畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于plc控制的液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　基于PLC控制的液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二零一二年五月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告</p><p>　　注：1. 開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢

2、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫，在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始后三周內(nèi)完成；</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的目的及意義至少800字，基本內(nèi)容和技術(shù)方案至少400字；</p><p>　　3．指導(dǎo)教師意見應(yīng)從選題的理論或?qū)嶋H價(jià)值出發(fā)，闡述學(xué)生利用的知識(shí)、原理、建立的模型正確與否、學(xué)生的論證充分否、學(xué)生能否完成課題，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。</p><p><b>

3、;　　鄭 重 聲 明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　本人簽名： 日期：

4、</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況3</p&

5、gt;<p>　　1.2 PLC發(fā)展概況3</p><p>　　1.3 課題研究的意義4</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1總體方案概述5</p><p>　　2.2液壓缸設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2.1工作液壓缸設(shè)計(jì)5</p><p&

6、gt;　　2.2.2加載液壓缸設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2.3液壓缸流量計(jì)算8</p><p>　　2.3系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3.1確定基本回路8</p><p>　　2.3.2制定基本方案9</p><p>　　2.3.3液壓系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)9</p><p>

7、　　2.4 液壓元件的選擇11</p><p>　　2.4.1液壓泵的選擇11</p><p>　　2.4.2電動(dòng)機(jī)的選擇11</p><p>　　2.4.3液壓閥的選擇12</p><p>　　2.5 液壓輔件的計(jì)算與選擇12</p><p>　　2.5.1管道尺寸的確定12</p><

8、;p>　　2.5.2油箱容量的確定13</p><p>　　2.5.3 液壓介質(zhì)的選取13</p><p>　　2.5.4其他系統(tǒng)輔件的選擇14</p><p>　　2.6 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算14</p><p>　　2.6.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失14</p><p>　　2.6.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱升溫計(jì)算

9、15</p><p>　　2.7 液壓裝置整體設(shè)計(jì)16</p><p>　　2.7.1 液壓系統(tǒng)總體布局16</p><p>　　2.7.2 液壓閥的配置16</p><p>　　2.7.3集成塊的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.1總

10、體方案設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2.1 PLC型號(hào)的選擇18</p><p>　　3.2.2 PLC外圍電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.2.3顯示屏選擇21</p><p>　　3.2.4 控制面板設(shè)計(jì)21</p><

11、;p>　　3.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.3.1 程序初始化22</p><p>　　3.3.2 加載子程序23</p><p>　　3.3.3電機(jī)正反轉(zhuǎn)25</p><p>　　4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)26</p><p>　　4.1 基于VB6.0數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述26<

12、;/p><p>　　4.2 VB6.0串行通信控件26</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.3.1數(shù)據(jù)庫的建立26</p><p>　　4.3.2使用ADO數(shù)據(jù)控制項(xiàng)27</p><p>　　4.4 計(jì)算機(jī)與PLC通信28</p><p>　　4.5 實(shí)驗(yàn)

13、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)29</p><p><b>　　結(jié)束語32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　附錄34</b></p><p><b>　　致謝49</b></p><p>

14、;<b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)代液壓技術(shù)集傳動(dòng)、控制和檢測(cè)于一體，逐步向數(shù)字化和自動(dòng)化方向發(fā)展，這就要求液壓教學(xué)能夠同步于現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展。液壓教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)的研究和發(fā)是達(dá)成這一目的的重要方法。 </p><p>　　論文將模塊化設(shè)計(jì)方法、現(xiàn)代化控制理論和方法運(yùn)用于液壓教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)的研究與開發(fā)。對(duì)液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能與結(jié)構(gòu)、液壓教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)的控制

15、方案和基于PLC的液壓教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了基于PLC的液壓教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，編制了液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)程序。包含進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速、旁路節(jié)流調(diào)速、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性四個(gè)實(shí)驗(yàn)。節(jié)流調(diào)速回路性能實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)液壓回路的重要實(shí)驗(yàn)，節(jié)流調(diào)速回路試驗(yàn)臺(tái)是重要的教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)，傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)速回路試驗(yàn)臺(tái)精度較低，不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集。而本論文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)具有電腦數(shù)據(jù)采集功能。</p>&

16、lt;p>　　關(guān)鍵詞：液壓試驗(yàn)臺(tái) 可編程控制器 控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Modem hydraulic technology is an integration of transmission，control，examination and computer,which requires

17、teaching on hydraulic should be in step with the up-to-date control technology．The teaching experiment and development of experiment device on hydraulic are</p><p>　　one of the main methods to realize it．<

18、;/p><p>　　This paper study and develop on hydraulic teaching test-bed based on the modularize design method，modernize control theory and technique．Lucubrate on the function and structure，control scheme，and cont

19、rol system on PLC of hydraulic experiment test-bed．edit the control program of the hydraulic teaching test-bed.Throttling control circuit performance is an important test for student, so the important test speed loop is

20、important as well.But the traditional throttling control circuit loop’s has low </p><p>　　Key Words: Hydraulic test stand; PLC;Control System; Data acquisition</p><p><b>　　1 緒論</b>&l

21、t;/p><p>　　液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造和機(jī)電一體化等專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程。該課程的任務(wù)是使學(xué)生能夠掌握液壓的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握各種液壓基本元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用場(chǎng)合和選用方法，掌握常用液壓基本回路的作用、構(gòu)成和適用場(chǎng)合，了解國(guó)內(nèi)外先進(jìn)液壓技術(shù)成果在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用已成為工業(yè)機(jī)械，工程建筑機(jī)械及國(guó)防尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)。液壓傳動(dòng)的應(yīng)用深入各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)外生產(chǎn)的95%的工業(yè)機(jī)械、90%的數(shù)控加

22、工中心、95%以上的自動(dòng)化生產(chǎn)線都采用了液壓傳動(dòng)技術(shù)。目前液壓元件不斷出現(xiàn)，液壓技術(shù)的邏輯設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和數(shù)字仿真也逐漸研究并應(yīng)用?？傊簤杭夹g(shù)這一領(lǐng)域的范圍比較廣泛，設(shè)計(jì)的問題較多，理論基礎(chǔ)較深。</p><p>　　液壓傳動(dòng)以運(yùn)動(dòng)傳遞平穩(wěn)、均勻、調(diào)速范圍廣、傳遞扭矩大、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，越來越廣泛地被用在機(jī)床的調(diào)速系統(tǒng)中。機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)速度有很高的要求，在機(jī)床液壓系統(tǒng)中，調(diào)速回路占有相

23、當(dāng)重要的地位，它的工作性能的優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)有著決定性的影響。其中節(jié)流調(diào)速回路是很重要的調(diào)速回路。他通過改變節(jié)流口的大小來控制流量則調(diào)速范圍大，但節(jié)流引起能量損失大效率低，易引起油液發(fā)熱。另外節(jié)流調(diào)速回路是液壓系統(tǒng)基本回路是液壓教學(xué)的重難點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)一個(gè)液壓試驗(yàn)臺(tái)是十分必要的。但是現(xiàn)有的教學(xué)用液壓試驗(yàn)臺(tái)大多都需要手動(dòng)操作，但是如果能設(shè)計(jì)出可以用自動(dòng)循環(huán)功能而且采用微機(jī)測(cè)控采集數(shù)據(jù)試驗(yàn)臺(tái)用于液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)則更為方便，直觀，可靠。</p>

24、;<p>　　1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況</p><p>　　液壓傳動(dòng)是根據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，1795 年英國(guó)約瑟夫?布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進(jìn)一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳

25、動(dòng)廣泛應(yīng)用， 特別是 1920 年以后，發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初20年間， 才開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠 定了基礎(chǔ)。20 世紀(jì)初康斯?坦丁斯克對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究;1910 年對(duì)液力傳動(dòng)(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美

26、國(guó)機(jī)床中有 30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)該指出，日 本液壓傳動(dòng)的發(fā)展較歐美等國(guó)家晚了近20多年。在1955年前后 , 日本迅速發(fā)展液壓傳動(dòng)，1956 年成立了“液壓工業(yè)會(huì)”。近20～30年間，日本液壓傳動(dòng)發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先</p><p>　　1.2 PLC發(fā)展概況</p><p>　　PLC自問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升

27、、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)PLC，較有名的：美國(guó):AB通用電氣、莫迪康公司；日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；德國(guó)：西門子公司；法國(guó)：TE 施耐德公司；韓國(guó)：三星、LG公司等。</p><p>　　PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。PLC在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛,不斷加強(qiáng)通訊功能,新器件和模塊不

28、斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用化模塊。編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化.。有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。我國(guó)的PLC產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個(gè)階段：順序控制器8位處理器為主的工業(yè)控制器8位微處理器為主的可編程序控制器（1985以后）。在對(duì)外開放

29、政策的推動(dòng)下，國(guó)外PLC產(chǎn)品大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，一部分隨成套設(shè)備進(jìn)口。如寶鋼一、二期工程就引進(jìn)了500多套，還有咸陽顯象管廠、秦皇島煤碼頭、汽車廠等?，F(xiàn)在，PLC在國(guó)內(nèi)的各行各業(yè)也有了極大的應(yīng)用，技術(shù)含量也越來越高。</p><p>　　1.3 課題研究的意義</p><p>　　傳統(tǒng)的液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)已經(jīng)不能滿足液壓技術(shù)的實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)代液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)液壓

30、教學(xué)提出了更高的要求。要求液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛐蜗笾庇^，學(xué)生能夠參與其中。隨著可編程控制器的技術(shù)的發(fā)展，將其代替順序控制器作為液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的核心，并且能滿足日益復(fù)雜的液壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制要求，而且作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝備，使機(jī)械專業(yè)的學(xué)生在掌握液壓傳動(dòng)基本知識(shí)的同時(shí)，也能夠更準(zhǔn)確、形象地深入了解，掌握液壓元件的結(jié)構(gòu)，液壓回路的控制原理等。原來的控制方式因?yàn)殡姎庠^多、節(jié)點(diǎn)多、邏輯布線復(fù)雜、對(duì)應(yīng)關(guān)系復(fù)雜，所以操作不便、故障率高、運(yùn)行的可靠性和靈

31、敏性差、擴(kuò)展性差，檢修不方便。在實(shí)驗(yàn)方法上采用現(xiàn)代的PLC控制，在實(shí)驗(yàn)手段上采用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試。學(xué)生可以根據(jù)液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)要求，通過接近開關(guān)、電磁鐵等線路聯(lián)接，在實(shí)驗(yàn)過程中觀察油路的變化，得出所要測(cè)基于PLC的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的研制與開發(fā) 。</p><p>　　設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)不僅能進(jìn)行液壓方面的實(shí)驗(yàn)，還可以進(jìn)行有關(guān)PLC的實(shí)驗(yàn)，使PLC實(shí)驗(yàn)更加直觀，掌握PLC可編程序控制的功能，控制原理及編程技巧等。有利于培養(yǎng)學(xué)生

32、在機(jī)電液綜合控制等方面的綜合能力。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的三菱的FX2N系列PLC，它吸取了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，各單元采取疊裝式連接，具有較高的性價(jià)比。同時(shí)他也是在目前市場(chǎng)上具有廣泛影響的主流機(jī)型。</p><p><b>　　2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1總體方案概述</b>

33、;</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)是分析各種節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性，即工作液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度隨著負(fù)載變化的特性。在速度-負(fù)載特性曲線上某處的斜率越小，速度剛度越大，機(jī)械特性就贏，執(zhí)行元件受負(fù)載變化的影響就越小，這是調(diào)速回路的機(jī)械特性。調(diào)速時(shí)為了滿足執(zhí)行元件對(duì)工作速度的要求，是液壓系統(tǒng)的核心問題。實(shí)驗(yàn)要求：速度不易過快，或者過慢，要求適于測(cè)量和觀察。選定最大載荷為20KN，速度范圍0.005m/s～0.04m/s。

34、試驗(yàn)臺(tái)各個(gè)液壓元件分置在試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)面板上，給學(xué)生提供直觀的試驗(yàn)視覺。</p><p>　　試驗(yàn)中選擇液壓缸作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它將液體的壓力能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，用來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)于液壓缸的加載，也選用液壓缸來完成。液壓回路采取將基本的調(diào)速回路進(jìn)行結(jié)合的方式，將基本的液壓回路通過優(yōu)化組合成。因?yàn)樾枰捎秒姎饪刂?，所選擇的液壓閥應(yīng)該在適用于液壓系統(tǒng)的同時(shí)，適用于電氣控制。在液壓回路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮到系統(tǒng)壓力

35、的穩(wěn)定，負(fù)載的連續(xù)變化，這樣選擇進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路、旁路節(jié)流調(diào)速回路、回油節(jié)流調(diào)速回路以及速度閥進(jìn)油調(diào)速回路，并且將它們有機(jī)的結(jié)合在一起，可以形成本實(shí)驗(yàn)的主液壓回路。加載回路的設(shè)計(jì)中，也應(yīng)該考慮系統(tǒng)的壓力變化范圍，以及調(diào)整壓力變化的方式?？梢赃x用比例溢流閥來控制加載回路的壓力，從而控制載荷的大小，測(cè)量不同回路的速度-負(fù)載特性。在主回路和加載回路中，還應(yīng)該考慮到液壓泵的卸荷，可以采用卸荷閥。</p><p>　　對(duì)其

36、他液壓附件的設(shè)計(jì)和選取，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)方面的參數(shù)經(jīng)行計(jì)算后，根據(jù)參數(shù)要求，滿足液壓系統(tǒng)的同時(shí)還應(yīng)該改根據(jù)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行選擇。</p><p><b>　　2.2液壓缸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)液壓回路分為兩個(gè)部分。主回路：完成實(shí)驗(yàn)液壓缸的運(yùn)動(dòng)，在不同的節(jié)流回路下，完成液壓缸的速度-負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)。加載回路：通過一個(gè)加載液壓缸對(duì)主回路的液壓缸進(jìn)行加

37、載。</p><p>　　2.2.1工作液壓缸設(shè)計(jì) </p><p><b>　　(1)加載力的確定</b></p><p>　　由于實(shí)驗(yàn)是將兩液壓缸對(duì)接，通過加載液壓缸對(duì)主液壓缸進(jìn)行加載，且需要最大的加載力為20KN</p><p>　　工作載荷。常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力，切削力等。這些作用力的方向如活

38、塞運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)，相反為正，故</p><p>　　Fg=20KN（Fg主要包含活塞軸線上的重力，切削力，擠壓力等）</p><p>　　導(dǎo)軌摩擦載荷Ff=0</p><p>　　運(yùn)動(dòng)部件所受的重力不計(jì)，外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力為0 </p><p><b>　　慣性載荷Fa=0</b></p>

39、<p>　　以上三種載荷之和稱之為液壓缸的外載荷Fw</p><p>　　工作載荷Fg并非每一階段都存在，如該階段沒有工作，則Fg為0</p><p>　　則其外載荷Fw=20KN</p><p>　　除去外載荷外，由于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的阻力Fm，由于各種液壓缸密封材質(zhì)和密封形式都不同，所以Fm難以計(jì)算，</p><p

40、>　　一般估算為 Fm=(1—η)F （式2-1）</p><p>　　式中η為液壓缸機(jī)械效率，一般取0.9~0.95</p><p>　　則有 F=Fw/η=20/0.9=22KN</p><p>　

41、　(2)初選系統(tǒng)的工作壓力</p><p>　　工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，乃至整個(gè)系統(tǒng)的性能。在系統(tǒng)功率一定時(shí)，一般選用較高的工作壓力，使執(zhí)行元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、經(jīng)濟(jì)性好.但是，若工作壓力選的太高，會(huì)提高元件的強(qiáng)度、剛度及密封要求和制造精度要求，不但達(dá)不到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果，反而會(huì)降低元件的容積效率，增加系統(tǒng)發(fā)熱，降低與元件壽命和系統(tǒng)可靠性；反之，壓力選的過

42、低，就會(huì)增大執(zhí)行元件的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大。所以要根據(jù)實(shí)際情況選取工作壓力。</p><p>　　壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定，還要考慮帶執(zhí)行元件的裝配空間，經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制，在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)，反之，壓力選得太高，對(duì)缸，泵，閥等原價(jià)元件的材質(zhì)，密封，制造要求也要求很高，必然要提高設(shè)備成本，

43、一般來說，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選得低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。</p><p>　　表2-1 按載荷選擇工作壓力</p><p>　　根據(jù)本試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)所以按照要求，選擇系統(tǒng)的壓力為5MP。</p><p>　　計(jì)算主液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　液壓缸的主要尺寸是指缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d、

44、液壓缸的長(zhǎng)度和活塞桿的長(zhǎng)度等。液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑的確定和使用的液壓缸的設(shè)備類型有關(guān)，通常根據(jù)液壓缸的推力和液壓缸的有效工作壓力來決定。液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d可以根據(jù)系統(tǒng)中的最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定。</p><p>　　圖2-1 液壓缸的運(yùn)動(dòng)分析圖</p><p>　　由圖2-1可知，活塞桿受壓力時(shí)，按V1方向運(yùn)動(dòng)，活塞受力如上圖所示，可以列出以下方程式： <

45、;/p><p>　　F=P1*A1-P2*A2 (式2-2) </p><p>　　A1=F+P2A2/P1 (式2-3)</p><p>　　所以應(yīng)該線確定A1和A2的關(guān)系或者D與d的關(guān)系</p><p

46、><b>　　令桿徑比Φ=d/D</b></p><p>　　則 D= （式2-4）</p><p>　　由表2-2和表2-3確定Φ的值。</p><p>　　表2-2 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表2

47、-3 按速度選擇d/D</p><p>　　由于在本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)液壓缸的進(jìn)退速度沒有要求，所以需要按照載荷的大小選擇。選擇速比1.33，即Φ=0.5由于系統(tǒng)的液壓回路較短，選擇液壓缸的被壓為P2=0.2MP</p><p>　　則有D===75.24mm</p><p>　　按照表2-4選擇液壓缸的內(nèi)徑</p><p>　　液壓缸的直徑D和活塞

48、桿的直徑要按國(guó)際規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。如果與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)和加工。</p><p>　　表2-4 液壓缸的內(nèi)徑尺寸系列</p><p>　　故取液壓缸的內(nèi)徑選取 D=80mm；活塞桿直徑 ：d=40mm</p><p>　　2.2.2加載液壓缸設(shè)計(jì)</p><p>　　(1) 加載力的確定

49、</p><p>　　1）由于主液壓系統(tǒng)所需要的外載荷為20KN，由加載液壓缸提供，由式1-1可得</p><p>　　2）導(dǎo)軌摩擦載荷Ff=0</p><p>　　運(yùn)動(dòng)部件所受的重力不計(jì)，外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力為0 </p><p>　　3）慣性載荷Fa=0</p><p>　　以上三種載荷之和稱之為液壓

50、缸的外載荷Fw</p><p>　　工作載荷Fg并非每一階段都存在，如該階段沒有工作，則Fg為0</p><p>　　則其外載荷Fw=20KN</p><p>　　除去外載荷外，由于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的阻力Fm，由于各種液壓缸密封材質(zhì)和密封形式都不同，所以Fm難以計(jì)算，</p><p>　　一般估算為

51、 Fm=(1—η)F </p><p>　　式中η為液壓缸機(jī)械效率，一般取0.9~0.95</p><p>　　則有 F=Fw/η=20/0.9=22KN</p><p><b>　　F＇==22KN</b><

52、/p><p>　　由于參數(shù)基本和主回路相同，所以系統(tǒng)壓力選擇也可以參照主回路的工作壓力選擇。</p><p>　　由表1-1選擇加載系統(tǒng)的工作壓力為5MP</p><p>　　(2) 計(jì)算加載液壓缸的主要尺寸</p><p>　　和主回路的液壓缸設(shè)計(jì)原理相同，即有式2-4可知</p><p><b>　　D＇==

53、=76mm</b></p><p>　　根據(jù)表2-4選擇D＇=80mm d＇=40mm</p><p>　　2.2.3液壓缸流量計(jì)算</p><p>　　根據(jù)前面計(jì)算的結(jié)果可以算出液壓缸所需要的流量，根據(jù)所求的最大流量來確定泵的流量</p><p>　　由于最大的速度為V=4m/s </p><p&g

54、t;　　因?yàn)?q=Av （式2-5）</p><p>　　根據(jù)式2-5得到 q==2m/s</p><p>　　液壓缸的所需的最大流量為2m/s</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)</b><

55、/p><p>　　2.3.1確定基本回路</p><p>　　液壓基本回路是決定主機(jī)動(dòng)作和性能的基礎(chǔ)，是組成系統(tǒng)的骨架。壓力控制方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式，在本試驗(yàn)臺(tái)中，液壓系統(tǒng)需要4種調(diào)速方式--進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速、旁路節(jié)流調(diào)速和調(diào)速閥調(diào)速。在本實(shí)驗(yàn)中，需要工作液壓缸進(jìn)行空載運(yùn)行，所以還要考慮卸荷回路。在主液壓回路中，首先應(yīng)該考慮到主回路的壓力值穩(wěn)定，控制好這個(gè)不變量，才

56、能更加精準(zhǔn)的測(cè)量回路的速度-負(fù)載特性。在本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中，選用電磁溢流閥來控制主液壓回路的壓力，使得主液壓回路的壓力維持在一個(gè)穩(wěn)定的值。其次是加載回路的液壓壓力，由于加載回路的壓力值要經(jīng)行規(guī)律的變化，所以應(yīng)該采用比例溢流閥來進(jìn)行控制加載液壓會(huì)的壓力。</p><p>　　基本的回路有：進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路、回油節(jié)流調(diào)速回路和旁路節(jié)流調(diào)速回路。更換這些基本的回路中的液壓元件，就能夠組成不同的閥調(diào)速的液壓回路。</

57、p><p>　　2.3.2制定基本方案</p><p><b>　　(1)制定調(diào)速方案</b></p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)要求測(cè)量在不同載荷下的節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性。節(jié)流方案分為4種，分別是:進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，回油節(jié)流調(diào)速，旁路節(jié)流調(diào)速，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。分別采用4個(gè)節(jié)流閥進(jìn)行控制。這種調(diào)速，一般采用定量泵供油，采用開式循環(huán)形式。在開式

58、系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后再排回油箱，回路簡(jiǎn)單，散熱性能良好。</p><p>　　(2)制定壓力控制方案</p><p>　　為保持系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，在主液壓回路采用電磁溢流閥進(jìn)行溢流，通過溢流調(diào)整主回路的系統(tǒng)壓力。在加載回路中，采用比例電磁溢流閥，通過行程開關(guān)的信號(hào)輸入，控制加載回路的壓力值。</p><p>　　(3)制定順序動(dòng)作方案&l

59、t;/p><p>　　本實(shí)驗(yàn)要求在不同的加載力下，來分析節(jié)流調(diào)速回路的特性。動(dòng)作順序具體為首先加載，然后開啟主回路，將加載液壓缸壓回。通過行程開關(guān)，使加載回路的比例溢流閥的值改變，繼而在不同的加載力下測(cè)出主液壓缸的速度。</p><p>　　2.3.3液壓系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)基本方案，液壓執(zhí)行元件和各基本回路確定后，把他們有機(jī)的結(jié)合起來，去掉重復(fù)多余的元

60、件，再加上一些輔助元件，就構(gòu)成了本試驗(yàn)臺(tái)的液壓原理圖。系統(tǒng)的原理圖如圖2-2所示。</p><p>　　液壓原理圖分為主回路和加載回路。主回路中含有4個(gè)節(jié)流調(diào)速回路，他們分別是試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)，加載回路也是由液壓缸、換向閥、溢流閥組成。通過改變比例溢流閥的溢流壓力，從而改變負(fù)載的大小，在不同的回路，不同的壓力下，液壓缸有一個(gè)運(yùn)動(dòng)的速度。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)一要求只在進(jìn)油回路上進(jìn)行

61、節(jié)流，關(guān)死旁路。實(shí)驗(yàn)二要求只在回油路上進(jìn)行節(jié)流，關(guān)死旁路全開進(jìn)油路。實(shí)驗(yàn)三要求全開進(jìn)油和回油路，在旁路上進(jìn)行節(jié)流。實(shí)驗(yàn)四要求全開回油路，關(guān)死旁路和進(jìn)油路，用調(diào)速回路來替代進(jìn)油路。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)原理圖中有6個(gè)壓力測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試不同點(diǎn)的壓力值來分析不同節(jié)流調(diào)速回路的速度剛度。實(shí)驗(yàn)中各個(gè)電磁閥的電磁鐵動(dòng)作表如表2-5所示。</p><p>　　圖2-2 液壓試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖</p

62、><p>　　按照實(shí)驗(yàn)要求，根據(jù)動(dòng)作的先后確定液壓系統(tǒng)的動(dòng)作表。動(dòng)作表如表2-5所示。</p><p>　　表2-5 電磁鐵動(dòng)作表</p><p>　　2.4 液壓元件的選擇</p><p>　　2.4.1液壓泵的選擇</p><p>　　(1)液壓泵工作壓力的確定</p><p><b&g

63、t;　　（式2-6） </b></p><p>　　P是液壓缸的最大工作壓力</p><p>　　是液壓元件的回路損失，一般取0.5MP</p><p><b>　　=5.5MP</b></p><p><b>　　(2)泵流量的確定</b></p><p>&

64、lt;b>　?。ㄊ?-7）</b></p><p>　　K為泄露系數(shù)，一般取K=1.1～1.3</p><p>　　為液壓最大總流量，使用節(jié)流調(diào)速回路應(yīng)該加上溢流閥的最小溢流量，一般取 0.5</p><p><b>　　泵的確定</b></p><p>　　選

65、擇液壓泵時(shí)。參考液壓元件手冊(cè)，根據(jù)液壓泵的最大工作壓力Pp 選擇液壓泵的類型，根據(jù)液壓泵的流量選擇液壓泵的規(guī)格。選擇液壓泵的額定壓力時(shí)應(yīng)該考慮到動(dòng)態(tài)過程和制造質(zhì)量等因素，要是液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備。一般泵的額定工作壓力應(yīng)該比最大工作壓力高20%-60%，泵的額定流量應(yīng)該與系統(tǒng)所需的最大流量相適應(yīng)。</p><p>　　選擇泵的轉(zhuǎn)數(shù)為960r/min</p><p><b>　　則

66、泵的排量</b></p><p>　　根據(jù)以上的數(shù)據(jù)選擇的泵的型號(hào)如表2-6所示。</p><p>　　表2-6 液壓泵參數(shù)</p><p>　　加載液壓泵選擇和主回路的泵相同。</p><p>　　2.4.2電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　由上一節(jié)計(jì)算可知，一個(gè)泵的額定壓力為6.3MP，根據(jù)表1-7取

67、葉片泵的總效率為60%。選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，按照平均功率選擇。 </p><p>　　表2-7 液壓泵的總效率</p><p><b>　　泵的驅(qū)動(dòng)總功率為</b></p><p>　　因此選擇4KW的電動(dòng)機(jī)比較合適。根據(jù)JB/T9616-1999選取電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y132M1-6。其軸徑為38mm，軸伸出長(zhǎng)度為80mm。</p>

68、<p>　　2.4.3液壓閥的選擇</p><p>　　選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。</p><p>　　選擇壓力控制閥的時(shí)候，應(yīng)考慮壓力閥的調(diào)節(jié)范圍，流量變化范圍，所需要的壓力靈敏度和平穩(wěn)性。</p><p>　　選擇流量控制閥，應(yīng)該考慮流量的調(diào)節(jié)范圍，力量-壓力特性，最小穩(wěn)定流量，壓力補(bǔ)償要求和閥進(jìn)出口壓差及閥內(nèi)泄漏量的大小等。<

69、;/p><p>　　選擇方向閥時(shí)，應(yīng)該考慮發(fā)想法的換向頻率，響應(yīng)時(shí)間，操縱方式，滑閥機(jī)能，閥口壓力損失及閥內(nèi)泄漏量大小等。并且，通過各類閥的實(shí)際流量最多不應(yīng)該超過其額定值的20%。根據(jù)以上原則，本系統(tǒng)的工作壓力是6.3MP，選</p><p>　　擇液壓閥的型號(hào)見表2-8.</p><p>　　表2-8 液壓閥型號(hào)</p><p>　　2.5 液

70、壓輔件的計(jì)算與選擇</p><p>　　2.5.1管道尺寸的確定</p><p>　　管道尺寸取決于需要通過的最大流量和管中允許的流速，管內(nèi)油液的推薦流速，對(duì)于液壓泵吸油管道一般取1m/s以下，系統(tǒng)壓力管道一般取3～6m/s</p><p><b>　?。ㄊ?-8）</b></p><p>　　式中 d-----管道內(nèi)

71、徑</p><p>　　q-----通過管油液的流量</p><p>　　V-----管內(nèi)油液的流速，按推薦流速選取如表2-9</p><p>　　表2-9 允許流速推薦值</p><p>　　根據(jù)表1-9和式1-8可以確定主要管路內(nèi)徑，計(jì)算結(jié)果列于表2-10</p><p>　　表2-10 主要油管內(nèi)徑</p&

72、gt;<p>　　2.5.2油箱容量的確定</p><p>　　初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。</p><p>　　其油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為 （式2-9）</p><p>　　式中 ------液壓泵每分鐘排出

73、壓力油的容積</p><p>　　a -------經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ，見表2-11</p><p>　　表2-11 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a</p><p>　　已知泵的總流量為，這樣液壓泵每分鐘排除壓力由的體積為0.0195，取a=5 </p><p>　　得到有效容積V=0.0975</p><p>　　2.5.3 液壓介質(zhì)

74、的選取</p><p><b>　　(1)工作壓力</b></p><p>　　按液壓系統(tǒng)和油泵工作壓力選用液壓油，壓力<8MPa用L-HH、L-HL（葉片泵則用L-HM），壓力8-16MPa用L-HL、L-HM、L-HV，壓力>16MPa用L-HM、 L-HV液壓油。液壓系統(tǒng)的工作壓力一般以其主油泵額定或最大壓力為標(biāo)志。 </p><

75、p><b>　　(2)工作溫度</b></p><p>　　溫度-10-90℃用L-HH、L-HL、L-HM液壓油、低于-10℃用L-HV、L-HS，工作溫度>90℃選用優(yōu)質(zhì)的L-HM、L-HV、L-HS。環(huán)境溫度和操作溫度一般關(guān)系為：液壓設(shè)備在車間廠房，正常工作溫度比環(huán)境溫度高15－25℃；液壓設(shè)備在溫帶室外，高25－38℃；在熱帶室外日照下，高40－50℃。 </p&g

76、t;<p><b>　　(3)工作環(huán)境 </b></p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)是在室內(nèi)，且沒有明火，溫差變化不大。</p><p>　　根據(jù)以上要求分析后，選取L-HM46液壓油為系統(tǒng)壓力油。其運(yùn)動(dòng)黏度為的取值范圍是41.4～ 50.6</p><p>　　2.5.4其他系統(tǒng)輔件的選擇</p><p>　　

77、根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，液壓泵的參數(shù)，以及各個(gè)閥的要求和系統(tǒng)的要求，選擇過濾器、聯(lián)軸器、管接頭、行程開關(guān)等液壓附件。</p><p>　　選擇彈性柱銷聯(lián)軸器，彈性柱銷聯(lián)軸器減震性好，用于對(duì)中性要求不高的場(chǎng)合，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維護(hù)。</p><p>　　選擇過濾器應(yīng)該考慮過濾精度和流量，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)P23——501選擇WU-25×180F,流量25L/min，過濾精度180μm。<

78、/p><p>　　卡套式管接頭具有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便和不用焊接等優(yōu)點(diǎn)?？ㄌ资焦芙宇^的預(yù)裝是最重要的環(huán)節(jié)，直接影響到密封的可靠性。</p><p>　　行程開關(guān)有很多形式，在本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的選取中，應(yīng)該考慮它的電氣特性，適合接PLC，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。</p><p>　　速度傳感器、壓力傳感器以及液壓傳感器都應(yīng)該考慮它們的電氣特性和價(jià)格等。 </p><p

79、>　　表2-12 其他液壓輔件</p><p>　　2.6 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算</p><p>　　2.6.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失</p><p><b>　　(1)沿程壓力損失</b></p><p>　　沿程壓力損失，主要是經(jīng)過油管時(shí)候的沿程壓力損失，管長(zhǎng)約是5米，內(nèi)徑10cm，流量為，選用液壓油的黏度50，油

80、的密度為，油液在管道中實(shí)際的流速為v</p><p><b>　?。ㄊ?-10）</b></p><p><b>　　（式2-11）</b></p><p>　　油在油管中是層流流動(dòng)狀態(tài)，則沿程壓力損失</p><p><b>　　(2)局部壓力損失</b></p>

81、<p>　　局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過各個(gè)控制閥的局部壓力損失。因?yàn)橥ㄟ^管路局部壓力損失相對(duì)來說小的多，故主要計(jì)算通過控制閥的局部壓力損失。</p><p>　　通過各個(gè)閥的壓力損失之和為</p><p><b>　　=0.8MPa</b></p><p>　　由以上計(jì)算可以得出，系統(tǒng)的

82、壓力損失MPa</p><p>　　綜合以上計(jì)算結(jié)果，兩個(gè)泵的實(shí)際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的裕度，故所選的泵是適合的。</p><p>　　2.6.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱升溫計(jì)算</p><p><b>　　(1)計(jì)算發(fā)熱功率</b></p><p><b>　?。ㄊ?-12）</b></p&g

83、t;<p>　　對(duì)于本試驗(yàn)臺(tái)來說，是雙泵的平均輸入功率。</p><p><b>　　(式2-13）</b></p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以得出，泵的流量 ，出口壓力為P=5MPa</p><p>　　可以計(jì)算出泵的平均輸入功率=2.5KW</p><p>　　液壓缸的輸出功率Pc=FV=0.88K

84、W</p><p>　　總發(fā)熱功率=2.5-0.88=1.62KW</p><p><b>　　(2)計(jì)算散熱功率</b></p><p>　　前邊初步估計(jì)油箱的有效容積為=0.0975 按求得油箱的各邊之積為</p><p><b>　?。ㄊ?-14）</b></p><p&

85、gt;　　取a,b,h分別取0.5m</p><p>　　根據(jù)公式 </p><p>　?。ㄊ?-15） </p><p>　　得出 A1=0.775㎡</p><p><b>　　計(jì)算熱功率為</b></p><p><b>

86、　?。ㄊ?-16）</b></p><p>　　Kt----油箱散熱系數(shù)，查表1-13可以取K=16</p><p>　　---油溫與環(huán)境溫度之差，取35℃</p><p>　　表2-13 油箱散熱系數(shù)K值</p><p><b>　　=W=0.43KW</b></p><p>　　

87、由此可見，油箱的散熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了系統(tǒng)散熱要求。所以需要另設(shè)冷卻器。</p><p>　　(3)冷卻器所需冷卻面積的計(jì)算</p><p><b>　　冷卻面積為：</b></p><p><b>　?。ㄊ?-17）</b></p><p>　　式中 K------傳熱系數(shù)，用冷卻管時(shí)，K=116W

88、/㎡?℃</p><p><b>　　----平均溫升，</b></p><p>　　取油進(jìn)入冷卻器的溫度為T1=60℃，流出冷卻器的溫度為T250℃，冷卻水入口溫度t1=25℃,冷卻水出口溫度t2=30℃，則℃</p><p>　　所需冷卻器的面積為A=0.37㎡</p><p>　　考慮到冷卻器長(zhǎng)期使用時(shí)，設(shè)備腐蝕和

89、油垢，水垢對(duì)傳熱的影響，冷卻面積應(yīng)該比計(jì)算值大30%，實(shí)際選用的冷卻器面積A=0.48㎡</p><p>　　選擇散熱器的型號(hào)為2LQFL-A/0.5L</p><p>　　2.7 液壓裝置整體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.7.1 液壓系統(tǒng)總體布局</p><p>　　液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。</p><p>

90、;　　集中式結(jié)構(gòu)是將整個(gè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或者安裝在地下，組成液壓站。</p><p>　　分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中的液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)牟糠帧?lt;/p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中采用分散式的。將各個(gè)液壓控制閥至于試驗(yàn)臺(tái)的背面。油源至于液壓試驗(yàn)臺(tái)的下方。</p><p>　　2.7.2 液壓閥的配置</p

91、><p>　　板式配置：板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有于閥口相對(duì)應(yīng)的孔，通過管接頭連接油管而各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可以根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓試驗(yàn)臺(tái)等普遍采用這種配置。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)需要將各個(gè)閥體置于平板上供學(xué)生觀看，讓學(xué)生能更清楚的看懂系統(tǒng)原理圖。故選擇板式配置。布置示意圖如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 試驗(yàn)臺(tái)整體布置示意圖</p>&

92、lt;p>　　2.7.3集成塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　集成塊聯(lián)接與板式聯(lián)接相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　可以采用現(xiàn)有的板式標(biāo)準(zhǔn)件，很方便的組成各種功能的單元集成回路，且回路的更換很方便，只需更換或增減單元賄賂就能實(shí)現(xiàn)，因而有較大的靈活性。</p><p>　　由于是在小塊體上加工各種孔道，故制作簡(jiǎn)單，工藝孔大為減少，便于檢查和及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，如果加

93、工過程中出了問題，僅報(bào)廢其中一小塊通道體而不至于整個(gè)系統(tǒng)報(bào)廢；</p><p>　　系統(tǒng)中的管道和管接頭可以減少到最少程度，使系統(tǒng)的泄漏大為減少，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，轉(zhuǎn)培與維修方便。</p><p>　　由于裝在通道和管接體側(cè)面的各液壓元件間據(jù)i很近，油道孔短，而且油道孔徑選擇大一些而系統(tǒng)管路壓力損失小，系統(tǒng)發(fā)熱量也少，</p><p>　

94、　有利于實(shí)現(xiàn)液壓裝置的標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化，能成批生產(chǎn)，由于組成裝置的標(biāo)準(zhǔn)化，靈活性大，故設(shè)計(jì)和制造周期大為縮短，生產(chǎn)成本降低，為在機(jī)床上廣泛應(yīng)用液壓技術(shù)提供了方便。</p><p>　　為了縮短設(shè)計(jì)和制造周期，應(yīng)該盡可能采用通用化、原則化、標(biāo)準(zhǔn)化的集成塊組。本次設(shè)計(jì)采用了集成塊的方式。從集成塊的原理圖中可以看出，集成塊由板式元件和通道體組成，元件可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求任意選擇，集成塊工作壓力6.3MP-35MP之間

95、。</p><p>　　3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1總體方案設(shè)計(jì) </p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)要求PLC對(duì)兩個(gè)液壓缸進(jìn)行行程控制，這里選用行程開關(guān)作為PLC的信號(hào)輸入。要求PLC分別對(duì)兩個(gè)電磁換向閥，四個(gè)比例節(jié)流閥，一個(gè)比例溢流閥，一個(gè)電磁溢流閥的卸荷和一個(gè)二位二通電磁換向閥進(jìn)行電壓信號(hào)控制。</p><p>　　控

96、制方面：采用自動(dòng)控制程序，通過實(shí)驗(yàn)動(dòng)作，設(shè)定相關(guān)的程序，通過傳感器測(cè)試各個(gè)點(diǎn)的具體壓力值，通過行程開關(guān)來控制兩個(gè)液壓缸的前進(jìn)和后退，在觸摸屏上設(shè)定相關(guān)的按鈕，來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的選擇和泵的卸荷等。同時(shí)和設(shè)置硬按鈕來實(shí)行備份控制。電控系統(tǒng)方框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 電控系統(tǒng)方框圖</p><p>　　在輸入量中有7個(gè)為模擬量，它們首先輸入模擬量輸入模塊，通過PLC，顯示在觸

97、摸屏上，供學(xué)生觀察記錄，輸出量中有5個(gè)模擬量，它們是控制3個(gè)比例節(jié)流閥和一個(gè)調(diào)速閥的開度，一個(gè)溢流閥的溢流壓力。所以要添加PLC模擬量輸入模塊和PLC模擬量輸出模塊。在硬件設(shè)計(jì)中，選取PLC控制各個(gè)電磁閥和液壓缸的換向。通過觸摸屏來控制PLC的動(dòng)作。</p><p>　　設(shè)計(jì)液壓試驗(yàn)臺(tái)程序應(yīng)該分別對(duì)4個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，然后在設(shè)計(jì)總程序。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，都包含了自動(dòng)加載程序，因?yàn)槊總€(gè)實(shí)驗(yàn)每個(gè)開度下，要進(jìn)行8次加載

98、，所以還應(yīng)該設(shè)計(jì)出加載子程序。沒個(gè)實(shí)驗(yàn)通過調(diào)用加載子程序來完成。</p><p>　　其中加載子程序的動(dòng)作為：先啟動(dòng)泵1，進(jìn)行空載實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行加載（即啟動(dòng)泵2，調(diào)定比例溢流閥的溢流值），打開節(jié)流閥，使比例溢流閥從小到大加載8次。結(jié)束時(shí)C1缸C2剛分別退回，節(jié)流閥關(guān)閉。</p><p>　　根據(jù)以上敘述，可以設(shè)計(jì)出PLC的硬件軟件。達(dá)到控制的要求。</p><p>　

99、　3.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 PLC型號(hào)的選擇</p><p>　　三菱公司系列產(chǎn)品中，有FX1S、FX1N、FX2N、和FX2NC4個(gè)子系列，與過去的F1、F2等產(chǎn)品相比，在性價(jià)比上有顯著地提高。FX2N是FX系列中最先進(jìn)的子系列，其標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)在最大范圍涵蓋了FX其他系列，同時(shí)覺有執(zhí)行速度更快，通信功能更齊全的特點(diǎn)。它吸取了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，

100、各單元采用疊裝式連接，最多可以連接8個(gè)功能模塊。所以選擇FX2N系列的PLC來控制本實(shí)驗(yàn)臺(tái)。</p><p>　　輸入信號(hào)是將液壓缸的工作狀態(tài)和操作信息共有16個(gè)信號(hào)輸入點(diǎn)，需要占用16個(gè)輸入端子，具體分配如下：兩個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)需要6個(gè)子端；4個(gè)實(shí)驗(yàn)控制需要4個(gè)子端；兩個(gè)泵卸載需要2個(gè)子端；4個(gè)行程開關(guān)需要4個(gè)子端。以上共需要16個(gè)子端。</p><p>　　PLC的輸出信號(hào)用來控制

101、6個(gè)電磁閥的線圈，需要6個(gè)輸出點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)控制需要控制4個(gè)線圈，需要4個(gè)輸出點(diǎn)，總共需要10個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　系統(tǒng)中還有7個(gè)模擬量的輸入和5個(gè)模擬量的輸出，所以應(yīng)該選擇模擬量輸入和輸出模塊。分別選取的型號(hào)為FX2N-8AD(占用I/O點(diǎn)數(shù)為8點(diǎn))、FX2N-4DA(占用I/O點(diǎn)數(shù)為8點(diǎn))，選用PLC的型號(hào)為FX2N-48MR。FX2N-48MR共有24個(gè)輸入電和24個(gè)輸出點(diǎn)。PLC的端子

102、分配如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 I/O分配表</p><p>　　3.2.2 PLC外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，繪制出PLC的外部接線圖，PLC的輸入點(diǎn)有16個(gè)，輸出點(diǎn)有10個(gè)，通過PLC的程序?qū)崿F(xiàn)不同的動(dòng)作。其接線圖如3-2所示。</p><p>　　圖3-2 PLC外部接線圖</p

103、><p>　　在實(shí)驗(yàn)中要求電動(dòng)機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，還需要保證兩個(gè)接觸器不能同時(shí)工作，這就需要采用電氣互鎖的方法，圖3-3就是控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電氣原理圖。主電路采用兩個(gè)接觸器KMF和反轉(zhuǎn)接觸器KMR當(dāng)接觸器KM1的主觸點(diǎn)閉合，L1,L2,L3接入電機(jī)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)KM2的的主觸點(diǎn)閉合，三相電源相續(xù)按L3,L2,L1接入電機(jī)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。KM1與KM2之間電氣互鎖，使得電路只許一個(gè)接觸器工作。</p&

104、gt;<p>　　圖3-3電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖</p><p>　　3.2.3顯示屏選擇</p><p>　　三菱觸摸屏F930GOT是三菱GOT-900中價(jià)格最便宜的一款，它具有很高的性價(jià)比和出色的鍵盤反映特點(diǎn)，保密功能可設(shè)定15級(jí)，高質(zhì)量的藍(lán)色LED顯示器提供出色的視覺性能；合適的大小作為簡(jiǎn)單的資料修改和信息箱；IP65保護(hù)等級(jí)；可以更換背景光燈等。主要參數(shù)如下表3-2

105、所示：</p><p>　　表3-2 F930-GOT 觸摸屏參數(shù)表</p><p>　　3.2.4 控制面板設(shè)計(jì)</p><p>　　按不同的工作要求， 試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具有自動(dòng)循環(huán)工作和手動(dòng)調(diào)整功能，根據(jù)要求，PLC的所有主令控制按鈕均在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC之間為串行通信方式，操作臺(tái)面板控制布置示意圖如圖。</p><p>　　圖3-4

106、控制面板示意圖</p><p>　　3.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本試驗(yàn)臺(tái)軟件控制部分大致可分為4個(gè)部分：初始狀態(tài)設(shè)定、實(shí)驗(yàn)選擇、實(shí)驗(yàn)條件調(diào)節(jié)和循環(huán)加載程序，通過調(diào)用循環(huán)加載子程序，收集液壓缸在不同的節(jié)流開度和負(fù)載下的速度值。從而繪制出節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性。實(shí)驗(yàn)選擇分為4個(gè)實(shí)驗(yàn)按鈕，每個(gè)實(shí)驗(yàn)按鈕對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)初始狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)初始狀態(tài)對(duì)應(yīng)的是各個(gè)閥體的狀態(tài)。由3.1

107、可以知道，各個(gè)閥體的初始狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，泵卸荷。各個(gè)閥體回歸初始狀態(tài)。</p><p>　　圖3-5 試驗(yàn)臺(tái)程序流程圖</p><p>　　3.3.1 程序初始化</p><p>　　試驗(yàn)臺(tái)每次啟動(dòng)后，要求試驗(yàn)臺(tái)有初始狀態(tài)：節(jié)流閥6、7、8關(guān)閉，三位四通換向閥處于中位，比例溢流閥初始?jí)毫?.5MP。其梯形圖如圖3-6所示，通過初始化設(shè)置，能夠使得程序的選擇更加的

108、清晰。分別對(duì)3個(gè)比例節(jié)流閥和2個(gè)換向閥進(jìn)行初始化設(shè)置，使得后續(xù)程序能完成四個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)完成后，使得各個(gè)閥的狀態(tài)回到初始狀態(tài)。</p><p>　　圖3-6 程序初始化梯形圖</p><p>　　3.3.2 加載子程序</p><p>　　按照動(dòng)作要求，列出加載程序的流程圖。加載流程如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 加載

109、子程序流程圖</p><p>　　根據(jù)加載程序流程圖，加載子程序梯形圖如圖3-8所示。通過2個(gè)行程開關(guān)，控制液壓缸的前進(jìn)和后退，輸出量是2個(gè)三位四通換向閥和一個(gè)比例溢流閥，通過線圈的吸合來控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖3-8 加載子程序梯形圖</p><p>　　3.3.3電機(jī)正反轉(zhuǎn)</p><p>　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電氣原理

110、圖可知：</p><p>　　SB1閉合，KMF或KMR線圈失電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；</p><p>　　SB2閉合，按下KMF線圈得電，KMR線圈失電。KMF主觸點(diǎn)閉合，輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（自鎖），輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開（互鎖），電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；</p><p>　　SB3閉合，KMF線圈失電，KMR線圈得電。 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)停止，KMR輔助動(dòng)合觸電閉合（自鎖）KMR輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開

111、（互鎖），電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　故電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的PLC梯形圖如3-8所示：</p><p>　　圖3-8 電機(jī)正反轉(zhuǎn)</p><p><b>　　4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</b></p><p>　　4.1 基于VB6.0數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)的迅速普及和計(jì)算機(jī)控制

112、技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域。而要完成一個(gè)控制過程一般都要利用集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在這種控制系統(tǒng)中，下位機(jī)主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和對(duì)設(shè)備一級(jí)的監(jiān)控，上位機(jī)則要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的采集、分析、處理和控制，以及數(shù)據(jù)顯示、圖形顯示、打印、人機(jī)對(duì)話等工作。</p><p>　　而VB6.0是一個(gè)windows下簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效的可視化軟件開發(fā)平臺(tái)，它以所見的可視化界面設(shè)計(jì)風(fēng)格和32位面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的特點(diǎn)，

113、已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，成為眾多開發(fā)人員采用的工具。他提供了Microsoft communication control通信控件，該空間隱藏了大部分串口通信的低層運(yùn)行過程和許多繁瑣的過程，它使用戶方便的訪問windows下串口通信驅(qū)動(dòng)程序的大多數(shù)特性。所以整個(gè)串行通訊程序的開發(fā)過程變得十分的簡(jiǎn)單易行。</p><p>　　4.2 VB6.0串行通信控件</p><p>　　MSCom

114、m是Microsoft公司提供的主要用于串行通信編程的ActiveX控件。ActiveX控件包括一系列的屬性、方法和事件。應(yīng)用程序通過ActiveX控件提供的接口來訪問控件的功能。通過C、VC++編寫串口通信程序，是要使用API函數(shù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而MSComm控件實(shí)際上是這些Windows API函數(shù)的有機(jī)集成，它以屬性和事件的形式提供了對(duì)Windows通信驅(qū)動(dòng)程序的API接口，封裝了API函數(shù)的低層操作，為應(yīng)用程序提供了接發(fā)數(shù)據(jù)的

115、簡(jiǎn)便方法。</p><p>　　MSComm控件數(shù)據(jù)通信的兩種格式：在進(jìn)行串口通信時(shí)，一般為字符傳送方式。但是在某些情況下，傳送的不是純文字形態(tài)的數(shù)據(jù)，而是數(shù)據(jù)和文件，在這種情況下，傳輸線上的數(shù)據(jù)就是一個(gè)字節(jié)接一個(gè)字節(jié)的被傳送，接收到這些數(shù)據(jù)后，再組合形成數(shù)據(jù)資料或文件，這種就是Binaruy的傳送方式。</p><p><b>　　4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)</b><