本科毕业设计（论文）

题 目 液压压力机控制系统设计
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摘要

液压压力机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末 等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如:锻压、冲压、冷挤、校 直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。

液压压力机由主机及控制机构两大部分组成。主机部分包括液压缸、横 梁、立柱及充液装置等。本文主要设计四柱式液压机的控制机构。控制机构由 油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用PLC控 制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种 工艺动作的循环。

在本设计中，设计了液压缸的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流量的 大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。

关键词：四柱液压机；液压系统；PLC

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Abstract

The hydraulic press is a kind of machine which uses the liquid static pressure to process metal, plastic, rubber, wood, powder and so on. It is used in pressing process and press forming process, such as forging, stamping, cold extrusion, straightening, bending, flanging, sheet metal deep drawing, powder metallurgy, pressure equipment and so on.

The hydraulic press is composed of two main parts: the main machine and the control mechanism. The main parts of the machine include hydraulic cylinder, beam, column and filling device. This paper mainly control mechanism design of four column hydraulic machine. The control mechanism is composed of an oil tank, a high pressure pump, a control system, a motor, a pressure valve, a direction valve, etc.. Hydraulic machine using PLC control system, through the pump and the oil cylinder and a variety of hydraulic valves to achieve energy conversion, regulation and delivery, to complete the cycle of various processes.

In this design, the size of the hydraulic cylinder is designed, and the hydraulic principle diagram is drawn up. Hydraulic pumps, motors, control valves, filters, and other hydraulic components and auxiliary components are selected according to the size of pressure and flow.

Keywords : hydraulic machine; hydraulic system; PLC

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目录

1.绪论----------------------------------------------------------(P6)
1.1 概述------------------------------------------------------(P6)
1.2液压压力机的发展趋势---------------------------------------(P8)
1.2.1国内液压压力机的发展趋势-------------------------------(P8)
1.2.1国外液压压力机的发展趋势-------------------------------(P9)
1.3本文的研究内容---------------------------------------------(10)
2.液压压力机的液压系统设计-------------------------------------(P11)
2.1液压系统的组成--------------------------------------------(P11)
2.1.1液压系统的整体构成------------------------------------(P11)
2.1.2压力机的传动方式选择----------------------------------(P11)
2.2液压压力机的结构与动作组成--------------------------------(P12)
2.3工况分析与计算--------------------------------------------(P13)
2.3.1工况分析----------------------------------------------(P13)
2.3.2工作循环----------------------------------------------(P14)
2.3.3压力机技术参数----------------------------------------(P14)
2.3.4负载分析与计算----------------------------------------(P16)
2.4液压系统的设计--------------------------------------------(P20)
2.4.1执行元件类型的选择------------------------------------(P20)
2.4.2方向控制回路------------------------------------------(P21)
2.4.3速度控制回路------------------------------------------(P22)
2.4.4压力控制回路------------------------------------------(P25)
2.4.5液压油源回路------------------------------------------(P28)
2.4.6液压系统的合成----------------------------------------(P29)
2.5液压元件的计算和选择--------------------------------------(P32)
2.5.1液压泵的选择------------------------------------------(P32)
2.5.2液压元件的选择----------------------------------------(P34)

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2.5.3辅助元件的选择----------------------------------------(P35)
2.5.4液压系统的性能验算------------------------------------(P40)
2.6本章小结--------------------------------------------------(P42)
3.液压压力机控制系统设计---------------------------------------(P43)
3.1 PLC概述--------------------------------------------------(P43)
3.2 PLC控制部分设计------------------------------------------(P43)
3.2.1控制系统采用PLC的必要性------------------------------(P43)
3.2.2 PLC的功能--------------------------------------------(P45)
3.2.3 PLC的选型--------------------------------------------(P46)
3.2.4 PLC输入/输出分配表-----------------------------------(P47)
3.2.5 PLC控制程序设计--------------------------------------(P49)
3.3本章小结------------------------------------------------(P54)
4.结论---------------------------------------------------------(P55)
参考文献-------------------------------------------------------(P56)
致谢-----------------------------------------------------------(P57)

1.绪论

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1.1 概述

液压机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，它是一种利 用液体压力工作的机器。液体压力传递原理为：在充满液体的密闭容器中，施 于任一点的单位外力，能传播至液体全部，其数值不变，其方向垂直于容器的 表面。

液压机有以下几个优点：

(1)液压机最大的特点是容易获得最大的压力。在锻造过程中锻锤是靠冲击 力打击锻件，因而会产生较强的振动。为了提高打击效率和减轻振动，需要有 很大的砧座和良好的地基，因而锻锤不可能造得很大。曲柄压力机是靠曲柄连 杆机构传递能量，由于受到曲柄连杆机构强度的限制，一般只制造到100MN以 下。液压机利用静压力工作，不需要大的砧座和坚实的地基。由于采用了液压 传动，其动力设备可以与主机分开，可以适当加大柱塞的直径或采用多缸联合 工作的方式来获得更大的工作压力。目前大型液压机均已造到100MN以上。

(2)有更大的工作行程，并可在全行程的任意位置施加最大的工作压力；在 工作行程的任意位置都可以回程。机械传动的曲柄压力机的滑块行程是不变 的，并且只能在滑块下止点前较小的行程内产生标称压力。而且必须在下止点 后才能回程，如果过载将会闷车，导致损坏。液压机则与其相反，所以液压机 对要求工作行程较长而且变形均匀的工艺（如拉伸、积压等）十分适应。

(3)有更大的工作空间。液压机本体没有庞大的机械传动机构，其液压缸可 根据操作的要求来布置，因而可以容易地获得较大的工作空间。

(4)工作压力可以调整，可以实现保压，并可防止过载。例如，有三个缸的 液压机可以很容易地获得三级不同的工作压力。将高压液体通入中间的工作缸 能得到第一级压力；通入两侧的工作缸能得到第二级压力；3个工作缸同时通 入高压液体就得到第三级压力。液压机可以作长时间的保压。液压系统有调压 装置，可以根据要求来调整液体的压力。他的安全装置，能可靠地防止过载。

(5)调速方便。通过调整通入工作缸液体的流量，可以实现各种行程速度。 例如，实现空程下降和回程时高速，工作行程时慢速，而且这种调速是无级

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的。

(6)液压机结构简单，操作方便。液压机的本体结构很简单，而且容易制 造。特别是中、小型的液压机，由于液压元件的标准化、系列化和通用化程度 的提高，使其设计与制造更为简便，成本降低。液压机还易于实现自动控制和 遥控。

(7)液压机工作平稳。振动和噪声都较小，利于改善工人的劳动强度和工作 条件。

• (8)液压机的动力传动为柔性传动，较机械加工复杂的传动系统简单。

(9)液压机基本的动作方式有三种：单动、双动、三动。但其拉伸过程中只 有单一的直线驱动力，是加工系统有较长的使用寿命和较高的工件成品率。 除了以上优点外液压机还有一些缺点，比如：

(1)液压机采用液压油为工作介质，因而对液压元件的精度要求和密封条件 要求较高。另外，不可避免的泄露会带来环境的污染。

(2)液压机的工作速度较其他设备低。由于液体流动时会产生较大的阻力损 失，当液压机高速运动时，这种损失就更为明显。所以液压机的最高工作速度 受到限制。

由于液压机具有以上特点，得到了广泛的应用。除了大型的锻件的锻造、 拉伸、剪切、挤压等工序外，还应用于塑料压型、层压板、粉末冶金、废金属 处理、棉花打包等工序。

四柱液压机是一种利用油泵输送液压油的静压力来加工金属、塑料、橡 胶、木材、粉末等制品的机械设备。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如： 锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。用 途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压 机两大类。

四柱液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构 和工作介质组成。动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为积式油泵。为 了满足执行机构运动速度的要求，选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于

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2.5MP ）用齿轮泵；中压（油压小于 6.3MP ）用叶片泵；高压（油压小于 32.0MP) 用柱塞泵。各种可塑性材料的压力加工和成形，如不锈钢板钢板的挤 压、弯曲、拉伸及金属零件的冷压成形，同时亦可用于粉末制品、砂轮、胶 木、树脂热固性制品的压制。

液压机采用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调 节和输送，完成各种工艺动作的循环。PLC可靠性高，抗干扰能力强,通用性 强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广,编程简单，容易掌握;体积 小、重量轻、功耗低、维护方便,减少了控制系统的设计及施工的工作量等特 点,所以设计时我们采用PLC能集中且较方便地制造。

1.2液压压力机的发展趋势

1.2.1国内液压压力机的发展趋势

随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、 新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。自19世纪问世以来发展很 快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行 业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有50年的发展历 史，80年代以后我国液压机开始进入高速发展阶段。其发展趋势主要包括： (1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压 系统的完善。

(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提 供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断 和调整，具有故障预处理的功能。

(4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防 止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件， 如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业

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在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压 件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合 理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步 淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发 展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。

未来几年我国压力机行业的发展将会越来越好，不断的向高端市场挺进， 众多压机制造厂正在不断的改进技术，争取生产研究出更加出色的控制系统， 在压机上应用更多的功能。使压机具备高效、节能、灵活方便等优点，并努力 寻求进军高端市场的机会。

1.2.2国外液压压力机的发展趋势

在国内外液压机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型：一种是 以继电器为主控元件的传统型液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压 机；第三种是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压机。三种 类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能 化。

在国际上来看，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差 别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振 动方面，有较明显改善。

在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计。插装 阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已开始 广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要 的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于 加工工艺等方面的原因，国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。在安 全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检 测和维护，如BROWNBOGGS产品可实现负载检测、自动模具保护以及错误诊断 等功能

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1.3本文的研究内容

液压压力机又称液压成型压力机，是各种金属与非金属材料成型加工的设 备。压力机的液压系统由主缸和顶出缸组成，其循环过程如下：

• 主缸上滑块：快速下行(400mm)→慢速加压(50mm)→保压延时(10s)→泄压

• 换向→快速退回(450mm)→原位停止。

顶出缸下滑块：向上顶出(50mm)→停留(3s)→向下退回(50mm)→原位停 止。

具体工作如下：

• (1)熟悉该系统的机械传动机构、驱动机构、执行机构，分析设计任务和控

• 制要求，设计控制原理图；

  • (2)根据负载及控制要求，进行液压控制与液压执行关键元器件的选型工

• 作，并根据控制动作设计出液压控制的基本回路，得出液压系统图；

• (3)根据任务的控制关系设计控制系统的硬件接线图，编写PLC控制程序并

• 调试，设计控制面板，选定所需的电气元件，列出清单；

  • (4)撰写设计计算说明书，字数不少于0.5万字。

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