毕业设计（论文）-金属软管的气密性检测装置机械设计

PAGEPAGE1本科毕业设计题目：金属软管的气密性检测装置全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411学院：机械工程学院专业：机械工程班级：2018级班学号：学生姓名：指导老师：提交日期：2022年月日浙江工业大学机械工程学院毕业设计（论文）中文摘要PAGEI金属软管的气密性检测装置摘要金属软管气密性试验的目的是检查焊接金属软管系统的强度和气密性是否能满足设计要求，以保证正常运行检察管路的强度和严密性，管路检测的现代化程度不高，在管路检测过程中，检测环境较恶劣，自动化程度低，依赖人工操作，工作量大、劳动强度高。为了解决此类问题，本项目设计一种能够自动装夹管路，从而进行气密性检测的管路自动装夹装置。采用机械机构，结合微机原理知识，能够在复杂环境下精确、稳定的自动对管路进行装夹，以及有效的气密性检测。金属软管是一种柔性管壳，它是将优质奥氏体不锈钢管坯加工成波纹状的一种管材。其波纹形状包括螺旋形状和环形形状。不锈钢波纹管可分为两种类型:连接用不锈钢软管和输送用不锈钢软管。前者主要用于煤气炉和煤气表前面的进气管，可替换胶管，解决胶管易损坏、易脱落、使用寿命短的问题;后者主要用于室内燃气管道的连接，可以代替焊接钢管，大大减少了室内燃气管道系统的接头数量，同时降低了施工难度。关键词：金属软管气密性检测检测机英文摘要浙江工业大学机械工程学院毕业设计（论文）英文摘要AirtightnessdetectiondeviceofmetalhoseAbstractMetalhosethepurposeofairtightnesstestistocheckthestrengthoftheweldmetalhosesystemandairtightnesswhethercanmeetthedesignrequirements,toensurethenormaloperationoftheprocuratorialpipelinestrengthandrigor,pipelinedetectionofmodernizationdegreeisnothigh,intheprocessofpipelinedetection,testingenvironmentisbad,lowdegreeofautomation,relyonmanualoperation,bigworkloadandhighlaborintensity.Inordertosolvesuchproblems,thisprojectdesignsapipeautomaticclampingdevicethatcanautomaticallyclampthepipe,soastodetecttheairtightness.Usingmechanicalmechanism,combinedwithmicrocomputerprincipleknowledge,canaccuratelyandstablyautomaticallyclampthepipelineincomplexenvironment,aswellaseffectiveairtightnessdetection.Metalhoseisakindofflexibletubeshell,itisakindofpipewhichprocesseshighqualityausteniticstainlesssteeltubebilletintocorrugatedshape.Itsrippleshapeincludesspiralshapeandringshape.Stainlesssteelbellowscanbedividedintotwotypes:stainlesssteelhoseforconnectingandstainlesssteelhoseforconveying.Theformerismainlyusedforgasstoveandgasmeterinfrontoftheintakepipe,canreplacethehose,solvetheproblemofeasydamage,easytofalloff,shortservicelife;Thelatterismainlyusedfortheconnectionofindoorgaspipeline,whichcanreplacetheweldedsteelpipe,greatlyreducingthenumberofjointsintheindoorgaspipelinesystem,whilereducingthedifficultyofconstruction.KeyWords：Metalhose，Airtightnesstest，Detector，浙江工业大学机械工程学院毕业设计（论文）PAGE32目录第一章绪论 31.1研究背景及意义 31.2气密性检测目的与主要方法简介 41.3气密性检测的国内外研究现状 61.4.1本文研究的目的 61.4.2本文研究的内容 91.4.3检测原理 9第二章气密性检测机械系统设计 102.1气密性检测机械系统分析 102.1.1气密性检测机械系统的设计过程 102.1.2气密性检测系统的设计原则 112.2气密性检测机械系统的总体设计 122.3气密性检测机械系统的部件设计 132.3.1大支架设计 132.3.2管路传送装置 142.3.2.1管路传送装置输送带及电机选型计算 152.3.2.2输送带传动轴设计与计算 152.3.3夹紧和堵孔装置 172.3.3.1夹紧和堵孔装置气缸选型 182.3.4气密性检测整体结构图 202.4机械手选型 20第三章气密性检测控制系统的技术实现 243.1PLC可编程逻辑控制器的理论基础 243.1.1PLC的产生和发展 243.1.2PLC的功能特点分析 243.2PLC的选取 253.2.1PLC的分类 253.2.2I/O地址分配 273.2.3检测流程图 29第四章设备成本分析与环境影响 304.1设备成本的主要组成 304.2设备生产制造过程中的主要环境影响 31结论 32参考文献 33致谢 34第一章绪论1.1研究背景及意义波纹软管是一种柔性管壳软管。它是将优质奥氏体不锈钢管坯加工成波纹状的一种管材。其波纹形状包括螺旋形状和环形形状。不锈钢气体波纹管可分为两种类型:连接用不锈钢波纹管和输送用不锈钢波纹管。前者主要用于煤气炉和煤气表前面的进气管，可替换胶管，解决胶管易损坏、易脱落、使用寿命短的问题;后者主要用于室内燃气管道的连接，可以代替焊接钢管，大大减少了室内燃气管道系统的接头数量，同时降低了施工难度。不锈钢波纹管作为室内燃气输送系统的重要组成部分，其安全性不容忽视。除了波纹管与炉膛之间的连接部分有漏气的危险外，波纹管本身的加工质量也会有危险。随着我国经济的快速发展，全社会对波纹软管产品的需求越来越大，这些相关行业已经成为我国经济发展的重要行业。1.波纹软管是安装在液体输送系统中的一种柔性压力管件，用于补偿管道或机器设备连接端之间的相互位移，吸收振动能量，起到减振、消声的作用。它具有柔韧性好、重量轻、耐腐蚀、耐疲劳、耐高低温等诸多特点。波纹软管主要由金属材料制成。它常用于输送气液流体。液体通过它被注入容器中。由于被压缩流体在管道中会有一定的不稳定性，这些不稳定性往往会导致严重的不良后果。因此对制造材料和加工工艺有较高的要求。特别是在焊接过程中，封闭管在使用中造成的损坏大多是由于焊接不良造成的。高压气体填充后，焊缝在气体压力的影响下产生裂纹，导致气体泄漏。对于这种需要充满高压气体或液体的管道，如果在使用过程中发生泄漏，将会导致一些非常严重的后果。除了产品本身的功能外，还会造成火灾、爆炸等危险事件(12)，给国民经济的生产生活造成了巨大的损失。因此，为了保证波纹管的产品质量和使用安全，有关部门规定，此类产品出厂前必须进行密封性能测试。密封试验是保证产品质量和安全性能的重要手段。随着这些产品的越来越多的应用，气密性与工业工艺的质量、工人的安全、设备的安全密切相关。与这些行业相关的产品的质量和安全性能检验也变得越来越重要。密封性能的检测也称为泄漏检测。本文所涉及的密闭容器的气密性检测主要针对的是市场上应用最广泛的不锈钢金属波纹管。在其生产现场，由于经济技术条件的限制，一般采用浸泡法和观察气泡法对管道进行检测。为了保证检测的连续性，通常需要三个工人组成一条流水线，连续进行容器的密封、充气、浸泡观察和后处理等步骤。这样不仅效率低，劳动消耗高，而且容易出错。此外，还存在一定的安全隐患。例如，在密封和膨胀阶段，封闭容器的开口大小是不同的。为了提高工作效率，工人很容易拿错密封螺母。当螺母未与气孔紧密配合时，对封闭的容器充气容易使螺母在压力下爆裂，弹射进体内伤人。另外，如果是人工堵塞孔，也容易造成人为错误。例如，如果孔堵得不紧，就无法确定是由于孔造成的渗漏，还是由于密闭容器木体制造缺陷造成的滑漏。针对上述问题，研究了一套基于PLC控制的自动气密性检测设备，以替代人工完成的堵孔膨胀、水浸检测、水开封等作业。这对于提高生产效率，减少人工检测的误差，保证工人人身安全具有重要意义。1.2气密性检测目的与主要方法简介气密性试验的主要目的是检查管道的强度和气密性是否能满足设计要求，同时也对基础进行检测，以保证正常运行，这是检查管道质量的重要措施。一般气密性试验应在水压试验合格后进行。对于在设计中需要进行气压试验的压力容器，气密性试验可以与气压试验同时进行，试验压力应为气压试验的压力。对于碳钢、低合金钢制造的压力容器，用于试验的气体温度不得低于5℃，其他材料制造的管道应按设计图纸施工。气密性试验使用的气体应为干燥洁净的空气、氮气或其他惰性气体。气密性试验时，安全附件应安装完整;在试验过程中，压力应缓慢上升。达到规定的试验压力后，应保持压力不小于1分钟，然后降至设计压力，管道压力检查合格，无泄漏。如有泄漏，修复后应再次进行水压试验和气密性试验。气密性试验方案如下:连接和修复1.5原始管的两端分别与管件,块的一端连接管件,注入0.3mpa(I型)和0.1mpa(II型)空气从另一端为1分钟,并确认没有泄漏。如无渗漏，则将无渗漏的管道放入好的产品框内，如有渗漏，则放入不良产品框内。由于工业生产的深化，企业的生产效率和产品数量都有了明显的提高。为了保证产品的质量，传统的渗漏检测方法过于粗糙，无法满足需求。然而，完全使用进口设备是昂贵的。因此，有必要改进密闭容器的气密性检测方法，研究设计一种性价比高、简单高效、更加智能化的新型气密性检测设备。如何运用工艺优化的方法对不锈钢金属软管气密性检测工艺进行分析、梳理、重组和改造，如何提高工作效率，降低产品成本，提高产品质量，安全生产，在满足检测质量的前提下，降低劳动强度，保证交货时间，是摆在气密性制造企业面前亟待解决的问题”。为了解决这个问题，我们首先需要改进方法。下面介绍一些目前使用的气密性检测方法。气密性检测根据检测方法的不同可分为两类:一是将管道充满气体，将其置于液体环境中，通过目测容器表面气泡的数量来判断是否有泄漏;另一种是通过压力传感器的输出信号来判断是否有泄漏，即用一定压力的气体填充金属软管，再通过压力传感器的输出信号来判断工件是否有泄漏。常用的方法有浸泡泡法、涂抹泡法、超声波法、化学气体示踪法、压力变化法等。无水泡法是我企业目前使用的方法，即先将密闭容器的每个气孔密封起来，留一个小孔向内通风;其次，当密闭容器内部空气压力达到待测标准值时，停止向内充气，保持空气压力，然后将整个密闭容器放入水中。由于封闭的管道已经预先填充了极高压力的气体，如果金属管道出现裂纹，就会发生泄漏。水里会产生大量的气泡。因此，通过是否产生气泡来判断密闭容器是否密封。如有气泡产生，说明密闭容器有泄漏，焊接处有问题，需进一步退炉处理。如无气泡产生，说明密闭容器焊接良好，不需要整改。与浸泡泡法不同，涂膜泡法不需要将管道放入水中观察是否有泄漏。只需要在密闭容器的外表面连续涂抹液体即可。如果管道不密封，当体积充满高压气体时，外表面会产生气泡。超声Mim方法有两种：一种是利用气泡将被测管道放入水中。当泄漏处释放出气泡时，利用超声多普勒效应，通过高频超声发射探头将超声波射入待测部位。根据发射声波与原始声波的对比，可以检测出气泡，进而检测出滑移泄漏。当泄漏孔附近的另一种气体的压力高于泄漏孔附近的另一种气体的实测压力时，就会产生一定的频率。声波振动的频率与泄漏孔的大小、泄漏气体的流量和速度有关。根据这一原理，可以通过声振动频率间接测量泄漏量。目前流行的密封检测设备大多为压力型，采用压力变化法进行检测;其中浸泡泡法和涂膜法需要封堵、开封、充气等步骤。检测效率低:超声法中使用气泡的方法比气泡法更复杂、更不理想，而第二种方法不直观，容易造成检测不准确，对密闭容器造成无法弥补的创伤:化学气体示踪法需要一些特殊的气体和气体检测设备，所以成本昂贵，普通企业不会选择它;变压法简单可行，但只能检测泄漏量和泄漏量，不知道具体的泄漏位置，不能为泄漏容器提供可修性目标。因此，需要一种封闭容器检测方法，既能检测出泄漏量和泄漏量，又能显示溢出位置。1.3气密性检测的国内外研究现状在过去，企业使用气泡检测。即在容器内充入气体，放入水中或其他稳定的液体中，观察气泡，判断气密性是否完好。这种检测方法在早期技术不强的情况下非常简单直接。但当时堵漏自动化技术不高，设备简单，工人水平不高，导致生产效率很低。此外，它还受到人们主观因素的强烈影响。如果泄漏量小，气泡会变小“2”，所以人们更容易误判。由于气泡法简单易行，既能检测泄漏，又能标定泄漏位置。现在仍被大多数企业使用。随着工业自动化和光电技术的迅速发展，气泡的自动检测成为可能。许多人在浸液气泡法的基础上，结合现代光学和图像处理技术，研究了多种水中气泡的检测方法，希望以此来判断管道的泄漏情况。其主要原理是利用气体的物理化学特性来检测气密性，并利用各种相机、传感器和电子探针来代替人眼来检测气泡。应用的检测方法有光纤探头法、电子探头法、电容沉淀成像法、成像法、氦质谱仪、超声波探测器、激光探测器、卤素探测器等。清华大学电子系王铁峰等采用光纤探头法(V)对三相循环流化床中气泡上升速度进行了实验研究。和jobnR.Chaplin等人研究了利用光纤相位探测探头测量波中的气泡大小。光纤探针法的原理是使用光反射在气相和液相产生光强度光强度的差异,然后这光强度信号转换成电信号,并使用计算机判断泡沫生成,以便获得管道是否泄漏。1.4本文的主要内容与章节安排1.4.1本文研究的目的产品要保证防水性，或者防止气体、灰尘等进入产品内部，就需要保证气密性的质量。以往比较传统的气密性检测方式是把产品放入到水中，看产品浸泡在水中是否冒泡，这种检测方法的缺点很明显，不仅会造成员工肉眼识别的误判，同时在泡水后还需要将产品吹干或者晾干，多了很多道检测工序。目前市场上智能型气密性检测设备已经逐的取代了传统泡水法来进行气密性测试，两种试验方法被广泛应用，直接压力气密性试验和差压气密性试验。这两种方法的原理基本相同。以压缩空气为介质，通过气密性试验设备参数的变化试验，计算出具体的泄漏值，再通过泄漏值确定产品合格。直压气密试验主要用于防水试验和密封试验。整个测试过程可分四个阶段完成，即充气阶段->保压阶段->测试阶段->排气阶段。检测周期在3~25秒之间。试验时间的长短主要与待试验产品的体积和检测压力有关;图1.1SLA系列多功能气密性测试仪型号SLA-A测试口一个传感器选择范围-100到1000kpa精度0.1pa(0.02%FS)压力方式集成正负压压力调节方式自动调节/手动调节压力调节范围-50kpa~3Mpa压力调节精度士0.05%FS压力重复精度士0.1%FS分辨率0.1pa测试单位pa,kpa时间时间量程0.1～9999S时间分辨率0.1S程序数量32组测试程序,程序可独立设置数据存储直压气密性测试设备可以存储超50万组测试数据，插上U盘可以导出检测数据接口RS2321个USB2个I/O接口8输出/8输入电源外部240V电源数据分析统计分析气密性检测总数、合格数、不合格数测试过程控制阶段时间显示测试过程有状态和时间实时显示仪器设置参数设置测试压力上下限设置；测试各阶段时间设置；泄漏值上下限设置；泄漏补偿设置壳体材质铝合金软件可选上位机软件可以与仪器进行测试数据传输，数据分析等功能配件条码扫描条形码，二维码（选配）干式气密性检测方法的研究工作主要集中在泄漏的定量检测上，但不能确定泄漏的具体方向和位置。传统的水检测方法直观可靠，但仅限于定性检测，检测效率不高。虽然气泡是一种现象，但借助图像处理等检测分析方法进行计算，可以将气泡量化，将定性描述和表征转化为具有一定精度的定量估计。基于多功能气密性试验机的处理技术,本文研究和讨论了处理气密性试验机,泡沫的生成和变化机制相比,机电一体化设备,设计一套基于PLC控制系统与自动生产线的研究相结合。该设备用于自动检测工件的气密性，提高了企业的生产效率，节约了成本。1.4.2本文研究的内容本文将利用多功能气密性测试仪与plc结合。基于该技术，结合自动化生产线的研究与设计，设计了一套半自动管道气密性检测装置，并对其进行了实验验证。主要工作如下:1.根据管道的物理特性，论述了气密性检测系统的设计过程和原理:研究了待检测管道的制造工艺，确定了送料、夹紧、检测和卸料方案;最后确定了气密性检测系统的总体设计。该系统的操作步骤如下:首先，将待测管道放置在气密性测试平台上，系统自动实现装夹、定位、充气等步骤;检测完成后，系统实现自动拆卸和根据检测结果判断是否报警的功能。如果工件合格，将工件送出;若工件泄漏超标，送管路至有缺陷的料箱。2.研究了气密性检测系统的控制与实现过程;介绍了PLC的产生、发展和分类。根据机械系统的结构和自动气密性检测过程的需要，选用西门子sp7-200PLC实现控制，布置VO接口和控制内容;分析了气密性检测的步骤和时间安排，研究设计了气密性检测系统的气动自动控制系统，绘制了气密性分自动检测系统的控制电气原理图。最后，根据机械执行的需要，对一些气动执行机构进行了计算和选型。3.本文根据气密性检测系统的操作步骤，总结了本文所做的一些实际工作，提出了工作中存在的不足和有待改进的地方，并提出了今后的工作思路:1)在气密性检测机械系统的设计中，作者采用现有的通用模糊裕度进行设计，并没有使用ANSYS分析软件对整个机械系统的强度进行分析和评价。2)本论文不使用自动上料装置，设备加料时需要人工协助。1.4.3检测原理本文采用压降法之直接泄漏检测(正负压力)，其工作原理如下图图1.2压降法直接测泄漏检测原理第二章气密性检测机械系统设计各个工程领域的发展需要机械工程的相应发展，而机械工程则需要提供必要的机械。本文的机械系统是气密性自动检测与控制的骨架和对象，主要包括支撑装置、气管输送机构、起动夹紧机构、传动机构和运动导向机构。机械系统的结构合理性和加工精度对整机的控制性能和稳定性有重要影响。一个好的框架可以使气管平稳地放置在检测平台上，方便气管更好的定位，从而实现准确封堵。因此，在设计气密性检测装置的机械系统时，应综合考虑整个机械的可操作性和安全性以及各机构之间的协调。2.1气密性检测机械系统分析首先，根据气密性检测技术的要求和企业的需求，考虑机械系统的整体功能，确定机械系统的工作原理和动作顺序，设计实现机构或装置整体功能的设计方案，从而保证系统在考虑原材料加工成本和加工难度的情况下能够达到安全稳定的工作状态。其次，根据机械系统的工艺要求，确定各机构的功能、机架、连接形式和运动方式，并根据需要实现大型支撑装置、气动夹持装置、抓斗机械手和气动传动装置的功能设计。其次，根据管路的尺寸、形状、质量和水压参数确定各机构的装配，并选择相应的零部件和尺寸。最后，考虑到企业的需求、经济预算、安全性和稳定性，选择相应的品牌零部件和设施设备。2.1.1气密性检测机械系统的设计过程气密性检测机械系统的设计过程需要经过6个步骤:1.研究气密性检测系统的工作原理。根据气密性检测工艺的要求，燃气管道的结构特点和企业的需求，对机械系统的整体功能进行研究和规划，制定各机构或装置的整体功能设计方案，确定机械系统的动作方式和动作顺序，并考虑加工所需原材料的成本和加工难度。2.执行模组的分析：根据第一步，根据要测试的气管的尺寸、质量和形状。在设计气密性自动检测时，对各个机构或部件的运动形式和参数、驱动方式和运动方式进行分析。3.零部件的选择和装配：根据第二步设计的机构和零部件，确定所需零部件的尺寸、型号和加工方式。确定装配方式，将所有零件组装成一台完整的机器。4.方案评估与决策：评估气密性检测系统是否达到目的，完成规定功能的性能，如时间消耗、响应速度等。在做决策时，我们还应该考虑组织的稳定性、安全性和经济性。当这些条件满足要求时，可以进行下一个程序。如果评价结果不理想，则需要对气密性检测系统进行重新设计。5.制作安装：方案评估完成后，可购买材料和零部件进行加工组装。在采购材料时，必须购买标准件，并考虑经济性。在加工过程中，必须严格执行设计图纸上设计的精度和加工要求。6.试生产与调试：样机试生产是检验产品设计制造可行性的重要阶段。对样机进行调试，验证各项性能指标是否满足设计要求。这一阶段也是最终发现设计中存在的问题，以便及时修改和完善产品设计所必需的阶段。2.1.2气密性检测系统的设计原则在设计过程中，自动气密性检测装置必须满足功能、经济性、加工、运输、维护和运行等角度的不同要求。功能性：所设计的机械系统可在气管气密性试验前将气管送到待测位置的预备站;机械手可将输送到待检测位置的管道自动安装到检测位置或将管道从检测位置移除。在检测位置，机械手送气管时，夹紧装置可自动松开。燃气管道交付到位后，即可对燃气管道进行夹紧，并进行气密性检测。检查完毕后，机械手抓住气管后即可松开夹紧机构。机械手可拆除管道，实现燃气管道的自动堵孔密封，将良品与劣品分离。主要机构包括气管输送机构、气管定位机构、机械手夹持机构、气密性检测机构、控制机构和电气机构。气管输送机构的主要功能是通过机械手将气管自动输送到指定位置进行夹紧;所述气管定位机构的主要功能是对所述气管输送机构送出的气管进行定位，并按照程序指令释放气管;机械手夹紧机构的主要功能是将气管送至检测机构，取出检测机构的启动管，并根据检测结果将被检测的气管放入不同的材料架内;气密性检测机构的主要功能是对燃气管道的气密性进行检测，并根据检测结果将检测结果发送到控制系统;控制机构主要实现自动控制、保护功能、监控功能、数据记录功能等功能。安全性：安全是指在误操作、过载等情况下保护人员和机器免受危险的功能。在这方面，气密性检测装置主要考虑以下问题:旋转机械部分应防止操作者的手进入;应保护机械手的旋转空间，防止无关人员的意外侵入;气密性试验平台的整体机械性能和疲劳强度应满足要求;需要完成报警系统的设计和安装。互换性和经济性：在设计中，在保证气密性系统能够达到一定的精度操作时，所设计的零件应简单实用，切割方便，加工成本低。在选用一些非特殊部件时，应尽量选用标准件或通用件，以降低开发成本和设备维护成本。材料选择：不同材料的技术性能差别很大。在选材时，应综合考虑机械系统的力学性能和设计加工的经济性。该装置不需要频繁移动，但待测气管有一定的体积和重量。考虑到经济性和可用性，机架选用Q235为主材料，部分刚度要求高的地方选用45钢。气密性检测平台采用标准方管，既保证了刚度要求，又获得了相对较轻的重量，使上下移动气缸减轻了负载，工作更稳定、安全。精度选择及加工方法;各种加工方法(锻造、铸造、焊接、粘接等)及其特点对零件的结构设计具有决定性的影响。由于系统不需要经常运输，大支架选用焊接加工，而装气管检测平台有一定的精度要求，其零部件应完成一定程度。装配:在机械系统的设计中，各部件应满足简单装配的要求，以降低成本。由于检测平台上的夹紧机构需要经常拆卸和组装油箱，且操作较多，故采用可拆卸设备模式。操作:技术装置的操作应尽可能简单明了。考虑到实际操作，系统只设计了三个操作按钮，分别为红色、绿色和黄色。“红色”表示主电源开关，“绿色”表示主电源开关，“红色”表示主电源开关。2.2气密性检测机械系统的总体设计为了设计管道气密性检测自动化设备，有必要了解待检测的燃气管道。本文所要检测的气体管道为焊接成品，主要用于管道连接，中间为波纹管，管路两头焊接有快速接头，管路长度1500~2000mm，长管路在检测时可提前将管路进行捆扎，管道直径20mm（详见下图2.1）。在设计时一定要留出一定的空间，便于装卸气管以待检测，待检测气管如下图。图2.1待检测气管图2.3气密性检测机械系统的部件设计2.3.1大支架设计为了加快工作效率，在实际操作中需要设计三个工位，最右侧工位用来补充待检气管，中间工位存储待检气管，可以用来检测气管的气密性，最左侧用来取下待检测气管。具体的运行步骤是：(1)把气管放在气管输送机构上，启动机器，实行定位、夹紧、堵孔等步骤，(2)持续增加待检测管(3)等第一个气管检测完成后，输送管道机构向定位机构再输送一个管路，机械手再次抓取管路至检测位置，如此往复运行，提高工作效率。大支架四支脚采用标准方管40x40x2.5。方管焊接在支撑底板上。底板材质为Q235B，在其上打孔安装地脚螺栓。如图2.2所示：图2.2大支架图2.3.2管路传送装置图2.3管路传送机构如图2.3所示，在送料机构机架上安装有两个小支架，在每个小支架上安装有两条小输送带，两条输送带运转方向向左侧运转，气管在输送带的带动下一直向挡料气缸处移动，完成物料的输送工作。2.3.2.1管路传送装置输送带及电机选型计算在该输送线上主要由两组电机进行输送，在管路布满输送线时可以排列84个管路，每个管路重量（按20米）5.16kg，因两条输送线相同，只需计算一边的电机即可。单边输送的重量G=(5.16X84)/2=216.72kg，管路与支撑架摩擦系数μ=0.17，故输送管路的摩擦力f=0.17*216.72*10=368N管路总重量G=5.16*84=433带轮直径D=50mm，输送带总长度L=3000mm，20秒将物料从输入端送至输出端，电机输入转速960rpm。皮带轮每转动一圈皮带输送距离L1L1=πD=3.14*50=157mm输送完毕3000mm所需时间tt=3000157=19.1输送完3000mm皮带需要运转的圈数QQ=3000157=19.1圈即皮带每秒转1圈，则每分钟转速为60rpm，取转速60rpm。传动比i=60/960=1:16=0.0625传动总效率取η=0.83皮带传送轴所需功率：Pa=(f+GV)V=801*0.15=120kwT=9550Pa/n=1.91x104Nm总传动比i=0.0625电机功率P=传动总效率取η=0.83则实际电机功率选择P电=Pη故选择电机功率3kw，转速960rpm，极数：6，电压380V,3P2.3.2.2输送带传动轴设计与计算τ=TWT=τ——轴的扭剪应力、扭切应力N/mm2(MPa)传T——扭矩N·mmP——轴传动的功率=kWn——轴的转速rpmd——轴的直径mm[τ]——轴材料的许用扭剪应力N/mm2(MPa)WT—为轴的抗扭截面系数，也称之为抗扭截面模量WT=πd将（2-5）移项整理得：d≥39.55×106当轴的材料确定后，3于是：d≥C∙3表2-1常见材料[τ]和C值d≥C∙3Pn=112×3图2.4传动轴零件图2.3.3夹紧和堵孔装置夹紧和堵孔装置是气密性检测时最关键的技术之一，夹紧装置是精确堵孔的保障，实现了气管的自动安置和定位，为接下来的堵孔步骤提供条件。气缸夹紧堵孔组件安装图如图2.5所示。这个装置的具体运行流程为：(1)机械手将管料一头输送至接头母座位置，(2)左边的气缸顶住直轴向下移动，使其夹紧气管；(3)机械手将管料另一头输送至接头母座位置(4)右边的气缸顶住直轴向下移动，使其夹紧气管；(5)夹紧完成后气密检测仪开始向管道内充入气体，至此，完成气管装夹与检测准备工作。（6）检测完成后，机械手抓取左侧接头口，左侧气缸升起，松开接头，机械手取下左侧管路头根据检测结果放入，良品或不良品框内（7）根据步骤6，松开右侧接头口，完成气管检测工作。图2.5夹紧和堵孔装置图2.6夹紧和堵孔3D图2.3.3.1夹紧和堵孔装置气缸选型在夹紧和堵孔装置中，左右夹紧气缸安装在气密性检测平台的左右两端，在气管安装时负责夹紧和松开气管，在气密性检测时负责夹紧气管以防跑偏和移动。左右夹紧气缸主要考虑的是推力和行程。推力的计算：首先需要考虑的是在夹爪夹紧时，气管自身的重力与加压测试时压力。气管自身的重力，我们按照20米长管路设计，重量约G=0.258x20=5.16kg气体压力：P=0.6MPa管路截面积=3.14*102=314mm2F=PS=600000*

0.000314=188.4NF总=G+F=5.16*10+188.4=240N由于夹爪与气管靠摩擦力夹紧管子，摩差系数μ=0.17F总=0.17NN=F总/0.17=1441N气缸选择工作压力0.5MPa，故此选择80缸径行程选择40。需要检测气缸是否到位，所以选择付磁石的气缸，并选择带有磁力开关的传感器，故此选择亚德客气缸型号如下：ACQ80X40S图2.7气缸理论出力表2.3.4气密性检测整体结构图图2.8气密性检测整体结构图图2.9气密检测整体3D视图2.4机械手选型1、有效负载，机械手在其工作空间可以携带的最大负荷，单支待检测管路重量为5.16kg，手爪质量为4.5kg，所以总搬运重量为5.16+4.5=9.66kg，根据机器手的负载曲线，在空间范围的不同距离位置，实际负载能力会有差异，所以选择最大负荷为15kg的机械手。2、该机械手应用场合，需要应用在物料自动上下料场合，所以选择具有搬运特点的机械手。3、最大作动范围机械手的水平运动范围1000mm内；机械手的最大垂直高度的量测是从机器人能到达的最低点到手腕可以达到的的最大高度的距离(Y=1500).最大水平作动距离是从机器人底座中心到手腕可以水平达到的最远点的中心的距离(X=1000).4、运转速度；这个参数与每一个用户息息相关。考量从一个点到另一个点的加减速，实际运行的速度将在0和最大速度之间。这项参数单位通常以度/秒计。有的机器人制造商也会标注机器人的最大加速度。5、刹车和转动惯量基本上每个机器人制造商提供他们的机器人制动系统的信息。有些机器人对所有的轴配备刹车，其他的机器人型号不是所有的轴都配置刹车。要在工作区中确保精确和可重复的位置，需要有足够数量的刹车。另外一种特别情况，意外断电发生的时候，不带刹车的负重机器人轴不会锁死，有造成意外的风险。6、重复定位精度：该参数直接反映了工业机械手的精度。如果工业机械手重复执行某个动作，则到达某个位置时将出现错误。精度越高，误差越小。通常，工业机械手的误差在±0.5mm之内。7、防护等级：如果使用工业机械手的环境多尘或进水会影响工业机械手的运行，请务必研究工业机械手的防护等级。不同的工业机器人手臂对各种环境的适应性是不同的。考虑此条件并选择与工作环境相匹配的工业机械手。据此选择ABBIRB2600-12/1.65工业机械手。图2.10ABBIRB2600工业机器人参数表一图2.10ABBIRB2600工业机器人参数表二图2.11IRB2600-12/1.65工业机械手运动空间第三章气密性检测控制系统的技术实现通过前几章的理论分析，设计了气密性检测机械装置。本章分析了气密性检测的过程和机械设备的需求，利用电气控制原理分析了需要用于控制的PLC和气缸，设计了电路图，集成了一套基于PLC控制的自动气密性检测系统。3.1PLC可编程逻辑控制器的理论基础3.1.1PLC的产生和发展PLC是一种数字化操作的电子系统。它的全称是可编程逻辑控制器。主要应用于工业环境。它使用可编程存储器作为内部存储程序，执行逻辑运算、序列控制、计时、计数、算术运算等面向用户的指令，通过数字或模拟输入/输出控制各种机械或生产过程。它是工业控制的核心部分。早期的PLC主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微机技术的工业控制装置的功能已经大大超出了逻辑控制的范围。因此，这种设备现在被称为可编程控制器，简称PC。但为了避免与personalcomputer的缩写相混淆，可编程控制器简称为PLC。PLC是由美国数据设备公司(DEC)于1969年开发的。目前美国、日本、德国的可编程控制器质量优良，功能强大。3.1.2PLC的功能特点分析根据前面章节的分析，本文设计的气密性检测与控制系统主要实现数据传输、信号处理、气缸控制、报警、人机互动等主要功能。其中，信号处理、气缸操作和报警需要通过PLC实现。信号处理是指PLC接收来自计算机的数字信号进行图像处理和传感器反馈信号，将这些信号转化为逻辑信号和指令，控制执行机构的运行。气缸控制是指气缸在PLC的控制下，将气密性检测平台驱动到某一特定位置，以实现气密性检测测试的目的。报警是指操作过程中如果出现紧急情况，PLC会立即控制执行机构，使其迅速停止并发出报警声，提示工作人员注意安全。在气密性检测中，工作人员还需要了解整个系统的工作状态，而且为了调试的方便，PLC还需要增加人际互动的功能。3.2PLC的选取3.2.1PLC的分类目前，各厂家生产的PLC品种、规格、功能各不相同。没有统一的分类标准。主要有三种分类方法，1.按结构形式分类目前，就PLC的硬件结构而言，PLC可分为四种基本结构形式:整体式固定1/0型、模块化型、集成型和分布式型。其特点如下。(1)一体式固定1/OPLC积分固定1/OPLC是一种固定1/O点的小型PLC。处理器、存储器、电源、输入输出接口和通信接口安装在基本单元上。这种PLC具有结构紧凑、体积小、安装简单等优点。适用于I/O控制要求固定、点位较少的机电一体化设备。常用的有西门子的S7-200系列和三菱的FX1、FX2、fxzx系列。(2)模块化的PLC模块化PLC是大中型PLC的常见结构。其部分或全部机组均采用模块化安装机构形式，配有专用安装底板。底板除了安装和固定各个PLC模块外，还具有内部连接总线，通过内部总线各模块形成一个整体。模块化PLC按电源、CPU、输入/输出、通信等不同模块划分。模块化PLC具有以下特点:1)模块可由用户自由选择，不受基本单元1/O的限制，配置灵活:2)可连接多个1/O点及功能模块，便于形成大中型PLC;3)模块可拆卸，便于调试和维护;4)常用于复杂机电产品和自动化生产线的控制。大多数厂家的大中型plc都采用这种结构，如西门子的S7-300/400系列，三菱的Q系列。(3)集成PLC集成PLC一般作为数控系统(CNC)的功能补充。它将PLC和CNC集成在一起，实现数控机床或其他数控设备的辅助技能控制。这种PLC通常没有独立的电源和CPU，不能单独使用。集成PLC的优点是可以通过CNC的操作面板进行程序编辑、调试和状态诊断。(4)分布式PLC分布式PLC是一种用于大型生产设备或生产线上实现远程控制的PLC。一般通过在PLC上增加“主站模块”进行远程控制来控制远程VO。分布式PLC的特点是每个组件模块可以安装在不同的工作场所。中央控制PLC(主站)和“工作站(从站)”需要通过总线进行连接和通信。因此，这实际上构成了一个简单的PLC与功能模块之间的网络系统。2、按控制规模分类按控制规模可分为主机、中机和小型机。小型机：小型机控制点一般在256点以内，适合单机控制或小系统控制。中机：中机控制点一般小于2048点，可直接控制设备。它还可以在下一级监控多个可编程控制器，适用于中型或大型控制系统的控制。主机：主机的控制点一般大于2048点，不仅可以完成更复杂的算术运算，还可以进行复杂的矩阵运算。它不仅可以直接控制设备，还可以监控多个PLC的下一级。3.按功能分类根据功能分类，PLC可分为低级机、中级机和高级机。如表3.1所示表3.1按功能划分的PLC分类表对主要功能应用程序进行分类低端机器具有基本的控制功能和平均计算能力。该工作主要适用于开关量控制和顺序控制速度较低，频带输入和输出模块的数量低于控制、定时/计数控制和少量较少的模拟控制情况中程机控制功能强，运算能力强。它适用于开关和模拟三角函数、指标和PID运算越复杂，工程量控制系统越复杂为了提高速度，还需要增加频带输入和输出模块的数量有许多类型的输入和输出模块。高档机床具有强大的控制功能和强大的计算能力。可应用于更大规模的过程控制复杂的矩阵运算。工作速度非常快，能带可以传输到系统中，可以构成分布式控制系统输入输出模块的数量非常多，输入输出模块的种类构成了整个工厂的自动化网络类也很全面，这种可编程控制器可以完成规范3.2.2I/O地址分配根据上一节的分析，PLC要实现三个功能：处理传感器反馈信号、控制气缸、控制机器人等执行部件的运行和报警显示。在输入接口方面，首先设计了手动/自动换档开关。当开关被控制时，PLC的控制模式将自动从手动控制模式转换为自动控制模式。当PLC处于自动控制模式时，气密性监测系统处于自动运行状态，可自动完成定位夹紧、堵孔充气、气密性检测、工位转换等工序。当PLC在手动控制模式下,员工可以使用切换到手动控制每个组件一步一步操作,这是方便发现问题:其次,为了方便员工的操作灵活的操作系统,设计一个自动启动和停止开关。当系统处于自动运行状态时，也可实现悬挂。当系统需要继续自动运行时，按下自动启动开关;名称地址手动信号X01自动信号X02分料气缸1置位/复位开关X03分料气缸2置位/复位开关X04夹紧气缸1置位/复位开关X05夹紧气缸2置位/复位开关X06机器人启动信号X07分料1物料到位信号X10分料2物料到位信号X11分料3物料到位信号X12分料4物料到位信号X13物料输送电机继电器Y01夹料气缸继电器Y02分料气缸1继电器Y03分料气缸2继电器Y04分料气缸3继电器Y05分料气缸4继电器Y06夹紧气缸1继电器Y07夹紧气缸2继电器Y08机器人启动信号Y09报警信号表3.1PLCIO点分配图3.1PLC程序截图3.2.3检测流程图开始开始相关初始化相关初始化系统自检系统自检读取默认标准检测数据读取默认标准检测数据结束线束检测按ESC退出提示开始检测结束线束检测按ESC退出提示开始检测进入主界面进入主界面执行检测执行检测 YN图3.2检测流程图第四章设备成本分析与环境影响4.1设备成本的主要组成气密检测设备的主要组成方式主要有以下部分组成、产品的开发设计成本、制造成本、销售成本、销售培训成本、使用维修成本等部分组成。图4.1产品生命周期成本与产品进程关系生产成本的主要由材料成本与制造成本构成：其中在材料成本的构成要素里，原材料、半成品加工用辅料成本决定了单件零件的成本，而材料运输过程中的运输费用，搬运费用、库存费用构成了各个零件的公共成本。制造成本的主要组成因素有，零件加工时的主工时、辅助工时、加工过程中的休息工时，准备工时，其中车间的管理、照明等费用是制造成本中的公共成本，在制造过程中模具，工装，特殊夹具的生产费用构成了特殊单件成本，企业管理费用，营销费用均为生产成本的主要构成。4.2设备生产制造过程中的主要环境影响零件加工过程中会用到、铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护等热加工生产过程（属重点污染源）以及切削加工、磨削加工、清洗、包装等其它加工过程。4.2.1零件热加工过程产生的废物及污染形式

金属热加工过程产生的废物形式，主要有以下六种：

eq\o\ac(○,1)有害气体：SO2、H2S、CO、NOx、HF、O3；

eq\o\ac(○,2)烟尘、粉尘、锰尘；

eq\o\ac(○,3)废渣：熔炼炉渣、浇注废渣、热处理熔渣、焊接废渣、电镀废渣、锻造氧化皮等；

eq\o\ac(○,4)废水：电镀含CN、Cr+6、Cd+2、Ba+2、C1-1、SO4-2、NO3-1等废水，工业炉窑冷却废水、切削液、清洗液、涂装废水等；

eq\o\ac(○,5)噪声：机械噪声、电磁鼓噪声、空气动力噪声等；

eq\o\ac(○,6)其它：包括光、热辐射、电磁辐射、放射性等的物理污染。4.2.2本设备生产过程主要用到的加工方式和主要环境影响因素

eq\o\ac(○,1)、铸造生产过程中，加热使铁水的温度高达1400℃左右，在铁水的溶化过程中，大量的粉尘和有害气体通过化铁炉的顶部排入大气。退火窑是对铸件进行热处理的关键设备，它主要是改变铸件的内部组织提高其机械性能，在煤的燃烧过程中释放出大量的烟尘和有害气体，通过烟囱排入大气。在此过程中主要的有害气体为CO、HF和SO2。

eq\o\ac(○,2)、焊接生产过程产生的污染主要来自三个环节，一是焊接材料制造过程中产生的污染，如焊丝酸洗产生废酸、焊丝镇钢产生废水和含有毒性的废酸；二是焊接前准备和焊后处理过程产生的污染二是施焊过程产生的污染。如手工电弧焊现场产生合锰、氟的烟尘量一般均达每立方米数十到数百毫克。在船仓或容器、管道内焊接时，烟尘高达五、六百毫克／立方米。即使在露天焊接烟尘也达十几克位方米（美国等国标为＜5mg/m3。熔炼埋弧焊用的焊剂，排放出大量的含锰、硅、氟化物的烟尘，严重影响操作者的身体健康，也影响周边地区农作物的生长。碳弧焊气格烟尘中含