S195G柴油機機體專用清洗機設(shè)計【含圖紙】

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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923005 學(xué)生姓名： 李 輝 指導(dǎo)教師： 劉新佳 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） S195G 柴油 機機體專用清洗機設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究 所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo) 注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何 其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 91 學(xué) 號： 0923005 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) S195G 柴油機是用途廣泛的發(fā)動機，某廠生產(chǎn)的 S195G 柴油機 是為出口拖拉機配套的主要產(chǎn)品 ，其整機清潔度要求較高，在生產(chǎn) 過程中機體的清洗工序一直受到生產(chǎn)廠家的重視。但長期以來都是 采用手工清洗的方法，效率低，清洗質(zhì)量差且不穩(wěn)定，不能滿足企 業(yè)生產(chǎn)的需要，迫切需要開發(fā)一種適合流水線生產(chǎn)的清洗機器。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 設(shè)計技術(shù)參數(shù) 污垢性質(zhì)：油污，雜物，切屑等 ； 清洗部位：孔及內(nèi)外表面 ； 清洗工藝流程 ：上料空位清洗空位吹干下料，每步跨距 580，機身長度約 3500 ； I 生產(chǎn)節(jié)拍：每個生產(chǎn)周期為 3 分鐘 ； 工件擺放位置：按工件正視圖位置擺放，四角 4-13 孔為定位孔， 底面朝下 ，兩個大面在左右 ； 輸送方式：步進式，定點對位清洗，清洗時間為 2 分鐘。 完成滿足生產(chǎn)需要的總體設(shè)計、主要零部件設(shè)計圖樣一套（折合 零號圖紙 3 張以上） 、編制設(shè)計說明說一份。 完成英文翻譯資料一份。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 91 班 姓名 李 輝 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 S195G-01006 機體清洗機是用于 S195G-01006 機體的專用清洗設(shè)備。適用于生產(chǎn)流水 線上批量生產(chǎn)的已完成機加工的機體在入庫前的常溫清洗。S195G 柴油機機體專用清洗 機床采用高壓噴射清洗方式。本機床為液壓步進、連續(xù)型、多工位清洗機。機床主要由 機架、輸送機構(gòu)、水箱、清洗液輸送系統(tǒng)、噴水清洗系統(tǒng)、噴氣吹干系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、 電氣控制系統(tǒng)組成。采用液壓步進式連續(xù)型工作生產(chǎn)方式：機體從上料端上料后，由步 進式輸送機構(gòu)在 PLC 程序控制系統(tǒng)控制下按程序先后送入清洗、吹干工位，完成定點對 位清洗及吹干以后輸出。從機體上料后能自動完成機體的清洗、吹干等工序，直至自動 輸出。由于采用流水線清洗，清洗效率高；由于采用定點，對位清洗清洗效果特別好， 清洗質(zhì)量高；控制系統(tǒng)采用 PC 控制，操作完全實現(xiàn)自動化。因此，清洗任務(wù)能安全高效 的完成，并且操作、維護十分方便。 關(guān)鍵詞：S195G 柴油機機體；清洗；高壓噴射清洗；液壓步進式輸送機構(gòu) III Abstract S195G -01006 cleaning equipment is a special cleaning machine for the mass-produced diesel engine bodies of S 195G -01006 at room temperature before they are sent into stock after they come out of the production lines with the machining finished. High-pressure spraying cleaning method is applied in this hydraulic stepping, continuous-working and multiple-step cleaning machine tool. It is composed of tool rack, conveying mechanism, water tank, washing liquid delivery system, water spray cleaning system, gas-ejecting drying system, hydraulic system and electrical control system. After the diesel engine body is placed into the cleaning machine from the input port, the diesel engine body will be sent along the stepping conveying mechanism to be cleaned and dried step by step as programmed by PLC program control system. After the fixed-point and aligned cleaning and drying are finished, the engine body will be sent out automatically. The whole procedures of input, cleaning,drying and output are complete automatization. As production-line cleaning mode is made use of, the cleaning efficiency of this cleaning machine is great; And because the cleaning is done at fixed points and is aligned with the engine body, the cleaning quality is high and the cleaning effect is good. With the PC control system applied, the whole operation realizes automatization. Hence, the cleaning task is accomplished safely and highly efficiently. Besides, the operation and maintenance of this cleaning machine are very convenient. Key words: S195G engine block；washing machines；high pressure water cleaning；hydraulic Step-by-step transfer agencies IV 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract..........................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 清洗機技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ...........................................................................................1 1.3 課題的主要內(nèi)容 ...............................................................................................................2 2 清洗機設(shè)計方案論證 .................................................................................................................3 2.1 機體零件的清洗特點 .......................................................................................................3 2.2 機床總方案 .......................................................................................................................3 2.4 液壓系統(tǒng)方案確定 ...........................................................................................................5 2.5 控制系統(tǒng)方案確定 ...........................................................................................................6 3 清洗機主要參數(shù)的分析與計算 .................................................................................................7 3.1 設(shè)計技術(shù)參數(shù) ...................................................................................................................7 3.2 機械系統(tǒng)主要計算 ...........................................................................................................7 4 清洗機床的設(shè)計 .......................................................................................................................11 4.1 機械系統(tǒng)的設(shè)計 .............................................................................................................11 4.1.1 清洗機床的總體設(shè)計 ...........................................................................................11 4.1.2 機架的設(shè)計 ...........................................................................................................15 4.1.3 水箱的設(shè)計 ...........................................................................................................16 4.1.4 輸送滾道與機構(gòu)的設(shè)計 .......................................................................................19 4.1.5 升降噴水吹風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計 ...................................................................................21 4.1.6 排渣機的設(shè)計 .......................................................................................................25 4.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 .............................................................................................................26 4.2.1 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 ...........................................................................................27 4.2.2 液壓系統(tǒng)管道圖設(shè)計 ...........................................................................................27 4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .............................................................................................................28 5 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................29 5.1 結(jié)論 .................................................................................................................................29 5.2 不足之處及未來展望 .....................................................................................................29 致謝 ...............................................................................................................................................30 參考文獻 .......................................................................................................................................31 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 清洗機技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 清洗是使物體清潔的重要手段之一。部件所能達到的清潔度對該產(chǎn)品的質(zhì)量好壞有 著關(guān)鍵性的影響。所以清洗技術(shù)在各個行業(yè)中得到了廣泛性地應(yīng)用。 清洗技術(shù)在機械行業(yè)也不例外，零件的清潔度對該機械制造產(chǎn)品的質(zhì)量也有著直接 關(guān)鍵的影響。在拖拉機箱體的清洗上，清潔度的好壞會直接影響到下一道工序和發(fā)動機 的裝配，干燥度也直接影響到下一道工序和發(fā)動機的工作性能。所以在拖拉機的箱體機 械加工完成后，又在入庫前必須對拖拉機的箱體進行清洗和干燥的工序。S195 柴油機是 用途廣泛的發(fā)動機，某廠生產(chǎn)的 S195G 柴油機是為出口拖拉機配套的主要產(chǎn)品，其整機 清潔度要求較高。所以在生產(chǎn)過程中機體的清洗工序一直都受到生產(chǎn)廠家的高度重視。 但長期以來都是采用手工清洗的方法，效率低，清洗質(zhì)量差且不穩(wěn)定，不能滿足企業(yè)生 產(chǎn)的需要，迫切需要開發(fā)一種適合流水線生產(chǎn)的自動專用清洗機床。 伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的清洗技術(shù)也越來越多樣化和成熟化。比如在蘇州華 偉公司的超聲波清洗機系列中采取了超聲波技術(shù)，利用超聲波能在清洗的工件表面產(chǎn)生 高頻的微小振動特點，使附在工作表面的污垢分離脫落。特別是如圖 1.1 所示的環(huán)保超聲 波清洗機線能夠連續(xù)性輸送被清洗的工件,適合大批量生產(chǎn)零件的清洗(如沖壓類零件)。而 且它的自動化程度比較高,操作簡單,操作人員只需要連續(xù)的放零件 1。 圖 1.1 環(huán)保超聲波清洗線 另外，如圖 1.2 所示，由德國 Karcher 公司生產(chǎn)的 HD 215 高壓水清洗機，利用高壓 水噴射被清洗工件表面原理。產(chǎn)生高達 150MPa 的壓力，清除被清洗工件表面頑固的臟污。 不需要耗費很大水量，即可獲得極佳的清潔效果。并且它的超高壓清洗機在工作壓力 150MPa 下，耗水量僅為每小時 120 升。新穎的噴槍和獨特的噴嘴設(shè)計，能使清潔效果更 加優(yōu)秀。 現(xiàn)在行業(yè)中越來越多的高清潔效率、小巧緊湊、造型合理簡約清洗機，廣泛適用于 工廠車間、運輸車輛、物業(yè)清洗公司、市政廣場等多種行業(yè)。它們高質(zhì)量、高性能，低 價格， S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 1 耐用性好，是快速、全面清潔作業(yè)的好幫手。并且隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在的清洗機 也越來越智能化。清洗機的動作可全部由光電傳感器的芯片的內(nèi)置程序控制,不僅能夠使 人們在清洗作業(yè)中空出更多的空閑時間，達到更高的清洗效率，還可以進一步滿足的清 洗要求，達到更高的清洗目標(biāo) 2。 圖 1.2 HD215 高壓清洗機 1.2 課題的提出與意義 該課題來自某工廠。該公司由于訂單的增加，手工生產(chǎn)已經(jīng)無法滿足需要，亟需設(shè) 計一條自動機體生產(chǎn)線，來提高企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時也可以減少勞動力的投入， 減輕工人的工作量。同時隨著我國工程機械產(chǎn)品的不斷引進和發(fā)展，以及廠家和客戶對 產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的要求不斷提高，我們可以將清洗動作和自動化技術(shù)有機結(jié)合在一起， 生產(chǎn)出符合要求的 S195 柴油機機體專用清洗機床，從而大大清洗時間和縮短廠家生產(chǎn) S195 柴油機機體周期，提高整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)線效率。 1.3 課題的主要內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容是完成 S195 柴油機機體專用清洗機床的設(shè)計。最后，將它們轉(zhuǎn)化 為能供指導(dǎo)制造、裝配、安裝、調(diào)試和維修用的設(shè)計圖紙及各類說明書等技術(shù)文件?？?之，設(shè)計的主要內(nèi)容分為機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分以及對夾具的設(shè)計。 本設(shè)計需滿足的要求如下： 1、達到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定要求，滿足實際工作需要。 2、整機結(jié)構(gòu)簡單實用，滿足設(shè)計要求。 3、控制系統(tǒng)要有較高的工作可靠性、安全性。 4、工作時生產(chǎn)任務(wù)安全、優(yōu)質(zhì)高效完成，設(shè)備外形力求簡約。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 清洗機設(shè)計方案論證 2.1 機體零件的清洗特點 如圖 2.1 所示，機體零件是一材料為 HT200、質(zhì)量為 31kg、外形為 521.7176300(mm)的接近六面體的結(jié)構(gòu)，經(jīng)鑄造及機械加工后進人清洗工序，清洗后入 庫待裝配。它的每個面上不同程度地分布有清洗難度大、清洗要求高的部位，如與氣缸 套配合的表面、裝配軸瓦的表面、螺紋孔內(nèi)表面等清洗要求較高；而一些鑄造小孔、盲 孔、小螺紋孔、油道、通水道、凹槽及復(fù)雜的機體內(nèi)腔等部位清洗難度較大。只有對這 些部位全部采用定點對位沖洗的方法才有可能獲得高的清洗效果。因此，清洗機的輸送 機構(gòu)及清洗系統(tǒng)成為本機設(shè)計的兩大技術(shù)關(guān)鍵 3。 圖 2.1 S195G 機體零件圖 2.2 機床總方案 根據(jù)對機體零件特點的分析，只有對那些清洗難度較大的鑄造小孔、盲孔、小螺紋 孔、油道、通水道、凹槽及復(fù)雜的機體內(nèi)腔等部位全部采用定點對位高壓沖洗的方法才 有可能獲得高的清洗效果 3。所以本 S195G 柴油機機體專用清洗機床決定采用高壓噴射 清洗方式。專用清洗機的主要結(jié)構(gòu)，由以機架為支撐的傳動輸送機構(gòu)、清洗系統(tǒng)、吹干 系統(tǒng)、吸霧通風(fēng)裝置和分立于機架的電氣控制系統(tǒng)及液壓站等組成。采用液壓步進式連 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 3 續(xù)型工作生產(chǎn)方式：機體從上料端上料后，由步進式輸送機構(gòu)在 PLC 程序控制系統(tǒng)控制 下按程序先后送入清洗、吹干工位，完成定點對位清洗及吹干以后輸出。 2.3 機械系統(tǒng)方案確定 機架：機架是本機床的主要骨架，是由型鋼焊接面成的框架結(jié)構(gòu)。除液壓和電氣控 制系統(tǒng)柜外，其余各部件均以機架支撐，有一定剛度的要求。 輸送機構(gòu)：由設(shè)計技術(shù)參數(shù)的要求,清洗工藝流程：上料空位清洗空位吹干 下料，每步跨距 580，機身長度約 3500。為了方便機體的移動,應(yīng)在清洗機內(nèi)部機體移 動的路線中設(shè)置一個便于機體轉(zhuǎn)移的輸送機構(gòu)。由于滾動摩擦阻力系數(shù)比滑動阻力系數(shù) 小，并且根據(jù)參觀的無錫一汽柴油機廠的生產(chǎn)線,決定把輸送機構(gòu)設(shè)計成為一個滾道的輸 送機構(gòu)。 用于機體輸送，機體底面與固定梁或與步進梁接觸的部位可能會成為清洗液無法到 達的死角。為了克服上述的缺點，對本機設(shè)計采用了由以水平移動油缸為動力的低頭棘 爪推桿機構(gòu)和滾道構(gòu)成的步進式輸送機構(gòu)，即機體置于由滾輪組成的滾道上，輸送油缸 拉動推扦，棘爪推動機體在滾道上沿導(dǎo)向限位擋板作水平直線移動，到位后棘爪低頭推 桿退回原位，完成一個輸送行程周期。該方案的優(yōu)點是僅需一個輸送油缸，結(jié)構(gòu)簡 單需要的推送力小，制造、安裝方便。 要使這種機構(gòu)達到較高的輸送定位精度，必須很好地處理影響定位精度的兩個因素： 一是推桿推動機體到位時，由于慣性力而可能引起的機體慣性前移；二是棘爪低頭回退 時，由于彈簧力的作用而可能使機體產(chǎn)生的后退。對于第一個因素，通過采用專門設(shè)計 的輸送油缸以及對其運動過程的控制很好地解決了慣性力問題；對于第二個因素，由于 推桿回退時棘爪的低頭是依靠機體與棘爪間的靜摩擦力克服彈簧拉力而實現(xiàn)的(如圖 2.2)通過選用合理設(shè)計的拉簧有效地防止了機體可能產(chǎn)生的回退，運行實踐結(jié)果表明， 這種輸送機構(gòu)完全能夠滿足機體定點對位清洗的輸送精度要求。因此輸送機構(gòu)由輸送油 缸，棘爪推桿機構(gòu)，支承滾輪，限位撐板等組成。工作時候輸送油缸為動力，控制棘爪 推桿機構(gòu)，棘爪推桿機構(gòu)帶動機體在支承輪上沿限住擋板運動 4。 圖 2.2 推桿回退過程示意圖 密集形噴嘴結(jié)構(gòu)盒式清洗及吹干系統(tǒng)：設(shè)計采用分離與被清洗面相對應(yīng)的六個框板 式密集形噴嘴結(jié)構(gòu)組成的噴水清洗系統(tǒng)。各噴水盒上可調(diào)式噴嘴的布置依據(jù)相應(yīng)被清洗 面的拓印結(jié)果設(shè)計，因而與該相應(yīng)面上高清洗要求部位及難清洗部位一一對應(yīng)，其中上 下左右四個噴水盒被固定在機架上，前后噴水盒則與升降油缸相連(以機體的輸送方向為 前面) ，輸送機構(gòu)工作時，升降油缸同時提起前后噴水盒，使機體順利前移。機體到位后 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 前后噴水盒落下，組成一個包圍工件的環(huán)形噴射清洗系統(tǒng)，因而完全達到六面全部定點 對位沖洗的目的。 清洗液用清水離心泵提升，加壓后使清洗液扶噴嘴急射而出，由于清洗液的機械沖 刷作用，使機體各位都受到徹底清洗，清洗殘液流入污水箱。經(jīng)箱中刮板式排渣機構(gòu)自 動排出落入的鐵屑、雜物、多道濾網(wǎng)濾去殘渣，用另一臺清水離心泵提升經(jīng)旋渦分離器 進一步去除殘渣、使清洗液再生后進人清水箱，可反復(fù)循環(huán)使用，污水箱中的浮油，在 清洗機工作間隙液面平靜時，由油水分離器自動去除。為去除經(jīng)清洗后機體表面殘存的 水分，采用與清洗系統(tǒng)相同結(jié)構(gòu)的密集形噴嘴結(jié)構(gòu)的噴氣盒體組成的吹干系統(tǒng)，利用外 接壓縮空氣氣源，實現(xiàn)六面的全部定點對位吹干 吹風(fēng)時間在 060s 范圍內(nèi)可調(diào)。 在清洗及吹干過程中，由于清洗液及壓縮空氣都是以一定的壓力噴射到機體的表面， 因而造成部分清洗液霧化，當(dāng)這種霧化液在體內(nèi)無法容納時就會溢出而侵擾車間而惡化 生產(chǎn)環(huán)境，為此在清洗機頂部配置了由離心通風(fēng)機與通風(fēng)管道組成的吸霧通風(fēng)裝置，以 有效地將霧化液從機內(nèi)吸出排到室外。 吸霧通風(fēng)裝置:由于環(huán)保的要求，用戶不能讓清洗機清洗時產(chǎn)生的油、水霧氣直接排 放到空氣中。所以，清洗機必須配有霧氣收集裝置，這樣較經(jīng)濟和能確保霧氣收集的效 果。 排渣機：在機床內(nèi)部,輸送滾道下設(shè)置一個擋水板件,使其能擋住洗滌流下的水,油垢, 鐵屑等。并使之有一個小角度的傾斜,讓水匯聚到一起并流向水箱。鐵屑, 雜物則落到排 渣機上。排渣機通過皮帶裝置上的刮板把鐵屑往上一個角度運送.因為往上一個角度有利 鐵屑帶的水更少，皮帶有兩個輪之間轉(zhuǎn)動,在鐵屑到達最高那個輪的時候往下掉落籮筐之 類的回收裝置中。集中回收鐵屑，防止浪費鐵資源,并能把鐵屑賣到回收站創(chuàng)匯。 罩殼的目的是防護洗滌過程中的高壓噴濺出的水使之不能噴濺到機床外，并且使其 包圍住清洗機床工作的危險部位,盡量減少其工作期間給工作人員帶來的危險。 由于清洗機的內(nèi)部是直接與清洗液接觸的，要求清洗水箱的內(nèi)襯、清洗的噴嘴都需 使用不銹鋼，而工件的定位塊等使用非金屬材料，確保材料永久不生銹 5。 2.4 液壓系統(tǒng)方案確定 擬定液壓系統(tǒng)是整個系統(tǒng)設(shè)計重要的一步，它是從油路結(jié)構(gòu)上具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)提 出的各項性能要求的。工作所涉及面方廣,尤其需要綜合液壓的各方面知識,特別是基本回 路知識。 初步方案有兩種：第一種方案是電機通過裝置直接帶動低頭棘爪推桿機構(gòu)和升降機 構(gòu)動作。第二種方案是通過液壓系統(tǒng)帶動低頭棘爪推桿機構(gòu)和升降機構(gòu)動作。本人認為 兩種方案都可取。但考慮到要實現(xiàn)機體的定點對位沖洗，必須有高的輸送精度來保證機 體準確定點。為此，設(shè)計采用液壓步進式輸送機構(gòu)。常見的液壓步進式機構(gòu)采用的工作 原理為：輸送機構(gòu)通過步進梁按：上升-前進-下降-后退的步進軌跡來實現(xiàn)輸送工件。即 工件置于水平固定在梁上，升降油缸驅(qū)動提升梁上升使步進梁抬起機體。同時油缸驅(qū)動 提升梁上升使步進梁帶著工件前進，到位后步進梁落下，工件落回固定梁，步進粱退回 原位，完成一個輸送行程周期。該方案的優(yōu)點是運送力大、運行平穩(wěn)、輸送精度較高， 但需要升降及輸送兩只油缸，工作時油缸還須作小擺動，機構(gòu)復(fù)雜，制造、安裝精度要 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 5 求較高。用于機體輸送，機體底面與固定梁或與步進梁接觸的部位可能會成為清洗液無 法到達的死角。為了克服上述的缺點，對本機設(shè)計采用了由以水平移動油缸為動力的低 頭棘爪推桿機構(gòu)和滾道構(gòu)成的步進式輸送機構(gòu)。該方案的優(yōu)點是僅需一個輸送油缸，結(jié) 構(gòu)簡單需要的推送力小，制造、安裝方便。與前述方案相比，該方案的制造成本還可 下降一萬多元，因此該方案經(jīng)濟性較好。 因此，決定采取第二種方案。液壓系統(tǒng)由液壓站、一只輸送油缸、兩只升降油缸以 及液壓管道等組成 6。 2.5 控制系統(tǒng)方案確定 為達到遠距離，主動控制清洗機全部動作的目的。依據(jù)前兩個已有方案的設(shè)計,相應(yīng) 的配置電氣系統(tǒng)，使機械系統(tǒng)液壓系統(tǒng)正常穩(wěn)定高效動作。控制系統(tǒng)的設(shè)計首先需滿足 加工工時的要求。需要用總的控制開關(guān)對機床加工和液壓缸的運作進行先后控制。全部 傳動系統(tǒng)由 PLC 程序控制系統(tǒng)自動控制，機體從上料后的輸送、清洗、吹干等一系列工 序全部自動完成。PLC 控制系統(tǒng)可以單獨配置，也可并入生產(chǎn)流水線上的控制系統(tǒng)，實 現(xiàn)集中、遠距離全程自動控制 7。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3 清洗機主要參數(shù)的分析與計算 3.1 設(shè)計技術(shù)參數(shù) S195柴油機機體的污垢性質(zhì)：油污、雜物、切屑等。 （1）清洗部位：孔及內(nèi)、外表面； （2）清洗工藝流程：上料空位清洗空位吹干下料，每步跨距 580機身長 度約3500； （3）生產(chǎn)節(jié)拍：每個生產(chǎn)周期為三分鐘； （4）工件擺放位置：按工件圖正視圖位置擺放，四角4-13孔為定位孔，底面朝下， 二個大面在左右； （5）輸送方式：步進式，定點對位清洗，清洗時間為2分鐘； （6）清洗壓力：0.5MPa； （7）壓縮空氣壓力：0.40.6MPa,由空氣壓力提供。 3.2 機械系統(tǒng)主要計算 （1）跨距的計算：機體長度為521mm,因為只有一個油缸拉動小鉤機構(gòu)統(tǒng)一動作,所以 必需使每步跨距都相同,其中的噴水盒厚度可初步定為502=100。已知噴嘴為標(biāo)準件， 安裝突出盒體的長為272=54。并且噴嘴與機體之間要有一定的間隙,所以大約定為120 多。則： (3.1) 7412015L 因此顧及其它的一些間隙距離，把每步跨距最終定為750。 （2）清洗機床長度的計算：每個工序750，一共包括：上料空位清洗空位吹 干下料六個工序。所以，清洗機機身長度： (3.2)45067S （3）升降盒體的前后長度的計算： (3.3)1521L （4）升降盒體的高的計算：機體高度為300，盒體內(nèi)側(cè)與機體頂面的距離為53，盒體 厚度為50，盒體頂面與升降機構(gòu)的支撐板件與盒體之間的距離為大約50，支撐板件厚 40，則升降盒體的高度： (3.4)4930530L 所以最終定為500 9。 3.3 液壓系統(tǒng)的主要計算 （1）液壓泵的選擇計算： 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。液壓泵的供油 量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，據(jù)此可以進行液壓泵的選擇和主 要數(shù)據(jù)的計算 1)確定液壓泵的最大工作壓力Pp S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 7 (3.5) MPaPP1037.1 式中p1- 液壓缸或液壓馬達最大工作壓力； P從液壓泵出口到液壓馬達入口之間的總的管路損失 P的準確計算要等待元件 選定并繪出管路圖時才能進行，初算的時候可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?、流速不大的， 取P= （0.20.5）MPa 2)確定液壓泵的流量 pQ 多液壓泵缸或液壓馬達同時工作時,液壓泵的輸出流量應(yīng)為： (3.6))(625.0.1)( 3maxmKp 式中K-系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1 1.3 3)選擇液壓泵的規(guī)格 根椐以上求得的 pP和 Q的值，按系統(tǒng)中擬定的液壓的形式,從產(chǎn)品樣本或手冊中選擇 相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵具有一定的壓力儲備，所選的額定壓力一般要比最大的工作 壓力大25% 60%。 4)確定液壓泵的驅(qū)動功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力比較恒定，也就是（P-T）、（Q-T）圖變化較平 緩，則 (3.7)KwQPp04.16.25 最終選擇油泵功率為1.1Kw 式中Pp-液壓泵的最大工作壓力（Pa）pQ -液壓泵的流量 3(/)ms 液壓泵的總效率，參考表3-1選擇 8。 表3-1 液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.60.7 0.65 0.80 0.600.75 0.800.85 （2） 液壓閥的分析選擇 1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量,選擇有定型產(chǎn)品的閥 件。溢流閥按液壓的泵的最大量選取，選擇節(jié)流閥各調(diào)速閥，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿 足執(zhí)行機構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求 8。 2）閥的形式，按安裝和操作方式選擇： 液壓電磁閥直流24V 氣動電磁閥交流220V （3）拉動小鉤機構(gòu)的油缸行程的計算：油缸行程由跨距決定，并且與跨距相同為 750。 （4）拉動升降噴水吹干系統(tǒng)升降的油缸行程的計算：油缸行程的目標(biāo)是把盒體拉起， 并高過機體頂面大約10的高度使之能進入盒體的范圍內(nèi)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 所以行程L=300+10=310。 3.4 電機的計算與選擇 由于清洗機經(jīng)常都是使用高壓清洗泵，清洗的壓力很高，泵的好壞直接影響到清洗 的壓力，所以合理選擇清洗泵的功率和類型也很重要，根據(jù)所查閱的參考資料，可進行 如下的電機選擇與計算 （1）選擇水泵的原則：根據(jù)設(shè)計流量、所需要的揚程并使之在高產(chǎn)的環(huán)境內(nèi)運行。 離功率，并且應(yīng)盡量選用電壓等級一致的電機 9。 （2）輸送清洗液到盒體的水泵計算： 1）流量Q：指水泵在單位時間內(nèi)所能抽送的水量，單位為 。3(/)ms 噴嘴流出的流量可由下式計算: 0gHuw 185.3925.134.62 (3.8) H0噴嘴前的管路內(nèi)水頭 ()m G重力加速度 2(/s W 噴嘴出口截面積 ) 流量系數(shù)為 6.94 其中機床高2.38米高,所以管路內(nèi)水頭包括彎曲的長度約為3.5米長；噴直徑為3， 取 9.5；一共有 118個噴頭。 2）揚程H：指水泵能夠揚水的高度，單位為m。揚水所需的揚程等于實際揚程與損 失揚程之和。 要求參數(shù)的清洗液壓力是0.5MPa是5個大氣壓強，也就是 50m的揚程。機身高度是 2.3m，相對50m可忽略不計。所以揚程為50m。 3）有效功率（或稱為理論功率） ：指水在單位時間內(nèi)從水泵所獲得的總能量，yxN 單位為Kw，其計算式如下： （3.9）KwQHNyx 4.1271056.9810 式中r 介質(zhì)重度 ；3(/)m H水泵的揚程 ； Q水泵的流量 。3(/)s 4）配用功率P ：指水泵根據(jù)軸功率，實際所配用電機的額定功率。考慮安全儲備系 數(shù)，所以配用電機功率稍大過軸功率，并且考慮到輸送管道的損失。所以選定的輸送清 洗液到盒體的水泵功率為15KW離心式水泵 9。 （3）輸送清洗液到油水分離器的水泵的選擇：因為該水泵輸送清洗液沒有壓力的心水 泵具有平緩的特性曲線特點，因此選用離心水泵。必須實際計算水泵配用的電機要求， 只要跟上前一臺水泵用水的清洗液的循環(huán)使用。因為要求較低，所以可選用約為7.5KW的 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 9 水泵 9。 （4）排渣電機的選用：因為機體的鐵屑較少，所帶動的有刮板機構(gòu)的皮帶較輕，無特 別的速度要求，故要求功率不高，可選用0.5KW的電機帶動 9。 （5）水箱的計算：每分鐘的清洗的流量 （3.10）56.102.Q 由經(jīng)驗公式水箱容量比這個略大。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 4 清洗機床的設(shè)計 4.1 機械系統(tǒng)的設(shè)計 4.1.1 清洗機床的總體設(shè)計 在滿足工作要求下,盡可能的把機床結(jié)構(gòu)設(shè)計得簡單,因為這樣更容實現(xiàn)自動化,生產(chǎn)效 率也更高。之外也要考慮其經(jīng)濟效益，主要參考機床的加工效率和可靠性，以及能源消 耗的機械效率等。機床的零部件要盡量通用化，盡量減少設(shè)計的工作量，這樣也就可以 節(jié)約機床的成本 10。 調(diào)查研究設(shè)計要求，主要設(shè)計參數(shù)的要求，收集國內(nèi)外有關(guān)資料，初步的擬定了幾 個方案。主要根據(jù)已擬定的方案，可繪制出機床總圖和部件裝配圖等。為使各部件能夠 同時而且相對較為協(xié)調(diào)地進行設(shè)計，畫出了機床的總體尺寸關(guān)系圖，同時大致地畫出了 機床的傳動系統(tǒng)圖，液壓系統(tǒng)圖，控制系統(tǒng)框圖和電器控制系統(tǒng)工程圖，并根據(jù)要求進 行了必要的計算。 機床的總體布局：確定機床的基本組件，以及這些組成部件和操縱控制機構(gòu)在機床 中的配置。處理好組件之間相對的位置和運動關(guān)系，另外考慮人機關(guān)系。設(shè)計機床的總 體布局如下： 圖 4.1 總裝圖 接水槽設(shè)計目的是使在清洗過程中的清洗液集中起來，達到循環(huán)利用的目的。并且 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 11 保持廠房的清潔衛(wèi)生。在高壓水清洗的部位設(shè)計角度急一點，有利水的排放。在兩邊， 左邊的接水板的角度要比右邊的角度大。因為左邊更接近高壓水清洗部位，右邊為吹干 系統(tǒng)部位，水比較少所以接水板的角度平緩。 圖 4.2 接水槽 HQZ03-10-02 圖 4.3 接水槽 HQZ03-10-21 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 4.4 接水側(cè)板 HQZ03-10-25 圖 4.5 接水槽 HQZ03-10-26 如下這塊板的尺寸根據(jù)升降油缸拉桿而定，達到固定升降油缸的作用： S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 13 圖 4.6 板 HQZ03-10-23 行程開關(guān)用來達到行程控制的要求，它也稱為位置開關(guān)或限位開關(guān)。設(shè)計用來限定 油缸的行程距離和準備的位置。主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的 按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械機構(gòu)多為手動,一般手動的多路換 向閥控制，加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程開關(guān)來控制，當(dāng)工作部件移動 到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來 控制接續(xù)的動作，而行程開關(guān)連接在相應(yīng)的回路上，因此行行程適用于本比較簡單的管 道聯(lián)接中 11。 圖 4.7 行程開關(guān) 1（2 個） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 4.8 行程開關(guān) 2 圖 4.9 行程開關(guān) 3 4.1.2 機架的設(shè)計 機架是本機床的主要骨架，是由型鋼焊接面成的框架結(jié)構(gòu)。除液壓和電氣控制系統(tǒng) 柜外，其余各部件均以機架支撐。考慮機架足夠的強度和剛度要求，并且使它便于制造 和機架上安裝附件。因為帶有缸體、導(dǎo)軌等的機架零件，選用有良好焊接性的Q235 材料， 保證機器有良好的工藝性能 12。 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 15 圖 4.10 機架 4.1.3 水箱的設(shè)計 設(shè)置有兩個水箱，一個為污水箱，一個為清水箱。左水箱為污水箱。右水箱為清水 箱。體積尺寸根據(jù)高壓噴水系統(tǒng)的流量設(shè)計 13。 圖 4.11 水箱總圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 4.12 左水箱主視圖 圖 4.13 左水箱左視圖 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 17 圖 4.14 左水箱俯視圖 圖 4.15 右水箱主視圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 4.16 右水箱左視圖 圖 4.17 右水箱俯視圖 4.1.4 輸送滾道與機構(gòu)的設(shè)計 輸送機構(gòu)：設(shè)計采用液壓步進式輸送機構(gòu)。常見的液壓步進式機構(gòu)采用的工作原理 為：輸送機構(gòu)通過步進梁按：上升-前進-下降-后退的步進軌跡來實現(xiàn)輸送工件。 本機設(shè)計，采用了由以水平移動的油缸為動力的低頭棘爪推桿機構(gòu)和滾道構(gòu)成的步 進式輸送機構(gòu)，即機體置于由滾輪組成的滾道上，輸送油缸拉動推扦，棘爪推動機體在 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 19 滾道上沿導(dǎo)向限位擋板作水平直線移動，到位后棘爪低頭推桿退回原位，完成一個輸送 行程周期。該方案的優(yōu)點是僅需一個輸送油缸，結(jié)構(gòu)簡單需要的推送力小，制造、安 裝方便。此機構(gòu)經(jīng)濟性較好，但要使這種機構(gòu)達到較高的輸送定位精度，必須很好地處 理影響定位精度的兩個因素：一是推桿推動機體到位時，由于慣性力而可能引起的機體 慣性前移；二是棘爪低頭回退時，由于彈簧力的作用而可能使機體產(chǎn)生的后退。對于第 一個因素，通過采用專門設(shè)計的輸送油缸以及對其運動過程的控制,解決了慣性力問題； 對于第二個因素，由于推桿回退時棘爪的低頭是依靠機體與棘爪間的靜摩擦力克服彈簧 拉力而實現(xiàn)的。通過選用合理設(shè)計的拉簧。有效地防止了機體可能產(chǎn)生的回退，運行實 踐結(jié)果表明，這種輸送機構(gòu)完全能夠滿足機體定點對位清洗的輸送精度要求。 因此輸送機構(gòu)由輸送油缸，小鉤機構(gòu)，支承滾輪，限位撐板等組成。工作時候輸送 油缸為動力，控制小鉤機構(gòu)，小鉤機構(gòu)帶動機體在支承輪上沿限住擋板運動 14。 圖 4.18 輸送滾道 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 4.20 輸送機構(gòu) 4.1.5 升降噴水吹風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計 密集形噴嘴結(jié)構(gòu)盒式清洗及吹干系統(tǒng)：設(shè)計采用分離與被清洗面相對應(yīng)的六個框板 式密集形噴嘴結(jié)構(gòu)組成的噴水清洗系統(tǒng)，其中上下左右四個噴水盒被固定在機架上，前 后噴水盒則與升降油缸相連(以機體的輸送方向為前面)，輸送機構(gòu)工作時，升降油缸同時 提起前后噴水盒，使機體順利前移，機體到位后前后噴水盒落下，組成一個包圍工件的 環(huán)形噴射清洗系統(tǒng)，因而完全達到六面全部定點對位沖洗的目的。 為去除經(jīng)清洗后機體表面殘存的水分，采用與清洗系統(tǒng)相同結(jié)構(gòu)的密集形噴嘴結(jié)構(gòu) 的噴氣盒體組成的吹干系統(tǒng)，利用外接壓縮空氣氣源，實現(xiàn)六面的全部定點對位吹干 15。 圖 4.21 噴水吹風(fēng)系統(tǒng) S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 21 圖 4.22 框架板式噴水吹氣盒 圖 4.23 噴水吹氣盒 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 與被清洗面相對應(yīng)的六個框板式密集形噴嘴結(jié)構(gòu)組成的噴水清洗系統(tǒng)各噴水盒上 可調(diào)式噴嘴的布置依據(jù)相應(yīng)被清洗面的拓印結(jié)果設(shè)計，因而與該相應(yīng)面上高清洗要求部 位及難清洗到的部位一一對應(yīng)，達到對點定位清洗的目的。 圖 4.24 左噴水吹氣盒頂板 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 23 圖 4.25 右噴水吹氣盒頂板 圖 4.26 前噴水盒頂板 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 4-27 后噴水盒頂板 圖 4-28 噴嘴 4.1.6 排渣機的設(shè)計 設(shè)置使落到上面的鐵屑通過皮帶裝置上的刮板把鐵屑往上一個角度運送。因為往上 一個角度有利鐵屑帶的水更少。皮帶有兩個輪之間轉(zhuǎn)動，在鐵屑到達最高那個輪的時候 往下掉落到如籮筐之類的裝置中： S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 25 圖 4.29 排渣機 4.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 液壓系統(tǒng)的步驟分為：先明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求為直線運動，有準備的行程位置 的要求；初步確定了液壓系統(tǒng)的性能和參數(shù)；然后擬定系統(tǒng)原理圖;計算和選擇液壓元件； 估算液壓系統(tǒng)的性能;繪制液壓系統(tǒng)的工作圖；設(shè)計液壓裝置的管道圖。這些地步驟交錯 進行，反復(fù)考慮最后確定而成。 4.2.1 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 擬定液壓系統(tǒng)圖是整個系統(tǒng)設(shè)計重要的一步，它是從油路結(jié)構(gòu)上具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù) 提出的各項性能要求的。工作涉及面廣，需要綜合液壓的各方面知識，特別是基本回路 知識。 擬定液壓系統(tǒng)圖包含了兩個內(nèi)容：一是通過分析選出合適的液壓回路，二是把選出 的回路組成液壓系統(tǒng)。 制定順序動作方案：主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定 程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械機構(gòu)多為手動，一般手動的多路換向閥 控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程開關(guān)來控制，當(dāng)工作部件移動到一 定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥控制接續(xù)的動作。而行程 開關(guān)連接在相應(yīng)的回路上。因此行行程適用于本液壓系統(tǒng)比較簡單的管道聯(lián)接中。 此系統(tǒng)簡單明了，停止的時候4個行程開關(guān)都不觸發(fā)，當(dāng)油泵供油后觸發(fā)第1個行程 開關(guān)1CT，發(fā)信號給三通四位電磁閥，噴頭升降油缸下面缸體進油噴頭上升；觸發(fā)第 2個 行程開關(guān)2CT，三通四位電磁閥收到被觸發(fā)行程開關(guān) 2的信號，升降油缸上面缸體進油噴 頭下降。同樣，當(dāng)觸發(fā)第3個行程開關(guān)3CT，發(fā)信號給三通四位電磁閥，輸送油缸左缸體 進油輸送后退；觸發(fā)第4個行程開關(guān)4CT，三通四位電磁閥收到被觸發(fā)行程開關(guān) 4的信號， 輸送油缸右缸體進油輸送前進 15。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 4.30 清洗機液壓系統(tǒng)原理圖 4.2.2 液壓系統(tǒng)管道圖設(shè)計 圖 4.31 清洗機液壓系統(tǒng)管道圖 S195G 柴油機機體專用清洗機設(shè)計 27 4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)是正確指揮清洗機工作的核心，關(guān)系到清洗機可靠性和穩(wěn)定性的問題。清 洗機通常使用PLC 控制，該系統(tǒng)要收集外部的信號和可靠地控制各個清洗的動作。由于使 用了大功率的清洗泵，對于泵的控制和啟動也要可靠，以提高泵的壽命，所以審核清洗 機的電路設(shè)計和選擇控制元件是否合理尤為重要 15。 清洗機對控制系統(tǒng)的要求： 1、合上操作臺的自動開關(guān)，接通電源，應(yīng)有屏面電壓表指示。 2、調(diào)整狀態(tài) 設(shè)置有“自動/調(diào)整”和“油泵起動”旋鈕，當(dāng)把按鈕旋到 “調(diào)整”位置的時候。按 下“油泵起動”按鈕，屏面的指示燈亮，油泵起動。設(shè)置有“排渣機起動”和“過濾泵 起動”按鈕。按下相應(yīng)按鈕的時候屏面指示燈亮，并進行相應(yīng)的運作。分別設(shè)有各部件 的停止按鈕。分別按下時，相應(yīng)能停止工作。設(shè)有“噴頭上升”、“噴頭下降”、“輸 送前進”、“輸送后退”按鈕，分別按下時均能按要求動作。 3、自動狀態(tài) 將“自動/調(diào)整”按鈕旋到“自動”位置的時候。設(shè)有 “總起運”則所有電機能全部 起 動。輸送機構(gòu)和升降機構(gòu)能按正常順序動作。吹氣間隙時間設(shè)定由屏面時間繼電器的 調(diào)節(jié)決定，可調(diào)時間范圍為060秒。 所有的這些動作均由PLC控制，完全實現(xiàn)自動化 16。 相關(guān)電氣原理圖和PLC 線路圖均由專門的電氣控制人員設(shè)計，在此不作過多的陳述。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 5 結(jié)論與展望 5.1 結(jié)論 S195G柴油機機體專用清洗機用機體輸送定位精度達到了設(shè)計要求；機體的清洗效率 有了很大的提高；機體的清洗質(zhì)量達到了用戶驗收要求，能為柴油機整機清潔度達標(biāo)打 下了基礎(chǔ)。 在分析機體零件結(jié)構(gòu)及清洗特點的基礎(chǔ)上，采用的液壓傳動低頭棘爪推桿與滾輪滾 道相結(jié)合的步進式輸送機構(gòu)，使機體的輸送定位十分準確，為實現(xiàn)對機體的定點、對位 沖洗提供了可靠保證，而且使用可靠、維護方便，同時使清洗機的結(jié)構(gòu)大為簡化制造 成本大大降低。 采用的框板式密集形噴嘴結(jié)構(gòu)的噴水盒清洗系統(tǒng)與有較高輸送定位精度的輸送機構(gòu) 相配合，完全實現(xiàn)了對機體六面的難清洗部位同時定點、對位清洗的要求，使這些部位 的清洗更徹底，清洗效果更好，清洗質(zhì)量得到保證，同時清洗液的再生循環(huán)使用，提高 了洗液的利用率降低了清洗機的使用成本。 采用PLC程序控制系統(tǒng)，使機體從上料至輸出間的多個工序可自動完成，大大降低了 操作者的勞動強度，而且該機既可以單獨使用也可置于流水線上，因而使用靈活、