发布时间：2024-03-28 来源：网络
钢轨磨光机液压系统设计 摘要 钢轨磨光机是一种将钢轨的钢头进行表面打磨的设备，传统的钢轨磨光机大多数采用机械传动的方式来传递运动和动力，容易振动，结构复杂，噪音大，传动效率低，难以保证零件的加工质量和精度。将液压传动应用在对钢轨磨光机改进，将改善能源利用方式，易于实现过载保护、无级调速，降低噪声，控制方便，安全可靠。同时对提高工作效率、加工精度、优化机器性能和改善工作环境等方面都有重大意义。本设计电气部分采用西门子PLC控制，实现钢轨磨光机机械、电气、液压三者紧密联系的结合的一个综合体 。 本论文主要对钢轨磨光机液压系统的设计和PLC控制的设计，包括液压系统的工况分析和负载分析，液压系统图的拟定、液压系统性能的验算、PLC电气控制原理图的设计和液压系统的仿真。 关键词：钢轨磨光机，液压系统，西门子PLC，改进 PAGE III 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 绪论 1 1.1 液传动的概压述 1 1.1.1 液压传动发展 1 1.1.2 液压传动在机械行业中的应用 1 1.1.3 液压传动的特点 1 1.2 PLC的发展概况 2 1.3 钢轨磨光机的简介 3 1.3.1 磨光机的现状及改进 3 1.3.4 钢轨磨光机的结构 4 2 工况分析 5 2.1 系统设计要求 5 2.2 确定执行元件的工作压力 5 2.2.1 液压缸的负载分析 5 2.2.2 摩擦阻力负载 5 2.2.3 惯性负载 6 2.2.4 液压缸的总工作压力 7 2.3 确定液压缸的主要结构系数 7 2.4 计算液压缸的工作初压力，冰球突破游戏网站在线玩流量和功率 7 2.4.1 初压力的计算 7 2.4.2 计算液压缸的输入量 8 2.4.3 计算液压缸的输入功率 8 3 液压系统原理图的拟定 9 3.1 系统方案选择 9 3.1.1 调速回路 9 3.1.2 速度换接回路 10 3.1.3 换向回路 10 3.1.4 卸荷回路 11 3.1.5 压力控制回路 12 3.1.6 动力源的选择 13 3.2 液压系统的拟定 14 4 液压元件的选择 17 4.1 选择液压泵 17 4.2 液压匹配的电动机的选定 17 4.3 油箱的设计 18 4.3.1 液压油箱有效容量的确定 18 4.3.2 油箱的外形尺寸设计 18 4.3.3 液压油箱设计 19 （2）油箱的顶盖的设计 19 （3）液位计的设计 20 （4）管头的选择 20 （5）过滤器的选择 20 （7）空气过滤器的选择 20 （8）液压油的加热与冷却： 21 4.4 确定管道的尺寸 21 5 液压系统的性能验算 22 5.1 压力损失的验算 22 5.2 系统温升与发热的验算 23 6 液压系统的PLC控制 24 6.1 选择PLC产品的和此产品的优点 24 6.2 PLC控制要求 24 6.2.1 绘制控制动作循环表 24 6.2.2 需要注意的问题 24 6.3 S7-200的硬件组成 24 6.3.1 S7-200基本单元 24 6.3.2 确定系统的点数 24 6.3.3 确定PLC的型号 25 6.3.4 I/O地址分配 26 6.4 控制面板 27 6.5 PLC外部接线 钢轨磨光机PLC梯形图 27 7 钢轨磨光机液压系统仿线 FluidSIM软件介绍 28 7.2 液压系统模拟仿线 液压磨光机的保养与维护 30 8.1 液压油路的保养 30 8.2 过滤器的保养与维护 30 8.3 操作者应注意的事项 30 9 结论 32 参考文献 33 致谢 34 附录 35 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文） PAGE 41 1 绪论 1.1 液传动的概压述 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，冰球突破游戏网站在线玩动作准，功率大的液压传动装置，推动了液压技术的发展。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 液压传动在机械行业中的应用 液压传动能够实现无级调速，操作方便，容易实现很大的力和转矩，能快速的启动、制动和频繁换向，机构紧凑，故在机械行业中应用十分广泛。例如：平板车、高空作业、车床铣、床刨、床磨、加料机、压铸机等。 1.1.3 液压传动的特点 （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）液压传动在出现故障时不易诊断。 1.2 PLC的发展概况 自1969年针对工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PLC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。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控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、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 钢轨磨光机的简介 1.3.1 磨光机的现状及改进 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、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。 1.3.2 钢轨磨光机的功用 钢轨磨光机是一种将钢轨进行抛光的设备，将钢轨抛光损伤层不会影响最终观察到的组织，即不会造成假组织。先使用较粗的磨料，以保证有较大的抛光速率来去除磨光的损伤层，但抛光损伤层也较深；再使用最细的材料，使抛光损伤层较浅，但抛光速率低。工作室采用液缸夹持钢腰，并对钢头进行打磨。 1.3.3 钢轨打磨的目的 （1）通过修正钢轨断面形状，改善轮/轨接触关系，从而减少轮/轨接触应力和磨耗。 （2）修正/控制钢轨波磨以及低接头。这些缺陷会增加轮轨噪音、加快车辆部件和轨道部件的恶化率，甚至造成列车限速； （3）修正/控制滚动接触疲劳缺陷。这些缺陷会增加钢轨损伤的风险，甚至降低超声波钢轨探伤的效果； （4）修正/控制其他钢轨缺陷（如车轮滚伤、压溃、轨头垂向及纵向裂纹）； （5）减少车轮和转向架运动的不利影响，这种情况下，会加剧钢轨磨耗和缺陷的恶化； （6）减少噪音和振动，减少普通接头和焊接接头的垂向不平顺，控制钢轨波磨； （7）缓和大轴重车轮作用的不利影响，改善轮/轨接触条件； （8）减少车辆横向不稳定性（蛇行运动）。 1.3.4 钢轨磨光机的结构 钢轨磨光机包括支架、工作台和夹紧板，工作台置于支架上，工作台由底座和磨轮构成，底座通过铰链与夹紧板相连，底座由座壳、线圈和盖板组成，线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。钢轨磨光机的主要结构如图1-1所示。 图1-1 钢轨磨光机 图1-2 钢轨磨光机主要结构图 2 工况分析 2.1 系统设计要求 通过查阅相关文献，将MAS150钢轨磨光机作为研究对象，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→停止。 查文献[2]得到钢轨磨光机机的参数： 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，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 液压缸的负载分析 按设备的工艺要求，把执行元件在各阶段的负载用曲线表示出来，称执行元件的负载-位移（时间）曲线图（负载图）。由此图可直接的看出在运动过程中何时受力最大，何时受力最小等各种情况，以此作为以后的设计依据。 液压缸驱动执行机构进行直线往复运动时，所受的负载为 （2-1） 式中，-工作负载； -摩擦阻力负载； -惯性负载。 2.2.2 摩擦阻力负载 摩擦阻力是指主机执行机构在运动时与导轨或支撑面间的摩擦力，其值恒为正值。 （2-2） 式中，-运动部件及外负载对支撑面的正压力； -摩擦力系数。 因钢轨磨光机压头是在竖直方面运动，所以它的摩擦阻力很少，所以在计算时不予考虑，即。 2.2.3 惯性负载 惯性负载是指运动部件在启动或制动过程中，因速度变换由其惯性而产生的负载决定，可由牛顿第二定律计算。 （2-3） 式中，-运动部件的质量，； -运动部件的加速度，； -运动部件的重力，； -重力加速度，； -速度的变化量，； -速度变化所需要的时间，。 根据给定条件，先计算液压缸快速下降时启动加速中惯性力和反向启动加速中的惯性力，取加速（减速）时间为0.2。 175.8（） 405.2（） 除此之外，液压缸的受力还有活塞和活塞杆处的密封装置的摩擦阻力，其计算方法和密封装置的类型、液压缸的制造质量和工作压力有关，由于详细计算比较麻烦，为了简化计算，一般将其考虑在液压缸的机械效率中，初步设计时可取=0.85～0.97，另外，还有背压力，可在最后计算时确定。 2.2.4 液压缸的总工作压力 按照GB/T 17446中的定义：额定压力是指“额定工况下的压力；工作压力是指装置运行时的压力，因此在选用时工作压力要小于额定压力。由上已确定负载值的大小，取液压缸工作压力P为1Mpa，载荷为2.5kN，摩擦力取最大时405.2N。 所以，。 2.3 确定液压缸的主要结构系数 由分析工作工况看出，最大负载为
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