新型混凝土砌块成型机自动控制系统的设计

毕业设计说明书新型混凝土砌块成型机自动控制系统的设计学生姓名学号学院系名专业指导教师年月混凝土砌块成型机自动控制系统的设计摘要混凝土砌块相比粘土砖具有节材、节能和环保等优点，是国家大力推广的新型建筑材料，已经得到广泛的应用和发展。随着我国墙改政策力度的加大，机械设计是制造及其自动化混凝土砌块必将打破房屋建筑材料中粘土砖的主导地位，为我国建筑业的健康发展和环境保护作出巨大贡献。由于目前大多数国产混凝土砌块成型设备自动化程度不高、生产效率较低，而进口混凝土砌块成型设备又价格昂贵，因此并不能满足国内混凝土砌块生产的需求。中国市场上急需一种符合中国国情、自动化程度高的混凝土砌块成型自动化生产设备。研究和改进砌块生产线的自动控制系统，对于提高生产效率、控制质量以及改善工人工作条件具有重要意义。本文以QT系列混凝土砌块成型生产线为研究对象，在分析混凝土砌块成型生产工艺流程及控制需求基础上，运用可编程控制器等硬软件平台，研究设计开发了混凝土砌块成型生产线的控制系统。为实现混凝土成型自动化生产线信息集成及可靠运行，控制的构成方式采用了三菱FX2N系列PLC。在硬件配置的同时，通过三菱FX系列编程软件FXGP对PLC程序进行了设计，使其具有自动控制生产线的功能。本文着重研究了产品的电气系统、液压系统、振动加压成型装置等。完成了基于PLC开发平台的混凝土砌块成型自动化生产线PLC控制程序。本文设计的混凝土砌块成型自动化生产线控制系统达到了预期的要求，具有较好的可靠性和实用性，满足现场生产的要求。关键词混凝土砌块成型机，自动化生产线，PLC，液压系统CONCRETEBLOCKFORMINGMACHINEOFTHEAUTOMATICCONTROLSYSTEMDESIGNABSTRACTCONERETEBLOCKHASTHEMERITONSAVINGMATERIALS,ENERGYANDPROTECTINGENVIRONMENTANDSOONCOMPARINGWITHFIRECLAYBRICK,ANDITSANEWBUILDINGMANTERIALPROMOTEDVIGOROUSLYBYCOUNTRY,WHICHHASBEENWIDELYUSEDANDDEVELOPEDASCHINASEFFORTTOINCREASETHEWALLMATERIALSINNOVATIONPOLICY,THEDOMINANTPOSITIONOFCLAYBRICKINTHEHOUSINGCONSTRUCTIONMATERIALSWILLBEBROKENBYCONCRETESEGMEN,WHICHWILLADVANCETHEDEVELOPMENTOFCHINASCONSTRUCTIONINDUSTRYANDMAKEASIGNIFICANTCONTRIBUTIONTOENVIRONMENTALPROTECTIONSINCETHEMAJORITYOFCHINAMADEBLOCKFORMINGMACHINEISNOTHIGHDEGREEOFAUTOMATION,LOWPRODUCTIONEFFICIENCY,ANDIMPORTOFBLOCKFORMINGMACHINEISEXPENSIVEANECONOMICALANDGOODDEGREEOFTHEAUTOMATIONBLOCKMACHINEPRODUCTIONLINEISURGENTNEEDINCHINESEMARKETRESEARCHANDIMPROVEMENTOFAUTOMATICCONTROLSYSTENOFBUILDINGBLOCKSPRODUCTIONLINEISVERYIMPORTANTTORAISEPRODUCTIONEFFIEIENCY,CONTROLQUALITYANDIMPROVEWORKINGCONDITIONSFORTHEWORKERSQTBLOCKPRODUETIONLINEWASCHOSEDFORTHEOBJECTOFSTUDYINTHISDISSERTATIONDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEMWASDEVELOPEDBASEDONPLC,OTHERINDUSTRIALHARDWAREANDSOFTWAREPLATFORMAFTERANALYZEDTHEPRODUETIONPROCESSANDCONTROLREQUIREMENTSFORACHIEVEDINFORMATIONSINTEGRATIONANDENSURINGTHESYSTEMRELIABLERRUNNING,MITSUBISHIFXSERIESOFPLCISUSEDINDISTRIBUTEDCOTLLROLWHENHARDWARECONFIGURATIONISBEINGDONE,PLCPROGRAMMINGISPUTUPTOREALIZETHEFUNCTIONTHATPRODUCTIONLINEISAUTOMATICALLYCONTROLLED,THISPAPERSTUDIESTHEELECTRICALSYSTEMANDHYDRAULICSYSTEM,VIBRATIONCOMPRESSIONMOLDINGEQUIPMENT,ETCTHEPLCCONTROLPROCEDURESWEREDEVELOPEDBASEDONTHECOMPLETIONOFPLCTHEDESIGNOFTHEBLOEKPRODUCTIONLINECONTROLSYSTEMACHIEVETHEEXPECTEDFUNETIONALREQUIREMENTS,HASGOODRELIABILITYANDAVAILABILITYTOMEETTHEREQUIREMENTSOFPRODUETIONATTHESCENEKEYWORDSBLOCKFORMING,AUTONMATIONPRODUCTIONLINE,PLC,HYDRAULICSYSTEM目录1引言111课题研究的背景112课题研究的目的和意义213混凝土砌块成型机技术现状及发展趋势214本课题的工作和研究内容515论文的组织结构62混凝土砌块成型机简介721概述7221按工作状态分类7222按砌块成型机振源分类7223按成型原理分类823混凝土砌块成型机的特点824系统坏境925砌块生产线工艺流程103机械设计与计算1131原始数据及设计要求1132拟定设计方案1133确定系统的机械参数11331确定螺杆参数11232确定齿轮传动的参数134液压系统设计1741液压系统的方案设计17411回路方式的选择17412执行元件的选择17413调速方式的选择17414调压方式的选择17415换向回路的选择17416动作转换控制方式1742液压阀的选取18421叠加阀1843液压系统的参数设计和拟定液压原理图18431选取马达18432选取液压泵19433选取电动机19434设计液压系统图205液压装置的结构设计2251滤油器22511滤油器的功用和安装22512选取滤油器2252油箱和压力表辅件23521油箱23522压力表辅件2453管接头2554阀集成块25541阀集成块的设计原则25542阀集成块的结构设计256电气控制2661电气驱动2662星三角起动的控制2663PLC控制系统设计26631可编程控制器基本概念26632可编程控制器的特点27633PLC系统的组成28634可编程控制器的应用29635控制系统设计29设计总结32参考文献33致谢361引言11课题研究的背景我国是一个人口众多、资源相对不足的国家，耕地面积仅占国土面积的10，不到世界平均水平的一半。但在房屋建筑材料中，粘土砖仍占主导地位，每年烧砖近7000亿块，而生产粘土砖每年耗用粘土资源14亿多立方米，相当于毁田80万亩，同时每年生产粘土砖消耗6000多万吨标准煤。限制和淘汰使用粘土砖对保护我们赖以生存的土地、环境和节约能源意义深远。用混凝土砌块代替粘土砖，可大量节约土地和粘土资源，降低能耗，减少污染，改造建筑功能，促使我们建材业的建筑技术进步和产业结构调整、转变经济增长方式具有显著的社会经济效益，对我国建筑业的健康发展和环境保护将起到十分重要的作用1。我们长期使用大量的砂、石材料并非再生、环保型建材，有些石料还具有放射性物质，对人体健康有害。而且，长期大量的开采，己使生态环境发生了很大的变化，特别是河砂的超量开采造成河岸倒塌、滑坡，危及周围环境和人们的生命安全。2003年6月30日前在我国170个城市禁止使用实心粘土砖，所有省会城市在2005年底以前全面禁止使用粘土砖，以此带动各地淘汰实心粘土砖发展新型墙体材料。国家为鼓励新型墙体材料的发展也陆续推出了一系列新的优惠政策。国家经贸委、国家计委在关于发展新型建材的若干意见中要求已引进的新型建材工艺装备到“十五”末要基本实现国产化，并引导企业积极采用国内已消化吸收的新型建材成套技术装备。国家机械工业联合会在10类工程机械产品结构调整中将承重砼砌块生产设备列入硅机械的两个重点发展项目之一，国家建材工业“十五”规划将单班年产5万M的砼砌块生产线作为重点发展产品，各省市、自治区也制定了一些相关政策。这些都将积极有效地推动墙体材料的改革，有利于砌块建筑的发展，带动砌块生产设备向更高层次迈进2。目前国内有几家大型砌块成型设备制造商正致力于开发具有自主知识产权的混凝土砌块成型自动化生产线的开发，如福建泉州鸿昌机械制造有限公司、西安东方福星机械有限公司、江苏腾宇机械制造有限公司等。江苏腾宇机械制造有限公司的第一条全自动化生产线于2007年底研制成功。先进的混凝土砌块成型设备是高效率制造高质量混凝土砌块的必要条件，而良好的控制系统有利于提高砌块的表面光洁度及密实度等，关系到混凝土砌块的质量，生产效率及生产安全。12课题研究的目的和意义“十一五”期间随着我国国民经济持续、健康的发展和消费需求的变化，居民住宅将成为新的消费热点。市场迫切需要一种技术先进、生产效率高、价格适中的国产混凝土砌块成型设备和砌块成型生产线。先进的混凝土砌块成型设备是高效率制造高质量混凝土砌块的必要条件，而良好的控制系统有利于提高砌块的表面光洁度及密实度等，关系到混凝土砌块的质量，生产效率及生产安全。砌块生产设备在国内的发展也是从无到有，从少到多。然而传统的砌块生产线的控制方法继电器式故障发生率高、控制精度差、系统可移植性差，而以PLC软件的智能自动控制方式不仅可以克服传统控制系统的缺点，降低工人的劳动强度，节省人力、物力，提高生产效率，而且实现对整个生产的全面监控、集中管理，对于提高产品的技术含量，提高机械设备的自动化程度，缩短与国际同类产品的差距，都有着重要的意义。13混凝土砌块成型机技术现状及发展趋势国外砌块成型机的发展历史较长，尤其二战以后得到迅速发展。其中美国COLUMBIABESSER公司的成型机均为模振成型机，欧洲公司则以台振成型机为主，前者采用液压传动，后者大多采用机械传动。它们的共同特点是可靠性好、故障率低、自动化程度高。意大利ROSACOMTTA公司是意大利最大的砌块成型机的专业生产厂家，在国际居于领先水平。生产的砌块成型机品种齐全，自成系列，可满足各种用户的需求3。其主要特点如下L自动化程度高，产量大，必要时可进行手动操作2采用型钢结构，保证机械性能的稳定，增加使用寿命3主机自动化设备先进，装有振动器电子调频系统用于电子变频调速和启动，具有液晶显示装置和电子逻辑控制系统4计量系统设有灵敏度很高的传感器和电、光、液控制的执行机构，并通过中央电子自动系统进行操作，保证物料配比的准确，确保产品的质量5脱模速度快6在传输设备上采用程控子母车系统，保证了垂直和水平输送的准确性和定的无误性，节省了人力物力7整个系统的动作和工作周期均由微处理机控制。美国COLULNBIABESSER公司制造的1600压砖机和UL一37全自动传输系统和体积计量系统，生产线基本系统设计为全自动化，包括全自动智能配料设备、全自动砖机1600型、全自动钢托板输送、全自动蒸汽养护、全自动成品传输及码垛设备4。养护、全自动成品传输及码垛设备。其产品的主要特点如下1模箱、芯子和横梁是固定在一起2喂料箱由贮料斗接到混凝土拌合料后升到模箱上部，待料落下后即开始振动3砌块靠钢托板下面振动台使之密实，振动台的电机间歇启动4脱模机构采用上箱脱模方式，脱模后的砌块和托板被顺序推到传送带上。国外砌块成型设备，如美国贝赛尔、德国海斯、日本虎牌等，其振动成型的垂直同步水平及调整振频和振幅的技术较好，规模及自动化水平较高，但国外投产后产品成本居高不下。一些企业购置进口设备后很难赢得应有的利润。发展国内砌块成型自动化生产设备，研制高水平、大规模砌块生产设备提到了议事日程。开发一种价廉、可靠、小型、有一定档次的砌块成型机，不仅使用户的投资风险减小到最低限度，也满足了日益担心市场变化莫测的用户心理需求56。国内的混凝土砌块成型技术研究开始于20世纪60年代，经历了移动式成型设备、固定式成型设备、自动生产线等几个发展阶段。国内有关科研院所和生产企业共同努力，陆续开发生产了台振、模振等不同振动形式、多种型号规格的砌块生产设备，在与进口设备的竞争中占有了自己的一席之地。目前国内的混凝土砌块成型机的生产厂家主要有江苏腾宇机械制造有限公司、西安东方福星机械有限公司、四川绵竹太极机械有限公司、泉州市鸿昌机械制造有限公司等7。目前国内外生产的砌块成型机种类型式繁多，按机器的工作状态可分为固定式和移动式。按机器的自动化程度可分为全自动、半自动和手动操作。按机器的功能可分为专用性和通用性砌块机。根据国际国内行业的发展趋势以及我国现实使用需求来看。固定式全自动成型机是国际砌块设备生产发展的主流，最先进的设备技术和最新的产品都集中在这一类型的设备之中8。国内产品主要有两种类型一种是压制成型机械，完全靠液压加压使混凝土密实，另一种是振动成型机械，振动在砌块成型机中所起的作用是使混凝土均匀地分配和压实，振动成型设备一般采用垂直定向振动来实现理想的振动成型。前者的缺点L振动传递过程有一定衰减；2难于进行正确的调整；3振动分配均匀性较差。后者的缺点对模箱的刚度要求较高，且模箱的较重，尺寸受到限制。现有的砌块成型机通常都把振动和压力效应相结合作为砌块密实的主要手段910。虽然目前国内外产混凝土砌块成型机的制造能力取得了长足进展，但在实现块成型机及砌块成型自动化生产线的数字化、智能化操作控制，解决机组的振动均、布料不均、提高油缸使用寿命、成型机组设备的实时运行监控与诊断维护等面，还存在许多技术上的不足11L2。混凝土砌块成型机及砌块成型生产线未来的技术发展趋势主要有L砌块成型机采用液压和电气联合驱动和控制，自动化程度越来越高。生产设备在引进、消化、吸收日本、美国等发达国家先进砌块生产线的同时，利用自身技术力量，研制开发了具有自主知识产权的自动化生产线，国内一些机械厂研究开发，并己投放市场的空心砌块自动化生产线，总体水平已基本接近国外引进生产线。国产固定式成型机的应用，改变了过去单一移动成型机的局面，固定式成型工艺与移动式成型工艺并举，为砌块生产企业的产量、规模上档次创造了条件。砌块成型机是近年发展较快的一种新型建材设备，随着用户对产品质量和生产效率要求的提高，砌块成型机控制系统也在不断更新。将PLC、触摸屏控制技术引入砌块成型设备中，并采用机、电、液三结合的控制方法，控制系统结构紧凑，安装操作方便，自动化、智能化程度高。触摸屏作为显示终端，可以随时将设备的当前状态及故障信息用汉字直观显示，便于操作人员掌握设备状态，快速处理故障。同时，省去了大量的操作按钮、指示灯等易损器件，使连线简化，系统的可靠性大为提高1314。2从单机简易生产设备发展为全自动化生产线，从单一功能机向多功能机发展。传统国内生产砌块的设备一砌块生产线大多只具有单一功能，且自动化程度相当低，工人劳动强度大，生产效率低下15。现在大多数砌块成型设备几乎都是一机多用，只需要更换模具，就可生产满足要求的各种型号的混凝土砌块16。混凝土砌块全自动生产线一般由混凝土自动配料、搅拌、输送设备程控砌块成型机托板自动码垛、输送设备托板自动回收、输送设备蒸气养护、输送设备成品砌块自动码垛、包装、输送设备等组成。仅有、部分设备组成的生产线称为砌块半自动生产线。目前，进口设备绝大多数为全自动生产线或自动生产线，国产设备绝大多数为半自动生产线、极少数为自动生产线。3采用全数字化控制，进一步提高设备的自动化程度。砌块成型生产线的工艺过程涉及的设备环节较多，不论是设备的安装与调试，还是设备的运行过程都对设备的自动化程度有较高的要求。而采用先进的数字控制技术是解决这一问题的有效途径。4设备运行与管理实现智能化。为了保证砌块成型生产线的可靠运行，降低对操作工人的技术要求，减小操作工人的劳动强度，必须进一步提高砌块成型设备的智能化程度。采用专家系统、人工神经网络、模糊控制技术等人工智能技术，根据加工对象的属性和要求自动选用成型加工工艺与参数，确保成型加工质量最优，进一步提高生产线的优化能力和适应性17。5实现基于远程维护技术的售后服务。对砌块成型装备及生产线这样一类较复杂的机电系统，为用户提供及时的、优质的售后服务是提高企业竞争力的关键之一。传统的售后服务是服务人员的现场服务，不仅费时费工，而且影响对用户的及时服务。引入网络化技术可以通过因特网实现对砌块成型装备及生产线的远程监控、诊断和维护，从而可以克服时空障碍更好地为客户服务，保证设备安全可靠地运行，同时也可以为设备生产厂家创造更大的发展空间18。14本课题的工作和研究内容1砌块生产控制系统的总体方案设计及选用砌块生产线工艺流程分析；控制方案选择，分析工业现场各种典型的工业控制方案，从中选择适合本系统；确定系统构成方式综合考虑各方面因素，确定组成该控制方案的各种软硬件搭配。2硬件设计可编程控制器的选型，主要有传感器的选型、变频器的选型3PLC软件设计理解工艺过程，确定控制要求分配1/0点数流程图设计程序设计15论文的组织结构本文以QT系列混凝土砌块成型机自动化生产线为研究对象，在充分分析控制系统的控制要求基础上，开发了基于PLC的控制系统。全文分为六章，各章内容安排如下第一章简要说明课题研究的背景及意义，分析了国内外砌块成型装备技术现状及发展趋势，详细分析了国内砌块生产设备的技术不足。第二章混凝土砌块成型机简介，简单介绍了混凝土砌块成型机的设备特点及系统环境。第三章机械设计与计算，根据原始数据及任务要求拟定设计方案确定系统的机械参数。第四章液压系统的设计，根据主机工作循环所需技术要求设计液压系统，连接机、电、液之间的相互配合。确定液压系统的设计方案，选取合理的液压阀。第五章通过计算和分析液压系统，比较各种液压装置的用途选择合适的液压装置，完成液压机构设计。第六章电气控制设计，简单介绍了混凝土砌块成型机的电器驱动以及启动控制，通过对比了解可编程控制器的特点、分类及应用，选择合理的PLC，完成程序设计，以达到控制要求。2混凝土砌块成型机简介21概述砌块成型机是一种将一定比例的胶结材料、粗、细集料和水混合搅拌成的干硬性混凝土，经振动将其他加工成砼构件的机械设备。它是生产砌块的关键设备，砌块生产效率的高低，砌块质量的好坏，很大程度上去决定与成型机的性能1920。混凝土砌块成型机是专业生产混凝土制品的制砖成型设备，根据产量大小选择不同型号的砌块成型机，根据投资规模可选择简易型、优化型、精选型、半自动配置、全自动配置等砌块成型机制砖生产线。22砌块成型机的分类2122221按工作状态分类1、移动式成型机是指在场地上生产，砌块不移动，机器移动的成型机；2、模振固定式成型机是指在固定的位置上生产，采用模箱振动砌块移动而机器不移动的成型机；3、台振固定式成型机是指在固定的位置上生产，采用台座振动砌块移动而机器不移动的成型机4、叠层式成型机是指刚成型的砌块，依次叠放在上一次脱模砌块上的成型机；5、分层布料式成型机是指能生产由面层和底层两种不同混合料组成的砌块成型机。222按砌块成型机振源分类23砌块成型机成型方式主要有振动台振动成型（称台振）和模箱振动成型（称模振）两种。从振动成型原理看，台振与模振都是垂直振动，但传递激振力形式有所不同，台振是间接的，模振是直接的。1、台振一般是由电机通过皮带轮带动两根带有偏心块，产生相向转动，水平方向的离心力相互抵消，垂直方向的离心力互相叠加，从而产生垂直定向振动。成型块数较少时，模箱下面可设一个振动“源”；成型快数较多时，模箱下面可设两个或多个振动“源”。振动“源”多时由于电机启动快慢及速差等影响，振动不可能完全同步。欧洲制造设备一般均采用台振，每次成型的块数较多，有的多达18块，但相对振动功率较小，一般每块砌块可分担的振动功率约为122KW。2、模振主要有两种，一种是美国内赛尔公司为代表的模振形式，既带有偏心块的传动轴直接安装在模箱两端，电机通过皮带轮带动传动轴旋转产生离心力，模箱两端的电机转动相反，产生的水平方向离心力相互抵消，而垂直方向的离心力相互叠加，从而产生垂直定向振动。该种振动形式的成型机每次成型的块数相对较少，目前最多的为六块，但振动功率较大，每块砌块分担的振动功率为562KW。另外一种是美国哥伦比亚公司的模振形式，是靠装在成型机架上的振动偏心轴，并通过连杆机构与模箱相连，使模箱产生垂直定向振动，该种振动形式的成型机每次成型的砌块也不多，振动功率也很大。223按成型原理分类1、连杆式砌块成型机由凸轮连杆机构驱动振动体上下往复振动的砌块成型机；2、电磁式振动成型机有电磁激振器驱动的砌块成型机；3、液压推动砌块成型机由液压驱动，使得活塞产生往复振动的砌块成型机；4、双轴联动同步砌块成型机有两个激振电机驱动两个装有偏心块的轴，从而驱动振动体上下振动的砌块成型机。23混凝土砌块成型机的特点2425混凝土砌块成型机的设备特点1成型机架采用高强型钢及特种焊接工艺制造，极其坚固。2导向柱采用超强特种钢材制成，表面镀硬铬具有良好的抗扭与耐磨性能。3模腔与压头机电液同步驱动，统一托板制品的高度误差极少，产品一致性好。4布料器采用传感器与液压比例阀驱动技术，在摆动式布料车及破拱机构的作用下，产生强制离心卸料，布料快速均匀，对薄壁多排孔水泥制品特别有利。5振动器国内独家采用与国际同步的德国最新技术（一体化多点专利振动系统），电液技术驱动，多源式振动系统，在电脑控制下液压驱动产生垂直同步振动，频幅可调，实现低频加料，高频成型的工作原理，对不同原材料可获得良好振实效果，振动加速度可达到175个G。先进的设计技术理念、优良的进口部件整合成一套国内领先的高品质振动系统。6控制系统电脑控制人机界面，控制电器均采用德国西门子、日本富士、德国施耐德、显示屏采用台湾原装进口、日本欧姆龙等品牌，控制程序综合20年来的实际生产经验，结合国际发展潮流而研发，以满足国情设计编写而成，实现无需专业人士，只需简单培训即可操作，强大的内存可备升级之需。7贮料分料斗装置由电脑控制物料供给，避免无聊受外因影响而产生内压，确保供料均匀一致，使制品强度误差极少。24系统坏境26应用范围广泛用于、建筑、道路、广场、水工、园林等建设。生产原料采用沙子、石子、水泥、可大量添加粉煤灰、炉渣、煤矸石、陶粒、珍珠岩等多种工业废料。控制系统电气系统采用可编程控制器PLC控制配备数据输入输出装置,控制系统包括安全逻辑控制及故障诊断系统并具有自锁功能避免了误动作产生，实时保障客户生产的顺利进行。液压系统液压控制系统由大容量的油箱体自动调压变量系统、高低压控制系统、同步脱膜装置组成。配备冷却系统与加热系统、能保证油液的温度和粘度使整个液压系统更加稳定、可靠、采用先进油液过滤系统，更能保证液压元件的使用寿命和液压系统的稳定性。液压元件采用高动态性能比例阀，以精确控制关键部件的动作。振动加压成型装置采用垂直定向振动，加压成型同步脱膜。旋转快速布料方式，保证了承重砌块、轻骨料砌块、粉煤灰砌块的充分密实，布料均匀迅速、布料实行预振布料、成型周期缩短、生产效率提高，独特的台模共振系统。使激振集中在模具上，既保证砌块密实度又降低了机架振动和噪声。机采用超大强型钢及特殊焊接技术制造，钢性好、耐振、寿命长。四杆导向方式及超长性导向轴承，保证了压头及模具的精确运动。运动部件均采用节轴承联结，便于润滑且不易损。传统的压力机与垫板间的夹紧机构采用手动操作，这在现代化生产实际中，已远远不能满足自动化生产的需要。现代化的机械设备的控制技术手段是多种多样的，电器方法、机械方法、液压方法、电气液压方法以及气动方法等等，均可以用来实现自动控制。其中，机电液一体化设计已成为当代机械工业技术和产品发展的主要趋向，沿用已久的分工脱节，各管一段的设计方法，不仅耗时，而且难以获得一体化系统的最佳设计结果。25砌块生产线工艺流程27配料搅拌成形出砖堆场整体维护完成图21砌块生产流程图1配料系统根据制品强度等级需要计量后送入搅拌机。2搅拌系统搅拌机在设定的时间内将材料搅拌好，由输送带送入成型机料斗内。3成型系统送板机将托板仓内托板送至成型机振动台上，通过脱模油缸将模箱下落在托板上，压头上升到位，全部条件到位后按自动键，加料完成后料车回位，压头下压，震动加压成型。模箱上升挤出制品，由送板机将制品推至送砖机送出。可调节机械动作，实现人机对话。4送砖机系统清扫后将制品送出，由运砖车运走。3机械设计与计算31原始数据及设计要求1技术特点托板尺寸92085020MM。2墙体砌块24011590MM21块。3成型周期1025秒。4振动形式上下共振。5振动频率28004700R/MIN。6使用环境湿度3590RH。7料斗容量500/750L。8主机总功率375KW。32拟定设计方案液压马达的驱动由液压控制系统来实现，通过液压系统元件来实现液压缸的调速和液压缸与液压马达的换向。电动机与液压系统中的电磁换向阀和压力继电器的控制由电气部分实现，本设计引入了PLC来进行对电磁换向阀和压力继电器的控制，而电动机则用星三角启动28。33确定系统的机械参数滑动螺旋传动主要是承受转矩和轴向力。因轴向力的作用，螺旋副旋和面间的压强很大，而且相对的滑动速度又大，所以，其主要的失效形式是螺纹的磨损29。331确定螺杆参数301计算螺杆中径由给定参数夹紧力10吨夹紧时间T15S夹紧行程S20MM计算得V20103/15133103M/SF10103989810N螺杆采用碳钢或是合金钢制成，由于本系统是低速重载的一般传动，采用45号钢或50钢均可。螺杆中径/PF（21）80164/09M513根据圆整要求，取36MM2D查得P3MM式中参数梯形螺纹，08传动精度高和要求寿命长时取4P滑动螺旋副材料的许用比压，16MPA2确定扭转力矩TGS/2DTFR（22）所以TNPFR/D239810362599510N计算得TFTD2/2（23）2599510184679104NMM3耐磨性计算螺纹的磨损与很多因素有关，重要的有螺纹工作表面的压强、相对滑动速度、粗糙度和润滑状态等，其中最主要的是压强和滑动速度。相对滑动速度一定时，压强越大磨损越大。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，就是限制螺纹工作面上在某一滑动速度下的压强，使之小于相应滑动速度下材料的许用压强。因为2D/PHF（24）163504/310894M231所以36MM合格D耐磨性条件为PFAFZD2H（25）981038336053127416MPAP4螺杆的强度校核螺杆工作时受轴向力和转矩的作用，在螺杆危险剖面上同时存在拉应力和扭转剪应力，按第四强度理论，其危险剖面的强度条件为CA23231210/4DTDF（26）所以CA23424/6793/089312/5NM5螺纹牙强度校核螺纹牙根部剖面的剪切强度条件为F/ZAFD，BZ（27）B065P0653193MM所以螺杆的剪切强度1798NMM263NMM2因为螺纹牙根的弯曲强度条件为BMW3FH/ZD，B2B（28）计算得到B94NMM2B105NMM2232确定齿轮传动的参数311轮的转速N1P60/V（29）360133135R/MIN初选传动比为，所以齿轮的转速N135R/MIN2轮的材料，确定精度等级及许用压力。两齿轮均选用45号钢，调质处理，由机械设计手册查得HB217255，取HB245。选取齿轮的精度等级为级（GB1009588）查得HLIM590NMM2FLIM230NMM2计算应力循环次数NN60NJLH（210）601（103008）144106得ZN1125YN11取ZW1（HB1350HB2350）；YX1估MYSTSHMINSFMIN14接触疲劳许用压力公式得H112HLIM/SHMINZN1ZW1257375N/MM25901（211）弯曲疲劳许用应力公式，得F12FLIM/SFMINYSTYN1YX2113286N/MM2430（212）3接触疲劳强度设计AU13221HZUKE（213）T146790N10A04M21ZK由机械设计手册，查得289MNE查得5H初定中心距TAATU11132121ZUTKEHT325781940261（214）681取AT100一般取M001002AT选取标准模数M2MM齿数50121UZT（215）所以，Z2Z150中心距MA02（216）圆周速度为SMZNDV7016035210635106（217）选取齿轮的精度等级为级可以由机械设计手册，马达驱动，载荷平稳取10AK按SMZV211035107级精度，得按450211ZMADB（218）考虑低速级轴的刚度较大由机械设计手册得0781K按齿轮等级8级，（未经表面硬化的齿轮）A所以，30481VA（219）因为701702所以542由机械设计手册得8Z所以9703012EK校核中心距A1056183321ZA（220）所以，中心距0A合适分度圆直径MZD105221（221）齿轮宽度40AB（222）取321B由疲劳公式得1FSAFFYMBDTK（223）7821SAY5460所以，MDBYTKSAFF121（224）6805417821034698故安全2235MNFMN齿轮的几何尺寸ZD1021（225）MMHAA10421021121（226）CDFDFF951121（227）MB021所以，采用锻造齿轮齿轮的尺寸MD251D4061B3L72齿轮的尺寸MD56MD9056122B3L74液压系统设计液压系统作为液压主机设计的重要部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好，效率高，结构简单，工作安全可靠、寿命长，经济性好，使用维护方便。为此，液压系统要与主机的总体设计（包括机械、电气设计）综合考虑，做到机、电、液的相互配合，保证整个装置的性能最高32。41液压系统的方案设计411回路方式的选择本设计中选用了开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。412执行元件的选择1选用了液压马达用于实现连续地回转运动。2活塞液压缸实现直线运动，因为只要求液压缸一个方向工作，反向退回，应选用单伸出活塞缸。413调速方式的选择采用单向节流阀实现速度的调节，这样能保证系统的刚性良好。在本设计中选用了叠加式单向节流阀。414调压方式的选择1在先导型溢流阀的遥控口上远接一个三位四通电磁换向阀。当电磁换向阀的左位或是右位通电时，系统的压力可由远程调压阀调节控制。主溢流阀的调定压力大于两个远程调压阀的调定压力。2通往液压缸的油路中，为实现二次压力油的调定选用了减压阀的减压回路。本设计选用了叠加式减压阀。415换向回路的选择本设计的液压设备要求的自动化程度较高，因此应该选用电动换向，即小流量时应选择电磁换向，所以选用了三位四通的电磁换向阀。基于叠加式阀的许多特点，在设计中除了选用了普通的电磁换向阀，还选用了叠加式电磁换向阀。416动作转换控制方式在本液压系统的动作控制中，均采用了压力继电器来控制液压缸或是液压马达的动作。当某一油路的压力达到一定值后，其油路中的压力继电器就会发出讯号，使油路中的执行元件的动作停止。42液压阀的选取421叠加阀叠加阀是指可直接利用阀体本身的叠加而无需另外的油道连接元件而组成液压系统的特定结构的液压阀的总称。叠加阀安装在板式换向阀和底板之间，每个叠加阀除了具有某种控制阀的功能外，还起着油道作用。叠加阀的工作原理与一般阀的工作原理基本相同，但在结构和连接方式上有其特点故而自成体系。按控制功能叠加阀可分为压力流量、流量、方向三类，其中方向控制阀中只有叠加式单液控单向阀。同一通径的各种叠加阀的油口和螺钉孔的大小位置、数量都与相匹配的板式主换向阀相同，因此，针对一个板式换向阀，可以按一定次序和数目叠加而组成各种典型的液压系统，通常控制一个执行元件的系统的叠加阀叠加成一叠。1叠加阀的特点由叠加阀组成的液压系统，结构紧凑，体积小，重量轻，占地面积小；叠加阀安装简便，装配周期短，系统有变动需增减元件时，重新安装较为方便，使用叠加阀，元件间无管件连接，消除了因管接头等引起的漏油、震动和噪声；使用叠加阀系统配置简单，元件规格统一，外形整齐美观，维修保养容易；采用我国叠加阀组成的集中供油系统，节电效果显著。但由于规定尺寸的限制，由叠加阀组成的回路形式较少，通经较小，一般适用于工作压力小于120MPA，流量小于200L/MIN的机床、轻工机械、工程机械、煤炭机械、船舶、冶金设备等行业。2选取叠加阀本设计采用了单功能叠加阀，即只具有一种普通液压阀的功能，如压力控制阀中的减压阀，流量控制阀中的单向节流阀，方向控制阀中的液控单向阀，还有叠加压力继电器。各种叠加阀的安装表面尺寸和高度尺寸都由ISO7790和ISO4401等标准规定，使叠加阀组成的液压系统具有很强的组合性。43液压系统的参数设计和拟定液压原理图431选取马达T系统转矩，NMV马达的排量，M3/LP马达的压强，PAM马达的机械效率，092由TPVM2（31）有TMP（32）6791031041610609219972ML/R根据马达排量的选取系列，选取排量为80ML/R。本设计中选用的马达为BM180轴配流型的摆线液压马达，这种马达的体积小、重量轻、噪声低、运转平稳、工作可靠，可实现无级变速，双向运转。432选取液压泵MIN93207135LMVVNQ（33）液压马达的容积效率092VNMIRVRL故MIN2319LPMQI78453L总泵的排量RMLPRNQV78210总（34）系列叶片的额定压力为16MPA，该系列泵的结构类似于系列泵，RPV21BY该泵采用减薄叶片厚度（最小厚度仅16MM）的措施，减小叶片在中、高压1下对吸油区定子的压紧力以降低磨损；同时提高定子强度，使该系统适应中高压力的要求；定子曲线为高次曲线，降低了泵的噪声。433选取电动机1电动机选用的一般原则在选择电动机的类型时要根据工作机的要求来选取。负荷平稳且无特殊要求的长期工作制机械，应首先采用鼠笼型异步电动机。电动机的结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式，应根据防护要求及环境条件进行选择。选用电动机的类型，除满足工作机械的要求外，还需满足电网的要求。如启动时能维持电网电压水准，保持功率因数在合理的范围内等。电动机功能应有适当的备用容量。通常对在变载荷作用下，长期稳定连续运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。2选取电机总PQ（35）631078425KW6本设计选用了电动机功率75KW，转速，同步转速432MYMIN140R，电流，该电动机的特性MIN150RA15系列电动机是封闭风扇自冷式鼠笼式三相异步电动机。我国统一设计的取代系列的更新换代产品。2JO系列电动机效率高、节能、启动转矩高、噪声低、振动小、运行安全可靠。安装尺寸和功率等级完全符合国际标准（IEC）系列电动机为一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如金属切削机床、鼓风机、水泵等33。434设计液压系统图由以上各个单独回路与阀的组合，我们可以组合成本液压系统的原理图，如图431所示。图41液压系统原理图5液压装置的结构设计3451滤油器511滤油器的功用和安装滤油器的功用是滤去油液中的杂质，维护油液的清洁，防止油液污染，保证液压系统正常工作。1液压传动系统中工作介质含有各种杂质，其主要来源有虽经清洗仍残留在液压系统中的机械杂质，如水锈、铸砂、焊渣、铁屑、涂料、油漆皮和棉纱丝等；外部进入液压系统的杂质，如经注液口、防尘圈等进入的灰尘；工作过程中产生的杂质，如密封件受液压作用形成的碎片、运动件相对磨损产生的金属粉末、液体因氧化变质产生的胶质、沥青质、碳渣等。上述杂质将起到破坏作用，严重防碍液压系统的正常工作。如使节流口卡死或堵塞；加剧介质的化学作用，使工作介质变质。据统计，液压系统中的故障，有75以上是因为工作介质中混入杂质造成的。为此，应维护工作介质的清洁，防止其污染。2过滤器在液压系统中的安装位置安装在液压泵的吸油管路上，主要目的是保护液压泵，防止吸油时将较大颗粒的杂质吸入泵内。为了不影响液压泵的吸油能力，装在吸油管路上的过滤器的通流能力应大于液压泵流量的两倍。吸油过滤器的压差受液压泵吸油特性的限制，使用中最大压差一般不大于002MPA，最高过滤精度不超过3050M。安装在压油管路上，在压油管路上可以安装各种型式的精过滤器，用来保护液压泵以外的其他液压元件。过滤精度一般为320M，工作时滤芯的最大压差一般为03505MPA，且过滤器要有一定强度。安装在回油路上，在系统回油路上安装过滤器是比较理想的。在系统油液流回油箱前，过滤器将外界浸入系统和系统内产生的污染物滤除，为液压泵提供清洁的油液。回路上过滤器承受的压力为回油路的背压。一般不超过1MPA，因而结构尺寸可适当加大，以提高纳垢容量。回油路过滤器可采用高精度滤芯，最大允许压差一般为035MPA。512选取滤油器本液压系统共使用了三个滤油器吸油滤油器，压力管路滤油器，回油滤油器。其中吸油滤油器要有足够的通流能力。因为需经常清洗过滤器，所以在油箱结构上要考虑拆卸方便。本设计选用了YLX6380箱上吸油过滤器，用于油泵吸油口处滤除油液中的杂质，用以保护油泵及其他液压元件，有效地控制液压系统污染。本滤油器的吸油能力大，阻力小。可直接安装在油箱的盖板上，筒体伸入油箱的油液中。当滤芯堵塞需清洗或更换时，只须打开过滤器上盖，即可取出滤芯进行清洗或更换，十分方便。压力管路滤油器采用了ZUH4020L型纸质过滤器。本过滤器适用于液压系统压力管路上精过滤。用以滤除油液中的机械和化学杂质，从而防止阀芯卡死，节流小孔间隙和阻尼孔的堵塞，减弱液压元件的磨损。其主要的性能特点有1过滤器直接安装在系统的压力管路上，进出油口均采用螺纹连接，安装简单，更换滤芯方便。2滤芯采用纸质和新型化纤滤材，具有过滤精度高，通流能力大，压力损失小，纳污量大等优点。本液压系统的回油滤油器选用了LHN253L型微型直回式回油过滤器。该过滤器安装在油箱的顶部，筒体部分浸于油箱内并设置旁通阀，扩散器等装置35。52油箱和压力表辅件521油箱1油箱的用途及选择油箱在液压系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀物的作用。本系统选用了开式油箱。因为开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通。为防止油被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。2油箱的构造与设计要点油箱必须有足够的容量，以保证系统工作时能保持一定的液位高度。此外，还要考虑到液压系统回油到油箱不至溢出。底部做成适当斜度，并在油箱底部最低位置安设放油塞，以便于换油时油液和污物能顺利地从防油孔流出，油箱内沉淀物的定期清理。油箱上盖上应安放空气滤清器，其通气流量不小于泵流量的15倍，以保证具有较好的抗污能力。油箱侧壁安装油位指示器，以指示最低、最高油位。为了防锈、防凝水，新油箱内经喷丸、酸洗和表面清洗后，可涂一层与工作油液相容的塑料膜或是耐油清漆。油管及回油管要用隔板分开，增加油液循环的距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质。隔板高度一般取油面高度的3/4。GB76685中5、2、3A规定“油箱的底部应离地面15MM以上，以便于搬移、放油和散热。”3空气滤清器在液压系统中，净化工作油液是相当重要的环节。空气滤清器能防止空气中的污染颗粒进入油箱，起到延长油液及元件的工作周期和使用寿命的作用，从而保证了液压系统的正常工作。此外，液压系统工作时，空气滤清器能维持油箱内的压力和大气压力平衡，以避免可能出现的空穴现象。本设计中采用了EF450空气滤清器，其结构由空气过滤和加油过滤两部分组成，直接安装在油箱盖板上，既可以滤除液压系统工作时由空气中带入油箱内的尘埃，又可以滤除加油过程中带入油箱的颗粒杂质，从而简化了油箱的结构，有利于油液的液化36。522压力表辅件主要包括压力表及压力表开关。1压力表液压系统各工作点的压力一般都用压力表来观测，以调整到要求的工作压力。一般机械设备液压系统采用154级精度等级的压力表。在选用压力表的量程时，应选比液压系统压力要高，即压力表量程均为系统最高工作压力的15倍左右。压力表安装在调整系统压力时能直接观察到的部位。压力表接入压力管道时，应通过压力表开关，以防止系统压力突变或压力脉动而损坏压力表。2压力表开关压力表开关用于切断和接通压力表与油路的通道，压力表开关相当于一个小型的截止阀。53管接头管接头是油管与液压元件、油管与油管之间可拆卸的连接件。管接头必须在强度足够的前提下，在压力冲击和振动下要保持管路的密封性、连接牢固、外形尺寸小、加工工艺性好、压力损失小等要求。液压系统选用了焊接式管接头。焊接式管接头利用接管与管子焊接。接头体与管子之间用形密封圈端面密封。这种管接头结构简单，易制造、耐压高（可达32MPA或更高）、密封性好、而对管子的尺寸精度要求不高。但是要求焊接质量高。在本设计中采用了端直通焊接式管接头、直角焊接式管接头、四通焊接式管接头37。54阀集成块当液压控制阀采用板式连接时，将阀集中安装在专用的阀块，不仅便于集中管理，而且可以减少连接管路，提高液压系统的工作可靠性。541阀集成块的设计原则1选择集成阀的个数，若集成阀的个数太多，会使阀块的体积过大，设计、加工困难；集成阀太少，集成的意义又不大。2在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔。3阀块设计时还要考虑有水平或垂直安装要求的阀，必须符合要求。542阀集成块的结构设计1液压阀位置的确定在认真分析液压系统原理图的基础上，根据油口就近连通的原则，应将有互通关系的阀安装在相邻的表面。布置阀的位置时，除需保证阀的互通油口位于同一层，互通的油道有足够的壁厚外，还必须考虑阀的上、下、左、右安装