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实验室
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实验室用的小型提拉装置+查重,实验室,小型,装置
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摘要 设计一种用于高温加热炉的提拉取料装置， 主要是 针对镀件在 高温炉干锅中融化成液体状后，连同干锅一起取出。该装置的组成部分包括：液压装置、提拉装置以及控制装置。液压装置用于实现动力的传递，采用液体静压力的来实现，在设计时充分考虑了其与高温加热炉的温度隔离；提拉装置采用油缸活塞杆伸缩带动提拉杆的方式，保证提拉工作的效率；控制装置主要是采用单片机和继电器对液压元件的控制，主要是方向和速度的控制。整个提拉装置在工作时产生的振动小，能够保证在提拉的过程中能够匀速运行，同时在低速提升时，工作稳定可靠，符合实验室使用要求。 关键词：高温加热炉、液压、提拉、控制 he of a in to a of a a a of of to in of to to he is of in of by to of in in is in 目录 摘要 . 1 . 2 第一章 绪论 . 4 第二章 提拉装置设计 . 6 . 6 . 6 . 7 . 9 . 10 第三章 设计特征 . 12 结论 . 13 参考文献 . 14 致谢 . 15 第一章 绪论 综合性的研究课题离不开实验研究，特别是对于材料方向的研究，需要对材料进行热加工等操作。本文设计实验室用的小型提拉装置主要是针对在高温加热炉中对加热干锅的提拉装置，对于镀件而言，这是一个相当重要的辅助设备，提拉装置的工作效率、提拉速度等等都会直接影响到镀件的质量，从而会对镀件的研究、分析结果产生一定的影响。 目前，大多数的实验室所用的提拉装置采用电力驱动、机械传动的方式，通过机械传动部件将电力驱动产生的动力直接传递到执行机构 ，这种动力的传动方式最大的缺点就是在动力传递的同时也会将驱动源产生的振动传递到执行机构，从而对整个提拉装置的工作速度以及工作情况产生较大的影响；另一方面，采用电力直接驱动的方式存在一个较为明显的缺点就是其所采用的动力输出部件容易受到输入电压的影响，特别是输入电压的变化，导致提拉装置的执行机构在工作时出现速度不稳定的情况。虽然该提拉装置在传动的过程中采用无极调速的方式，但是其调速存在一个短板就 是无极调速的范围小，造成执行机构在低速提拉时容易导致其工作的不稳定，从而对镀件的性能产生一定的影响。 目前在垂直提拉机构方面，优化改进类型比较多，可以总结以下像个类型： （ 1）采用电动机作为动力驱动机构，而传动机构中包含有蜗杆涡轮传动、滑块滑槽传动等方式来作为动力的传递机构，从而来实现执行机构的垂直提拉效果 ； （ 2）动力驱动机构采用电动机，但是其执行机构采用卷扬机结构，通过电动机直接驱动卷扬机中的滚筒，在滚筒上缠绕有线绳，在垂直导向机构下实现垂直提升。 这两种提拉装置的结构在实际工作时容易出现三个方面的问题，如下所示： （ 1）在采用机械传动方式时，动力在传递时，效果很好；但是在动力传递的过程中，往往电动机产生的振动也随着机械传动机构传递到提拉执行机构，影响提拉执行机构的工作速度及工作性能； （ 2）在上述两种垂直提拉执行机构中，采用的执行方式有滑块滑槽、卷筒线绳，这两种提拉执行机构在提拉工作时，往往会伴随着较大的阻力，容易导致提拉的不均匀性以及稳定性，从而导致提拉工作不佳镀件的性能； （ 3）动力驱动均采用电动机的方式 ，在电动机工作时，电动机的输出转速容易受到 输入电压变化的影响，由于电动机自身调速范围较小，导致垂直提拉执行机构在提拉上升时，速度可靠性降低，稳定性变差，特别是在低速提拉上升时。 结合上述现有垂直提拉装置机构及其存在的问题，总结其问题的根本是在于 在动力传递过程中振动的产生和提拉执行速度不稳定，针对这两个根本问题进行提拉装置结构优化，两类问题产生的根本原因是其提拉装置的结构缺陷而形成的，比如：电动机作为动力驱动部件，其工作时会产生振动，这是一种固有缺陷，无法改变；另一方面，电动机输出转速在电压变化的影响下会出现转速偏差，同时动力传动机构以及提拉执行机构 在工作时的运动阻力都会对提拉上升性能产生影响，进而影响镀件的性能，对实验结果产生一定的影响， 综上所述，为了保证镀件性能可靠，其提拉装置的工作应该满足一下要求： （ 1） 提拉执行机构在工作时，不会受到电动机产生振动的影响； （ 2）提拉执行机构的工作速度均匀，匀速上升，不会出现速度较大变动。 为了满足上述要求，针对原有提拉装置进行结构优化设计，对其动力传递结构进行改变，换用新的动力传递方式。 第二章 提拉装置设计 实验室小型提拉装置结构设计同其他机器结构设计一样，将整个装置分为以下三个部分 ： （ 1）动力机构： 为提拉装置提供动力，驱动提拉装置上升或下降； （ 2）执行机构：完作为提拉装置的工作部分，完成提上或下降动作； （ 3）传动机构：是动力机构和执行机构之间动力传递的桥梁，提拉装置的动力传递、控制等操作均在此部分完成，对于整个提拉装置的设计而言，传动机构是一个较为重要的组成部分，通过对传动机构的控制能够实现提拉上升或下降时，能够满足各种情况下动力的变化、运行速度要求以及运行位置变化。传动机构的工作性能直接影响到整个提拉装置的工作性能。 就目前而言，传动装置主要有机械式、电气式、气动式、液压式等 结构，根据上一章节提到的提拉装置工作要求，为了保证传动过程中 不会有振动的传递，同时考虑到提拉镀件过程中 温度较高，因此对传动机构采用液压式 。 采用液压传动作为动力传递装置能够很好的隔绝电动机产生的振动，结合液压传动的知识我们知道，其能够实现电机转化的机械能再液压泵的工作下变成液压能，驱动液压元件运动，实现动力传递。为了实现垂直提拉过程的直线运行，液压传动系统往往采用液压缸来保证直线运动；同时液压传动还有另一个方面的优点，其压力的传递不受部件位置的限制，能够采用液压管道实现液压动力的传递 。 提拉装置的设计原理如图 图 拉装置设计原理 在图 将提拉装置的设计分成三个部分：液压装置、提拉装置和控制装置。 液压装置设计时本次提拉装置设计的重点，在设计时，需要考虑液压装置在动力传递过程中的最大影响因素 振动。整个液压装置的 组成包括：变量液压泵、电磁换向阀、液压表、溢流调节阀、阀座、 输油管、过滤器、油箱等 。液压装置的作用是作为提拉装置的动力及动力传递，其变量液压泵在电动机的驱动下实现能量转化，将电动机产生的机械能转化为带有压力能的液压油并输出。在需要提拉装置向上提升时，压力油在输油管中经过阀座、换向阀，进入到提升液压缸的下腔中，在液压油压力的作用下，液压缸中的提拉活塞杆将会向上移动，挤压液压缸上腔的液压油在输油管中，经过换向阀、阀座、溢流阀流回油箱，形成一个完整的液压回路，完成提拉装置的上升动作；在需要提拉装置向下运动时，压力油在输油管中经过阀座、换向阀，进入到提升液压缸的上腔中，在液压油压力的作用下，液压 缸中的提拉活塞杆将会向下移动，挤压液压缸下腔的液压油在输油管中，经过换向阀、阀座、溢流阀流回油箱，形成一个完整的液压回路，完成提拉装置的下落动作。 液压装置是本次实验室提拉装置设计的重点，在对液压系统进行设计时，需要对液压系统的性能能够满足一下几个方面的要求： （ 1）液压装置能够实现较大的无极调速，调速方式采用变量液压泵、控制阀复合调速的方式，通过调节电动机的转速来改变变量液压泵的输出流量，在液压系统传动过程中，使得调速范围在 100:1之间，使得提拉装置在低速工作时的运行性能更好； （ 2）液压 装置在进行动力传递时，保证动力传递的稳定可靠，并且动力在传动时更加均匀；同时液压系统的执行元件液压缸在工作时，快速响应能力 要好，能够实现快速平稳启动，响应时间短； （ 3）在提拉装置垂直往复直线工作时，提拉结构简单，液压缸结构简单，快速实现往复直线运动； （ 4）液压装置的动力传递采用油管连接，保证连接的可靠，同时在进行较远距离的动力传递和控制时，能够满足实际距离变动的工作要求，并且采用软管连接能够在液压系统安装时，不受各个液压系统元件空间位置的限制； （ 5）在进行液压装置中液压系统元件的选型时，应该注意其设计 制造成本和后期的维护与保养，保证设计制造成本低，后期维护保养简便；同时液压元件采用标准化和通用化、系列化，简化提拉装置的整体结构，是提拉装置的零件数目最少，更加容易实现提拉装置的自动化工作。 根据本次提拉装置设计的工作环境极其液压装置设计的工作要求，对液压装置的主要液压元件进行型号和规格的选取，结合本次实验室用途的小型提拉装置结构设计特点，液压元件的选取原则是 根据设计要求液压元件选择接近的标准型号和规格。主要液压元件的选取主要是下面几个部分： （ 1）液压缸的选择 液压缸即是液压装置的工作执行机构，也是提拉装 置的执行机构，其作用是将液压能转化为机械能，并且实现垂直往复直线提拉运动，液压缸同时作为提拉装置的主体组成部分，其选择主要是根据液压设计进行标准选取 ，其选取依据是液压缸的有效作用面积和有效行程。 1、液压缸有效行程选择：液压缸的行程就是提拉装置的提拉工作行程，根据镀件干锅提拉的尺寸以及工作要求，最终确定液压缸的有效行程为 500 2、液压缸工作选择：由于本装置是针对实验室使用，同时镀件干锅的总体负载较小，根据液压传动原理，液压系统的工作压力由负载决定，负载不大的情况下，将设计要求的提拉速度作为液压缸的工 作速度。 结合液压装置的工作设计要求，液压缸的具体工作过程为：静止 提拉匀速上升 静止 提拉快速下降 停止，提拉装置不断工作循环此过程。载匀速上行阶段，要求液压缸在上行工作 速度均匀、慢速运行、能够根据具体工作情况选择速度运行，根据液压系统原理知识我们知道，液压缸的运行速度 方面时液压系统能够提供的工作流量 Q；另一方面是液压缸的有效工作面积 A。其计算公式如下所示。 V=Q/A 由公式我们可以知道，液压缸的运行速度就是液压缸活塞杆的运行速度，其 与液压缸有效面积 液压系 统能够提供的流量成正比，因此液压缸的最小运行速度 计算公式如下所示。 在公式中我们可以知道，增大液压缸的有效面积 是在液压缸型号规格确定之后，液压缸的运行速度有液压系统能够提供的流量相关。在实际进行液压缸的选取时，适量增大液压缸的有效面积 A，同时适当增大液压系统能够提供的流量，在满足提拉装置工作要求的前提下，保证液压缸活塞杆运行的匀速、平稳、可靠，结合液压缸型号规格选表，最终确定液压缸的型号规格为： （ 2）液压泵流量的选择 在液压装置中，液压泵作为液压系统的心脏，其工作性能直接决定了液压性能整体的工作性能。在对液压泵进行标准化选取时，选取的依据主要是液压系统要求的工作压力，即在提拉装置整个工作过程中，最大的负载压力 时液压系统不可避免的会出现一定的压力损失，令整个液压系统的压力损失总和为液压泵的最大工作压力 P n 其中，液压系统的压力损失总和 括换向阀。节流阀、调速阀等液压元件在工作时伴随的压力损失和沿程损失，考虑到提拉装置的负载不大，相对于液压缸活塞杆和提拉杆上安装零件的质量而言，将提拉装置的移动部件质量作为液压系统的负载重力，同时考虑到液压缸活塞杆在工作运行的过程中，会存在一定的密封阻力、工作排油阻力，形成一定的附加载荷。液压泵的选取采用标准液压泵，其最大工作压力往往都能够符合工作涉及要求，但是需要对其输出流量进行相应的参数考虑，使得液压泵流量的调节满足液压系统的工作要求，参考液压泵标准选取表，最终确定液压泵的功率为 量为 6L/为变量液压泵标准中最小值。 （ 3）其他液压元件选择 在液压系统中，还包括电磁换向阀、溢流调节阀 等的选取，结合上述变量液压泵的选取， 最终确定电磁换向阀选用 流调节阀选用 提拉装置的组成主要是机座、提拉液压缸、惯性稳速器、悬臂梁、夹位调节杆以及干锅夹等组成。提拉装置作为执行机构，其工作的主体是提拉液压缸，液压装置产生的液压能通过液压缸来实现能量的转换，将压力能转化为机械能，用 以实现提拉往复动作，即上行和下行。在提拉杆顶端安装有惯性稳定器 、悬臂梁等，在提拉杆底端安装有干锅夹，来实现夹持干锅，完成提拉上升或下降动作。 控制装置的组成包括液压元件和电气元件，其中液压元件主要是电磁换向阀、溢流阀等部件， 通过这些液压元件的动作来实现液压传动系统装置中，系统压力、流量以及方向的调节和控制；电气元件主要是自动空气断路器、单片机、固态继电器等部分。整个控制装置的能够实现对提拉装置的提拉动作、方向和速度的调节与控制，其控制装置电路原理如图 图 制装置电路原理 （ 1）提拉动作换向 动作换向可以简单的概括为：提拉上升 动作停止 提拉下降 动作停止。在这个过程中，按下提拉上升按钮，单片机 上升 控制使得 指令 固态继电器得电，换向电磁阀右端线圈得电，换向阀向右移动，使得提拉液压缸下腔进油，液压缸活塞杆向上移动 ，上升到一定的位置后，触碰行程开关，单片机上升控制指令停止，固态继电器失电，换向阀右端线圈失电，换向阀向左移动，上升停止；按下提拉下降按钮，单片机下降控制指令使得固态继电器得电，换向电磁阀左端线圈得电，换向阀向左移动，使得提拉液压缸上腔进油，液压缸活塞杆向下移动，下降到一定的位置后，触碰行程开关，单片机下降控制指令停止 ，固态继电器失电，换向阀左端线圈失电，换向阀向右移动，下降停止。 （ 2）提拉速度调节 在进行复合调节方式设计时，考虑到实际实验室镀件提拉装置的工作性质，其设计要求主要有：提拉装置提拉工作时低速且速度均匀，能够实现不同速度下 工作运行，在工作停止与加速之间实现速度可调，同时 在提拉装置速度调节控制装置设计时，考虑到提拉装置的经济性，降低实验研究制作成本，调速液压元件选用液压标准元件，结合提拉干锅镀件的负载重量，调速元件的选用最小规格即可满足本次提拉装置的设计要求。 调速方式采用复合调节，即：变频调节电动机转速器来调节变量泵的输出流量，进而调节液压系统的流量；调节溢流阀的开合程度来调节液压吸烟的流量和压力。复合调速的方式使得提拉装置的工作运行速度控制在 间，实现无极调速，同时保证提拉装置工作处于低速状态，工作稳定可靠。 本次设计控制装置的核心是采用单片机作为控制器，单片机型号为 工作性能稳定可靠，同时消耗能量少，采用 ，其兼容 片机的指令系统及其 80引脚结构，在单片机芯片内采用了通用的 8位中央处理 器和 单元结构，其工作性能完全能够满足实验室使用的镀件干锅提拉装置 工作使用要求。单片机作为 一种嵌入式微型控制器，其被广泛应用于各个工业场合，其构成了一个微型计算机，其在体积、质量、价格方面的优势使得其应用范围很广。单片机的组成包括四个组成部分：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备，其集成度非常高，系统结构简单，在实际使用中方便实现模块化，在较长时间工作时，工作性能稳定可靠， 保证无故障时间达到了 106时，单片机在工作时，响应时间段，处理能力强，工作电压低，能量消耗低，能够 适应多种工作环境，并保持较强的控制能力。综上所述，由于单片机在各个方面都具有优点，使得其应用分为非常广，比如：家用电器、工业控制、仪器仪表、网络以及通信设备等。 实验室用小型提拉装置控制装置某些特定的时刻能够实现程序化自动控制，通过对单片机进行编写程序、写入程序，利用单片机具有的定时功能 ，在镀件高温加热时无需人工计时 ， 准确 保证镀件在高温加热炉中的加热融化时间，有利于保证镀件的实验性能 ，同时能够保证试验操作的安全性，镀件干锅提拉期间，不需要人工进行操作，防止危险事故的发生。 第三章 结构 设计特征 通过上述提拉装置的设计，对设计结果的工作特点总结如下所示。 （ 1） 液压装置与提拉装置之间的液压传输高压软管是来实现压力油的传递，高压软管连接具有连接可靠、不受空间位置限制等优点；在控制装置与液压装置之间采用电线连接，整个提拉装置能够实现提拉动作主体分离，并且各个部分的连接采用柔性连接，工作主体与控制连接分开，从而实现提拉装置工作过程中无振动产生，不会受到电动机振动的影响，工作性能更加稳定。 （ 2）液压装置的设计是结合液压传动的基本原理，液压装置的系统压力由提拉工作装置的负载来决定，由于该装置定位与实验室使用 ，故其提拉工作装置负载很小。考虑到在液压提拉油缸在工作运行过程中，在爬行移动以及工作环境可能对提拉工作装置产生一定的影响，导致提拉杆出现轻微振动，故在提拉杆的上端安装有惯性稳定器，消除提拉杆的附加振动 ， 使得镀件干锅在提拉工作过程中，速度运行更加稳定可靠， 保证提拉工作的匀速运行。 （ 3）本次设计的传动机构采用液压传动来代替原有的机械传动，整个液压装置的组成包括液压缸、活塞杆、液压控制元件等，设计提拉装置的工作环境是实验室，同时提拉工作速度要求低速，因此对电动机的输出力和输出转矩值要求较大，功率质量比 高，功率体 积比大，对应选择相应的液压元件，能够满足镀件干锅的提拉工作即可。 （ 4）在这个镀件干锅提拉装置设计中，采用单片机作为控制装置，在特定程度下能够进行程序编程，实现提拉装置自动工作。 （ 5）本次实验室用的提拉装置设计为了保证的提拉工作的匀速和无振动性，同时为了降低装置的设计制造成本，采用液压传动装置；同时其控制简便，提拉装置工作性能可靠，能够很好的完成提拉工作要求，并且其工作使用寿命长。 结论 本次提拉装置是针对实验室使用环境来进行设计，在设计提拉装置工作时，液压装置 用于实现动力的传递，采用液体静压力的来实 现，在设计时充分考虑了其与高温加热炉的温度隔离，液压传动能够 保证动力传递的可靠性；控制装置 采用单片机和继电器对液压元件的控制，主要是方向和速度的控制 ， 在特定情况下能够实现自动提拉工作， 能够满足多种工作情况和工作要求，适合实验室使用；提拉装置 采用油缸活塞杆伸缩带动提拉杆的方式，保证提拉工作的效率 ，在提拉杆上安装有镀件干锅夹和惯性稳定器，保证提拉工作时的稳定 、无速度突变。 整个提拉装置在工作时产生的振动小，能够保证在提拉的过程中能够匀速运行，同时在低速提升时，工作稳定可靠，符合实验室使用要求； 同时设计制造成本低，降低实验室使用
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