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2.1.1設計要求

某大型水壓機的各種動作是通過以分配器為主體的液壓機構實現(xiàn)的。開啟分配器的力很大，是通過伺服系統(tǒng)驅動的。設計一驅動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，通過閉環(huán)反饋控制，啟閉分配器，實現(xiàn)水壓機的控制。

主要設計參數(shù)及設計要求：

A．分配器規(guī)格：600*300*420（mm）

B．閥開啟力：15KN

C．開啟曲線：12.5度推程10.9mm

D．閥數(shù)量：4個（通徑）

E．驅動方式：液壓驅動

F．PLC控制

2.1.2任務分析

該題目要求我們設計某大型水壓機的驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，通過閉環(huán)反饋控制，啟閉分配器，實現(xiàn)水壓機的控制。由于水壓機的分配器的實質(zhì)是根據(jù)不同的工作過程來開閉相應的閥來完成動作。而閥的開啟是依靠一個翻板機構的轉動來將其頂開，是由閥芯的運動完成的。因此，設計的重點是設計一個分配器，以及電液伺服控制系統(tǒng)。設計的控制系統(tǒng)，要實現(xiàn)分配器的動作的自動控制。在設計的控制系統(tǒng)中，要用到檢測裝置得到的數(shù)據(jù)來控制分配器的動作，因此，設計的液壓控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。綜上所述，該設計題目的完成需要解決以下幾個主要的問題：

A.由于閥的開啟所需的開啟力比較大，因此閥的開啟用什么來驅動？

B.分配器的具體結構的設計？

C.如何驅動分配器的動作，使之對應相應的控制信號？

D.系統(tǒng)要能實現(xiàn)自動操作，要有較高的控制精度和靈敏度，如何實現(xiàn)？

2.2總體方案的確定

2.2.1分配器的設計方案

方案一：閥的開啟采用機械系統(tǒng)來實現(xiàn)，如采用凸輪機構來驅動。基本的原理如圖2.1：在這個方案中，液壓缸帶動齒條做往復的直線運動，齒條和齒輪嚙合傳動將直線運動轉換成圓周運動。齒輪固定安裝在軸上，另外，4個凸輪也固定在該軸上。凸輪的轉動就將分配器上的閥頂開，驅動閥的動作，這樣就可以運用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)對水壓機的操縱控制。在該軸的右端裝備有一個單圈絕對型編碼器（CVE10），用此檢測器來檢測軸旋轉過的角度，藉此來控制閥的開啟程度。由于題目要求的凸輪的開啟曲線為12.5度推程10.9mm，需要凸輪旋轉的角度不大，因此所選的檢測器必須將數(shù)據(jù)準確，快速地傳送出來。在該方案中，操作形式為電控形式，分配器的控制方式為“油控水”。

1.分配器2.FHS58單圈絕對型編碼器3.凸輪

4.齒輪5.齒條傳動液壓缸6.電磁換向閥

圖2.1用凸輪驅動閥的分配器的原理簡圖

方案二：閥的開啟采用液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)?；镜脑砣鐖D2.2：在該方案中，閥的開啟由液壓缸直接頂開。如圖2.2所示，每個閥的頂桿下方均有一個液壓缸，通過液壓系統(tǒng)來控制閥的動作。

方案三：閥的開啟采用機械系統(tǒng)來實現(xiàn)。跟方案一不同的是該方案的分配閥采用的控制機構為搖桿式機構。這種方案的基本原理如圖2.3所示：在這種方案中，頂桿與轉軸強制聯(lián)接。這樣同樣也可以實現(xiàn)對分配閥的啟閉控制。

設計內(nèi)容分析

確定采用方案一，即采用機械機構來驅動分配閥的啟閉和正常的動作。由于水壓機的每一個動作都是通過不同的分配閥的啟閉來實現(xiàn)的，因此在設計的第一個任務是設計分配器的機械結構。由于水壓機在正常的工作中需要完成的動作比較多，因此一臺大型的水壓機必須要有若干個分配器來實現(xiàn)水壓機的動作，由于題目的要求是設計某一個分配器，根據(jù)題目的要求，本次設計要設計的分配器上有四個分配閥，而且并沒有確定要設計的是什么分配器，所以在設計的過程中，只要實現(xiàn)分配閥按照一定的規(guī)律打開、關閉就可以。假設每次打開兩個分配閥，這樣，凸輪機構的設計就比較的簡單。另外沒有要求分配閥打開時間的運動規(guī)律，所以凸輪的廓線就可以根據(jù)實際情況具體的設計，比較自主。

根據(jù)方案一，凸輪軸的轉動采用齒條傳動液壓缸來驅動，因此本次設計的第二個主要任務是設計液壓驅動、控制系統(tǒng)。要采用液壓系統(tǒng)來驅動液壓缸動作來帶動凸輪機構的動作。并且要設計控制系統(tǒng)，要實現(xiàn)分配器的動作的自動控制。在設計的控制系統(tǒng)中，要用到檢測裝置得到的數(shù)據(jù)來控制分配器的動作，因此，設計的液壓控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。設計的系統(tǒng)為一個數(shù)字電液伺服系統(tǒng)，由操作臺上操作手柄、按扭發(fā)出控制信號，由PLC實現(xiàn)油壓系統(tǒng)的控制，從而驅動執(zhí)行油缸，通過凸輪機構，實現(xiàn)分配器的正確動作。

設計過程主要包括三個方面的內(nèi)容：

1.確定總體方案。根據(jù)設計的要求及參考相關的資料，確定出整個設計的總體方案，并且要比較選優(yōu)，選擇最合適的方案。

2.驅動系統(tǒng)設計。主要設計凸輪機構、凸輪軸、支架以及齒條傳動液壓缸。還包括鍵的選擇、校核；滾動軸承的選擇、校核和擋圈的選擇等內(nèi)容。

3.液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設計。液壓系統(tǒng)主要是確定液壓系統(tǒng)的基本原理圖以及選擇各個液壓元件的選擇和計算?？刂葡到y(tǒng)主要是PLC的選型和確定整個系統(tǒng)的控制、操作系統(tǒng)框圖。