箱體類零件清洗機(jī)設(shè)計(jì)

箱體類零件清洗機(jī)設(shè)計(jì),箱體,零件,清洗,設(shè)計(jì) 箱體類零件清洗機(jī)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 摘要 在影響箱體類質(zhì)量和壽命的諸多因素中，由于箱體類安裝過程中的不清潔而造成磨損或毀壞的情況占較大的比重。為此在發(fā)達(dá)國(guó)家，箱體類在安裝前有嚴(yán)格的清洗工序，對(duì)重要部位的箱體類在各加工工序之間也進(jìn)行清洗。進(jìn)行各零部件的清洗，大大挺高了產(chǎn)品的質(zhì)量。長(zhǎng)期在零件清洗領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位的ODS類清洗工藝由于由于破壞臭氧層而被禁用。隨之，出現(xiàn)一些新型清洗工藝如氯代烴清洗劑、水基清洗劑和碳?xì)淙軇┚懈髯缘娜秉c(diǎn)阻礙了國(guó)內(nèi)清洗工業(yè)的發(fā)展。為此，針對(duì)零件清洗中的以上問題，本文對(duì)碳?xì)淙軇┏暡罢婵崭稍锕に囘M(jìn)行分析研究。本文的主要工作包括一下幾方面： 1、對(duì)箱體類零件國(guó)內(nèi)外清洗行業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳盡的調(diào)查，對(duì)碳?xì)淙軇┳隽溯^為詳盡的分析，并通過清洗對(duì)比試驗(yàn)分析溫度、外加物理力和清洗時(shí)間等因素對(duì)碳?xì)淝逑葱Ч挠绊憽? 2、設(shè)計(jì)一臺(tái)工業(yè)清洗機(jī)，主要應(yīng)對(duì)箱體類的部件，需要有可轉(zhuǎn)動(dòng)180度的轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)可以在在垂直于轉(zhuǎn)臺(tái)軸線方向移動(dòng)500mm，有鼓氣噴頭，氣源壓力為2 Mpa。清洗槽長(zhǎng)寬高為1200x1000x800 mm，有吹干功能，氣源溫升：室溫至80度，工作臺(tái)承載力為1000kg。 3、制定箱體類零件清洗工藝流程，依此設(shè)計(jì)開發(fā)了箱體類零件清洗機(jī)。在清洗機(jī)的研制過程中，根據(jù)碳?xì)淙軇┑男再|(zhì)設(shè)計(jì)了真空系統(tǒng)對(duì)箱體類零件進(jìn)行蒸氣清洗和真空干燥。同時(shí)，提高超聲波作用的效果，設(shè)計(jì)了真空脫氣裝置。 4、根據(jù)清洗機(jī)的控制要求，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)，編寫PLC控制程序。對(duì)清洗機(jī)進(jìn)行調(diào)試，確定其運(yùn)行參數(shù)，保證清洗質(zhì)量。 研究工作證明，將碳?xì)淙軇┡c真空技術(shù)相結(jié)合可以更加充分發(fā)揮清洗優(yōu)勢(shì)。本文的研究成果已經(jīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，箱體類零件清洗機(jī)比過去采用熱風(fēng)干燥工藝清洗機(jī)的清洗時(shí)間提高60%以上。同時(shí)，本研究成果還可以推廣應(yīng)用到其他零件的清洗中。 關(guān)健詞:清洗工藝;箱體類零件;碳?xì)?真空干燥;設(shè)計(jì) Abstract In many factors that affect the quality and longevity of the box-type , the situation due to the box-type installation process of wear or damage caused by dirty accounted for a large proportion . To do this in the developed world , boxlike before installing a strict cleaning process , an important part of the class among cabinet manufacturing processes were also cleaned. Washing the components , the quality of the product considerably pricey . Long dominated the field of ODS class parts cleaning cleaning process due to the destruction of the ozone layer due to be disabled. Following this, some new cleaning processes such as chlorinated hydrocarbon cleaning agents, water-based cleaning agent and a hydrocarbon solvent, have their own shortcomings hinder the development of the domestic cleaning industry. To this end, for parts cleaning in the above problems , this paper hydrocarbon solvent ultrasound and vacuum drying process were analyzed. The main work includes about several aspects : 1 , the status box parts cleaning industry at home and abroad for a more detailed investigation of hydrocarbon solvents do a more detailed analysis , and analysis of comparative tests by washing temperature , plus physical force and cleaning time on the hydrocarbon cleaning effect of. 2 , an industrial cleaning machines designed primarily to deal with box-type parts , need to have a 180-degree rotatable turret , turret can be moved in the vertical axis of the turntable 500mm, with a drum gas nozzle , air pressure is 2 Mpa. Cleaning tank length and breadth of 1200x1000x800 mm, there is drying function , air temperature : room temperature to 80 degrees , the table bearing capacity of 1000kg. 3, the development box parts cleaning process, so the design and development of the box-type parts cleaning machine. In the development process of the washing machine , according to the nature of the hydrocarbon solvents designed vacuum system for prismatic parts for steam cleaning and vacuum drying . Meanwhile , the effect of improving ultrasonic designed vacuum degassing apparatus . 4 , washing machine according to the control requirements , the design of PLC control system, PLC control program writing . Washing machine for debugging , to determine its operating parameters to ensure the quality of cleaning . Studies demonstrated that the hydrocarbon solvent and vacuum technology combines the advantages can be more fully cleaned . Results of this study have been used in actual production , box-type parts cleaning machine cleaning time than in the past using the washing machine hot air drying process increased by more than 60%. Meanwhile, the results of this study can also be applied to other parts of the cleaning . Key words: cleaning process; auto bearing parts; hydrocarbon; vacuum drying; design 1 緒論 1.1 箱體類清洗背景與課題意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，正從一種少數(shù)人才能擁有的奢侈品逐漸進(jìn)入普通百姓的生活。中國(guó)市場(chǎng)十分巨大，吸引了國(guó)際巨頭及國(guó)有及民營(yíng)資本的加入，工業(yè)成為了我國(guó)的一項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)，使科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平得到了顯著的提高。然而，在生產(chǎn)和維修保養(yǎng)過程中需要清洗各類零部件。箱體類被稱為“的關(guān)節(jié)”，一個(gè)國(guó)家箱體類工業(yè)發(fā)展水平的高低，往往代表和制約著工業(yè)及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。然而，上的箱體類都是工作在十分惡劣的條件下，箱體類在機(jī)械加工和運(yùn)輸過程中，其表面都附有許多無機(jī)和有機(jī)物，若不清洗干凈，會(huì)嚴(yán)重的影響成品質(zhì)量或是運(yùn)行的平穩(wěn)性，甚至?xí)p腐蝕箱體類內(nèi)外圈或滾珠，產(chǎn)生故障，給人們的生產(chǎn)生活帶來諸多不便。過去，為了保證運(yùn)輸安全，大批箱體類被更換報(bào)廢，已求得剛質(zhì)量箱體類運(yùn)轉(zhuǎn)，但隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，為保證正常的運(yùn)輸業(yè)務(wù)不受影響，往往建立維修點(diǎn)，對(duì)箱體類進(jìn)行必要的定期的清洗和修復(fù)，以期延長(zhǎng)箱體類的使用壽命，減少箱體類的資金損耗，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，箱體類的清潔度是是箱體類質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一，箱體類的清洗雖不能直接提高箱體類的精度、壽命及其各項(xiàng)性能指標(biāo)，但清潔度將直接影響這些指標(biāo)，也是箱體類精度、壽命、各項(xiàng)性能得以保持的必要條件，隨著對(duì)箱體類質(zhì)量要求的提高，箱體類清洗技術(shù)顯得十分重要。 我國(guó)加入WTO后，國(guó)外越來越多的廠家已經(jīng)落戶中國(guó)，產(chǎn)品質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)和箱體類的開發(fā)、應(yīng)用也勢(shì)在必行，提高箱體類清潔度也可促進(jìn)和改善現(xiàn)有箱體類的清洗技術(shù)和工藝管理水平，同時(shí)也是提高我國(guó)箱體類行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。 此外，為了保護(hù)臭氧層，我國(guó)政府于1989年9月加入了《保護(hù)臭氧層的維也納公約》，1991年6月正式加入了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（倫敦修正案），至2010年完成主要ODS（Ozone Depleting Substance 臭氧層消耗物質(zhì)）生產(chǎn)領(lǐng)域和消費(fèi)領(lǐng)域的淘汰。而多年以來一直以O(shè)DS物質(zhì)為清洗劑的清洗行業(yè)，做為5個(gè)最大的ODS消費(fèi)行業(yè)之一，也面臨著淘汰臭氧層消耗物質(zhì)的任務(wù)和挑戰(zhàn)。 從2003年開始，中國(guó)近20年的履約活動(dòng)已經(jīng)到了國(guó)家履約階段（2003-2011），由于中國(guó)清洗設(shè)備的制造起步較晚，上個(gè)世紀(jì)90年代全國(guó)僅有幾家小型的清洗設(shè)備制造企業(yè)。這些企業(yè)不僅生產(chǎn)加工設(shè)備簡(jiǎn)陋，而且對(duì)替代ODS清洗新工藝的了解和掌握也不夠全面。因此，需要開始使用非ODS清洗劑的新型清洗設(shè)備。 在箱體類行業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)箱體類的質(zhì)量要求越來越高，淘汰ODS清洗技術(shù)勢(shì)在必行的條件下，本課題旨在研究以最新的超聲波技術(shù)和非ODS碳?xì)淙軇榍逑唇橘|(zhì)的箱體類清洗工藝，通過實(shí)驗(yàn)找出最佳的工藝參數(shù)，并將之應(yīng)用到新型的清洗設(shè)備開發(fā)中，以實(shí)現(xiàn)較高的清洗水平，較低的勞動(dòng)強(qiáng)度，環(huán)保以及合理的設(shè)備價(jià)格。綜上所述，本課題具有一定的實(shí)際意義，并具有廣泛的市場(chǎng)需求。 1.2 箱體類清洗技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 由于傳統(tǒng)的箱體類清洗操作簡(jiǎn)單，只是作為依附于生產(chǎn)過程中的一道工序，因此沒有引起廣泛的關(guān)注。20世紀(jì)80年代以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，清洗這一古老而年輕的工藝得到快速發(fā)展。20世紀(jì)90年代，中國(guó)明確產(chǎn)生了清洗行業(yè)這一新概念。進(jìn)入21世紀(jì)，制造業(yè)的高速發(fā)展促進(jìn)了清洗設(shè)備和清洗劑等企業(yè)的快速發(fā)展。 在我國(guó)對(duì)超聲清洗技術(shù)的研究和應(yīng)用始于上世紀(jì)五十年代，幾乎與國(guó)外同步進(jìn)行。當(dāng)時(shí)超聲清洗設(shè)備的核心部件是采用磁致伸縮換能器，超聲頻電源則是電子管器件。到了七十年代，這種換能器逐漸由高率且制作方便的壓電換能器取代，并出現(xiàn)晶體管和晶閘管超聲頻電源，設(shè)備的效率大大提高而體積卻縮小很多。但是，所生產(chǎn)的設(shè)備大多是臺(tái)式、單槽式的超聲清洗機(jī)，使用的清洗介質(zhì)大多是水基清洗液。隨著技術(shù)的進(jìn)步，超聲波清洗技術(shù)的成熟以及新型環(huán)保清洗劑的開發(fā)，越來越多的企業(yè)開始采用新的多缸超聲波清洗技術(shù)來取代舊的清洗方式和清洗設(shè)備。 截至到上世紀(jì)80年代前期，我國(guó)的使用超聲清洗箱體類的單位還為數(shù)不多。上世紀(jì)80年代以后，特別是90年代開始，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及科技的不斷進(jìn)步，尤其是先進(jìn)制造技術(shù)的要求，超聲清洗技術(shù)的研究與超聲清洗設(shè)備的研制得到了迅速發(fā)展研制隊(duì)伍不斷壯大，研制單位不斷增多。90年代后期，國(guó)內(nèi)箱體類清洗已得到箱體類行業(yè)的普遍重視，但各箱體類廠清洗設(shè)備多是品種繁雜的自制專機(jī)，從裝筐分槽浸洗到箱式鏈傳動(dòng)沐浴式清洗機(jī)，由于噴淋壓力較低，大部分只噴淋箱體類一側(cè)，且清洗機(jī)的過濾尚未很好解決，故清洗的清潔度無法控制。 近幾年，新開發(fā)的清潔設(shè)備一般都配設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)的過載保護(hù)、溫控顯示和超溫調(diào)節(jié)、噴淋系統(tǒng)的液位自控、凈化系統(tǒng)的污塞報(bào)警及自凈化等能力，并推廣應(yīng)用PLC控制，以提高清洗機(jī)工作的可靠性。 對(duì)清洗機(jī)劑的選擇，由于國(guó)內(nèi)替代ODS物質(zhì)的工作已經(jīng)步入了實(shí)施階段。近年來由于政府的強(qiáng)烈干預(yù)，各地一些企業(yè)開始充分重視替代ODS物質(zhì)和有毒害物質(zhì)的工業(yè)清洗劑。國(guó)內(nèi)部分企業(yè)摒棄傳統(tǒng)的ODS清洗劑，采用水劑清洗技術(shù)，但是水劑清洗需要解決水劑清洗機(jī)和脫水防銹機(jī)組成連線的問題，同時(shí)，要適應(yīng)脫水防銹劑的機(jī)理和特點(diǎn)，保證箱體類在傾斜脫水過程中，內(nèi)、外圈相對(duì)移動(dòng)數(shù)圈，保持架和內(nèi)外滾道無水劑存留。因此采用水劑清洗技術(shù)的清洗設(shè)備需要采用脫水機(jī)構(gòu)，使得機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，使用水劑清洗還存在廢液處理的問題。 國(guó)外箱體類生產(chǎn)中，對(duì)清洗十分重視，每道工序間及成品都有清洗設(shè)備。21世紀(jì)初，清洗技術(shù)大致分為四種： 噴淋式清洗：這種清洗方法是壓力清洗液通過不同的噴嘴噴淋到工件上，以達(dá)到清洗效果。根據(jù)壓力不同，分為一般清洗和高壓清洗，高壓清洗可對(duì)工件進(jìn)行脫漆、去毛刺處理。根據(jù)水溫的不同，還可分為常溫清洗和高溫清洗。 沉浸式清洗：這種清洗方法是將工件放在清洗液中，通過清洗液的循環(huán)流動(dòng)或清洗液的大流量噴射，對(duì)工件進(jìn)行清洗。 超聲波清洗：該方法是將工件放在清洗液中，用超聲波發(fā)生器對(duì)清洗液產(chǎn)生激發(fā)作用，達(dá)到對(duì)工件的清洗。由于鹵化烴清洗液易污染環(huán)境，現(xiàn)在采用水基清洗劑。 蒸發(fā)脫脂清洗：此方法采用鹵化烴清洗液，使其蒸發(fā)，用其蒸汽達(dá)到對(duì)工件脫脂的目的。 (5)組合式清洗:把各種清洗方式組合起來清洗，例如，超聲波清洗與蒸汽清洗 組合，超聲波清洗與浸洗組合，噴淋清洗與浸洗組合等等。 目前，國(guó)際社會(huì)對(duì)環(huán)保的重視，國(guó)外對(duì)超聲波清洗技術(shù)的研究多數(shù)集中在尋找可以替代傳統(tǒng)的ODS清洗劑的清洗介質(zhì)，并根據(jù)新的清洗介質(zhì)的特性，開發(fā)合適的清洗裝置。ODS替代技術(shù)存在兩種主要發(fā)展趨勢(shì)，一種是以歐美所倡導(dǎo)的使用低破壞臭氧層系數(shù)的清洗劑為主的替代技術(shù)，但是其產(chǎn)品價(jià)格比較昂貴。二是以日本一些公司推崇的碳?xì)淝逑醇夹g(shù)。主要技術(shù)路線是，碳?xì)淙軇├壧細(xì)淝逑丛O(shè)備共同使用，這種模式已經(jīng)被日資企業(yè)所普遍接受國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也正在逐步推廣這種技術(shù)。 1.3清洗介質(zhì)使用現(xiàn)狀 清洗介質(zhì)基本上可以分為兩大類，即有機(jī)溶劑類和水基類。在箱體類清洗行業(yè)，常用到的有機(jī)溶劑類清洗介質(zhì)有汽油、煤油，其價(jià)格便宜，清洗技術(shù)比較成熟，并且對(duì)箱體類制造中常用的油、脂等污染物有良好的溶解、清除能力，所以應(yīng)用范圍很廣;常用到的水基類清洗介質(zhì)主要是水基清洗劑，根據(jù)其添加劑的不同，分為酸性、堿性、表面活性劑類、乳化類、酶類、水類等六類清洗劑，它同樣具有價(jià)格便宜、清洗技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)水溶性類污染物有比較好的溶解能力。 目前，國(guó)際社會(huì)對(duì)環(huán)保的重視，國(guó)外對(duì)超聲波清洗技術(shù)的研究多數(shù)集中在尋找可以替代傳統(tǒng)的ODS清洗劑的清洗介質(zhì)，并根據(jù)新的清洗介質(zhì)的特性，開發(fā)合適的清洗裝置。ODS替代技術(shù)存在兩種主要發(fā)展趨勢(shì)，一種是以歐美所倡導(dǎo)的使用低破壞臭氧層系數(shù)的清洗劑為主的替代技術(shù)，但是其產(chǎn)品價(jià)格比較昂貴。二是以日本一些公司推崇的碳?xì)淝逑醇夹g(shù)。主要技術(shù)路線是，碳?xì)淙軇├壧細(xì)淝逑丛O(shè)備共同使用，這種模式已經(jīng)被日資企業(yè)所普遍接受國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也正在逐步推廣這種技術(shù)。 1.4 研究?jī)?nèi)容 本文依照當(dāng)前國(guó)內(nèi)清洗業(yè)狀況和箱體類制造商的需求，查閱了大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，并據(jù)此將研究重點(diǎn)放在尋求更經(jīng)濟(jì)、更高效、更安全的清洗方式上。本文著重分析了箱體類清洗及干燥工藝，對(duì)碳?xì)淙軇┰诓煌瑴囟认碌那逑戳M(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比研究，并根據(jù)研究結(jié)果設(shè)計(jì)制造了清洗機(jī)，就箱體類零件清洗工藝和清洗機(jī)的重要內(nèi)容作了闡述，主要工作如下: (l)對(duì)箱體類清洗業(yè)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并針對(duì)箱體類零件的污染物對(duì)碳?xì)淙軇┣逑茨芰ψ龀鲋攸c(diǎn)分析。 (2)對(duì)碳?xì)淝逑垂に囎鞒龇治?，制定了清洗工藝流程? (3)利用上述結(jié)果，及通過分析清洗裝置的現(xiàn)場(chǎng)控制需求為箱體類設(shè)計(jì)了一套基于PLC的控制系統(tǒng)機(jī)電一體的自動(dòng)清洗機(jī)。 (4)，重點(diǎn)對(duì)其中的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。 2箱體類清洗機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案 2.1設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一臺(tái)工業(yè)清洗機(jī)，主要應(yīng)對(duì)箱體類的部件，需要有可轉(zhuǎn)動(dòng)180度的轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)可以在在垂直于轉(zhuǎn)臺(tái)軸線方向移動(dòng)500mm，有鼓氣噴頭，氣源壓力為2 Mpa。清洗槽長(zhǎng)寬高為1200x1000x800 mm，有吹干功能，氣源溫升：室溫至80度，工作臺(tái)承載力為1000kg。 2.2總設(shè)計(jì)方案 2.2.1、主要工作原理： 本次清洗機(jī)設(shè)計(jì)為緊湊的單槽清洗，槽長(zhǎng)寬高為1200x1000x800 mm，將工件放置并固定在工作臺(tái)上后分三步進(jìn)行清洗； 第一、前后左右四個(gè)圓柱清洗刷旋轉(zhuǎn)對(duì)工件進(jìn)行洗刷，洗刷夜為談情碳?xì)淙軇? 第二、停止洗刷，用清水對(duì)工件進(jìn)行沖洗； 第三、噴氣嘴吹出80度暖風(fēng)將工件吹干；如此為清洗完成。 2.2.2、工作過程中的關(guān)鍵動(dòng)作： (1)工件旋轉(zhuǎn)180度， （2）轉(zhuǎn)臺(tái)可以在在垂直于轉(zhuǎn)臺(tái)軸線方向移動(dòng)500mm， （3）四個(gè)圓柱清洗刷的旋轉(zhuǎn)。 其中工件旋轉(zhuǎn)180度，也就是轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，此動(dòng)作的執(zhí)行元件：擺式液壓缸和推力球軸承；轉(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)500mm，此動(dòng)作的執(zhí)行元件：滾珠絲杠和滑動(dòng)導(dǎo)軌；四個(gè)圓柱請(qǐng)洗刷的旋轉(zhuǎn)，此動(dòng)作的執(zhí)行元件：調(diào)速電機(jī)，減速器及調(diào)速器。 2.2．3、工作過程： (1)將工件放置并固定到工作臺(tái)上 （2）單手撥動(dòng)按鈕 （3）擋水門自動(dòng)關(guān)閉 （4）圓柱清洗刷開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并有碳?xì)淝逑匆簢姵龅剿⒆雍拖潴w上 （5）工作臺(tái)開始緩慢勻速向右移動(dòng) （6）工作臺(tái)移動(dòng)到有端一固定的位置停止并旋轉(zhuǎn)180度，同時(shí)往回移動(dòng) （7）工作臺(tái)回到初始位置，圓柱清洗刷停止轉(zhuǎn)動(dòng)，噴頭噴出清水，對(duì)工件的每個(gè)部位沖洗 （8）沖洗完成，開始吹干，吹風(fēng)溫度80度 （9）清洗完成，自動(dòng)門打開 （10）取下工件 2.2.4設(shè)備要求 （1）清洗機(jī)采用小范圍移動(dòng)，封閉清洗，配備多個(gè)噴水口和噴氣口 （2）四個(gè)圓柱請(qǐng)洗刷，清洗槽的四個(gè)壁各一個(gè) （3）設(shè)備自動(dòng)擋水門為透明的，開門后不滴水 （4）清洗過程全部由PLC控制，控制面板上有工件計(jì)數(shù)器（可清零），溫度壓縮空氣壓力表，清洗液壓力表 （5）清洗液的過濾采用不銹鋼的濾網(wǎng)，過濾精度20-40um，清洗卸污用帶式去油裝置自動(dòng)動(dòng)除。 （6）加熱裝置，30分鐘內(nèi)清洗液從20度加熱到50度，同時(shí)設(shè)備上加冷凝裝置 3 清洗液碳?xì)淙軇┑倪x擇及主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1清洗液碳?xì)淙軇┑倪x擇 碳?xì)淙軇┲饕煞轂楦呒兌韧闊N碳?xì)浠衔?。以前曾?jiǎn)單地將原油蒸餾得到的煤油餾分直接作為清洗劑，由于它有臭味，易燃以及難于干燥等缺點(diǎn)目前己逐漸不再使用。現(xiàn)在使用的大多數(shù)碳?xì)淙軇┦腔瘜W(xué)合成品或經(jīng)過高級(jí)精煉處理后得到的產(chǎn)品。液態(tài)的碳?xì)浠衔镒鳛閭鹘y(tǒng)ODS清洗劑的一種替代品在日本及其他發(fā)達(dá)國(guó)家己經(jīng)應(yīng)用較多(大約始于上世紀(jì)八十年代)，而在我國(guó)的應(yīng)用還處于起步階段。碳?xì)淙軇┑慕M分從其化學(xué)結(jié)構(gòu)上可以分為正構(gòu)烴系、異構(gòu)烴系、環(huán)烷烴和芳香烴四類烴類化合物。 (l)正構(gòu)烷烴:是結(jié)構(gòu)式為CnH2n+2的飽和鏈烴。直鏈烷烴的穩(wěn)定性好、臭味小。一般是將煤油餾分經(jīng)過分子篩萃取及蒸餾調(diào)整沸點(diǎn)得到的產(chǎn)品。 (2)異構(gòu)烷烴:也是結(jié)構(gòu)式為CnH2n+2的飽和鏈烴。與直鏈的正構(gòu)烷烴相比，異構(gòu)烷烴具有支鏈結(jié)構(gòu)，大多通過合成制得的產(chǎn)品。 (3)環(huán)烷烴:是結(jié)構(gòu)式為CnH2n+2的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的飽和烴，是單純環(huán)狀或含有側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的烷烴。從性能上看它比飽和鏈烴的溶解性能好，但在安定性、臭味方面較差。 (4)芳香烴:是含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔?，?duì)油污溶解力強(qiáng)，由于其對(duì)人體毒性較大所以現(xiàn)在已較少使用。 經(jīng)過研究和實(shí)踐證明在選擇使用碳?xì)淙軇r(shí)一般采用餾程范圍在170~195 ℃，閃點(diǎn)范圍在50~75℃的正構(gòu)烷烴(CnH2n+2)較為科學(xué)，其安全性和干燥得到了優(yōu)化。正構(gòu)烷烴的粘度最低，有微弱氣味，對(duì)人體安全，因此最適合做清洗劑。同時(shí)由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，連續(xù)加熱蒸餾回收后不會(huì)破壞化學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)鐵、銅、鋁、鋅等金屬產(chǎn)生的腐蝕遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于環(huán)烷烴、芳香烴、鹵代烴，而且碳?xì)淙軇┒啻握麴s仍然可以使用，為碳?xì)淙軇┲貜?fù)利用奠定了物質(zhì)條件。圖2.1為碳?xì)淙軇┑恼魵鈮毫η€圖，為真空干燥工藝的研究提供了前提保障。由圖可知碳?xì)淙軇┰诖髿鈮合拢?.1MPa)的沸點(diǎn)為170℃左右，在減壓狀態(tài)下(0.0133MPa)的沸點(diǎn)為110℃左右。而三氯乙烯等鹵代烴溶劑經(jīng)過幾次蒸餾后就不能夠再使用，其原因就在于鹵代烴中的鹵素原子的活性很大，容易被其他原子或原子團(tuán)所取代，例如氯離子被氧離子替代，而發(fā)生了酸敗反應(yīng)，反復(fù)蒸餾使用后洗凈力下降，還會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用。 2.3.2 碳?xì)淙軇┑膬?yōu)缺點(diǎn) 為了便于研究，現(xiàn)將碳?xì)淙軇┳鳛榍逑磩┑膬?yōu)點(diǎn)歸納如下: (l)清洗性能好。碳?xì)淝逑磩┡c大多數(shù)的潤(rùn)滑油、防銹油、機(jī)加工油等油脂同為非極性的石油餾分，碳?xì)淝逑磩┣逑催@些礦物油的的效果要好于水基清洗劑。 (2)蒸發(fā)損失小。碳?xì)淝逑磩┓悬c(diǎn)一般在150℃以上，在使用保管過程中揮發(fā)損失要比沸點(diǎn)在40~80℃的鹵代烴小得多，對(duì)包裝物和設(shè)備的密封要求很低。 (3)無毒。經(jīng)毒理試驗(yàn)，碳?xì)淝逑磩┑奈攵拘?、?jīng)口毒性和皮膚接觸毒性均為低毒，且不屬于致癌物質(zhì)，與鹵代烴相比對(duì)清洗操作人員更安全。 (4)材料相容性好。碳?xì)淝逑磩┲胁缓趾吐?、硫等腐蝕物，對(duì)各種金屬材料不會(huì)產(chǎn)生腐蝕和氧化，對(duì)大部分塑料和橡膠沒有溶解、溶脹和脆化作用，適于清洗帶有保護(hù)層或絕緣表面的零件。 (5)可徹底揮發(fā)，揮發(fā)后沒有殘跡。碳?xì)淝逑磩┦欠浅＜儍舻木迫軇?，在常溫和加溫狀態(tài)下均可完全揮發(fā)，沒有任何殘留。 (6)環(huán)保。碳?xì)淝逑磩┛梢宰匀唤到?，清洗廢液可以放入燃煤或燃油鍋爐中焚燒，焚燒的生成物主要為CO2和水，對(duì)空氣沒有污染。碳?xì)淝逑磩┲胁缓群头?，?duì)臭氧的破壞系數(shù)為零。 盡管碳?xì)淝逑磩┯兄T多優(yōu)點(diǎn)，但與ODS清洗劑相比，其沸點(diǎn)高而閃點(diǎn)低，使得清洗液溫度提升受到較大的限制。更為嚴(yán)重的是，使清洗后零件的干燥速度大大降低，清洗劑的蒸餾再生變得困難。較低的閃點(diǎn)也提高了清洗、干燥和蒸餾再生中的防火要求，常用清洗溶劑沸點(diǎn)和閃點(diǎn)的比較見表2.1。因此科學(xué)的箱體類零件清洗工藝的制定需要解決上述問題，而真空干燥技術(shù)的使用很好的彌補(bǔ)了碳?xì)淙軇┑纳鲜鋈秉c(diǎn)。 2.3.3 碳?xì)淙軇┣逑茨芰Ψ治? 非水系清洗劑的清洗力依賴于溶解作用，碳?xì)淙軇?duì)油脂或油性污染的溶解性的脫脂機(jī)理是相似相溶原則。例如汽油、煤油等碳?xì)浠衔锶菀兹芙庵赜臀酃?，其它低分子的烴類溶劑則易與其結(jié)構(gòu)相近的鹵代烴(四氯化碳、三氯乙烷等)互溶。水能與具有與水相似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)相溶，如水與含有輕基(OH)梭基(COOH)的化合物如R-COOH(低級(jí)脂肪酸)、R-OH(低級(jí)醇)等互溶也是基于此。但實(shí)際情況是很復(fù)雜的，不同種液體間的溶解性還與表面張力、界面張力有密切關(guān)系。碳?xì)淙軇┑那逑葱阅芡ǔＳ靡韵轮笜?biāo)來衡量: (l)苯胺點(diǎn)。苯胺是一種極性有機(jī)物，溶劑越易與苯胺相溶，說明溶劑溶解極性有機(jī)物的能力越強(qiáng)，衡量石油類碳?xì)淙軇?duì)極性有機(jī)物的溶解能力，苯胺點(diǎn)越低表示溶劑對(duì)極性有機(jī)物溶解能力越強(qiáng)。 (2)KB值。是對(duì)樹脂類物質(zhì)溶解力的性能指標(biāo)，KB值越大說明溶劑溶解樹脂的能力越強(qiáng)。作為清洗用溶劑溶解力的判別曾以犬刀值作為指標(biāo)，但犬召值是指對(duì)樹脂類物質(zhì)的溶解性，與對(duì)油性污垢的清洗力并無直接關(guān)系因而難于作為基準(zhǔn)使用。 (3)溶解度參數(shù)SP值。SP值用下式表示: 式中，△E為蒸發(fā)能;V為摩爾體積。 SP值相近的物質(zhì)具有相近的凝集能，因而易于互相溶解，此現(xiàn)象即相似相溶的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的理論基礎(chǔ)。一般碳?xì)淝逑磩┑腟P值為7~8，此值因與機(jī)械加工油、潤(rùn)滑油等油類的SP值(7~8)一致，因此易于將加工后殘留的油污溶解，并且具有很高的清洗力，但它又與樹脂的SP值相距甚遠(yuǎn)，不易侵蝕被清洗部件上的塑料、涂料等材料，因而碳?xì)淙軇?duì)清洗箱體類零件是極為有利的。 3.2 旋轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)要求可知，工作臺(tái)承載力為1000KG，這里轉(zhuǎn)速我選擇20r/min，取工件直徑為600mm，材料為鑄鐵，則可得出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 回轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)液壓缸，它的原理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè).當(dāng)油液從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的油從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。單葉液壓缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為: 或 4.2.3回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 a.尺寸設(shè)計(jì) 氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,氣缸內(nèi)徑為=96mm,半徑,軸徑=26mm,半徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間=0.1s, 壓強(qiáng), 則力矩： b.尺寸校核 （1）工件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 設(shè)工作臺(tái)的質(zhì)量為10,質(zhì)量分布于長(zhǎng)的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。 3.2 滾珠絲杠計(jì)算校核 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為清洗機(jī)，所以這里滾珠絲杠外置，再用連桿倒入工作臺(tái)，具體倒入方式圖中會(huì)表達(dá)出來。 選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為： 磨制絲杠(右旋) 軸承到螺母間距離(臨界長(zhǎng)度) ln = 1100mm 固定端軸承到螺母間距離 Lk = 1100mm 設(shè)計(jì)后絲杠總長(zhǎng) = 1500mm 最大行程 = 1100mm 工作臺(tái)最高移動(dòng)速度 Vman = 0.5（m/min） 壽命定為 Lh = 24000工作小時(shí)。 μ= 0.1 （摩擦系數(shù)） 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 nmax = 6000 （r/min） 定位精度： ??最大行程內(nèi)行程誤差 = 0.035mm ??300mm行程內(nèi)行程誤差 = 0.02mm ??失位量 = 0.045mm 支承方式為(固定—支承) W = 200kg （工作臺(tái)重量+載物重量） g=9.8m/sec2(重力加速度) I=1 (電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比) Fw=μ×W ×g = 0.1×200×9.8 ≈ 196N(摩擦阻力) Fa --- 軸向載荷 （N） F --- 切削阻力 （N） Fw --- 摩擦阻力 （N） 從已知條件得絲杠編號(hào)： 此設(shè)計(jì)絲杠副對(duì)剛度及失位都有所要求，所以螺母選形為：FDG（法蘭式雙螺磨制絲杠） 計(jì)算選定編號(hào) 導(dǎo)程 = 500/50=10mm 選擇導(dǎo)程：Pho =12(mm) 平均轉(zhuǎn)速 Nm=8.3mm/s 時(shí)間壽命與回轉(zhuǎn)壽命 =24000×50×60 =72000000轉(zhuǎn)次 額定動(dòng)載荷 以普通運(yùn)動(dòng)時(shí)確定fw取 1.4 Ca=Fm*fw*3L106 =1141.5N 得：額定動(dòng)載荷 Ca≥1141.5 以Ca值從FDG系列表及（絲杠直徑和導(dǎo)程、絲杠長(zhǎng)度表）中查出適合的類型為： 公稱直徑： d0=32mm 絲杠底徑： d0=27.3mm 導(dǎo)程：Pho=10mm 循環(huán)圈數(shù)：3 額定動(dòng)載荷為：25700N。 絲杠編號(hào)： FFZD3210-3 預(yù)緊載荷 Fao = Fmax/3=900/3 ≈ 300 N 絲杠螺紋長(zhǎng)度 Lu=L1-2Le L1=Lu+2Le =1100+2×40=1180mm 絲杠螺紋長(zhǎng)度不得小于1180mm加上螺母總長(zhǎng)一半84mm(從系列表中查出螺母總長(zhǎng)168mm)。 得絲杠螺紋長(zhǎng)度 ≥ 1264m。 在此取絲杠螺紋長(zhǎng)度 L1=1300mm 則軸承之間的距離Ls=1300mm 絲杠公稱直徑 公稱直徑由允許工作轉(zhuǎn)速與工作容許軸向載荷來推算得出。 臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速： nkper≤0.8×nk nk ≥ nkper/0.8 以安裝形式確定fnk 取18.9。 nk=fnk*d2Ln2*107=>d2=nk*Lnfnk*107 =5000*1100218.9*107 =0.32 可知絲杠螺母底徑大于? 0.32；當(dāng)Pho=10(mm)、最高轉(zhuǎn)速達(dá)到50（r/min） 時(shí)，系列表中適合的公稱直徑d0≥0.32mm 。上述由額定動(dòng)載荷Ca 求得的公稱直徑 d0=32mm>0.32 ，滿足條件，否則公稱直徑還應(yīng)加大。 絲杠編號(hào)：FFZD3210-3 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 選定初始條件：失位量 = 0.045mm。 滾珠絲杠系統(tǒng)之間各元部件（絲杠、螺母、支承軸承），在此設(shè)為：0.04mm。 此時(shí)滾珠絲杠系統(tǒng)各元部件單邊彈性變形量為：0.02mm。 此時(shí)軸向載荷900N。絲杠剛度 當(dāng)Ls1=Lk，Rs 為最小，一般情況下計(jì)算最小剛度值。 Rs=900*(d0-0.707Dw)2Ls1 =900*(32-0.707*7.144)21100 =594N/μm δ = Fa/Rs =900/594≈1.5μm 螺母剛度 在此預(yù)緊載荷為額定動(dòng)載荷的10%，螺母剛度從表中查出 R=2128N/μm 從表中查出額定動(dòng)載荷Ca=25700N,在此ε取0.1． Rnu=0.8*R*(Faoε*Cu)1/3 Rnu=0.8*2128*(3000.1*25700)1/3 =832N/μm δnu=Fa/Rnu =900/832 ≈1.08μm 支承剛度 支承軸承剛度RaL可從軸承生產(chǎn)廠產(chǎn)品樣本中的查出。 在此RaL=1020N/μm RaL=Fa/δaLδaL=Fa/RaL = 900/1020 ≈ 0.99μm 軸向總剛度 1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL =1/594 + 1/832 + 1/1020 Rtot≈263N/μm 總彈性變形量(單邊) δtot = δs + δnu + δaL =1.5 +1.08+0.88 =3.46μm ≤ 20μm，合格。 從絲杠軸向總剛度的問題上來講，絲杠的剛度有時(shí)比螺母的剛度重要，最佳提升剛性的方法是提高絲杠的剛度，而不是在螺母上施加太重的預(yù)緊載荷(預(yù)緊載荷最高為額定動(dòng)載荷的10%)，如果將絲杠的安裝方式改為（固定-固定）式，軸向總剛度的最小剛度Rtot≈305N/μm 、總彈性變形量(單邊)δs=6.7μm 。 電機(jī)的選定 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Fa為勻速情況下軸向載荷900N。 Mta=Fa*Pho2000*π*η =900*102000*π*0.9 =15.9Nm Fa為最大加速情況下軸向載荷900N。 Mta=Fa*Pho2000*π*η =900*102000*π*0.9 =15.9Nm 由預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 在此 Kp 取 0.18 Mte=Fa*Pho*Kp2000*π*η =300*10*0.182000*π*0.9 =0.095Nm 在精確設(shè)計(jì)中要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩(如：加速度時(shí)之負(fù)載轉(zhuǎn)矩及馬達(dá)所負(fù)荷的總慣性矩等)。 I = 1 （電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比） 平均速度時(shí)最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mt1=Mta+Mte=15.9+0.095≈16Nm 在此馬達(dá)轉(zhuǎn)速最高設(shè)計(jì)為50r/min 電機(jī)功率最大為W=FV=900*0.083=75w 這里為了更安全選擇功率為90w，最高轉(zhuǎn)速為6000的可調(diào)速電機(jī) 則選用電機(jī)型號(hào)為GV-28-550-3-S且加調(diào)速器，最后設(shè)置為能使速度在0到100轉(zhuǎn)之間任意調(diào)節(jié) 檢校 絲杠理論容許軸向載荷 以安裝形式確定fFk 取20.4 Fk=fFk × d24/Lk2 ×104 =20.4×27.34/11002×104 ≈93647N 絲杠工作容許軸向載荷 Fkzul = Fk/2 =93647/2≈46823N 最大軸向載荷25700小于絲杠工作容許軸向載荷，合格。 臨界轉(zhuǎn)速 以安裝形式確定取18.9 nk=fnk×d/ Ln2 ×107 =18.9×27.3/ 11002×107≈4264.2r/min 允許工作轉(zhuǎn)速 nkper ≤ 0.8 × nk =0.8 × 4264，2 ≈ 3411 r/min 最大運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速50小于允許工作轉(zhuǎn)速，合格。 4 箱體類清洗機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 氣壓傳動(dòng)及控制亦稱氣動(dòng)技術(shù)，是指以壓縮空氣為動(dòng)力源和工作介質(zhì)來進(jìn)行能量和信號(hào)曲傳遞，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的一門技術(shù)，目前己被全球各個(gè)工業(yè)部門所接受并得到廣泛應(yīng)用。 氣壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn): (l)以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣可排到大氣中，處理方便，不必設(shè)置回收空氣的容器和管道。 (2)由于空氣的粘度很小(約為液壓油動(dòng)力粘度的萬分之一)，其流動(dòng)阻力損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。 (3)與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。 (4)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、震動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。 (5)成本低，過載能自動(dòng)保護(hù)。 同時(shí)氣壓傳動(dòng)又具有一下缺點(diǎn):工作平穩(wěn)性稍差;工作壓力較低(一般為0.3~1.0MPa);噪聲較大，在排氣時(shí)應(yīng)加消音器;氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)，比電子及光速慢，因此氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜于元件級(jí)數(shù)過多的復(fù)雜回路。通過以上對(duì)氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)分析，根據(jù)箱體類零件清洗機(jī)防火防爆的要求，選擇安全性強(qiáng)、無污染危害、價(jià)格合理的氣壓傳動(dòng)作為清洗機(jī)執(zhí)行部件的動(dòng)力源是比較理想的。 4.1.2氣缸的選用 氣缸是根據(jù)主機(jī)需要進(jìn)行選用的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)氣缸。 (l)安裝形式的選擇:安裝形式由安裝位置、使用目的等因素決定。本課題采用的氣缸用固定式安裝方式:前法蘭(MF1式)、后法蘭’(MF2式)。 (2)氣缸的輸出力:根據(jù)工作機(jī)構(gòu)所需力的大小，考慮氣缸載荷率確定活塞桿上的推力和拉力，從而確定氣缸內(nèi)徑。 對(duì)于普通雙作用氣缸無桿腔為工作腔時(shí)理論拉力F0為: 式中，D——缸徑(m); P——?dú)飧椎墓ぷ鲏毫?Pa)。 普通雙作用氣缸有桿腔為工作腔時(shí)理論拉力F0為: 式中，d一一活塞桿缸徑(m)。 在考慮到活塞桿和活塞本身的摩擦力影響的情況下，實(shí)際輸出力要以氣缸效率來修正，若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高，其載荷率一般取η=0.3~0.5，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。若氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷可取η=0.7~0.85。 (3)氣缸行程:氣缸(活塞)行程與其使用場(chǎng)合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下應(yīng)使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于加緊等機(jī)構(gòu)，為保證加緊效果，必須按計(jì)算行程多加10~20mm的行程余量。 (4)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度:主要有所驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)的需要來確定。要求速度緩慢、平穩(wěn)時(shí)，宜采用氣液阻尼缸或采用節(jié)流調(diào)速。根據(jù)以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)及各自工作的工況，選擇所需要的氣缸見表4.1: 4.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.2.1 控制需求 設(shè)備要實(shí)現(xiàn)既定的功能，就需要與之相匹配的控制系統(tǒng)?；谙潴w類零件清洗工藝設(shè)計(jì)的清洗機(jī)PLC控制系統(tǒng)屬單機(jī)控制系統(tǒng)，PLC的主要作用是用軟件和內(nèi)部邏輯取代了繼電器控制系統(tǒng)中的定時(shí)器、記數(shù)器和其他單個(gè)設(shè)備。箱體類零件在清洗時(shí)需要經(jīng)過刷洗，沖洗，吹干等多個(gè)工序，每個(gè)工序都有各自的動(dòng)作，而且在各工序之間有相互聯(lián)系，于是就涉及到各個(gè)工位動(dòng)作的控制，另外，由于碳?xì)淙軇┑奶攸c(diǎn)，需要對(duì)各清洗槽的溫度，儲(chǔ)液箱的液位、溫度進(jìn)行監(jiān)視和控制。同時(shí)，清洗液循環(huán)泵及超聲波的工作狀態(tài)、自動(dòng)消防系統(tǒng)的啟動(dòng)等多個(gè)方面都需要控制系統(tǒng)的參與。具體來說控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn): (l)氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作控制:由于使用碳?xì)淙軇┯蟹阑鸱辣囊螅郧逑礄C(jī)的內(nèi)部動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，是由氣動(dòng)系統(tǒng)來完成的。氣動(dòng)系統(tǒng)主要用以實(shí)現(xiàn)零件清洗的節(jié)拍控制，工位動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)及工位間的轉(zhuǎn)換，這些目的是通過對(duì)各個(gè)氣缸、等待時(shí)間以及位移距離的控制來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的控制是控制系統(tǒng)的主要任務(wù)之一。 (2)液位控制:各儲(chǔ)液箱對(duì)碳?xì)淝逑匆旱囊何挥幸?，需用液位?jì)來實(shí)時(shí)檢測(cè)，一旦液位低于或者高于設(shè)定值，控制系統(tǒng)要立即發(fā)出指令，進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)液或者排液操作，必要時(shí)停掉相關(guān)器件。 (3)溫度控制:碳?xì)淙軇┰诩訜嵴麴s時(shí)需要對(duì)導(dǎo)熱油溫度和蒸氣溫度進(jìn)行監(jiān)控;另外，各儲(chǔ)液箱由于碳?xì)湔魵饫淠鬁囟容^高，在冷卻系統(tǒng)冷卻的同時(shí)需要控制系統(tǒng)的監(jiān)控來將清洗液控制在適宜溫度，一般在35℃以下;在超聲波空化作用下，清洗液的溫度會(huì)有所升高，所以也需要對(duì)其進(jìn)行控制。 (4)故障自動(dòng)監(jiān)測(cè):當(dāng)清洗過程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)要立即通過燈塔、報(bào)警器作出報(bào)警提示，并視危險(xiǎn)程度來采取相應(yīng)措施，較輕微的故障僅對(duì)操作者提示，指導(dǎo)其排除故障即可;對(duì)于較嚴(yán)重的故障要停止對(duì)故障環(huán)節(jié)的輸出;對(duì)于非常嚴(yán)重的故障來說，需要作出復(fù)位機(jī)器或者停機(jī)等處理。 (5)手動(dòng)調(diào)試控制:為了方便調(diào)試和故障檢測(cè)，需要對(duì)機(jī)器增加手動(dòng)調(diào)試部分。因此，控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)部分的手動(dòng)調(diào)試。 4.2.2 控制器的選擇 本機(jī)選擇可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的核心。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 歸納起來，PLC主要特點(diǎn)有:可靠性高，抗干擾能力強(qiáng);適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活;編程方便，易于使用;功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng);PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便;維修方便，維修工作量少;PLC體積小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，適合非標(biāo)設(shè)備的開發(fā)。 4.2.3 傳感器的選擇 設(shè)備的自動(dòng)控制離不開先進(jìn)的傳感技術(shù)，傳感器作為自動(dòng)控制的重要部分，有著不可或缺的作用。傳感器的需求主要集中在兩個(gè)方面:設(shè)備運(yùn)行控制的需求和設(shè)備安全控制的需求，出于控制的需要，有些傳感器需要同時(shí)滿足這兩個(gè)需求。 (l)設(shè)備運(yùn)行控制所需傳感器 設(shè)備運(yùn)行過程中，氣缸、傳送帶動(dòng)作的控制離不開傳感器的作用。在動(dòng)作控制方面，主要用到的傳感器為磁傳感器、光纖傳感器。磁傳感器主要用于氣缸方面，也叫磁性開關(guān)，主要用來檢測(cè)氣缸是否到位，PLC根據(jù)磁傳感器的信號(hào)來決定電磁換向閥的通斷，從而控制氣缸的動(dòng)作。光纖傳感器通過確定清洗筐是否到位，控制入料、出料傳送裝置的運(yùn)停，此外，光纖傳感器的信號(hào)與氣缸是否動(dòng)作有直接關(guān)系，只有在光纖傳感器確認(rèn)入料到位或者出料到位后，氣缸才可以動(dòng)作，否則會(huì)出現(xiàn)空抓或者壓筐等現(xiàn)象。 (2)設(shè)備安全需求所需傳感器 設(shè)備安全需求所需傳感器主要包括溫度傳感器、液位傳感器、壓差傳感器、真空傳感器、消防傳感器等。本設(shè)備溫度的控制主要包括超聲清洗槽液溫、漂洗槽液溫、干燥槽上蓋和槽內(nèi)溫度、汽液分離器溫度、蒸餾機(jī)油溫和液溫等:使用的是模擬量傳感器，利用PLC的模擬量模塊來處理數(shù)據(jù)，可以得到精度較高的實(shí)時(shí)溫度值，可以依據(jù)其溫度值判斷冷水機(jī)、蒸餾機(jī)是否在正常工作，碳?xì)淙軇┑囊簻厥欠裨诎踩秶鷥?nèi)等。 液位傳感器的作用主要是監(jiān)控溢流箱、儲(chǔ)液槽、汽液分離器、真空脫氣槽、干燥槽緩液箱等的液位情況，使清洗液在清洗過程中不會(huì)溢出，也不會(huì)在缺液的情況下設(shè)備繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，有的液位傳感器還要滿足控制的需求，兼有安全和控制兩個(gè)需求。 壓差傳感器主要用于檢測(cè)各濾芯兩側(cè)的壓差，從而判斷濾芯的堵塞情況，一旦壓差超過設(shè)定值，設(shè)備會(huì)進(jìn)行報(bào)警，并且觸摸屏故障檢測(cè)畫面會(huì)顯示故障濾芯所在的位置，此時(shí)要停機(jī)清理或者更換相應(yīng)的濾芯。 消防傳感器的主要作用是設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時(shí)，發(fā)出信號(hào)給消防控制盤，消防控制盤控制消防啟動(dòng)瓶，啟動(dòng)CO2消防罐進(jìn)行自動(dòng)滅火。需要特別說明的是，發(fā)生火災(zāi)屬于極端情況，為做好預(yù)防工作，本設(shè)備特別安裝了氣體濃度傳感器，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦氣體濃度超過安全值，設(shè)備會(huì)報(bào)警停機(jī)，這時(shí)可以由工作人員檢查氣體濃度過高的原因，避免火災(zāi)的發(fā)生。 4.2.4 I/O分析 考慮I/O點(diǎn)數(shù)的范圍，成本的要求，本文選擇三菱FX2N整體式PLC。整體機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，缺點(diǎn)是輸入輸出口配置數(shù)量固定。為了克服整體機(jī)的缺點(diǎn)，使其應(yīng)用更加靈活，整體機(jī)配接各種擴(kuò)展模塊或稱擴(kuò)展單元，如圖4.3所示。 從控制功能及所控制的部件分析，根據(jù)所需I/O點(diǎn)數(shù)選擇PLC模塊見表4.2，由于本清洗機(jī)需要點(diǎn)數(shù)較多，因此選用了1個(gè)基本模塊和1個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊。清洗機(jī)PLC模塊實(shí)物圖如圖4.4所示 4.3.1 清洗參數(shù)的確定 以計(jì)算所得的參數(shù)為參照和依據(jù)，根據(jù)實(shí)際清洗效果，對(duì)設(shè)備進(jìn)行不斷調(diào)試，最終確定了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)如下。 每清洗筐可清洗箱體類零件重量最大為80kg，依此運(yùn)行參數(shù)計(jì)算，若采用流水線清洗，平均每清洗一筐所需要的時(shí)間大約在5分鐘左右。 4.3.2 設(shè)備運(yùn)行效果 (l)清洗效果 清洗效果的指標(biāo)主要為兩個(gè)方面:潔凈度和干燥效果。前文已經(jīng)論述過，本設(shè)備的設(shè)計(jì)目的和作用是除去箱體類零件表面的所有油污，并且最終實(shí)現(xiàn)完全干燥，滿足后續(xù)的工序的要求。 一是采用擦拭法，就是用白紙、濾紙、白綢布來擦拭工件表面，用肉眼觀察潔凈度情況。根據(jù)客戶方要求，箱體類零件清洗完畢后，表面不能有任何油污存在，但允許有少量的不溶性微小顆粒附著，經(jīng)過人工擦拭，可以輕松去除。如圖4.17所示，為箱體類外圈清洗前后的實(shí)物對(duì)比，清洗前，箱體類外圈的表面尤其是內(nèi)表面油污明顯，清洗后，只有一些不溶性固體顆粒附著，客戶方驗(yàn)收人員用濾紙擦拭，可以清洗將其去除，得到光亮潔凈的表面。 二是采用染色法，就是將非油溶性染料涂到箱體類表面，尤其是溝槽等容易有污物積留的地方，如果表面有油污存在，則染料不能涂到箱體類表面上?？蛻舴津?yàn)收人員在染色過程中，沒有發(fā)現(xiàn)有油污斑點(diǎn)存留。 箱體類零件的干燥效果也可以通過上述兩種方法檢測(cè)，箱體類零件在經(jīng)過真空干燥后，達(dá)到了完全干燥，得到了客戶方驗(yàn)收人員的肯定。在設(shè)備調(diào)試過程中，我方人員采用觀察法觀察干燥的效果，如圖4.18所示，為箱體類零件在干燥開始前和結(jié)束后，通過干燥槽觀察窗拍下的實(shí)物圖片，很明顯的看到，在干燥前箱體類零件和清洗筐上有很多的清洗液殘留，而清洗后，己經(jīng)觀察不到任何的清洗液殘留。 (3)控制效果 前文多次論述，碳?xì)淙軇╅W點(diǎn)較低，所以設(shè)備在調(diào)試運(yùn)行中，還要特別注意冷水系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等的運(yùn)行情況，如表4.4所示，為清洗機(jī)在調(diào)試運(yùn)行過程中，各液槽及冷水的溫度監(jiān)控情況。 從上表可以看出，各溫度監(jiān)控值均在安全范圍之內(nèi)，在設(shè)備調(diào)試運(yùn)行中，真空度顯示值、蒸餾液溫升值均與理論值相符合;可燃?xì)怏w濃度顯示一直為零，設(shè)備運(yùn)行安全可靠。 4.4 本章小結(jié) 本章首先根據(jù)箱體類零件清洗機(jī)的特點(diǎn)選擇氣壓傳動(dòng)作作為其執(zhí)行部件的動(dòng)力源，對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其次，分析清洗機(jī)的控制需求，并依此選擇了以三菱 FX2NPLC為中心的現(xiàn)場(chǎng)控制方案，制訂了控制流程圖并編寫了PLC自動(dòng)和手動(dòng)部分的程序，實(shí)現(xiàn)了清洗機(jī)的控制要求。