畢業(yè)設(shè)計--大型調(diào)直機(jī)plc控制液動調(diào)位裝置設(shè)計

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1．1 大型鋼桿調(diào)直機(jī)及其送料裝置的特點 </p><p>　　1.1.1 調(diào)直機(jī)的介紹 </p><p>　　隨著工業(yè)的發(fā)展，調(diào)直機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中很重要的設(shè)備之一。調(diào)直機(jī)的主要作用是整形。比如在鋼管的生產(chǎn)和軋鋼的生產(chǎn)中，調(diào)直機(jī)都是必不可少的生產(chǎn)設(shè)備。其加工工件的的

2、范圍比較廣，大到直徑為幾千毫米，小到幾十毫米的工件都科技進(jìn)行加工。本設(shè)計所涉及的調(diào)直機(jī)是用于大型鋼桿的生產(chǎn)中。用來調(diào)整生產(chǎn)出來的鋼桿的圓形尺寸。它對改善鋼桿外形和提高成材率具有重要意義。</p><p>　　1.1.2 送料裝置的作用</p><p>　　送料裝置在現(xiàn)代生產(chǎn)中也占有很重要的位置。調(diào)位裝置是各種自動化設(shè)備應(yīng)用很廣泛的裝置，屬于送料裝置的一種。它是利用液壓或電機(jī)等，做動力源，通

3、過機(jī)器手或夾具之類，對要加工的工件進(jìn)行軸向或周向移動，以方便加工。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們越來越明白，人工操作調(diào)位，不僅浪費人力，又浪費工時。對于簡單加工調(diào)位來說，這種浪費不是很明顯。但是，對于大型工件加工來說，這種浪費就是顯而易見的了。因此，送料裝置的自動化，將大大提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　1．2 采用PLC和液壓技術(shù)以后的特點</p><p>　　1.2.1 PLC控制發(fā)展及

4、應(yīng)用特點</p><p>　　隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，PLC、單片機(jī)、變頻器在工廠設(shè)備改造中得到了廣泛應(yīng)用。尤其是大型設(shè)備，其工作環(huán)境比較惡劣，而且重載下頻繁起動、制動、旋轉(zhuǎn)等操作，所以傳統(tǒng)的繼電控制已呈現(xiàn)出許多的缺點，對這一類生產(chǎn)機(jī)械的改造已十分必要。</p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller）是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的專用計算機(jī)控制裝置，是20世

5、紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種控制設(shè)備。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 Programmable Logic Controller，簡稱 PLC，主要作用就是替代繼電器實現(xiàn)控制。工業(yè)控制領(lǐng)域的快速發(fā)展和不斷增長的新需求，使得目前這類裝置的功能已經(jīng)大大超出了邏輯控制的范圍。隨著現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)和推廣，更加有力地促進(jìn)了 PLC 產(chǎn)品在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 隨著 PLC 在控制領(lǐng)域的不斷推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量也越來越多

6、，而且功能日趨完善。對 PLC 產(chǎn)品可以根據(jù)不同的視點進(jìn)行分類，最常見的分類方法是按其控制點數(shù)和功能分為大型、中型和小型 PLC。還有一種將 PLC 按地域劃分的理念很有特色，是將當(dāng)前的 PLC 產(chǎn)品按地域分為三個流派：美國產(chǎn)品，歐洲產(chǎn)品，日本產(chǎn)品。</p><p>　　隨著PLC技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC作為一種以微電腦技術(shù)為核心的自動控制裝置，己被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、輕工、能源、交通等各種行業(yè)。特別是

7、近幾年來，隨著計算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通信能力上的飛速發(fā)展，大大增強(qiáng)了PLC的通信能力，豐富了PLC編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了PLC的過程控制能力。因此，無論是單機(jī)還是多機(jī)控制、生產(chǎn)流水線控制及過程控制都可以采用PLC推廣和普及PLC技術(shù)對提高我國的工業(yè)自動化水平及生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。</p><p>　　在全世界，美國羅克韋爾自動化公司(Rockwell Autamation )所屬艾倫一布拉德利公

8、司Cliten-Bradley公司，簡稱A-B公司)的PLC產(chǎn)品無論在技術(shù)上、規(guī)模上還是市場占有率上，都處于領(lǐng)先地位，其優(yōu)良的PLC產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)功能方面有著特別強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，在中國工業(yè)自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。雖然其進(jìn)人中國市場相對較晚，但近幾年來，其自動化控制產(chǎn)品卻以每年30%的銷售額在增長。</p><p>　　早期的可編程序控制器主要由分立元件和中小規(guī)摸集成電路組成，它采用了一些計算機(jī)技術(shù)但簡化了一汁算

9、機(jī)內(nèi)部電路，對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性較好;而且指令系統(tǒng)簡單，一般只具有邏輯運算功能。隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展，特別是微處理器和微計算機(jī)的迅速發(fā)展，在70年代中期，美、日、德的一些廠家在可編程序控制器中開始更多地引人微機(jī)技術(shù)，微處理器及其它大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部分，這使可編程序控制器的性能價格比產(chǎn)生了新的突破。微處理器CPU、只讀存儲器ROM,隨機(jī)存取存儲器RAM等已成為PLC的核心。PI,C不僅用邏輯編程取代了硬連線邏輯，還增

10、加了運算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，而且隨著其速度、容量、功能、通信能力等的增強(qiáng)，它已真正成為了一種電子計算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。</p><p>　　從本世紀(jì)20年代起，人們開始用導(dǎo)線將各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起.來組成控制系統(tǒng)，以控制各種生產(chǎn)機(jī)械。這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單、容易掌握、價格便宜，能在一定范圍內(nèi)〔特別是在工作模式固定、工作方式簡單的場合)滿足自

11、動控制的需要，因而使用面甚廣，這使它在一定時期內(nèi)成為工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的設(shè)備。但是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，控制要求愈來愈復(fù)雜，繼電器的類型和數(shù)量不得不大量增加，電器之間的連接也變得非常復(fù)雜口首先，由于控制柜的體積越來越龐大，大大增加了生產(chǎn)控制柜的難度;其次，在繼電接觸器控制系統(tǒng)中，即使一個繼電器或一條連線出現(xiàn)故障，都會造成整個系統(tǒng)運行的不正常，而且由于系統(tǒng)的復(fù)雜，給查找和排除故障帶來困難，維修非常不便;另外，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原來的

12、接線和控制柜就要改接或更換，可見繼電接觸器控制系統(tǒng)的通用性和靈活性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，為了滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，人們自然對控制系統(tǒng)提出了更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更通用、更靈活、易維修等要求。</p><p>　　從60年代開始，人們相繼開發(fā)了各式各樣的控制裝置來滿足上述要求，如半導(dǎo)體邏輯元件控制裝置。半導(dǎo)體邏輯元件是一種由半導(dǎo)體電子器件(各種晶體管、電阻、電容和硅可控整流元件等)組成的自動化元件，它種類很多，如各種邏輯門(與

13、、或、非)、觸發(fā)器、延時元件、振蕩器、開關(guān)放大器、電平檢測器、接近開關(guān)、交流可控硅開關(guān)等等。用這些元件，可按某種控制需要構(gòu)成相應(yīng)的無觸點邏輯控制系統(tǒng)及控制裝置;也可用邏輯元件組成通用的順序控制裝置。最常用的一種順序控制裝置是利用二極管矩陣來實現(xiàn)輸入輸出邏輯關(guān)系，此時，只要改變矩陣板上二極管插頭的位置就可以改變動作的順序，即可大大增加控制系統(tǒng)的靈活性。后來，由于小型計算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模的生產(chǎn)以及多機(jī)群控技術(shù)的發(fā)展，人們也曾試圖用小型計算機(jī)

14、來實現(xiàn)工業(yè)控制的要.求，但由于價格昂貴、輸人輸出電路的不匹配及編程技術(shù)復(fù)雜等原因〔因為當(dāng)時汁算機(jī)的接口技術(shù)、編程技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到目前的水平)，并未得到推廣應(yīng)用。</p><p>　　到60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭趨向激烈，各生產(chǎn)廠家汽車型號不斷更新，由于其加工的生產(chǎn)線亦必須隨之改變，因而要求對整個控制系統(tǒng)重新配置1968年，美國通用汽車公司(GM)公開招標(biāo)，并對控制系統(tǒng)提出具體要求:</p>

15、<p>　　編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；</p><p>　　維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)，即插件式;</p><p>　　可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)，能在惡劣環(huán)境下工作；</p><p>　　體積小于繼電器控制柜；</p><p>　　價格便宜，成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭；</p><p>　　輸人、輸出可以采

16、用市電，電流達(dá)到一定要求(2A以上)，可直接驅(qū)動繼電器和電磁閥；</p><p>　　具有數(shù)據(jù)通信功能，數(shù)據(jù)可直接送人管理計算機(jī)；</p><p>　　易于系統(tǒng)擴(kuò)展，在擴(kuò)展系統(tǒng)時只要很小的改變；</p><p>　　用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K以上。</p><p>　　這些要求實際上提出了將繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、使用方便、價格低的

17、優(yōu)點與計算機(jī)的功能完善、靈活性、通用性好的特點結(jié)合起來，將繼電接觸器控制硬接線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。當(dāng)時人們把它稱為可編程序邏輯控制器PLC(Programmahle Logir Controller)，但只是用它取代繼電接觸器控制，功能僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計時、計數(shù)等。可編程序控制器問世后，發(fā)展

18、極為迅速。1971年日本開始生產(chǎn)可編程序控制器;1913年歐洲開始生產(chǎn)可編程序控制器;到現(xiàn)在，世界各國一些著名的電氣制造商幾乎都在生產(chǎn)PLC裝置，如美國羅克韋爾自動化公司的A-B、歐洲的西門子、日本的三菱和OMRUN、美國的GE等。 PLC已作為，一個獨立的工業(yè)設(shè)備被列人生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。</p><p>　　PLC之所以應(yīng)用如此廣泛，主要是由于PLC有諸多優(yōu)點：</p><p&

19、gt;<b>　　編程軟件簡單易學(xué)</b></p><p>　　PLC最常用的語言是面向控制的梯形圖語言。它采用了與實際電氣控制非常接近的圖形編輯形式，既繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路清晰直觀的特點，又考慮帶大多數(shù)工礦企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣，易學(xué)易用，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，只要有一定的電工和工藝知識即可在短時間內(nèi)學(xué)會。對于企業(yè)中一般的電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人，由于這種面向生產(chǎn)、面向用戶的

20、編輯方式，與常用的微機(jī)語言相比更容易被接受。盡管現(xiàn)代的PLC也用高級語言編制復(fù)雜的程序，但梯形圖仍廣泛地被應(yīng)用。</p><p>　?。?）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　PLC采用了LSI芯片，組成LSI的電子組件都是由半導(dǎo)體電路組成。以這些電路充當(dāng)?shù)能浝^電器等開關(guān)是無觸點的。逐個使得PLC的平均無故障時間可達(dá)幾十萬小時。為了保證PLC在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣的情況下能夠可靠工作，

21、在其設(shè)計和制造中采取了一系列硬件和軟件的抗干擾措施，其主要方法是對所有輸入/輸出（I/O）接口電路采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響。</p><p>　?。?）設(shè)計、安裝容易，調(diào)試周期短，維護(hù)簡單</p><p>　　PLC已實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，設(shè)計者可在規(guī)格繁多、品種齊全的PLC產(chǎn)品中選用高性價比的產(chǎn)品。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼

22、電器、時間繼電器、記數(shù)器等器件，從而使控制柜的設(shè)計、安裝接線工作量大為減少。用戶程序的大部分可以在實驗室模擬進(jìn)行，調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)放到生產(chǎn)現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試，這樣既快速又方便安全，從而大大縮短了設(shè)計和調(diào)試周期。</p><p>　?。?）模塊品種豐富、通用性好、功能強(qiáng)大</p><p>　　現(xiàn)代的PLC具有工業(yè)控制所要求的各種控制功能，它既可控制單臺設(shè)備，又可控制一條生產(chǎn)線或全部生產(chǎn)工

23、藝工程。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，可與相同或不同廠家和類型的PLC聯(lián)網(wǎng)，并可與上位機(jī)通信構(gòu)成分布控制系統(tǒng)。兼容性的優(yōu)劣是判斷PLC產(chǎn)品性能、質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。</p><p>　?。?）體積小、能耗低</p><p>　　PLC采用LSI或VLSI芯片，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低。自從美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制出第一臺PLC，PLC已經(jīng)經(jīng)過了將近40年的發(fā)展，現(xiàn)在已

24、發(fā)展到第五代。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以單片機(jī)或者其他16位、32位的微處理器作為PLC的主控制芯片將更多地應(yīng)用于PLC。今后，PLC主要朝以下幾個方向發(fā)展。</p><p><b>　?。?）高速化</b></p><p>　　目前，PLC的處理速度與計算機(jī)相比還比較慢，其最高級的CPU也不過是80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU并行處理、

25、分時處理或分任處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級。</p><p>　?。?）模塊種類將豐富多彩</p><p>　　為了適應(yīng)各種特殊功能的需要，各種智能模塊將層出不窮。智能模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件，他們的CPU與PLC的CPU并行工作，占用主機(jī)的CPU時間很少，有利于提高PLC的掃描速度和完成特殊的控制要求。</p&

26、gt;<p>　?。?）可靠性進(jìn)一步提高</p><p>　　隨著PLC進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，對可靠性的要求進(jìn)一步提高，糾錯能力將進(jìn)一步得到加強(qiáng)。除通過PLC的自診斷功能檢測故障外，各PLC生產(chǎn)廠家還在發(fā)展專門用于檢測外部故障的專用智能模塊，以進(jìn)一步提高PLC系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　?。?）統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化</p><p>　　PLC發(fā)展已將近40

27、年，一直沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這為各個生產(chǎn)廠家及用戶帶來極大的不便，隨著PLC的高速發(fā)展，這種矛盾更加突出。其標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了各廠家產(chǎn)品的相互兼容。</p><p>　?。?）小型化、低成本</p><p>　　小型PLC的基本特點是價格低，簡單可靠，適用于回路或設(shè)備的單機(jī)控制，便于機(jī)電一體化。除此之外，小型PLC有靈活的組態(tài)特性，能與其他機(jī)型連用。</

28、p><p>　　（6）編程語言的高級化</p><p>　　除了梯形圖，語句表，流程圖外，一些PLC增加了BASIC，C等編程語言。另外，將出現(xiàn)通用的、功能更強(qiáng)的組態(tài)軟件，進(jìn)一步改善開發(fā)環(huán)境，提高開發(fā)效率。</p><p>　　1.2.2 液壓傳動技術(shù)發(fā)展及特點</p><p>　　一部完整完整的機(jī)器是由動力裝置、傳動裝置、控制調(diào)節(jié)裝置和工作裝

29、置四部分組成。傳動裝置只是一個中間環(huán)節(jié)，其作用是把動力裝置（電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）的輸出功率傳送給工作裝置。傳動有多種類型，如機(jī)械傳動（齒輪、軸、曲軸等）、電力傳動（感應(yīng)電動機(jī)、直線電動機(jī)、轉(zhuǎn)矩電動機(jī)等）、液體傳動、氣體傳動以及它們的組合——復(fù)合傳動等。</p><p>　　用液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動方式稱為液體傳動。按照其工作原理的不同，液體傳動可分為液壓傳動和液力傳動。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來

30、傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。液壓傳動又稱為容積式液壓傳動。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、石油化工、交通運輸、軍事器械、礦山冶金、航海、輕工、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時，它也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程、地震預(yù)測等各個技術(shù)領(lǐng)域中。</p><p>　　液壓傳動相對于機(jī)械傳動來說是一門新學(xué)科，但相對于計算機(jī)等，它又是一門較老的技術(shù)

31、。如果從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀(jì)末英國制成第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動已有二三百年的歷史。只是由于在早期還沒有成熟的液壓傳動技術(shù)和液壓元件，而使它沒有得到普遍應(yīng)用。</p><p>　　液壓傳動系統(tǒng)的組成分為五部分：</p><p>　?。?）液壓動力元件。液壓動力元件指液壓泵，它是將動力裝置的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為液壓能裝置，其作用是為液壓傳動系統(tǒng)提供壓力油，是液壓傳動系統(tǒng)的動

32、力源。</p><p>　?。?）液壓執(zhí)行元件。液壓執(zhí)行元件指液壓缸或液壓馬達(dá)，它是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動工作裝置做功。</p><p>　　（3）液壓控制調(diào)節(jié)元件。它包括各種閥類元件，其作用是用來控制液壓傳動系統(tǒng)中油液的流動方向、壓力和流量，以保證液壓執(zhí)行元件和工作裝置指定工作。</p><p>　?。?/p>

33、4）液壓輔助元件。液壓輔助元件如油箱、油管、濾油器大呢感，它們對保證液壓傳動系統(tǒng)正常工作有著重要的作用。</p><p>　?。?）液壓工作介質(zhì)。工作介質(zhì)指傳動液體，通常被稱為液壓油或液壓液。</p><p><b>　　液壓傳動的特點：</b></p><p>　?、僖簤簜鲃涌煞奖愕貙崿F(xiàn)大范圍內(nèi)的無級調(diào)速。調(diào)速范圍可達(dá)1000：1；調(diào)速功能不

34、受功率大小的限制。這是機(jī)械傳動和電傳動都難以做到的。</p><p>　?、谂c電傳動相比，液壓傳動具有質(zhì)量輕、體積小、慣性小、響應(yīng)快等突出優(yōu)點。統(tǒng)計表明，液壓泵和液壓馬達(dá)的單位功率的質(zhì)量，目前僅為電動機(jī)的1/10左右，或者說液壓泵和液壓馬達(dá)單位質(zhì)量的能容量為電機(jī)10左右。液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量比（驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量之比）約為電動機(jī)的10倍，故加速性能好。液壓馬達(dá)的這種特點對伺服控制系統(tǒng)具有重大意義，它可以提高系

35、統(tǒng)的動態(tài)性能，使增益提高，頻帶變寬。</p><p>　?、垡簤簜鲃泳鶆蚱椒€(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定；并且具有良好的低速穩(wěn)定性。液壓馬達(dá)最低定轉(zhuǎn)速可小于1r/min。這是任何電動機(jī)都難以做到的。</p><p>　　④借助于各種控制閥，可實現(xiàn)過載自動保護(hù)，也易于實現(xiàn)其他自動控制或機(jī)器運行自動化。特別是液壓控制與電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合使用時，易于實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)和進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

36、</p><p>　?、萦捎谝簤涸怯霉艿肋B接的，故可允許執(zhí)行元件與液壓泵相距較遠(yuǎn)；根據(jù)設(shè)備要求與環(huán)境液壓元件可以靈活安裝，適應(yīng)性強(qiáng)。</p><p>　?、抟簤合到y(tǒng)通常以液壓油作為工作介質(zhì)，具有良好的潤滑條件，可延長元件使用壽命。</p><p>　　⑦液壓元件易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣應(yīng)用。</p><p>　　當(dāng)

37、然，液壓傳動也存在一些缺點。比如：效率較低、泄露問題、對污染敏感、檢修困難、對溫度敏感、對液壓元件加工精度要求較高等等。盡管液壓傳動有這些缺點，但是優(yōu)點畢竟占主導(dǎo)地位，并且某些缺點已在不同程度上得到克服，這也是液壓傳動技術(shù)迅速發(fā)展和應(yīng)用日益廣泛的原因。</p><p>　　由于液壓傳動和控制技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，從民用到國防，從一般傳動到精度很高的控制系統(tǒng)，都得到了廣泛地應(yīng)用。例如：國防業(yè)中的武器裝備，機(jī)床工業(yè)，工

38、程機(jī)械，汽車工業(yè)，冶金工業(yè)，船舶工業(yè)，輕紡化工和食品工業(yè)等等。</p><p>　　2 設(shè)計要求與方案確定</p><p>　　2．1 設(shè)計任務(wù)和要求</p><p>　　所設(shè)計設(shè)備用于大型鋼管制造中的調(diào)直工序，是實際應(yīng)用題目。設(shè)備由升降裝置、進(jìn)給裝置、控制系統(tǒng)組成，統(tǒng)稱大型調(diào)直機(jī)的輔助系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計完成設(shè)備的總體設(shè)計、滑車設(shè)計、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。</p

39、><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　支承工件最大直徑：800mm；</p><p>　　支承工件最小直徑：250mm；</p><p>　　支承工件重量： 2000kg；</p><p>　　支承工件長度：6m；</p><p>　　圓周轉(zhuǎn)動速度

40、：2000mm/min；</p><p>　　軸向移動速度：2000mm/min。</p><p>　　支承導(dǎo)軌型號： 24kg/m；</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計包含內(nèi)容：</b></p><p>　　設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)的擬定；典型工況分析；技術(shù)性能分析；總圖及相關(guān)系統(tǒng)圖的繪制；滑車裝配圖的繪制；零件圖的繪制；P

41、LC控制系統(tǒng)設(shè)計；控制程序設(shè)計；編寫畢業(yè)設(shè)計說明書。</p><p>　　2．2 輔助系統(tǒng)在大型調(diào)直機(jī)組中的工作原理</p><p>　　大型或巨型鋼管作為鋼結(jié)構(gòu)桿件在現(xiàn)代建筑中有著廣泛的應(yīng)用。其中，鋼板成形直縫鋼管，由于其截面型式多，力學(xué)特性好，便于制成錐塔形，生產(chǎn)設(shè)備相對簡單等特點，成為巨型鋼管中應(yīng)用較多的品種。這類鋼管生產(chǎn)過程中，整形、調(diào)直、合縫、段焊是重要的生產(chǎn)工序（以下簡稱：合

42、焊工序）。由于鋼板冷壓成形誤差的不可精確預(yù)見性，單件小批生產(chǎn)中，合焊工序常采用簡單機(jī)械的手工作業(yè)方式。這種作業(yè)方式生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大。近年來，由于市場的需求量的增長，鋼板成形直縫鋼管的生產(chǎn)已發(fā)展為批量生產(chǎn)。開發(fā)經(jīng)濟(jì)、適用的批量生產(chǎn)專用設(shè)備也成為業(yè)界技術(shù)人員普遍關(guān)注的課題。行車式大型調(diào)直機(jī)組的研制成功是一項重要的成果。調(diào)直機(jī)組可加工最大工件直徑800mm，最小直徑250mm。最大工件長度達(dá)6m，最大工件質(zhì)量2000kg，適用于圓型、棱

43、形截面的直管和錐管制造。工作原理如下：</p><p>　　調(diào)直工序的內(nèi)容是把已經(jīng)預(yù)成形的縱向開口管形在制品逐段整形，成為定形的鋼管在制品。機(jī)組實現(xiàn)截面整形功能。其中，軸向工位調(diào)置是以工件放置，輥子轉(zhuǎn)動的方式進(jìn)行的。機(jī)組包括由同一導(dǎo)軌支承的八個獨立的滑車。滑車則被動移動。當(dāng)滑車固定以后，工件的運動由滑車上的滾輪控制。分為周向轉(zhuǎn)動和軸向進(jìn)給。這種方式只適合于尺寸相對較小，質(zhì)量相對較輕的工件。</p>

44、<p>　　2．3 總體布局的確定</p><p>　　根據(jù)工作需要，確定設(shè)備的總體布局情況，工作狀態(tài)如圖2.1所示</p><p>　　圖2.1 總體布局</p><p>　　為了進(jìn)一步提高大型調(diào)直機(jī)的自動化程度，此設(shè)備為我所設(shè)計的，經(jīng)過自動化改造以后的輔助設(shè)備。</p><p><b>　　3 機(jī)械裝置設(shè)計<

45、;/b></p><p><b>　　底座</b></p><p><b>　　機(jī) 械 主 體</b></p><p><b>　　支架</b></p><p>　　機(jī)械部分 升 降 機(jī) 構(gòu) 液壓裝置</p><p>　　周

46、向 運 動 </p><p><b>　　電動裝置</b></p><p><b>　　軸 向 運 動 </b></p><p><b>　　PLC控制模塊</b></p><p>　　電器部分 無線接收裝置</p><

47、p><b>　　無線發(fā)射裝置</b></p><p>　　3．1 機(jī)械部分的計算</p><p>　　3.1.1 液壓缸的計算校核</p><p>　　本設(shè)備中：最大工件直徑是Ф800m</p><p>　　活塞桿直徑62mm，導(dǎo)程：200mm</p><p>　　運動速度：2000mm

48、/min</p><p>　?。?）缸體厚度及外徑強(qiáng)度校驗</p><p>　　缸體厚度的取值由強(qiáng)度條件決定。當(dāng)/D0.8時可按薄壁公式校驗強(qiáng)度，即</p><p>　　式中 ———— 最高工作壓力，單位為Pa；</p><p>　　———— 材料許用應(yīng)力，=，為材料抗拉強(qiáng)度，為安全系數(shù)，一般=5。</p><p&g

49、t;　　D ———— 液壓缸內(nèi)徑</p><p>　　當(dāng)/D=0.08~0.3時，按下式校驗強(qiáng)度，即</p><p>　　當(dāng)/D0.3時，按壁厚圓筒公式校驗強(qiáng)度，既</p><p>　　本設(shè)備中，液壓缸壁厚為10mm，D=125mm，=1.2Pa。則/D=10/125=0.08</p><p>　　因此，本校驗采用公式 </p>

50、;<p>　　計算得10=4.5 所以滿足要求</p><p>　　則 外徑=125+210=145（mm）</p><p>　?。?）活塞桿直徑強(qiáng)度校驗</p><p>　　活塞桿直徑強(qiáng)度按下式校驗強(qiáng)度，既</p><p>　　式中 ———— 液壓缸負(fù)載，單位為N；</p><p>　　———

51、— 材料許用應(yīng)力，=，為材料抗拉強(qiáng)度，單位為Pa，為安全系數(shù)，一般=1.4。</p><p>　　本設(shè)備中，液壓缸活塞桿的直徑為63mm，=350N</p><p>　　經(jīng)計算得 63=13.6 所以滿足要求</p><p><b>　　。</b></p><p>　　3.1.2 齒輪的校核：</p>

52、<p><b>　　齒輪的設(shè)計：</b></p><p>　?。?）.齒輪材料選定及齒數(shù)確定</p><p>　　1） 齒輪材料的選定</p><p>　　小齒輪材料為選40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。</p><p>

53、　　2） 初確定齒輪齒數(shù)</p><p>　　選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù)，取。</p><p>　　（2）.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即</p><p>　　1）確定公式內(nèi)的各種計算數(shù)值</p><p><b>　　①試選載荷系數(shù)</b></p>

54、<p>　　②計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　輸入功率為0.55Kw,小齒輪轉(zhuǎn)速為</p><p><b>　　③選取齒寬系數(shù)</b></p><p>　?、懿榈貌牧系膹椥杂绊懴禂?shù)</p><p>　　⑤按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；</p><

55、;p><b>　　⑥計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</b></p><p>　　工作壽命為10年（每年工作300天）一班制</p><p>　?、?查得接觸疲勞壽命系數(shù); </p><p>　?、嘤嬎憬佑|疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1</p><p><b>

56、　　2）計算</b></p><p>　?、僭囁阈↓X輪分度圓直徑代入中較小的值</p><p><b>　?、?計算圓周速度</b></p><p><b>　?、?計算齒寬b</b></p><p>　?、?計算齒寬與齒高之比b/h</p><p><b&

57、gt;　　模數(shù) </b></p><p><b>　　齒高 </b></p><p><b>　?、?計算載荷系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù) v=0.009m/s，查得動載系數(shù)；</p><p>　　直齒輪，假設(shè)。查得；</p><p><b&g

58、t;　　查得使用系數(shù)=1；</b></p><p>　　小齒輪相對支承非對稱布置時，</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)代入后得</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　由，得；故載荷系數(shù)</b></p><p

59、>　?、?按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑得</p><p><b>　?、?計算模數(shù)m</b></p><p>　　（3）.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為</p><p>　　1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p>　?、俨榈眯↓X輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限

60、；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；</p><p>　?、诓榈脧澢趬勖禂?shù),；</p><p>　?、塾嬎銖澢谠S用應(yīng)力</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得</p><p><b>　　④計算載荷系數(shù)K</b></p><p><b>　?、莶槿↓X形系數(shù)</b&g

61、t;</p><p><b>　　查得；。</b></p><p><b>　?、薏槿?yīng)力校正系數(shù)</b></p><p><b>　　查得；。</b></p><p>　?、?計算大、小齒輪的并加以比較</p><p><b>　　大齒輪的數(shù)

62、值大</b></p><p><b>　　2）設(shè)計計算</b></p><p>　　對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.65并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm,按接

63、觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑取=90mm，算出小齒輪齒數(shù)</p><p>　　大齒輪齒數(shù) ，取。</p><p>　　這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。</p><p><b>　?。?）.幾何尺寸計</b></p><p><b>

64、　　1）計算分度圓直徑</b></p><p><b>　　2） 計算中心距</b></p><p><b>　　3）計算齒輪寬度</b></p><p><b>　　取 ，</b></p><p><b>　　（5）.驗算</b><

65、;/p><p><b>　　合適。</b></p><p>　　3.1.3 軸承的校核：</p><p>　　為了減少各部件之間的摩擦，需要在一些部位安裝軸承，根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承兩大類。滾動軸承由于摩擦系數(shù)小，起動阻力小，而且它已標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤滑、維修都很方便，因此在一般機(jī)械中應(yīng)用較廣。</p

66、><p>　　滾動軸承可以概括地分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類。主要承受徑向載荷的軸承叫向心軸承，在安裝托輥的時候，由于托輥主要承受徑向載荷，所以選用向心軸承。所選的軸承代號為6205.</p><p>　　滾動軸承壽命的計算：</p><p>　　滾動軸承壽命的計算公式為</p><p>　　式中的單位為。為指數(shù)。對于球軸承， ；對

67、于滾子軸承，。</p><p>　　如果改用小時數(shù)表示壽命，代表軸承的轉(zhuǎn)速（單位為r/min），則以小時數(shù)表示的軸承壽命（單位為h）為</p><p>　　如果載荷P和轉(zhuǎn)速n為已知，預(yù)期計算壽命又已取定，則所需軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷C（單位為N）可根據(jù)上式計算得出：</p><p>　　滾動軸承的基本額定動載荷是在一定的運轉(zhuǎn)條件下確定的，如載荷條件為：向心軸承僅

68、承受純徑向載荷，推力軸承僅承受純軸向載荷。實際上，軸承在許多應(yīng)用場合，常常同時承受徑向載荷和軸向載荷。因此，在進(jìn)行軸承壽命計算時，必須把實際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的當(dāng)量動載荷，用字母P表示。這個當(dāng)量動載荷，對于以承受徑向載荷為主的軸承，稱為徑向當(dāng)量動載荷，常用表示；對于以承受軸向載荷為主的軸承，稱為軸向當(dāng)量動載荷，常用表示。當(dāng)量動載荷P（或）的一般計算公式為</p><p>　　式中，X、

69、Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。</p><p>　　實際上，在許多支承中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生的附加力等等，這些因素很難從理論上精確計算。為了記及這些影響，可對當(dāng)量動載荷乘上一個根據(jù)經(jīng)驗而定的載荷系數(shù)，故實際計算時，軸承的當(dāng)量動載荷應(yīng)為：</p><p>　　選取的軸承代號為6207，它的基本額定負(fù)荷：，</p>

70、<p>　　查表查的徑向動載荷系數(shù)X=0.56，軸向動載荷系數(shù)Y=1.5；</p><p>　　已確定軸承徑向載荷，軸向載荷,取</p><p>　　軸承轉(zhuǎn)速為，為球軸承取</p><p><b>　　當(dāng)量動載荷</b></p><p><b>　　軸承壽命為</b></p>

71、;<p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　3．2 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的相應(yīng)計算</p><p>　　一個電氣系統(tǒng)由電動機(jī)、電源裝置和控制裝置三部分組成。它們有多種設(shè)備或線路可供選擇。本章的任務(wù)是如何根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載性質(zhì)，工藝要求及環(huán)境條件選擇傳動方案。</p><p>　　3.2.1 電機(jī)選擇</p>

72、<p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的要求，機(jī)電傳動不公包括拖動生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)，而且包含控制電動機(jī)的一整套系統(tǒng)，也就是說，現(xiàn)代機(jī)電傳動是和由各種控制元件組成的自動控制系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起的。從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)，機(jī)電傳動控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，從廣義上講，就是要使生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)線，車間、甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化。從狹義上說，則專指控制電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的增加、質(zhì)量的提高、生產(chǎn)成本的降低、工人

73、勞動條件的改善以及能量的合理利用。隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，對機(jī)電傳動控制系統(tǒng)提出了愈來愈高的要求。例如，一些精密機(jī)床要求加工精度達(dá)百分之幾毫米，甚至幾微米，重型鏜床為保證加工精度和控制粗糙度，要求在極慢的穩(wěn)速下進(jìn)給，即要求在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速;軋鋼車間的可逆式軋機(jī)及其輔助機(jī)械，操作頻繁，要求在不到一秒的時間內(nèi)就是完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程，即要求能迅速地啟動、制動和反轉(zhuǎn);對于電梯和提升機(jī)則要求啟動和制動。</p><p>

74、　　3.2.1.1 電動機(jī)傳動系統(tǒng)的組成：</p><p><b>　?。?）電動機(jī)</b></p><p>　　1）電氣傳動系統(tǒng)的類型及自然機(jī)械特性。</p><p><b>　　直流電動機(jī)：</b></p><p>　　勵磁直流電動機(jī)分為：他勵電動機(jī)，串勵電動機(jī)和復(fù)勵電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)。&

75、lt;/p><p><b>　　交流電動機(jī)：</b></p><p>　　異步電動機(jī)分為：籠式電動機(jī)，繞線電動機(jī)。同步電動機(jī)分為：普通同步電動機(jī)無換向器電動機(jī)磁組電動機(jī)。</p><p>　　2）電動機(jī)的外殼結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　開啟式，防護(hù)式，防滴防濺式，封閉式，防爆時，密閉式六種。而封閉式又分為自然冷卻式，管道通

76、風(fēng)式，自冷式。</p><p><b>　　（2） 電源裝置：</b></p><p>　　電動機(jī)電源裝置分為機(jī)組交流裝置及電力電子交流裝置兩大類。</p><p>　?。?）電器傳動控制系統(tǒng)：</p><p>　　電器傳動控制系統(tǒng)按所用器件分類：電器控制又稱繼電器控制，與母線供電配合使用 。電機(jī)放大機(jī)和磁放大機(jī)控制：與

77、機(jī)組供電裝置配合使用，在30-60年代盛行，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，已被淘汰。電子控制裝置又分為電子管控制和半導(dǎo)體控制。</p><p>　　(4)電氣傳動系統(tǒng)按工作原理</p><p>　　邏輯控制： 通過電氣控制裝置控制電機(jī)啟動，停止，正反轉(zhuǎn)或有機(jī)調(diào)速，控制信號來自主令電器或可編程序控制器。連續(xù)速度控制： 與機(jī)組或電子電力交流裝置配合使用，連續(xù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。這類系統(tǒng)按控制系統(tǒng)原則分為開環(huán)控

78、制，閉環(huán)控制和復(fù)合控制 。按控制信號分為數(shù)字控制，模擬控制及數(shù)字模擬混合控制。直流電機(jī)調(diào)速一般都采用電壓頻率比控制，轉(zhuǎn)差率控制及矢量控制。</p><p>　　3.2.1.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載類型及生產(chǎn)機(jī)械和電動機(jī)工作制</p><p>　?。?） 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載類型</p><p>　　生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl隨轉(zhuǎn)速n而變化的特性稱為負(fù)載特性，通常分為以下三類：&

79、lt;/p><p>　　1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，在任何轉(zhuǎn)速下，Tl總保持恒定或大致恒定，這種負(fù)載稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，他多數(shù)呈反抗性的，即Tl的極性隨轉(zhuǎn)速方向的改變而改變總是起反阻轉(zhuǎn)矩作用，還有一種位勢性轉(zhuǎn)矩負(fù)載，Tl的極性不隨轉(zhuǎn)速的方向改變而改變. </p><p>　　2）某些負(fù)載,負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比形成恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)是就一定的速度變化范圍而言，當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時，

80、受機(jī)械強(qiáng)度限制，Tl不可能無限增大，在低速區(qū)專為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載恒功率和恒轉(zhuǎn)矩對傳動方案的選擇有很大影響。電動機(jī)在恒磁轉(zhuǎn)速時，最大輸出轉(zhuǎn)矩不變-恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時，最大輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比-恒功率調(diào)速。如果電機(jī)的恒功率和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍和負(fù)載的恒功率和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)一致，電動機(jī)及供電裝置功率最小，但若負(fù)載恒功率區(qū)很寬，要繼續(xù)維持上述關(guān)系，將要求特殊的寬弱磁調(diào)速范圍點機(jī)，這給電機(jī)制造及控制帶來困難，成本反而增高，這是需要找一個折中的方案，

81、適當(dāng)增大電機(jī)功率，減小弱磁調(diào)速范圍。</p><p>　?。?）生產(chǎn)機(jī)械的工作制</p><p><b>　　1）長期工作制</b></p><p>　　生產(chǎn)機(jī)械長期恒速(或變化不大)運行，根據(jù)負(fù)載施加方式不同，分為三類：平穩(wěn)負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩長期不變或變化不大，這尅機(jī)械對電氣傳動裝置的要求簡單，只要有足夠的功率和啟動轉(zhuǎn)矩就行。波動或重復(fù)短時負(fù)載

82、 負(fù)載施加，但大小波動或周期性重復(fù)施加。短時負(fù)載 勢加負(fù)載時時間短，在負(fù)載周期中占比例小。這類機(jī)械通常有較大的飛輪力矩，施加負(fù)載時，速度降低，飛輪飛出的能量做功，電機(jī)功率可適當(dāng)減小。對電機(jī)傳動裝置要求有足夠的啟動和過載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)發(fā)熱效率一般不成問題。</p><p>　　2）短時和重復(fù)工作制:短期工作制,生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)長時間將惡氣艇或加減速一次，完成一個工作循環(huán)。重復(fù)短時工作制,生產(chǎn)機(jī)械周期性的起停間隔較短。&l

83、t;/p><p>　?。?）對應(yīng)于生產(chǎn)機(jī)械的各種工作制，通常將電動機(jī)的工作類型分為八類:</p><p><b>　　連續(xù)工作制</b></p><p><b>　　短期工作制</b></p><p><b>　　斷續(xù)周期工作制</b></p><p>　　

84、包括啟動的斷續(xù)周期工作制</p><p>　　包括電制動的斷續(xù)周期工作制</p><p><b>　　連續(xù)周期工作制</b></p><p>　　包括電制動的連續(xù)周期工作制</p><p>　　包括負(fù)載與轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化的連續(xù)周期工作制</p><p>　　在上述八種工作之中，工作制s1可以按照電動機(jī)

85、的名牌給出連續(xù)定額作連續(xù)運行。對于工作制，電機(jī)應(yīng)在實際冷狀態(tài)下啟動，并在規(guī)定的時限內(nèi)運行。</p><p>　　短時工作的時限一般規(guī)定為10，30，60或90min，視電機(jī)而定。</p><p>　　對于s3和s6，每一工作周期時間為10min。</p><p>　　對于s4,s5,s7和s8等四種工作制，每小時等效啟動的次數(shù)一般為150，300或600次，并應(yīng)給出

86、電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量和折算軸上的全部外加轉(zhuǎn)動慣量之值。</p><p>　　3.2.1.3 電動機(jī)類型的選擇</p><p>　　1）直流與交流電動機(jī)的選擇</p><p>　　交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，維護(hù)量小，但起動機(jī)調(diào)速性能不如直流電動機(jī)。因而在交流電動機(jī)能滿足生產(chǎn)需要的場合都應(yīng)采用交流電動機(jī)，僅在起制動和調(diào)速方面不能滿足要求時，才考慮直流電動機(jī)。所以本設(shè)計

87、選用交流電機(jī)。</p><p>　　2）交流電動機(jī)的選擇： 需要較大起動轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的機(jī)械，所以選用三相異步電動機(jī)。注意要按生產(chǎn)機(jī)械的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速范圍，合理選擇電動機(jī)的基速及弱磁倍數(shù)。</p><p>　　3.2.1.4 電動機(jī)的功率計算</p><p>　　電動機(jī)的功率計算一般有機(jī)械設(shè)計部門選定，按負(fù)載預(yù)先選定一臺電機(jī)然后校驗：發(fā)熱校驗,根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的

88、工作制及負(fù)載圖，按等效電流法或平均損耗法進(jìn)行設(shè)計。有些生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖不易確定，可通過試驗實測或?qū)Ρ鹊确椒ㄐｒ?。啟動校?設(shè)計啟動時電源電壓的降低，檢驗啟動過程中最小轉(zhuǎn)矩是否大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，以保證電機(jī)順利啟動。過載能力校驗,對于短時工作制，重復(fù)工作制和長期工作制，電動機(jī)需要校驗電極最大過載轉(zhuǎn)矩是否大于負(fù)載最大峰值轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)GD2的校驗,某些機(jī)械對電機(jī)的動態(tài)性能有特殊要求，許校驗電機(jī)GD2能否滿足要求。其他一些特殊校驗。</p>

89、<p>　　在本設(shè)計中，機(jī)器頻繁啟停、轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩小，必須選用減速器.因功率不大，因此，每個車上選用一臺三相異步小功率電機(jī)即可。初選電動機(jī)時，首先可以根據(jù)機(jī)械工程手冊式67.1-17計算出所需電動機(jī)的功率P，再從電動機(jī)產(chǎn)品樣本中選擇JC值與此機(jī)構(gòu)工作類似相當(dāng)?shù)?、額定功率與此相近的電機(jī)。</p><p><b>　　P=</b></p><p>　　式中

90、η ——機(jī)構(gòu)總效率</p><p>　　V ——為運動速度m/s</p><p>　　W ——沿運動v方向的運動阻力kgf</p><p>　　其中W可安下列經(jīng)驗公式確定：</p><p>　　W = （w+7v）+∑C A kgf </p><p>　　式中—— 運動部分總重量 tf</p><

91、;p>　　W —— 阻力系數(shù)，用滾動軸承時w=10-12kgf/tf;</p><p>　　用滑動軸承時w=25 kgf/tf，</p><p><b>　　所以w取10</b></p><p>　　由于調(diào)直機(jī)工作環(huán)境在沒在戶外所以</p><p><b>　　=0</b></p>

92、<p>　　所以W= （w+7v）</p><p>　　電動機(jī)帶動工件和輥子，所帶的總重量=20+2000=2020kg</p><p>　　所以W=2.02（10+7*0.17）=22.6kw</p><p>　　P==0.05kw=50w</p><p>　　所以選用Y801-4-型三相異步電動機(jī)，額定功率550w，轉(zhuǎn)速13

93、90r/min,額定轉(zhuǎn)矩2.3Nm。</p><p>　　輥輪直徑200mm，周長3.14×200＝628mm。 </p><p>　　旋轉(zhuǎn)速度v=2000mm/min=33mm/s</p><p>　　pw＝Fv/1000=2020×10×0.1×33／1000=66.66W</p><p>　　最

94、大起動功率pd=66.66/0.94=71w</p><p>　　由于工件由兩個小車的兩個電機(jī)驅(qū)動，則：最大起動功率小于電動機(jī)額定功率即：71w<550w,滿足電動機(jī)起動要求。因此，電動機(jī)選擇合理。</p><p><b>　　圖3.1電機(jī)外型</b></p><p>　　三相異步電機(jī)Y801-4型，轉(zhuǎn)矩2.3N.M 轉(zhuǎn)速1390r/mi

95、n 功率：550W。</p><p>　　電機(jī)的外型如圖3.1所示。</p><p>　　因為要求輥輪的轉(zhuǎn)速為3.2r/min，所以整個傳動裝置的總傳動比為：i==434</p><p>　　3.2.2 減速器的選擇</p><p>　　減速器是原動機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大

96、轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。</p><p>　　減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐一圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。</p><p>　　減速

97、器的種類繁多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器，按照傳動級數(shù)不同可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀不同可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置又可分為展開式、分流是式和同軸式減速器。</p><p>　　本設(shè)計選擇行星齒輪減速器。</p><p>　　行星減速器是一種新型的機(jī)械傳動變速機(jī)構(gòu)。與普通齒輪傳動相比,具有體積小,重量輕,

98、結(jié)構(gòu)簡單,傳動比范圍大(單級傳動比為40～350,多級傳動比可達(dá)1600～100000),傳動效率高(單級傳動效率η≥85%),傳動精度高, 承載能力強(qiáng)等特點,可廣泛用于航空、航天、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)床微量進(jìn)給、通訊設(shè)備、紡織機(jī)械、化纖機(jī)械、造紙機(jī)械、差動機(jī)構(gòu)、印刷機(jī)械、食品機(jī)械和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。 </p><p>　　行星減速器的傳動性能: </p><p>　　1.傳動比大(單級傳動比為4

99、0～350,多級可達(dá)100000); </p><p>　　2.傳動精度高,傳動平穩(wěn),無噪音; </p><p>　　3.輸入軸與輸出軸同心; </p><p>　　4.可向密封區(qū)域傳遞運動和動力。 </p><p>　　目前,該產(chǎn)品已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。研制單位加工、測試、實驗設(shè)備齊全,技術(shù)力量雄厚,產(chǎn)品質(zhì)量可靠,在諧波齒輪的研究、生產(chǎn)及

100、測試實驗方面積累了豐富的經(jīng)驗,具有全國領(lǐng)先水平。該產(chǎn)品曾榮獲國防科工委科技成果三等獎和原航天部科技進(jìn)步獎。 </p><p>　　本傳動系統(tǒng)的總減速比為434，由于還有出論傳動，傳動比為4/3，所以選用行星減速器PLE120，傳動比為320，外形為3.2圖</p><p>　　圖3.2行星減速器PLE120型外形</p><p>　　電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1390r/min，

101、輥子的轉(zhuǎn)速為3.2r/min，減速器的傳動比為320，齒輪的傳動比為4/3，則：=3.2 </p><p>　　所以選用的減速器滿足要求</p><p>　　4 電氣控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計</p><p>　　PLC已經(jīng)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中得到廣泛的應(yīng)用。PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，硬件電路由CPU、電源、存儲器和專門的輸入輸出接口電路以及編程器等外

102、接口組成。生產(chǎn)PLC的廠家為了使自己生產(chǎn)的可編程序控制器連網(wǎng)的適應(yīng)性強(qiáng)一些，對通信協(xié)議的物理層通常配置好幾種接口標(biāo)準(zhǔn)，如RS-232C和RS-122等;其數(shù)據(jù)異步傳送的格式也有兩種以上，用戶可根據(jù)應(yīng)用需要，用硬件開關(guān)或向指定單元寫人控制字的方法進(jìn)行選擇。在大型集散系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中已很少使用集中式〔主從式)存取控制方法，而在PLC網(wǎng)絡(luò)中主從式存取控制方法仍在使用，因為主從式存取控制方法簡單，實現(xiàn)方便。不過，隨著PLC網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷增大及標(biāo)

103、準(zhǔn)化進(jìn)程，符合MAP規(guī)約的PLC及PLC網(wǎng)絡(luò)愈來愈多。PLC網(wǎng)絡(luò)中的過程數(shù)據(jù)多數(shù)是觸點的開通與關(guān)斷，數(shù)據(jù)更短，而且若受干擾出錯就整個錯了，因此對差錯控制要求較高。在可編程序控制器中，可使用“異或碼”進(jìn)行校驗。</p><p>　　隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國等國引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列、上百種型號。PLC的

104、品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各不相同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。</p><p>　　羅克韋爾白動化的Logix5000平臺提供了單一的集成化控制架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)離散、傳動、運動、以及過程控制。Logix平臺提供了通用的控制工具、軟件編程環(huán)境以及跨多個硬件平臺的通訊支持。所有的Logix控制器都運行在多任務(wù)、多處理過程的操作

105、系統(tǒng)上并且支持多種編程語言編寫的同一組指令。一個RSLogix 5000編程軟件包可對所有Log ix控制器編程。并且所有的Logix控制器都是NetLinx架構(gòu)體系中的一員可通過EtherNet/IP、 ControlNet、以及DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。</p><p>　　梯形圖(Ladder)是一種最典型的也是最基本的編程方式，它采用圖形符號，沿用了繼電器的觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，并增加

106、了一些繼電接觸控制沒有的符號。</p><p>　　梯形圖形象、直觀，對于熟悉繼電器方式的人來說，非常容易接受，而不需要學(xué)習(xí)更深的計算機(jī)知識。這是一種最為廣泛的編程方式，適用于順序邏輯控制、離散童控制、定時/計數(shù)控制等。</p><p>　　梯形圖一般由多個不同的階梯(RUNG )組成，每一階梯又由輸人及輸出指令組成。</p><p>　　在一個階梯中，輸出指令應(yīng)出

107、現(xiàn)在階梯的最右邊，而輸人指令則出現(xiàn)在輸出指令的左邊。</p><p>　　圖4.1梯形圖示意圖</p><p>　　如圖4.1所示。當(dāng)輸人指令所表示的階梯條件為真則執(zhí)行輸出指令，否則不執(zhí)行輸出指令。因此，允許在一個階梯中無輸人指令—表示階梯條件永遠(yuǎn)為真;也允許有多個輸人指令串、并聯(lián):串聯(lián)意味著幾個條件之I可是“與”的關(guān)系，并聯(lián)則意味著幾個條件之間是“或’，的關(guān)系。輸出指令則不允許串聯(lián)，但允

108、許并聯(lián)，表示階梯條件為真時，幾個輸出指令可一并執(zhí)行。梯形圖掃描的順序是從左到右，從上而下。</p><p>　　可編程序控制器處理器除了微處理器以外，還包括存貯器，其中一部分是用戶存貯器。用戶存貯器中的程序存貯器用來存放用戶程序文件，而數(shù)據(jù)文件用來存放數(shù)據(jù)文件。</p><p>　　程序文件用以存貯用戶程序,PLC-5可以有100p個程序文件，用編號}^-999(十進(jìn)制數(shù))表示。其中()文

109、件是用來存放系統(tǒng)信息的，屬系統(tǒng)文件，1號文件一般預(yù)以保留(如普通PLC-5是作為順序功能圖文件予以保留的)，而2^-999號文件則可以由用戶定義，它們既可以是梯形圖程序，也可以是SFC，甚至結(jié)構(gòu)文本(有些處理器支持這種編程方式)。 </p><p>　　對于PLC-5而言，用戶程序可以具有多于16個主程序文件，每一個程序文件完成一特定的功能，這些主程序中的每一個叫做主控程序(MCP) d定義這is個主控程序時可以

110、任意混用SFC和梯形圖程序，并且所有MCP使用的是同一個數(shù)據(jù)表〔也就是說，每個IVICP沒有一個獨立的數(shù)據(jù)表).</p><p>　　利用主控程序，就可以將SFCC順序功能流程圖)和梯形圖邏輯分開，把用戶過程更好地結(jié)構(gòu)化，并使故障的排除變得更容易。例如，可以指定一個SFC程序來確定過程中事件的次序，另外指定一個獨立的梯形圖邏輯程序來控制輸出。</p><p>　　PLC機(jī)型選擇的基本原則是

111、，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機(jī)型。</p><p>　　在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。</p><p>　　對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能

112、的低檔機(jī)就能滿足要求。</p><p>　　而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。</p><p>　　對于一個大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同

113、時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計算機(jī)后即可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。</p><p>　?。?）輸入/輸出的選擇</p><p>　　PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工

114、業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。</p><p>　　通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制信息對被控對象進(jìn)行控制。同時通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)控制。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(jīng)過一定距離，為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實際需