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机械毕业设计全套
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裁纸机结构设计及运动仿真分析,机械毕业设计全套
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哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书 学生姓名： 谢经宇 学号： 1101010530 学 院：机械动力工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 任务起止时间： 2015年 03月 02 日至 2015 年 06 月 19 日 毕业设计（论文）题目：裁纸机 结构设计及运动仿真分析 毕业设计工作内容： 1、熟悉毕业设计题目，调研收集设计资料，准备开题报告。其中翻译外文资料一篇（不少于 5000字符，内容完整）（ 3.23.18） 2、了解裁纸机及其控制系 统的工作原理，确定总体设计方案。（ 3.193.31） 3、完成裁纸机的结构尺寸计算（ 4.14.20） 4、应用 Pro/E 完成三维建模 及装配设计 （ 4.215.15） 5、绘制裁纸机及其控制系统的二维工程图及主要零部件图。（ 5.166.11） 裁纸机装配图 (A0)；裁纸机液压控制原理图 (A2)， 绘制操纵离合器零件图（ A2） 齿轮轴零件图（ A2）大直齿轮零件图（ A2）裁纸机刀座结构图（ A2）。 6、撰写论文，准备答辩（ 6.126.19） 资料： 1吴宗泽 . 机械设计实用手册 . 化学工业出版社， 2010 2 吴振顺 . 液压控制系统 . 高等教育出版社， 2008 3 吉梅，武秋敏 . 振动裁纸机构的创新设计和实验 J. 机 械工程学报， 2008, 44(7): 225-229 4 陈蔚芳 . 机械数控技术及应用 . 科学出版社， 2005 5 邱宣怀，蔡春源 . 机械设计手册 . 机械工业出版社 . 2001 6 刘品 ， 李哲 . 机械精度设计与检测基础 . 哈尔滨工业大学出版社， 2005 7 王霄 ， 刘会霞 . Pro E高级设计实例教程 . 机械工业出版社， 2007 指导教师意见： 签名： 年 月 日 系主任意见： 签名： 年 月 日 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - I - 裁纸机 结构设计及运动仿真分析 摘要 裁 纸机是装订过程中成书不可缺少的辅助设备，属印刷机械设备，它可将纸张根据要求尺寸和规格进行裁断、分切。 本文重点对切纸机的结构作了论述。本文以 QZ-203 切纸机为研究对象， QZ-203 切纸机工作由液压和机械驱动。压纸器用液压力压紧，压力可视裁切需要任意调节，裁切是机械齿轮传动，具有较高的裁切效率。它采用继电器、接触器控制方式，其控制系统较为落后，故用可编程控制器对其控制过程加以适当的改造，以提高其效率及安全性。 切纸刀的裁切运动是切纸操作中一个重要的环节，切纸刀通过电机带动飞轮再通过齿轮的二级变速来作上下斜切运动，从而大大减小了切纸刀所受到的阻力。这其中通过计算选择了传动带的带型、齿轮、轴、轴承的型号。送纸器运动系统中主要计算送纸器前进、后退的速度，压纸器运动系统的设计主要是液压运动系统的设计，电气系统的控制主要是电机的控制，设计好顺序控制就能使整个系统运作起来，接下来就可以用可编程控制器来改造电气控制系统。可编程控制器控制系统中 PLC 型号的选择和梯形图的编译很重要。 本论文所研究的切纸机的优点是它能把机器的启动、送纸器的运动和位置控制、压纸器的控制和切纸刀的运动用可编程控 制器很好的进行控制，从而形成一个完整的控制系统，它也有经济、实用的特点，特别适合这种中小机械的生产。生产自动化是今后工业发展的方向，可编程控制器控制系统、单片机控制系统、计算机控制系统以及集散控制系统运用到生产中将大大提高生产效率。 关键词 切纸机；压纸器；液压；齿轮；可编程控制器 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - Cutting Knife Structure and Design of PLC Control System Abstract Paper cutter is a book binding machine,which belongs to printing equipment. It cuts paper by its dimension. It is very important in book binding. This article focused on the structure of the cutter are discussed. This paper cutter for the QZ-203 study, QZ-203 cutter work driven by the hydraulic and mechanical. Paper used in liquid pressure compacting pressure, the pressure of cutting the need visualization of arbitrary regulation, gear cutting machinery, cutting efficiency higher. It uses relays, contactor control, the control system is lagging behind, the programmable controller used to control the process of its transformation to be appropriate in order to improve their efficiency and security. Paper cutting knife cutting operation, movement is an important aspect of knife Cutting through the flywheel drive motor through the gears up and down for two variable-speed oblique movement, which greatly reduces the cutting resistance by a knife . This chosen by calculating the bands belt, gears, shafts, bearings models. Movement System feeder feeder main computing forward and backward speed, pressure moving paper system is the design of hydraulic motion systems, electrical control system is mainly motor control, sequential control can be designed so that the operation of the entire system, and the next on the programmable controller can be used to transform the electrical control system. Programmable Logic Controller PLC control system models of the compiler options and ladder is very important. This paper studied the advantages of the cutter is that it can start the machine, feeder movement and position control, pressure control and paper container movement Cutting knife with a good programmable controller to control to form a complete control system, it also has economic and practical nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - characteristics, particularly suitable for the production of such small and medium-sized machinery. Production Automation is the future direction of industrial development, programmable logic controller control system, single-chip control system, computer control systems, as well as the use of distributed control system will greatly enhance the production efficiency of production. Keywords Paper Cutter; Presser; Hydraulic Pressure; Gear; nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - 目录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景及意义 . 1 1.2 裁 纸机的现状分析 . 1 1.3 裁 纸机控制系统的现状 . 3 1.4 设计内容 . 4 第 2 章 机械传动系统设计 . 5 2.1 对开液压切纸机总体要求 . 5 2.2 切纸运动系统 . 6 2.3 带传动设计 . 6 2.3.1 选用普通 V 带 . 6 2.3.2 飞轮转动惯量的计算 . 8 2.4 齿轮传动设计 . 9 2.4.1 第一级齿轮传动设计（斜齿轮传动） . 9 2.4.2 第二级齿轮传动设计（渐开线圆柱直齿轮） . 12 2.5 滚动轴承的选择计算 . 13 2.6 轴的设计计算 . 14 2.6.1 I 轴的设计计算 . 14 2.6.2 II 轴的设计计算 . 18 2.6.3 III 轴的设计计算 . 19 2.7 送纸器运动系统 . 19 第 3 章 部件说明 . 33 3.1 裁刀及其组成 . 33 3.2 压纸器 . 33 3.3 工作台 . 34 3.4 切纸操作离合器 . 34 结论 . 36 致谢 . 37 参考文献 . 38 附录 . 39 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第 1章 绪论 1.1 课题背景及意义 提 高造纸机械的技术水平，加快造纸机械的技术革新改造是造纸行业应对加入 WTO 带来的机遇和挑战采取的重要举措。国内造纸机械的水平与国外有相当的差距。以国内切纸机为例，切纸车速低，造纸行业 .生产效率难以提高 ;切纸过程中裁纸不均，分切造成浪费，使纸产品质量下降，影响产品的出口。国内造纸机械的现状严重制约了造纸工业的发展。虽然国外造纸机械的水平高，但是进口产品的价格居高不下，国内众多小型造纸企业难以接受。即使是对大型企业而言，大量购进进口设备也是巨额的投资。因此在市场对纸业技术装备水平和投资成本提出更高要求的情况下，需 要加快改变国内造纸机械行业落后状况，在引进技术的基础上，消化吸收和开发经济实用的大型先进造纸装备，以适应造纸工业发展。这是今后中国造纸机械提高技术水平应采取的对策 7。 我国造纸工业正处于社会需求高增长阶段，近十年来，国内外纸张需求年增长率为 8.77%，高于 GDP 的增长率，远远超过美国和日本等发达国家 2%3%年增长率 7。不断增长的市场需求对造纸机械提出新的要求，新型、高效、精确的造纸机械有着广阔的前景，这也是国内造纸机械行业人士关注的问题。因此，设计一种面向国际水平，结构合理，尤其控制精度高的新一代 高速高精度切纸机至关重要。 切纸机械是造纸工业的灵魂，而造纸工业在整个国民经济中占有重要的地位。有关人士认为切纸机有较好的市场前景，主要表现在三个方面 :造纸厂现配备的切纸机，大都是八、九十年代购入，那时国产的切纸机主要是机械式的，这一大批设备需要逐步更新换代。我国印刷品消费水平与世界发达国家和世界平均水平还有着相当大的差距，切纸机市场的增长是必然趋势。现有切纸设备的速度一般为 60 耐 mni 以下，在切纸机械向高速、自动化的发展趋势下，有必要开发新一代的高速切纸机械增强企业的竞争力 7。 1.2 切纸机的现状分析 随着印刷行业的发展，对印后加工的要求也越来越高，而切纸机是印后加工的重要设备。目前波拉、沃轮贝格、上海申威达、长春、中江等国内外著名切纸机厂家的最新产品代表了切纸机的发展趋势。 波拉切纸机包括波拉 92E、 115E、“、 1370ED 等利用人体工程学原理nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - 设计产出的新一代机型 7。其共同特点是在裁切尺寸显示、裁切误差自动补偿、安全防护方面都有很大发展。 PolarE 型切纸机是适用于一般裁切业务的可编程式基本机型，有 128KB 存储容量，约相当于 1.2 万个裁切位置 ;而PolarED 型切纸机被称为最先进的切纸机，代表 了切纸机的发展方向。它向用户提供了多种附加功能包括清费功能，是整个裁切生产线的中心，配备有在机外进行编程操作的编程软件，并与数据控制系统联网。所以这些机型均为模块化设计。控制面板上的图形按钮，使人一目了然，操作简单、方便 ;高分辨力彩色屏显示，备有 29 种文字的操作信息 ;当裁切材料发生变化或变形时，可选用相应修正功能，纠正 .纸张尺寸误差 ;自我诊断系统对切纸机所有功能进行连续监视，如有任何错误和不正常，便立即有信号显示和文字显示，以便操作人员尽快排除故障。 PolarED 切纸机具有高精度测量和定位系统，包括直接脉冲 发生器、频率控制的驱动马达、带万向滚珠轴承的高精度主轴及推纸器所使用的精确线性引导系统、裁切位置定位精度达 .001mm，推纸器最高速度为 30n/Imni7。 近年来，国产切纸机已形成品种、规格齐全的系列产品。上海申威达公司的 SQzK 程控切纸机是国内切纸机最高水平的代表。其外观、功能、安全性、稳定性已达到国际 90 年代中期水平，是采用模块化设计的集电脑程序、机、电、液、气于一体的技术密集型智能切纸机。控制系统采用1.04 英寸彩色显示屏电脑，软盘驱动，可以进行裁切数据的传递或软件升级，所存裁切数据容量巨大，可 以人机对话，实现双语 (英、中 )选择 ;具有所需裁切尺寸的工作表及裁切线可视图示功能。采用纸堆高度监测装置及辨刀感应装置，最大程度地减少了纸张空行程时间 ;采用滚珠丝杠使推纸器定位更快、更准 ;在 115cm 以上尺寸机型上可选配废边清除装置。当压纸器压紧纸，前平板前移，使裁切时废边掉入废纸箱，而后前平板与后平板再合拢，使裁切现场清洁有调理。为了贯彻欧洲 CE 安全标准，申威达公司采取了多种措施，以进一步切纸机的安全性 ;强电方面采 :用了两套 PLC 可编程控制器 ;装有 12 束红外线光电保护装置、无触点感应开关、内置式电子刀锁等。 另外还可选购扶和 CE 安全标准的红外光电装置、电气元件及移动部件和危险区域的罩壳 2。特别值得一提的是，四川中江利通公司生产的利通牌切纸机普遍采用了获得国家专利的双导轨整体无槽工作台，并采用先进的滚珠丝杠和线性导轨结构，引起了同行的广泛关注 7。 应该说国产切纸机的进步很快，这是有目共睹的。它已能满足印刷、包装等各方面的需求，但与国外著名切纸机仍有差距，主要表现在机器的性能、稳定性、可靠性、故障频率、切纸机配套设备等方面。现在国内切纸机配套工业整套水平跟不上世界科技发展的潮流，配套的电气元件、电脑、液压件 、气动件等不能满足要求。所以，要真正使国产切纸机的稳 定性、可靠性得到根本提高，除了切纸机厂家自身努力之外，配套工业，尤其是电气元件、液压件等制造厂家必须提高其产品的稳定性、可靠性。目nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - 前，国内只有极少数厂家如申威达公司生产切纸机辅机 (包括升降车、闯纸机、卸纸机等 )。大多数厂家只生产切纸机主机，不能组成裁切生产线，而这也是我国切纸机工业与世界先进水平的一大差距。据了解， Polar 切纸机正朝着整体裁切系统取代单机裁切的方向发展，即将切纸机与辅助设备相互组合成网络系统。这不仅可以提高裁切质量和劳动生产率，还可以大 大减轻工人的劳动强度。如果我们的切纸机想占领国外尤其是工业发达国家的市场，发展整体裁切系统是必不可少的。 1.3 切纸机控制系统的现状 7 目前切纸机的控制系统也不断采用新技术，逐渐向更高的水平发展。丸石公司的 Muarsihi-Bielomat 业切纸机控制系统代表了目前的最高水平，其具体方案如下 : 1、退纸架 退纸架正向全面自动化方面发展。如果退纸架和自动更换纸卷的调节装置以及纸芯自动去除装置配用在一起，便可实现退纸换纸的全面自动化操作。同时，新型的退纸架系统可以通过计算和控制卷筒纸的直径来实现张力自动控制。退纸 架不需要称重装置。而且，丸石公司不再使用那种老式的气动闸片，而是采用 AC 伺服电机控制的新型制动系统。这种新型制动系统比原先的气动闸片有许多优越之处。 2、纵切刀 丸石切纸机有两种切纸刀 :一种是单刀，另一种是对刀。同时，切刀分为板条式和碗式切刀。新型的顶刀和低刀都采用板条式切刀。丸石公司生产的切刀都是通过单独的 AC 马达驱动。根据过去的供货经验，丸石公司建议使用对切刀裁切克重比较大的纸。 3、横切刀 横切刀有两种 :一种是 VGL 型，另外一种是 DD 型。两种切刀组合在一起，组成新的 DD 型。使用 126kwAC 同步电机， 操作运行速度为 400n 刀/min。因此，大大地提高了生产效率。 4、无废纸系统 使用这种系统，在更换纸垛时，对纸没有损害，因此不会产生废纸，可以增加生产的稳定性，提高生产效率。 5、机器人平板输送系统 : 机器人平板自动输送系统可以把平板包装的物料进行前 /后、上 /下和左 /右方向上的移动。同时，这种自动输送系统配有 180“的旋转机构，可以在一定的空间范围之内自由地移动和输送平板包装的产品，不需要使用输送带。丸石公司不断地利用最新的自动化控制技术来更新改进其设备的控制系统，其中包括由正 c(工业用 PC)，中心控制， 控制网络，数据管理， BBS诊断系统和非模拟控制系统组成的整个稳定可靠的控制网络。这种高科技nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 的网络控制系统由丸石公司自主开发研制，因此，丸石公司可以根据的客户的要求优化配置设备的性能。 1.4 设计内容 1. 查阅资料，了解切纸刀结构工作原理、控制过程； 2. 设计切纸刀的工作步骤，画出结构图； 3. 选择 PLC型号，画出外部电路图； 4. 分析切纸刀工作步骤，画出梯形图、控制面板图； 5. 调试程序； 6. 编写毕业设计说明书。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 第 2章 机械传动系统设计 2.1 对开液压切纸机总体要求 对开液压切纸机是由底座、前后机身组成龙门式机体。工作台横跨在机体上，向前后伸出，形成机器的主题。通过液压和机械运动，电气换向、调正、操纵等机构来为切纸、压纸、 送纸等工作部分服务。 切纸机技术规格如下： 1. 切纸长度为 920mm； 2. 切纸宽度为 920mm； 3. 切纸高度为 100mm； 4. 切纸次数为 30 次 /分； 5. 台面高度为 880mm； 6. 台面尺寸：裁切面前为 560mm， 裁切面与送纸器最大距离为 920mm； 7. 压纸器最大工作压力为 20 2kg/cm ； 8. 电机：切纸为 Y90L-4 1.5kw1450r/min； 压纸为 Y00L-6 1.5kw1000r/min； 送纸为 A02-7114 0.25kw1400r/min外形尺寸 为 1950 2040 1440mm. 本机的动力分液压和机械两部分。液压用来控制压纸器的上升、下降和使抱闸放松，机械部分用来控制裁刀下落运动。 压纸器在下压的使用中有试压动作和裁切动作两种加压方式。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 2.2 切纸运动系统 图 2-1 切纸运动图 如图 2-1 所示，电动机带动带轮 1D 通过三角带 1 传动原动轴皮带轮2D ，经过 1Z 、 2Z 、 3Z 和 4Z 组成的二级齿轮变速机构，通过偏心轮 2，拉杆 3 拉动刀座 4 作上下运动，其速度为： 1n = 电n 21DD21ZZ43ZZ(2-1) 根据机器要求 1n 为 30 次 /分 切纸是成斜方向上下运动，这样能减小裁切阻力，对于一般切纸机切纸电机要求不高，故本机选用的切纸电机为： Y90L-4，功率为 1.5kw，转速1450r/min,效率 79%. 2.3 带传动设计 2.3.1 选用普通 V 带 1. 确定计算功率 根据参考文献 5 中 表 3.5 查得工况系数 AK =1.2，故 dP= AK P (2-2) =1.2 1.5=1.8kw 2. 选取 V 带带型 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 根据dP、电n，确定选用 SPA 型。 3. 确定带轮基准直径 根据参考文献 5 中 图 3.16 及表 3.3,选取主动轮（小带轮）基准直 径 1D =150mm 从动轮（大带轮）基准直径 2D =i 1D (1- ) (2-3) = 2.6 150 (1-0.02) =400mm 4. 带速 V= 1D电n/(60 1000) (2-4) =13m/se 3.初步计算当量动载 PP f X R Y A (2-22) 载荷系数 Pf 对切纸机 Pf =1.2， X=0.44,Y 值需在已知型号和基本额定静载荷 0C 后才能确定，现选 Y=1.00 1 . 2 0 . 4 4 3 2 8 1 . 0 0 2 1 9 . 5 4 3 7 NP 4.轴承的基本额定动载荷 C 3666 0 6 0 5 7 0 1 5 0 0 04 3 7 3 4 9 8 N1 0 1 0hnLCP (2-23) 为对角接触球轴承 =3； hL 为轴承的预计寿命。 5.选择轴承 按设计手册选取轴承型号为 36307，此时基本额定静载荷 0C =2750N。 6.验算如下 (1) 0 2 1 9 . 5 2 7 5 0 0 . 0 7 9 8A C 此时 e 在 0.058 与 0.087 之间；轴向载荷系数 Y 在 1.301.23 之间。 (2)用线性插值法求 Y 值 1 . 3 0 1 . 2 3 0 . 0 8 7 0 . 0 7 9 81 . 2 3 1 . 2 4 70 . 0 8 7 0 . 0 5 8Y (3)求当量动载 P nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 14 - 5 0 1 NPP f X R Y A (4)验算轴承寿命 3661 0 1 0 3 4 9 8 9 5 5 2 h6 0 6 0 5 7 0 5 0 1hCLnP hL mind ） 13m i n 0 1 1 5 . 3 m mPdA n (2-24) I 轴的最小轴径应为 I 轴外伸与制动器及带轮连接处的直径，选m i n3 5 m mdd，同时选取内径为 35mm 的轴径。所以轴左端也设计为直径为 35mm 的一段轴，即 ,3 5 m m 1 7 m mI I I I I IdL， I 轴 为齿轮轴。I I I - I V I I - I V= 4 5 m m , L = 1 7 0 m md ， I-IIIL 为 过 渡 轴 肩 。 根 据 轴 承 安 装 要 求II-III=42mmd ， II-III=10mmL ，取周端倒角为 45 。 I 轴的结构见零件图。 4.轴的受力计算 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 15 - AB CDRv 1FrRv 2FaTF Q图 2-2 I 轴 Y 方向受力 求 1VR 、 2VR 。 解：方程如下， 1 2 0 0V V rR R F F (2-25) 21 5 5 2 7 . 8 3 5 2 0 0 4 6 0 0R a V QF F R F 解得 1 4 7 2 . 1 5 NVR 2 1 0 5 1 .6 NVR 1VR 方向向下， 2VR 方向向上。 5.(1)弯矩图 ACBM CM AM B 1M B 1 图 2-3 弯矩图 0AM 1 7 3 1 8 3 . 2 5 N m mBM 1 11 7 9 2 9 3 . 0 3 2 5 N m m2B B a dM M F (2-26) 8 3 2 0 0 N m mC Q D CM F L (2)扭矩图 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 16 - A B C DT 图 2-4 扭矩图 T=24377N mm A B C DR H1 F t R H2图 2-5 I 轴 Z 方向受力图 解求 1HR 、 2HR 方程如下 12H H tR R F 1 2 0 0 4 5 0HtRF 解得 1HR =-197.1N， 2HR =-678.9N A B C DM B2图 2-6 弯矩图 2 1 9 7 . 1 1 5 5 3 0 5 5 0 . 5 N m mBM 6.求总弯矩图 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 17 - A B C DM BM B M C图 2-7 总弯矩图 2212 7 9 3 0 3 . 9 N m mB B BM M M 22 12 8 4 9 7 4 . 8 N m mB B BM M M 8 3 2 0 0 N m mCM 7.求合成弯矩图 A B C DM ca 2M ca 3M ca 1图 2-8 合成弯矩图 22caM M T 1 221 8 6 6 9 7 . 6 2 N m mc a cM M T 222 8 2 9 6 5 . 9 N m mc a BM M T 223 8 8 4 0 2 . 2 N m mc a BM M T 由图可见， C 截面处和 B 截面处所受弯矩最大。 11 3 2 0 . 6 M P a32caca M d （ C 截面） (2-27) 32 3 9 . 8 M P a32caca M d （ B 截面） 11 6 0 M P aca nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 18 - 21 6 0 M P aca 所以此轴符合强度要求，因无严重的应力循环不对称，故静强度校核略。 2.6.2 II 轴的设计计算 1.II 轴传递的功率 2 1 2 1 . 5 0 . 9 7 0 . 9 8 1 . 4 3 k WPP 1 、 2 分别为带轮、齿轮传动效率 2 185 7 0 1 3 0 r / m i n79n 22 29 5 5 0 0 0 0 1 0 5 0 5 0 N m mPT n 2.求作用在齿轮上的力 2 2 4 4 .3 3 m md 2 2 28 7 6 , 3 2 8 N , 2 1 4 Nt r aF N F F 3.初步确定轴的最小直径 3m i n 0 2 4 . 9 m mPdA n根据所选轴承，轴两端直径为 40mm，长 18mm. 根据轴承装配及齿轮的设计，中间轴径为 48mm. II 轴为齿轮轴，结构图如下 图 2-9 II 轴结构图 轴的强度校核略。经校核，轴的强度符合要 求。主要设计尺寸参见传动系统图纸。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 19 - 2.6.3 III 轴的设计计算 1.III 轴传递功率 223 1 2 1 . 5 0 . 9 7 0 . 9 8 1 . 3 9 k WPP 3 181 3 0 3 0 r / m i n77n 3 4 4 2 4 8 3 N m mT 2.求作用在齿轮上的力 3 308m md 33 32 2 8 7 3 Nt TF d 33 2 4 1 0 NrtF F tg 3.初步确定轴的最小轴径 3m i n 0 4 0 m mPdA n根据所选轴承， 4 5 m md 小 径 ， 5 2 m md 大 径 根据传动机构的设计， III 轴的设计如下： 图 2-10 III 轴结构图 主要设计尺寸参见传动系统图纸 强度校核略。经校核，符合要求。 2.7 送纸器运动系统 微动手轮 D 2 =160D 1 =800.25kw 1400r/minS=16送纸器丝杠nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 20 - 图 2-11 送纸器运动系统示意图 如图所示，电动机带轮 1D 通过皮带 1 传动到丝杠。皮带轮 2D ，由 2D 带动丝杠旋转，丝杠带动送纸器作前后运动，其速度和方向如下 电动机正转： 送纸器向裁切方向前进，见图视向左，速度为：1 801 4 0 0 1 8 6 m m / s160nS 电动机反转： 送纸器向裁切方向后退，图示方向向右，速度为： 122801 4 0 0 1 4 0 0 1 6 1 8 6 m m / s160DnS D 丝杠左端的微动手轮可用手转动，带动丝杠使送纸器作微量的前后 移动，使送纸器作微量的调整。 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 21 - 第 3章 电气控制系统及可编程控制器 3.1 电气控制系统 主要控制过程如下： 按下启动 按钮 SB2 K1 线圈得电 K1 常开触点闭合自锁K1 主触点闭合，电动 MA、 MB 启动 同时按下 SB4、 SB5 按钮 K2 线圈得电 K2 主触点闭合，3Kg 电磁铁吸合，压纸器下落刀切下 按下急停按钮 SB3 裁刀停止下切 K2 常开触点闭合，自锁 行程开关 ST 打开 K2 线圈失电 K2 常 开 触 点 打开，线路断开 K2 主触点断开，3Kg 电磁铁断开，压纸器，裁纸刀上升 按下按钮 SB6 （持续不间断） KM1 线圈得电 KM 常闭触点打开，互锁 KM1 主触点闭合，电机MC 正转送纸器前进 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 22 - 本系统采用继电器、接触器控制，实现了液压机械系统的顺序控制及送纸器的控制（图 5-1）。 SB6SB7KM2KM1KM1KM2ST K2SB3 SB4 SB5K2K1K1FR1 FR2 FR3SB2SB1FR3C2C1C3K4K3C4K2 K2YTMCFR3KM2KM1FR2FR1MA MBK1Qk电气控制原理图图 3-1 电气控制原理图 按下按钮 SB7 （持续不间断） KM2 线圈得电 KM2 常闭触点打开，互锁 KM2 主触点闭和，送纸电机反转（ mc）送纸机后退 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 23 - 3.2 压纸器液压传动系统 液压传动系统采用齿轮泵。压力油经网式滤油器 1 过滤后输入，在油路系统中备有溢流阀以调节工作压力和工 作时的过量负荷以保证运行的正常（见后面的图 3-2）。 压纸器下压在使用中有试压和裁切动作两种加压方式。 试压运动就是在调试机器过程中，检查压纸器是否与工作台平行，压纸位置是否合适，常用于纸堆。在送纸器定好位以后，将压纸器试压一下，以此来检查裁切线是否合适。试压时油压不必太大，试压完成以后，在正式裁切纸张时，压纸器下落的速度与试压时相同，但要求压力大得多。 1. 试压动作 试压时，通过杠杆使操纵箱中的滑阀 18 移动到使通槽 6 关闭，通槽15、 8 与油池接通，压力油经通槽 5、 11 进入压纸油缸，使压纸器下压（见压纸器图）。由 通槽 10、 13、 14、 15 来的压力油经通槽 16 和油管 25 回入油池，因而不会使离合器油缸接通。裁刀切下，放轻只需操作者脚离开脚踏杆，滑阀 18 恢复原始位置，压力油经油管 23 回入油池，压纸器也就回到原始位置。油泵卸载、试压时的压力由阀 19 控制。 齿轮泵型号为 CB-F,流量 31 升 /分。 压纸器的下落速度： 1 0 2 . 8 /F QV m m sA (3-1) 式中 33 1 /Qs升 / 分 517cm， A 为 压 纸 器 油 缸 活 塞 的 截 面 积2 2 28 5 0 . 2 744A d c m ， d 为活塞直径。 试压时，压纸器向下的总压力也可根据理论公式得出 P p A试 试 (3-2) 式中 2p 试 =20 千 克 / 厘 米. P试 为压力阀 19 的控制压力， 1 0 0 5 . 4P p A k g 试 试 2.裁切动作 按下按钮（裁切按钮）使 3kg 电磁铁动作通过杠杆使滑阀 18 移到如图所示位置，油液 经通槽 5、 11 沿油管 22 进入压纸油缸使压纸器压紧。压力达到工作压力后，由通槽 10、 13 进入的压力油推动小滑阀 19，使 14、 15通槽相通，压力油经油管 26 进入离合器油缸，使切纸离合器接通，切纸刀下切。切纸完成后（碰到行程开关），电磁铁断开。滑阀 18 恢复到原始位置，离合器油缸内的油液经油管 25 回到油池，离合器脱开，切刀停止运动。同时，压力油和油缸内的油液经通槽 5、 11、 6 沿油管 23 回入油池，nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 24 - 压纸器借弹簧 24 作用使其回到原始位置。 1 0 2 . 8 /F QV m m sA 6 3 5 0 . 2 7 3 1 6 7P p A k g 载 载 式中： p载 为溢流阀的预调压力； 载P 为裁切时，压纸器压力。 3.油泵卸载 压纸电机启动，油泵处于卸载状态。此时，滑阀 18 在原始位置（最顶端），油液经 5、 6 通槽沿油管 23 回到油池。 脚踏杆压力表压力表开关滤油器1234压力控制手柄212516919 14 15811751013626 2317离合器油缸接离合器拨叉电磁铁221220油缸压纸器图 3-2 液压控制原理图 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 25 - 3.3 可编程控制器 可编程控制器是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运 算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。 由可编程控制器组成的控制系统采用软接线的方式实现程序所需的功能，它可适应工艺过程的更改或生产设备的更新等改变，通过在线或离线的编程，可方便地实施所需的控制要求。所以，可编程控制器控制系统的环境适应性很强。它采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，如冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，提高了 MTBF，降低了MTTR，可靠性得到提高。它有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便等特点。它摒弃了单纯用继电器、接触器控制的速度慢，可靠性差 ，硬件编程通用性差，体积庞大等特点，而在结构上和编程上又简易于微机控制。 FP1 是日本松下电工公司生产的小型 PLC 产品。该产 C14C72 品有 20多种规格，适合在中小公司应用。 FP1 系列的硬件配置较全，其指令也较强。接触性好，可靠性高。具有极强的传感器控制及位置控制功能，具有捕捉极窄脉冲宽度的脉冲信号输入功能，这种功能加上和中断功能可立即处理一些紧急情况。 本文研究的切纸机属于小型机械，使用 FP1 特别合适。而且根据输入口的数量和存储区数据寄存器的容量，进一步选择 C56 作为研究课题的PLC。 3.4 PLC 系统设计 改造的主要对象为送纸运动系统，用以上指令及步进电机来实现送纸运动中送纸器的位置控制。 1.有关纸型尺寸及送纸器位置尺寸的计算 (1)所能裁切纸的类型及尺寸 表 3-1 裁切纸型 单位： mm 32 开 16 开 8 开 4 开 对开 宽 129 184 258 368 516 长 184 258 368 516 736 (2)送纸器的位置及尺寸计算 送纸器的位置尺寸如下。见上表可知纸的主要尺寸有 129mm、184mm、 258mm、 368mm、 516mm、 736mm . nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 26 - 图 3-3 送纸器位置图 注：箭头方向表示运动方向（送纸器）。 2.程序设计 (1)程序流程图 736516368258184129607552478 368220nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 27 - 开始启动A油泵、切纸电机转动所选纸型工作灯亮步进电机正转是否到位否延 时 1 5 秒是3 千 克 电 磁 铁 吸 合 ，压纸器下落，刀切下是 否 到 否 需 急否否3 千 克 电 磁 铁 断 开 ， 压纸器上升，刀上升回位是B否继续裁刀位是停是否是否到位跳到手动操作 退回原点位置否是否停止结束图 3-4 程序流程图 (2)梯形图 nts哈尔滨理工大学学士学位论文 - 28 - DFF 1 D M
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