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本科毕业论文-—基于plc的切管机设计.doc
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河北化工医药职业技术学院毕业论文
1
基于 plc 的切管机设计
第一章前言
此次设计的切管机,主要用于机车车辆上所用通风、通水管。因此,下料所要求
的精度不高。车辆厂平时需要切削大量的 3/8 和 4/8 英寸的金属管。如果用手工切断,
劳动强度大,生产效率低,产品质量差。因此,需要一台,通用性好,耐用以及抗磨
损的切管机。
切管机的主要参数为,滚珠转速 70r/min,圆盘刀片的直径为 80mm,加工管件的直
径范围为 3/8-4/8 英寸,电动机的额定功率为 1.5 千瓦,满载转速 1400r/min,每天
工作十小时,工作载荷变动小。切管机的工作原理如下:动力由电动机经过三角带输
出,涡轮减速箱,开始齿轮传动传到一对磙子。从而带动工件的旋转。实现切削时的
主运动。与此同时,操作手轮,通过螺旋传动,将圆环刀片向下运动,并在不断增加
刀片对管子的压力过程中,实现管子的切割工作。为了顺利实现上面的运动,要对传
动系统中的电动机做出选择,拟定传动方案,并且对于各轴的转速、功率和转矩以及
各主要传动件的参数(包括带传动的设计、齿轮模数的确定以及蜗杆蜗轮模数的确定
和齿数的确定)进行设计与计算,对于各轴的最小直径,各主要传动件的尺寸,包括
(三角带轮,齿轮,蜗杆蜗轮),也要给出相应的计算。接着,对各数值进行校核。
最后再由经过计算的数值来绘制装配图,完成设计。由于产品较大,大致可以分为五
个部分:刀头架,滚子,机柜,电器和减速箱。而各部分时分开设计的,因此要注意
考虑各部分的装配关系。其中减速箱部分需要着重进行设计,由于这里结构众多且结
构复杂,而整个箱体又时在整体焊接后需要进行装配密封的部件,所以需要详细标注。
切管机的运用,主要是为了降低劳动强度,节省人力,提高产品质量。当然,保
证性价比也是这次设计的重要考虑项目之一。
由于切管机在实际生产中早已广泛应用,在使用与制造方面,已有一定的经验,
本次设计中有关切管机的一些参数,都采用已有的规定。因水平有限,论文中不免有
疏忽与错误的地方,敬请批阅老师指正。
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第二章切管机控制方法与控制系统的确定
切割机控制系统有继电器控制、单片机控制、PLC 控制等。现将几种控制系统作
出分析比较选取最优的控制系统来实现其功能。
(1)PLC 与继电器控制的比较
1.功能强,性能价格比高
2.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强
3.可靠性高,抗干扰能力强
4.系统的设计、安装、调试工作量少
5.编程方法简单
6.维修工作量少,维修方便
7.体积小,能耗低
(2)PLC 与单片机的比较
1. 对单项工程或重复数极少的项目,采用 PLC 方案是明智、快捷的途径,成功
率高,可靠性好,但成本较高。
2.对于量大的配套项目,采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但这要
有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系
统嵌入 PLC 的功能,这样可大大简化单片机系统的研制时间,性能得到保障,效益也
就有保证。
2.1 PLC 的特点
1.高可靠性:所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与 PLC
内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用 R-C 滤波器,其滤波时间常数一般为 10~
20ms.各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用
的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,
CPU 立即采用有效措施,以防止故障扩大。大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系
统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2.丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号,如:交流或直流;开关量
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或模拟量;电压或电流;脉冲或电位;强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场
的器件或设备,如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈;控制
阀等直接连接。另外为了提高操作性能,它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组
成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块,等等。
3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型 PLC 以外,绝
大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件,包括 CPU,电源,I/O 等均采用模
块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自
行组合。
4.编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使
用者来说,不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和
掌握。
5.安装简单,维修方便 PLC 不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接,即可投入运行。各种模块
上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结
构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。
6. PLC 的功能:
(1) 逻辑控制。
(2) 定时控制。
(3) 计数控制。
(4) 步进(顺序)控制。
(5) PID 控制。
(6) 数据控制:PLC 具有数据处理能力。
(7) 通信和联网。
(8) 其它:PLC 还有许多特殊功能模块,适用于各种特殊控制的要求,如:定位
控制模块,CRT 模块。
第三章 切管机传动装置的设计计算
传动装置的设计与动力的选择有关,在动力选择好之后就可以拟定传动方案,进
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行运动学的计算。
方案说明:
用碾压的方法切断金属管,需要金属旋转的切削运动和圆盘刀片向下的进给
运动。这种方法是连续切削的。生产效率高,机器的结构不太复杂。但是这种传动方
案的一大缺点是,在切削时的挤压过程中,管子的内径会缩小。一般用于对管子要求
不高的场合。
2.1 电动机的选择
2.1.1 电动机功率的选择
电动机工作环境为连续工作,变化很少,并且载荷稳定的场合。一般 Pm>Pr10%
此处:Pm 已经给出
所以:Pm=1.5kw
2.1.2 电动机转速的选择
此处电动机的转速已经给出 n=1400r/min
2.1.3 电动机类型的选择
经查表,得同一功率的三相异步电动机有以下三种型号、转速的选择:
Y90S-2 2840r/min
Y90L-4 1400r/min
Y100L-6 940r/min
根据要求,最终选定三相异步电动机的型号是: Y90L-4
2.2 传动方案的拟定
总的传动比i的确定:
20
70
1400
���
滚
总
n
n
i
综合考虑各方面要求,确定传动方案如下:
初定传动比:
212 �i
5023 �i
5.134 �i
5.7/145 �i
2.3 计算各轴的转速、功率和转矩
已知电动机的数据如下:
kwpm 4.1�
min/1400rn �
min/70rn �滚
查表可知各级传动效率如下:
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5
96.0�带
�
72.0�蜗
�
92.0�齿
�
99.0�滚
�
(1)计算各轴转速如下:
min/700
2
1400
12
1 r
i
n
n ���
min/14
502
1400
231223
1
2 r
ii
n
i
n
n �
�
�
�
��
min/3.9
5.1502
1400
34231234
2
3 r
iii
n
i
n
n �
��
�
��
��
min/70
5.7/15.1502
1400
4534231245
3
4 r
iiii
n
i
n
n �
���
�
���
��
(2)各轴功率计算如下:
kwPP m 44.196.05.11 ����� 带
�
kwPPP m 03.199.072.096.05.112 ������������ 滚蜗带滚蜗
�����
kwPPP m 94.092.099.072.096.05.123 �������������� 齿滚蜗带滚齿
������
kwPPP m 85.092.099.072.096.05.1
2222
34 �������������� 齿滚蜗带滚齿
������
(3)各轴传递的转矩计算如下:
mkg
n
P
M
w
m
*5.104
1400
5.1
9750097500 ���扭电
cmkgiMM *1 64.20096.025.1041 ������� 带扭电扭
�
cmkg
iiMiMM
*
3
9.685299.072.092.05025.104
2121
�������
���������� 滚蜗带扭电滚蜗扭扭
�����
注:轴 3 为设计上特别增加的惰轮,所以,轴 3 不承受转矩,只承受弯矩。
cmkg
iiiiMM
*
32
4
2.593
99.092.072.096.05.7/15022/15.104
32
43211
�
���������
��������� 滚齿蜗带扭扭
����
2.4 进行传动机构的设计与计算
2.4.1 带传动的设计与计算
工况系数 查表得
1.1�AK
计算功率
kwPKP Ac 65.15.11.1 �����
kwPc 65.1�
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