雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī)上的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p>　　東莞理工學(xué)院城市學(xué)院</p><p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計題目：雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī) </p><p>　　上的應(yīng)用 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： 羅志均 </p><p>　　學(xué)

2、號： 200940501126 </p><p>　　系 別： 機(jī)電工程系 </p><p>　　專 業(yè) 班 級： 2009級機(jī)械設(shè)計制造及其</p><p>　　自動化（1）班 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名及職稱： 何偉 講師 </p>

3、<p>　　起 止 時 間: 2013年 3 月—2013年 6 月</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著科技的迅速發(fā)展，各種機(jī)械設(shè)備脫穎而出。氣動技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了很重要的地位。氣缸驅(qū)動系統(tǒng)由于系統(tǒng)構(gòu)成簡單，易于獲得穩(wěn)定速度，而且元器件價格低廉，比較容易維護(hù)等特點(diǎn)在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。</p>

4、<p>　　本文闡述了在封罐機(jī)發(fā)展過程中，氣缸的驅(qū)動所占的重要位置。并通過雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī)上的應(yīng)用來描述氣缸驅(qū)動的重要性。與電動機(jī)相比，氣缸更擅長做往復(fù)直線運(yùn)動，而且僅僅調(diào)節(jié)安裝在氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡單的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為氣缸驅(qū)動系統(tǒng)最大的特征和優(yōu)勢?，F(xiàn)在，氣缸驅(qū)動系統(tǒng)已成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的主流。這幾十年氣動技術(shù)的快速發(fā)展甚至也可以說很大程度上得益于氣缸的迅速普及。</p><p>

5、　　本文還簡單闡述了由PLC控制氣動元件工作，一個氣動系統(tǒng)是由方向控制閥、氣動執(zhí)行元件、各種氣動輔助元件以及氣源凈化元件所組成。電磁閥用來作為相應(yīng)動作單元上壓縮空氣通斷的控制，電磁閥則由PLC控制器來實(shí)現(xiàn)邏輯上的控制，繼而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備動作的控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣缸驅(qū)動 PLC控制 電磁閥</p><p><b>　　Abstract</b></

6、p><p>　　With the development of technology, various machinery and equipment stand out. Pneumatic technology in industrial production occupy a very important position. Because cylinder drive system is simple, an

7、d easy to obtain a stable speed, and components inexpensive and relatively easy to maintain and so widely used in industrial automation applications.</p><p>　　This paper describes the process of development

8、in the Seaming Machine, the drive cylinder occupied an important position.And through the double bore size series cylinder on the seaming machine application to describe the importance of cylinder drive. Compared with th

9、e motor ,cylinder is better on reciprocating linear motion. And it can be controlled stable and speed with adjust the throttle valve . And become the largest features and advantages of the cylinder drive system. Now, the

10、 cylinder dr</p><p>　　This article also briefly discusses the work of Pneumatic Component controlled by the PLC, the pneumatic system consist whit directional control valves, pneumatic actuators,various of p

11、neumatic auxiliary components and air source components.Solenoid valve used as the corresponding action unit on-off control of the compressed air, the solenoid valve by the PLC controller to achieve the control logic, w

12、hich in turn control the operation of the equipment to achieve.</p><p>　　Keywords: cylinder drive PLC control solenoid valve</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1

13、緒論1</b></p><p><b>　　1.1 封罐機(jī)1</b></p><p><b>　　1.2 氣缸3</b></p><p><b>　　2 方案設(shè)計5</b></p><p>　　2.1 確定被封罐的模型5</p><p&

14、gt;　　2.2 執(zhí)行封罐動作的驅(qū)動方案設(shè)計5</p><p>　　2.3 控制方案設(shè)計5</p><p>　　3 氣動系統(tǒng)的設(shè)計6</p><p>　　3.1 氣動系統(tǒng)的工作原理圖6</p><p>　　3.2 氣動系統(tǒng)所需的主要部件6</p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計8</p>

15、<p>　　4.1封罐機(jī)的工藝過程8</p><p>　　4.2 PLC控制系統(tǒng)9</p><p>　　4.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計11</p><p>　　5 雙缸徑串聯(lián)氣缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸計算13</p><p>　　5.1 活塞桿的輸出推力13</p><p><b>　　5.

16、2 缸筒13</b></p><p>　　5.3 活塞桿15</p><p>　　5.4 活塞的設(shè)計17</p><p>　　5.5 活塞行程的確定18</p><p>　　5.6 耗氣量19</p><p><b>　　6 總結(jié)20</b></p><

17、p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　附錄23</b></p><p>　　雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī)上的應(yīng)用</p><p><b>　　羅志均</b></p>

18、<p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 封罐機(jī)</b></p><p>　　1.1.1 封罐機(jī)的產(chǎn)生</p><p>　　食品分裝以后，屬于瓶裝、罐裝的要進(jìn)行封蓋，屬于袋裝的要進(jìn)行封口，其目的是保護(hù)產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域后不再受到污染和損壞，而有利于食品的貯存、運(yùn)輸、銷售和消費(fèi)。食

19、品工廠內(nèi)的封罐、封袋工作量非常大，必須采用機(jī)械工作。這些封罐、封袋機(jī)械一般都屬于專用機(jī)械，其結(jié)構(gòu)型式應(yīng)滿足食品的種類、性質(zhì)和包裝容器的工藝要求。</p><p>　　1.1.2 封罐機(jī)的定義</p><p>　　封罐機(jī)就是封罐子口的機(jī)器，屬于封口機(jī)械的一種。柔性包裝材料（如普通紙、玻璃紙、蠟紙、復(fù)合薄膜、塑料袋等）的封口一般是粘封或熱封，不屬于另設(shè)封口機(jī)，封口是在相應(yīng)的包裹機(jī)或袋裝機(jī)上完成

20、。而剛性、半剛性包裝容器（如金屬罐、玻璃罐、塑料瓶等），一般在完成物品的灌裝、填充之后，需要借助相應(yīng)的封口機(jī)械進(jìn)行封口，以使產(chǎn)品得以密封保存，并便于流通、銷售和使用。而封罐機(jī)就是用于剛性、半剛性包裝容器的封口機(jī)械。</p><p>　　1.1.3 封罐機(jī)的分類</p><p>　　市面的罐子種類很多，一般歸納為：鐵罐，紙罐，鋁罐，壓力罐等。由于蓋子的不同也分為易拉罐、馬口鐵罐等。按形狀分為

21、圓罐，方形罐，易拉罐等。</p><p>　　因此，封罐機(jī)的種類便由于蓋子的種類而出現(xiàn)許多類型，一般可分為：通用型封罐機(jī)，方形封罐機(jī)，異形封罐機(jī)等。隨著消費(fèi)者對食品、制藥等行業(yè)在保質(zhì)期的要求增加而出現(xiàn)了真空封罐機(jī)，真空充氮封罐機(jī)等。</p><p>　　按照封罐機(jī)的自動化程度的不同，封罐機(jī)亦分為半自動封罐機(jī)和全自動封罐機(jī)。半自動封罐機(jī)一般有手扳封罐機(jī)、氣動封罐機(jī)、電動封罐機(jī)等。由于成本較低

22、，技術(shù)含量不高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于個人或小作坊。而全自動封罐機(jī)一般應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線，大批量生產(chǎn)線上。由于成本較高，產(chǎn)量較高，技術(shù)性高，一般適用于大企業(yè)。</p><p>　　1.1.4 封罐機(jī)的組成</p><p>　　封罐機(jī)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如圖1-1所示。</p><p><b>　　圖1-

23、1</b></p><p><b>　　1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括壓蓋模 、皮帶等部件。</p><p><b>　　2.驅(qū)動系統(tǒng)</b></p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動封罐機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。這里所用到的驅(qū)

24、動系統(tǒng)有氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動。</p><p><b>　　3.控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)是支配著封罐機(jī)按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。此封罐機(jī)的控制系統(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。</p><p>　　控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著封罐機(jī)按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予封罐機(jī)的指令信息(

25、如動作順序、運(yùn)動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。</p><p><b>　　4.位置檢測裝置</b></p><p>　　控制封罐機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并隨時將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)

26、到設(shè)定位置。</p><p><b>　　1.2 氣缸</b></p><p>　　1.2.1 氣缸的定義</p><p>　　氣缸是引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動機(jī)氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機(jī)等的殼體通常也稱“氣缸”。</p>&

27、lt;p>　　簡單來說，氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動執(zhí)行元件就是氣缸。</p><p>　　1.2.2 氣缸的種類</p><p>　　氣缸有做往復(fù)直線運(yùn)動的和做往復(fù)擺動的兩類。做往復(fù)直線運(yùn)動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。</p><p>　　①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力

28、伸出，靠彈簧或自重返回。</p><p>　?、陔p作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。</p><p>　　③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。</p><p>　?、軟_擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（10～20米/秒）運(yùn)動的動能，借以做功。做往復(fù)擺動的氣缸稱擺動氣缸

29、，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動運(yùn)動，擺動角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。</p><p>　　1.2.3 氣缸的組成</p><p>　　一般氣缸的組成包括：缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等。</p><p>　　1.2.4 什么是雙缸徑串聯(lián)氣缸</p><p>　　串聯(lián)氣缸，即

30、在一根活塞桿上串聯(lián)多個活塞的氣缸，是引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動的圓筒形金屬機(jī)件。串聯(lián)氣缸的優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得和多個活塞有效面積成正比的輸出功率。串聯(lián)氣缸的拉力和推力都比普通氣缸的要大，一般情況下還可以作為一般增力氣缸使用。</p><p>　　倍出力氣缸，是使用相同和的壓力源，出力為同氣缸的數(shù)倍，出力大，多層活塞結(jié)合，出力為倍數(shù)增加，適合短行程高出力的無油操作場合。其特點(diǎn)是：1.多層活塞組合，使出力倍數(shù)增加；2

31、.完全使用空氣源，出力大，適用短行程，高出力無油操作的場合；3.易安裝：多種安裝方式可提供給不同場合安裝；4.體形美：產(chǎn)品設(shè)計新穎，外形美觀；5.易控制：可實(shí)現(xiàn)手動 腳踏及全自動控制；6.易維護(hù)：缸體結(jié)構(gòu)簡單輕巧，搬運(yùn)方便；7.速度快：動作速度比液壓快；8.多層活塞結(jié)合，處理為數(shù)倍增加；9.完全使用空氣源，出力大，適用短行程，高出力無油操作的場合。</p><p>　　而雙缸徑串聯(lián)氣缸則是集合了串聯(lián)氣缸與倍力氣缸

32、的優(yōu)點(diǎn)，從而設(shè)計出來的一個非標(biāo)雙作用氣缸。它具有連個不同內(nèi)徑的缸，因此它的特點(diǎn)主要是伸出時輸出力大，縮回時速度響應(yīng)快。比較起普通的單缸氣缸，雙缸徑串聯(lián)氣缸的輸出力較大；比較普通雙缸的串聯(lián)氣缸，雙缸徑串聯(lián)氣缸因?yàn)榭s回時是通過小缸縮回，因此又比普通串聯(lián)氣缸的縮回速度較快。輸出力大，縮回響應(yīng)速度快這樣種種，都是有助于提高生產(chǎn)效率，有助于現(xiàn)在所提倡的節(jié)能減排，是現(xiàn)今工業(yè)發(fā)展的趨勢。</p><p>　　應(yīng)用在封罐機(jī)上的時

33、候，執(zhí)行封罐動作時，雙缸徑串聯(lián)氣缸的大缸徑伸出，能實(shí)現(xiàn)較大的輸出力，達(dá)到封罐效果，縮回時，小缸徑縮回動作，能有效提高響應(yīng)速度，達(dá)到節(jié)能效果并提高產(chǎn)量。</p><p><b>　　2 方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 確定被封罐的模型</p><p>　　模型為八寶粥罐子，封罐機(jī)的工作是對八寶粥罐子上的塑料蓋子進(jìn)行壓蓋封罐，壓蓋所需

34、力為F=10N。如圖2-1所示。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　2.2 執(zhí)行封罐動作的驅(qū)動方案設(shè)計</p><p>　　由于氣動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失及泄漏較小，成本低廉，因此采用氣動方式作為封罐機(jī)執(zhí)行封罐動作時的驅(qū)動。氣缸采用雙缸徑串聯(lián)氣缸。</p><p>　　2.3

35、控制方案設(shè)計</p><p>　　考慮到封罐機(jī)的通用性，同時使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對封罐機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)封罐機(jī)的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p><b>　　3 氣動系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　3.1 氣動系統(tǒng)的工作原理圖</p><p>

36、<b>　　圖3-1</b></p><p>　　1.氣壓發(fā)生裝置 2.手動截止閥 3.貯氣罐 4.壓力表 5.過濾器 6.減壓閥 7.油霧器 8.消聲器 </p><p>　　9.方向控制閥 10.調(diào)速閥 11.雙缸徑串聯(lián)氣缸 12.邏輯控制原件 13.傳感器</p><p>　　圖3-1的氣動系統(tǒng)工作原理圖為該封罐機(jī)壓蓋封罐部分的氣壓傳動

37、系統(tǒng)工作原理圖。它的氣源是由空氣壓縮機(jī)通過快換接頭進(jìn)入貯氣罐，經(jīng)過濾器、調(diào)壓閥、油霧器等，進(jìn)入系統(tǒng)氣路上的電磁換向閥，以控制氣缸執(zhí)行封罐動作。</p><p>　　3.2 氣動系統(tǒng)所需的主要部件</p><p>　　3.2.1 氣源設(shè)備</p><p>　　產(chǎn)生、處理和儲存壓縮空氣的設(shè)備稱為氣源設(shè)備，由氣源設(shè)備組成的系統(tǒng)成為氣源系統(tǒng)。</p><

38、p><b>　　1.空壓機(jī)</b></p><p>　　空氣壓縮機(jī)（簡稱空壓機(jī)）的作用是將電能轉(zhuǎn)換成壓縮空氣的壓力能，供氣動機(jī)械使用。本系統(tǒng)選用螺桿式空壓機(jī)，輸出壓力為1.0MPa.</p><p><b>　　2.貯氣罐</b></p><p>　　貯氣罐是為了消除活塞式空氣壓縮機(jī)排出氣流的脈動，同時穩(wěn)定壓縮空氣氣

39、源系統(tǒng)管道中的壓力，緩解供需壓縮空氣流量。此外，還可以進(jìn)一步冷卻壓縮空氣的溫度，分離壓縮空氣中所含油份和水分。</p><p><b>　　3.主流道過濾器</b></p><p>　　安裝在主管道路中。消除壓縮空氣中的油污、水分和粉塵等，以提高下游干燥器的工作效率，延長精密過濾器的使用時間。</p><p>　　3.2.2 氣動執(zhí)行元件<

40、;/p><p>　　在氣動系統(tǒng)中，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種傳動裝置，稱為啟動執(zhí)行元件。它能驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動、擺動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或夾持動作。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，我們采用第1章中說明的雙缸徑串聯(lián)氣缸。</p><p>　　3.2.3 氣動控制元件</p><p>　　在氣動控制系統(tǒng)中，用于信號傳感與轉(zhuǎn)換、邏輯控制、參量調(diào)

41、節(jié)等的各類氣動元件統(tǒng)稱為氣動控制元件。它們在氣動控制系統(tǒng)中起著信號轉(zhuǎn)換、邏輯程序控制、壓縮空氣的壓力、流量和方向的控制作用，以保證氣動執(zhí)行元件按照氣動控制系統(tǒng)規(guī)定的程序正確而可靠的動作。</p><p>　　氣動控制元件按其作用可分為方向控制閥、流量控制閥和壓力控制閥三類。</p><p><b>　　1.方向控制閥</b></p><p>　

42、　改變壓縮空氣流動方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動元件（包括執(zhí)行元件和控制元件）的動作或狀態(tài)發(fā)生變化的控制稱為方向控制。實(shí)現(xiàn)該類控制的氣動元件稱為方向控制閥（簡稱方向閥）。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，我們采用雙電控二位五通電磁換向閥Q25D2I-L25T。</p><p><b>　　2.壓力控制閥 </b></p><p><b>

43、　　減壓閥</b></p><p>　　減壓閥是用來調(diào)節(jié)或控制氣壓的變化，并保持降壓后的壓力值穩(wěn)定在需要的值上，確保系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定性的閥類。我們采用QP325-067-P型號的減壓閥。</p><p>　　3.2.4 氣動管路設(shè)備</p><p>　　1.氣動系統(tǒng)管道選擇</p><p>　　氣動系統(tǒng)管道分為軟管和硬管。軟管主要有

44、聚氨酯氣管（PU）、半硬尼龍管（PA）、PVC編制增強(qiáng)氣管、編制橡膠管等。 本系統(tǒng)選用外徑6mm，內(nèi)徑4mm的半尼龍管。</p><p><b>　　2.管接頭</b></p><p>　　常用的管接頭連接型式有卡套式、插入式、卡箍式、快速接頭和回轉(zhuǎn)接頭。接頭的連接方式有過渡接頭、等徑接頭、異徑接頭及內(nèi)外螺紋壓力表接頭等。目前管接頭的螺紋型式有G螺紋、R螺紋及NPT螺

45、紋（美國標(biāo)準(zhǔn)的螺紋）。由于本系統(tǒng)所用的管道為軟管，且不需經(jīng)常拆裝連接處，因此使用密封可靠的卡箍式管接頭。</p><p><b>　　3.消聲器</b></p><p>　　消音器是一種允許氣流通過而且能使聲能衰減的裝置，能夠降低氣流通道上的空氣動力性噪聲。本系統(tǒng)采用多孔擴(kuò)散消聲器。</p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計</p>

46、;<p>　　4.1封罐機(jī)的工藝過程</p><p>　　封罐機(jī)的工作由電機(jī)和氣缸驅(qū)動，它的移動罐子由電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)帶傳動來完成，封罐機(jī)的封蓋動作在氣缸驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)壓蓋封罐動作。分析工藝過程：封罐機(jī)的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動后按扭后，連接在活塞桿的封蓋模從原點(diǎn)→下降→壓蓋→保壓→上升（同時皮帶移動下一個待封罐子進(jìn)入預(yù)定位置）→原點(diǎn),動作完成一個工作周期。封罐機(jī)的封蓋模的下降、上升及皮帶傳動的動作轉(zhuǎn)換，

47、是由相應(yīng)的行程開關(guān)來控制的。</p><p>　　為了滿足自動化生產(chǎn)的要求，封罐機(jī)只設(shè)定了自動工作方式的連續(xù)工作方式。</p><p>　　連續(xù)工作方式：按下按鈕，封蓋模從原點(diǎn)，按步序自動反復(fù)連續(xù)工作，在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)。</p><p>　　正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。封蓋模在完成最后一個周期的工作后，返回原點(diǎn)自動停機(jī)。</p>&

48、lt;p>　　緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時停車。按下緊急停車按鈕，封蓋頭停止在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動回到原點(diǎn)。</p><p>　　4.2 PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　4.2.1確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇PLC型號</p><p><b>　　輸入信號</b></p><p>　　位置檢測信號：下

49、限、上限共 2個行程開關(guān)，需要2個輸入端子。</p><p>　　自動工作：需要啟動、正常停車、緊急停車，需要3個輸入端子。 以上共需要5個輸入信號。</p><p><b>　　輸出信號</b></p><p>　　PLC 的輸出用于控制封蓋模的下降、上升以及電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，共需要3個輸出點(diǎn)。機(jī)械手從原點(diǎn)開始工作，需要一個工作指示燈，也需要

50、 1 個輸出點(diǎn)。所以，至少需要 4個輸出點(diǎn)。</p><p>　　由于封罐機(jī)的控制屬于開關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型號的小型 PLC 均可滿足要求。根據(jù)所需的I/O總點(diǎn)數(shù)并留有一定的備用量，可選用西門子S7-200系列，其集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點(diǎn)。</p><p>　　4.2.2分配 PLC 的輸入/輸出端子</p><p>　　

51、PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖4-1所示，I/O地址分配表如表4.1所示。</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p><b>　　表4.1</b></p><p>　　4.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計</p><p><b>　　圖4-2</b><

52、;/p><p>　　按下SB1封罐機(jī)啟動，氣缸下行進(jìn)行壓蓋封罐動作，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ1時，氣缸下行停止，并進(jìn)行1秒保壓，1秒后氣缸上行，并且電機(jī)啟動，使下一個待封罐子進(jìn)入預(yù)定位置，氣缸上限一段距離后碰到行程開關(guān)SQ2，電機(jī)停止，完成一個周期，且氣缸下行再次進(jìn)行封罐動作。按下SB2氣缸回到原點(diǎn)，并停止工作。</p><p>　　按下SB3，氣缸緊急停止。</p><p>

53、;　　5 雙缸徑串聯(lián)氣缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸計算</p><p>　　氣缸筒采用圓筒形結(jié)構(gòu)，材料采用冷拔鋼管。要求缸筒材料內(nèi)表面有一定的硬度，以抵抗活塞運(yùn)動的磨損。鋼管內(nèi)表面需鍍鉻珩磨氣缸，鍍層厚度0.02mm。缸筒與活塞動配合精度H9，圓柱度公差為（0.02~0.03）/100，表面粗糙度為Ra0.2~0.4μm。缸筒兩段面對內(nèi)孔軸線的垂直度公差為0.05~0.1mm。氣缸筒應(yīng)能承受1.5倍于最高工作壓力條件下

54、的耐壓試驗(yàn)，不得有泄漏。</p><p>　　圖5-1 雙缸徑串聯(lián)氣缸</p><p>　　5.1 活塞桿的輸出推力</p><p>　　根據(jù)壓蓋模壓蓋封罐時所需壓力作為活塞桿的輸出推力F1，因此 </p><p><b>　　F1=10N</b></p><p><b>　　5.2 缸

55、筒</b></p><p>　　5.2.1 大缸缸筒</p><p>　　考慮到空壓機(jī)輸出的空氣在氣動系統(tǒng)的傳輸過程中的少量漏氣現(xiàn)象，因此使氣缸的最大工作壓力p=0.97MPa，又根據(jù)《液壓氣動技術(shù)手冊》中提到的，負(fù)載率β值的大小視負(fù)載的性質(zhì)、活塞的運(yùn)動速度等因素確定，對慣性負(fù)載和氣缸以中等速度云動時，取β值為50%較合理。因此β值取50%。</p><p&

56、gt;　　根據(jù)《液壓氣動技術(shù)速查手冊》表12-2，于是有</p><p><b>　　，</b></p><p>　　又由表12-2中的缸筒內(nèi)徑查國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2348-1993 規(guī)定了氣缸內(nèi)徑尺寸系列，估取D1=160m。</p><p>　　根據(jù)《液壓氣動技術(shù)速查手冊》表12-2，一般氣缸缸筒與內(nèi)徑之比δ/D1≤1/10，</p&

57、gt;<p><b>　　于是有</b></p><p>　　δ≤D1/10=16mm</p><p><b>　　圖5-2 大缸缸筒</b></p><p><b>　　技術(shù)要求：</b></p><p>　　1）加工后的零件不允許有毛刺。</p>

58、<p>　　2）加工面部不允許有銹蛀和影響壽命或外觀的劃傷等缺陷。</p><p>　　3）缸筒兩側(cè)的尖棱用電磨工具磨鈍。</p><p>　　4）缸筒的軸線的直線度不得超過-0.01～+0.02。</p><p>　　5.2.2 小缸缸筒</p><p><b>　　圖5-3 小缸缸筒</b></p&

59、gt;<p>　　小缸缸筒的缸內(nèi)徑D2為大缸筒缸內(nèi)徑D1的3/4，有效提高了氣缸縮回的速度。此缸筒的鏈接方式采用螺紋連接，其他技術(shù)要求與大缸筒相同。</p><p><b>　　5.3 活塞桿</b></p><p><b>　　圖5-4 活塞桿</b></p><p>　　5.3.1 活塞桿的技術(shù)要求&l

60、t;/p><p>　　1）加工后的零件不允許有毛刺。</p><p>　　2）加工面部不允許有銹蛀和影響壽命或外觀的劃傷等缺陷。</p><p>　　3）加工螺紋表面不允許有黑皮、磕碰、亂扣或毛刺等現(xiàn)象。</p><p>　　5.3.2 活塞桿的計算</p><p>　　根據(jù)《液壓氣動技術(shù)速查手冊》第四章中提到氣缸的速度比

61、無要求時，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估取活塞桿直徑d，d=（0.2~0.5）D，因此取d=0.5D1=80mm。又由《液壓氣動技術(shù)速查手冊》表12-2中的活塞桿外徑查國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2348-1993 規(guī)定了氣缸活塞桿外徑尺寸系列，估取活塞桿直徑 d=80mm。</p><p>　　由于所選活塞桿的長度L〈10d，所以不需要校核強(qiáng)度校核，但要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。氣缸承受軸向作用力以后，會產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力FK以后，

62、活塞桿會產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。</p><p>　　活塞桿的細(xì)長比為L/K=327/20=16.35，即,所以</p><p>　　式中 L——活塞桿計算長度；</p><p>　　K——活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，m，實(shí)心桿，</p><p>　　A1——活塞桿截面積；</p>

63、;<p>　　N——系數(shù)，見《液壓氣動速查手冊》表12-8，n=2；</p><p>　　f——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對鋼取f=49×107 Pa；</p><p>　　a——系數(shù)，對鋼取a=1/5000。</p><p><b>　　5.4 活塞的設(shè)計</b></p><p>　　5.4.1 大缸活塞

64、</p><p>　　圖5-5 大缸活塞</p><p>　　1.大缸活塞的厚度計算</p><p>　　根據(jù)《液壓與氣壓傳動》中第五章第三節(jié)中提到，活塞的寬度一般取B=（0.6~1.0）D，于是有B1=96mm。</p><p><b>　　2. 技術(shù)要求</b></p><p>　　1) 活

65、塞外徑(即缸內(nèi)徑）其公差配合取決于所選密封圈:O型為f7,其它橡膠密封時為f8,間隙配合時為g5。</p><p>　　2) 外徑D對活塞桿連接孔d的同軸度誤差不大于0.02mm。</p><p>　　3）兩端面對d的垂直度誤差不大于0.04mm。</p><p>　　4）外徑D的圓柱度、圓度不超過直徑公差的一半。</p><p>　　5）加

66、工后的零件不能有毛刺。</p><p>　　6）加工面不允許有銹蛀和影響壽命或外觀的劃傷等缺陷。</p><p>　　由于大活塞在缸筒內(nèi)壁進(jìn)行來回運(yùn)動，與缸筒間隙配合，所以大活塞外徑為ø160mm。大活塞的內(nèi)孔與活塞桿過盈配合，所以大活塞內(nèi)孔直徑為ø80mm。大活塞與活塞桿的固定使用法蘭進(jìn)行固定。</p><p>　　5.4.2 小缸活塞<

67、/p><p><b>　　圖5-6 小缸活塞</b></p><p>　　由于雙缸徑串聯(lián)氣缸的小缸部分負(fù)載較小，因此小缸活塞厚度為大缸活塞的0.4倍，取B2=40mm.技術(shù)要求與大缸活塞相同。</p><p>　　小缸活塞在缸筒內(nèi)壁進(jìn)行來回運(yùn)動，與缸筒間隙配合，所以小缸活塞外徑為ø120mm。小缸活塞的內(nèi)孔與活塞桿過盈配合，所以大活塞內(nèi)孔

68、直徑為ø30mm。小缸活塞與活塞桿的固定使用法蘭進(jìn)行固定。</p><p>　　5.5 活塞行程的確定</p><p>　　根據(jù)《液壓氣動技術(shù)速查手冊》表12-2中的活塞行程查國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2348-1980規(guī)定了氣缸活塞行程系列，按優(yōu)先次序選用氣缸活塞的行程S=100mm。</p><p><b>　　5.6 耗氣量</b>&l

69、t;/p><p>　　氣缸的耗氣量與其內(nèi)徑、行程、動作時間及從換向閥至氣缸的接管的容積有關(guān)。因從換向閥至氣缸的接管容積往往比氣缸容積小得多，故可忽略不計。壓縮空氣消耗量是在工作壓力下的空氣消耗量，即。</p><p>　　q——每秒鐘壓縮空氣消耗量，m3/s；</p><p><b>　　D——缸徑，m；</b></p><p&

70、gt;　　d——活塞桿直徑，m；</p><p>　　t——?dú)飧讞U伸出時全行程所需時間，s，負(fù)載率為50%時，活塞運(yùn)動速度達(dá)200mm/s。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　設(shè)計本氣缸具有新異的見解和獨(dú)特的設(shè)計思路。在設(shè)計的過程中，雖然我遇到了很多難題，但這些問題在老師的指導(dǎo)下，在我的努力下終于一一被解決。最終

71、，我設(shè)計出了這樣一款新型的氣缸。</p><p>　　這款雙缸徑串聯(lián)氣缸雖然它的結(jié)構(gòu)簡單，但密封性良好，節(jié)約材料，并且在使用上能實(shí)現(xiàn)較大的輸出力，并能有效提高響應(yīng)速度，達(dá)到節(jié)能效果并提高生產(chǎn)效率。這款氣缸相比市面上普通的單缸氣缸或者普通的串聯(lián)氣缸都有這顯著的優(yōu)勢，輸出力大，縮回響應(yīng)速度快，這樣種種都是有助于提高生產(chǎn)效率，有助于現(xiàn)在所提倡的節(jié)能減排，是現(xiàn)今工業(yè)發(fā)展的趨勢。</p><p>　

72、　在做完這個設(shè)計題目之后，我對氣缸具有了更深刻的認(rèn)識和了解。我知道了氣缸的應(yīng)用場合和工作原理，也了解了各部分組成結(jié)構(gòu)。除此之外，還讓我對大學(xué)期間所學(xué)到的知識進(jìn)行了一次全面性的復(fù)習(xí)，并且學(xué)習(xí)到了之前上課沒學(xué)習(xí)過甚至沒聽過的知識，在這次設(shè)計過程中真的是獲益匪淺。</p><p>　　我設(shè)計的這個氣缸還有很多不足之處，有待改善，敬請各位給予指導(dǎo)和修正，讓我的氣缸設(shè)計技術(shù)更加完善、更加成熟。</p><

73、;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]黃健求，樓應(yīng)侯，朱從容，機(jī)械設(shè)計制造技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2011</p><p>　　[2]鄭江，許瑛，機(jī)械設(shè)計，中國林業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3]常治斌，張京輝，機(jī)械原理，北京大學(xué)出版社，2008 </p><p>　　[4]左健民

74、，液壓與氣壓傳動，機(jī)械工業(yè)出版社，2011 </p><p>　　[5]成大先，機(jī)械設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[6]周軍，電氣控制及PLC，機(jī)械工業(yè)出版社，2011 </p><p>　　[7]黃穎為，包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[8]段有艷，圖解PLC機(jī)電控制技術(shù)，中國電

75、力出版社，2010</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　大學(xué)四年的時間不經(jīng)不覺就這么過去了，真是光陰似箭。在這四年，我有著太多的感慨和太多的遺憾。感概的是我這四年里學(xué)到了不少的知識，遺憾的是我學(xué)的并不夠多。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計是在何偉老師的悉心指導(dǎo)以及幫助下完成的。本次設(shè)計從選題、構(gòu)思、資料收集到最后定

76、稿的各個環(huán)節(jié)何老師都給予我細(xì)心指引與教導(dǎo)，從而使我得以最終完成畢業(yè)設(shè)計。同時何老師嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)的是我終生學(xué)習(xí)的楷模，在此表示衷心感謝和崇高的敬意。</p><p>　　在此，我還要感謝在大學(xué)四年里給予我支持和幫助的同學(xué)，正是由于他們的幫助我才能順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計。除此之外，我還要感謝我的班主任張錦榮老師，因?yàn)樵诋厴I(yè)設(shè)計中期，我曾對很難找到相關(guān)資料和模板感到抱怨，但張老師跟

77、我說，這樣更好，因?yàn)樵谶@樣的過程中才能學(xué)到更多的知識，做這樣的畢業(yè)設(shè)計才真正有意義。</p><p>　　最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位師長表示感謝！</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　圖紙1 大缸活塞</b></p><p

78、><b>　　圖紙2 小缸活塞</b></p><p><b>　　圖紙3 小缸缸筒</b></p><p><b>　　圖紙4 大缸缸筒</b></p><p><b>　　圖紙5 活塞桿</b></p><p>　　圖紙6 大缸活塞法蘭

79、</p><p>　　圖紙7 小缸活塞法蘭</p><p><b>　　圖紙8 缸后蓋</b></p><p><b>　　圖紙9 缸前蓋</b></p><p>　　圖紙10 中端缸蓋</p><p><b>　　圖紙11 氣路圖</b>&l