【正文】 為： 參見(jiàn)《液壓與氣壓傳動(dòng)》 [16]第 4 版，左健民主編， 164 頁(yè)： YT4543 動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)的工作原理。 25 五 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)分析 PLC（可編程控制器的簡(jiǎn)稱）， 一種以微處理為核心并使用各種軟件手段來(lái)實(shí)現(xiàn)各種不同條件下的控制的工業(yè)控制器 。 可以說(shuō)，現(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)成為 自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的控制裝置。 為了實(shí)現(xiàn)液壓鉆動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制，我們必須首先設(shè)計(jì)出與之對(duì)應(yīng)的機(jī)械和液壓回路系統(tǒng)的 PLC 控制系統(tǒng) 。由以上分析，該方案不僅操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，而且控制精度高，工作可靠等。 這樣的話工人的勞動(dòng)強(qiáng)度得到極大的降低，還在一定程度上提高了生產(chǎn)效率 。 [13] PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 我們可以根據(jù)液壓回路的設(shè)計(jì)，完成了電氣控制系統(tǒng)，從而使主軸在作主運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：快進(jìn) — 工進(jìn) — 延時(shí) — 快退 — 停止 。 （ 1） 快進(jìn) 按下 SB2， KA1 自鎖， 1YA 得點(diǎn)使電磁換向閥位于左位，實(shí)現(xiàn)快 速進(jìn)給。 （ 2） 工進(jìn) 當(dāng)鉆頭碰到工件時(shí)，開(kāi)關(guān) SQ1 接通，繼電器 KA2 得電，使開(kāi)關(guān) KA2 閉合， 3YA 的電使速度換向閥啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 （ 3） 暫停 通過(guò)端子板進(jìn)行位置檢測(cè)，當(dāng)鉆頭進(jìn)給到一定程度時(shí)， SQ2 開(kāi)關(guān)接通，繼電器 KT得電，使開(kāi)關(guān) KT斷開(kāi)，從而使各支路斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)復(fù)位，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)停止。 （ 4） 快退 延時(shí)開(kāi)關(guān) KT延時(shí)到預(yù)定時(shí)間后接通， 2YA得點(diǎn)事電磁換向閥右位接通，實(shí)現(xiàn)快速退回。 （ 5） 當(dāng)鉆頭退到原始位置時(shí)， SQ1 接通，繼電器 KA3 得點(diǎn)時(shí)開(kāi)關(guān) KA3 斷電， 切斷了整個(gè)系統(tǒng)的回路，同時(shí)主軸也停止了快退。 動(dòng)力頭電氣原理圖如圖 51 26 圖 51 電氣原理圖 數(shù)控液壓鉆動(dòng)力頭的動(dòng)作順序如圖 52所示，其中， 1ST*SB 表示 1ST 與 SB 同時(shí)閉合；“ +”代表電磁閥得電，“ ”表示電磁閥失電。 部序 輸入條件 輸出 1YA 2YA 3YA 原位 1ST 快進(jìn) 1ST*SB + 工進(jìn) 2ST + + 延時(shí) 3ST 快退 3ST*KT + 原始 1ST 圖 52 動(dòng)作順序圖 PLC 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際連接圖如圖 53 圖 53 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際連接圖 27 六 液壓元件的選擇計(jì)算 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)最大運(yùn)動(dòng)速度： 液壓系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)最大行程： 初選系統(tǒng)的工作壓力 我們知道，工作壓力的選擇要根據(jù)多個(gè)方面來(lái)綜合考慮，不僅要根據(jù)設(shè)備類型和工作載荷的大小，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、供應(yīng)條件和經(jīng)濟(jì)條件的對(duì)工作壓力的限制。 具體可參考表 61和表 62。 表 61 按載荷選擇工作壓力 載荷 104 N 12 23 35 5 工作壓力 MPa 34 45 ≥ 57 表 62 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、建筑機(jī)械 液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、重型機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力 MPa 35 28 810 1018 2032 根據(jù)系統(tǒng)的載荷大小和表 1表 2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，初步選定系統(tǒng)壓力為 5MPa。 液壓缸主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸主要尺寸的計(jì)算 液壓缸有關(guān)設(shè)計(jì)參 數(shù)如下圖所示，則存在活塞桿受力為： mms 240?min/8mv?AppF )( 21 ?? 28 式中 — 活塞的有效工作面積 1p — 液壓缸工作腔壓力 Pa 2p — 液壓缸回油腔壓力 Pa ， 可根據(jù)回路的具體情況來(lái)確定 ，初算時(shí)可參照表 3 取值。 D — 活塞直徑 m d — 活塞桿直徑 m 表 63 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力 MPa 系統(tǒng)類型 背壓力 MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 用補(bǔ)油泵的閉式回路 回油帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 多用于 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 多用于 回油路較短，且直接接回油箱 可忽略計(jì) 在此次設(shè)計(jì)中， 我們可以看到，我們的 回油路 線 較短，且直接接回油箱， 故背壓力 可以 忽略不計(jì)。 一般來(lái)說(shuō)，在 2個(gè)工況下的液壓缸，活塞面積計(jì)算公式 ： 運(yùn)用上式計(jì)算活塞直徑和活塞桿的直徑，必須先確定活塞直徑 D 與活塞桿直徑 d 的關(guān)系，令桿徑比 Dd/?? ， 由于為 單 桿雙作用缸，往返速度相等 。 液壓缸的選型 我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)計(jì)算出來(lái)了活塞桿直徑 d和活塞直徑 D,但是這只是理論計(jì)算出來(lái)的，還要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整 。如果 說(shuō)計(jì)算結(jié)果 與標(biāo)準(zhǔn)值液 壓缸參數(shù)相差不到 ， 則 最好選用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸， 這是為了免去自行設(shè)計(jì)和加工 。 經(jīng)常使用到的液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑可以通過(guò)查閱有關(guān)表格 。本次設(shè)計(jì)將標(biāo)準(zhǔn)液壓缸加以技術(shù)改造，如下圖61 4 )(22 dDA ?? ?21224 )( pp FdDA ???? ? 29 圖 61 液壓缸 進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)力頭前進(jìn)或后退達(dá)到鉆進(jìn)或后退的目的，本設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)行程單桿液壓缸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，動(dòng)力頭給進(jìn)機(jī)構(gòu)如上圖。 活塞桿是雙層使用時(shí)，這時(shí)活塞桿是固定不動(dòng)的，而動(dòng)力頭是固定在滑板上的，從而當(dāng)液壓缸移動(dòng)時(shí)，固定在滑板上的動(dòng)力頭隨著移動(dòng) 。當(dāng)b 孔進(jìn)油時(shí)通過(guò)內(nèi)層油管進(jìn)入液壓缸上腔，下腔油通過(guò) a 孔返回油箱，進(jìn)行 后退工作。當(dāng)a 空進(jìn)油時(shí)，通過(guò)兩層夾管進(jìn)入液壓缸下腔，下腔油通過(guò) b 孔返回油箱，進(jìn)行給進(jìn)工作。由于上腔工作面積大于下腔工作面積，所以提升力大于給進(jìn)力，滿足鉆進(jìn)工藝要求。進(jìn)給機(jī)構(gòu)由滑板、進(jìn)給油箱等組成。進(jìn)給油箱帶動(dòng)滑板在導(dǎo)軌上移動(dòng)，動(dòng)力頭通過(guò)套筒與滑板焊接傳遞動(dòng)力，因此，動(dòng)力頭對(duì)鉆具的加、減壓給進(jìn)由給進(jìn)油缸直接驅(qū)動(dòng)，剛性大導(dǎo)向性好、間隙可調(diào)節(jié)。 表 64 常用液壓缸內(nèi)徑 mm 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 表 65 常用活塞桿直徑 mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 根據(jù)表 64和表 65的標(biāo)準(zhǔn)值，最終選定活塞直徑 D 為 mm90 ， 活塞桿直徑 d 為 32mm。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的活塞行程系列如下表所示： 表 66 活塞 行程 mm 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 計(jì)算所得的液壓缸行程為 mm240 ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，選活塞行程為 mm250 。 30 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和網(wǎng)上查的的液壓產(chǎn)品資料，選定的液壓缸的型號(hào)為1001 ?EHGY ?? 。工作類型為等速缸，額定壓力為 7MPa，采用底角形式安裝，活塞桿端用外螺紋連接，缸徑為 100mm，活塞桿徑為 32mm，行程為 250mm。 液壓缸流量的 計(jì)算 當(dāng)活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)： 式中 v? — 容積效率。采用彈性物密封圈時(shí) 1?v? ；采用金屬環(huán)時(shí)， ?v? 。 由于選用的液壓缸采用彈性密封圈密封，故 1?v? ，則 ： 我們知道，液壓泵的能量轉(zhuǎn)換形式為機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置 。 在液壓系統(tǒng)中，液壓泵作為動(dòng)力源，為液壓系統(tǒng)提供液壓壓力。 液壓泵的分類和用途 我們知道液壓泵到的分 類可根據(jù)其不同的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，通常情況下我們可以劃分為齒輪泵、柱塞泵、葉片泵和螺桿泵四種 。 液壓泵的選擇 我們?cè)谶x擇合適的液壓泵的時(shí)候，要在保證其可靠性、使用壽命、維護(hù)保養(yǎng)等方面外，還應(yīng)考慮各種參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，例如以下參數(shù)就對(duì)我們的選擇起到很大的影響，有工作壓力、轉(zhuǎn)速、流量和液壓油的相容性 。 根據(jù)設(shè)計(jì)需要及結(jié)構(gòu)布置，選擇雙作用葉片泵，性能如下： 定量葉片泵，型號(hào) YB2E,排量 10200mL?r1,壓力 16Mpa，轉(zhuǎn)速 1450r?min1 sLq v / )( 3322 ?????? ??vvvdDq ?? 4 )( 22 ?? 31 七 結(jié)論 本設(shè)計(jì)以液壓鉆動(dòng)力頭為設(shè)計(jì)對(duì)象，選用可 更換齒輪實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)給速度并結(jié)合花鍵傳遞液壓控制的綜合設(shè)計(jì) 方案， 我們?cè)谶M(jìn)行有關(guān)主軸選擇計(jì)算、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)校核的時(shí)候，我們時(shí)刻要記住，在保證強(qiáng)度和使用壽命的同時(shí)，還有考慮對(duì)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì) ，并滿足各零部件等強(qiáng)度等壽命的要求。 本次設(shè)計(jì)主要做了以下工作： 1） 根據(jù)已知的轉(zhuǎn)速、行程等計(jì)算出轉(zhuǎn)矩，并初步選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸； 2） 對(duì)選擇的各元件， 在保證強(qiáng)度和壽命的條件下進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和參數(shù)等的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輕量化和 各零部件和等強(qiáng)度等壽命的總體要求； 3） 對(duì)軸和鍵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和相關(guān)強(qiáng)度的校核，對(duì)機(jī)體的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并完成了軸承的強(qiáng)度校核 ； 4） 根據(jù)上面的設(shè)計(jì)及計(jì)算，我們繪制出了液壓鉆動(dòng)力頭的總裝配圖，以及主軸，箱體和液壓系統(tǒng)的零件圖 。 以上內(nèi)容為本學(xué)期的主要工作，由于時(shí)間和精力的限制，內(nèi)容中尚有一些不完善的地方，有待以后進(jìn)一步的深入研究。 32 八 致謝 本 次畢業(yè) 論文是在孫金風(fēng)副教授悉心指導(dǎo)下完成的。 孫老 師 那 淵博的專業(yè)知識(shí)， 精益求精的工作作風(fēng)， 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?治學(xué)態(tài)度 ，平易近人的人格魅力 等等都無(wú)時(shí)無(wú)刻在激勵(lì)著我前行 。本論文從選題到完成，每一步都是在孫老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大 量的心血和汗水。在此，謹(jǐn)向?qū)O老師表示崇高的敬意和由衷的感謝！ 本次畢業(yè)論文 不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文的順利完成，離不開(kāi)各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。 四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè) 完美的 句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始 ，勇往前進(jìn) 。在未來(lái)的日子里，我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù) 老師、 父母 和朋友 對(duì)我的 殷切期望！我一定會(huì)加倍努力，爭(zhēng)取更大的進(jìn)步！ 33 參 考 文 獻(xiàn) [1] 上海紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué) .機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) .上?？茖W(xué)技術(shù)出版， 1979. [2] 徐 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第 5卷 .機(jī)械工業(yè) 出版社， 1995. [3] 朱龍根 .簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) .機(jī)械工業(yè)出版社。 1997. [4] 清華大學(xué)精密儀器系液壓教材編寫組 .金屬切削機(jī)床液壓傳動(dòng) .人民教育 出版社， 1980. [5] 成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版第 2卷 .化學(xué)工業(yè)出版社， 1998. [6] 龍振宇 .機(jī)械設(shè)計(jì) .機(jī)械工業(yè)出版社 2021. [7] 祖業(yè)發(fā) .現(xiàn)代機(jī)械制圖 .機(jī)械工業(yè)出版社 2021. [8] 張利平等 .液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè) .化學(xué)工業(yè)出版社， 2021. [9]趙大興 現(xiàn)代工程圖學(xué) 湖北科學(xué)技術(shù)出版社 [10]楊練根 互換性與技術(shù)測(cè)量 華中科技大學(xué)出版社 [11]汪建曉 機(jī)械設(shè)計(jì) 華中科技大學(xué)出版社 [12]詹友剛 機(jī)械設(shè)計(jì)教程 機(jī)械工業(yè)出版社 [13]吳斌方 范超毅 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 華中科技大學(xué)出版社 [14]唐增寶 常建娥 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 華中科技大學(xué)出版社 [15]工業(yè)設(shè)計(jì)院 機(jī)構(gòu) /運(yùn)動(dòng)分析 清華大學(xué)出版社 [16]左健民 液壓與氣壓傳動(dòng) 機(jī)械工業(yè)出版社 [17]陳儀先 機(jī)械制 造基礎(chǔ) 中國(guó)水利水電出版社