畢業設計說明書 (論文 ) 作 者： 學 號： 系 部： 自動化 專 業： 自動化 (數控技術應用 ) 題 目： 母線槽技術參數檢測 線運動機構控制系統設計 指導者： 評閱者： 畢業設計說明書（論文）中文摘要 本文介紹了母線槽技術參數自動檢測線運動機構控制中氣壓系統的設計、步進電機驅動電路的設計及控制信號接口電路設計。 本設計中設計了八只氣缸的控制回路，計算了氣缸及輔助元件的相關尺寸，選擇了控制回路中的各種氣壓元件，并設計了一只氣缸結構。 本設計中還設計了與運動控制系統相配的用于步進電機的驅動電路。該電路選擇 89C2051 作為環形分配器，具有電路簡單，柔性好的特點。功率器件選用 VMOS 管，設計成恒流斬波電路，保持電機繞組電流恒定。設計的驅動電路簡單，可靠性高。 關鍵詞： 母線槽 氣壓系統 步進電機 電路 設計 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 畢業設計說明書（論文）外文摘要 Title the design of the pneumatic system in the line motion control of examining the bus duct technique parameter automatically Abstract This paper introduced the design of the pneumatic system in the line motion control of examining the bus duct technique parameter automatically, the design of the drive circuit of automatic monitoring system and the design of control signal interface circuit . In this design ,I have designed the control circuit of eight cylinders in this design, have calculate the relevant size of the cylinder and auxiliary component, have chosen various pneumatic elements in the control circuit , have designed the structure of a cylinder . In this design ,I have designed drive circuit which matches with the motion control system using for step motor. This circuit chooses 89C2051 as the annular distributor and has the characteristics that the circuit is simple and the flexibility is good. The power device selects VMOS, design the steady chopper trigger circuit ,keep the current of machine winding steady. The drive circuit designed is simple and the dependability is high. Key words bus duct pneumatic system step motor circuit design 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 目 錄 前 言 . 1 第一章 概述 . 2 1.1 檢測技術的現狀與發展 . 2 1.2 母線槽簡介 . 3 1.3 檢測內容 . 5 1.4 檢測系統總控制方案 . 6 第二章 氣壓傳動系統 設計與計算 . 10 2.1 氣壓傳動控制對象 . 10 2.2 選擇傳動和控制方案 . 10 2.3 總氣壓傳動回路系統設計 . 11 2.3.1 選擇總氣壓傳動回路的控制方式 . 11 2.3.2 總氣壓傳動控制回路設計 . 11 2.3.3 繪制總氣壓傳動回路 . 14 2.4 測量頭動作控制氣壓傳動回路設計與計算 . 14 2.4.1 回路設計 . 14 2.4.2 回路計算 . 15 2.4.3 元件選擇 . 17 2.5 檢測臺側向定位裝置氣壓傳動回路設計與計算 . 18 2.5.1 回路設計 . 18 2.5.2 回路計算 . 18 2.5.3 元件的選擇 . 20 2.6 檢測臺與包裝臺縱向定位裝置氣壓傳動回路設計與計算 . 21 2.6.1 回 路設計 . 21 2.6.2 回路計算 . 21 2.6.3 元件選擇 . 22 2.7 包裝臺升降機構氣壓傳動回路設計與計算 . 23 2.7.1 回路設計 . 23 2.7.2 回路計算 . 24 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 2.7.3 元件選擇 . 26 2.8 氣缸設計 . 27 第三章 電路設計 . 28 3.1 步進電機驅動電路設計 . 28 3.1.1 步進電機相序 分配電路 . 29 3.1.2 步進電機驅動電路 . 29 3.2 控制信號接口電路設計 . 30 3.2.1 電磁換向閥控制信號輸出接口電路設計 . 30 3.2.2 壓力繼電器控制信號輸入接口電路設計 . 33 第四章 結 論 . 34 致 謝 . 35 參考文獻 . 36 附 錄 . 37 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 1 頁 前 言 母線槽的主要技術參數是指絕緣強度和導線電阻。這兩個技術參數的檢測，目前在國內還是由人工完成，其自動檢測技術在國內還是個空白。 隨著社會的發展，人工檢測技術遠遠不能滿足社會對 生產率的要求，采用自動檢測技術將會大大提高企業的生產率，減少人員的投入，將會給企業帶 來廣闊的 市場前景和顯著的社會效益。 本人的課題是母線槽技術參數自動檢測線運動機構控制系統氣壓傳動設計。課題來源是系工程實驗室項目。前三周，在老師的指導下，通過在網上和圖書館查閱并收集了了大量的有關于氣壓傳動系統設計與電路設計的相關資料，我對課題的背景及相關知識有了初步的了解。后兩周時間是擬定方案和修改方案。最后十一周時間是進行氣壓傳動系統的設計以及論文的撰寫。 本論文共分四章。主要描述了檢測技術的現狀與發展，母線槽簡 介，檢測內容及要求，檢測系統總控制方案，氣壓傳動系統設計與計算，電路設計等。本論文各章既有聯系，又有一定的獨立性。 我和朱靜同學的課題是母線槽技術參數自動檢測線運動機構控制系統，朱靜同學負責的是運動機構控制系統的控制電路部分，我負責的是運動機構控制系統的氣壓傳動部分。在做畢業設計的這段時間里，我和朱靜同學互相配合，分工合作，共同完成了各自的任務。 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 2 頁 第一章 概 述 1.1 檢測技術 的現狀與發展 在 人類的各項生產活動和科學實驗中，為了了解和掌握整個過程的進程的進展及其最后結果，經常需要對各種基本參數或物理量進行檢查和測量，從而獲得必要的信息，作為分析判斷和決策的依據，可以說檢測技術是人們為了對被檢測對象所包含的信息進行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技術措施。隨著人類社會進入信息時代，以信息的獲取、轉換、顯示和處理為主要內容的檢測技術已經發展成為一門完整的技術科學，在促進生產發展和科技進步的廣闊內發揮著重要的作用。 檢測技術在目前領域的現狀： 1）檢測技術是產品檢驗和質量控制的重 要手段。借助于檢測工具對產品進行質量評價是人們十分熟悉的。這是檢測技術重要的應用領域。但傳統的檢測工具只能將產品區分為合格品和廢品，起到產品驗收和廢品剔出的作用。這種被動檢測方法，對廢品的出現的并沒有預先防止的能力。在傳統檢測技術基礎發展起來的主動檢測技術或稱之為在線檢測技術，使檢測和生產加工同時進行，及時地用檢測結果對生產工程主動地進行控制，使之適應生產條件的變化或自動地調整到最佳狀態。這樣檢測的作用已經不只是單純的檢查產品的最終結果而且要過問和干預造成這些結果的原因，從而進入質量控制的領域。 2）檢測技 術在大型設備安全經濟運行監測中得到廣泛應用。電力、石油、化工、機械等行業的一些大型設備通常在高溫、高壓、高速和大功率狀態下運用，保證這些關鍵設備安全運行在國民經濟中具有重大意義。為此，通常設置故障監測系統以對溫度、壓力、流量、轉速、振動和噪聲等多種參數進行長期動態監測，以便及時發現異常情況，加強故障預防，達到早期診斷的目的。這樣做可以避免嚴重的突發事故，保證設備和人員安全，提高檢修質量。另外，在日常運行中，這種連續監測系統可以及時發現設備故障前兆，采取預防性檢修。隨著計算機技術的發展，這種監測系統已經發展到 故障自診斷并自動報警或采取相應的對策。 3）檢測技術和裝置是自動化系統中不可缺少的組成部分。在實現自動化南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 3 頁 的工程中，信息的獲取與轉換是極其重要的組成環節，只有精確及時地將被控對象的各項參數檢測出來并轉換成易于傳送和處理地信號，整個系統才能正常地工作。因此自動檢測與轉換是自動化技術中不可少的組成部分。 當前檢測技術的發展趨勢大致有以下幾個方面： 1）傳感器水平的提高。采用新材料、新工藝使傳感器的性能進一步提高，可實現傳感器的微型化和集成化。此外，采用計算機技術，使傳感器的數據處理能力提高，提高傳感器的智能水平。 2） 檢測 方法的推進。隨著光電、超生波、微波、射線等技術的發展，使得非接觸檢測技術得到發展。隨著光纖、光放大器、濾波器等光元件的發展，使信號的傳輸與處理不再局限于電信號，出現采用光的檢測方法。此外，還有多參量復合檢測，主動檢測等技術均有發展。 3）檢測系統的智能化。以計算機為中心的智能化的檢測系統能夠測量多種參量，多有電氣量，又有非電氣量；具有多個輸入通道，可進行多點測量；能夠快速進行動態在線實時測量，能夠實現快速進行信號分析處理，排除噪聲干擾、消除偶然誤差、修正系統誤差，從而實現檢測結果的高準確度以及對被測信號的高分辨能力。 1.2 母線槽簡介 80 年代以前，高層建筑中的供電主干線主要采用可靠性較好的普通電纜，電纜在電氣豎井內沿墻壁用支架或電纜橋架敷設。電纜作為供電主干線比裸導線、裸排要安全可靠得多，但載流量受到限制，電纜截面不可能造得很大（最大只能做到 2400mm ） ，而且電纜太粗，現場施工難度大 。 80 年代中后期，城市發展迅速，高層、超高層建筑大批建造，建筑物的用電負荷急劇增加，電纜作為供電主干線的局限性越來越突出，特別是現場制作電纜分支接頭技術難度很大，急需一種 容量大、分支方便的供電主干線取而代之。 母線槽以其結構緊湊、通用性互換性強、傳送功率大、電壓降小、電能損耗小、絕緣性能高、防火性能及抗短路性能好等優點，逐步取代傳統的電纜 電纜橋架配電方式，成為大型或高層建筑配電方式的主流，深受工程技術人員及用戶青睞。 母線槽的種類有 封閉式母線槽（簡稱母線槽） 、 空氣式插接母線槽（ BMC） 、密集絕緣插接母線槽（ CMC） 、 高強度封閉式母線槽（ CFW） 、 插接式母線槽 。 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 4 頁 封閉式母線槽（簡稱母線槽）是由金屬板（鋼板或鋁板）為保護外殼、導電排、絕緣材料及有關附件組成的母線系統。它可制成每 隔一段距離設有插接分線盒的插接型封閉母線，也可制成中間不帶分線盒的饋電型封閉式母線。在高層建筑的供電系統中，動力和照明線路往往分開設置，母線槽作為供電主干線在電氣豎井內沿墻垂直安裝一趟或多趟。按用途一趟母線槽一般由始端母線槽、直通母線槽（分帶插孔和不帶插孔兩種）、 L 型垂直（水平）彎通母線、 Z型垂直（水平）偏置母線 、 T 型垂直（水平）三通母線、 X 型垂直（水平）四通母線、變容母線槽、膨脹母線槽、終端封頭、終端接線箱、插接箱、母線槽有關附件及緊固裝置等組成。母線槽按絕緣方式可分為空氣式插接母線槽、密集絕緣插接母線槽 和高強度插接母線槽三種。 空氣式插接母線槽（ BMC）。由于母線之間接頭用銅片軟接過渡，在南方天氣潮濕，接頭之間容易產生氧化，形成接頭與母線接觸不良，使觸頭容易發熱，故在南方極少使用。并且接頭之間體積過大，水平母線段尺寸不一致，外形不夠美觀。 密集絕緣插接母線槽（ CMC） 。 密集絕緣插接母線槽防潮、散熱效果較差。在防潮方面，母線在施工時，容易受潮及滲水，造成相間絕緣電阻下降。母線的散熱主要靠外殼，由于線與線之間緊湊排列安裝， L2、 L3 相熱能散發緩慢，形成母線槽溫升偏高。密集絕緣插接母線槽受外殼板材限制，只能生產 不大于3m 的水平段。由于母線相間氣隙小，母線通過大電流時，產生強大的電動力，使磁振蕩頻率形成疊加狀態，造成過大的噪聲。 高強度封閉式母線槽（ CFW）。其工藝制造不受板材限制，外殼做成瓦溝形式，使母線機械強度增加，母線水平段可生產至 13m 長。由于外殼做成瓦溝形式，坑溝位置有意將母線分隔固定，母線之間有 18mm 的間距，線間通風良好，使母線槽的防潮和散熱功能有明顯的提高，比較適應南方氣候 。 插接式母線槽 。 插接式母線槽屬樹干式系統，具有體積小、結構緊湊、運行可靠、傳輸電流大、便于分接饋電、維護方便、能耗小、動熱穩定 性好等優點，在高層建筑中得到廣泛應用。 插接式母線槽是專供交流 50Hz、 額定電壓 380V、額定電流 250-3150A 的三相四線制和三相五線制配電系統傳輸電能之用。適用于車間、老企業改造、實驗樓、高層建筑等多種場合。與傳統的電纜配電方式比較，具有體積小、輸南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 5 頁 送電流大、安全可靠、拆裝方便、基建與配電施工互不相擾，一次投資可反復使用等優點，是一種理想的配電產品。 如圖 1-1 所示。 1.3 檢測內容 母線槽內部一般用銅片作為導體。 本次設計的母線槽技術參數檢測控制機就是控制檢測裝置檢測母線槽內每一導電銅片的電阻的檢測及導電銅片之間的絕緣強度。 銅片的電阻是關乎母線槽導電能力的重要因素。電阻越大，母線槽在電傳輸過程中消耗就會越大，傳輸的效率就會越低。母線槽作為導線，知道其內部導電體的電阻是非常必要的。而母線槽內部導電體之間的絕緣填充物的絕緣強度則是影響安全性的重要因素。但是并不是說母線槽內導電體的導電能力越小越好，絕緣填充物的絕緣強度越大越好。由于受到成本因素的限制，母線槽制造商必須制造出適合不同場合應用的母線槽，這就需要準確知道母線槽的兩個參 數指標。 絕緣強度和電阻的檢測過程如圖 12 所示。 圖 1 2 絕緣強度和電阻檢測示意圖 a） 檢測絕緣強度 b) 檢測電阻 1-檢測頭； 2氣缸； 3母線槽 圖 1-1 插接式母線槽 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 6 頁 當連接 檢測絕緣強度的檢測儀時，下位機 控制兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機（ PC） ；當 連接檢測電阻的微歐計時，兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機 （ PC） 。 1.4 檢測系統總控制方案 本次設計中所設計出的母線槽技術參數檢測控制機系統總的工作過程是：上位機發送啟動信號，下位機開始工 作。下位機控制檢測臺傳送裝置和氣壓傳動定位機構傳送和定位母線槽。之后，下位機通過運動機構控制檢測系統檢測導電片的電阻及導電片與導電片之間的絕緣強度，并把檢測結果傳送給上位機。上位機接收到檢測完畢的信號后，根據檢測結果判斷母線槽是否合格，若是合格產品，則發送信號給打印機，打印機打印出所檢測的母線槽的條碼。隨后，上位機接發送信號給貼標機，并控制貼標機把打印出來的條碼貼到母線槽上。貼標機貼標完畢后發送信號給上位機，上位機接著發送信號給下位機，由下位機控制完成對母線槽進行包裝。母線槽技術參數自動檢測系統總的工作過程 如圖 1-3 所示。 打印機 上位機（ PC） 貼標機 運動機構控制系統（或稱下位機） 測試系統 母線槽 包裝機構 定位機構 檢測臺 母線槽 輔助動作控制電路 輔助動作執行機構（氣壓傳動） 功率放大系統 運動驅動機構 圖 1-3 母線槽技術參數自動檢測系統組成框圖 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 7 頁 我在本次設計中所負責的是下位機的氣壓傳動部分。下位機的主要工作是對母線槽內每一片導電材料的電阻的檢測以及導電材料之間的絕緣強度的檢測。下面具體描述 下位機的工作過程： 當檢測平臺傳送電機啟動時，檢測臺縱向定位缸升起。當檢測縱向母線槽到位時，檢測平臺傳送電機停止。左右端側向定位缸啟動，當左右端側向定位缸到位時，分別連接檢測絕緣強度的檢測儀和檢測電阻的微歐計，并將結果送給上位機。最后進行對母線槽的貼標和包裝。檢測及包裝 臺示意圖如圖 1-4所示。下位機的控制流程圖如圖 1 5 所示。 圖 1-4 檢測及包裝臺示意圖 1-檢測平臺； 2-母線槽； 3-檢測臺縱向定位缸； 4-檢測平臺移送電機； 5-包裝平臺； 6-包裝臺縱向定位缸； 7、 9-母線槽包裝上升缸； 8-包裝臺移送電機； 10、 27-縱向到位檢測傳感器； 11、 26-左右端側向定位滑臺； 12、 25-左右端測量頭驅動氣缸； 13、 24-X 軸及 U 軸滑臺； 14、 23-X 軸及 U 軸步進電機； 15、 22-左右端側向定位缸； 16、 21-左右端垂直升降臺； 17、 19-Y 軸及 V 軸步進電機； 18、 20-左右端移動立柱 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 8 頁 檢測平臺移送電機啟動 檢測臺縱向定位缸升起 檢測平臺移送電機停止 左端側向定位缸啟動 右端側向定位缸啟動 連接絕緣強度檢測儀 兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機 檢測完后回起點 連接檢測電阻的微歐計 兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機 開始 接下一頁 Y 左、右端側向定位缸到位？ 母線槽縱向到位？ N N Y 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 9 頁 圖 1-5 下位機的控制過程 兩個檢測頭回原點 左右端側向定位缸退回 檢測臺縱向 定位缸退回 檢測平臺移送電機啟動 包裝臺移送電機啟動 包裝臺縱向定位缸升起 母線槽離開檢測平臺后檢測平臺移送電機停轉 母線槽到達包裝平臺后包裝臺移送電機停轉 發信給上位機啟動貼標機貼標 貼標結束后，母線槽包裝上升氣缸升起 延時，包裝 包裝臺縱向定位缸退回 母線槽包裝上升缸退回 結 束 接上一頁 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 10 頁 第二章 氣壓傳動系統設計與計算 2.1 氣壓傳動控制對象 本設計共有八只汽缸控制。其中兩只汽缸控制母線槽兩端測量頭的伸縮；兩只汽缸控制測量頭橫向定位；兩只汽缸控制母線槽長度方向定位；兩只汽缸控制母線槽升降（升起后對 母線槽兩端進行包裝）。 2.2 選擇傳動和控制方案 正確選用傳動和控制方案是系統設計的關鍵，不僅在技術上合理適用，經濟上也會取得巨大的效益。根據表 2-1 氣動、液壓、電 -氣傳動和控制方式的比較后，本設計采用的是氣動方案。 表 2-1 各種傳動和控制方式特性比較 氣 動 液 壓 電 -氣 傳動系統輸出部分 中等輸出力，可高速動作輸出力密度中等 直線、回轉、振動 輸出力大 輸出密度大 直線、回轉、擺動 輸出力范圍廣 輸出力密度小 主要產生回轉運動 動力源 空氣壓縮源 液壓源 電源 設備 效 率 壓縮機和氣缸效率低 油泵和執行元件效率中等 效率高 控制性能 因壓縮性使位置控制受負載變動的影響 力控制容易 因液壓有較高的剛性故控制性好 位置速度容易控制 在中小輸出力時精密控制，大輸出力時響應慢 位置、速度控制容易 運算部分 采用邏輯元件進行小規模運算 回路運算機能差 可進行大規模各種運算 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 11 頁 （續） 氣 動 液 壓 電 -氣 傳送部分 可用配 管進行動力和低速信號傳送 不要回氣管 傳送距離在百米以內 用配管進行動力傳送 不可遠距離傳送 可用配線進行動力和信號傳送且無滯后 可遠距離傳送 防火、防爆性 儲氣罐須注意超壓爆炸外，無其他危險 一般液壓油會產生可燃性氣體，注意防火 因火化會造成事故要注意防火防爆 維修管理 空氣泄漏不會引起污染；壓縮機要管理 油泄漏易引起污染；故對油要進行管理 漏電危險性大 要有專人管理 溫 度 使用溫度范圍廣 油溫需要一個合適范圍 一般電動機不可高溫使用 電磁場影響 不影響性能 不影響性能 可能引起誤操 作 噪 聲 壓縮機及排氣噪聲大 油泵噪聲較大 噪聲大 2.3 總氣壓傳動回路系統設計 2.3.1 選擇總氣壓傳動回路的控制方式 常用的總氣壓傳動回路中執行元件控制方式有氣壓控制、電磁控制、人力控制和機械控制四類。 本設計采用電磁控制方式。這種方式利用電磁線圈通電時，靜磁鐵對動磁鐵產生電磁吸力使電磁閥切換以改變氣流方向。這種電磁控制方式易于實現電氣聯合控制，能實現遠距離操作，在工程上得到廣泛的應用。 2.3.2 總氣壓傳動控制回路設計 1.選擇執行機構 氣動執行元件是以壓縮空氣為工作介質，將氣體能量轉化 成機械能的能量南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 12 頁 轉化裝置。執行元件分為實現直線運動的氣壓缸和實現回轉和擺動運動的氣動馬達兩類。 氣缸按結構特征分類如下： 本系統完成的進給運動要求直線往復運動，選擇單活塞雙作用氣缸作為執行機構。 所謂單活塞桿氣缸就是在活塞的一端有活塞桿，活塞兩側承受的氣壓作用氣缸 活塞式 膜片式 無活塞式 仿生氣動“肌腱” 仿生 單活塞 雙活塞 有活塞桿 無活塞桿 單出桿 雙出桿 雙作用 單作用 雙作用 無桿氣缸 磁性氣缸 繩索氣缸 串聯 并聯 多位氣缸 增力氣缸 單出桿 雙出桿 平膜片 滾動膜片 皮囊 單作用 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 13 頁 面積不等，因而活塞桿伸出的速度小于活塞桿退回的速度，活塞桿伸出時的推力大于活塞桿退回時的拉力。所謂雙活塞桿氣缸是在活塞的兩端都有活塞桿，兩側承受的氣壓作用面積相等，因而活塞桿伸出的速度等于活塞桿 退回的速度，活塞桿伸出時的推力等于活塞桿退回時的拉力。 所謂雙作用氣缸就是由兩側供氣口交替供給氣壓 使活塞作往復運動。所謂單作用氣缸就是由一側供氣 口供給氣壓驅動活塞運動，借助彈簧力、外力或自重 等作用返回。圖 2-1 所示為單活塞桿雙作用氣缸的職 能符號。 2.選擇控制元件 控制元件是用來調節和控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向，以便使執行機構按要求的程序和性能工作。控制元件分為壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥和邏輯元件。 （ 1）壓力控制閥 壓力控制閥可分為減壓閥、溢流閥和順序閥。為了使氣源裝置內的壓力 氣體減壓到每套裝置實際需要的壓力，我們系統中采用了減壓閥。減壓閥的特點是將較高的輸入壓力調到規定的輸出壓力，并能保持輸出壓力穩定，不受空氣流量變化及氣源壓力波動的影響。 減壓閥調壓方式有直動式和先導式兩種。在減壓閥調壓方式的選擇上，我們選擇了直動式調壓閥。所謂直動式就是借助彈簧力 直接操作的調壓方式，這種方式適合減壓閥直徑小于 20 30mm ， 輸出壓力在 0 1.0MPa 范圍內。所謂先導 式就是用預先調整好的氣壓來代替直動式調壓 彈簧進 行調壓。圖 2-2 所示為減壓閥的職能 符號。 （ 2）方向控制閥 方向控制閥可分為單向閥和換向閥兩種。為了使氣流只沿著一個方向流動， 我們設計的系統中采用了單向閥。單向閥的特點是只允許氣流在一個方向流動，而在相反的方向上完全關閉。圖 2-3 所示為單向閥的職能符號。 為了達到快速進給與退回的要求，我們設計的系 統中采用二位四通換向閥。換向閥的特點是當換向閥 的電磁鐵通電吸合與斷電釋 放時，直接推動閥芯控制 圖 2-3 單向閥 圖 2-2 減壓閥 你 圖 2-1 單活塞桿雙作 用氣缸 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 14 頁 氣流方向。電磁閥按操縱方法，有直動式和先導式。 我們設計的系統選擇直動式操縱方法控制電磁閥。二 位四通換向閥是電氣系統與氣壓系統之間的信號的轉 換元件。 圖 2-4 所示為 二位四通換向閥的 職能 符號。 （ 3）流量控制閥 流量控制閥可分為單向節流閥、先導式速度控制閥、行程節流閥和排氣節流閥。 為了能夠調節氣缸活塞的移動速度，我們設計的系統中采用了單向節流閥。圖 2-5 所示為單向節流閥的職能符號。當氣流由 PA 流動時，經節流閥 1 節流； 而反向由 AP 流動時，單向閥 2 打開，不受節流閥 的影響。 3.選擇氣壓發生裝置與輔助元件 氣壓發生裝置即能源元件，它是獲得壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機，它將原動機供給的機械能轉化成氣體的壓 力能。本氣壓傳動系統的壓縮空氣是由工廠空壓站提供的 ，不需要另外設計氣壓發生裝置。由于氣壓系統應用的各種氣動元件，例如氣閥、氣缸等。其可動部分需要潤 如果沒有潤滑劑潤滑，就會導致摩擦力增大，密封線圈 很快被磨損，造成密封失效，使系統不能正常工作。然而以壓縮氣體為動力的氣動元件都是密封氣室，不能用一般方法去注油，只能以某種方式將潤滑油注入氣流中，帶到需要潤滑的地方，因此采用油霧器。它是一種特殊的注油裝置，它使潤滑油霧 化，隨著氣流進入到需要潤滑的部件上，實現潤滑。 氣壓發生裝置與輔助元件的職能符號如圖 2-6 所示。 2.3.3 繪制總氣壓傳動回路 總氣壓回路由八個分氣壓回路組成，如圖 2-7 所示。 2.4 測量頭動作控制氣壓傳動回路設計與計算 2.4.1 回路設計 兩個測量頭動作控制氣壓傳動回路是完全相同的，圖 2 8 所示是其中一個測量頭的動作控制氣壓傳動回路。 圖 2-4 二位四通換向閥 圖 2-6 氣壓發生裝置 與輔助元件1-霧化器 2-氣源 圖 2-5 單向節流閥 1-節流閥 2-單向閥 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 15 頁 圖 2-7 總氣壓回路 1、 2測量頭動作控制氣壓傳動回路； 3、 4測量頭橫向定位裝置氣壓傳動回路； 5測量臺縱 向定位裝置氣壓傳動回路； 6包裝臺縱向定位裝置氣壓傳動回路； 7、 8包裝臺升降機構氣壓傳動回路 圖 2-8 測量頭動作控制氣壓傳動回路 1氣源； 2霧化器； 3減壓閥； 4單向閥； 5二位四通換向閥； 6單向節流閥； 7壓力表； 8氣缸 2.4.2 回路計算 1.初選氣壓缸的工作壓力 氣源裝置的壓力 28 cmkgfP 620 . 7 8 4 1 0 Nm MPa784.0 。 減壓閥的調壓范圍分為五檔： 0.05 0.25 ； 0.05 0.4 ； 0.05 0.63 ； 0.05 0.8 ；0 .0 5 1 .0 MPa。 1 2 3 4 5 6 7 8 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 16 頁 氣源裝置的壓力經減壓閥減壓后，選擇調壓范圍為 0 .0 5 0 .8M Pa。 設定氣壓缸的壓力 0.05P MPa 。 2.計算氣壓缸的尺寸 氣缸克服的負載 F 主要為摩擦力和測量頭的慣性力。根據廠方提供的數據，負載 5 0 1 0 0FN ，取負載 100FN 。 根據氣缸的內徑 D 公式 264 4 1 0 0 5 . 0 5 1 0 5 0 . 53 . 1 4 0 . 0 5 1 0FD m m m mP 按標準取 氣缸的內徑 63D mm 。 根據計算活塞桿直徑 d 的經驗公式 0 .3 1 8 .9d D m m 按標準取 活塞桿直徑 16d mm 。 普通單活塞雙作用 氣壓缸無桿腔（無活塞桿的腔）的面積（1A）： 2 2 2 2113 . 1 4 6 . 3 3 1 . 1 644DA c m c m 普 通單活塞雙作用氣壓缸有桿腔（有活塞桿的腔）的面積 （2A）：22 2 2 2 2213 . 1 4 ( 6 . 3 1 . 6 ) 2 9 . 1 544DdA c m c m 3.求氣壓缸的最大流量 已知 檢 測 頭 氣 缸 活 塞 桿 伸 出 速 度 與 退 回 速 度 分 別 為1 5 m inv m/和 2 6 m inv m/， 由此得進入無桿腔的流量（1Q）： 31 1 1 3 1 . 6 5 0 0 m i n 1 5 . 5 8 m i nQ A v c m l 進入有桿腔的流量（2Q）： 32 2 2 2 9 . 1 5 6 0 0 m i n 1 7 . 4 9 m i nQ A v c m l 取最大流量2 1 7 . 4 9 m i nQ Q l。 4.確定管道內徑 d 根據氣壓系統管道內允許流速推薦值，選取流速 (v ) 5 . 0 3 0 0 0 0 m i nv m s c m 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 17 頁 則根據 管道內徑 d 的計算 公式 34 1 7 4 9 0 m i n1 . 1 3 0 . 8 63 0 0 0 0 m i nQ c md c mv c m 取 10d mm 。 2.4.3 元件選擇 （ 1）選擇氣缸型號 為了使氣缸在行程終點不發生沖擊，系統采用了緩沖氣缸。緩沖氣缸在阻力載荷且速度不高時，緩沖效果很明顯。對于這個系統來說，氣缸的速度要求不高，因此采用緩沖氣缸，是合理的。 QGP 系列氣缸為單活塞桿雙作 用可調雙向緩沖氣缸，具有結構簡單，重量輕，工作壓力低，反應快，沖擊力小等特點。 QGP 系列中 QGP 為普通緩沖氣缸， QGPA 為無緩沖氣缸， QGPB 為無緩沖雙向調速氣缸。根據系統計算的結果，選用氣缸型號為 QGP ， 內徑 D 為 63 mm ， 桿徑 d 為 16 1.5M mm ， 接管螺紋 尺寸為 18 1.5M mm 。 （ 2）選擇管道參數 當氣缸選定后，可根據氣缸的供氣口的接管螺紋尺寸查表對應氣缸供氣口的通徑。此通徑即為管道的通徑。根 據氣缸的供氣口的接管螺紋尺寸 18 1.5M mm ， 查表得氣缸供氣口的通徑是 10 和 12 mm ， 選擇 氣缸供氣口通徑為 10 mm ， 即 管道的通徑為 10 mm 。 在氣壓傳動中，常選用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。根據系統的實際要求，選擇膠管的公稱通徑為 10 mm ， 外徑為 19 mm ， 最小彎曲半徑為 130mm 。 （ 3）選擇單向節流閥型號 根據查表， 選 用單向節流閥型號為 10LA L ，通徑為 10mm ， 聯結螺紋為 18 1.5M mm 。 （ 4）選擇單向閥型號 根據查表，選用單向閥型號為 10KA L ， 公稱通徑為 10mm ， 聯結螺紋為 16 1.5M mm 。 （ 5）選擇減壓閥型號 根據查表，選用減壓閥型號為 2QP 10 03 51P ，公稱通徑為 10mm ， 接口螺紋為 38G 。 （ 6）選擇換向閥型號 根據查表，選用換向閥型號為 24 1 2PC ， 二位四通直動滑閥式電磁控制閥，單電控型 ， 公稱通徑為 15mm 。 （ 7）選擇油霧器型號 根據查表，選用油霧器型號為 396.35 ， 公稱通徑10mm ， 接管為 38G ， 最高工作壓力 1.00MPa ， 起霧流量為 50 minL 。 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 18 頁 2.5 檢測臺側向定位裝置氣壓傳動回路設計與計算 2.5.1 回路設計 兩個檢測臺側向定位裝置氣壓傳動回路是完全相同的，圖 2 9 是其中一個檢測臺側向定位裝置氣壓 傳動回路。 圖 2-9 檢測臺側向定位裝置氣壓傳動回路 1氣源； 2霧化器； 3減壓閥； 4單向閥； 5二位四通換向閥； 6單向節流閥； 7-壓力繼電器； 8壓力表； 9氣缸 2.5.2 回路計算 1.初選氣壓缸的工作壓力 氣源裝置的壓力 28 cmkgfP 620 . 7 8 4 1 0 Nm MPa784.0 。 減 壓閥的調壓范圍分為五檔： 0.05 0.25 ； 0.05 0.4 ； 0.05 0.63 ； 0.05 0.8 ；0 .0 5 1 .0 MPa。 氣源裝置的壓力經減壓閥減壓后，選擇調壓范圍為 0.05 0.8 MPa 。 設定氣壓缸的壓力 0.1P MPa 。 2.計算氣壓缸的尺寸 根據氣壓缸活塞桿受力情況分析，兩活塞桿 在橫向上 負載 F 之和應該小于母線槽受到的靜摩擦力fsF，保證橫向定位時活塞桿不會因為受力過大而導致母線槽移動影響測量精度。 設定母線槽質量 500m kg ， 則 1 1 1 0 . 2 5 0 0 9 . 8 4 9 02 2 2f s sF F f m g N N 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 19 頁 取負載 400FN 。 根據氣缸的內徑 D 的計算公式 264 4 4 0 0 7 . 1 4 1 0 7 1 . 43 . 1 4 0 . 1 1 0FD m m m mP 按標準取 氣缸的內徑 80D mm 。 根據計算活塞桿直徑 d 的經驗公式 0 .3 2 4d D m m 按標準取 活塞桿直徑 20d mm 。 普通單活塞雙作用 氣壓缸無桿腔（無活塞桿的腔）的面積（1A）： 2 2 2 2113 . 1 4 8 5 0 . 2 444DA c m c m 普通單活塞雙作用 氣壓缸有桿腔（有活塞桿的腔）的面積（2A）： 22 2 2 2213 . 1 4 ( 8 2 ) 4 7 . 144DdA c m 3.求氣壓缸的最大流量 已知側向定位 氣缸活塞桿伸 出定位速度與退回速度分別為1 6 m inv m/和2 8 m inv m/， 由此得進入無桿腔的流量（1Q）： 31 1 1 5 0 . 2 4 6 0 0 m i n 3 0 . 1 4 m i nQ A v c m l 進入有桿腔的流量（2Q）： 32 2 2 4 7 . 1 8 0 0 m i n 3 7 . 6 8 m i nQ A v c m l 取最大流量2 3 7 . 6 8 m i nQ Q l。 4.求管道內徑 d 根據氣壓系統管道內允許流速推薦值，選擇 流速 (v ) 5 . 0 3 0 0 0 0 m i nv m s c m 根據 管道內徑 d 的計算 公式 34 3 7 6 8 0 m i n1 . 1 3 1 . 2 73 0 0 0 0 m i nQ c md c mv c m 取 12d mm 。 南京工程學院畢業設計說明書（論文） 第 20 頁 2.5.3 元件的選擇 （ 1）選擇 氣缸 型號 為了使氣