畢業(yè)設(shè)計74優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計論文--太陽能天窗降溫系統(tǒng)的設(shè)計（包含遙控小車）.pdf

2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 1 1 太陽能天窗降溫系統(tǒng)的設(shè)計 - 汽車天窗太陽能板及風(fēng)機性能測量和選擇 ( 工程技術(shù)學(xué)院 , 機械電子工程系 ， 機械設(shè)計制造及其自動化 ) （ 學(xué)號 : 2001111039 白允斌 ） （ 指導(dǎo)老師 胡曉朋 副教授 ） 內(nèi)容摘要 ： 本論文主要闡述的是怎樣給 “ 汽車降溫系統(tǒng) ” 提供一個匹配的風(fēng)機 ， 包括太陽能電池板的參數(shù)測量 、 風(fēng)機的選擇以及風(fēng)機的性能測量三部分 。 其中以理論計算配合實驗為主 。 關(guān)鍵詞 ： 太陽能 、 降溫 、 風(fēng)機 ABSTRACT ： This article mainly tells about how to prov ide an air - blower which fits for the cooling machine for cars.There are two parts of it,one is the survey of the solar cells,the other is the survey of the air - blower.It is mainly composed of theory calculate and experiment. KEY WORD ： solar energy 、 cooling 、 air - blower. 老師點評 該同學(xué)基本掌握了電源 、 電機及風(fēng)機基本參數(shù)的測量方法 。 目前采用的測量方法及測得的太陽能電池板數(shù)據(jù) ， 獲得廠方的好評 。 本文的不是之處是三組數(shù)據(jù)匹配方法過于粗糙 ， 全文的段落分配比較零亂 、 因果關(guān)系不夠明確 。 建議評為優(yōu)秀 。 一 、 任務(wù)來源 在中國大部分地區(qū)的輻照度都處于可利用至豐富程度 ， 夏季炎熱 ， 室外溫度普遍達(dá)到30 以上 ， 在強烈的陽光照射下 ， 汽車車廂內(nèi)的溫度可高達(dá) 60 70 。 駕車人士對此深有體會 ， 高溫炎熱嚴(yán)重影響了駕車的舒適度 ， 同時也降低了車內(nèi)皮革制品的使用壽命和電子儀器的正常工作 ， 而另一方面市場上的許多產(chǎn)品都不能很好的解決這個問題 。 太陽能天窗則很好的利用太陽能資源 “ 以夷制夷 ” ， 利用太陽能帶動一個外設(shè)的排風(fēng)機 ， 實現(xiàn)氣體交換 ， 達(dá)到降溫的效果 。 此畢業(yè)設(shè)計則應(yīng)運而生 。 設(shè)計包括三個方向 ： 充放電部分 、 風(fēng)機部分 、 太陽能天窗工藝部分 。 而我則負(fù)責(zé)太陽能板參數(shù)測量及風(fēng)機的選取 。 二 、 達(dá)到目標(biāo) （ 1 ）、 根據(jù)測量所得太陽能板的伏安特性選去風(fēng)機 ； （ 2 ）、 風(fēng)機能提供足夠的風(fēng)量對車廂排風(fēng) ； （ 3 ）、 車廂內(nèi)部溫度有明顯降溫效果 ； 三 、 計劃 （ 1 ） 根據(jù)實際情況對太陽能天窗進(jìn)行參數(shù)測量 ； （ 2 ） 根據(jù)參數(shù)選 購風(fēng)機并且對風(fēng)機作計算檢驗 ； （ 3 ） 真車上試驗風(fēng)機實際效果 ； 四 、 太陽能電池板參數(shù)測量 實驗儀器 ： 照度計 （ 深圳欣寶科儀儀表研制中心提供 ）， 量程 1 - 199900 Lux 萬能表 （ 學(xué)院實驗室提供 ）， 可調(diào)電阻一個 （ 學(xué)院提供 ） 測量地點 ： 辦公樓天臺 伏光電池組 ： 由深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司提供 （ 已整合于汽車天窗中 ） 實驗環(huán)境 ： 2005 年 3 月 31 日 ， 天氣晴朗 ， 室外溫度 22 O C ， 周圍無遮擋物 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 2 2 原理過程 ： 1 、 可調(diào)電阻 R 充當(dāng)負(fù)載 ， 改變 R 的阻值 ， 記錄不同負(fù)載時的電流 、 電壓 ， 畫成U - I 曲線 ， 可得太陽能板的輸出伏安特性曲線 。 2 、 保持 R 的阻值不變 ， 觀察照度計 ， 記錄不同照度下的電壓電流關(guān)系 ， 可得不同照度下的伏安特性曲線 。 3 、 運用 1 ， 2 同樣方法 ， 記錄不同入射角度時的伏安特性 。 結(jié)論 ： 1 在理想情況下 （ 無云層遮擋 ， 光伏電池轉(zhuǎn)換效率最高時 ）， 單晶體硅片在各照度下所提供的電壓相對比較穩(wěn)定 ， 轉(zhuǎn)換效率的大幅降低主要表現(xiàn)為電流的大幅降低 ， 當(dāng)照度低于 50K Lux 時 ， 提供的功率遠(yuǎn)小于 110K的時候 。（ 以 3 月 31 日測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn) ） 2 單晶體硅片主要吸收太陽光中 600 nm 950 nm 波段的能量 ， 而 且具有熱效應(yīng) ， 因此出現(xiàn)了幾種特殊的狀態(tài) ： 1 、 云層遮擋了太陽 ， 削弱了光子直接作用于太陽能板 ， 但照度仍然很高時 ， 功率也大幅度下降 。2 、 在陽光下暴照時間過長 ， 太陽能板溫度升高 ， 效率也有所下降 。 3. 在光強足及垂直射向光伏電池時 ， 能提供較高的功率 ， 最大功率為 24.5 瓦 ， 但當(dāng)光強弱或有一定角度射向太陽能板時 ， 其轉(zhuǎn)換率驟然降低 ， 功率大大減小 。 曲線明顯出現(xiàn)飽和區(qū)及截止區(qū) 。 具體曲線如下圖 ： 與太陽光垂直時伏安特性曲線00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16電壓 U / V電流 I/A2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 3 3 與太陽光成 60 度時伏安特性曲線00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16電壓 U / V電流 I/A與太陽光成 30 度時伏安特性曲線00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16電壓 U / V電流 I/A照度參照 ： 110K Lux 晴朗 ， 太陽直射 90K Lux - 少云 ， 明亮 70K Lux - 多云 ， 較為明亮 50K Lux - 多云 ， 陰天 V 需 所以我們選取的注塑機符合最大注塑量的要求 。 2) 鎖模力校核 校核公式 ： F0K Pa A ； 取安全系數(shù) K=1.1 ； 實用塑料成型工藝 查得 ABS 推薦 P 模 =35MPa ， 利用 Pro/E 的 Analysis 計算塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積為 2.1152246e+04 MM2 。 有 K Pa A=1.1 21 37866=874.7kN ； 而注塑機的 F0=1500kN ， 故合適 。 3) 模具與注塑機安裝部分相關(guān)尺寸校核 模具長 寬 H 最小 ， 因此滿足要求 。 4) 開模行程校核 ： 注塑機開模行程應(yīng)滿足 ： S 機 - （ H 模 - H 最小 ） H1+H2+ （ 5 10 ）（ H1 為頂桿頂出長度 ， H2 為塑件高度連同澆注系統(tǒng) ） 有 S 機 =620mm ； H 模 =215mm ； H 最小 =180mm ； H1 =20mm ； H2=60mm ； 則 S 機 - (H 模 - H 最小 ) 620 - （ 215 - 180 ） =225mm ； H1 H2 （ 5 10 ） 20+60+10=90mm 進(jìn)行網(wǎng)格劃分 邊界條件設(shè)置及應(yīng)力載荷施加 材料選擇及屬性的設(shè)置 分析計算 讀取結(jié)果 。 讀取鼠標(biāo)按鍵模型的云紋圖 ， 如圖 5 所示 ， 在單元格 3063 處 ， 按鍵受應(yīng)力最大為 3 .41e 003 。 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 45 45 圖 5 讀取鼠標(biāo)按鍵模型的云紋圖時在單元格 3063 處的受應(yīng)力情況 讀取鼠標(biāo)按鍵模型的變形圖 ， 如圖 6 所示 ， 在單元格 1943 處 ， 按鍵受應(yīng)力變形最大為 2.76 - 005 。 圖 6 讀取鼠標(biāo)按鍵模型的變形圖在單元格 1943 處 ， 按鍵受應(yīng)力變形情況 對上述鼠標(biāo)按鍵有限元分析結(jié)果可知按鍵在工作情況下的應(yīng)力不大 ， 變形量也不會超過彈性范圍 。各項指標(biāo)均達(dá)要求 。 POR/E2001 PLASTIC ADVISOR 塑料顧問分析過程 Plastic Advisor ( 塑料顧問 ) 屬于計算機輔助工程 (CA E) 分析軟件 , 專門用來仿真塑料射出成型 。在模型設(shè)計階段 , 輔以射出過程仿真 , 能迅速掌握產(chǎn)品生產(chǎn)特性 。 根據(jù)前面所說的分析過程 ， 首先在材料表里選用好注塑原料 ABS 和其供應(yīng)商 ， 選用材料為美國通用公司的 CYCOLAC GPM2 ， 然后通過 Plastic Advisor 塑料顧問選取最佳注射區(qū)域中的一點 ， 接著對鼠標(biāo)上殼進(jìn)行模流分析 （ 其填充結(jié)果良好 ）， 再查看其填充質(zhì)量分析預(yù)測 ， 發(fā)現(xiàn)其結(jié)果中出現(xiàn)了紅色區(qū)域 ：說明在這些地方可能會出現(xiàn)填充困難的情況 ， 或者填充不理想從而影響產(chǎn)品質(zhì)量 （ 如圖 7 所示 ）。 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 46 46 圖 7 修改前填充質(zhì)量預(yù) 測分析 首先我對流道及鼠標(biāo)上殼部分地方進(jìn)行了修改 ， 在轉(zhuǎn)角處設(shè)置了導(dǎo)圓 ， 來降低對流體的阻力 ， 發(fā)現(xiàn)效果不是很好 ， 還是不能滿足要求 。 造成紅色區(qū)域的產(chǎn)品質(zhì)量不好的原因經(jīng)過查找資料分析得知是該處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理 ， 導(dǎo)致料流 不能很好的填充到位 。 所以在修改了加強筋的高度和盲孔的深度之后 ， 填充質(zhì)量預(yù)測的結(jié)果得到改善 （ 如圖 8 所示 ）。 雖然仍然有小部分黃色區(qū)域出現(xiàn) ， 但注射壓力圖 ， 質(zhì)量預(yù)測圖 、 填充時間圖 、 流鋒溫度圖都顯示本產(chǎn)品能順利的成型 。 圖 8 修改后的填充質(zhì)量預(yù)測分析 五 、 鼠標(biāo)注塑模設(shè)計 設(shè)計方 案確定的主要內(nèi)容 設(shè)計方案擬定后 ， 注塑模設(shè)計的主要內(nèi)容 ： 1) 首先確定分型面 ， 有側(cè)抽芯的要選定抽芯結(jié)構(gòu) ； 2)確定型腔數(shù)合排形式以及型腔 、 型芯的結(jié)構(gòu) ； 3) 澆口位置 、 脫澆道結(jié)構(gòu)的確定和排氣系統(tǒng)的確定 ； 4)導(dǎo)向 、 定位結(jié)構(gòu)的確定 ； 5) 推出結(jié)構(gòu)和復(fù)位結(jié)構(gòu)的選定 ； 6) 模架大小的選定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的選定 ； 7)注射機型號 、 規(guī)格的選定 。 上述內(nèi)容確定后即可進(jìn)行總裝配圖的設(shè)計和繪制 。 鼠標(biāo)模具主要工藝參數(shù)確定 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 47 47 確定鼠標(biāo)模具各主要工藝參數(shù) ， 如 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 ， 使用點澆口澆注系統(tǒng) 、 采用平衡對稱式布置流道 ； 脫模機構(gòu)設(shè)計 ， 根據(jù)鼠標(biāo)塑 件分析使用頂桿脫模機構(gòu) ； 合模導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計 ， 導(dǎo)向機構(gòu)通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向 ， 其主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套 ； 模具溫度控制 ， 對于熱塑性塑料注射成型模具 ， 當(dāng)遇到成型流動性差的塑料 （ 如成型高結(jié)晶的塑件 ）， 及采用熱流道時均需要對模具進(jìn)行加熱 ； 模具型腔數(shù)的確定 ， 根據(jù)鼠標(biāo)的塑件工藝分析 ， 采用一模兩腔 ； 分型面的確定 ， 選取鼠標(biāo)上殼尺寸最大處 ， 即其上殼下部邊緣處 ； 抽芯方式 ， 根據(jù)鼠標(biāo)的塑件工藝分析 ， 采用斜導(dǎo)柱分型抽芯方式 。 相關(guān)數(shù)據(jù)的校核 對鼠標(biāo)外殼及其模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 ， 主要包括 ： (1) 計算制品的體積和重量 該產(chǎn)品為鼠標(biāo)外殼 ， 使用材料為丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物 （ ABS ）， 查 實用塑料成型工藝 得知其密度為 1.05 g/cm 3 ， 收縮率取為 0.5% 。 采用 PRO/E 對產(chǎn)品三維實體進(jìn)行了體積計算 ， 得出下列尺寸 鼠標(biāo)上殼單個塑件 ： 體積 =21230.42 （ 毫米 3 ）； 曲面面積 =23083.752 （ 毫米 2 ）； 密度 =0.00105 （ 克/ 毫米 3 ）； 質(zhì)量 = 22.3 克 ； A ： 兩個塑件體積為 V 塑 = 42.46084(cm 3 ) ； B: 兩個塑件的重量為 M 塑件 = V 塑 = 44.583882 （ g ）， 其中 =1.05 g/cm 3 。 最大注塑量校核 注塑機的最大注塑量應(yīng)大于制品的重量或體積 （ 包括流道及澆口凝料和飛邊 ）， 通常注塑機的實際注塑量為最大注塑量的 80% ， 本設(shè)計中選用的注塑機最大注塑量為 V 注 =155cm 3 V 實注 =80% V 注 =80% 60=124cm 3 在 pro/e 中分析得一次合開模所需注塑量 V 需 =42.46084cm 3 ， 因此 V 實注 V 需 ， 所以符合最大注塑量的要求 。 鎖模力校核 F 鎖機 P 模 A P 模 ， 根據(jù) 實用注塑模具設(shè)計 陸寧編著 P119 頁表 8 - 2 查得 ABS 的推薦 P 模 =35MPa ， 則有 P 模 A=35 6637.8N=232.323KN F 鎖機 =1200 KN P 模 A 232.323KN 鎖模力符合要求 ， 校核完畢 。 模具與注塑機安裝部分相關(guān)尺寸校核 模具長 寬 S ， 其中 S max 為最大模座行程 。 所以開模行程符合要求 。 (6) 注塑機的確定 查 塑料模具設(shè)計 表 5 - 3 并根據(jù)制品的體積和重量 ， 選擇注塑機型號為 JPH120A 。 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 48 48 (7) 模具結(jié)構(gòu)的確定 為保證配合精度 ， 據(jù)相關(guān)資料建議 ， 模具采用一模兩腔三板式結(jié)構(gòu) ， 點澆口澆注 。 由 塑料模具設(shè)計 附錄提供的模架圖 ， 選取模架型號為小水口 3550 。 模架后期工藝分析 模具零件的加工工藝 加工階段劃分 : 粗加工 、 半精加工 、 精加工 、 光整加工 ； 加工 順序 : 先粗后精 、 先主后次 、 基面先行 、 先面后孔 。 模具裝配工藝分析 根據(jù)鼠標(biāo)塑件工藝分析 ， 選用斜導(dǎo)柱抽芯方式 。 斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的裝配技術(shù)要求 ： 1) 閉模后 ， 滑塊的上平面與定模平面必須留下有 x=0.20.8mm的間隙 ； 2) 閉模后 ， 斜導(dǎo)柱外側(cè)與滑塊斜導(dǎo)柱孔留有 y=0.20.5mm 的間隙 。 模具調(diào)試工藝分析 試模工藝 ： 試模準(zhǔn)備 ， 包括模具準(zhǔn)備 ， 試模材料準(zhǔn)備 ， 試模機床的選定 ； 試模工藝條件的選定 ， 這與成型的工藝條件有關(guān) ， 如注射模的試模工藝條件包括注射壓力 、 注射量 、 注射速度和注射速率 、 注射料的溫度 ； 試模缺陷分析 ， 包 括飛邊 、 頂出白印 、 熔接痕 、 縮痕 、 銀絲痕 、 燒焦 、 注射不足 、 制件表面不光亮 、 制件翹曲等 ； 出具試模報告 ， 提出解決問題的措施 ； 實施修模 ， 準(zhǔn)備第二次試模 。 六 、 全文總結(jié) 在本次設(shè)計中 ， 我很好的 采用優(yōu)化設(shè)計 ， 針對 女性 用戶的需求特點和人體工程學(xué)的研究成果 ， 利用計算機輔助設(shè) （ CAD ） 和計算機輔助工程 （ CAE ） 技術(shù)進(jìn)行了鼠標(biāo)外殼造型 、 結(jié)構(gòu)以及注塑模具的設(shè)計與分析 ， 達(dá)到 了 縮短 產(chǎn)品 開發(fā)周期 、 提高產(chǎn)品設(shè)計制造質(zhì)量 、 降低成本 及 靈活快速響應(yīng)市場的目的 ， 為 模具設(shè)計提供了一種新方法 。 參考文獻(xiàn) ： 1 王文廣 ， 田寶善 , 田雁晨 . 塑料注塑模具設(shè)計 技巧與實例 . 北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社 2 馮炳堯等 . 模具設(shè)計與制造簡明手冊 . 上海 : 上?？茖W(xué)出版社 3 黃雁 ， 彭華太 . 塑料模具制造技術(shù) . 廣州 : 華南理工大學(xué)出版社 4 申開智 . 塑料成型模具 ( 第二版 ). 北京 ; 中國輕工業(yè)出版社 5 王興天 . 注塑成型技術(shù) . 北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社 6 王文俊 . 實用塑料成型工藝 . 北京 : 國防工業(yè)出版社 7 朱光力 ， 萬金保 . 塑料模具設(shè)計 . 北京 : 清華大學(xué)出版社 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 49 氣動 、 PLC 控制 實驗裝置設(shè)計 （ 工程技術(shù)學(xué)院 ， 自動化科學(xué)系 ， 自動化專業(yè) ） （ 學(xué)號 ： 2001112038 陳育良 ） （ 指導(dǎo)老師 王華權(quán) 高級工程師 ） 內(nèi)容提要 ： 一種用 PLC 控制的氣動實驗平臺 ， 采用多種典型的氣動元件 、 舌簧開關(guān) 、 PLC 、觸摸屏和其它類型的傳感器搭建而成的系統(tǒng) 。 在本平臺上可以自由組合各種簡單的氣動回路和氣動系統(tǒng) 。 本氣動平臺還可以模擬自動化生產(chǎn)線 、 PLC 控制系統(tǒng)等一些常用典型裝置 。 其結(jié)構(gòu)緊湊 、 工作可靠 、 功能實用 。 適合大專院校氣動技術(shù) 、 PLC 應(yīng)用實驗教學(xué)課程用 。 關(guān)鍵詞 ： 氣動技術(shù) ； 可編 程邏輯控制器 ； 觸摸屏 ； 繼電器 ； 回路 ； 實驗臺 。 Summary ： This pneumatical experimental platform is controlled by PLC with various kinds of pneumatic components, reed switches, PLC, touch screens and other systems built up by sensors. This platform provides free combinations of all simple pneumatic circuits and pneumatical systems. It can also simulate certain common devices such as automatic line, PLC controlling systems etc. With its compact structure, reliable performance and practical functions, the pneumatical platform is ideal for PLC application teaching and pneumatics teaching in specialized schools and colleges. keyword ： pneumatics, programmable logic controler, touch screen ， relay ， loop ， bench. 教師點評 ： 在現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)線上 ， 廣泛地采用了 PLC 氣動技術(shù) 。 本設(shè)計全部采用工業(yè)元件 ， 構(gòu)建了一套可以自由組合的模塊化生產(chǎn)線搭建平臺 ， 創(chuàng)造了模擬驗證生產(chǎn)線設(shè)計的條件 ， 也可以用作自動化專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí) PLC 氣動技術(shù)的工作平臺 。 通過搭建的自動送 、 下料的模擬蓋章生產(chǎn)線的設(shè)計 、 制作與成功地調(diào)試 ， 反映出該生已能熟練應(yīng)用 PLC 氣動技術(shù) 。 在半年多的畢業(yè)設(shè)計過程中 ， 該生全身心投入 ， 親自主持了從系統(tǒng)設(shè)計 、 設(shè)計圖輸出 、零部件選購 、 系統(tǒng)制作與調(diào)試的全部過程 ， 合理地解決了設(shè)計制作過程中出現(xiàn)的問題 ， 其忘我的工作精神難能可貴 。 從制成的樣機來看 ， 該生已具備了較強的獨立工作能力 ， 顯示出具有獨立承擔(dān)大型工程項目的潛質(zhì) 。 因工作量過大 ， 工程文件的整理尚待完善 。 一 、 引言 在我國各高等院校的 氣壓傳動 技術(shù) 課程中 ， 普遍缺少一套合適的實驗裝置 ， 諸多的實驗難以開展 ， 嚴(yán)重的影響了教學(xué)的質(zhì)量和學(xué)生動手能力的提高 。 鑒此我們有針對性的開發(fā)和制造出了一套適合機電和自動化等專業(yè)教學(xué)用的 PLC - 氣動實驗裝置并在這套裝置的基礎(chǔ)上另外制造了一套模擬送料蓋章的氣動裝置 。 這兩套裝置不僅可供教師在課堂上展示各常見氣動回路用 ， 讓學(xué)生自由組合裝配其中2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 50 的元件 ， 通過 PLC 的編程 ， 實現(xiàn)各種動作的組合 。 也可以用于自動化裝置的前期驗證和模擬 。 這兩套實驗平臺是典型的機電一體化裝置 ： 它們具有控制器 、 傳感器 、 執(zhí)行元件 。 它分為兩套 。 其中一套上放置了 各種常見的氣動元件 ， 并用它們搭建了壓力控制回路 、 真空回路 、 機械手模擬裝置 、 搬運機構(gòu)模擬裝置 。 可作課堂展示和在學(xué)生實驗中使用 。 另一套模擬一個搬運物料并在物料上蓋章的自動化生產(chǎn)過程 ， 演示了物料從出倉到運送到工作臺上蓋章 ， 最后運回的整個過程 。 學(xué)生可以對其進(jìn)行拆解再重新組合或根椐自動的想像對其進(jìn)行改良或擴展 。 二 、 前期的準(zhǔn)備工作 本畢業(yè)設(shè)計的主要目的是構(gòu)建兩套 PLC - 氣動技術(shù)實驗平臺 ， 要求是將現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常用的回路提取出來 ， 之后將其縮小和簡化 ， 最后用工業(yè)元件將其搭建并調(diào)試到良好的運行狀態(tài) 。 前期本人主要做 了一系列的準(zhǔn)備工作 ， 從一開始到 SMC 、 FESTO 等氣動元件的代理公司了解到了常用的氣動元件和回路 ， 之后陸續(xù)觀看深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院和一些機械展會上的作品 。 在收集了各方面的資料經(jīng)綜合和分析之后 ， 本人擬定了幾套搭建的方案 ， 最后定稿是制作一套基礎(chǔ)回路的演示實驗平臺和一套送料蓋章的模擬自動化生產(chǎn)的實驗平臺 。 三 、 工作臺 本設(shè)計的實驗臺由深圳天凌高公司的鋁材搞建而成 ， 實驗臺分兩張 ， 其中一張的尺寸是 ： 長 780mm ， 寬 650mm ， 高 780mm 在其上安裝著各種常用氣動元件和一些基本的回路 。 氣閥 、 PLC 和控制面板都擺方在便于觀 察和操作的地方 ， 方便使用者實時觀察 ， 了解各元件的工作情況 。 另一張的尺寸是 ： 長 720mm ， 寬 400mm ， 高 750mm 用于搭建送料蓋章模擬演示系統(tǒng) ， 兩平臺的高度分別分 780mm 和 750mm 選取這樣的高度是為了放便操作者能坐在凳子上對其進(jìn)行操作 ， 制作的過程是 ， 先按已定方案確定安裝面板的大小 ， 畫出架子草圖 ， 之后使用SOLIDWORKS 制作三維圖 ， 由于天凌高公司所提供的鋁材均為 6 米長一條 ， 在詢問截料刀口（ 5mm ） 后 ， 計算出最省的截料方法和安裝所需連接鍵數(shù)量 ， 這樣所購回的鋁材就可直接按設(shè)計圖進(jìn)行安裝了 。 兩工作臺的外觀和 尺寸如下 ： 400*650*720mm 架子 400*720 底板 工 作臺 （ 1 ） 的三維圖 ： 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 51 架子的材料清單 ： 序號 材料型號 長度 數(shù)量 備注 1 A3030L - 8 650mm 4 2 A3030L - 8 660mm 6 3 A3030L - 8 340mm 4 4 A3090L - 8 400mm 8 650*750*780mm 架子 +650*630 底板 工作臺 （ 2 ） 的三維圖 ： 單個架子的材料清單 ： 序號 材料型號 長度 數(shù)量 備注 1 A3030L - 8 780mm 2 2 A3030L - 8 750mm 2 3 A3030L - 8 820mm 2 4 A3030L - 8 590mm 11 5 A3090L - 8 650mm 7 四 、 氣動元件的選購和安裝 （ 一 ） 元件的選購 本設(shè)計所選用的氣動元件均為 SMC 公司生產(chǎn) 。 由于平實驗平臺主要用作演示和實驗用 ，所以選用的零配件絕大部分為系列中的最小型號 。 這樣一方面既可達(dá)到實驗的目的 ， 另一方面便于操作和節(jié)省能源 （ 氣源 ）。 （ 二 ） 元件的安裝 元件的安裝是第一個遇到的較大的問題 ， 一方面要使元件能在平臺底板上自由安裝 ， 另一方面與架子鋁材 （ A3030 L - 8 、 A3090L - 8 ） 所配套的均為 M6 的螺釘 ， 而由于氣動元件都有是小型號的原因 ， 所以它們大部分都是使用 M4 的螺釘固定 。 為了解決以上的問題 。 我們采用了一種 3mm*16mm 的鋁條 ， 和一種 M4 的柳接螺母如下圖 ： 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 52 我們?yōu)槊總€元件加工這樣的一個特殊的螺母 ， 那么元件就可以在底板上方便的自由安裝了 。 安裝完成后兩套實驗臺的實物圖如下 ： 實驗平臺 （ 一 ） 實驗平臺 （ 二 ） 實驗平臺 （ 一 ） 上的元件與元件之間沒有相對位置要求 ， 所以安放的位 置較為自由 ，主要是讓其便于操作和美觀整潔 。 平臺 （ 一 ）： （ 一 ） 將各鋁條塞進(jìn)鋁條的槽中 ， 調(diào)好位置后將元件用螺釘固定于其上 。 （ 二 ） 將相應(yīng)的限位開關(guān)安裝到元件上 ， 并確定其位置 。 （ 三 ） 用氣管將元件與閥相連 。 氣管長度按元件離氣閥的最遠(yuǎn)位置決定 。 （ 四 ） 將各限位開關(guān)和氣閥的導(dǎo)線埋入線槽中 。 （ 五 ） 接通電源 ， 調(diào)節(jié)各限位開關(guān)的位置 ， 記下各 I/O 接口注釋 。 平臺 （ 二 ）： 由于有工件在各元件上運動 ， 所以每個元件與元件之間有相對位置的要求 ， 而且工件 、托盤和出料倉庫等也不能直接購得 ， 本人加工的幾個部件如下 ： 安裝的方法 ： 1. 測出元件兩定位孔間的中心距 。 2. 用直徑為 5.3 的鉆打出相應(yīng)中心距的孔 。 3. 把 M4 的柳接螺母壓進(jìn)孔中 。 4. 將鋁條塞進(jìn)槽中 ， 根據(jù)所需位置要求調(diào)節(jié)其槽中位置 。 5. 用 M4 螺釘將元件固定在鋁條上 ， 拎緊即可 。 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 53 其安裝步驟如下 ： ( ? ) 把各工作臺上的各部分如圖連接 。 搬運機構(gòu)的建模和實物如下 ： 由一個回轉(zhuǎn)擺動氣缸各一個自己加工的托盤組成 ， 回轉(zhuǎn)擺動氣缸可來回作 180 度的擺動 ， 所以稱其為一個雙工作臺 ， 具有兩個工位 ， 提高工作效率 。 一個自己設(shè)計的出料倉庫 ， 由一個雙作用氣缸和一個支架 ， 一個出料臺和一條儲料管組成 。 這樣我們可以一次將大量的工件放于儲料管中 ， 氣缸將其一個一個的依次推出出料臺 。 支架可升降 。 托盤 回轉(zhuǎn)擺動氣缸 儲料管 支架 出料臺 雙作用氣缸 由藍(lán)色有機玻璃板用雕刻機加工而成 ， 也可直接用激光切割 ，元件的直徑為 27mm 略小于出料臺口便于推出 ， 要求工作表面光滑干凈 ， 容易被吸盤所吸附 。 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 54 出料倉庫的實物如下 ： 雙工作臺的實物如下 ： （ 二 ） 先將雙工作臺固定在工作臺的中間位置上 ， 然后將蓋章用的氣缸安裝在其一個工位的正上方 。 并調(diào)節(jié)其上下位置 。 （ 三 ） 用手將搬運機構(gòu)上的滑塊移動到一個盡頭 ， 將吸盤拉下 ， 將吸盤對準(zhǔn)另一工位的中心位置 。 將搬卻運機構(gòu)的左右相對位置固定后 。 再將被加工材料放到工位上 ， 調(diào)節(jié)搬運機構(gòu)的上下位置 。 搬運機構(gòu)用的無桿氣缸具有可調(diào)行程的功能 ， 并 可調(diào)節(jié)其與鋁條的相對位置 ， 而調(diào)節(jié)其上下位置 。 （ 四 ） 再將滑塊移動另一個方向的盡頭后 ， 將滑臺拉出 ， 吸盤拉下 。 并將根據(jù)地此時的吸盤的相對位置 ， 調(diào)節(jié)出料倉庫的左右位置和上下位置 。 出料倉庫具有上下調(diào)節(jié)高度的功能 。 （ 五 ） 將閥和其它的輔助元件裝上后 ， 接通氣路和電路接上后 ， 調(diào)好程序 ， 讓其運行后再觀察被加工材料在各工位上的運動情況 ， 再仔細(xì)調(diào)節(jié)各元件的相對位置的不足 。 五 、 氣動實驗臺的概況 （ 一 ） 氣動實驗臺的工作流程 ： PLC 控制氣動系統(tǒng)的基本控制原理如下 “ 系統(tǒng)控制原理圖 ” 。 首先 ， PLC 直接控制電磁閥的通斷 ， 以達(dá)到控制壓 縮空氣來驅(qū)動氣缸運動的目的 。 氣缸的運動位置由行程開關(guān)檢測 ， 活塞到位后行程開關(guān)閉合 ， 該信號返回到 PLC 的輸入端口 ； PLC 接收到信號后運行用戶預(yù)先設(shè)定的程序 ， 然后輸出信號驅(qū)動電磁閥線圈 ， 再控制氣缸的運動 。 如此不斷循環(huán) ， 達(dá)到由 PLC控制氣缸運動的目的 。 理解這一控制過程后 ， 對理解整個系統(tǒng)的運作有很大的幫助 。 壓縮空氣 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 55 六 、 演示實驗 本設(shè)計的演示實驗主要分為兩部分 ， 第一部分是在實驗平臺 （ 一 ） 上搭建的四個基本回路的演示實驗 ， 第二部分是在實驗平臺 （ 二 ） 是搭建的送料蓋章模擬系 統(tǒng) 。 實驗平臺一的實物圖如下 ： 本實驗平臺設(shè)計了如下幾個演示實驗 ： 1） 壓力回路 ： 在氣動系統(tǒng)中 ， 有時需要提供兩種不同的壓力 ， 來驅(qū)動雙作用氣缸要不同的方向上運動 。該回路中采用帶單向閥的減壓閥的雙壓驅(qū)動回路 。 本演示實驗的原理圖和實物連接圖如下 ： 行程開關(guān) 輸 輸 入 PLC 出 端 端 口 口 電磁閥 氣缸運動 系統(tǒng)控制原理圖 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 56 本演示實驗的工作流程是 ， 氣缸被快速推出到達(dá)限位后 ， 限位開關(guān)接通 ， PLC 收到該信息后 ， 控制電磁閥動作 ， 由于控制氣缸縮回的氣路經(jīng)過了調(diào)壓閥的調(diào)節(jié) ， 所以通過的氣體流量和氣壓相對較小 ， 達(dá)到慢速縮回的效果 。 這樣在縮回過程中可以減少氣體的流量 ， 降低的氣量的消 耗 。 2） 真空回路 ： 本演示實驗是模擬機械手吸附物體的實驗 ， 所以把它稱為 “ 真空回路 ” 演示實驗 。 它由一個雙作用氣缸 、 一個真空發(fā)生器和一個風(fēng)琴吸盤組成 ， 當(dāng)機械手伸出時將物體吸起 ， 縮回時把物體放下 。 本演示實驗的實物圖如下 ： 3） 機械手 ： 本演示實驗是模擬機械手拾放物體的實驗 ， 機械手指在工位一合攏拾起物體 ， 升高旋轉(zhuǎn) ， 然后降下手指松開 ， 將物體放在工位二后 ， 再回到準(zhǔn)備狀態(tài) 。 本演示實驗的實物圖如下 ： 雙作用缸 調(diào)壓閥 吸盤 真空發(fā)生器 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 57 4） 搬運機構(gòu) ： 本演示實驗是利用吸盤的吸附能力 ， 將物體吸起 ， 吸盤前伸時吸附物件 ， 并由工位 一搬運至工位二后放下的演示實驗 。 并可搭配周邊元件 ， 擴展其功能 。 本演示實驗的實物圖如下 ： 5） 物料搬運蓋章過程模擬 ： 本演示實驗是模擬物料從倉庫中被推出 ， 然后被送至雙工作臺上進(jìn)行蓋章 ， 最后被搬回的整個過程 。 氣動手指 雙缸氣缸 擺動氣缸 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 58 七 、 氣動實驗臺的操作說明 （ 1 ） 根據(jù)實驗?zāi)康拇_定氣動元件型號及數(shù)量 ， 構(gòu)造氣動回路 。 （ 2 ） 根據(jù)氣動回路編寫控制程序 ， 寫好的程序要進(jìn)行檢查和編譯 ， 確保程序的合理性與正確性 ， 并寫上 I/O 注釋 ， 方便日后查看和改進(jìn) 。 （ 3 ） 接上外部電源 ， 按下控制面板上的 “ 總電源開 關(guān) ” 按鈕 ， 給 PLC 和控制面板供電 。使 PLC 處于編程 （ Program ） 模式下 ， 并通過 RS422 或 RS232 接線把電腦和 PLC 連接上 ， 然后將程序傳輸?shù)?PLC 上 。 （ 4 ） 按照所編寫的控制程序 ， 在控制面板上連接各對應(yīng)端口 （ 包括行程開關(guān)以及電磁閥的連接 ）， 尤其注意輸入輸出接口的正負(fù)接法 ， 然后再構(gòu)造氣動回路 。 行程開關(guān)的所有負(fù)極已固接在 “ COM ” 上 ， 故只需把一個 “ COM ” 連接到電源 “ 0V ” 上即可 ； 同樣 ， 所有電磁閥的負(fù)極也固接到 “ COM ” 上了 。 （ 5 ） 開動空氣壓縮機 ， 注意氣壓的變化 ， 將氣壓控制在 0.40.5M p a 左右 ， 打 開控制氣源通斷的兩位兩通手動閥 。（ 該閥是手動控制工作臺的總氣路的通斷 ， 同時也作為氣缸運動的急停開關(guān) 。） （ 6 ） 連接好電子回路以及氣動回路后 ， 將 PLC 切換到運行 （ Run ） 模式下 ， 并按下控制面板上的 “ 運行 ” 按鈕 。 此時 PLC 的輸出信號就能通過繼電器接口電路板 （ 保護作用 ）， 驅(qū)動電磁閥 ， 這樣就可以控制氣動執(zhí)行元件的運動 。 如果程序需要外部觸發(fā)信號 ， 可以通過連接開關(guān)或光電傳感器等來進(jìn)行信號發(fā)生 。 （ 7 ） 當(dāng)要終止實驗時關(guān)掉 PLC 電源 ， 再將總氣閥 ， 最后將氣泵的電源關(guān)閉 。 備注 ： 調(diào)動設(shè)備前 ， 若有元件沒有停在我們預(yù)想的位置 ， 我們 可以先通過 PLC 編程軟件的強制輸入輸出功能或?qū)懸欢螐?fù)位程序讓其復(fù)位 ， 使得各元件停留在我們所需要的位置 。 八 、 故障的排除和常見問題的解決 實驗平臺運行時常見以下問題 ： ? ? 氣動元件不運動或移動緩慢 ： 首先 ， 應(yīng)當(dāng)檢查氣源氣壓 ， 若氣壓不足應(yīng)給于補充 。 其次 ， 氣壓足夠大 ， 則檢查一下 ， 手動閥是否打開 ， 節(jié)留閥是否關(guān)的太緊 ， 若還不能解決問題時 ， 我們就使用編程軟件強制輸出一個 Y 口輸出 ， 然后將相應(yīng)的氣管從元件中拔出 ，看是否有氣流噴出 。 由于電磁閥是帶單向閥的 ， 往往由于氣管所插的位置不對 ， 導(dǎo)致單向閥沒能打開而出現(xiàn)沒有氣流輸出的結(jié)果 。 氣缸將元件從儲料管中推出 吸盤前伸 ， 下降將元件吸起后上伸 ， 縮回 元件被搬至雙工作臺的其中一個工位上 雙工作臺旋轉(zhuǎn) 180 度 蓋章 。 同 時執(zhí)行 吸盤將隨工作臺轉(zhuǎn)過來的已蓋完章元件吸起并送回起始公位置 。 準(zhǔn)備下一個流程的開始 。 2005 屆優(yōu)秀畢業(yè)論文 設(shè)計 選 (理科卷 ) Selected Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (Sciences) 59 最后 ， 如果上述問題都不存在 ， 則用萬用表測量控制板的相應(yīng)輸出端口 ， 檢查其是否有電壓輸出 。 二 、 系統(tǒng)在運行過程中突然停止 ： 首先 ， 檢查一下各限位開關(guān)的位置和工作是否正常 ， 調(diào)節(jié)開關(guān)的位置 ， 觀察元件運動到相應(yīng)位置時 ， PLC 是否有輸入 ， 若無在確保工作電壓正常的情況下 ， 將失效的限位開關(guān)更換 。 其次 ， 檢查程序 ， 往往理論正確的程序 ， 在運行過程中也會有問題 。 特別要注意的是 ，步進(jìn)程序的每一步 ， 都是要一個脈沖的上升沿觸發(fā)的 。 如出現(xiàn)一個限位開關(guān)一直接通 ， 處于高電平的狀態(tài) ， 那就要適當(dāng)?shù)男薷某绦?， 避開這一問題 。 也可嘗試在程序相應(yīng)的位 置添加R9013 或 R9014 （ 僅適用于松下 PLC ）。 最后 ， 如果問題都不存在或已解決 ， 但系統(tǒng)還是在運行中無故中止 ， 則可能是氣動元件損壞 ， 可嘗試用手撥動氣動元件 ， 或強制輸出 ， 觀察元件是否能順利運行到要求的位置 ，若不行 ， 則需更換氣動元件 。 十 、 結(jié)束語 以下是我對本次畢業(yè)設(shè)計的一些以心得體會 ： （ 一 ） 本畢業(yè)設(shè)計的重點在于實現(xiàn) PLC 氣動回路控制的目的 ， 以及進(jìn)行產(chǎn)品化設(shè)計 。 前者已經(jīng)很好的完成 ， 而后者也做到了結(jié)構(gòu)簡單 、 功能實用和操作方便等幾點 。 不足之處是缺少一條小型的傳送帶 。 （ 二 ） 本畢業(yè)設(shè)計涉及的知識點較多 ， 而在實 際操作中也遇到了很多細(xì)節(jié)性的問題 ， 關(guān)鍵在于相關(guān)資料的積累 、 靈活運用以前學(xué)到的知識點和善于向別人請教 。 定好自己的工作計劃 ， 一步一個腳印的往下走 。 （ 三 ） 這次畢業(yè)設(shè)計可以說是一個完整的工程項目 。 從開始的資料收集 、 理論構(gòu)思 ， 到聯(lián)系經(jīng)銷商 、 購買原材料 ， 再到后期的零件加工 、 裝配以及調(diào)試 ， 一路下來 ， 自己對這個設(shè)計思考過很多 ， 提出過很多的觀點和方法 ， 最后也否決了很多 。 通過了這次實際操作 ， 自己從中得到了不少的收獲 ， 對做一個工程的流程也有所認(rèn)識 ， 對 PLC 和氣動系統(tǒng)的理解也加深了不少 。 做完這個畢業(yè)設(shè)計后 ， 我深深的感覺到要做好一 個工程 ， 單靠一個人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 ， 我們要學(xué)會利用已有的資源 ， 在打好理論知識的同時 ， 也要注意相關(guān)資料的積累 。 （ 四 ） 這次畢業(yè)設(shè)計過程中我感受最深的是吸取前人的經(jīng)驗和教訓(xùn) ， 再結(jié)合自己的實際情況 ， 站在巨人的肩膀上 ， 定必事半而功倍 。 （ 五 ） 在整個畢業(yè)設(shè)計過程中 ， 遇到了大大小小的不少問題 ， 但經(jīng)過大家的合作和向別人請教 ， 都已經(jīng)把問題解決掉了 ， 這樣一方面提高了個人解決問題的能力 ， 積累了不少的經(jīng)驗 。 另一方面也避免了在日后工作中犯同樣錯誤的可能 ， 加強了自己對以后工作的信心 。 （ 六 ） 本畢業(yè)設(shè)計在整體的框架上沒有太多的難點 。 但到了最后發(fā)現(xiàn)小的問題比較多 ，設(shè)計的時候有些地方想的不夠周到 ， 一個原理上的機構(gòu)運用在實際加工中去的時候往往容易遇到工件和元件相對定位的問題 ， 而問題也往往會出在這個地方 ， 例如工件和吸盤可能出現(xiàn)粘附 ， 工作臺加工的精度不夠?qū)е缕?， 最后使得無