专用液压机及其PLC控制系统设计_杨杰

专用液压机及其PLC控制系统设计

杨 杰1,戴士杰2,李 慨2,李铁军2,岳 宏2

The Design of Special Purpose Hydraulic Machine and PLC Control System

YANG Jie1,DAI Sh-i jie2,LI Kai2,LI Tie-jun2,YUE Hong2

(1 河北工业大学分校,河北廊坊 065000;2 河北工业大学机器人及自动化研究所,天津 300130)

摘 要:设计了一种集机、电、液于一体的专用液压机。文中给出了该机液压系统的工作原理,根据机构的工作要求设计了其PLC控制方案,并给出了硬件配置图。

关键词:液压机;工作原理;液压系统;控制系统;PLC

中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2005)08-0015-03

1 引言

随着科技的进步和工业需求的不断扩大,一些专用、非标机械设备的开发成为近几年的一个热点。这样的设备要求特殊、单台生产,开发设计时,可供借鉴的东西少、难度大。如何在保证实现用户要求的情况下,使设计的设备原理简单、结构紧凑、控制灵活、成本低是人们普遍关注的。针对某公司金属制品的加工要求研制了一种专用液压机,集机械结构设计、电气PLC 控制、液压流体传动于一体,属于机电一体化产品。通过长时间实用运行,表明设计方案可行,达到厂家要求,可靠性高。2 设计要求

(1)加工原材料为直径4 5~12m m的金属棒料;

(2)产品有3个弯曲段,要求1次挤压弯曲成型;

(3)适用于十余种不同尺寸和挤压角度形状;

(4)加工过程中,产品上不能出现压痕;

(5)加工生产率要求一次挤压过程中,实现5~10根金属棒料同时挤压成型;

收稿日期:2005-04-11

作者简介:杨杰(1969 ),女,回族,河北三河人,讲师,在读博士生,主要从事机械制造和自动化方面的研究和教学工作。

任一值;

(2)可调变压比的液压变压器和能量回收液压蓄能器联合使用,能以最优化的方式利用液压蓄能器储能;

(3)在恒压网络系统中,液压变压器可以无节流地实现多种不同等级的压力回路,既可满足不同负载的需要,又可提高系统效率;

(4)液压变压器的体积小、重量轻、转动惯量小,控制性能好,动态响应快。

5 结论

液压变压器作为一种可同时控制流量和压力的液压元件用于恒压网络系统中,具有良好的发展前景。液压变压器采用的是集成化的设计思想,具有二次调节的良好控制特性以及工作效率高等突出优点。它的出现极大地拓宽了恒压网络系统的应用范围。经过对其流量、变压比、转矩以及控制角 取值范围的理论分析,不仅对液压变压器的工况进行了详细的阐述,而且为完善液压变压器的设计制造奠定了理论基础。

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(6)生产周期要求一次加工成型时间不超过15

s;

(7)系统的的工作能力可调,最高综合生产能力达到15000件/8h;

(8)要求成型的产品有很好的平面度,每个折弯出的圆弧度要小。

3 系统组成及工作原理

3 1 系统组成

设计的专用液压机主要由机械主机、液压系统和PLC电气控制3部分组成。机械主机由左、右折弯机构、压板机构及机架等组成。左右折弯机构和压板的运动分别由液压缸驱动。液压系统油路采用集成连接方式,考虑到左、右折弯的平稳性,液压系统采用双联泵供油。控制系统选用CPM2A-30CDR-D型PLC,采用PLC控制的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强等[1,2]。

专用液压机的左折弯机构包括1个折板和1个龙门架,它能够实现两个弯的一次成型。其中产品末端处折弯是由龙门架上的限位轴的限位实现的。左折弯驱动缸是由液压系统中双联泵之一单独供油,其压力和速度由其自身油路的溢流阀和单向节流阀调整。

右折弯机构设置在一个可以沿横向导轨滑动的架体上,它由一个折板构成,松开锁紧螺栓,摇动丝杠可以调整右折弯的位置,得到不同长度尺寸,以满足不同规格产品的要求。右折弯缸与压紧缸的压力油由双联泵的另一路供给,与左折缸供油不发生干涉,其压力和速度由其自身油路的溢流阀和单向节流阀调整。

图1a为折弯机的工作循环图。在图中标明了1个自动循环中的每个工步,以及其发出开始和结束信号的主令电器。在1个自动循环中有3个执行元件动作,它们之间的配合靠行程开关等实现。图1b是行程开关在主机上的安装位置示意图。

根据专用液压机的结构和工作要求选择如图1c 所示的液压系统,在系统中电磁换向阀的电磁铁控制电压为直流24V。考虑到用户提出的要求和加工产品的特性,设计的液压系统采用了电磁溢流阀卸载回路、双联泵供油和左侧缸及右侧缸的出口节流调速回路等基本回路。既实现了系统功率的合理利用,减小了功率损耗,又保证了系统工作的平稳性,减小了折弯时的冲击,另外可以避免工件上压痕的出现[3,4]。考虑到压紧缸不会造成工件的压痕以及缩短每个工作循环的时间,没有在压紧缸的油路中采用速度换接回路

,

图1 专用液压机

实践证明是可行的。

3 2 工作原理

液压系统的电磁铁动作顺序表如表1所示。专用液压机有两种工作状态,即自动循环和手动状态。根据液压系统和电控系统其自动循环工作原理为:接通系统电源后,泵站电动机起动,电磁铁6DT通电,液压系统处于卸载状态。装料后,按下循环起动按钮后, 6DT断电,5DT通电,压紧缸伸出使压紧板压下,压紧棒料并压下行程开关ST1后,完成加紧工序。同时开始下一工序,1DT和3DT一起通电,左侧和右侧液压缸同时伸出带动左、右折板同时折弯,都折到位并压下相应的行程开关ST2、ST3后,1DT和3DT断电而2D T和4DT通电,左侧和右侧液压缸回缩带动左、右折板同时开始退回初位,退回到位并压下开关ST4、ST5后,2DT、4DT和5D T断电,压紧缸回缩带动压紧板快速退回,压下开关ST0后,电磁铁6D T通电系统卸载,完成一个自动循环。工人卸料、装料后,按下循环起动按钮,又开始下一个循环。

手动动作可以实现对专用液压机的每个动作的单

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