畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-金屬軟管的氣密性檢測(cè)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)

PAGEPAGE1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：金屬軟管的氣密性檢測(cè)裝置全套設(shè)計(jì)圖紙加V信153893706或扣3346389411學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械工程班級(jí)：2018級(jí)班學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：提交日期：2022年月日浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要PAGEI金屬軟管的氣密性檢測(cè)裝置摘要金屬軟管氣密性試驗(yàn)的目的是檢查焊接金屬軟管系統(tǒng)的強(qiáng)度和氣密性是否能滿足設(shè)計(jì)要求，以保證正常運(yùn)行檢察管路的強(qiáng)度和嚴(yán)密性，管路檢測(cè)的現(xiàn)代化程度不高，在管路檢測(cè)過程中，檢測(cè)環(huán)境較惡劣，自動(dòng)化程度低，依賴人工操作，工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高。為了解決此類問題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)裝夾管路，從而進(jìn)行氣密性檢測(cè)的管路自動(dòng)裝夾裝置。采用機(jī)械機(jī)構(gòu)，結(jié)合微機(jī)原理知識(shí)，能夠在復(fù)雜環(huán)境下精確、穩(wěn)定的自動(dòng)對(duì)管路進(jìn)行裝夾，以及有效的氣密性檢測(cè)。金屬軟管是一種柔性管殼，它是將優(yōu)質(zhì)奧氏體不銹鋼管坯加工成波紋狀的一種管材。其波紋形狀包括螺旋形狀和環(huán)形形狀。不銹鋼波紋管可分為兩種類型:連接用不銹鋼軟管和輸送用不銹鋼軟管。前者主要用于煤氣爐和煤氣表前面的進(jìn)氣管，可替換膠管，解決膠管易損壞、易脫落、使用壽命短的問題;后者主要用于室內(nèi)燃?xì)夤艿赖倪B接，可以代替焊接鋼管，大大減少了室內(nèi)燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的接頭數(shù)量，同時(shí)降低了施工難度。關(guān)鍵詞：金屬軟管氣密性檢測(cè)檢測(cè)機(jī)英文摘要浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）英文摘要AirtightnessdetectiondeviceofmetalhoseAbstractMetalhosethepurposeofairtightnesstestistocheckthestrengthoftheweldmetalhosesystemandairtightnesswhethercanmeetthedesignrequirements,toensurethenormaloperationoftheprocuratorialpipelinestrengthandrigor,pipelinedetectionofmodernizationdegreeisnothigh,intheprocessofpipelinedetection,testingenvironmentisbad,lowdegreeofautomation,relyonmanualoperation,bigworkloadandhighlaborintensity.Inordertosolvesuchproblems,thisprojectdesignsapipeautomaticclampingdevicethatcanautomaticallyclampthepipe,soastodetecttheairtightness.Usingmechanicalmechanism,combinedwithmicrocomputerprincipleknowledge,canaccuratelyandstablyautomaticallyclampthepipelineincomplexenvironment,aswellaseffectiveairtightnessdetection.Metalhoseisakindofflexibletubeshell,itisakindofpipewhichprocesseshighqualityausteniticstainlesssteeltubebilletintocorrugatedshape.Itsrippleshapeincludesspiralshapeandringshape.Stainlesssteelbellowscanbedividedintotwotypes:stainlesssteelhoseforconnectingandstainlesssteelhoseforconveying.Theformerismainlyusedforgasstoveandgasmeterinfrontoftheintakepipe,canreplacethehose,solvetheproblemofeasydamage,easytofalloff,shortservicelife;Thelatterismainlyusedfortheconnectionofindoorgaspipeline,whichcanreplacetheweldedsteelpipe,greatlyreducingthenumberofjointsintheindoorgaspipelinesystem,whilereducingthedifficultyofconstruction.KeyWords：Metalhose，Airtightnesstest，Detector，浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE32目錄第一章緒論 31.1研究背景及意義 31.2氣密性檢測(cè)目的與主要方法簡(jiǎn)介 41.3氣密性檢測(cè)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.4.1本文研究的目的 61.4.2本文研究的內(nèi)容 91.4.3檢測(cè)原理 9第二章氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 102.1氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)分析 102.1.1氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程 102.1.2氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 112.2氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 122.3氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的部件設(shè)計(jì) 132.3.1大支架設(shè)計(jì) 132.3.2管路傳送裝置 142.3.2.1管路傳送裝置輸送帶及電機(jī)選型計(jì)算 152.3.2.2輸送帶傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)與計(jì)算 152.3.3夾緊和堵孔裝置 172.3.3.1夾緊和堵孔裝置氣缸選型 182.3.4氣密性檢測(cè)整體結(jié)構(gòu)圖 202.4機(jī)械手選型 20第三章氣密性檢測(cè)控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn) 243.1PLC可編程邏輯控制器的理論基礎(chǔ) 243.1.1PLC的產(chǎn)生和發(fā)展 243.1.2PLC的功能特點(diǎn)分析 243.2PLC的選取 253.2.1PLC的分類 253.2.2I/O地址分配 273.2.3檢測(cè)流程圖 29第四章設(shè)備成本分析與環(huán)境影響 304.1設(shè)備成本的主要組成 304.2設(shè)備生產(chǎn)制造過程中的主要環(huán)境影響 31結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34第一章緒論1.1研究背景及意義波紋軟管是一種柔性管殼軟管。它是將優(yōu)質(zhì)奧氏體不銹鋼管坯加工成波紋狀的一種管材。其波紋形狀包括螺旋形狀和環(huán)形形狀。不銹鋼氣體波紋管可分為兩種類型:連接用不銹鋼波紋管和輸送用不銹鋼波紋管。前者主要用于煤氣爐和煤氣表前面的進(jìn)氣管，可替換膠管，解決膠管易損壞、易脫落、使用壽命短的問題;后者主要用于室內(nèi)燃?xì)夤艿赖倪B接，可以代替焊接鋼管，大大減少了室內(nèi)燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的接頭數(shù)量，同時(shí)降低了施工難度。不銹鋼波紋管作為室內(nèi)燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)的重要組成部分，其安全性不容忽視。除了波紋管與爐膛之間的連接部分有漏氣的危險(xiǎn)外，波紋管本身的加工質(zhì)量也會(huì)有危險(xiǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全社會(huì)對(duì)波紋軟管產(chǎn)品的需求越來越大，這些相關(guān)行業(yè)已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)。1.波紋軟管是安裝在液體輸送系統(tǒng)中的一種柔性壓力管件，用于補(bǔ)償管道或機(jī)器設(shè)備連接端之間的相互位移，吸收振動(dòng)能量，起到減振、消聲的作用。它具有柔韌性好、重量輕、耐腐蝕、耐疲勞、耐高低溫等諸多特點(diǎn)。波紋軟管主要由金屬材料制成。它常用于輸送氣液流體。液體通過它被注入容器中。由于被壓縮流體在管道中會(huì)有一定的不穩(wěn)定性，這些不穩(wěn)定性往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的不良后果。因此對(duì)制造材料和加工工藝有較高的要求。特別是在焊接過程中，封閉管在使用中造成的損壞大多是由于焊接不良造成的。高壓氣體填充后，焊縫在氣體壓力的影響下產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致氣體泄漏。對(duì)于這種需要充滿高壓氣體或液體的管道，如果在使用過程中發(fā)生泄漏，將會(huì)導(dǎo)致一些非常嚴(yán)重的后果。除了產(chǎn)品本身的功能外，還會(huì)造成火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)事件(12)，給國民經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)生活造成了巨大的損失。因此，為了保證波紋管的產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全，有關(guān)部門規(guī)定，此類產(chǎn)品出廠前必須進(jìn)行密封性能測(cè)試。密封試驗(yàn)是保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能的重要手段。隨著這些產(chǎn)品的越來越多的應(yīng)用，氣密性與工業(yè)工藝的質(zhì)量、工人的安全、設(shè)備的安全密切相關(guān)。與這些行業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性能檢驗(yàn)也變得越來越重要。密封性能的檢測(cè)也稱為泄漏檢測(cè)。本文所涉及的密閉容器的氣密性檢測(cè)主要針對(duì)的是市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的不銹鋼金屬波紋管。在其生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，一般采用浸泡法和觀察氣泡法對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)。為了保證檢測(cè)的連續(xù)性，通常需要三個(gè)工人組成一條流水線，連續(xù)進(jìn)行容器的密封、充氣、浸泡觀察和后處理等步驟。這樣不僅效率低，勞動(dòng)消耗高，而且容易出錯(cuò)。此外，還存在一定的安全隱患。例如，在密封和膨脹階段，封閉容器的開口大小是不同的。為了提高工作效率，工人很容易拿錯(cuò)密封螺母。當(dāng)螺母未與氣孔緊密配合時(shí)，對(duì)封閉的容器充氣容易使螺母在壓力下爆裂，彈射進(jìn)體內(nèi)傷人。另外，如果是人工堵塞孔，也容易造成人為錯(cuò)誤。例如，如果孔堵得不緊，就無法確定是由于孔造成的滲漏，還是由于密閉容器木體制造缺陷造成的滑漏。針對(duì)上述問題，研究了一套基于PLC控制的自動(dòng)氣密性檢測(cè)設(shè)備，以替代人工完成的堵孔膨脹、水浸檢測(cè)、水開封等作業(yè)。這對(duì)于提高生產(chǎn)效率，減少人工檢測(cè)的誤差，保證工人人身安全具有重要意義。1.2氣密性檢測(cè)目的與主要方法簡(jiǎn)介氣密性試驗(yàn)的主要目的是檢查管道的強(qiáng)度和氣密性是否能滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)，以保證正常運(yùn)行，這是檢查管道質(zhì)量的重要措施。一般氣密性試驗(yàn)應(yīng)在水壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行。對(duì)于在設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行氣壓試驗(yàn)的壓力容器，氣密性試驗(yàn)可以與氣壓試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，試驗(yàn)壓力應(yīng)為氣壓試驗(yàn)的壓力。對(duì)于碳鋼、低合金鋼制造的壓力容器，用于試驗(yàn)的氣體溫度不得低于5℃，其他材料制造的管道應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙施工。氣密性試驗(yàn)使用的氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。氣密性試驗(yàn)時(shí)，安全附件應(yīng)安裝完整;在試驗(yàn)過程中，壓力應(yīng)緩慢上升。達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)壓力后，應(yīng)保持壓力不小于1分鐘，然后降至設(shè)計(jì)壓力，管道壓力檢查合格，無泄漏。如有泄漏，修復(fù)后應(yīng)再次進(jìn)行水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)方案如下:連接和修復(fù)1.5原始管的兩端分別與管件,塊的一端連接管件,注入0.3mpa(I型)和0.1mpa(II型)空氣從另一端為1分鐘,并確認(rèn)沒有泄漏。如無滲漏，則將無滲漏的管道放入好的產(chǎn)品框內(nèi)，如有滲漏，則放入不良產(chǎn)品框內(nèi)。由于工業(yè)生產(chǎn)的深化，企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品數(shù)量都有了明顯的提高。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，傳統(tǒng)的滲漏檢測(cè)方法過于粗糙，無法滿足需求。然而，完全使用進(jìn)口設(shè)備是昂貴的。因此，有必要改進(jìn)密閉容器的氣密性檢測(cè)方法，研究設(shè)計(jì)一種性價(jià)比高、簡(jiǎn)單高效、更加智能化的新型氣密性檢測(cè)設(shè)備。如何運(yùn)用工藝優(yōu)化的方法對(duì)不銹鋼金屬軟管氣密性檢測(cè)工藝進(jìn)行分析、梳理、重組和改造，如何提高工作效率，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，安全生產(chǎn)，在滿足檢測(cè)質(zhì)量的前提下，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證交貨時(shí)間，是擺在氣密性制造企業(yè)面前亟待解決的問題”。為了解決這個(gè)問題，我們首先需要改進(jìn)方法。下面介紹一些目前使用的氣密性檢測(cè)方法。氣密性檢測(cè)根據(jù)檢測(cè)方法的不同可分為兩類:一是將管道充滿氣體，將其置于液體環(huán)境中，通過目測(cè)容器表面氣泡的數(shù)量來判斷是否有泄漏;另一種是通過壓力傳感器的輸出信號(hào)來判斷是否有泄漏，即用一定壓力的氣體填充金屬軟管，再通過壓力傳感器的輸出信號(hào)來判斷工件是否有泄漏。常用的方法有浸泡泡法、涂抹泡法、超聲波法、化學(xué)氣體示蹤法、壓力變化法等。無水泡法是我企業(yè)目前使用的方法，即先將密閉容器的每個(gè)氣孔密封起來，留一個(gè)小孔向內(nèi)通風(fēng);其次，當(dāng)密閉容器內(nèi)部空氣壓力達(dá)到待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，停止向內(nèi)充氣，保持空氣壓力，然后將整個(gè)密閉容器放入水中。由于封閉的管道已經(jīng)預(yù)先填充了極高壓力的氣體，如果金屬管道出現(xiàn)裂紋，就會(huì)發(fā)生泄漏。水里會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡。因此，通過是否產(chǎn)生氣泡來判斷密閉容器是否密封。如有氣泡產(chǎn)生，說明密閉容器有泄漏，焊接處有問題，需進(jìn)一步退爐處理。如無氣泡產(chǎn)生，說明密閉容器焊接良好，不需要整改。與浸泡泡法不同，涂膜泡法不需要將管道放入水中觀察是否有泄漏。只需要在密閉容器的外表面連續(xù)涂抹液體即可。如果管道不密封，當(dāng)體積充滿高壓氣體時(shí)，外表面會(huì)產(chǎn)生氣泡。超聲Mim方法有兩種：一種是利用氣泡將被測(cè)管道放入水中。當(dāng)泄漏處釋放出氣泡時(shí)，利用超聲多普勒效應(yīng)，通過高頻超聲發(fā)射探頭將超聲波射入待測(cè)部位。根據(jù)發(fā)射聲波與原始聲波的對(duì)比，可以檢測(cè)出氣泡，進(jìn)而檢測(cè)出滑移泄漏。當(dāng)泄漏孔附近的另一種氣體的壓力高于泄漏孔附近的另一種氣體的實(shí)測(cè)壓力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定的頻率。聲波振動(dòng)的頻率與泄漏孔的大小、泄漏氣體的流量和速度有關(guān)。根據(jù)這一原理，可以通過聲振動(dòng)頻率間接測(cè)量泄漏量。目前流行的密封檢測(cè)設(shè)備大多為壓力型，采用壓力變化法進(jìn)行檢測(cè);其中浸泡泡法和涂膜法需要封堵、開封、充氣等步驟。檢測(cè)效率低:超聲法中使用氣泡的方法比氣泡法更復(fù)雜、更不理想，而第二種方法不直觀，容易造成檢測(cè)不準(zhǔn)確，對(duì)密閉容器造成無法彌補(bǔ)的創(chuàng)傷:化學(xué)氣體示蹤法需要一些特殊的氣體和氣體檢測(cè)設(shè)備，所以成本昂貴，普通企業(yè)不會(huì)選擇它;變壓法簡(jiǎn)單可行，但只能檢測(cè)泄漏量和泄漏量，不知道具體的泄漏位置，不能為泄漏容器提供可修性目標(biāo)。因此，需要一種封閉容器檢測(cè)方法，既能檢測(cè)出泄漏量和泄漏量，又能顯示溢出位置。1.3氣密性檢測(cè)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在過去，企業(yè)使用氣泡檢測(cè)。即在容器內(nèi)充入氣體，放入水中或其他穩(wěn)定的液體中，觀察氣泡，判斷氣密性是否完好。這種檢測(cè)方法在早期技術(shù)不強(qiáng)的情況下非常簡(jiǎn)單直接。但當(dāng)時(shí)堵漏自動(dòng)化技術(shù)不高，設(shè)備簡(jiǎn)單，工人水平不高，導(dǎo)致生產(chǎn)效率很低。此外，它還受到人們主觀因素的強(qiáng)烈影響。如果泄漏量小，氣泡會(huì)變小“2”，所以人們更容易誤判。由于氣泡法簡(jiǎn)單易行，既能檢測(cè)泄漏，又能標(biāo)定泄漏位置?，F(xiàn)在仍被大多數(shù)企業(yè)使用。隨著工業(yè)自動(dòng)化和光電技術(shù)的迅速發(fā)展，氣泡的自動(dòng)檢測(cè)成為可能。許多人在浸液氣泡法的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代光學(xué)和圖像處理技術(shù)，研究了多種水中氣泡的檢測(cè)方法，希望以此來判斷管道的泄漏情況。其主要原理是利用氣體的物理化學(xué)特性來檢測(cè)氣密性，并利用各種相機(jī)、傳感器和電子探針來代替人眼來檢測(cè)氣泡。應(yīng)用的檢測(cè)方法有光纖探頭法、電子探頭法、電容沉淀成像法、成像法、氦質(zhì)譜儀、超聲波探測(cè)器、激光探測(cè)器、鹵素探測(cè)器等。清華大學(xué)電子系王鐵峰等采用光纖探頭法(V)對(duì)三相循環(huán)流化床中氣泡上升速度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。和jobnR.Chaplin等人研究了利用光纖相位探測(cè)探頭測(cè)量波中的氣泡大小。光纖探針法的原理是使用光反射在氣相和液相產(chǎn)生光強(qiáng)度光強(qiáng)度的差異,然后這光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并使用計(jì)算機(jī)判斷泡沫生成,以便獲得管道是否泄漏。1.4本文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排1.4.1本文研究的目的產(chǎn)品要保證防水性，或者防止氣體、灰塵等進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部，就需要保證氣密性的質(zhì)量。以往比較傳統(tǒng)的氣密性檢測(cè)方式是把產(chǎn)品放入到水中，看產(chǎn)品浸泡在水中是否冒泡，這種檢測(cè)方法的缺點(diǎn)很明顯，不僅會(huì)造成員工肉眼識(shí)別的誤判，同時(shí)在泡水后還需要將產(chǎn)品吹干或者晾干，多了很多道檢測(cè)工序。目前市場(chǎng)上智能型氣密性檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)逐的取代了傳統(tǒng)泡水法來進(jìn)行氣密性測(cè)試，兩種試驗(yàn)方法被廣泛應(yīng)用，直接壓力氣密性試驗(yàn)和差壓氣密性試驗(yàn)。這兩種方法的原理基本相同。以壓縮空氣為介質(zhì)，通過氣密性試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)的變化試驗(yàn)，計(jì)算出具體的泄漏值，再通過泄漏值確定產(chǎn)品合格。直壓氣密試驗(yàn)主要用于防水試驗(yàn)和密封試驗(yàn)。整個(gè)測(cè)試過程可分四個(gè)階段完成，即充氣階段->保壓階段->測(cè)試階段->排氣階段。檢測(cè)周期在3~25秒之間。試驗(yàn)時(shí)間的長(zhǎng)短主要與待試驗(yàn)產(chǎn)品的體積和檢測(cè)壓力有關(guān);圖1.1SLA系列多功能氣密性測(cè)試儀型號(hào)SLA-A測(cè)試口一個(gè)傳感器選擇范圍-100到1000kpa精度0.1pa(0.02%FS)壓力方式集成正負(fù)壓壓力調(diào)節(jié)方式自動(dòng)調(diào)節(jié)/手動(dòng)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)范圍-50kpa~3Mpa壓力調(diào)節(jié)精度士0.05%FS壓力重復(fù)精度士0.1%FS分辨率0.1pa測(cè)試單位pa,kpa時(shí)間時(shí)間量程0.1～9999S時(shí)間分辨率0.1S程序數(shù)量32組測(cè)試程序,程序可獨(dú)立設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)直壓氣密性測(cè)試設(shè)備可以存儲(chǔ)超50萬組測(cè)試數(shù)據(jù)，插上U盤可以導(dǎo)出檢測(cè)數(shù)據(jù)接口RS2321個(gè)USB2個(gè)I/O接口8輸出/8輸入電源外部240V電源數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)分析氣密性檢測(cè)總數(shù)、合格數(shù)、不合格數(shù)測(cè)試過程控制階段時(shí)間顯示測(cè)試過程有狀態(tài)和時(shí)間實(shí)時(shí)顯示儀器設(shè)置參數(shù)設(shè)置測(cè)試壓力上下限設(shè)置；測(cè)試各階段時(shí)間設(shè)置；泄漏值上下限設(shè)置；泄漏補(bǔ)償設(shè)置殼體材質(zhì)鋁合金軟件可選上位機(jī)軟件可以與儀器進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)分析等功能配件條碼掃描條形碼，二維碼（選配）干式氣密性檢測(cè)方法的研究工作主要集中在泄漏的定量檢測(cè)上，但不能確定泄漏的具體方向和位置。傳統(tǒng)的水檢測(cè)方法直觀可靠，但僅限于定性檢測(cè)，檢測(cè)效率不高。雖然氣泡是一種現(xiàn)象，但借助圖像處理等檢測(cè)分析方法進(jìn)行計(jì)算，可以將氣泡量化，將定性描述和表征轉(zhuǎn)化為具有一定精度的定量估計(jì)?；诙喙δ軞饷苄栽囼?yàn)機(jī)的處理技術(shù),本文研究和討論了處理氣密性試驗(yàn)機(jī),泡沫的生成和變化機(jī)制相比,機(jī)電一體化設(shè)備,設(shè)計(jì)一套基于PLC控制系統(tǒng)與自動(dòng)生產(chǎn)線的研究相結(jié)合。該設(shè)備用于自動(dòng)檢測(cè)工件的氣密性，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。1.4.2本文研究的內(nèi)容本文將利用多功能氣密性測(cè)試儀與plc結(jié)合?；谠摷夹g(shù)，結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)線的研究與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一套半自動(dòng)管道氣密性檢測(cè)裝置，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要工作如下:1.根據(jù)管道的物理特性，論述了氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和原理:研究了待檢測(cè)管道的制造工藝，確定了送料、夾緊、檢測(cè)和卸料方案;最后確定了氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的操作步驟如下:首先，將待測(cè)管道放置在氣密性測(cè)試平臺(tái)上，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝夾、定位、充氣等步驟;檢測(cè)完成后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拆卸和根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷是否報(bào)警的功能。如果工件合格，將工件送出;若工件泄漏超標(biāo)，送管路至有缺陷的料箱。2.研究了氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的控制與實(shí)現(xiàn)過程;介紹了PLC的產(chǎn)生、發(fā)展和分類。根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)氣密性檢測(cè)過程的需要，選用西門子sp7-200PLC實(shí)現(xiàn)控制，布置VO接口和控制內(nèi)容;分析了氣密性檢測(cè)的步驟和時(shí)間安排，研究設(shè)計(jì)了氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的氣動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，繪制了氣密性分自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的控制電氣原理圖。最后，根據(jù)機(jī)械執(zhí)行的需要，對(duì)一些氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算和選型。3.本文根據(jù)氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的操作步驟，總結(jié)了本文所做的一些實(shí)際工作，提出了工作中存在的不足和有待改進(jìn)的地方，并提出了今后的工作思路:1)在氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，作者采用現(xiàn)有的通用模糊裕度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并沒有使用ANSYS分析軟件對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的強(qiáng)度進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。2)本論文不使用自動(dòng)上料裝置，設(shè)備加料時(shí)需要人工協(xié)助。1.4.3檢測(cè)原理本文采用壓降法之直接泄漏檢測(cè)(正負(fù)壓力)，其工作原理如下圖圖1.2壓降法直接測(cè)泄漏檢測(cè)原理第二章氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)各個(gè)工程領(lǐng)域的發(fā)展需要機(jī)械工程的相應(yīng)發(fā)展，而機(jī)械工程則需要提供必要的機(jī)械。本文的機(jī)械系統(tǒng)是氣密性自動(dòng)檢測(cè)與控制的骨架和對(duì)象，主要包括支撐裝置、氣管輸送機(jī)構(gòu)、起動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理性和加工精度對(duì)整機(jī)的控制性能和穩(wěn)定性有重要影響。一個(gè)好的框架可以使氣管平穩(wěn)地放置在檢測(cè)平臺(tái)上，方便氣管更好的定位，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確封堵。因此，在設(shè)計(jì)氣密性檢測(cè)裝置的機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮整個(gè)機(jī)械的可操作性和安全性以及各機(jī)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)。2.1氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)分析首先，根據(jù)氣密性檢測(cè)技術(shù)的要求和企業(yè)的需求，考慮機(jī)械系統(tǒng)的整體功能，確定機(jī)械系統(tǒng)的工作原理和動(dòng)作順序，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)或裝置整體功能的設(shè)計(jì)方案，從而保證系統(tǒng)在考慮原材料加工成本和加工難度的情況下能夠達(dá)到安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)。其次，根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的工藝要求，確定各機(jī)構(gòu)的功能、機(jī)架、連接形式和運(yùn)動(dòng)方式，并根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)大型支撐裝置、氣動(dòng)夾持裝置、抓斗機(jī)械手和氣動(dòng)傳動(dòng)裝置的功能設(shè)計(jì)。其次，根據(jù)管路的尺寸、形狀、質(zhì)量和水壓參數(shù)確定各機(jī)構(gòu)的裝配，并選擇相應(yīng)的零部件和尺寸。最后，考慮到企業(yè)的需求、經(jīng)濟(jì)預(yù)算、安全性和穩(wěn)定性，選擇相應(yīng)的品牌零部件和設(shè)施設(shè)備。2.1.1氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程需要經(jīng)過6個(gè)步驟:1.研究氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理。根據(jù)氣密性檢測(cè)工藝的要求，燃?xì)夤艿赖慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)和企業(yè)的需求，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行研究和規(guī)劃，制定各機(jī)構(gòu)或裝置的整體功能設(shè)計(jì)方案，確定機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)作方式和動(dòng)作順序，并考慮加工所需原材料的成本和加工難度。2.執(zhí)行模組的分析：根據(jù)第一步，根據(jù)要測(cè)試的氣管的尺寸、質(zhì)量和形狀。在設(shè)計(jì)氣密性自動(dòng)檢測(cè)時(shí)，對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)或部件的運(yùn)動(dòng)形式和參數(shù)、驅(qū)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行分析。3.零部件的選擇和裝配：根據(jù)第二步設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)和零部件，確定所需零部件的尺寸、型號(hào)和加工方式。確定裝配方式，將所有零件組裝成一臺(tái)完整的機(jī)器。4.方案評(píng)估與決策：評(píng)估氣密性檢測(cè)系統(tǒng)是否達(dá)到目的，完成規(guī)定功能的性能，如時(shí)間消耗、響應(yīng)速度等。在做決策時(shí)，我們還應(yīng)該考慮組織的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)這些條件滿足要求時(shí)，可以進(jìn)行下一個(gè)程序。如果評(píng)價(jià)結(jié)果不理想，則需要對(duì)氣密性檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。5.制作安裝：方案評(píng)估完成后，可購買材料和零部件進(jìn)行加工組裝。在采購材料時(shí)，必須購買標(biāo)準(zhǔn)件，并考慮經(jīng)濟(jì)性。在加工過程中，必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)圖紙上設(shè)計(jì)的精度和加工要求。6.試生產(chǎn)與調(diào)試：樣機(jī)試生產(chǎn)是檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造可行性的重要階段。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試，驗(yàn)證各項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。這一階段也是最終發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，以便及時(shí)修改和完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)所必需的階段。2.1.2氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)過程中，自動(dòng)氣密性檢測(cè)裝置必須滿足功能、經(jīng)濟(jì)性、加工、運(yùn)輸、維護(hù)和運(yùn)行等角度的不同要求。功能性：所設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)可在氣管氣密性試驗(yàn)前將氣管送到待測(cè)位置的預(yù)備站;機(jī)械手可將輸送到待檢測(cè)位置的管道自動(dòng)安裝到檢測(cè)位置或?qū)⒐艿缽臋z測(cè)位置移除。在檢測(cè)位置，機(jī)械手送氣管時(shí)，夾緊裝置可自動(dòng)松開。燃?xì)夤艿澜桓兜轿缓?，即可?duì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行夾緊，并進(jìn)行氣密性檢測(cè)。檢查完畢后，機(jī)械手抓住氣管后即可松開夾緊機(jī)構(gòu)。機(jī)械手可拆除管道，實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤艿赖淖詣?dòng)堵孔密封，將良品與劣品分離。主要機(jī)構(gòu)包括氣管輸送機(jī)構(gòu)、氣管定位機(jī)構(gòu)、機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)、氣密性檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)和電氣機(jī)構(gòu)。氣管輸送機(jī)構(gòu)的主要功能是通過機(jī)械手將氣管自動(dòng)輸送到指定位置進(jìn)行夾緊;所述氣管定位機(jī)構(gòu)的主要功能是對(duì)所述氣管輸送機(jī)構(gòu)送出的氣管進(jìn)行定位，并按照程序指令釋放氣管;機(jī)械手夾緊機(jī)構(gòu)的主要功能是將氣管送至檢測(cè)機(jī)構(gòu)，取出檢測(cè)機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)管，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果將被檢測(cè)的氣管放入不同的材料架內(nèi);氣密性檢測(cè)機(jī)構(gòu)的主要功能是對(duì)燃?xì)夤艿赖臍饷苄赃M(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到控制系統(tǒng);控制機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、保護(hù)功能、監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)記錄功能等功能。安全性：安全是指在誤操作、過載等情況下保護(hù)人員和機(jī)器免受危險(xiǎn)的功能。在這方面，氣密性檢測(cè)裝置主要考慮以下問題:旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分應(yīng)防止操作者的手進(jìn)入;應(yīng)保護(hù)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)空間，防止無關(guān)人員的意外侵入;氣密性試驗(yàn)平臺(tái)的整體機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度應(yīng)滿足要求;需要完成報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝?；Q性和經(jīng)濟(jì)性：在設(shè)計(jì)中，在保證氣密性系統(tǒng)能夠達(dá)到一定的精度操作時(shí)，所設(shè)計(jì)的零件應(yīng)簡(jiǎn)單實(shí)用，切割方便，加工成本低。在選用一些非特殊部件時(shí)，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件或通用件，以降低開發(fā)成本和設(shè)備維護(hù)成本。材料選擇：不同材料的技術(shù)性能差別很大。在選材時(shí)，應(yīng)綜合考慮機(jī)械系統(tǒng)的力學(xué)性能和設(shè)計(jì)加工的經(jīng)濟(jì)性。該裝置不需要頻繁移動(dòng)，但待測(cè)氣管有一定的體積和重量?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和可用性，機(jī)架選用Q235為主材料，部分剛度要求高的地方選用45鋼。氣密性檢測(cè)平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)方管，既保證了剛度要求，又獲得了相對(duì)較輕的重量，使上下移動(dòng)氣缸減輕了負(fù)載，工作更穩(wěn)定、安全。精度選擇及加工方法;各種加工方法(鍛造、鑄造、焊接、粘接等)及其特點(diǎn)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有決定性的影響。由于系統(tǒng)不需要經(jīng)常運(yùn)輸，大支架選用焊接加工，而裝氣管檢測(cè)平臺(tái)有一定的精度要求，其零部件應(yīng)完成一定程度。裝配:在機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，各部件應(yīng)滿足簡(jiǎn)單裝配的要求，以降低成本。由于檢測(cè)平臺(tái)上的夾緊機(jī)構(gòu)需要經(jīng)常拆卸和組裝油箱，且操作較多，故采用可拆卸設(shè)備模式。操作:技術(shù)裝置的操作應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單明了?？紤]到實(shí)際操作，系統(tǒng)只設(shè)計(jì)了三個(gè)操作按鈕，分別為紅色、綠色和黃色?！凹t色”表示主電源開關(guān)，“綠色”表示主電源開關(guān)，“紅色”表示主電源開關(guān)。2.2氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)為了設(shè)計(jì)管道氣密性檢測(cè)自動(dòng)化設(shè)備，有必要了解待檢測(cè)的燃?xì)夤艿?。本文所要檢測(cè)的氣體管道為焊接成品，主要用于管道連接，中間為波紋管，管路兩頭焊接有快速接頭，管路長(zhǎng)度1500~2000mm，長(zhǎng)管路在檢測(cè)時(shí)可提前將管路進(jìn)行捆扎，管道直徑20mm（詳見下圖2.1）。在設(shè)計(jì)時(shí)一定要留出一定的空間，便于裝卸氣管以待檢測(cè)，待檢測(cè)氣管如下圖。圖2.1待檢測(cè)氣管圖2.3氣密性檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的部件設(shè)計(jì)2.3.1大支架設(shè)計(jì)為了加快工作效率，在實(shí)際操作中需要設(shè)計(jì)三個(gè)工位，最右側(cè)工位用來補(bǔ)充待檢氣管，中間工位存儲(chǔ)待檢氣管，可以用來檢測(cè)氣管的氣密性，最左側(cè)用來取下待檢測(cè)氣管。具體的運(yùn)行步驟是：(1)把氣管放在氣管輸送機(jī)構(gòu)上，啟動(dòng)機(jī)器，實(shí)行定位、夾緊、堵孔等步驟，(2)持續(xù)增加待檢測(cè)管(3)等第一個(gè)氣管檢測(cè)完成后，輸送管道機(jī)構(gòu)向定位機(jī)構(gòu)再輸送一個(gè)管路，機(jī)械手再次抓取管路至檢測(cè)位置，如此往復(fù)運(yùn)行，提高工作效率。大支架四支腳采用標(biāo)準(zhǔn)方管40x40x2.5。方管焊接在支撐底板上。底板材質(zhì)為Q235B，在其上打孔安裝地腳螺栓。如圖2.2所示：圖2.2大支架圖2.3.2管路傳送裝置圖2.3管路傳送機(jī)構(gòu)如圖2.3所示，在送料機(jī)構(gòu)機(jī)架上安裝有兩個(gè)小支架，在每個(gè)小支架上安裝有兩條小輸送帶，兩條輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)方向向左側(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)，氣管在輸送帶的帶動(dòng)下一直向擋料氣缸處移動(dòng)，完成物料的輸送工作。2.3.2.1管路傳送裝置輸送帶及電機(jī)選型計(jì)算在該輸送線上主要由兩組電機(jī)進(jìn)行輸送，在管路布滿輸送線時(shí)可以排列84個(gè)管路，每個(gè)管路重量（按20米）5.16kg，因兩條輸送線相同，只需計(jì)算一邊的電機(jī)即可。單邊輸送的重量G=(5.16X84)/2=216.72kg，管路與支撐架摩擦系數(shù)μ=0.17，故輸送管路的摩擦力f=0.17*216.72*10=368N管路總重量G=5.16*84=433帶輪直徑D=50mm，輸送帶總長(zhǎng)度L=3000mm，20秒將物料從輸入端送至輸出端，電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速960rpm。皮帶輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈皮帶輸送距離L1L1=πD=3.14*50=157mm輸送完畢3000mm所需時(shí)間tt=3000157=19.1輸送完3000mm皮帶需要運(yùn)轉(zhuǎn)的圈數(shù)QQ=3000157=19.1圈即皮帶每秒轉(zhuǎn)1圈，則每分鐘轉(zhuǎn)速為60rpm，取轉(zhuǎn)速60rpm。傳動(dòng)比i=60/960=1:16=0.0625傳動(dòng)總效率取η=0.83皮帶傳送軸所需功率：Pa=(f+GV)V=801*0.15=120kwT=9550Pa/n=1.91x104Nm總傳動(dòng)比i=0.0625電機(jī)功率P=傳動(dòng)總效率取η=0.83則實(shí)際電機(jī)功率選擇P電=Pη故選擇電機(jī)功率3kw，轉(zhuǎn)速960rpm，極數(shù)：6，電壓380V,3P2.3.2.2輸送帶傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)與計(jì)算τ=TWT=τ——軸的扭剪應(yīng)力、扭切應(yīng)力N/mm2(MPa)傳T——扭矩N·mmP——軸傳動(dòng)的功率=kWn——軸的轉(zhuǎn)速rpmd——軸的直徑mm[τ]——軸材料的許用扭剪應(yīng)力N/mm2(MPa)WT—為軸的抗扭截面系數(shù)，也稱之為抗扭截面模量WT=πd將（2-5）移項(xiàng)整理得：d≥39.55×106當(dāng)軸的材料確定后，3于是：d≥C?3表2-1常見材料[τ]和C值d≥C?3Pn=112×3圖2.4傳動(dòng)軸零件圖2.3.3夾緊和堵孔裝置夾緊和堵孔裝置是氣密性檢測(cè)時(shí)最關(guān)鍵的技術(shù)之一，夾緊裝置是精確堵孔的保障，實(shí)現(xiàn)了氣管的自動(dòng)安置和定位，為接下來的堵孔步驟提供條件。氣缸夾緊堵孔組件安裝圖如圖2.5所示。這個(gè)裝置的具體運(yùn)行流程為：(1)機(jī)械手將管料一頭輸送至接頭母座位置，(2)左邊的氣缸頂住直軸向下移動(dòng)，使其夾緊氣管；(3)機(jī)械手將管料另一頭輸送至接頭母座位置(4)右邊的氣缸頂住直軸向下移動(dòng)，使其夾緊氣管；(5)夾緊完成后氣密檢測(cè)儀開始向管道內(nèi)充入氣體，至此，完成氣管裝夾與檢測(cè)準(zhǔn)備工作。（6）檢測(cè)完成后，機(jī)械手抓取左側(cè)接頭口，左側(cè)氣缸升起，松開接頭，機(jī)械手取下左側(cè)管路頭根據(jù)檢測(cè)結(jié)果放入，良品或不良品框內(nèi)（7）根據(jù)步驟6，松開右側(cè)接頭口，完成氣管檢測(cè)工作。圖2.5夾緊和堵孔裝置圖2.6夾緊和堵孔3D圖2.3.3.1夾緊和堵孔裝置氣缸選型在夾緊和堵孔裝置中，左右夾緊氣缸安裝在氣密性檢測(cè)平臺(tái)的左右兩端，在氣管安裝時(shí)負(fù)責(zé)夾緊和松開氣管，在氣密性檢測(cè)時(shí)負(fù)責(zé)夾緊氣管以防跑偏和移動(dòng)。左右夾緊氣缸主要考慮的是推力和行程。推力的計(jì)算：首先需要考慮的是在夾爪夾緊時(shí)，氣管自身的重力與加壓測(cè)試時(shí)壓力。氣管自身的重力，我們按照20米長(zhǎng)管路設(shè)計(jì)，重量約G=0.258x20=5.16kg氣體壓力：P=0.6MPa管路截面積=3.14*102=314mm2F=PS=600000*

0.000314=188.4NF總=G+F=5.16*10+188.4=240N由于夾爪與氣管靠摩擦力夾緊管子，摩差系數(shù)μ=0.17F總=0.17NN=F總/0.17=1441N氣缸選擇工作壓力0.5MPa，故此選擇80缸徑行程選擇40。需要檢測(cè)氣缸是否到位，所以選擇付磁石的氣缸，并選擇帶有磁力開關(guān)的傳感器，故此選擇亞德客氣缸型號(hào)如下：ACQ80X40S圖2.7氣缸理論出力表2.3.4氣密性檢測(cè)整體結(jié)構(gòu)圖圖2.8氣密性檢測(cè)整體結(jié)構(gòu)圖圖2.9氣密檢測(cè)整體3D視圖2.4機(jī)械手選型1、有效負(fù)載，機(jī)械手在其工作空間可以攜帶的最大負(fù)荷，單支待檢測(cè)管路重量為5.16kg，手爪質(zhì)量為4.5kg，所以總搬運(yùn)重量為5.16+4.5=9.66kg，根據(jù)機(jī)器手的負(fù)載曲線，在空間范圍的不同距離位置，實(shí)際負(fù)載能力會(huì)有差異，所以選擇最大負(fù)荷為15kg的機(jī)械手。2、該機(jī)械手應(yīng)用場(chǎng)合，需要應(yīng)用在物料自動(dòng)上下料場(chǎng)合，所以選擇具有搬運(yùn)特點(diǎn)的機(jī)械手。3、最大作動(dòng)范圍機(jī)械手的水平運(yùn)動(dòng)范圍1000mm內(nèi)；機(jī)械手的最大垂直高度的量測(cè)是從機(jī)器人能到達(dá)的最低點(diǎn)到手腕可以達(dá)到的的最大高度的距離(Y=1500).最大水平作動(dòng)距離是從機(jī)器人底座中心到手腕可以水平達(dá)到的最遠(yuǎn)點(diǎn)的中心的距離(X=1000).4、運(yùn)轉(zhuǎn)速度；這個(gè)參數(shù)與每一個(gè)用戶息息相關(guān)?？剂繌囊粋€(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的加減速，實(shí)際運(yùn)行的速度將在0和最大速度之間。這項(xiàng)參數(shù)單位通常以度/秒計(jì)。有的機(jī)器人制造商也會(huì)標(biāo)注機(jī)器人的最大加速度。5、剎車和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量基本上每個(gè)機(jī)器人制造商提供他們的機(jī)器人制動(dòng)系統(tǒng)的信息。有些機(jī)器人對(duì)所有的軸配備剎車，其他的機(jī)器人型號(hào)不是所有的軸都配置剎車。要在工作區(qū)中確保精確和可重復(fù)的位置，需要有足夠數(shù)量的剎車。另外一種特別情況，意外斷電發(fā)生的時(shí)候，不帶剎車的負(fù)重機(jī)器人軸不會(huì)鎖死，有造成意外的風(fēng)險(xiǎn)。6、重復(fù)定位精度：該參數(shù)直接反映了工業(yè)機(jī)械手的精度。如果工業(yè)機(jī)械手重復(fù)執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作，則到達(dá)某個(gè)位置時(shí)將出現(xiàn)錯(cuò)誤。精度越高，誤差越小。通常，工業(yè)機(jī)械手的誤差在±0.5mm之內(nèi)。7、防護(hù)等級(jí)：如果使用工業(yè)機(jī)械手的環(huán)境多塵或進(jìn)水會(huì)影響工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)行，請(qǐng)務(wù)必研究工業(yè)機(jī)械手的防護(hù)等級(jí)。不同的工業(yè)機(jī)器人手臂對(duì)各種環(huán)境的適應(yīng)性是不同的?？紤]此條件并選擇與工作環(huán)境相匹配的工業(yè)機(jī)械手。據(jù)此選擇ABBIRB2600-12/1.65工業(yè)機(jī)械手。圖2.10ABBIRB2600工業(yè)機(jī)器人參數(shù)表一圖2.10ABBIRB2600工業(yè)機(jī)器人參數(shù)表二圖2.11IRB2600-12/1.65工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)空間第三章氣密性檢測(cè)控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)通過前幾章的理論分析，設(shè)計(jì)了氣密性檢測(cè)機(jī)械裝置。本章分析了氣密性檢測(cè)的過程和機(jī)械設(shè)備的需求，利用電氣控制原理分析了需要用于控制的PLC和氣缸，設(shè)計(jì)了電路圖，集成了一套基于PLC控制的自動(dòng)氣密性檢測(cè)系統(tǒng)。3.1PLC可編程邏輯控制器的理論基礎(chǔ)3.1.1PLC的產(chǎn)生和發(fā)展PLC是一種數(shù)字化操作的電子系統(tǒng)。它的全稱是可編程邏輯控制器。主要應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境。它使用可編程存儲(chǔ)器作為內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、序列控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等面向用戶的指令，通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。它是工業(yè)控制的核心部分。早期的PLC主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超出了邏輯控制的范圍。因此，這種設(shè)備現(xiàn)在被稱為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但為了避免與personalcomputer的縮寫相混淆，可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC。PLC是由美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)于1969年開發(fā)的。目前美國、日本、德國的可編程控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。3.1.2PLC的功能特點(diǎn)分析根據(jù)前面章節(jié)的分析，本文設(shè)計(jì)的氣密性檢測(cè)與控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)處理、氣缸控制、報(bào)警、人機(jī)互動(dòng)等主要功能。其中，信號(hào)處理、氣缸操作和報(bào)警需要通過PLC實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處理是指PLC接收來自計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行圖像處理和傳感器反饋信號(hào)，將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為邏輯信號(hào)和指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。氣缸控制是指氣缸在PLC的控制下，將氣密性檢測(cè)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)到某一特定位置，以實(shí)現(xiàn)氣密性檢測(cè)測(cè)試的目的。報(bào)警是指操作過程中如果出現(xiàn)緊急情況，PLC會(huì)立即控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其迅速停止并發(fā)出報(bào)警聲，提示工作人員注意安全。在氣密性檢測(cè)中，工作人員還需要了解整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，而且為了調(diào)試的方便，PLC還需要增加人際互動(dòng)的功能。3.2PLC的選取3.2.1PLC的分類目前，各廠家生產(chǎn)的PLC品種、規(guī)格、功能各不相同。沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。主要有三種分類方法，1.按結(jié)構(gòu)形式分類目前，就PLC的硬件結(jié)構(gòu)而言，PLC可分為四種基本結(jié)構(gòu)形式:整體式固定1/0型、模塊化型、集成型和分布式型。其特點(diǎn)如下。(1)一體式固定1/OPLC積分固定1/OPLC是一種固定1/O點(diǎn)的小型PLC。處理器、存儲(chǔ)器、電源、輸入輸出接口和通信接口安裝在基本單元上。這種PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。適用于I/O控制要求固定、點(diǎn)位較少的機(jī)電一體化設(shè)備。常用的有西門子的S7-200系列和三菱的FX1、FX2、fxzx系列。(2)模塊化的PLC模塊化PLC是大中型PLC的常見結(jié)構(gòu)。其部分或全部機(jī)組均采用模塊化安裝機(jī)構(gòu)形式，配有專用安裝底板。底板除了安裝和固定各個(gè)PLC模塊外，還具有內(nèi)部連接總線，通過內(nèi)部總線各模塊形成一個(gè)整體。模塊化PLC按電源、CPU、輸入/輸出、通信等不同模塊劃分。模塊化PLC具有以下特點(diǎn):1)模塊可由用戶自由選擇，不受基本單元1/O的限制，配置靈活:2)可連接多個(gè)1/O點(diǎn)及功能模塊，便于形成大中型PLC;3)模塊可拆卸，便于調(diào)試和維護(hù);4)常用于復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。大多數(shù)廠家的大中型plc都采用這種結(jié)構(gòu)，如西門子的S7-300/400系列，三菱的Q系列。(3)集成PLC集成PLC一般作為數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的功能補(bǔ)充。它將PLC和CNC集成在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床或其他數(shù)控設(shè)備的輔助技能控制。這種PLC通常沒有獨(dú)立的電源和CPU，不能單獨(dú)使用。集成PLC的優(yōu)點(diǎn)是可以通過CNC的操作面板進(jìn)行程序編輯、調(diào)試和狀態(tài)診斷。(4)分布式PLC分布式PLC是一種用于大型生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的PLC。一般通過在PLC上增加“主站模塊”進(jìn)行遠(yuǎn)程控制來控制遠(yuǎn)程VO。分布式PLC的特點(diǎn)是每個(gè)組件模塊可以安裝在不同的工作場(chǎng)所。中央控制PLC(主站)和“工作站(從站)”需要通過總線進(jìn)行連接和通信。因此，這實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC與功能模塊之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2、按控制規(guī)模分類按控制規(guī)?？煞譃橹鳈C(jī)、中機(jī)和小型機(jī)。小型機(jī)：小型機(jī)控制點(diǎn)一般在256點(diǎn)以內(nèi)，適合單機(jī)控制或小系統(tǒng)控制。中機(jī)：中機(jī)控制點(diǎn)一般小于2048點(diǎn)，可直接控制設(shè)備。它還可以在下一級(jí)監(jiān)控多個(gè)可編程控制器，適用于中型或大型控制系統(tǒng)的控制。主機(jī)：主機(jī)的控制點(diǎn)一般大于2048點(diǎn)，不僅可以完成更復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，還可以進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。它不僅可以直接控制設(shè)備，還可以監(jiān)控多個(gè)PLC的下一級(jí)。3.按功能分類根據(jù)功能分類，PLC可分為低級(jí)機(jī)、中級(jí)機(jī)和高級(jí)機(jī)。如表3.1所示表3.1按功能劃分的PLC分類表對(duì)主要功能應(yīng)用程序進(jìn)行分類低端機(jī)器具有基本的控制功能和平均計(jì)算能力。該工作主要適用于開關(guān)量控制和順序控制速度較低，頻帶輸入和輸出模塊的數(shù)量低于控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)控制和少量較少的模擬控制情況中程機(jī)控制功能強(qiáng)，運(yùn)算能力強(qiáng)。它適用于開關(guān)和模擬三角函數(shù)、指標(biāo)和PID運(yùn)算越復(fù)雜，工程量控制系統(tǒng)越復(fù)雜為了提高速度，還需要增加頻帶輸入和輸出模塊的數(shù)量有許多類型的輸入和輸出模塊。高檔機(jī)床具有強(qiáng)大的控制功能和強(qiáng)大的計(jì)算能力。可應(yīng)用于更大規(guī)模的過程控制復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。工作速度非?？?，能帶可以傳輸?shù)较到y(tǒng)中，可以構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)輸入輸出模塊的數(shù)量非常多，輸入輸出模塊的種類構(gòu)成了整個(gè)工廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)類也很全面，這種可編程控制器可以完成規(guī)范3.2.2I/O地址分配根據(jù)上一節(jié)的分析，PLC要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：處理傳感器反饋信號(hào)、控制氣缸、控制機(jī)器人等執(zhí)行部件的運(yùn)行和報(bào)警顯示。在輸入接口方面，首先設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)換檔開關(guān)。當(dāng)開關(guān)被控制時(shí)，PLC的控制模式將自動(dòng)從手動(dòng)控制模式轉(zhuǎn)換為自動(dòng)控制模式。當(dāng)PLC處于自動(dòng)控制模式時(shí)，氣密性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，可自動(dòng)完成定位夾緊、堵孔充氣、氣密性檢測(cè)、工位轉(zhuǎn)換等工序。當(dāng)PLC在手動(dòng)控制模式下,員工可以使用切換到手動(dòng)控制每個(gè)組件一步一步操作,這是方便發(fā)現(xiàn)問題:其次,為了方便員工的操作靈活的操作系統(tǒng),設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng)和停止開關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)懸掛。當(dāng)系統(tǒng)需要繼續(xù)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，按下自動(dòng)啟動(dòng)開關(guān);名稱地址手動(dòng)信號(hào)X01自動(dòng)信號(hào)X02分料氣缸1置位/復(fù)位開關(guān)X03分料氣缸2置位/復(fù)位開關(guān)X04夾緊氣缸1置位/復(fù)位開關(guān)X05夾緊氣缸2置位/復(fù)位開關(guān)X06機(jī)器人啟動(dòng)信號(hào)X07分料1物料到位信號(hào)X10分料2物料到位信號(hào)X11分料3物料到位信號(hào)X12分料4物料到位信號(hào)X13物料輸送電機(jī)繼電器Y01夾料氣缸繼電器Y02分料氣缸1繼電器Y03分料氣缸2繼電器Y04分料氣缸3繼電器Y05分料氣缸4繼電器Y06夾緊氣缸1繼電器Y07夾緊氣缸2繼電器Y08機(jī)器人啟動(dòng)信號(hào)Y09報(bào)警信號(hào)表3.1PLCIO點(diǎn)分配圖3.1PLC程序截圖3.2.3檢測(cè)流程圖開始開始相關(guān)初始化相關(guān)初始化系統(tǒng)自檢系統(tǒng)自檢讀取默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)數(shù)據(jù)讀取默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)束線束檢測(cè)按ESC退出提示開始檢測(cè)結(jié)束線束檢測(cè)按ESC退出提示開始檢測(cè)進(jìn)入主界面進(jìn)入主界面執(zhí)行檢測(cè)執(zhí)行檢測(cè) YN圖3.2檢測(cè)流程圖第四章設(shè)備成本分析與環(huán)境影響4.1設(shè)備成本的主要組成氣密檢測(cè)設(shè)備的主要組成方式主要有以下部分組成、產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)成本、制造成本、銷售成本、銷售培訓(xùn)成本、使用維修成本等部分組成。圖4.1產(chǎn)品生命周期成本與產(chǎn)品進(jìn)程關(guān)系生產(chǎn)成本的主要由材料成本與制造成本構(gòu)成：其中在材料成本的構(gòu)成要素里，原材料、半成品加工用輔料成本決定了單件零件的成本，而材料運(yùn)輸過程中的運(yùn)輸費(fèi)用，搬運(yùn)費(fèi)用、庫存費(fèi)用構(gòu)成了各個(gè)零件的公共成本。制造成本的主要組成因素有，零件加工時(shí)的主工時(shí)、輔助工時(shí)、加工過程中的休息工時(shí)，準(zhǔn)備工時(shí)，其中車間的管理、照明等費(fèi)用是制造成本中的公共成本，在制造過程中模具，工裝，特殊夾具的生產(chǎn)費(fèi)用構(gòu)成了特殊單件成本，企業(yè)管理費(fèi)用，營銷費(fèi)用均為生產(chǎn)成本的主要構(gòu)成。4.2設(shè)備生產(chǎn)制造過程中的主要環(huán)境影響零件加工過程中會(huì)用到、鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護(hù)等熱加工生產(chǎn)過程（屬重點(diǎn)污染源）以及切削加工、磨削加工、清洗、包裝等其它加工過程。4.2.1零件熱加工過程產(chǎn)生的廢物及污染形式

金屬熱加工過程產(chǎn)生的廢物形式，主要有以下六種：

eq\o\ac(○,1)有害氣體：SO2、H2S、CO、NOx、HF、O3；

eq\o\ac(○,2)煙塵、粉塵、錳塵；

eq\o\ac(○,3)廢渣：熔煉爐渣、澆注廢渣、熱處理熔渣、焊接廢渣、電鍍廢渣、鍛造氧化皮等；

eq\o\ac(○,4)廢水：電鍍含CN、Cr+6、Cd+2、Ba+2、C1-1、SO4-2、NO3-1等廢水，工業(yè)爐窯冷卻廢水、切削液、清洗液、涂裝廢水等；

eq\o\ac(○,5)噪聲：機(jī)械噪聲、電磁鼓噪聲、空氣動(dòng)力噪聲等；

eq\o\ac(○,6)其它：包括光、熱輻射、電磁輻射、放射性等的物理污染。4.2.2本設(shè)備生產(chǎn)過程主要用到的加工方式和主要環(huán)境影響因素

eq\o\ac(○,1)、鑄造生產(chǎn)過程中，加熱使鐵水的溫度高達(dá)1400℃左右，在鐵水的溶化過程中，大量的粉塵和有害氣體通過化鐵爐的頂部排入大氣。退火窯是對(duì)鑄件進(jìn)行熱處理的關(guān)鍵設(shè)備，它主要是改變鑄件的內(nèi)部組織提高其機(jī)械性能，在煤的燃燒過程中釋放出大量的煙塵和有害氣體，通過煙囪排入大氣。在此過程中主要的有害氣體為CO、HF和SO2。

eq\o\ac(○,2)、焊接生產(chǎn)過程產(chǎn)生的污染主要來自三個(gè)環(huán)節(jié)，一是焊接材料制造過程中產(chǎn)生的污染，如焊絲酸洗產(chǎn)生廢酸、焊絲鎮(zhèn)鋼產(chǎn)生廢水和含有毒性的廢酸；二是焊接前準(zhǔn)備和焊后處理過程產(chǎn)生的污染二是施焊過程產(chǎn)生的污染。如手工電弧焊現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生合錳、氟的煙塵量一般均達(dá)每立方米數(shù)十到數(shù)百毫克。在船倉或容器、管道內(nèi)焊接時(shí)，煙塵高達(dá)五、六百毫克／立方米。即使在露天焊接煙塵也達(dá)十幾克位方米（美國等國標(biāo)為＜5mg/m3。熔煉埋弧焊用的焊劑，排放出大量的含錳、硅、氟化物的煙塵，嚴(yán)重影響操作者的身體健康，也影響周邊地區(qū)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。碳弧焊氣格煙塵中含