啤酒桶清洗机设计

1、更多免费论文尽在 HYPERLINK / /毕业设计（论文）更多免费论文尽在 HYPERLINK / /题目:啤酒桶清洗机设计更多免费论文尽在 HYPERLINK / /成都电子机械高等专科学校二OO七年六月论文摘要本设备是专为啤酒桶的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备适用桶的尺寸为高度H360H560,直径02500500。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。由于可编程控制器在工业控制方面的应用意义日趋明显，已在机械制造、发电、化工、电子等行业工艺设备

2、的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步 KEYWORDS:III 取代了继电器电路的逻辑控制。本文讨论的是PLC在实际工业控制系统的应用。关键词：PLC管路系统清洗机AbstractThisequipmentdesignedforcleaningandsterilizingcasks.Theequipmentisautomatic.Thekeyprocessescontaindischargingremnants,swillingwithwater,swillingwithdisinfectant,swillingwithasepti

3、cwaterandinflatingwithCO2.Theheightofcaskis360560.Thediameteris250500.Theequipmentismadeofchassis,controlunit,electromagneticvalveandpiping.ThecenterofmanipulativeunitistheMITSUBISHIPLC.PLCcontrolsalloftherunningprocesses.Appliedmeaningthatprogrammablelogiccontrollerhaveinitscontroltheaspectintheind

4、ustrygraduallyobvious,combineatmanufacture，generateelectricity,chemicalengineering,electronicsetcprofessioncrafttheequipmentselectricitycontroltheaspectgottheextensiveapplication.Ithavethefunctionstrongandbig,theusageisdependable,maintainthemanyadvantageofsimpleetc.,andalreadyandgraduallyreplacedaft

5、erthelogiccontroloftheelectricapplianceselectriccircuitinalotofplaces.ButwhatthetextdiscussionisaPLCintheactualindustrytocontrolthesystemsapplication.KeyWords:PLCPipingCleaningMachineIIII论文摘要关键词：ABSTRACTTOC o 1-5 h z目录III前言V HYPERLINK l bookmark10 第1章机器总体设计方案6 HYPERLINK l bookmark12 1.1清洗机的可行性报告.6 H

6、YPERLINK l bookmark14 1.2清洗机的用途特点61.2.1清洗机用途及使用范围61.2.2啤酒桶简介6 HYPERLINK l bookmark16 1.2.3清洗特点7 HYPERLINK l bookmark18 1.3机器总体设计方案8 HYPERLINK l bookmark28 第2章机架的设计10 HYPERLINK l bookmark30 焊接简介10 HYPERLINK l bookmark32 2.1.1焊缝布置10焊接方法的选择11 HYPERLINK l bookmark34 2.1.3焊接接头11 HYPERLINK l bookmark36 不锈

7、钢简介11 HYPERLINK l bookmark40 机架的设计14 HYPERLINK l bookmark66 第3章管路的设计19 HYPERLINK l bookmark68 管路的设计19清洗头的设计193.2.1.清洗头的受力分析：20 HYPERLINK l bookmark112 3.2.2弹簧的设计：21 HYPERLINK l bookmark122 器件选型223.3.1.选择液压泵，电机：223.3.2选择气缸：23 HYPERLINK l bookmark150 水箱24 HYPERLINK l bookmark156 第4章电路的设计28 HYPERLINK l

8、 bookmark158 电路设计28 HYPERLINK l bookmark160 器件介绍28 HYPERLINK l bookmark162 4.2.1电机284.2.2.固体继电器304.2.3低压断路器334.2.4整流、滤波34 HYPERLINK l bookmark164 第5章PLC程序的设计38 HYPERLINK l bookmark166 PLC技术基本原理38 HYPERLINK l bookmark168 5.1.1PLC的发展历程38 HYPERLINK l bookmark170 5.1.1PLC的体系结构39 HYPERLINK l bookmark172

9、5.1.3PLC的通信联网41 HYPERLINK l bookmark174 5.1.4PLC的工作原理41 VI # HYPERLINK l bookmark176 PLC控制程序设计43 HYPERLINK l bookmark178 5.2.1PLC控制系统的设计基本原则43 HYPERLINK l bookmark180 5.2.2PLC编程步骤43 HYPERLINK l bookmark182 5.2.3PLC提供的编程语言43I/O分配表45 HYPERLINK l bookmark184 语句表50 HYPERLINK l bookmark186 第6章结论53 HYPERL

10、INK l bookmark188 关于机器53 HYPERLINK l bookmark196 关于设计53致谢55参考文献56前言啤酒桶清洗机使用广泛,而本设计采用PLC控制。安全可靠易修复。为了对整个设计进行详细的说明，特编写以下章节。书中着重讲了总体设计方案及可行性。全面介绍了所采用的材料及所用到的元件。并且阐述了其工作原理和工作环境。随着科学技术的发展以及具体使用环境的变化，设计和介绍中难免有不足之处，恳请指教。成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 第1章机器总体设计方案1.1清洗机的可行性报告.随着社会的发展,人们生活水平的提高。人们可以

11、花更多的时间和金钱来改善自己的饮食.许多场合都将用到啤酒,而且这个市场也越来越大.所以生产啤酒及保鲜的桶也将随之增涨,因而对于啤酒桶的清洗也是一次重要工种和很大的市场.本设备就是在这种情况下萌生的设计,既然是将投入应用,同样是清洗消毒的设备,那就要考虑其性能比,这就要求其在保证功能和质量的前提下.所需费用要有优势.本设备采用PLC全程控制.所用的材料都考虑了使用条件和范围以及所需费用.其工作过程为排残液清水冲洗消毒液冲洗无菌水冲洗CO备压.操作简单,效率高,易于大规模和单个用户使2用.清洗机的用途特点1.2.1清洗机用途及使用范围本设备是专为啤酒保鲜容器（包括不锈钢、塑料保鲜桶及扎啤桶）的清洗

12、、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO备压等全部工序。本设备为2倒置清洗方式适用桶的尺寸为高度H360H560,直径02500500即容积为5L，10L，20L的标准啤酒桶。主要结构：本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。工作原理：本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。主要工作过程为排残液清水冲洗消毒液冲洗无菌水冲洗CO备压。21.2.2啤酒桶简介啤酒桶的结构简图如图1.4所示灌酒时酒液由酒矛（以下简称内圈）注入可减少泡沫的产生以保证酒液内CO的含量，出酒时可在酒桶顶部安装上置式出酒器由桶内CO备压将酒压出，22也可以在酒桶

13、下部安装下置式（水龙头式）的出酒器。由于出酒器接口并不存在清洗困难的问题且出酒器不在本设计研究范围内，所以啤酒桶结构简图中没有画出下置式出酒器的接口位置.1.2.3清洗特点（1）清洗时，每次清洗液均由内圈注入，由内圈注入可利用清洗液的压力直接冲刷酒桶底部。（2）洗液注满后进行气冲，即内外圈同时充入大量气体使桶内清洗液“沸腾”，用气泡破裂的力量清洗酒桶内壁，排液时内外圈同时排液。为保证酒桶内尽可能不含氧气及不洁净气体，所以气冲时用CO。2（3）为保证出酒压力和酒液品质，最后应进行CO备压。2图1.2.3酒桶内胆结构简图1.3机器总体设计方案本机的输出状态为喷嘴射流作业。受酒桶结构限制，清洗其内壁

14、时只能将酒桶倒置于工作台上以便清洗液全部排空。本机可以清洗不同容积的酒桶，标准容积的酒桶出口结构尺寸也都是一样的，所以在充入液体或气体压力一定的情况下，注满的时间不同。所以通过改变各个控制阀开闭的时间就可以满足清洗不同容积的桶的要求。本机由一个工人站立操作。由人体工程学可知站姿的操作范围如图1.5所示。整个操作过程是：将酒桶搬起倒置于工作台上，按启动开关机器自动运行，整个清洗完成后再将酒桶搬下。本机拟一次同时清洗两只酒桶，这样既可以提高工作效率，也不致使工人一次搬运过多酒桶而产生疲劳感。由于本机的输出状态为喷嘴射流作业，这就要求控制系统要对流体进行有效控制。现在一般都采用PLC进行控制。本机拟

15、用气动元件对主管路进行控制而PLC则对各气动元件进行控制。这样做是考虑到机器的工作环境。应用本机的单位是各啤酒厂。“结露”是啤酒厂车间内的环境特点，因此必须考虑电气元件的防潮。如果直接用电磁阀控制主管路，则难于对电磁阀进行保护。气控方式对环境要求小，工作寿命长，价格低，维护简单，可高速动作，操纵距离长，且本机所要求的控制压力低，所以气控方式适合本机要求。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气路系统和水路系统工人在操作时应较轻松地将酒桶搬至工作台和操作各个开关，应清楚的看到操作面板的工作进程显示，应清楚的看到各仪表示数和个气控阀的工作状态所以本机结构初步安排为总高2000mm，工作台高

16、度800mm。各气控阀布置在工作台下方。操作面板高度为1400mm（工作台高度+酒桶最大高度560）。各电磁阀、电控元件安装在电气控制箱内。用气缸对酒桶夹紧，气缸布置在酒桶顶端控制箱两侧。水箱、消毒液箱布置在工作台下方，气控阀后方。由于对无菌水的保存使用有特殊要求所以无菌水箱由用户自备，其电机和无菌水泵在现场布置安装。本机只安装清水和消毒液用电机，但本机控制单元扔对无菌水用电机进行控制。本机的清水压力，消毒液压力，无菌水压力均为0.3MPa，气冲压力为0.3MPa，二氧化碳备压压力为0.5MPa。消毒液配方由用户自定。本机工作能力为30100桶/小时。图1.3站姿操作范围成都电子机械高等专科学

17、校毕业设计（论文）成都电子机械高等专科学校毕业设计(论文) 第2章机架的设计机架是一个多功能构件，是整机的基础，要求有足够的静动刚度，热变形对精度的影响尽可能小，原始精度和尺寸的稳定性要好，外型美观，运输安装方便。在这些要求当中，强度和刚度是机架的基本技术指标。在许多情况下，刚度尤为重要。本机为单件小批量生产，可用焊接机架。焊接机架与铸造机架相比具有强度高、刚性好、重量轻、生产周期短、施工简便的特点.本机管道内流体具有氧化性、腐蚀性，所以机架、管道等有可能与液体相接触的部分选不锈钢1Cr18Ni9Ti。2.1焊接简介焊接是指利用加热或热加压，或两者并用的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合的

18、一种加工方法。它是现代工业生产中用来制造各种金属结构和机械零件的一种主要工艺方法。焊接结构工艺设计焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。2.1.1焊缝布置焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则：（1）焊缝应尽量处于平焊位置各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。（2）焊缝要布置在便于施焊的位置焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝

19、位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。（3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形接头处的硬化组织，影响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面。2.1.2焊接方法的选择各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。选择焊接方法时应依据下列原则：焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻

20、型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用CO2焊或点(缝)焊，而不宜选用气焊。提高生产率，降低成本如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。焊接现场设备条件及工艺可能性选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。2.1.3焊接接头设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口

21、形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。焊接接头形式设计焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等。2.2不锈钢简介不锈钢是指在大气、酸、碱或其它化学侵蚀介质中能抵抗氧化和腐蚀的高合金钢。不锈钢与高合金耐热钢都属于高合金钢，而且都含有大量铬元素有许多不锈钢既能满足不锈钢耐化学介质腐蚀性能的要求，也能满足耐热钢热强性和热稳定性的要求，因此也可列入耐热钢范畴，例如，1cr18Ni9Ti、1Cr13、2Cr13钢等。本机架选用1Cr18Ni9Ti,属奥氏体钢。奥氏体钢有两类：一类是高铬镍钢，例如188型

22、钢、25-20型钢等，另一类是高铬锰氮钢。奥氏体钢在加热和冷却过程中一般不发生组织转变，仅有碳化物的溶解和析出，在室温下主要为奥氏体组织。其中，188型钢主要用作不锈钢，其在氧化性、中性及弱氧化性介质中的耐蚀性胜过高铬不锈钢，室温及低温韧性也是铁素体钢不能比拟的；2520型钢主要用作热稳定钢。如果高铬镍钢提高含碳量，也可用作热强钢。而高铬锰氮钢则主要用作不锈钢。奥氏体钢的焊接性比马氏体钢和铁素体钢都好。但是，当焊接工艺制定不当时也会出现一些问题。主要问题如下：焊接热裂纹问题焊缝和近缝区均可能产生热裂纹。最常见的是在焊缝金属中产生结晶裂纹，有时在近缝区也会产生液化裂纹。钢中的含镍量越高，产生热裂

23、纹的倾向越大，因此，2520型奥氏体钢比188型奥氏体钢热裂纹倾向大焊接接头腐蚀问题焊接接头有可能产生两种腐蚀问题：（1）晶间腐蚀焊接接头有三个部位有可能产生晶间腐蚀：焊缝晶间腐蚀；敏化区腐蚀；近缝区刀状腐蚀（见图9-9）。这三种晶间腐蚀不会在同一接头上同时出现。其中，焊缝晶间腐蚀发生在采用单纯的188型焊接材料焊接18-8型钢以后，焊缝又经受了6001000C加热的情况下，或多层焊时前层焊缝受到后层焊缝6001000C加热的区域；敏化区腐蚀发生在不含稳定化元素（如Ti、Nb等）而又不是超低碳的18-8型钢的热影响区中加热温度达到6001000C的区域；近缝区刀状腐蚀只发生在含有Ti、Nb等稳

24、定化元素的奥氏体钢接头的近缝区。（2）应力腐蚀由于奥氏体钢的导热系数小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热的情况下，接头处很容易产生较大的焊接残余拉伸应力，因而在与钢材匹配的介质共同作用下容易产生应力腐蚀。例如，MgC12.CaC12等对奥氏体钢并无腐蚀作用，但对有焊接残余拉伸应力的接头却有腐蚀开裂作用。有资料表明，焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。焊接接头脆化问题奥氏体钢在生产中用途很广，可以用在耐蚀、耐热、耐低温等各种工作条件下，但在不同的工作条件下对焊接接头性能的要求不同。如果用作工作在室温或350C以下的不锈钢，主要要求其具有耐蚀性；如果用作热强钢，则要求其在高温下有足够强度的同时，有

25、足够的塑性和韧性；如果作为低温钢，则主要要求接头有良好的低温韧性。但是，如果焊接工艺制定不当则可能产生高温脆化问题和低温脆化问题。(1)高温脆化高温下进行短时拉伸试验和持久强度试验表明，当奥氏体钢焊缝中含有较多铁素体化元素或较多的6相时，都会发生显著的脆化现象。一般认为与铁素体化元素促使析出a相和由6相能直接转变成o相有关。铁素体6越多，影响越严重，因此要求长期工作在高温的焊缝中所含的6相数量应当小于5。(2)低温脆化试验表明，奥氏体钢焊缝中一次铁素体6相不仅能引起高温脆化，而且也能引起低温脆化，6相数量越多，低温脆化越严重。因此为了满足低温韧性的要求，最好不采用Y+6双相组织，而应取得单相奥

26、氏体组织。实际上即使采用单相奥氏体组织，其低温韧性也低于经固溶处理的母材。一般来说，奥氏体钢预热是没有益处的，因为焊前预热能促进碳化物的析出和引起焊件变形。但是，当焊件刚性极大的情况下，为了避免裂纹产生有时不得不进行焊前预热。焊接奥氏体钢原则上不进行焊后热处理，只有在接头发生了脆化或需要提高其耐蚀性时才进行焊后热处理。热处理方式主要有两种：固溶处理和稳定化处理。其中：固溶处理用于对耐蚀性要求很高，且焊接时析出了碳化物和脆性相(如a相)的焊件。其方法是将焊件均匀地加热到10501150C,保温1h，使析出相重新溶入奥氏体，然后快速冷却。原则上只能整体加热，不能局部加热。稳定化处理是将焊件加热到8

27、50930C,般保温2h后空冷。这样可以加快铬在奥氏体中的扩散速度，使铬能向晶界迁移，从而消除晶界处由于析出铬的碳化物而产生的贫铬现象，使金属耐晶间腐蚀的能力提高。这种方法同时也能起到降低焊接残余应力的作用。1Cr18Ni9Ti的化学成分(质量分数，%)：CW0.12，SiW1.00，MnW2.00，PW0.035，SW0.030Ni8.0011.00，Cr17.0019.00，Ti5(C%-0.02)0.802.3机架的设计机架的设计见图2.3。机架危险部分的校核:在机架的结构中，主要受力部分为台面横梁，该横梁承受的静载为酒桶及桶内液体的重力和气缸对酒桶的夹紧力，承受的冲击为安放酒桶时酒桶对

28、清洗头的冲击。当台面横梁失效时，工作台面要替代横梁承受上述力。此外台面还要承受其他外力，如工人扶住台面时，台面要承受人的压力。所以，要对上述两部件进行分析。根据设计，两部件均可视为悬臂梁。对横梁分析如下梁的挠曲线方程为：其挠度为：-Fl3o=B3EI=-1.04*10-4m-1000*0.3433*2*1011*6.3*10-7其转角为受力图Fl21000*0.3420=-=B2EI2*2*1011*6.3*10-7=4.6*10-4radx剪力图Fsnx成都电子机械高等专科学校毕业设计(论文)成都电子机械高等专科学校毕业设计(论文)成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） -F弯矩图梁的剪力

29、为：Fs(x)二-F=-1000N0 xWl弯矩为：M(x)=-Fx=-1000*0.34=-340Nm0WxWl弯曲应力的校核：_myb=maxmaxmaxIZ340*0.04=2.159*107PaWa=170MPa6.3*10-7截面惯性矩为：a4a44一2-I=1212二6.3*10-7,a=0.08m,a=0.076mza122结论：横梁安全。对台面的分析如下：台面为整张不锈钢板，正常工作时几乎不受力，当其下方横梁失效时，台面要承受两根横梁所承受的力，所以也可以把台面的受力情况简化为悬臂梁受力，力的大小为两根横梁各自1000N，和其他外力1000N，共3000N。悬臂梁的截面按3mm

30、*3mm计算。受力图见图3.3梁的剪力为：Fs(x)二-F=-3000N0 xWl弯距为：M(x)=-Fx=-3000*0.475=-1425Nm0WxWl弯曲应力的校核：_Myb=maxmaxmaxIZ一1425*0001550.0015=4.75*108PaWa=170MPa4.5*10-9截面惯性矩为：a4I=12za20.00336=4.5*10-9结论：台面结构安全。为进一步提高横梁和台面的可靠性，在两者之间加支柱可以更好的改善两者的受力状态，主要是可以改善横梁的受力状态，使横梁在承受静载时台面可对其施加一部分拉力以减轻横梁所受的合力。在台面受力时，也可以借助横梁支架进行支撑。受力图

31、F=3000Nx成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 弯矩图220-IH:曹45TEL-l処一.im1/井屋p自-g2.-.=NB*:l-i图2.3机架装配图第3章管路的设计管路的设计本机的清水压力，消毒液压力，无菌水压力均为0.3MPa，气冲压力为0.3MPa，二氧化碳备压压力为0.5MPa，压力继电器工作压力为0.65MPa。按设计要求管路图如图4.1所示。清水箱，消毒液箱直接用机器自带的两个盛液箱。供清水和消毒液的电机、泵、溢流阀安装在机身上。无菌水箱由用户自行解决。供无菌水的电机、泵、溢流阀及其管路在现场布置安装。硬管尺寸用外径定寸，外径定寸

32、管比通径定寸管更坚固更整洁，容易弯成系统所需要的形状，具有各种成品管接头选用。材料选用不锈钢。软管用聚氨酯管，其中备压管的尺寸是外径8mm、内径5mm，其余管路的尺寸为外径6mm、内径4mm。气冲是指短时间内将大量气体充入装有液体的酒桶内，借用气泡上升破裂的力量清洗桶内表面。将气体充入桶内必然要有液体流出，本机控制系统的处理方式为：充气时不排水，排水时不充气，充气和排水的时间有控制器决定。以10L桶为例，排水阀和充气阀的工作顺序为（X:闭合，XOO:打开）OXXX排水阀充气阀XXXOOXXOXOOXOX3.2清洗头的设计由于酒桶的出酒口结构特殊，清洗时必须兼顾内壁和酒矛，这就要求针对其设计特殊

33、结构的清洗头，如图3.2.1所示。清洗头工作状态如图3.2.2示。3.2.1.清洗头的受力分析：器清洗头工作时受到的压力为1000N，其中气缸输出压力为800N，酒桶及桶内液体重200N。由图4.2可知其结构中最薄弱的地方应该是7喷头杆与9分配座相配合的部分，其形状是内径16mm外径20mm的环形管，壁厚为2mm。整个系统可视为两端固定的压杆。为保证其稳定性，对其用安全系数法进行校核：Li*1II*105*0152柔度计算。九=上L10zixT0.0084二9d沢D4(1()4)式中I=D32A_兀(D2d2)对不锈钢aQ1sb461306=602.57因为九3，所以是小柔度杆。压杆的临界力F

34、cr为F二b0a=306MPa*0.000113m2=34578NcrFcrFp345781000二34n二2w再对压应力进行校核：b二N/A二1000/0.000113二8850000Pa二8.85MPaWq=200MPap结论：此结构安全。3.2.2弹簧的设计：初选圆柱螺旋弹簧，其受力为静载压缩，F=1000N（1）选材。该弹簧用于阀门内部所以选65Mn。许用切应力q=785MPap（2）初选旋绕比C为8,计算K“4C-10.615310.615“K=+=+二1.2234C-4C285（3）根据安装空间设弹簧中径D为48mm，根据C值查表取簧丝直径d为25.5mm。pKC11000*8*1

35、223计算簧丝直径d汀6厂二叫785*10：二0.0055m，取d=6mm5）求圈数n，对压缩弹簧78500*106*0.00558*1000*53*0.02=8.635，Gdn=九8PC3maxmax6）计算其他数据并与安装空间比较：中径D二cd=0.048m内径D=D-d=0.042m外径D=D+d=0.054m2122节距p=0.28D=0.013m长度H=np+3d=0.12m2经过验证符合要求7）验算稳定性。该弹簧由于套在管上所以不会失稳成都电子机械高等专科学校毕业设计(论文)成都电子机械高等专科学校毕业设计(论文) 器件选型3.3.1.选择液压泵，电机：(1)选择泵已知各桶内射流压

36、力为0.3MPa,设水路压力损失为0.05MPa，则液压泵的最高工作压力为：Pp=P+p=(0.3+0.05)MPa=0.35MPa在泵的最高工作压力上考虑再加上25%的压力储备,所以泵的额定压力为:p=0.35+0.35*25%=0.4375MPa取泄漏系数k为1.1,计算泵的流量:设喷嘴的流量为1L/s,即60L/min,注满容积为5L、10L、20L的酒桶的时间大约为5s、10s、20s。所以泵的流量为:Q三kQ=l.l*60L/min=66L/minp应再加上系统中溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般为3L/min查产品样本选YB型定量叶片泵.额定压力p=7.0MPa，转速n=l000-l

37、500r/min，排量V=48mL/r,容积效率n=0.95v求得液压泵输出的实际流量为q=qn=Vnn=48*10-3*1450*0.95=66.12L/minvvtvv液压泵输出功率为P=pq=0.4375*l06*66.l2*l0-3/60=0.483KW0v(2)选择电机电机功率为P=P/n=0.483/0.9=0.536KWi0选YL7114型单相电机.额定功率P=550W额定转速n=1450r/min3.3.2选择气缸：(1)选择气缸的行程:本机设计适用桶的尺寸为高度H360高度H560气缸的主要作用是夹紧酒桶，桶的直径为02500500,因此必须要在活塞杆上加垫使作用在桶底部的力

38、分散，所以要预留垫的厚度和方便搬动的空间40mm.通常还应考虑各种非标桶的高度所以气缸的行程定为400mm.(2)选择缸径:当气缸以推力做功时,缸径大小由下式得i4F4*800D=推=47.6mmnp耳兀*0.5*106*0.9圆整得50mm.式中F为气缸输出推力取800N,p为气缘压力取0.5MPa，n为效率取推s0.9.选择活塞杆直径:4*800杠*200*106=0.00225m由于活塞杆行程定为400mm，当活塞杆的长度L$10d时即d$40mm时按强度条件计算得只要杆径大于3mm即满足需要。当活塞杆的长度L10d时，按纵向弯曲极限力计算,这时活塞杆直径与长度须同时考虑，活塞杆直径不仅

39、和外载荷有关，而且和长度及安装形式、材料的性能有关。普通气缸的活塞杆材料为不锈钢，其柔性系数m为85。本设计中气缸的安装形式是端自由一端固定，故取端点安装形式系数n为0.25。m託=4.25。活塞杆截面曲率半径K=0.25dL、-nnEI当厂mn时,F=fA，将A=空,K=J-=0.25d代入得K1+1（厶24nKdNO.Olm由上述三种情况讨论得知只要气杠杆径大于10mm即可满足使用要求(3)耗气量的计算：对单作用气缸有Q=Ln-D2(Ps+Po)=0.4*1*-*0.052*0.5+0.1=0.00471m3=4.71LV4p40.10(4)活塞杆的运动速度全部行程要求4s完成，即v=0.

40、1m/s。综合上述几方面条件可选气缸型号为IGQ50*400水箱机器工作时要消耗大量的水，需要随时补充。为方便水的补给，减轻劳动强度，减少操作步骤，水箱上部进水设有机械式铜浮球阀，下部放水设有手动球阀。水箱容积为700*500*900，单位mm。水箱内设过滤网，过滤网用不锈钢网自制。成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 器件选型列表名称型号数量两位两通电磁阀OK61-2510两位两通手动阀D1VL22-101三位四通电磁阀K35HD-101三位四通手动阀D1VL35-101两位两通气控阀不锈钢角座阀屮259减压阀395-102气缸IGQ50*4002

41、泵YB型定量叶片泵3溢流阀EUR253压力继电器HED2压力表指针式2浮球阀GD-53/42球阀ZJ-23/42软管聚氨酯屮510m聚氨酯屮82m硬管，接头按装配图执行图3.1管路设计图图3.2.2清洗头工作示意图第4章电路的设计电路设计电路图见图4.1，图4.2。超压显示：当管路内压力达到0.65MPa时，压力继电器动作，电路全部切断，这时可由扣式电池供电使超压指示灯亮。电路如图4.3所示。KP2图4.3超压显示电路电气控制柜用不锈钢板焊接，要求密封良好，防止“结露”现象对电路工作造成影响器件介绍4.2.1电机单相异步电动机就是指用单相交流电源的异步电动机。由于只需要单相电源供电，使用方便，

42、因此被广泛应用于工业和人民生活的各个方面，如电风扇、电冰箱、洗衣机、空调设备、电动工具和医疗器械中都使用单相异步电动机作为原动机。与同容量的三相异步电动机相比较，单相异步电动机的体积较大、运行性能较差、效率和功率因数稍低，因此一般只做成小容量的。我国现有产品功率从几瓦到几百瓦。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小等优点。（1）单相异步电动机的运行原理单相异步电动机的运行原理和三相异步电机基本相同，但有其自身的特点。从结构上看，单相异步电动机与三相笼型异步电动机相似。其转子也为普通笼型转子，差别仅在于定子绕组。其定子绕组为一单相工作绕组，但通常为起动的需要。定子上除了工作绕组外，还设有起

43、动绕组。它的作用是产生起动转矩，一般只在起动时接入。当转速达到70%-80%的同步转速时，由离心开关将其从电源自动切除，所以正常工作时只有工作绕组在电源上运行但也有一些电容分相或电阻分相电动机，在运行时将起动绕组接于电源上。这实质上相当一台两相电动机，但由于它接在单相电源上，故仍称为单相异步电动机。根据定子两个绕组在定子上的分布以及供电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。单相异步电动机的优点主要是使用单相交流电，但是单相异步电动机的启动转矩等于零，不能自行启动。为了使单相异步电动机能够产生起动转矩，关键是如何在起动时在电动机内部形成

44、一个旋转磁场。根据获得旋转磁场方式的不同，单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。在分析交流绕组磁动势时曾得出一个结论：只要在空间不同相的绕组中通入时间上不同相的电流，就能产生一旋转磁场。这样，起动的必要条件是要求两相绕组中通入相位不同的两相电流。如何把工作绕组与起动绕组中通入的单相交流电电流相位分开，即所谓的“分相”，就变成了单相异步电动机的十分重要的问题。分相起动单相异步电动机就是根据这一原理设计的。分相起动单相异步电动机包括单相电阻分相起动异步电动机、单相电容分相起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动与运转异步电动机（2）单相电容分相起动异步电动机单相电容分相起

45、动异步电动机定子上有两个绕组：一个为工作绕组，另一个为起动绕组，两绕组在空间相差90度。在起动绕组回路中串接起动电容C作电流分相用，并通过离心开关或继电器触点S与工作绕组并联在同一单相电源上。电容器的作用是使起动绕组回路的阻抗呈容性，从而使起动绕组在起动时的电流超前电源电压U一个相位角。由于工作绕组的阻抗是感性的，它的起动电流I滞后电源电压U个相位角。若适当选择电容C，使流过起动绕组的电流I超前工作绕组起动电流90度相位角，这就相当于在电动机起动时，时间相位上互差90度的两相电流流入在空间相差90度的两相绕组中，这样可使电动机在起动时产生一个接近圆形的旋转磁动势，并在该磁场作用下产生较大的电磁

46、转矩使电动机转动。与电阻分相单相异步电动机比较，电容分相电动机的优点是：1如果电容器的电容量配得合适，能够作到使起动时起动绕组电流差不多比工作绕组电流超前90度电角度。2起动绕组的容抗可以抵消感抗使总的电抗值小些，所以起动绕组的匝数不像电阻分相时受到限制，可以多些，从而可以增大起动绕组的磁动势。以上两点都可使得电动机在起动时能产生一个接近圆形的旋转磁动势，得到较大的起动转矩。3由于启动绕组电流和工作绕组电流接近90度电角度，合成的线电流比较小，所以电容分相起动的单相异步电动机的起动电流较小，起动转矩却比较大。这种电动机的起动绕组是按短时工作设计的，在起动绕组回路中也串接了一个起动开关，所以当电

47、动机转速达75%-80%同步转速时，起动开关动作，起动绕组和起动电容器C就在离心开关S的作用下自动退出工作，使起动绕组脱离电源。这时电动机就在工作绕组单独作用下运行。在转子转速上升的过程中，起动绕组电流加大，电容器的端电压会升高，起动开关及时动作可以降低对电容器耐压的要求。电容分相起动单相异步电动机改变转子转向的方法同电阻分相起动单相异步电动机一样。（3）单相异步电动机的选择当电动机输出功率大于250W时，最好采用电容起动和运转电动机，也可选用电容起动或电阻起动电动机。具体选择哪一种？可从价格和起动性能方面权衡利弊来选用。对于大于550W的电动机，可选用电容起动电动机。因为在大功率范围内电阻起

48、动电动机的起动电流太大。4.2.2.固体继电器固体继电器（亦称固态继电器）英文名称为SolidStateRelay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。（1）SSR优缺点及使用场合固体继电器具有如下主要特点：控制功率小只需输入很小的工作电流，SSR便能正常工作，并能方便地与TTL、DTL、HTL和CMOS集成电路相配合，广泛应用于各种电子设备中。其输出部分采用大功率晶体管或可控硅元件来控制、接通或断

49、开负载和电源，具有很大的功率放大作用。可靠性高由于SSR无触点，接触电阻小，因而工作可靠性高。它采用绝缘防水材料浇铸，适合在潮湿和有腐蚀性气体的场合使用。SSR内部没有可动部件，因而具有耐振动和抗冲击的能力。抗干扰能力强SSR对系统的干扰小，同时自身抗干扰能力也强。它没有接点跳动，消除了因火花导致的电磁干扰。另外，由于交流型SSR采用了过零触发技术，具有零电压、零电流断开的特性，从而能有效地降低线路中的dv/dt和di/dt，使得它对外界的电磁干扰降到最低限度。此外，由于SSR在输入与输出之间采取了光电隔离等措施，其抗干扰能力也相应明显提高。动作快SSR由电子元件组成，响应快，对直流SSR,响

50、应时间小于几十微秒，比电磁继电器的速度提高近千倍。对过零交流SSR，其转换时间也不大于市电周期的一半（即十毫秒）。寿命长SSR属于永久性或半永久性电子器件，若使用得当，其寿命比普通电磁继电器使用寿命要高得多。能承受的浪涌电流大SSR能承受的浪涌电流可为其额定值的610倍。对电源电压的适应范围广交流型SSR的工作电压可以在30220V内任意选择。耐压水平高SSR输入与输出之间的介质耐压可达2.5kV以上。需要指出的是，尽管SSR有上述众多优点，但与传统的机电式继电器相比，仍有不足之处，如漏电流大，接触电压大，触点单一，使用温度范围窄，过载能力差及价格偏高等。固体继电器目前已广泛应用于计算机外围接

51、口装置，电炉加热恒温系统，数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防，保安系统以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。（2）SSR的分类交流固体继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机型）；按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）；按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板上的装置式（靠散热器冷却）；另外输入端又有宽范围输入（DC3-32V）的恒流源

52、型和串电阻限流型等。A.SR为电流驱动型在逻辑电路驱动时应尽可能采用低电平输出进行驱动，以保证有足够的带负载能力和尽可能低的零电平。B、SSR输入端的串并联多个SSR的输入端可以串、并联，但应满足每个SSR高电平时，过零型触发电流大于5mA，随机型大于10mA,低电平电压小于IV。也即并联驱动电流应大于多个SSR的输入电流之和;串联时驱动电压应大于多个开启电压（以4V计算）之和。（3）固体继电器电压等级的选取及过压保护当加在固体继电器交流两端的电压峰值超过SSR所能承受的最高电压峰值时，固体继电器内的元件便会被电压击穿而造成SSR损坏，选取合适的电压等级和并联压敏电阻可以较好地保护SSR。A、

53、交流负载为220V的阻性负载时可选取220V电压等级的SSR。B、交流负载为220V的感性负载或交流负载为380V的阻性负载时可选取380V电压等级的SSR。C、交流负载为380V的感性负载时可选取480V电压等级的SSR（480V等级的SSR还具有更高的静态dv/dt指标）；其他要求特殊、可靠性要求高的场合如电力补偿电容器切换、电动机正反转等均须选取480V电压等级的SSR。D、交流负载的电压小于100VAC以下场合时，选择固体继电器最好向我公司咨询定制。SSR过压的保护：除SSR内部本身有RC吸收回路保护外，还可以采取并联金属氧化物压敏电阻（MOV），MOV面积大小决定吸收功率，MOV的厚

54、度决定保护电压值。一般220V系列SSR可选取500V-600V的压敏电阻，380V系列SSR可选取800V-900V的压敏电阻，480V系列SSR可选取1000V-1100V的压敏电阻。（4）固体继电器电流等级的选取及过流保护过流（最严重的情况为负载短路）是造成SSR内部输出可控硅永久性损坏的最主要原因。快速熔断器和空气开关是过流保护方法之一，小容量SSR也可选用保险丝；许多负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于散热不及，浪涌电流与过流一样也是造成SSR内部输出可控硅损坏的最主要原因之一。因此选取固体继电器时，保证一定的电流余量是极其重要的。A、阻性负载时，选取SSR的电流等级宜大于等于2

55、倍的负载额定电流。B、负载为交流电动机时，选取SSR的电流等级须大于等于6-7倍的电动机额定电流。C、交流电磁铁、中间继电器线保、电感线圈等负载时，选取SSR的电流等级宜大于等于4倍的负载额定电流，变压器时要求大于等于5倍变压器初级额定电流，特种感性、容性负载则应根据实际经验还须放大SSR的电流余量。D、电力补偿电容器类负载时，选取SSR的电流等级须大于5倍的负载额定电流。（5）SSR的发热与散热：单相SSR在导通时的最大发热量按实际工作电流X1.5W/A来计算，在散热设计时，应考虑到环境温度，通风条件（自然冷却、风扇冷却）及SSR安装密度等因素。（6）电网频率：SSR应用于50Hz或60Hz

56、的工频电网上，不宜于低频或高次谐波分量大的场合，如变频器输出端有多组负载需要分别切换，采用SSR作为开关则可能由于高次谐波使其不能可靠关断，并且高次谐波还可能使SSR内部的RC吸收回路因过热而炸裂。固体继电器两交流端无极性。图4.2.2SSR接线图4.2.3低压断路器低压断路器俗称自动空气开关，是低压配电网中的主要电气开关之一，它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。主要用在不频繁操作的低压配电线路或开关柜（箱）中作为电源开关使用，并对线路、电器设备及电动机等实行保护，当它们发生严重过电流、过载、短路、断相、漏电等故障时，能自动切断线路，起到保护

57、作用，应用十分广泛。较高性能型万能式断路器带有三段式保护特性，并具有选择性保护功能。高性能万能式断路器带有各种保护功能脱扣器，包括智能化脱扣器，可实现计算机网络通信。低压断路器具有的多种功能，是以脱扣器或附件的形式实现的，根据用途不同，断路器可配备不同的脱扣器或继电器。脱扣器是断路器本身的一个组成部分，而继电器（包括热敏电阻保护单元）则通过与断路器操作机构相连的欠电压脱扣器或分离脱扣器的动作控制断路器。4.2.4整流、滤波负载总电阻按100欧计算，变压器副边有效值U=U/1.2=24/1.2=20V0二极管承受的最高反向电压U二込U=28VDRM150由RC=5*T/2=5*=0.02S知2C

58、=0.05/R=500F选用35V470uF器件选型名称型号数量备注单相电机YL7114550W3固态继电器40A/220VAC3可编程控制器FX1S-30MT1变压器BK-100VA/AC24V1继电器HH52P/24V12空气开关DE47-2P/3A3带灯开关KD10-121-R（G）2242红绿各一个指示灯XDX124VG8绿色熔断器R3-1210变压器ZBDG1整流桥MB4S1控制柜不锈钢自制电容8535V470Uf1接线端子排、线号、夹头、热缩管若干220701-TCmmJLLmji川:接水象1.IIIII说明：P咲斛见肮主杜接噩qt11EfM4.LEft-9i-ki图4.1电路图图

59、4.2PLC主机接线图第5章PLC程序的设计5.1PLC技术基本原理5.1.1PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编

60、程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。而对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅