【《某智能垃圾桶的气动回路系统设计案例》3500字】

PAGE13某智能垃圾桶的气动回路系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u21837某智能垃圾桶的气动回路系统设计案例 130561.1气动系统的主要总体内容设计 1281791.1.1明确气动系统工作要求 1179741.1.2设计气动回路 1205071.1.3选择气动的执行元件 245261.1.4选择气动控制元件 2114251.1.5选择气动辅件 211351.2设计气动回路 2276531.3执行元件，控制元件，气动辅件的选择 5280201.3.1执行元件的计算选择与核验 5289321.3.2气动系统控制元件的选择 9321111.3.3气动辅件的选取 10181201.3.4真空泵的选择 101.1气动系统的主要总体内容设计1.1.1明确气动系统工作要求设计气动系统前，一定要弄清运动和操作力的要求和工作环境条件等。运动和操作力的要求包括主机的运动顺序、动作时间、运动速度及可调范围、运动的平稳性、定位精度、操作力及自动化程度等。工作环境条件如温度、防尘、防爆、防腐蚀要求及工作场所等情况必须调查清楚。机、电、液控制相配合的情况及对气动系统的要求。1.1.2设计气动回路列出气动执行元件的工作程序图。画信号动作状态线图或者卡诺图，也可直接写出逻辑函数表达式，画逻辑原理图，画回路原理图。1.1.3选择气动的执行元件选择执行元件包括确定气缸或气马达类型，气缸.的安装形式及具体尺寸和行程长度、密封形式、耗气量等。应优先选用标准气缸的参数。1.1.4选择气动控制元件确定控制元件类型确定控制元件的通径，一般控制阀的通径可按阀的工作压力与最大流量确定。1.1.5选择气动辅件分水过滤器其类型主要根据过滤精度要求而定。油雾器根据油雾颗粒大小和流量来选取。减压阀、分水过滤器和油雾器串联使用时，三件的通径需要一致。消声器根据工作场所选用不同形式的消声器，其通径大小按通过流量而定。储气罐按理论容积及安装场合选择具体结构及尺寸。1.2设计气动回路图9气源(输出)气动原理图表2气源(输出)气动元件表序号名称数量1气源12消声器13手动截止阀14储气缸15油雾器16压力阀17过滤器（带手动排出）18压力开关192位2通弹簧复位式电磁阀410速度控制阀6续表2序号名称数量11单作用伸出气缸（弹簧压回）2122位4通弹簧复位式电磁阀213气爪（内置磁环装置）214单作用缩回气缸（弹簧压处）2同理，根据真空需求选择设计真空泵气动回路，选择气动元件绘制真空泵气动回路图如下：图10气源(真空泵)气动原理图表2气源(真空泵)气动元件表序号名称数量1真空源12气罐13真空用水滴分离器14真空用过滤器15真空用减压阀16过滤器17压力开关18真空发生器（带消音器）11.3执行元件，控制元件，气动辅件的选择1.3.1执行元件的计算选择与核验气缸的活塞在整个运动过程中,其速度是变化的。速度的最大值称为最大速度um。对非气缓冲气缸,最大速度通常在行程的末端。对缓冲气缸,最大速度通常在进入缓冲前的行程位置。气缸在没有外负载力,并假定气缸排气侧排气,且气源压力不太低的情况下,求出的气缸速度称为理论基准速度。由公式得：us-排气回路的合成有效截面积,mmA-排气侧活塞的有效面积,cm理论基准速度u与无负载时气缸的最大速度非常接近,故令无负载时气缸的最大速度等于u0。随着负载的加大,气缸的最大速度u气缸的平均速度是气缸的运动行程L除以气缸的动作时间(通常按到达时间计算)t。通常所指气缸使用速度都是指平均速度标准气缸的使用速度范围大多是50~500mm/s。当速度小于50mm/s时,由于气缸摩擦阻力的影响增大,加上气体的可压缩性,不能保证活塞作平稳移动,会出现时走时停的现象,称为“爬行”。当速度高于1000mm/s时,气缸密封圈的摩擦生热加剧,加速密封件磨损,造成漏气﹐寿命缩短,还会加大行程末端的冲击力,影响机械寿命。要想气缸在很低速度下工作,可采用低速气缸。缸径越小,低速性能越难保证,这是因为摩擦阻力相对气压推力影响较大的缘故,通常$32mm气缸可在低速5mm/s无爬行运行。如需更低的速度或在外力变载的情况下,要求气缸平稳运动,则可使用气液阻尼缸﹐或通过气液转换器,利用液压缸进行低速控制。要想气缸在更高速度下工作,需加长缸筒长度、提高气缸筒的加工精度,改善密封圈材质以减小摩擦阻力,改善缓冲性能等,同时要注意气缸在高速运动终点时,确保缓冲来减小冲击。根据以上条件，选择此次设计的气缸的速度为0.05m/s先是2个垂直安放的伸缩气缸，气动手爪伸缩气缸采用SMC气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸选用CDJ2B10-15SZ-M9N-A气缸，尺寸系列初选内径为，关于此气缸的资料详情请参看SMC气动元件厂公司主页。假设最多能提的垃圾加上机械重量本体为1kg，则平均每个气缸需要提供5N的拉力。根据单杆单作用气缸的输出推力公式：F0=F0D-缸径,mmd-活塞杆直径，mmp-使用压力，MPa气缸实际长度设计为98.5mm,气缸的缸径设计为10mm,气缸的行程为10mm，活塞杆的杆径值为4mm,采用基本型的安装方式，安装时采用半径为4mm的软尼龙管。气缸的工作压力取0.5MPa如图：图11CDJ2B10-15SZ-M9N-A气缸三维结构图则根据公式可得:GP-使用压力，MPaR-活塞杆的杆径，mmG根据设定进行核验：设定加速度为0.05m/s,则惯性力：G同理考虑活塞本体具有的摩擦力，假设摩擦系数为0.1GG所以设计尺寸符合系统要求。两个水平放置的气缸采用C75_S/CD75_S-气缸，气缸的实际长度为351mm,气缸的缸径为32mm,气缸的行程为150mm,内置磁环，活塞杆的杆径为10mm,采用基本型的安装方式，预留磁性开关的导轨。如图：图12C75_S/CD75_S气缸三维结构图假设气缸连同加热设备重量为5kg,加速度大于0.1m/s。则惯性力：F同理考虑活塞本体具有的摩擦力，假设摩擦系数为0.1f=K×气缸的工作推力G157N远远大于阻力，故该设计符合设计要求。1.3.2气动系统控制元件的选择正确地选用各种控制阀是设计气动控制系统的重要环节。选择的合理，能使线路简化，减少阀的品种和数量，保证气动系统准确可靠，降低压缩空气的消耗量，降低成本等。选用阀的适用范围应与使用现场的条件相一致，如气源压力范围，电源(交直流、电压大小及波动范围)，介质温度、湿度，粉尘，振动等。选用阀的功能及控制方式应符合系统工作要求，即应根据气动系统对元件的位置数、通路数、记忆性、静止时通断状态和控制方式等的要求选用符合所需功能及控制方式的阀。选用阀的性能应满足系统工作要求，即应根据气动系统对最低工作压力或最低控制压力、最高的许用压力、动态性能、气密性、寿命及可靠性等的要求选用符合所需性能指标的阀。电磁阀的选型步骤:选定电磁阀系列:根据所需流量及驱动形式，选定电磁阀系列二位三通、二位五通等。选定机能:根据不同的控制方式选择电控、气控、人力或机械控制单控、双控、三位置。选定电气规格:选择使用电流及电压，选择接线形式(出线式、端子式)。选定配管口径:每个电磁阀都有它指定的配管口径，有些会有一个以上的口径尺寸可供选择。根据条件公式：Q=0.0462×Q-气缸的最大耗气量，L/minD-缸径，cmP-使用压力，MPaVMAX使用气压0.5MPa,两种气缸速度分别为50mm/s和100mm/s,QQ然后Q标为Q则CV1≅0.001，则竖直放置的气缸采用CV大于0.001的阀，而水平放置的采用C1.3.3气动辅件的选取根据气缸装置的用气量进行辅件选择:过滤器:不同的执行元件和控制元件对过滤器的要求一般为气缸、截止阀等50~75u减压器:根据压力调整范围和流量确定减压器或定植器的型号油雾气:根据流量和空气中油雾颗粒的大小要求。一般10平方米空气中应加润滑油量1毫升左右。消声器:根据工作场合对噪声的要求选择。1.3.4真空泵的选择真空度:处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用真空度表示。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，从表上表示出来的数值又称为表压强，业界也称为极限相对压强，即:真空度=大气压强-绝对压强(大气压强一般取101325Pa,水环式真空泵极限绝对压强3300Pa;旋片式真空泵极限绝对压强约10Pa)极限相对压强:相对压强即所测内部压强比“大气压”低多少压强。表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值。由于容器内部空气被抽，因此，内部的压强始终低于容器外部压强。所以当用相对压强或者表压强表示的时候，数值前面必须带负号,表示容器内部压强比外部压强低。极限绝对压强:绝对压强即所测内部压强比“理论真空(理论真空压强值为0Pa)”高多少压强。它所比较的对象为理论状态的绝对真空压强值。由于工艺所限