步進式加熱爐同步頂升液壓控制系統說明書_畢業設計-資料下載頁

【導讀】加熱爐是將物料或者工件加熱的設備。在冶金工業中加熱爐習慣上指把金屬加。熱到軋制成鍛造溫度的工業爐。步進梁式再加熱爐是連軋生產線提供鋼管再加熱所。它是依靠專用的步進機械使工件在爐內移動的一種機械化爐子。跡運動，使爐內鋼料一步一步地向前推進。定，它要考慮被加工工件的尺寸參數和工地方面的尺寸大小。所以必須嚴格計算其。內部參數，保證爐子的生產和安全。爐底機械采用雙輪斜軌機構。走輪由液壓缸驅動，可以在傾斜軌道上滾動，使步進梁作上升或者下降運動。托輪直接拖住步進梁，而步進梁則由另兩個液壓缸帶動，實現平移運動。

　　

【正文】 =32mm；外徑： D=37mm 取升降回油管路 d=40mm；外徑： D=50mm 液壓油管管壁厚的驗算 管道壁厚δ的驗算 : 液壓系統分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 24 δ =pd/2(?) p 為管道的最高工作壓力 (Pa) d 為管道內徑 (m) (? )為管道材料的許用應力 (Pa),(? )=? b/n ? b為管道材料的抗拉強度 (Pa) 對于無縫鋼管來說， Pa≥ 590Mpa n 為安全系數 ,對鋼管來說 , p7Mpa 時 ,取 n=8 p 時 ,取 n=4 δ平移 =pd/2(?) = 590Mpa/8= 驗算得出平移壓油管選用得當，壁厚完全滿足使用要求。 δ升降 =pd/2(?) = 590Mpa/4= 驗算得出升降壓油管選用得當，壁厚完全滿足使用要求。 液壓油管道的選擇 平移液壓系統油箱有效容積 合理確 定油箱容量是保證液壓系統工作的重要條件，根據經驗公式：有效容積V0=α Q V0油箱容量，單位為 L Q液壓泵總額定流量，單位為 l/min α 經驗系數，其數值取值如下： 低壓系統α =24；中高壓系統α =510 平移液壓系統液壓泵最大流量為 考慮到加熱爐附近的高溫環境和液壓油箱的散熱狀況，選擇α =4 所以，平移液壓系統油箱有效容積 V0=α Q=4 = 升降液壓系統油箱有效容積 升降液壓系統液壓泵最大流量為 考慮到加熱爐附近的高 溫環境和液壓油箱的散熱狀況，選擇α =6 所以，升降液壓系統油箱有效容積 V0=α Q=6 =液壓系統性能驗算 錯誤 !未找到引用源。 25 3 液壓系統性能驗算 液壓系統初步設計是在某些估計參數情況下進行的，當各回路形式、液壓元件及聯接管路等完全確定后，針對實際情況對所設計的系統進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統來說，主要是進一步確切地計算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統效率，壓力沖擊和發熱溫升等。根據分析計算發現問題，對某些不合理的設計要進行重新調整，或采取其他必要的措施。 液壓系統壓力損失計算 平 移液壓系統壓力損失 壓力損失包括管路的沿程損失△ p1，管路的局部壓力損失△ p2 和閥類元件的局部損失△ p3，總的壓力損失為 △ p=△ p1+△ p2+△ p3 計算系統壓力損失，必須知道管道的直徑和管道的長度。平移液壓系統管道為d=18mm，長度定為 1m，通過最大流量為 ，油液的運動粘度 r=65 mm/動油液密度 ρ = 103kg/m3 先判斷流動狀態 ,由雷諾數 : V=4Q/π d2=4 103/π 60=Re=Vd/r= 105 =1052 此雷諾數為最大雷諾數。因為最大的 Re小于臨界雷諾數（ 20xx），所以油在油管中流動狀態為層流狀態，所以 對于圓管層流，其沿程阻力系數： λ =64/Re=64/1052= 根據達西公式： Hf=λ Lv2/2gd= 1 = △ p1=ρ gh= 103 = 管路的局部壓力損失△ p2 很小，常按照△ p2=△ p1計算得△ p2= 各個閥件的壓力損失查樣表可得： 液控單向閥為 電液換向閥為 液壓系統性能驗算 錯誤 !未找到引用源。 26 所以，平移液壓系統的壓力損失為： △ p=△ p1+△ p2+△ p3=+++= 因為 ＜ Mpa，表明系統按照當初壓力來計算符合驗算情況。 升降液壓系統壓力損失 升降液壓系統管道為 d=32mm，長度定為 1m，通過最大流量為 ，油液的運動粘度 r=65 mm/ ρ = 103kg/m3 先判斷流動狀態 ,由雷諾數 : V=4Q/π d2=4 103/π 60=Re=Vd/r= 105 =1870 此雷諾數為最大雷諾數。因為最大的 Re小于臨界雷諾數（ 20xx），所以油在油管中流動狀態為層流狀態，所以 對于圓管層流，其沿程阻力系數： λ =64/Re=64/1870= 根據達西公式： Hf=λ Lv2/2gd= 1 = △ p1=ρ gh= 103 = 管路的局部壓力損失△ p2 很小，常按照△ p2=△ p1 計算得△ p2= 各個閥件的壓力損失查樣表可得： 液控單向閥為 電液換向閥為 所以，升降液壓系統的壓力損失為： △ p=△ p1+△ p2+△ p3=+++= 因為 ＜ Mpa，表明系統按照當初壓力來計算符合驗算情況。 液壓系統發熱溫升計算 液壓傳動系統工作時除執行器驅動外負載輸出的有效功率外，其余全部以熱量形式損失掉了，其中包括液流的沿程壓力損失，局部壓力損失，各部件的機械損失等。這些損失 的能量都轉化成了熱量，使油溫升高，從而使油液的物理性能發生變化，影響液壓系統正常工作。為了保證液壓系統有良好的工作性能，應進行系統的發熱計算，并采取措施，使油液溫宿保持在正常范圍內。 液壓系統性能驗算 錯誤 !未找到引用源。 27 平移液壓系統發熱溫升 根據加熱爐設計手冊可得溫升的計算式是： △ t=Q/ 2V △ t系統溫升，即系統達到熱平衡時，油溫與環境溫度之差 Q系統的總發熱量發熱功率 kw K傳熱系數，可選用推薦值 通風很差時， K=8；通風良好 時， K=1420；風扇冷卻， K=2025；用循環水冷卻時， K=110175； V油箱的有效容積 L 系統的總發熱量發熱功率 Q=液壓泵的輸出功率 液壓缸的有效功率 上面已經計算得出平移液壓系統 液壓缸工作壓力 4Mpa 液壓泵的最大工作壓力 液壓缸的最大流量 液壓泵的最大流量 油箱的有效容積 V=240L K 取 150 所以， 系統的總發熱量發熱功率 Q=（ 106 103） /60（ 2 4 106 103） /60= 系統溫升，即系統達到熱平衡時，油溫與環境溫度之差 △ t=Q/ 2V = 103/ 150 3 2240 =℃ 經過前后計算驗證，油箱容積選用恰當，散熱良好，油溫在正常使用范圍內。 升降液壓系統發熱溫升 上面已經計算得出升降液壓系統 液壓缸工作壓力 20Mpa 液壓泵的最大工作壓力 液壓缸的最大流量 液壓系統性能驗算 錯誤 !未找到引用源。 28 液壓泵的最大流量 油箱的有效容積 V=1100L K 取 150 所以， 系統的總發熱量發熱功率 Q=（ 106 103） /60（ 2 20 106 103） /60=12kw 系統溫升，即系統達到熱平衡時，油溫與環境溫度之差 △ t=Q/ 2V =12 103/ 150 3 21100 =℃ 經過前后計算驗證，油箱容積選用恰當，散熱良好，油溫在正常使用范圍內。 液 壓同步控制系統的設計 錯誤 !未找到引用源。 29 4 液壓同步控制系統的設計 步進梁的運動過程 在步進加熱爐里，鋼坯的移動是通過固定梁和載有鋼坯的移動梁進行的。步進梁的運動軌跡為矩形，由升降機構的垂直運動和平移機構的水平運動組合而成，步進梁相對于固定梁作上升，前進，下降，后退 4 個動作。這 4 個動作組成了步進梁的一個運動周期，每完成這樣一個周期，鋼坯就從裝料端向出料端前進一個行程，鋼坯經過步進運動后，達到軋制所需要的溫度，然后由出 爐軌道將其送往軋制機進行軋制。 控制系統 電液比例位置控制系統 可編程控制器（ PLC）可編程控制器是一種工業控制計算機，是繼承計算機、自動控制技術和通信技術為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強，價格便宜， 可靠性強，編程簡單，易學易用等特點，在工業領域中深受工程操作人員的喜歡，因此 PLC 已在工業控制的各個領域中被廣泛地使用。 本設計是基于比例換向閥的液壓缸活塞桿位置控制系統，即利用計算機產生的控制信號驅動電液比例閥來控制液壓缸的準確定位。圖為電液比例位置控制系統計算機控制框架圖，位移 傳感器將液壓缸活塞桿輸出的位移反饋信號經 A/D 轉換為數字信號送入計算機，在計算機內與給定的信號進行比較，并按照設定的控制算法計算后輸出控制信號，經過 D/A 轉換為模擬電壓或者電流信號控制電液比例閥的閥芯位置，從而控制液壓缸內流量的輸送，驅動液壓缸，實現帶負載活塞的位置控制 ,整個系統構成閉環控制，從而實現精確定位。下圖 8為電液比例位置控制系統。 圖 8 電液比例位置控制系統 液 壓同步控制系統的設計 錯誤 !未找到引用源。 30 設計方案 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和 設計 圖紙等 .請聯系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機 械畢業設計下載！ 該論文已經通過答辯 EM235 常用的技術參數如圖 13： 液 壓同步控制系統的設計 錯誤 !未找到引用源。 31 圖 13 EM235 模擬量模塊的常用技術參數 控制系統 I/O 分配 模擬量控制系統的 I/O 分配如圖 14。 編 號 地 址 說 明 功 能一 路 模 擬 量 輸 出1 A Q W 0 輸 出 模 擬 量 輸 出 控 制 電 液 閥兩 路 模 擬 量 輸 入123A I W 0輸 入 模 擬 量輸 入 模 擬 量第 一 個 缸 傳 感 器 的 值第 二 個 缸 傳 感 器 的 值A I W 2I 0 . 0手 動 自 動 轉 換0 手 動 1 自 動 圖 14 控制系統的 I/O 分配 梯形圖符號表如圖 15。 液 壓同步控制系統的設計 錯誤 !未找到引用源。 32 符 號 地 址 符 號 地 址設 定 值 V D 1 0 4回 路 增 益采 樣 時 間積 分 時 間微 分 時 間控 制 量 輸出檢 測 值V D 1 1 2V D 1 1 6V D 1 2 0V D 1 2 4V D 1 0 8V D 1 0 0 圖 15 符號表 梯形圖編程 回路輸入量的轉化及標準化 每個 PID 控制回路有兩個輸入量：給定值和過程變量。他們都 是實際的工程量，取值范圍和測量單位都會不同，因此在進行 PID 運算前，要把實際測量輸入量，設定值和回路表中的其他輸入參數進行標準化處理，即用程序把他們轉化為PLC 能夠識別和處理的數據，其步驟為： 將工程實際值由 16 位整數轉化為實數。第二步，將實數格式的工程實際值轉化為 之間的無量綱相對值，即標準化值。標準化實數又分為雙極性（圍繞 上下變化）和單極性（以 為起點在 和 之間的范圍內變化）兩種。通常單極性取值 320xx，雙極性取值 64000。 在對模擬量進行 PID 運算后，輸出值是在 范圍的標準化值，為了能夠驅動模擬量的負載，實現模擬量的控制，還必須將其轉化為工程實際值。 PID 參數整定 增益（放大系數，比例常數） 增益與偏差（給定與反饋的差值）的乘積作為控制器輸出中的比例部分。過大的增益會造成反饋的振蕩。 積分時間 偏差值恒定時，積分時間決定了控制器輸出的變化速率。積分時間越短，偏差得到修正越快，過短的積分時間有可能造成不穩定。積分時間的長度相當于在階躍給定下，增益為 1的時候，輸出的變化量與偏差值相等所需要的時間，也就是輸出變化到二倍于初始階躍偏差的時間。 如果將積分時間設為 最大值，則相當于沒有積分時間。 液 壓同步控制系統的設計 錯誤 !未找到引用源。 33 微分時間 偏差值發生改變時，微分作用將增加一個尖峰到輸出中，隨著時間流逝減小。微分時間越長，輸出的變化越大。微分使控制對擾動的敏感度增加，也就是偏差的變化率越大，微分的變化越強。微分相當于對反饋變化趨勢的預測性調整。 如果將微分時間設置為 0就不起作用，控制器將作為 PI 調節器工作。 PID 參數整定方法 就是確定調節器的比例系數 P、積分時間 Ti 和和微分時間 Td，改善系統的靜態和動態特性，使系統的過渡過程達到最為滿意的質量指標要 求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應 用最多的還是工程整定法：如經驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應曲線法。 經驗法又叫現場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據運行經驗，利用一組經驗參數，根據反應曲線的效果不斷地改變參數。 壓力，流量的自動調節中一般不用微分規律，而溫度調節，成份調節多采用微分規律。 對于壓力，流量來說被調對象的時間常數 T，較小，而且負荷變化較快，這時微分作用要引起振蕩，積分作用也不能太強，否則也會引起振蕩，對調節質量影響較大。而溫度、成份的被調對象的時間常數較大，微分調節有超前作用，對調節質量能收到較好效果。溫度調 節有較大的滯后性 ,所以要使用微分調節以使被調整量更快到達設定值 ,其他具有大滯后的物理量調也需加入微分調節 ,如 PH 等。 微分的作用是提前給系統一個作用，對反應慢的系統可以加。壓力和流量變化比較快的系統 所以不用，本設計中，采用 PI