气缸及杆的计算

4.控制系统4.1液压系统液压站包括油箱、液压油、主油泵传动部件、副油泵传动部件、阀组、及液压附件。主油泵采用美国Parker公司生产的一个主泵加副泵组成的双联泵，主泵专门给夹具行走小车油缸和夹具升降油缸供油，副泵给铝锭牵引油缸供油。副油泵专门给冷却输送机的步进减速机马达供油。此系统采用三个泵分别给三个机构供油，避免了机构同时动作时的压力和流量干扰，使机构运行更平稳、可靠。阀组包括溢流阀、流量控制阀方向控制阀组成。溢流阀主要控制液压系统的工作压力，流量控制阀主要通过控制液压系统的油的流量来控制执行元件的运动速度，方向控制阀主要控制执行元件的运动方向。所有阀组的元件都采用美国Parker公司生产的产品，采用集成叠加式安装。液压系统阀件、管接头及软管（高压绝缘油管）均采用PARKER公司原装产品，在恶劣环境中，提高了液压系统的可靠性，降低了故障率，减少系统的泄漏。液压附件包括液位液温计、压力表、过滤器、液位控制继电器、电接点温度计及油－水冷却器等，主要用来监视油箱油位、油温的状态及系统的压力状态以及对热油进行冷却，保持油温在正常工作范围内。液压管路包括精密无缝钢管、管接头及高压软管。管接头和高压软管都采用美国Parker公司产品。管接头为卡套式密封，性能可靠，安装、拆卸简单方便。4.1.3液压缸的选用与计算公称压力P为额定压力是液压缸能用于长时间工作的压力，它取决于机构的最大负载。不考虑动态时，一般按平均压力计算：FPA式中F—工作机构的最大负载；A—液压缸的工作面积（即缸径）。本次设计所用的压力为P=5.5Mpa据已用油缸（小车移动油缸）选取缸径D=50mm则油缸的工作面积为2DA2=3.14×5022=1962.5mm2最大工作负载：FPA=5.5×1962.5N≈11KN有机构部分设计部分：夹具体总重量为1227.84kg(夹具体重147.84kg，每层中1080kg)。由摩擦学知识得，本设计为滚动摩擦虽然负载小于1227.84×9.8×f(f1),从而应运小油缸能承受的负载。选用小车移动油缸型号为：50×1200。4.2气动系统4.2.1电气系统的选择与设计自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。尤其是机械行业的自动化：高效率、高可靠性等特点将这些技术推向前沿。最早的自动化控制是20世纪20~30年代出现的传统继电接触控制器，它可以实现对控制对象的启动、停止、调速、自动循环及保护等控制。该方式的优点是它所使用的控制器结构简单、价廉、控制方式直观、易掌握、工作可靠、易维护而得到广泛应用。因此对本次设计的堆垛机的要求也能满足。但是，在追求一个高效、高可靠性的今天，它的体积大、功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难及其因触点控制，在控制系统复杂时的可靠性明显不能满足生产需要，所以本次设计选用的是当今在机械行业通用的PLC电气控制系统。4.2.4电气说明本机组的电气控制部分采用美国AB公司CompactLogix5000PLC、瑞士ABB变频器和法国施耐德电器元件，检测元件采用德国TURCK产品，传动方面采用五台交流电动机，用以拖动液压油泵，铸造机，成品输送机，冷却循环电机，其中油泵电动机配有电流表以监视电动机的工作状态，此系统的自动化程度较高，机组运行时的动作都由电磁阀控制油缸或气缸来实现，其动作指令由PLC内的程序发出。电气系统有以下几部分：-供电单元：空开、接触器、变压器等。-控制单元：PLC、变频器、低压电气元件等。-操作单元：电器柜、按钮、开关等。-其它部分：指示元件、计数元件、电缆、端子等。系统对主要故障设有信号灯及音响报警，并能自动停机。各部分动作设有手动、自动、半自动操作，手动操作用于调整单动作用，并用于自动工作方式前协调各部分动作；自动操作用于铸机连续浇注，半自动操作用于在主要机构自动运行时对某一部分机构进行人为调整或检查是否满足其自动条件。机组的操作顺序流程图（其中“1”表示开关闭合，“0”表示开关断开）接通电源步骤依图将+C2中的主电源开关-QM0打至“1”位按配电系统图将+C2操作台内的QM1至QM7空气开关打至“1”位将+C1操作台上的电源转换开关“SA0”打至“1”位将+C1操作台中的QM8,QM9空气开关打至“1”位。打开油压系统的冷却水阀门按液压泵启动按钮检查捶击臂是否抬起按铸造机启动按钮铸造机速度调节船形浇铸溜槽抬起分配器落下铸造机预热扶脱锭装置复位开始浇铸铝液自动打印（链条带动打印机）打开铸造机冷却水阀门（浇铸一圈后）接收臂上抬开门机构后缩接收臂下降延时后开门机构前进冷却输送机移动一个节距调节堆垛机的位置夹具在整列台上方按起动检查按钮开关指示灯亮调节块数及层数记数器堆垛机自动操作铝锭到位检测信号牵引托架上升托架缩回牵引复位托架下降翻转夹紧铝锭翻转翻转夹紧放松整列检测信号夹具等候位置夹具压板压下夹具夹紧夹具上升夹具小车前进夹具下降夹具张开夹具上升夹具小车后退成品运输机前进十一层完成品运输机停止铝锭打捆叉车运走船形浇铸溜槽复位油泵停止成品运输机停止铸造机、堆垛机压缩空气、冷却水停止切断控制电源、动力电源4.2.4机组自动运行时的动作描述4.4.1.水平铸造机部分·船形浇铸溜槽——铸造作业开始前使换向阀Q01DT接通，3秒钟内使船形浇注溜槽上升为水平状态，气缸行程160mm,浇铸作业铸锭机停机结束后，由操作台断电，使浇铸溜槽下降；若中途出现停电或事故时，溜槽将自动下倾，将溜槽中的铝液改向倒入地面的金属槽里。4.4.2.扶接锭装置动作说明·开门机构动作——经信号装置上的接近开关1CK1发出信号，通过PLC控制使换向阀Q03DT接通，托架推出0.5s内气缸伸出，到1s时换向阀Q03DT断电，气缸带动托架0.5s内收回。·接锭机构动作——经信号装置上的接近开关1CK2发出信号，通过PLC控制使换向阀接通,受料臂上抬，0.5s内完成上抬动作。到1s时换向阀Q02DT断电，受料臂开始下降，0.5s内完成动作.受料臂与受料托架的动作必须协调，受料臂完全上抬后，托架才能收回，托架完全收回后，受料臂才能下降。4.4.3.冷却输送机动作说明·冷却输送机（液压马达）动作——经信号装置上的接近开关1CK2发出信号，受料臂电磁阀接通后延时通过PLC控制换向阀9DT接通，步进马达带动输送机前进，冷却输送机步进到检测开关2CK2处时发讯使9DT断电，步进马达断电。完成上述动作最慢需要4.5s。冷却输送机油缸动作比受料臂动作晚1.5s，即接锭臂完全下降后油缸才伸出。4.4.4.堆垛机动作说明·牵引托架升降——铝锭到位检测开关2CK5发讯（并计时），托架升降气缸Q06DT接通，0.4s内完成托架上升动作，2.2s时换向阀Q06DT断电，0.4s内完成托架下降动作。·托架牵引——铝锭到位检测开关2CK1发讯0.4s时，牵引油缸换向阀的7DT接通，1.8s完成牵引（退回）动作，2.2s（或2.6s）时7DT断电，2.6s时8DT接通，牵引油缸开始复位，1.9s内完成复位动作，并使8DT断电。·翻转夹紧——铝锭到位检测开关2CK1发讯2.2s时，夹紧气缸换向阀的Q07DT接通，0.6s内完成夹紧；2.8s时换向阀的Q07DT断电；3.6s时换向阀的Q08DT接通，0.6s内完成夹紧放松，4.2s时换向阀的Q08DT断电。·翻转——凡第一层的全部4块及以后各层的第2、4块均需翻转。铝锭到位检测开关2CK1发讯2.8s时发出翻转信号，翻转摆动缸的换向阀Q11DT接通，翻转装置正翻，到位后遇接近开关2CK4、使Q11DT断电（0.8s内完成翻转180°）；同样逆翻时Q12DT接通，到位后遇接近开关2CK5使Q12DT断电。第一层的第1、3块及以后各层的第2块为正翻，第一层的第2、3块及以后各层的第4块为逆翻。·夹具夹紧——每层的第1块铝锭在整列机上遇到整列检测极限开关2CK3时,夹具下降,下降到等候位夹具下降极限3CK5时,夹具夹紧气缸的换向阀Q15DT、Q19DT接通，夹具夹紧，夹具离开等候位极限时Q15DT、Q19DT断电。（注：夹具仍处于夹紧状态）·夹具上升（在整列位置上）——每层的第1块铝锭在整列机上遇到整列检测极限开关2CK3时，夹具下降,下降到等候位夹具下降极限3CK50.8后，夹具升降油缸换向阀3DT、6DT接通，油缸快速上升，上升到接近开关3CK7后6DT断电，油缸慢速上升，0.4s后停止上升，油缸停止。·夹具小车前进——夹具上升到极限停止后，小车移动油缸比例换向阀作用下，夹具小车中速前进0.5s后快速前进，当遇到减速开关3CK4时，小车中速前进，0.5s后小车慢速前进，0.4s后遇极限开关3CK3小车停止。·夹具旋转——夹具上升到位后，旋转气缸换向阀Q17DT接通，2～3s内夹具旋转90°后，Q17DT断电。由层计数器显示层数，凡遇奇数层时夹具旋转，而遇偶数层时则不旋转。·夹具下降——小车前进到极限接近开关3CK3后，夹具升降缸换向阀4DT、5DT、Q21DT接通，夹具快速下降。a)在堆放第一层时，下降到减速位置碰减速开关3CK9时，换向阀5DT断电，夹具慢速下降，夹具下降到极限位置时，遇接近开关3CK10发讯使换向阀4DT、Q21DT断电，下降停止，同时打开夹具。b)在堆放第二层及以后各层时，夹具下降没有慢速行程，当夹具中的铝锭一碰到堆放在下面的铝锭时，接地继电器立即接通，KA4发出信号，换向阀4DT，5DT，Q21DT同时断电(如果接地继电器没有，下降停止。·夹具松开——下降停止后，即接地检测开关4CK4或极限接近开关3CK10接通后0.3s时，夹紧气缸换向阀Q16DT，Q20DT接通，夹具张开，0.4s到终点遇接近开关4CK2、4CK3后Q16DT，Q20DT断电。·夹具上升（在堆垛位置上）——夹具张开到终点遇接近开关3CK11、3CK12后发讯，使夹具升降油缸换向阀3DT、6DT接通，夹具快速上升，上升到接近开关3CK8后6DT断电，夹具慢速上升，0.4s后使3DT断电，夹具停止上升，并同时发讯给夹具小车缸。·夹具小车后退——夹具小车缸接到夹具上升到位信号后，比例换向阀接通，小车中速后退，0.5s后断电，小车快速后退，遇接近开3CK2后，小车中速后退，到终点遇接近开关3CK1后，小车停止后退。·夹具旋转复位——在堆放奇数层使，夹具上升到位后，旋转气缸换向阀Q18DT接通，2~3s内夹具反转90°遇复位开关4CK1后使Q18DT断电。·夹具下降——小车后退到位遇极限接近开关3CK2后，夹具升降缸换向阀4DT、5DT、Q21DT接通，夹具快速下降，下降到减速位置碰减速开关3CK6时，换向阀5DT断电，夹具慢速下降，夹具下降到极限位置时，遇接近开关3CK5，使换向阀4DT、Q21DT断电，下降停止。夹具处于等待状态，待整列检测开关发出信号后开始下一个工作循环4.4.5.成品输送机动作说明·成品输送机接到堆垛完成的信号后向前移动，当遇到成品输送机固定间隔开关2CK6后，成品输送机停止。·此时用半自动打捆机进行打捆。·若第五垛铝锭移动到终点时，则遇成品输送机停机开关2CK7使成品输送机停止移动。此时应立即用叉车把捆扎好的铝垛运走。