1 液压缸选型
四足机器人大腿上的液压缸所受的推力较大，而小腿上的液压缸所受的推力较小，而且，4个大腿上的液压缸所受的最大推力接近，4个小腿上的液压缸所受的最大推力也接近。因而，在设计液压缸时，大腿上的液压缸设计成相同尺寸，小腿上的液压缸设计成相同尺寸。
而四足机器人髋上的液压缸仅在四足机器人受到横向冲击的情况下工作。根据仿真结果可知，髋上的4个液压缸所受到的最大推力为 1.8kN，最大速度为130mm/s。由于髋上的液压缸推力和速度比大腿与小腿上的液压缸推力和速度小很多，在设计时，总流量主要考虑大腿和小腿上液压缸的叠加，髋上的液压缸流量由蓄能器供给。
根据仿真计算结果图，大腿上的液压缸所受最大推力取8kN，小腿上的液压缸所受的最大推力取4kN，即液压系统的最大载荷为8kN。查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
当载荷为5~10kN时，工作压力宜取1.5~2MPa，为了使液压控制系统的动态性能更好，同时使机械结构更紧凑，取液压缸的负载压力为6MPa。
液压缸暂定交由常州恒力液压有限公司生产。
1.1 大腿上的液压缸
大腿上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力为P Lm=6MPa，所受最大负载推力为F m=8kN。
P1A1?P2A2=F
其中，P1——液压缸无杆腔压力；
P2——液压缸有杆腔压力；
D2；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A1=π
4
（D2?d2）；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A2=π
4
F——负载推力；
液压缸负载压力F满足：
P Lm=F m
A1
=P1?P2
A2
A1
=6MPa
由上式可以得到
A1=F m
P Lm
=
8000
6
mm2=1333.3mm2
所以，
D=4A1
π
=
4×1333.3
π
=41.2mm
圆整后取D=40mm。
查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
取d=25mm。根据仿真结果，液压缸行程大于70mm即可。液压缸和伺服阀组合成的液压包外形图按照之前设计的电动缸伺服电机外形图设计。
1.2 小腿上的液压缸
小腿上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力也为P Lm=6MPa，所受最大负载推力为F m=4kN。
P1A1?P2A2=F
其中，P1——液压缸无杆腔压力；
P2——液压缸有杆腔压力；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A1=π
4
D2；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A2=π
4
（D2?d2）；
F——负载推力；
液压缸负载压力F满足：
P Lm=F m
1
=P1?P2
A2
1
=6MPa
由上式可以得到
A1=F m
Lm
=
4000
mm2=666.6mm2
所以，
D=4A1
π
=
4×666.6
π
=29.1mm
圆整后取D=32mm。
查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
d与D的比值取0.5，所以，d=16mm。根据仿真结果，液压缸行程大于70mm 即可。液压缸和伺服阀组合成的液压包外形图按照之前设计的电动缸伺服电机外形图设计。
1.3 髋上的液压缸
髋上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力也为P Lm=6MPa，所受最大负载推力为F m=1.8kN。
P1A1?P2A2=F
其中，P1——液压缸无杆腔压力；
P2——液压缸有杆腔压力；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A1=π
4
D2；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A2=π
4
（D2?d2）；
F——负载推力；
液压缸负载压力F满足：
P Lm=F m
1
=P1?P2
A2
1
=6MPa
由上式可以得到
A1=F m
Lm
=
1800
mm2=300mm2
所以，
D=4A1
π
=
4×300
π
=19.5mm
圆整后取D=20mm。
查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
d与D的比值取0.5，所以，d=10mm。根据仿真结果，液压缸行程大于70mm 即可。液压缸和伺服阀组合成的液压包外形图按照之前设计的电动缸伺服电机外形图设计。
2 流量计算
液压缸内径和活塞杆外径确定后，可根据液压缸的最大速度计算出各个液压缸的最大流量，计算流量的公式如下
Q=v?π
4
D2?60?10?6(L/min)
根据上述公式计算得到各个液压缸所有动作的最大流量如下表所示
将大腿和小腿上的8个缸的流量叠加，得到系统的总流量Q随时间变化的曲线如下图所示。
由上图可以看出，系统流量Q按正弦规律变化，最大流量为28L/min。髋上的液压缸在四足机器人行走时并不工作，只是在受到横向冲击时工作。所以，根据系统总流量选择液压泵时之不考虑髋上的液压缸流量，髋上的液压缸流量由蓄能器供给。
3 电液伺服阀选型
电液伺服阀根据液压缸的最大负载压力P Lm和最大负载流量Q Lm来选型。最大负载压力取P Lm=6MPa，各个液压缸的最大负载流量Q Lm前面已经计算出。
油源压力P S=3
2P Lm=3
2
×6MPa=9MPa
阀压降?P V=P S?P Lm=9?6=3MPa
根据伺服阀样本给出的额定阀压降?P VS及额定负载流量Q Ls及阀压降?P V，求伺服阀流量
Q Ls=Q Lm ?P VS
V
伺服阀选择南京609所的FF系列电液伺服阀。
3.1 大腿上的液压缸
Q Ls=Q Lm ?P VS
V
=13.2×
21
=34.9L/min
选择FF106-63伺服阀，该型号伺服阀的主要性能指标如下表所示，外形如下图所示。
FF106-63 2~28 21 63 15 ≥40≥50
3.2小腿上的液压缸
Q Ls=Q Lm ?P VS
V
=7.2×
21
=19.0L/min
选择FF102-20伺服阀，该型号伺服阀的主要性能指标如下表所示，外形如下图所示。
FF102-20 2~28 21 20 10 ≥100≥100 3.3髋上的液压缸
Q Ls=Q Lm ?P VS
?P V
=2.5×
21
3
=6.7L/min
选择FF101-8伺服阀，该型号伺服阀的主要性能指标如下表所示，外形如下图所示。
4 泵站的设计
液压控制系统的泵站包括：液压泵、油箱、过滤器、空气滤清器等。
4.1液压泵选型
有上述计算结果可知，液压控制系统的流量和压力需满足如下要求：
系统压力P≥9MPa，最大流量Q max=28L/min。液压泵工作压力和流量应满足：
P P≥P+?P=9+0.5=9.5MPa
Q P≥KQ max=1.1×28=30.8L/min
在进行液压泵选型时，需要按照上述要求进行选型。查阅榆次油研齿轮泵的相关样本如下图所示，选择CB单极齿轮泵的F C系列，型号为CB-F C16-10。该型号的齿轮泵几何排量16m L/r，额定压力10MPa，最高压力16MPa，额定转速2000r/min，驱动功率5.81kW，重量7.45kg。几何排量转化成流量为
Q=V×n=16×2000×10?3L/min=32L/min 该型号齿轮泵的额定压力和流量均满足要求。
4.2 油箱设计
油箱的有效容积按下式计算
V=aq V
其中，q v——液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）；
a——经验系数，取a=2。
所以，油箱的有效容积为V=aq V=2×32×10?3m3=0.064m3=64L。
油箱的体积为V T=V
0.8=64
0.8
=80L。
设油箱的长宽高之比为L:W:H=3:2:1，带入公式V T=LWH得，H=237.13mm，W=474.26mm，L=711.39mm。圆整后得到，H=237mm，W=474mm，L=711mm。
4.3 过滤器选型
选择黎明液压有限公司生产的过滤器，包括吸油过滤器和回油过滤器。
4.4 空气滤清器选型
选择黎明液压有限公司生产的EF系列空气滤清器。液压空气滤清器工作时空气流速越低，抗污过滤能力就越好，故在选用液压空气滤清器时应有一定的裕度，一般选用空气流量为泵排量的1.5倍左右。查阅该系列产品的样本后，选用型号为EF1-25的空气滤清器，该产品的主要性能指标如下表所示，外形如下图所示。
1
4.5液位温度计
液位温度计选择黎明液压有限公司生产的NYWZ系列液位温度计。
5 蓄能器
大腿和小腿上的液压缸流量由齿轮泵提供，而髋上的液压缸流量由蓄能器补充。取髋上的液压缸流量为最大值，并叠加到系统总流量中，得到系统总流量随时间变化曲线如下图所示。
在考虑髋上液压缸的流量后，总流量最大值为38L/min。由于髋上的液压缸在行走时不工作，只是在四足机器人受到横向冲击时工作，所以，蓄能器在系统中作应急能源，其有效工作容积为
?V=A i L i K=4×300×70×1.2mL=0.1L
其中，A i L i——要求应急动作液压缸总的工作容积；
K——有野损失系数，一般取K=1.2。
根据上面的计算，选择奉化奥莱尔液压有限公司生产的NXQ型气囊式蓄能器，蓄能器的型号为NXQ-A-0.4/10-L-Y。
6阀块设计
阀块设计是液压控制系统设计的重要内容。需要集成在阀块上的阀有：2个溢流阀、2个二位二通电磁换向阀，以及1个压力表。
6.1 溢流阀
溢流阀选择北京华德液压工业集团有限公司生产的DBD型直动式溢流阀。连接方式选择板式阀，压力调节方式选择带保护罩的内六角调节螺栓，然后根据压力和流量确定溢流阀的型号为DBD-S-6-P-10-B。溢流阀的安装注意事项如下图所示。
6.2 电磁换向阀
电磁换向阀为二位二通电磁换向阀，选择北京华德液压的产品，产品样本暂时未找到，暂时可按二位三通电磁换向阀设计三维图。
6.3 压力表
压力表选择黎明液压有限公司生产的YN系列压力表（防震），压力表型号为YN-63-I-16。压力表外形如下图所示。
7 柴油机
液压系统的最大压力为10MPa，最大流量为32L/min，则系统的最大功率为P max=10×106×32×10?3÷60W=5.33kW
上述选择的CB-F C16-10型号齿轮泵的驱动功率为5.81kW，所以，柴油机的输出功率应满足
P≥5.81
=
5.81
kW=6.86kW
提升液压系统设计方案 1 系统设计方案的确定 1.1 设计要求 1.11 液压系统控制的机械动作 钢坯提升机称重液压系统的运动轨迹，如图1.1所示。 快升慢升 称重慢降 快降 图1.1 钢坯提升机称重液压系统的运动轨迹 （1）采用双缸同步工作方式； （2）平稳性：等高位附近对钢坯平稳托放；大质量控制对象的平稳启动和缓冲停止； （3）准确性：连续的每步进周期启停点的准确性和良好的重复性； （4）可靠性：满足冶金企业连续工作状况对系统可靠性的要求； （5）对于在称重时期对系统要求要有较高的锁紧精度。 1.2 主要技术参数 (1) 液压缸行程300mm ，其中快上150mm ，时间小于等于2s ，慢上150mm ，时间 小 于等于8s ；慢下150mm ，时间小于等于8s ，快下150mm ，时间小于等于3s ； (2) 动作周期T 小于等于25s ，称重时间3s ； (3) 系统最高工作压力12MPa 。 1.3 系统驱动方案的选择 通常传动机构有机械传动和液压传动两种。钢坯提升机称重液压系统的传动机构选用液压传动。与机械传动相比，液压传动具有功率—质量比大、便于无极调速和过载保护、布局灵活方便等多种技术优势；同时，在现代工业生产中，自动化程度越来越高，而液压系统也因为其易于实现自动化，工作平稳等优点而被广泛应用。
随着技术的发展，采用液压传动是可靠、合理的，用电磁阀来控制液压执行元件同步和无级调速，可以更好的满足工艺，实现其高产、优质、低消耗的要求。钢坯提升机称重液压系统需要比较大的驱动功率，驱动装置一般选用液压缸和液压马， 这是因为液压元件工作可靠、费用较低。此外，利用液压系统的储能作用，还可以使工作台的能耗较低。 1.4 控制方式 根据钢坯提升机称重液压系统的工艺要求，在生产过程中液压系统要完成以下动作，液压缸快升、慢上、停留、慢下，速降，其中停留动作要求锁紧精度要高。 在举升液压缸的控制回路中，采用液控单向阀锁定回路和进油口节流调速回路。液控单向阀回路容易控制并且锁紧时间较长，利于保障设备安全；同时，根据工况分析，液压缸在运行过程中负载的变化不大，可以采用进油口调速回路控制液压缸的运动速度。 供油回路采用液压泵直接提供动力的结构，在吸油管道中采用截止阀和减震喉管串联，用于减震。为了实现系统的自动化，执行元件之间的协调可以通过PLC来完成，也可以通过继电器来实现。 1.5草拟液压系统原理图 在对钢坯称重的流程进行认真分析，草拟了钢坯提升机称重液压系统原理图，钢坯提升机称重液压系统如1.2所示： 图1.2 钢坯提升机称重液压系统
成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
目录 第一章引言..................................................... - 2 - 1.1 虚拟仪器技术............................................ - 2 - 1.2 CAT技术在液压测试系统中的应用.......................... - 3 - 1.3 本课题研究目的和意义.................................... - 3 - 1.4 课题提出及研究方案...................................... - 4 - 第二章电液伺服阀特性........................................... - 5 - 2.1电液伺服阀的组成......................................... - 5 - 2.1.1 电气—机械转换器................................... - 5 - 2.1.2 液压放大器......................................... - 6 - 2.1.3 检测反馈装置....................................... - 6 - 2.1.4 伺服阀的特性及测试原理............................. - 6 - 2.2伺服阀的静态特性......................................... - 6 - 2.2.1负载流量特性曲线................................... - 7 - 2.2.2空载流量特性曲线................................... - 8 - 2.2.3压力特性........................................... - 9 - 2.2.4静耗流量特性（泄特性）............................. - 9 - 2.3本章小结................................................ - 10 - 第三章测试系统硬件设计........................................ - 11 - 3.1传感器.................................................. - 12 - 3.1.1 压力传感器的选型.................................. - 13 - 3.1.2 温度传感器选型.................................... - 15 - 3.1.3 直线位移传感器.................................... - 17 - 3.1.4 线速度传感器...................................... - 18 - 3.2信号放大................................................ - 19 - 3.3流量计.................................................. - 20 - 3.4数据采集设备............................................ - 21 - 3.4.1 数据采集卡的基本性能指标.......................... - 21 - 3.4.2数据采集卡选型.................................... - 22 - 3.5本章小结................................................ - 23 - 第四章基于LabVIEW的伺服阀静态特性测试........................ - 24 - 4.1 面向仪器和测控过程的图形化开发平台-LabVIEW ............. - 24 - 4.1.1 LabVIEW简述...................................... - 24 - 4.1.2 LabVIEW的特点.................................... - 25 - 4.1.3 LabVIEW的仪器驱动程序............................ - 25 - 4.2用LabVIEW进行数据分析和处理............................ - 26 - 4.2.1加窗处理.......................................... - 26 - 4.2.2数字滤波器........................................ - 27 - 4.2.3频域转换.......................................... - 28 - 4.3静态测试系统软件及编程.................................. - 29 - 4.3.1用LabVIEW设计虚拟仪器的方法...................... - 30 - 4.3.2信号激励模块...................................... - 32 -
一、简略设计应用电液比例阀控制的速度控制回路。画出原理图并加以说明。 该液压控制系统由控制计算机、比例放大器、电液比例方向阀、液压泵、液压缸、基座、负载、位移传感器和，数据采集卡组成，如图1所示。 图1 电液比例阀控制的速度控制回路 液压系统采用定量泵和溢流阀组成的定压供油单元，用电液比例方向阀在液压缸的进油回路上组成进油节流调速回路，控制活赛的运行速度。位移传感器检测出液压缸活塞杆当前的位移值，经A/D 转换器转换为电压信号，将该电压信号与给定的预期位移电压信号比较得出偏差量，计算机控制系统根据偏差量计算得出控制电压值，再通过比例放大器转换成相应的电流信号，由其控制电液比例方向阀阀芯的运动，调节回路流量，从而通过离散的精确位移实现对负载速度的精确调节。 二、说明使用电液闭环控制系统的主要原因。 液压伺服系统体积小、重量轻，控制精度高、响应速度快，输出功率大，信号灵活处理，易于实现各种参量的反馈。另外，伺服系统液压元件的润滑性好、寿命长；调速范围宽、低速稳定性好。闭环误差信号控制则定位更加准确，精度更高。
三、在什么情况下电液伺服阀可以看成震荡环节、惯性环节、比例环节？ 在大多数的电液私服系统中，伺服阀的动态响应往往高于动力元件的动态响应。为了简化系统的动态特性分析与设计，伺服阀的传递函数可以进一步简化，一般可以用二阶震荡环节表示。如果伺服阀二阶震荡环节的固有频率高于动力元件的固有频率，伺服阀传递函数还可以用一阶惯性环节表示，当伺服阀的固有频率远远大于动力元件的固有频率，伺服阀可以看成比例环节。 四、在电液私服系统中为什么要增大电气部分的增益，减少液压部分的增益？ 在电液伺服控制系统中，开环增益选得越大，则调整误差越小，系统抗干扰能力就越强。但系统增益超过临街回路增益，系统就会失稳。在保持系统稳定性的条件下，得到最大增益。从提高伺服系统位置精度和抗干扰刚度考虑，要求有较高的电气增益K P，因此，液压增益不必太高，只要达到所需要的数值就够了。同时，电气系统增益较液压增益也易于调节，同时成本低。 五、结合实际应用设计应用电液私服控制的位置控制系统。画原理图并加以说明。 设计送料机械手移送机构液压伺服系统工作原理图如图2所示。 图2 送料机械手移送机构液压伺服系统工作原理图 1—液压缸；2、3—液控单向阀；4、13、18—电磁换向阀；5—电液伺服 阀； 6、15—压力继电器； 该回路设计具有以下几个特点： （1）伺服泵站由交流电机、轴向柱塞泵、溢流阀、单向阀、过滤器、蓄能器，压力继电器、压力表、加热器以及冷却回路等组成。泵站同时具备温度、液位等信号的监测、报警功能，自动化程度较高。液压系统的启动、停止、溢流阀的动作、报警、紧急情况处理等由计算机及
二、设计依据： 设计一台专用铣床的液压系统，铣头驱动电机的功率N=7.5KW，铣刀 直径为D=100mm，转速为n=300rpm，若工作台重量400kg，工件及夹 具最大重量为150kg，工作台总行程L=400mm，工进为100mm，快退， 快进速度为5m/min，工进速度为50～1000mm/min，加速、减速时间 t=0.05s，工作台用平导轨，静摩擦系数fj=0.2，动摩擦系数fd=0.1。 设计此专用铣床液压系统。 沈阳理工大学
三、工况分析 液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分 析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率 的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流 量）的依据。 负载分析 （一）外负载 Fw=1000P/V=60000·1000P/ 3.14Dn=4774.65N （二）阻力负载 静摩擦力：Ffj=（G1+G2）·fj 其中 Ffj—静摩擦力N G1、G2—工作台及工件的重量N fj—静 摩擦系数 由设计依据可得： Ffj=（G1+G2）·fj=(4500+1500)X0.2=1200N 动摩擦力Ffd=（G1+G2）·fd 其中 Ffd—动摩擦力N fd—动摩擦系数 同理可得： Ffd=（G1+G2）·fd=(4500+1500)X0.1=600N （三）惯性负载 机床工作部件的总质量m=（G1+G2）/g=6000/9.81=611.6kg 沈阳理工大学
沈阳理工大学 惯性力Fm=m ·a= =1019.37N 其中：a —执行元件加速度 m/s 2 0 t u u a t -= ut —执行元件末速度 m/s 2 u0—执行元件初速度m/s 2 t —执行元件加速时间s 因此，执行元件在各动作阶段中负载计算如下表所示： （查液压缸的机械效率为0.96，可计算液压缸各段负载，如下表） 工况 油缸负载（N ） 液压缸负载（N ） 液压缸推力（N ） 启动 F=Ffj 1200 1250 加速 F=Ffd+Fm 1619.37 1686.84 快进 F=Ffd 600 625 工进 F=Ffd+ Fw 5374.65 5598.60 快退 F=Ffd 600 625 按上表的数值绘制负载如图所示。 对于速度而言，设计依据中已经有了明确的说明，所以按照设计依据绘制如
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处
*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。 图1 一级倒立摆结构示意图
天津渤海职业技术学院 毕业设计说明书 专业电气自动化 课题名称液压传动装置电气控制系统的设计学生蕊蕊 指导老师秦立芳利 电气工程系 ２００9年3月
容摘要 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动而进行能量传递的一种传动方式。由于液压执行结构尺寸小，反应速度快，调节性能好，传递的力和扭矩较大，操纵、控制、调节比较方便，容易实现功率放大和过载保护，因此被广泛应用于机械制造、冶金、工程机械、农业、汽车、航空、船舶、轻纺等行业。近年来，又被应用于太空跟踪系统，海浪模拟装置，宇航环境模拟火箭发射助飞装置。 在机械加工中，例如组合机床加工长孔，为满足其技术要求并达到相应的自动化水平，加工前，应按工艺工程进行可行性模拟加工试验。本方案即为满足液压试验装置设计电气控制和自动控制。 本课题属于典型的机电技术结合项目，通过对课题的设计，研究和制作过程可达到综合利用自动化专业理论知识，提高专业综合操作技能，提高分析、组织能力，拓展学科领域的目的，并为机械加工生产技术改革提供试验操作平台。 常用词；液压装置、电器控制、PLC可编程控制器 致谢： 在本次毕业设计过程中得到了众多老师的帮助，在此表示忠心的感谢!同时也感谢这三 年来在学习和生活上给予帮助的所有老师!
目录 第1章设计对象及基本要求 (4) 1.1 设计对象 1.2 基本要求 1.3 技术要求 第2章电气线路的设计 (5) 2.1 线路设计的基本原理 2.2 绘制原理图 2.3 元器件的选择 2.4 元器件的分布图 第3章柜体电气线路的安全 (11) 第4章电气控制柜的通电试验 (15) 4.1 通电前的检查 4.2 电气控制柜的调试 第5章按给定实验项目进行的调试 (15) 5.1 用PLC可编程控制项目进行编程设计 第6章使用说明书 (18) 第7章结果分析 (18) 参考文献 (19)
《液压与气压传动》课程设计任务书 1.课程设计题目3 一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为7.5KW，铣刀直径为150mm，转速为300r/min，工作台重量为4*103N，工件和夹具最大重量为1.8*103N，试设计此专用铣床液压系统。 2.课程设计的目的和要求 通过设计液压传动系统，使学生获得独立设计能力，分析思考能力，全面了解液压系统的组成原理。 明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。 3.课程设计内容和教师参数（各人所取参数应有不同） 工作台行程为500mm（快进300mm，工进150mm），快进速度为5m/min，工进速度为50~800mm/min，往返加速、减速时间为0.1s，工作台用平导轨，静摩擦系数f j=0.2，动摩擦系数f d=0.1。 4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等） ●章宏甲《液压传动》机械工业出版社 2006.1 ●章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社 2005.4 ●黎启柏《液压元件手册》冶金工业出版社 2002.8 ●榆次液压有限公司《榆次液压产品》 2002.3 课程设计任务 明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。 5.1设计说明书（或报告） 分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。
5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作） 5.3图样、字数要求 系统图一张（3号图），设计说明书一份（2000~3000字）。 6. 工作进度计划设计方式 手工 9.备注 一、设计任务书 二、负载工况分析 1.工作负载
大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日
摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷 电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭 环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录 一、系统方案.............................................. 1.1 系统基本方案...................................... 1.1.1 控制方案设计................................ 1.1.2 机械结构方案设计............................ 1.2 各部分方案选择与论证 (1) 1.2.1电机选择 (1) 1.2.2 电机驱动的选择.............................. 1.2.3 摆杆与横杆的连接选择........................
1 液压缸选型 四足机器人大腿上的液压缸所受的推力较大，而小腿上的液压缸所受的推力较小，而且，4个大腿上的液压缸所受的最大推力接近，4个小腿上的液压缸所受的最大推力也接近。因而，在设计液压缸时，大腿上的液压缸设计成相同尺寸，小腿上的液压缸设计成相同尺寸。 而四足机器人髋上的液压缸仅在四足机器人受到横向冲击的情况下工作。根据仿真结果可知，髋上的4个液压缸所受到的最大推力为 1.8kN，最大速度为130mm/s。由于髋上的液压缸推力和速度比大腿与小腿上的液压缸推力和速度小很多，在设计时，总流量主要考虑大腿和小腿上液压缸的叠加，髋上的液压缸流量由蓄能器供给。 根据仿真计算结果图，大腿上的液压缸所受最大推力取8kN，小腿上的液压缸所受的最大推力取4kN，即液压系统的最大载荷为8kN。查阅《液压工程师技术手册》如下表所示， 当载荷为5~10kN时，工作压力宜取1.5~2MPa，为了使液压控制系统的动态性能更好，同时使机械结构更紧凑，取液压缸的负载压力为6MPa。 液压缸暂定交由常州恒力液压有限公司生产。 1.1 大腿上的液压缸 大腿上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力为P Lm=6MPa，所受最大负载推力为F m=8kN。 P1A1?P2A2=F 其中，P1——液压缸无杆腔压力； P2——液压缸有杆腔压力； D2； A1——液压缸无杆腔有效面积，A1=π 4 （D2?d2）； A1——液压缸无杆腔有效面积，A2=π 4 F——负载推力； 液压缸负载压力F满足：
P Lm=F m A1 =P1?P2 A2 A1 =6MPa 由上式可以得到 A1=F m P Lm = 8000 6 mm2=1333.3mm2 所以， D=4A1 π = 4×1333.3 π =41.2mm 圆整后取D=40mm。 查阅《液压工程师技术手册》如下表所示， 取d=25mm。根据仿真结果，液压缸行程大于70mm即可。液压缸和伺服阀组合成的液压包外形图按照之前设计的电动缸伺服电机外形图设计。 1.2 小腿上的液压缸 小腿上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力也为P Lm=6MPa，所受最大负载推力为F m=4kN。 P1A1?P2A2=F 其中，P1——液压缸无杆腔压力； P2——液压缸有杆腔压力； A1——液压缸无杆腔有效面积，A1=π 4 D2； A1——液压缸无杆腔有效面积，A2=π 4 （D2?d2）； F——负载推力； 液压缸负载压力F满足： P Lm=F m 1 =P1?P2 A2 1 =6MPa 由上式可以得到 A1=F m Lm = 4000 mm2=666.6mm2 所以，
1.汽车板簧分选实验压力机（立式），液压缸对工件（汽车板簧）施加的最大压 力为3万N，动作为：快进→工进→加载→保压→慢退→快退，快进速度14mm/s，工进速度0.4mm/s，要求液压缸上位停止、下行时、保压后慢退不能失控。最大行程600mm。试完成： （1）系统工况分析； （2）液压缸主要参数确定； （3）拟定液压系统原理图； （4）选取液压元件； （5）油箱设计（零件图）；* （6）油箱盖板装配图、零件图；* （7）集成块零件图； 2.钻孔动力部件质量m=2000kg，液压缸的机械效率ηw=0.9，钻削力Fc=16000N 工作循环为：快进→工进→死挡铁停留→快退→原位停止。行程长度为150mm ,其中工进长度为50mm。快进、快退速度为75mm/s，工进速度为1.67 mm/s。导轨为矩形，启动、制动时间为0.5s。要求快进转工进平稳可靠，工作台能在任意位置停止。 3.单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统，要求设计的动力滑台实现的工作 循环是：快进——工进——快退——停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力FL=30468N；运动部件所受重力G=9800N；快进、快退速度1=
3=0.1m/s，工进速度2=0.88×10-3m/s；快进行程L1=100mm，工进行程 L2=50mm；往复运动的加速时间Δt=0.2s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数μs=0.2，动摩擦系数μd=0.1。液压系统执行元件选为液压缸。 4.卧式钻孔组合机床液压系统设计：设计一台卧式钻孔组合机床的液压系统， 要求完成如下工作循环：快进→工进→快退→停止。机床的切削力为25×103 N，工作部件的重量为9.8×103 N，快进与快退速度均为7 m/min，工进速度为0.05 m/min，快进行程为150 mm，工进行程为40 mm，加速、减速时间要求不大于0.2 s，动力平台采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为 0.1。要求活塞杆固定，油缸与工作台连接。设计该组合机床的液压传动系统。 5.某厂需要一台加工齿轮内孔键槽的简易插床，插头刀架的上下往复运动采用 液压传动。工件安装在工作台上，采用手动进给。 其主要技术规格如下： 1）加工碳钢齿轮键槽，插槽槽宽t=12mm，走刀量S=0.3mm/行程； 2）插头重量500N； 3）插头工作行程（下行）的速度为13m/min。 试设计该插床的液压系统及其液压装置。 6.设计一台钻镗专用机床，要求孔的加工精度为二级，精镗的光洁度为▽6。加 工的工作循环是工件定位、夹紧——动力头快进——工进——快退——工件松开、拔销。加工时最大切削力（轴向）为20000N，动力头自重30000N，工作进给要求能在20-120mm/min内进行无级调速，快进、快退的速度均为6m/min，动力头最大行程为400mm，为使工作方便希望动力头可以手动调整进退并且能中途停止，动力滑台采用平导轨。 要求：1）按机床工作条件设计油路系统，绘系统原理图。 2）列出电磁铁动作顺序图。
过程控制系统综合设计报告 班级： 姓名： 学号： 学期：
一、实验目的与要求 1．掌握DDC控制特点； 2．熟悉CS4100实验装置，掌握液位控制系统和温度控制系统构成； 3．熟悉智能仪表参数调整方法及各参数含义； 4．掌握由CS4100实验装置设计流量比值控制、液位串接控制、液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制等设计方法； 5．掌握实验测定法建模，并以纯滞后水箱温度控制系统作为工程案例，掌握纯滞后水箱温度控制系统的建模，并用DDC控制方案完成控制算法的设计及系统调试。 以水箱流量比值控制、水箱液位串接控制、水箱液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制为被被控对象，完成系统管路设计、电气线路设计、控制方案确定、系统调试、调试结果分析等过程的训练。以纯滞后水箱作为被控对象，以第二个水箱长滞后温度作为被控量，完成从实验测定法模型建立、管路设计、线路设计、控制方案确定、系统调试、结果分析等过程的训练。 具体要求为： 1）检索资料，熟悉传感器、执行器机械结构及工作原理。 2）熟悉CS4100过控实验装置的机械结构，进行管路设计及硬件接线； 3）掌握纯滞后水箱温度控制系统数学模型的建立方法，并建立数学模型； 4）掌握智能仪表参数调节方法； 5）进行控制方案设计，结合具体数学模型，计算系统所能达到性能指标，并通过仿真掌握控制参数的整定方法； 6）掌握系统联调的步骤方法，调试参数的记录方法，动态曲线的测定记录方法。记录实验数据，采用数值处理方法和相关软件对实验数据进行处理并加以分析，记录实验曲线，与理论分析结果对比，得出有意义的结论。 7）撰写实验设计报告、实验报告，具体要求见：（五）实践报告的内容与要求。 二、实验仪器设备与器件 1.CS4100过程控制实验装置 2.PC机（组态软件） 3.P909智能仪表若干
新疆大学 实习（实训）报告 实习（实训）名称：电气控制与PLC综合实践 学院：新疆大学科学技术学院 专业、班级：电气12-1班 指导教师：努尔哈孜·朱玛力 报告人：郜志强 学号：20112450079 时间：2015年6月19日--7月3日
1设计部分 设计题目：车床液压系统自动机床控制系统设计 在机械工业中，传统普通车床仍占有相当比例，其中部分车床采用液压系统来控制刀具的自动切换，机床电气控制部分多应用继电器——接触器控制来实现，这类系统元器件多，体积大，连线复杂，可靠性和可维护性低，故障率高，工作效率低，而随着计算机技术、电子技术等的发展，计算机控制技术在液压传动控制中也得到了广泛的应用。以计算机技术为核心的PLC(可编程序控制器)具有抗干扰性强，运行可靠等诸多优点在工业自动化领域已被广泛应用。本文即是利用PLC控制技术，对传统液压回路进行系统控制设计，变传统电气控制为PLC
控制。 1.1车床液压控制回路的液压元件构成 此车床液压控制回路主要由以下原件组成：左夹紧液压缸用于夹紧工件和卸下工件，中横向进给液压缸带动刀具横向进给，右纵向进给液压缸带动刀具纵向进给，6个电磁换向阀控制进给液压缸的前进与后退，2个调速阀控制进给液压缸进给速度，双联泵提供液压油输出，另外采用3个单向阀控制液压油流动方向，减压阀和压力继电器监控夹紧缸的油压。 1.2 车床液压控制回路的工作原理 液压控制回路如图1所示，其作用主要是能够控制车床完成完整的切削加工过程，并且工作一个循环，分为8个步聚：1、装件夹紧；2、横快进；3、横工进；4、纵工进；5、横快退；6、纵快退；7、卸下工件；8、原位停止；各步骤的切换分别由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7控制，具体工作循环如图2所示。行程开关用于控制液压回路中6个电磁换向阀电磁铁的通电与否，进而改变液压油流向，影响液压缸实现动作顺序，完成切削过程。断电情况如表1所示。
液压传动课程设计题目 （各班按点名册顺序确定） 1、设计一台专用铣床的液压系统，工作台要求完成快进——工作进给——快退——停止的自动工作循环。铣床工作台重量4000N，工件夹具重量为1500N，铣削阻力最大为9000N，工作台快进、快退速度为 4.5m/min，工作进给速度为0.06~1m/min，往复运动加、减速时间为0.05s。工作采用平导轨，静、动摩擦分别为fs=0.2，fd=0.1, 工作台快进行程为0.3m，工进行程为0.1m。 2、设计一台校正压装液压机的液压系统。要求工作循环是快速下行——慢速加压——快速返回——停止。压装工作速度不超过5mm/s，快速下行速度应为工作速度的8~10倍，工件压力不小于10×10＋3N。 3、设计液压绞车液压系统，绞车能实现正反向牵引与制动，最大牵引力14吨，最大牵引速度10m/min，牵引速度与牵引力均可无级调节，制动力矩不小于2倍的牵引力矩。 4、设计一饲草打包机液压控制系统，液压缸最大行程为800mm，可输出推力100t，实现四个工作程序：饲草压实、打包、回程、卸荷。 5、设计一液压牵引采煤机的液压系统，实现容积调速、高压保护、补油及热交换。采煤机的最大牵引力50吨，最大牵引速度15m/min。 6、设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统，要求完成工件的定位与夹紧，所需夹紧力不得超过6000N。该系统工作循环为：快进——工进——快退——停止。机床快进快退速度约为6m/min，工进速度可在30~120mm/min范围内无级调速，快进行程为200mm，工进行程为50mm，最大切削力为25kN，运动部件总重量为15kN，加速（减速）时间为0.1s，采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。 7、设计一台小型液压机的液压系统，要求实现快速空程下行——慢速加压——保压——快速回程——停止的工作循环。快速往返速度为3m/min，加压速度为40~250mm/min，压制力为200kN，运动部件总重量为20kN。 8、设计EBZ200掘进机的工作机构水平与上下摆动驱动装置的液压系统。 9、设计掩护式液压支架液压系统，实现升降、推移、侧护，工作阻力4600kN，支撑高度1.5-2.6m。
机电一体化专业综合实验液压PLC控制系统设计
目录 一、实验总体规划............................................................................... 错误！未定义书签。 1.1实验目的 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2实验器材 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.3实验要求 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.4实验内容 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 二、系统设计........................................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 总体方案设计 ................................................................................................ 错误！未定义书签。 2.2 零件图 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。 2.3 加工示意图、动作循环图 ............................................................................ 错误！未定义书签。 2.3.1加工工艺流程设计 ............................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.2工件加工工艺过程设计 ....................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.3动作循环图 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 2.4液压回路设计 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 2.4.1 设计思路 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 2.4.2 液压回路得电顺序表 (6) 2.5 PLC控制系统设计 (6) 2.5.1系统功能设计 (6) 2.5.2 I/O口的点数及地址分配、PLC选型 (7) 2.6 电气原理回路设计（见附录） (8) 2.8 PLC程序设计 (10) 2.8.1流程图 (10) 2.8.2 全局变量表 (11) 2.8.3程序设计 (12) 三、PLC程序设计、调试遇到的问题 (19) 四、结论 (19) 五、自我总结 (20)
液压与气压传动课程设计 班级机制1211 姓名 学号2012116102 指导老师邬国秀
目录 一.设计要求及工况分析 (3) 1.负载与运动分析 2.负载循环图.速度循环图 二.确定液压系统主要参数 (4) 1.初选液压缸工作压力 2.计算液压缸主要尺寸 三.拟定液压系统原理图 (7) 1.选择基本回路 2.组成液压系统 四.计算和选择液压件 (9) 确定液压泵的规格和电动机功率 五.附表与附图 (11) 六.参考文献 (13)
(一)、设计要求及工况分析 设计要求 1、设计一台专用铣床，工作台要求完成快进－－工作进给－－快退－－停止的自动工作循环。铣床工作台重量4000N ，工件夹具重量为1500N ，铣削阻力最大为9000N ，工作台快进、快退速度为4.5m ／min ，工作进给速度为0.06～1m ／min ，往复运动加、减速时间为0.05s 工作采用平导轨，静、动摩擦分别为fs ＝0.2，fd ＝0.1，?工作台快进行程为0.3m 。工进行程为0.1m ，试设计该机床的液压系统 1、负载与运动分析 (1) 工作负载 工作负载即为切削阻力F L =30000N 。 (2) 摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力： 静摩擦阻力 N G F S FS 110055002.0=?==μ 动摩擦阻力 N G F d fd 55055001.0=?==μ (3) 惯性负载 N 842 N 05×60 . 0 8 . 9 5500 i ? = ? ? = t g G F υ 4.5 =
(4) 运动时间 快进 s v L t 3.360 /5.4102503 111=?==- 工进 s v L t 9060/1.0101503 222=?==- 快退 s v L L t 3.560 /5.4104003 3213=?=+=- 设液压缸的机械效率ηcm =0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。 表1液压缸各阶段的负载和推力 2、 根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F -t 和速度循环图υ-t ，见附图 （二） 确定液压系统主要参数 1．初选液压缸工作压力 所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p 1=4MPa 。
2015 全国大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 2015年8月15日
摘要：本设计是基于STM32F103VE单片机为核心的简易风力摆控制系统，该系统由电源供电模块，直流风机及驱动模块、角度检测模块、信息处理模块、继电器及驱动模块、蜂鸣指示模块和液晶显示模块构成。STM32F103VE通过改变PWM占空比来实现对直流风机速度及方向的控制，该风力摆控制系统能够实现题目要求，简单做直线运动、复杂做圆周运动。 关键字：风力摆角度传感器单片机自动控制系统 一．方案论证： 1.系统结构 1）机械结构如图1所示。 一长约67cm的吸管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂4只直流风机，中间安装陀螺仪，构成一风力摆。风力摆下安装一向下的激光笔，静止时，激光笔下端距离地面18cm。 图 1 2）测控电路结构 测控电路结构如图2所示。 编码器按键
图2 2.方案比较与选择 其实整体电路架构上图已经给定，主要是几个关键部分————直流风机选型及架构、直流风机驱动电路、传感器、主控芯片选择，我们分析如下： 1）直流风机的选型 方案一：采样大电流成品直流风机，虽然风力够大，但驱动多个风机所需电流过大，单个电源难以满足要求，而且比较重，多个电机使得惯性过大难以控制。鉴于以上两点，弃用。 方案二：采用小型高速电机加螺旋桨自制直流风机，风力大，体积小，质量轻，而且性价比高。 风力摆控制系统风机质量轻，减小惯性，容易起摆；风力大，风速控制范围大，摆动角度大；体积小，减少外部的干扰；鉴于以上几点，本设计采用方案二。 STM32微处理器 角度传感器 直流风机 电机驱动电路 风机供电 OLED 液晶显示 蜂鸣器