项目报告 - 图文

基于automation Studio WY60型号挖掘机铲斗回路液压系统分析及PLC的设计与

联合仿真

班级：12制造331班 组别： 12 小组成员： 辛龙

张静 周益锋

基于automation Studio WY60型号挖掘机液压系统分析及铲斗回路系统PLC的设计与联合仿真

摘要

本组成员辛龙、周益锋、张静三人共同对4YF26垃圾压实机的应用和实验过程，以及对其内部系统的理论分析，功能分析和原理图分析做了详尽的了解，共同掌握了各液压元件的名称，在系统中的作用，技术参数的了解，并根据所选材料利用AOTOMATION STUDIO仿真出液压系统图和PLC的设计。本文即是对于试验过程中对于塞棒伺服试验台的系统分析记录。由于记录者水平有限，望提供宝贵建议和意见。

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4YF26垃圾压实机简介

垃圾压实机是城市垃圾卫生填埋场压实设备，是一种用来提高填埋场垃圾库存容量，实现卫生填埋的专用工程机械，是现代城市垃圾卫生填埋场的重要设备，具有对垃圾推平、挤碎、压实的功能，有利于节约土地、保护环境，延长填埋场的使用寿命。

传统的垃圾填埋场未使用专用的压实机进行压实，主要靠自然沉降，并且未使用相关的技术措施，致使垃圾填埋场产生严重的二次污染，如污染地下水源和土壤、蚊蝇滋生，成为严重的污染源。采用卫生填埋技术，使用垃圾压实机进行压实，有效地解决了上述问题，并且由于达到较高的密实度，填埋场使用年限得以提高。

垃圾压实机利用自身重量对垃圾进行推平、捣碎和压实，拥有4个焊接凸块压实滚轮，前部设有带格栅的推铲。

垃圾压实机主要用于对各种散状垃圾的填埋、平整及压实，是城市垃圾填埋场的专业必备设备，也可用于道路基础、水利大坝特别是用于粘性材料的压实作业，也可以作为填方压实机和高速压实机。

城市垃圾压实机的种类介绍 城市生活垃圾压实器，按照构造通常可以分为三向联合式压实器和水平式压实器两种，其中以水平式压实器较为普遍。按照使用场所的不同，又可分为以下三种。

(1)高层住宅垃圾压实器 属于水平式压实器，将从滑道中落下的垃圾从水平方向不断压入容器中，最后将垃圾压实，装入袋内运走。

(2)压缩式生活垃圾收集机 原理基本上与上述住宅压实器相似，不过主要部件包括压缩机和密封垃圾箱两部分，一个垃圾箱装满压缩后的垃圾后立即拖走，使用另外一个垃圾箱与压缩机相连接闭合，继续盛装垃圾。

(3)压缩式垃圾车 一般在其可封闭的垃圾箱内的前部安装一个液压推板，通过液压来压缩已经装入的垃圾并且卸料。

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目录

一、液压或气动系统理论分析

1. 液压或气动系统简介--文字，图片，视频（2-3页简要介绍即可，介绍的是完整的系统。下面开始就围绕你做的工作展开来写！没有做的不要再写）

2. 液压或气动系统功能分析（如果只是做的部分系统只要写做的部分即可） a) 系统动作要求分析：

b) 系统性能要求分析：力、速度 3. 液压或气动系统原理图分析

a) 各图形符号的名称、在本系统中的作用

b) 系统有几个工作状态？各工作状态之间如何切换？画出各工作状态时液压油的流动路线？各个电磁铁得失电的控制表？

c) 系统包含了哪些基本回路？

4. 液压或气动理论计算与主要元件选型 a) 动力元件选型：泵

b) 执行元件的选型：缸或马达 c) 控制阀选型：

d) 系统元件明细表（名称，数量，主要性能参数，价格，品牌，厂家，） 二、液压或气动系统仿真分析

1. 用Automation Studio软件仿真该液压系统，模型的建立 2. 动作仿真：记录动作过程视频（加配音解说）、图片、图表，检查与前面的分析结果是否一致？

3. 性能仿真：增加压力表与流量计等测量元件或用PLOTTER工具，测试各动作的力与速度是否符合要求。

4. 建立BOM表 三、PLC控制仿真

1. 系统的控制要求分析

2. 输入输出设计，I/O分配表 3. 软件设计，梯形图

4. PLC 仿真结果分析（动作实现，制作视频） 四、总结（写项目的感想 500-1000字）

五、参考文献

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附录1：小组工作分配表222222222222222222222222222222222222222222222

实物图

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液压系统原理图

2.液系统能分

１－油箱 ２－吸油滤油器 ３－工作泵 ４－转向器 ５－优先阀 ６－放大器 ７－溢流阀

８－回油滤油器 ９－溢流阀 １０－换向阀 １１－梭阀 １２—推铺铲油缸 １３－双向缓冲阀

１４－溢流阀 １５－转向油缸 １６－溢流阀 １７－双向缓冲阀

压功析:

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工作要求

工作质量 前轮分配质量 后轮分配质量

制造

发动机

厂 型号 功率 额定转速

最大行驶速度 前进/后退

转弯半径

前轮

压实轮

直径×宽度 后轮直径×宽度

爬坡能力（根据土壤情况） 垃圾推板 调整

低于地面

mm

200

高出地面

mm

1200

%

100

mm

Φ1620×1120

mm

Φ1620×1120

mm

9000

III档

km/h

I档 II档

kw rpm km/h km/h kg kg kg

CUMMINS MTA11-C350

227 2100 0-4 0-11.5 28000

14000 14000

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幅度

最大推力 压实密度

外形尺寸（长×宽×高）

处理能力

kN t/ m3 mm t/h

260 0.7-0.8

8090× 3600 × 3685

100以上

3.液压或气动系统原理图分析 （1）系统分析

液压缸进油路、回油路分析

1、 当电磁铁左边得电时：

进油路：油箱——单向变泵——过滤器——三位四通电磁换向阀左位——塞棒缸上腔（加载缸的上腔）。

回油路：塞棒缸下腔（加载缸下腔）——压力继电器——三位四通电磁换向阀左位——油箱。

2、当电磁铁右边得电时：

进油路：油箱——过滤器——单向变量泵——过滤器——三位四通电磁换向阀的右位——塞棒缸下腔（加载缸下腔）。

回油路：加载缸上腔（塞棒缸上腔）——三位四通电磁换向阀的右位——油箱。

液压缸基本回路分析

蓄能器的保压回路

利用三位四通换向阀的换向回路 液压缸多缸控制回路 溢流阀的调压回路

两个液压缸并联的同步回路 利用压力继电器的顺序动作回路

液压系统主要实验内容

基于automation Studio WY60型号挖掘机液压系统分析及铲斗回路系统PLC的设计与联合仿２６０００ 工 作 质 量 真

静线压力

前 轮 后 轮

Ｎ／ｃｍ Ｎ／ｃｍ ｍｍ

７２２ ７２２

轴 距

压实宽度

前 轮 后 轮 前／后 Ｉ 档

ｍｍ ｍｍ

３５００ ９００

９００

Ｋｍ／ｈ Ｋｍ／ｈ Ｋｍ／ｈ ＫＷ ｍｍ ｍｍ

０￣３／０￣３

压实机行驶速度

前／后 ＩＩ 档

０￣７／０￣７

发动机参数

前／后 ＩＩＩ 档 型 号

０￣１０／０￣７

Ｃ６１２１

１８７ ２２００

额 定 功 率

８０％

转 速 ｒ／ｍｉｎ

最 小 转 弯 半 径

９０００

最 大 爬 坡 能 力 外型尺寸（长3宽3高）

２ 主要结构及技术特点

４ＹＦ２６ 垃圾压实机的结构图如图 １ 所示。该机采用液力机械传动，四个驱动轮分布在机架两侧，同

时四个驱动轮又作为压实轮。它主要由压实轮，动力及传动装置，机架及驾驶室，液压转向与提升系统，

推铺铲装置，洒水装置等组成。整机采用了结构优化设计理论，三维 ＣＡＤ 及动态虚拟装配等先进手段，使整机设计更趋于合理。

２．１ 压实轮

压实轮是作业部件，４ＹＦ２６ 垃圾压实机采用凸块钢轮驱动，钢轮由钢板卷制焊接而成。钢轮外圆有４ 道梯形断面的轮圈，每道轮圈由 １１ 块凸块组成，凸块焊在钢轮的外圆上，凸块由耐磨材料制造，工作

寿命可达 １００００ 小时，４ 道轮圈上的凸块按螺旋线排列。随着我国人口不断增多、城市化进程的加快和人民生活水平的凸块设计成梯形断面，所以在工作过程中，垃圾除受垂直压实力外，提高，城市生活垃圾产生量不断增长，生活垃圾处理已成为影响人还受左右侧向挤压，凸块齿尖则起切断、破碎垃圾的作用。经验证，们生活环境和可持续发展的重要因素。目前，国内、外生活垃圾的采用这种结构压实效果最好，垃圾密实度高。 处理方法有很多种，垃圾卫生填埋法是应用较广的处理方法。而垃２．２ 动力及传动装置 圾压实机是生活垃圾卫生填埋场的关键设备。 ４ＹＦ２６ 垃圾压实机的动力选用 Ｃ６１２１ 柴油发动机。发动机４ＹＦ２６ 垃圾压实机是厦工集团三明重机公司最新开发、研安装在机器后部的后车架上。发动机的动力从飞轮端输出，分别为垃圾压制成功的产品之一。它是一种重型、自行式垃

实机的驱动、转向及垃圾推铺提供所需的动力。垃圾压实机的传动装置主圾压实处理设备，具有静线压力大、爬坡能力强、压实效果好、要由三个部件组成，即液力变速器、传动轴和驱动桥。传动路线为：发动工作效率高、新颖流畅的外观设计、视野开阔的驾驶系统、操纵舒机－－－液力变速器－－－传动轴－－－前／后桥－－－－压实轮。 适的先导控制、创新设计的传动系统等优点。整体技术目前国内领４ＹＦ２６先。 垃圾压实机采用液力机械传动，液力变速器由一个液力变矩

１ 主要性能参数

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器和一个整体箱式动力换档变速箱组成，变速档位为三档前进三档后退，压实机因此可获得前进、后退各三种不同的行驶速度。

２．３ 机架及驾驶室

机架是整机所有零部件安装的基体，由钢板拼焊而成。前后机架皆为封闭式箱形焊接结构，下部完全封闭，垃圾不会进入，全部机件、管路及电线得到很好的保护，上下有维修用的开口盖板，可及性好，前后机架由中心铰接座连接，铰接座用螺栓固定在前后机架上。中心铰接座安装了回转轴承，回转轴承的端面设计有轴向受力机构。前后机架可以相对偏摆±１２°，左右转角±３５°，整机不易陷，可以行驶在凹凸不平的垃圾上，而且整机运行平稳。

４ＹＦ２６ 垃圾压实机装备全封闭钢结构翻车保护功能的驾驶室。驾驶室密封良好，换气经过滤清，确保外界尘埃不能进入，所有仪表和操作件按人体工程学原理合理排列，减轻司机的疲劳，并配备取暧设保外界尘埃不能进入，所有仪表和操作件按人体工程学原理合理排列，减轻司机的疲劳，并配备取暧设施和玻璃除霜装置及空调，司机的座椅为太空椅，可全方位调节，另外还配备立体声收录机和音响。

２．４ 液压系统

４ＹＦ２６ 垃圾压实机的液压系统如图 ２ 所示。包括转向与推铺铲提升两部份。液压系统采用了伺服变量泵系统。

２．４．１ 转向系统工作原理

转向系统由转向器及流量放大器总成组成。流量放大器总成包括优先阀 ５、放大器 ６、溢流阀 １７。操纵方向盘，转向器 ４ 的反馈口 ＬＳ 经电比例阀中的梭阀 １１ 反馈给伺服泵，泵的排量增大，泵出来的油经优先阀 Ａ 口到达放大器 ６，放大器 ６ 根据转向器 ４ 的 Ｌ 口或 Ｒ 口的流量信号按比例放大向两个转向油缸 １５ 供油，实现整机转向。溢流阀 １６ 和双向缓冲阀 １７ 并联后分别与两个转向油缸 １５一一对应连接。溢流阀 １６ 和双向缓冲阀 １７ 起到保护转向系统安全工作和防止冲击过载的作用。由于使用了流量放大器 ６，转向器 ４ 的排量可以选择较小的排量，方向盘操纵非常省力，提高了驾驶的舒适性。

２．４．２ 推铺铲提升系统工作原理

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１－油箱 ２－吸油滤油器 ３－工作泵 ４－转向器 ５－－－优先阀 ６－－－放大器 ７－－－溢流阀 ８－－－回油滤油器 ９－－－溢流阀 １０－－－换向阀 １１－梭阀 １２—推铺铲油缸 １３－－－双向缓冲阀 １４－－－溢流阀 １５－－－转向油缸 1６－溢流阀 １７－双向缓冲阀

推铺铲提升系统的电比例阀总成由溢流阀 ９、换向阀 １０、梭阀 １１、双向缓冲阀 １３、液流阀 １４ 组成。

操纵换向阀 １０ 的手柄，换向阀 １０ 根据手柄的电信号打开阀芯，反馈油经梭阀 １１ 反馈到伺服泵 ３，泵的

排量增大，高压油经优先阀的 Ｂ 口向推铺铲油缸供油。实现推铺铲上升和下降。溢流阀 ９、１４ 和双向缓冲阀 １３ 起到保护推铺铲提升系统安全工作和防止冲击过载的作用。

２．４．３ 液压系统工作状态分析

垃圾压实机通常在直线行驶时才进行推铺作业，此时转向液压系统通常处于闲置状态，而当垃圾压实机进行转向行驶时，其推铺作业也暂告停止。所以本系统可以很好满足转向和提升分别工作的要求。

当转向系统和推铺铲提升系统同时工作时，工作泵 ３ 出来的高压油首先通过优先阀 ５ 满足转向系统的动力，在满足转向情况不，多余的高压油通过优先阀 Ｂ 口向推铺铲提升系统供油。当转向系统和推铺铲提升系统都不工作时，泵的排量很小，减少了系统的发热量，降低了系统的油温。流量放大器总成里安装的优先阀使转向系统和推铺铲提升系统共用一个泵，简化了系统，降低了生

产成本。

３ ４ＹＦ２６ 垃圾压实机的压实效果 ４ＹＦ２６ 垃圾压实机可将 ０．４ｔ／ｍ３ 生活垃圾压实到 ０．８ｔ／ｍ３ 以上，处理能力为 ６５ｔ／ｈ 以上。

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2结构设计

连接，在动力换档变速器前、后各有一动力输出轴，通过弹性传动轴实现与前、后桥连接。由于变速器动力输出轴距离前桥较远，必须使用两根弹性传动轴，这就需要在两根传动轴之间增加辅助支撑，以提高传动轴传送动力时的刚性和传力效果。

4 碾压轮设计

前后碾压轮结构如图 ３ 所示，主要由凸块 １、轮圈 ２、锥形护板 ３（左右）和辐板 ４ 组成。由于在垃圾的压实过程 中需要较高的线压力，因此，凸块的结构比较特殊，有别于

2 软动系统

采用锥形护板结构的

目前，在国际社会上，最常见的垃圾压实机驱动方式 常见的凸块式振动压路机上的结构，有利于提高设是机械驱动和液压驱动这两种垃圾压实机由于其自身的 主要目的是可以避免垃圾污水存留于轮内，工作环境的要求，对于设备的机动性有着比较高的要求， 备的清洁度和使用寿命。因此，无论是使用哪一种驱动方式，都是采用的前后轮同时驱动，保证整个机器的机动性能。机械驱动方式的动力输出主要是依靠的柴油机，经过变速器，以及通过弹性传动轴、驱动桥来带动整个机器的前后碾压轮的运动，并实采用了带液力变矩器的动力换现整个垃圾压实机的活动。档变速器，这种动力换档变速器的变速非常方便，传动装置可靠性高，造价低，但是也具有明显的缺点，就是容易产生大量的噪音，整个操纵系统比较复杂，缺乏舒适性。液压驱动方式的动力也是依靠柴油机，通过液压泵，液压马达以及液压桥来实现的整个垃圾压实机的运作。这种液压驱动方式的前后液压马达是采用的电控双排量的设置，能够这种液压驱动方式的特点是整选择多种速度范围内活动。 个驱动结构紧凑，具有平稳的传动性，还能够实现无级变5 推铲机构速，这种液压驱动方式的缺点是造价高，在使用的时候维垃圾压实机推铲结构：推铲通常都是采用的耐磨、耐护成本高以及对维护的水平都有较高的要求。因此，驱动铲刀使用螺栓固定在方式的选择在垃圾压实机中非常重要，驱动方式的选择主 冲击的高强度的合金钢板焊接成的。铲刀采用 ６５Ｍｎ 等这种耐磨的材料，并经过表图要应当按照工作的实际需求和成本。 ２ 所示为机械式驱 推铲前部，动垃圾压实机传动结构简图。面淬火处理。6 制动方式3 传动轴支撑设计 动力换档变速器通过花键轴和传力盘直接与柴油机机械式驱动垃圾压实机有两种制动方式：1 垃圾压实机机械设计思路 由于垃圾压实机一般采用静碾压实原理，基本外形如图 １ 所示，因此垃圾压实机的自身重要对压实的效果是有一定的影响的。

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2.1装置组成和工作简介

立式垃圾压缩机主机设备由压缩装置、推出装置、机架部分及液压传动系统等组成。压缩装置由压头、收集箱及液压缸组成，用于对垃圾的压缩。液压缸固定在型钢焊接的机架上，液压缸的活塞杆端部连接压头，压头由液压缸驱动升降。收集箱是由钢板焊接而成的U形箱体，两侧无钢板，散装垃圾倒入收集箱（此时收集箱处于地坑内）后，液压缸驱动压台伸入其中压缩垃圾，待压缩完毕，需移动垃圾块时，将链条挂于压头上的钩块，液压缸驱动压台升起时就可将收集箱拉起至汽车车厢高度。

图1垃圾压缩站设备三维图

推出装置由推出液压缸、推板和推出架组成，用于将压缩成块的垃圾推上垃圾运输车。推出液压缸固定于混凝土基台上，其活塞杆前部装有推板。液压缸的活塞杆、推板、推出架三件固接，活塞杆前行时，推板、推机架同步向前运动，直至把收集箱内的垃圾块推上运输车。为防止推卸过程中收集箱的摆动，此时把收集箱铁链挂于导柱上的孔内。

压缩装置工作中挤出的污水通过地坑流入下水道。垃圾压缩需经2-3次的边倾倒垃圾、边间断挤压的轮番过程，每次挤压至一定程度后，必须进行保压，以促进块状垃圾的压实。当已压实的垃圾由地坑内提出时，应先将设置于收集箱两侧的挂链勾于压台上，以便依靠压台上升使收集箱同步提升。液压传动系统主要由液压泵站、操纵台、管道和液压缸等组成，是本机的动力和控制系统，压缩装置和推出装置的一系列动作均由液压传动系统来控制和实现。液压站是垃圾举升机的动力部分，由电

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机、滤油器、油箱、溢流阀、油泵、单向阀、换向阀及油缸等组成，根据使用要求，液压站的工作原理图如图2所示。

图2液压站的工作原理图

当推出装置工作时，左换向阀切换至右位，右换向阀换至左位，高压泵7供油，压力油经单向阀3进入推出缸4的无杆腔，有杆腔油液经换向阀直接排回油箱；推出结束后，右换向阀2切换至右位，则压力油进入缸4的有杆腔，推出装置后退复位。一个工作循环结束，液压泵卸荷。

2.2使用特性

（1）节约清运费用。经压缩机压缩后的垃圾体积缩小70%左右，同时可将生活垃圾中的水分排出，可运载更多的垃圾，提高了单车的垃圾载运量，减少了运输次数，仅此一项每年可节约数万元。

（2）操作集成化。环卫工人只要按动相应开关，垃圾压缩机就可完成压缩、提升、装车等多道工序，油缸最大压缩力可达140t，采用电气集中控制，提高垃圾处理的效率，减轻了工人的劳动强度。

（3）有利于垃圾清洁运输。经压缩机压缩后的垃圾块，不会在运输中出现垃圾脱落飞扬、污水滴漏的二次污染现象，有利于城市卫生和环卫工人的健康[2]。

3液压件设计

这里就以液压缸选用和流量计算来说明。 3.1计算压缩缸的直径 3.1.1计算压缩缸的内径

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垃圾压缩机的压缩能力F=80t，根据初步设计要求现选择油缸工作油压P=20MPa，机械效率η＝0.9，则油缸作用力F油： 式中：S——阀芯截面面积（m2）； P——油缸工作油压（MPa）。

由设计参数可知： 代入式（1）得： R=0.11767m=117.67mm， 则油缸直径：D=2R=235.34mm。

根据文献[3]，将液压缸内径圆整为标准系列直径，取D=250mm。 3.1.2计算液压缸壁厚δ

液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。由材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律视壁厚的不同而各异，一般可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒，当δ/D＞1/10时，按厚壁筒公式计算，则： 式中：Pmax——液压缸的最高工作压力，MPa；

D——液压缸的缸径，m；

δp——缸体材料的许用应力，MPa。

选取该液压缸材料为无缝钢管，则：δp=（100～110）MPa。 由式（3）得出： δ≥0.03457m，

根据文献[4]取：δ=40mm， 则液压缸的外径：D1=330mm。

考虑到垃圾压缩机工作环境及安装的方便，可选用零件较少、外表光洁的焊接型液压缸，其结构图如图3所示。

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液压系统仿真分析

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路系统

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、

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路系统

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性能仿真

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PLC液压仿真

PLC动作分析:

按下启动按钮SB1，系统开始工作。 三位四通电磁阀左位得电。液压缸下行。 液压缸下行，撞到行程开关SQ1， 三位四通电磁铁右位得电。液压缸上行。

按下停止按钮SB1，系统停止工作

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PLC 仿真分析:

1.按下启动按钮SB1，系统开始工作。三位四通电磁阀左位得电。液压缸下行。

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2.液压缸下行，撞到行程开关SQ1，三位四通电磁铁右位得电。液压缸上行

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路系统

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3.按下停止按钮SB1，系统停止工作。

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总结

在这一次关于automation studio 的液压系统仿真中真真

正正的让我们体会到了一次做毕业设计的感受。在这个完成的整个过程中，体会到了对于完成一个新的任务，需要自己去发现问题以及去克服。在完成的过程中我们遇到了很多问题，比如说在做液压仿真中由于找不到对应的元器件而束手无策，经过一段时间的了解后，通过找到类似的元器件来替代原有的元器件；因为网上关于油缸试验台的资料相对较少，我们三个人通过课后的时间不停地在网上翻阅才找到了一些资料，通过仅有的这些资料来了解油缸试验台的构成，原理以及如何动作；由于自身对液压及PLC的基础并不是很扎实，在设计过程中也有很多对系统的不理解，通过询问班级上成绩好一点的同学帮忙一起解决，解决过程中慢慢掌握了关于液压和PLC的相关知识。这一次的联合仿真我想不仅仅是对于毕业设计的热身，还有锻炼了大家之间的合作意识，后者显然更为重要。当然没有任何事物是可以不劳而获的，六周的时间的准备相信对于我们以后进入工厂实习也会有莫大的帮助。

最后感谢老师的指导!

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/35xo.html