0目錄第一章、設(shè)計(jì)題目…………………………………… （1）第二章、設(shè)計(jì)意義…………………………………… （3）第三章、方案選擇…………………………………… （6）第四章、過濾部分的設(shè)計(jì)…………………………… （7）4.1過濾桶的設(shè)計(jì)……………………………………… （7）4.2傳 動部件設(shè)計(jì)………………………………… （12）4.3電動機(jī)的選擇…………………………………… （18）4.4閥門的選擇與設(shè)計(jì)………………………………… (19）4. 5傳感器的選擇與信號檢測………………………… （22）4.6控制面板的設(shè)計(jì)…………………………………… （23）第五章、控制部分的設(shè)計(jì)……………………………… （24）5.1 控制系統(tǒng)的選擇………………………………… （24）5.2 工藝流程……………………………………… （26）5.3 PLC接線圖………………………………………… （27）5.4程序梯形圖以及語句表…………………………… （28）第六章、設(shè)計(jì)的應(yīng)用…………………………………… （33）第七章、設(shè)計(jì)心得……………………………………… (35)第八章、參考文獻(xiàn)…………………………………… (36)附錄：外文翻譯及文獻(xiàn)1一、設(shè)計(jì)題目題目：全自動立式過濾機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：過濾機(jī);結(jié)構(gòu);;控制系統(tǒng)；可編程序控制器；摘要：隨著水資源的缺乏和水污染的日益嚴(yán)重，廢水的過濾與分離能很好的解決廢水的處理與重復(fù)利用的問題，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但傳統(tǒng)的過濾分離設(shè)備占地空間大，連續(xù)生產(chǎn)能力低，自動化程度不高，造成人力物力財(cái)力的浪費(fèi)。本文以自行開發(fā) 50m3/h處理量全自動白清洗過濾器為基礎(chǔ)，提出了全自動自清洗過濾器的各操作參數(shù)的設(shè)計(jì)思想和方法，并建立了過濾過程中過濾器的模型，借此確定控制系統(tǒng)的控制參數(shù)。主要工作內(nèi)容如下;研制設(shè)計(jì)了一臺處理量為50m3/ h、工作壓力為 1.6-2.5 Mpa，要求過濾精度為 0.1-200μm,過濾總面積為 10㎡，電動機(jī)功率為 5.5KW，工作溫度為-5℃-105℃的全自動自清洗過濾器。該過濾器在運(yùn)行過程中無須停運(yùn)以清洗過濾元件，整機(jī)體積較小，精度可調(diào)節(jié)，適合于各類工業(yè)生產(chǎn)。本文給出了這種過濾器的整體設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)圖紙，并對過濾器內(nèi)部過濾機(jī)理進(jìn)行分析，討論了幾個過濾參數(shù)，并應(yīng)用于過濾器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。title: Automatic vertical filter machine designKey Words: filter，structure; control system；Programmable enfroller；Abstract：As short of water resource and more and more serious situation of water pollution, filtration and separation have been the best way to settle the problem of Reuse of waste water and realization of well economy benefit and social benefit.But there are several disadvantages in these raditional filters such as great volume,discontinuous production, lack of automation, great waste of manpower, materialresources, financial. Based on design of automatic self-cleaning filter on industrial scale (50 m3/h), the design and optimization procedures of several operation parameters are presented and a model of filter is obtained as well,then to calculate control parameters of control system.The main research contents are following as:A auto control self-cleaning filter on industrial scale( 50m 3/h) , work pressure(1.6-2.5Mpa) , filtration accuracy(0.1-200μm), filtration surface(10㎡) , Motor power(5.5 KW) and work temperature(-5 ℃ - 105 ℃)has been designed . auto control self-cleaning filter drive itself to clean completely by its pressure of filtrated liquid and without stop.Volume of the filteris so little and precision can be modulated to fit for kinds of industry produce. In this paper, a suit of drawing and design procedures of such filter has been given.Mechanism during filtration in the filter has been studied are obtained2二、設(shè)計(jì)意義過濾機(jī)是利用多孔性過濾介質(zhì)，截留液體與固體顆粒混合物中的固體顆粒，而實(shí)現(xiàn)固、液分離的設(shè)備。過濾機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門。 中國古代即已應(yīng)用過濾技術(shù)于生產(chǎn)，公元前二百年已有植物纖維制作的紙。公元 105年，蔡倫改進(jìn)了造紙法，他在造紙過程中將植物纖維紙漿蕩于致密的細(xì)竹簾上，水經(jīng)竹簾縫隙濾過，一薄層濕紙漿留于竹簾面上，干后即成紙張。 最早的過濾大多為重力過濾，后來采用加壓過濾提高了過濾速度，進(jìn)而又出現(xiàn)了真空過濾。20 世紀(jì)初發(fā)明的轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)實(shí)現(xiàn)了過濾操作的連續(xù)化。此后，各種類型的連續(xù)過濾機(jī)相繼出現(xiàn)。間歇操作的過濾機(jī)因能實(shí)現(xiàn)自動化操作而得到發(fā)展，過濾面積越來越大。為得到含濕量低的濾渣，機(jī)械壓榨的過濾機(jī)得到了發(fā)展。 用過濾介質(zhì)把容器分隔為上、下腔，即構(gòu)成簡單的過濾器。懸浮液加入上腔，在壓力作用下通過過濾介質(zhì)進(jìn)入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面形成濾渣(或稱濾餅 )。 過濾過程中過濾介質(zhì)表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過濾渣層的阻力隨之增高，過濾速度減小。當(dāng)濾室充滿濾渣或過濾速度太小時，停止過濾，清除濾渣，使過濾介質(zhì)再生，以完成一次過濾循環(huán)。 液體通過濾渣層和過濾介質(zhì)必須克服阻力，因此在過濾介質(zhì)的兩側(cè)必須有壓力差，這是實(shí)現(xiàn)過濾的推動力。增大壓力差可以加速過濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差時易堵塞過濾介質(zhì)孔隙，過濾反而減慢。 懸浮液過濾有濾渣層過濾、深層過濾和篩濾三種方式。濾渣層過濾是指在經(jīng)過過濾初期后，形成了初始濾渣層，此后，濾渣層對過濾起主要作用，這時大、小顆粒均被截留；深層過濾是指過濾介質(zhì)較厚，懸浮液中含固體顆粒較少，且顆粒小于過濾介質(zhì)的孔道，過濾時，顆粒進(jìn)入后被吸附在孔道內(nèi)的過濾；篩濾是過濾截留的固體顆粒都大于過濾介質(zhì)的孔隙，過濾介質(zhì)內(nèi)部不吸附固體顆粒的過濾方式，例如轉(zhuǎn)筒式過濾篩濾去污水中的粗粒雜質(zhì)。 在實(shí)際的過濾過程中，三種方式常常是同時或相繼出現(xiàn)。過濾機(jī)的處理能力取決于過濾速度。懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時，過濾的濾渣層孔隙較為暢通，濾液通過濾渣層的速度較大。應(yīng)用凝聚劑將微細(xì)的顆粒集合成較大的團(tuán)塊，有利于提高過濾速度。 對于固體顆粒沉降速度快的懸浮液，應(yīng)用在過濾介質(zhì)上部加料的過濾機(jī)，使過濾方向與重力方向一致，粗顆粒首先沉降，可減少過濾介質(zhì)和濾渣層的堵塞；在難過濾3的懸浮液(如膠體) 中混入如硅藻土、膨脹珍珠巖等較粗的固體顆粒，可使濾渣層變得疏松；濾液粘度較大時，可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過濾速度。 過濾機(jī)按獲得過濾推動力的方法不同，分為重力過濾器、真空過濾機(jī)和加壓過濾機(jī)三類。重力過濾器是借助懸浮液的重力和位差，在過濾介質(zhì)上形成的壓力作為過濾的推動力，一般為間歇操作。 真空過濾器是在濾液出口處形成負(fù)壓作為過濾的推動力。這種過濾機(jī)又分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。間歇操作的真空過濾機(jī)可過濾各種濃度的懸浮液，連續(xù)操作的真空過濾機(jī)適于過濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。 加壓過濾器以在懸浮液進(jìn)口處施加的壓力，或?qū)裎锪鲜┘拥臋C(jī)械壓榨力作為過濾推動力，適用于要求過濾壓差較大的懸浮液，也分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。 過濾機(jī)應(yīng)根據(jù)懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對過濾質(zhì)量的要求選用。先選擇幾種過濾介質(zhì)，利用過濾漏斗實(shí)驗(yàn)，測定不同過濾介質(zhì)和不同壓差下的過濾速度、濾液的固體含量、濾渣層的厚度和含濕量，找出適宜的過濾條件，初步選定過濾機(jī)類型，再根據(jù)處理量選定過濾面積，并經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。 正在發(fā)展的新型過濾設(shè)備有：機(jī)械力壓榨過濾設(shè)備；能實(shí)現(xiàn)無濾渣層過濾的動態(tài)過濾機(jī)；洗選煤炭污水處理、化工和石油工業(yè)用的大型過濾設(shè)備。 在過濾理論研究方面，濾渣層過濾阻力和孔隙率的測算、過濾速度、過濾設(shè)備的模擬和放大、稀薄液體澄清過濾和動態(tài)過濾機(jī)理，以及過濾介質(zhì)的研究，都是重要的課題。利用電子計(jì)算機(jī)控制過濾操作是過濾設(shè)備的發(fā)展方向。4三、方案選擇㈠循環(huán)方案：管道系統(tǒng)如下圖：圖 3-1F1——清洗水入口閥 F2——待濾液入口閥 F3——循環(huán)液入口閥F4——循環(huán)液出口閥 F5——流向控制閥 F6——沖洗閥 F7——排氣閥 F8——排渣閥F9——成品出口閥 F10——余液出口閥 F11——取樣閥S1——循環(huán)視筒 S2——正常工作視筒5此過濾過程有四個過濾階段，預(yù)過濾過程，過濾過程，濾余液過程，反沖洗過程。預(yù)過濾過程：待濾液由 F2 進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng) F3（此時 F1、F5 關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)視筒，然后從 F4 進(jìn)入過濾桶進(jìn)行過濾，此時 F9 關(guān)閉，過濾液經(jīng) F5 再次進(jìn)入循環(huán)桶。過濾過程：待濾液由 F2 進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng) F3（此時 F1、F5 關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)視筒，然后從 F4 進(jìn)入過濾桶進(jìn)行過濾（期間可以通過 S1 觀察過濾循環(huán)過程）濾液由 F7 再次進(jìn)入循環(huán)桶，直至完全過濾通過 S2 經(jīng) F9 流出（可以從 F11 中取樣檢驗(yàn)，從而調(diào)整濾網(wǎng)密度） 。濾余液過程：收到“ 管高壓差 ”信號后，開始反沖洗過程前的約 1Min 內(nèi)，打開 F10將管道內(nèi)的余液濾出以方便反沖洗，防止堵塞反沖洗管道。反沖洗過程：當(dāng)“ 管高壓差 ”達(dá)到預(yù)定壓力值或者達(dá)到預(yù)定時間后， F2、F3 關(guān)閉，將 F1 打開，清洗水從 F1、F7 進(jìn)入過濾桶中進(jìn)行清洗，洗出的濾渣從 F8 中排出。㈡雙管道一次過濾方案：管道系統(tǒng)如下：圖 3-2過濾：閥 1、閥 4 開啟，閥 2、閥 3 關(guān)閉；反沖洗：：閥 2、閥 3 開啟，閥 1、閥 4 關(guān)閉6過濾過程：過濾液由泵泵入，經(jīng)過閥 1 后進(jìn)入過濾桶過濾，濾后液經(jīng)過視筒后從閥 4 排出（閥 2、閥 3 處于關(guān)閉狀態(tài)） ；反沖洗過程：清洗水由泵泵入，經(jīng)過閥 2 以及視筒后，對過濾桶進(jìn)行反沖洗，濾渣由閥 3 處排出（閥 1、閥 4 處于關(guān)閉狀態(tài)） 。㈢方案比較：方案 1 原理教簡單，管道系統(tǒng)相對較為復(fù)雜，但是過濾精度較高，可靠性較強(qiáng)，由于采用循環(huán)過濾且用閉環(huán)控制，待網(wǎng)內(nèi)外壓差值滿足排放條件時，指揮排污閥進(jìn)行排污，使過濾精度得以提高；并且采用先進(jìn)的控制方式和優(yōu)質(zhì)的信號轉(zhuǎn)換器從而具有性能穩(wěn)定，維護(hù)管理方便，日常維護(hù)少，只須做定期維護(hù)即可等特點(diǎn)，具有明顯的實(shí)用價值、經(jīng)濟(jì)價值和推廣價值。方案 2 原理簡單，過濾和反沖洗裝置簡單，但是由于過濾和反沖洗管道共用較多且沒有排除管道余液的設(shè)計(jì)，故過濾精度難以保證，維護(hù)較多以及容易發(fā)生堵塞等情況。綜上所述，最終方案選取為方案 1 為基本方案。7四、過濾部分的設(shè)計(jì)⒈過濾桶的設(shè)計(jì)① 過濾盤的設(shè)計(jì)過濾精度為 0.5-100μm，故濾網(wǎng)采用滌綸布料可以達(dá)到要求而且表面光滑，再在上涂上一層硅藻土增加過濾流量，水面上部采用氣壓，壓強(qiáng)大小為 1.6MPa，最大可達(dá)到 2.5MPa，可以使過濾更加快捷。濾后液通過下部孔流出，從取樣閥中取樣調(diào)節(jié)流速從而保證過濾精度，達(dá)到保準(zhǔn)后，打開 F10，完成過濾。另外該系統(tǒng)在-5 ℃——105℃的范圍內(nèi)工作。已知條件：過濾面積：10㎡；正常工作壓力 1.6MPa、最大工作壓力 2.5MPa。⑴.選定過濾介質(zhì)的半徑（R） ，厚度（H） ，片間間隙（ h）以及片數(shù)（N）分別為：R=0.4m、H=0.03m h=0.02m， 每一片的過濾面積為：S=∏*R*R=3.14*0.4*0.4=0.502㎡。N=10㎡/S=10㎡/0.502㎡=19.9所以片數(shù)需要 20 片才能滿足過濾需要，也因此過濾濾芯長度（過濾部分）應(yīng)等于20*（H+h ）+ 頂部密封片厚度+頂部螺母厚度=20*0.05+0.02*2+0.02=1.06m⑵.過濾片零件圖8圖 4-1② 計(jì)算內(nèi)壓圓筒殼體的壁厚⑴已知 Pg=1.6MPa由壁厚計(jì)算公式：cticPDP???][2/*??- 計(jì)算厚度 ；mm?P - 計(jì)算壓力；Mpac- 焊接接頭系數(shù);?- 材料的許用應(yīng)力;t][?在已知設(shè)計(jì)溫度下 16MnR 的許用應(yīng)力，在厚度為 6~16mm 時，[ =170Mpa;t]?在厚度為 16～36mm 時，[ =163Mpa;t]?焊接接頭系數(shù) ；85.0??設(shè)定 圓筒內(nèi)徑 D =1000mm； 腐蝕裕量 C =2mm；i 2設(shè)計(jì)厚度； 材料的許用應(yīng)力 =170Mpa （厚度為 6~16 時） ，筒體厚度計(jì)算；t][?=1.6*1000/（2*170*0.85-1.6）=5.5mm；cticPP???2/*?=5.5+2=7.5mm；dC?由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，圓整可得壁厚為 10㎜；??⑵ 圓筒的半徑由濾餅半徑確定取 R=500mm;⑶ 圓筒中固定空心軸一端的頂尖高度為 150mm；頂尖的直徑 =50mm； 錐角 =50°??H =H +h1=1100+150=1250mm；總 1⑷ 圓筒邊緣設(shè)計(jì)，邊緣厚度 =20mm；B=35mm；?凸緣高度 H=10mm；9⑸ 固定頂尖板的厚度 =10mm；長度 L=120mm；寬度 B=120mm； ?但容器制成后必須經(jīng)過壓力試驗(yàn)合格后才能交付，壓力的目的主要是檢查加工制造工藝的問題和焊縫的強(qiáng)度，以及各連接面的緊密性等。對壓力試驗(yàn)一般都用水壓試驗(yàn)。對水壓試驗(yàn)時，筒體相應(yīng)壓力的驗(yàn)算公式為：σ=P 水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф]按規(guī)定水壓試驗(yàn)壓力 P 水=1.5MPa；故：σ=P 水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф]=1.5*[900+（10-1.8）]/[2*（10-1.8）*0.7]=115MPa又 σs=σ*Ns，其中 Ns查表所得為 1.6，故 σs=115*1.6=184MPaΣs 與水壓系數(shù)的積為 0.9σs=164MPa由于 115 MPa＜164MPa,故筒體強(qiáng)度滿足水壓試驗(yàn)的要求。10③過濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過濾桶設(shè)計(jì)是整個管道系統(tǒng)的重點(diǎn)。直接從桶上引出的有 5個管道（底部 3個管道、頂部 2個管道）：（1）桶底正中引出的濾后管，然后連接 S2（正常工作視筒） ，再接上 2個閥門——F9（成品出口閥，正常工作是從這流出成品液）和 F11（取樣閥，用于剛開始工作是取出樣品，從而確定各項(xiàng)參數(shù)） ；（2）桶底斜錐面引出排渣管，引出后分成 2個方向——一個是反沖洗時使用的排渣管，上面安裝著 F8（排渣閥） ；另一個是循環(huán)過濾的循環(huán)管，通過 F5（流向控制閥，單向閥）使壓力過大時形成循環(huán)過濾；（3）桶內(nèi)靠壁處裝有反沖洗管道，連接 F7（沖洗閥）后也分成 2個方向——一個直接連到水泵上；另一個接上 F10（余液出口閥）其作用是在濾余液過程中將管道以及過濾桶的液體流出；（4）桶頂?shù)囊粋€循環(huán)管道向上連接 S1（循環(huán)視筒）和 F4（循環(huán)液出口閥）接到循環(huán)桶底部；（5）桶頂?shù)牧硪粋€循環(huán)管道向上連接 F7（排氣閥）和壓力表，然后接到循環(huán)桶頂部，以保持過濾桶以及循環(huán)筒壓力的正常（1.6MPa～2.5MPa） 。11④循環(huán)桶的設(shè)計(jì)1、結(jié)構(gòu)介紹循環(huán)筒的工作原理比較簡單，需要設(shè)計(jì)的參數(shù)也較少，主要分為 2 管道：其中一條的作用——待濾液通過 F2（待濾液入口閥） 、水泵、F3 （循環(huán)筒入口閥）從循環(huán)桶下部泵入，在循環(huán)桶上部壓力的作用下從右邊下方的循環(huán)出口通過 F4 后進(jìn)入過濾桶過濾；另外一條是頂部的管道，上面連接 F7（排氣閥）和壓力表和過濾桶頂部連接在一起以保持壓力。2、循環(huán)桶的容量設(shè)計(jì) 因?yàn)檠h(huán)桶所受壓力不是很大，且不是全封閉的，所以可以不許校核桶壁承受應(yīng)力。設(shè)定桶壁厚 =3mm；桶高度 H=1200mm；半徑 R=400mm；容積 V=0.65m ；? 3122、傳動部件設(shè)計(jì)1 帶傳動的設(shè)計(jì)⑴確定計(jì)算功率 Pca由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8-7查得工作情況系數(shù) K =1.0,A故 P = K P=1.0*5.5kw=5.5kwcaA⑵選擇 V帶的帶型根據(jù) P ，n 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材由圖 8-11選用 A型ca⑶確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 并驗(yàn)算帶的速度①初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d ，由表 8-6和表 8-8，取小帶輪的基準(zhǔn) d =140mm1 1②驗(yàn)算帶速 V= * d *n/60*1000= *140*1440/60*1000=10.6m/s??因?yàn)?5 m/s V 30 m/s,故帶速合適③計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)式(8-15a)，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑d =i *d =3*140mm=420mm；21d根據(jù)表 8-8，圓整為 d =450mm；2⑷確定 V帶的中心距 a與基準(zhǔn)長度 Ld① 0.7（d + d ）≤a ≤2（d + d ） 12012根據(jù)上式，初定中心距 a =900mm；②計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度L ≈2a +∏（d + d ）/2 + (d -d ) /4a0d122d10=2*900 +∏*590/2 +(450-140) /3600=2770mm;由表 8-2選帶的基準(zhǔn)長度 L =2800mm；d③按式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距 a0a= a +（ L - L ）/2=900+(2800-2770)/2=915mm;0d013⑸ 驗(yàn)算小帶輪上的包角 ?1=180 -（d -d )*57.3 /a?102d0=180 -(450-140)* 57.3 /915=160 ≥90 ；0⑹計(jì)算帶的根數(shù) Z①計(jì)算單根 V帶的額定功率 Pr；由 d =140mm；和 n=1440r/min,查表 8-4a得 P =2.28kw；1 0根據(jù) n =1440r/min，i=3 和 A型帶，查表 8-4b得 △P =0.17kw；0查表 8-5得 K =0.95，表 8-2得 K =1.11,?LPr=（P +△P ）* K * K =（2.28+0.17）*0.95*1.11=2.49kw;0?②計(jì)算 V帶的根數(shù) ZZ= P / Pr=5.5/2.49=2.3ca所以 V帶的根數(shù)為 3根；⑺小帶輪設(shè)計(jì) 材料選取 HT200；d =140mm； d ≤300mm ； 采用腹板式結(jié)構(gòu)；11d=40mm，d =（1.8-2.0）*d，d 為電機(jī)軸的直徑； d =1.8d=72mm；1C=(1/7～1/4)B L=(1.5～2)d,當(dāng) B1.5d時，L=B C=1/4*B=15mm; 根據(jù)前面設(shè)計(jì)得小輪直徑 d =140mm，大輪直徑 d =450mm，故查表應(yīng)選用帶長1 2Ld=2800㎜、A 系列、長度修正系數(shù) Kl=1.1的皮帶，b =11㎜，h =6㎜，ah =12mm;B=60mm; fA=81㎜ ;小皮帶輪的零件圖如下： 214圖 4-2⑻大帶輪設(shè)計(jì) HT200；d =420mm；d ≥300mm； 采用輪輻式結(jié)構(gòu)，22d=50mm；d =(1.8～2)d,d 為軸的直徑；d=100mm；f=12mm，h =0.8h ；1 21b =0.4h =13mm；b =0.8 b =11mm；L=(1.5～2)d,當(dāng) B1.5d時，121L=B；f =0.2h =6.5；1h =290* =290* =32mm；13/anzP3*40/5.大帶輪的零件圖如下：圖 4-315二、空心軸的設(shè)計(jì)⑴空心軸的直徑設(shè)計(jì)d≥ =AnPT][2.0/953?03/pd≥A ） 式中， =d /d,即空心軸的內(nèi)徑 d 與外徑 d之比，041(*???1 1通常取 =0.5～0.6，=T/W =(9550000P/n)/0.2d ≤[ ]T?3T?查 《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材，表 15-3軸的材料 Q235-A20 Q275 ,35 45 40C ,35S Mrin[ ]/MpaT?15～25 20～35 25～45 35 ～55Ao 149～126 135 ～112 126 ～103 112 ～97通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表 2，查得 V帶的傳動效率值為 =92%；?取 Ao=110mm； P=5.5*92%=5.06kw ；n=480r/min； =0.6；?d≥A ）=110* ）=25.5mm；0341(*/??nP346.01(8/.5?d ≥1.15*d=30mm;min⑵ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①確定裝配方案②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度；為了滿足軸的軸向定位要求和裝配要求，此空心軸分為 3段，Ⅰ-Ⅱ軸上裝大皮帶輪，鍵，密封圈，端蓋；外徑 DⅠ-Ⅱ=50mm 內(nèi)徑=50*60%=30mm，軸長為h=115mm；Ⅱ-Ⅲ軸上裝密封圈，軸承， 端蓋，外徑 DⅡ-Ⅲ外徑 = 55mm，軸長h=106；內(nèi)徑=33mm；Ⅲ-Ⅳ軸上裝配濾盤，密封圈，鎖緊螺母，外徑 DⅢ-Ⅳ =60mm；內(nèi)徑=36mm，軸長 h=115mm；③軸承的選擇；因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用兩個圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù) DⅡ-Ⅲ =55mm；由軸承產(chǎn)品目錄中初選取 0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的16圓錐滾子軸承型號 30313，其尺寸為 d=55mm，D=80mm，B=13mm。圖 4-4⑶ 軸的校核①按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 = =18.6Mpa；ca?WTM/)(2321??查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15-1查得[ ]=60Mpa;因此 ＜[ ]，故安全。1?ca1??②精確校核軸的疲勞強(qiáng)度S =S *S / ≥Sca??2??S?S = /K * + * ≥S1?a?m截面Ⅲ抗彎截面系數(shù) W=0.1d =0.1*55 =16637mm333抗扭截面系數(shù) W =0.2 d =0.2*55 =33250 mmT截面Ⅲ的左側(cè)的彎矩 M為M=166758*(71-36)/71=92534N.m 截面Ⅲ上的扭矩 T為T=960000N.m截面上的彎曲應(yīng)力17=M/W=92534/16637=5.6Mpa?截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=T/ W =960000/33250=282Mpa?T軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表 15-1 查=640Mpa； =275Mpa； =155Mpa；?B?1?截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按表查取，因???r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;經(jīng)插值得， =1.310.2????軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為= =0.92???軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 =1，得qK =2.80 K =1.62??計(jì)算安全系數(shù) S 值，caS =S *S / =9.5＞＞S=1.5ca??2???故可知其安全。183. 電動機(jī)的選擇由于本設(shè)計(jì)需要一個功率在 5KW 以上，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的（S6）異步電動機(jī)，其安裝形式為 V13011，通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選得：電動機(jī) Y132-2，技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定功率 5.5KW，轉(zhuǎn)速 1450r/min，額定電流 13.4A，效率 92%，功率因數(shù) 0.78，最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為 2.0，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為 2.0，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流為 6.5，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 GD2為 0.535N*㎡，重量為 8.4㎏。194. 閥門的選擇與設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)對液壓或氣壓系統(tǒng)進(jìn)行控制是技術(shù)發(fā)展的必然趨向。但是電液比例閥或者伺服閥能接收的信號是連續(xù)的電壓或電流，而計(jì)算機(jī)的指令是“開” 或“關(guān)”的數(shù)字信息，要用計(jì)算機(jī)控制必須進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，其結(jié)果是使設(shè)備復(fù)雜，成本提高，可靠性降低。在這種技術(shù)要求下，20 世紀(jì) 80 年代初期出現(xiàn)了電液數(shù)字控制閥。用數(shù)字信息直接控制的閥稱為電液數(shù)字控制閥，簡稱數(shù)字閥，目前應(yīng)用較少。它可直接與計(jì)算機(jī)接口，不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換?？梢苑譃閿?shù)字式流量閥、數(shù)字式壓力閥、數(shù)字式方向流量閥等 。下面舉例以增量式數(shù)字流量閥來說明原理：組成：步進(jìn)電動機(jī)、滾珠絲杠、閥心、閥套、閥桿、傳感器等圖 4-5工作原理：計(jì)算機(jī)發(fā)出信號后，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過滾絲杠轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶動節(jié)流閥閥心移動，首先打開非全周節(jié)流，流量較小，而后打開全周節(jié)流口，流量較大，可達(dá) 3600 l/min。特點(diǎn)：1 閥心、閥套、閥桿的相對熱膨脹取得溫度補(bǔ)償，維持流量恒定。2 該閥無反饋功能，但裝有零位移傳感器，每個控制終了，閥心都可在它控制下回到零位，重復(fù)精度較高。單向閥是控制流體只能正向流動，不允許反向流動的閥，也可稱逆止閥或止向閥。增量式數(shù)字閥是采用由脈沖數(shù)字調(diào)制演變而成的增量控制方式，以步進(jìn)電機(jī)作為電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動液壓閥芯工作，因此又稱步進(jìn)式數(shù)字閥。增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖如圖 9—l 所示。微型計(jì)算機(jī)(下簡稱微機(jī) )發(fā)出脈沖序列經(jīng)驅(qū)動器放大后20使步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn)電機(jī)是一個數(shù)字元件，根據(jù)增量控制方式工作。增量控制方式是由脈沖數(shù)字調(diào)制法演變而成的一種數(shù)字控制方法，是在脈沖數(shù)字信號的基礎(chǔ)上，使每個采樣周期的步數(shù)在前一采樣周期的步數(shù)上，增加或減少一些步數(shù)，而達(dá)到需要的幅值，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成比例，步進(jìn)電機(jī)每得到一個脈沖信號，便得到與輸入脈沖數(shù)成比例的轉(zhuǎn)角，每個脈沖使步進(jìn)電機(jī)沿給定方向轉(zhuǎn)動一固定的步距角，再通過機(jī)械轉(zhuǎn)換器(絲桿—螺母副或凸輪機(jī)構(gòu)) 使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為軸向位移，使閥口獲得一相應(yīng)開度，從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力、流量。有時，閥中還設(shè)置用以提高閥的重復(fù)精度的零位傳感器和用以顯示被控量的顯示裝置。增量式數(shù)字閥的輸入和輸出信號波形如圖 9—2 所示。由圖可見，閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應(yīng)速度與輸入脈沖頻率成正比。對應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)的步距角，閥的輸出量有一定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。圖 4-621圖 4-7本設(shè)計(jì)中 F1、 F2、F3、F4、F6、F7 、F8、F9、F10、F11 均采用電液數(shù)字控制閥，而 F5 采用單向閥。225. 傳感器的選擇與信號檢測一、傳感器的選取經(jīng)過反復(fù)比較與選擇最后選用美國 Motorola公司生產(chǎn)的 MPX2100A型單片集成硅壓力傳感器，其測量范圍為 0～100KPa，工作溫度范圍為-40～125℃，傳感器的輸出電壓和被測絕對壓力成正比，采用顯微機(jī)械加工、激光休整等先進(jìn)和薄膜電鍍工藝，具有測量精度高、預(yù)熱時間短、響應(yīng)速度快、長期穩(wěn)定性好、可靠性高、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。若采用 5V電源時，在 0～80℃溫度范圍內(nèi)的最大測量誤差不超過±1.8%，滿量程輸出電壓為 4.95V，壓力靈敏度為 54MV/KPa，預(yù)熱時間為 20ms，響應(yīng)時間為 1ms，長期穩(wěn)定度為±0.5%，允許過載 348%FS（FS 代表滿量程） 。電源允許范圍為 4.85V～5.35V，典型值為 5.0V或 5.1V，電源電流為 7.0MA（典型值） 。具體資料可參見外文文獻(xiàn)。二、信號檢測圖 4-8信號檢測原理如上圖：整個工作流程由 PLC 控制，PLC 發(fā)出信號至電源和驅(qū)動器，控制其電流大小，影響電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等， 完成對被控量的控制（流量、壓力等） ；而 MPX2100A 壓力傳感器將被控量負(fù)反饋給 PLC，是被控量保持在一個穩(wěn)定的波動范圍內(nèi)。236.控制面板的設(shè)計(jì)圖 4-9控制面板分為 4 大塊：4 個燈、4 個按鈕、2 個鈴；其中正常工作時，先亮過濾燈，然后是濾余液的指示燈，最后是反沖洗的燈，如此循環(huán)，前一個燈滅接著后一個燈亮；如出現(xiàn)故障則亮報警燈以及響報警鈴并且停止工作；反洗的時候同時響反洗鈴； 4 個按鈕的作用則很明顯，啟動按鈕采用綠色材料，停止按鈕采用紅色材料。另外 2 個按鈕用來控制取樣閥，來獲取樣品，從而調(diào)整工作狀態(tài)。24五、控制部分的設(shè)計(jì)⒈控制系統(tǒng)的選擇從工程的角度 ，PLC 與單片機(jī)系統(tǒng)的選用比較⑴．對單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用 PLC 方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可* 性好，手尾少，但成本較高。 ⑵．對于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可*地運(yùn)行。最好的方法是單片機(jī)系統(tǒng)嵌入 PLC的功能，這樣可大大簡化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時間，性能得到保障，效益也就有保證?；?PLC 控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1) 實(shí)時性● 由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度快?！?基于信號處理和程序運(yùn)行的速度，PLC 經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)?！?更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目。2) 高可靠性● 各輸入端均采用 R-C 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10~20ms。● 各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。3) 系統(tǒng)配置簡單靈活.豐富的 I/O 卡件4) 控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)5) 安裝簡單，維修方便綜上所屬，此過濾機(jī)選用 PLC的控制系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算可以得知：有 21 個輸入信號和 19 個輸出信號，采用繼電器輸出，故 I/O點(diǎn)數(shù)為 21+19=40 點(diǎn)。故應(yīng)該選用 FX2N-64MR-001系列，輸入可用點(diǎn)數(shù)為 24點(diǎn)，輸出可用點(diǎn)數(shù)為 24點(diǎn)，擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)為 48～64 點(diǎn)（不需要用到） ，即可達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。采用 AC 24V電源、DC 輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。FX2n 系列是 FX系列 PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于 FX2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)25的特殊功能開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要----模擬 I/O，高速計(jì)數(shù)器。定位控制達(dá)到 16軸，脈沖串輸出或?yàn)?J和 K型熱電偶或 Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個 FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá) 8個特殊功能模塊。 網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡(luò) CC-Link，Profibus Dp和 DeviceNet或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決您的通信需要。 時鐘功能和小時表功能 在所有的 FX2NPLC中都有實(shí)時時鐘標(biāo)準(zhǔn)。時間設(shè)置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價值的信息。 產(chǎn)品說明 規(guī)格型號 FX2N-64MR-001 其它說明 最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能 供貨地 上海 產(chǎn)地 上海 產(chǎn)品用途 適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 技術(shù)參數(shù) 輸入點(diǎn)數(shù) 32點(diǎn) 尺寸（mm）寬*厚*高 220*87*90 輸入輸出形式 繼電器 輸出點(diǎn)數(shù) 32 點(diǎn)262、工藝流程273.PLC的接線圖圖 5-1284.程序梯形圖以及語句表29