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1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 安 徽 技 术 师 范 学 院 学 报 , , ,一 ,、 一 。 , 邵 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 的 控 制 杨 思 国 滁 州 职 业 技 术 学 院 机 电 系 , 安 徽 滁 州 摘 要 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 是 一 种 机 电 一 体 化 装 置 , 它 适 用 于 大 型 体 育 场 馆 在 举 行 比 赛 时 进 行 商 业 广 告 和 精 神 文 明 宣 传 。 该 广 告 机 的 最 大 特 点 是 画 面 可 自 动 变 换 , 因 此 它 仅 占 用 一 处 场 地 却 能 实 现 多 幅 广 告 宣 传 , 从 而 大 大 提 高 宣 传 场 地 和 广 告 机 的 经 济 效 益 , 不 仅 对 广 告 商 和 广 告 客 户 均 有 利 , 而 且 还 能 让 广 告 宣 传 时 象 在 同 一 时 间 段 内 获 得 更 多 的 信 息 。 关 键 词 系 列 型 机 保 持 继 电 器 掉 电 保 护 功 能 中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 文 章 编 号 一 一 一 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 是 一 种 机 电 一 体 化 装 置 , 它 适 用 于 大 型 体 育 场 馆 在 举 行 比 赛 时 进 行 商 业 广 告 和 精 神 文 明 宣 传 。 其 工 作 原 理 示 意 简 图 如 图 所 示 。 带 轮 减 速 器 离 合 器 电 动 机 上 卷 筒 血血 干 一 匕 共 书 仁 万万点 赢 宜 三 于 一一 祥祥 止止 才才才 图 卷 幅 式 广 告 机 示 意 图 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 的 电 气 控 制 要 求 采 用 可 编 程 控 制 器 简 称 控 制 系 统 实 现 可 变 画 面 广 告 机 的 运 行 过 程 控 制 , 为 实 现 该 可 变 画 面 广 告 机 的 功 能 和 正 常 运 转 , 所 设 计 的 控 制 系 统 必 须 满 足 一 些 特 定 的 控 制 要 求 。 此 外 , 还 应 采 取 一 些 特 殊 的 断 电 记 忆 及 保 护 措 施 。 控 制 要 求 用 控 制 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 的 控 制 逻 辑 如 下 接 通 电 源 后 , 按 下 起 动 按 钮 , 正 卷 电 动 机 开 始 运 行 , 经 过 的 延 时 , 电 动 机 速 度 达 到 领 定 转 速 , 离 合 器 线 圈 由 接 触 器 接 通 , 使 减 速 器 带 动 上 卷 筒 作 顺 时 针 转 动 , 使 广 告 画 面 从 下 往 上 移 动 。 当 某 一 幅 画 面 接 近 指 定 位 置 时 , 光 电 传 感 器 发 出 正 转 一 幅 到 位 信 号 , 使 反 接 制 动 接 触 器 线 圈 得 电 , 遂 以 反 接 制 动 方 式 对 电 动 机 和 上 卷 筒 进 行 制 动 , 大 约 经 过 一 的 制 动 时 间 , 电 动 机 停 止 运 行 。 , 由 机 械 定 位 装 置 , 将 该 幅 画 面 准 确 地 停 留 在 指 定 位 置 。 每 幅 画 面 在 指 定 位 置 停 留 以 展 示 广 告 内 容 。 时 间 到 后 , 控 制 系 统 能 自 动 起 动 电 动 机 收 稿 日 期 一 一 作 者 简 介 杨 思 国 一 , 男 , 安 徽 省 来 安 人 , 学 士 , 高 级 讲 师 , 主 要 从 事 机 电 专 业 教 学 和 研 究 工 作 。 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 安 徽 技 术 师 范 学 院 学 报 岭 年 仍 按 顺 时 针 方 向 转 动 , 继 续 以 前 述 方 式 带 动 画 面 自 下 而 上 移 动 , 实 现 画 面 切 换 。 直 到 电 动 机 带 动 画 面 自 下 而 上 切 换 次 后 , 第 幅 画 面 停 留 在 指 定 位 置 。 此 后 的 控 制 应 是 切 断 电 动 机 的 电 源 , 系 统 自 动 驱 动 反 卷 电 动 机 、 下 卷 筒 带 动 广 告 画 面 自 上 而 下 进 行 切 换 。 其 转 动 和 切 换 规 律 和 电 动 机 、 上 卷 筒 的 运 动 相 仿 。 广 告 画 面 自 上 而 下 切 换 次 后 , 停 留 , 又 能 周 而 复 始 重 复 上 述 过 程 。 , 控 制 系 统 的 断 电 记 忆 和 保 护 措 施 由 于 可 变 画 面 广 告 机 的 工 作 现 场 可 能 随 时 会 发 生 掉 电 现 象 , 或 是 在 任 一 时 刻 被 停 止 , 在 任 何 一 时 刻 又 可 能 被 起 动 。 在 以 上 这 几 种 状 况 下 , 卷 幅 式 广 告 机 的 画 面 所 处 位 置 都 是 随 机 的 。 因 此 必 须 采 取 有 效 的 措 施 , 确 保 在 随 机 掉 电 、 停 车 、 重 新 起 动 时 能 正 确 可 靠 运 行 。 在 广 告 机 运 行 过 程 中 的 任 一 时 刻 欺 下 总 停 按 钮 , 系 统 应 能 记 忆 当 时 的 运 行 状 态 , 保 证 在 重 新 按 下 起 动 按 钮 时 , 能 接 续 原 来 的 状 态 运 行 。 , 在 广 告 机 正 常 运 行 过 程 中 突 然 掉 电 , 系 统 也 应 能 记 忆 当 时 的 运 行 状 态 , 确 保 在 恢 复 供 电 后 , 重 新 按 下 起 动 按 钮 , 卷 幅 机 仍 能 接 续 原 来 的 状 态 运 行 。 以 上 人 为 停 机 和 突 然 掉 电 两 种 现 象 若 恰 恰 发 生 在 卷 幅 机 运 转 于 某 一 方 向 的 终 点 位 置 时 , 重 新 起 动 按 钮 , 必 须 确 保 系 统 能 改 换 画 面 运 转 方 向 , 否 则 缠 绕 在 卷 筒 上 的 广 告 布 末 端 将 会 被 撕 破 , 导 致 整 个 卷 幅 机 运 行 失 败 。 接 口 分 配 用 公 司 生 产 的 系 列 型 机 实 现 对 卷 幅 式 可 变 广 告 机 进 行 控 制 , 其 接 口 分 配 见 表 。 表 接 口 分 配 类 别 器 件 号 端 子 号 作 用 丝 枷 输 入 输 出 起 动 总 停 反 卷 调 整 用 正 卷 调 整 用 正 卷 到 位 光 电 传 感 器 反 卷 到 位 光 电 传 感 器 正 卷 电 机 运 行 正 卷 电 机 制 动 反 卷 电 机 运 行 反 卷 电 机 制 动 正 卷 离 合 器 反 卷 离 合 器 分 配 接 线 图 如 图 所 示 。 。 劝 与 心 的 , , 卜 山 川 鼎鼎 赢 赫 赫 蕊 赫 赫 礁 卒卒 起 动 总 停 正 转 反 转 光 电 光 电 传 感 器 传 感 器 图 卷 幅 式 广 告 机 控 制 电 路 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卷 第 期 杨 思 国 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 的 控 制 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 尸 控 制 程 序 设 计 据 上 述 控 制 要 求 和 系 统 应 具 备 的 控 制 功 能 , 设 计 出 用 控 制 卷 幅 式 广 告 机 的 控 制 系 统 梯 形 图 , 如 图 所 示 。 轰轰轰 曰曰 滩 佬 粼 搜 份 今 , , 汾 竹 欲 枯 咭 找 饭 余 透 容 国国国 匕匕匕 图 卷 幅 式 广 告 机 系 列 户 型 机 控 制 梯 形 图 , 该 梯 形 图 所 实 现 的 控 制 逻 辑 及 执 行 过 程 如 下 按 下 总 起 动 按 钮 , 输 人 继 电 器 闭 合 , 通 过 指 令 由 端 置 位 , 通 过 内 部 辅 助 辅 助 继 电 器 接 通 输 出 继 电 器 , 驱 动 接 触 器 , 使 电 动 机 正 转 。 的 常 开 触 点 闭 合 , 接 通 定 时 器 。 经 延 时 , 电 动 机 运 转 平 稳 , 其 常 开 触 点 闭 合 , 得 电 , 驱 动 离 合 器 接 触 器 , 离 合 器 吸 合 。 离 合 器 带 动 卷 布 轴 正 转 , 经 若 干 秒 钟 , 切 换 一 个 画 面 , 画 面 达 到 确 定 位 置 , 光 电 开 关 发 出 到 位 信 号 , 常 开 触 点 闭 合 、 常 闭 触 点 断 开 , 使 正 转 接 触 器 失 电 同 时 接 通 , 驱 动 反 接 制 动 接 触 器 , 的 常 开 触 点 接 通 定 时 器 的 另 一 个 常 开 触 点 闭 合 , 通 过 期 发 出 一 个 脉 冲 , 使 计 数 器 减 。 定 时 器 经 延 时 后 , 触 点 动 作 , 其 常 闭 触 点 断 开 线 圈 , 电 动 机 完 全 停 止 , 另 一 常 闭 触 点 也 同 时 断 开 离 合 器 。 定 时 器 的 另 一 常 开 触 点 动 作 后 , 通 过 内 部 辅 助 继 电 器 经 常 闭 触 点 接 通 定 时 器 。 经 延 时 后 , 触 点 动 作 , 通 过 其 常 开 触 点 接 通 回 路 , 新 的 一 轮 动 作 开 始 。 上 述 过 程 每 执 行 一 遍 , 计 数 器 减 预 置 值 为 , 执 行 次 后 , 展 示 的 是 第 九 幅 画 面 , 此 时 正 转 全 部 到 位 。 触 点 动 作 , 再 通 过 内 部 辅 助 继 电 器 使 定 时 器 开 始 计 时 , 同 时 计 数 器 的 另 一 常 开 触 点 使 自 身 复 位 , 预 置 值 仍 为 。 定 时 器 的 作 用 是 画 面 正 向 卷 绕 幅 后 , 停 留 , 再 进 行 反 向 卷 绕 。 其 执 行 过 程 为 经 延 时 后 , 常 开 触 点 闭 合 , 经 指 令 使 置 位 。 的 常 闭 触 点 断 开 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 安 徽 技 术 师 范 学 院 学 报 议 只 年 的 线 圈 回 路 , 其 常 开 触 点 接 通 回 路 , 使 反 卷 接 触 器 得 电 , 开 始 反 向 卷 绕 。 反 向 卷 绕 的 画 面 切 换 和 延 时 过 程 与 正 向 卷 绕 相 似 。 按 下 总 停 按 钮 , 卷 幅 机 停 止 工 作 , 在 这 里 由 于 使 用 了 断 电 记 忆 功 能 的 保 持 继 电 器 和 。 因 此 能 使 系 统 记 住 停 止 前 的 状 态 , 以 便 来 电 后 按 下 起 动 按 钮 时 , 机 器 能 接 续 断 电 时 的 状 态 继 续 工 作 。 当 由 于 意 外 原 因 造 成 断 电 时 , 同 样 也 是 依 靠 保 持 继 电 器 和 的 记 忆 功 能 , 系 统 能 记 忆 断 电 前 的 运 行 状 态 , 以 便 来 电 后 按 下 起 动 按 钮 时 , 机 器 能 接 续 断 电 时 的 状 态 继 续 工 作 。 需 要 说 明 的 是 计 数 器 和 的 预 置 值 为 , 只 有 当 计 数 值 减 为 时 , 计 数 器 才 会 自 动 复 位 , 即 计 数 值 恢 复 为 预 置 值 。 由 于 计 数 器 具 有 掉 电 保 护 功 能 , 在 计 数 值 为 一 之 间 时 , 即 使 是 系 统 总 停 或 掉 电 , 它 们 的 计 数 值 仍 为 当 时 的 值 。 正 是 因 为 计 数 器 和 具 有 掉 电 保 护 功 能 , 两 个 指 令 使 用 的 保 持 继 电 器 和 也 具 有 掉 电 保 护 功 能 , 才 能 确 保 卷 幅 式 可 变 画 面 广 告 机 在 随 机 掉 电 、 停 车 、 重 新 起 动 时 都 能 正 确 可 靠 地 运 行 。 这 一 点 是 十 分 重 要 的 。 参 考 文 献 常 斗 南 , 刘 立 夫 小 型 可 编 程 控 制 器 原 理 与 实 践 沈 阳 辽 宁 科 学 技 术 出 版 社 , 胡 学 林 可 编 程 控 制 器 应 用 技 术 北 京 高 等 教 育 出 版 社 , 加 秀 汉 , 李 苹 , 薄 保 中 可 编 程 序 控 制 器 原 理 及 应 用 西 安 西 安 电 子 科 技 出 版 社 , 责 任 编 辑 窦 鹏 毕业设计文献翻译院(系)名称工学院机械系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名周凯指导教师薛东彬2012年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计(文献翻译) 第24页冲压半径和角度对管向外卷曲过程的影响摘要:跟据更新的拉格朗日理论的公式,本研究采用弹塑性有限元法和扩展增量的测定方法,最小半径法,包括元素的产生,节点接触或分离的工具,最大应变和极限旋转增量。使用改性的库仑摩擦法建立有限元方法的计算机代码。不同半径和角度的锥形冲头是用于模拟成的硬铜及铜合金管的两端。影响的各种要素,包括冲床半顶角和半径R的比值,管的平均直径,管壁厚度比,力学性能,并对润滑管向外卷曲,进行调查。模拟结果显示,当冲床入口的弯曲半径满足的条件c,卷曲加工出现在管的末端。另一方面,如果c,管端遭受过扩口。可变c称为临界弯曲半径。c的值随着的值增加而增加。此外,研究结果还表明,c既不与管的材料,也不与润滑剂有关。关键词:弹塑性;有限元;半顶角;向外卷曲过程。1介绍形成金属管的凸边的过程中,经常被用于连接两个管件,连接和锁管的一部分,其组成部分,和流体管道连接管的末端相结合的互补与加固管道。它是一种常见的与管两端相关的工业技术。攻丝机扩口,法兰管端进程一般分为分为扩口,加强扩口,卷曲成型。本文所讨论的管卷曲变形卷曲管的结束了一圈向外开放。管卷曲变形的模拟是一项复杂而艰巨的任务,因为变形过程是高度非线性的。由于非线性变形的特点是:1大位移,旋转,变形过程中金属变形。2金属材料遇到大变形的非线性材料变形行为。3由摩擦产生的金属和工具之间的界面,和他们的接触条件的非线性边界条件。这些特点,使有限元方法,使用最广泛的金属工艺分析。改善工艺和提高工业生产率,本研究开发的弹塑性有限元计算机代码,使用选择性降低集成(SRI)的模拟方法,它采用一个矩形的四个节点内四个整点元素。目标是到模拟的管卷曲的变形过程。Nadai在1943年研究管收口。理论归纳为弧形壳体理论的延伸。Nadai假设摩擦系数为常数,而忽略了壳的有效应力变化的存在。克鲁登和汤普森进行了一系列管减噪实验,建立管减噪的各种限制,并评估各种参数的影响。Manabe and Nishimura两个锥形燃烧管和管减噪过程进行了一系列实验,调查研究的参数包括不同角度的锥形打孔,润滑,材料成形负荷和应力应变分布的各种参数的影响管壁厚度。唐和小林提出了刚塑性有限元理论,并开发出一种计算机代码来模拟105毫米AISI1018钢冷收口。黄等。模拟冷收口过程中,通过弹塑性和刚塑性有限元法的方法,并比较模拟结果与实验数据来验证刚塑性有限元分析的准确性。北泽等人。锥形冲头,与假设的铜及黄铜材料进行实验,管材料刚性完美的塑料,他们探讨了以前的冲头圆弧半径,角度,管壁厚,管卷曲变形过程的影响。北泽采用碳钢,铜,黄铜的管材管卷曲变形试验。当在管端前缘扩口的能量增量是大于卷曲边缘的能量增量。管底料的向外卷曲,是在不屈的情况下形成。另一方面,如果管端材料附着因为不屈的锥形打孔表面和失败卷曲或形成扩口。能源规则被用来诱导管形成的比较和验证的目的时的变形能,从而确立了向外卷曲的标准。在这项研究中,在其他研究中使用相同的材料常数和尺寸都采用向外卷曲过程的模拟结果相比,报告的结果验证了弹塑性有限元计算机代码的准确性。2基本理论的说明2.1刚度方程采用更新的拉格朗日公式(超低频)金属成形过程中的增量变形的应用框架(体积成形,板料成形)是描述塑性流动规则的增量特性的最切实可行的办法。在每个变形阶段的当前配置中的ULF用于评估一个小的时间间隔t变形,一阶理论的精度要求是一致的,作为参考状态。更新的拉格朗日方程的虚拟工作速率方程写成是基尔霍夫应力的Jaumann率,是柯西应力,是变形率,这是笛卡尔坐标,是速度,的名义牵引速度,是速度梯度,是固定的空间直角坐标,V和材料的体积和表面上牵引规定。图1.几何初始向外卷曲变形管和一个特定阶段的边界条件。单位毫米;冲床半径R,半顶点冲角,冲床入口弯曲半径。J2流动规律的模型采用的弹塑性行为的金属片,是应变硬化率,是有效应力,E是杨氏模量,是泊松比,是的偏量。取1为塑性状态和0为弹性状态或卸载。据推测,速度V,在离散化元素中的分布其中N是形函数矩阵和表示节点的速度。变形率和速度梯度写成其中B和E中,分别代表应变率的速度矩阵和速度梯度速度矩阵。将式(4)和(5)代入式(1),得到元素的刚度矩阵。由于虚功率式的原则。本构关系是非线性方程。差饷,他们可以更换任何单调增加的措施方面定义的工具,如位移增量,增量。Alpha有限元的标准程序,以形成整体的整体刚度矩阵,在其中在这些方程中,K是全球切线刚度矩阵,元素弹塑性本构矩阵,表示位移增量,表示在规定的结点力增量。和被定义为应力校正矩阵,由于在电流应力变形的任何阶段。图2.(a)变形的几何形状,(b)节点速度分布在12个不同的形成阶段管向外卷曲硬铜管,N= 0.05; T0 =0.8毫米;=60掳; r =3.4毫米。2.2斯里兰卡方案由于四边形元素充分整合计划的实现,导致过度的约束效应时,材料近不可压缩成型过程中的弹塑性情况13,休斯提出应变率的速度矩阵分解为扩张矩阵和偏差矩阵,即矩阵中和由传统的四点一体化集成。当材料变形到几乎不可弹塑性状态,修改后的扩张矩阵是由一个点的一体化集成,即必须更换扩张矩阵,即是修改后的应变率速度矩阵。将式(8)代入式(7),修改后的应变率速度矩阵明显的,速度梯度-速度矩阵,取而代之的是修改后的速度梯度速度矩阵3数值分析在分析模型管卷曲过程的是轴对称。因此,只有右边一半的中心轴是考虑过的。部分的有限元是由计算机自动处理。由于是从弯曲,并在管的末端卷曲的急剧变形,这一节需要更精细的单元划分,以获得精确的计算结果。如图左边一半。1表示零件和模具开始的尺寸。表1给出了详细的尺寸。在局部坐标系,轴1表示的切线方向,管材料和工具之间的联系而轴n为同一联系的正常方向。常数(X,Y)坐标和地方坐标(l,n)描述结点力,位移和元素的应力和应变。图3.正如图2,但R= 3.8毫米。表1 冲头的角度和半径冲头顶点角度(度)冲头半径R(毫米602.02.42.83.13.43.84.14.44.85.1652.42.83.13.43.84.14.44.85.55.4703.13.43.84.14.44.85.15.45.86.1753.43.84.14.44.85.15.45.86.16.4804.85.45.86.16.46.87.27.68.08.4855.86.16.46.87.49.09.49.810.210.611.0表2.所用材料的机械性能材料外径厚度真空热处理nF(Mpa)屈服应力(Mpa)铜25.40.8原样0.09380220500 1 h0.5363026原样0.05450280300 1 h0.09450260400 1 h0.4661050600 1 h0.506404270/3黄铜25.40.8原样0.18730280 应力 ;应变表2给出了我们模拟的物质条件。管外半径保持在25.4毫米不变;但也有三种不同的管壁厚度值,即,0.4,0.6和0.8毫米,在实验和计算。硬铜管和黄铜管的泊松比和杨氏模量分别是0.33和110740兆帕,0.34和96500兆帕。3.1边界条件如图右手半管。1是指管卷曲变形在某一阶段的变形形状。边界条件包括以下三个部分:1.FG和BC段的边界:这里是节点的切向摩擦力增量,是普通的力量增量。假定涉及到摩擦材料,工具的接触面积,和不等于零。,表示工具的配置文件的正常方向的位移增量,从规定的冲头位移增量中确定。2.边界上的CD,DE,EF,和GA部分:上述情况反映了这个边界上的节点都是自由的。3.AB段的边界:AB部分是固定在管底的边界。在此位置沿Y轴方向的节点位移增量设置为零,而节点B是完全固定的没有任何动静。在管卷曲过程中,边界将会改变。因此,有必要检查FG和BC沿边界部分的变形阶段,在每个接触节点的法向力。如果达到零,则节点将成为自由节点和边界条件(1)(2)转移。同时,GA和EF沿管段的自由节点还检查了计算。如果该节点接触到冲头,自由边界条件的约束条件(1)改变。3.2 弹塑性和接触问题的处理当解释以前明确暗示的边界条件时,接触条件应维持在一个增量变形过程。为了满足这个要求,山田等人提出了最小值方法。 14采用扩展处理了弹塑性和接触问题 15。每个加载增量的最小值均被控制,有以下六个标准。弹塑性状态。元素的应力大于屈服应力时,R1的计算方法15因此,以确定达到一样的表面屈服应力。最大应变增量。获得R2默认的最大应变增量主应变增量比d,即,限制增长到这样的规模,一阶理论是有效的措施。最大旋转增量。默认的最大旋转增量的旋转增量,即,限制增长到这样的规模,一阶理论是有效的措施。渗透条件。形成的收益时,管的自由节点可能渗透的工具。比16的计算方法等,刚刚接触到的工具的自由节点。分离条件。当形成的收益,接触节点可以脱离接触面。 16 计算每个接触节点,这种正常的组成部分,节点力为零。 滑粘摩擦条件。修正的库仑摩擦定律提供了选择的接触状态,即滑动或粘状态。这种状态检查每个接触节点由以下条件:(a)如果,还有节点处于滑动状态(b)如果还有则节点处于固定状态一个方向滑动节点是相反的方向前渐进的步骤,使接触节点粘贴节点在下一个增量步。然后在这里得到比R,产生变化的摩擦状态的基体,在是一个很小的公差。最大应变增量,最大的旋转增量这里使用的常数是0.002o和0.5o,分别。这些常量都被证明是有效的一阶理论。此外,一个小的检查程序的渗透和分离条件是允许的。3.3 卸载过程卸载后的回弹现象是管形成过程中具有重要意义。假设是固定的,对管底的节点卸载程序执行。所有的元素都将复位弹性。节点来接触到的工具的力量在扭转成为管规定力的边界条件,即同时,核查的渗透,摩擦,分离条件被排除在仿真程序。四结果与讨论图2显示冲角=60,圆弧半径R=3.4毫米铜管卷曲成形仿真结果。图2(a)表示的几何形状的变形,在最后的形状是卸载后的最终形状的一部分。图2(b)显示了变形过程中的节点的速度分布。最后图显示卸货后节点的速度分布。这些数字表明,管端材料处于起步阶段顺利进入沿打孔表面。管底料后,逐渐弯曲向外卷曲,造成所谓向外卷曲成形。图3显示的R=3.8毫米的情况下的模拟结果。管端材料还显示所谓的燃烧形成合格后,电弧感应部分和圆锥面形成。图4显示了=75,R=6.1毫米卷曲铜管的模拟的结果。相比之下,图。5显示了扩口中的R= 6.4毫米的情况下形成的模拟结果。图4 如图2条件,而=75o;R=6.1毫米图5 如图2条件,而=75o;R=6.4毫米图6显示了应变分布相应的那些图2和图3在冲床行程12毫米。图7显示了应变分布相应的那些图4和图5在冲床进步14毫米。变形主要是由于拉在圆周方向弯曲,在正北方向和厚度方向的剪切。最大直径的管端扩口成形。因此,其应变值在圆周方向远高于向外卷曲。减少管壁厚度也更重要的扩口成形。因此,在相同的条件下,在管端扩口比在其他情况下更容易断裂。图6计算硬铜管应变分布下的卷曲和扩口过程比较n=0.05;to=0.8毫米;=60o图7 条件如图6,而=75o图8和图9显示仿真结果硬铜和黄铜,分别。同管壁厚,管半径,润滑条件,和半顶冲床是用来在模拟。然而,不同的价值观的冲头圆弧半径的使用,从而产生不同类型的形成,即,扩口和卷曲。就是说,如果圆弧半径,在冲头入口大于临界弯曲半径,然后管端的材料形成沿电弧燃烧冲压部分和圆锥面。反之,如果,管底材料叶片穿孔表面形成卷曲。这一数字表明临界弯曲半径随半顶冲床增加。比较结果表明,我们的数值模拟是一致的实验数据报告 12。所谓临界弯曲半径,可表示如下:图8 影响壁厚硬铜管弯曲半径和冲角之间至关重要的关系 n=0.05图9 条件如图8 黄铜管n=0.05这里R c=冲头半径相应的丙R fmin=最小值所需的耀斑冲压半径R cmax=最大值所需的卷曲冲压半径t0=壁厚管图10和图11表明之间的相关性无量纲临界弯曲半径(丙)和半顶角的2种不同壁厚径比的情况下,努力按铜管,分别。价值可以定义如下:如果是无关的壁厚径比,那么几何相似定律的存在临界弯曲半径。事实判断出来的曲线显示在图10和11是几乎相同的,我们一定会存在的几何相似的临界弯曲半径管材料。图10图11图12和图13表明之间的关系,最大半径和半顶角的时候,在数值模拟的壁厚度值为0.4,0.6,和0.8毫米的情况下硬铜管和铜管分别发生卷曲。当双方的半径和相应的半顶角的冲落在曲线的条件,将导致扩口。另一方面,当两个值低于曲线的条件,将导致冰壶。这些数字表明,最大半径增加的半顶角的扩大。图12图13图14显示了相关材料的加工硬化指数(n)和临界弯曲半径。无论变化值之间的0.03和0.53,由于不同的管材料,数值模拟的结果表明,值的临界弯曲半径保持不变,从而形成一条直线。这些调查结果是几乎相同的实验数据表明 12 ,这意味着,临界弯曲半径的时候,卷曲是无关的加工硬化指数。图14图15显示了影响润滑的关系临界弯曲半径和半顶角的冲头。临界弯曲半径的增加而增加半顶角的冲头的情况=0.05和=0.20。此外,结果显示,有一个微不足道的差异程度临界弯曲半径之间的润滑条件。图15黄铜管依赖的临界弯曲半径对润滑条件。五总结从更新的拉格朗日公式,带有一个圆锥形的冲压工艺模拟管卷曲的弹塑性有限元计算机代码开发。高非线性的过程是一个渐进的方式考虑与一个最小半径技术是通过限制每个增量步的线性关系的大小。摩擦改性库仑法开发是一个连续函数。如前所述,此功能可以处理工具和金属界面的滑动和粘性很难与普通连续摩擦模型描述的现象。斯里兰卡有限元是四节点四边形单元中的4个集成点。然后再加上与大变形有限元分析的SRI进一步成功地应用于锥形管卷曲形成工艺的分析。根据上述分析和讨论,可以得出以下结论:1、一个关键的弯曲半径,存在。如果拱半径在冲头入口大于临界弯曲半径,然后管端的材料在冲压拱感应部分和锥形面形成扩口。另一方面,如果,管底材料从表面和结果卷曲。弯曲半径的临界值随冲头的半顶角增加而增加。2、临界弯曲半径,遵循几何相似定律。值随冲床的半顶角的增加而增加。我们也知道,值是不相关的管材料,润滑条件或壁厚直径半径比。3、扩口圆周应变大于卷边的。扩口厚度也有比卷曲减少。因此,扩口更容易发生管端断裂。相比之下,卷曲的产品可以保证处理的安全,并加强管材料的结束部分。4、模具的形状表示为一个数值函数。因此,在这项研究中开发的有限元模型,可用于在连续形状的任何工具,来模拟扩口或卷曲过程中的所有类型。参考文献1、A. 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This new type of rolling canvas advertising control device is to connect the pieces of the screen installed in outdoor light boxes, canvas motor drive can be up and down cycle display large amount of information, dynamic effects, introduction or promotion of a variety of goods also applies in the street at the same time constitute a landscape described in the large shopping malls on the product information and sales. Canvas can be changed regularly to facilitate different commodities needs. The WZ500 outdoor pieces of screen advertising machine is a mechatronic device, the whole idea of the hardware design of digital signal through the PLC output control contacts group to achieve the purpose of the control circuit. Then select the motor type according to the basic design parameters to determine the transmission program, complete the design of the main transmission mechanism. According to the need to design, select the reducer and clutch. PLC control system design must meet specific control requirements, and also to take some special power and memory and protective measures. By design the WZ500 type of outdoor pieces picture advertising machine performs this function, the screen can automatically transform, thereby increasing the economic benefits of promotional venues and advertising machine is beneficial to both advertisers and customers, but also convenient for people at the same time, same place for more information. Key words: Increase volume multiple screen advertising machine, Programmable controller, PLC, Automatic control 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 III 页 目录 1 绪论 1 1.1 选题的背景意义 1 1.2 户外广告设备当前发展现状 1 1.3 户外多幅画面广告设备的控制系统介绍 3 1.4 方案对比及论证结果 5 2 机械部分设计 6 2.1 电动机的选用 6 2.1.1 电动机功率的计算 6 2.1.2 电动机的选择及电机参数 7 2.2 滚筒 8 2.2.1 滚筒刚度计算 8 2.2.2 滚筒强度校核 9 2.3 电磁制动器制动力矩的确定 10 2.3.1 计算卷筒的总转动惯量 Js 10 2.3.2 计算卷筒折算到电机轴上的转动惯量 tJ10 2.3.3 计算电机转子的转动惯量 dJ10 2.3.4 求转动惯量 J11 2.4 同步带传动 11 2.4.1 同步带传动特点 11 2.4.2 同步带的结构及设计准则 12 2.4.3 同步带传动设计计算 12 2.4.4 同步带带轮 14 2.5 轴承 16 2.6 润滑和密封 16 3 控制部分设计 18 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 IV 页 3.1 控制流程图 18 3.2 PLC 的选用 18 3.3 I/O 地址分配表 18 3.4 I/O 接线图 19 3.5 PLC 安装及注意事项 19 3.6 电气原理图 21 3.7 PLC 程序 21 设计总结 22 致谢 23 参考资料 24 附录 25 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页 1 绪论 广告对我们现代人来说,并不陌生。我们周边可以说充斥着各种各样的广告,尤 其是在城市里生活的人们。本次毕业设计我做的就是其中的一种,即大型户外多幅画 面广告设备。 本次设计的广告设备多用于比赛场地、大型商场、码头等户外场地。该设备以广 告布为载体来做广告。本设计所述 WZ800 型户外多幅画面广告设备以自动、定时、循 环的方式展示喷绘在广告布上的多幅广告画面,具有信息量较灯箱、展板多,适用于 户外环境,有着较好的应用前景。 1.1 选题的背景意义 随着商品经济的发展,产品竞争日益激烈,单位和企业越来越意识到主动推销产品的 重要性,户外广告在推销中起到了一个重要的作用。利用有限的场地,实现对多个产品的 广告宣传在近年得到了迅速的发展。卷幅式可变画面广告机即实现了此项功能,其画面 可自动变换,从而提高了宣传场地和广告机的经济效益,对广告商和客户均有利,而且便于 群众在同一时间,同一地点获得更多信息。 1.2 户外广告设备当前发展现状 户外广告是最古老的媒体形式,有着旺盛的生命力。从最初的木雕牌匾、灯笼旗 帜,到今天的电脑喷绘、霓虹灯大牌、液晶电子显示屏,户外广告历久弥新。户外广 告是最大众的媒介形式,有广泛的亲和力。从固定的大型看板,到移动的交通载体, 从街区的街道网络,到终端的卖场售点,从静态的灯箱到动态的液晶,户外广告形式 多样,创意无限。户外广告与建筑、交通、绿化等城市系统并置,共同形成城市的地 理空间和视觉界面,是城市的识别坐标之一。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页 图 1.1 灯箱式广告 我国的户外广告市场目前正以惊人的速度增长。相关数据显示,在 2004 年中国户 外广告市场销售额就已达到 160 亿元人民币,比 2003 年的 130 亿元增长了 23.1。最 近的几年中,尤其是 2008 年,受到北京奥运会的直接拉动,我国户外广告市场出现了 一个很大的增长高峰。近五年来户外喷绘广告的超高速发展令广告业人士瞠目结舌, 户外广告从城市走向城镇,走向农村已成必然,喷绘广告(灯箱、招牌、门面等)制 作方式多样,成本低廉,广告效果卓著,因此具备十分优秀的“大众”优势。 图 1.2 篮球比赛场地广告 凡是能在露天或公共场合通过广告表现形式同时向许多消费者进行诉求,能达到 推销商品目的的物质都可称为户外广告媒体。户外广告可分为平面和立体两大部份: 平面的有路牌广告、招贴广告、壁墙广告、海报、条幅等。立体广告分为霓虹灯、广 告柱以及广告塔灯箱广告等。在户外广告中,路牌、招贴是最为重要的两种形式,影 响甚大。设计制作精美的户外广告带成为一个地区的象征。户外广告的主要特征有: 1、它对地区和消费者的选择性强。户外广告一方面可以根据地区的特点选择广告 形式,如在商业街、广场、公园、交通工具上选择不同的广告表现形式,而且户外广 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页 告也可以根据某地区消费者的共同心理特点、风俗习惯来设置;另一方面,户外广告 可为经常在此区城内活动的固定消费者提供反复的宣传,使其印象强烈。 2、户外广告可以较好地利用消费者途中,在散步游览时,在公共场合经常产生的 空白心理。在这种时候,一些设计精美的广告、霓虹灯多彩变化的光芒常能给人留下 非常深刻的印象,能引起较高的注意率,更易使其接受广告。 3、户外广告具有一定的强迫诉求性质,既使匆匆赶路的消费者也可能因对广告的 随意一瞥而留下一定的印象,并通过多次反复而对某些商品留下较深印象。 4、户外广告表现形式丰富多彩,特别是高空气球广告、灯箱广告的发展,使户外 广告更具有自己的特色,而且这些户外广告还有美化市容的作用,这些广告与市容浑 然一体的效果,往往使消费者非常自然地接受了广告。 5、户外广告内容单纯,能避免其他内容及竞争广告的干扰。而且户外广告费用较 低。 但是,户外广告媒体也有其不足之处,主要表现在: 1、覆盖面小。是由于大多数位置固定不动,覆盖面不会很大,宣传区域小,因此 设置户外广告时应特别注意地点的选择。比如广告牌一般设立在人口密度大、流动性 强的地方。机场、火车站、轮船码头南来北往的流动人口多,可以作全国性广告。 2、效果难以测评。由于户外广告的对象是在户外活动的人,这些人具有流动的性 质,因此其接受率很难估计。而且人们总是在活动中接触到的,因此注视时间非常短, 甚至只有几分之一秒,有时人们在同一时间可能接触到许多户外广告,所以要取得广 告效果,就要做到让人们视觉暂留,这非常重要。 目前国内体育比赛场、 大型商场、街道两侧、机场和车站等场所使用的广告宣传 器材可以归纳为两类:一类是单面或双面的灯箱、展板、条幅等,它们所含信息量大, 但在阳光直接照射下画面不清晰,效果差,因此只适合于室内或夜间使用。 1.3 户外多幅画面广告设备的控制系统介绍 现在户外大型多幅画面广告设备的控制系统多采用单片机或者 PLC。现在我们对 两者做一下比较。 单片机是将 CPU、存储器、I/O 接口集成在一个芯片上的微型计算机。特点是:1. 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页 具有计算机的全部功能;2.具有很强的位处理能力;3.针脚少且具有复用功能。 PLC 是一种数字运算操作的电子系统,被称为可编程控制器,广泛应用于工业控 制。它采用可以编制程序的存储器,用来存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和 算术运算等一系列操作的指令,而且还能以数字或模拟的方式输入和输出,控制各类 的机械或生产过程。特点是:1.可靠性高,抗干扰能力强;2.配套齐全,功能完善,适 用性强;3.编程简单,方法多样,简单易学;4.维护方便,容易改造;5.体积小,重量 轻。 两者作比较,可看出:1. PLC 技术使用了单片机技术;2. PLC 技术不是单片机技 术的延伸;3.PLC 编程更加简单,应用性强。比如单片机为一张白纸,则 PLC 就是在 这个白纸上画好的表格;使用单片机技术就像在白纸上写字,而使用 PLC 技术就像是 填表格。 综上所述,通过对比,我选择基于 PLC 控制系统的广告布式的大型户外多幅画面 展示设备,该设备以自动、定时、循环的方式展示喷绘在广告布上的多幅广告画面, 具有信息量较灯箱、展板多,适用于户外环境,有较好的应用前景。 该广告展示设备的基本组成为:基础支架、电动机、卷筒、进给传动系统、制动 器、位置检测和定位装置、控制系统、广告布。目前,市场上常见的结构如图 1.3 所示: 1,9卷筒;2快速接头;3,10减速齿轮;4,11电机;5,12电磁制动器;6 基础支架;7幅面定位检测开关;8连接架;13可调支承 图 1.3 机械结构简图 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页 1.4 方案对比及论证结果 本文方案全部采用基于 PLC 的控制系统。故方案对比主要集中在进给传动系统和 位置检测与定位装置上。 目前较常见的位置检测和定位装置是霍尔传感器和光电传感器。霍尔传感器是基 于霍尔效应的一种磁电式传感器;光电传感器是基于光电效应的一种光电式传感器。 通过成本和应用率上的对比,本文方案全部选用光电传感器。以下是两种符合本设计 任务书的设计方案。 方案一:同步带传动 该方案的进给传动系统采用同步带式,由带轮和有带齿的传动带组成。其特点是: 具有结构简单、传动平稳、价格低廉和在高速下缓冲吸振,能保持严格传动比。不会 产生弹性滑动的情况。 方案二:齿轮传动 该方案的进给传动系统采用齿轮减速传动机构。其特点是:(1)效率高在常 用机械传动中,齿轮传动效率为最高;(2)结构紧凑;(3)工作可靠、寿命长; (4)传动比稳定。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高、价格昂贵且不宜用于长距 离传动。其机械简图和图 4 相似,只是把图 4 中的带传动改成齿轮传动即可。 通过这两个可用方案的对比,根据目前市场产品使用和我的熟悉度,我采用第一 种方案即同步带传动方案。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页 2 机械部分设计 2.1 电动机的选用 2.1.1 电动机功率的计算 q-卷筒所承受的均布载荷; (2.1)bifqq -电机输出额定转矩时,所产生的布面张力;f -卷筒每米的重量;i -卷筒上广告布每米的重量;b 则根据实验有数据: =43.6N/m , =45N/mqf b 则 8m 长的滚筒上所产生的广告布布面张力为: =5 43.6=218NF1 已知设计任务书中要求广告布速度 V 为 6m/min,即 0.1m/s,则在不计摩擦力时,负 载所需功率为: = =21.8WpwV1 知 ,其中 -同步带效率,93% 98%;卷 筒轴 承带减 -卷筒效率,96%;减 -滚动轴承效率, 98%;减 此处取 =93%,另外,根据现实社会中应用的是自带减速机构的单相减速电动减 机,故我们也选用单相减速电动机,取其自带减速机构的传动效率 =94%,则电动减 机的功率初步为: 。考虑到启动时的现实情况,取启WPwd 5.261.减 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页 动系数 =2,则我们去电动机功率为 =90W。减 Pd 2.1.2 电动机的选择及电机参数 根据以上计算,我们选用浙江佳雪公司的 90YYJR903M 型减速电动机,这款电 动机自带制动器与减速机构。电动机本身的技术指标如表 2.1 所示。 表 2.1 90YYJR903M 型减速电动机技术指标 该减速电动机的减速机构的减速传动比为 i0=50。 该减速电动机的外形图为图 2.1 所示。 图 2.1 90YYJR903M 减速电动机 其外形安装尺寸如图 2.2 所示。 额定指标 指标 型号 额定 电压 V 频率 HZ 标称 额定 功率 W 电流 A 转矩NM 转速r/min 起动 电流 A 起动 转矩 NM 容量 f 耐压 V 90YY JR90 3M 220 50 90 1.10 0.687 1250 2.10 0.50 5.0 500 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页 图 2.2 电动机安装尺寸 2.2 滚筒 广告布缠绕在滚筒上,并随滚筒的旋转而运动。 2.2.1 滚筒刚度计算 本次设计,我用空心的滚筒。根据所查资料得知,8m 长的滚筒用于大型户外广告 设备时,其最大的挠度不得超过 8mm,否则会导致广告布将走偏并起皱。 初选滚筒外径 D=100mm,内径 d=94mm,壁厚 =3mm。 知: ; (2.2)mdDI46410.2)(3 =148.4N/mqbif 故由公式得最大挠度 =2.71mm (2.3)EIqlf3845max 由上可知 8mm,故本设计所选滚筒符合刚度要求。f71.2max 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页 2.2.2 滚筒强度校核 图 2.3 扭矩图、弯矩图 由于卷筒没有特别的危险截面,只须对中间的截面进行校核即可。 ; (2.4)mDW3)1(210.32 44 NM8max 则可得 (2.5)MPaW4.59maxax .扭转切应力 ; (2.6)t 344210.16)(3 T8. 则可得 (2.7)PaMWTt1.max 查机械设计课本表 15-1 得: 考虑到该设备用在户外,耐腐蚀性和强度都要有足够高的要求,故选择不锈钢的 材料为 3Cr13,并作调质处理。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页 查表有:许用弯曲应力 PaM751 认为扭转切应力为静应力,则取折合系数 ,故弯扭合成强度条件,据第三3.0 强度理论有: 12222 4.5916.49)(4) PWTacat (2.8) 综上所述,可以得到该滚筒是符合要求的。 2.3 电磁制动器制动力矩的确定 电磁制动器的作用是在驱动电机被切断电源的瞬间,迅速制动,使卷筒立刻停止 转动,从而保证广告布面准确定位和张紧。其制动力矩 M(不计摩擦阻力矩) ,电机、 卷筒及传动带轮的转动惯量 J,制动时间 t 之间的关系,符合动量矩定理。 2.3.1 计算卷筒的总转动惯量 Js 对空心圆柱体 = (2.9)ZJ2/)r(m2R =6 4.35 (0.05047. =0.064Kg 2 故:Js=3Jz=0.192 Kg (2.10)2 2.3.2 计算卷筒折算到电机轴上的转动惯量 tJ =4.14 (2.11)2/iJdt25-Kg10m 2.3.3 计算电机转子的转动惯量 dJ =m (2.12)dJ 2422 105.0.689./ mKgr 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页 2.3.4 求转动惯量 J J = =2.56 (2.13)dt24-Kg10m 2.3.5 计算制动力矩 M.36/2n M =J (2.14)mNt 23.015./1054 电机所配电磁制动器的制动力矩为 0.5N 。所以满足要求。 2.4 同步带传动 在机电一体化传动系统中,为了既满足总传动比要求,又使结构紧凑,常采用多 级齿轮副或其它传动机构组成传动链。这些各级传动的传动比的分配原则主要有以下 三种: 1、等效转动惯量最小原则; 2、质量最小原则; 3、输出轴转角误差最小原则。 考虑我广告设备的特点及使用范围,我最后确定选用同步带,这种传动形式来实 现进给传动。 2.4.1 同步带传动特点 同步带是综合了带传动、齿轮传动和链传动特点的一种新型传动。带的工作表面 有带齿,它与制有相应齿形的带轮相啮合,用来传递运动和动力。与一般带动相比较, 同步带传动具有如下特点: 1、动比准确,传动效率高; 2、工作平稳,能吸收振动; 3、不需润滑,耐油、水、耐高温,耐腐蚀,维护保养方便; 4、中心距要求严格,安装精度要求高; 5、制造工艺复杂,成本高。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页 2.4.2 同步带的结构及设计准则 同步齿形带一般由带背、承载绳、带齿组成。在以氯丁橡胶为基体的同步带上, 其齿面还覆盖了一层尼龙包布。 承载绳传递动力、同时保证带的节距不变,因此承载绳应有较高的强度和较小的 伸长率,目前常用的材料有:钢丝、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维(简称芳纶) 。 带齿是直接与钢制带轮啮合并传递扭矩的。因此不仅要求有高的抗剪强度和耐磨 性,而且要求有高的耐油性和耐热性。用于连接、包覆承载绳的带背,在运转过程中 要承受弯曲应力,因此要求带背有良好的韧性和耐弯曲疲劳的能力,以及与承载绳良 好的粘结性能。带背和带齿一般采用相同的材料制成,常用的有聚氨酯橡胶和氯丁橡 胶两种材料。 包布层仅用于以氯丁橡胶为基体的同步带,它可以增加带齿的耐磨性,提高带的 抗拉强度,一般用尼龙或锦纶织成。 在设计同步带传动的时候,还必须考虑其失效,其主要失效形式有三种:同步带 的承载绳疲劳拉断、同步带的打滑和跳齿、同步带齿的磨损。 因此同步带传动设计准则是在同步带不打滑的情况下,具有较高的抗拉强度,即 保证承载绳不被拉断。此外,在灰尘、杂质较多的工作条件下还应对带齿进行耐磨性 计算。 2.4.3 同步带传动设计计算 根据参考文献【1】表 14.1-54 来设计计算 (1).设计功率 P-传递的功率(KW ) KWPAd081. (2.15) -载荷修正系数A (2).选定带型、节距 根据 n1=25r/min,我选择 H 型同步带传动。H 型同步带节距 =12.7mm。bP (3).小带轮齿数 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页 查的小带轮齿数 =14,则我取 =16。 minZZ (4).小带轮节圆直径 =64.71mm,则查表得 =64.68mmm (2.16)1Pdb1d (5).带速 =0.0847m/s。 (2.17)601nv (6).传动比 =1.31。 (2.18)21ni (7).大带轮齿数 =1.3116=20.96。取 =21. (2.19)2Z2Z (8).大带轮节圆直径 =84.89mmd (9).初定中心距 a0 0.7(d1+d2)a02(d1+d2),即 104.699a06 (2.22)ZPentZbm1211 (13).基本额定功率 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页 =0.178KW。 (2.23)vmTPa102 ,m 见表 2.2.a 表 2.2 带宽为 的带的许用工作张力和单位长度质量0sb 带型 s mm aT N M kg/m MXL XXL XL L H XH 6.4 6.4 9.5 25.4 76.2 101.6 27 31 50.17 244.46 2100.85 4048.90 0.007 0.010 0.022 0.095 0.448 1.484 (14).带宽 =38.2mm, (2.24)14.00Pkbzds 故选取代号 150 的 H 型带,公称尺寸 38.1mm,故符合要求。 参见表 2.2.0sb 2.4.4 同步带带轮 图 2.4 小带轮形式 (1)带轮的参数及尺寸规格 1)齿形 与梯形齿同步带相匹配的带轮,其齿形有直线形和渐开线形两种。直线 尺形在啮合过程中,与带齿工作侧面有较大的接触面积,齿侧载荷分布较均匀,从而 提高了带的承载能力和使用寿命。渐开线齿形,其齿槽形状随带轮齿数而变化。齿数 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页 多时,齿廓近似于直线。这种齿形优点是有利于带齿的啮入,其缺点是齿形角变化较 大,在齿数少时,易影响带齿的正常啮合。 2)齿数 z 在传动比一定的情况下,带轮齿数越少,传动结合越紧凑,但齿数过 少,使工作时同时啮合的齿数减少,易造成带齿承载过大而被剪断。此外,还会因带 轮直径减小,使与之啮合的带产生弯曲疲劳破坏。 (2)根据实际需要,我们对小带轮选择使用如图 2.4 所示形式,即对小带轮两 端用挡圈挡住。大带轮采用如图 2.5 所示形式。小带轮各尺寸如表 2.3. (a) (b) 图 2.5 大带轮形式 2.3 H 型同步带轮尺寸表 规格 齿数 节径 d 外径 do 档边直 径 df 档边内 径 db 档边厚 度 h 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页 14H 14 56.60 55.22 64 48 1.5 15H 15 60.64 59.27 68 52 1.5 16H 16 64.68 63.31 75 55 1.5 17H 17 68.72 67.35 75 55 1.5 18H 18 72.77 71.39 80 60 1.5 19H 19 76.81 75.44 82 64 1.5 20H 20 80.85 79.48 86 70 1.5 21H 21 84.89 83.52 90 70 1.5 2.5 轴承 由于滚筒长 8m,故为保证传动的稳定与两端的对正,我选取可调心球轴承。我初 选带凸台圆形座外球面球轴承,根据轴径我选取 UCFC 209,这一款轴承。查得该轴承 的基本额定动载荷 Cr=24.5KN,根据参考文献【2】滚动轴承寿命推荐值得初选轴承预期 寿命 =8000h。该轴承的校核根据参考文献 【3】 中滚动轴承的校核计算所示如下。Lh =1598.41NNFvr51084362.91 =644.11N22r 因水平面内不受力,故 =1598.41N, =644.11N。Fr1r2 (2).轴承当量动载荷 P =1598.411.4=2237.774Nfpr1 =644.111.4=901.754Nr2 根据文献【3】表 13-6 取载荷系数 =1.4。fp (3).验算轴承寿命 因 ,故按 来计算。P211 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页hrLPCnLhh 80175.)(606 综上可知,UCFC 209 符合要求。 2.6 润滑和密封 润滑的作用是减少摩擦、降低温升和防止腐蚀。润滑不良会使轴承温升剧增,加 速轴承的磨损,影响混料机 轴部件的正常工作。润滑剂的选用和润滑方式决定于轴承 的类型、速度和工作负荷,良好的润滑可以降低轴承温度,延长寿命。 滚动轴承可以用润滑脂或润滑油来润滑。速度较低时温升较低,可用脂润滑;速 度较高时用油润滑较好。 由于润滑与密封主要存在于轴承两端,根据实际需要,我选用润滑脂润滑。润滑 脂的粘度大,不易流失,因此不需要经常更换,密封也较简单。但是润滑脂填充量不 宜过多,尤其不能把轴承的空间填满,否则将引起过多的发热,并有可能使油脂溶化 流出,效果就适得其反,通常填充量不宜超过轴承内部空间的 30。 密封分为接触式密封和非接触式密封两类。前者有摩擦和磨损,发热严重,一般 宜用于低速主轴。后者制成迷宫式和间隙式,发热很小,应用广泛。为保证密封作用, 旋转部分与固定部分之间的间隙大小应加以限制。 用脂润滑的轴承,密封主要是防止外界异物进入,可采用间隙式或迷宫式密封装 置。本设计采用间隙式密封,这样更有利于润滑脂作用。 密封的作用主要是防止灰尘、屑末等进入轴承,以减少腐蚀和磨损;也可防止润 滑油外漏,保护环境,避免污染。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 18 页 3 控制部分设计 在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的 起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,工业现场中 的这些自动控制问题,若采用可编程序控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为最有效 的工具之一。PLC 控制系统设计时应该注意 PLC 产品的选购。硬件选购目前市场上的 PLC 产品众多,除国产品牌外,国外有:日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI 、松 下,德国的西门子,韩国的 LG 等。 在方案论证中,我已经选择了采用 PLC 的控制系统。PLC 是一种数字运算操作的 电子系统,被称为可编程控制器,广泛应用于工业控制。它采用可以编制程序的存储 器,用来存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等一系列操作的指令, 而且还能以数字或模拟的方式输入和输出,控制各类的机械或生产过程。特点是:1.可 靠性高,抗干扰能力强;2.配套齐全,功能完善,适用性强;3.编程简单,方法多样, 简单易学;4.维护方便,容易改造;5.体积小,重量轻。 3.1 控制流程图 流程图如附图控制部分流程图所示。 3.2 PLC 的选用 由流程图可知,需要输入的信号有安装调整信号、光定位信号(上升沿有效) 、正 点动信号、反点动信号;输出信号有控制 KM1 信号(控制电动机 1 启动) 、控制 KM2 信号(控制电动机 2 启动) 、控制制动器 1 信号、控制制动器 2 信号、控制报警灯信号。 由此可知需要 4I/5Q,故我选用西门子公司的 S7-200 系列 CPU222 这一款 PLC,它的输 入输出点为 8I/6Q,故满足要求。 3.3 I/O 地址分配表 I/O 分配表如表 3.1 所示。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 19 页 表 3.1 I/O 地址分配表 控制信号 信号名称 元件名称 元件符号 地址编码 安装调整信号 常开按钮 SB1 I0.0 光定位信号 (上升沿有效) 常开光电检测 开关 SN I0.1 正点动信号 常开按钮 SB2 I0.2 输入信号 I 反点动信号 常开按钮 SB3 I0.3 电动机 1 启动 信号 接触继电器 KM1 Q0.0 电动机 2 启动 信号 接触继电器 KM2 Q0.1 控制制动器 1 信号 电磁制动器 YB1 Q0.2 控制制动器 2 信号 电磁制动器 YB2 Q0.3 输出信号 Q 报警信号 报警灯 HL Q0.4 3.4 I/O 接线图 控制部分接线图如图 3.1 所示。 3.5 PLC 安装及注意事项 PLC 模块的安装在系统中可以利用 S7-200 模块上的安装孔把模块固定在控制柜备 板上的 DIN 夹子把模块固定在一个标准的的 DIN 道轨上。这样既可以水平安装,也可 以垂直安装。但安装到控制柜中时,应注意以下两个问题。 (1)为了防止高电子噪声 对模块的干扰,应尽可能将 S7-200 模块与产生高电子噪声的设备(如变频器)分开。 (2)S7-200 模块是采用自然对流方式散热的,所以在安装时应尽可能不于产生高热量 的设备安装在一起。而且在安装 S7-200 模块时,模块的周围应留出一定的空间,以便 于正常散热。模块的上方和下方至少留出 25mm 的空间, 模块前面与底板之间至少留 出 75mm 的空间。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 20 页 电源的选择 本系统中 PLC 的电源使用市电(220V,50Hz ) 。电网的冲击、频率1MI0.234567L+QNACS-PUKYBGDHV 图 3.1 I/O 接线图 的波动将直接影响到系统的精度及可靠性;有时电网的冲击,可能会给系统带来毁灭 性的破坏;电网的瞬间变化也是经常不断发生的,由此产生的干扰也会传播到 PLC 系 统中。为了提高系统的可靠性及抗干扰性能,在对 PLC 的供电系统中采用了隔离变压 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 21 页 器,由于在工作现场干扰不是很严重,所以可以由隔离变压器输出端直接向 PLC 供电。 这样可以隔离掉供电电源中的各种干扰信号,从而提高了系统的抗干扰性能。可编程 控制器内部有一个开关式稳压电源。此电源一方面可为 CPU 板、FO 板及扩展单元提 供工作电源(5 VDC),另一方面可为外部输入元件提供 24VDC。 3.6 电气原理图 电气原理图如附图控制部分电气原理图所示。 3.7 PLC 程序 PLC 程序见附录。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 22 页 设计总结 随着毕业日子的到来,毕业设计也接近了尾声。经过几个月的奋战我们的毕业设 计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯 总结,但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面 所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白 了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西 都会,什么东西都懂,有点眼高手低。通过这次毕业设计,我们才明白学习是一个长 期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合 素质。 在毕业设计中,给我最大的感触是对交流的认识。我发现在与同学相互交流的过 程中,我总能学到新的东西,并且解决问题的效率也是最高的。在这次毕业设计中也 使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量, 听听不同的看法,这样使我们对知识有了更新的认识,所以在这里非常感谢帮助我的 同学。 不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入 手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外,还得出一个结论:知识必须通过应 用才能实现其价值!有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以 我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 总之,通过这次设计,我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了 信心,相信会对以后的学习工作产生有益的影响。但是,因为水平有限,这次设计中 难免会有错误,还望老师批评指正。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 23 页 致谢 在此首先要感谢学校在毕业前,为我提供这样的一个机会,来巩固所学的专业知 识,提升自身能力。同时更要感谢薛东彬老师对我悉心的指导,感谢老师给我的帮助。 设计刚开始的时候,我显得不知所措,不知道该做什么,因为我对广告设备这方 面的了解太少了。但是通过与老师的多次交流,在薛老师的耐心讲解下,我对这个课 题有了一个全面的认识,从设计方案的制定到数据的计算,无不得到了老师无微不至 的帮助。因为我的基础知识比较薄弱,老师在我的设计上花了很大力气。期间我也碰 到了很多棘手的问题,但是通过每星期两次的当面指导和电话、电子邮件的联系,这 些问题都一一克服了。在画图的时候,我遇到了前所未有的挑战,总是出各种各样的 错误,老师总是不厌其烦的给我指出错误,并告诉我修改方案,最后,当我看着打印 出来的图纸时,心中真的很激动,真的感谢薛老师的教导,谢谢您!同时也要感谢我 的同学们,他们也给予了莫大的帮助,在一起的讨论使我深深感受到了团队的力量。 在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请 教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设 计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心, 相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我 充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。 通过这次课程设计,使我更加深刻的了解了一台设备从选题设计,到各个零件的 生产制造,以及整机的装配,调试和在实际生产运用各个环节的关系,它们是相辅相 成,紧密配合的,缺一不可,有时甚至某一零件某一道工序的加工质量会影响到最后 整台设备的性能。所以,我们必须要有脚踏实地的耐心,永不放弃的毅力,不怕失败 的恒心,认认真真把好每一道关口,最后才能出产好的商品。 最后再次感谢老师和同
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