氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

第二篇?dú)鈮簜鲃?dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一章氣壓傳動(dòng)的特原理、組成及特點(diǎn)原理氣壓傳動(dòng)以壓縮氣體為工作介質(zhì)，靠氣體的壓力傳遞動(dòng)力或信息的流體傳動(dòng)。傳遞動(dòng)力的系統(tǒng)是將壓縮氣體經(jīng)由管道和控制閥輸送給氣動(dòng)執(zhí)行元件，把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而作功；傳遞信息的系統(tǒng)是利用氣動(dòng)邏輯元件或射流元件以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算等功能，亦稱氣動(dòng)控制系統(tǒng)。但氣壓傳動(dòng)速度低，需要?dú)庠?。氣壓傳?dòng)的特點(diǎn)是工作壓力低,一般為0.3?0.8兆帕，氣體粘度小，管道阻力損失小，便于集中供氣和中距離輸送，使用安全，無爆炸和電擊危險(xiǎn)，有過載保護(hù)組成氣壓傳動(dòng)由氣源、氣動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)控制閥和氣動(dòng)輔件組成。氣源一般由Linktitle壓縮機(jī)提供。氣動(dòng)執(zhí)行元件把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動(dòng)工作部件，包括氣缸和啟動(dòng)馬達(dá)。氣動(dòng)控制閥用來調(diào)節(jié)氣流的方向、壓力和流量，相應(yīng)地分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。氣動(dòng)輔件包括：凈化空氣用的分水濾氣器，改善空氣潤(rùn)滑性能的油霧器，消除噪聲的消聲器，管子聯(lián)接件等。在氣壓傳動(dòng)中還有用來感受和傳遞各種信息的氣動(dòng)傳感器。特點(diǎn)氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)由于氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是空氣，它取之不盡用之不竭，用后的空氣可以排到大氣中去，不會(huì)污染環(huán)境。(2)氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)粘度很低，所以流動(dòng)阻力很小，壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。(3)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快；工作環(huán)境適應(yīng)性好，氣動(dòng)元件采用相應(yīng)的材料后，能夠在在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)腐蝕等惡劣工作環(huán)境中正常工作；成本低，使用安全，無爆炸和電擊危險(xiǎn)，過載能自動(dòng)保護(hù)；壓縮空氣的工作壓力較低，因此，對(duì)氣動(dòng)元件的材質(zhì)要求較低；氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充、更換等問題。氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)（1）由于空氣的可壓縮性大，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的速度穩(wěn)定性差，給系統(tǒng)的速度和位置控制精度帶來很大的影響。（2）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲大，尤其是排氣時(shí)，需要加消音器。（3）由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)得到較滿意的效果。（4） 因工作壓力低（一般為）.3?l.OMPa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，氣壓傳動(dòng)裝置的總輸出力不宜大于10?40kN，且傳動(dòng)效率較低。（5） 氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜用于元件級(jí)數(shù)過多的復(fù)雜回路；第二章氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)元件的選擇（一）氣缸的選擇由于本設(shè)計(jì)是關(guān)于BH3300型無菌紙盒灌裝機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，且該設(shè)備的工藝路線及操作步驟為：供紙 —? 紙的輸送 —> 貼塑 —> 消毒滅菌（擠水）—> 成筒 —? 切刀 —> 下橫封整型 焊角成型 上橫封j灌裝其中要用到氣壓傳動(dòng)的部位有貼塑、擠水輥擠水、擠壓成筒、切刀、下橫封、上橫封、擠壓焊接成型、噴霧系統(tǒng)，而要用到氣壓傳動(dòng)的部位就要用到氣缸，在這里我以上下橫封的氣缸選擇為例，其相關(guān)的技術(shù)參數(shù)如表2所示，并由此參數(shù)而得出氣缸的其余參數(shù)，從而確定缸的型號(hào)類型。通過查相關(guān)文獻(xiàn)得：氣缸的效率一般在0.7?0.95之間，這里去取耳二0.90氣缸的工作壓力一般為0.4Mpa?0.6Mpa，這里取p二0.6Mpa缸筒內(nèi)徑的確定又1kgf/cm2=0.098Mpa,1Mpa=10.197kgf/cm2,1kgf/cm2=9.8N.（注：1kgf/cm2是指工程大氣壓：大氣壓的兩種量度單位之一，用at表示，1at=lKgf/cm2=98.07KPa,相當(dāng)于海拔200m處正常大氣壓）從而得p二0.6Mpa二6.12kgf/cm2，又由表2的該氣缸的工作負(fù)載為G=120N，則F'=G=120N=12.2kgf因此氣缸的理論推力F=12.2kgf由設(shè)計(jì)任務(wù)可以知道，要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載大小F0=120N，考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之負(fù)載間的摩擦力的影響。所以在確定氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率0：

經(jīng)過查相關(guān)文獻(xiàn)得其活塞桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和負(fù)載率如表5所示:阻性負(fù)載負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度V<100mm/s100?500mm/s>500mm/s三0.65三0.5三0.3氣缸的實(shí)際負(fù)載氣缸的理論負(fù)載x氣缸的實(shí)際負(fù)載氣缸的理論負(fù)載x100%又由表2得其運(yùn)動(dòng)的最大速度為lm/s=1000mm/s,因此在此取0=0.2,所以實(shí)際液壓缸的負(fù)載大小為：F=F/0=120N/0.2=600N。又有缸徑的計(jì)算公式得廠,r4^ | 4x600D= = =0.08m=80mmKPp \3.14x0.6x106x0.2氣缸筒壁厚的確定通過查相關(guān)文獻(xiàn)得氣缸筒的壁厚的計(jì)算公式為s二竺:錯(cuò)誤！未找到引用20]源。式中錯(cuò)誤！未找到引用源。一缸筒壁厚（m）；D—缸筒內(nèi)徑（m）；P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）；錯(cuò)誤！未找到引用源。一缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）；s實(shí)際缸筒壁厚的取值：對(duì)于一般用途氣缸約取計(jì)算值的7倍；重型氣缸約取計(jì)算值的20倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)管材尺碼。而本設(shè)計(jì)是飲料灌裝機(jī)的氣壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，固所用氣缸為一般氣缸，所以取計(jì)算值的7倍即可參考《液壓與氣壓傳動(dòng)》缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核為錯(cuò)誤！未找到引用源。，在這里缸筒的材料選擇45號(hào)鋼，錯(cuò)誤！未找到引用源。=600MPa,0]=罟=120（n為安全系數(shù)一般取n=5；錯(cuò)誤！未找到引用源。缸筒材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）P—缸筒承受的最大工作壓力(Mpa)。當(dāng)工作壓力pW16Mpa時(shí)，P=1.5p；當(dāng)工作壓力p>16Mpa時(shí)，P=1.25p由此可知工作壓力0.6Mpa小于16Mpa,P=1.5p=1.5X0.6=0.9Mpa貝ys=P.D=0980mm=0.3mm,取7倍得2.1mm，經(jīng)過圓整后取4mm。20] 2x1203活塞桿直徑的確定通過查相關(guān)文獻(xiàn)可知在確定氣缸活塞桿直徑時(shí)，一般按d/D=0.2?0.3進(jìn)行計(jì)算。則 d=(0.20.3)=D(0.20.3x)80mm(16?24)mm但根據(jù)相關(guān)的技術(shù)要求要把所得的值進(jìn)行圓整，固圓整后取20mm.4.確定氣缸型號(hào)根據(jù)以上參數(shù)以及相關(guān)的技術(shù)要求可選擇引進(jìn)德國(guó)技術(shù)制造的LCZM型雙作用無油潤(rùn)滑氣缸如圖所示：引進(jìn)漣國(guó)專有範(fàn)術(shù)制造機(jī)電部第一批基咄件名憂產(chǎn)品該缸自帶緩沖裝置，工作溫度在-25?80。，安裝位置任意，其行程范圍及工作壓力如表所示：缸徑辺口2532405063so1Q0t25200工作Ki力為D1963225027S5^2A72oia314149086042164422B&D11211B1429454626754Q12064工懷U力為1OMPa時(shí)4901256(&63311?5D2fi7853122712Q1D631416拉力1N]6911055164923024頸7363115641S&5C行程苛劉mm)>BD<400>70<60D>70A80<100Q>8DC1400>100W140D>100<3DD0A<300(}>td<]<3DM>140<3W0在這里因選擇缸徑為80mm,行程為＞100v1400的氣缸2.空壓機(jī)的選擇氣源裝置是向氣動(dòng)系統(tǒng)提供所需壓縮空氣的動(dòng)力源，空壓機(jī)是氣壓發(fā)生裝2.空壓二空壓機(jī)的選擇氣源裝置是向氣動(dòng)系統(tǒng)提供所需壓縮空氣的動(dòng)力源，空壓機(jī)是氣壓發(fā)生裝置，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能的轉(zhuǎn)換裝置。而選擇空氣壓縮機(jī)的根據(jù)是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量?jī)蓚€(gè)主要參數(shù)。而一般空氣壓縮機(jī)為中壓空氣壓縮機(jī)，額定排氣壓力為1Mpa,在此只需進(jìn)行流量的計(jì)算。耗氣量的計(jì)算：由于缸徑D=80mm,行程s=140mm,全程需要的時(shí)間t=0.194s則伸出耗氣量：TOC\o"1-5"\h\z兀 s314 014Q=—D2—= x0.0802x =0.36x10-2m3/s伸4 t4 0.194縮回耗氣量：\o"CurrentDocument"兀 s314 014Q=—(D2-d2)—= X(0.082-0.022)— =0.34x10-2m3/s縮4 t4 0.194自由空氣量的算(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下的流量)：計(jì)Q'=QP+°.10130.1013Q'=QP+0.1013=0.36x10-2x0.6+0.1013=0.025m3/s則伸伸0.1013 0.1013Q'=QP+0.1013=0.34x10-20.6+0.1013=0.0235m3/s縮縮0.1013 0.1013

3）氣缸的理論用氣量的計(jì)算:Q=￡（aQt）/TZi=1 Zi其中： n：氣缸的個(gè)數(shù)，本設(shè)計(jì)中有4個(gè)氣缸（上下橫封4個(gè)氣缸），所以n=4A：在一個(gè)周期內(nèi)單程作用次數(shù)，所以a=2Q':一氣缸在一個(gè)周期內(nèi)的平均用氣量Zt:氣缸一個(gè)單行程的時(shí)間，t=0.194sT:設(shè)備的一次工作循環(huán)的總時(shí)間，T二4t二0.776sQ二(4xQx4+4xQx4)/0.776Z 縮 伸=(4x0.0235x4+4x0.025)/0.776二1ms/s取設(shè)備利用系數(shù)0二0.95;漏損系數(shù)K二1.2；備用系數(shù)K二1.412則該設(shè)備氣缸的理論用氣量：Q=0.95x1.2x1.4Q'=1.596m3/sj Z三控制元件的選擇1?選擇換向閥由于本設(shè)計(jì)中要求氣缸完成快進(jìn)工進(jìn)和快退的動(dòng)作循環(huán)，而且有些部位的氣缸整個(gè)生產(chǎn)過程只需使活塞桿到達(dá)指定位置即可，在加上整個(gè)生產(chǎn)過程采用自動(dòng)化控制。所以對(duì)整個(gè)設(shè)備的氣壓控制系統(tǒng)而言要使氣缸完成相關(guān)的動(dòng)作，應(yīng)選擇二位二通和三位五通電磁換向閥方可滿足要求，根據(jù)氣缸的工作壓力及流量要求查表得，選換向閥的通徑為0=6mm，型號(hào)的三位五通電為SLP1DF02V3A06的二位二通電磁換向閥，選型號(hào)為Q35D-的三位五通電2磁換向閥磁換向閥2.選擇流量控制閥由于本設(shè)備的每個(gè)工作點(diǎn)的氣缸的活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度均不相同，且均需要完成快進(jìn)工進(jìn)和快退的動(dòng)作循環(huán)，這就需要對(duì)每一個(gè)缸的進(jìn)出口氣流流速進(jìn)行控制，固在此選用型號(hào)為 的排氣節(jié)流調(diào)速閥。選擇氣動(dòng)三大件氣動(dòng)三大件是指調(diào)壓閥、分水過濾器和油霧器的組合件。（1）本設(shè)計(jì)為了調(diào)整或控制氣壓的變化，保持壓縮空氣減壓后穩(wěn)定在需要值可選擇YK43氣體減壓閥（該閥屬于先導(dǎo)活塞式減壓閥。由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成。YK43型氣體減壓閥主閥主要由閥座、主閥盤、活塞、彈簧等零件組成，導(dǎo)閥主要由閥座、閥瓣、膜片、彈簧、調(diào)節(jié)彈簧等零件組成。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)彈簧壓力設(shè)定出口壓力、利用膜片傳感出口壓力變化，通過導(dǎo)閥啟閉驅(qū)動(dòng)活塞調(diào)節(jié)主閥節(jié)流部位過流面積的大小，實(shí)現(xiàn)減壓穩(wěn)壓功能。）。（2）由于空氣中存在灰塵、水分等雜質(zhì)，這就需要在減壓閥的進(jìn)口處接一個(gè)分水過濾器對(duì)空氣進(jìn)行過濾，而分水濾氣器指將壓縮氣體中的水汽、油滴及其他一些雜質(zhì)從氣體中分離出來，達(dá)到凈化的作用從而很好的保護(hù)了氣動(dòng)執(zhí)行元件，分水濾氣器又稱為空氣過濾器或氣水分離器。（3）在氣動(dòng)流體傳動(dòng)系統(tǒng)中，動(dòng)力是通過閉合回路中的壓縮空氣來傳遞和控制的。在空氣介質(zhì)需要潤(rùn)滑的場(chǎng)合，油霧器就是設(shè)計(jì)用以把需要的潤(rùn)滑劑加入到空氣流中的元器件。油霧器是一種特殊的注油裝置，它將潤(rùn)滑油進(jìn)行霧化并注入空氣流中，隨壓縮空氣流入需要潤(rùn)滑的部位，達(dá)到潤(rùn)滑的目的。其通常安裝在減壓閥的出口處組成氣動(dòng)三大件之一。消聲器由于氣缸、氣閥等工