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2The Design of Special Purpose Hydraulic Machine and PLC Control SystemYANG 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)08-0015-031 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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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16液压与气动2005年第8期步运动控制,以便于对专用液压机工作状况或出现故障时的调整与调试。
在生产加工过程中,很少使用手动动作。
表1 电磁铁动作顺序表电磁铁动作1DT2D T3D T4D T5DT6DT转换主令加 紧----+-SB4左右折弯+-+-+-ST1左右折退-+-++-ST2,ST3压头松开------ST4,ST5系统卸载-----+ST04 控制要求对所设计的专用液压机的控制要求是: 要能够实现工作的自动化控制。
要能够实现单步动作的控制,以便于专用液压机的调试与调整。
互锁控制要求是: 在每次自动动作后,泵站能够自动卸载,以保证工人装、卸工件时的安全。
另外,减小系统的功率损失,避免液压系统发热过多,造成液压油液早期劣化,并保证泵的使用寿命。
每当按下自动动作按钮,系统卸载停止,折弯机自动循环动作。
5 控制方案设计5 1 硬件配置考虑到折弯机的工作不太复杂,工作相对比较稳定,安装好后不需要频繁移动机体,以及经济因素等,选用的PLC有18个输入点,12个输出点,属于继电器输出型,直流24V供电。
控制系统控制液压系统液压油的流向,按顺序实现专用液压机的动作,并制作电气控制柜,其PLC控制硬件接线示意如图2所示。
为了缩短工作循环时间,设计左侧缸和右侧缸同时工作,在都工作到位后,又同时缩回。
PLC控制系统主要接收主机上的行程开关信号,通过继电器实现对电磁铁的通、断电控制。
5 2 梯形图按照上述配置可以画出控制系统梯形图,进而转换成程序语句。
考虑篇幅限制,这部分从略。
6 控制柜面板上的按钮布置为了实现控制要求操作,在控制柜控制面板上设置了一些按钮,各个按钮的功能是:电源按钮 包括1个电动机起动/停止按钮,1个电源控制按钮和1个急停按钮。
并配置2个指示灯,表示电源是否工作正常。
手动按钮 包括慢速压紧/松开、左折、左退、右折、右退和卸载7个按钮。
主要为更换产品或出现故障做调整时用。
图2 PLC硬件示意图自动按钮 当系统调整好,给定电源后,每按下1次按钮,可完成1次整个循环自动动作。
拨位开关 控制柜面板上有2个拨位开关,分别用来实现手动/自动以及120 /90 左折弯切换。
7 结束语为了实现左、右折弯的平稳性,采用了出口节流调速回路。
液压系统采用双联泵供油,以实现左、右折弯液压回路压力和速度的独自调整,互不干涉。
为了减小功率损耗,液压系统采用了电磁溢流阀卸载回路。
研制的专用液压机主机结构新颖,工作可靠、效率高,可将不同直径的棒料折成不同形状的产品,并能实现一次三弯折弯成型。
设计的PLC控制系统可靠性高,性能稳定,操作方便。
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