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啤酒桶清洗机的设计及PLC控制【含全套5张CAD图纸】【答辩毕业资料】

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关键词：: 啤酒清洗设计 plc 控制节制全套 cad 图纸答辩毕业资料

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课题名: 啤酒桶清洗机的设计及ＰＬＣ控制

说明书.doc(57页25000字)
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[摘要]
可编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，已在机械制造、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。而本文讨论的是PLC在实际工业控制系统的应用。本设备是专为啤酒桶的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备适用桶的尺寸为高度H360—H560，直径Φ250—Φ500。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀-----、气动元件、气冲系统和水路系统组成。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。

[关键词]　　ＰＬＣ; 管路系统; 清洗机　

Abstract:
Applied meaning that programmable logic controller have in its control the aspect in the industry gradually obvious, combine at manufacture，generate electricity, chemical engineering, electronics etc profession craft the equipment's electricity control the aspect got the extensive application. It have the function strong and big, the usage is dependable, maintain the many advantage of simple etc., and already and gradually replaced after the logic control of the electric appliances electric circuit in a lot of places. But what the text discussion is a PLC in the actual industry to control the system's application. This equipment desi---加QQ:249796576---gned for cleaning and sterilizing casks. The equipment is automatic. The key processes contain discharging remnants, swilling with water, swilling with disinfectant, swilling with aseptic water and inflating with CO2. The height of cask is 360—560.The diameter is 250—500. The equipment is made of chassis, control unit, electromagnetic valve and piping. The center of manipulative unit is the MITSUBISHI PLC. PLC controls all of the running processes.

Keywords:　PLC; Piping; Cleaning Machine

一. 前言……………………………………………………………………3
（一） PLC技术基本原理………………………………………3
（二） PLC控制程序设计………………………………………7
（三）清洗机的用途特点………………………………………9
二．机器总体设计方案……………………………………………………10
三．机架的设计……………………………………………………………13
四．管路的设计……………………………………………………………21
（一）管路的设计………………………………………………21
（二）清洗头的设计……………………………………………21
（三）器件的选型………………………………………………23
五．电路的设计……………………………………………………------………29
（一）电路的设计………………………………………………29
（二）器件的选型………………………………………………35
六． PLC程序的设计………………………………………………………38
（一） I/O点分配表……………………………………………38
（二）流程图……………………………………………………39
(三) 梯形图……………………………………………………40
(四) 语句表……………………………………………………44
七. 结论……………………………………………………………………47
八. 致谢……………………………………………………………………48
九. 参考文献………………………………………………………………49
十. 附录:英译汉……………………………………………………………50

一. 前言

(一) PLC技术基本原理

1. PLC的发展历程

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
　　个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
　　上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%--40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
　　PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。而对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，而且易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。
随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此今天这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。

2.PLC的体系结构

PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图1.1所示：

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内容简介：: 摘要可编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，已在机械制造、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。而本文讨论的是PLC在实际工业控制系统的应用。本设备是专为啤酒桶的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备适用桶的尺寸为高度H360H560，直径250500。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。关键词; 管路系统; 清洗机Abstract:Applied meaning that programmable logic controller have in its control the aspect in the industry gradually obvious, combine at manufacture，generate electricity, chemical engineering, electronics etc profession craft the equipments electricity control the aspect got the extensive application. It have the function strong and big, the usage is dependable, maintain the many advantage of simple etc., and already and gradually replaced after the logic control of the electric appliances electric circuit in a lot of places. But what the text discussion is a PLC in the actual industry to control the systems application. This equipment designed for cleaning and sterilizing casks. The equipment is automatic. The key processes contain discharging remnants, swilling with water, swilling with disinfectant, swilling with aseptic water and inflating with CO2. The height of cask is 360560.The diameter is 250500. The equipment is made of chassis, control unit, electromagnetic valve and piping. The center of manipulative unit is the MITSUBISHI PLC. PLC controls all of the running processes. Keywords:PLC; Piping; Cleaning Machine 目录57一. 前言3（一） PLC技术基本原理3（二） PLC控制程序设计7（三）清洗机的用途特点9二机器总体设计方案10三机架的设计13四管路的设计21（一）管路的设计21（二）清洗头的设计21（三）器件的选型23五电路的设计29（一）电路的设计29（二）器件的选型35六 PLC程序的设计38（一） I/O点分配表38（二）流程图39(三) 梯形图40(四) 语句表44七. 结论47八. 致谢48九. 参考文献49十. 附录:英译汉50一. 前言(一) PLC技术基本原理1. PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。而对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，而且易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此今天这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。2.PLC的体系结构PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图1.1所示：电源编程器中央处理单元（CPU）输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区图1.1 PLC硬件的基本结构（1）中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能检查用户程序的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区, 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行为止。（2）存储器与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。才能构成一台完整的PLC。PLC的软件分为两部分: 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为应用程序存储器。PLC存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC的CPU的最大可寻址存储空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区，系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。A. 系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的各项功能。B. 系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储区。（A）I/O映象区由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要有一定数量的存储单元（RAM）以供存放I/O的状态和数据，这些存储单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit）, 一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit)。因此，整个I/O映象区可看作由开关量的I/O映象区和模拟量的I/O映象区两部分组成。（B）系统软设备存储区除了I/O映象区以外，系统 RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电子供电。使这部分存储单元内的数据得以保留；后者当PLC停止运行时，将这部分存储单元内的数据全部置“零”。C 用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC其存储容量各不相同，一般来说，随着PLC机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的PLC，其存储容量可根据用户的需要而改变。D常用的I/O分类常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3）PLC电源PLC电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小型的PLC，还是中、大型的PLC，其电源的性能都是一样的，均能对PLC内部的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。一般交流电压波动在正负10%（15%）之间，因此可以直接将PLC接入到交流电网上去。3PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。 4.PLC的工作原理PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术，既输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作为一个扫描周期。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等，如图1.2所示。第(N-1)个扫描周期输出刷新第(N+1)个扫描周期输入采样第N个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行图1.2 PLC的扫描运行方式（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有的数据和状态，并将它们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化，I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC的CPU总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。（3）输出刷新阶段在输出刷新阶段，CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。（二）PLC控制程序设计1. PLC控制系统的设计基本原则（1）最大限度的满足被控对象的控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。（3）保证控制系统安全可靠。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量2PLC编程步骤具体编制一个PLC控制程序的基本步骤如下(其流程图见图1.3)：3. PLC提供的编程语言(1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点A.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。B.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。C.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。确定系统必须完成的各项任务及其顺序将PLC的I/O位分配给输入输出设备编制PLC程序（梯形图或指令代码）通过PC机、GPC或FIT输入程序至PLCYES检查程序有无错误修改程序NOYES运行程序有无错误调整程序 NO程序投入使用图1.3D.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。(2)语句表语言，类似于汇编语言。(3)逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能，左边画输入、右边画输出。(三) 清洗机的用途特点1.清洗机用途及使用范围本设备是专为啤酒保鲜容器（包括不锈钢、塑料保鲜桶及扎啤桶）的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备为倒置清洗方式适用桶的尺寸为高度H360H560，直径250500即容积为5L，10L，20L的标准啤酒桶。主要结构：本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。工作原理：本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。主要工作过程为排残液清水冲洗消毒液冲洗无菌水冲洗CO2备压。2. 啤酒桶简介啤酒桶的结构简图如图1.4所示灌酒时酒液由酒矛（以下简称内圈）注入可减少泡沫的产生以保证酒液内CO2的含量，出酒时可在酒桶顶部安装上置式出酒器由桶内CO2备压将酒压出，也可以在酒桶下部安装下置式（水龙头式）的出酒器。由于出酒器接口并不存在清洗困难的问题且出酒器不在本设计研究范围内，所以啤酒桶结构简图中没有画出下置式出酒器的接口位置。3.清洗特点（1）清洗时，每次清洗液均由内圈注入，由内圈注入可利用清洗液的压力直接冲刷酒桶底部。（2）洗液注满后进行气冲，即内外圈同时充入大量气体使桶内清洗液“沸腾”，用气泡破裂的力量清洗酒桶内壁，排液时内外圈同时排液。为保证酒桶内尽可能不含氧气及不洁净气体，所以气冲时用CO2。（3）为保证出酒压力和酒液品质，最后应进行CO2备压。图1.4 酒桶内胆结构简图二. 机器总体设计方案本机的输出状态为喷嘴射流作业。受酒桶结构限制，清洗其内壁时只能将酒桶倒置于工作台上以便清洗液全部排空。本机可以清洗不同容积的酒桶，标准容积的酒桶出口结构尺寸也都是一样的，所以在充入液体或气体压力一定的情况下，注满的时间不同。所以通过改变各个控制阀开闭的时间就可以满足清洗不同容积的桶的要求。本机由一个工人站立操作。由人体工程学可知站姿的操作范围如图1.5所示。整个操作过程是：将酒桶搬起倒置于工作台上，按启动开关机器自动运行，整个清洗完成后再将酒桶搬下。本机拟一次同时清洗两只酒桶，这样既可以提高工作效率，也不致使工人一次搬运过多酒桶而产生疲劳感。由于本机的输出状态为喷嘴射流作业，这就要求控制系统要对流体进行有效控制。现在一般都采用PLC进行控制。本机拟用气动元件对主管路进行控制而PLC则对各气动元件进行控制。这样做是考虑到机器的工作环境。应用本机的单位是各啤酒厂。“结露”是啤酒厂车间内的环境特点，因此必须考虑电气元件的防潮。如果直接用电磁阀控制主管路，则难于对电磁阀进行保护。气控方式对环境要求小，工作寿命长，价格低，维护简单，可高速动作，操纵距离长，且本机所要求的控制压力低，所以气控方式适合本机要求。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气路系统和水路系统。工人在操作时应较轻松地将酒桶搬至工作台和操作各个开关，应清楚的看到操作面板的工作进程显示，应清楚的看到各仪表示数和个气控阀的工作状态。所以本机结构初步安排为总高2000mm，工作台高度800mm。各气控阀布置在工作台下方。操作面板高度为1400mm（工作台高度+酒桶最大高度560）。各电磁阀、电控元件安装在电气控制箱内。用气缸对酒桶夹紧，气缸布置在酒桶顶端控制箱两侧。水箱、消毒液箱布置在工作台下方，气控阀后方。由于对无菌水的保存使用有特殊要求所以无菌水箱由用户自备，其电机和无菌水泵在现场布置安装。本机只安装清水和消毒液用电机，但本机控制单元扔对无菌水用电机进行控制。本机的清水压力，消毒液压力，无菌水压力均为0.3MPa，气冲压力为0.3MPa，二氧化碳备压压力为0.5MPa。消毒液配方由用户自定。本机工作能力为30100桶/小时。图1.5 站姿操作范围三机架的设计机架是一个多功能构件，是整机的基础，要求有足够的静动刚度，热变形对精度的影响尽可能小，原始精度和尺寸的稳定性要好，外型美观，运输安装方便。在这些要求当中，强度和刚度是机架的基本技术指标。在许多情况下，刚度尤为重要。本机为单件小批量生产，可用焊接机架。焊接机架与铸造机架相比具有强度高、刚性好、重量轻、生产周期短、施工简便的特点.本机管道内流体具有氧化性、腐蚀性，所以机架、管道等有可能与液体相接触的部分选不锈钢1Cr18Ni9Ti。（一）焊接简介焊接是指利用加热或热加压，或两者并用的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合的一种加工方法。它是现代工业生产中用来制造各种金属结构和机械零件的一种主要工艺方法。焊接结构工艺设计焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。1. 焊缝布置焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则：（1）焊缝应尽量处于平焊位置各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。（2）焊缝要布置在便于施焊的位置焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。（3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形接头处的硬化组织，影响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面。 2. 焊接方法的选择各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。选择焊接方法时应依据下列原则：（1）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用 CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。（2）提高生产率，降低成本如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。（3）焊接现场设备条件及工艺可能性选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。3. 焊接接头设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。焊接接头形式设计焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T 形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等。（二）不锈钢简介不锈钢是指在大气、酸、碱或其它化学侵蚀介质中能抵抗氧化和腐蚀的高合金钢。不锈钢与高合金耐热钢都属于高合金钢，而且都含有大量铬元素。有许多不锈钢既能满足不锈钢耐化学介质腐蚀性能的要求，也能满足耐热钢热强性和热稳定性的要求，因此也可列入耐热钢范畴，例如，、钢等。本机架选用，属奥氏体钢。奥氏体钢有两类：一类是高铬镍钢，例如型钢、型钢等，另一类是高铬锰氮钢。奥氏体钢在加热和冷却过程中一般不发生组织转变，仅有碳化物的溶解和析出，在室温下主要为奥氏体组织。其中，型钢主要用作不锈钢，其在氧化性、中性及弱氧化性介质中的耐蚀性胜过高铬不锈钢，室温及低温韧性也是铁素体钢不能比拟的；型钢主要用作热稳定钢。如果高铬镍钢提高含碳量，也可用作热强钢。而高铬锰氮钢则主要用作不锈钢。奥氏体钢的焊接性比马氏体钢和铁素体钢都好。但是，当焊接工艺制定不当时也会出现一些问题。主要问题如下：焊接热裂纹问题焊缝和近缝区均可能产生热裂纹。最常见的是在焊缝金属中产生结晶裂纹，有时在近缝区也会产生液化裂纹。钢中的含镍量越高，产生热裂纹的倾向越大，因此，型奥氏体钢比型奥氏体钢热裂纹倾向大。焊接接头腐蚀问题焊接接头有可能产生两种腐蚀问题：（）晶间腐蚀焊接接头有三个部位有可能产生晶间腐蚀：焊缝晶间腐蚀；敏化区腐蚀；近缝区刀状腐蚀（见图）。这三种晶间腐蚀不会在同一接头上同时出现。其中，焊缝晶间腐蚀发生在采用单纯的型焊接材料焊接型钢以后，焊缝又经受了加热的情况下，或多层焊时前层焊缝受到后层焊缝加热的区域；敏化区腐蚀发生在不含稳定化元素（如、等）而又不是超低碳的型钢的热影响区中加热温度达到的区域；近缝区刀状腐蚀只发生在含有、等稳定化元素的奥氏体钢接头的近缝区。（）应力腐蚀由于奥氏体钢的导热系数小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热的情况下，接头处很容易产生较大的焊接残余拉伸应力，因而在与钢材匹配的介质共同作用下容易产生应力腐蚀。例如，、等对奥氏体钢并无腐蚀作用，但对有焊接残余拉伸应力的接头却有腐蚀开裂作用。有资料表明，焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。焊接接头脆化问题奥氏体钢在生产中用途很广，可以用在耐蚀、耐热、耐低温等各种工作条件下，但在不同的工作条件下对焊接接头性能的要求不同。如果用作工作在室温或以下的不锈钢，主要要求其具有耐蚀性；如果用作热强钢，则要求其在高温下有足够强度的同时，有足够的塑性和韧性；如果作为低温钢，则主要要求接头有良好的低温韧性。但是，如果焊接工艺制定不当，则可能产生高温脆化问题和低温脆化问题。（）高温脆化高温下进行短时拉伸试验和持久强度试验表明，当奥氏体钢焊缝中含有较多铁素体化元素或较多的相时，都会发生显著的脆化现象。一般认为与铁素体化元素促使析出相和由相能直接转变成相有关。铁素体越多，影响越严重，因此要求长期工作在高温的焊缝中所含的相数量应当小于。（）低温脆化试验表明，奥氏体钢焊缝中一次铁素体相不仅能引起高温脆化，而且也能引起低温脆化，相数量越多，低温脆化越严重。因此，为了满足低温韧性的要求，最好不采用双相组织，而应取得单相奥氏体组织。实际上即使采用单相奥氏体组织，其低温韧性也低于经固溶处理的母材。一般来说，奥氏体钢预热是没有益处的，因为焊前预热能促进碳化物的析出和引起焊件变形。但是，当焊件刚性极大的情况下，为了避免裂纹产生，有时不得不进行焊前预热。焊接奥氏体钢原则上不进行焊后热处理，只有在接头发生了脆化或需要提高其耐蚀性时才进行焊后热处理。热处理方式主要有两种：固溶处理和稳定化处理。其中：固溶处理用于对耐蚀性要求很高，且焊接时析出了碳化物和脆性相（如相）的焊件。其方法是将焊件均匀地加热到，保温，使析出相重新溶入奥氏体，然后快速冷却。原则上只能整体加热，不能局部加热。稳定化处理是将焊件加热到，一般保温后空冷。这样可以加快铬在奥氏体中的扩散速度，使铬能向晶界迁移，从而消除晶界处由于析出铬的碳化物而产生的贫铬现象，使金属耐晶间腐蚀的能力提高。这种方法同时也能起到降低焊接残余应力的作用。的化学成分（质量分数，%）：C0.12，Si1.00，Mn2.00，P0.035，S0.030Ni 8.0011.00，Cr 17.0019.00，Ti 5（C%-0.02）0.80（三）机架的设计机架的设计见图3.3。机架危险部分的校核:在机架的结构中，主要受力部分为台面横梁，该横梁承受的静载为酒桶及桶内液体的重力和气缸对酒桶的夹紧力，承受的冲击为安放酒桶时酒桶对清洗头的冲击。当台面横梁失效时，工作台面要替代横梁承受上述力。此外台面还要承受其他外力，如工人扶住台面时，台面要承受人的压力。所以，要对上述两部件进行分析。根据设计，两部件均可视为悬臂梁。对横梁分析如下：梁的挠曲线方程为：其挠度为：其转角为：rad受力图 F=1KN x A l B剪力图Fs x -F弯矩图M x -Fl图3.1 梁的分析梁的剪力为：Fs(x)=-F=-1000N 0 x l弯矩为：M(x)=-Fx=-1000*0.34=-340Nm 0xl弯曲应力的校核：=170MPa截面惯性矩为：I=,am,a结论：横梁安全。对台面的分析如下：台面为整张不锈钢板，正常工作时几乎不受力，当其下方横梁失效时，台面要承受两根横梁所承受的力，所以也可以把台面的受力情况简化为悬臂梁受力，力的大小为两根横梁各自1000N，和其他外力1000N，共3000N。悬臂梁的截面按3mm*3mm计算。受力图见图3.3梁的剪力为：Fs(x)=-F=-3000N 0 x l弯距为：M(x)=-Fx=-3000*0.475=-1425Nm 0xl弯曲应力的校核：=170MPa截面惯性矩为：I=4.5*10 结论：台面结构安全。为进一步提高横梁和台面的可靠性，在两者之间加支柱可以更好的改善两者的受力状态，主要是可以改善横梁的受力状态，使横梁在承受静载时台面可对其施加一部分拉力以减轻横梁所受的合力。在台面受力时，也可以借助横梁支架进行支撑。受力图 F=3000NxA l B 剪力图Fsx-F弯矩图Mx-Fl图3.2 台面的受力分析图3.3 机架装配图四管路的设计(一) 管路的设计本机的清水压力，消毒液压力，无菌水压力均为0.3MPa，气冲压力为0.3MPa，二氧化碳备压压力为0.5MPa，压力继电器工作压力为0.65MPa。按设计要求管路图如图4.1所示。清水箱，消毒液箱直接用机器自带的两个盛液箱。供清水和消毒液的电机、泵、溢流阀安装在机身上。无菌水箱由用户自行解决。供无菌水的电机、泵、溢流阀及其管路在现场布置安装。硬管尺寸用外径定寸，外径定寸管比通径定寸管更坚固更整洁，容易弯成系统所需要的形状，具有各种成品管接头选用。材料选用不锈钢。软管用聚氨酯管，其中备压管的尺寸是外径8mm、内径5mm，其余管路的尺寸为外径6mm、内径4mm。气冲是指短时间内将大量气体充入装有液体的酒桶内，借用气泡上升破裂的力量清洗桶内表面。将气体充入桶内必然要有液体流出，本机控制系统的处理方式为：充气时不排水，排水时不充气，充气和排水的时间有控制器决定。以10L桶为例，排水阀和充气阀的工作顺序为（X：闭合，O：打开）：排水阀 X X O X O X O X O X 充气阀 X O X O X O X O X X(二) 清洗头的设计由于酒桶的出酒口结构特殊，清洗时必须兼顾内壁和酒矛，这就要求针对其设计特殊结构的清洗头，如图4.2所示。清洗头工作状态如图4.3所示。图4.2 清洗头装配图1.清洗头的受力分析：清洗头工作时受到的压力为1000N，其中气缸输出压力为800N，酒桶及桶内液体重200N。由图4.2可知其结构中最薄弱的地方应该是7喷头杆与9分配座相配合的部分，其形状是内径16mm外径20mm的环形管，壁厚为2mm。整个系统可视为两端固定的压杆。为保证其稳定性，对其用安全系数法进行校核：柔度计算。式中I=，A=对不锈钢因为，所以是小柔度杆。压杆的临界力F为=306MPa*0.000113m=34578N再对压应力进行校核：=200MPa 结论：此结构安全。2.弹簧的设计：初选圆柱螺旋弹簧，其受力为静载压缩，F=1000N（1）选材。该弹簧用于阀门内部所以选65Mn。许用切应力=785MPa（2）初选旋绕比C为8，计算KK=（3）根据安装空间设弹簧中径D为48mm，根据C值查表取簧丝直径d为5.5mm。（4）计算簧丝直径d1.6m，取d=6mm（5）求圈数n，对压缩弹簧n=8.635，n取8（6）计算其他数据并与安装空间比较：中径D=cd=0.048m 内径D= D-d=0.042m 外径D= D+d=0.054m节距p=0.28 D=0.013m 长度H=np+3d=0.12m 经过验证符合要求（7）验算稳定性。该弹簧由于套在管上所以不会失稳(三) 器件选型.选择液压泵，电机：（）选择泵已知各桶内射流压力为0.3MPa，设水路压力损失为0.05MPa，则液压泵的最高工作压力为：p=P+p=(0.3+0.05)MPa=0.35MPa在泵的最高工作压力上考虑再加上25%的压力储备,所以泵的额定压力为:p=0.35+0.35*25%=0.4375MPa取泄漏系数k为1.1,计算泵的流量:设喷嘴的流量为1L/s,即60L/min, 注满容积为5L、10L、20L的酒桶的时间大约为5s、10s、20s。所以泵的流量为:QkQ=1.1*60L/min=66L/min应再加上系统中溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般为3L/min查产品样本选型定量叶片泵额定压力p=7.0MPa，转速n=1000-1500r/min，排量V=48mL/r，容积效率=0.95求得液压泵输出的实际流量为q=q=Vn =48*10*1450*0.95=66.12L/min液压泵输出功率为P=p q=0.4375*10*66.12*10/60=0.483KW（）选择电机电机功率为P= P/=0.483/0.9=0.536 KW选YL7114型单相电机.额定转速n=1450r/min 额定功率P=550W.选择气缸：（）选择气缸的行程:本机设计适用桶的尺寸为高度H360高度H560.气缸的主要作用是夹紧酒桶,桶的直径为250500,因此必须要在活塞杆上加垫使作用在桶底步的力分散,所以要预留垫的厚度和方便搬动的空间40mm.通常还应考虑各种非标桶的高度.所以气缸的行程定为400mm.（）选择缸径:当气缸以推力做功时,缸径大小由下式得D=47.6mm圆整得50mm.式中为气缸输出推力取800N,为气缘压力取0.5MPa,为效率取0.9.选择活塞杆直径:d=0.00225m 由于活塞杆行程定为400mm,当活塞杆的长度L10d时即d40mm时按强度条件计算得只要杆径大于3mm即满足需要。当活塞杆的长度L10d时，按纵向弯曲极限力计算,这时活塞杆直径与长度须同时考虑, 活塞杆直径不仅和外载荷有关,而且和长度及安装形式、材料的性能有关。普通气缸的活塞杆材料为不锈钢，其柔性系数m为85。本设计中气缸的安装形式是一端自由一端固定，故取端点安装形式系数n为0.25。m=4.25。活塞杆截面曲率半径K=0.25d当m时,F=,将A=,K=0.25d代入得d0.01m由上述三种情况讨论得知只要气杠杆径大于10mm即可满足使用要求（）耗气量的计算：对单作用气缸有Q=LnD=0.4*1*0.05*=0.00471m=4.71L（）活塞杆的运动速度全部行程要求4s完成，即v=0.1m/s。综合上述几方面条件可选气缸型号为50*400（四）水箱机器工作时要消耗大量的水，需要随时补充。为方便水的补给，减轻劳动强度，减少操作步骤，水箱上部进水设有机械式铜浮球阀，下部放水设有手动球阀。水箱容积为700*500*900，单位mm。水箱内设过滤网，过滤网用不锈钢网自制。器件选型列表名称型号数量两位两通电磁阀 OK61- 25 10两位两通手动阀 D1VL22-10 1三位四通电磁阀 K35HD-10 1三位四通手动阀 D1VL35-10 1两位两通气控阀不锈钢角座阀25 9减压阀 395-10 2气缸 IGQ50*400 2泵 YB型定量叶片泵 3溢流阀 EUR25 3压力继电器 HED 2压力表指针式 2浮球阀 GD-53/4 2球阀 ZJ-23/4 2软管聚氨酯5 10m 聚氨酯8 2m 硬管，接头按装配图执行图4.1 管路设计图图4.3 清洗头工作示意图五电路的设计（一）电路设计电路图见图5.1，图5.2。超压显示：当管路内压力达到0.65MPa时，压力继电器动作，电路全部切断，这时可由扣式电池供电使超压指示灯亮。电路如图5.3所示。 KP1 KP2 +3V 0图5.3 超压显示电路电气控制柜用不锈钢板焊接，要求密封良好，防止“结露”现象对电路工作造成影响（二）器件介绍1.电机单相异步电动机就是指用单相交流电源的异步电动机。由于只需要单相电源供电，使用方便，因此被广泛应用于工业和人民生活的各个方面，如电风扇、电冰箱、洗衣机、空调设备、电动工具和医疗器械中都使用单相异步电动机作为原动机。与同容量的三相异步电动机相比较，单相异步电动机的体积较大、运行性能较差、效率和功率因数稍低，因此一般只做成小容量的。我国现有产品功率从几瓦到几百瓦。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小等优点。（1）单相异步电动机的运行原理单相异步电动机的运行原理和三相异步电机基本相同，但有其自身的特点。从结构上看，单相异步电动机与三相笼型异步电动机相似。其转子也为普通笼型转子，差别仅在于定子绕组。其定子绕组为一单相工作绕组，但通常为起动的需要。定子上除了工作绕组外，还设有起动绕组。它的作用是产生起动转矩，一般只在起动时接入。当转速达到 70%-80%的同步转速时，由离心开关将其从电源自动切除，所以正常工作时只有工作绕组在电源上运行。但也有一些电容分相或电阻分相电动机，在运行时将起动绕组接于电源上。这实质上相当一台两相电动机，但由于它接在单相电源上，故仍称为单相异步电动机。根据定子两个绕组在定子上的分布以及供电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。单相异步电动机的优点主要是使用单相交流电，但是单相异步电动机的启动转矩等于零，不能自行启动。为了使单相异步电动机能够产生起动转矩，关键是如何在起动时在电动机内部形成一个旋转磁场。根据获得旋转磁场方式的不同，单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。在分析交流绕组磁动势时曾得出一个结论：只要在空间不同相的绕组中通入时间上不同相的电流，就能产生一旋转磁场。这样，起动的必要条件是要求两相绕组中通入相位不同的两相电流。如何把工作绕组与起动绕组中通入的单相交流电电流相位分开，即所谓的 “分相”，就变成了单相异步电动机的十分重要的问题。分相起动单相异步电动机就是根据这一原理设计的。分相起动单相异步电动机包括单相电阻分相起动异步电动机、单相电容分相起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动与运转异步电动机。（2）单相电容分相起动异步电动机单相电容分相起动异步电动机定子上有两个绕组：一个为工作绕组，另一个为起动绕组，两绕组在空间相差90度。在起动绕组回路中串接起动电容C，作电流分相用，并通过离心开关或继电器触点S与工作绕组并联在同一单相电源上。电容器的作用是使起动绕组回路的阻抗呈容性，从而使起动绕组在起动时的电流超前电源电压U一个相位角。由于工作绕组的阻抗是感性的，它的起动电流I滞后电源电压U一个相位角。若适当选择电容C，使流过起动绕组的电流I超前工作绕组起动电流90度相位角，这就相当于在电动机起动时，时间相位上互差90度的两相电流流入在空间相差90度的两相绕组中，这样可使电动机在起动时产生一个接近圆形的旋转磁动势，并在该磁场作用下产生较大的电磁转矩使电动机转动。与电阻分相单相异步电动机比较，电容分相电动机的优点是：1如果电容器的电容量配得合适，能够作到使起动时起动绕组电流差不多比工作绕组电流超前90度电角度。2起动绕组的容抗可以抵消感抗使总的电抗值小些，所以起动绕组的匝数不像电阻分相时受到限制，可以多些，从而可以增大起动绕组的磁动势。以上两点都可使得电动机在起动时能产生一个接近圆形的旋转磁动势，得到较大的起动转矩。3由于启动绕组电流和工作绕组电流接近90度电角度，合成的线电流比较小，所以电容分相起动的单相异步电动机的起动电流较小，起动转矩却比较大。这种电动机的起动绕组是按短时工作设计的，在起动绕组回路中也串接了一个起动开关，所以当电动机转速达75%-80%同步转速时，起动开关动作，起动绕组和起动电容器C就在离心开关S的作用下自动退出工作，使起动绕组脱离电源。这时电动机就在工作绕组单独作用下运行。在转子转速上升的过程中，起动绕组电流加大，电容器的端电压会升高，起动开关及时动作可以降低对电容器耐压的要求。电容分相起动单相异步电动机改变转子转向的方法同电阻分相起动单相异步电动机的一样。（3）单相异步电动机的选择当电动机输出功率大于250W时，最好采用电容起动和运转电动机，也可选用电容起动或电阻起动电动机。具体选择哪一种？可从价格和起动性能方面权衡利弊来选用。对于大于550W的电动机，可选用电容起动电动机。因为在大功率范围内电阻起动电动机的起动电流太大。2.固体继电器固体继电器（亦称固态继电器）英文名称为Solid State Relay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。（1）SSR优缺点及使用场合固体继电器具有如下主要特点：A.控制功率小只需输入很小的工作电流，SSR 便能正常工作，并能方便地与 TTL、DTL、HTL 和 CMOS 集成电路相配合，广泛应用于各种电子设备中。其输出部分采用大功率晶体管或可控硅元件来控制、接通或断开负载和电源，具有很大的功率放大作用。B.可靠性高由于 SSR 无触点，接触电阻小，因而工作可靠性高。它采用绝缘防水材料浇铸，适合在潮湿和有腐蚀性气体的场合使用。SSR 内部没有可动部件，因而具有耐振动和抗冲击的能力。C.抗干扰能力强SSR 对系统的干扰小，同时自身抗干扰能力也强。它没有接点跳动，消除了因火花导致的电磁干扰。另外，由于交流型 SSR 采用了过零触发技术，具有零电压、零电流断开的特性，从而能有效地降低线路中的 dv/dt和 di/dt，使得它对外界的电磁干扰降到最低限度。此外，由于SSR 在输入与输出之间采取了光电隔离等措施，其抗干扰能力也相应明显提高。D.动作快SSR 由电子元件组成，响应快，对直流 SSR，响应时间小于几十微秒，比电磁继电器的速度提高近千倍。对过零交流 SSR，其转换时间也不大于市电周期的一半（即十毫秒）。E.寿命长SSR 属于永久性或半永久性电子器件，若使用得当，其寿命比普通电磁继电器使用寿命要高得多。F.能承受的浪涌电流大SSR 能承受的浪涌电流可为其额定值的 6 10 倍。G.对电源电压的适应范围广交流型 SSR 的工作电压可以在 30 220V 内任意选择。H.耐压水平高SSR 输入与输出之间的介质耐压可达 2.5kV 以上。需要指出的是，尽管 SSR 有上述众多优点，但与传统的机电式继电器相比，仍有不足之处，如漏电流大，接触电压大，触点单一，使用温度范围窄，过载能力差及价格偏高等。固体继电器目前已广泛应用于计算机外围接口装置，电炉加热恒温系统，数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防，保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。（2）SSR的分类交流固体继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机型）；按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）；按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板上的装置式（靠散热器冷却）；另外输入端又有宽范围输入（DC332V）的恒流源型和串电阻限流型等。A、SSR为电流驱动型在逻辑电路驱动时应尽可能采用低电平输出进行驱动，以保证有足够的带负载能力和尽可能低的零电平。B、SSR输入端的串并联多个SSR的输入端可以串、并联，但应满足每个SSR高电平时，过零型触发电流大于5mA，随机型大于10mA,低电平电压小于1V。也即并联驱动电流应大于多个SSR的输入电流之和;串联时驱动电压应大于多个开启电压（以4V计算）之和。（3）固体继电器电压等级的选取及过压保护当加在固体继电器交流两端的电压峰值超过SSR所能承受的最高电压峰值时，固体继电器内的元件便会被电压击穿而造成SSR损坏，选取合适的电压等级和并联压敏电阻可以较好地保护SSR。A、交流负载为220V的阻性负载时可选取220V电压等级的SSR。B、交流负载为220V的感性负载或交流负载为380V的阻性负载时可选取380V电压等级的SSR。C、交流负载为380V的感性负载时可选取480V电压等级的SSR（480V等级的SSR还具有更高的静态dv/dt指标）；其他要求特殊、可靠性要求高的场合如电力补偿电容器切换、电动机正反转等均须选取480V电压等级的SSR。D、交流负载的电压小于100VAC以下场合时，选择固体继电器最好向我公司咨询定制。SSR过压的保护：除SSR内部本身有RC吸收回路保护外，还可以采取并联金属氧化物压敏电阻（MOV），MOV面积大小决定吸收功率，MOV的厚度决定保护电压值。一般220V系列SSR可选取500V-600V的压敏电阻，380V系列SSR可选取800V-900V的压敏电阻，480V系列SSR可选取1000V-1100V的压敏电阻。（4）固体继电器电流等级的选取及过流保护过流（最严重的情况为负载短路）是造成SSR内部输出可控硅永久性损坏的最主要原因。快速熔断器和空气开关是过流保护方法之一，小容量SSR也可选用保险丝；许多负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于散热不及，浪涌电流与过流一样也是造成SSR内部输出可控硅损坏的最主要原因之一。因此选取固体继电器时，保证一定的电流余量是极其重要的。 A、阻性负载时，选取SSR的电流等级宜大于等于2倍的负载额定电流。 B、负载为交流电动机时，选取SSR的电流等级须大于等于6-7倍的电动机额定电流。 C、交流电磁铁、中间继电器线保、电感线圈等负载时，选取SSR的电流等级宜大于等于4倍的负载额定电流，变压器时要求大于等于5倍变压器初级额定电流，特种感性、容性负载则应根据实际经验还须放大SSR的电流余量。D、电力补偿电容器类负载时，选取SSR的电流等级须大于5倍的负载额定电流。（5）SSR的发热与散热：单相SSR在导通时的最大发热量按实际工作电流1.5W/A来计算，在散热设计时，应考虑到环境温度，通风条件（自然冷却、风扇冷却）及SSR安装密度等因素。（6）电网频率： SSR应用于50Hz或60Hz的工频电网上，不宜于低频或高次谐波分量大的场合，如变频器输出端有多组负载需要分别切换，采用SSR作为开关则可能由于高次谐波使其不能可靠关断，并且高次谐波还可能使SSR内部的RC吸收回路因过热而炸裂。固体继电器两交流端无极性。 SSR 24V DC 220V AC 图5.4 SSR接线图3. 低压断路器低压断路器俗称自动空气开关，是低压配电网中的主要电气开关之一，它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。主要用在不频繁操作的低压配电线路或开关柜（箱）中作为电源开关使用，并对线路、电器设备及电动机等实行保护，当它们发生严重过电流、过载、短路、断相、漏电等故障时，能自动切断线路，起到保护作用，应用十分广泛。较高性能型万能式断路器带有三段式保护特性，并具有选择性保护功能。高性能万能式断路器带有各种保护功能脱扣器，包括智能化脱扣器，可实现计算机网络通信。低压断路器具有的多种功能，是以脱扣器或附件的形式实现的，根据用途不同，断路器可配备不同的脱扣器或继电器。脱扣器是断路器本身的一个组成部分，而继电器（包括热敏电阻保护单元）则通过与断路器操作机构相连的欠电压脱扣器或分离脱扣器的动作控制断路器。4整流、滤波负载总电阻按100欧计算，变压器副边有效值U=U/1.2=24/1.2=20V二极管承受的最高反向电压U=U=28V由RC=5*T/2=5*=0.02S知C=0.05/R=500选用35V470uF器件选型名称型号数量备注单相电机 YL7114 550W 3 固态继电器 40A/220VAC 3 可编程控制器 FX1S-30MT 1变压器 BK-100VA/AC24V 1继电器 HH52P/24V 12空气开关 DE47-2P/3A 3 带灯开关 KD10-121-R（G）224 2 红绿各一个指示灯 XDX124VG 8 绿色熔断器 R3-12 10变压器 ZBDG 1 整流桥 MB4S 1 控制柜不锈钢自制电容 8535V470Uf 1接线端子排、线号、夹头、热缩管若干图5.1 电路图图5.2 PLC主机接线图六 PLC程序的设计（一）I/O分配表输入输入端子号电器设备X400 系统运行按钮SB1X401 急停按钮SB2 X402 压力继电器常闭触点KP1 X403 压力继电器常闭触点KP2输出输出端子号电器设备Y430 活塞下行接触器KM1Y431 内外圈连通接触器KM2Y432 CO2气冲接触器KM11Y433 需回收废液接触器KM4Y434 进清水接触器KM5Y435 清水泵固体继电器SSR1Y436 直接排放接触器KM6Y437 进消毒液接触器KM7Y530 消毒液泵固体继电器SSR2Y531 循环使用接触器KM8Y532 进无菌水接触器KM9Y533 无菌水泵固体继电器SSR3Y534 活塞上行接触器KM10Y535 CO2备压接触器KM3 Y536 运行自锁接触器KM12开始（二）流程图继续按启动按钮换容量？延时延时 Y设置计数值延时到？延时到？ N N N按运行按钮内圈进消毒液CO2备压 Y Y活塞下行延时延时延时5s延时到？延时到？延时到？ N N N 气冲活塞抬起 Y Y活塞位置保持 Y延时延时内外圈排残液延时到？延时到？延时 N N延时到？内圈进无菌水一次工作结束 Y Y N延时 Y内圈进清水延时到？延时 N 延时到？内外圈进CO2排液 YN气冲 Y（四）语句表步序指令001 LD X400002 OR M100003 AND X401004 ANI X402005 ANI X403006 OUT M100 007 OUT Y536008 LD M100009 ANI T450010 OUT Y430011 OUT T450012 K 050013 LD T450014 ANI T451015 OUT M101016 LD C460017 ANI T452018 OUT M102019 LDI C460020 AND T455021 OUT M103022 LDI C460023 AND T456024 OUT M104025 LD M101026 OR M102027 OR M103步序指令028 OR M104029 OUT Y431030 LD T450031 ANI T451032 OUT T451033 K 120034 OUT Y433035 LD T451036 ANI T452037 OUT Y434038 OUT Y435039 OUT T452040 K 100041 LDI C460042 AND T452043 ANI T453044 OUT M105045 LD T455046 ANI C460047 ANI T453048 OUT M106049 LD T456050 ANI C460051 ANI T453052 OUT M107步序指令053 LD M105054 OR M106055 OR M107056 OUT Y432057 OUT T454058 K 025059 LD T454060 ANI C460061 AND T452062 OUT M120063 LD T455064 AND T454065 ANI C460066 OUT M121067 LD T454068 ANI C460069 AND T456070 OUT M122071 LD M120072 OR M121 073 OR M122 074 OUT T453 075 K 025076 LD M120077 OR M122078 OUT Y436079 LD T455080 OR T456081 OR T452082 OR M71步序指令083 RST C460084 LD T453085 OUT C460086 K 4087 OUT Y535088 OUT T457089 K 050090 LD C460091 ANI T455092 OUT Y437093 OUT Y530094 OUT T455095 K 100096 LD T455097 ANI C460098 ANI T453099 OUT T454100 K 025101 LD C460102 ANI T456103 OUT Y532104 OUT Y533105 OUT T456106 K 100107 LD C460108 ANI T457109 OUT Y535110 OUT T457111 K 025步序指令112 LD T457113 ANI T550114 OUT Y534115 OUT T550116 K 030117 END 七结论（一）关于机器1.清洗机的可靠性：（1）设有压力表，当压力超过0.6MPa时，应人工关闭气路、水路、电路，及时查找故障。（2）当管路各安全阀、减压阀失效时，管路压力达到0.65MPa时，压力继电器作用，使电源自动断开，超压指示灯亮。（3）缸可以手动调节活塞杆上下运动，防止活塞杆上有杂物阻碍工作。（4）系统掉电再复电时，工作过程重新进行，防止出现未洗净的桶。（5）控制面版设有程序显示可对程序运行情况进行观察。2.清洗机安装场所的选择：（1）因为设备中清水与无菌水清洗完桶之后要排掉，所以安装场合要有良好的排水条件。（2）场地要求平整（3）设备使用中清水和无菌水要求不断补充，所以要选择离水源近的地方。3.清洗机的维护：（1）每日工作完毕，将台面清理干净，切断电源、水源、气源。（2）工作前将消毒液箱清理干净，注入消毒液，根据需要定时更换。（3）运行一段时间后检查管路是否出现泄漏。（4）设备长时间不用或环境温度低于零摄氏度时，应将机内液体全部排空，防止冻裂。(二)关于设计毕业设计结束是我们在校学习的最后阶段，也是对知识和能力深化和升华的过程。通过设计，可以对所学知识结构进行重新整合，将所学知识与工程实践问题相结合，熟悉了国家有关标准和规范。培养了分析问题和解决问题的能力。强化了创新意识，为将来激烈的竞争打下了基础。同时也培养了严肃认真的科学态度，优良的思维模式，和严谨求实的工作作风。树立了正确的设计思想，并掌握了现代设计方法。此次设计用到了我以前学过的机械、电子等多方面知识，是对我们大学所学知识的大综合，对这些知识进行了加强巩固，有了更深的认识。此次设计还有许多不足之处，再加上本人的设计能力所限、实践经验的缺乏，虽经过缜密思考、周密计算、广泛实践，还是会有不尽与人意的地方。希望老师给予建议、指导，本人将虚心接受，不胜感激。致谢在本文即将结束之际，我要由衷地感谢在我毕业设计阶段，学习中帮助过我的师长。感谢我的导师宋老师，岳老师。在整个设计过程中，宋老师给予了我关心和帮助。使我的课题研究能够顺利开展，并取得一定成果。在此，我向他们表示最真挚的感谢。参考文献1. 三菱公司，三菱微型可编程控制器编程手册，20002. 顾战松、陈铁年编著，可编程控制器原理于应用，北京：国防工业出版社，19963. 宋伯生编著，可编程控制器配置、编程、联网，北京：中国气象出版社，1995.54. 杨天玉等，可编程控制器之间的联网通讯，电气自动化，20005. 王兆义编著，可编程控制器教程，北京：机械工业出版社，20006. 杨长能，张兴义，可编程控制器基础与应用，重庆：重庆大学出版社，19927. 丁树摩主编，液压传动，北京：机械工业出版社，19998. 濮良贵编著，机械设计，北京：高等教育出版社，19899. 机械工程手册编委会主编，机械工程手册，北京：机械工业出版社，199510.周开勤主编，机械零件手册，北京：高等教育出版社，199411.邓兴中主编，机电传动控制，武汉：华中科技大学出版社，200112.廖晓钟编著，电力电子技术与电气传动，北京：北京理工大学出版社，200013.张其枢编著，不锈钢焊接，北京：机械工业出版社，199914.刘新德主编，液压气动手册，北京：机械工业出版社，2004附录：英译汉LATHES & MILLINGA shop that is equipped with a milling machine and an engine lathe can machine almost any type of product of suitable size.The basic machines that are designed primarily to do turning，facing and boring are called lathes. Very little turning is done on other types of machine tools，and none can do it with equal facility. Because lathe can do boring，facing，drilling，and reaming in addition to turning，their versatility permits several operations to be performed with a single setup of the workpiece. This accounts for the fact that lathes of various types are more widely used in manufacturing than any other machine tool. Lathes in various forms have existed for more than two thousand years. Modern lathes date from about 1797，when Henry Maudsley developed one with a leadscrew. It provided controlled，mechanical feed of the tool. This ingenious Englishman also developed a change gear system that could connect the motions of the spindle and leadscrew and thus enable threads to be cut. Lathe Construction. The essential components of a lathe are depicted in the block diagram of picture. These are the bed，headstock assembly，tailstock assembly，carriage assembly，quick-change gearbox，and the leadscrew and feed rod. The bed is the back bone of a lathe. It usually is made of well-normalized or aged gray or nodular cast iron and provides a heavy，rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel，longitudinal ways，inner and outer，are contained on the bed，usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways，whereas others utilize one inverted V and one flat way in one or both sets. Because several other components are mounted and/or move on the ways they must be made with precision to assure accuracy of alignment. Similarly，proper precaution should betaken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccuracy in them usually means that the accuracy of the entire lathe is destroyed. The ways on most modern lathes are surface hardened to offer greater resistance to wear and abrasion. The headstock is mounted in a fixed position on the inner ways at one end of the lathe bed. It provides a powered means of rotating the work at various speeds. It consists，essentially，of a hollow spindle，mounted in accurate bearings，and a set of transmission gearssimilar to a truck transmissionthrough which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from eight to eighteen speeds，usually in a geometric ratio，and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives. Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle，it is of heavy construction and mounted in heavy bearings，usually preloaded tapered roller or ball types. A long- itudinal hole extends through the spindle so that long bar stock can be fed through it. The size of this hole is an important size dimension of a lathe because it determines the maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through the spindle. The inner end of the spindle protrudes from the gear box and contains a means for mounting various types of chucks，face plates，and dog plates on it. Whereas small lathes often employ a threaded section to which the chucks are screwed，most large lathes utilize either cam-lock or key-drive taper noses. These provide a large-diameter taper that assures the accurate alignment of the chuck，and a mechanism that permits the chuck or face plate to be locked or unlocked in position without the necessity of having to rotate these heavy attachments.Power is supplied to the spindle by means of an electric motor through a V-belt or silent-chain drive. Most modern lathes have motors of from 5 to15 horsepower to provide adequate power for carbide and ceramic tools at their high cutting speeds.The tailstock assembly consists，essentially，of three parts. A lower casting fits on the inner ways of the bed and can slide longitudinally thereon，with a means for clamping the entire assembly in any desired location. An upper casting fits on the lower one and can be moved transversely upon it on some type of keyed ways. This transverse motion permits aligning the tailstock and headstock spindles and provides a method of turning tapers. The third major component of the assembly is the tailstock quill. This is a hollow steel cylinder，usually about2 to3 inches in diameter，that can be moved several inches longitudinally in and out of the upper casting by means of a hand wheel and screw. The open end of the quill hole terminates in a Morse taper in which a lathe center，or various tools such as drills，can be held. A graduated scale，several inches in length，usually is engraved on the outside of the quill to aid in controlling its motion in and out of the upper casting. A locking device permits clamping the quill in any desired position. The carriage assembly provides the means for mounting and moving cutting tools. The carriage is a relatively flat H-shaped casting that rests and moves on the outer set of ways on the bed. The transverse bar of the carriage contains ways on which the cross slide is mounted and can be moved by means of a feed screw that is controlled by a small hand wheel and a graduated dial. Through the cross slide a means is provided for moving the lathe tool in the direction normal to the axis of rotation of the work.On most lathes the tool post actually is mounted on a compound rest. This consists of abase，which is mounted on the cross slide so that it can be pivoted about a vertical axis，and an upper casting. The upper casting is mounted on ways on this base so that it can be moved back and forth and controlled by means of a short lead screw operated by a hand wheel and a calibrated dial. Manual and powered motion for the carriage，and powered motion for the cross slide，is provided by mechanisms within the apron，attached to the front of the carriage. Manual movement of the carriage along the bed is effected by turning a hand wheel on the front of the apron，which is geared to a pinion on the back side. This pinion engages a rack that is attached beneath the upper front edge of the bed in an inverted position.To impart powered movement to the carriage and cross slide，a rotating feed rod is provided. The feed rod，which contains a keyway through out most of its length，passes through the two reversing bevel pinions and is keyed to them . Either pinion cam be brought into mesh with a mating bevel gear by means of the reversing lever on the front of the apron and thus provide “forward” or “reverse” power to the carriage. Suitable clutches connect either the rack pinion or the cross-slide screw to provide longitudinal motion of the carriage or transverse motion of cross slide.For cutting threads，a second means of longitudinal drive is provided by a lead screw. Whereas motion of the carriage when driven by the feed-rod mechanism takes place through a friction clutch in which slippage is possible，motion through the lead screw is by a direct，mechanical connection between the apron and the lead screw. This is achieved by a split nut. By means of a clamping lever on the front of the apron，the split nut can be closed around the lead screw. With the split nut closed，the carriage is moved along the lead screw by direct drive without possibility of slippage.Modern lathes have a quick-change gear box. The input end of this gearbox is driven from the lathe spindle by means of suitable gearing. The out put end of the gear box is connected to the feed rod and lead screw. Thus，through this gear train，leading from the spindle to the quick-change gearbox，thence to the lead screw and feed rod，and then to the carriage，the cutting tool can be made to move a specific distance，either longitudinally or transversely，for each revolution of the spindle. A typical lathe provides，through the feed rod，forty-eight feeds ranging from 0.002 inch to0.118 inch per revolution of the spindle，and，through the lead screw，leads for cutting forty-eight different threads from 1.5 to 92perinch.On some older and some cheaper lathes，one or two gears in the gear train between the spindle and the change gear box must be changed in order to obtain a full range of threads and feeds.Milling is a basic machining process in which the surface is generated by the progressive formation and removal of chips of material from the workpiece as it is fed to a rotating cutter in a direction perpendicular to the axis of the cutter. .In some cases the workpiece is stationary and the cutter is fed to the work. In most instances a multiple-tooth cutter is used so that the metal removal rate is high，and frequently the desired surface is obtained in a single pass of the work.The tool used in milling is known as a milling cutter. It usually consists of a cylindrical body which rotates on its axis and contains equally spaced peripheral teeth that intermittently engage and cut the workpiece. In some cases the teeth extend part way across one or both ends of the cylinder. Because the milling principle provides rapid metal removal and can produce good surface finish，it is particularly well-suited for mass-production work，and excellent milling machines have been developed for this purpose. However，very accurate and versatile milling machines of a general-purpose nature also have been developed that are widely used in job-shop and tool and die work. A shop that is equipped with a milling machine and an engine lathe can machine almost any type of product of suitable size.Types of Milling Operations. Milling operations can be classified into two broad categories，each of which has several variations：1.In peripheral milling a surface is generated by teeth located in the periphery of the cutter body；the surface is parallel with the axis of rotation of the cutter. Both flat and formed surfaces can be produced by this method. The cross section of the resulting surface corresponds to the axial contour of the cutter. This procedure often is called slab milling.3. In face milling the generated flat surface is at right angles to the cutter axis and is the combined result of the actions of the portions of the teeth located on both the periphery and the with the face portions providing a finishing action.The basic concepts of peripheral and face milling are illustrated in Fig. Peripheral milling operations usually are performed on machines having horizontal spindles，whereas face milling is done on both horizontal-and vertical-spindle machines.Surface Generation in Milling. Surfaces can be generated in milling by two distinctly different methods depicted in Fig. Note that in up milling the cutter rotates against the direction of feed the workpiece，whereas in down milling the rotation is in the same direction as the feed .As shown in Fig., the method of chip formation is quite different in the two cases. In up milling the c hip is very thin at the beginning, where the tooth first contacts the work，and increases in thickness, be-coming a maximum where the tooth leaves the work. The cutter tends to push the work along and lift it upward from the table. This action tends to eliminate any effect of looseness in the feed screw and nut of the milling machine table and results in a smooth cut. However, the action also tends to loosen the work from the clamping device so that greater clamping forcers must be employed. In addition, the smoothness of the generated surface depends greatly on the sharpness of the cutting edges.In down milling，maximum chip thickness occurs close to the point at which the tooth contacts the work. Because the relative motion tends to pull the workpiece into the cutter，all possibility of looseness in the table feed screw must be eliminated if down milling is to be used. It should never be attempted on machines that are not designed for this type of milling. In as mush as the material yields in approximately a tangential direction at the end of the tooth engagement，there is much less tendency for the machined surface to show tooth marks than when up milling is used. Another consider able advantage of down milling is that the cutting force tends to hold the work against the machine table，permitting lower clamping force to be employed. This is particularly advantageous when milling thin workpiece or when taking heavy cuts.Sometimes a disadvantage of down milling is that the cutter teeth strike against the surface of the work at the beginning of each chip. When the workpiece has a hard surface，such as castings do，this may cause the teeth to dull rapidly.Milling Cutters. Milling cutters can be classified several ways. One method is to group them into two broad classes，based on tooth relief，as follows：1. Profile-cutters have relief provided on each tooth by grinding a small land back of the cutting edge. The cutting edge may be straight or curved.2.In form or cam-relieved cutters the cross section of each tooth is an eccentric curve behind the cutting edge，thus providing relief. All sections of the eccentric relief，parallel with the cutting edge，must have the same contour as the cutting edge. Cutters of this type are sharpened by grinding only the face of the teeth，with the contour of the cutting edge thus remaining unchanged. Another useful method of classification is according to the method of mounting the cutter. Arbor cutters are those that have a center hole so they can be mounted on an arbor. Shank cutters have either tapered or straight integral shank. Those with tapered shanks can be mounted directly in the milling machine spindle，whereas straight-shank cutters are held in a chuck. Facing cutters usually are bolted to the end of a stub arbor.Types of Milling Cutters. Plain milling cutters are cylindrical or disk-shaped，having straight or helical teeth on the periphery. They are used for milling flat surfaces. This type of operation is called plain or slab milling. Each tooth in a helical cutter engages the work gradually，and usually more than one tooth cuts at a given time. This reduces shock and chattering tendencies and promotes a smoother surface. Consequently，this type of cutter usually is preferred over one with straight teeth. Side milling cutters are similar to plain milling cutters except that the teeth extend radially part way across one or both ends of the cylinder toward the center. The teeth may be either straight or helical. Frequently these cutters are relatively narrow，being disklike in shape. Two or more side milling cutters often are spaced on an arbor to make simultaneous，parallel cuts，in an operation called straddle milling. Interlocking slotting cutters consist of two cutters similar to side mills，but made to operate as a unit for milling slots. The two cutters are adjusted to the desired width by inserting shims between them. Staggered-tooth milling cutters are narrow cylindrical cutters having staggered teeth，and with alternate teeth having opposite helix angles. They are ground to cut only on the periphery，but each tooth also has chip clearance ground on the protruding side. These cutters have a free cutting action that makes them particularly effective in milling deep slots. Metal-slitting saws are thin，plain milling cutters，usually from 1/32 to 3/16 inch thick，which have their sides slightly“dished”to provide clearance and prevent binding. They usually have more teeth per inch of diameter than ordinary plain milling cutters and are used for milling deep，narrow slots and for cutting-off operations.汉译：车床和铣床车间里拥有一台车床和一台普通铣床就能加工出具有适合尺寸的各种产品。用于车外圆、端面和镗孔等加工的机床称作车床。车削很少在其他种类的机床上进行，因为其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床除了用于车外圆外还能用于镗孔、车端面、钻孔

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