畢業(yè)設計（論文）-易拉罐有償回收裝置結構設計

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1、 畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計(論文)題目：易拉罐有償回收裝置結構設計 　　　　　　　　 學生姓名： 指導教師： 二級學院： ?！　I(yè)： 班　　級： 學　　號： 提交日期： 年 月 日 答辯日期： 年 月 日

2、 XXXX學院學士學位論文 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 1 緒 論 5 1.1 引言 5 1.2 研發(fā)背景及意義 5 1.3 易拉罐有償回收裝置的基本設計思路及關鍵技術 7 1.3.1 易拉罐有償回收裝置的功能 7 1.3.2 推送紙巾功能簡介 7 2 總體方案設計 8 2.1易拉罐有償回收裝置的基本設計思路 8 2.2總體結構布局設計 8 2.3總體控制方案設計 9 2.4識別裝置

3、的設計 10 2.4.1易拉罐參數(shù)測量 10 2.4.2識別分離結構設計 10 2.5沖壓機構的設計 11 2.5.1沖壓機構初步選擇 11 2.6推送機構的設計 11 2.7紙巾推送機構的設計 12 3 機械設計的計算 13 3.1沖壓機構的設計計算 13 3.1.1 曲柄壓力機的結構 13 3.1.2 曲柄壓力機傳動級數(shù)及速比的分配 13 3.1.3 傳動系統(tǒng)設計 14 3.1.4 齒輪的計算 19 3.1.5 連桿及滑塊的計算 21 3.1.6 滑塊的確定 23 4 電機選型 24 4.1 電機選型分析 24 4.2 功率計算 24 4.3 電機轉矩計

4、算 28 5 控制系統(tǒng)的設計 30 5.1 硬件設計 30 5.1.1 PLC選型 30 5.1.2 PLC電路設計分配 31 5.2 軟件設計 32 5.2.1 梯形圖 32 結 論 33 參 考 文 獻 34 致 謝 35 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 35 金陵科技學院學士學位論文 摘要 易拉罐有償回收裝置結構設計 摘 要

5、制成易拉罐的材料主要是鋁合金。近些年國內外易拉罐的用量迅猛增長，易拉罐再生冶煉的利潤空間大增。如今國內廢舊易拉罐的回收呈無序狀態(tài)，再生冶煉設備和工藝非常落后，迫切需要一種新型的易拉罐回收裝置改變這一現(xiàn)狀。本課題直指再生冶煉的源頭，通過壓實技術將易拉罐壓縮儲存，通過PLC控制,易拉罐有償回收裝置為再生金屬的冶煉提供了高純度、易于加工的原材料。該裝置集識別、壓縮、儲存等功能于一身。其體積小，應用范圍廣，可放置于商超，機關，學校種人流量多的場合。 關鍵詞：廢舊易拉罐；回收；金屬分離；再生冶煉 金陵科技學院學士學位論文

6、 Abstract Structural design of a repaid recovery device for a tank Abstract The main material for making a can is aluminum alloy. In recent years, the quantity of the cans at home and abroad has increased rapidly, and the profit space for the reg

7、enerative smelting of the cans has increased greatly. Nowadays, the recycling of domestic waste cans is in a disordered state, and the equipment and technology of regenerative smelting are very backward. There is an urgent need for a new pop cans recycling device to change this situation. This topic

8、 is directed at the source of regenerative smelting, and compressed storage can be controlled by compaction technology. Through PLC control, the compensable recovery device of cans can provide high purity and easily processed raw materials for smelting of regenerated metal. The device has the functi

9、ons of recognition, compression, storage and so on. Its small size, wide range of applications, can be placed in the business super, the office, the school has a lot of people flow. Key words: Ubc; Recovery; Metal separation; Regenerative smelting 金陵科技學院學士學位論文

10、 第1章 緒論 1 緒 論 1.1 引言 近年來，鋁已成為世界上應用最為廣泛的金屬之一。在建筑業(yè)上，由于鋁在空氣中的穩(wěn)定性和陽極處理后的極佳外觀而受到很大應用；在航空及國防軍工部門也大量使用鋁合金材料；在電力輸送上則常用高強度鋼線補強的鋁纜；集裝箱運輸、日常用品、家用電器、機械設備等都需要大量的鋁。而改革開放以來，中國鋁工業(yè)取得了長足發(fā)展，已成為世界鋁工業(yè)大國，形成了從鋁土礦、氧化鋁、電解鋁、鋁加工、研發(fā)為一體的比較完善的工業(yè)體系。因此中國鋁及其合金有廣闊的消費前景。但與此同時，隨著中國經(jīng)濟不斷地飛速發(fā)展，中國關

11、于鋁環(huán)境污染愈來愈嚴重，環(huán)保問題已經(jīng)引起國家領導人的重視。因為鋁雖然有很大的用處，但對人體卻是有害的，會造成記憶力衰退。所以廢品回收已經(jīng)成為環(huán)境保護的一種重要措施，而以易拉罐為主的可利用鋁回收就是其中重要的一部分。因此，易拉罐的再生利用也保持著強勁的持續(xù)發(fā)展勁頭。尤其在近幾年人們對廢舊物品再利用意識越來越強，節(jié)約能源、節(jié)約資源以及保護環(huán)境的社會輿論日趨高漲，但是回收和利用卻沒有引起相關部門的充分重視。我國對易拉罐的回收既沒有專門的法規(guī)，也沒有相關的促進政策。易拉罐是一種常見的日用消耗品，用過即廢。據(jù)了解，不包括進口的那部分易拉罐，我國每年至少產生八萬噸廢易拉罐，總量可超過二十萬噸。眾所周知，易

12、拉罐所用的材料是一種檔次較高的鋁合金。這樣的情況下，如若不加以回收或任其流落街頭巷角，結果不但對環(huán)境造成污染而且對資源也是一種極大的浪費。 1.2 研發(fā)背景及意義 易拉罐回收機在國外很早就出現(xiàn)了，技術也比較成熟。易拉罐回收機提高了回收效率，自動接納鋁罐，拒收馬口鐵罐、玻璃瓶或其他東西。它可以打印出回收數(shù)量、類型、生產廠家等信息報表，易拉罐在機內被壓扁或粉碎儲存。目前西方已有1.5萬多臺投入使用，安裝在零售商店和公共場所，其中主要分布在挪威、美國、法國等，瑞典有5000多臺。但國內同類型產品起步晚，技術大多借鑒國外。另外，國內這種類型的自動有償回收機普及率不高，只在小數(shù)大城市的小數(shù)地方使用。

13、普及率不高的主要原因是設備成本高。所以研制出一種成本較低的易拉罐自動回收機就十分必要了。因為這不僅可以調動起廣大市民的環(huán)保意識，而且還可以為中國的鋁工業(yè)的發(fā)展作出自己的一份力量。 隨著生活水平的提高, 可回收生活垃圾( 如PET 塑料、 鋁制易拉罐等) 越來越多. 目前國內的處理方式, 主要以城市環(huán)衛(wèi)機構和小販的上門收購為主, 回收效率低下. 因此, 高效、 科學、 智能、 自動化程度高的回收裝置的研發(fā)迫在眉睫。 鋁及其合金是經(jīng)濟建設的重要原料，廣泛應用于機械、建筑、汽車、飛機、家電和包裝材料等行業(yè)。80年代之后，全世界鋁工業(yè)發(fā)展很快，產量已居有色金屬之首，2017年原鋁產量已達到3987

14、萬噸，消費量已達2689萬噸。? 原鋁工業(yè)雖然發(fā)展很快，但也受到建設周期長、投資大、能耗高、污染嚴重等問題的約束。為彌補原生鋁發(fā)展的不足，滿足日益增長的市場需求，各國都非常重視再生鋁的發(fā)展，再生鋁及其產品已經(jīng)廣泛用于各工業(yè)領域。 我國對易拉罐的回收沒有專門的法規(guī)，也沒有專門的促進政策，但由于鋁的價值較高，所以各地均有自發(fā)形成的廢舊物資收集人群，他們承擔了廢易拉罐的回收，并轉售給回收站。國是世界上廢易拉罐回收率最高的國家，幾乎沒有浪費。同時，我國又是世界上廢易拉罐利用檔次較低的國家，回收的廢易拉罐（包括進口的廢易拉罐）都被降低檔次使用。同時，由于許多企業(yè)設備差，技術水平低，造成污染嚴重，成本高

15、，產品質量差的狀況。國內重熔法回收易拉罐有兩大基地，一在浙江永康，二在河北。目前還沒有一種簡單、經(jīng)濟的方法將易拉罐的三種不同成份的合金分開，只能采用全部重熔的方法回收易拉罐以得到含有較多合金成份的重熔鋁錠，該種重熔鋁錠的成份一般為：鎂 1-2%、銅 0.2-0.3%、錳 0.4%左右，余量可為鋁，但受到熔煉中其它雜質元素的污染而有所變化，如精煉劑的用量及成份[3]。易拉罐的回收朝二個方向發(fā)展，一個是生產合金鋁錠，當然需要嚴格的化驗手段和質量保證體系才可能使其升值；另一個是重熔生產等外鋁錠，這種鋁錠可用于諸如鐵合金、煉鋼等行業(yè)[4]。 廢易拉罐的回收利用始于上個世紀六十年代的美國，美國目前的易

16、拉罐有2/3 是用廢罐熔煉生產的?；厥占夹g也經(jīng)過了幾個階段，最早是將散裝的廢易拉罐加入爐中融化成再生鋁錠，后來發(fā)現(xiàn)燒損較大，進而把廢易拉罐打包，提高其密度，減少表面積，金屬回收率顯著提高，但仍然是再生鋁錠。廢易拉罐的利用最難的問題是漆層問題，一些國家采用在熔煉過程加入溶劑，使漆層與溶劑進行反應造渣，但難以控制技術條件，效果很差。上個世紀80年代之后，美國、加拿大以及西歐的一些國家開始利用廢易拉罐生產原牌號的合金鋁錠。利用廢易拉罐生產3004鋁合金的主要技術問題是預處理，這些國家都采用了比較先進的預處理技術和設備[5]。首先，采用比較先進的自燃回轉窯脫漆，使漆層炭化，并在無污染的情況下得到處理，

17、由于脫掉了漆層，簡化了熔煉程序，提高了產品質量。 加拿大是世界主要產鋁國，它的回收利用率為60%。阿爾坎回收公司的以為負責人預計，未來歐洲的飲料包裝市場將由回收率所決定。前提條件是有關國家必須使用足夠的易拉罐以使易拉罐循環(huán)使用成為可能。 為了提高回收易拉罐的效率，國外研制出了易拉罐回收機。這種極其可以自動接納鋁罐，拒收其他材質的罐頭。但是這樣的機器制造成本高，維護不便。并且歐洲的飲料市場回收利用水平不高。為解決易拉罐回收市場分散，回收渠道不穩(wěn)定等問題，我設計出一種能自動回收易拉罐并彈出硬幣的設備。它以電動機為動力源，動力通過凸輪機構推動壓塊壓扁易拉罐并實現(xiàn)儲存。 1.3 易拉罐有償回收

18、裝置的基本設計思路及關鍵技術 1.3.1 易拉罐有償回收裝置的功能 易拉罐有償回收裝置是一種將易拉罐識別，壓縮，儲存等功能集于一身的回收機械，其體積小，應用場合很廣，可放置的公共場所比如商業(yè)街、公園、社區(qū)、校園、大型超市、影院、企事業(yè)、機關、學校和旅游風景區(qū)等各種人流量多的場合，營造一種更加和諧環(huán)保的社會環(huán)境。 1.3.2 推送紙巾功能簡介 推送紙巾，是完成人們在“易拉罐有償回收裝置”上交易的最后一道環(huán)節(jié)，也是體現(xiàn)對人們環(huán)保意識的一種回報。對于本課題，推送紙巾功能的實現(xiàn)源自自動售貨機上的吐貨功能。 目前，市場上各類自動售貨機上的吐貨器種類繁多，但最常用的是螺旋推進器。當收到吐貨電信號

19、后，步進電機帶動螺旋推進器旋轉一周，將推進器中儲存的紙巾推出，完成自動售貨機的吐貨功能。 在本課題中，當回收機完成易拉罐的壓縮存儲后，發(fā)出數(shù)量信號，驅動相關機構，輸出相應數(shù)量的紙巾，完成交易。 金陵科技學院學士學位論文 第2章 總體方案設計 2 總體方案設計 2.1易拉罐有償回收裝置的基本設計思路 本易拉罐有償回收裝置包括導軌部分，分離機構，壓罐機構、粉碎機構、推送紙巾裝置和控制電路；所述分離機構位于回收機的上部，下面連接瓶通道和罐通道。罐通

20、道連接裝置中的壓罐機構位于機架的中間，沖擊基座的側邊有包括電機和曲柄滑塊的推罐裝置。瓶通道連接裝置中的粉碎機構，下端為儲料箱。 推出紙巾 觸動紙巾推送開關 進入回收儲存箱 進行壓扁處理 回收品放入 通過推送裝置沿導軌滑落 否 識別放入物是否為易拉罐 粉碎處理 是 圖2.1 易拉罐有償回收裝置流程圖 從上述的示意圖可以看出整個工作流程都是由機器自動完成的。機器收到廢品就有分離裝置對廢品加以區(qū)分，當鑒定為易拉罐時進入壓罐機構把易拉罐壓成一個厚度不到30mm的圓餅，然后再把圓形易拉罐放進回收箱。當易拉罐就要滾到回

21、收箱之前就會觸動推送開關，機器就會推出紙巾到出貨口。就這樣一個廢品回收回贈過程就完成了。 2.2總體結構布局設計 易拉罐回收機主要包括幾個部分: 導軌部分，分離機構，壓罐機構、粉碎機構、推送紙巾裝置和控制電路 如圖： 圖2.2 易拉罐有償回收裝置機構示意圖 2.3總體控制方案設計 初步設計用PLC作控制器,輸入信號由4個傳感器和一個條形掃描器提供,輸出端連接6個電機,其用途如表:2.1 表2.1 控制系統(tǒng)元件表 元件 作用 元件 作用 傳感器1 檢測有物體進入系統(tǒng) 電機1 帶動進入物體旋轉以作掃描 掃描器 識別

22、物體是否為易拉罐 電機2 推動易拉罐進入沖壓區(qū) 電機3 推動非易拉罐進入粉碎區(qū) 傳感器2 檢測有罐體進入沖壓區(qū) 電機4 沖壓罐體 壓扁 傳感器3 檢測壓扁是否完成 電機5 推送罐體進入存儲箱 傳感器4 檢測是否有罐體進入存儲箱 電機6 執(zhí)行推送紙巾 2.4識別裝置的設計 2.4.1易拉罐參數(shù)測量 由于易拉罐的重量具有統(tǒng)一性,故此系統(tǒng)采用重量識別分類原理,對易拉罐進行了精確的測量,測量結果如下表2.2（單位：mm）： 表2.2 易拉罐罐體參數(shù)表 項目 柱體高 底面半徑 蓋面半徑 底蓋面厚度 柱體側壁厚度 三次測量均值 124.7

23、2 55.05 27.94 0.29 0.12 2.4.2識別分離結構設計 投入物首先通過滑道落在旋轉臺上，旋轉臺帶動投入物做圓周運轉，同時條形識別器對投入物進行條形碼掃描識別，識別完成后對控制器輸入信號，如果識別結果為易拉罐，則控制器給1#電機輸出信號，1#電機運轉帶動滾珠絲杠螺母，從而推動投入物進入沖壓口，否則，將給2#電機信號，2#電機運轉帶動滾珠絲杠螺母，從而推動投入物進入粉碎口。如圖2.4： 圖2.4 識別分離機構 2.5沖壓機構的設計 2.5.1沖壓機構初步選擇 根據(jù)實際情況，初步選用曲柄壓力機，曲柄壓力機是材料成型（

24、塑性成型）中廣泛應用的設備，通過曲軸連桿機構獲得材料成形時所需的力和直線位移，可進行沖壓，擠壓，鍛造等工藝，廣泛應用與汽車工業(yè)，航空工業(yè)，電子儀表工業(yè)，五金輕工業(yè)領域。 圖2.5 沖壓機構工作原理圖 2.6推送機構的設計 易拉罐被壓扁后，要通過推送裝置將其推入存儲箱內，由于推力很小，可用電機直接帶動絲杠螺母副，推動易拉罐罐體落入箱內。結構如圖2.6： 圖2.6 推送機構示意圖 2.7紙巾推送機構的設計 在本設計中，采用的是螺旋推進器，通過步進電機控制，當收到推送紙巾電信號后，通過步進電機，將存儲紙巾箱內的紙巾推出，完成回收機的有償

25、功能。 表2.3 紙巾推送機構參數(shù) 產品參數(shù)： 適用紙巾規(guī)格： 70mm×50mm×27mm 工作電壓： 12V 工作溫度：-15～+75℃ 單個毛重：0.32kg 整件凈重：10.58kg 金陵科技學院學士學位論文 第3章 機械設計的計算 3 機械設計的計算 3.1沖壓機構的設

26、計計算 3.1.1 曲柄壓力機的結構 根據(jù)壓力機各部分零件的功能，可分為如下幾個組成部分： (1)工作機構 設備的工作執(zhí)行機構由曲柄連桿，滑塊組成，將旋轉運動轉換成往復直線運動。 (2)傳動系統(tǒng) 由帶傳動和齒輪傳動組成，將電動機能量傳輸至工作機構，在傳輸過程中，轉速逐漸降低，轉矩逐漸增加。 (3)操作機構 主要由離合器，制動器以及相應電氣系統(tǒng)組成，在電動機運動后，控制工作機構的運行狀態(tài)，使其能間歇或連續(xù)工作。 (4)能源部分 電動機。機器運行的能源由電動機提供。 (5)支承部分 由機身，工作臺和緊固件等組成。它把壓力機所有零部件連成一個整體。 (6)輔助系統(tǒng) 包括氣路系統(tǒng)，潤

27、滑系統(tǒng)，過載保護裝置，氣墊快換模，打料裝置，監(jiān)控裝置等。用來提高壓力機的安全性和操作方便性。 3.1.2 曲柄壓力機傳動級數(shù)及速比的分配 壓力機的傳動級數(shù)與電動機的轉速和滑塊每分鐘行程次數(shù)有關，行程次數(shù)低，則總速比大，傳動級數(shù)就應多些，否則每級的速比過大，結構不緊湊?，F(xiàn)有閉式壓力機傳動級數(shù)一般不超過三級。行程次數(shù)在80次/分以上的用單級傳動。80次/分～40次/分的用二級傳動。40次/分～10次/分的用三級傳動。齒輪傳動中心距與模數(shù)的確定見表3.1。 表3.1 齒輪傳動中心距與模數(shù) 傳動形式 齒輪付位置 中心距 模數(shù) 小齒輪齒數(shù) 鑄鐵齒輪 鋼齒輪 鑄鐵齒輪 鋼齒輪

28、 單邊傳動 低速付 （5～6.5）do (5～6.5)do 0.1do 0.09do 14～21 高速付 (3～3.5)do (3～3.5)do 0.072do 0.064do 16～21 雙邊傳動 低速付 (4.3～5.6)do (3.5～4.6)do 0.085do 0.07do 14～22 高速付 (3～3.7)do (2～2.3)do (0.056～0.084)do (0.084～0.064)do 14～24 3.1.3 傳動系統(tǒng)設計 （1） 主要設計參數(shù)確定 沖壓機構設計的主要參數(shù)： ? 公稱力：Ρg =600 KN

29、 （設定壓扁易拉罐的力度為600KN） ? 滑塊行程： S =140 mm ? 公稱力行程：Sg =5 mm ? 行程次數(shù)：平均行程次數(shù)：57spm（spm 表示每分鐘滑塊動作次數(shù)），滑塊在行程內最高為75spm，最低為25spm； ? 曲柄半徑：R=70 mm ? 連桿長度：L=640 mm （2） 曲軸的確定 曲柄滑塊機構是曲柄壓力機的工作機構，亦是壓力機的核心部分，分析它的運動與受力特點是設計曲柄壓力機的關鍵。其主要計算S-曲線的繪制，滑塊速度的計算，曲軸公稱轉角的計算，曲軸尺寸的確定及曲軸扭矩與強度的計算。 （1） S-曲線的繪制

30、 （3-1） 曲柄滑塊機構機構簡圖如圖3.1所示 圖3.1 曲柄滑塊機構簡圖 （2）滑塊速度計算 （3-2） W-曲柄角速度 曲柄在時，滑塊速度最大，最大速度 n--滑塊行程次數(shù) （3）曲軸公稱轉角 （4）曲軸尺寸的確定 曲軸直徑do 取do為60mm 曲軸其它部位尺寸如圖3.2所示 圖3.2 曲軸基本尺寸 其各個部分的公式分別為： rA-曲柄半徑 取值為75mm rB-連桿球頭

31、或銷軸半徑；此方案選用球頭， 用公式 取其值為dB=120mm 則rB=60mm （5）曲軸扭矩的計算 曲軸在公稱轉角時發(fā)生公稱力Pg。曲軸傳遞的扭矩按下式求得，其中-曲柄連桿機構摩擦系數(shù)，對于開式壓力機=0.04 (3-3) 帶入數(shù)據(jù)計算得=18360NM （6） 曲軸強度的計算 (a)齒輪對軸的作用力要比連桿對曲軸的作用力小得多，忽略不計。 (b)連桿對曲軸的作用力近似等于公稱力，并分別以1/2Pg作用在連桿瓦兩側距曲柄臂2r處。 (c)曲柄支承反作用力作用在距曲柄臂2r處。 (d)曲柄頸所受扭矩要比彎矩小得多，忽略不計。反

32、之支承頸彎矩小得多，忽略不計[13]。C-C和B-B截面圖如圖3.3所示 圖3.3 C-C與B-B截面圖 危險截面C-C的彎矩為： NM (3-4) 帶入數(shù)據(jù)計算得=34500 NM 最大彎矩應力為： (3-5) 帶入數(shù)據(jù)計算得=Pa 由上式可知，曲軸彎曲應力當曲軸尺寸一定時值為一定值。 危險截面B-B的扭矩為： 最大剪切應力為： 由上式可知，曲拐剪切應力為當量力臂的函數(shù)，隨著曲軸轉角的變化而變化。

33、許用值表見表3.1。 表 3.2 與 許用值 材料 45調制 40調制 18調制 100～1400 1400～2000 2100～3000 750～1000 1000～1500 1600～2300 根據(jù)，計算值，令=，=。由上式得： 截面C-C：帶入數(shù)據(jù)得[P]=N 截面B-B： N 由上式得曲軸在不同轉角時滑塊的許用負荷曲線，如圖3.4所示 圖3.4 許用負荷曲線 綜合所有計算最后所得曲軸尺寸如圖3.5所示 圖3.5 曲軸尺寸圖 3.1.4 齒輪的計算 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛。齒輪材料的種類很多

34、，在選擇時應考慮的因素很多，類如必需滿足工作條件的要求，應考慮齒輪尺寸的大小，毛坯成形方法及熱處理和制造工藝等。齒輪傳動需要很大的力與扭矩，因此需要進行齒輪強度的計算與校核[12]。 齒輪的初定 經(jīng)查得相關資料得齒輪中心距=帶入=60 得中心距=100--190mm 此設計方案種選擇145mm 模數(shù)==0.0960=5.4mm 小齒輪齒數(shù)取20 則小齒輪的分度圓直徑為=mz=51mm 又因為中心距==145mm 所以求得=240mm 因為減速比為10所以大齒輪的齒數(shù)為200 由此可將大齒輪初定為齒數(shù)200，分度圓直徑為240mm，模數(shù)為5.4 小齒輪初定為齒數(shù)20，分

35、度圓直徑為51mm,模數(shù)為5.4 大此輪初定后，還需要校核圓周速度V (3-6) 符合要求。 齒輪強度計算 齒輪寬度B的選定 (3-7) =48--64 mm 齒輪寬度選48mm 大齒輪的彎曲強度計算： (3-8) 式入 ， 取1，取1.3，=18360NM， 將數(shù)據(jù)帶入式中求得<

36、小齒輪的彎曲強度計算： (3-9) 式中 ，取1，取1.3，=18360NM， 將數(shù)據(jù)帶入式中求得< 參考值查于《機械設計第八版》 對于開式傳動齒輪，除計算彎曲強度外，還需要驗算接觸強度否則會引起蝕破壞，計算公式如下： (3-10) 將數(shù)據(jù)帶入公式中求得 根據(jù)大齒輪計算值，令，由計算公式得 (3-11) 由式(3-11)求得

37、曲軸在不同轉角時，滑塊許用負荷曲線如圖3.5所示 圖3.5 滑塊許用負荷曲線 綜合上面有關大齒輪與小齒輪的彎曲強度計算與接觸強度的計算與校核，得出的結果為<,<符合該設計方案的要求。 3.1.5 連桿及滑塊的計算 連桿與滑塊通過球頭螺桿連接在一起與曲軸連接，將曲軸的旋轉運動轉化成連桿上下往復運動，對工件進行沖壓，是曲柄連桿機構中重要組成部分，因此分析它是設計曲柄壓力機不可缺少的一部分。 球頭螺桿尺寸的確定 連桿分為長度可調與長度不可調兩種形式，長度可調連桿由連桿體與球頭調節(jié)螺桿組成。用手動或機械的方式改變二者的位置就可以改變連桿長度，從而改變壓力機的裝模高度。調節(jié)方式視壓力機的

38、公稱力大小，可直接用扳手調節(jié)螺桿或通過螺輪付，棘輪棘爪等手動形式和由電動機通過渦輪付驅動的機動方式[14]。這種球頭可調節(jié)連桿，加工簡單，裝配調整維修容易，結構緊湊，連桿系數(shù)小，滑塊導軌所受側壓力及曲軸所受扭矩也較小。長度不可調的典型機構是連桿下端與圓柱銷與調節(jié)螺母連接，連桿剛性較好，和球頭相比，加工方便，該結構調節(jié)螺桿不承受彎矩，但由于連桿系數(shù)略有增加，滑塊側壓力較大，軸齒輪受扭矩也有所增加，且銷軸所受面積比球頭小，如采用三點式支承或圓柱面接觸傳遞扭矩，由于加工困難，維修方便，故采用較少。連桿有關的主要尺寸，可有表2.2初定： 表 3.3 連桿相關尺寸參照表 符號 推薦尺寸

39、 H 由上表可得球頭螺桿各尺寸： 取120mm 取90mm 取80mm 取120mm 取150mm 取200mm 連桿常用鑄鐵ZG35或鑄鐵HT200制造，經(jīng)正火或退火，調節(jié)螺桿用45號調質處理，球頭表面淬火，硬度HRC40-45,螺桿采用三角形螺紋。 連桿計算 連桿的計算簡圖如圖3.7所示 圖3.7 連桿的計算簡圖 連桿受到壓應力及彎曲應力的聯(lián)合作用，危險截面A-A處的合成應力由下式計算： 式中-危險截面壓應力 pa --壓力機公稱力 --危險截面A-A截面積

40、 (3-12) --危險截面的彎曲應力 pa 式中 --危險截面的截面模數(shù) 對圓形截面 --危險截面的彎矩 Nm (3-13) Error! Reference source not found.--摩擦系數(shù) 取=0.05 =75mm =60mm --危險截面至球頭中心的距離 為60mm --連桿長度640mm 將數(shù)據(jù)帶入式中求得=1419 =1538.4 由于調節(jié)螺紋的抗彎強度均比擠壓強度

41、，剪切強度低，且連桿體的材質比螺桿差，所以只需驗算連桿體螺紋的彎曲應力。 3.1.6 滑塊的確定 對于普通的型的開式壓力機，滑塊導向長度與寬度之比為1.3-1.6，滑塊導向長度與滑塊行程有關，行程越大，導向長度越長，一般取=（5.5-7）S，則 取100mm 因為=1.3-1.6 取1.4 則B=60mm 金陵科技學院學士學位論文 第4章 電機選型 4 電機選型 4.1 電機選型分析 壓力機加工具有負載大、沖擊強的特征，直接驅動用伺服電

42、機與傳統(tǒng)壓力機用電機相比，需要輸出更大的扭矩，具備更強的抗擾動能力。因此，有必要對直接驅動用伺服電機選型進行分析。電機兩個主要選型參數(shù)為額定功率和額定輸出扭矩，其中電機功率計算除了分析壓力機一個工作周期所消耗的能量，還應考慮加減速動態(tài)過程。 4.2 功率計算 已知曲柄壓力機參數(shù):公稱壓力Pg＝600KN，滑塊行程140mm，公稱力行程5mm，平均行程次數(shù)為57spm（25～75），封高調節(jié)量為80mm，公稱壓力角，曲柄半徑R＝70mm，連桿長度L=640mm，連桿系數(shù)，齒輪傳動機構減速比為10。 本項目中計算伺服電機功率時，應考慮兩部分:首先是恒速驅動時一個工作周期所消耗的能量,其次是加

43、速時消耗的能量。 (1)恒速驅動下電機功率計算 壓力機一個工作循環(huán)所消耗的能量A為： （4-1） 式（4-1）中： 為工件變形功（屬有效能量）； 為拉深墊工作功，即進行拉深工藝時壓邊所需的功（屬有效能量）； 為工作行程中曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量； 為工作行程時壓力機受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的能量； 為壓力機空程向下和空程向上時所消耗的能量。 (a)工件變形功 曲柄壓力機通常用于沖裁、拉深、模鍛和擠壓等工藝，不同工藝工件變形所需的能量不同，在工作行程內壓力機的工作負荷如圖4.3所示。通

44、用壓力機是以厚板沖裁負荷作為變形功的計算依據(jù)。 圖4.1壓力機工作負荷圖 在沖裁工件時,當沖頭進入到板料厚度的0.4～0.5倍時板料即斷裂,因此通常取 （4-2） 式中 為板料厚度，h為切斷厚度。 將圖4.3中的曲線視為三角形，則沖裁時的變形功為 ＝ （4-3） 考慮到曲線為鼓形，應增加裕量，則： ＝0.7 （4-4） 將式（4-2）代入（4-4）得：

45、 ＝0.315 （4-5） 對于單級傳動壓力機，有以下經(jīng)驗公式： （4-6） 則：＝＝926 J (b)拉深墊工作功 對于帶拉深墊的壓力機，應按淺拉深工藝來計算工藝變形功。根據(jù)文獻介紹，當量淺拉深功略大于式（4-5）計算出的厚板沖裁功。為設計方便，用厚板沖裁功代替淺拉深功。但應考慮工件壓邊所需的功，即拉深墊工作功，消耗的能量大小取決于壓緊力和工作行程。拉深墊工作功計算公式為：

46、 （4-7） 式中為壓力機公稱壓力，S為滑塊行程長度。 則＝＝2333.3 J (c)曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量 對于通用壓力機，曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量可由如下公式表示： （4-8） 其中為摩擦當量力臂， 為公稱壓力，為公稱壓力角。 計算公式為＝，已知參數(shù)摩擦系數(shù)＝0.04，＝0.109，曲軸曲柄頸直徑＝160mm，球頭直徑＝150mm，曲軸支承頸直徑=130 mm，則＝0.04［1.109×160＋0.109×150＋130］/2=6.47

47、mm。 因此，＝0.5×0.00647×600××0.342＝663.8 J (d)壓力機受力系統(tǒng)的彈性變形所消耗的功 壓力機處于工作行程中時，機身和曲柄滑塊機構等受力系統(tǒng)因受載產生彈性變形，因而引起能量損耗，有時一部分的彈性變形能量可以轉化為有用能量，為了安全，認為全部彈性變形能量都已損失。 ＝ （4-9） 其中表示壓力機總的垂直變形，＝，為壓力機垂直剛度，查表得開式壓力機推薦值為400，＝600∕400＝1.5mm。 則 ＝600××1.5×∕2＝450 J (e)空程向下和空程向上時所消耗的能量 根據(jù)文獻提供的試驗數(shù)據(jù)

48、，查表得到對應60噸壓力機空程損耗功為978J，因此＝978J。 綜合以上分析，壓力機一個工作循環(huán)所消耗的總能量: =926+2333.3+663.8+450+978=5351.1 J 壓力機一個工作循環(huán)電機平均功率為： （4-10） 式中k為電機安全系數(shù)，查表得k＝1.5；t為工作循環(huán)時間，，n為滑塊行程次數(shù)，n=57，為行程利用系數(shù)，手動送料時＝0.5，則t＝＝2.1s,為壓力機總效率，帶拉深墊且為手動送料時為0.45。 因此N＝＝8.5（kW）。 (2) 電機加速或減速時電機功率計算 在一個沖壓行程中，伺服電機的速度

49、經(jīng)歷勻速、減速、加速的變化過程，因此在確定伺服電機的功率時，還需考慮其加、減速時的動態(tài)轉矩。 電機轉矩的變化由電機的運動方程決定，電機的運動方程為： （4-11） 其中T為電機輸出轉矩，為折算到電機軸的負載轉矩，為機械摩擦轉矩折算到電機軸的摩擦轉矩，為電機軸轉速，J為折算到電機軸上的總轉動慣量。 圖4.4為變速驅動時伺服電機運動模型，到為減速區(qū)，到為加速區(qū)，其余時段為勻速區(qū)。系統(tǒng)加速時,T＞+,即＞0，電機提供加速力矩；當系統(tǒng)減速時，T＜+,即＜0，電機提供制動力矩。 圖4.2 伺服電機變速運動模

50、型 首先討論系統(tǒng)加速，設加速力矩為，則＝J，已知電機軸上的總慣量為0.574，滑塊最高行程次數(shù)為75，則電機輸出軸轉速為750rpm,滑塊一個工作循環(huán)所用的時間為1.05s，滑塊行程為140mm，工作行程為5mm。在此預先按一級減速計算。進行拉深工藝時，滑塊行程次數(shù)變化最大為25spm加速到75spm，25spm時電機轉速為25×10＝150rpm，因此，電機從250rpm加速到最大角速度750rpm才能滿足工藝及速率要求。 到下死點的時間為：∕＝0.07s。綜合生產效率和節(jié)能的考慮，初步設定加速時間為0.2s,則電機的最大加速度為： ＝＝＝261.7（） 則＝J＝261.7×0.57

51、4＝150.2Nm。 電機按最大的加速度加速到750rpm時的瞬時動態(tài)功率為： ＝750×2×3.14×150.2∕60＝11.8（kW） 電機通過再生制動減速，電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，此時將產生能量反饋到直流母線，因此沒有消耗能量，無需考慮在電機功率內。 4.3 電機轉矩計算 (1)電機負載轉矩 電機負載轉矩為機械負載轉矩換算到電機輸出軸上的扭矩，計算公式為： （4-12） 其中＝600kN，曲柄半徑R=70mm，＝0，＝10。 則=600=1411Nm (2)電機摩擦轉矩 工作時壓力機的轉動部件上的摩擦轉矩是不可忽略的。主要

52、的摩擦有四處:(a)滑塊導軌面；(b)曲軸(或芯軸)支承)和軸承之間的摩擦；(c)曲柄頸和連桿大端軸承之間的摩擦；(d)球頭與球頭座之間的摩擦。據(jù)此，機械摩擦總轉矩為： （4-13） 其中為機械摩擦總轉矩，為機械摩擦系數(shù)，對開式壓力機＝0.04～0.05；，在計算曲柄滑塊機構摩擦消耗的能量已求得＝6.48mm，則＝＝3888Nm。 機械摩擦總轉矩換算到電機軸上的轉矩為： ＝3888∕（10×0.9）＝432Nm 因此，電機軸上的最大轉矩＝1411＋432＝1843Nm。在工作行程內，電機工作在過載狀態(tài)，設計過載倍數(shù)為3，因此=

53、1843∕3=614.3 Nm。 根據(jù)以上計算，以滿足工作最大力矩的條件選擇伺服電機的功率。確定電機參數(shù)為：額定功率30kW，額定轉速為750rpm，額定電壓為220V，額定電流為70A，額定轉矩為615Nm,查機械手冊選定型號為Y225M-6。 金陵科技學院學士學位論文 第5章 控制系統(tǒng)的設計 5 控制系統(tǒng)的設計 5.1 硬件設計 5.1.1 PLC選型 目前，世界上有200多個廠家生產可編程控制器產品，比較著名的PLC生

54、產廠家主要有美國的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、歐姆龍（OMRON）、德國的西門子（SIMENS）、法國的TE、韓國的三星（SUMSUNG）、LG等。 目前三菱PLC已經(jīng)廣泛應用于農業(yè)、漁業(yè)、交通、食品工業(yè)，制造業(yè)，娛樂業(yè)、健康和醫(yī)療，健康和環(huán)境！PLC是在繼電器控制基礎上以微處理器為核心，將自動控制技術，計算機技術和通信技術融為一體而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，居工業(yè)生產自動化三大支柱（可編程控制器、機器人、計算機輔助設計與制造）的首位。三菱PLC系列目前主要有:FX

55、1N系列,FX1S系列,FX1N系列,FX2N系列, FX2N系列,FX3U系列,FX3UC,Q系列,A系列,L系列下面就一一來介紹這些系列型號。 表5.1 PLC型號表 型號 參數(shù) 面價 FN1N-40MR-D 輸入點：24,16點繼電器輸出(直流供電) 4010 FN1N-24MR-D 輸入點：14,10點繼電器輸出(直流供電) 2990 FX1N-60MT-001 輸入點：36，24點晶體管輸出 4800 FX1N-40MT-001 輸入點：24,16點晶體管輸出 4130 FX1N-24MT-001 輸入點：14,10點晶體管輸出 3400 FX

56、1N-14MT-001 輸入點：8,6點晶體管輸出 2400 FX1N-60MT-D 輸入點：36，24點晶體管輸出(直流供電) 4600 FX1N-40MT-D 輸入點：24,16點晶體管輸出 (直流供電) 4100 FX1N-24MT-D 輸入點：14,10點晶體管輸出(直流供電) 3100 FX2N-128MR-001 輸入點：64，64點繼電器輸出 10120 FX2N-80MR-001 輸入點：40，40點繼電器輸出 7030 FX2N-64MR-001 輸入點：32，32點繼電器輸出 6280 FX2N-48MR-001 輸入點：24，2

57、4點繼電器輸出 5490 FX2N-32MR-001 輸入點：16，16點繼電器輸出 5180 FX2N-16MR-001 輸入點：8，8點繼電器輸出 4150 FX2N-80MR-D 輸入點：40，40點繼電器輸出(直流供電) 7030 FX2N-48MR-D 輸入點：24，24點繼電器輸出(直流供電) 5490 FX2N-32MR-D 輸入點：16，16點繼電器輸出(直流供電) 5180 FX2N-128MT-001 輸入點：64，64點晶體管輸出 10330 FX2N-80MT-001 輸入點：40，40點晶體管輸出 7180 FX2N-64

58、MT-001 輸入點：32，32點晶體管輸出 6410 FX2N-48MT-001 輸入點：24，24點晶體管輸出 5600 FX2N-32MT-001 輸入點：16，16點晶體管輸出 5290 FX2N-16MT-001 輸入點：8，8點晶體管輸出 4240 FX2N-80MT-D 輸入點：40，40點晶體管輸出(直流供電) 7180 本次設計中共6個輸入量，共6個輸出量，共計12點，因此選用了FX2N-16MR-001 輸入點8，繼電器8點輸出. 5.1.2 PLC電路設計分配 I/O地址分配 根據(jù)機械手的輸入信號為6個，輸出信號為6個，建立I/

59、O地址分配表。 建立信號地址分配表如表所示： 表5.2 信號地址分配表 輸入信號 輸出信號 名稱 功能 編號 名稱 功能 編號 SQ1 檢測有物體進入系統(tǒng) X0 KM1 帶動進入物體旋轉以作掃描 Y0 SQ2 識別物體是易拉罐 X1 KM2 推動易拉罐進入沖壓區(qū) Y1 SQ3 識別物體不是易拉罐 X2 KM3 推動非易拉罐進入退罐口 Y2 SQ4 檢測有罐體進入沖壓區(qū) X3 KM4 沖壓罐體 壓扁 Y3 SQ5 檢測壓扁是否完成 X4 KM5 推送罐體進入存儲箱 Y4 SQ6 檢測是否有罐體進入存儲箱 X5

60、 KM6 執(zhí)行退幣 Y5 PLC外部接線如圖所示 圖5.1 FX2N-16MR外部接線 5.2 軟件設計 5.2.1 梯形圖 金陵科技學院學士學位論文 結 論 結 論 畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。 回顧這次畢業(yè)設計，從選題到定稿，從理論到實踐，在這段畢業(yè)

61、設計期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設計，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。 對我來說，最大的收獲是方法和能力——分析和解決問題的方法和能力。在整個設計過程中，我發(fā)現(xiàn)大部分學生缺乏經(jīng)驗，缺乏感性認識。有些是理論知識，有些東西可能與現(xiàn)實脫節(jié)。設計要求我們系統(tǒng)地聯(lián)系我們所學到的相關知識，并暴露出它的不足之處，以便改進它。通過這次畢業(yè)設計，我明白了理論與實踐的結合是非常重要的，只有理論知識是不夠的，只有理論知識與實踐相結合，從理論上得出結論，才能真正服務于社會，提高實踐能力和獨立思考能力。 這次畢業(yè)設計使我受益匪淺，為我今后的學習和工作打下了一個堅實而

62、良好的基礎。在此衷心感謝各位老師的幫助和指導。 金陵科技學院學士學位論文 參考文獻 參 考 文 獻 [1] 孫桓、陳作摸主編， 機械原理（第六版），北京：高等教育出版社. [2] 鄭建榮主編，ADAMS-虛擬樣機技術入門與提高，北京：機械工業(yè)出版社. [3] 張春林、曲繼方、張美麟編著,機械創(chuàng)新設計,北京:機械工業(yè)出版社, 1999年4月. [4] 符煒主編,機械創(chuàng)新設計構思方法,湖南:湖南科學技術出版社,2006年

63、1月. [5] 申永盛．機械原理教程[M]．北京：清華大學出版社，2005. [6] 吳宗澤,羅圣國主編.機械設計課程設計手冊[M] ，北京： 高等教育出版社，2006. [7] 孫桓．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，1998. [8] 徐灝.機械設計手冊[M],北京：機械工業(yè)出版社，2000. [9] 王群.UG零件設計實例與技巧[M] 北京：國防工業(yè)出版社，2005. [10] 肖景榮，姜奎華.沖壓工藝學[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1990. [11] 王同海. 實用沖壓設計手冊[M],北京：機械工業(yè)出版社，1995. [12] 李碩本.沖壓工藝理論與新技術[M]，

64、北京：機械工業(yè)出版社，2002. [13] 劉振堂.國外數(shù)控沖床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].鍛壓機械，2002，1:7-9. [14] 張宏超.金屬板材加工設備發(fā)展新動向[J].鍛壓技術，2004，4：2-4. [15] 王衛(wèi)衛(wèi)，材料成形設備，北京：機械工業(yè)出版社，2008. [16] 符朝興，焦洪宇.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0三維機械設計.北京：機械工業(yè)出 版社，2008. 致 謝 致 謝 在此我衷心的感謝我的導師XXX和專業(yè)老師XXX，是您們的細心指導和關懷，才能使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學習和畢業(yè)論文的撰寫過程中每時每刻都有著老師們辛勤的汗水和心血，老師認真解答問題的態(tài)度、知識的淵博、無私的奉獻精神使我深深的感動。從敬愛的老師身上，不僅讓我鞏固了以前的專業(yè)知識，還從老師身上學到了做人的道理。在此我要再一次向我的導師和幫助我完成論文的老師和同學致以最衷心的感謝和深深的敬意。