机械毕业设计（论文）-S195G柴油机机体专用清洗机设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： S195GS195G 柴油机机体专用清洗机设计柴油机机体专用清洗机设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） S195G 柴油 机机体专用清洗机设计 是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标 注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何 其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 91 学 号： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 S195G 柴油机是用途广泛的发动机，某厂生产的 S195G 柴油机是 为出口拖拉机配套的主要产品 ，其整机清洁度要求较高，在生产过 程中机体的清洗工序一直受到生产厂家的重视。但长期以来都是采 用手工清洗的方法，效率低，清洗质量差且不稳定，不能满足企业生 产的需要，迫切需要开发一种适合流水线生产的清洗机器。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 设计技术参数 污垢性质：油污，杂物，切屑等 ； 清洗部位：孔及内外表面 ； 清洗工艺流程 ：上料空位清洗空位吹干下料，每步跨距 580，机身长度约 3500 ； II 生产节拍：每个生产周期为 3 分钟 ； 工件摆放位置：按工件正视图位置摆放，四角 4-13 孔为定位孔，底 面朝下 ，两个大面在左右 ； 输送方式：步进式，定点对位清洗，清洗时间为 2 分钟。 完成满足生产需要的总体设计、主要零部件设计图样一套（折合零 号图纸 3 张以上）、编制设计说明说一份。 完成英文翻译资料一份。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 91 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 S195G-01006 机体清洗机是用于 S195G-01006 机体的专用清洗设备。适用于生产流水 线上批量生产的已完成机加工的机体在入库前的常温清洗。S195G 柴油机机体专用清洗 机床采用高压喷射清洗方式。本机床为液压步进、连续型、多工位清洗机。机床主要由 机架、输送机构、水箱、清洗液输送系统、喷水清洗系统、喷气吹干系统、液压系统、 电气控制系统组成。采用液压步进式连续型工作生产方式：机体从上料端上料后，由步 进式输送机构在 PLC 程序控制系统控制下按程序先后送入清洗、吹干工位，完成定点对 位清洗及吹干以后输出。从机体上料后能自动完成机体的清洗、吹干等工序，直至自动 输出。由于采用流水线清洗，清洗效率高；由于采用定点，对位清洗清洗效果特别好， 清洗质量高；控制系统采用 PC 控制，操作完全实现自动化。因此，清洗任务能安全高效 的完成，并且操作、维护十分方便。 关键词关键词：S195G 柴油机机体；清洗；高压喷射清洗；液压步进式输送机构 IV Abstract S195G -01006 cleaning equipment is a special cleaning machine for the mass-produced diesel engine bodies of S 195G -01006 at room temperature before they are sent into stock after they come out of the production lines with the machining finished. High-pressure spraying cleaning method is applied in this hydraulic stepping, continuous-working and multiple-step cleaning machine tool. It is composed of tool rack, conveying mechanism, water tank, washing liquid delivery system, water spray cleaning system, gas-ejecting drying system, hydraulic system and electrical control system. After the diesel engine body is placed into the cleaning machine from the input port, the diesel engine body will be sent along the stepping conveying mechanism to be cleaned and dried step by step as programmed by PLC program control system. After the fixed-point and aligned cleaning and drying are finished, the engine body will be sent out automatically. The whole procedures of input, cleaning,drying and output are complete automatization. As production-line cleaning mode is made use of, the cleaning efficiency of this cleaning machine is great; And because the cleaning is done at fixed points and is aligned with the engine body, the cleaning quality is high and the cleaning effect is good. With the PC control system applied, the whole operation realizes automatization. Hence, the cleaning task is accomplished safely and highly efficiently. Besides, the operation and maintenance of this cleaning machine are very convenient. Key words: S195G engine block；washing machines；high pressure water cleaning；hydraulic Step-by-step transfer agencies V 目目 录录 摘 要 .III AbstractIV 目 录.V 1 绪论 .1 1.1 清洗机技术现状和发展趋势 .1 1.3 课题的主要内容 .2 2 清洗机设计方案论证 .3 2.1 机体零件的清洗特点 .3 2.2 机床总方案 .3 2.4 液压系统方案确定 .5 2.5 控制系统方案确定 .6 3 清洗机主要参数的分析与计算 .7 3.1 设计技术参数 .7 3.2 机械系统主要计算 .7 4 清洗机床的设计 .11 4.1 机械系统的设计 .11 4.1.1 清洗机床的总体设计 .11 4.1.2 机架的设计 .15 4.1.3 水箱的设计 .16 4.1.4 输送滚道与机构的设计 .19 4.1.5 升降喷水吹风系统的设计 .21 4.1.6 排渣机的设计 .25 4.2 液压系统的设计 .26 4.2.1 液压系统原理图设计 .27 4.2.2 液压系统管道图设计 .27 4.3 控制系统的设计 .28 5 结论与展望 .29 5.1 结论 .29 5.2 不足之处及未来展望 .29 致谢 .30 参考文献 .31 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 1 1 绪论绪论 1.1 清洗机技术现状和发展趋势清洗机技术现状和发展趋势 清洗是使物体清洁的重要手段之一。部件所能达到的清洁度对该产品的质量好坏有 着关键性的影响。所以清洗技术在各个行业中得到了广泛性地应用。 清洗技术在机械行业也不例外，零件的清洁度对该机械制造产品的质量也有着直接 关键的影响。在拖拉机箱体的清洗上，清洁度的好坏会直接影响到下一道工序和发动机 的装配，干燥度也直接影响到下一道工序和发动机的工作性能。所以在拖拉机的箱体机 械加工完成后，又在入库前必须对拖拉机的箱体进行清洗和干燥的工序。S195 柴油机是 用途广泛的发动机，某厂生产的 S195G 柴油机是为出口拖拉机配套的主要产品，其整机 清洁度要求较高。所以在生产过程中机体的清洗工序一直都受到生产厂家的高度重视。 但长期以来都是采用手工清洗的方法，效率低，清洗质量差且不稳定，不能满足企业生 产的需要，迫切需要开发一种适合流水线生产的自动专用清洗机床。 伴随着科学技术的发展，现在的清洗技术也越来越多样化和成熟化。比如在苏州华 伟公司的超声波清洗机系列中采取了超声波技术，利用超声波能在清洗的工件表面产生 高频的微小振动特点，使附在工作表面的污垢分离脱落。特别是如图 1.1 所示的环保超声 波清洗机线能够连续性输送被清洗的工件,适合大批量生产零件的清洗(如冲压类零件)。而 且它的自动化程度比较高,操作简单,操作人员只需要连续的放零件1。 图 1.1 环保超声波清洗线 另外，如图 1.2 所示，由德国 Karcher 公司生产的 HD 215 高压水清洗机，利用高压 水喷射被清洗工件表面原理。产生高达 150MPa 的压力，清除被清洗工件表面顽固的脏污。 不需要耗费很大水量，即可获得极佳的清洁效果。并且它的超高压清洗机在工作压力 150MPa 下，耗水量仅为每小时 120 升。新颖的喷枪和独特的喷嘴设计，能使清洁效果更 加优秀。 现在行业中越来越多的高清洁效率、小巧紧凑、造型合理简约清洗机，广泛适用于 工厂车间、运输车辆、物业清洗公司、市政广场等多种行业。它们高质量、高性能，低 价格， 无锡太湖学院学士学位论文 2 耐用性好，是快速、全面清洁作业的好帮手。并且随着计算机技术的发展,现在的清洗机 也越来越智能化。清洗机的动作可全部由光电传感器的芯片的内置程序控制,不仅能够使 人们在清洗作业中空出更多的空闲时间，达到更高的清洗效率，还可以进一步满足的清 洗要求，达到更高的清洗目标2。 图 1.2 HD215 高压清洗机 1.2 课题的提出与意义课题的提出与意义 该课题来自某工厂。该公司由于订单的增加，手工生产已经无法满足需要，亟需设 计一条自动机体生产线，来提高企业产品的质量和产量，同时也可以减少劳动力的投入， 减轻工人的工作量。同时随着我国工程机械产品的不断引进和发展，以及厂家和客户对 产品产量和质量的要求不断提高，我们可以将清洗动作和自动化技术有机结合在一起， 生产出符合要求的 S195 柴油机机体专用清洗机床，从而大大清洗时间和缩短厂家生产 S195 柴油机机体周期，提高整个生产线的生产线效率。 1.3 课题的主要内容课题的主要内容 本课题的主要内容是完成 S195 柴油机机体专用清洗机床的设计。最后，将它们转化 为能供指导制造、装配、安装、调试和维修用的设计图纸及各类说明书等技术文件。总 之，设计的主要内容分为机械系统、液压系统和控制系统三部分以及对夹具的设计。 本设计需满足的要求如下： 1、达到技术指标所规定要求，满足实际工作需要。 2、整机结构简单实用，满足设计要求。 3、控制系统要有较高的工作可靠性、安全性。 4、工作时生产任务安全、优质高效完成，设备外形力求简约。 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 3 2 清洗机清洗机设计方案论证设计方案论证 2.1 机体零件的清洗特点机体零件的清洗特点 如图 2.1 所示，机体零件是一材料为 HT200、质量为 31kg、外形为 521.7176300(mm)的接近六面体的结构，经铸造及机械加工后进人清洗工序，清洗后入 库待装配。它的每个面上不同程度地分布有清洗难度大、清洗要求高的部位，如与气缸 套配合的表面、装配轴瓦的表面、螺纹孔内表面等清洗要求较高；而一些铸造小孔、盲 孔、小螺纹孔、油道、通水道、凹槽及复杂的机体内腔等部位清洗难度较大。只有对这 些部位全部采用定点对位冲洗的方法才有可能获得高的清洗效果。因此，清洗机的输送 机构及清洗系统成为本机设计的两大技术关键3。 图 2.1 S195G 机体零件图 2.2 机床总方案机床总方案 根据对机体零件特点的分析，只有对那些清洗难度较大的铸造小孔、盲孔、小螺纹 孔、油道、通水道、凹槽及复杂的机体内腔等部位全部采用定点对位高压冲洗的方法才 有可能获得高的清洗效果3。所以本 S195G 柴油机机体专用清洗机床决定采用高压喷射 清洗方式。专用清洗机的主要结构，由以机架为支撑的传动输送机构、清洗系统、吹干 系统、吸雾通风装置和分立于机架的电气控制系统及液压站等组成。采用液压步进式连 无锡太湖学院学士学位论文 4 续型工作生产方式：机体从上料端上料后，由步进式输送机构在 PLC 程序控制系统控制 下按程序先后送入清洗、吹干工位，完成定点对位清洗及吹干以后输出。 2.3 机械系统方案确定机械系统方案确定 机架：机架是本机床的主要骨架，是由型钢焊接面成的框架结构。除液压和电气控 制系统柜外，其余各部件均以机架支撑，有一定刚度的要求。 输送机构：由设计技术参数的要求,清洗工艺流程：上料空位清洗空位吹干 下料，每步跨距 580，机身长度约 3500。为了方便机体的移动,应在清洗机内部机体移 动的路线中设置一个便于机体转移的输送机构。由于滚动摩擦阻力系数比滑动阻力系数 小，并且根据参观的无锡一汽柴油机厂的生产线,决定把输送机构设计成为一个滚道的输 送机构。 用于机体输送，机体底面与固定梁或与步进梁接触的部位可能会成为清洗液无法到 达的死角。为了克服上述的缺点，对本机设计采用了由以水平移动油缸为动力的低头棘 爪推杆机构和滚道构成的步进式输送机构，即机体置于由滚轮组成的滚道上，输送油缸 拉动推扦，棘爪推动机体在滚道上沿导向限位挡板作水平直线移动，到位后棘爪低头推 杆退回原位，完成一个输送行程周期。该方案的优点是仅需一个输送油缸，结构简 单需要的推送力小，制造、安装方便。 要使这种机构达到较高的输送定位精度，必须很好地处理影响定位精度的两个因素： 一是推杆推动机体到位时，由于惯性力而可能引起的机体惯性前移；二是棘爪低头回退 时，由于弹簧力的作用而可能使机体产生的后退。对于第一个因素，通过采用专门设计 的输送油缸以及对其运动过程的控制很好地解决了惯性力问题；对于第二个因素，由于 推杆回退时棘爪的低头是依靠机体与棘爪间的静摩擦力克服弹簧拉力而实现的(如图 2.2)通过选用合理设计的拉簧有效地防止了机体可能产生的回退，运行实践结果表明， 这种输送机构完全能够满足机体定点对位清洗的输送精度要求。因此输送机构由输送油 缸，棘爪推杆机构，支承滚轮，限位撑板等组成。工作时候输送油缸为动力，控制棘爪 推杆机构，棘爪推杆机构带动机体在支承轮上沿限住挡板运动4。 图 2.2 推杆回退过程示意图 密集形喷嘴结构盒式清洗及吹干系统：设计采用分离与被清洗面相对应的六个框板 式密集形喷嘴结构组成的喷水清洗系统。各喷水盒上可调式喷嘴的布置依据相应被清洗 面的拓印结果设计，因而与该相应面上高清洗要求部位及难清洗部位一一对应，其中上 下左右四个喷水盒被固定在机架上，前后喷水盒则与升降油缸相连(以机体的输送方向为 前面)，输送机构工作时，升降油缸同时提起前后喷水盒，使机体顺利前移。机体到位后 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 5 前后喷水盒落下，组成一个包围工件的环形喷射清洗系统，因而完全达到六面全部定点 对位冲洗的目的。 清洗液用清水离心泵提升，加压后使清洗液扶喷嘴急射而出，由于清洗液的机械冲 刷作用，使机体各位都受到彻底清洗，清洗残液流入污水箱。经箱中刮板式排渣机构自 动排出落入的铁屑、杂物、多道滤网滤去残渣，用另一台清水离心泵提升经旋涡分离器 进一步去除残渣、使清洗液再生后进人清水箱，可反复循环使用，污水箱中的浮油，在 清洗机工作间隙液面平静时，由油水分离器自动去除。为去除经清洗后机体表面残存的 水分，采用与清洗系统相同结构的密集形喷嘴结构的喷气盒体组成的吹干系统，利用外 接压缩空气气源，实现六面的全部定点对位吹干 吹风时间在 060s 范围内可调。 在清洗及吹干过程中，由于清洗液及压缩空气都是以一定的压力喷射到机体的表面， 因而造成部分清洗液雾化，当这种雾化液在体内无法容纳时就会溢出而侵扰车间而恶化 生产环境，为此在清洗机顶部配置了由离心通风机与通风管道组成的吸雾通风装置，以 有效地将雾化液从机内吸出排到室外。 吸雾通风装置:由于环保的要求，用户不能让清洗机清洗时产生的油、水雾气直接排 放到空气中。所以，清洗机必须配有雾气收集装置，这样较经济和能确保雾气收集的效 果。 排渣机：在机床内部,输送滚道下设置一个挡水板件,使其能挡住洗涤流下的水,油垢, 铁屑等。并使之有一个小角度的倾斜,让水汇聚到一起并流向水箱。铁屑, 杂物则落到排 渣机上。排渣机通过皮带装置上的刮板把铁屑往上一个角度运送.因为往上一个角度有利 铁屑带的水更少，皮带有两个轮之间转动,在铁屑到达最高那个轮的时候往下掉落箩筐之 类的回收装置中。集中回收铁屑，防止浪费铁资源,并能把铁屑卖到回收站创汇。 罩壳的目的是防护洗涤过程中的高压喷溅出的水使之不能喷溅到机床外，并且使其 包围住清洗机床工作的危险部位,尽量减少其工作期间给工作人员带来的危险。 由于清洗机的内部是直接与清洗液接触的，要求清洗水箱的内衬、清洗的喷嘴都需 使用不锈钢，而工件的定位块等使用非金属材料，确保材料永久不生锈5。 2.4 液压系统方案确定液压系统方案确定 拟定液压系统是整个系统设计重要的一步，它是从油路结构上具体体现设计任务提 出的各项性能要求的。工作所涉及面方广,尤其需要综合液压的各方面知识,特别是基本回 路知识。 初步方案有两种：第一种方案是电机通过装置直接带动低头棘爪推杆机构和升降机 构动作。第二种方案是通过液压系统带动低头棘爪推杆机构和升降机构动作。本人认为 两种方案都可取。但考虑到要实现机体的定点对位冲洗，必须有高的输送精度来保证机 体准确定点。为此，设计采用液压步进式输送机构。常见的液压步进式机构采用的工作 原理为：输送机构通过步进梁按：上升-前进-下降-后退的步进轨迹来实现输送工件。即 工件置于水平固定在梁上，升降油缸驱动提升梁上升使步进梁抬起机体。同时油缸驱动 提升梁上升使步进梁带着工件前进，到位后步进梁落下，工件落回固定梁，步进粱退回 原位，完成一个输送行程周期。该方案的优点是运送力大、运行平稳、输送精度较高， 但需要升降及输送两只油缸，工作时油缸还须作小摆动，机构复杂，制造、安装精度要 无锡太湖学院学士学位论文 6 求较高。用于机体输送，机体底面与固定梁或与步进梁接触的部位可能会成为清洗液无 法到达的死角。为了克服上述的缺点，对本机设计采用了由以水平移动油缸为动力的低 头棘爪推杆机构和滚道构成的步进式输送机构。该方案的优点是仅需一个输送油缸，结 构简单需要的推送力小，制造、安装方便。与前述方案相比，该方案的制造成本还可 下降一万多元，因此该方案经济性较好。 因此，决定采取第二种方案。液压系统由液压站、一只输送油缸、两只升降油缸以 及液压管道等组成6。 2.5 控制系统方案确定控制系统方案确定 为达到远距离，主动控制清洗机全部动作的目的。依据前两个已有方案的设计,相应 的配置电气系统，使机械系统液压系统正常稳定高效动作。控制系统的设计首先需满足 加工工时的要求。需要用总的控制开关对机床加工和液压缸的运作进行先后控制。全部 传动系统由 PLC 程序控制系统自动控制，机体从上料后的输送、清洗、吹干等一系列工 序全部自动完成。PLC 控制系统可以单独配置，也可并入生产流水线上的控制系统，实 现集中、远距离全程自动控制7。 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 7 3 清洗机主要参数的分析与计算清洗机主要参数的分析与计算 3.1 设计技术参数设计技术参数 S195柴油机机体的污垢性质：油污、杂物、切屑等。 （1）清洗部位：孔及内、外表面； （2）清洗工艺流程：上料空位清洗空位吹干下料，每步跨距 580机身长 度约3500； （3）生产节拍：每个生产周期为三分钟； （4）工件摆放位置：按工件图正视图位置摆放，四角4-13孔为定位孔，底面朝下， 二个大面在左右； （5）输送方式：步进式，定点对位清洗，清洗时间为2分钟； （6）清洗压力：0.5MPa； （7）压缩空气压力：0.40.6MPa,由空气压力提供。 3.2 机械系统主要计算机械系统主要计算 （1）跨距的计算：机体长度为521mm,因为只有一个油缸拉动小钩机构统一动作,所以 必需使每步跨距都相同,其中的喷水盒厚度可初步定为502=100。已知喷嘴为标准件， 安装突出盒体的长为272=54。并且喷嘴与机体之间要有一定的间隙,所以大约定为120 多。则： (3.1) 741120100521L 因此顾及其它的一些间隙距离，把每步跨距最终定为750。 （2）清洗机床长度的计算：每个工序750，一共包括：上料空位清洗空位吹 干下料六个工序。所以，清洗机机身长度： (3.2)45006750S （3）升降盒体的前后长度的计算： (3.3)10654100521L （4）升降盒体的高的计算：机体高度为300，盒体内侧与机体顶面的距离为53，盒体 厚度为50，盒体顶面与升降机构的支撑板件与盒体之间的距离为大约50，支撑板件厚 40，则升降盒体的高度： (3.4)49340505350300L 所以最终定为5009。 3.3 液压系统的主要计算液压系统的主要计算 （1）液压泵的选择计算： 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。液压泵的供油 量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，据此可以进行液压泵的选择和主 要数据的计算 1)确定液压泵的最大工作压力Pp 无锡太湖学院学士学位论文 8 (3.5) MPaPPPP1037 . 01 式中p1-液压缸或液压马达最大工作压力； P从液压泵出口到液压马达入口之间的总的管路损失P的准确计算要等待元件 选定并绘出管路图时才能进行，初算的时候可按经验数据选取：管路简单、流速不大的， 取P=（0.20.5）MPa 2)确定液压泵的流量 pQ 多液压泵缸或液压马达同时工作时,液压泵的输出流量应为： (3.6)(625. 05 . 025. 1)( 3 max mQKQp 式中K-系统泄漏系数，一般取K=1.11.3 3)选择液压泵的规格 根椐以上求得的 pP 和 pQ 的值，按系统中拟定的液压的形式,从产品样本或手册中选择 相应的液压泵。为使液压泵具有一定的压力储备，所选的额定压力一般要比最大的工作 压力大25%60%。 4)确定液压泵的驱动功率 在工作循环中，如果液压泵的压力比较恒定，也就是（P-T）、（Q-T）图变化较平 缓，则 (3.7)Kw QP P P Pp 04 . 1 6 . 0 625 . 0 1 最终选择油泵功率为1.1Kw 式中Pp-液压泵的最大工作压力（Pa） pQ -液压泵的流量 3 (/ )ms 液压泵的总效率，参考表3-1选择8。 表3-1 液压泵的总效率 液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵 总效率0.60.70.65 0.800.600.750.800.85 （2） 液压阀的分析选择 1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量,选择有定型产品的阀 件。溢流阀按液压的泵的最大量选取，选择节流阀各调速阀，要考虑最小稳定流量应满 足执行机构最低稳定速度的要求8。 2）阀的形式，按安装和操作方式选择： 液压电磁阀直流24V 气动电磁阀交流220V （3）拉动小钩机构的油缸行程的计算：油缸行程由跨距决定，并且与跨距相同为 750。 （4）拉动升降喷水吹干系统升降的油缸行程的计算：油缸行程的目标是把盒体拉起， 并高过机体顶面大约10的高度使之能进入盒体的范围内。 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 9 所以行程L=300+10=310。 3.4 电机的计算与选择电机的计算与选择 由于清洗机经常都是使用高压清洗泵，清洗的压力很高，泵的好坏直接影响到清洗 的压力，所以合理选择清洗泵的功率和类型也很重要，根据所查阅的参考资料，可进行 如下的电机选择与计算 （1）选择水泵的原则：根据设计流量、所需要的扬程并使之在高产的环境内运行。 离功率，并且应尽量选用电压等级一致的电机9。 （2）输送清洗液到盒体的水泵计算： 1）流量Q：指水泵在单位时间内所能抽送的水量，单位为。 3 (/ )ms 喷嘴流出的流量可由下式计算: 02gHuwQ 1185 . 35 . 9295 . 0 10314. 3 62 (3.8)026 . 0 H0喷嘴前的管路内水头( ) m G重力加速度 2 (/)m s W 喷嘴出口截面积 2 ()m 流量系数为 6 . 94 . 9 其中机床高2.38米高,所以管路内水头包括弯曲的长度约为3.5米长；喷直径为3， 取9.5；一共有118个喷头。 2）扬程H：指水泵能够扬水的高度，单位为m。扬水所需的扬程等于实际扬程与损 失扬程之和。 要求参数的清洗液压力是0.5MPa是5个大气压强，也就是50m的扬程。机身高度是 2.3m，相对50m可忽略不计。所以扬程为50m。 3）有效功率（或称为理论功率）：指水在单位时间内从水泵所获得的总能量， yxN 单位为Kw，其计算式如下： （3.9）Kw QH Nyx 4 . 127 1000 50026 . 0 9800 1000 式中r介质重度； 3 (/)N m H水泵的扬程； ( )m Q水泵的流量。 3 (/ )ms 4）配用功率P：指水泵根据轴功率，实际所配用电机的额定功率。考虑安全储备系 数，所以配用电机功率稍大过轴功率，并且考虑到输送管道的损失。所以选定的输送清 洗液到盒体的水泵功率为15KW离心式水泵9。 （3）输送清洗液到油水分离器的水泵的选择：因为该水泵输送清洗液没有压力的心水 泵具有平缓的特性曲线特点，因此选用离心水泵。必须实际计算水泵配用的电机要求， 只要跟上前一台水泵用水的清洗液的循环使用。因为要求较低，所以可选用约为7.5KW的 无锡太湖学院学士学位论文 10 水泵9。 （4）排渣电机的选用：因为机体的铁屑较少，所带动的有刮板机构的皮带较轻，无特 别的速度要求，故要求功率不高，可选用0.5KW的电机带动9。 （5）水箱的计算：每分钟的清洗的流量 （3.10）56. 160026 . 0 Q 由经验公式水箱容量比这个略大。 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 11 4 清洗机床的设计清洗机床的设计 4.1 机械系统的设计机械系统的设计 4.1.1 清洗机床的总体设计清洗机床的总体设计 在满足工作要求下,尽可能的把机床结构设计得简单,因为这样更容实现自动化,生产效 率也更高。之外也要考虑其经济效益，主要参考机床的加工效率和可靠性，以及能源消 耗的机械效率等。机床的零部件要尽量通用化，尽量减少设计的工作量，这样也就可以 节约机床的成本10。 调查研究设计要求，主要设计参数的要求，收集国内外有关资料，初步的拟定了几 个方案。主要根据已拟定的方案，可绘制出机床总图和部件装配图等。为使各部件能够 同时而且相对较为协调地进行设计，画出了机床的总体尺寸关系图，同时大致地画出了 机床的传动系统图，液压系统图，控制系统框图和电器控制系统工程图，并根据要求进 行了必要的计算。 机床的总体布局：确定机床的基本组件，以及这些组成部件和操纵控制机构在机床 中的配置。处理好组件之间相对的位置和运动关系，另外考虑人机关系。设计机床的总 体布局如下： 图 4.1 总装图 接水槽设计目的是使在清洗过程中的清洗液集中起来，达到循环利用的目的。并且 无锡太湖学院学士学位论文 12 保持厂房的清洁卫生。在高压水清洗的部位设计角度急一点，有利水的排放。在两边， 左边的接水板的角度要比右边的角度大。因为左边更接近高压水清洗部位，右边为吹干 系统部位，水比较少所以接水板的角度平缓。 图 4.2 接水槽 HQZ03-10-02 图 4.3 接水槽 HQZ03-10-21 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 13 图 4.4 接水侧板 HQZ03-10-25 图 4.5 接水槽 HQZ03-10-26 如下这块板的尺寸根据升降油缸拉杆而定，达到固定升降油缸的作用： 无锡太湖学院学士学位论文 14 图 4.6 板 HQZ03-10-23 行程开关用来达到行程控制的要求，它也称为位置开关或限位开关。设计用来限定 油缸的行程距离和准备的位置。主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的 按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械机构多为手动,一般手动的多路换 向阀控制，加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程开关来控制，当工作部件移动 到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来 控制接续的动作，而行程开关连接在相应的回路上，因此行行程适用于本比较简单的管 道联接中11。 图 4.7 行程开关 1（2 个） S195G 柴油机机体专用清洗机设计 15 图 4.8 行程开关 2 图 4.9 行程开关 3 4.1.2 机架的设计机架的设计 机架是本机床的主要骨架，是由型钢焊接面成的框架结构。除液压和电气控制系统 柜外，其余各部件均以机架支撑。考虑机架足够的强度和刚度要求，并且使它便于制造 和机架上安装附件。因为带有缸体、导轨等的机架零件，选用有良好焊接性的Q235材料， 保证机器有良好的工艺性能12。 无锡太湖学院学士学位论文 16 图 4.10 机架 4.1.3 水箱的设计水箱的设计 设置有两个水箱，一个为污水箱，一个为清水箱。左水箱为污水箱。右水箱为清水 箱。体积尺寸根据高压喷水系统的流量设计13。 图 4.11 水箱总图 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 17 图 4.12 左水箱主视图 图 4.13 左水箱左视图 无锡太湖学院学士学位论文 18 图 4.14 左水箱俯视图 图 4.15 右水箱主视图 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 19 图 4.16 右水箱左视图 图 4.17 右水箱俯视图 4.1.4 输送滚道与机构的设计输送滚道与机构的设计 输送机构：设计采用液压步进式输送机构。常见的液压步进式机构采用的工作原理 为：输送机构通过步进梁按：上升-前进-下降-后退的步进轨迹来实现输送工件。 本机设计，采用了由以水平移动的油缸为动力的低头棘爪推杆机构和滚道构成的步 进式输送机构，即机体置于由滚轮组成的滚道上，输送油缸拉动推扦，棘爪推动机体在 无锡太湖学院学士学位论文 20 滚道上沿导向限位挡板作水平直线移动，到位后棘爪低头推杆退回原位，完成一个输送 行程周期。该方案的优点是仅需一个输送油缸，结构简单需要的推送力小，制造、安 装方便。此机构经济性较好，但要使这种机构达到较高的输送定位精度，必须很好地处 理影响定位精度的两个因素：一是推杆推动机体到位时，由于惯性力而可能引起的机体 惯性前移；二是棘爪低头回退时，由于弹簧力的作用而可能使机体产生的后退。对于第 一个因素，通过采用专门设计的输送油缸以及对其运动过程的控制,解决了惯性力问题； 对于第二个因素，由于推杆回退时棘爪的低头是依靠机体与棘爪间的静摩擦力克服弹簧 拉力而实现的。通过选用合理设计的拉簧。有效地防止了机体可能产生的回退，运行实 践结果表明，这种输送机构完全能够满足机体定点对位清洗的输送精度要求。 因此输送机构由输送油缸，小钩机构，支承滚轮，限位撑板等组成。工作时候输送 油缸为动力，控制小钩机构，小钩机构带动机体在支承轮上沿限住挡板运动14。 图 4.18 输送滚道 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 21 图 4.20 输送机构 4.1.5 升降喷水吹风系统的设计升降喷水吹风系统的设计 密集形喷嘴结构盒式清洗及吹干系统：设计采用分离与被清洗面相对应的六个框板 式密集形喷嘴结构组成的喷水清洗系统，其中上下左右四个喷水盒被固定在机架上，前 后喷水盒则与升降油缸相连(以机体的输送方向为前面)，输送机构工作时，升降油缸同时 提起前后喷水盒，使机体顺利前移，机体到位后前后喷水盒落下，组成一个包围工件的 环形喷射清洗系统，因而完全达到六面全部定点对位冲洗的目的。 为去除经清洗后机体表面残存的水分，采用与清洗系统相同结构的密集形喷嘴结构 的喷气盒体组成的吹干系统，利用外接压缩空气气源，实现六面的全部定点对位吹干15。 图 4.21 喷水吹风系统 无锡太湖学院学士学位论文 22 图 4.22 框架板式喷水吹气盒 图 4.23 喷水吹气盒 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 23 与被清洗面相对应的六个框板式密集形喷嘴结构组成的喷水清洗系统各喷水盒上 可调式喷嘴的布置依据相应被清洗面的拓印结果设计，因而与该相应面上高清洗要求部 位及难清洗到的部位一一对应，达到对点定位清洗的目的。 图 4.24 左喷水吹气盒顶板 无锡太湖学院学士学位论文 24 图 4.25 右喷水吹气盒顶板 图 4.26 前喷水盒顶板 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 25 图 4-27 后喷水盒顶板 图 4-28 喷嘴 4.1.6 排渣机的设计排渣机的设计 设置使落到上面的铁屑通过皮带装置上的刮板把铁屑往上一个角度运送。因为往上 一个角度有利铁屑带的水更少。皮带有两个轮之间转动，在铁屑到达最高那个轮的时候 往下掉落到如箩筐之类的装置中： 无锡太湖学院学士学位论文 26 图 4.29 排渣机 4.2 液压系统的设计液压系统的设计 液压系统的步骤分为：先明确液压系统的设计要求为直线运动，有准备的行程位置 的要求；初步确定了液压系统的性能和参数；然后拟定系统原理图;计算和选择液压元件； 估算液压系统的性能;绘制液压系统的工作图；设计液压装置的管道图。这些地步骤交错 进行，反复考虑最后确定而成。 4.2.1 液压系统原理图设计液压系统原理图设计 拟定液压系统图是整个系统设计重要的一步，它是从油路结构上具体体现设计任务 提出的各项性能要求的。工作涉及面广，需要综合液压的各方面知识，特别是基本回路 知识。 拟定液压系统图包含了两个内容：一是通过分析选出合适的液压回路，二是把选出 的回路组成液压系统。 制定顺序动作方案：主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定 程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械机构多为手动，一般手动的多路换向阀 控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程开关来控制，当工作部件移动到一 定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀控制接续的动作。而行程 开关连接在相应的回路上。因此行行程适用于本液压系统比较简单的管道联接中。 此系统简单明了，停止的时候4个行程开关都不触发，当油泵供油后触发第1个行程 开关1CT，发信号给三通四位电磁阀，喷头升降油缸下面缸体进油喷头上升；触发第2个 行程开关2CT，三通四位电磁阀收到被触发行程开关2的信号，升降油缸上面缸体进油喷 头下降。同样，当触发第3个行程开关3CT，发信号给三通四位电磁阀，输送油缸左缸体 进油输送后退；触发第4个行程开关4CT，三通四位电磁阀收到被触发行程开关4的信号， 输送油缸右缸体进油输送前进15。 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 27 图 4.30 清洗机液压系统原理图 4.2.2 液压系统管道图设计液压系统管道图设计 图 4.31 清洗机液压系统管道图 无锡太湖学院学士学位论文 28 4.3 控制系统的设计控制系统的设计 控制系统是正确指挥清洗机工作的核心，关系到清洗机可靠性和稳定性的问题。清 洗机通常使用PLC控制，该系统要收集外部的信号和可靠地控制各个清洗的动作。由于使 用了大功率的清洗泵，对于泵的控制和启动也要可靠，以提高泵的寿命，所以审核清洗 机的电路设计和选择控制元件是否合理尤为重要15。 清洗机对控制系统的要求： 1、合上操作台的自动开关，接通电源，应有屏面电压表指示。 2、调整状态 设置有“自动/调整”和“油泵起动”旋钮，当把按钮旋到“调整”位置的时候。按 下“油泵起动”按钮，屏面的指示灯亮，油泵起动。设置有“排渣机起动”和“过滤泵 起动”按钮。按下相应按钮的时候屏面指示灯亮，并进行相应的运作。分别设有各部件 的停止按钮。分别按下时，相应能停止工作。设有“喷头上升”、“喷头下降”、“输 送前进”、“输送后退”按钮，分别按下时均能按要求动作。 3、自动状态 将“自动/调整”按钮旋到“自动”位置的时候。设有“总起运”则所有电机能全部 起 动。输送机构和升降机构能按正常顺序动作。吹气间隙时间设定由屏面时间继电器的 调节决定，可调时间范围为060秒。 所有的这些动作均由PLC控制，完全实现自动化16。 相关电气原理图和PLC线路图均由专门的电气控制人员设计，在此不作过多的陈述。 S195G 柴油机机体专用清洗机设计 29 5 结论与展望结论与展望 5.1 结论结论 S195G柴油机机体专用清洗机用机体输送定位精度达到了设计要求；机体的清洗效率 有了很大的提高；机体的清洗质量达到了用户验收要求，能为柴油机整