雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī)上的應(yīng)用畢業(yè)論文

東莞理工學(xué)院城市學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī) 上的應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名： 羅志均 學(xué) 號(hào)： 200940501126 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè) 班 級(jí)： 2009 級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化（ 1）班 指導(dǎo)教師姓名及職稱： 何偉 講師 起 止 時(shí) 間 : 2013 年 3 月 2013 年 6 月 摘要 隨著科技的迅速發(fā)展，各種機(jī)械設(shè)備脫穎而出。氣動(dòng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了很重要的地位。氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，易于獲得穩(wěn)定速度，而且元器件價(jià)格低廉，比較容易維護(hù)等特點(diǎn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本文闡述了在封罐機(jī)發(fā)展過(guò)程中，氣缸的驅(qū)動(dòng)所占的重要位置。并通過(guò)雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī)上的應(yīng)用來(lái)描述氣缸驅(qū)動(dòng)的重要性。與電動(dòng)機(jī)相比，氣缸更擅長(zhǎng)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而且僅僅調(diào)節(jié)安裝在氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成 為氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大的特征和優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在，氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的主流。這幾十年氣動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展甚至也可以說(shuō)很大程度上得益于氣缸的迅速普及。 本文還簡(jiǎn)單闡述了由 PLC 控制氣動(dòng)元件工作，一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)是由方向控制閥、氣動(dòng)執(zhí)行元件、各種氣動(dòng)輔助元件以及氣源凈化元件所組成。電磁閥用來(lái)作為相應(yīng)動(dòng)作單元上壓縮空氣通斷的控制，電磁閥則由 PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯上的控制，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備動(dòng)作的控制。 關(guān)鍵詞： 氣缸驅(qū)動(dòng) PLC控制 電磁閥 Abstract With the development of technology, various machinery and equipment stand out. Pneumatic technology in industrial production occupy a very important position. Because cylinder drive system is simple, and easy to obtain a stable speed, and components inexpensive and relatively easy to maintain and so widely used in industrial automation applications. This paper describes the process of development in the Seaming Machine, the drive cylinder occupied an important position.And through the double bore size series cylinder on the seaming machine application to describe the importance of cylinder drive. Compared with the motor ,cylinder is better on reciprocating linear motion. And it can be controlled stable and speed with adjust the throttle valve . And become the largest features and advantages of the cylinder drive system. Now, the cylinder drive systems have become mainstream in the field of industrial production. These decades the rapid development of pneumatic technology can even be said that largely thanks to the rapid popularization of the cylinder. This article also briefly discusses the work of Pneumatic Component controlled by the PLC, the pneumatic system consist whit directional control valves, pneumatic actuators,various of pneumatic auxiliary components and air source components.Solenoid valve used as the corresponding action unit on-off control of the compressed air, the solenoid valve by the PLC controller to achieve the control logic, which in turn control the operation of the equipment to achieve. Keywords: cylinder drive PLC control solenoid valve 目錄 1 緒論 . 1 1.1 封罐機(jī) . 1 1.2 氣缸 . 3 2 方案設(shè)計(jì) . 5 2.1 確定被封罐的模型 . 5 2.2 執(zhí)行封罐動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) . 5 2.3 控制方案設(shè)計(jì) . 5 3 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 6 3.1 氣動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖 . 6 3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)所需的主要部件 . 6 4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 8 4.1封罐機(jī)的工藝過(guò)程 . 8 4.2 PLC控制系統(tǒng) . 9 4.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) . 11 5 雙缸徑串聯(lián)氣缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸計(jì)算 . 13 5.1 活塞桿的輸出推力 . 13 5.2 缸筒 . 13 5.3 活塞桿 . 15 5.4 活塞的設(shè)計(jì) . 17 5.5 活塞行程 的確定 . 18 5.6 耗氣量 . 19 6 總結(jié) . 20 參考文獻(xiàn) . 21 致謝 . 22 附錄 . 23 1 雙缸徑串聯(lián)氣缸在封罐機(jī)上的應(yīng)用 羅志均 1 緒論 1.1 封罐機(jī) 1.1.1 封罐機(jī)的產(chǎn)生 食品分裝以后，屬于瓶裝、罐裝的要進(jìn)行封蓋，屬于袋裝的要進(jìn)行封口，其目的是保護(hù)產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域后不再受到污染和損壞，而有利于食品的貯存、運(yùn)輸、銷售和消費(fèi)。食品工廠內(nèi)的封罐、封袋工作量非常大，必須采用機(jī)械工作。這些封罐、封袋機(jī)械一般都屬于專用機(jī)械，其結(jié)構(gòu)型式應(yīng)滿足食品的種類、性質(zhì)和包裝容器的工藝要 求。 1.1.2 封罐機(jī)的定義 封罐機(jī)就是封罐子口的機(jī)器，屬于封口機(jī)械的一種。柔性包裝材料（如普通紙、玻璃紙、蠟紙、復(fù)合薄膜、塑料袋等）的封口一般是粘封或熱封，不屬于另設(shè)封口機(jī)，封口是在相應(yīng)的包裹機(jī)或袋裝機(jī)上完成。而剛性、半剛性包裝容器（如金屬罐、玻璃罐、塑料瓶等），一般在完成物品的灌裝、填充之后，需要借助相應(yīng)的封口機(jī)械進(jìn)行封口，以使產(chǎn)品得以密封保存，并便于流通、銷售和使用。而封罐機(jī)就是用于剛性、半剛性包裝容器的封口機(jī)械。 1.1.3 封罐機(jī)的分類 市面的罐子種類很多，一般歸納為：鐵罐，紙罐，鋁罐，壓力罐等 。由于蓋子的不同也分為易拉罐、馬口鐵罐等。按形狀分為圓罐，方形罐，易拉罐等。 因此，封罐機(jī)的種類便由于蓋子的種類而出現(xiàn)許多類型，一般可分為：通用型封罐機(jī)，方形封罐機(jī)，異形封罐機(jī)等。隨著消費(fèi)者對(duì)食品、制藥等行業(yè)在保質(zhì)期的要求增加而出現(xiàn)了真空封罐機(jī)，真空充氮封罐機(jī)等。 2 按照封罐機(jī)的自動(dòng)化程度的不同，封罐機(jī)亦分為半自動(dòng)封罐機(jī)和全自動(dòng)封罐機(jī)。半自動(dòng)封罐機(jī)一般有手扳封罐機(jī)、氣動(dòng)封罐機(jī)、電動(dòng)封罐機(jī)等。由于成本較低，技術(shù)含量不高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于個(gè)人或小作坊。而全自動(dòng)封罐機(jī)一般應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線，大批量生產(chǎn)線上。由于成本 較高，產(chǎn)量較高，技術(shù)性高，一般適用于大企業(yè)。 1.1.4 封罐機(jī)的組成 封罐機(jī)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如圖 1-1所示。 圖 1-1 1.執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括壓蓋模 、皮帶等部件。 2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)封罐機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。這里所用到的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。 3.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著封罐機(jī)按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。此封罐機(jī)的控制系統(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī) 械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。 控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著封罐機(jī)按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予封罐機(jī)的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 4.位置檢測(cè)裝置 下壓罐蓋 控制系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 位置檢測(cè)裝置 3 控制封罐機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 1.2 氣缸 1.2.1 氣缸的定義 氣缸是引導(dǎo) 活塞 在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中通過(guò)膨脹將 熱能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能； 氣體 在壓縮機(jī)氣缸中接受 活塞 壓縮而提高壓力。渦輪機(jī)、 旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 等的殼體通常也稱“氣缸”。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，氣壓傳動(dòng)中將壓縮 氣體 的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的 氣動(dòng)執(zhí)行元件 就是氣缸。 1.2.2 氣缸的種類 氣缸有做往復(fù)直線 運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)的兩類。做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和 沖擊氣缸 4 種。 單作用氣缸 ：僅一端有 活塞 桿，從活塞一側(cè)供氣 聚能 產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠 彈簧 或自重返回。 雙作用氣缸：從 活塞 兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。 膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用 彈簧 復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。 沖擊氣缸 ：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（ 10 20米 /秒）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以做功。做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和 步進(jìn)氣缸 等。 1.2.3 氣缸的組成 一般氣缸的組成包括：缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和 密封件 等。 4 1.2.4 什么是雙缸徑串聯(lián)氣缸 串聯(lián)氣缸，即在一根活塞桿上串聯(lián)多個(gè)活塞的氣缸，是引導(dǎo)活塞在其中進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。串聯(lián)氣缸的優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得和多個(gè)活塞有效面積成正比的輸出功率。串聯(lián)氣缸的拉力和推力都比普通氣缸的要大，一般情況下還可以作為一般增力氣缸使用。 倍出力氣缸，是使用相同 和的壓力源，出力為同氣缸的數(shù)倍，出力大，多層活塞結(jié)合，出力為倍數(shù)增加，適合短行程高出力的無(wú)油操作場(chǎng)合。其特點(diǎn)是： 1.多層活塞組合，使出力倍數(shù)增加； 2.完全使用空氣源，出力大，適用短行程，高出力無(wú)油操作的場(chǎng)合； 3.易安裝：多種安裝方式可提供給不同場(chǎng)合安裝； 4.體形美：產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎，外形美觀； 5.易控制：可實(shí)現(xiàn)手動(dòng) 腳踏及全自動(dòng)控制； 6.易維護(hù)：缸體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，搬運(yùn)方便； 7.速度快：動(dòng)作速度比液壓快； 8.多層活塞結(jié)合，處理為數(shù)倍增加； 9.完全使用空氣源，出力大，適用短行程，高出力無(wú)油操作的場(chǎng)合。 而雙缸徑串聯(lián) 氣缸則是集合了串聯(lián)氣缸與倍力氣缸的優(yōu)點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)出來(lái)的一個(gè)非標(biāo)雙作用氣缸。 它具有連個(gè)不同內(nèi)徑的缸，因此它的 特點(diǎn)主要是伸出時(shí)輸出力大，縮回時(shí)速度響應(yīng)快。比較起普通的單缸氣缸，雙缸徑串聯(lián)氣缸的輸出力較大；比較普通雙缸的串聯(lián)氣缸，雙缸徑串聯(lián)氣缸因?yàn)榭s回時(shí)是通過(guò)小缸縮回，因此又比普通串聯(lián)氣缸的縮回速度較快。輸出力大，縮回響應(yīng)速度快這樣種種，都是有助于提高生產(chǎn)效率，有助于現(xiàn)在所提倡的節(jié)能減排，是現(xiàn)今工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。 應(yīng)用在封罐機(jī)上的時(shí)候，執(zhí)行封罐動(dòng)作時(shí)，雙缸徑串聯(lián)氣缸的大缸徑伸出，能實(shí)現(xiàn)較大的輸出力，達(dá)到封罐效果，縮 回時(shí)，小缸徑縮回動(dòng)作，能有效提高響應(yīng)速度，達(dá)到節(jié)能效果并提高產(chǎn)量。 5