5.0MN張力矯直機固定夾頭液壓控制系統(tǒng)設(shè)計【原創(chuàng)含5張CAD圖帶開題報告+文獻綜述+答辯ppt】
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05.0MN張力矯直機固定夾頭液壓控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要：張力矯直機是一種重要的金屬加工設(shè)備。它用于對金屬型材、棒材、管材、線材等進行矯直。本文主要設(shè)計了 5.0MN 張力矯直機固定夾頭液壓系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。張力矯直機機械部分的夾頭是夾緊型式。實現(xiàn)了上下夾頭的靈活可靠的夾緊、固定掛鉤部分的鎖定、以及在床身上調(diào)整相應(yīng)位置。液壓系統(tǒng)有一個回路，實現(xiàn)張力矯直機固定夾頭啟動、停止、緊急停止、前進、后退等動作?？刂葡到y(tǒng)中，通過 PLC 控制電控閥實現(xiàn)油路控制。從而控制執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)動作。達到最后設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：張力矯直機；固定夾頭；液壓系統(tǒng)；控制系統(tǒng) 1Design of 5.0MN control system of tension straightening machine fixed hydraulic chuckABSTRACT：Tension straightening machine is a kind of important metal processing equipment. It is used for metal profiles, bars, pipes, wire straightening. This paper mainly designs the hydraulic system of 5.0MN tension straightening machine clamp and control system. Tension straightening machine is the mechanical part of the chuck clamping type. The realization of the upper and lower chuck clamping, flexible and reliable fixation of the hook part of the lock, and adjust the corresponding position on the bed. Hydraulic system is a loop, the realization of tension straightening machine clamp start, stop, emergency stop, forward, backward action. Control system, through the PLC control valve to achieve the oil circuit control. To control the corresponding action of the actuator. Meet the final design requirements.Keywords: stretch flattener; fixed clamper; hydraulic system; electrical system 2目 錄1 緒論 ..............................................................................................................................................................11.1 課題研究任務(wù)來源 ...........................................................................................................................11.2 矯直機的類型 ...................................................................................................................................11.3 張力矯直機的簡介及發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................................................................22 總體方案設(shè)計 ..............................................................................................................................................42.1 總體方案設(shè)計 ..................................................................................................................................42.1.1 方案一 ...................................................................................................................................42.1.2 方案二 ...................................................................................................................................62.2 方案比較與選擇 .............................................................................................................................103 固定夾頭液壓系統(tǒng)總體方案設(shè)計 ............................................................................................................113.1 概述 .................................................................................................................................................113.2 液壓系統(tǒng)技術(shù)要求 .........................................................................................................................113.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定 .........................................................................................................................113.3.1 確定回路方式 .....................................................................................................................113.3.2 確定液壓泵的類型 .............................................................................................................123.3.3 確定液壓回路 .....................................................................................................................123.3.4 液壓系統(tǒng)圖的繪制 .............................................................................................................134.1 固定夾頭電控系統(tǒng)概述 ................................................................................................................154.2 電磁閥的動作順序 ........................................................................................................................154.3 主電路控制圖 ................................................................................................................................154.4 PLC 的選型 .....................................................................................................................................164.5 PLC 的 I/O 端子分配 .....................................................................................................................164.6 PLC 外部接線圖 .............................................................................................................................174.7 PLC 程序編寫 .................................................................................................................................195.1 確定液壓缸油口尺寸 ....................................................................................................................215.2 計算缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù) ........................................................................................................215.2.1 缸筒壁厚及外徑的計算 ....................................................................................................215.2.2 缸底厚度 h 的計算 .............................................................................................................235.2.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu) ....................................................................................................235.2.4 活塞桿的強度校核 ............................................................................................................235.2.5 液壓缸的繪制 ....................................................................................................................245.2.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 ............................................................................................246 結(jié)論 ............................................................................................................................................................25參考文獻 ........................................................................................................................................................26致謝 ................................................................................................................................................................27 05.0MN張力矯直機固定夾頭液壓控制系統(tǒng)設(shè)計12 機制 3 班：陳越中指導(dǎo)老師：黃長征教授1 緒論1.1 課題研究任務(wù)來源任務(wù)來源于工程項目改造。矯直機作為一種精加工設(shè)備。是一種工業(yè)發(fā)展所必需的專用設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展。人們對產(chǎn)品的質(zhì)量和精度。提出了更高的要求。隨著工業(yè)的發(fā)展趨勢。奔著高速、精準(zhǔn)、犀利的方向發(fā)展。對各種材料的要求提高了。矯直技術(shù)的發(fā)展正變得越來越重要。引起了眾多研究者的重視。矯直機的應(yīng)用越來越廣泛。隨著冶金工業(yè)的不斷發(fā)展。矯直機已從過去的冶金工業(yè)。發(fā)展到其他一些高科技領(lǐng)域。如汽車和飛機制造業(yè)、船舶制造業(yè)、精密加工制造業(yè)、石化工業(yè)、建材工業(yè)、機械制造等領(lǐng)域。矯直技術(shù)水平不僅影響了某一產(chǎn)品的品質(zhì)和造價。并證明這某個國家的發(fā)展能力。還與產(chǎn)品在國際上的競爭息息相關(guān)。在強調(diào)質(zhì)量和效率的今天。各種矯直技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域并發(fā)揮著重要的作用。金屬加工和運輸過程發(fā)生。扭轉(zhuǎn)和彎曲變形。為了使金屬加工保持高的線性度，拉伸矯平。金屬桿材料拉伸矯直機械。從而使工件，以滿足相應(yīng)的加工要求。現(xiàn)有的矯直機加工效率不高。工人的勞動強度更高。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展。新型張力調(diào)平技術(shù)的發(fā)展。仍有很大的發(fā)展空間。1.2矯直機的類型對于不同品種、不同結(jié)構(gòu)和不同規(guī)格的矯直機的軋制材料規(guī)格。矯直機結(jié)構(gòu)多樣，矯直模式是不一樣的的目的和原理分為：（1）壓力矯直機；（2）矯直輥矯直機；（3）管棒材矯直機；（4）拉矯機；（5）彎曲拉伸矯直機；（6）扭轉(zhuǎn)矯直機。不同類型的矯直機的構(gòu)造也有著不用的方式。例如，矯直型號一樣的產(chǎn)品，因為不一樣的參數(shù)會有不一樣的結(jié)構(gòu)。盡管同一種規(guī)格的產(chǎn)品也會存在不一樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中的原因是因為它們有著不一樣的性能要求。其它因素是因為設(shè)計人員對產(chǎn)品的不斷改良。不同類型的矯直機對應(yīng)的型式如表 1.1 所示。 1表 1.1矯直機類型與型式矯直機類型 矯直機型式壓力矯直機輥式矯直機管棒材矯直機張力矯直機拉伸彎曲矯直機扭轉(zhuǎn)矯直機1.3張力矯直機的簡介及發(fā)展現(xiàn)狀張力矯直機是用來糾正。鋼棒材料的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的。其原理是利用彈性和塑性變形。來清理毛坯。拉伸矯直機在擠出制品長度方向的應(yīng)用。一種在外力作用下的擠壓產(chǎn)品的方法。擠壓產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力的大小。超過了直接材料的屈服極限。應(yīng)取決于橫截面面積。材料的屈服極限和材料熱處理狀態(tài)的矯直。一般情況下，在張力矯直的過程中。擠出機可進行擠出。部分產(chǎn)品需要在矯直后。進行退火或淬火。張力矯直機由 2 部分組成。固定夾和固定夾持器。在主拉伸缸內(nèi)的活動。夾緊油缸的作用下?？梢苿訆A緊，固定夾爪和夾緊裝置?？梢苿拥膴A緊和矯直。固定式張力矯直機對矯直長度的配置文件不同。需要不斷調(diào)整固定位置。并固定鎖緊器，并由液壓系統(tǒng)完成動作。液壓站的矯直機液壓系統(tǒng)固定由液壓站提供液壓油。通過高壓軟管和鉗位液壓管路連接。實現(xiàn)固定的夾爪、松動和鉤上下、用固定的吸盤的運動。設(shè)備移動的時候，電纜以及高壓管也要隨之移動。因為高壓軟管是重又硬，導(dǎo)致鏈組織經(jīng) 2常損壞。影響生產(chǎn)正常運行。矯直機的液壓系統(tǒng)通常都跟其它涉及液壓的系統(tǒng)公用同一個泵站。通過高壓軟管和鉗位液壓管路連接，或多或少，也存在問題。因此充分滿足系統(tǒng)原有功能。提高系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)開發(fā)空間。方便維護和管理的基礎(chǔ)上。它的液壓系統(tǒng)的擴展。拆除原有的鏈結(jié)構(gòu)。建立了小液壓油站在固定的吸盤。選用可靠的滑動接觸線使電氣能安全連接。1.4 設(shè)計任務(wù)針對現(xiàn)有張力調(diào)平機的工作特點。根據(jù)國內(nèi)外張力調(diào)平機的發(fā)展情況。滿足實際工作的要求。設(shè)計了張力矯直機固定架的設(shè)計。首先，針對現(xiàn)有張力矯直機的優(yōu)缺點。通過改進液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。提高張力矯直機工作效率。降低工人的勞動強度。根據(jù)張力矯直機固定夾頭有關(guān)參數(shù)。設(shè)計其機械、液壓、電氣控制系統(tǒng)。實現(xiàn)啟動、停止、緊急停止、前進、后退等動作。主要設(shè)計參數(shù)及設(shè)計要求如下：1) 鉗口滑塊總重量：2000Kg2) 油缸尺寸 D/d：?80/40mm3) 最大活塞行程 Sc：300mm4) 行程時間 t：3 秒5) 鉗口滑塊傾角 а：20 度6) 鋼-鋼摩擦系數(shù) μ：0.1通過本次設(shè)計，使張力矯直機更合理、更先進。系統(tǒng)性能可靠，結(jié)構(gòu)簡單，維修、維護方便。 32 總體方案設(shè)計2.1 總體方案設(shè)計2.1.1方案一張力矯直機固定的查臺往往需要動，固定的查車做了一輛車，可以自由地在導(dǎo)軌上移動。該車包括車體、雙螺栓機構(gòu)。夾緊機構(gòu)和導(dǎo)向輪驅(qū)動機構(gòu)等。通過液壓缸驅(qū)動雙螺栓工作插入螺栓孔。固定的車，1MN 拉力下螺栓。液壓缸 4 推夾套夾持工件。四車導(dǎo)向輪為車內(nèi)提供了指導(dǎo)作用。圖 2.1 所示示意圖。1-導(dǎo)軌 2-插銷孔 3-車輪 4-液壓缸 5-夾緊套 6-夾緊套圈 7-插銷圖 2.1 張力矯直機夾套式固定夾頭示意圖(1) 夾頭的工作原理夾套式夾頭由夾緊套和夾緊套圈組成。如圖 2-2。液壓缸推動夾緊套圈來回運動。當(dāng)夾緊套圈往右運動時。夾緊套夾緊工件。當(dāng)液壓缸拉著夾緊套圈往左運動式。夾緊套松開工件。 4T1201-夾緊套 2-夾緊套圈圖 2.2 帳套式夾頭工作原理圖(2) 夾頭受力分析拉伸過程中的夾緊套受力分析如圖 2.3 所示。圖 2.3 夾緊套受力圖圖 2-3 中： —固定總拉力；0T—工作拉伸力；—對夾緊套的正壓力；2N—配料對夾緊套的作用力；1—表面受到的摩擦力；uf—內(nèi)側(cè)受到的摩擦力；2—夾緊套角度；?—坯料受到摩擦力；1f—坯料受到的壓力；N當(dāng)坯料被夾緊時。拉伸過程滿足的條件關(guān)系式為：（2.1）12cosinuNf???（2.2）1f（2.3）2u 5拉伸過程中的帳套。受力分析如圖 2.4 所示。圖 2.4 夾緊套圈受力圖圖 2.4 中： —液壓缸提供的推力；1T—夾緊套圈受到的摩擦力；uf—夾緊套圈受到的正壓力；2N夾緊過程中。要使工件夾緊。則需要滿足的靜力平衡條件為：（2.4）12sincosuTf???當(dāng)工作平衡時， 0o?6fN聯(lián)立式 2.1，2.2，2.3 解得 72.0?51.0ufN??代入 2.4 式中得： 514.8T?2.1.2 方案二方案二中張力矯直機固定夾頭部分。用爪斜塊拉矯機固定夾頭夾持固定卡盤方案在軌道上滑動的車，調(diào)整位置。該車由一個夾爪液壓缸、一個滑塊。一個驅(qū)動齒輪、一個導(dǎo)向輪、鉤液壓缸等組成。驅(qū)動輪由液壓馬達驅(qū)動。驅(qū)動小車在導(dǎo)軌上運動。鉤液壓缸驅(qū)動一個鉤鉤勾桿。起到固定小車的作用。液壓夾緊油缸推動滑塊移動滑塊。毛坯夾緊。示意圖如圖 2.5 所示。 61-導(dǎo)軌 2-鉗口滑塊 3-夾緊缸 4-輪子 5-掛鉤缸 6-掛鉤圖 2.5 張力矯直機固定夾頭示意圖(1) 夾頭工作原理在拉伸運作當(dāng)中，其中最重要的部分就是鉗口滑塊。在液壓缸下的斜塊下的左移，將毛坯夾緊，完全夾緊過程。和空白擠壓壓痕；在拉深缸驅(qū)動的坯料的頭部畫的左邊，隨著張力的增加，夾緊力更大，因此，有沒有在 4 和 5 之間的滑移。當(dāng)達到拉伸速度，停止拉伸和拉伸的過程中，棒的液壓牽拉顎斜滑塊向右移動，下頜松動?；瑝K固定的抓地力圖如圖 2.6 所示。1-拉伸頭支撐體 2-燕尾槽 3-鉗口斜滑塊 4-鉗口 5-坯料圖 2.6 拉伸滑塊的工作示意簡圖(2) 坯料受力分析 7圖 2.7 坯料端部受力圖圖 2.7 中： —坯料受到的壓力；2N—工作拉力；T—坯料上表面受到的摩擦力；f上—坯料下表面受到的摩擦力；下當(dāng)坯料被夾住時。拉伸過程滿足的條件關(guān)系式為：（2.5）2=fNu下 上（2.6） +T?下上上兩式中： —坯料與鉗口滑塊的總摩擦系數(shù)；2u由于鉗口夾持鋁材有著特殊的情況。鉗口的力度要大，必須嵌入到鋁材的表面，且扎入一定的深度。因此這里不是靜摩擦力。而這時候的摩擦力要由鋁材的材料決定，與此物理特性有關(guān)系。因此根據(jù)此種特殊情況，不能按常規(guī)摩擦阻力的公式計算。因此摩擦力的計算公式可按下面來計算:（2.7） 2adF????式中: 一材料表面分子被粘附的摩擦力，N；uaF一材料表面物理變形部分的摩擦力，N；d沒有經(jīng)過潤滑的表面，是產(chǎn)生摩擦力的重要地方。張力矯直機在工作過程中，就是這種工況。而經(jīng)過潤滑的。變形分量是主要的地方。而對鋁材來說不存在這種情況，可以忽略。摩擦力與法向載荷之比，定義為摩擦系數(shù)。即： 8（2.8）22dadNNF?????式中: 是摩擦系數(shù)的粘附分量；au為其總摩擦系數(shù)；2為其法向載荷，N；F為其摩擦系數(shù)的變形分量。du對于塑性流動的金屬而且處于接觸區(qū)。其摩擦系數(shù)的粘附分量為：（2.9）0/as??????式中 : 為法向壓力為零時?？辜魪姸?，鋁是 29.4MPa：0?為較弱金屬的屈服極限。取 6063 合金，約 80 MPa；s?為壓力系數(shù)，鋁是 0．043 [4]。?代入 2.9 式，得：=0．41a?摩擦系數(shù)的變形。分量 對于總摩擦力。 增大的影響非常小。且 。所以d2 0d??。20.41??(3) 斜滑塊受力分析圖 圖 2.8 斜滑塊受力圖圖 2.8 中： —斜面受到的壓力；1N—受到的工件壓力；2—斜面受到的摩擦力；uf—受到的工件摩擦力；上—液壓缸對滑塊的推力；()UT—鉗口滑塊傾角；? 9鉗口滑塊夾緊坯料拉伸時。為保證不打滑。應(yīng)滿足的靜力平衡式為：（2.10）211(cosin)Nu???（2.11）=T+cosuuf??上（2.12）121()(si)con式中： -滑塊斜面與夾頭摩擦系數(shù)；1u已知數(shù)據(jù)： ， ， ，0o??1.u20.4?5=0Nf?上聯(lián)立 2.5，2.6，2.10，2.11，2.12 式解得： 4u8.71T2.2 方案比較與選擇上述兩種方案中。夾緊力過大，穩(wěn)定性不好?；瑒尤菀装l(fā)生。所以不采用第一種方案。第二種方案采用顎式夾持器，需要一個較小的夾緊力和夾緊力時，爪基變形小，保證試樣可靠夾緊?？紤]使用第二種方案。 103 固定夾頭液壓系統(tǒng)總體方案設(shè)計3.1 概述液壓機械設(shè)備中，液壓傳動是最為重要的一部分。往往總體方案的設(shè)計過程中，液壓驅(qū)動部分的設(shè)計，是不可缺少的。在設(shè)計中需要與實際緊密結(jié)合。充分利用各種傳動形式。讓液壓傳動的特點充分體現(xiàn)出來。保證設(shè)計出的結(jié)構(gòu)更加精簡穩(wěn)定。液壓系統(tǒng)的設(shè)計是張力矯直機的重要組成部分。它與張力矯直機之間的緊密關(guān)系是其性能好壞的關(guān)鍵。我們必須從實際出發(fā)。滿足主機在性能和運動中所設(shè)定的要求。做到設(shè)計重量輕、體積小、效率高、工作可靠、操作簡單等基本的設(shè)計原則。3.2 液壓系統(tǒng)技術(shù)要求本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)。必須滿足設(shè)計任務(wù)書上的主要技術(shù)要求。具體如下表 3.1所示。表 3.1 主要技術(shù)要求鉗口滑塊總重量 最大活塞行程 Sc 行程時間 t 鉗口滑塊傾角 а 摩擦系數(shù) μ2000kg 300mm 3s 20 度 0.1固定夾頭液壓系統(tǒng)。是固定夾頭重要組成部分。其液壓系統(tǒng)還需要滿足的設(shè)計要求如下：（1）要使夾緊可靠。則鉗口需能實現(xiàn)同步夾緊，開工件；（2）為了能使固定夾頭安全穩(wěn)定的工作。需要掛鉤能實現(xiàn)自鎖功能。防止固定夾頭脫鉤；（3）固定夾頭可以在床身上穩(wěn)定移動。調(diào)整位置，實現(xiàn)不同長度工件的矯直；（4）能實現(xiàn)系統(tǒng)安全無負載啟動。安全卸荷，且有過壓保護；3.3 液壓系統(tǒng)圖的擬定3.3.1 確定回路方式液壓系統(tǒng)回路方式分為兩種。一種是開式液壓回路，該系統(tǒng)通過沉淀、過濾和冷卻后直接進入液壓回路，直接將機油排放元件直接回油箱。該回路系統(tǒng)壓力損失大，噪音大，但由于潤滑油返回油箱，所以系統(tǒng)的油液清潔和潤滑溫度低，延長了液壓元件的使用壽命。二是閉式液壓回路。即在系統(tǒng)中的執(zhí)行元件是不是將油回油槽。并直接進入泵入口。閉式回路最大的特點就是壓力損失小，油箱體積小，系統(tǒng)運行相對平 11穩(wěn)安靜。但油污染特別嚴(yán)重并且油溫度高。閉式回路一般在工程機械、起重機械等功率大的設(shè)備中。像矯直機屬于小型加工設(shè)備。用開式回路更加適合，并且維護保養(yǎng)都很方便，操作簡單。3.3.2 確定液壓泵的類型由于固定夾頭夾緊液壓缸動作單一。故結(jié)構(gòu)相對簡單。動作要求不高。綜合考慮單泵。雙泵和多泵優(yōu)缺點。本次設(shè)計的固定夾頭液壓系統(tǒng)采用單泵系統(tǒng)。3.3.3 確定液壓回路(1)選擇調(diào)速方式液壓油缸的形式明確后，液壓運動的控制方向與速度的回路是重點要選擇的。在流量不大的情況當(dāng)中，液壓系統(tǒng)大部分選用的是通過常規(guī)閥與閥之間有效的配合實現(xiàn)各種工況要求的動作。而在流量較大的高壓場合中，為了滿足大流量的工作需求，液壓系統(tǒng)則需要利用插裝閥和先導(dǎo)控制閥的邏輯組合去實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)回路中，速度控制的原理是去改變進入執(zhí)行器的流量或在密閉的空間內(nèi)改變體積來實現(xiàn)。對應(yīng)的控制方法有節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速，或者有時也使用雙容積調(diào)節(jié)流調(diào)速的形式。容積調(diào)速的回路，是去改變動力源泵或者馬達的排量達到調(diào)速的要求。采用這種調(diào)速回路有很多優(yōu)點，其中最大特點就是無溢流和節(jié)流的壓力損失。還有效率相比節(jié)流調(diào)速要高。但是為了散熱和補充回路中的泄漏，不得不添加輔助泵。此種調(diào)速的回路，一般經(jīng)常用于功率比較大，速度比較高的情況，因此設(shè)計成本也較高。節(jié)流調(diào)速通常是在定量回路中。調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥口的大小，控制開口度，控制進入液壓缸的流量，通過這樣的方法調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式具有結(jié)構(gòu)簡易、成本較低的優(yōu)點。節(jié)流控制，分別有三種形式的進氣節(jié)流閥、機油回流閥和旁路節(jié)流閥。進氣節(jié)流閥的影響越來越小，而回流油節(jié)流閥通常用于負載的軸承，而旁通節(jié)流閥則用于高速。確定了速度調(diào)節(jié)方式，同時也就明確了回路形式。節(jié)流調(diào)速控制，一般應(yīng)用于開式回路中。泵吸油從油箱中，壓力油經(jīng)過執(zhí)行器又回到油箱。此回路相對簡單，不容易發(fā)熱，但有個缺點，就是需要一個體積較大的油箱。這樣的后果就是空氣容易進去，從而影響元件的使用壽命。(2) 制定壓力控制方案 12液壓缸在工作的過程中，要求其工作壓力在正常壓力的范圍內(nèi)。但有時候需要多級調(diào)節(jié)，這就要靠溢流閥來調(diào)低。而在容積調(diào)速系統(tǒng)中，通常是變量泵油溢流閥當(dāng)安全閥使用，起到保護系統(tǒng)安全的作用。一般在定量泵供油的系統(tǒng)中，溢流閥的作用是調(diào)節(jié)工作所需的壓力。(3) 保壓控制方案本液壓控制系統(tǒng)為了緊急停止，保壓夾緊。使液壓油缸在伸縮任意位置，可以自由的停止，通過雙向液控單向閥來固定活塞桿伸出的方向和位置。(4) 換向回路的選擇在現(xiàn)階段的加工設(shè)備中，為了提高工作效率，減小人工的使用率，提高電氣自動化的實現(xiàn)。多采用電控，即使用電磁換向閥實現(xiàn)換向的方式。(5) 同步夾緊的實現(xiàn)要使夾緊可靠。則鉗口需能實現(xiàn)同步夾緊，松開工件。為到達這一要求。此系統(tǒng)選用的是同步分流集流閥?？梢云骄峙溥M入兩缸的流量，實現(xiàn)同步。在本次設(shè)計中，采用液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，采用國際和國內(nèi)知名品牌的各類先進的液壓和電氣元件、配件及技術(shù)。全面的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，以滿足設(shè)計要求。并參照國際標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化設(shè)計的綜合產(chǎn)品。3.3.4 液壓系統(tǒng)圖的繪制經(jīng)過前面對系統(tǒng)的分析與選擇回路。綜合考慮分析，去除多余的無用元件，保證執(zhí)行件能準(zhǔn)確地運行，使系統(tǒng)盡量簡化，盡可能降低回路的壓力損失，發(fā)揮液壓系統(tǒng)的優(yōu)點，保證工作效率，擬定如下 3.1 液壓原理圖： 131-液壓計 2-空氣濾清器 3-油箱 4-電動機 5-油泵 6-單向閥 7-耐震壓力表 8-電磁換向閥9-回油濾油器 10-電磁溢流閥 11-液控單向閥 12-同步分流集流閥 13-雙單向節(jié)流閥圖 3.1 液壓系統(tǒng)原理圖 144 PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 固定夾頭電控系統(tǒng)概述在拉伸過程中，為了保證矯直效果矯直機全過程需要一套完整的控制系統(tǒng)。來控制液壓缸、斷裂伸長率、夾緊力等。傳統(tǒng)的繼電器控制。不僅控制了移動可靠性低的水平，而且還具有較高的故障率和短的使用壽命。所以在這臺矯直機控制系統(tǒng)中。采用先進的可編程控制器控制，實現(xiàn)了良好的控制效果。固定夾頭的 PLC 控制系統(tǒng)需要控制如下部分: 液壓泵的電機、電液換向閥的方向轉(zhuǎn)換、掛鉤的上升下降。并且需要檢測系統(tǒng)壓力。固定夾頭電氣控制系統(tǒng)需要滿足的控制要求如下：(1)固定夾頭移動時，掛鉤必須處于上升行程極限位置，且夾頭無法實現(xiàn)夾緊動作。(2)只有當(dāng)夾頭停止時，掛鉤液壓缸才能進行操作。(3)只有掛鉤液壓缸到達下降極限位置時，才能對夾緊液壓缸進行操作。4.2 電磁閥的動作順序矯直機固定夾頭液壓系統(tǒng)中電磁閥動作順序表如圖 4.1 所示表 4.1電磁閥動作順序表電磁閥工作狀態(tài)動作功能1YA 2YA 3YA 4YA 5YA掛鉤下降 + - - - -掛鉤上升 - + - - -（鉗口）夾頭夾緊 - - + - -（鉗口）夾頭放松 - - - + -保壓 - - - - -系統(tǒng)卸荷 + - - - +4.3 主電路控制圖主電路控制圖如圖 4-1 所示： 15圖 4-1主電路控制圖4.4 PLC 的選型根據(jù)此系統(tǒng)所需的 I/O 端口數(shù)。決定使用三菱的 基本單元。它2NFX64MR01?執(zhí)行基本指令需要 0.08 微秒。里面的數(shù)據(jù)存儲器是 8K 步。I/O 點為 64 個，32 個輸入點和 32 個輸出點。最大擴展點數(shù)為 256 個 I/O 點,其樣式如圖 4-2 所示。設(shè)計這個系統(tǒng)的時候擴展單元是不需要的。圖 4-2 PLC外形圖4.5 PLC 的 I/O 端子分配一共有 5 個電磁鐵在這個控制系統(tǒng)當(dāng)中。指示燈 6 個。所以總共需要 13 個輸出點。 161 個手/自切換開關(guān)。2 個手動按鈕。其 I/O 分配如表 4.2 所示。表 4.2 I/O分配表輸 入 輸 出代號 功能 輸入口 代號 功能 輸出口Q 手 /自切換 X0 1YA 掛鉤下降 Y1SB1 系統(tǒng)啟動 X1 2YA 掛鉤上升 Y2SB2 系統(tǒng)停止 X2 3YA （鉗口）夾頭夾 緊 Y3SB3 掛鉤下降 X3 4YA （鉗口）夾頭放 松 Y4SB4 掛鉤上升 X4 5YA 系統(tǒng)卸荷 Y5SB5 （鉗口）夾頭夾緊 X5 6YA 手動指示燈 Y6SB6 （鉗口）夾頭放松 X6 7YA 自動指示燈 Y78YA 夾緊燈 Y89YA 放松燈 Y910YA 卸荷燈 Y1011YA 過壓報警燈 Y114.6 PLC 外部接線圖PLC 的 I/O 口接線圖如圖 4-3 所示。Q 按鈕為自動手動切換按鈕。SB1 按鈕為系統(tǒng)啟動按鈕。 SB2 為停止按鈕。SB3、SB4、SB5 和 SB6 為手動按鈕。分為掛鉤上升、掛鉤下降按鈕、夾頭夾緊按鈕和夾頭放松按鈕。1YA、2YA、3YA、4YA 和 5YA 為控制執(zhí)行件工作的電磁鐵。它的動作由PLC 的輸出端連接控制。PLC 機身的所需供電電源為 220V 的正常家用交流電源。 17圖 4-3 外部接線圖 184.7 PLC 程序編寫圖 4-4 梯形圖 19圖 4-5 指令表 205 液壓缸的設(shè)計現(xiàn)代的液壓缸有非常多的種類。分別有活塞式、柱塞式和組合式三大類液壓缸，這是根據(jù)其結(jié)構(gòu)來區(qū)分的。此外，還有單雙兩種作用方式的缸，主要是根據(jù)運行的時候的作用方式區(qū)分的。例如液壓缸是雙作用方式的話，所選用的壓力油可順暢地流入液壓缸的兩個腔當(dāng)中。使所用缸體能夠進行兩個方向的運動。在這次液壓缸的設(shè)計之中，我是決定選用式單活塞式的雙作用液壓缸。液壓缸缸徑 80mm。桿徑 40mm。行程 300mm。5.1 確定液壓缸油口尺寸油口的尺寸，可以根據(jù)液體經(jīng)過其的速度及活塞桿在缸筒內(nèi)運行的最大速度確定。有兩個地方可以作為油口的位置，缸筒或者缸蓋上。參考相關(guān)文獻按如下公式計算油口尺寸： 0max013.???Dd式中 D—液壓缸內(nèi)經(jīng)，m；—液壓缸的最大輸出流速。這里取 6m/min；ax?—油口的流動速度，m/min，一般不大于 5m/s。0位于缸底處的油口： md014.568.0130???5.2 計算缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù)5.2.1 缸筒壁厚及外徑的計算據(jù)機械手冊可知。承受內(nèi)壓力的圓筒。其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律。因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為。薄壁圓筒和厚壁圓筒。當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑之比小于 0.1 時。稱為薄壁缸體。當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑 D 之比大于 0.1 時。稱為厚壁缸體?？傻闷渌阈g(shù)公式分別如下：薄壁缸體的公式： ][2??P?厚壁缸體的公式： 21)13.][40(2???PD??—為液壓缸缸筒內(nèi)部在系統(tǒng)工作時，產(chǎn)生的最大壓力，及為液壓缸的工作壓力。P前面計算，液壓缸工作時最大力為 10MPa；—活塞的直徑，即為缸筒的內(nèi)徑，前面計算為 80mm；D—缸筒材料的許用拉應(yīng)力。據(jù)設(shè)計手冊知其計算公式為： nb??][。][?—缸筒材料的抗拉強度極限。單位：Pa。b—液壓缸工作的安全系數(shù)，根據(jù)相關(guān)文獻取 5?n。n根據(jù)文獻[5]可知，液壓缸缸筒內(nèi)的壓力小于 16MPa 時，缸筒的材料通常選用無縫鋼管，因為本液壓系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，選用普通 20 號的無縫鋼管。查資料 20 號無縫鋼管的抗拉強度極限 。在下列公式中，取 Mpab610??。因此根據(jù)下面公Mpab610??式可求得缸筒材料的許用應(yīng)力： panb25610][??缸筒材料的許用應(yīng)力求出后，可按上式求得壁厚：按薄壁缸體，其壁厚 為：?m3.1280][????PD1.04.803.??m按厚壁缸體，其壁厚 為：?3)10.124(80)3.1][(2 ?????????PD?.04.803??m顯然選用厚壁缸體不合適，因此根據(jù)上述計算，缸筒選用薄壁缸筒。即可由以上式子得出考慮工作缸的壁厚時需按薄壁缸體來計算，所以壁厚 的取?值范圍是：。其缸筒外徑 Dd 為：。）（ 10~3.?? 22mmDd 10)~87()01~3.(2802?????綜合考慮，根據(jù)文獻[6]表 2-9-8，退缸筒的外徑取整數(shù)，選用常用的標(biāo)準(zhǔn)值為100mm。因此可得出缸筒壁厚為 10mm。5.2.2 缸底厚度 h 的計算由于液壓缸的缸底為平缸底，油口位于缸筒上，因此可按下列公式計算： ][43.0?ypDh??式中 —缸底厚度hm—試驗壓力ypMPa—液壓缸內(nèi)徑D—缸底材料的許用應(yīng)力，取安全系數(shù) n=5，則][? MPab1405][??因為缸的額定壓力 ，所以取PaPn160??ny.2.mh6104.28.043.?m01.?考慮到與缸筒焊接連接，厚度會適當(dāng)加大。5.2.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu)活塞在缸筒內(nèi)部運動，為了隔絕有桿腔和無桿腔，使其不能互相通用，所以需要密封。這個液壓缸屬于低壓液壓缸，工況使用不是非常差，而且外部環(huán)境是室溫，根據(jù)相關(guān)文獻，采用常用的 Yx 型孔用密封圈就可以了。密封圈的型號，可根據(jù)活塞的外徑選擇，溝槽公差可按產(chǎn)品樣本給出的最佳公差組合，也可按 h9 或 H9.5.2.4 活塞桿的強度校核活塞桿受到的作用只有軸向力能給予，所以強度校核就用拉壓力，此時根據(jù)液壓缸的使用工況，對活塞的受力分析可以知道，主要是受到軸向的力。因此根據(jù)下列公式對活塞桿拉壓強度校核： ?????????MPaAF1.4628 23??MPa1405.23??故，符合需求。5.2.5 液壓缸的繪制1-耳環(huán) 2-活塞桿 3-壓蓋 4-導(dǎo)套 5-油嘴 6-缸筒 7-活塞 8-鎖母 9-缸底耳環(huán)圖 5-1 液壓缸裝配圖5.2.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵活塞桿靠缸蓋及所壓合的導(dǎo)套支撐導(dǎo)向。在導(dǎo)套上安裝密封圈，保證液壓缸的密封性。外側(cè)設(shè)有防塵圈，防止活塞桿從雜質(zhì)、灰塵和水的背面帶進密封裝置，密封裝置損壞。 246 結(jié)論5.0MN 張力矯直機固定夾頭的畢業(yè)設(shè)計，設(shè)計了一套液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。在現(xiàn)有設(shè)備上增加了自動控制部分，降低了人的勞動強度，適應(yīng)了現(xiàn)代生產(chǎn)的要求，提高了生產(chǎn)效率。它采用液壓控制系統(tǒng)可輸出推力或力矩，以方便實現(xiàn)大推力和大扭矩輸出，從而控制固定夾持工件，帶動可移動夾緊。利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的運動部件的運動是均勻穩(wěn)定的，且可編程控制器控制系統(tǒng)的可靠性好，操作方便等特點，最后設(shè)計了張力矯直機。本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是張力矯直機鉗液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計部分。但在設(shè)計中，要了解固定式握柄機的工作原理和結(jié)構(gòu)。因此，固定的抓地力的機制進行了討論。 25參考文獻[1] 張侃倉．2800 中厚板矯直機［D］．武漢：華中科技大學(xué)，2006:2-6.[2] 魏軍．有色金屬擠壓車間機械設(shè)備［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988：8-9.[3] 黃長征，譚建平．3.6MN 張力矯直機固定夾頭液壓系統(tǒng)研究 [J]．中國有色冶金，2006，20(5):307-308.[4] 王忠書．8MN 張力矯直機拉伸鉗口打滑的原因分[J]．蘭州鋁業(yè)西北鋁加工分公司，2006，18(5):13-14. 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