【正文】 定。本課題采用的氣缸用固定式安裝方式:前法蘭(MF1式)、后法蘭’(MF2式)。(2)氣缸的輸出力:根據(jù)工作機構所需力的大小，考慮氣缸載荷率確定活塞桿上的推力和拉力，從而確定氣缸內徑。對于普通雙作用氣缸無桿腔為工作腔時理論拉力F0為: 式中，D——缸徑(m)。 P——氣缸的工作壓力(Pa)。普通雙作用氣缸有桿腔為工作腔時理論拉力F0為: 式中，d一一活塞桿缸徑(m)。在考慮到活塞桿和活塞本身的摩擦力影響的情況下，實際輸出力要以氣缸效率來修正，若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高，其載荷率一般取η=~，速度高時取小值，速度低時取大值。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運動，其載荷可取η=~。(3)氣缸行程:氣缸(活塞)行程與其使用場合及工作機構的行程比有關。多數(shù)情況下應使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于加緊等機構，為保證加緊效果，必須按計算行程多加10~20mm的行程余量。(4)氣缸的運動速度:主要有所驅動的工作機構的需要來確定。要求速度緩慢、平穩(wěn)時，宜采用氣液阻尼缸或采用節(jié)流調速。根據(jù)以上設計要點及各自工作的工況，: PLC控制系統(tǒng)的設計 控制需求設備要實現(xiàn)既定的功能，就需要與之相匹配的控制系統(tǒng)。基于汽車軸承零件清洗工藝設計的清洗機PLC控制系統(tǒng)屬單機控制系統(tǒng)，PLC的主要作用是用軟件和內部邏輯取代了繼電器控制系統(tǒng)中的定時器、記數(shù)器和其他單個設備。軸承零件在清洗時需要經過超聲波粗洗、超聲波精洗、粗漂洗、精漂洗、蒸氣清洗和真空干燥等多個工序，每個工序都有各自的動作，而且在各工序之間有相互聯(lián)系，于是就涉及到各個工位動作的控制，另外，由于碳氫溶劑的特點，需要對各清洗槽的溫度，儲液箱的液位、溫度，真空室的真空度、溫度等進行監(jiān)視和控制。同時，清洗液循環(huán)泵及超聲波的工作狀態(tài)、自動消防系統(tǒng)的啟動等多個方面都需要控制系統(tǒng)的參與。具體來說控制系統(tǒng)需要實現(xiàn):(l)氣動系統(tǒng)的動作控制:由于使用碳氫溶劑有防火防爆的要求，所以清洗機的內部動作的實現(xiàn)，是由氣動系統(tǒng)來完成的。氣動系統(tǒng)主要用以實現(xiàn)零件清洗的節(jié)拍控制，工位動作的實現(xiàn)及工位間的轉換，這些目的是通過對各個氣缸、等待時間以及位移距離的控制來實現(xiàn)的，對氣動系統(tǒng)的控制是控制系統(tǒng)的主要任務之一。(2)真空度控制:真空干燥室、蒸餾發(fā)生器以及排液箱的內部真空度是保證蒸氣產生、蒸氣清洗、真空干燥和順利排液的關鍵指標，在清洗機運行時需要利用真空傳感器對其進行實時監(jiān)控，并將實時結果傳輸給PLC進行判斷，以指示清洗機下一步運行。(3)液位控制:各儲液箱對碳氫清洗液的液位有要求，需用液位計來實時檢測，一旦液位低于或者高于設定值，控制系統(tǒng)要立即發(fā)出指令，進行相應的補液或者排液操作，必要時停掉相關器件。(4)溫度控制:碳氫溶劑在加熱蒸餾時需要對導熱油溫度和蒸氣溫度進行監(jiān)控。另外，各儲液箱由于碳氫蒸氣冷凝后溫度較高，在冷卻系統(tǒng)冷卻的同時需要控制系統(tǒng)的監(jiān)控來將清洗液控制在適宜溫度，一般在35℃以下。在超聲波空化作用下，清洗液的溫度會有所升高，所以也需要對其進行控制。(5)故障自動監(jiān)測:當清洗過程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，如超聲波、泵、加熱器等出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)要立即通過燈塔、報警器作出報警提示，并視危險程度來采取相應措施，較輕微的故障僅對操作者提示，指導其排除故障即可。對于較嚴重的故障要停止對故障環(huán)節(jié)的輸出。對于非常嚴重的故障來說，需要作出復位機器或者停機等處理。(6)手動調試控制:為了方便調試和故障檢測，需要對機器增加手動調試部分。因此，控制系統(tǒng)要實現(xiàn)對上料傳送帶、氣動系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)等部分的手動調試。 控制器的選擇本機選擇可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的核心。PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。歸納起來，PLC主要特點有:可靠性高，抗干擾能力強。適應性強，應用靈活。編程方便，易于使用。功能強，擴展能力強。PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便。維修方便，維修工作量少。PLC體積小，易于實現(xiàn)機電一體化，適合非標設備的開發(fā)。 傳感器的選擇設備的自動控制離不開先進的傳感技術，傳感器作為自動控制的重要部分，有著不可或缺的作用。傳感器的需求主要集中在兩個方面:設備運行控制的需求和設備安全控制的需求，出于控制的需要，有些傳感器需要同時滿足這兩個需求。(l)設備運行控制所需傳感器設備運行過程中，氣缸、傳送帶動作的控制離不開傳感器的作用。在動作控制方面，主要用到的傳感器為磁傳感器、光纖傳感器。磁傳感器主要用于氣缸方面，也叫磁性開關，主要用來檢測氣缸是否到位，PLC根據(jù)磁傳感器的信號來決定電磁換向閥的通斷，從而控制氣缸的動作。光纖傳感器通過確定清洗筐是否到位，控制入料、出料傳送裝置的運停，此外，光纖傳感器的信號與氣缸是否動作有直接關系，只有在光纖傳感器確認入料到位或者出料到位后，氣缸才可以動作，否則會出現(xiàn)空抓或者壓筐等現(xiàn)象。(2)設備安全需求所需傳感器設備安全需求所需傳感器主要包括溫度傳感器、液位傳感器、壓差傳感器、真空傳感器、消防傳感器等。本設備溫度的控制主要包括超聲清洗槽液溫、漂洗槽液溫、干燥槽上蓋和槽內溫度、汽液分離器溫度、蒸餾機油溫和液溫等:使用的是模擬量傳感器，利用PLC的模擬量模塊來處理數(shù)據(jù)，可以得到精度較高的實時溫度值，可以依據(jù)其溫度值判斷冷水機、蒸餾機是否在正常工作，碳氫溶劑的液溫是否在安全范圍內等。液位傳感器的作用主要是監(jiān)控溢流箱、儲液槽、汽液分離器、真空脫氣槽、干燥槽緩液箱等的液位情況，使清洗液在清洗過程中不會溢出，也不會在缺液的情況下設備繼續(xù)運轉。同時，有的液位傳感器還要滿足控制的需求，兼有安全和控制兩個需求。壓差傳感器主要用于檢測各濾芯兩側的壓差，從而判斷濾芯的堵塞情況，一旦壓差超過設定值，設備會進行報警，并且觸摸屏故障檢測畫面會顯示故障濾芯所在的位置，此時要停機清理或者更換相應的濾芯。真空傳感器的作用主要是檢測真空干燥槽內部的真空度，以便對真空泵和羅茨泵進行控制，并且可以通過真空傳感器的監(jiān)控，判斷真空干燥槽工作是否正常，是否出現(xiàn)漏氣等。消防傳感器的主要作用是設備發(fā)生火災時，發(fā)出信號給消防控制盤，消防控制盤控制消防啟動瓶，啟動CO2消防罐進行自動滅火。需要特別說明的是，發(fā)生火災屬于極端情況，為做好預防工作，本設備特別安裝了氣體濃度傳感器，對設備內部的氣體濃度進行實時監(jiān)測，一旦氣體濃度超過安全值，設備會報警停機，這時可以由工作人員檢查氣體濃度過高的原因，避免火災的發(fā)生。 I/O分析考慮I/O點數(shù)的范圍，成本的要求，本文選擇三菱FX2N整體式PLC。整體機的特點是結構緊湊、使用方便，缺點是輸入輸出口配置數(shù)量固定。為了克服整體機的缺點，使其應用更加靈活，整體機配接各種擴展模塊或稱擴展單元。從控制功能及所控制的部件分析，根據(jù)所需I/，由于本清洗機需要點數(shù)較多，因此選用了1個基本模塊和1個數(shù)字量擴展模塊。 PLC程序設計汽車軸承零件清洗機的控制程序分為兩大部分，即自動運行程序和手動調試程序，現(xiàn)分別紹如下。手動控制部分主要是用來調試各部件，手動調試狀態(tài)下，各個動作相對獨立，可以通過觸摸屏面板()對每個動作單獨控制。但是，因為有些動作之間要按一定順序來執(zhí)行，所以各個動作并不是絕對獨立，例如，真空槽上蓋在沒有解除密封前是無法打開的。在自動工作狀態(tài)下，清洗機復位按鈕X005用來進行初始位確認，準備按鈕X000機器進入準備階段，燈塔黃燈閃爍，干燥室上蓋加熱器、真空泵II和蒸餾機開始工作，當蒸餾發(fā)生器內碳氫清洗液溫度達到設定值后，準備工作完成，燈塔黃燈熄滅，綠燈閃爍，此時啟動按鈕X003使超聲波、各槽清洗液循環(huán)泵、真空泵I啟動，將清洗筐置于入料區(qū)，則入料傳送帶開始工作，進入自動清洗階段。清洗的軸承零件會依次通過超聲波粗洗、超聲波精洗、粗漂洗、精漂洗、蒸氣漂洗和真空干燥工序，完成清洗過程。由于程序較大，本文只列舉兩個清洗機關鍵動作程序。，主要通過判斷干燥室I或II密封蓋是否關閉來進行選擇。當真空干燥室I密封蓋打開時，零件首先進入干燥室I進行工作，當真空干燥室I密封蓋已關閉時，對干燥室II密封蓋判斷，從而確定零件干燥的位置。其中，M為輔助繼電器，它不直接驅動外部負載，一般的輔助繼電器與繼電器控制中的中間繼電器相類似。(本段程序為真空干燥室II)。其中，自動運行時清洗時間、蒸氣加熱時間、干燥時間、真空干燥室通氣時間、真空干燥室排液時間和清洗時清洗件的上升停頓時間均通過觸摸屏面板在清洗機調試和運行階段根據(jù)清洗量的不同和清洗效果的比較進行設置。，由于兩個干燥室干燥工作流程相似，在此以真空干燥室II進行干燥為例。 汽車軸承清洗機運行調試結果由于清洗機清洗過程中清洗件數(shù)量和種類會有不同，因而進行碳氫蒸氣加熱時所需要的蒸氣量不同，對于蒸氣需求量不明確的問題在清洗機設計時是通過加熱零件所達到的溫度和蒸氣加熱時間雙重條件對蒸氣進行控制來解決的，其目的是:(l)保證真空干燥室溫度達到設定值，使得真空干燥工藝得以順利進行。由于溫度傳感器只能準確反應干燥室中特定區(qū)域的溫度，為了保證室內溫度全部達到設定值，應對加熱時間進行設定，同時便于汽車軸承零件清洗節(jié)拍的確定。因此在清洗機運行時需要在控制系統(tǒng)中通過調整蒸氣加熱溫度、加熱時間和干燥時間等多項運行參數(shù)來滿足清洗和干燥的要求。 清洗參數(shù)的確定 以計算所得的參數(shù)為參照和依據(jù)，根據(jù)實際清洗效果，對設備進行不斷調試，最終確定了設備的運行參數(shù)如下。每清洗筐可清洗軸承零件重量最大為80kg，依此運行參數(shù)計算，若采用流水線清洗，平均每清洗一筐所需要的時間大約在5分鐘左右。前文已經多次論述，碳氫溶劑閃點較低，溫度控制是設備安全運行的關鍵。本設備設定超聲波清洗槽、漂洗槽等液槽清洗液溫度報警值為35℃。干燥槽上蓋與干燥槽溫度控制在1005 ℃。 設備運行效果(l)清洗效果清洗效果的指標主要為兩個方面:潔凈度和干燥效果。前文已經論述過，本設備的設計目的和作用是除去軸承零件表面的所有油污，并且最終實現(xiàn)完全干燥，滿足后續(xù)的工序的要求。一是采用擦拭法，就是用白紙、濾紙、白綢布來擦拭工件表面，用肉眼觀察潔凈度情況。根據(jù)客戶方要求，軸承零件清洗完畢后，表面不能有任何油污存在，但允許有少量的不溶性微小顆粒附著，經過人工擦拭，可以輕松去除。，為軸承外圈清洗前后的實物對比，清洗前，軸承外圈的表面尤其是內表面油污明顯，清洗后，只有一些不溶性固體顆粒附著，客戶方驗收人員用濾紙擦拭，可以清洗將其去除，得到光亮潔凈的表面。二是采用染色法，就是將非油溶性染料涂到軸承表面，尤其是溝槽等容易有污物積留的地方，如果表面有油污存在，則染料不能涂到軸承表面上?？蛻舴津炇杖藛T在染色過程中，沒有發(fā)現(xiàn)有油污斑點存留。軸承零件的干燥效果也可以通過上述兩種方法檢測，軸承零件在經過真空干燥后，達到了完全干燥，得到了客戶方驗收人員的肯定。在設備調試過程中，我方人員采用觀察法觀察干燥的效果，為軸承零件在干燥開始前和結束后，通過干燥槽觀察窗拍下的實物圖片，很明顯的看到，在干燥前軸承零件和清洗筐上有很多的清洗液殘留，而清洗后，己經觀察不到任何的清洗液殘留。(2)蒸餾效果蒸餾機運行成功與否的重要指標是蒸餾液的潔凈度。設備調試運行期間，在蒸餾機內加入需要回收的臟液，單獨運行蒸餾機，得到了滿意的蒸餾效果。，由于純凈的碳氫液沒有顏色，如水一樣，所以對比非常明顯。(3)控制效果前文多次論述，碳氫溶劑閃點較低，所以設備在調試運行中，還要特別注意冷水系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等的運行情況，為清洗機在調試運行過程中，各液槽及冷水的溫度監(jiān)控情況。從上表可以看出，各溫度監(jiān)控值均在安全范圍之內，在設備調試運行中，真空度顯示值、蒸餾液溫升值均與理論值相符合。可燃氣體濃度顯示一直為零，設備運行安全可靠。 本章小結本章首先根據(jù)汽車軸承零件清洗機的特點選擇氣壓傳動作作為其執(zhí)行部件的動力源，對氣動系統(tǒng)進行了設計。其次，分析清洗機的控制需求，并依此選擇了以三菱 FX2NPLC為中心的現(xiàn)場控制方案，制訂了控制流程圖并編寫了PLC自動和手動部分的程序，實現(xiàn)了清洗機的控制要求。根據(jù)汽車軸承制造商的要求對設備進行調試，確定了清洗參數(shù)，每清洗筐可清洗軸承零件可達到80Kg，采用流水線清洗每清洗一筐大約需要5分鐘，大批量清洗縮短時間達到80%以上，并且清洗效果和干燥效果均達到客戶方需求。 結論隨著市場競爭壓力的不斷增加，產品質量日益被生產商和使用者所重視。而汽車軸承零件的清潔度對其成品質量能夠產生很大的影響，因而汽車軸承零件的清洗越來越受到生產商的重視。為了研究和推廣軸承零件清洗干燥工藝，本文對碳氫溶劑的特性進行較為深入的探討，通過試驗分析了外部因素作用對碳氫清洗效果的影響，并依照對超聲波清洗原理和真空干燥的研究分析結果制定了汽車軸承零件清洗工藝，并設計制成了軸承零件清洗機。研究工作證明了將碳氫溶劑與真空技術相結合，可以在當前國內碳氫超聲波清洗工藝的基礎上進行更進一步的發(fā)揮清洗優(yōu)勢，保證了工藝的安全、環(huán)保、高效和低運行成本。因此，論文工作對提高汽車軸承零件清洗的效率，保證安全、環(huán)保要求等方面具有一定的實際意義。本文主要得出如下研究結果:(l)對碳氫溶劑的特性作了詳盡的分析，通過清洗對比試驗分析了溫度、外加物理力作用以及清洗時間對碳氫清洗效果有著積極的影響，若將碳氫溶劑溫度提高到90℃以上，其清洗力將比目前清洗力增加2倍以上。(2)對超聲波清洗原理進行分析，根據(jù)所清洗的軸承零件的特點確定降低清洗液內部含氣量的方法，提高了超聲波清洗效率。針對碳氫溶劑不易干燥且安全性較差的缺點研究分析了使用蒸氣清洗和真空干燥的可行性。(3)根據(jù)上述研究分析結果，制定了汽車軸承零件清洗工藝，試制了清洗機。設計過程依據(jù)研究所得到的清洗工藝，詳盡考慮了溫度、外加物