鋁型材擠壓機電氣系統(tǒng)的設(shè)計,鋁型材擠壓機電氣系統(tǒng)的設(shè)計,鋁型材,擠壓,機電,電機,系統(tǒng),設(shè)計 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 鋁型材擠壓機電氣系統(tǒng)的設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012年5月25日 目 錄 摘要 1 文獻綜述 1 1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 1 1.2 PLC的特點 2 第一章 機械部分設(shè)計簡介 6 第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計簡介 7 2.1 液壓缸機構(gòu)形式確定 7 2.2 液壓缸尺寸的計算 7 2.3 液壓系統(tǒng)圖 8 第三章 電氣系統(tǒng)的設(shè)計 10 3.1電氣控制方法 10 3.2擠壓機的電控系統(tǒng)設(shè)計 10 3.2.1設(shè)計方法 10 3.2.2系統(tǒng)工作循環(huán)順序 10 3.2.3分析各缸擠壓過程 10 3.2.4設(shè)置行程開關(guān)和壓力繼電器 11 3.2.5 設(shè)計重點環(huán)節(jié) 12 3.3 動作分析 15 3.3.1主缸動作分析 15 3.3.3機械手動作分析 17 3.3.4剪切缸動作分析 17 3.3.5設(shè)計要點 18 3.4 PLC語句指令表 19 結(jié)束語 21 參考文獻 22 附錄 23 8 鋁型材擠壓機電氣系統(tǒng)的設(shè)計及研究 摘要: 本文講述鋁合金擠壓機電氣控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計過程。 本文首先介紹了擠壓技術(shù)的相關(guān)知識，分析了擠壓機的組成部分以及工作步驟，并對擠壓機的機械和液壓設(shè)計部分做了簡單的介紹。對電氣控制分為電動機的啟動控制和循環(huán)動作的控制。電動機的啟動控制采用繼電器接觸式控制，循環(huán)動作采用可編程控制器PLC控制， 本文重點對電氣控制系統(tǒng)進行設(shè)計，同時還從整體上對機械和液壓部分進行分析，從而達到了對機、電、液等多方面知識的綜合訓(xùn)練。 關(guān)鍵字: 鋁型材、擠壓機、液壓系統(tǒng)、繼電器、PLC The design of the aluminium extruded section extruder Abstract: This text related the principle and the process of the aluminum alloy extruder system.The text firstly introduced both the related knowledge technical of the extruding and the related requirements of the hydraulic system, aiming at applying the request of the design, the author used the new energy pump, and designed the whole slide valve loop. Then, the author made some improvement to the valves of the chief loop; completed simple conversion of valve from the traditional to the inserted pattern, let the switch of the oil loop and the movement of the parts respectively controlled, simplified the system. This text also designed the electrical control system in order to gain the comprehensive training containing machinery, electricity, hydraulics. Key Word: Extruder、Cartridge Valve、Hydraulic System、Relay、PLC 文獻綜述 當(dāng)今社會，由于經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)的步伐顯著加快，鋁及鋁合金的應(yīng)用日趨重要，高強度、低重量的鋁型材結(jié)構(gòu)鋼架日益成為建筑領(lǐng)域的主導(dǎo)，壓力加工逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的鑄造、熔煉方法已經(jīng)不能滿足對產(chǎn)品質(zhì)量和大批量生產(chǎn)的要求，因此，將目標(biāo)集中在壓力加工領(lǐng)域成為必然，擠壓機的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)運而生。在陳格平老師的指導(dǎo)下，我們設(shè)計了鋁型材擠壓機。 通過對《液壓機的結(jié)構(gòu)與控制》、《冶金機械液壓傳動系統(tǒng)100例》和《可編程控制器（PC）基礎(chǔ)及應(yīng)用》等相關(guān)資料的閱讀與分析，我了解到液壓擠壓機的基本結(jié)構(gòu)及組成，對其中有關(guān)電氣控制系統(tǒng)部分現(xiàn)分述如下。 在本設(shè)計中，采用繼電器接觸式來控制電機啟動，用可編程控制器來控制循環(huán)動作。 常用控制方法有兩種，繼電器接觸式控制系統(tǒng)和可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)。繼電器接觸式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉但是有明顯的不足之處，繼電器接觸式控制系統(tǒng)靈活性差，修改程序不方便。可編程控制器不僅結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，而且具有極高的靈活性，修改程序方便等優(yōu)點。 1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。 ? ? 1968年美國通用汽車公司（G.M）為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。 ? ? 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。 ? ? 早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ）。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 ? ? 20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。 ? ? 自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國的AEG公司、西門子（Siemens）公司，法國的TE（Telemecanique）公司等。 ? ? 我國的PLC研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面更為突出。在20世紀(jì)70年代末和80年代初，我國隨國外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進了不少國外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計中，PLC的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟效益，PLC 在我國的應(yīng)用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等。 從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在世界范圍內(nèi)PLC產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成為工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的通用工業(yè)控制裝置。 1.2 PLC的特點 （1）使用簡單 采用自然語言——梯形圖語言編程方式，編程容易，更改方便。 PLC的最大特點之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。梯形圖符號的和定義與常規(guī)繼電器展開圖完全一致，電氣操作人員使用起來得心應(yīng)手，不存在計算機技術(shù)和傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)之間的專業(yè)“鴻溝”。在了解PLC簡要工作原理和它的變成技術(shù)之后，就可結(jié)合實際需要進行應(yīng)用設(shè)計，進而將PLC用于實際控制系統(tǒng)中。 此外，PLC輸入輸出接口可以與各種開關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、電磁閥連接，接線簡單。 （2）可靠性高、抗干擾能力強 ①硬件方面： 采用微電子技術(shù)開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路及大規(guī)模集成電路完成，CPU與輸入輸出之間，采用光電隔離措施，隔離了它們之間電的聯(lián)系。 ②軟件方面： 有自身的監(jiān)控程序，對強干擾信號、欠電壓等外界環(huán)境定期檢查，有故障時，存現(xiàn)狀態(tài)到存儲器，并對其封閉以保護信息；監(jiān)視定時器WTD，檢查程序循環(huán)狀態(tài)，超出循環(huán)時間時報警；對程序進行校驗，程序有錯誤進輸出報警信息并停止執(zhí)行。 （3）靈活、通用 控制功能改變，只要改變軟件及少量的線路即可實現(xiàn)。 （4）功能強、體積小 縱向——PLC不僅可能完成各種條件控制，還能完成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換并進行數(shù)字運算，可以完成對模擬量的控制；橫向——可以控制一臺至幾臺設(shè)備，還可實現(xiàn)遠距離控制；重量輕，體積小，便于安裝。 （5）設(shè)計施工周期短 使用PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成以后，現(xiàn)場施工和PLC程序可以同時進行，周期短，而且程序的調(diào)試和修改都很方便。 綜上所述，可編程序控制器在性能上均優(yōu)于繼電器邏輯控制，與微型計算機 、單片機相比，它也是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具。 3.擠壓原理簡介 所謂擠壓，就是通過對放在容器（擠壓筒）中的錠坯一端施壓力，使之通過?？壮尚偷囊环N壓力加工方法。在生產(chǎn)斷面較復(fù)雜的管材、型材方面，擠壓法是唯一可以的壓力加工方法。因此，鋁型材加工采用擠壓法實現(xiàn)。 擠壓法的實現(xiàn)方式又可分為兩種：正擠壓和反擠壓。正擠壓時，金屬的流動方式與擠壓桿的運動方向相同，其主要特征是錠坯與擠壓筒內(nèi)壁間存在著較大的外摩擦。反擠壓時，金屬的流動方向與擠壓的運動方向相反，其特點是金屬與擠壓筒內(nèi)壁間無相對滑動，繼而也就不存在外摩擦。正擠壓和反擠壓的不同特點對擠壓過程、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有著極大影響。 本設(shè)計采用正向法，原因如下： （1） 鋁合金流動性較大，摩擦力對型材質(zhì)量影響較小。 （2） 反向擠壓是將模子設(shè)置在擠壓桿內(nèi)部，這樣對擠壓桿擠壓強度要求較高，且模座更換異常復(fù)雜，生產(chǎn)效率不高。 （3） 反向擠壓法對型材長度有一定限制，應(yīng)用場合將大大減小。 正向擠壓法產(chǎn)生棒材、線材、型材的示意圖如圖1所示，通常是將鑄錠加熱至規(guī)定的溫度后放入擠壓筒中，比擠壓筒內(nèi)徑稍小的擠壓桿迫使金屬通過模孔流出而變成與?？仔螤睢⒊叽缦嗤闹破?。為了減少擠壓桿磨損，將擠壓桿直徑做得比擠壓筒內(nèi)徑稍小，并在其端頭加一個直徑幾乎與擠壓閥中的部分金屬稱為壓余。 圖1 正向擠壓法擠壓成型示意圖 1—棒材 2—模座 3—模子 4—錠坯 5—墊片 6—擠壓筒內(nèi)襯 7—料膽 8—擠壓缸 擠壓機構(gòu)由擠壓機和擠壓工具組成。擠壓機分臥式和立式兩類。擠壓桿運動方向與地面平行的稱其為臥式機，能力一般為1000～5000噸；擠壓桿運動方向與地面垂直的為立式機，能力一般為300～1000噸?？紤]到立式機對型材長度要求有限制，故本設(shè)計采用臥式擠壓機。 擠壓工具一般包括模子、穿孔針（管材用），擠壓墊和擠壓筒（或稱料膽筒）以及一些其他配件。 模座：模座是擠壓產(chǎn)生中重要的工具，它的結(jié)構(gòu)形式，各部件尺寸，以及所用材料和加工處理擠壓力、金屬流動均勻性、制品尺寸的精度、表面質(zhì)量及其使用壽命都有極大影響。最基本的使用最廣泛的是平模和錐模。 穿針孔：穿孔針或芯棒是用來確定空心制品內(nèi)部尺寸和形狀的工具。當(dāng)用實心錠擠壓時，用來穿針工具稱為穿孔針，而在用空心錠擠壓時，稱為芯棒。 擠壓墊：它用來將錠坯與擠壓桿隔離，一方面防止驟熱損壞擠壓桿表面質(zhì)量；一方面代替擠壓桿與擠壓筒內(nèi)壁摩擦。二者都有利于提高擠壓質(zhì)量。 擠壓桿：它用來向錠坯施加壓力。由于在擠壓過程中長時間承擔(dān)大噸位壓力，故對其質(zhì)量要求也相當(dāng)嚴(yán)格。否則，擠壓不均勻或者使管材偏心都是常見的廢品形成原因。此外，工作時擠壓桿還可能產(chǎn)生壓潰、龜裂和碎裂等，都會影響產(chǎn)品質(zhì)量。 擠壓筒：它由兩層或者三層以上的村套以過盈熱配合組裝在一起，是擠壓過程中的關(guān)鍵部件。擠壓筒內(nèi)表面裝態(tài)和潤滑情況決定了鑄錠與筒壁相接觸表面上摩擦力的大小。當(dāng)表面光滑且潤滑良好時，摩擦力小，擠壓均勻。所以將擠壓筒設(shè)置多層銅套降低摩擦，且摩損后易更換。加工過程中擠壓筒應(yīng)緊靠模座，并保持一定鎖緊力，以避免出現(xiàn)飛邊、流涏。 以上部件見圖2： 圖2 模子、穿孔針、擠壓墊和擠壓筒 液壓控制部分包括供錠機構(gòu)、合模機構(gòu)、擠壓機構(gòu)、剪切機構(gòu)和換模機構(gòu)。整個壓力過程簡述如下： 泵啟動→料膽缸前進，料膽筒緊壓模座→供錠缸上升送錠至擠壓中心→擠壓缸快進推錠入?！╁V缸復(fù)原→擠壓缸工進擠壓成形→料膽缸退使壓余、墊片脫離料膽筒→擠壓缸快退復(fù)原→料膽缸復(fù)原→剪切缸下行剪斷型材→剪切缸復(fù)原→模座缸下行換模→模座缸復(fù)原并鎖定。至此一個循環(huán)結(jié)束。 第一章 機械部分設(shè)計簡介 擠壓機工作順序如下圖： 圖1.1 擠壓機工作順序圖 擠壓機處于初始位置[見圖1.1（a）]接受加熱的錠坯1；擠壓筒2向前梁方向移動，使錠坯裝入擠壓筒[見圖1.1（b）]；擠壓墊片用專用設(shè)備送至擠壓軸中心線[見圖1.1（c）]，此時，錠坯處于擠壓筒內(nèi)模座與擠壓墊片之間；接著，擠壓過程開始[見圖1.1（d）]，向主缸送入高壓液體，主柱塞通過擠壓軸對錠坯加壓，錠坯從模孔中擠出；擠壓過程完成之后，擠壓軸少許后撤，所鍵5向上提起[見圖1.1（e）]；擠壓軸再次前進，推出制品和壓余[見圖1.1（f）],壓型嘴4前移，將制品和壓余拉出；擠壓筒后撤，用墊片夾鉗將墊片取出[見圖1.1（g）];移動平臺移至分離剪處，將制品與壓余分離[見圖1.1（h）]；移動平臺重新返回，鎖鍵下落，新墊片重新送到擠壓軸前上方，擠壓機恢復(fù)初始狀態(tài)[見圖1.1（i）] 。 第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計簡介 2.1 液壓缸機構(gòu)形式確定 由擠壓工藝要求，擠壓系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由模座、料膽、機械手、剪刀、擠壓等五部分組成，其中各部件運動的實現(xiàn)應(yīng)當(dāng)由液壓缸完成。下面分別設(shè)計。 模座缸 用來更換擠壓缸模以達到加工不同鋁錠材的目的。工作時，應(yīng)當(dāng)保證穩(wěn)定不動，所以應(yīng)當(dāng)有鎖緊裝置，可用普通活塞缸實現(xiàn)。 料膽缸 用于限制錠坯橫向運動。由于在擠壓過程中，它要以左邊模座接受錠坯，且模座缸在其右的中央位置，故料膽缸不宜采用單臂工作。將其設(shè)計為水平雙缸操作是合理的。 機械手（供錠手） 用來將熱錠坯運送到擠壓中心線上。它的工作循環(huán)僅僅是上升下降，故機構(gòu)也應(yīng)為普通活塞缸。。 剪切缸 它將擠壓結(jié)束后棒料剩余部分剪下，剪切完畢后自動退回，其運動方向應(yīng)是豎直平面內(nèi)的上下往復(fù)，故機構(gòu)形式與模座缸一樣，只不過在柱塞狀頭部加一合金刀具而已。 主缸 主缸是整個擠壓過程的關(guān)鍵，其要求有很多特點： （1）承受大的擠壓力，要求有較大油壓面積。 （2）主缸在推動棒料進入料膽時，應(yīng)當(dāng)是快速前進。 （3）全壓擠壓時，速度緩慢，應(yīng)當(dāng)可調(diào)。 （4）主缸退回也應(yīng)當(dāng)快速進行。 2.2 液壓缸尺寸的計算 經(jīng)過計算，得出的液壓缸尺寸數(shù)據(jù)如下表： 料膽缸 剪切缸 機械手 模座缸 擠壓缸 主缸 側(cè)缸 數(shù)量 2 1 1 1 1 1 直徑/mm 45 140 50 50 560 180 負載/mm 80 350 15 15 7859KN 速度/mm·s 240 110 100 280 工進 快退 5.4～13.5 130 壓力/MPa 10.07 25.2 13.26 14 7.51 — 流量/L·min 117.8 101.54 .54 33 96.29～ 22.8 205.58 供油泵 泵1、2 泵1、2 泵1 泵1 泵1、2 此欄為泵源設(shè)計結(jié)果 表2.1 液壓缸的尺寸數(shù)據(jù) 2.3 液壓系統(tǒng)圖 自裝擠壓機的液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.1d所示。系統(tǒng)的執(zhí)行器有驅(qū)動擠壓桿29的主液壓缸24、供錠液壓缸25、擠壓筒移動液壓缸26、剪刀液壓缸27和模架移動液壓缸28等5種液壓缸，除了主缸24為多工作腔的復(fù)合缸外，其余輔助作用的缸均為單活塞桿液壓缸。缸24~28的運動方向分別由三位四通電液換向閥12~16控制，其中，閥12、14、20為O型中位機能，可用于常態(tài)時保壓和鎖定液壓缸而不至于因外力而移位。 系統(tǒng)的油源為定量柱塞泵1、定量葉片泵2和變量柱塞泵3、4，泵的壓力和卸荷分別由電磁溢流閥5、6、7、8控制，各泵出口均設(shè)有單向閥，用以防止壓力油倒灌。系統(tǒng)中右邊（缸25~28）的油路與左邊（主缸1）的油路可以通過起合流作用的二位二通換向閥9實現(xiàn)連通和隔開，以便于實現(xiàn)液壓缸的快慢速控制。主缸1快速動作時，泵1的壓力油通過二位二通電磁換向閥11控制主缸充液活塞F的升降，啟閉充液油口D，實現(xiàn)副油箱34向主缸B腔的充液工作，泵2、3和4一并向缸1大量供油（閥9切換至下位），調(diào)速閥2用于調(diào)節(jié)主缸1慢速擠壓時的速度；單向節(jié)流閥20和21用于調(diào)節(jié)供錠缸25的升降速度。減壓閥10用于調(diào)定主缸之外的其他液壓的工作壓力。 擠壓過程的動作原理如下： （1）主缸快速前進（右行） 電磁鐵1YA、2YA、3YA、4YA、5YA、6YA、7YA、17ＹＡ通電，泵４的壓力油經(jīng)閥９的下位與泵２和泵３的壓力油在換向閥９之前匯合后，通過換向閥１２的左位進入主缸１的小腔Ａ（作用面積為小柱塞的橫截面積），驅(qū)動擠壓桿２９快速前進（右行），同時泵１的壓力油經(jīng)出口單向閥、換向閥１１餓右位進入主１的Ｅ腔，使活塞Ｆ上移，打開充液口Ｄ，副油箱向主缸的Ｂ腔充液。 　（2）擠壓　　當(dāng)擠壓桿２９將鋁錠料送進擠壓筒３１時，系統(tǒng)壓力升高，當(dāng)壓力升高到順序閥６的調(diào)定值打開時，泵２和泵３的壓力油經(jīng)閥６進入主缸Ｂ腔，同時壓力繼電器７發(fā)信號，使電磁鐵６ＹＡ斷電使閥１１復(fù)至作位，充液活塞Ｆ受彈簧Ｇ的作用下移，關(guān)閉充液口Ｄ，同時電磁閥１ＹＡ斷電使泵１經(jīng)閥５卸荷，電磁閥４ＹＡ斷電隔離開左右回路。此時僅泵２和３向主缸供油，輸入主缸的高壓油作用面積變?yōu)椋虑幻娣e和Ａ腔面積之和，主缸以較大的他推力推動擠壓桿慢慢向前擠出制品，擠壓速度由旁路調(diào)速閥２２的開度調(diào)定。 　（3）主缸卸荷釋壓　　擠壓結(jié)束后，電磁鐵７ＹＡ斷電，換向閥１２復(fù)至中位，該閥的４個油口互不系統(tǒng)系統(tǒng)相通，主缸中殘余的高壓油不能使主缸立即停住，此時，使電磁鐵１７ＹＡ斷電，主缸中的殘余高壓油經(jīng)電磁溢流閥１９卸荷釋壓（通油箱）。但主缸也要保持一定的壓力，以便使擠壓筒順利后退，所以卸荷時間不宜過長，通過時間繼電器一般將卸荷時間設(shè)定為２ｓ。壓力繼電器５用于擠壓過程中的安全保護，亦即擠壓過程中一旦主缸壓力超過５的設(shè)定值就發(fā)信號，自動停止擠壓。 （4）主缸快速退回（左行）　　當(dāng)擠壓筒后退至中位后，電磁鐵８ＹＡ通電，泵２和泵３的壓力油經(jīng)換向閥１２的右位進入主缸１的Ｃ腔，主缸快速退回。而主缸Ｂ腔的油液經(jīng)單向順序閥１７中的單向閥與Ａ腔的油液一并經(jīng)換向閥１２的右位排回油箱。 如果要求主缸１有更高的快退速度，還可以使合流閥９切換至下位，讓泵４與泵２、泵３－起向主缸供油。 原理圖如圖2.1： 圖2.1 液壓系統(tǒng)原理圖 第三章 電氣系統(tǒng)的設(shè)計 3.1電氣控制方法 常用控制方法有兩種，繼電器接觸式控制系統(tǒng)和可編程控制器控制系統(tǒng)。繼電器接觸式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉但是有明顯的不足之處，繼電器接觸式控制系統(tǒng)靈活性差，修改程序方便等優(yōu)點。故在本設(shè)計中采用繼電器接觸式來控制電機啟動，用可編程序控制器來控制循環(huán)動作。 3.2擠壓機的電控系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1設(shè)計方法 設(shè)計方法主要有兩種： 1.經(jīng)驗法， 此種設(shè)計方法的特點是根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，一般要經(jīng)過反復(fù)修改，逐步完善，其優(yōu)點是簡便，不 需要專門進行學(xué)習(xí)就可以應(yīng)用，但影響速度，有不易獲得最佳方案。由于此法需要一定經(jīng)驗，設(shè)計中往往因考慮不周而影響電路的可靠性，一般需要反復(fù)驗證。 2.邏輯法 此法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具設(shè)計電器控制路線，也就是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，將控制電路中的接觸器，繼電器線圈的通電和斷電，觸電的逼和與斷開，以及主要元件的接通與斷開，看成邏輯函數(shù)和邏輯變量。它們之間的邏輯關(guān)系表示為邏輯函數(shù)關(guān)系式，再運用邏輯函數(shù)基本表達式相應(yīng)的電氣原理圖。 此法比較嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計路線合理可靠，能充分發(fā)揮元件作用，可極大提高設(shè)計效率，但是要求設(shè)計者掌握較高的專業(yè)知識才能充分發(fā)揮它的作用。 在此我采用經(jīng)驗法。 3.2.2系統(tǒng)工作循環(huán)順序 根據(jù)系統(tǒng)工作循環(huán)，確定其動作順序： 泵啟動——>料膽前進——>料膽保壓——>機械手上——>主缸快進——>機械手下——>料膽退I——>主缸快退——>料膽退II——>剪切缸下——>剪切缸上。此部分能實現(xiàn)自動循環(huán)。 3.2.3分析各缸擠壓過程 由液壓系統(tǒng)可以分析出各缸工作時電磁閥的狀態(tài)表3.1所示： 表3.1 各缸工作時電磁閥的狀態(tài)表 液壓缸動作 工作電磁閥 料膽缸進 3YA,13YA 料膽缸退 4YA,13YA 擠壓缸快進 3YA,7YA,12YA,14YA 擠壓缸工進 3YA,7YA,14YA 擠壓缸退 4YA,8YA,11YA 擠壓缸下 4YA,6YA 擠壓缸上 3YA,6YA 機械手上 9YA 機械手下 10YA 3.2.4設(shè)置行程開關(guān)和壓力繼電器 根據(jù)動作順序，設(shè)置行程開關(guān)和壓力繼電器如下 （1） 將自動循環(huán)開關(guān)按鈕SB31按下，循環(huán)開始，料膽進，進程，末壓下行程開關(guān)1XK （2）1XK發(fā)訊是機械手上，末端壓下行程開關(guān)2XK （3）2XK發(fā)訊，主缸快進，推錠到位后側(cè)缸壓力上升到一定值，壓力繼電器 （TE）發(fā)訊 （4）按TE發(fā)訊，主缸快進，行程終了壓下4XK （5）4XK發(fā)訊，主缸工進，擠壓終了壓下3XK、9XK （6）3XK發(fā)訊，料膽缸稍退，放開1XK后MT得電 （7）MT發(fā)訊，主缸快退，至末端壓下5XK （8）5XK發(fā)訊，料膽缸退回原位，壓下6XK （9）6XK發(fā)訊，主導(dǎo)剪切缸下行，到位后壓下7XK （10）7XK發(fā)訊，剪切缸復(fù)原，壓下8XK，重復(fù)循環(huán) 因為模座缸靠點動方式控制，故沒必要重復(fù)設(shè)置行程開關(guān).如圖3.1。 圖3.1 行程開關(guān)位置分布圖 3.2.5 設(shè)計重點環(huán)節(jié) （1）電動機的啟動控制。如圖3.2和圖3.3 圖3.2 電機接線圖 圖3.3 電機啟動電路圖 圖3.3表明了其啟動電路，按下SB22按鈕，KM21線圈得電，其主觸頭KM21直接控制電機得電實現(xiàn)啟動。 泵P1、P2的共同驅(qū)動電機Ｄ1因其功率超過100KW,此處選擇“Y-⊿”法啟動，見圖2.16和2.17。SB12按下，KM11線圈得電，同時KT1時間繼電器得電。在KT1作用下其延時閉合觸頭仍斷開，KM12線圈不得電，而此時延時斷開觸頭使得KM12線圈保持得電，其主觸頭的閉合使得電機聯(lián)接方式為“Y”行。延時特定時間后，KM12線圈因KT1斷開而失電，同時KT1閉合使KM12線圈得電。主要電機在一定速度下轉(zhuǎn)換為“⊿”形聯(lián)接，避免了全壓啟動時電流過大。 （2）循環(huán)動作的PLC控制 a、PLC型號的選擇 從功能來看，在設(shè)計中需要對開關(guān)量進行控制，故對PLC的選擇沒有特求（即不需要PLC具有特殊功能模塊）。 從I/0點數(shù)來考慮，系統(tǒng)要求輸入點數(shù)為13，輸出點數(shù)為14。綜合考慮，采用三菱小型可編程控制器FX系列，它是整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)具有一個16位的微處理器和一個專用的邏輯處理器，執(zhí)行速度為1.6—3.6 μs/步。根據(jù)I/0點數(shù)和輸出信號確定PLC型號為FX2N——32MR——001，該型號具有16個輸入點數(shù)和16個輸出點數(shù)。 b、輸入信號地址編輯 表3.2 行程開關(guān)編號表 名稱 功能 編號 1XK 料膽缸行程開關(guān) X0 2 XK 機械手上行程開關(guān) X1 3 XK 主缸工進到位行程開關(guān) X2 4 XK 機械手下行程開關(guān) X3 5 XK 主缸快退行程開關(guān) X4 6 XK 料膽缸復(fù)位行程開關(guān) X5 7 XK 剪切缸到位行程開關(guān) X6 8 XK 剪切缸復(fù)位行程開關(guān) X7 9 XK 料膽缸小退行程開關(guān) X10 SB31 工作循環(huán)控制開關(guān) X11 SB41 模座缸上運行開關(guān) X12 SB51 模座缸下運行開關(guān) X13 TE 壓力繼電器 X14 C、由各工作缸的動作對梯形圖進行整理分析 首先按順序?qū)Ω鱾€動作所要使用的電磁閥進行整理 表3.3 電磁閥狀態(tài)表 動作序號 必須用到的電磁閥 必須關(guān)閉的電磁閥 1料膽進 13YA,3YA 4YA 2機械手上 9YA,5YA 10YA 3主缸快進 3YA,7YA 12YA 4機械手下 5YA,10YA 9YA 5主缸工進 3YA,7YA,11YA 6料膽缸工進 4YA,13YA 3YA 7主缸退 4YA,8YA,11YA,7YA 8剪切缸下 4YA,6YA 3YA 9剪切缸下 3YA,6YA 4YA 3.3 動作分析 3.3.1主缸動作分析 最初循環(huán)開關(guān)按下后，Y2(3DT)自鎖，一直到第5步后Y2才發(fā)生作用，所以在Y2自鎖電路中間加個3XK常閉開關(guān)，是第6步后Y2斷開，在第6步前Y2一直保持暢通。在Y6（7DT）的支路上，由2XK發(fā)訊引起Y6導(dǎo)通，又在主缸工進后時Y6也需要導(dǎo)通，而此時機械手已經(jīng)下位了，X1(2XK)斷開，于是在Y6處設(shè)置一自鎖裝置，到第7步，通過料膽缸小退行程開關(guān)X10(9XK)發(fā)訊，主缸快退，Y6支路上加一常閉開關(guān)X4，有考慮到第6步的時間繼電路，得出梯形圖如圖3.4： 圖3.4 主缸動作梯形圖 分析其工作工程：最初循環(huán)開始，SB31按下后，Y2自鎖，保持導(dǎo)通，此時機械手上端壓下行程開關(guān)，X1得電，Y6導(dǎo)通，于是主缸快退。當(dāng)機械手復(fù)位時4 XK壓下，Y13導(dǎo)通；Y6由于M2自鎖導(dǎo)通，主缸工進。單方主缸到位時，X2（3XK）壓下，Y2、Y6斷開，主缸停止運動。當(dāng)X2(3XK)壓下時，Y3、 Y7、Y12導(dǎo)通，料膽缸開始小退，到位后松開行程開關(guān)X10(9XK)，此時機械手壓下X3，使得Y6導(dǎo)通，主缸后退。當(dāng)主缸退到原位時，5XK(X4)被壓下，Y612、Y6均斷開，主缸停止動作。 3.3.2料膽缸動作分析。梯形圖如圖3.5 圖3.5 料膽缸動作梯形圖 X11壓下后Y12自鎖，剪切缸處于原位，8XK(X7)被壓下，Y14導(dǎo)通，料膽進。到位后， 壓下X0,Y14斷開，料膽缸停止。當(dāng)主缸擠壓完畢后3XK(X2)被壓下，由主缸部分可知，Y3導(dǎo)通，M3導(dǎo)通,X8導(dǎo)通，Y14導(dǎo)通，料膽缸開始后退，經(jīng)過一段時間后，行程開關(guān)X10(9XK)斷開，Y14斷開，料膽缸停止后退。此時主缸開始后退，退到原位后，5XK(X4)壓下，Y14導(dǎo)通，料膽缸繼續(xù)后退，直到壓下6XK(X5)停止。料膽到位后需要保壓，于是以1XK(X0)做觸發(fā)條件，Y15導(dǎo)通，保壓。直到3XK(X2)被壓下Y15斷開，保壓結(jié)束。 3.3.3機械手動作分析 梯形圖如圖3.6： 圖3.6 機械手動作梯形圖 當(dāng)1XK(X0)壓下時，Y4得電，Y10得電，機械手向上運動。當(dāng)運動到位時就要停止，于是在Y10支路上設(shè)置一個常閉開X1即2XK（機械手行程開關(guān)），使機械手到位后停止。當(dāng)壓力達到一定值時，壓力繼電器TE(X14)接通，Y11被導(dǎo)通，與原來就接通的Y4同時工作，使機械手向下運動。在向下運動的過程中，X1被放開，為了防止Y10支路上設(shè)計了一個壓力繼電器X14的常閉觸點，使Y10在機械手下降過程中保持?jǐn)嚅_。機械手下行到原位后應(yīng)當(dāng)停止，于是Y11支路上設(shè)計了 一個機械手下行程開關(guān)4XK（X3）控制的常閉開關(guān)。 3.3.4剪切缸動作分析。 梯形圖如圖3.7： 圖3.7 剪切缸動作梯形圖 料膽退至原位時壓下6XK（X5），此信號用作剪切缸下行的觸發(fā)訊號。X5得電，Y5導(dǎo)通，此為剪切缸上下運動的先提條件，為了保證機器安全。防止切到與料膽發(fā)生碰撞，于是在Y5支路上增加一個由料膽缸左行程開關(guān)6XK(X5)控制的常閉開關(guān)，只有料膽缸處于正確位置，剪切缸才能運動。當(dāng)?shù)?步（剪切）開始時，在第5步3XK壓下使得繼電器產(chǎn)生自鎖，從而使Y3導(dǎo)通，于是剪切缸下行。當(dāng)剪切缸運行到底后壓下7XK（X6）,因為剪切缸的復(fù)位時循環(huán)的最后一步，Y3,Y7,Y12都都要斷開才能使循環(huán)順利進行，于是在繼電器M3的支路上安排一個常閉開關(guān)X6。X6得訊，Y2觸發(fā)并自鎖，剪切缸上，循環(huán)過程完成。等到剪切缸復(fù)位，壓下開關(guān)8XK，料膽缸進，又一個新的循環(huán)開始。 3.3.5設(shè)計要點 在循環(huán)過程中大部分動作都是一次運動到位，只有料膽缸的后退分為兩步：第一步，料膽稍退，使壓余從料膽筒中退出：第二步，料膽缸退回原位。在這兩步過程中需要使主缸退回到原位。這幾步動作比較復(fù)雜，是設(shè)計的要點。 為了能夠在料膽缸小退到位時，主缸后退，料膽缸停止，就必須有一個信號發(fā)出，于是設(shè)置了行程開關(guān)9XK，其作用就是在料膽缸小退到位后，產(chǎn)生訊號，來實現(xiàn)各個動作。 由前面分析可以知道，料膽缸的主要行動控制13DT(Y14)主缸運動時電磁閥7DT(X6)要保持接通，于是在Y114,Y6支路上設(shè)計了由X10(9XK)控制的回路。見圖3.8： 圖3.8 料膽缸動作梯形圖 當(dāng)主缸工進到位時，壓下3XK（X2），由前面分析可以知道料膽缸開始后退，當(dāng)退到一定位置后，9XK(X8)放開，13DT（Y14）失電，料膽缸停止運動，而與此時同時也為9XK的放開7DT(Y6)得電，主缸開始后退，退回初始位置后，壓下5XK(X4),13DT(Y14)另一回路接通，料膽缸退，直到原位，壓下6XK（X5）,Y14斷開，停止運動。 3.4 PLC語句指令表 1. LD Y2 2. ANI X2 3. OR X11 4. OR X6 5. OUT Y2 6. LDI X10 7. ANI X4 8. AND X3 9. LD M2 10. OR X1 11. ANI X2 12. ORB 13. MPS 14. ANI X4 15. OUT M2 16. MPP 17. OUT Y6 18. LD X3 19. AND X14 20. OUT Y13 21. LD X2 22. OR M3 23. MPS 24. ANI X6 25. OUT M3 26. MRD 27. ANI X4 28. OUT Y12 29. MRD 30. OUT Y7 31. MPP 32. OUT Y3 33. LD Y2 34. ANI X0 35. AND X7 36. LD X4 37. ANI X5 38. OR X10 39. AND M3 40. 0RB 41. OUT Y14 42. LD X0 43. ANI X2 44. MPS 45. ANI X14 46. ANI X1 47. OUT Y10 48. MRD 49. OUT Y15 50. MPP 51. OUT Y4 52. LD X14 53. ANI X13 54. OUT Y11 55. LD X5 56. ANI X7 57. OUT Y5 58. LD X12 59. OUT YO 60. LD X13 61. OUT Y1 1 結(jié)束語 歷時三個多月的畢業(yè)設(shè)計終于接近尾聲，伴隨而來的是大學(xué)生涯的滿結(jié)束。在這次設(shè)計過程中不僅把以前四年的知識鞏固復(fù)習(xí)了一下，還學(xué)到了一些新的東西，可以說既有喜悅又有辛酸，喜得是在工作之前能再有一次這樣的機會來把四年的理論知識運用到實際上，可以說這是走向社會的一次實戰(zhàn)模擬，能完成它就是對我四年學(xué)習(xí)的肯定。但單獨設(shè)計一個整體的、完整的、可以投產(chǎn)的機器，我們還是感到較大的難度的，因為它涉及知識面廣，工作量大，而且許多東西都是要設(shè)計手冊的，因此在設(shè)計中也感到辛酸。 本次設(shè)計的內(nèi)容是鋁型材擠壓機的電氣控制系統(tǒng)，雖然在設(shè)計過程中遇到很多困難，但畢竟給我們帶來了很多有價值的東西，這套機器的整體不僅僅光是機械部分的，它是在機械的框架上采用壓傳動，通過電氣的控制來完成、實現(xiàn)動作的，我們機械類的學(xué)生雖然學(xué)過《控制理論》、《液壓傳動》、《機電傳動控制》，但對電氣系統(tǒng)的理解還是很少，通過設(shè)計翻閱大量資料，對電氣方面的知識有了更進一步的理解，這也就是此次設(shè)計的最大收獲。 在本次畢業(yè)設(shè)計中，陳格平老師給予了大量的指導(dǎo)，在此我由衷的感謝陳老師！ 參考文獻 [1] 周良德，朱泗芳.現(xiàn)代工程圖學(xué)[M].湖南： 湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000 [2] 項毅.機床電氣控制[M].福建：東南大學(xué)出版社，2003 [3] 趙云路，唐力志. 鋁塑型材擠壓成型技術(shù)[M].北京：機械工程出版社 [4] 王占林. 近代液壓控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997 [5] 孫玉安.液壓技術(shù)在工程中的應(yīng)用[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1986 [6] 程憲平. 機電傳動與控制[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003 [7] 楊長能，張興毅. 可編程控制器（PLC）基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1992 [8] 張萬奎. 機床電氣控制技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006