插装式液压与气动综合教学实验台控制系统设计.pdf

2 0 1 1 年 4月 第 3 9卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 l Vo i ． 3 9 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 2 1 插装式液压与气动综合教学实验台控制 系统设计 胡云 堂，林伟 明 九江学院机械与材料工程学院，江西九江 3 3 2 0 0 5 摘要根据 目前 液压与气压传动教学的发展趋势 ，研制插装式液压与气动综合教学实验台，简述实验台的组成 功能，详细介绍实验台控制系统的组成及原理。教学实践证明该系统设计合理、性能可靠 ，达到预期 日的。 关键词液压与气 传动；实验台；插装式 ；控制系统 中图分类号 T H 6 文献标识 码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 8 0 8 3 2 De s i g n o f Co n t r o l S ys t e m o f Ca r t r i dg e Ty pe Hy dr a ul i c a nd Pn e u ma t i c Co mpr e he ns i v e Te a c h i n g Te s t S t a nd HU Yu n t a n g． L I N W e i mi n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l Ma t e ri a l s E n g i n e e r i n g ，J i u j i a n g U n i v e r s i t y ，J i u j i a n g J i a n g x i 3 3 2 0 0 5 ，C h i n a Abs t r a c tAc c o r d i n g t o t he d e v e l o pme n t t r e nd o f Hy dr a u l i c a nd Pn e u ma t i c Tr a n s mi s s i o n t e a c h i n g， c a r t r i dg e t y pe h y dr a u l i c a n d p n e u ma t i c c o mp r e h e n s i v e t e a c h i n g t e s t p l a t f o r m wa s d e v e l o p e d ． T h e c o mp o s i t i o n a n d f u n c t i o n o f t h e t e s t s t a n d we r e d e s c r i b e d ． T h e c o mpo s i t i o n a n d p r i n e i pl e s o f t h e c o nt r o l s y s t e m o f t he t e s t pl a tfo r m we r e i l l us t r at e d． Te a c h i n g p r a c t i c e p r o v e s t ha t t he de s i g n i s r e a s o n a b l e ， t h e p e r f o r ma n c e i s r e l i a b l e a n d t h e d e s i r e d g o a l i s a c h i e v e d ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c a n d p n e u ma t i c t r a n s mi s s i o n；Te s t s t a n d； C a r t r i d g e t y p e ； C o n t r o l s y s t e m 实验教学是 液 压与 气 压传 动 课程 的重要 组 成部分 。传统 的教学 实验 台采用的控制技术落后 ，不 能反映液压气压技 术与先进 的微 电子及控制技术 的有 机结合等 。结合液压 与气动教学工 作的经验 ，作者设 计 了一种新型 的可 由学生 自行设计 系统并进行操作 的 插装式液压与气动综 合教学实验 台。该实 验 台除 了可 以进行常规的液压与气动基本控制 回路 实验外 ，同时 可完成 可编程序控制器 P L C 控制实验 ，还可进 行 液压 与气 动回路课 程设计 ，是机 电液技术完美结 合的 典 型实验设备 。该 实验台采用 的是低压 系列 的优 质液 压 与气 动元件 、快速 而可靠 的插装式安装结构及 快速 接头 。通过该实验 台 ，学生 可以根 据需要快速搭建成 各种手动 、电动及程序控制 的液压与气动 回路或液压 与气动 系统 ，而且 还可 以独立 地进 行 实 验设 计 、安 装 、调试 、故障排除 、控制程序编制等 ，使学生 受到 接近于工程实际 的综合训练 ，较好地满 足了当前创新 教育和素质教育的要求。 1 插装式液压与气动综合教学实验台简介 插装式 液压 与气动综合教学实验 台主要 由液 压实 验操作台、气压实验操作台、液压源、气压源、强电 控制和弱 电控制 系统六部 分组成。实验 台外型尺寸 为 1 6 0 0 m m x 1 1 0 0 I n n1 8 0 0 m m，图 1 是该实验 台的 外观结构图 。 图 1 插装式液压与气动综合教学实验台 该实验台是根据 液压与气压传动、 气动控 制技术 等通用教材设计而成 ，集可编程控制器和 各种液压元件模 块 、气动元件模块 于一体 ，除 可进 行 常规的液压 、气 动基 本控制 回路实验外 ，还 可进行 液 压 、气动组合应用 实验 及液 压 、气 动技术 课 程设计 。 实验台采 用立 式 双 面 台设计 ，电气控 制 为上 置式 安 排 。A面为实 阀演示 实验 ，B面为气 动综合 实验 。控 制 面板 为 A、B面单独控制 ，每面都 配有 P L C和继 电 器两种 控制方式 ，电气 系统 为独立控制模式 ，互不干 扰 ，并采用安 全 2 4 V电压 。每个 面板都 有 液压油 的 供给／ 回油接 口、压力测 试接 口和实 回路 的电气控 制 输入／ 输 出接 口等 。液压 实验 台设 置 了系统 油温上 升 显示和 系统压力 卸荷手动控制 。实验 台可完 成的实验 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 0 8 作者简介 胡云堂 1 9 7 1 一 ，男 ，工学硕士 ，讲 师 ，主 要从 事机 电液气 一 体化 研究 工作 。电话 1 3 9 0 7 9 2 3 4 0 9 ，E ma i l hu y u nt a ng 1 6 3． c o rn。 8 4 机床与液压 第 3 9卷 项 目如下 1 液压基 本 回路 实验 ； 2 气动基本 回路 实验 ； 3 多种液 压回路组 态画面演示及 控制实验 ； 4 多种气压 回路组态 画面演示及控制 实验 ； 5 液压与气动组合应用实验 ； 5 P L C控制与计算机通讯 以及在线调试等实 验功能 。 2实验台控制系统设计 实验台控制系统包括液压源压力控制和电气控 制两大部分 ，其 中电气控 制 分为 强 电控 制系 统 和弱 电控 制系统 两部分 。考虑 到结 构 的 紧凑 和强 弱 电分 离 ，将 液压 源压力控 制部 分 和强 电控 制部 分 放置 在 实验平台的下部 ，弱 电控制部分 放置在控制 台上 部 。 2 ． 1 液 压 源压 力控 制 系统 液压 源压力控 制工 作 原理 如 图 2所示 ，配 置有 流量控制阀，可根据要求调整所需流量。采用 了一 个定量 叶片泵 3向系统供 油 ，根据 实验 需要 通 过换 向阀 4 、溢 流阀 6或 溢流 阀 9可 获 得两 种 系 统 最 高 压力 。 图 2 液压源压力控制工作原理 图 2 ． 2 强 电控 制 系统 强电部分 主要 是指 用 于 系统 控 制 的 电源、接触 器 、继 电器 、控制 面板及接 线端 子等。主要包括 实验 用的电控设备及操纵装置，如油温 自控及操纵装置、 电击启动器、电表以及各种操作按钮 用于液压源 和气 源驱动 电动 机起 动 和停 止 、事 故 急停 等 。因 篇 幅有 限 ，这 里不再 详述。 2 ． 3 弱 电控 制 系统 I N● L 1 E ＼ E ．＼ E _＼ K E -＼ s Y 2 S Y 3 S Y 4 I S Y 5 S Y 6 l fs T 1 Is T 2 l S T 3 I s T 4 I S T 5 l S T 6 S Y 1 N 2 2 0 V CoM XO Xl X2 X3 X4 X5 X6 X7 X1 0 Xl l X1 2 Xl 3 X1 4 Xl 5 F Xl N一 3 2 M R PLC r _ L r 2 4 CoM C0M0 Y0 C0M 1 Y1 C0M2 Y2 Y3 COM3 Y4 Y5 Y6 Y7 CoM4 Y1 0 Yl 1 f l l l l l I 2 一 _ J l 一 、I ． ． ． ． ． ．j ● ＼ 4 F 2 F 3 F 4 I F 5 F 6 F 7 l P 2 - z 一 I ① z H4 z H 7 瑚 一 Z z V1 H1 V 2 V 4 H V P‘ DT1 插孔DT 2 插孔DT3 插孔DT 4 插孔DT5 插孔DT 6 插孔DT7 插孔 DT8 插孔 图 3 P L C控制原 理图 弱电控 制部分 主要 为 P L C控制 。采用 P L C控制 算 、定时 、计数 、顺序控制 、人机对话 、记 录和显示 具有以下优点 1 具有很好的柔性 ，实验项 目改 等功能 ，满足实验台拆装便利的要求。 变后 不改变 P L C的硬 件设 备 ，只需 改 变应 用程 序 即 该 实验 台选 用 日本 三菱 公 司 的 F X I N ． 3 2 M R 型 可； 2 具有高度的可靠性 ，P L C控制系统没有机P L C 。三菱电机推出的 F X 1 N系列 P L C是功能很强大 械触点 ，只是虚拟 的触点； 3 体积小、质量小 ， 的普及型微型 P L C ，最多可控制 1 2 8点，除了可以扩 易于装人实验台内部实现机电液一体化； 4 功能 展输入输出，还具有模拟量控制和通讯 ，链接功能等 完善，P L C具有开关量和模拟量输入输出、逻辑运 下转第 8 8页 8 8 机床与液压 第 3 9卷 图6 单向节流阀替代平衡阀 此方案 中 ，所用 的单 向节流阀价格 相当便 宜 ，而 且很容易购买 ，而平衡 阀的价格相 当高 ，这样改装不 仅可以满足设计要求 ，而且能够节约成本。 3结论 以上几种传动机构装置和液压系统的比较表明 在要求两车厢顶盖 同步工作 的前提之下 ，液压缸上面 安装 齿条 比在液压缸杆上安装容易得多 ，液压缸竖着 放置 ，解决 了行程 过大 、在车厢正前方安装 不便的困 难 ，液压缸 另外 一侧则 安装 了带有滚轮 的支架 ，这样 可以减小摩擦。液压缸杆由支架固定在车厢正前方。 通过 比较 ，可 以发现对于载重汽车液压挡 土装置 而言 ，机构方 面选择重 型汽车液压挡土装置液压缸缸 体安装齿条机构 ；液压传动方面采用直流电动机带动 液压泵产生的高压油经过单向阀流进三位四通电液换 向阀，然后经过分流 一集流阀将液压油均等地分配， 流进液压缸大腔驱动液压缸下移 ，通过其上 的齿条带 动传动齿轮顺时针旋转 ，从而驱动齿轮轴带动车厢顶 盖 同步旋转 ，达到关闭的 目的 。在液压缸小腔进油的 时候同样 由直流 电动机带动液压泵产生的高压油经过 单向阀、三位 四通电磁换向阀流入小腔，推动液压缸 上移，带动齿轮顺时针旋转，回油路上通过单向节流 阀进行 限速 ，此过程对应着 卡车车厢顶盖 打开。这种 方案最为理想 。 对 于重 型卡车的车厢顶 盖启 闭系统来 说 ，重要 的 是达到能够使其开启和闭合这一结果 ，对过程的同步 与否没有多大 的意义 ，如 图 6分流 一集流 阀完全可 以 不要 ，这种方案更经济性 。 参考文献 【 1 】袁子荣． 液气压传动与控制 [ M] ． 重庆 重庆大学出版 社 ． 2 0 0 2 ． 【 2 】朱经昌， 魏宸官， 郑慕桥． 车辆液力传动[ M] ． 北京 国防 工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． 【 3 】王宝和． 流体传动与控制[ M] ． 长沙 国防科技大学出版 社 ， 1 9 9 8 ． 【 4 】 刘惟信． 机械可靠性设计 [ M] ． 北京 清华大学出版社， 1 9 9 5 ． 【 5 】 龙振宇． 机械设计[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 ． 【 6 】刘新德． 袖珍液压气动手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 9 5 ． 【 7 】 液压与气动． 1 9 9 8 2 0 0 1 ． 【 8 】 成大仙． 机械设计手册 [ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 1 99 0． 【 9 】雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 】 9 9 0． 上接第 8 4页 的扩展性 ，可以方便地控制如实验台中用到的比例信 号之类的模拟量 。图 3为插装式液压与气动综合教学 实验 台控制 系统 P L C控 制原 理 图。输 入 点用 来接 收 各按钮 、行程开关 、压力继 电器等 的控制信号 ；输 出 点直接控制电磁阀，并带有发光管指示。其输入时每 两个输入为一组 即 “ X 0 ，X l ” ，“ 2， 3 ” ， “ x 4 ， X 5 ， ” ，“ X 6 ，X 7 ” 四组 ，分别对应 输 出 “ Y 2 ，Y 3 ” ， “ Y 4 ，Y 5 ” ，“ Y 6 ，Y 7 ” ，“ Y 1 0 ，Y 1 1 ”等 ，且每组 的 两 个输 出互 锁 。通 过 转 换 开关 设 置 P L C运 行 方式 ， “ 运行”为输入端直接控制。F X1 N - 3 2 MR在功能上能 满足插装式液压与气动综合教学实验台的控制需要 ， 机器的容量也较为适合 ，在满足实验台的输入与输出 控制信号需求之外，还可留一定 I ／ O通道作为液压泵 电动机控制用途及照明电路和储备用途。 3结 论 该实验台研制成功后，供实践教学使用，教师和 学生一致反映良好 。实验 中，学生自己动手组装各种 液压 与气动 回路 ，使学生初 步具 备了液压与气 压系统 的调试 、分 析能力 。实验 台提供 的继电器控制 方式 和 P L C控制方式，使学生在掌握传统的继电器控制之 外 ，还学习 P L C编程控制 ，具备 P L C控制与计算机 通讯 以及在线调试 等实验 能力 。其综合 了气液技术和 电气 P L C控制技术 ，适用电工、机电一体化等专业 实训考核 。 参考文献 【 1 】姚春江， 陈小虎， 毋文峰 ， 等． 多功能液压实验 台设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 3 l 7一l 8 ． 【 2 】 邓克． 多功能综合液压实验台的研制[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 8 4 5 7 5 8 ．