雙手動(dòng)安全控制回路

1、課程設(shè)計(jì)題目：雙手動(dòng)安全控制回路學(xué)院：應(yīng)用技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級(jí)：機(jī)電一體化技術(shù)1302班學(xué)生姓名：XXX指導(dǎo)老師：XXX學(xué) 號(hào)：31312030XXX時(shí)間：2015年12月29日2摘 要在電氣技術(shù)迅速發(fā)展的今天，安全控制的平板壓力機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來(lái)越廣泛。研究壓力機(jī)的控制和工作方式，對(duì)提高系統(tǒng)響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。由于氣動(dòng)壓力機(jī)輸出力是柔和、恒定的壓力及可調(diào)的速度，保持壓力的情況下完成工件的裝配與變形，用于裝配與成形等工藝，氣動(dòng)主要優(yōu)點(diǎn)是功耗低，輸出力對(duì)模具以及工件沒(méi)有損傷、出力柔和、工作效力率高、且占地面積小、操作方便、如配上壓力傳感器后，輸出的壓力更加具有直

2、觀性，使工藝更具可控性。為安全考慮，利用PLC的門(mén)電路和延時(shí)繼電器實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制功能，主要對(duì)氣動(dòng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其只能在雙手同時(shí)（0.5秒內(nèi)）按下按鈕時(shí)，壓力機(jī)才可以安全運(yùn)行，并且在運(yùn)行過(guò)程中只要有一個(gè)手松開(kāi)的話，則通過(guò)快速排氣閥的作用使氣缸的活塞桿盡可能快的迅速返回，活塞桿的伸出可以用單向節(jié)流閥進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)等。雙手動(dòng)主要是基于安全的考慮，實(shí)現(xiàn)雙手動(dòng)開(kāi)啟方式，防止工作人員在操作壓力機(jī)時(shí)壓傷雙手。完成氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)及電路圖的設(shè)計(jì)之后對(duì)氣缸的直徑進(jìn)行計(jì)算，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列選擇了直徑為160mm的氣缸，并計(jì)算出耗氣量，由耗氣量選擇適合的單向節(jié)流閥以及換向閥、快速排氣閥等，在部件選擇過(guò)程中，要通過(guò)對(duì)所給的

3、數(shù)據(jù)參數(shù)分析、計(jì)算，才可以通過(guò)計(jì)算結(jié)果選擇合理的部件，使整個(gè)系統(tǒng)在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。關(guān)鍵詞 雙手動(dòng)，氣動(dòng)回路，安全控制，最優(yōu)化I目 錄第1章 氣壓傳動(dòng)概述11.1氣壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀11.2 氣壓傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)21.2.1 氣壓傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)21.2.2氣壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求42.2氣壓傳動(dòng)的工作原理和組成42.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理52.4 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)62.5 功能圖設(shè)計(jì)72.6 電路圖設(shè)計(jì)7第3章 部件的選用83.1氣缸的選用83.1.1 氣缸的組成83.1.2氣缸的計(jì)算93.2單向節(jié)流閥的選用103.2.1耗氣量的計(jì)算103.

4、2.2單向節(jié)流閥的選擇103.3換向閥的選用113.4消聲器的選用123.5快速排氣閥的選用133.6空氣壓縮裝置的選用133.6.1選擇要求133.6.2空氣壓縮裝置的選擇133.7繼電器的選用15總結(jié)17參考文獻(xiàn)18I第1章 氣壓傳動(dòng)概述氣壓傳動(dòng)是風(fēng)動(dòng)技術(shù)與液壓技術(shù)演變、發(fā)展而來(lái)。氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。由于氣壓傳動(dòng)的動(dòng)力傳遞介質(zhì)是取之不盡的空氣，所以污染小，因此在自動(dòng)化領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展前景。氣壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于紡織、機(jī)械、汽車(chē)、電子、軍事、鋼鐵、化工、食品、包裝等行業(yè)中。隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，氣壓傳動(dòng)技術(shù)必將更加廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。1.

5、1氣壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀人們利用空氣的能量完成各種工作的歷史可以追溯到古代，但作為氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的雛形，大約開(kāi)始于1776年John Wilkinson發(fā)明的能產(chǎn)生1atm左右壓力的空氣壓縮機(jī)。1880年，人們第一次利用氣缸做成氣動(dòng)制動(dòng)裝置，將它成功的用到火車(chē)的制動(dòng)上面。20世紀(jì)30年代初，氣動(dòng)技術(shù)成功的應(yīng)用于自動(dòng)門(mén)的關(guān)閉及各種機(jī)械的輔助動(dòng)作是上。進(jìn)入到60年代，尤其是70年代初，隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)才廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域，形成現(xiàn)代氣動(dòng)技術(shù)。1.汽車(chē)制造行業(yè)現(xiàn)代汽車(chē)制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)工藝的焊接生產(chǎn)線，幾乎無(wú)一例外的采用了氣動(dòng)技術(shù)，如車(chē)身的每個(gè)工序的

6、移動(dòng)；車(chē)身外殼北真空吸盤(pán)吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位，東采用了各種特殊功能的氣缸及相應(yīng)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)。高頻率的點(diǎn)焊、利空的準(zhǔn)確性及完成整個(gè)過(guò)程的高度自動(dòng)化，堪稱是最有代表性的氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用之一。2.電子、半導(dǎo)體制造行業(yè)在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印制電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸 、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤(pán)將一般氣爪很那抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕的吸住，運(yùn)送到指定位置上等。3.生產(chǎn)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)20世紀(jì)60年代，氣動(dòng)技術(shù)主要應(yīng)用于比較繁重的作業(yè)領(lǐng)域作為輔助傳動(dòng)。現(xiàn)在，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的均

7、一性，為了能減輕單調(diào)或繁重的體力勞動(dòng)、提高生產(chǎn)效率，為了降低成本，都已廣泛應(yīng)用了氣動(dòng)技術(shù)。如自動(dòng)噴漆織布機(jī)、塑料制品生產(chǎn)線、玻璃制品加工線等許多場(chǎng)合，都大量使用了氣動(dòng)技術(shù)。4.包裝自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)技術(shù)還廣泛應(yīng)用于化肥、化工、糧食、食品、藥品等許多行業(yè)，實(shí)現(xiàn)粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝。用于煙草工業(yè)的自動(dòng)卷煙和自動(dòng)包裝等許多工序。用于對(duì)粘稠液體（如油漆、牙膏等）、有毒氣體（如煤氣等）的自動(dòng)計(jì)量灌裝。由上面所舉例子可見(jiàn)，氣動(dòng)技術(shù)咋各行各業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用。1.2 氣壓傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 氣壓傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)近20年來(lái)，隨著氣壓傳動(dòng)技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合，氣壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速

8、拓寬，尤其在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上的到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使得整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣壓傳動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；氣壓傳動(dòng)技術(shù)從開(kāi)關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例、伺服控制，控制精度不斷提高。氣動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、包裝、冶金、石化、航空、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門(mén)。氣動(dòng)機(jī)械手、組合機(jī)床、加工中心、生產(chǎn)自動(dòng)線、自動(dòng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)裝置等已大量涌現(xiàn)。在提高生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度、產(chǎn)品質(zhì)量、工作可靠性和實(shí)現(xiàn)特殊工藝等方面顯示出極大的優(yōu)越性。這主要是因?yàn)闅鈮簜鲃?dòng)與機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)相比有以下特

9、點(diǎn)：1.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：(1)工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭。氣體不易堵塞流動(dòng)通道，用過(guò)后可將其隨時(shí)排入大氣中，不污染環(huán)境。(2)空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。且溫度變化時(shí)，對(duì)空氣的粘度影響極小，故不會(huì)影響傳動(dòng)性能。(3)空氣的粘度很?。s為液壓油的萬(wàn)分之一），所以流動(dòng)阻力小，在管道中流動(dòng)的壓力損失較小，所以便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。(4)相對(duì)液壓傳動(dòng)而言，氣動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快，一般只需0.020.3秒就可達(dá)到工作壓力和速度。液壓油在管路中流動(dòng)速度一般為15m/s，而氣體的流速最小也大于10m/s，有時(shí)甚至達(dá)到音速，排氣時(shí)還達(dá)到超音速。(5)氣體壓力具有

10、較強(qiáng)的自保持能力，即使壓縮機(jī)停機(jī)，關(guān)閉氣閥，但裝置中仍然可以維持一個(gè)穩(wěn)定的壓力。液壓系統(tǒng)要保持壓力，一般需要能源泵繼續(xù)工作或另加蓄能器，而氣體通過(guò)自身的膨脹性來(lái)維持承載缸的壓力不變。(6)氣動(dòng)元件可靠性高、壽命長(zhǎng)。電氣元件可運(yùn)行百萬(wàn)次，而氣動(dòng)元件可運(yùn)行20004000萬(wàn)次。(7)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣傳動(dòng)和控制優(yōu)越。(8)氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便、過(guò)載能自動(dòng)保護(hù)。2.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：(1)因空氣的可壓縮性較大，氣動(dòng)裝置的動(dòng)作穩(wěn)定性較差。(2)氣動(dòng)裝置工作壓力低，輸出力或力矩受到限制。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，氣壓傳動(dòng)

11、裝置比液壓傳動(dòng)裝置輸出的力要小得多。(3)氣動(dòng)裝置中的信號(hào)傳動(dòng)速度比光、電控制速度慢，所以不宜于信號(hào)傳遞速度要求十分高的復(fù)雜線路中。同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的遙控也比較困難，但對(duì)一般的機(jī)械設(shè)備，氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度是能滿足工作要求的。(4)噪聲較大，尤其是在超音速排氣時(shí)要加消聲器。1.2.2氣壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)縱觀世界氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，氣壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向可歸納如下(1)高質(zhì)量。電磁閥的壽命可達(dá)20000萬(wàn)次以上，氣缸的壽命達(dá)20008000km； (2)高精度。定位精度達(dá)0.50.1mm；(3)高速度。小型電磁閥的換向頻率可達(dá)數(shù)1000Hz，氣缸的最大速度可達(dá)3m/s；(4)節(jié)能環(huán)保。電磁閥的功

12、耗可降至0.1W。多種節(jié)氣閥、節(jié)氣缸等節(jié)能元件已投放市場(chǎng)，采用環(huán)保材料制造元件以保護(hù)環(huán)境；(5)輕量化。采用鋁合金及塑料等新型材料，并且進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)，重量大為減輕，如已制造出4g重的低功率電磁閥；(6)小型化。元件制成超薄、超短、超小形。例如：寬6mm的電磁閥；缸徑2.5mm的單作用氣缸；缸徑4mm的雙作用氣缸，M3的管接頭和內(nèi)徑2mm的連接管等；(7)無(wú)給油化。不供油潤(rùn)滑元件組成的系統(tǒng)不污染環(huán)境，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，節(jié)省潤(rùn)滑油，且摩擦力穩(wěn)定，成本低，壽命長(zhǎng)，適應(yīng)食品的、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的需要；(8)符合集成化。減少配線、配管和元件，節(jié)省空間，簡(jiǎn)化拆裝，提高工作效率；(9)機(jī)電

13、一體化。由“PLC+傳感器+氣動(dòng)元件”組成的控制系統(tǒng)是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件，使氣壓傳動(dòng)技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入高精度的“反饋控制”；復(fù)合集成化系統(tǒng)不僅減少配線·配管和元件，而且拆裝方便，大大提高系統(tǒng)的可靠性；第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求(1)為了保護(hù)工人的人身安全，在操縱沖壓機(jī)時(shí)，必須要遵守一定的安全規(guī)定；(2)為了避免出現(xiàn)危險(xiǎn)動(dòng)作，必須強(qiáng)迫操作者使用雙手來(lái)同時(shí)操作雙手動(dòng)控制按鈕；(3)雙手動(dòng)控制按鈕必須在0.5秒間隔內(nèi)被按下并按住，為的是使平板壓力機(jī)的執(zhí)行元件（汽缸）能夠?qū)蓚€(gè)平板壓在一起；(4)如果兩雙手動(dòng)控制按鈕中的一個(gè)松開(kāi)的話

14、，那么，氣缸會(huì)盡可能快速地迅速返回；(5)如果雙手動(dòng)控制按鈕不能在0.5秒間隔被按下的話，那么，沖壓過(guò)程就不能發(fā)生；(6)如果只有一個(gè)雙手動(dòng)控制按鈕被按下，或者中的一個(gè)被用機(jī)械的方式鎖定，或者一個(gè)觸電被短路的話，那么按鈕另外一個(gè)按鈕，則動(dòng)作不會(huì)發(fā)生。只有當(dāng)兩個(gè)信號(hào)在0.5秒間隔內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的話，動(dòng)作才能發(fā)生。2.2氣壓傳動(dòng)的工作原理和組成一般而言，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)包含以下四部分組成：1.氣源設(shè)備氣源設(shè)備由空氣壓縮機(jī)或真空泵構(gòu)成，有的還配有儲(chǔ)氣罐、氣源處理元件等附屬設(shè)備。它將原動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。氣動(dòng)設(shè)備較多的廠礦常將氣源裝置及其附件集中于一處，組成中央氣壓站，由中央氣壓站向各處用氣點(diǎn)

15、分送壓縮空氣。2.氣動(dòng)執(zhí)行元件氣動(dòng)執(zhí)行元件起能量轉(zhuǎn)換作用，把壓縮空氣的氣壓能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械能，如氣缸輸出直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸和氣動(dòng)馬達(dá)分別輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。對(duì)于以真空動(dòng)力為動(dòng)力源的系統(tǒng)，采用真空吸盤(pán)以完成各種吸吊作業(yè)。3.氣動(dòng)控制元件氣動(dòng)控制元件是用來(lái)調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向，使執(zhí)行元件按照要求的程序和性能工作。氣動(dòng)控制的元件種類繁多，除基本的壓力控制、流量控制、方向控制三大類型閥以外，還包括各種邏輯元件、射流元件，以實(shí)現(xiàn)“是”、“與”、“非”等邏輯功能。4.氣動(dòng)輔助元件氣動(dòng)輔助元件是提供元件內(nèi)部潤(rùn)滑、消除排氣噪聲、進(jìn)行元件間的連接，以及進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、

16、顯示。放大、檢測(cè)等所需的各種氣動(dòng)元件。如油霧器消聲器、管件及管接頭、氣液轉(zhuǎn)換器、限位開(kāi)關(guān)、氣動(dòng)傳感器等。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理空氣壓縮機(jī)保證氣壓傳動(dòng)和控制系統(tǒng)正常工作的動(dòng)力源，即氣源，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，氣體的壓力能推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸完成往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，又將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在此過(guò)程中，通過(guò)節(jié)流閥和快速排氣閥對(duì)氣體流量進(jìn)行控制以達(dá)到對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中活塞桿速度的控制，使氣缸的活塞桿能夠按照慢進(jìn)快退的工作要求，此系統(tǒng)中采用帶磁性活塞環(huán)的雙作用氣缸，電磁閥采用帶彈簧復(fù)位的二位五通換向閥。 圖2-1 平板壓力機(jī)模型圖表2-1 元件表位置號(hào)數(shù)量說(shuō)明041帶磁性活塞環(huán)的雙作用汽缸311帶彈簧復(fù)位的（5/2

17、）二位五通電磁換向閥151單向節(jié)流閥161快速排氣閥371開(kāi)關(guān)盒，1個(gè)控制開(kāi)關(guān)，2個(gè)按鈕343帶4個(gè)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)的繼電器361繼電延時(shí)繼電器501穩(wěn)壓電源411顯示單元421接線端子盒011壓縮空氣預(yù)處理單元021壓縮空氣分配器附件：實(shí)驗(yàn)室用導(dǎo)線，氣管若干。2.4 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的氣動(dòng)回路圖如圖 2-2 所示，按照要求，如圖當(dāng)不通電時(shí)，活塞桿處于位于氣缸里。圖 2-2 氣動(dòng)回路1.當(dāng)電壓加到帶彈簧復(fù)位的二位五通電磁換向閥的電磁鐵Y1（14）上時(shí)，雙手動(dòng)Z1的活塞桿伸出。2.當(dāng)換向閥的電磁鐵斷電時(shí)，通過(guò)使用快速排氣閥，可以使汽缸Z1的活塞桿以盡可能快的速度返回到他的終端位置。3.活塞

18、桿的伸出可以用單向節(jié)流閥進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，也可以使活塞桿返回時(shí)進(jìn)氣口沒(méi)有限制。2.5 功能圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及氣動(dòng)回路圖可得如圖2-3所示的功能圖。利用PLC的與門(mén)實(shí)現(xiàn)在只有雙手同時(shí)壓下S1、S2時(shí)，或者兩手動(dòng)作前后時(shí)差在0.5秒內(nèi)，氣壓機(jī)才進(jìn)行沖壓動(dòng)作，且在工作過(guò)程中需要一直按住雙手。若上述條件有一個(gè)不滿足，則氣壓機(jī)不動(dòng)作。圖 2-3 功能圖2.6 電路圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及功能圖設(shè)計(jì)出如圖3-5 所示的電路圖。此電路圖的動(dòng)作過(guò)程為：當(dāng)S1和S2同時(shí)按下時(shí)繼電器K1和K2得電，觸頭K1和K2閉合，通電延時(shí)繼電器K4得電，K3繼電器得電自鎖，K3觸頭得電閉合，壓力機(jī)活塞桿開(kāi)始沖壓動(dòng)作，0.5秒后K4

19、常開(kāi)觸頭閉合，常閉觸頭打開(kāi)，H1指示燈亮，當(dāng)S1或者S2任意一個(gè)松開(kāi)時(shí)，K3繼電器失電斷開(kāi)，壓力機(jī)回到初始位置。1.在0.5秒間隔內(nèi)按動(dòng)控制按鈕S1和S2：(1)兩個(gè)控制按鈕S1和S2分別使控制各自的繼電器K1和K2，使在第3條控制線路上K1和K2觸點(diǎn)閉合。(2)K1和K2和常閉觸點(diǎn)K4使繼電器K3得電。(3)第9條控制線路上的觸點(diǎn)K3使電磁鐵Y1帶電，氣缸的活塞桿伸出。2.如果S1和S2沒(méi)能在0.5秒內(nèi)被按下，或者只有一個(gè)被按下的話；(1)通電延時(shí)繼電器或者被第5條控制線路上的觸點(diǎn)K1，過(guò)著被第7條控制線路上的觸點(diǎn)K2所控制；(2)在0.5秒間隔之后，第4條控制線路上的觸點(diǎn)K4斷開(kāi)。使繼電器

20、K3斷電，從而電磁鐵斷電；(3) 第8條控制線路上的延時(shí)觸點(diǎn)閉合，顯示燈H1亮。圖 2-4 電路圖第3章 部件的選用3.1氣缸的選用3.1.1 氣缸的組成氣缸由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件組成雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)腔室，有桿腔和無(wú)桿腔，有活塞桿的稱為有桿腔，無(wú)活塞桿的稱為無(wú)桿腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)，壓縮空氣作用在活塞右端面上的力將克服各種反方向作用力，推動(dòng)活塞前進(jìn)，使有桿腔的空氣排入大氣，使活塞桿伸出；反之，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣缸的有桿腔時(shí)，活塞便向左運(yùn)動(dòng)，活塞桿退回。氣缸無(wú)桿腔和有桿腔的交替進(jìn)氣和排氣，使活塞桿伸出和退回，氣缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。為了減緩運(yùn)動(dòng)沖擊，在活塞端部設(shè)

21、置緩沖柱塞，在端蓋上開(kāi)有相應(yīng)的緩沖柱塞孔，并裝在緩沖節(jié)流閥，和緩沖密封圈，組成氣缸的緩沖裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端，緩沖柱塞進(jìn)入緩沖柱塞孔，主排氣通道被堵死，排氣腔內(nèi)的剩余氣體只能通過(guò)緩沖節(jié)流閥排出。排氣腔內(nèi)氣體壓力升高，使活塞運(yùn)動(dòng)速度漸減，達(dá)到緩沖的目的。調(diào)節(jié)緩沖節(jié)流閥開(kāi)度，可控制活塞的緩沖程度，這種設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為緩沖氣缸。本設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為無(wú)緩沖氣缸。1.活塞壓縮空氣作用在活塞面上產(chǎn)生推力做功，并在缸筒內(nèi)滑動(dòng)。活塞材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和良好的滑動(dòng)性能，特別是耐磨性和不發(fā)生“咬缸”現(xiàn)象?；钊膶挾群兔芊馊Φ臄?shù)量，導(dǎo)向環(huán)的形式等因素有關(guān)，從使用上講，活塞的滑動(dòng)面小容易引起早期磨

22、損，一般活塞的寬度為缸經(jīng)的20%25%。2.活塞桿活塞桿是用來(lái)傳遞力的零件，要求能承受拉伸、壓縮、振動(dòng)等負(fù)載，表面耐磨，不發(fā)生銹蝕，一般選用碳鋼、精軋不銹鋼等材料。鋼材表面需要鍍鉻及調(diào)質(zhì)處理。氣缸使用時(shí)必須注意活塞桿的強(qiáng)度問(wèn)題。(1)由于活塞桿頭部螺紋連接處受慣性負(fù)載的沖擊而遭受破壞。(2)承受推力負(fù)載時(shí)，應(yīng)注意細(xì)長(zhǎng)桿的壓桿穩(wěn)定性問(wèn)題。(3)氣缸水平安裝時(shí)，活塞桿伸出因自重引起的活塞桿頭部下垂的問(wèn)題。3.導(dǎo)向套導(dǎo)向套的作用是用活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)向，應(yīng)具有良好的滑動(dòng)性能，能承受由于活塞桿的受負(fù)載時(shí)引起的彎曲、振動(dòng)及沖擊。常用聚四氟乙烯復(fù)合材料和其他復(fù)合樹(shù)脂材料，及銅顆粒燒結(jié)的含油軸承材料。導(dǎo)向套

23、內(nèi)經(jīng)尺寸容許公差取H8，表面粗糙度Ra0.4um。4.密封(1)缸蓋和缸筒的連接的密封 一般采用O型密封圈安裝在缸蓋和缸筒配合的溝槽內(nèi)，有時(shí)也采用橡膠等平墊圈安放在連接止口上，構(gòu)成平面密封。(2)活塞的密封 活塞有兩處地方需要密封，一處是活塞與缸筒之間的動(dòng)密封，除了用O型密封圈和唇形密封圈外，也有W型密封。它是把活塞與橡膠硫化成一體的密封結(jié)構(gòu)，W型密封是雙向密封，軸向尺寸小。另一處是活塞與活塞桿連接處的靜密封，一般用O型密封圈。(3)活塞桿的密封 在缸蓋的溝槽里放置里放置唇形的密封圈和防塵密封圈，或防塵組合密封圈，保證活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的密封和防塵。(4)緩沖柱塞的密封 有兩種方法：一種是在緩沖

24、柱塞的溝槽里安放孔用唇形密封圈，另一種是在缸蓋上壓入氣缸緩沖專用密封圈。它是在圓形缸蓋上硫化了一個(gè)唇形密封圈構(gòu)成。這種緩沖專用密封圈的緩沖性能比前者好。近年出現(xiàn)的浮動(dòng)緩沖密封結(jié)構(gòu)，它是在缸蓋上浮置了一個(gè)唇形密封圈。當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入緩沖后，浮置的唇形密封圈能隨緩沖柱塞移動(dòng)一小段距離。采用這種浮動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，能降低對(duì)氣缸零件加工和安裝的同心度要求，保證緩沖的密封要求。3.1.2氣缸的計(jì)算設(shè)計(jì)給定：軸向負(fù)載力為 F=500Kgf,壓力 P=46Kgf/cm2根據(jù)平板壓力機(jī)設(shè)計(jì)要求取氣缸平均速度為 200mm/s,壓力 P=5Kgf/cm2。根據(jù)平均速度由表1-1可選 a=0.5表 3-1 氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

25、與負(fù)載率負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)載荷（如夾緊、低速壓鉚）慣性負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度<100 mm/s100500 mm/s>500 mm/s負(fù)載率a=0.80.650.50.3則軸向理論負(fù)載力： F0=F/a=（500×9.8）/0.5=9800N (3-1)確定缸經(jīng)的工作壓力：P=5Kgf/cm2=5×98000= 0.49MPa (3-2)由單桿雙作用氣缸理論推力計(jì)算公式公式 F0=4D2p 得： D=4F0/p =4×9800×0.49 = 159.58mm (3-3) 則計(jì)算出的氣缸直徑為 159.58mm表3-2 氣缸缸徑尺寸系列81012162025

26、3240506380（90）100（110）125（140）160180200（220）250320400500630根據(jù)表1-2可以選取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列氣缸缸經(jīng) D=160mm。氣缸活塞行程根據(jù)設(shè)計(jì)要求在國(guó)標(biāo)系列中選擇 L=400mm。根據(jù)上述數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求氣缸選擇SMC的 CS1 系列的氣缸3.2單向節(jié)流閥的選用3.2.1耗氣量的計(jì)算耗氣量即為氣缸往復(fù)一個(gè)行程的情況下，氣缸以及缸與換向閥之間的配管內(nèi)所消耗的空氣量（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下）。最大耗氣率是氣缸活塞以最大速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)所消耗的空氣量（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下），耗氣量是選擇流量閥的依據(jù)，故需要計(jì)算氣缸的最大耗氣量。 最大耗氣量可表示為：

27、qr=0.0462D²um（p+0.102） (3-4)qr -標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣缸最大耗氣量，L/min （ANR）；D -氣缸的缸徑，cm ；um -氣缸的最大速度，mm/s ；p -使用壓力，MPa；氣缸的最大速度一般取平均速度的1.21.4倍，根據(jù)設(shè)計(jì)要求取1.3倍。則，氣缸的最大速度：um=1.3u=1.3×200=260 mm/s氣缸最大耗氣量：qr=0.0462×16²×260×（0.49+0.102）= 1820.44L/min根據(jù)國(guó)標(biāo)進(jìn)行圓整，取qr =2300 L/min。3.2.2單向節(jié)流閥的選擇該單向節(jié)流閥的作用是

28、通過(guò)調(diào)節(jié)流量來(lái)對(duì)氣缸活塞桿的伸出速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，它應(yīng)該具有足夠的調(diào)速范圍，保證穩(wěn)定的最小流量，溫度和壓力變化對(duì)流量影響小，調(diào)節(jié)方便，泄露小等特點(diǎn)。在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，有時(shí)需要控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，有時(shí)需要控制換向閥的切換時(shí)間和氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度，都需要調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)。流量控制閥就是通過(guò)改變閥的通流截面積來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制的元件。節(jié)流閥是依靠改變閥的流通面積來(lái)調(diào)節(jié)流量的。一般要求節(jié)流閥流量的調(diào)節(jié)范圍比較寬，能進(jìn)行微小調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，閥芯開(kāi)度與通過(guò)的流量成正比，一般有平板閥、針閥和球閥等幾種類型。單向節(jié)流閥有單向閥和節(jié)流閥組合而成的起流量調(diào)節(jié)作用的單向閥。氣流沿一個(gè)方向流動(dòng)時(shí)，單向閥

29、關(guān)閉，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流；反向流動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，不經(jīng)節(jié)流閥。常用來(lái)做控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)氣缸活塞桿的伸出速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，且使氣缸盡可能快速地迅速返回。則采用排氣節(jié)流方式的單向節(jié)流閥。表3-3公稱通（mm）346810152025接管螺紋M5×0.8M5×0.8M10×1M14×1.5M18×1.5M22×1.5M27×2M33×2Kv、C值（m3/h）0.150.30.51.02.03.05.69.6標(biāo)準(zhǔn)額定流量Q(L/min)170340570115023003400630010900在額定流量下的

30、壓降（KPa）2020201515151212有效截面積S值（mm2）34510204060110根據(jù)表2-3耗氣量2300L/min選擇公稱通徑為10mm的排氣節(jié)流型單向節(jié)流閥。選擇的AS系列的單項(xiàng)節(jié)流閥。3.3換向閥的選用電磁閥是氣動(dòng)控制元件中最主要的元件，是利用電磁線圈通電時(shí)，靜鐵芯產(chǎn)生的電磁吸力使閥切換以改變氣流方向的閥，全稱為電磁控制方向閥，簡(jiǎn)稱電磁閥。其電氣結(jié)構(gòu)包括電磁鐵、接線座及保護(hù)電路。這種閥易于實(shí)現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，因此得到了廣泛的應(yīng)用。按其操縱方法，有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩類，按結(jié)構(gòu)，有滑柱式、截止式和同軸截止式三類。按密封形式，有間隙密封和彈性密封兩類。按所用電

31、源，有直流和交流兩類。按所使用的環(huán)境，有普通型和防爆型等。按潤(rùn)滑條件，有不給油潤(rùn)滑和油霧潤(rùn)滑等。要控制氣缸完成慢進(jìn)快退的功能要求，故需選擇五位二通先導(dǎo)電磁換向閥，當(dāng)電磁線圈通電時(shí)，閥動(dòng)作換向，活塞桿工作，斷電時(shí)，閥桿在彈簧力的作用下復(fù)位，活塞桿快速?gòu)?fù)位。這種單電控制閥在電控信號(hào)消失后，復(fù)位方式有彈簧復(fù)位、氣壓復(fù)位及彈簧加氣壓的混合復(fù)位。本電磁閥采用彈簧復(fù)位。因?yàn)閺椈蓮?fù)位工作可靠，但在工作氣壓較低或波動(dòng)時(shí)，其復(fù)位力小，閥芯動(dòng)作不穩(wěn)定。 為彌補(bǔ)其不足，可以另加一個(gè)彈簧，形成復(fù)合復(fù)位形式，同時(shí)可以適當(dāng)減小復(fù)位活塞直徑。圖3-1 五位二通先導(dǎo)電磁換向閥工作原理圖3.4消聲器的選用在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)之中，氣

32、缸、氣閥等元件工作時(shí)，排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲。噪聲的強(qiáng)弱隨排氣的速度、排量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達(dá)100120dB，為了降低噪聲可以在排氣口裝消聲器。消聲器就是通過(guò)阻尼或增加排氣面積來(lái)降低排氣速度和功率，從而降低噪聲的。氣動(dòng)元件使用的消聲器一般由三種類型：吸收型消聲器、膨脹干涉型消聲器和膨脹干涉吸收型消聲器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,消聲器選用吸收型消聲器吸收型消聲器（如圖3-2所示）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的消除中、高頻噪聲的性能。消聲效果大于20dB 。在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，排氣噪聲主要是中、高頻噪聲，尤其是高頻噪聲，所以采用這種消聲器是合適的

33、。吸收性消聲器主要依靠吸音材料消聲。消音罩2為多孔的吸音材料。一般用聚苯乙烯或銅珠燒結(jié)而成。當(dāng)消聲器的通徑小于20mm時(shí)，多用聚苯乙烯作消音材料制成消聲罩，當(dāng)消聲器的通徑大于20mm時(shí)，消音罩多用銅珠燒結(jié)，以增加強(qiáng)度。其消聲原理是：當(dāng)有壓氣體通過(guò)消聲罩時(shí)，氣流受到阻力、聲能量被部分吸收而轉(zhuǎn)化成熱能，從而降低了噪聲強(qiáng)度。3.5快速排氣閥的選用當(dāng)進(jìn)口壓力下降到一定值時(shí)，出口有壓氣體自動(dòng)從排氣口迅速排氣的閥，稱為快速排氣閥?？焖倥艢忾y用于使情動(dòng)元件和裝置迅速排氣的場(chǎng)合。把它裝在啟剛和換向閥之間，氣缸不在通過(guò)換向閥排氣，直接從快速排氣閥，可大大提高氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，快速排氣閥選用SMC的A

34、Q系列的快速排氣閥3.6空氣壓縮裝置的選用3.6.1選擇要求 （1）要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。（2）要求壓縮空氣具有一定的清潔度和干燥度。清潔度是指氣源中含有量，含灰塵雜的質(zhì)量及顆粒大小都要控制在很低范圍內(nèi)。干燥度是指壓縮空氣中含水量的多少，啟動(dòng)裝置要求要鎖空氣的含水量越低越好。混在壓縮空氣中的油蒸汽可能聚集在儲(chǔ)氣罐，管道，氣動(dòng)系統(tǒng)的容器中，又引起爆炸的危險(xiǎn)或影響設(shè)備的壽命。（3）壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定的條件下會(huì)凝結(jié)成水，并聚集在個(gè)別管道中。在寒冷的冬季，凝結(jié)的水會(huì)使管道及附近結(jié)冰而損壞，影響氣動(dòng)裝置的正常工作。（4）壓縮空氣中的灰塵等雜志，對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)

35、的氣動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)副會(huì)產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣而降低效率，影響它的使用壽命。 因此氣源裝置必須設(shè)置一些除油，除水，除雜，并使壓縮空氣干燥，提高壓縮空氣質(zhì)量，進(jìn)行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。3.6.2空氣壓縮裝置的選擇(1)空壓機(jī)的輸出壓力pc pc=p+p (3-5) 式中 pc -空壓機(jī)輸出壓力，MPa p -氣動(dòng)執(zhí)行元件的最高使用壓力，MPa P-氣動(dòng)系統(tǒng)的總壓力損失，MPa，一般情況下，P=0.15-0.2 遂取 P=0.18MPa，P=0.49MPa，Pc=0.67MPa(2)空壓機(jī)的輸入流量qc設(shè)氣罐 qb=qmax式中qb -向氣動(dòng)系統(tǒng)提供的流量，m3/min（ANR） qmax

36、-氣動(dòng)系統(tǒng)的最大耗氣量，m3/min（ANR）空壓機(jī)的吸入流量 qc=kqb (3-6) 式中qc -空壓機(jī)輸入流量，m3/min（ANR） k-修正系數(shù)，一般k=1.5-2.0取k=1.6qmax =2300L/min= 2.3m3/min，qb= qmax =2300L/min= 2.3m3/min qc =kqb =1.6×2.3 m3/min=3.68 m3/min （3）空壓機(jī)的功率P p=(n+1)kk-1p1qc0.06pcp1k-1n+1k-1 (3-7)式中 p-空壓機(jī)的功率，kwP1-吸入空氣的絕對(duì)壓力，MPaPc-輸出空氣的絕對(duì)壓力，MPaqc-空壓機(jī)的輸入流量

37、，m3/min（ANR）k-等熵指數(shù)，對(duì)空氣k=1.4n-中間冷卻器個(gè)數(shù)代入數(shù)值，經(jīng)計(jì)算得：p=12.55 kw表3-4 各種空壓機(jī)特性比較空壓機(jī)類型活塞式螺桿式透平式成本低。0.2-500KW高。0.75-370KW。75KW以上與活塞式的價(jià)格差變小高。750KW以下無(wú)優(yōu)勢(shì)脈動(dòng)大小小振動(dòng)大小較小噪聲大小小空氣中的污染物塵埃、水分、油霧、炭末塵埃、水分、油霧，塵埃、水分排氣方式斷續(xù)排氣，需設(shè)氣管連續(xù)排氣，不需設(shè)氣管連續(xù)排氣，不需設(shè)氣管綜合評(píng)價(jià)活塞式空壓機(jī)設(shè)置場(chǎng)所受限制，空壓機(jī)房需要防震，防噪聲。為防止壓力脈動(dòng)，需設(shè)氣罐?；钊酱嬖谔磕┑龋罂諝馇鍧嵍雀叩膱?chǎng)合，還需對(duì)壓縮空氣做特別處理，故總體

38、而言，比螺桿式費(fèi)用可能高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及表3-4選用 螺桿式空壓機(jī)。3.7繼電器的選用繼電器是一種電控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動(dòng)關(guān)系，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。所選擇的繼電器要滿足電路圖中所加的24V直流電壓的要求。體積不宜過(guò)大，得帶有4 個(gè)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。要有較快的動(dòng)作時(shí)間和釋放時(shí)間以減少實(shí)驗(yàn)誤差。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇正泰的JQX-13F小型大功率電磁繼電器，其規(guī)格參數(shù)如下：表3-5 規(guī)格參數(shù)額定電壓V動(dòng)作電壓V（）釋放電壓（）線圈電阻±10%2418.02.4640其他相關(guān)參數(shù)為：表3-6 其他相關(guān)參數(shù)動(dòng)作時(shí)間25ms釋放時(shí)間25ms最大開(kāi)關(guān)電壓250VAC/125VDC最大開(kāi)關(guān)電流10A最大切換功率2200VA 280W電氣壽命（次）1*105機(jī)械壽命（次）1*107總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了機(jī)電一體化方面的知識(shí)，在設(shè)