姓 名 陳晨
學 號 060503350715
專 業 機電壹體化
班 級 06機電
指導老師 曹曉冶
2009年 03 月
目錄
1. 課題- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1
2. 課題簡介 技術要求及設計參數
3. 油壓機的介紹
4.設計前油壓機是電機廠的專用設備。
5．油壓機的總體結構及油壓機壓制工安全操作規程。
6.總體設計對液壓缸的要求
7.液壓缸的密封
8.油缸的緩沖和排氣
9.液壓控制原理圖及油器和閥類壓力順損失分析
10.電控設計
11.課程總結
12.設計總結
13.參考資料
14.畢業實習報告
壹． 設計課題 四柱液壓機
二． 課題簡介 具體要求及主要參數
四柱壓力機為中型油壓機。壹般用於成型壓力機針對電機廠壓軸的要求進行設計。利用液腔、電控裝置采用四軸單缸散梁的 結構，力求工作平穩效率等、操作方便。
具體要求、主要參數。
1. 四柱式下壓結構、活動橫梁上下運動，為方便於吊梁起見，有手動小車及卸載導軌。
2. 壓機公稱壓。40噸
3. 活動橫梁行程。600mm
4. 活動橫梁下行速度。17mm/s
5. 電機效率。7.5kw左右
6. 活動橫梁返回速度。50mm/s
7. 油缸公稱壓力 P=250kgf/cm
8. 選用10YcY14-1。柱塞變量泵
三． 油壓機的介紹
油壓機由主機及控制機構兩大部分組成。油壓機主機部分包括機身、主缸、頂出缸及充液裝置等。動力機構由油箱、高壓泵、低壓控制系統、電動機及各種壓力閥和方向閥等組成。動力機構在電氣裝置的控制下，通過泵和油缸及各種液壓閥實現能量的轉換，調節和輸送，完成各種工藝動作的循環。油壓機是電機廠的專用設備，是將轉子的軸壓進轉子中。
（1）油壓機的分類
利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強傳動的機械，種類很多。當然，用途也根據需要是多種多樣的。如按傳遞壓強的液體種類來分，有油壓機和水壓機兩大類。水壓機產生的總壓力較大，常用於鍛造和沖壓。鍛造水壓機又分為模鍛水壓機和自由鍛水壓機兩種。模鍛水壓機要用模具，而自由鍛水壓機不用模具。我國制造的第壹臺萬噸水壓機就是自由鍛造水壓機。油壓機按結構形式現主要分為：四柱式油壓機、單柱式（C型）油壓機、臥式油壓機、立式框架油壓機等。
（2） 油壓機的用途
主要分為金屬成型液壓機、折彎液壓機、拉伸液壓機、沖裁液壓機、粉未（金屬，非金屬）成型液壓機、壓裝液壓機、擠壓液壓機等
（3） 油壓機工作原理
液壓傳動是利用液體壓力來傳遞動力和進行控制的壹種傳動方式． 液壓裝置是由液壓泵，液壓缸（液壓馬達等執行機構），液壓控制閥和液壓輔助元件
液壓泵：將機械能轉換成液壓能的轉化裝置．
液壓缸（液壓馬達等執行機構）：將液壓能轉化為機械能．
控制閥：控制液壓油的流量，流向，壓力，液壓執行機構的工作順序等及保護液壓回路作用．講的通俗壹點就是控制和調節液壓介質的流向，壓力和流量．從而控制執行機構的運動方向，輸出的力或力矩．運動速度．動作順序，以及限制和調節液壓系統的工作壓力，防止過載等作用（如單向閥，換向閥，溢流閥，減壓閥，順序閥，節流閥．調速閥等）
輔助元件：1、油箱：用來儲油，散熱．分離油中空氣和雜質作用 2、油管及油管接頭 3、濾油器 4、壓力表 5、密封元件
四． 設計前油壓機是電機廠的專用設備。
為了更好的地完成設計課題。我們多次前往南通電機廠實地參觀參考仔細了解了工作全過程。
1. 活動橫梁起動，並以17mm/s速度下行。
2. 當活動橫梁壓入轉子時，噸位加大導致轉子的軸壓入轉子。
3. 到位後，活動橫梁速度為零。瞬間的停止謂之保持狀態。
4. 活動橫梁回程運動，以噸位50mm/s速度上行，完成壹個工件的工作過程。另外，我們也對其他壓力機有了較為詳盡的了解參閱有關情報資料，為設計油壓機打下基礎。
五．油壓機的總體結構及油壓機壓制工安全操作規程。
油壓機壹般有主體（主機）操作系統及泵站等三大部分組成。
泵站為動力源，供給液壓機各執行結構以及控制機構予以高壓液體。操作系統屬於控制結構，它通過控制工作液體流向來使各執行機構按工藝要求完成應有的動作，本體為液壓機執行機構。
總體布局：按照工藝要求，液壓機三面須留有1米的觀察空間，以觀察工件的滲透情況。根據此要求，泵站布置在距主機1米處，油管從上面橫跨於主機於液壓站之間高度大於2米油管安裝應設置支架。液壓站上壓力表應正對操作者安裝，便於觀察。
外購件油壓缸安裝時也要避開此空間。
在主機的壹面安裝有工作臺等高的相互垂直的輸送滾道，用於減輕工人的勞動強度，提高勞動生產率。
液壓站和郵箱為壹體，方便於散熱、液壓站應安裝在通風良好之處。
電氣控制盒的安裝應便於操作工人的操作。
油壓機壓制工安全操作規程:
1．操作者應熟悉油壓機的壹般性能和結構，禁止超負荷使用。 2．使用前，應按規定潤滑加油，檢查高壓泵、壓力表、各種閥、密封圈等是否正常。 3．開機前，應檢查模具是否配套，料重是否符合要求，稱料工具是否準確。 4．壓制時，摸具必須放在墊板中心位置，禁止偏心使用。每班開機前，試壓後，應檢查壹次模具是否有裂損。 5．多人操作時，要有專人開機，相互協調配合。 6．嚴禁將手，頭置於模具與壓頭之間。 7．工作完畢，應將壓制品、工具、模具整理好並放到指定地方。
六．總體設計對液壓缸的要求
要求油缸豎直放置，並與上橫梁固定。活塞桿上下運動。活塞桿行程達600mm。總體設計還要求缸筒與端蓋固定。結構盡量減少。這樣子以不產生油壓機頭重腳輕的弊病使其整體結構美觀。
液壓缸的作用在於把液體壓力能轉換為機械能。
液壓缸通常分為柱塞式、活塞式盒差動柱塞式三種。按運動方式分為推力油缸，擺動油缸，利用油液壓力推動缸中活塞正反方向運動的油缸，稱“雙作用油缸”其中常用有雙活塞式、齒條活塞式及伸縮套簡式。
根據設計要求，泵用雙作用單活塞桿式油缸。這種油缸的特點在於活塞兩端的有效面積不等，而構成的密封容積腔的大小不同。如果以相同流量的壓力油分別進入左腔盒右腔。活塞移動的速度盒進油腔的有效面積成反比，也就是說油液進入有效面積大的壹端速度來得小，而相反，油液進入有效面積小的壹端速度卻要快些。由此得出結論：活塞上產生的最大推力與進油腔的有效面積成反比。
七．液缸的密封
油缸中的壓力油可能通過固定部件的聯接處及相對運動部件的配合處滲漏，滲漏使液壓缸的容積效率降低盒油液發熱外泄露還會汙染工作場所。泄露嚴重時會影響液壓缸的 工作性能，甚至使液壓缸不能正常工作。所以必須采用密封裝置。而且，密封裝置還有防止空氣和汙染物侵入的作用。
密封性能的好壞直接影響油缸的性能和效率。要求密封性能在壹定工作壓力下具有良好性能。具有能隨壓力升高自動提高，使泄露不致用壓力升高而顯著增加，還要求密封裝置造成的摩擦阻力小，不使相對運動的零件卡死，或造成運動不均勻現象。此外，還要求密封件有良好的耐磨性，即保證足夠使用壽命。密封件與液壓缸有良好的相合性，結構簡單。
對設計的液壓缸中，活塞與活塞桿處，上端蓋與缸筒導向套與缸筒接觸處均導用O型密封圈。因為它與基面油液有良好的相合性，結構簡單，密封性能好，摩擦力小，它的摩封性能隨壓力的增加而提高。缺點是當壓力較高時，或者溝槽選擇不當時，密封圈易被擠出而造成磨損。因此，在設計中，我在O型密封圈側面放置擋圈。
O型密封圈安裝時，要有壹定的預壓縮量。（本液壓缸采用20*機油）
對於活塞與缸筒導向套盒活塞桿的密封采用Y型密封還是V型密封圈。從密封圈的摩擦阻力看，V型密封圈的摩擦阻力，比Y型大得多，從密封圈結構看，V型密封圈由支承環、密封環、壓環三部分疊合而成。而Y型密封圈結構較簡單，因此，本液壓缸采用“Y”型密封圈。“Y”型也是隨壓力增大而域壓愈緊。
密封圈用聚氨酯澆註模壓而成，能耐油、耐磨、耐高壓。
八．油缸的緩沖盒排氣
當油缸帶動質量較大的移動部件以較快速度運動時。因為慣性力較大。具有很大的動量，使行程終了時，活塞與缸蓋發生撞擊，造成液壓沖擊盒噪音，引起破壞性事故或嚴重影響精度，為此，大型高速高精度的油缸常帶有緩沖裝置。
氧化物。腐蝕液壓裝置的零件，為了及時排除積存在油缸內的空氣，油液最好從油缸的最高點進入和引出。要去高的油缸，常在油缸兩端分別裝壹只排氣塞。
本油缸，行程較短，速度不太高，它是轉子壓軸專用，目的是將轉子的軸壓入轉子，靠軸上和壓軸肩限位，到位以後，壓不動為止。基於以上原因，這臺油壓機的設計，緩沖裝置和排氣閥沒有采用。
九．液壓控制原理圖及速回油路和閥類損失分析
1. 液壓系統工作原理如圖（見第 頁）.
原理簡析：液壓系統中有兩個泵，泵是壹個高壓，大流量恒功率的變量泵。最高工作壓力為315kgf/cm2。其壓力通過遠程調壓閥國定。輔助泵2是壹個低壓小流量的定量泵，主要用以供給電磁閥，液動的控制壓力油，其壓力由溢流閥22調整。
<1>主缸運動
①下行壓制
按下按鈕電磁閥YA通電,電磁閥18處於右座,泵2供油徑18至液動閥17,17在液控壓力油的作用下處於送至單向閥14,然後送至主缸上腔,而主缸下腔的油徑單向順序閥<11.1>組合從17右位至單向閥15然後回到上腔因滑塊自重快速下行而造成的上腔真空。
②保壓
當主缸上腔的油壓達到預定值,壓力繼電器16發出信號,使電磁鐵YA1斷電,閥18回復中位,於是閥17失去控制,油壓力17也回復中位,此時,油缸上,下腔油路都被封閉。
③泄壓回程
保壓過程結束時間繼電器發生信號使電磁鐵YA2通電，<當定程壓制時,由行程開關SQ2發信號>使電磁鐵18處於左位控制回程由泵2油提供的壓力油徑18左位送至17,使17處於左位泵與供油徑17的右位送至主缸下腔,而上腔的通過液控單向閥14流至17,然後回到油箱。
④停止
當按下電控系統的停止按鈕（定位狀態時，擋鐵壓下行程開關SQ1）電磁鐵YA2斷電主缸被閥17所緊（17已回復中位）停止運動，回程結束，此時，應將溢流閥的壓力值調大，以防止活塞滑塊因自重而下滑11.12組成單向順序閥，此處作為平衡回路。
<2>頂處缸
① 頂出
按下啟動按鈕YA3通電吸和,電磁閥19處於左位,泵2供油徑19的左位至20,使液動閥20處於左位,則泵5供油從20的左位送至頂出缸下腔,而其上腔的油徑20的左位回到油箱。
② 退回
YA3斷電YA4吸和，油路換向，頂出缸活塞下降。
2. 速回油路和閥類壓力損失分析
根據液壓原理圖和速回油路管道及閥類元件的壓力損失，液壓系統的壓力損失是：
（1） 管路系統的壓力損失
因為實際液壓系統中，其管道往往是壹般壹段的直管。通過壹定方式連接。此外，為了控制、測量和其他需要，還要在管道上安裝控制閥和其他元件。這樣除了y
沿程損失外。液體流過各接頭、閥門等局部時會產生撞擊，漩渦流等現象，導致壹定的能量損失。
（2） 進油路壓力損失
（3） 閥類的局部壓力損失
根據液壓系統進行分析，經對此獲知總壓力損失與原假設總壓力損失相差不大。因為液壓缸的工作壓力與假設最大工作壓力相差不大，所以不必對泵設計進行修正。
十.電控設計
可編程序控制器的設計
1.PC的概述
PLC使在傳統的繼電器—接觸器控制的基礎上，總結先進的微機技術發展起來的新型工業控制裝置。PLC把計算機的功能完善通用，靈活的特點與繼電接能控制的簡單，直觀價格便宜等特點結合起來，形成以微機技術為核心的電子控制設備。
PLC接受由操作面上的按鈕開關，選擇開關，數字開關等給出的主令輸入信號及表示設備狀態的限位開關光電開關等。傳感器送來的輸入信號。去控制如電磁閥，馬達，電磁離合器等驅動性負載及指示燈，數字顯示器性負荷。
PC使壹種小類的可靠性極高的智能控制工具，是各種自動控制系統中的核心部件。小電磁閥，導向閥等小型負載可由可編程控制器直接驅動，而三相馬達。大容量電磁閥等大負載則需要通過接能器或中間繼電器的驅動。可編程控制器的內部結構。
PC采用以微型計算機為核心的電子線路。它可等效地看成普通繼電器定時器計時器等組成的綜合件。
PC中的輸入繼電器由接通輸入端的外部開關來驅動。
PC中的輸出繼電器除提供外部輸出接觸點外，還有多種內部輔助點供編程使用。
PC的內部部件還有：
定時器（T） 計算器（C）
輔助繼電器（M） 狀態寄存器（S）功能塊線圈（F）等，這些元件都有許多供編器，使用的 常開觸頭和常閉觸頭，可在編程控制器內部使用，
機型選擇：
F系列可編程控制器是輸入輸出點數12~120點的 小型專用，可編程控制器，具有優異的技術性能，尤其突出了容易操作和方便應用的 特點，
考慮本設計中將用到將近30個輸出接點，我們選擇F—30MR（***30個 點）輸入輸出元件號，
輸入繼電器
401—407，410—413，11點
500—503，510 5點
輸出繼電器 基本單位
430—437 8點
450—451 2點 400
特殊輔助繼電器（本設計所需的）
M71 初始化脈沖
M574 禁止狀態轉移
2．本設計PC控制的具體運行情況
（壹）工作方式
1．調整（點，動） 2，手動
3，單循環 4，自動
（二）輸入輸出點安排
1，旋鈕開關（規範選擇）
調整*500 手動*501
單循環*502 自動*503
2．現場器件（按鈕）
輸入點：SQ3（頂缸上限接近開關）*401
SQ4（頂缸下限接近開關）*403
SB6（主缸下行起動開關）*404
SB7（主缸上行啟動開關）*404
SP（壓力繼電器）*407
SQ1 (主缸上行接近開關)*410
SQ2（主缸上行接近開關）*411
SQ8（頂缸頂出起出開關）*412
SB9（頂缸退回開關）*413
SB3（PC停止開關）*402
SB4（PC傳動開關）*510
輸出點：
YA1（電磁鐵KA1）Y430 接顯示燈 Y434
YA2(電磁鐵KA3) Y431 Y435
YA3(電磁鐵KA4) Y432 Y436
YA4(電磁鐵KA5) Y433 Y437
KT1 T450
KT2 T451
三．整體程序機構圖
四．操作面板
五．各部分程序及說明
1.主控程序的設計（見PC圖）
主控程序包括以下程序：
（1） 狀態的初始化程序。
（2） 狀態的轉移起勁。
（3） 狀態的轉移禁止。
（1） 初始化說明
當開機第壹個掃描周期，MT1即對S600復位，做好狀態傳遞的準備。
單循環狀態時，X502即對S600復位。
當PC處於調整（X500）手動狀態（X501）將600復位。
當PC位調整及手動狀態時或開機後壹個工作周期，可利用功能指令將S601~S606全部復位。
（2） 轉移啟動說明
當按下啟動按鈕X405時，中間繼電器M100接通、執行轉移啟動命令，PC運行壹個周期，單周期傳送停止。
(3) 狀態轉移禁止說明
當按下停止按鈕X402，特殊輔助繼電器M574指定用於禁止狀態轉移。所有狀態轉移均被禁止。同樣在調整手動狀態下禁止狀態轉移。只有當手動，調整復位後再按啟動按鈕使M101產生脈沖解除禁止。當PC運行單循環和自動時，按停機按鈕，M574自鎖，停止在當前過程，當按循環啟動按鈕時，從該過程開始動作。
2. 調整及手動程序設計（見PC圖紙）
說明：（1）無論在調整還是手動狀態，程序執行跳轉指令CTP700~E3P700間的內容。（2）當手動時，輸出Y430~Y433均執行自鎖功能。
3. 單循環及自動循環程序設計
（1） 功能圖
（2）
（3） 程序圖（見PC圖紙）
依照梯形圖（見A2圖紙PC控制梯形圖）
設計整體程序如下：
1. LD M71
2. OR X502
3. S S600
4. LD X500
5. OR X501
6. R S600
7. LD X500
8. OR M71
9. OR M71
10. OUT F671
11. K 601
12. OUT F672
13. K 606
14. OUT F670
15. K 103
16. LD X510
17. OUT M100
18. LD X510
19. PLS M101
20. LD X402
21. OR X500
22. OR X501
23. OR M71
24. OR M574
25. ANT M101
26. OUT M574
27. LDI X500
28. ANI X501
29. CJP 700
30. LD X501
31. AND Y430
32. OR X404
33. ANI X411
34. ANI Y431
35. OUT Y430
36. LD X501
37. AND Y431
38. OR X405
39. ANI Y410
40. ANI Y430
41. OUT Y431
42. LD X501
43. AND Y432
44. OR X412
45. ANI X401
46. ANI Y433
47. AND X410
48. OUT Y432
49. LD X501
50. AND Y433
51. OR X413
52. ANI X403
53. ANI Y432
54. AND X410
55. OUT Y433
56. EJP 700
57. STC S600
58. AND X410
59. AND X403
60. AND M100
61. S S601
62. STL S601
63. OUT Y430
64. OUT Y434
65. LD X407
66. S S602
67. LD X411
68. S S603
69. STC S602
70. OUT T450
71. K 60
72. LD T450
73. S S603
74. STC S603
75. OUT Y431
76. OUT Y435
77. LD X410
78. S S604
79. STC S604
80. OUT Y432
81. OUT Y436
82. LD X410
83. S S608
84. STC S605
85. OUT T451
86. K 300
87. LD T45
88. S S606
89. STC S606
90. OUT Y433
91. OUT Y437
92. LD X403
93. AND X502
94. S S600
95. LD X403
96. AND X503
97. S S601
98. RET
99. END
十二.課程總結
通過這次畢業設計。我學到了平時在課堂學不到的知識。培養了我們靈活運用所學知識，時壹次綜合性的實踐過程。不僅提高了 我們的動手實踐能力。還使我進壹步提高了分析和解決工程技術。問題的能力，進壹步掌握了設計程序，規範和方法，樹立正確的設計思想（安全第壹，制造容易，使用方便，外形美觀）。從而鞏固、擴大、深化了所學的基本理論。基本知識和基本技能，提高了制圖、計算、編寫說明書的能力以及正確使用技術資料、標準手冊等工具書籍的能力。
在整個設計過程中，我壹直保持著嚴肅認真，壹絲不茍和實事求是的工作之風。這次我設計的是油壓機中油缸部分，由於對這方面知識掌握得還不十分充足，所以設計中若有錯誤和不妥之處，務必請指導老師批評指正，以使得我能夠進壹步完善油缸設計方案。