5.0MN張力矯直機(jī)固定夾頭液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【原創(chuàng)含5張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+答辯ppt】

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05.0MN張力矯直機(jī)固定夾頭液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：張力矯直機(jī)是一種重要的金屬加工設(shè)備。它用于對(duì)金屬型材、棒材、管材、線材等進(jìn)行矯直。本文主要設(shè)計(jì)了 5.0MN 張力矯直機(jī)固定夾頭液壓系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。張力矯直機(jī)機(jī)械部分的夾頭是夾緊型式。實(shí)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(gè)回路，實(shí)現(xiàn)張力矯直機(jī)固定夾頭啟動(dòng)、停止、緊急停止、前進(jìn)、后退等動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)中，通過(guò) PLC 控制電控閥實(shí)現(xiàn)油路控制。從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)動(dòng)作。達(dá)到最后設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞：張力矯直機(jī)；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(lái)源 ...........................................................................................................................11.2 矯直機(jī)的類(lèi)型 ...................................................................................................................................11.3 張力矯直機(jī)的簡(jiǎn)介及發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................................................................22 總體方案設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................................42.1 總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................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(jì) ............................................................................................................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(lèi)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(dòng)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(xiě) .................................................................................................................................195.1 確定液壓缸油口尺寸 ....................................................................................................................215.2 計(jì)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(jì)算 ....................................................................................................215.2.2 缸底厚度 h 的計(jì)算 .............................................................................................................235.2.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu) ....................................................................................................235.2.4 活塞桿的強(qiáng)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(xiàn) ........................................................................................................................................................26致謝 ................................................................................................................................................................27 05.0MN張力矯直機(jī)固定夾頭液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12 機(jī)制 3 班：陳越中指導(dǎo)老師：黃長(zhǎng)征教授1 緒論1.1 課題研究任務(wù)來(lái)源任務(wù)來(lái)源于工程項(xiàng)目改造。矯直機(jī)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(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展。人們對(duì)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(shì)。奔著高速、精準(zhǔn)、犀利的方向發(fā)展。對(duì)各種材料的要求提高了。矯直技術(shù)的發(fā)展正變得越來(lái)越重要。引起了眾多研究者的重視。矯直機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著冶金工業(yè)的不斷發(fā)展。矯直機(jī)已從過(guò)去的冶金工業(yè)。發(fā)展到其他一些高科技領(lǐng)域。如汽車(chē)和飛機(jī)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(jī)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(jià)。并證明這某個(gè)國(guó)家的發(fā)展能力。還與產(chǎn)品在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)息息相關(guān)。在強(qiáng)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(yùn)輸過(guò)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(jī)械。從而使工件，以滿足相應(yīng)的加工要求?，F(xiàn)有的矯直機(jī)加工效率不高。工人的勞動(dòng)強(qiáng)度更高。隨著計(jì)算機(jī)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(jī)的類(lèi)型對(duì)于不同品種、不同結(jié)構(gòu)和不同規(guī)格的矯直機(jī)的軋制材料規(guī)格。矯直機(jī)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(jī)；（2）矯直輥矯直機(jī)；（3）管棒材矯直機(jī)；（4）拉矯機(jī)；（5）彎曲拉伸矯直機(jī)；（6）扭轉(zhuǎn)矯直機(jī)。不同類(lèi)型的矯直機(jī)的構(gòu)造也有著不用的方式。例如，矯直型號(hào)一樣的產(chǎn)品，因?yàn)椴灰粯拥膮?shù)會(huì)有不一樣的結(jié)構(gòu)。盡管同一種規(guī)格的產(chǎn)品也會(huì)存在不一樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中的原因是因?yàn)樗鼈冇兄灰粯拥男阅芤?。其它因素是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品的不斷改良。不同類(lèi)型的矯直機(jī)對(duì)應(yīng)的型式如表 1.1 所示。 1表 1.1矯直機(jī)類(lèi)型與型式矯直機(jī)類(lèi)型 矯直機(jī)型式壓力矯直機(jī)輥式矯直機(jī)管棒材矯直機(jī)張力矯直機(jī)拉伸彎曲矯直機(jī)扭轉(zhuǎn)矯直機(jī)1.3張力矯直機(jī)的簡(jiǎn)介及發(fā)展現(xiàn)狀張力矯直機(jī)是用來(lái)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(lái)清理毛坯。拉伸矯直機(jī)在擠出制品長(zhǎng)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(guò)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(guò)程中。擠出機(jī)可進(jìn)行擠出。部分產(chǎn)品需要在矯直后。進(jìn)行退火或淬火。張力矯直機(jī)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(dòng)。夾緊油缸的作用下?？梢苿?dòng)夾緊，固定夾爪和夾緊裝置?？梢苿?dòng)的夾緊和矯直。固定式張力矯直機(jī)對(duì)矯直長(zhǎng)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(dòng)作。液壓站的矯直機(jī)液壓系統(tǒng)固定由液壓站提供液壓油。通過(guò)高壓軟管和鉗位液壓管路連接。實(shí)現(xiàn)固定的夾爪、松動(dòng)和鉤上下、用固定的吸盤(pán)的運(yùn)動(dòng)。設(shè)備移動(dòng)的時(shí)候，電纜以及高壓管也要隨之移動(dòng)。因?yàn)楦邏很浌苁侵赜钟?，?dǎo)致鏈組織經(jīng) 2常損壞。影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。矯直機(jī)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(gè)泵站。通過(guò)高壓軟管和鉗位液壓管路連接，或多或少，也存在問(wèn)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(kāi)發(fā)空間。方便維護(hù)和管理的基礎(chǔ)上。它的液壓系統(tǒng)的擴(kuò)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(pán)。選用可靠的滑動(dòng)接觸線使電氣能安全連接。1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)針對(duì)現(xiàn)有張力調(diào)平機(jī)的工作特點(diǎn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外張力調(diào)平機(jī)的發(fā)展情況。滿足實(shí)際工作的要求。設(shè)計(jì)了張力矯直機(jī)固定架的設(shè)計(jì)。首先，針對(duì)現(xiàn)有張力矯直機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)改進(jìn)液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。提高張力矯直機(jī)工作效率。降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)張力矯直機(jī)固定夾頭有關(guān)參數(shù)。設(shè)計(jì)其機(jī)械、液壓、電氣控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、緊急停止、前進(jìn)、后退等動(dòng)作。主要設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)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(shí)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(guò)本次設(shè)計(jì)，使張力矯直機(jī)更合理、更先進(jìn)。系統(tǒng)性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修、維護(hù)方便。 32 總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案設(shè)計(jì)2.1.1方案一張力矯直機(jī)固定的查臺(tái)往往需要?jiǎng)?，固定的查?chē)做了一輛車(chē)，可以自由地在導(dǎo)軌上移動(dòng)。該車(chē)包括車(chē)體、雙螺栓機(jī)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)雙螺栓工作插入螺栓孔。固定的車(chē)，1MN 拉力下螺栓。液壓缸 4 推夾套夾持工件。四車(chē)導(dǎo)向輪為車(chē)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(xiāo)孔 3-車(chē)輪 4-液壓缸 5-夾緊套 6-夾緊套圈 7-插銷(xiāo)圖 2.1 張力矯直機(jī)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(dòng)夾緊套圈來(lái)回運(yùn)動(dòng)。當(dāng)夾緊套圈往右運(yùn)動(dòng)時(shí)。夾緊套夾緊工件。當(dāng)液壓缸拉著夾緊套圈往左運(yùn)動(dòng)式。夾緊套松開(kāi)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(guò)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(duì)夾緊套的正壓力；2N—配料對(duì)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(shí)。拉伸過(guò)程滿足的條件關(guān)系式為：（2.1）12cosinuNf???（2.2）1f（2.3）2u 5拉伸過(guò)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(guò)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(shí)， 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(jī)固定夾頭部分。用爪斜塊拉矯機(jī)固定夾頭夾持固定卡盤(pán)方案在軌道上滑動(dòng)的車(chē)，調(diào)整位置。該車(chē)由一個(gè)夾爪液壓缸、一個(gè)滑塊。一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪、一個(gè)導(dǎo)向輪、鉤液壓缸等組成。驅(qū)動(dòng)輪由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)小車(chē)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。鉤液壓缸驅(qū)動(dòng)一個(gè)鉤鉤勾桿。起到固定小車(chē)的作用。液壓夾緊油缸推動(dòng)滑塊移動(dòng)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(jī)固定夾頭示意圖(1) 夾頭工作原理在拉伸運(yùn)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(guò)程。和空白擠壓壓痕；在拉深缸驅(qū)動(dòng)的坯料的頭部畫(huà)的左邊，隨著張力的增加，夾緊力更大，因此，有沒(méi)有在 4 和 5 之間的滑移。當(dāng)達(dá)到拉伸速度，停止拉伸和拉伸的過(guò)程中，棒的液壓牽拉顎斜滑塊向右移動(dòng)，下頜松動(dòng)?；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(jiǎn)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(shí)。拉伸過(guò)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(shí)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(jì)算。因此摩擦力的計(jì)算公式可按下面來(lái)計(jì)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(méi)有經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑的表面，是產(chǎn)生摩擦力的重要地方。張力矯直機(jī)在工作過(guò)程中，就是這種工況。而經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑的。變形分量是主要的地方。而對(duì)鋁材來(lái)說(shuō)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(duì)于塑性流動(dòng)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(shí)?？辜魪?qiáng)度，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(duì)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(duì)滑塊的推力；()UT—鉗口滑塊傾角；? 9鉗口滑塊夾緊坯料拉伸時(shí)。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(guò)大，穩(wěn)定性不好?；瑒?dòng)容易發(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(gè)較小的夾緊力和夾緊力時(shí)，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(jì)3.1 概述液壓機(jī)械設(shè)備中，液壓傳動(dòng)是最為重要的一部分。往往總體方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，液壓驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，是不可缺少的。在設(shè)計(jì)中需要與實(shí)際緊密結(jié)合。充分利用各種傳動(dòng)形式。讓液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)充分體現(xiàn)出來(lái)。保證設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)更加精簡(jiǎn)穩(wěn)定。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是張力矯直機(jī)的重要組成部分。它與張力矯直機(jī)之間的緊密關(guān)系是其性能好壞的關(guān)鍵。我們必須從實(shí)際出發(fā)。滿足主機(jī)在性能和運(yùn)動(dòng)中所設(shè)定的要求。做到設(shè)計(jì)重量輕、體積小、效率高、工作可靠、操作簡(jiǎn)單等基本的設(shè)計(jì)原則。3.2 液壓系統(tǒng)技術(shù)要求本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)。必須滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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(shí)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(jì)要求如下：（1）要使夾緊可靠。則鉗口需能實(shí)現(xiàn)同步夾緊，開(kāi)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(shí)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(dòng)。調(diào)整位置，實(shí)現(xiàn)不同長(zhǎng)度工件的矯直；（4）能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全無(wú)負(fù)載啟動(dòng)。安全卸荷，且有過(guò)壓保護(hù)；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(kāi)式液壓回路，該系統(tǒng)通過(guò)沉淀、過(guò)濾和冷卻后直接進(jìn)入液壓回路，直接將機(jī)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(rùn)滑油返回油箱，所以系統(tǒng)的油液清潔和潤(rùn)滑溫度低，延長(zhǎng)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(jìn)入泵入口。閉式回路最大的特點(diǎn)就是壓力損失小，油箱體積小，系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)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(jī)械、起重機(jī)械等功率大的設(shè)備中。像矯直機(jī)屬于小型加工設(shè)備。用開(kāi)式回路更加適合，并且維護(hù)保養(yǎng)都很方便，操作簡(jiǎn)單。3.3.2 確定液壓泵的類(lèi)型由于固定夾頭夾緊液壓缸動(dòng)作單一。故結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。動(dòng)作要求不高。綜合考慮單泵。雙泵和多泵優(yōu)缺點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)的控制方向與速度的回路是重點(diǎn)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(guò)常規(guī)閥與閥之間有效的配合實(shí)現(xiàn)各種工況要求的動(dòng)作。而在流量較大的高壓場(chǎng)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(shí)現(xiàn)。液壓系統(tǒng)回路中，速度控制的原理是去改變進(jìn)入執(zhí)行器的流量或在密閉的空間內(nèi)改變體積來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)的控制方法有節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速，或者有時(shí)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(dòng)力源泵或者馬達(dá)的排量達(dá)到調(diào)速的要求。采用這種調(diào)速回路有很多優(yōu)點(diǎn)，其中最大特點(diǎn)就是無(wú)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(bǔ)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(jì)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(kāi)口度，控制進(jìn)入液壓缸的流量，通過(guò)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(jiǎn)易、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。節(jié)流控制，分別有三種形式的進(jìn)氣節(jié)流閥、機(jī)油回流閥和旁路節(jié)流閥。進(jìn)氣節(jié)流閥的影響越來(lái)越小，而回流油節(jié)流閥通常用于負(fù)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(shí)也就明確了回路形式。節(jié)流調(diào)速控制，一般應(yīng)用于開(kāi)式回路中。泵吸油從油箱中，壓力油經(jīng)過(guò)執(zhí)行器又回到油箱。此回路相對(duì)簡(jiǎn)單，不容易發(fā)熱，但有個(gè)缺點(diǎn)，就是需要一個(gè)體積較大的油箱。這樣的后果就是空氣容易進(jìn)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(guò)程中，要求其工作壓力在正常壓力的范圍內(nèi)。但有時(shí)候需要多級(jí)調(diào)節(jié)，這就要靠溢流閥來(lái)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(hù)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(guò)雙向液控單向閥來(lái)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(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。多采用電控，即使用電磁換向閥實(shí)現(xiàn)換向的方式。(5) 同步夾緊的實(shí)現(xiàn)要使夾緊可靠。則鉗口需能實(shí)現(xiàn)同步夾緊，松開(kāi)工件。為到達(dá)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(jìn)入兩缸的流量，實(shí)現(xiàn)同步。在本次設(shè)計(jì)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(guó)際和國(guó)內(nèi)知名品牌的各類(lèi)先進(jìn)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(jì)要求。并參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的綜合產(chǎn)品。3.3.4 液壓系統(tǒng)圖的繪制經(jīng)過(guò)前面對(duì)系統(tǒng)的分析與選擇回路。綜合考慮分析，去除多余的無(wú)用元件，保證執(zhí)行件能準(zhǔn)確地運(yùn)行，使系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)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(diǎn)，保證工作效率，擬定如下 3.1 液壓原理圖： 131-液壓計(jì) 2-空氣濾清器 3-油箱 4-電動(dòng)機(jī) 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(jì)4.1 固定夾頭電控系統(tǒng)概述在拉伸過(guò)程中，為了保證矯直效果矯直機(jī)全過(guò)程需要一套完整的控制系統(tǒng)。來(lái)控制液壓缸、斷裂伸長(zhǎng)率、夾緊力等。傳統(tǒng)的繼電器控制。不僅控制了移動(dòng)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(tái)矯直機(jī)控制系統(tǒng)中。采用先進(jìn)的可編程控制器控制，實(shí)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(jī)、電液換向閥的方向轉(zhuǎn)換、掛鉤的上升下降。并且需要檢測(cè)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(dòng)時(shí)，掛鉤必須處于上升行程極限位置，且?jiàn)A頭無(wú)法實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作。(2)只有當(dāng)夾頭停止時(shí)，掛鉤液壓缸才能進(jìn)行操作。(3)只有掛鉤液壓缸到達(dá)下降極限位置時(shí)，才能對(duì)夾緊液壓缸進(jìn)行操作。4.2 電磁閥的動(dòng)作順序矯直機(jī)固定夾頭液壓系統(tǒng)中電磁閥動(dòng)作順序表如圖 4.1 所示表 4.1電磁閥動(dòng)作順序表電磁閥工作狀態(tài)動(dòng)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(chǔ)器是 8K 步。I/O 點(diǎn)為 64 個(gè)，32 個(gè)輸入點(diǎn)和 32 個(gè)輸出點(diǎn)。最大擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為 256 個(gè) I/O 點(diǎn),其樣式如圖 4-2 所示。設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候擴(kuò)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(gè)電磁鐵在這個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中。指示燈 6 個(gè)。所以總共需要 13 個(gè)輸出點(diǎn)。 161 個(gè)手/自切換開(kāi)關(guān)。2 個(gè)手動(dòng)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(hào) 功能 輸入口 代號(hào) 功能 輸出口Q 手 /自切換 X0 1YA 掛鉤下降 Y1SB1 系統(tǒng)啟動(dòng) 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(dòng)指示燈 Y6SB6 （鉗口）夾頭放松 X6 7YA 自動(dòng)指示燈 Y78YA 夾緊燈 Y89YA 放松燈 Y910YA 卸荷燈 Y1011YA 過(guò)壓報(bào)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(dòng)手動(dòng)切換按鈕。SB1 按鈕為系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕。 SB2 為停止按鈕。SB3、SB4、SB5 和 SB6 為手動(dòng)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(dòng)作由PLC 的輸出端連接控制。PLC 機(jī)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(xiě)圖 4-4 梯形圖 19圖 4-5 指令表 205 液壓缸的設(shè)計(jì)現(xiàn)代的液壓缸有非常多的種類(lèi)。分別有活塞式、柱塞式和組合式三大類(lèi)液壓缸，這是根據(jù)其結(jié)構(gòu)來(lái)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(yùn)行的時(shí)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(gè)腔當(dāng)中。使所用缸體能夠進(jìn)行兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。在這次液壓缸的設(shè)計(jì)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(guò)其的速度及活塞桿在缸筒內(nèi)運(yùn)行的最大速度確定。有兩個(gè)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(xiàn)按如下公式計(jì)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(dòng)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(jì)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(jì)算據(jù)機(jī)械手冊(cè)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(jì)算時(shí)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(shí)。稱為薄壁缸體。當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑 D 之比大于 0.1 時(shí)。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(shí)，產(chǎn)生的最大壓力，及為液壓缸的工作壓力。P前面計(jì)算，液壓缸工作時(shí)最大力為 10MPa；—活塞的直徑，即為缸筒的內(nèi)徑，前面計(jì)算為 80mm；D—缸筒材料的許用拉應(yīng)力。據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)知其計(jì)算公式為： nb??][。][?—缸筒材料的抗拉強(qiáng)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(xiàn)取 5?n。n根據(jù)文獻(xiàn)[5]可知，液壓缸缸筒內(nèi)的壓力小于 16MPa 時(shí)，缸筒的材料通常選用無(wú)縫鋼管，因?yàn)楸疽簤合到y(tǒng)為低壓系統(tǒng)，選用普通 20 號(hào)的無(wú)縫鋼管。查資料 20 號(hào)無(wú)縫鋼管的抗拉強(qiáng)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(jì)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(shí)需按薄壁缸體來(lái)計(jì)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(xiàn)[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(jì)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(jì)算： ][43.0?ypDh??式中 —缸底厚度hm—試驗(yàn)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?yàn)楦椎念~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(huì)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(yùn)動(dòng)，為了隔絕有桿腔和無(wú)桿腔，使其不能互相通用，所以需要密封。這個(gè)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(xiàn)，采用常用的 Yx 型孔用密封圈就可以了。密封圈的型號(hào)，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(qiáng)度校核活塞桿受到的作用只有軸向力能給予，所以強(qiáng)度校核就用拉壓力，此時(shí)根據(jù)液壓缸的使用工況，對(duì)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(duì)活塞桿拉壓強(qiáng)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(jìn)密封裝置，密封裝置損壞。 246 結(jié)論5.0MN 張力矯直機(jī)固定夾頭的畢業(yè)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(dòng)控制部分，降低了人的勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)大推力和大扭矩輸出，從而控制固定夾持工件，帶動(dòng)可移動(dòng)夾緊。利用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，最后設(shè)計(jì)了張力矯直機(jī)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是張力矯直機(jī)鉗液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分。但在設(shè)計(jì)中，要了解固定式握柄機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)。因此，固定的抓地力的機(jī)制進(jìn)行了討論。 25參考文獻(xiàn)[1] 張侃倉(cāng)．2800 中厚板矯直機(jī)［D］．武漢：華中科技大學(xué)，2006:2-6.[2] 魏軍．有色金屬擠壓車(chē)間機(jī)械設(shè)備［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988：8-9.[3] 黃長(zhǎng)征，譚建平．3.6MN 張力矯直機(jī)固定夾頭液壓系統(tǒng)研究 [J]．中國(guó)有色冶金，2006，20(5):307-308.[4] 王忠書(shū)．8MN 張力矯直機(jī)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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