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1、课程设计题目：双手动安全控制回路学院：应用技术学院专业班级：机电一体化技术1302班学生姓名：XXX指导老师：XXX学 号：31312030XXX时间：2015年12月29日2摘 要在电气技术迅速发展的今天，安全控制的平板压力机在工农业生产、人们日常生活中的应用越来越广泛。研究压力机的控制和工作方式，对提高系统响应速度、节约能源等都具有重要意义。由于气动压力机输出力是柔和、恒定的压力及可调的速度，保持压力的情况下完成工件的装配与变形，用于装配与成形等工艺，气动主要优点是功耗低，输出力对模具以及工件没有损伤、出力柔和、工作效力率高、且占地面积小、操作方便、如配上压力传感器后，输出的压力更加具有直
2、观性，使工艺更具可控性。为安全考虑，利用PLC的门电路和延时继电器实现延时控制功能，主要对气动回路进行设计，使其只能在双手同时（0.5秒内）按下按钮时，压力机才可以安全运行，并且在运行过程中只要有一个手松开的话，则通过快速排气阀的作用使气缸的活塞杆尽可能快的迅速返回，活塞杆的伸出可以用单向节流阀进行无级调节等。双手动主要是基于安全的考虑，实现双手动开启方式，防止工作人员在操作压力机时压伤双手。完成气动回路的设计及电路图的设计之后对气缸的直径进行计算，在国家标准系列选择了直径为160mm的气缸，并计算出耗气量，由耗气量选择适合的单向节流阀以及换向阀、快速排气阀等，在部件选择过程中，要通过对所给的
3、数据参数分析、计算，才可以通过计算结果选择合理的部件，使整个系统在达到设计标准的同时达到设计的最优化。关键词 双手动，气动回路，安全控制，最优化I目 录第1章 气压传动概述11.1气压技术的应用现状11.2 气压传动技术的特点和发展趋势21.2.1 气压传动技术的特点21.2.2气压传动技术的发展趋势3第2章 系统方案设计42.1系统设计要求42.2气压传动的工作原理和组成42.3系统设计原理52.4 气动回路设计62.5 功能图设计72.6 电路图设计7第3章 部件的选用83.1气缸的选用83.1.1 气缸的组成83.1.2气缸的计算93.2单向节流阀的选用103.2.1耗气量的计算103.
4、2.2单向节流阀的选择103.3换向阀的选用113.4消声器的选用123.5快速排气阀的选用133.6空气压缩装置的选用133.6.1选择要求133.6.2空气压缩装置的选择133.7继电器的选用15总结17参考文献18I第1章 气压传动概述气压传动是风动技术与液压技术演变、发展而来。气压传动是以压缩空气作为工作介质传递运动和动力。由于气压传动的动力传递介质是取之不尽的空气，所以污染小，因此在自动化领域中具有广阔的发展前景。气压传动广泛应用于纺织、机械、汽车、电子、军事、钢铁、化工、食品、包装等行业中。随着原子能、空间技术、计算机技术等的发展，气压传动技术必将更加广泛地应用于各个工业领域。1.
5、1气压技术的应用现状人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯到古代，但作为气动技术应用的雏形，大约开始于1776年John Wilkinson发明的能产生1atm左右压力的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动制动装置，将它成功的用到火车的制动上面。20世纪30年代初，气动技术成功的应用于自动门的关闭及各种机械的辅助动作是上。进入到60年代，尤其是70年代初，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛应用在生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。1.汽车制造行业现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产工艺的焊接生产线，几乎无一例外的采用了气动技术，如车身的每个工序的
6、移动；车身外壳北真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位，东采用了各种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统。高频率的点焊、利空的准确性及完成整个过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动技术应用之一。2.电子、半导体制造行业在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印制电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸 、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很那抓起的显像管、纸箱等物品轻轻的吸住，运送到指定位置上等。3.生产自动化的实现20世纪60年代，气动技术主要应用于比较繁重的作业领域作为辅助传动。现在，在工业生产的各个领域，为了保证产品质量的均
7、一性，为了能减轻单调或繁重的体力劳动、提高生产效率，为了降低成本，都已广泛应用了气动技术。如自动喷漆织布机、塑料制品生产线、玻璃制品加工线等许多场合，都大量使用了气动技术。4.包装自动化的实现气动技术还广泛应用于化肥、化工、粮食、食品、药品等许多行业，实现粉状、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。用于对粘稠液体（如油漆、牙膏等）、有毒气体（如煤气等）的自动计量灌装。由上面所举例子可见，气动技术咋各行各业已得到广泛的应用。1.2 气压传动技术的特点和发展趋势1.2.1 气压传动技术的特点近20年来，随着气压传动技术与电子技术的结合，气压传动技术的应用领域迅速
8、拓宽，尤其在各种自动化生产线上的到广泛应用。电气可编程控制技术与气压传动技术相结合，使得整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气压传动技术提出了更多更高的要求；气压传动技术从开关控制进入闭环比例、伺服控制，控制精度不断提高。气动技术广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。气动机械手、组合机床、加工中心、生产自动线、自动检测和实验装置等已大量涌现。在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。这主要是因为气压传动与机械、电气、液压传动相比有以下特
9、点：1.气压传动的优点：(1)工作介质是空气，取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用过后可将其随时排入大气中，不污染环境。(2)空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能。(3)空气的粘度很小（约为液压油的万分之一），所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送。(4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需0.020.3秒就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为15m/s，而气体的流速最小也大于10m/s，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速。(5)气体压力具有
10、较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变。(6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行20004000万次。(7)工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越。(8)气动装置结构简单、成本低、维护方便、过载能自动保护。2.气压传动的缺点：(1)因空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差。(2)气动装置工作压力低，输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动
11、装置比液压传动装置输出的力要小得多。(3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的。(4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。1.2.2气压传动技术的发展趋势纵观世界气动行业的发展趋势，气压传动技术的发展动向可归纳如下(1)高质量。电磁阀的寿命可达20000万次以上，气缸的寿命达20008000km； (2)高精度。定位精度达0.50.1mm；(3)高速度。小型电磁阀的换向频率可达数1000Hz，气缸的最大速度可达3m/s；(4)节能环保。电磁阀的功
12、耗可降至0.1W。多种节气阀、节气缸等节能元件已投放市场，采用环保材料制造元件以保护环境；(5)轻量化。采用铝合金及塑料等新型材料，并且进行强度设计，重量大为减轻，如已制造出4g重的低功率电磁阀；(6)小型化。元件制成超薄、超短、超小形。例如：宽6mm的电磁阀；缸径2.5mm的单作用气缸；缸径4mm的双作用气缸，M3的管接头和内径2mm的连接管等；(7)无给油化。不供油润滑元件组成的系统不污染环境，系统简单，节省润滑油，且摩擦力稳定，成本低，寿命长，适应食品的、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的需要；(8)符合集成化。减少配线、配管和元件，节省空间，简化拆装，提高工作效率；(9)机电
13、一体化。由“PLC+传感器+气动元件”组成的控制系统是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气压传动技术从“开关控制”进入高精度的“反馈控制”；复合集成化系统不仅减少配线配管和元件，而且拆装方便，大大提高系统的可靠性；第2章 系统方案设计2.1系统设计要求(1)为了保护工人的人身安全，在操纵冲压机时，必须要遵守一定的安全规定；(2)为了避免出现危险动作，必须强迫操作者使用双手来同时操作双手动控制按钮；(3)双手动控制按钮必须在0.5秒间隔内被按下并按住，为的是使平板压力机的执行元件（汽缸）能够将两个平板压在一起；(4)如果两双手动控制按钮中的一个松开的话，那么，气缸
14、会尽可能快速地迅速返回；(5)如果双手动控制按钮不能在0.5秒间隔被按下的话，那么，冲压过程就不能发生；(6)如果只有一个双手动控制按钮被按下，或者中的一个被用机械的方式锁定，或者一个触电被短路的话，那么按钮另外一个按钮，则动作不会发生。只有当两个信号在0.5秒间隔内同时出现的话，动作才能发生。2.2气压传动的工作原理和组成一般而言，气压传动系统包含以下四部分组成：1.气源设备气源设备由空气压缩机或真空泵构成，有的还配有储气罐、气源处理元件等附属设备。它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能。气动设备较多的厂矿常将气源装置及其附件集中于一处，组成中央气压站，由中央气压站向各处用气点分送压缩空气
15、。2.气动执行元件气动执行元件起能量转换作用，把压缩空气的气压能转换成驱动装置的机械能，如气缸输出直线往复运动的机械能，摆动气缸和气动马达分别输出回转摆动和旋转的机械能。对于以真空动力为动力源的系统，采用真空吸盘以完成各种吸吊作业。3.气动控制元件气动控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，使执行元件按照要求的程序和性能工作。气动控制的元件种类繁多，除基本的压力控制、流量控制、方向控制三大类型阀以外，还包括各种逻辑元件、射流元件，以实现“是”、“与”、“非”等逻辑功能。4.气动辅助元件气动辅助元件是提供元件内部润滑、消除排气噪声、进行元件间的连接，以及进行信号转换、显示。放大、检测等所需的各种气动元件。如油雾器消声器、管件及管接头、气液转换器、限位开关、气动传感器等。2.3系统设计原理空气压缩机保证气压传动和控制系统正常工作的动力源，即气源，将机械能转换为空气的压力能，气体的压力能推动执行机构气缸完成往复的直线运动，又将压力能转化为机械能，在此过程中，通过节流阀和快速排气阀对气体流量进行控制以达到对运动过程中活塞
