MGP氣缸阻擋停止及壽命試驗(yàn)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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1、 MGP氣缸阻擋停止及壽命試驗(yàn) 摘 要 氣動(dòng)技術(shù)具有傳輸距離長(zhǎng)、控制系統(tǒng)中元件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、執(zhí)行元件運(yùn)行速度快、無(wú)爆炸危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)以MGP系列氣缸抗沖擊性能作為研究?jī)?nèi)容，進(jìn)行試驗(yàn)研究。文中設(shè)計(jì)了MGP系列氣缸試驗(yàn)裝置，該裝置包括氣動(dòng)裝置、機(jī)械裝置、PLC控制裝置。對(duì)3個(gè)試驗(yàn)方案就行了選取，確定了最后的執(zhí)行方案。本設(shè)計(jì)進(jìn)行了1種型號(hào)氣缸的抗沖擊試驗(yàn)，獲得了最低作用壓力、氣密性、氣缸震擺量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)果取3次數(shù)據(jù)的平均值。該試驗(yàn)結(jié)果對(duì)氣缸的性能起到了評(píng)價(jià)作用，對(duì)生產(chǎn)銷(xiāo)售具有指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞：氣動(dòng)技術(shù)；氣動(dòng)裝置；氣缸試驗(yàn)；PLC

2、 I MGP cylinder block to stop and life test Abstract Pneumatic technology has long transmission distance, control components in the system structure is relatively simple, fast running speed, the advantages of component implementation no explosion danger, so it is widely used in the

3、 industrial production. In the design MGP series cylinder impact performance as the research content, experimental study. This paper designed the MGP series cylinder testing device, the device comprises a pneumatic device, mechanical device, the PLC control device. The 3 test schemes of line selecti

4、on, implementation of the program to determine the final. Impact test of 1 types of cylinder is carried out in this design, the minimum pressure, tightness, the shock of the data obtained, the average results from 3 data. The experimental results on the performance evaluation of the role of producti

5、on and sales, has a guiding significance. Key words:Pneumatic technology；Pneumatics；Cylinder test；PLC II 目 錄 1 緒 論 1 1.1 國(guó)內(nèi)氣缸試驗(yàn)研究概況 1 1.2 課題研究目的及意義 2 1.3 課題研究的內(nèi)容 3 2 試驗(yàn)方案的確定與說(shuō)明 4 2.1試驗(yàn)說(shuō)明 4 2.1.1試驗(yàn)要求 4 2.1.2試驗(yàn)項(xiàng)目 6 2.2試驗(yàn)方案的確定 9 2.2.1 試驗(yàn)方案提出 9 2.2.2 試驗(yàn)方案選定 12 3 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

6、 13 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 13 3.1.1 試驗(yàn)所需主要零件設(shè)計(jì) 13 3.1.2 試驗(yàn)所需標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品選型 19 3.1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 4 試驗(yàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 4.1 PLC程序設(shè)計(jì) 34 4.1.1 I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC類(lèi)型的選擇 34 4.1.2 PLC的I/O分配 36 4.1.3編程指令的選擇 36 4.1.4 PLC程序的設(shè)計(jì) 37 4.2 PLC程序的調(diào)試 37 4.2.1 PLC控制的安裝與布線 37 4.2.2控制系統(tǒng)的外部接線圖 39 4.2.3 PLC控制程序的調(diào)試 39 5 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論 40 5.1

7、試驗(yàn)結(jié)果與分析 40 5.1.1 試驗(yàn)初期檢測(cè)氣缸數(shù)據(jù)與分析 40 5.1.2試驗(yàn)中期（200萬(wàn)次）檢測(cè)氣缸數(shù)據(jù)與分析 44 5.2 結(jié)論 46 致 謝 48 參考文獻(xiàn) 49 附 錄 49 附錄1 梯形圖 50 外文資料翻譯及原文 51 1緒 論 1.1 國(guó)內(nèi)氣缸試驗(yàn)研究概況 氣缸加速壽命試驗(yàn)的優(yōu)化問(wèn)題已成為人們研究重點(diǎn)之一, 優(yōu)化方法直接影響到壽命指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)精度和加速壽命試驗(yàn)的效率和成本, 因此系統(tǒng)的研究氣缸加速壽命試驗(yàn)的優(yōu)化方法已迫在眉睫。在加速壽命試驗(yàn)中, 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)( 簡(jiǎn)稱恒加試驗(yàn)) 相對(duì)于步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)和序

8、進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)方法來(lái)講, 具有: 1) 試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單, 對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求不高; 2) 試驗(yàn)理論較為成熟, 試驗(yàn)容易取得成功; 3) 試驗(yàn)中得到的信息多, 試驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)恒加試驗(yàn)有周期長(zhǎng)、耗資量大等缺點(diǎn)。因此有必要對(duì)恒加試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。而氣缸恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)優(yōu)化模型為高維復(fù)雜函數(shù), 用一般的線性規(guī)劃法已無(wú)法找到方程的最優(yōu)解。 近年來(lái)發(fā)展迅速的遺傳算法、模擬退火算法等由于采用了隨機(jī)搜索技術(shù), 無(wú)需具體問(wèn)題特征, 具有良好的全局優(yōu)化性能和穩(wěn)健性, 但由于遺傳算法依概率收斂, 搜索后效率低, 且易陷入早熟。文獻(xiàn)[1] 提出了改進(jìn)遺傳算法, 設(shè)計(jì)了一個(gè)種群多樣函數(shù)和作用

9、函數(shù), 并在此基礎(chǔ)上使參與交叉和變異的個(gè)體數(shù)目隨這2 個(gè)函數(shù)變化, 以克服早熟的缺陷; 文獻(xiàn)[2] 將人類(lèi)的社會(huì)等級(jí)結(jié)構(gòu)用來(lái)構(gòu)造種群的結(jié)構(gòu), 以使算法更快地收斂到最優(yōu)解; 文獻(xiàn)[3] 論述了混合優(yōu)化方法的設(shè)計(jì)原則; 文獻(xiàn)[4] 將模擬退火機(jī)制引入到遺傳算法中, 但模擬退火本身也屬于隨機(jī)搜索方法, 效率不高; 文獻(xiàn)[5] 引入了局部?jī)?yōu)化機(jī)制, 將鄰域搜索與遺傳算法相結(jié)合, 以提高全局優(yōu)化的綜合性能。以上方法均在不同角度對(duì)優(yōu)化算法進(jìn)行了改進(jìn), 但均不能有效解決氣缸恒加試驗(yàn)優(yōu)化模型的參數(shù)尋優(yōu)問(wèn)題。因此本文在綜合考慮各種算法之后,擬采用遺傳算法具有解決非線性、多模型、多目標(biāo)復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型尋優(yōu)問(wèn)題的優(yōu)

10、勢(shì), 在遺傳算法后期效率下降時(shí)引入加速算法, 即保證目標(biāo)函數(shù)的全局最優(yōu), 又能提高尋優(yōu)效率。 1.2 課題研究目的及意義 氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)簡(jiǎn)稱氣動(dòng)控制技術(shù), 它是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量與信號(hào)的傳遞, 以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化與自動(dòng)化的一門(mén)技術(shù),它也是流體傳動(dòng)與控制學(xué)科的一個(gè)重要組成部分。相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)、電傳動(dòng)及液壓傳動(dòng), 氣動(dòng)技術(shù)具有傳輸距離長(zhǎng)、控制系統(tǒng)中元件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、執(zhí)行元件運(yùn)行速度快、無(wú)爆炸危險(xiǎn)等許多突出優(yōu)點(diǎn)。正因?yàn)槿绱? 近年來(lái)氣動(dòng)控制技術(shù)已得到了迅速發(fā)展。目前, 氣動(dòng)技術(shù)又結(jié)合了液壓、機(jī)械、電氣和電子技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn), 并與它們相互補(bǔ)充, 已成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)

11、化的一個(gè)重要手段, 并在越來(lái)越多的工業(yè)部門(mén)得到了廣泛的應(yīng)用。氣動(dòng)系統(tǒng)的控制方式有氣控、電控或混合控制。采用普通繼電器的控制方式不便于更改程序, 而改由可編程控制器( PLC) 控制就能夠很容易地對(duì)程進(jìn)行修改。 在氣動(dòng)系統(tǒng)中, 使用最多的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸。而氣缸的壽命試驗(yàn)是氣缸的性能試驗(yàn)中的一項(xiàng)重要試驗(yàn)項(xiàng)目, 但按目前氣動(dòng)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)( 即JBPT 592321997 氣動(dòng)氣缸技術(shù)條件) 規(guī)定的方法,如連續(xù)24 h 做試驗(yàn), 最短的氣缸壽命試驗(yàn)也得20 天以上。對(duì)性能較好的氣缸, 正常應(yīng)力下的壽命試驗(yàn)往往需要幾年時(shí)間, 這樣不但需要投入大量的人力物力,而且也延長(zhǎng)了產(chǎn)品的研發(fā)

12、周期, 而且對(duì)企業(yè)和技術(shù)監(jiān)督部門(mén)來(lái)說(shuō), 在時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上是一筆不小的負(fù)擔(dān)。因而, 探索一種切實(shí)可行的氣缸加速壽命試驗(yàn)方法已成為迫切的需要。 1.3 課題研究的內(nèi)容 本課題主要研究的問(wèn)題是基于PLC控制的MGP系列氣缸在作為止動(dòng)氣缸使用時(shí)在給定應(yīng)力條件下的使用情況。從而對(duì)產(chǎn)品性能做出評(píng)估。止動(dòng)氣缸通常用在運(yùn)輸線上,氣缸伸出時(shí)可把運(yùn)輸線上的物件擋住,而無(wú)須把運(yùn)輸線停止,氣缸縮回時(shí)便會(huì)繼續(xù)運(yùn)送物件。主要內(nèi)容包括： （1） 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) （2） 試驗(yàn)控制裝置的設(shè)計(jì) （3） MGP氣缸試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析 2 試驗(yàn)方案的確定與說(shuō)明 2.1 試驗(yàn)說(shuō)明

13、 2.1.1 試驗(yàn)要求 1、試驗(yàn)條件 本設(shè)計(jì)是驗(yàn)證MGP系列氣缸在作為止動(dòng)氣缸使用時(shí)的壽命情況，試驗(yàn)樣品、數(shù)量、工作氣壓、速度、砝碼重量如表2-1。 表2-1試驗(yàn)參數(shù) 試驗(yàn)樣品 試驗(yàn)數(shù) 工作氣壓 (MPa) 速度 （m/min） 砝碼重量 (Kg) MGPM12-30Z 3 0.5 20 3.8 MGPM16-30Z 3 20 12.9 MGPM20-30Z 3 20 18.9 MGPM25-30Z 3 20 21.9 MGPM32-30Z 3 20 91.3 MGPM40-30Z 3 20 123.9 MGP

14、M50-30Z 3 30 117 MGPM63-30Z 3 30 174 MGPM80-30Z 3 40 166.5 MGPM100-30Z 3 40 494.6 2、試驗(yàn)狀態(tài) 本題要求在MGP氣缸上加裝長(zhǎng)度為50mm的擋板，貨物在傳送帶上運(yùn)動(dòng)，需要MGP氣缸伸出阻擋。設(shè)計(jì)試驗(yàn)需要驗(yàn)證MGP氣缸阻擋停止的壽命限度。因試驗(yàn)為模擬試驗(yàn)，就需要用替代的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)貨物在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)。 試驗(yàn)狀態(tài)如圖2-1所示。 圖2-1 實(shí)驗(yàn)狀態(tài)圖 2.1.2 試驗(yàn)項(xiàng)目 1、定期點(diǎn)檢項(xiàng)目 （1）內(nèi)部、外部泄漏量

15、 氣密即泄漏量。氣缸的泄漏一共分為兩種，一種是內(nèi)漏即活塞桿發(fā)生磨損后產(chǎn)生的內(nèi)部泄漏。第二種是外漏即密封圈發(fā)生破損后氣體從桿側(cè)泄漏到氣缸外部。測(cè)量泄漏的壓力一般分為高壓和低壓進(jìn)行分別的檢測(cè)。檢測(cè)分為3個(gè)步驟：①將調(diào)好氣壓的氣控箱與泄漏檢測(cè)計(jì)相連，再與氣缸的頭側(cè)相連，通氣記錄數(shù)據(jù)，此為內(nèi)漏值。②調(diào)好氣壓的氣控箱直接與氣缸的桿側(cè)相連，再將泄漏檢測(cè)計(jì)與氣缸的頭側(cè)相連，通氣記錄數(shù)據(jù)，此為桿側(cè)內(nèi)漏值。③將調(diào)好氣壓的氣控箱與泄漏檢測(cè)計(jì)相連，再與氣缸的桿側(cè)相連，通氣記錄數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)減去桿側(cè)內(nèi)漏值為外部泄漏值。操作儀器如圖2-2所示。 圖2-2 測(cè)泄漏儀器 （2）最低做動(dòng)壓力 最低做

16、動(dòng)壓力：檢測(cè)最低做動(dòng)壓力前要求氣缸完全做動(dòng)3個(gè)來(lái)回以上，使其潤(rùn)滑油能夠充分潤(rùn)滑不至于發(fā)生粘連，其運(yùn)動(dòng)阻力將降到最低。檢測(cè)開(kāi)始時(shí)氣缸處于縮回狀態(tài)，將氣缸和氣控箱相連通過(guò)精密減壓閥慢慢向氣缸頭側(cè)給氣，目視氣缸做動(dòng)到全行程后，記錄下電子壓力計(jì)上的讀數(shù)，再將氣管與氣缸桿側(cè)相連，通過(guò)精密減壓閥慢慢向氣缸桿側(cè)給氣，目視氣缸做動(dòng)到全行程后，記錄下電子壓力計(jì)上的讀數(shù)。此項(xiàng)目需記錄3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。操作儀器如圖2-3所示。 圖2-3 測(cè)最低做動(dòng)壓力儀器 （3）震擺量 震擺量：由于氣缸會(huì)受到垂直方向的作用力，隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加會(huì)使密封圈發(fā)生磨損。嚴(yán)重的磨損會(huì)使氣缸無(wú)法完成正常運(yùn)

17、作。震擺量就是利用數(shù)字壓力器給氣缸以一定的規(guī)定壓力，再用測(cè)微儀讀出在此外力下氣缸震擺數(shù)值。試驗(yàn)要求需要分別記錄縮回狀態(tài)和伸出狀態(tài)兩個(gè)震擺量的數(shù)值。操作儀器如圖2-4所示。 圖2-4 測(cè)震擺量?jī)x器 震擺量試驗(yàn)荷重如表2-2。 表2-2試驗(yàn)荷重 氣缸內(nèi)徑（mm） 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 試驗(yàn)荷重：F（kgf） 1 2 3 5 2、日常檢查 ①M(fèi)GP氣缸伸出狀態(tài)（目測(cè)）。 ②MGP氣缸導(dǎo)桿磨損、損壞狀態(tài)（目測(cè)）。 ③試驗(yàn)各部分是否正常運(yùn)作。 2.2實(shí)驗(yàn)方案確定 2.2

18、.1 試驗(yàn)方案提出 1、 重力式方案 利用氣缸把砝碼托起，上方設(shè)置卡住砝碼的裝置，氣缸收回。被檢測(cè)MGP氣缸伸出，卡住裝置放開(kāi)，砝碼由于重力作用下落，砸在被檢測(cè)MGP氣缸的擋板上。砝碼在被抬起，被檢測(cè)MGP氣缸縮回。重復(fù)以上過(guò)程完成試驗(yàn)。示意如圖2-5所示。 圖2-5 重力式試驗(yàn)方案示意

19、

20、

21、 2、 傳送帶式方案 模擬真實(shí)使用情況，設(shè)定傳送帶速度，砝碼放在傳送帶上。待砝碼靠近時(shí)，被檢測(cè)MGP氣缸伸出阻擋砝碼。一段時(shí)間后被檢測(cè)MGP氣缸縮回，砝碼繼續(xù)隨傳送帶移動(dòng)。重復(fù)以上過(guò)程完成試驗(yàn)。示意如圖2-6所示。 圖2-6 傳送帶式試驗(yàn)方案示意 3、 氣缸式方案 MGP氣缸伸出，設(shè)計(jì)氣缸再伸出，在運(yùn)行到全行程后導(dǎo)桿帶著砝碼在慣性的作用下以一定的速度撞上MGP氣缸。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程，需要引入可編程序控制器（PLC）加以控制。以及使用磁性開(kāi)關(guān)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)MGP氣缸頭側(cè)磁性開(kāi)關(guān)亮起，PLC接收

22、到電信號(hào)并給繼電器發(fā)出信號(hào)使其開(kāi)啟，繼電器連通后將電磁閥開(kāi)啟，MGP氣缸伸出。至全行程后，桿側(cè)磁性開(kāi)關(guān)亮起，PLC接到信號(hào)后控制設(shè)計(jì)氣缸的伸出，伸出至全行程后設(shè)計(jì)氣缸桿側(cè)磁性開(kāi)關(guān)亮起，PLC接到信號(hào)后控制設(shè)計(jì)氣缸延遲一段時(shí)間后縮回?？s回后頭側(cè)磁性開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，PLC接收到信號(hào)后控制MGP氣缸縮回。重復(fù)以上過(guò)程完成試驗(yàn)。如圖2-7所示。 圖2-7 氣缸式試驗(yàn)方案示意 2.2.2 試驗(yàn)方案選定 重力式試驗(yàn)方案試驗(yàn)頻率較慢，產(chǎn)生的沖擊力大，對(duì)試驗(yàn)人員的安全威脅較大。由于后期還要有400kg的砝碼要進(jìn)行試驗(yàn)?？紤]到安全因素所以此試驗(yàn)方案不可實(shí)行。傳送帶式試驗(yàn)方案最接近真實(shí)的使用情況

23、，由于需要砝碼在傳送帶上來(lái)回運(yùn)行或繞圈運(yùn)行，所以要求場(chǎng)地比較大，且試驗(yàn)頻率較慢。運(yùn)行軌跡不穩(wěn)定，對(duì)試驗(yàn)效果有影響。因此此試驗(yàn)方案不可實(shí)行。氣缸式試驗(yàn)方案采用替代的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)貨物在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)。替代方式為用MGG氣缸主體為設(shè)計(jì)氣缸主體，CG氣缸為主要的執(zhí)行元件，因需要模擬貨物的運(yùn)動(dòng)，所以需要設(shè)計(jì)的砝碼可以通過(guò)慣性撞擊到MGP氣缸上。為此需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)砝碼浮動(dòng)一定距離的連接件。此方案頻率較快，沖擊力一般不會(huì)對(duì)人造成威脅，且可以和試驗(yàn)室已有架臺(tái)配合使用。因此選擇此試驗(yàn)方案為最后執(zhí)行方案。方案對(duì)比如表2-3。 表2-3試驗(yàn)方案對(duì)比 頻率 沖擊力 危險(xiǎn)性 軌跡 場(chǎng)地要求 重力式

24、 慢 大 高 穩(wěn)定 試驗(yàn)架臺(tái) 傳送帶式 較慢 較大 低 不穩(wěn)定 大片空?qǐng)? 氣缸式 快 較大 低 穩(wěn)定 試驗(yàn)架臺(tái) 3 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 3.1.1 試驗(yàn)所需主要零件設(shè)計(jì) 以MGPM16-30Z氣缸試驗(yàn)為目標(biāo)。 1、擋板設(shè)計(jì) 由于選用MGG氣缸主體作為設(shè)計(jì)氣缸的主體，所以擋板的設(shè)計(jì)需要MGG氣缸擋板的尺寸作為參考。設(shè)計(jì)時(shí)引用了連接件，所以需要擋板中央開(kāi)出一個(gè)Φ20mm的通孔以便連接件能夠自由活動(dòng)。 設(shè)計(jì)圖如圖3-1所示。 圖3-1 擋板設(shè)計(jì)圖 2、導(dǎo)桿設(shè)計(jì) 導(dǎo)桿型材有SMC（中國(guó)）公司提供。只

25、需計(jì)算出導(dǎo)桿長(zhǎng)度和連接部分的設(shè)計(jì)便可。 MGG氣缸主體長(zhǎng)170mm 連接件影響導(dǎo)桿長(zhǎng)度部分20mm 氣缸安裝時(shí)伸出40mm 氣缸全行程是30mm 所以導(dǎo)桿長(zhǎng)度不能低于170+20+40+30=260mm。設(shè)計(jì)時(shí)取導(dǎo)桿長(zhǎng)為300mm。 設(shè)計(jì)圖如圖3-2所示。 圖3-2 導(dǎo)桿設(shè)計(jì)圖 3、連接件設(shè)計(jì) 此設(shè)計(jì)試驗(yàn)需要?dú)飧撞荒苤苯优鲎脖粶y(cè)氣缸。砝碼不能直接與CG氣缸連接，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)用的連接件，連接件設(shè)計(jì)思路為一端與CG氣缸桿側(cè)相連并使用CG氣缸的螺母上緊。另一側(cè)設(shè)計(jì)有和CG桿側(cè)一樣的螺紋，使用兩個(gè)螺母背緊。使連接件可以穿過(guò)擋板自用活動(dòng)，這樣試驗(yàn)開(kāi)始后，當(dāng)CG氣缸帶著砝碼

26、撞向被檢測(cè)氣缸過(guò)程中到達(dá)全行程后，砝碼和導(dǎo)桿可以在慣性的作用下撞擊到被檢測(cè)氣缸上。由于連接件一端用兩個(gè)螺母背緊，砝碼和導(dǎo)桿可以在碰到擋板時(shí)會(huì)停下。設(shè)計(jì)可以自由活動(dòng)的距離為10mm。設(shè)計(jì)圖如圖3-3所示。 圖3-3 連接件設(shè)計(jì)圖 4、砝碼設(shè)計(jì) 砝碼大小由試驗(yàn)要求給出的砝碼重量減去導(dǎo)桿和擋板的重量得到。底部需與擋板底部平齊，最主要的設(shè)計(jì)是需要在指定位置開(kāi)出一個(gè)可以使連接件和上面螺母可以自由活動(dòng)的孔，由于選用M18的螺母，其最大外徑為Φ31.2mm。所以取砝碼上的孔直徑為Φ33mm，深37mm。 試驗(yàn)要求的砝碼總重為12.9kg 2導(dǎo)桿的重量為： 擋板重量為：150*75

27、*20*7900=1.78kg 試驗(yàn)砝碼孔去除重量： 試驗(yàn)砝碼重量：M=12.9-2.33-1.78-0.25=8.54kg 擋板長(zhǎng)度為150mm，所以試驗(yàn)砝碼長(zhǎng)度為L(zhǎng)=150mm 取砝碼厚度:D=85mm 砝碼高： 設(shè)計(jì)圖如圖3-4所示。 圖3-4 砝碼設(shè)計(jì)圖 5、設(shè)計(jì)氣缸安裝板設(shè)計(jì) 用于安裝固定設(shè)計(jì)氣缸，根據(jù)架臺(tái)尺寸確定安裝板大小為868x700。MGG主體四個(gè)安裝螺孔的間距為120x170。安裝板上需要3個(gè)氣缸均勻排列。 計(jì)算氣缸間距：868-170*3=358mm 取氣缸到邊沿距離為80mm 間距為：（358-80*2）/2=99mm 設(shè)計(jì)氣缸

28、裝配完畢后，CG氣缸處于縮回狀態(tài)時(shí)，安裝孔到連接件頂端距離為：115mm 砝碼厚度：D=85mm CG氣缸全行程：A=50mm 設(shè)計(jì)碰撞發(fā)生在砝碼自由活動(dòng)出5mm時(shí)與被檢測(cè)氣缸相撞。 設(shè)計(jì)氣缸安裝孔到安裝板一邊的距離為：115+85+50+5=255mm 設(shè)計(jì)圖如圖3-5所示。 圖3-5 設(shè)計(jì)氣缸安裝板設(shè)計(jì)圖 6、MGP氣缸安裝板設(shè)計(jì) 用于安裝固定MGP氣缸，根據(jù)架臺(tái)尺寸確定安裝板大小為868x700。MGP氣缸四個(gè)安裝螺孔間距為24*24。安裝板上需要3個(gè)氣缸均勻排列。 計(jì)算氣缸間距：700-24*3=628mm 取氣缸到邊沿距離為154mm 間距為：（6

29、28-154*2）/2=244.5mm 設(shè)計(jì)氣缸安裝板厚度：t=10mm 設(shè)計(jì)氣缸擋板到安裝板間距為：18mm MGP氣缸安裝50mm角鋼后，安裝孔到角鋼頂端間距為68mm 設(shè)計(jì)碰撞距離為10mm MGP氣缸全行程：A=30mm MGP氣缸安裝孔到安裝板一邊的距離為：30+68-10-10-18=60mm 設(shè)計(jì)圖如圖3-6所示。 圖3-6 MGP氣缸安裝板設(shè)計(jì)圖 3.1.2 試驗(yàn)所需標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品選型 1、 氣缸的選型 對(duì)于氣缸的選擇是一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題。首先．在于如果氣缸的質(zhì)量或各方面的要求不能達(dá)到檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)．則氣控系統(tǒng)以及試驗(yàn)臺(tái)不能說(shuō)可以成功的將這個(gè)問(wèn)題

30、解決。其次，檢測(cè)氣缸所需要的各種檢測(cè)元件要與氣缸的各項(xiàng)指標(biāo)相互配合以及兼容．這樣才能達(dá)到檢測(cè)的客觀實(shí)際意義。 日本SMC標(biāo)準(zhǔn)氣缸端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)．桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿上少量的橫向負(fù)載．減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹。常使用侶合金環(huán)鑄。微型缸有使用黃銅材料的。 缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小?；钊诟淄矁?nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)．缸筒內(nèi)表面

31、的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻．以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕．缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅．小型氣缸有使用不誘鋼管的。帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不繡鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。 SMC氣缸所設(shè)緩沖裝置種類(lèi)很多，上述只是其中之一，當(dāng)然也可以在氣動(dòng)回路上采取措施，達(dá)到緩沖目的。組合氣缸一般指氣缸與液壓缸相組合形成的氣一液阻尼缸、氣一液增壓缸等。眾所周知，通常氣缸采用的工作介質(zhì)是壓縮空氣，其特點(diǎn)是動(dòng)作快．但速度不易控制，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，容易產(chǎn)生“爬行”或”自走”現(xiàn)象：而液壓缸采用的工作介質(zhì)是通常認(rèn)為不可壓縮的液壓

32、油，其特點(diǎn)是動(dòng)作不如氣缸快，但速度易于控制．當(dāng)載荷變化較大時(shí)，采用措施得當(dāng)，一般不會(huì)產(chǎn)生“爬行”和“自走”現(xiàn)象。把氣缸與液壓缸巧妙織合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，即成為氣動(dòng)系統(tǒng)中普通采用的氣一液阻尼缸，液壓缸不用泵供油．只要充滿油即可，其進(jìn)出口間裝有液壓?jiǎn)蜗蜷y、節(jié)流閥及補(bǔ)抽杯。當(dāng)氣缸右端供氣時(shí)，氣缸克服載荷帶動(dòng)液壓缸活塞向左運(yùn)動(dòng)（氣缸左端排氣）．此時(shí)液壓缸左端排油．單向閥關(guān)閉，油只能通過(guò)節(jié)流閥流入液壓缸右腔及油杯內(nèi)．這時(shí)若將節(jié)流閥閥口開(kāi)大，則液壓缸左端排油通暢．兩活塞運(yùn)動(dòng)速度就快，反之，若將節(jié)流閥閥口關(guān)?。簤焊鬃笄慌庞褪茏瑁畠苫钊\(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢．這樣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開(kāi)口太小，就能控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度?？梢钥闯?/p>

33、，氣液阻尼缸的輸出力應(yīng)是氣缸中壓縮空氣產(chǎn)生的力（推力或拉力）與液壓缸中油的阻尼力之差。本試驗(yàn)首先選取的MGG50氣缸主體作為設(shè)計(jì)氣缸的主體。需要選擇根據(jù)與之配合氣缸。 綜合以上敘述。用日本SMC公司的標(biāo)準(zhǔn)氣缸CDG1BN50-50。 氣缸三維圖如圖3-7所示。 圖3-7 氣缸三維圖 2、 電磁換向閥及底座的選型 電磁閥由兩個(gè)基本功能單元組成：電磁線圈和磁芯。包含一個(gè)或幾個(gè)孔的閥體。當(dāng)電線圈通電或斷電時(shí)，磁芯的運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致流體通過(guò)閥體或被切斷。電磁線圈被直接安裝在閥體上，磁芯被封閉在密封管中，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)潔，緊湊的組合。電磁閥是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；

34、并不限于液壓，氣動(dòng)。用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓缸控制，所以就會(huì)用到它的工作原理，里有密閉的腔，在的不同位置開(kāi)有通孔，每個(gè)孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過(guò)控制閥體的移動(dòng)來(lái)檔住或漏出不同的排油的孔，而進(jìn)油孔是常開(kāi)的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過(guò)油的壓力來(lái)推動(dòng)油剛的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。直動(dòng)式電磁閥工作原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門(mén)打開(kāi)；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，關(guān)閉。其特點(diǎn)是在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能

35、正常工作，但通徑一般不超過(guò)25mm。由于本說(shuō)明書(shū)是以MGPM16-30Z氣缸試驗(yàn)為例。所以現(xiàn)只給MGPM16-30Z氣缸和CDG1BN50-50氣缸選取相應(yīng)電磁閥。 綜合以上敘述。用日本SMC公司的標(biāo)準(zhǔn)電磁閥SY3140-5L、SY9140-5L其底座分別為SS5Y3-20-03、SS5Y9-43-03。 電磁換向閥及底座如圖3-8所示。 圖3-8 電磁閥及底座 3、 繼電器的選型 繼電器是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流

36、去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分）。電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的

37、電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。作為控制元件，繼電器有擴(kuò)大控制范圍的作用。例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，

38、同時(shí)換接、開(kāi)斷、接通多路電路。本試驗(yàn)需要分別控制2組氣缸且氣缸3個(gè)為一組。 綜合以上敘述。用日本歐姆龍公司的標(biāo)準(zhǔn)電磁繼電器MY4N-J 24VDC繼電器底座型號(hào)為PTF-14A。 繼電器及底座如圖3-9所示。 圖3-9 繼電器及底座 4、 PLC選型 PLC是一種專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而

39、設(shè)計(jì)。可編程序控制器是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。其主要原因是因?yàn)镻LC具有以下優(yōu)點(diǎn)：靈活、通用；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；操作方便、維修容易；功能強(qiáng)；體積小、重量輕和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 由于PLC采用了半導(dǎo)體集成電路。因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)。且PLC是為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體

40、化十分理想的控制設(shè)備。 因?yàn)楸驹囼?yàn)需要?dú)飧讓?shí)現(xiàn)多種控制功能；數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能；編程、調(diào)試功能的功能。 綜合以上敘述。用日本歐姆龍公司的標(biāo)準(zhǔn)PLC SYSMAC CP1L-M30/40。 PLC如圖3-10所示。 圖3-10歐姆龍PLC系統(tǒng) 5、 槽鋼選型 槽鋼是截面為凹槽形的長(zhǎng)條狀鋼材。槽鋼屬建造用和機(jī)械用碳素結(jié)構(gòu)鋼，是復(fù)雜斷面的型鋼鋼材，其斷面形狀為槽形。槽鋼主要用于建筑結(jié)構(gòu)和車(chē)輛制造等。在使用中要求其具有較好的焊接、鉚接性能及綜合機(jī)械性能。 產(chǎn)槽鋼的原料鋼坯為含碳量不超過(guò)0.25%的碳結(jié)鋼或低合金鋼鋼坯。成品槽鋼經(jīng)熱加工成形、正火或熱軋狀態(tài)交貨。其規(guī)格以腰

41、高(h)*腿寬(b)*腰厚(d)的毫米數(shù)表示，如120*53*5，表示腰高為120毫米，腿寬為53毫米，腰厚為5毫米的槽鋼，或稱12#槽鋼。腰高相同的槽鋼，如有幾種不同的腿寬和腰厚也需在型號(hào)右邊加a b c 予以區(qū)別，如25a# 25b# 25c#等。槽鋼分普通槽鋼和輕型槽鋼。熱軋普通槽鋼的規(guī)格為5-40#。經(jīng)供需雙方協(xié)議供應(yīng)的熱軋變通槽鋼規(guī)格為6.5-30#。槽鋼主要用于建筑結(jié)構(gòu)、車(chē)輛制造、其它工業(yè)結(jié)構(gòu)和固定盤(pán)柜等，槽鋼還常常和工字鋼配合使用。槽鋼按形狀又可分為4種：冷彎等邊槽鋼、冷彎不等邊槽鋼、冷彎內(nèi)卷邊槽鋼、冷彎外卷邊槽鋼。本試驗(yàn)需要用槽鋼來(lái)搭建試驗(yàn)架臺(tái)。 綜合以上敘述。再根據(jù)試驗(yàn)室的

42、場(chǎng)地要求選取5#熱軋槽鋼為試驗(yàn)臺(tái)主體、10#熱軋槽鋼為試驗(yàn)臺(tái)底座。 6、直線軸承的選型 塑料直線軸承軸承配合軸沒(méi)有特殊要求；可以承受比金屬軸承更大的載荷，但由于軸承與軸之間的運(yùn)動(dòng)是滑動(dòng)摩擦，故塑料直線軸承運(yùn)動(dòng)速度受到一定的限制；運(yùn)動(dòng)阻力要比金屬直線軸承要大；但其運(yùn)動(dòng)噪音要比金屬直線軸承低，特別是在在中高速的情況下，塑料直線軸承噪音隨速度影響非常小。塑料直線軸承由于其內(nèi)部帶有排屑槽設(shè)計(jì)，所以允許在灰塵較大的場(chǎng)合使用，灰塵在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)從排屑槽中帶出軸承體摩擦面；塑料直線軸承還允許在使用過(guò)程中清洗，特殊材料制成的內(nèi)部滑動(dòng)膜甚至可以長(zhǎng)期用于液體中運(yùn)行。直線軸承的分類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)型、間隙調(diào)整型直線軸承

43、、開(kāi)口型直線軸承、加長(zhǎng)型直線軸承、通用性直線軸承。本試驗(yàn)需要可以和MGG氣缸主體配合的直線軸承。 綜合以上敘述。用SMC公司的標(biāo)準(zhǔn)MGG氣缸LM25直線軸承。 直線軸承如圖3-11所示。 圖3-11 直線軸承 7、24V變壓器選型 變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。在電器設(shè)備和無(wú)線電路中，變壓器常用作升降電壓、匹配阻抗

44、，安全隔離等。在發(fā)電機(jī)中，不管是線圈運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢(shì)，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。變壓器的最基本形式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一交流電流（具有某一已知頻率）流于其中之一組線圈時(shí)，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。本試驗(yàn)需要將220V電壓轉(zhuǎn)換成24V輸出電壓。 綜合以上敘述。用 PEOTR公司生產(chǎn)的S-35-24V變壓器。 220V轉(zhuǎn)24V電壓器如圖

45、3-12所示。 圖3-12 24V變壓器 8、化學(xué)螺栓選型 化學(xué)螺栓是靠與混凝土之間的握裹力和機(jī)械咬合力共同作用來(lái)抗拔和螺栓本身來(lái)抗剪，主要用在新舊結(jié)構(gòu)的連接處，各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)計(jì)算時(shí)要根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的資料來(lái)進(jìn)行，因?yàn)楦鞣N廠家生產(chǎn)的化學(xué)粘接劑都不同，所以粘接能力也不同，平常比較知名的大陸外品牌有德國(guó)喜利得、德國(guó)惠魚(yú)錨具、臺(tái)灣固特優(yōu)等廠家生產(chǎn)的化學(xué)螺栓；大陸內(nèi)品牌較多，且良莠不齊，使用前需認(rèn)真核實(shí)其性能?；瘜W(xué)螺栓是后埋件的一種，在預(yù)埋件漏埋或后建工程中使用。其特性為耐酸堿、耐低溫、耐老化；耐熱性能良好，常溫下無(wú)蠕變；耐水漬，在潮濕環(huán)境中長(zhǎng)期負(fù)荷穩(wěn)定；抗焊性、阻燃性能良好；抗震性能

46、良好。其優(yōu)點(diǎn)為錨固力強(qiáng)，形同預(yù)埋；無(wú)膨脹應(yīng)力，邊距間距小，適用于空間狹小處；安裝快捷，凝固迅速，節(jié)省施工時(shí)間；玻璃管包裝利于目測(cè)管劑質(zhì)量；玻璃管粉碎后充當(dāng)細(xì)骨料，粘接充分；施工溫度范圍較寬，從15℃～40℃。 錨固厚度較大。 綜合以上敘述。用上海滬強(qiáng)公司生產(chǎn)的M24*110化學(xué)螺栓。 化學(xué)螺栓如圖3-14所示。 圖3-13 化學(xué)螺栓 試驗(yàn)所需產(chǎn)品詳細(xì)列表如表3-1。 表3-1試驗(yàn)所需產(chǎn)品匯總 名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 氣缸 CDG1BN50-50 1 SMC制品 電磁閥1 SY3140-5L 3 SMC制品 電磁閥底座1 SS5Y3-20-0

47、3 1 SMC制品 電磁閥2 SY9140-5L 3 SMC制品 電磁閥底座2 SS5Y9-43-03 1 SMC制品 電磁繼電器 MY4N-J 24VDC 2 歐姆龍 繼電器底座 PTF-14A 2 歐姆龍 PLC CP1L-M30/40 1 歐姆龍 直線軸承 LM25 6 SMC制品 接頭1 KQ2L04-M5 6 SMC制品 接頭2 KQ2L08-02S 6 SMC制品 計(jì)數(shù)器 H7EC 1 歐姆龍 24V變壓器 S-35-24V 1 PEOTR 化學(xué)螺栓 M24*110 8 上海滬強(qiáng) 槽鋼

48、 5# 若干 GB707-88 槽鋼 10# 若干 GB707-88 3.1.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、架臺(tái)設(shè)計(jì)及化學(xué)螺栓的安裝 試驗(yàn)架臺(tái)是用來(lái)固定安裝板、電路控制板和緩沖試驗(yàn)產(chǎn)生的沖擊力的作用。由于產(chǎn)品在投入市場(chǎng)后，根據(jù)當(dāng)?shù)氐男枨髸?huì)對(duì)成型產(chǎn)品就行參數(shù)變動(dòng)，變動(dòng)參數(shù)后的產(chǎn)品需要就行投產(chǎn)前的試驗(yàn)檢測(cè)。以驗(yàn)證更改后的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)變更后的技術(shù)要求。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的沖擊力較大，所以要求試驗(yàn)架臺(tái)承受沖擊的能力較強(qiáng)。選用10#槽鋼焊接成的裝配體作為試驗(yàn)架臺(tái)，架臺(tái)底部用8個(gè)化學(xué)螺栓與混凝土地面固定試驗(yàn)架臺(tái)底座，試驗(yàn)架臺(tái)主體用5#槽鋼焊接的框架作為安裝試驗(yàn)安裝板和電路控制板的主體。試驗(yàn)臺(tái)

49、主體與試驗(yàn)臺(tái)底座用10個(gè)螺栓固定在一起。試驗(yàn)臺(tái)主體槽鋼打有為固定安裝板的孔。三維圖如圖3-14所示。 圖3-14試驗(yàn)架臺(tái)三維圖 化學(xué)螺栓的安裝程序：鉆孔——清孔——置入藥劑管——鉆入螺栓——凝膠過(guò)程——硬化過(guò)程——固定物體 ①鉆孔：先根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按圖紙間距、邊距定好位置，在基層上鉆孔，孔徑、孔深必須滿足設(shè)計(jì)要求。 ②清孔：用空氣壓力吹管等工具將孔內(nèi)浮灰及塵土清除，保持孔內(nèi)清潔。 ③置入藥劑管：將藥劑管插入潔凈的孔中，插入時(shí)樹(shù)脂在手溫條件下能象蜂蜜一樣流動(dòng)時(shí)，方可使用膠管。 ④鉆入螺栓：用電鉆旋入螺桿直至藥劑流出為止。電鉆一般使用沖擊鉆或手鉆，鉆速為750轉(zhuǎn)/分。這

50、時(shí)螺栓旋入，藥劑管將破碎，樹(shù)脂、固化劑和石英顆?；旌?，并填充錨栓與孔壁之間的空隙。同時(shí)，錨栓也可以插入濕孔，但水必須排出鉆孔，凝膠過(guò)程及硬化過(guò)程的等待時(shí)間必須加倍。 ⑤凝膠過(guò)程：保持安裝工具不動(dòng)，化學(xué)反應(yīng)時(shí)間見(jiàn)詳細(xì)資料。 ⑥硬化過(guò)程：取下安裝工具靜待藥劑硬化，化學(xué)反應(yīng)時(shí)間見(jiàn)詳細(xì)資料。 ⑦固定物體：待藥劑完全硬化后，加上墊圈及六角螺母將物體固定便可。 2、設(shè)計(jì)氣缸的裝配 設(shè)計(jì)氣缸是一個(gè)組裝型氣缸，是由試驗(yàn)需要所設(shè)計(jì)出來(lái)的氣缸。所以需要就行組裝。首先將MGG氣缸主體用酒精清洗干凈，其次安裝4個(gè)直線軸承，然后安裝兩根導(dǎo)桿，安裝完導(dǎo)桿后再安裝墊圈和擋環(huán)，將CG氣缸用螺栓固定在MGG氣缸擋板上

51、，再將他們整體固定在MGG主體上，然后將連接件擰在CG氣缸桿側(cè)螺紋處，利用CG氣缸桿側(cè)自帶的螺母進(jìn)行背緊，再將擋板用MGP擋板螺栓固定在導(dǎo)桿上，然后將兩個(gè)CG氣缸桿側(cè)螺母用背緊的方式固定在連接件的螺紋處，最后根據(jù)需要在擋板上安裝砝碼。其三維圖如圖3-15所示。 圖3-15 氣缸圖 3、MGP氣缸安裝板 MGP氣缸安裝板上是螺紋孔，MGP氣缸可以直接用螺栓固定在安裝板上。安裝方法為現(xiàn)將四個(gè)螺栓先對(duì)準(zhǔn)螺孔擰上一兩扣，然后按一個(gè)對(duì)角線的方向先擰緊，再擰緊另一個(gè)對(duì)角線。這樣的方法可以使被安裝氣缸位置正確，不會(huì)出現(xiàn)重新安裝的問(wèn)題。再將設(shè)計(jì)氣缸安裝板固定到架臺(tái)上。其三維圖如圖3-16所示。

52、 圖3-16 MGP氣缸安裝板三維圖 4、電路控制安裝板 電路控制主要由歐姆龍PLC（SYSMAC CP1L）、繼電器（MY4N-J 24VDC）、計(jì)數(shù)器（H7EC）、24V電源和電磁閥（SY3140\SY9140）組成。首先將24V電源和PLC IN端的火線、零線、地線分別與220V電源相連。再將PLC OUT端—與前3個(gè)COM都連起來(lái)，將繼電器的13號(hào)端與PLC OUT+相連，將繼電器的14號(hào)端分別與PLC OUT端00、01相連。將設(shè)計(jì)氣缸的電磁閥的正極分別與繼電器的1、2、3端相連，MGP氣缸的電磁閥的正極分別與繼電器的1、2、3端相連。將設(shè)計(jì)氣缸的電磁閥及MGP氣缸的電磁閥共負(fù)與

53、24V電源的負(fù)極相連。再將2個(gè)繼電器的5、6、7、8端相連，再與24V電源的正極相連。最后加入開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)一端接在PLC IN 端04，另一端接在24V電源負(fù)極。電路簡(jiǎn)圖如圖3-17所示。 圖3-17 電路控制圖 5、氣動(dòng)回路 試驗(yàn)主要有2組電磁閥組成，所以需要分別供氣。先用氣管分別與CG氣缸頭側(cè)接頭相連，氣管另一端與其電磁閥底座下面3個(gè)接口相連。將管中間剪開(kāi)，加入調(diào)速閥。再將氣管分別與CG氣缸桿側(cè)接頭相連，氣管另一端與其電磁閥底座上面3個(gè)接口相連。將管中間剪開(kāi)，加入調(diào)速閥。再用氣管分別與MGP氣缸頭側(cè)接頭相連，氣管另一端與其電磁閥底座下面3個(gè)接口相連。將管中間剪開(kāi)，加入調(diào)速閥。再將氣

54、管分別與MGP氣缸桿側(cè)接頭相連，氣管另一端與其電磁閥底座上面3個(gè)接口相連。將管中間剪開(kāi)，加入調(diào)速閥。氣動(dòng)回路如圖3-18所示。 圖3-18 氣動(dòng)回路圖 4 試驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 PLC程序設(shè)計(jì) 4.1.1 I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC類(lèi)型的選擇 本次設(shè)計(jì)使用的是CG氣缸MGP氣缸作為執(zhí)行元件。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時(shí)輸出兩路脈沖到兩種氣缸的電磁閥上。由于試驗(yàn)系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理，該試驗(yàn)的控制為純開(kāi)關(guān)量控制，且I/O點(diǎn)數(shù)不多，僅需1個(gè)輸入點(diǎn)和3個(gè)輸出點(diǎn)，考慮留有一定的裕量。故選用日本

55、歐姆龍公司生產(chǎn)的多功能小型SYSMAC CP1L主機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 圖4-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個(gè)PLC成品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在EPROM中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫(xiě)的程序。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的。 4.1.2 PLC的I/O分配 根據(jù)氣缸動(dòng)作的要求，輸入、輸出點(diǎn)分配如表4-1。 表4-1 PLC的I/O分配表 名稱 輸入 名稱 輸出 開(kāi)關(guān) X

56、0 繼電器1 Y0 繼電器2 Y1 計(jì)數(shù)器 Y2 4.1.3編程指令的選擇 方案一：使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榇嬖诖罅康淖员３钟|點(diǎn)，使程序代碼較長(zhǎng)。 方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，會(huì)有很大幫助。 方案三：采用STL指令的編程方式。STL指令（步進(jìn)梯形指令）是歐姆龍廠家設(shè)計(jì)的專(zhuān)門(mén)用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護(hù)，且代

57、碼較短。 經(jīng)論證本次設(shè)計(jì)采用的編程方式選用方案三。 4.1.4 PLC程序的設(shè)計(jì) 梯形圖見(jiàn)附錄1。 4.2 PLC程序的調(diào)試 由于PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運(yùn)行。因此，討論P(yáng)LC設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。 4.2.1 PLC的安裝與部線 1、 輸入接線 （1）輸入接線一般不要超過(guò)30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開(kāi)。

58、（3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路中，防止信號(hào)干擾，使PLC輸入信號(hào)大大增強(qiáng)。 2、電源接線 電源是PLC引入干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高PLC的可靠性有很大幫助。PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開(kāi)。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開(kāi)關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來(lái)抗干擾。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。初級(jí)與次級(jí)之間的靜

59、電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。在選用交流穩(wěn)壓器時(shí)，一般可按照實(shí)際最大需求容量的130%計(jì)算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠。 PLC供電電源為50Hz、220V10%的交流電。由于本設(shè)計(jì)使用的是FX1N系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)）提供直流24V電源。 3、接地保護(hù) 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC

60、控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專(zhuān)用接地線。 4.2.2 控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC外部電氣接線如圖4-1所示。 圖4-1 PLC外部電氣接線 4.2.3 PLC控制程序的調(diào)試 在程序調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，但最終都一一解決了。在使用STL指令編程時(shí)，剛開(kāi)始由于對(duì)STL指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。氣缸運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。 5 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論 5.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分

61、析 5.1.1 試驗(yàn)初期檢測(cè)氣缸數(shù)據(jù)與分析 1、 始動(dòng)壓力檢測(cè) 始動(dòng)壓力是體現(xiàn)氣缸性能的第一標(biāo)準(zhǔn)，在任何氣缸試驗(yàn)開(kāi)始之前都需要對(duì)每個(gè)試驗(yàn)樣本就行始動(dòng)壓力的測(cè)試。氣缸靜置24小時(shí)以后，活塞桿和導(dǎo)桿上的潤(rùn)滑脂會(huì)處于凝結(jié)狀態(tài)。本數(shù)據(jù)體現(xiàn)了氣缸在克服出廠阻力時(shí)的能力，如數(shù)值過(guò)大或與其他樣本數(shù)據(jù)變差較大，則需要對(duì)此氣缸進(jìn)行更換。本試驗(yàn)氣缸始動(dòng)壓力測(cè)試結(jié)果如表5-1。 表5-1 試驗(yàn)氣缸始動(dòng)壓力 氣缸型號(hào) 樣本NO. 測(cè)試結(jié)果（Mpa） MGPM16-30Z 1 0.065 2 0.067 3 0.070 標(biāo)準(zhǔn)：如始動(dòng)壓力數(shù)值超過(guò)0.1Mpa則說(shuō)明氣缸內(nèi)部摩擦較大，須

62、進(jìn)行更換。 分析：試驗(yàn)樣本這3個(gè)氣缸的始動(dòng)壓力測(cè)試結(jié)果符合要求，可以進(jìn)行試驗(yàn)下一步測(cè)試。 2、 最低做動(dòng)壓力檢測(cè) 最低做動(dòng)壓力是體現(xiàn)氣缸氣缸活塞和導(dǎo)桿摩擦是否符合要求的重要指標(biāo)。在氣缸充分往復(fù)做動(dòng)3次以上之后進(jìn)行最低做動(dòng)壓力的測(cè)試，測(cè)試的是在氣缸能夠做動(dòng)的情況下所需的最低壓力，此數(shù)據(jù)伸出和縮回分別要進(jìn)行3次測(cè)試，在對(duì)3次數(shù)據(jù)取平均數(shù)得到測(cè)試結(jié)果。如檢測(cè)過(guò)程過(guò)出現(xiàn)某一次測(cè)試數(shù)據(jù)與其他測(cè)試數(shù)據(jù)偏差較大，則需重新對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果也對(duì)之后定期檢測(cè)起到了對(duì)比的作用，能直接體現(xiàn)出氣缸在工作狀態(tài)下的磨損情況。本試驗(yàn)氣缸最低做動(dòng)壓力測(cè)試結(jié)果如表5-2。 表5-2 試驗(yàn)初期氣缸最低做

63、動(dòng)壓力 氣缸型號(hào) 樣本NO. 測(cè)試結(jié)果（Mpa） 伸出方向 縮回方向 1 2 3 平均 1 2 3 平均 MGPM16-30Z 1 0.032 0.031 0.031 0.031 0.032 0.032 0.031 0.032 2 0.028 0.026 0.026 0.027 0.032 0.039 0.030 0.034 3 0.028 0.032 0.028 0.029 0.028 0.029 0.028 0.028 標(biāo)準(zhǔn)：如最低做動(dòng)壓力的平均值在0.05M

64、pa以上則說(shuō)明氣缸不能符合要求，需要更換。 分析：試驗(yàn)樣本這3個(gè)氣缸的最低做動(dòng)壓力測(cè)試結(jié)果符合要求，可以進(jìn)行試驗(yàn)下一步測(cè)試。 3、 氣密性檢測(cè) 氣密性是體現(xiàn)氣缸活塞及密封圈在出廠時(shí)是否合格的重要指標(biāo)。由于是以空氣介質(zhì)作為動(dòng)力源，密封的好壞決定了氣缸的優(yōu)劣。試驗(yàn)要求氣缸在試驗(yàn)開(kāi)始前樣本不能出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，檢測(cè)氣缸氣密性分為2個(gè)部分，一是檢測(cè)氣缸內(nèi)部活塞是否有漏氣現(xiàn)象，二是檢測(cè)氣缸活塞桿密封圈處是否有漏氣現(xiàn)象。如出現(xiàn)漏氣，則需要對(duì)樣本進(jìn)行更換。本試驗(yàn)氣缸氣密性測(cè)試結(jié)果如表5-3。 表5-3 試驗(yàn)初期氣缸氣密性 氣缸型號(hào) 樣本NO. 泄漏量（cm3/min） 外部泄漏 內(nèi)

65、部泄露 頭側(cè)加壓 桿側(cè)加壓 低壓0.05Mpa 高壓1.0Mpa 低壓0.05Mpa 高壓1.0Mpa 低壓0.05Mpa 高壓1.0Mpa MGPM16-30Z 1 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 標(biāo)準(zhǔn)：如試驗(yàn)初期氣密性數(shù)值不為0，則需要更換氣缸。 分析：試驗(yàn)樣本這3個(gè)氣缸的氣密性測(cè)試結(jié)果符合要求，可以進(jìn)行試驗(yàn)下一步測(cè)試。 4、 前端震擺量檢測(cè) 由于本次試驗(yàn)是以MGP系列氣缸作為研究對(duì)象，根據(jù)MGP氣缸活塞桿兩側(cè)有導(dǎo)桿特點(diǎn)，需要對(duì)氣缸進(jìn)行前端震擺量的檢測(cè)。前端震

66、擺量在本次試驗(yàn)中也起著重要的作用，可以直接反映氣缸在正常做動(dòng)情況下導(dǎo)桿襯套的磨損情況。此數(shù)據(jù)伸出和縮回分別要進(jìn)行3次測(cè)試，在對(duì)3次數(shù)據(jù)取平均數(shù)得到測(cè)試結(jié)果。如檢測(cè)過(guò)程過(guò)出現(xiàn)某一次測(cè)試數(shù)據(jù)與其他測(cè)試數(shù)據(jù)偏差較大，則需重新對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果也對(duì)之后定期檢測(cè)起到了對(duì)比的作用，能直接體現(xiàn)出氣缸在工作狀態(tài)下的導(dǎo)桿襯套磨損情況。本試驗(yàn)氣缸前端震擺量測(cè)試結(jié)果如表5-4。 表5-4 試驗(yàn)初期氣缸前端震擺量 氣缸型號(hào) 樣本NO. 前端震擺量（mm） 伸出方向 縮回方向 1 2 3 平均 1 2 3 平均 MGPM16-30Z 1 0.190 0.180 0.190 0.187 0.020 0.020 0.030 0.023 2 0.140 0.170 0.150 0.153 0.030 0.030 0.040 0.033 3 0.130 0.140 0.140 0.137 0.040 0.030 0.030 0.033 標(biāo)準(zhǔn)：如在伸出狀態(tài)平均值在0.3mm以上；縮