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机械毕业设计全套

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JD01-072@母线槽参数检测机构传动系统设计,机械毕业设计全套

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南京工程学院 毕业设计任务书 自动化 系 自动化（数控技术 ） 专业 设 计 题 目 母线槽参数检测机构 传动系统设计 学 生 姓 名 朱 敏 班 级 数控 041 起 止 日 期 2 月 25 日至 6 月 13 日 指 导 教 师 华 茂 发 教研室主任 葛 红 宇 发任务书日期 2008 年 2 月 25 日 nts1.毕业设计的原始数据： 检测对象为单层 母线槽 和双层 母线槽 ，每层分 3、 4、 5 排三种， 母线槽 长度 范围为 3 4m。动作控制气缸共八个。 步进电机驱动电路为五相十拍。 2.毕业设计 (论文 )的内容和要求 (包括技术要求、图表要求以及工作要求等 )： 本设计共有六个动作需用八只气缸控制。其中两只气缸控制 母线槽 两端测量头的伸 缩；两只气缸控制 测量头横向定位；两只气缸控制 母线槽 长度方向定位；两只气缸控 制 母线槽 升降（升起后对 母线槽 两端进行包装）。 设计一个 五相十拍步进电机驱动电路， 该电路选择 89C2051 作为环形分配器。 3.毕业设计应完成的技术文件： （ 1）毕业设计论文 （ 2）总气压传动系统图 （ 3）气缸装配图 （ 4）步进电机驱动电路原理图 （ 5）英文资料译文 4.主要参考文献： （ 1）液压及气压传动 .左键民 .机械工业出版社 （ 2）液压与气压传动设计手册 .机械工业出版社 （ 3） 气 动手册 .徐炳辉 .上海科学技术出版社 （ 4） 单片机应用技术选编 . 何立民 .北京航空航天大学出版社 nts 5.毕业设计 (论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第一周 第二周 第三周 第四周 第五周 第六周 第七周 第八周 第九周 第十周 第十一周 第十二周 第十三周 第十四周 第十五周 第十六周 熟悉课题 搜集资料 拟定方案 设计计算测量头气压传动部分 设计计算横向定位气压传动部分 设计计算母线槽长度方向气压传动部分 设计计算母线槽升降气压传动部分 选择控制元件及选择辅 助元件 绘制总气压传动系统图 设计气缸装配图 设计步进电机驱动电路原理图 设计控制信号接口电路 翻译英文资料 写毕业设计论文 修改毕业设计论文 答辩 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 系部审查意见： 系主任 年 月 日 nts 南京工程学院 自动化学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 母 线槽 参数检测机 构 传动 系 统设计 专 业： 自动化（数控技术） 班 级： 数控 041 学 号： 203040306 学生姓名： 朱 敏 指导教师： 华 茂 发 副 教 授 2008 年 3 月 nts毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 朱敏 学 号 203040306 专 业 自动化（ 数控技术 ） 指导教师姓名 华茂发 职 称 副教授 所在系部 自动化 学院 课题来源 自选课题 课题 性质 工程技术 课题名称 母线槽参数检测机构传动系统设计 毕业设计的内容和意义 毕业设计的内容： 根据自动检测 母线槽 导电片电阻及导电片之间的绝缘强度等技术参数的要求 ， 进行 母线槽 参数检测机传动系统的设计。 1、毕业设计的基本内容 本设计共有六个动作需用八只气缸控制。其中两只气缸控制 母线槽 两端测量头的伸缩；两只气缸控制测量头横向定位；两只气缸控制 母线槽 长度方向定位；两只气缸控制 母线槽 升降（升起后对 母线槽 两端进行包装）。 设计一个气缸并计算其尺寸 设计一个五 相十拍步进电机驱动电路，该电路选择 89C2051 作为环形分配器。 2、毕业设计应完成的技术文件 （ 1） 毕业设计论文 （ 2） 总气压传动系统图 （ 3） 气缸装配图 （ 4） 步进电机驱动电路原理图 （ 5） 英文资料译文 nts毕业设计的意义： 随着现代化工程设施和装备的涌现，各行各业的用电量迅增，母线槽作为一种新型配电导线应运而生， 母线槽术参数的检测问题也就随之产生。 本课题是对母线槽参数检测机传动系统的设计，以实现气缸对各个动作的控制和定位，从而达到 能够自动检测 母线槽 绝缘强度和导线电阻这两个技术参数的目的， 具体的 意义如下： 1、 母线槽 与我们的生活密切相关。 母线槽 主要用于近距离的电力传输 ，尤其在现代高层建筑及电缆桥架领域，几乎都是用 它 进行 电力 传输 。 2、 目前 在 国内 ， 母线槽 技术参数 的检测 还是由人工完成，其自动检测技术还是个空白。 该设计可在这方面提供一定的参考应用价值。 3、适应市场需求。 随着社会的发展，人工检测远远不能满足社会对生产率的要求，采用自动检测技术将会大大提高企业的生产率，减少人员的投入，给企业带来广阔的市场前景和显著的社会效益。 4、减小操作误差，降低检测人员的操作危险性。 手 动定位检测头检测 母线槽的导电片 电阻 和导电片间的绝缘强度，很容易由于定位不准而产生操作误差 。 另外，在检测 母线槽 的绝缘强度时，需要对 母线槽 通以高电压，这无疑会威胁到检测员的人身安全 。采用本控制系统可对检测头进行自动定位及检测，能提高检测效率及操作的安全性 。 5、锻炼学生应用和实践的能力。大学的学习大多数提供给学生的是课本理论知识，相对应的实习和动手操作能力仍需要加强，进行毕业设计既是对学生长期以来学习成果的检查，更是将书本和实践综合起来应用的一种很好的形式。对于即将走上工作岗位的 我们 应届毕业生来说，此次毕业设计 不仅是对自身的考查， 还让我们结合自身的水平，找出不足，加以改正及完善，如果可以保质保量的做好，那势必会对我们日后的工作产生积极的影响。 nts文献综述 母线槽 主要技术参数自动检测时，下位机接收上位机发送的启动信号开始工作，控制检测台的传送装置和气压传动定位机构传送和定位 母线槽 。接着，下位机通过运动机构控制检测系统导电片的电阻与导电片间的绝缘强度，并显示控制轴的位移量。 文献 12345对运用气缸驱动机构进行运动 的工作原理和工作特性 以及 气压传动的 控制元件与辅助元件的选择 作了具体的阐述 ， 为气缸驱动 测量头以及控制 母线槽 的设计提供了大量的参考 ，同时也为绘制总气压传动系统图和气缸装配图提供了基本依据。 文献 678910介绍了 步进驱动的单片机控制的相关知识原理 、89C2051 每个接口的含义， 以及 如何通过 89C2051 单片机来进行相序分配， 另外还给软件程序的设计提供了依据 。 其中， 文献 9提供了电路驱动系统的主要设计方案和电路工作原理。 文献 11主要就具体说明了驱动电路的 PCB 图的具体创建步骤和主要注意事项。 文献 12介绍了 CAD 的应用。 参考文献： 1徐炳辉 .气动手册 .上海 科学技术出版社 ,2005.1 2 成大先 .机械设计手册 (气压传动 ).北京 :中国人民大学出版社 ,2004 1 3机械设计手册编委会 .机械设计手册 (气压传动与控制 ).北京 :机械工业出版社 ,2007.2 4陈秀宁 .机械基础 .浙江大学出版社 ,1999.1 5 左键民 .液压及气压传动 .北京 :机械工业出版社 ,2007.5 6 何立民 .单片机应用技术选编 .北京 :北京航空航天大学出版社 ,2004.3 7雷晓平 ,李晓东 ,罗海天 .单片机原理及应用 .北京 :机械工业出版社 ,2006.12 8赵德安 .单片机原理与应用 .北京 :机械工业出版社 ,2004.9 9. 彭为 .单片机典型系统设计实例精讲 .北京电子工业出版社 ,2006.5 10王晓明 .电动机的单片机控制 .北京航空航天大学出版社 ,2002.5 11邵群涛 .电气制图与电子线路 CAD.北京 :机械工业出版社 ,2005.8 12刘庆国 ,刘力 .计算机绘图 .北京 :高等教育出版社 ,2004.1 nts研究内容 这次设计的 母线槽 技术参数检测机就是测量 母线槽 内每一导电铜片的电阻及导电铜片之间的绝缘强度。 铜片的电阻和绝缘强度是 母线槽 的 两个很重要的技术参数。 本运动控制机构共有六个动作用气压传动装置控制，在总的气压传动回路中有八个气压回路，分别是测量头动作控制气压传动回路设计，检测台侧向定位装置气压传动回路设计，检测台与包装台纵向定位装置气压传动回路设计，包装台升降机构气压传动回路设计，并计算里面所选元件的参数值，根据参数选择选择元件的型号。另外还有气缸的装配图的设计。 步进电机驱动电路的设计过程中，需要研究到 各接口连接方式 以及单相步进驱动电路的工作方式和原理 。 该电路选择 89C2051 作为环形分配器。 研究计划 毕业设计 (论文 )进度计 划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工作内容 第一 周 熟悉 课题 第二 周 搜集资料 第三 周 拟定方案 第四 周 设计计算测量头气压传动部分 第五 周 设计计算横向定位气压传动部分 第六 周 设计计算母线槽长度方向气压传动部分 第七 周 设计计算母线槽升降气压传动部分 第八周 选择控制元件及选择辅助元件 第九周 绘制总气压传动系统图 第十周 设计气缸装配图 第十一周 设计步进电机驱动电路原理图 第十二周 设计控制信号接口电路 第十三周 翻译英文资料 第十四周 写毕业设计论文 第十五周 修改毕业设计论文 第十六周 答辩 nts特色与创新 1、母线槽检测方法传统只能人工实现，本课题打破传统，结合了软、硬件控制实现方法，其中 设计的硬件电路经进一步完善，结合控制软件，可自动控制检测头的移动和检测，代替了传统的手工检测，提高了检测效率和精度，降低了操作人员的危险性 ,将会给企业带来广阔的市场前景和显著的社会效益。 2、 检测绝缘强度和导线电阻的 运动机构采用步进电机驱动。该驱动电路选择 89C2051 作为环形分配器，具有电路简单，柔性好的特点。 指导教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 系部意见 主任签名： 年 月 日 教学主任签名： 年 月 日 附：与课题内容相关的外文资料翻译不少于 2000 字，参考文献 不少于 10 种。 nts附件 1： 南 京 工 程 学 院 本科生毕业设计（论文）中期自查表 姓 名 朱敏 学 号 203040306 指导教师 华茂发 专 业 自动化（数控技术 ） 院（系部） 自动化学院 毕业设计 (论文 )题目 母线槽参数检测机构传动系统设计 课题性质 工程技术 课题有无变化 无 有 变化原因 任务书规定目前应该完成的工作： 完成开题报告， 设计计算 出测量头、横向定位、母线槽长度方向、母线槽升降气压传动部分， 选择控制元件及辅助元件，绘制出总气压传动系统图 ，并 设计出气缸装配图，另外设计出步进电机驱动电 路原理图 。 已完成的工作和所取得阶段性成果： 完成了开题报告，设计计算出了测量头、横向定位、母线槽长度方向、 母线槽升降气压传动部分，选择出了控制元件和辅助元件，绘制出了总气压传动系统图以及步进电机驱动电路原理图，另外还初步完成了英文翻译，也同步进行了论文的 部分 编写。 未按时完成工作的原因分析： 总体进度基本一致， 开始时 由于 未能抓紧完成各个气压传动部分的设计计算， 经过资料的搜集和老师的指导，跟上进度，并且基本顺利。 下一步工作计划和研究内容： 着手 完成气缸装配图部分，同时完成相应部分的论文 。 nts对毕业设计（论文）工作的自我评价： （可自行加页） 本次设计的进度尚在计划进度之类，但过程中的与老师的联系交流和提问可以再主动积极一点，另外自己对课题的引申思考不够深入 ，剩余时间会积极熟悉相关的资料 。 中期报告 （任务书规定应该完成的工作，已完成的工作 工作状况的自我评价，对指导教师指导情况的评价等） 学生签名 ： 年 月 日 对指导教师严格管理和按时指导情况的评价： 指导老师 按时的给予了我们以指导，并且就设计内容作了比较详细的讲解，对于我们提出的问题也都给予 了很好的解答 。 对学校组织毕业设计（论文）工作意见和建议： 虽然学校实验室和图书馆 由于是新建， 相应设施仍待完善，但对我们检查和督促工作完成得很好 。 指导教师意见 指导教师签名 ： 年 月 日 学院（系、部、中心）意见 审 查 结 果： 通过 不通过 主管领导（签名）： 年 月 日 nts 本科毕业设计（论文） 题目： 母线槽参数检测机构传动系统设计 专 业： 自动化（数控技术） 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： Graduation Design (Thesis) nts The design of Pneumatic Transmission system for the Bus duct Parameter Detection machine By ZHU Min Supervised by Associate Prof. HUA Maofa School of Automation Nanjing Institute of Technology June, 2008 nts I 摘 要 母线槽 是 一种新型配电导线 ， 它的两个主要技术参数是指绝缘强度和导线的电阻。 论文根据自动检测母线槽导电片电阻和导电片之间绝缘强度的要求，主要介绍了母线槽参数检测机构中气压传动控制系统的设计方法、过 程参数和结果等，另外还介绍了步进电机驱动电路的设计。 本传动机构共有六个动作需要由气压传动装置控制，需要八只气缸。其中，两只气缸控制母线槽两端测量头的 伸缩；两只气缸控制测量头 横向定位；两只气缸控制母线槽长度方向定位；两只气缸控制母线槽的升降（然后对其进行包装）。论文涉及到各个气压传动回路图的设计，各个气缸及辅助元件的相关尺寸的计算，接着是控制回路中的各种气压元件的选择。另外还计算出了 普通型单活塞双作用气缸的各个参数值，并 设计出了它的 结构图。 设计五相十拍步进电动机驱动电路时选择了 89C2051作为环形分配器 ，而功率器件选用电压型的 VMOS 管。该电路设计成恒流 斩波电路，论文中大概介绍了步进电机的相关知识和基本工作原理，并详细介绍了 斩波恒流细分驱动方案的原理 。此外，本次设计还分别对相序分配的硬件接线和软件程序部分做了设计和说明。 关键词： 母线槽；气压传动；步进电机驱动器nts II ABSTRACT The Bus duct is a new kind of lead for electric conductivity,The two of main techniques of the Bus duct are Insulation Strength and Resistance of wires. According to the requirements of automatically detecting the resistance of conducting plates and the insulation strength between them, The design of Pneumatic Transmission system and Stepping Motor Drive Control Circuits for the Bus duct Parameter Detection machine are introduced in this thesis. In addition, the design of Step Motor Drive Control Circuits is introduced. The Pneumatic Transmission setup has six actions which need to be controlled by Pneumatic Transmission. Eight Cylinders are needed. Two of them are used for controlling the flex of the detection. Two are used for controlling transverse orientation of the detection .Two are used for controlling orientation in length of the Bus duct. Another two are used for controlling the up and down of the Bus duct（ preparing for packing it） . Then the thesis comes down to designing drawings of the loops in Pneumatic Transmission system ,and the size of Cylinders and device relationally are calculated in this thesis, with that devices of Cylinders control system are chosen. In addition, each parameter of the medium-sized Cylinder with sole piston are calculated, and its drawing of structure is designed. When designing the step motor drive circuit of 5 phase 10 pat， 89C2051 is adopted as the Loop allotter. The VMOS is adopted in power elements. It is designed as chopper-type constant current circuit. In the thesis the related knowledge and basic principle of the step motor drive are probably introduced , and a principle of a scheme is introduced in detail, which is of the chopper-type constant current subdivide.On top of that, In this design , the hardware connection and software program of the Phase Sequence allotter are design and elucidation respectively. Key words: Bus duct； Pneumatic Transmission ； step motor driver nts III 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 选题的背景及意义 . 1 1.3 母线槽简介 . 2 1.4 检测内容 . 3 1.5 自动检测系统的组成及控制流程 . 5 1.5.1 母线槽参数检测系统的组成 . 5 1.5.2 母线槽参数检测系统的工作流程 . 5 第二章 气压传动系统设计与计算 . 9 2.1 气压传动概述 . 9 2.1.1 气动技术的应用 . 9 2.1.2 气压传动的 组成及工作原理 . 9 2.1.3 气压传动的优缺点 . 10 2.2 气压传动系统控制对象 . 10 2.3 总气压传动系统回路设计 . 11 2.3.1 选择总气压回路的控制方式 . 11 2.3.2 选择气压发生装置与辅助元件 . 11 2.3.3 选择执行元件 . 11 2.3.4 选择控制元件 . 13 2.3.5 设计总气压传动回路 . 15 2.4 包装台纵向定位装置气压传动回路设计与计算 . 16 2.4.1 回路设计 . 16 2.4.2 回路计算 . 16 2.4.3 元件选择 . 18 2.5 检测台侧向定位装置气压传动回路设计与计算 . 19 2.5.1 回路设计 . 19 2.5.2 回路计算 . 19 2.5.3 元件选择 . 21 2.6 测量头动作控制气压传动回路设计与计算 . 22 2.6.1 回路设计 . 22 nts IV 2.6.2 回路计算 . 22 2.6.3 元件选择 . 23 2.7 包装台升降机构气压传动回路设计与计算 . 24 2.7.1 回路设计 . 24 2.7.2 回路计算 . 25 2.7.3 元件选择 . 26 2.8 气缸设计 . 26 2.8.1 气缸的主要尺寸设计 . 26 2.8.2 气缸的主要结构设计 . 27 第三章 驱动电路设计 . 30 3.1 步进电机的种类以及工作原理 . 30 3.1.1 步进电机的种类 . 31 3.1.2 步进电机的工作原理 . 31 3.2 控制方案拟定 . 32 3.3 步进电动机相序分配电路 . 33 3.3.1 相序分配电路 . 33 3.3.2 相序分配软件 . 35 3.4 步进电机驱动电路设计 . 38 第四章 结论 . 41 4.1 论文总结 . 41 4.2 感想 . 42 致谢 . 43 参考文献 . 44 附录 A： 英文资料 . 45 附录 B： 英文资料翻译 . 60 附录 C： 驱动电路原理图和 PCB 图 . 72 附录 D： 总气压传动图 . 74 附录 E： 气缸装配图 . 75 附件： 毕业论文光盘资料nts 1 第一章 绪 论 1.1 引言 随着现代化工程设施和装备的涌现，各行各业的用电量迅增，尤其是众多的高层建筑和大型厂房车间的出现，作为输电导线的传统电缆现在大电流输送系统中已不能满足要求，多路电缆的并联使用给现场安装施工连接带来了诸多不便。母线槽作为一种新型配电导线应运而生，与传统的电缆相比，在大电流输送时充分体现出了 它的优越性 。 母线槽产品结构发展经历过三代：第一代 空气型，从上世纪 50年代中 期起，将导电排用绝缘衬垫支撑在壳体内，靠空气介质绝缘，其特点是加工工艺简单、成本较低，用出线盒可以很方便地进行分接，其最大的缺点是相间 距大（一般为 50mm） ，因而导致阻抗大、载流量低、损耗大、散热差、温升高、不适用于大电流的传输，而且体积大、安装不方便 ； 第二代 密集型 ， 从上世纪 80年代中期开始，将导电排用绝缘材料覆盖后再与两侧紧固在一起，其优点是体积小、电抗小、散热好、温升低、热稳定性好，载流 量 大，具有良好的节能效果。但密集型也有制作工艺较复杂，绝缘要求比较高等缺点；第三代 -复合绝缘型 ， 从 1995 年开始，母线槽除了导电排本身具有绝缘层外，各相线之间还有一定的空气绝缘；由于是复合绝缘方式， 所以防潮性能、 绝缘可靠性 散热性能 比空气型和密集型都要 好。 母线槽经过半个多世纪的发展过程，已经得到了充分的发展。 随着 母线产品 的 广泛应用 ，母线槽技术参数的检测问题也就随之产生。 母线的主要技术参数是导线电阻和绝缘强度，对这两个参数的检测在国内还是由人工完成的，其自动检测技术在国内还是个空白。检测人员手动控制检测头去检测母线槽的导线电阻和绝缘强度，手动定位很容易带来由于定位不准而产生的操作误差，这与我们对母线槽技术参数准确性的要求是相冲突的。另外，在检测母线槽的绝缘强度时，需要对母线槽通以高压，这无疑会威胁到检测人员的人身安全。随着社会的不断发展，人工检测技术远远 不能满足社会对生产率的要求，开发母线槽参数检测机，可以完成对母线槽主要技术参数的自动检测，这可以有效地提高检测的自动化程度，提高检测精度，保证检测人员的安全。 1.2 选题背景与意义 母线槽内部一般用铜片作为导体。铜片的电阻是影响母线槽导电能力的重要因素。电阻越大，母线槽在电传输过程中消耗就会越大，传输的效率就会越低。母线nts 2 槽作为导线，知道其内部导电体的电阻是非常必要的。而母线槽内部导电体之间的绝缘填充物的绝缘强度则是影响安全性的重要因素。但是在实际应用过程中并不是母线槽内导电体的电阻越小越好，绝缘填充物的绝缘强 度越大越好。由于受到成本因素的限制，母线槽制造商必须制造出适合不同场合应用的母线槽，这就需要准确知道母线槽的两个参数指标。 由于母线导电片的横截面积大、电阻小，再加上检测技术的落后。目前国内的母线生产厂家基本都不对导电片的电阻进行检测，而只是人工检测导电片之间的绝缘强度。在检测时，检测人员手持绝缘检测头对母线槽进行检测，若母线槽绝缘强度不够，绝缘强度检测仪就会报警，而且，检测过程中，检测头是通以高压的，对操作人员的人身安全也是个威胁。在国外，不仅能检测导线电阻，而且检测的自动化程度相当高，国内与之存在的差距 十分巨大。 因此，迫切希望设计一个控制系统对母线槽技术参数进行自动检测， 这样就可以提高企业的生产效率，减少人员的投入，给企业带来广阔的市场前景和显著的社会效益。 1.3 母线槽简介 母线槽是一种新型的输配电设备，是替代传统的电缆和电缆桥架输配电系统的更新换代产品，尤其在大电流输送电方面母线槽居于主导地位。 在近几年的电气设计以及施工现场配合工作中， 母线槽都已经成为了极其重要的一种输配电的设备。 1母线槽的基本结构及特点 一般的母线槽都是用于高层建筑、多层工业工房、机床密集的车间、产品工艺多变的车间、老车间和厂房的 改造，以及各种实验室、展览馆、体育馆等对于输配电电流比较大的场所。 母线槽特点是具有系列配套、商品性 生 产、体积小、容量大、设计施工周期短、装拆方便、不会燃烧、安全可靠、使用寿命长 、 载流能力 强 、防护等级高、分配电能方便、 传输 安全可靠 等特点，是一种理想的配电产品。 母线槽产品适用于交流 50Hz，额定电压 380V，额定电流 250A 4000A的三相四线制供配电系统工程中。 母线槽的结构如图 1.1所示， 在母 线槽 系统中一般由以下几个单元组成：馈电式母线（不带插口）或插接式母线（带插口）直线段单元；与变压器，配电柜等设备接口的进（出）线单元；换向单元有 L形单元， T型单元， Z型单元；膨胀单元有膨胀节母线单元 ； 插接单元有插接箱单元。所有单元通常均由母线槽制造商进行标准设计，也可以根据工程需要进行现场测量后采取非标设计，以满足用户及安装需要。 nts 3 图 1.1 母线槽 2. 母线槽的种类及性能 母槽线主要的类型有三相三线制、三相四线制和三相五线制，其中母线槽又有单通道和双通道之分。其按制造工艺和用途，又可以分为：密集型母线槽、空气型母线槽、高性能型母线槽、耐火型母线槽、防水型母线 槽、绝缘型母线槽等。 母线槽按绝缘方式可分为空气式插接母线槽、密集绝缘插接母线槽和高强度插接母线槽三种母线槽是由金属板（钢板或铝板）为保护外壳、导电排、绝缘材料及有关附件组成的母线系统。它可制成每隔一段距离设有插接分线盒的插接型封闭母线，也可制成中间不带分线盒的馈电型封闭式母线。在高层建筑的供电系统中，动力和照明线路往往分开设置，母线槽作为供电主干线在电气竖井内沿墙垂直安装一趟或多趟。按用途一趟母线槽一般由始端母线槽、直通母线槽（分带插孔和不带插孔两种）、 L 型垂直（水平）弯通母线、 Z型垂直（水平）偏置母线、 T型垂直（水平）三通母线、 X 型垂直（水平）四通母线、变容母线槽、膨胀母线槽、终端封头、终端接线箱、插接箱、母线槽有关附件及紧固装置等组成。 母线槽 虽然在目前的电传输领域应用广泛，但 同样也存在着一些缺陷，例如依靠螺钉联接的部位过多，安装施工复杂；同时维护量大、维护费用高。在运行过程中常遇到电磁振动、热胀冷缩、膨胀系数 及 外力等因素的影响，这些都会造成螺钉的松动。 如果 一只螺钉出现松动， 就 会出现故障点发热、高温等现象，影响整条母线槽的运行稳定性。尤其是对五线母线槽的不当使用，还会造成 PE 线接触电阻增大违反 国家规定。 但 母线槽在大容量的情况下，还是存在着其自身的优势的。因为当电流达到数千安培时，如果采用电缆，即使是单芯电缆也要多根进行敷设，否则达不到相应的大电流容量，此时母线槽就体现出自身的优势。 1.4 母线槽参数检测机的检测内容 母线槽参数检测机的主要检测内容为：母线槽内各个导电片的电阻；母线槽内导电片之间的绝缘强度。 导电片电阻和导电片之间的绝缘强度是母线槽的主要技术参数。导电片电阻是影响母线槽导电能力的主要因素。我们都知道，导线电阻的增大，会增加电能在传输过程中的电损耗，而母线槽也是如此。另外，导电片之间的绝 缘强度则是影响母nts 4 1检测头 2气缸 3母线槽 (a) 检测导线电阻 (b) 检测绝缘强度 图 1.2 母线槽参数检测示意图 线槽安全性能的主要因素。因此，检测母槽线这两个技术参数是十分重要的，这可以帮助我们更加准确有效地把不同种类及型号的母线槽应用到最适合它们的场合。 在检测绝缘强度时，其中一个检测头固定于第一片导电片上，另外一个检测头从第二片导电片开始按照次序依次移动到各片导电片上。如此类推，对母线槽内部导电片之间绝缘强度进行两两检测。在移动到每一片导电片上时，绝缘强度检测仪会检测出两个检测头所检测的两片导电片之间的绝缘强度。检测导电片电阻则比检测绝缘强度简单的多，只要控制两个检测头同时移动到同一片导电片的两端 ，微欧计即可测出此导电片的电阻。测得的导电片电阻和绝缘强度自动传送到上位机。 导电片电阻和绝缘强度两个参数的检测如图 1.2所示，其中图 (a)检测的是导电片电阻，图 (b)检测的是导电片之间的绝缘强度。 微欧计 绝缘强度检测仪 (a) (b) 1 2 3 nts 5 上位机 贴标机 打印机 检测系统 功率放大系统 气 压 传 动系统 步进驱动机构 执行机构（气缸） 包装机构 母线槽 定位机构 运动机构控制系统（下位机） 检测台 母线槽 图 1.3 母线槽参数检测系统的组成 1.5 自动检测系统的组成及控制流程 1.5.1 母线槽参数检测系统的组成 母线槽参数检测系统主要由上位机、运动机构控制系统（下位机）、贴标机、打印机、包装机构、检测机构、气压传动机构等部分组成，其中母线槽参数检测机的控制系统主要由控制电路和气压传动两部分组成。图 1.3 为母线槽参数检测系统的组成 简图。 1.5.2 母线槽参数检测系统的工作流程 母线槽参数检测机控制系统的下位机部分 控制的信号有：检测台上的传送电机，一个纵向定位气缸，两个横向气缸和这两个气缸上的压力继电器；包装台上的传送电机，一个纵向定位气缸，两个上升气缸；两个检测头的气缸； X、 Y、 U、 V 四轴的正反转； X、 Y、 U、 V 四个坐标方向的进给， X、 Y、 U、 V 的超程。检测台和包装台nts 6 的传动机构如图 1.4 所示。 1检测平台 2母线槽 3检测纵向定位气缸 4检测 平台移送电机 5包装平台 6包装台纵向定位气缸 7、 9母线槽包装台升降气缸 8包装台移送电机 10、 27纵向到位检测传感器 11、 26左右端横向定位滑台 12、 25左右端测量头驱动气缸 13、 24 X 轴及 U 轴滑台 14、 23 X 轴、 U 轴步进电机 15、 22左右端横向定位气缸 16、 21左右端垂直升降台 17、 19 Y轴及 V轴步进电机 18、 20左右端移动立柱 图 1.4 检测台和包装台的传动机构示意图 参数检测系统工作过程如下：上位机（ PC 机）发送启动信号给下位机，然后，下位机开始工作。下位机控制检测台传送装置和气压传动定位机构传送及定位母线槽。之后，下位机通过运动机构控制检测系统检测导电片的电阻以及导电片之间的绝缘强度，并把结果传送给上位机。上位机接受到检测完毕的信号后，根据检测结果判断母线槽是否合格，若合格，则发送信号给打印机，打印机打印出所测母线槽的条码。然后，上位机发送信号给贴标机，并控制贴标机把条码贴到母线槽上。贴标 机贴标完毕后发送信号给上位机，上位机接着发送信号给下位机，由下位机控制完成对母线槽的包装。其中， 下位机由 8031 单片机构成，主要控制气缸传动系统和步进驱动系统，相应执行机构单元根据控制系统发出的控制信号动作。贴标机系统由 8031 及外围电路组成，接收上位机控制信号，控制贴标机械手，抓取打印机打印的标签并粘贴到母线槽的外壳上。定位机构是由气缸驱动的。 nts 7 下面将按照工作过程给出母线槽参数检测机（下位机）控制系统的工作流程图（图 1.5）。 检测台母线槽传送电机启动 检测台纵向定位气缸升起 检测台传送电机停止 检测台左端侧向定位气缸启动 检测台右端侧向定位气缸启动 连接绝缘强度检测仪 开始 Y N Y N 母线槽纵向到位？ 左、右端侧向定位气缸到位？ 两检测头移动、定位、检测并将检测结果发送给上位机 检测头检测完后回检测起点 连接检测电阻的微欧计 A nts 8 图 1.5 母线槽参数检测机控制系统（下位机）的工作流程 两检测头移动、定位、检测并将检测结果发送给上位机 检测头检测完后回检测原点 检测台左、右端侧向定位气缸退回 检测台母线槽传送电 机启动 包装台母线槽传送电机启动 包装台纵向定位缸升起 母线槽离开检测台后检测台电机停转 母线槽到达包装台后包装台电机停转 发送信号给上位机，启动贴标机贴标 贴标结束后，包装气缸升起 延时，包装 包装台纵向 定位气缸退回 包装气缸退回 结 束 检测台纵向定位缸退回 A nts 9 第二章 气压传动系统设计与计算 2.1 气压传动概述 2.1.1 气动技术的应用 气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。气压传动与控制技术简称气动技术。远在两千多年前，人们就开始利用空气的能量完成各种工作。比如，希腊人利用压缩空气来增大石弩的射程。在近代，车辆 的制动装置、采煤用的风钻等都应用了气动装置。到 20 世纪 30 年代，气动技术成功地应用于自动门的开闭以及各种机械的辅助动作上，但这些都还只是将气动技术作为传动的一种手段。进入到 20世纪 60年代及 70 年代，随着工业机械化的发展，气动技术广泛应用于生产自动化的各个领域，形成了现代气动技术 1。 2.1.2 气压传动的优缺点 气动技术在国外发展很快，在国内也被广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。气动机械手、组合机床、加工中心、 生产自动线、自动检测和实验装置 等已大量涌现，它们在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。这主要是因为气压传动与机械、电气、电子、液压传动相比有以下特点。 1气压传动的优点 1) 工作介质是空气，与液压油相比可节约能源，而且取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用之后可将其随时排人大气中，不污染环境，压力等级低，使用安全； 2) 空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能； 3) 空气的粘度很小 (约为液压油的 万分之一 )，所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送； 4) 气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变； 5) 相对液压传动和电气方式而言，气动动作迅速、反应快，正常只需 0.02 0.3s就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为 1 5m s，而气体的流速最小也大于 10m s，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速。气 缸动作速度一nts 10 般为 50 500mm/s, 最低可在 3mm/s平行运动，高速可达 3m/s2； 6) 气动元件可靠性高，使用寿命长。电气元件的有效动作次数约为数百万次，而气动元件可运行 2000 4000万次； 7) 气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护； 8) 工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越。 2气压传动的缺点 1) 由于空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差，气缸的动作速度易受负载变化的； 2) 由于工作压力 低，气动装置的输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜大于 10 40kN； 3) 气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的； 4) 噪声较大，在高速排气时要加消声器 3。 2.1.3 气压传动的组成及工作原理 气压传动的原理是利用空压机把电动机或其他原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在 控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功 4。由此可知，气压传动是由四部分组成的，它们是： （ 1）气源装置 是获得压缩空气的装置。其主要部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能； （ 2）控制元件 是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环； （ 3）执行元件 是将气体的压力能转换为机械能的一种能量转换装置。它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马达等； （ 4） 辅助元件 是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。 2.2 气压传动系统控制对象 本课题所要求设计八只气缸，分别控制六个动作。其中两只气缸控制母线槽两端测量头的伸缩；两只气缸控制测量头横向定位；两只气缸控制母线槽长度方向定nts 11 1、雾化器 2、 气源 图 2.1 气压发生装置与辅助元件 位；两只气缸控制母线槽升降（升起后对母线槽两端进行包装）。 2.3 总气压传动系统回路设计 2.3.1 选择总气压传动回路的控制方式 常用的总气压传动回路中执行元件控制方式有气压控制、电磁控制、人力控制和机械控制四类。 本设计采用电磁控制方式。这种方式利用电磁线圈通电时，静磁铁对动磁铁产生电磁吸力使电磁阀切换以改变气流方向。这种电磁控制方式易于实现电气联合控制，能实现远距离操作，在工程上得到广泛的应用。 2.3.2 选择气压发生装置与辅助元件 气压发生装置即能源元件，它是获得压缩空气的装置，其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转化成气体的压力能。本气压传动系统的压缩空气是由工厂空压站提供的 ，不需要另外设计气压发生装置。由于气压系统应用的各种气动元件，例如气阀、气缸等。如果没有润滑剂润滑，就会导致摩擦力增大，密 封线圈很快被磨损，造成密封失效，使系统不能正常工作。然而以压缩气体为动力的气动元件都是密封气室，不能用一般方法去注油，只能以某种方式将润滑油注入气流中，带到需要润滑的地方，因此采用油雾器。它是一种特殊的注油装置，它使润滑油雾化，随着气流进入到需要润滑的部件上，实现润滑。 气压发生装置与辅助元件的职能符号如图 2.1 所示。 2.3.3 选择执行元件 气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的元件。它驱动机构作直线往复、摆动或回转运动，输出为力或转矩。执行元件分为实现直线运动的气压缸和实现回转和摆动运动的气 动马达两类。 本系统完成的进给运动要求作直线往复运动，所以选择单活塞双作用气缸作为执行机构比较适合这个课题的要求。 nts 12 所谓单活塞杆气缸就是在活塞的一端有活塞杆，活塞两侧承受的气压作用面积不等，因而活塞杆伸出的速度小于活塞杆退回的速度，活塞杆伸出时的推力大于活塞杆退回时的拉力。所谓双活塞杆气缸是在活塞的两端都有活塞杆，两侧承受的气压作用面积相等，因而活塞杆伸出的速度等于活塞杆退回的速度，活塞杆伸出时的推力等于活塞杆退回时的拉力。 图 2.2所示为单活塞杆双作用气缸的职能符号。所谓双作用气缸就是由两侧供气口交替供给 气压使活塞作往复运动。所谓单作用气缸就是由一侧供气口供给气压驱动活塞运动，借助弹簧力、外力或自重等作用返回。 1气缸的工作特性 气缸的工作特性是指气缸的输出力，气缸的内压力变化以及气缸的运动速度等静态和动态特性，由于他们的影响因素很多，下面简单的介绍一下这些因素具体的参数。 (1）气缸的输出力 式中， 1A 活塞的工作面积， 2A 有杆腔活塞上的工作面积， 1p 作 用于无杆腔活塞上的压力， 2p 作用于有杆腔活塞上的压力， f 摩擦阻力， m 运动构件质量， a 运动构件加速度。 (2）气缸的压力特性 气缸的压力特性是指气缸内压力变化的情形 5。气缸在启动 、行程开始、行程终端各个时间段的压力特性是不一样的，所以气缸的压力特性曲线变化过程比较复杂。 因为排气腔中气体压力的下降速度 要比进气腔中压力上升的速度缓慢得多，因此从换向阀换向到气缸启动是需要一定时间的。 当气缸行程较长，且活塞杆上有负载时，会产生进排气速度与活塞速度相平衡的情况，这时压力特性曲线将趋于水平，活塞在两腔不变压力差的推动下匀速前进。 在行程终端时，由于气腔内压力急剧下降，直至大气压，进气腔压力再次急剧图 2.2 单活塞杆双作用气缸 1 1 2 2 ()F p A p A f m a nts 13 上升，直至气源压力，这种较大的压力差，很容易形成气缸的冲击，因而在气缸的设计时要考虑设置缓冲装置。 (3）气缸的速度 由于活塞两侧压力 1p 、 2p 的变化比较复杂，因而推动活塞的力的变化也比较复杂，要使气缸保持准确的运动速度是比较困难的。通常，气缸的平均速度可按进气量的大小求出 5： 式中， 气缸的速度； q压缩空气的体积流量； A活塞的有效面积 气缸在一般工作条件下，其平均速度约 为 左右。 (4） 气缸的耗气量 气缸的耗气量与气缸的活塞直径 D 、活塞杆直径 d 、活塞的行程 L 以及单位时间往返次数 N 有关。活塞杆伸出和退回行程的耗气量分别为 所以，活塞往复一次所耗压缩空气量为 若活塞每分钟往返 N 次，则每分钟活塞运动的耗气量为 V VN 。 2.3.4 选择控制元件 在气压传动系统中的控制元件是控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向和发送信号的重要元件，利用它们可以组成各种气动控制回路，使气动执行元件按设计的程序正常地进行工作。控 制元件按功能和用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类 5。此外，尚有通过改变气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件和射流元件等。 1方向控制阀 方向控制阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动通过的阀。方向控制阀按其作用特点可以分为：单向型控制阀和换向型控制阀两种；按其控制方式不同可以分为：电磁换向阀、气动换向阀、机动换向阀和手动换向阀；按阀芯结构不同可分为：滑柱式、截止式、平面式、旋塞式和膜片