǒng)對液壓鉆機(jī)進(jìn)行控制。 2. 可以減少工作人員的工作量； 3. 設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，可以滿足設(shè)計(jì)要求； 4. 經(jīng)濟(jì)成本低。它檢修方便、使用性能可靠、成本低，滿足工程鉆機(jī)特點(diǎn) 。 該鉆機(jī)依據(jù)鉆進(jìn)的動作要求和工藝特點(diǎn)采用雙泵系統(tǒng)，使用恒壓變量泵和負(fù)載敏感泵各一個(gè)。整個(gè)鉆機(jī)的核心是工作裝置， 它是鉆機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。變幅裝置是由調(diào)角連接板、桅桿伸縮油缸 等組成。操縱桅桿前伸與縮進(jìn)油缸，使鉆頭靠近地面。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章 設(shè)計(jì)要求及工況分析 5 第三章 設(shè)計(jì)要求及工況分析 任務(wù)及要求 根據(jù)給定的要求來進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以明確系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對它原來的方案去分析，擬定液壓系統(tǒng)基本原理圖。 其將影響到系統(tǒng) 的工作性能和設(shè)計(jì)方案的合理性、經(jīng)濟(jì)性。詳細(xì)過程如下所示（圖 ）和（圖 ）。 2．定位缸的計(jì)算選擇 定位缸在這個(gè)過程中，只是固定工作滑臺，它主要的任務(wù)是能否實(shí)現(xiàn)鉆桿區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)。 調(diào)速回路 本滑臺比較緩慢，壓力與阻力相同而且工作中改變小， 所以用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。由于想到日常的情況工作情況 , 油箱設(shè)計(jì)改為封閉結(jié)構(gòu)形式 ,油箱上裝有油空氣過濾器、油標(biāo)、溫表等。 控制顯示部分它由單向調(diào)速閥、壓力表等組成 ,它們掌握各個(gè)執(zhí)行元件的壓力和顯示它的工作壓力的功能。～ 90176。根據(jù)它的要求，現(xiàn)在擬選液壓系統(tǒng)： 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第四章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 10 圖 液壓回路原理圖沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 11 第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 液壓泵的選用 由可知，鉆孔油缸及行走油缸的壓力 都是 25MPa，最大流量是 （ 4103m3/s） ，因此可選某用一單泵來供油；因?yàn)閴簶队透椎膲毫?5MPa，本身最大為 L/min（ 4103m3/s） ，所以用它為雙泵供油。這個(gè)系統(tǒng)的工作壓力均是 25MPa，所以要選擇中、高壓的液壓閥 。這個(gè)閥的工作壓力大小為 35MPa，允許通過的最大流量是 [（ － ）4103m3/s]，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第五卷表 — 133 選用 DF— B32K1。它的參數(shù)如表 所示 電磁換向閥 2：它是用于實(shí)現(xiàn)油進(jìn)油方向的控制。其參數(shù)其參數(shù)如表 所示 背壓閥 2：用于泵 1 所在的排油油路上，而壓力大小為 50MPa。其參數(shù)如表 所示 表 溢流閥的型號及參數(shù)值 閥號 型號 公稱直徑 （ mm） 最大流量 （ L/min） 調(diào)壓范圍 （ MPa） 1 DB20 20 250 2 RXBFS6/ 20 220 036 3 JX11204UCG03 20 500 038 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 14 流量控制閥的選用 調(diào)速閥 1：用在壓樁油缸的油路上，因?yàn)橄嗷ヅ浜鲜褂每梢酝瓿赏竭\(yùn)動。它的參數(shù)值如表 所示 表 調(diào)速閥的型號及參數(shù)值 閥號 型號 公稱直徑（ mm） 最大流量（ L/min） 工作壓力 數(shù)量 1 HF2KG16K02 16 160 1 2 FSG02 16 200 040 1 壓力表開關(guān)的選擇 子泵與壓力表之間采用壓力表開關(guān)來完成，可 以完成測量泵出口壓力的大小，進(jìn)一步可以改變泵的流量大小。 參數(shù)值如表 所示 表 壓力表的型號及參數(shù)值 種類 型號 調(diào)壓范圍（ MPa） 數(shù)量 彈簧壓力管表 Y60 040 3 液壓油的選擇 這個(gè)樁機(jī)由于采用液壓系統(tǒng)對液壓油沒有特殊的要求，但是它的額定壓力值沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 15 大小較高，大小是 25Mpa。它的基本參數(shù)如下： 運(yùn)動粘度： —— mm2/s 抗磨性（四球 PB）： 1000N 由上可知 YB— N46 號抗磨液壓油已經(jīng)符合本樁機(jī)的基本工作要求。它們的工作參數(shù)值如下表 所示： 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 16 表 聯(lián)軸器型號 型號 公稱轉(zhuǎn)矩 許用轉(zhuǎn)矩r/min3600 軸孔直徑d1d2 軸孔長度L D D1 b B1 S 重量 Y型 J 型 GY8 3150 4800 75 142 107 200 130 50 68 10 油箱的設(shè)計(jì) 油箱的大致外形尺寸及有效容積的確定 由相關(guān)資料《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第五卷第 37 篇當(dāng) 中“關(guān)于油箱的設(shè)計(jì)”知識可以得出以下：油箱的容量是和系統(tǒng)的流量大小存在一定關(guān)系，所以在一般設(shè)計(jì)中選取容量為最大流量的 35 倍。 綜合到以上幾個(gè)方面來考慮，尤為重要的是油箱下面，更加造成清洗難度加大；故綜上因素選擇濾油器是箱外式的。 從上面兩個(gè)方面的要求可以選擇： Q 空氣 = （ + ） = L/min （ 56） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第五卷表 — 33,可以用 EF5— 65 型號；它的參數(shù)值如表 所示： 表 空氣濾清器類型與參數(shù)值 型號 加油流量 L/min 空氣流量 L/min 螺釘（四只均布） mm 過濾精度 181。它的基本參數(shù)值如表 所示： 表 濾油器的型號及參數(shù)值 型號 總長度 螺 釘 中 心 距離 溫度計(jì)刻度表高 度 YWZ— 300 327 360 250 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 19 確定油箱各板尺寸和附件安裝位置 1. 油箱的總體設(shè)計(jì)： 上面板：安裝回油濾油器和空氣濾清器等器件 左 面板：用于安裝液位計(jì) 右面板：兩個(gè)放油口的設(shè)計(jì) 隔板：吸油濾油器的安裝 2. 初定各板面的厚度 ： 由于工作的環(huán)境比較惡劣，油箱十分容易受到銹蝕；于此同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)情況和重量因素和有效體積等因素，所以選定定其厚度 δ=8mm。 4. 各面板的安裝尺寸： 上面板中各安裝尺寸的確定 從理論上大小應(yīng)為 1870mm1580mm，但是由于已定出的左、后、前、右這些板料均是有厚度的，從而就可以各側(cè)板蓋板可以安放上去。 在設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮到蓋板上應(yīng)安裝起重的裝置，由于空間的限制，故采設(shè)計(jì)采用起吊螺釘。 首先應(yīng)對吊環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)校核： (所用材料為 A3 鋼，即 [σ]=177MPa) 箱蓋的體積： V = abh = 2 = 74103m3 箱蓋重量 ： M =ρv （ 59） = 10374103 = （ 510） 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 21 聯(lián)軸器的重量分別 和 電動機(jī)的重量分別為 820kg 和 330kg 泵的重量分別為 53Kg 和 245kg 故由上面可以得到箱蓋和箱蓋上主要部件它們的總重量為： W = +330+820+++245+53 = （ 511） 于是許用應(yīng)力： ??ANσ 41010020 = 〈 [σ] （ 512） 經(jīng)校核此吊環(huán)可保證安全使用。 右面板上放油口的定位 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮實(shí)際情況應(yīng)保證放油 口可以能正常地放油，如果放油口設(shè)計(jì)的太小，會導(dǎo)致放油不順，；但是放油口也不能設(shè)計(jì)太大，而且考慮到泄漏等因素，我們在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)兩個(gè)放油口。而管口與箱壁、油箱底、的距離不低于管徑的 3 倍，而且在選 定安裝位置時(shí)應(yīng)便于裝卸或清洗濾。詳細(xì)設(shè)計(jì)如下圖所示： 圖 底腳 在實(shí)際應(yīng)用中我們?yōu)榱嗽鰪?qiáng)底腳的穩(wěn)定性，通常應(yīng)加設(shè)底腳板， 板厚與底腳相同，既 δ=8mm，它的形狀為正方形，上面開孔以便于用來固定油箱。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的確定 25 于是管徑直徑： d min 8 4 . 21 . 5 60 10 5001130vqv113031?? mm (521) 管壁厚： σmin = mmPd 1 1 52 ][2 ????? (522) 泵Ⅱ的吸油管的設(shè)計(jì)： 在實(shí)際工作中通過吸油管的額定流量大小為 ,吸油管的額定允許工作壓力為 25MPa。對于沿程壓力損失的驗(yàn)算我們應(yīng)該采取一個(gè)完整的工作循環(huán)當(dāng)中不相同的階段去分別進(jìn)行演算。 從計(jì)算來看，油液溫升值比規(guī)定值小很多。該回路的總工作效率應(yīng)為： 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第六章 液壓系統(tǒng)性能的演算 29 η= ??P vQP /ηvV*Fw輸入功率輸出功率 =BPBAPA Q*Fw ηP （ 66） VFw— 它們依次是系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的速度與外負(fù)載，詳見負(fù)載圖、速度圖 QB 、 QA— 它們分別是雙聯(lián)泵的 B 泵與 A 泵的額定流量， QA=10L/min，QB=12L/min PpA— 溢流閥調(diào)整壓力， PpA=42 106Pa PpB— B 泵的卸荷壓力， PpB=（ 12/25） 23105=105Pa 這樣系統(tǒng)效率應(yīng)為： η=] /6 01012100 . 6 9＋101010[ 4 2 ] /6 01 . 2～0 . 0 2[ 1 4 0 0 3535 ）（= （ ～ ） % （ 67） 由此可以得知，定量泵系統(tǒng)在低速時(shí)它的工作效率是非常低的。 ：為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，大部分的 PLC 均采用了模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行組合。 全液壓鉆機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 在液壓鉆機(jī)的實(shí)際工作中由于考慮到實(shí)際情況下的應(yīng)用，所以在鉆機(jī)工作中采用分級逐段近給的方法。與 B 處壓下 SQ2，并改為動力工進(jìn)采用分段進(jìn)。根據(jù)工作的要求我們需要確定所需的 I/O 點(diǎn)數(shù) 時(shí)，我們需要增加一定備用量，通常我們選取為 10%20%。 圖 工作示意圖 液壓鉆機(jī)的控制電路與 PLC 型號選定 液壓鉆機(jī)的控制電路設(shè)計(jì) PLC 與工業(yè)的聯(lián)系是建立在模塊上的。 在圖 中， SQ A 為原來的行 程開關(guān)，而 SQ B 為工進(jìn)行程開關(guān)， SQC 是終點(diǎn)行程開關(guān)。 :PLC 控制系統(tǒng)不需要專門的機(jī)房，它本身可以直接在工業(yè)場合應(yīng)用，各個(gè)模塊均有操作說明，與模塊化知識，當(dāng)工作時(shí)發(fā)生問題用戶可以根據(jù)狀況找到問題同時(shí)進(jìn)行更換模塊，節(jié)約用戶的 寶貴時(shí)間。 I/O 接口模塊 ： PLC 可以根據(jù)現(xiàn)場不同的工業(yè)信號，有相應(yīng)的 I/O 模塊與設(shè)備及其器件連接。和容積較大的油箱，溫升是沒有問題的，這種情況一般可不進(jìn)行 溫升驗(yàn)算。 流態(tài)：由雷諾所判斷可知： Re ??? dr4Qrvd π 43100 . 3 20 . 0 1 83 . 1 4 100 . 6 74=1482﹤ 2320 (61) 故流態(tài)為層流 △ P 進(jìn)沿 PA554 100 . 410d