图二 主电路
4.3 控制电路设计
控制电路以PLC为控制中心,输入包括所有的传感器和按钮开关,以及一些检测端口,输出主要是控制中间继电器和指示灯,在对PLC接线时,按照使用说明要求,相应端口接相应部位即可。
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图三控制电路
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5液压部分设计
5.1 液压设计过程
由于压盖和灌装头需要上下运动,需要使用到液压缸,依靠于液压缸液压缸伸缩,使得灌装头和压盖上下,液压设计较为简单,主要是灌装头快速接近瓶口,快到达瓶口时慢速接近,然后停止,等到灌装完了以后,灌装头迅速提升。根据这个过程,确定液压缸的工作过程为快速下降,慢速下降,快速提升。在设计液压系统回路的时候,借助于三位四通换向阀控制上升和下降,借助于调速阀控制快速下降和慢速下降。
5.2 液压回路
该液压系统,用于提升和降低时,要求液压缸具有一定的换向平稳性,但是对于整个换向过程而言,稳定性相对来说要求不高,流量的供应也不太大,压力方面也无高压,所以在设计的时候选择电磁换向阀即可满足使用要求,由于设计采用了差动设计,所以选择三位四通电磁换向阀,考虑到整个液压系统的工作性能,选用Y型中位机能。根据设计要求可以知道,工作台从快速进给到工进的时候,流量大小从25.1L/min变化到0.95L/min,对于这个流量的变化,可以采用两位两通的电磁换向阀进行满足,同时,液压冲击方面也会得到减小。整体液压系统的工作压力不高,其他阀使用普通的滑阀就可以满足要求了。当慢速降低完了,需要快速退回的时候,可以上述换向阀来满足要求,为了安全和限位保护,在两端加入挡块和压力继电器。
速度控制是整个液压系统的关键,按照上述的关于整个工作过程的要求来说,对整个系统要求的效率和发热都并不是特别高,所以决定采用调速的回路即可解决问题。调速的回路有很多,比如进油节流调速回路,回油节流调速的回路和旁路节流调速回路。考虑到该灌装系统液压缸的工作负载性能,速度要求以及发热等等,采用进油节流调速回路即可解决。为了系统的稳定性,压力供应的充足,所以实际工作中加入压差补偿。考虑到整个液压系统的散热,油路为开式循环回路,散热效率会达到很大提高。
灌装和压盖液压缸工作情况主要是快速降落、慢速降落和快速退回,所有过程中,快速降落和快速退回需要的流量大,慢速降落的时候需要的流量小,使用
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一个定量的泵提供动力,那么整个液压系统的效率会大大降低,损耗大大提高,根据液压系统的方向、流量和压力等等因素,考虑散热和能源消耗,降低成本等等因素都要考虑。
根据上面设计,采用一个泵供油,那么,为了满足要求,采用换向阀中位机能来满足泵的卸荷,用调速阀适当改善的泵工作,为了更好地调节和压力控制,在泵的出油口、背压阀地方和无杆腔的地方设计时都要充分考虑。根据上面的设计就可以绘制出液压原理图了。但是还存在一些问题,灌装口在快速下降过程中回路要接通油箱,可能就无法实现差动连接设计的效果,那么久需要在回油路上可以采用小口径油管方式形成一定压力。当液压缸不工作的时候,会存在回路里面的液压油回到油箱,此时空气会进入到油路,当下次工作的时候,气体的存在会影响系统工作的稳定性等等,所以要考虑解决这个问题。
5.2 其他
根据实际使用的情况不同,油管安装方式未实际执行,综合整个回路的压力损失没有办法确定出来,但是由阀带来的压力损失是可以计算出来的,这个在前面计算中已经提高,这个损失值也仅供对整个系统调试的时候来参考。整个液压系统在工作的过程中,有压力损失、容积损失和机械损失,这些损失都会转换为系统的热能,使得液压油温度升高,油的温度下降,影响液压系统的使用,所以油的温度必须控制在允许的范围内,单位时间内系统的发热量可以控制。液压缸在工作的时候承受的压力可以根据灌装头重力确定,工作的时候承受的最大的压力是加上灌装液体就可确定,相对于其他工作的时候的负载,其他工作负载是比较小的,参照《机械设计手册》液压设计部分,按照液压系统要求和使用的工作场合,选择液压缸的工作压力为低等压力。参照其他液压设计可以看出来,液压缸在工作时候的速度和快速运动的时候,速度相差会比较大,而且快进速度和快退的速度要一样,为了降低液压系统的总的流量,考虑采用的单杠双作用的液压缸,连接的方式是差动方式连接。正如我们知道的,差动液压缸的活塞缸直径大,可以满足工作要求,为了实现此要求,滑台液压设计中把液压缸固定,液压杆与灌装头固定连接,当在这个状态下工作的时候,液压缸的无杆腔面积A1是有杆腔面积A2的两倍,区分在直径上的关系就是活塞杆的直径d和缸筒D的直径关系是d=0.707D。
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在整个液压系统中,由于设计了活塞杆与灌装头固定连接,当在工作的时候,会发生负载没有的情况下,液压缸会有前冲,造成不安全因素,为了解决这个问题,回油腔需要有一定的背压来防止前冲,这里去背压值为??2=0.6??????.当滑台在快进速度工作的时候,由于差动连接的存在,油管里面会存在一个压力下降,此时有杆腔的压力需要比无杆腔的压力要大,取这个大了的压力Δp=0.5MPa.同理,快速退回来的时候回油腔里面也是有压力的,可以取??2=0.6??????。
由于灌装和压盖连同整个液压缸垂直安装,在速度控制上,要考虑下降时自重带来的影响,控制好速度和稳定性是关键。液压系统必须具有速度调换的稳定性,速度变换具有稳定性。系统要实现快进、工进、快退,除了基本的执行元件、动力元件之外,用过加入限流阀和不加入限流阀实现快进工进转换,同时在设计的时候,注意对液压回路保护的使用,整个液压系统除了满足要求的控制外,还必须考虑能耗、效率等等因素。
图四液压原理图
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