工件翻转装置液压传动系统设计.pdf

2 0 1 1 年 2月 第 3 9卷 第4期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAULI CS F e b ． 2 0 1 l V0 1 ． 3 9 No ． 4 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 4 ． 0 2 3 工件翻转装置液压传动系统设计 曹玉宝 潍坊学院机 电工程 学院，山东潍坊 2 6 1 0 6 1 摘要工件翻转装置是自动化生产线的重要组成部分 ，其设计的好坏直接影响整个自动化生产线的工作水平。设计工 件翻转装 置的机械 结构 ，利用齿 轮齿条传动结合液压传动系统实现工件 的翻转 ；设计工件 翻转装置 的液压传动 系统并分析 其工作原 理。结果表 明 利用液压传 动系统控 制机械装置的运动 ，可 以很好地 实现工件 的翻转 。该液压 翻转装置具有 结构 简单 、输 出力大 、惯性小 以及易 于控制 等优点 ，与 电气 控 制 、可 编程控 制 器和计 算 机控制 等结 合 ，可 组成 各式 自动化 机 械 ，在 自动化生产 中具有广 阔的应用 前景。 关键词工件翻转装置 ； 齿轮齿条传动；液压传动系统 中图分类号 T H 1 3 7 ． 7 文 献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 4 0 7 3 2 De s i g n o f Hy d r a ul i c Tr a n s mi s s i o n Sy s t e m f o r W o r k pi e c e Tu r n o v e r De v i c e CA0 Yu ba o Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， We i f a n g U n i v e r s i t y ，We i f a n g S h a n d o n g 2 6 1 0 6 1 ，C h i n a Abs t r a c t W o r k p i e c e t u r no v e r d e v i c e i s a n i mpo r t a n t p a r t o f a u t o ma t i c pr o du c t i o n l i ne ． I t h a s d i r e c t l y i n flue nc e o n t h e l e v e l o f a u t o ma t i c p r o d u c t i o n l i n e ． Me c h a n i c a l s t r u c t u r e o f t h e w o r k p i e c e t u r n o v e r d e v i c e w a s d e s i g n e d ． T h e g e a r r a c k t r a n s mi s s i o n a n d h y dr a u l i c t r a n s mi s s i o n s y s t e m we r e u s e d t o t u rn wo r k p i e c e ． Hy d r a ul i c t r a n s mi s s i o n s y s t e m o f t h e d e v i c e wa s de s i g n e d a nd i t s wo r k i ng pr i nc i p l e wa s a na l y z e d． The r e s u l t s s ho w t h a t wo r k p i e c e t u r no v e r i s a c h i e v e d we l l b y us i ng h y d r a u l i c s y s t e m t o c o nt r o l me c ha ni c a l de v i c e． The h y d r a ul i c t u r no ve r d e v i c e ha s t h e c h a r a c t e r s o f s i mp l e s t ruc t u r e， h i g h p o we r o u t p u t ，l o w i n e rti a a n d e a s y c o nt r o 1 ． A k i n d o f a ut o ma t i o n ma c hi ne r y c a n b e f o r me d by u n i t e i t wi t h e l e c t r i c c o n t r o l ，PLC a n d c o mp ut e r c o n t r o 1 ． I t h a s wi d e a pp l i c a t i o n pr o s p e c t i n a ut o ma t i c p r o d uc t i o n． Ke y wo r d s Wo r k p i e c e t u r n o v e r d e v i c e ；Ge a r r a c k t r a n s mi s s i o n；Hy d r a u l i c t r a n s mi s s i o n s y s t e m 传统 的机械零 件加工方法 ，由于生产工艺 落 后 、工序分散 、工件 翻转 由人 力 手工 完成 ，从 而带 来生 产效 率 低 、工 人 劳 动 强 度 大 、产 品质 量 不 稳 定 、生产成本增 加等 问题 。而 采用 自动 化 生产 线加 工制造 机械零 件 ，可 以将 所有 生 产环 节融 合 ，其 中 的工件 翻转 由 自动化 翻转 装置 完成 ，可 大 幅度减 轻 工人 劳动强度 、提高 生 产效 益 、改 善 生产 环境 、提 高产 品质 量 。工件 翻转 装置是 自动化 生 产线 的重 要 组成部分 ，其设计 的好 坏直 接影 响 整个 自动 化生 产 线的工作 水平 ，因而对 工件 翻转 装置 进 行合 理 的设 计 就显得极 为重要 。 1 设计 要求 工件 翻转装置要能够实现将工件夹 紧 ，然后将其 翻转 1 8 0 。 。其 工作顺序 如下 下降一夹紧工 件一 上 升一 将工 件 翻转 1 8 0 。 一 下 降一松开工件一上升 ，一个循环完成 。为满足 以上要 求 ，工件翻转装置拟采用液压传动系统 。 2机械结构设计 2 ． 1 总体 结构 布局 3 4 7 l 一 执 行机 构 2 一 立 柱 3 一 横 粱 4 一 升 降液 压缸 s 一 充 液系 统 6 一 锁 紧螺 母 7 一 调整 螺 母 8 一 底座 图 1 总体结构示意 图 总体结构 如图 1 所示 ，执行机构 1 下 降到预定位 置 ，由夹 紧 液 压缸 图 中未 画 出 驱 动夹 紧工 件 ， 然后 上升到 一定 位 置 ，翻转 液 压 缸 图 中未 画 出 收稿 日期 2 0 1 0一 O 1 1 1 基金项 目山东省星火计划项 目 2 0 0 8 X H 0 1 9 作者简介 曹玉宝 1 9 6 5 一 ，男 ，硕士 ，副教授 ，主要研究方 向为材料成 型控制 。电话 1 3 7 2 1 9 6 2 8 6 6 ，Em a i l s d d d 6 9 1 6 3． c o rn。 7 4 机 床与液压 第 3 9卷 工作 ，即可将工件翻转 。 2 ． 2翻转 功能的 实现 工件翻转采用单杆活塞缸和齿轮齿条结构来实 现 。图 2是图 1中执行机构 1 的剖视放大图。 图 2 执行机构 1剖视 图 齿轮齿条传动是一种工业 上应用非常广 泛的典型 机械结构 ，其中的齿条与翻转单活塞缸的活塞杆相连 也可加工成一体 ，活塞 杆 的直线运 动可 以通过 齿 轮齿条传动 转化 为圆周 运动 ，从 而实 现对工件 的翻 转。 3 液压 系统的设计 3 ． 1 液压 系统原理 图 压缸 1 3的运动 方 向。单 向节流 阀 8 、1 1 用 于 回油节 流调速。执行机构 由驱动升降的液压缸 9 、驱动夹 紧 松开的液压缸 1 0和驱动翻转的液压缸 l 3 控制 。单 向 节流阀 8还 用于平 衡位 置升 降缸及 其工 作机构 的 自 重 ，以防下滑。 S3 S4 SS S6 l 一 过滤 器2 、3 一双 连 叶片 泵 4 一 油 箱5 、6 一溢 流 阀 7 ，I 2 、1 4 电磁 换 向阀8 、1 l 一 单 向节流 阀 升 降液 压缸 l 0 ～ 夹紧液 压缸1 3 ～ 翻转液 压缸l 5 一 - 节流 阀 图 3 液压原理图 液压系统原理图如 图 1 所示 。三位四通 电磁换 向 3 ． 2液压 系统工作 原理 阀7 、1 2 、l 4 分别控制升降缸9 、夹紧缸 l 0与翻转液 液压系统的动作顺序如表 1 所示。 表 1 液压系统动作顺序表 系统的工作原理简述如下 1 按下启动 按钮 ，双 联泵 启动 ，电磁铁 1 Y A 得电 、三位 四通电磁换 向阀 7置左位 ，此时夹紧装置 下降。 2 夹紧装置 下降到 预定位置 后 ，碰 到行程挡 块 ，压下行程开关 s 2 ，电磁铁 1 Y A断 电 ，同时 ，电 磁铁 3 Y A得 电，三位 四通 电磁换 向阀 l 2工作 ，实现 对工件的夹紧。 3 夹紧工件的同时，碰到行程挡块，压下行 程开关 s 4 ，电磁铁 3 Y A失 电 ，电磁铁 2 Y A得 电，三 位四通 电磁换向阀 7置右位 ，夹紧装置上升 。 4夹紧装置上升到预定位置 ，碰到行程 挡块 ， 压下行程开关 s 1 ，电磁铁 2 Y A失 电 ，三位 四通 电磁 换 向阀7置 中位 ，同时 电磁 铁 5 Y A得 电 ，三 位 四通 电磁换 向阀 l 4置 左位 ，实现对工件 的翻转。 5 翻转完 成 同时 ，碰 到行 程挡 块 ，压下 行程 开关 s 6 ，电磁铁 5 Y A失 电，三位 四通 电磁换 向阀 1 4 置中位 ，同时 电磁 铁 1 Y A得 电 ，三位 四通 电磁换 向 阀 7置左位 ，夹紧装置 下降 。 6 夹 紧装置 下降 到预定 位置后 ，碰 到行程 挡 块，压下行程开关 S 2 ，电磁铁 1 Y A断电，三位四通 电磁换向阀 7置 中位 ，同时 电磁铁 4 Y A得 电，三位 四通电磁换 向阀 1 2置右位 ，工件被松开。 下转 第 7 7页 第 4期 谭兴 强 D C S控制下液压系统 的电液一体化设计方法 7 7 房 中的模拟量输入模件连接起来 ；将接近 开关 、压差 发讯器 、电动 机热继 电器的输出信号线接到隔离继 电 器的输 入线 圈上 ，并将相应 继电器的常开触点分别接 到计算 机房 的数 字 量输 入模 件 上 ；将 电磁 阀 、溢 流 阀 、电动机 的启停信号分别 接到计 算机房的数字量输 出模件上 。 4 D C S系统 的组态 内容 DC S组态 的 主要 实施 内容 还包 括 操 作 界 面编 制 、工艺界面编制 、阀门关开控制 逻辑组态 、 电动机 控制及保 护组态 、组 态 含数 据库 组态 、I ／ O组态 等等。在完成 这些组态之 后就 可 以就 可 以进行 液压 、 电气 、控制系统的联 合调试 。 蓑 毳 I I 堂 堂 查 茎l 』 。 l ⋯ I 』 1 l ⋯ b％r ] 0 T 3 炉电 磁 阀 控 制 I 1 r ● I 2 、 4 炉电磁阀控制 2 炉电 磁阀控制I 。 ● 4 炉电磁阀控制l l 图 3 D C S组态流程图 在 以上例子 中，热风炉不 同的工作状态 ，是通过 阀门不同的开关 状态来 实现的 。因此 在不 同的工作方 式 ，热风 炉各 种 阀 的开关 逻 辑状 态 可 以用 1表示 开 ，用 0表示 关 也 不 同，在 液压 控制 中对应 的 电 磁 阀 的得 失 电状 态 得 电 用 1表 示 ，失 电 用 0表 示 也就不 同。因此在 D C S组态之 前 ，首先 需要 对 热 风炉 3种工 作方式 下 阀 包括 充压 阀 和排压 阀之 外 的阀 门 的开关 工艺要求 进行 详 细 的分析 ，作 出 阀动 作的工 艺流程 图。对 于复 杂 的系统 ，DC S系统 通常采 用分层组 态控 制方 式 。为 了简 单起 见 ，作者 只给 出 D C S系统最 高 一 级 的控 制 流程 图作 为参 考 ， 该流程 图如 图 3所示 。 5 结论 作 者以某铁 厂科技 项 目 “ 高炉 热 风 炉 阀门执 行 机构改造 ” 为依 托 ，将 原有 的电动 执行 机构 成功 改 造成为液 压执 行 机构 ，充 分 发挥 了液 压 系统 运行 平 衡 、输 出力大 、控制可靠的优点 。同时成 功实现了液 压系统在 高炉原 有 D C S系 统 中的控制 ，对液 压系 统 的 D C S 控制方法是一种有益 的探索 。 参 考文献 【 1 】上海西屋控制系统有限公司． O v a t i o n系统硬件培训手 册[ M] ． 2 0 0 5 ． 9 ． 【 2 】邹琼． 攀钢 2 、 3 ≠ } 高炉新增热风炉的自动控制系统简介 [ J ] ． 四川 冶金 ， 2 0 0 7 ， 2 9 3 1 6 ， 3 1 3 4 ． 【 3 】王常力， 罗安． 分布式控制系统 D C S 设计与应用实例 [ Mj ． 北京 电力J 二 业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 8 ． 【 4 】郝广春． 热风炉控制系统的设计与实现[ J ] ． 自动化仪 表 ， 2 0 0 4 ， 2 5 1 1 6 3 6 4 ， 7 3 ． 【 5 】上海西屋控制系统有 限公司． O v a t i o n系统软件组态手 册 f M] ． 2 0 0 5 ． 9 ． 上接 第7 4页 7 工件被 松 开 同时 ，碰 到 行 程挡 块 ，压下 行 程开关 s 3 ，电磁铁 3 Y A失 电 ，三位 四通 电磁换 向阀 1 2置中位 ，同时 电磁 铁 2 Y A得 电，三 位 四通 电磁 换 向阀 7置右位 ，夹 紧装置上升 。 8 夹紧装置上升 到预定位 置 ，碰 到行 程挡 块 ， 压下 行程 开关 s 1 ，电磁铁 2 Y A失 电 ，三位 四通 电磁 换 向阀 7置 中位 ，同 时电磁 铁 6 Y A得 电 ，三位 四通 电磁换 向阀 1 4置 右位 ，夹 紧缸 活塞 杆 回位 ，当碰 到 行程开关 S 5时 ，一个循环完成 。 4结 论 利用液压传动 系统控制机械装置 的运动 ，很好地 实现 了工件 的翻转 。设计 的液压 翻转装置具有结构简 单 、输出力大 、惯性小以及易于控制等优点 ，与 电气 控制 、可编程控制器和计算机控制等结合 ，可装配 成各式 自动化 机械 ，在 自动化 生产 中具 有广 阔的应 用前景 。 参考 文献 【 1 】张利平． 液压传动系统及设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 5 4 6 4 8 ． 【 2 】朱洪涛． 液压与气压传动[ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 00 5 9 69 7． 【 3 】周开勤， 唐容城． 机械设计师应用手册[ M] ． 天津 天津 科学技术 出版社 ， 1 9 9 9 2 6 7 2 6 9 ． 【 4 】蔡文彦． 液压传动系统[ M] ． 上海 上海交通大学出版 社 ， 2 0 0 3 8 48 6 ． 【 5 】王广怀． 液压技术应用[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学出 版社 ， 2 0 0 1 1 2 21 2 4 ．