毕业设计（论文）钢轨磨光机液压系统及PLC设计

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1、哈尔滨理工大学学士学位论文钢轨磨光机液压及PLC系统设计摘要本文第一部分是设计钢轨磨光机的液压系统，要求实现上、下磨头进给、摆动、砂带张紧及砂带调整。 在整个液压传动机构中，泵源选用了三联齿轮泵供油。因磨削是系统的核心，故上、下磨头的进给液压缸分别由两个泵供油；其他动作的液压缸合用另外一个泵；三个泵的压力调整与卸载分别通过溢流阀与二位四通电磁换向阀、溢流阀实现；各泵的压力可以通过压力表显示。由于一个工作循环中，磨削、摆动、砂带张紧及砂带调整等动作要同时发生，且各执行器的负载不尽相同，为解决各执行器间的相互干扰问题，故在实现这些动作的液压缸油路上设置了调速阀；为了消除磨削过程中砂带抱死、断带、磨

2、削太大和磨削量不够等问题，在有关液压缸的油路上设置了电液比例溢流阀，通过渐增压力的方法设置比例电磁铁的输入电流来实现。本文的第二部分是液压系统的电气控制部分应用PLC来实现的。PLC和传统的继电器-接触器控制系统比较，具有可靠性高、逻辑功能强、体积小，可在线修改控制程序，具有远程通信联网功能，易于与计算机接口，能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等高性能模块等优点。关键词 液压系统；磨光机；PLC控制器 The Design of the Hydraulic Pressure System for Rail grinder and PLCAbstractThe first part is t

3、he design of rail grinders hydraulic system, which requires to the movement of vertical grinding feed, swing, and belt adjustment. In the hydraulic drive mechanism, the pump source is selected triple gear pump oil. Three pump pressure adjustment and unloading through the relief valve companied toget

4、her and two four-way solenoid valves, relief valve to achieve; the pump pressure can be displayed by pressure gauge. When a working cycle completed, grinding, swing and belt adjustment action to occur simultaneously. In order to eliminate the process of grinding belt locking, belt, grinding and grin

5、ding capacity are not enough for that big issues such as the oil in the hydraulic cylinder placed in the way electro-hydraulic proportional and the method set by the proportion of incremental pressure . The second part is an electricity control which is applied the PLC with traditional electric appl

6、iances to keep in touch with the machine control system ,which has the dependable high, the logic function and has the ability of small physical volume ,so it can do on-line modification control procedure, in addition, it has long range correspondence net function, which is able to connect with calc

7、ulator, and can deal with measure to the emulation the proceeding controls, when having the high speed count to control with to wait the excellent function .The PLC is chose to use Siemens series S7-200 CPU224 type made in Germany.Keywords Hydraulic system; Rail grinder; PLC control不要删除行尾的分节符，此行不会被打

8、印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 液压传动概述11.1.1 液压传动发展11.1.2 液压传动概况11.1.3 液压传动特点21.2 PLC的发展概况31.3 题目研究的目的及意义31.4 本文所要研究的内容4第2章 液压系统设计及计算52.1 系统设计要求52.2 确定执行元件的工作压力52.2.1 初选液压缸的工作压力52.2.2 确定液压缸的主要结构系数52.2.3 计算液压缸的工作压力,流量和功率62.3 夹紧缸的设计72.4 拟定系统原理图72.4.1 速度控制回路的选择72.4.2 换向和速度换接回路的选择72.4.3 压力控制回路的选择82.4.4

9、 夹紧回路的选择82.5 选择元件82.5.1 选择液压泵82.5.2 与液压泵匹配的电动机的选定82.5.3 确定管道尺寸92.5.4 液压油箱容积的确定102.5.5 液压系统的验算10第3章 液压集成块结构设计113.1 液压集成回路设计113.2 液压集成块及其设计113.2.1 底板的设计113.2.2 顶盖的设计113.2.3 集成块的设计12第4章 液压站的设计134.1 油箱的设计134.1.1 液压油箱有效容量的确定134.1.2 油箱的外形尺寸134.1.3 液压油箱的结构设计134.2 液压站的结构设计164.2.1 液压泵与电机安装方式164.2.2 液压泵的安装以及液

10、压泵和电动机的联轴器164.2.3 液压站的结构设计16第5章 液压系统的PLC控制185.1 选择PLC产品和此产品的优点185.2 S7-200的硬件组成195.2.1 基本单元195.2.2 确定系统的总点数195.2.3 确定PLC的型号195.2.4 CPU及工作方式195.2.5 工作电源195.2.6 输入输出及状态显示205.2.7 扩展单元205.2.8 S7-200的地址分配方法205.2.9 I/O地址分配215.3 控制面板215.4 PLC外部接线图235.5 PLC梯形图24结论25致谢25参考文献25附录25千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键

11、“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 液压传动概述1.1.1 液压传动发展液压传动相对于机械传动来说，是一门新的技术，如果从十七世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理，十八世纪末英国制成世界第一台水压机算起，液压传动已有二三百年的历史。然而液压传动的真正推广使用是最近三四十年的事。十九世纪末，德国制成了液压龙门刨床，美国制成了液压六角车床和磨床。由于没有成熟的液压元件，一些通用的机床直到本世纪30年代才开始采用液压传动，而且仍很不普通。第二次世界大战期间，某些兵器用上了反映快，动作准，功率大的液压传动装置，推动了液压

12、技术的发展。二站后，液压技术迅速转向民用，在机床、工程机械、农用机械、汽车等行业中逐步推广。本世纪60年代以后，随着原子能、空间技术、计算机技术等的发展，液压技术得到了大的发展，渗透到国民经济的各个领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化等方向发展；同时，新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化，微机控制等方向发展。1.1.2 液压传动概况液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控

13、制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，在由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递转换和控制。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说液体各处的压强是一致的，我们所常见的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转化变成机械能的装置

14、，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作装置，也就是把液压的能量转换成为机械能，从而对外做功。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵阀、电动操纵阀等。除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置，通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的

15、相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以各加精巧的、更加灵活的完成预期的控制任务。1.1.3 液压传动特点(1)与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。(2)液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调

16、节还可以在工作过程中进行。(3)液压装置作用平稳，换向冲击小，便于实现频率换向。(4)液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。(5)液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。(6)液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。(7)由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。(8)液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、摩擦损失等)，因此传动效率相。(9)液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低温度下工作。(10)液压传动在出

17、现故障时不易诊断。1.2 PLC的发展概况自1969年针对：正业控制的特点和需要而开发的世界上第台PLC问世以来，迄今已30余年了，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置它仅充分利用了微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，屏弃了微机常用的专业编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图或流程图为基础的形象化编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和拥护程序的编制工作，就可灵活而方便地将P

18、LC应用于生产实践而且用户程序的编制，修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识这样就破除了“电脑”的神秘感，非计算机专业人员同样能掌握运用，大大地推动了计算机技术的普及应用。PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，是改造传统工业生产设备最理想的智能化控制器，现已成为现代工业控制的三大支柱 (PLC,CAD/CAM,ROBOT)之一它以其可靠性高，逻辑功能强，体积小，可在线修改控制程序，具有远程通信联网功能，易于与计算机接口，能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代山大量继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电器接触器控制系统，在机械、化工

19、、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、航天航空等行业都得到广泛应用。它是开发研制智能化、柔性化、多功能化、数字化、机电一体化高新技术产品首选的控制器，其应用的深度和广度已经成为一个国家工业技术先进水平的重要标志之一。1.3 题目研究的目的及意义液压传动相对于机械传动来说，是一门新的技术。当前，液压技术在实现高速，大功率，高效，低噪声，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。同时，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。为了机床适应小批量、多品种、

20、复杂零件的加工，充分利用普通机床，就需要对普通机床进行机电一体化改造。以可编程控制器(简称PLC)作为控元件，替代机床继电器镰接触器组成的电气控制部分，是为了提高机床电气控制系统的可靠性。由于受到液压传动以向集成化，电气化方向发展的影响，加上前人的经验，结合现有的知识，本系统能使我受到液压工程和PLC上综合训练的目的。通过此系统的设计改变了原来手工操作精准度，深孔加工难把握的难题，可靠性高，抗干扰能力强，使操作更变捷，加工更精密，使生产效率得到相应的提高。1.4 本文所要研究的内容设计钢轨磨光机的液压系统，要求实现上下磨头进给、摆动、砂带张紧及砂带调整，用PLC实现电器部分控制。要求完成的图纸

21、：1. 完成钢轨磨光机液压系统原理图 2. 完成液压泵站装配图 3. 完成PLC外部接线图 4. 完成PLC梯形图5.编写毕业设计说明书。编写毕业设计说明书中完成的设计计算：1分级进给系统设计2液压系统设计及计算3液压集成块结构设计4液压站的设计5液压系统的电气控制6液压系统的PLC控制液压系统设计及计算第2章 液压系统设计2.1 系统设计要求根据液压系统设计需要，要求实现上下磨头进给，摆动，砂带张紧及砂带调整。工作循环是：系统初始化移动车体定位夹紧上下磨头进给上下磨头摆动砂带调整。调查研究及计算结果表明：上磨头摆动：速度25mm/s，行程20cm;车体移动：前进0.5m，速度0.25m/s，

22、后退0.5m，速度0.25m/s；上磨头砂带张紧：砂带重250N，张紧150mm，速度150mm/s；上下磨头载荷：快进500mm，速度250 mm/s，慢进100mm，速度100 mm/s，返回600mm，速度200 mm/s；下磨头砂带防逃：前进和后退速度同5 mm/s，载荷同支撑砂带力20N，行程5mm。总时间20-30s，加、减速时间t为0.2s,采用卧式平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。2.2 确定执行元件的工作压力2.2.1 初选液压缸的工作压力由负载值大小取液压缸工作压力P为1Mpa，载荷为3kN。2.2.2 确定液压缸的主要结构系数由分析工作工况看出,最大

23、负载为启动加速阶段的负载,则有：按液压缸内径系列将以上计算值圆整为标准直径,取。为了实现快进速度与快退速度相等,采用差动连接,则,所以。同样圆整成标准系列液压缸活塞杆外径,取,由,算出液压缸无径腔有效作用面积为，有杆腔有效作用面积为。2.2.3 计算液压缸的工作压力,流量和功率1计算工作压力本系统的背压认为0 Mpa。 差动快进阶段工作进给阶段快速退回阶段2. 计算液压缸的输入流量因为快进速度V=0.250m/s, 慢进速度V=0.100m/s，返回速度V=0.200m/s，则液压缸各阶段的输入流量为:快进阶段 工进阶段快退阶段3. 计算液压缸的输入功率快进阶段 工进阶段快退阶段2.3 夹紧缸

24、的设计工件以圆柱面在V型块上定位用压板夹紧，夹紧力公式: 工件直径 工件与V型块摩擦系数 切削扭矩 安全系数 则W=6.2kN可取 W=50006000N （3-9）2.4 拟定系统原理图2.4.1 速度控制回路的选择本液压机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度负载特性，故采用凋速阀调速。有三种方案可供选择，即进油节流调速回路、回油节流调速回路、旁路节流调速回路。本系统属于功率不大，但载荷变化较大，运动平稳性要求较高的液压系统中，我们选用回油节流调速回路保证液压系统功能的正常实现。为了提高系统效率和节约能源，采用三联齿轮泵供油回路。2.4.2 换向和速度换接回路的选择本系统对换向平稳性的要

25、求较高，所以选用价格相对较高的电磁换向阀控制换向回路，为了便于差动连接，选用三位四通电磁换向阀。二个动力部件可同时实行转换，亦可不同时转换由计算可知，当滑台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由8.4Lmin降为1.14Lmin,可选用二位四通行程换向阀来进行速度换接，以减少液压冲击由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。2.4.3 压力控制回路的选择采用三联齿轮泵，因磨削是系统的核心，故上下磨头的进给液压缸分别由泵2和1供油；其他动作的液压缸合用泵3供油。即低压泵(大流量)用于快进和快退；高压泵(小流量)用于工作进给，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。2.4.4 夹紧回路的

26、选择采用三位四通换向阀来控制液压缸，以实现夹紧，松开的动作。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。将上述所选定的液压基本回路组合成液压系统，并根据需要作必要的修改调整，最后画出液压系统原理图如图附录图1所示。2.5 选择元件2.5.1 选择液压泵有上述计算可知,快退阶段液压缸工作压力最大,如果取进油路总的压力损失,则液压泵最高工作压力:因此,液压泵的额定压力可以取为快进、快退时泵的流量为:工进时泵的流量为：考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点,尚需加上溢流阀稳定工作的最小溢流量,一

27、般取为3L/min,所以小流量泵的流量为： 查产品样本,选用CB-B32型三联齿轮泵,其额定转速为n=145rad/s,容积效率 ,质量：5.5kg，驱动功率：1.65kw。2.5.2 与液压泵匹配的电动机的选定由上述计算可知,快退阶段的功率最大,故按快退阶段估算电动机的功率。若取快退时进油路的压力损失,液压泵的总效率,则电动机的功率为：查电动机产品样本,选用Y90S-6型异步电机,P=0.75kw,n=960r/min。根据所拟定的液压系统原理图,本液压系统可采用中低压液压阀,按通过各液压阀油液的最高压力和最大流量,选择各液压阀的型号规格8,如下表 2-1所示：表21 液压元件表序号元件名称

28、额定流量q/(L/min)型号1、2、3定量液压泵40CB-B404、5、32溢流阀25LY-25B6、7、9、12、24、31二位四通电磁换向阀2524E1-25B8、11、18、25调速阀25Q-25B9、12二位二通电磁换向阀2522 E1-25B10、13、16、26、33三位四通电磁换向阀2534Y-25BY25、34节流阀25L-25B22、27、28液控单向阀25I-25B33单向减压阀25JI-25B19减压阀25J-25B20、36、37单向阀25I-25B2.5.3 确定管道尺寸油路内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定,也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为

29、差动时流量q=20.74L/min,压油管的允许流速取v=4m/s,则内径d为:取油管内径d为10mm。现参照CB-B40三联齿轮泵吸油口连接尺寸,取吸油管内径。2.5.4 液压油箱容积的确定本系统为中压液压系统,液压油箱有效容量按泵的流量的57倍来确定,现选用容量为100L的BEX-100的油箱。2.5.5 液压系统的验算由于本系统比较简单,压力损失验算可以忽略。又由于系统采用三联齿轮泵供油方式,在液压缸工进阶段,大流量泵卸荷,功率使用合理；同时油箱容量可以取较大值,系统发热温升不大,对于该加工方式可以忽略，不必进行系统温升的验算。第3章 液压集成块结构设计3.1 液压集成回路设计把液压回路

30、划分为若干单元回路，每个单元回路一般由三个液压元件组成，采用通用的压力油路P和回油路O，这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时，优先选用通用液压元件集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用性。把各液压单元集成回路连接起来，组成液压集成回路。一个完整的液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成，液压集成回路设计完成后，要和液压回路进行比较，分析工作原理是否相同，否则说明液压集成回路出了差错。3.2 液压集成块及其设计集成块组是按通用的液压回路典型设计的通用组件，它由集成块、底板、顶块按顺序叠积，用四只长螺栓垂直固紧而成

31、。液压元件安装在集成块的前面，后面和右侧面，左侧面不安装液压元件，留着连接油管，以便向执行元件供油。每个集成块的上下两面为集成块叠积的结合面，其上有同一坐标位置的垂直方向钻有公共通油孔，P孔为主压油路，O孔为主回油路，L为泄油口和连接螺栓孔。另外底板作用是连接集成块组，液压泵所供压力油经底板引入各集成块，液压系统回油路O和泄油路L经底板引入油箱。 3.2.1 底板的设计底板是将集成块组件固定在油箱面板上，另外将压力油口P、回油口O和螺钉孔合用的泄油口L从底板上引出，用管接头连接到相应的泵源或通入油箱底板上的垂直油口P为直孔，通过横孔将压力油孔在底板后侧面引出，管接件与泵源相连；回油口O与泄油口

32、L可直接通油箱。3.2.2 顶盖的设计顶盖主要作用是封闭主油路，连接集成块组，并在右侧面安装压力表开关及压力表，进行观察液压系统各部及液压泵的工作压力。设计顶盖时，要充分利用顶盖的有效空间，把测压回路，卸荷回路以及定位夹紧回路的测压点布置在顶盖上。3.2.3 集成块的设计集成块设计步骤如下：(1)制作液压元件样板。(2)确定通道的孔径。集成块上的公用通道，即压力油通道P、回油通道O、泄漏油通道L、四个安装孔的位置尺寸。通常压力油通道尺寸由泵的流量来确定，回油口一般要大于压力油通道尺寸。直接与液压元件连接的液压油口由选定的液压元件规格确定。为了使通道相连而采用加工用的工艺孔要用锥管螺塞在集成块表

33、面堵死。(3)集成块上液压元件的布置，把做好液压元件样板放在集成块各视图进行布置。在布置液压元件时，应以在集成块上加工的孔最少为好，孔道相通的液压元件尽可能布置在同一水平面，或在直径的范围内，否则要钻垂直中间油孔，要避免液压元件固定孔与阀口通道，集成块固定螺孔相通液压元件的泄露孔可以考虑与回油口合并。液压元件在水平面上的孔道若与公共油孔相通，则尽可能地布置在同一垂直位置或在直径范围之内，否则要钻中间孔道。电磁阀通常布置在集成块的前面和后面，要避免电磁换向阀两端的电磁铁与其他部分相碰，先布置垂直位置，后布置水平位置，电磁阀的水平基准线X-X应于集成块水平对称线X-X相重合，电磁阀水平方向，应避免

34、电磁阀固定螺孔和阀口通道与集成块固定孔相穿通其他侧面上阀的位置也是先布置垂直位置，然后布置水平位置，使与电磁阀油口相通的油口位在同一层内，溢流阀的先导部分可以伸出集成块之外。(4)绘制集成块液压系统原理图。如下图3-1：图3-1 集成块液压系统原理图第4章 液压站的设计液压站是液压系统的动力源，向液压系统提供所需的压力、流量和清洁的工作介质。它主要包括油箱、液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。油箱装有空气滤清器、滤油器、液面指示器和清洗孔等；液压泵装置包括液压泵，驱动电机及其它们之间的联轴器等；液控装置是指组成液压系统各类元件及其相互连接部分等。4.1 油箱的设计液压油箱的作用是储存液压油，

35、散发热量逸出空气，沉淀杂质，分离水分和安装元件等功能。 4.1.1 液压油箱有效容量的确定油箱有效容量主要考虑工作循环时油液温升，运行时液位变动，调试与维修时向管路及执行机构灌油，循环油量，液压油液的寿命等因素通常以工作压力范围来考虑，油箱有效容量V可按以下方式来确定：在中压系统中可取，。另外要在油箱的最高液面以上要留出等于油液有效容量的1015的空间，以便形成油液的自由表面，容纳热膨胀和泡沫，促进空气分离，容纳停机或检修时靠自重流回油箱的油液。4.1.2 油箱的外形尺寸当油箱的有效面积确定之后,一般可以从标准油箱系列中选图5-1为液压油箱的简图，在箱的上盖或侧面可以安装液压泵，电动机以及其它

36、液压元件。4.1.3 液压油箱的结构设计1. 油箱的材料与表面处理油箱由铸铁、铸铝和钢板焊接而成的。当由铸铁制成的油箱，内表面不涂漆，但要确保清除所有的型砂和芯砂，表面必须喷砂处理。为减轻重量和提高散热能力。而用铝铸成的油箱，内表面也不用涂漆，仅需要彻底处理。多数油箱由钢板焊接而成，这类油箱必须彻底清除所有泥土、切屑、毛刺、焊渣和铁锈。轻度锈蚀可用钢丝刷或砂轮机清理，严重的锈蚀应当用喷丸处理。图41 液压油箱简图使用石油基液压油的钢板焊接油箱应涂40以上的环氧底漆；使用乳化液或水二醇者不涂漆；在涂漆之前一般要磷化处理或喷丸，并用稀料溶剂洗净脱脂后，用压缩空气吹干，使用磷酸脂液者，在予处理之后镀

37、锌。2. 油箱顶盖油箱顶盖用于安装泵、马达、集成块、空气过滤器等。油箱顶盖的结构取决于它上面装些什么。当油箱顶盖安装泵和电机时，顶盖的厚度应为侧板厚度的4倍左右，以免产生振动。泵装置与油箱顶盖之间应设置隔振垫。为了便于布置和维修有时采用在油箱顶盖上装有回油滤油器。顶盖上的螺纹孔应该用盲孔，以防污染物落入油箱内。3. 箱壁用钢板焊接油箱时，采用中碳钢板的厚度不少于3mm。4. 清洗口油箱上的清洗口用来清除油箱内各部分并且能取出油箱中的元件。当油箱顶盖与侧壁为不可拆卸时，应在油箱侧壁上至少设置个清洗口清洗口的数量和位置应当便于清洗所有油箱内表面和取出油箱元件。清洗口盖板应该能由一个人拆装，清洗口的

38、盖板应配有可重复使用的弹性密封圈。5. 箱底油箱底部应该朝向清洗口倾斜，倾斜的斜度通常为1/25l/20。这样便可使沉淀物聚集到油箱中的最低点，另外在最低点设置不少于M18.1.5的放油塞。为了改善油箱的冷却条件便于放油和用叉车搬运，应当把油箱架起来使它至少高地面150mm，所以应设有支脚。支脚上有地脚角螺钉用的固定孔，支脚应当有足够大的面积，以便可以用垫片或锲铁来找平。6. 隔板为了延长油液在油箱中逗留的时间，促进油液在油箱中的环绕流动，这样能促进更多的油液参与在系统循环，从而更好的发挥油箱的散热、排气、沉淀等功能，吸收液压油压力波动和防止液面波动，在油箱中尤其在油液容量超过100L的油箱中

39、应当设置内部隔板。隔板的安装把系统的回油区和吸油区隔开，并尽可能使油液在油箱内沿着油箱环绕流动。隔板的缺口处要有足够大的过流面积，使环绕流流速为0.3-0.6m/s。隔板的高度最好为箱内油面高度的3/4。如果隔板与油箱内表面之间采用焊接连接，则焊缝应当焊满，不要留下可能无法清理的藏污垢的缝隙。7. 吸油管与回油管吸油管与回油管应当用隔板隔开，尽量相距较远些。吸油管入口处要装粗滤油器。粗滤油器和回油管端与箱底的间距不少于20mm在液压油面以下，以便防止吸油时卷吸空气或回油冲入油箱时搅动油面而混入气泡。回油管管端宜斜切45度，以增大出油口截面积，减慢出口处油流速度。另外应使回油管斜切口面对箱壁，以

40、利油液散热，管端与箱壁距离均不宜小于管径的3倍当回油管排回的油量很大时，宜使它出口处高出油面，向一个带孔或不带孔的斜槽(倾角5度15度)排油，使油散开，一方面减慢流速；另一方面排走油液中空气，减慢回油流速减少它的冲击搅拌作用。泄油管管端亦可斜切并面对箱壁，但管口应在液面上，以避免产生背压。泄油管以单独配置为好，尽量避免与回油管集流在一起。8. 液位计液位计用于观察油箱液面及监视注油时液面。液位计应安装在油箱侧面，液位计的下刻线至少要比吸油过滤器或吸油管口上源高出75mm，以免泵吸入空气。液位计上刻线对应着油箱的容量，有的液位计带有温度计。液位计与油箱连接要密封。9. 注油口，通气器注油口和通气

41、器一般合二为一，用于注油和保证液压油箱通大气并净化抽吸空气。注油器网网眼应小于250gm,通过流量应大于20L/min。通气过滤器的过滤精度起码为40gm,其容量应是泵容积的两倍，以便即使在系统尖峰需要期间液面迅速下降时也能在油箱内保持大气压力。利用囊式蓄能器的气囊或特制呼吸袋，构成油箱内部空气与工作现场周围空气之间挠性隔离件，能在保持油箱内压力为大气压力的同时，防止周围空气中的潮气和其它污染物进入油液。呼吸袋宜用于在恶劣的环境中需要严格保护的系统。10. 液压油的加热与冷却(1)加热。寒冷地区因温度低，油黏度大，液压泵启动困难，需首先加热。通常用电加热器。电加热器的管状部分应水平全部侵入液压

42、油中，不允许因液面降低而使管状部分外露。另外当液压油温度升高至预定值时，电加热器应自动断电。(2)冷却。因液压系统工作时产生各种损失，使液压油产生大量的热量，将直接影响系统的正常工作，有时单靠油箱散热是不够的，所以需要设置冷却设备。液压系统中冷却器常用的冷却方式有水冷和风冷两种。4.2 液压站的结构设计4.2.1 液压泵与电机安装方式本系统采用了卧式安装方式，液压泵与电机的轴线呈水平安装，此种结构将泵及管道安装在液压油箱上面，安装方便，散热条件好。但有时同轴度不易保证。4.2.2 液压泵的安装以及液压泵和电动机的联轴器液压泵的安装靠泵本身角架。泵和电动机之间的联轴器宜采用消除不同轴度的挠性联轴

43、器。另外为了防止机械振动传给油箱和管路，泵装置与外界的一切连接都该是弹性的，即泵的吸油管中装设橡胶补偿接管。出油管和泄油管中靠近泵的一段用软管，泵与电动机组件的底座与箱盖或机架之间装设橡胶减振器。4.2.3 液压站的结构设计本系统采用集成块式液压站装置。它是由以下几部分组成：集成块组件、液压泵装置、外接管道支架、油箱部分。其中集成块组和液压泵装置安装固定在油箱顶盖上，再由油管管接头根据油路需要加以连接。另外，换向阀之间应留有一定的轴向距离，这样便于手动调整或拆装电磁铁。压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方；在油箱的边缘处设置一些外接管道的支架，以便使外接管道固牢，从而增加了刚性，又整齐美

44、观；随工作部件运动的管道可采用软管，伸缩管等，软管安装时应避免发生扭转，以免影响使用寿命，互相平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。液压系统的次序进行工作的一种控制方式。第5章 液压系统的PLC控制5.1 选择PLC产品和此产品的优点选择德国西门子公司生产的S7-200 SIMATIC S7家族可编程控制器是西门子公司于1995年年底推出的新一代产品，在性能，体积，重量，指令系统，运行速度等方面，较过去的PLC有了全面的提高和充实。S7-200可编程序控制器和其他可编程控制器比较，软硬件设计先进，使用了高品质材料和电子器件，具有更高的可靠性和更丰富的性能，硬件体积小，重量轻，安装方便，维护

45、容易，采用固定式结构结合模块式扩展的结构方式，具有很好的经济性和更强的适用性。5.2 控制要求5.2.1 绘制控制原理图电磁铁的动作循环如表5-1。5.2.2 需要注意的问题(1)液压系统为保护油泵，一般都有所谓卸荷电磁铁(9CT)。它的作用是：当各液压部件未工作前，给油泵打出的油提供一条回油油路，保证油泵不因过负荷而损坏。对卸荷电磁铁的要求是：只要有液压装置参与工作，它就必须停止卸荷。(2)如果动力头在加工过程中出现故障，可立即按压故障按1SB，使主轴停止进给。5.3 S7-200的硬件组成5.3.1 基本单元S7-200基本单元包括：CPU、电源、输入/输出（I/O）、通讯接口等。根据基本

46、单元上输入输出点的数量进行PLC型号的选择。5.3.2 确定系统的总点数输入(启动按钮I0.0、磨头原位开关I0.1、上磨头快进终点开关I0.2、下磨头快进终点开关I0.3、上磨头工进压力继电器I0.4、下磨头工进压力继电器I0.5、上摆动缸左限位开关I0.6、下摆动缸左限位开关I0.7、上摆动缸右限位开关I1.0、下摆动缸右限位开关I1.1、上磨头快退I1.2、下磨头快退I1.3、车体右移动I1.4、车体左移动I1.5)：共14点。表51 电磁铁动作循环表1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA 11YA12YA13YA14YA15YA16YA磨头原位磨头快进+ + +

47、磨头工进 + +磨头快退 + +摆动缸向左限位 +摆动缸向右限位+车体移动左限位+车体移动右限位 +砂带调整左限位+砂带调整右限位+输出(泵电机KM1、上磨头快进电磁铁1YA、下磨头快进电磁铁2YA、上磨头工进电磁铁3YA、下磨头工进电磁铁4YA、上磨头左摆动电磁铁5YA、上磨头右摆动电磁铁6YA、上磨头砂带张紧电磁铁7YA、下磨头砂带防逃电磁铁8YA、上磨头快退电磁铁9YA、下磨头快退电磁铁10YA、车体移动电磁铁11YA)：共12点。5.3.3 确定PLC的型号选用CPU224(14输入,10输出)加上EM222扩展模块(4输出)。5.3.4 CPU及工作方式S7-200的CPU在基本单元

48、内，它是S7-200的“大脑”包括微处理器，内部管理程序存储器，拥护程序存储器，数据存储器及其它控制电路。S7-200的CPU采用了较新的软硬件技术，设计先进,CPU的功能丰富，灵活，处理速度快。CPU的工作方式有停机方式(STOP)和运行方式(RUN)两种:(1)STOP方式：停机方式。在该状态下，可进行把用户程序装入PLC的用户程序存储器，数据送入，改变配置等操作。(2)RUN方式：运行方式,PLC执行用户程序。5.3.5 工作电源S7-200使用24VDC或120/230VAC两种供电电源。在基本单元内部采用开关电源，具有耗电低，适应电压范围宽和整机体积小，重量轻等特点。外部供电电源接在

49、基本单元上端子排右侧的三个接线端上，S7-200基本单元下端子排右侧的两个接线端子，对外提供一个24V直流电源。5.3.6 输入输出及状态显示基本单元上部接线端子排左侧起为输出接线端子，下部接线端子排左侧起为输入接线端子，输入输出状态显示区在基本单元下面,CPU224共18个绿色LED,LED旁标有“IX.X”或“QX.X”分别指对应的UO地址。LED指示灯亮，表示该指示灯所对应地址的I/0点导通；不亮，则为断开。5.3.7 扩展单元基本单元通过其右侧的扩展接口与扩展单元左侧的扩展接口，用总线连接器连接；扩展单元间的连接通过上个扩展单元右侧的扩展接口，与下个扩展单元左侧的扩展接口，通过总线连接

50、器连接起来。总线连接器是扩展单元的标准附件。扩展单元内部+5VDC工作电流由基本单元提供，通过总线连接器，基本单元向扩展单元提供+5VDC的内部工作电流。5.3.8 S7-200的地址分配方法S7-200的工作原理是采用循环扫描方法。在每次扫描的第一步读输入信号的状态，存入指定的存储区域，然后执行用户程序，将执行结果存入指定区域，最后传给输出执行控制。这样，各个开关量输入输出与存储区域需定义和分配地址实现一一对应。输入/输出信号存放的区域在S7-200的数据空间中，数据空间由数据存储器和数据目标存储器组成。开关量输入（Input）存入数据存储器中的输入映像寄存器(区定义为：I)，开关量输出(O

51、utput)存放在数据存储器中的输出映像寄存器(区定义为：O)。模拟量的存储器在模拟量扩展单元中，属于数据目标存储器，在PLC运行时即时读模拟量输入和写模拟量输出，并完成模拟量现实值(如电压，电流)与反应该现实值的数字量(二进制数)之间的DA，AD转换。在CPU工作进行到执行用户程序时，根据用户程序CPU对模拟量存储器读写数据。模拟量输入(Analog Input)存入数据目标存储器中的模拟量输入区(区定义为：Ai)，模拟量输出(Analog Output)存放在数据目标存储器中的模拟量输出区(区定义为：Q1)。5.3.9 I/O地址分配 I/O地址的分配如表5-2启动按钮I0.0、磨头原位开

52、关I0.1、上磨头快进终点开关I0.2、下磨头快进终点开关I0.3、上磨头工进压力继电器I0.4、下磨头工进压力继电器I0.5、上摆动缸左限位开关I0.6、下摆动缸左限位开关I0.7、上摆动缸右限位开关I1.0、下摆动缸右限位开关I1.1、上磨头快退I1.2、下磨头快退I1.3、车体右移动I1.4、车体左移动I1.5。表52 I/O地址分配表名称对应的PLC地址说明启动按钮SB1I0.0输入磨头原位开关SB2I0.1输入上磨头快进终点开关SB3I0.2输入下磨头快进终点开关SQ1I0.3输入上磨头工进压力继电器ISQ2I0.4输入下磨头工进压力继电器SQ3I0.5输入上摆动缸左限位开关SQ4I

53、0.6输入下摆动缸左限位开关SQ5I0.7输入上摆动缸右限位开关SQ6I1.0输入下摆动缸右限位开关SQ7I1.1输入续上表上磨头快退SQ8I1.2输入下磨头快退SQ9I1.3输入车体右移动SQ10I1.4输入车体左移动SQ11I1.5输入泵电机KM1Q0.0输出上磨头快进电磁铁1YA 1CTQ0.1输出下磨头快进电磁铁2YA 2CTQ0.2输出上磨头工进电磁铁3YA 3CTQ0.3输出下磨头工进电磁铁4YA 4CTQ0.4输出上磨头左摆动电磁铁5YA5CTQ0.5输出上磨头右摆动电磁铁6YA6CTQ0.6输出上砂带张紧电磁铁7YA 7CTQ0.7输出下砂带防逃电磁铁8YA 8CTQ1.0输出

54、上磨头快退电磁铁9YA 9CTQ1.1输出下磨头快退电磁铁10YA10CTQ2.0输出车体移动电磁铁11YA 11CTQ2.1输出5.4 控制面板系统外部控制面板图51 系统外部控制面板急停油泵:系统运程中出现问题时,按下急停油泵,停止操作。启动按钮:按下启动按钮,系统开始运行。定位按钮:按下定位按钮,开始进行定位。松开按钮:按下松开按钮,系统运行结束。5.5 PLC外部接线图图52 PLC外部接线图5.6 PLC梯形图图63 PLC梯形图千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。- 40 -结论本设计中，着重进行了对钢轨电极接触面磨光机由机械部分

55、、液压传动及PLC控制三部分组成一个典型的机电液一体化设计分析。1、首先对钢轨磨光机液压系统工作原理分析，确定了每部分进给的结构，给出了各个阶段的的工作原理。2、确定了液压系统的原理图，并对液压系统进行了设计和计算,确定了各液压元件。液压油泵选用CB-B40型三联齿泵，电动机的型号为Y90S-6型异步电机。并进行了集成块液压系统的设计。3、进行了泵站的设计，确定了泵站的结构，和安装方式。泵源选用三联齿泵供油，低压泵（大流量）用于快速进给和快速退回，高压泵（小流量）用于快速进给使得供油过程流量均匀，旋转平稳。调速方式上采用了小功率调速系统常用的调速阀式进口节流调速回路，速度换接方式为电磁阀的快慢

56、速换接回路。定位夹紧系统采用了二位五通电磁阀的夹紧方式，保证了系统工作的可靠性。4、对液压系统进行了PLC的控制设计，采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列CPU224作为主控PLC，以及I/O端口。编程实现加工过程控制。控制过程中工进时采用时间控制，保证每次工进距离一致；并设有退离线开关，保证快退的时候定位。由于S7-200安装方便，容易维护，采用固定式结构结合模块式扩展的结构方式进行控制，体现了此系列更高的可靠性和更丰富的性能。致谢在三个多月的毕业设计当中，我从刚开始的无所适从到现在圆满的完成设计任务。经历了查阅资料，各部分结构设计，到完成图纸，在这个过程中我学到很多新的

57、东西。无论是在理论知识学习上还是在实际工程设计中，有都有了长足的进步，为四年的大学生活画上了圆满的句号。这一切都离不开韩桂华老师的谆谆教导。在整个毕业设计过程中，韩老师始终以高标准严格要求我，不仅在理论知识上给予我悉心的指导，而且教会我如何在实际工程设计中发现问题，分析问题，解决问题，这将对我以后的工作学习有很大的帮助。同时，韩老师认真的工作作风，严谨的教学态度都深深地影响着我，为即将踏上工作岗位的我树立了榜样。在此，我向韩老师致以深深的敬意和衷心的感谢！同时，也感谢四年来给予我知识的所有老师，以及在学习、生活中给予我帮助的各位同学。今后，我力争在新的工作中取得更大的进步，已回报老师、学校以及

58、社会对我的培养。参考文献1 廖常初.PLC 编程及应用 机械工业出版社，2002：67-962 许福玲、陈尧明.液压与气压传动.机械工业出版社，1978：12-233 李庆寿.机械制造工艺装备设计使用手册.机械工业出版社，2000 ：89-1024 大连组合机床研究所.组合机床设计.机械工业出版社，1978：21-525 冯金玲.液压机床的机电一体化改造及其应用. 机电工程 ,1997 ：54-986 丁振明、彭通安.金属切削原理与刀具.国防工业出版社编，1976：99-1587 李仁.生产机械的电气控制.机械工业出版社，1980：45-568 机械工业部.中小型电机产品样本.机械工业出版社编

59、，1980：11-269 大连组合机床研究所.组合机床液压设计，1988：98-12410 液压传动设计手册.上海人民出版社，2000：12-29811 方承远工厂电气控制技术.机械工业出版社，2000：25-3812 机械系办公室.液压系统设计指南.哈尔滨理工大学，2004：11-2313 廖常初.s7-200PLC教程.机械工业出版社，2006：21-7814 西门子（中国）有限公司.S7-200 可编程控制器系统手册，2002：88-9215 Marcel ducker IncDavid G.Johnsin. Programmable controllers for factory au

60、tomation. New York and Basel，Dec 1978David, Control Engineering Programmable Logic Controller On A Chip-The Latest Tool Control Engineers, New York and Basel, Nov 1977：55-9816 STEP-7, Programming Package for Personal Computer, SIEMENS：25-7617 SIEMENS AG. SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual.2000：79-158附录Support software for the development of programmable logic 1、 IntroductionProgra