./目錄1緒論………………51.1前言………………51.2工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用……………………71.3機(jī)械手的組成……………………81.3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)…………………81.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)……………91.3.3控制系統(tǒng)分類………92總體布局設(shè)計(jì)方案…………………92.1機(jī)械手的確定………………92.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇……………………102.3機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表…………………113機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算…………113.1手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題…………………113.2典型的手部結(jié)構(gòu)……………113.3機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………123.3.1選擇手部的類型及夾緊裝置………123.3.2手指夾緊力及液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算液壓缸的選用………………123.4機(jī)械手手指部的設(shè)計(jì)計(jì)算………………143.4.1齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………143.4.2手指指部的設(shè)計(jì)計(jì)算……………183.4.3手指指部齒輪安裝銷的設(shè)計(jì)計(jì)算………………184機(jī)械手腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算…………184.1機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)分析……………184.2機(jī)械手腕部驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用………………185機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算…………………205.1臂部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題………………205.2手臂的典型結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇………205.3手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)的受力分析及其計(jì)算……………215.4手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用……………236機(jī)身的設(shè)計(jì)…………………246.1機(jī)身的概述……………246.2機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題……………247液壓元件及動(dòng)力機(jī)的設(shè)計(jì)選擇………………257.1液壓泵的選擇……………257.2動(dòng)力機(jī)選擇……………257.3油管的設(shè)計(jì)………………267.4油箱的設(shè)計(jì)………………267.5液壓元件的選擇…………267.6液壓油的選用…………288液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算………………298.1壓力損失的驗(yàn)算…………298.1.1回路壓力損失的驗(yàn)算……………298.1.2局部壓力損失驗(yàn)算……………298.2計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升………………309可編程控制器PLC………………319.1PLC簡(jiǎn)介……………………319.2PLC部原理………………339.3PLC工作元原理………359.4PLC機(jī)型的選擇……………3810PLC工作控制過程簡(jiǎn)述………39結(jié)束語(yǔ)…………40參考文獻(xiàn)……………41致…………………42附錄…………………42PLC控制的通用翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)學(xué)生：斌指導(dǎo)老師：周光永〔農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,410128摘要：機(jī)械手是機(jī)器人的操作機(jī),是機(jī)器人完成各種任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本文主要針對(duì)生產(chǎn)線上的自動(dòng)化設(shè)計(jì)了一個(gè)三個(gè)自由度的通用翻轉(zhuǎn)機(jī)械手。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的動(dòng)作要求,該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)活塞式液壓缸和一個(gè)擺動(dòng)液壓缸,活塞式液壓缸一個(gè)用來驅(qū)動(dòng)齒條式機(jī)械手的合來抓住物體,一個(gè)用來實(shí)現(xiàn)物體的移動(dòng)；擺動(dòng)式液壓缸用來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的翻轉(zhuǎn),并采用PLC控制液壓電磁閥工作實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)動(dòng)作。關(guān)鍵詞：PLC控制；液壓驅(qū)動(dòng)；翻轉(zhuǎn)；機(jī)械手TheDesignOfTurningManipulatorBasedOnPLCControlStudent:ChenBinTutor:ZhouGuangyong<CollegeofEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China>Abstract:Robotmanipulatoristheoperatorwhodirectstherobotincompletingvarioustasks.Thisarticlefocusesontheautomationoftheproductionlinedesignedgenericflipofathree-design-of-freedomrobot.Actionsrequirementsforachieveingthemanipulator.Thedesignusestwopistonhydrauliccylindersandarotaryactuator.Pistonhydrauliccylinderisusedtodrivearackrobotsheetstogethertograspobjects,oneforthemovementofobjiect.Theswininghydrauliccylinderusedtoachevetheroboticflip.AndhydraulicsolenoidvalveiscontrolledbyPLCautomaticactionoftherobot.Keywords:PLCcontrol；hydraulicdrive;flip;Manipulator1緒論1.1前言在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中,企業(yè)為提高生產(chǎn)效率,保障產(chǎn)品質(zhì)量,普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度,工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員,逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平,目前,工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作,工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。20世紀(jì)50年代以后﹐機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門﹐用于在高溫﹑污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料﹐也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床﹑自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用﹐完成上下料或從刀庫(kù)中取放刀具并按固定程序更換刀具等作。機(jī)械手主要由手部機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部機(jī)構(gòu)隨使用場(chǎng)合和作對(duì)象而不同﹐常見的有夾持﹑托持和吸附等類型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由液壓﹑氣動(dòng)﹑電氣裝置驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手可獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)伸縮﹑旋轉(zhuǎn)和升降等運(yùn)動(dòng)﹐一般有2～3個(gè)自由度。機(jī)械手廣泛用于機(jī)械制造﹑冶金﹑輕工和原子能等部門。能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、搬運(yùn)對(duì)象或作工具的自動(dòng)作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化,能在有害環(huán)境下作以保護(hù)人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。針對(duì)這一問題,本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)四自由度的工業(yè)機(jī)器人,用于移置軸類零件。首先,本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的伸縮臂、機(jī)身、橫移液壓缸和機(jī)械手的結(jié)構(gòu),然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式,搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上,本文還將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的液壓控制系統(tǒng)。機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果,是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一,也是我國(guó)高科技跟蹤國(guó)際發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平,是一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征,正受到許多國(guó)家的廣泛重視。目前,機(jī)器人的定義,世界各位尚未統(tǒng)一,分類也不近相同。最近聯(lián)合國(guó)組織標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置,可以通過改變動(dòng)作程序來完成各種工作,主要應(yīng)用于搬運(yùn)材料,傳遞工件。參考國(guó)外的定義,綜合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ),對(duì)工業(yè)機(jī)器人做如下定義：工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立,動(dòng)作自由度較多,程序可靈活變更,能任意定位,自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。主要用于加工自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中傳遞和裝卸工件或夾具。工業(yè)機(jī)器人以剛性高的手臂為主題,與人相比,可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度,可以搬運(yùn)更重的東西,而且定位精度相當(dāng)高。它可以根據(jù)外補(bǔ)來的信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行操作。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,由初級(jí)到高級(jí)逐步完善,它的發(fā)展階段可分為三代：第一代機(jī)器人就是現(xiàn)在工業(yè)量使用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人,它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單,應(yīng)用在線編程,即通過示教存儲(chǔ)信息,工作是讀取這些信息,向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令,執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、嗅覺、視覺等進(jìn)行反饋能力。其控制方式較第一代要復(fù)雜的多,這種機(jī)器人從1980年開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段,不久將普及應(yīng)用。第三代機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了嗅覺、視覺等功能外,還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身或周圍的環(huán)境,識(shí)別狀態(tài)的有無及其狀態(tài),再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作,完成規(guī)定的任務(wù),并且能跟蹤工作對(duì)象的變化具有使用工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于試驗(yàn)階段,尚未大量投入實(shí)用?；谝簤嚎刂频囊浦脵C(jī)械手的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)主要容：1>設(shè)計(jì)計(jì)算各非標(biāo)準(zhǔn)零部件及選用標(biāo)準(zhǔn)件2>測(cè)繪各零部件圖3>設(shè)計(jì)并繪制PLC和液壓系統(tǒng)控制圖4>編寫機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1.2工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作,如搬運(yùn)、裝配、切割、噴染等等,應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高,現(xiàn)代化加工車間,常配有機(jī)械手,以提高生產(chǎn)效率,完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。可在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹,美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。下面具體說明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。1.3機(jī)械手的組成要機(jī)械手像人一樣拿取東西,最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)械手的性能。一般而言,機(jī)械手通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成,如下圖1：圖1機(jī)械手的組成Figure1:ThepictureofManipulator'scomposition1.3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)〔1手部既直接與工件接觸的部分,一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型〔多為回轉(zhuǎn)型,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。手部多為兩指〔也有多指；根據(jù)需要分為外抓式和抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤〔主要用于吸冷的,光滑表面的零件或薄板零件和電磁吸盤。傳力機(jī)構(gòu)形式教多,常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式?！?腕部是連接手部和臂部的部件,并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位,以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作圍,并使機(jī)械手變的更靈巧,適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求,有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手,為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),可以不設(shè)腕部,而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前,應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓〔氣缸,它的結(jié)構(gòu)緊湊,靈巧但回轉(zhuǎn)角度小〔一般小于2700,并且要求嚴(yán)格密封,否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下,采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)?！?臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部〔包括工作或夾具,并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)圍任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)〔方位,則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此,一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求,即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降〔或俯仰運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)〔如液壓缸或者氣缸和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),從臂部的受力情況分析,它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷,而且自身運(yùn)動(dòng)較為多,受力復(fù)雜。因此,它的結(jié)構(gòu)、工作圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。1.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同,工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。1.3.3控制系統(tǒng)分類在機(jī)械手的控制上,有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制,也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制,采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性。2總體布局設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)械手座標(biāo)形式的確定常用工業(yè)機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式分:直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式、多關(guān)節(jié)式幾種類型,如圖2.1所示。其中直角座標(biāo)式手臂可沿X、Y、Z座標(biāo)軸作直線移動(dòng),即伸縮、升降和橫移。其特點(diǎn)是直觀性好,所占空間位置大。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)所需,特選定為直角座標(biāo)式。圖2機(jī)械手座標(biāo)型式Figure2:ThepictureofManipulator'sCoordinatestype該機(jī)械手具有3個(gè)自由度,即：手指合；手腕回轉(zhuǎn)；手臂升降3個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。該機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)可由3個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)。〔1>手部采用一個(gè)直線液壓缸,預(yù)計(jì)通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指的合?！?腕部采用一個(gè)擺動(dòng)液壓缸來實(shí)現(xiàn)手部及工件的回轉(zhuǎn)?！?>臂部采用直線液壓缸來實(shí)現(xiàn)手臂的升降。根據(jù)以上參數(shù),圖2.2是機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)示意圖Figure3:ThepictureoftheManipulator'swholedesign2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分,工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同,工業(yè)機(jī)械手大致可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,操作力大,體積小,動(dòng)作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。因此,此機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式選擇液壓驅(qū)動(dòng)。2.3機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表表一機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù)Table1ThemaintechnicalparametersofManipulator項(xiàng)目主要數(shù)據(jù)參數(shù)手臂運(yùn)動(dòng)型式直角座標(biāo)式抓取重量自由度數(shù)3個(gè)手臂升降行程手臂升降時(shí)間5秒手腕回轉(zhuǎn)行程180度手腕回轉(zhuǎn)時(shí)間3秒手指合角度30度手指合時(shí)間2秒定位方式和定位精度機(jī)械擋塊,控制方式PLC控制驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)3機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題1應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下,不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。2手指應(yīng)具有一定的開圍,手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度〔手指從開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度,以便于抓取工件。3要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高,在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下,盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,以利于減輕手臂的負(fù)載。4應(yīng)保證手抓的夾持精度。3.2典型的手部結(jié)構(gòu)手部主要有以下幾類：手指式、吸盤式、磁吸式及其他形式。本設(shè)計(jì)抓取的零件為盤類零件,故選擇二指式來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的抓放。手指式又可分為：1平移式手指當(dāng)手指夾持的工件直徑變化時(shí)并不影響工件中心位置的改變,即定位誤差為零。但平移式手指結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,體積大,要求加工精度高。顯然本設(shè)計(jì)機(jī)械手不適合使用此方案。2回轉(zhuǎn)式手指當(dāng)手指夾持不同直徑的工件時(shí)則產(chǎn)生定位偏差。但回轉(zhuǎn)式手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。綜上,本機(jī)械手選擇二指回轉(zhuǎn)式手指。3.3機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1選擇手部的類型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)選擇二指式回轉(zhuǎn)型手部,在液壓缸的液壓推力作用下通過采用齒輪齒條傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手指合,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對(duì)工件的抓放。3.3.2手指夾緊力及液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算液壓缸的選用手指加在工件上的夾緊力,是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說,需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷,以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。<1>手指對(duì)工件的夾緊力可按下式計(jì)算：式中——安全系數(shù),通常取1.2--2,這里取1.5——工作情況系數(shù),主要考慮慣性力的影響,可按估算。為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過程中的加速度。取——方位系數(shù),經(jīng)查機(jī)械手冊(cè)選取G——被抓取工件的重量,這里為50kg代入數(shù)據(jù)可解得<1>〔2液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指合采用齒輪齒條傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示.圖4機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)Figure4:ThestructureoftheManipulator`shand取R=140mm,b=200mm,由手部的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知其驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為<2>取機(jī)械效率<3>〔3確定手指合驅(qū)動(dòng)液壓缸直徑D及活塞桿直徑d,液壓缸受力分析如圖3.2所示.圖5液壓缸示意圖Figure5Schematicdiagramofhydrauliccylinder由以上計(jì)算知夾緊液壓缸最大工作負(fù)載約為1885.33N,由參考文獻(xiàn)[1]中表9－1選取液壓缸工作壓力p＝1Mpa。液壓缸選用單桿式,并在機(jī)械手手指開過程中采用差動(dòng)連接,此時(shí)無桿腔工作面積為有桿腔工作面積的兩倍,即活塞桿直徑d與缸筒直徑的關(guān)系為d＝0.707D。液壓缸工作過程中必須具有一定背壓,參考參考文獻(xiàn)中表9－3取p2＝0.2Mpa。由夾緊時(shí)所需推力計(jì)算液壓缸直徑<4>即解得D＝94.314mm,則d＝0.70794.314＝66.680mm根據(jù)液壓缸的徑系列查參考文獻(xiàn)［3］中表3.50選取液壓缸徑為：D＝100mm;查參考文獻(xiàn)［3］中表3.51選活塞桿直徑為:d＝70mm?！?確定液壓缸行程L由預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)手指合30度及齒輪齒條傳動(dòng)中確定的齒輪分度圓直徑d＝140mm可計(jì)算<5>查參考文獻(xiàn)［3］中表3.52選取液壓缸行程L＝40mm。因采用差動(dòng)連接,手指合速度相等,預(yù)設(shè)手指合所需時(shí)間為2s且為勻速,則<6>手指開所需流量手指閉合所需流量〔5活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞〔或液壓缸運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求,按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛,故,活塞直徑d=70mm,代入數(shù)據(jù)進(jìn)行校核：由此可見活塞桿的強(qiáng)度足夠。〔6液壓缸的選用由以上計(jì)算結(jié)果查參考文獻(xiàn)［3］選用HSGK－100dE型液壓缸。3.4機(jī)械手手指部的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算此齒輪齒條傳動(dòng)按工作壽命為10年〔設(shè)每年工作300天,兩班制,工況平穩(wěn)來設(shè)計(jì)計(jì)算?！?選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求選用圓柱齒輪齒條傳動(dòng)。運(yùn)輸機(jī)工作載荷平穩(wěn),速度不高,選用7級(jí)精度。選擇小齒輪材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度為240HBS。選齒輪齒數(shù)Z＝100。ο〔2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算,即<7>確定公式的各計(jì)算數(shù)值1、試選載荷系數(shù)Kt=1.3。2、計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。3、查參考文獻(xiàn)［2］中表10－7選取齒寬系數(shù)φd=0.5.4>、查參考文獻(xiàn)［2］中表10－6得知材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa?.5>、查手冊(cè)知齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝550MPa.6>、計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。7、查參考文獻(xiàn)［2］中圖10－19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝1.23。8、計(jì)算接觸許用應(yīng)力。取失效概率為1％,安全系數(shù)S＝1.4,由參考文獻(xiàn)［2］中得<8>9代入數(shù)據(jù)計(jì)算齒輪分度圓直徑,代入［σH］中的較小值。<9>10、計(jì)算圓周速度。<10>11計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt.b=φdd1t=69.14mm12計(jì)算齒寬與齒高之比齒高h(yuǎn)=2.25m=3.1113mm齒寬與齒高之比b/h=69.14/3.113=22.210113計(jì)算載荷系數(shù)K。查參考文獻(xiàn)［2］得使用系數(shù)KA＝1,動(dòng)載荷系數(shù)Kv＝1,KHβ=1.313,KFβ=1.35,KHα=KFα=1。K=KAKvKHαKHβ＝1111.313＝1.31314按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,即<11>15計(jì)算模數(shù)mn.<3>按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)<12>確定計(jì)算參數(shù)1、由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE=380MPa。2、由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN＝1。3、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4,則4、計(jì)算載荷系數(shù)。5查取齒形系數(shù),應(yīng)力校正系數(shù)。查參考文獻(xiàn)［2］中表10－5得YFa=2.18;YSa6>計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。7>設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),取m=2,已同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d＝138.7394mm來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有取z＝70。〔4齒輪齒條其它尺寸參數(shù)的計(jì)算1>齒輪寬度2取齒條寬度b＝60mm。3齒距4齒頂高系數(shù)5頂隙系數(shù)6齒輪基圓直徑7變位系數(shù)8齒厚9齒頂高10齒根高11齒頂圓直徑12齒根圓直徑<5>、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由以上計(jì)算知大齒輪的齒頂圓直徑小于160mm,故做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。3.4.2手指指部的設(shè)計(jì)計(jì)算手指選用45﹟鋼,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知其彎曲許用應(yīng)力,手指指腹采用長(zhǎng)方形橫截面,寬度為齒輪寬度b＝70mm,取安全系數(shù)為1.5,則手指的彎曲強(qiáng)度條件為式中——最大彎曲力矩,其值為——抗彎截面系數(shù)代入數(shù)據(jù)解得為保證一定的工作強(qiáng)度和使用壽命,取h＝15mm。為保證對(duì)工作的定位夾緊,手指采用120度的V形指尖。具體尺寸數(shù)值詳見圖紙。3.4.3手指指部齒輪安裝銷的設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)齒輪采用銷軸安裝定位,選用45﹟鋼,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知其彎曲許用應(yīng)力,選取銷軸直徑d＝30mm,取安全系數(shù)1.5,其銷軸強(qiáng)度計(jì)算校核如下：故銷軸強(qiáng)度足夠。4機(jī)械手腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)分析腕部是連接手部和臂部的部件,腕部運(yùn)動(dòng)主要用于改變被夾工件的方位,它動(dòng)作靈活,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。本課題要求具有腕部回轉(zhuǎn)這一自由度,可用具有一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度的擺動(dòng)回轉(zhuǎn)液壓缸來實(shí)現(xiàn)所要求動(dòng)作。動(dòng)作參數(shù)要求如下：手腕回轉(zhuǎn)：±180度回轉(zhuǎn)時(shí)間：3秒4.2機(jī)械手腕部驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用〔1驅(qū)動(dòng)腕部回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知驅(qū)動(dòng)腕部回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩可由下式計(jì)算出<13>式中1.1～1.2——液壓缸密封摩擦損失系數(shù)Mm——腕部轉(zhuǎn)動(dòng)支承處摩擦阻力矩<14>f——軸承摩擦系數(shù),滾動(dòng)軸承取f＝0.02,滑動(dòng)軸承取f＝0.1、軸承直徑、軸承處支反力代入數(shù)據(jù)解得<15>式中Mp——克服工件重心偏置的力矩G——手部重量e——偏心矩代入數(shù)據(jù)解得<16>式中Mg——腕部起動(dòng)的慣性力矩J——手部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,將機(jī)械手手部及工件近似看作圓柱體,其半徑R＝120mm,保守估取手部及工件總質(zhì)量m＝80kg,則該部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量ω——腕部回轉(zhuǎn)角速度,ω＝2.22rad/st——啟動(dòng)所需時(shí)間,t＝0.2s代入數(shù)據(jù)解得代入數(shù)據(jù)解得驅(qū)動(dòng)腕部回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩〔2擺動(dòng)液壓缸的選擇查參考文獻(xiàn)［2］中表3－87選用UBFZD40－P03型擺動(dòng)液壓缸,其每度轉(zhuǎn)角用油0.00097L,擺動(dòng)速度為48度每秒,由此可估算出所需流量以上數(shù)據(jù)留備后用。5機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算臂部是支承手部和腕部的結(jié)構(gòu),主要用來改變工件位置的部件。手部在空間的活動(dòng)圍主要取決于臂部的運(yùn)動(dòng)形式。5.1臂部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題臂部的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)形式對(duì)機(jī)械手的工作性能有著較大的影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：<1>剛度要好手臂的截面形狀選擇要合理,常用鋼管作手臂和導(dǎo)向桿,用工字鋼和槽鋼作支承板,以保證有足夠的剛度。<2>偏重力矩要小所謂偏重力矩是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。<3>重量要輕,慣量要小由于機(jī)械手在高速情況下經(jīng)常起停和換向,為了減少?zèng)_擊,必須有緩沖裝置。<4>導(dǎo)向性要好為了防止手臂在直線移運(yùn)動(dòng)中沿運(yùn)動(dòng)軸線不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),以保證手部的正確方向,必須有導(dǎo)向裝置。其結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式、抓取重量和運(yùn)動(dòng)行程等因素來確定。5.2手臂的典型結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇〔1手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：1>雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。2>手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng),如手臂的伸縮,升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),如手臂的左右擺動(dòng),上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng),如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合,兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。3>雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。4>活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。<2>手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇綜合考慮,本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu),使用液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取單作用液壓缸。5.3手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)的受力分析及其計(jì)算〔1手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)受力分析先進(jìn)行粗略的估算,或類比同類結(jié)構(gòu),根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸,再進(jìn)行校核計(jì)算,修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù),繪出最終的結(jié)構(gòu)。手臂垂直伸縮直線運(yùn)動(dòng)時(shí)需要克服摩擦力和慣性力及機(jī)械手手部總重力,其驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算：<17>式中——機(jī)械手手部總重量——摩擦阻力包括導(dǎo)軌間的摩擦阻力；活塞與缸壁及密封處的摩擦阻力——起動(dòng)過程的慣性力；其大小按下式估算<18>式中——機(jī)械手升降運(yùn)動(dòng)部分總重量——重力加速度——手臂運(yùn)動(dòng)速度——起動(dòng)時(shí)所需的時(shí)間,一般可取〔2手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)摩擦力的分析計(jì)算1手臂摩擦力受力分析摩擦力的計(jì)算不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀,其摩擦阻力是不同的,要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。圖5.1是機(jī)械手的手臂受力示意圖,本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿,導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮桿兩側(cè)。圖6手臂受力示意圖Figure6Schematicdiagramofthearmforces2手臂所受摩擦力的計(jì)算由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置,兩導(dǎo)向桿受力均衡,可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。得得式中——參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力〔含工件〔Kg；L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離〔ma——導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度〔m;——當(dāng)量摩擦系數(shù),其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對(duì)于活塞與缸壁及密封處的摩擦阻力：不同的密封圈其摩擦阻力不同,在手臂設(shè)計(jì)中,采用O型密封,當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：〔3手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)時(shí),在計(jì)算慣性力的時(shí)候,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間,啟動(dòng)速度,則<20>〔4手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)所受合力計(jì)算此處省略

NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系

扣扣：九七一九二零八零零另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯5.4手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用〔1液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇經(jīng)過上面的計(jì)算,確定了液壓缸的最大驅(qū)動(dòng)力為F=2987.63N,根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表9－1選擇液壓缸的工作壓力,液壓缸徑及活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算,如圖5.2所示圖5.2液壓缸示意圖Picture5.2Schematicdiagramofhydrauliccylinder液壓缸選用單桿式,并在機(jī)械手手指開過程中采用差動(dòng)連接,此時(shí)無桿腔工作面積為有桿腔工作面積的兩倍,即活塞桿直徑d與缸筒直徑的關(guān)系為d＝0.707D。液壓缸工作過程中必須具有一定背壓,參考參考文獻(xiàn)中表9－3取p2＝0.2Mpa。由夾緊時(shí)所需推力計(jì)算液壓缸直徑<21>即解得D＝68.547mm,則d＝0.70768.547＝48.462mm。根據(jù)以上所計(jì)算的液壓缸的徑參數(shù)查參考文獻(xiàn)［3］中表3.50選取液壓缸徑為：D＝90mm；查參考文獻(xiàn)［3］中表3.51選活塞桿直徑為:d＝50mm。因采用差動(dòng)連接,手指合速度相等,預(yù)設(shè)手指合所需時(shí)間為5s且為勻速,則：手臂下降所需流量手臂上升所需流量〔2活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞〔或液壓缸運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算如下：<22>設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛,故,活塞直徑d=50mm,L=500mm,代入數(shù)據(jù)進(jìn)行校核：<23>由此可見活塞桿的強(qiáng)度足夠。由可知,該升降液壓缸為機(jī)械手受彎矩力最大部件,對(duì)其進(jìn)行校核。機(jī)械手整體受力載荷圖如下：〔3手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)液壓缸的選用由以上計(jì)算結(jié)果查參考文獻(xiàn)［3］選用HSGK－90dE型液壓缸。6機(jī)身的設(shè)計(jì)6.1機(jī)身的概述機(jī)身是機(jī)械手的主體,它是支承手部、腕部〔本設(shè)計(jì)中沒有腕部和臂部的部分,并實(shí)現(xiàn)升降和回轉(zhuǎn)或俯仰和回轉(zhuǎn)的部件〔本設(shè)計(jì)即為機(jī)架。6.2機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題〔1要有足夠的剛度和穩(wěn)定度?！?有運(yùn)動(dòng)部件的情況下,需保證動(dòng)作靈活,升降立柱的導(dǎo)套長(zhǎng)度不宜過短,否則可能產(chǎn)生卡死現(xiàn)象；一般要有導(dǎo)向裝置?！?結(jié)構(gòu)布置要合理,便于裝配修理。本設(shè)計(jì)因無對(duì)所夾持工作的水平位移要求,故不作設(shè)計(jì),只簡(jiǎn)略選用一個(gè)支座底架并用螺栓連接固定即可。7液壓元件及動(dòng)力機(jī)的設(shè)計(jì)選擇7.1液壓泵的選擇〔1系統(tǒng)壓力計(jì)算式中——液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力——液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失——壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大壓力之值,取的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算要待元件選定,并繪出管路時(shí)才能進(jìn)行,初算時(shí)可以按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取,管路簡(jiǎn)單的可選,管路復(fù)雜的,進(jìn)油口有調(diào)速閥的,取。〔2系統(tǒng)流量計(jì)算<24>式中——系統(tǒng)泄露系數(shù),取K＝1.1——同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大流量。對(duì)于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速閥的系統(tǒng)還必須加上溢流閥的最小流量,一般取。機(jī)械手在工作過程中,各液壓缸動(dòng)作均為分步進(jìn)行,由之前計(jì)算知手臂下降時(shí)所需流時(shí)最大,此即為系所需最大流量查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,選取HY01－3525型齒輪泵,其基本參如下：壓力：P＝2.5Mpa；流量：；轉(zhuǎn)速：；驅(qū)動(dòng)功率：W＝1.65kw。7.2動(dòng)力機(jī)選擇因該機(jī)械手在室使用,固選用電動(dòng)機(jī)較為方便且電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果,查參考文獻(xiàn)［4］中表12－1選取Y100L1－4型三相異步電機(jī),其參數(shù)為：額定功率：2.2kw轉(zhuǎn)速：1430r/min質(zhì)量：34kg7.3油管的設(shè)計(jì)各元件間管道的規(guī)格由元件接口處尺寸決定,液壓缸進(jìn)出油管則按輸入、排出的最大流量計(jì)算。油管的徑按公式計(jì)算。根據(jù)表3數(shù)值當(dāng)油液在油管中流速取,算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管徑分別為：夾緊缸：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表20－8－2選用油管公稱通徑為,外徑為的無縫鋼管。回轉(zhuǎn)缸：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表20－8－2選用油管公稱通徑為,外徑為的無縫鋼管。升降缸：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表20－8－2選用油管公稱通徑為,外徑為的無縫鋼管。7.4油箱的設(shè)計(jì)油箱的功用主要是儲(chǔ)存油液,此外還起著散發(fā)油液中熱量〔在周圍環(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量、釋放處混在油液中的氣體、沉淀在油液中污染物等作用。油箱的有效面積〔油面高度80%時(shí)的容積應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱、散熱平衡的原則來計(jì)算,這項(xiàng)計(jì)算在系統(tǒng)負(fù)載較大、長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)時(shí)必不可少的。但對(duì)于一般情況而言,油箱的有效容積可按液壓泵的額定流量估計(jì)出來。可按下式計(jì)算：<25>式中——油箱的有效容積——與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)字；低壓系統(tǒng),中壓系統(tǒng),高壓系統(tǒng)。此液壓系統(tǒng)為低壓系統(tǒng),取,又已知,則：根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JB-T7938-1995選用200L的油箱。7.5液壓元件的選擇閥的規(guī)格,根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過閥的流量,選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵最大流量選取,選擇調(diào)速閥時(shí),必須保證最小穩(wěn)定流量能滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些,必要時(shí)也允許有以的短時(shí)間過流量。選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量來確定,本系統(tǒng)工作壓力較小,流量也較小,所以選擇低壓低流量的閥。本液壓系統(tǒng)中,三個(gè)液壓缸選取三個(gè)三位四通電磁換向閥,使得機(jī)械手能順利完成所規(guī)定的動(dòng)作,換向閥的開啟與關(guān)閉通過電氣開關(guān)或壓力繼電器來控制,運(yùn)動(dòng)速度由調(diào)速閥通過調(diào)節(jié)進(jìn)油路的流量來控制。部分油路采用單向閥來保持壓力,用溢流閥來保護(hù)液壓缸。通過上面的計(jì)算和校核,初步?jīng)Q定使用以下液壓元件,在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面都能滿足要求。選擇的液壓元件型號(hào)及規(guī)格如下表7.1：表二液壓元件型號(hào)及規(guī)格Table2ThetypeandspecificationsofHydrayticcomponents元件名稱估計(jì)流量型號(hào)規(guī)格調(diào)定壓力齒輪泵HY01－35252.5Mpa；35L/min手臂液壓缸26.4L/minHSGK－90dE擺動(dòng)液壓缸2.8L/minUBFZD40－P03夾緊液壓缸2.7L/minHSGK－100dE溢流閥35L/minDBD－H6P5Mpa；50L/min2.5Mpa三位四通電磁換向閥26.4L/min22D－63B6.3Mpa；63L/min三位四通電磁換向閥2.8L/min25D－10B6.3Mpa；10L/min三位四通電磁換向閥2.7L/min25－10B6.3Mpa；10L/min單向調(diào)速閥26.4L/minQC11－63B6.3Mpa；0.1～63L/min單向調(diào)速閥12L/minQC11－63B6.3Mpa；0.1～63L/min單向調(diào)速閥2.8L/minLCA6－106.3Mpa；0～6L/min單向調(diào)速閥2.8L/minLCA6－106.3Mpa；0～6L/min單向調(diào)速閥2.8L/minLCA6－106.3Mpa；0～6L/min單向調(diào)速閥4.8L/minLCA6－106.3Mpa；0～6L/min單向調(diào)速閥4.6L/minLCA6－106.3Mpa；0～6L/min壓力繼電器DP－63B0.6～6.3Mpa1.5Mpa壓力繼電器DP－63B0.6～6.3Mpa1.5Mpa液控單向閥26.4L/minIY636.3Mpa；63L/min液控單向閥4.8L/minIY256.3Mpa；25L/min單向閥35L/minI636.3Mpa；63L/min油箱200L過濾器WU63－18063L/min壓力表L7106120～6MPa7.6液壓油的選用正確而合理的選擇液壓油,對(duì)液壓系統(tǒng)適應(yīng)各種工作環(huán)境,延長(zhǎng)液壓元件使用壽命,提高系統(tǒng)工作的可靠性有著重要的意義。選擇液壓油需考慮以下幾方面的因素：〔1系統(tǒng)工作環(huán)境方面1>是否抗燃〔閃點(diǎn)、燃點(diǎn)。2抑制噪音的能力〔空氣溶解度、消泡性。3毒性和氣味?！?系統(tǒng)工作條件方面1>壓力圍〔潤(rùn)滑性、承載能力。2溫度圍。3轉(zhuǎn)速〔氣蝕、對(duì)支承而浸潤(rùn)能力?！?油液質(zhì)量方面1物理化學(xué)指標(biāo)。2>對(duì)金屬和密封件的相容性。3過濾性能、吸斥水性能、吸氣情況、抗水解能力、防銹防腐蝕能力。4化穩(wěn)定性f,剪切穩(wěn)定性。5電學(xué)特性〔耐電壓沖擊強(qiáng)度、介電強(qiáng)度導(dǎo)電率、磁場(chǎng)中極化程度?！?經(jīng)濟(jì)性方面的考慮1價(jià)格及使用壽命。2維護(hù)、更換的難易程度。在眾多的考慮因素中,最重要的因素是液壓的粘度。粘度太大,液流的壓力損失和發(fā)熱大,使系統(tǒng)效率下降；粘度太小,泄漏增大也影響系統(tǒng)效率。因此應(yīng)選擇使系統(tǒng)能正高效和可靠工作的油液粘度。在液壓系統(tǒng)中,液壓泵的工作條件最為嚴(yán)峻,不但壓力大、轉(zhuǎn)速高和溫度高,而且油液在被泵吸入和由泵壓出時(shí)要受到剪切作用,所以一般根據(jù)泵的要求來確定液壓油液的粘度。上面說過,油溫對(duì)粘度影響極大,因此,為了發(fā)揮江東液壓系統(tǒng)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)效率,應(yīng)依具體情況控制油溫,使泵和系統(tǒng)在油液的最佳粘度圍工作。事實(shí)上,過高的油溫不僅大大改變了油液的粘度,而且會(huì)使常溫下平和、穩(wěn)定的油液變得帶腐蝕性,分解出不利于使用的成分,彧因過量汽化而使液壓泵吸空,無常工作。我國(guó)在液壓系統(tǒng)量采用汽輪機(jī)油,其氧化要定性好,使用壽命長(zhǎng),與水混合后能迅速分離,純凈度高。根據(jù)液壓油的選擇要求及原則,選用機(jī)械油即適合本設(shè)計(jì)計(jì)算要求,所以選擇此液壓油。8液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算8.1壓力損失的驗(yàn)算實(shí)際油液是有粘性的,所以流動(dòng)時(shí)要損耗一部分熱量,這種熱量損失表現(xiàn)為壓力損失。能量的損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?使液壓系統(tǒng)的溫度升高。液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失包括兩部分,一部分是沿程壓力損失,另一部分是局部壓力損失。8.1.1回路壓力損失的驗(yàn)算因?yàn)槭直凵狄簤焊椎膭?dòng)作回路系統(tǒng)油路較多,管路損失較大,在此主要驗(yàn)算手臂升降液壓缸這一系統(tǒng)的管路壓力損失,管徑為,流量為,即,設(shè)管長(zhǎng)為,選用機(jī)械油,正常運(yùn)行向右的運(yùn)動(dòng)粘度,油的密度。油在管中實(shí)際的流速為：<26>查參考文獻(xiàn)［1］中表2—3判斷出油管中液流為層流狀態(tài),其行程阻力系數(shù)為：回路壓力損失為：<27>8.1.2局部壓力損失驗(yàn)算局部壓力損失包括通過管路和管接頭處的管路局部壓力損失,以及通過控制閥的局部壓力損失,但由于管路局部壓力損失相對(duì)控制閥的局部壓力損失小得多,所以主要計(jì)算控制閥的局部壓力損失。從原理圖可以看出,從齒輪泵出口到升降缸進(jìn)油口要經(jīng)過電磁換向閥,調(diào)速閥。手臂升降電磁換向閥的額定流量為,調(diào)速閥的額定流量為,實(shí)際流量為,額定壓力損失；手腕回轉(zhuǎn)電磁換向閥的額定流量為,調(diào)速閥的額定流量為,實(shí)際流量為,額定壓力損失為；手指夾緊電磁換向閥的額定流量為,調(diào)速閥的額定流量為,實(shí)際流量為,額定壓力損失為。代入下式,則局部壓力損失為：系統(tǒng)總壓力損失計(jì)算由以上計(jì)算結(jié)果知：系統(tǒng)總壓力損失小于計(jì)算時(shí)的估取損失值,故之前設(shè)計(jì)計(jì)算合理。8.2計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升這項(xiàng)驗(yàn)算時(shí)用熱平衡原理來對(duì)油液的溫升值進(jìn)行估計(jì)。單位時(shí)間進(jìn)入液壓系統(tǒng)的熱量是液壓泵輸入功率和液壓執(zhí)行元件有效功率之差,假如這些熱量全部由油箱散發(fā)出去,不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱效能,則油液溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關(guān)的手冊(cè)中找出來。油液溫升的計(jì)算式可以用單位時(shí)間輸入熱量和油箱有效容積近似地表示成：<28>液壓系統(tǒng)工作時(shí),除開執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外,其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量,使油溫升高?！?液壓泵的功率損失：式中——工作循環(huán)周期——液壓泵的輸入功率——各臺(tái)液壓泵的總效率——第臺(tái)泵的工作時(shí)間——投入工作的液壓泵的臺(tái)數(shù)〔2液壓執(zhí)行元件的功率損失：〔3溢流閥的功率損失：〔4液壓油液流經(jīng)閥或管路的功率損失：總的功率損失：由公式〔8.3計(jì)算,油液溫升為：式中——油箱的散熱面積——油管的散熱面積、——散熱系數(shù)經(jīng)計(jì)算,溫升沒有超過所選型號(hào)液壓油的允許使用圍,因此本設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中不需要冷卻器。9可編程控制器PLC9.1PLC簡(jiǎn)介自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController,PLC取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來,PLC得到了快速發(fā)展,在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí),PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高,PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制,在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的,二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制,首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作,來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求,并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的容逐條執(zhí)行,以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器,在程序運(yùn)行過程中,每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1,程序從起始步〔步序號(hào)為零起依次執(zhí)行到最終步〔通常為END指令,然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC,循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程,在解算邏輯方面,表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn),在微秒量級(jí),解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理,16位〔也有32位的為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng),用PLC比用DCS,其成本要低一些〔大約能省40%左右。PLC沒有專用操作站,它用的軟件和硬件都是通用的,所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器,可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)〔最多可達(dá)8000多個(gè)I/O。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少,采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件,在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面,要容易一些。近10年來,隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大,越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制,PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高,今后一段時(shí)期PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器,但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器,現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。9.2PLC部原理PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一的。如圖2.1所示,PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示：編程器中央處理單元編程器中央處理單元〔CPU輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)用戶程序存儲(chǔ)區(qū)電源圖9.1PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖Figure9.1:PLChandwarebasicstuctionofFIG〔1中央處理單元〔CPU中央處理單元〔CPU是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能,接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù),檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài),并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí),首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后,最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運(yùn)行,直到停止運(yùn)行為止?！?存儲(chǔ)器與微型計(jì)算機(jī)一樣,除了硬件以外,還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分:系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同,但是根據(jù)PLC的工作原理,其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū),系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)〔包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。A.系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中,用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。B.系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備〔例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等存儲(chǔ)區(qū)?！睞I/O映象區(qū)由于PLC投入運(yùn)行后,只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此,它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元〔RAM以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些存儲(chǔ)單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位〔bit,一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字〔16個(gè)bit>。因此,整個(gè)I/O映象區(qū)可看作由開關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成?！睟系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)除了I/O映象區(qū)以外,系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC部各類軟設(shè)備〔邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域,前者在PLC斷電時(shí),由部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí),將這部分存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)全部置"零"。C．用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同,一般來說,隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過對(duì)于新型的PLC,其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。D．常用的I/O分類常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分,有電流型〔4-20mA,0-20mA、電壓型〔0-10V,0-5V,-10-10V等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外,還有特殊I/O模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少,但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制?！?PLC電源PLC電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的PLC,還是中、大型的PLC,其電源的性能都是一樣的,均能對(duì)PLC部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù)10%〔15%之間,因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去?？删幊绦蚩刂破饕话闶褂?20V交流電源?？删幊绦蚩刂破鞑康闹绷鞣€(wěn)壓電源為各模塊的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置〔如接近開關(guān)提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的,它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似,梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱,如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的"軟繼電器",與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。9.3PLC的工作原理可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài),即運(yùn)行〔RUN狀態(tài)與停止〔STOP狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài),可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào),用戶程序不是只執(zhí)行一次,而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行,直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外,在每次循環(huán)過程中,可如上圖編程序控制器還要完成,部處理、通信處理等工作,一次循環(huán)可分為5個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高,從外部輸入-輸出關(guān)系來看,處理過程似乎是同時(shí)完成的。在部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊部的硬件是否正常,將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位,以及完成一些別的部工作。在通信服務(wù)階段,可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信,響應(yīng)編程器鍵入的命令,更新編程器的顯示容。當(dāng)可編程序控制器處于停止〔STOP狀態(tài)時(shí),只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱凇睷UN狀態(tài)時(shí),還要完成另外3個(gè)階段的操作。在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中,設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài),它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū),它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段,可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開〔ON/OFF狀態(tài)讀入輸入寄存器。外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí),對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為"1"狀態(tài),梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通,常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開,對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為"0"狀態(tài),梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開,常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段,即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化,輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變,輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蛴扇舾蓷l指令組成,指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí),CPU從第一條指令開始,逐條順序的執(zhí)行用戶程序,直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí),從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來,并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中,因此,各編程元件的映像寄存器〔輸入映像寄存器除外的容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段,CPU將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈"通電"時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為"1"狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后,繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電,其常開觸點(diǎn)閉合,使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為"0"狀態(tài),在輸出處理階段后,繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電,其常開觸點(diǎn)斷開,外部負(fù)載斷電,停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為"1"狀態(tài)時(shí),稱該編程元件為ON,映像寄存器為"0"狀態(tài)時(shí),稱該編程元件為OFF。掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí),執(zhí)行一次圖2.5.1a所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期,其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí),指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2.1c所示?！?輸入采樣階段在輸入采樣階段,PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中,即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào),它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。第<N-1>個(gè)掃描周期第<N-1>個(gè)掃描周期輸出刷新第<N+1>個(gè)掃描周期輸入采樣第N個(gè)掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行圖9.2PLC的掃描運(yùn)行方式Figure9.2:PLCscanopenrationmode〔2用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段,PLC的CPU總是由上而下,從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算,并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。〔3輸出刷新階段在輸出刷新階段,CPU按照I/O映象區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。<4>輸入/輸出滯后時(shí)間輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間,是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔,它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲,消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響,濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短,其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān),繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms,負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms,對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng),可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。9.4PLC機(jī)型的選擇方法1．PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類,按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā),通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定,因此用戶選擇的余地較小,用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡,因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù),功能擴(kuò)展方便靈活,一般用于大中型控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用8位三菱FX2N-16M的PLC.輸入點(diǎn)X000-X007,輸出點(diǎn)Y000-Y007,輸入點(diǎn)8個(gè),輸出點(diǎn)8個(gè),共16個(gè)。2．輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊,應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊,應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型,通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁,電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合,但價(jià)格較貴,過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等,與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求,合理選用智能型輸入輸出模塊,以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。3.電源的選擇PLC的供電電源,除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外,一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源,與國(guó)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合,應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí),應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求,否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源