母线槽技术参数检测线运动机构控制系统设计【带电路图】
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母线槽
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母线槽技术参数检测线运动机构控制系统
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毕业设计任务书 自动化 系 自动化（数控技术应用） 专业 设 计 题 目 母线槽技术参数检测 线运动机构控制系统设计 学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 教研室主任 发任务书日期 2006 年 2 月 20 日 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 3 4m。动作控制气缸共八个。 步进电机驱动电路为五相十拍。 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 )： 本设计共有六只动作需用八只汽缸控制。其中两只汽缸控制母线槽两端测量头的伸 缩；两只汽缸控制测量头横向定位；两只汽缸控制母线槽长度方向定位；两只汽缸控 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 89为环形分配器。 （ 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 （ 1）液压及气压传动 机械出版社 （ 2）液压与气压传动设计手册 （ 3） 气 动手册 上海科学技术出版社 （ 4） 单片机应用技术选编 . 何立民 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第一周 熟悉课题 第二周 搜集资料 第三周 拟定方案 第四周 修改方案 第五周 设计计算测量头气压传动部分 第六周 设计计算横向定位气压传动部分 第七周 设计计算母线槽长度方向气压传动部分 第八周 设计计算母线槽升降气压传动部分 第九周 选择控制元件 第十周 选择辅助元件 第十一周 绘制总气压传动系统图 第十二周 设计气缸装配图 第十三周 设计步进电机驱动电路原理图 第十四周 设 计控制信号接口电路 第十五周 写论文 第十六周 写论文 第十七周 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 第 1 页 毕业设计开题报告 课 题 名 称： 母线槽技术参数检测 线运动机构控制系统设计 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 所 在 系 部： 专 业 名 称： 自动化 (数控技术应用 ) 2006 年 03 月 23 日 第 2 页 学士学位毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 学号 专业 自动化（数控） 指导教师姓名 职称 所在系部 自动化 课题来源 工厂 课题类型 设计 课题名称 母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统设计 毕业设计的内容和意义 毕业设计内容： 本课题介绍了母线槽技术参数自动检测线运动机构控制中气压系统的设计、步进电机驱动电路的设计及控制信号接口电路设计。 在母线槽技术参数自动检测线运动机构控制气压系统的设计中设计了八只气缸的控制回路，计算了气缸及辅助元件的相关尺寸，选择了控 制回路中的各种气压元件，并设计了一只气缸结构。 步进电机驱动电路的设计及控制信号接口电路设计中，检测母线槽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 89为环形分配器，具有电路简单，柔性好的特点。功率器件选用 ，设计成恒流斩波电路，保持电机绕组电流恒定。设计的驱动电路简单，可靠性高。 毕业设计需完成的技术文献： （ 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 毕业设计的意义： 本人毕业设计作的是母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系 统气压传动设计、步进电机驱动电路的设计及控 第 3 页 制信号接口电路设计。我主要做的是母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统气压传动设计。 母线槽的主要技术参数是指绝缘强度和导线电阻。这两个技术参数的检测，目前在国内还是由人工完成，其自动检测技术在国内还是个空白。检测员手动控制检测头去检测母线槽的绝缘强度和电阻。手动定位很容易带来由于定位不准确而产生的操作误差，这与我们对母线槽技术参数准确性的要求是相互冲突的。另外在检测母线槽的绝缘强度时需要对母线槽通以高电压，而这无疑会威胁到检测员的人身安全。随着社会的发展，人工 检测技术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，将会给企业带来广阔的市场前景和显著的社会效益。 我和朱静同学的课题是母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统，朱静同学负责的是运动机构控制系统的控制电路部分，我负责的是运动机构控制系统的气压传动部分。本次设计中所设计出的母线槽技术参数检测控制机系统总的工作过程是：上位机发送启动信号，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和定位母线槽。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及 导电片与导电片之间的绝缘强度，并把检测结果传送给上位机。上位机接收到检测完毕的信号后，根据检测结果判断母线槽是否合格，若是合格产品，则发送信号给打印机，打印机打印出所检测的母线槽的条码。随后，上位机接发送信号给贴标机，并控制贴标机把打印出来的条码贴到母线槽上。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进行包装。 第 4 页 文献 综述 （ 1） 徐炳辉 上海科学技术出版社 2）清华大学精密仪器系液压教材编写组 人民教育出版社 3） 马西秦 郑州机械专科学校 机械工业出版社 4）陆全龙 刘明浩 科学出版社 5）北方工业大学流体传动与控制教研室 济南华能气动元器件公司 机械工业出版社 . 1995 （ 6） 张靖 刘少强 中国电力出版社 7） 宋京其 机械工业自动化研究所 8） 姜佩东 高等教育出版社 9） 郑洪生 机械工业出版社 11）何立民 北京航空航天大学出版社 12） B th 13） 358论文 中对于检测知识的了解 ,参考了 自动检测技术 中第一章的 检测技术的基本知识，在检测技术知识的了解上给予了我一定的帮助。本论文 中测量头气压传动部分、横向定位气压传动部分、母线槽长度方向定位气压传动部分、母线槽升降气压传动部分的设计计算主要参考了 金属切削机床液压传动中第六章的液压系统的设计与计算。本论文中的 控制元件与辅助元件的选择主要参考了 气动手册 中第三章的气动辅助元件的介绍，第四章的气动执行元件的介绍 。本论文中气压传动回路的设计采用了陆全龙与刘明浩编写的液压与气压传动中第十二章的气压传动回路的介绍。 第 5 页 研究计划 为期一个学期共十七周的毕业设计具体研究计划如下： 第一周作为熟悉课题的时间；第二周则用于搜集资料；第三周用于拟定方案；第四周用于修改方案 ； 第五周用于 设计计算测量头气压传动部分； 第六周 设计计算横向定位气压传动部分； 第七周 设计计算母线槽长度方向定位气压传动部分； 第八周 设计计算母线槽升降气压传动部分；第九周 选择控制元件； 第十周 选择辅助元件； 第十一周 绘制总气压传动系统图 ； 第十二周 设计气缸装 配图 ； 第十三周 设计步进电机驱动电路原理图； 第十四周 设计控制信号接口电路 ；第十五、六周用于写论文 ； 第十七周用于答辩。 特色与创新 母线槽的主要技术参数是指绝缘强度和导线电阻。这两个技术参数的检测，目前在国内还是由人工完成，其自动检测技术在国内还是个空白。 随着社会的发展，人工检测技术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，将会给企业带 来广阔的 市场前景和显著的社会效益。 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 89为环 形分配器，具有电路简单，柔性好的特点。功率器件选用 ，设计成恒流斩波电路，保持电机绕组电流恒定。设计的驱动电路简单，可靠性高。 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意 见 主任签名： 年 月 日 系部意见 教学主任签名： 年 月 日 第 6 页 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者： 学 号： 系 部： 自动化 专 业： 自动化 (数控技术应用 ) 题 目： 母线槽技术参数检测 线运动机构控制系统设计 指导者： 评阅者： 2006 年 06 月 南 京 毕业 设计说明书（论文）中文摘要 本文介绍了母线槽技术参数自动检测线运动机构控制中气压系统的设计、步进电机驱动电路的设计及控制信号接口电路设计。 本设计中设计了八只气缸的控制回路，计算了气缸及辅助元件的相关尺寸，选择了控制回路中的各种气压元件，并设计了一只气缸结构。 本设计中还设计了与运动控制系统相配的用于步进电机的驱动电路。该电路选择 89为环形分配器，具有电路简单，柔性好的特点。功率器件选用 ，设计成恒流斩波电路，保持电机绕组电流恒定。设计的驱动电路简单，可靠性高。 关键词： 母线槽 气压系统 步进电机 电路设计 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 毕业设计说明书（论文）外文摘要 of in of of in of of of of In I of in of in of a In I 9as is is of is is 京工程学院毕业设计说明书（论文） 目 录 前 言 . 1 第一章 概述 . 2 测技术的现状与发展 . 2 线槽简介 . 3 测内容 . 5 测系统总控制方案 . 6 第二章 气压传动系统设计与计算 . 10 压传动控制对象 . 10 择传动和控制方案 . 10 气压传动回路系统设计 . 11 择总气压传动回路的控制方式 . 11 气压传动控制回路设计 . 11 制总气压传动回路 . 14 量头动作控制气压传动回路设计与计算 . 14 路设计 . 14 路计算 . 15 件选择 . 17 测台侧向定位装置气压传动回路设计与计算 . 18 路设计 . 18 路计算 . 18 件的选择 . 20 测台与包装台纵向定位装置气压传动回路设计与计算 . 21 路设计 . 21 路计算 . 21 件选择 . 22 装台升降机构气压传动回路设计与计算 . 23 路设计 . 23 路计算 . 24 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 件选择 . 26 缸设计 . 27 第三章 电路设计 . 28 进电机驱动电路设计 . 28 进电机相序分配电路 . 29 进电机驱动电路 . 29 制信号接口电路设计 . 30 磁换向阀控制信号输出接 口电路设计 . 30 力继电器控制信号输入接口电路设计 . 33 第四章 结 论 . 34 致 谢 . 35 参考文献 . 36 附 录 . 错误 !未定义书签。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 前 言 母线槽的主要技术参数是指绝缘强度和导线电阻。这两个技术参数的检测，目前在国内还是由人工完成，其自动检测技术在国内还是个空白。 随着社会的发展，人工检测 技术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，将会给企业带 来广阔的 市场前景和显著的社会效益。 本人的课题是母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统气压传动设计。课题来源是系工程实验室项目。前三周，在老师的指导下，通过在网上和图书馆查阅并收集了了大量的有关于气压传动系统设计与电路设计的相关资料，我对课题的背景及相关知识有了初步的了解。后两周时间是拟定方案和修改方案。最后十一周时间是进行气压传动系统的设计以及论文的撰写。 本论文共分四章。主要描述了检测技术 的现状与发展，母线槽简介，检测内容及要求，检测系统总控制方案，气压传动系统设计与计算，电路设计等。本论文各章既有联系，又有一定的独立性。 我和朱静同学的课题是母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统，朱静同学负责的是运动机构控制系统的控制电路部分，我负责的是运动机构控制系统的气压传动部分。在做毕业设计的这段时间里，我和朱静同学互相配合，分工合作，共同完成了各自的任务。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 第一章 概 述 测技术的现状与发展 在 人类的各项生产活动和科学实验中，为了了解和掌握整个过程的进程的进展及其最后结果，经常需要对各种基本参数或物理量进行检查和测量，从而获得必要的信息，作为分析判断和决策的依据，可以说检测技术是人们为了对被检测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的检测技术已经发展成为一门完整的技术科学，在促进生产发展和科技进步的广阔内发挥着重要的作用。 检测技术在目前领域的现状： 1）检测技术是 产品检验和质量控制的重要手段。借助于检测工具对产品进行质量评价是人们十分熟悉的。这是检测技术重要的应用领域。但传统的检测工具只能将产品区分为合格品和废品，起到产品验收和废品剔出的作用。这种被动检测方法，对废品的出现的并没有预先防止的能力。在传统检测技术基础发展起来的主动检测技术或称之为在线检测技术，使检测和生产加工同时进行，及时地用检测结果对生产工程主动地进行控制，使之适应生产条件的变化或自动地调整到最佳状态。这样检测的作用已经不只是单纯的检查产品的最终结果而且要过问和干预造成这些结果的原因，从而进入质量控 制的领域。 2）检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用。电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压、高速和大功率状态下运用，保证这些关键设备安全运行在国民经济中具有重大意义。为此，通常设置故障监测系统以对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期动态监测，以便及时发现异常情况，加强故障预防，达到早期诊断的目的。这样做可以避免严重的突发事故，保证设备和人员安全，提高检修质量。另外，在日常运行中，这种连续监测系统可以及时发现设备故障前兆，采取预防性检修。随着计算机技术的发展， 这种监测系统已经发展到故障自诊断并自动报警或采取相应的对策。 3）检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。在实现自动化南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 的工程中，信息的获取与转换是极其重要的组成环节，只有精确及时地将被控对象的各项参数检测出来并转换成易于传送和处理地信号，整个系统才能正常地工作。因此自动检测与转换是自动化技术中不可少的组成部分。 当前检测技术的发展趋势大致有以下几个方面： 1）传感器水平的提高。采用新材料、新工艺使传感器的性能进一步提高，可实现传感器的微型化和集成化。此外，采用计算机技术，使传感器的数据处理能力提高， 提高传感器的智能水平。 2） 检测 方法的推进。随着光电、超生波、微波、射线等技术的发展，使得非接触检测技术得到发展。随着光纤、光放大器、滤波器等光元件的发展，使信号的传输与处理不再局限于电信号，出现采用光的检测方法。此外，还有多参量复合检测，主动检测等技术均有发展。 3）检测系统的智能化。以计算机为中心的智能化的检测系统能够测量多种参量，多有电气量，又有非电气量；具有多个输入通道，可进行多点测量；能够快速进行动态在线实时测量，能够实现快速进行信号分析处理，排除噪声干扰、消除偶然误差、修正系统误差，从而实现检测 结果的高准确度以及对被测信号的高分辨能力。 线槽简介 80 年代以前，高层建筑中的供电主干线主要采用可靠性较好的普通电缆，电缆在电气竖井内沿墙壁用支架或电缆桥架敷设。电缆作为供电主干线比裸导线、裸排要安全可靠得多，但载流量受到限制，电缆截面不可能造得很大（最大只能做到 2400 ，而且电缆太粗，现场施工难度大 。 80 年代中后期，城市发展迅速，高层、超高层建筑大批建造，建筑物的用电负荷急剧增加，电缆作为供电主干线的局限性越来越突出，特别是现场制作电缆分支接头 技术难度很大，急需一种容量大、分支方便的供电主干线取而代之。 母线槽以其结构紧凑、通用性互换性强、传送功率大、电压降小、电能损耗小、绝缘性能高、防火性能及抗短路性能好等优点，逐步取代传统的电缆 电缆桥架配电方式，成为大型或高层建筑配电方式的主流，深受工程技术人员及用户青睐。 母线槽的种类有 封闭式母线槽（简称母线槽） 、 空气式插接母线槽（ 、密集绝缘插接母线槽（ 、 高强度封闭式母线槽（ 、 插接式母线槽 。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 封闭式母线槽（简称母线槽）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、 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。 空气式插接母线槽（ 由于母线之间接头用铜片软接过渡，在南方天气潮湿，接头之间容易产生氧化，形成接头与母线接触不良，使触头容易发热，故在南方极少使用。并且接头之间体积过大，水平母线段尺寸不一致，外形不够美观。 密集绝缘插接母线槽（ 。 密集绝缘插接母线槽防潮、散热效果较差。在防潮方面，母线在施工时，容易受潮及渗水，造成相间绝缘电阻下降。母线的散热主要靠外壳，由于线与线之间紧凑排列安装， 热能散发缓慢，形成母线槽温升偏高。密集绝缘插接母线槽受 外壳板材限制，只能生产不大于3m 的水平段。由于母线相间气隙小，母线通过大电流时，产生强大的电动力，使磁振荡频率形成叠加状态，造成过大的噪声。 高强度封闭式母线槽（ 其工艺制造不受板材限制，外壳做成瓦沟形式，使母线机械强度增加，母线水平段可生产至 13m 长。由于外壳做成瓦沟形式，坑沟位置有意将母线分隔固定，母线之间有 18间距，线间通风良好，使母线槽的防潮和散热功能有明显的提高，比较适应南方气候 。 插接式母线槽 。 插接式母线槽属树干式系统，具有体积小、结构紧凑、运行可靠、传输电流大、便于分接馈电、维护 方便、能耗小、动热稳定性好等优点，在高层建筑中得到广泛应用。 插接式母线槽是专供交流 50额定电压 380V、额定电流 250三相四线制和三相五线制配电系统传输电能之用。适用于车间、老企业改造、实验楼、高层建筑等多种场合。与传统的电缆配电方式比较，具有体积小、输南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页 送电流大、安全可靠、拆装方便、基建与配电施工互不相扰，一次投资可反复使用等优点，是一种理想的配电产品。 如图 1示。 测内容 母线槽内部一般 用铜片作为导体。 本次设计的母线槽技术参数检测控制机就是控制检测装置检测母线槽内每一导电铜片的电阻的检测及导电铜片之间的绝缘强度。 铜片的电阻是关乎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。但是并不是说母线槽内导电体的导电能力越小越好，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。 绝缘强度和电阻的检测过程如图 12 所示。 图 1 2 绝缘强度和电阻检测示意图 a） 检测绝缘强度 b) 检测电阻 12气缸； 3母线槽 图 1接式母线槽 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页 当连接 检测绝缘强度的检测仪时，下位机 控制两检测头移动检测并将检测结果发送给上位机（ ；当 连接检测电阻的微欧计时，两检测头移动检测并将检测结果发送给上位机 （ 。 测系统总控制方案 本次设计中所设计出的母线槽技术参数检测控制机系统总的工作过程是：上位机发送 启动信号，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和定位母线槽。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及导电片与导电片之间的绝缘强度，并把检测结果传送给上位机。上位机接收到检测完毕的信号后，根据检测结果判断母线槽是否合格，若是合格产品，则发送信号给打印机，打印机打印出所检测的母线槽的条码。随后，上位机接发送信号给贴标机，并控制贴标机把打印出来的条码贴到母线槽上。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进行包装。母线槽技术参数自 动检测系统总的工作过程如图 1示。 打印机 上位机（ 贴标机 运动机构控制系统（或称下位机） 测试系统 母线槽 包装机构 定位机构 检测台 母线槽 辅助动作控制电路 辅助动作执行机构（气压传动） 功率放大系统 运动驱动机构 图 1线槽技术参数自动检测系统组成框图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页 我在本次设计中所负责的是下位机的气压传动部分。下位机的主要工作是对母线槽内每一片导电材料的电阻的检测以及导电材料之间的绝缘强度的检测。下面具体描述 下位机的工作过程： 当检测平台传送电机启动时，检测台纵向定位缸升起。当检测纵向母线槽到位时，检测平台传送电机停止。左右端侧向定位缸启动，当左右端侧向定位缸到位时，分别连接检测绝缘强度的检测仪和检测电阻的微欧计，并将结果送给上位机。最后进行对母线槽的 贴标和包装。检测及包装台示意图如图 1位机的控制流程图如图 1 5 所示。 图 1测及包装台示意图 1 2 3 4 5 6 7、 9 8 10、 27 11、 26 12、 25 13、 24及 U 轴滑台； 14、 23及 U 轴步进电机； 15、 22 16、 21 17、 19及 V 轴步进电机； 18、 20南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页 检测平台移送电机启动 检测台纵向定位缸升起 检测平台移送电机停止 左端侧向定位缸启动 右端侧向定位缸启动 连接绝缘强度检测仪 两检测头移动检测并将检测结果发送给上位机 检测完后回起点 连接检测电阻的微欧计 两检测头移动检测并将检测结果发送给上位机 开始 接下一页 Y 左、右端侧向定位缸到位？ 母线槽纵向到位？ N N Y 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 图 1位机的控制过程 两个检测头回原点 左右端侧向定位缸退回 检测台纵向定位缸退回 检测平台移送电机启动 包装台移送电机启动 包装台纵向定位缸升起 母线槽离开检测平台后检测平台移送电机停转 母线 槽到达包装平台后包装台移送电机停转 发信给上位机启动贴标机贴标 贴标结束后，母线槽包装上升气缸升起 延时，包装 包装台纵向定位缸退回 母线槽包装上升缸退回 结 束 接上一页 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 第二章 气压传动系统设计与计算 压传动控制对象 本设计共有八只汽缸控制。其中两只汽缸控制母线槽两端测量头的伸缩；两只汽缸控制测量头横向定位；两只汽缸控制母线槽长度方向定位；两只汽缸控 制母线槽升降（升起后对母线槽两端进行包装）。 择传动和控制方案 正确选用传动和控制方案是系统设计的关键，不仅在技术上合理适用，经济上也会取得巨大的效益。根据表 2动、液压、电 设计采用的是气动方案。 表 2种传动和控制方式特性比较 气 动 液 压 电 传动系统输出部分 中等输出力，可高速动作输出力密度中等 直线、回转、振动 输出力大 输出密度大 直线、回转、摆动 输出力范围广 输出力密度小 主要产生回转运动 动力源 空 气压缩源 液压源 电源设备 效 率 压缩机和气缸效率低 油泵和执行元件效率中等 效率高 控制性能 因压缩性使位置控制受负载变动的影响 力控制容易 因液压有较高的刚性故控制性好 位置速度容易控制 在中小输出力时精密控制，大输出力时响应慢 位置、速度控制容易 运算部分 采用逻辑元件进行小规模运算 回路运算机能差 可进行大规模各种运算 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 （续） 气 动 液 压 电 传送部分 可用配管进行动力和低速信号传送 不要回气管 传送距离在百米以内 用配管进行动力传送 不可远距离传送 可用配线进行动力和信号传送且无滞后 可远距离传送 防火、防爆性 储气罐须注意超压爆炸外，无其他危险 一般液压油会产生可燃性气体，注意防火 因火化会造成事故要注意防火防爆 维修管理 空气泄漏不会引起污染；压缩机要管理 油泄漏易引起污染；故对油要进行管理 漏电危险性大 要有专人管理 温 度 使用温度范围广 油温需要一个合适范围 一般电动机不可高温使用 电磁场影响 不影响性能 不 影响性能 可能引起误操作 噪 声 压缩机及排气噪声大 油泵噪声较大 噪声大 气压传动回路系统设计 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。 气压传动控制回路设计 气动执行元件是以压缩空气为工 作介质，将气体能量转化成机械能的能量南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 转化装置。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。 气缸按结构特征分类如下： 本系统完成的进给运动要求直线往复运动，选择单活塞双作用气缸作为执行机构。 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气缸 活塞式 膜片式 无活塞式 仿生气动“肌腱” 仿生 单活塞 双活塞 有活塞杆 无活塞杆 单出杆 双出杆 双作用 单作用 双作用 无杆气缸 磁性气缸 绳索气缸 串联 并 联 多位气缸 增力气缸 单出杆 双出杆 平膜片 滚动膜片 皮囊 单作用 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 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。 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。图 2示为单活塞杆双作用气缸的职 能符号。 控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构按要求的程序和性能工作。控制元件分为压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀和逻辑元件。 （ 1）压力控制阀 压力控制阀可分为减压阀、溢流阀和顺序阀。 为了使气源装置内的压力气体减压到每套装置实际需要的压力，我们系统中采用了减压阀。减压阀的特点是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并能保持输出压力稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。 减压阀调压方式有直动式和先导式两种。在减压阀调压方式的选择上，我们选择了直动式调压阀。所谓直动式就是借助弹簧力 直接操作的调压方式，这种方式适合减压阀直径小于 20 30 输出压力在 0 围内。所谓先导 式就是用预先调整好 的气压来代替直动式调压弹簧进 行调压。图 2示为减压阀的职能 符号。 （ 2）方向控制阀 方向控制阀可分为单向阀和换向阀两种。为了使气流只沿着一个方向流动， 我们设计的系统中采用了单向阀。单向阀的特点是只允许气流在一个方向流动，而在相反的方向上完全关闭。图 2示为单向阀的职能符号。 为了达到快速进给与退回的要求，我们设计的系 统中采用二位四通换向阀。换向阀的特点是当换向阀 的 电磁铁通电吸合与断电释放时，直接推动阀芯控制 图 2向阀 图 2压阀 你 图 2活塞杆双作 用气缸 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 气流方向。电磁阀按操纵方法，有直动式和先导式。 我们设计的系统选择直动式操纵方法控制电磁阀。二 位四通换向阀是电气系统与气压系统之间的信号的转 换元件。 图 2示为 二位四通换向阀的 职能 符号。 （ 3）流量控制阀 流量控制阀可分为单向节流阀、先导式速度控制阀、行程节流阀和排气节流阀。 为了能够调节气缸活塞的移动速度，我们设计的系统中采用了单向节流阀。图 2示为单向节流阀的职能符号。当气流由 流动时，经节流阀 1 节流； 而反向由 流动时，单向阀 2 打开，不受节流阀 的影响。 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。其可动部分需要润 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示。 制总气压传动回路 总气压回路由八个分气压回路组成，如图 2示。 量头动作控制气压传动回路设计与计算 路设计 两个测量头动作控制气压传动回路是完全相同的，图 2 8 所示是其中一个测量头的动作控制气压传动回路。 图 2位四通换向阀 图 2压发生装置 与辅助元件1 2图 2向节流阀 1 2南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页 图 2气压回路 1、 2测量头动作控制气压传动回路； 3、 4测量头横向定位装置气压传 动回路； 5测量台纵向定位装置气压传动回路； 6包装台纵向定位装置气压传动回路； 7、 8包装台升降机构气压传动回路 图 2量头动作控制气压传动回路 1气源； 2雾化器； 3减压阀； 4单向阀； 5二位四通换向阀； 6单向节流阀； 7压力表； 8气缸 路计算 气源装置的压力 28 620 . 7 8 4 1 0 减压阀的调压范围分为五档： 0 1 1 2 3 4 5 6 7 8 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页 气源装置的压力经减压阀减压后，选择调压范围为 0 0 a。 设定气压缸的压力 。 气缸克服的负载 F 主要为摩擦力和测量头的惯性力。根据厂方提供的数据，负载 5 0 1 0 0，取负载 100。 根据气缸的内径 D 公式 264 4 1 0 0 5 . 0 5 1 0 5 0 . 53 . 1 4 0 . 0 5 1 0FD m m m 按标 准取 气缸的内径 63D 。 根据计算活塞杆直径 d 的经验公式 0 8 m m 按标准取 活塞杆直径 16d 。 普通单活塞双作用 气压缸无杆腔（无活塞杆的腔）的面积（1A）： 2 2 2 2113 . 1 4 6 . 3 3 1 . 1 644DA c m c m 普通单活塞双作用气压缸有杆腔（有活塞杆的腔）的面积 （2A）：22 2 2 2 2213 . 1 4 ( 6 . 3 1 . 6 ) 2 9 . 1 544c m c m 已知 检 测 头 气 缸 活 塞 杆 伸 出 速 度 与 退 回 速 度 分 别 为1 5 m m/和 2 6 m m/， 由此得进入无杆腔的流量（1Q）： 31 1 1 3 1 . 6 5 0 0 m i n 1 5 . 5 8 m i v c m l 进入有杆腔的流量（2Q）： 32 2 2 2 9 . 1 5 6 0 0 m i n 1 7 . 4 9 m i v c m l 取最大流量2 1 7 . 4 9 m i l。 d 根据气压系统管道内允许流速推荐值，选取流速 (v ) 5 . 0 3 0 0 0 0 m i nv m s c m 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页 则根据 管道内径 d 的计算 公式 34 1 7 4 9 0 m i 1 3 0 . 8 63 0 0 0 0 m i nQ c md c mv c m 取 10d 。 件选择 （ 1）选择气缸型号 为了使气缸在行程终点不发生冲击，系统采用了缓冲气缸。缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时，缓冲效果很明显。对于这个系统来说，气缸的速度要求不高，因此采用缓冲气缸，是合理的。 列气缸为单活塞杆双作用可调双向缓冲气缸，具有结构简单，重量轻，工作压力低，反应快，冲击力小等特点。 列中 普通缓冲气缸， 无缓冲气缸， 无缓冲双向调速气缸。根据系统计算的结果，选用气缸型号为 内径 D 为 63 杆径 d 为 16 接管螺纹 尺寸为 18 （ 2）选择管道参数 当气缸选定后，可根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸查表对应气缸供气口的通径。此 通径即为管道的通径。根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸 18 查表得气缸供气口的通径是 10 和 12 选择 气缸供气口通径为 10 即 管道的通径为 10 在气压传动中，常选用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。根据系统的实际要求，选择胶管的公称通径为 10 外径为 19 最小弯曲半径为 130 （ 3）选择单向节 流阀型号 根据查表， 选用单向节流阀型号为 10 ，通径为 10 联结螺纹为 18 。 （ 4）选择单向阀型号 根据查表，选用单向阀型号为 10 ， 公称通径为 10 联结螺纹为 16 。 （ 5）选择减压阀型号 根据查表，选用减压阀型号为 210 03 51P ，公称通径为 10 接口螺纹为 38G 。 （ 6）选择换向阀型号 根据查表，选用换向阀型号为 24 1 2 ， 二位四通直动滑阀式电磁控制阀，单电控型 ， 公称通径为 15 （ 7）选择油雾器型号 根据查表，选用油雾器型号为 公称通径10 接管为 38G ， 最高工作压力 起雾流量为 50 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 18 页 测台侧向定位装置气压传动回路设计与计算 路设计 两个检测台侧向定位装置气压传动回路是完全相同的，图 2 9 是其中一个 检测台侧向定位装置气压传动回路。 图 2测台侧向定位装置气压传动回路 1气源； 2雾化器； 3减压阀； 4单向阀； 5二位四通换向阀； 6单向节流阀； 78压力表； 9气缸 路计算 气源装置的压力 28 620 . 7 8 4 1 0 减压阀的调压范围分为五档： 0 1 气源装置的压力经减压阀减压后，选择调压范围为 设定气压缸的 压力 。 根据气压缸活塞杆受力情况分析，两活塞杆 在横向上 负载 F 之和应该小于母线槽受到的静摩擦力证横向定位时活塞杆不会因为受力过大而导致母线槽移动影响测量精度。 设定母线槽质量 500m ， 则 1 1 1 0 . 2 5 0 0 9 . 8 4 9 02 2 2f s f m g N N 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页 取 负载 400。 根据气缸的内径 D 的计算公式 264 4 4 0 0 7 . 1 4 1 0 7 1 . 43 . 1 4 0 . 1 1 0FD m m m 按标准取 气缸的内径 80D 。 根据计算活塞杆直径 d 的经验公式 0 4d D m m 按标准取 活塞杆直径 20d 。 普通单活塞双作用 气压缸无杆腔（无活塞杆的腔）的面积（1A）： 2 2 2 2113 . 1 4 8 5 0 . 2 444DA c m c m 普通单活塞双作用 气压缸有杆腔（有活塞杆的腔）的面积（2A）： 22 2 2 2213 . 1 4 ( 8 2 ) 4 7
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