【正文】 ...........................................49第 1 章 引言 1 第 1章 引言 SMC氣缸性賴性試驗是日本 SMC株式會社與電子科技大學(xué)所進行的國際合作項目，電子科技大學(xué)發(fā)揮集研究與教學(xué)的優(yōu)勢，對 SMC 的產(chǎn)品進行綜合測試。 測試 CJ2L1050 氣缸的壽命與失效形式。氣缸從新的狀態(tài)開始，一直到完全無法正常使用為止。測試完成后，把所有的 10件氣缸寄回 SMC 株式會社。目前試驗已終止。研究方法是：通過螺桿式空壓機輸出 的空氣到 1 立方米的儲氣罐中，經(jīng)過冷干機與精密過濾器后送到調(diào)壓閥處，調(diào)到工作與測試的 的氣壓，為氣缸的運動提供充分的氣源。 研究結(jié)果是，把氣缸的工作次數(shù)進行積累，每 25 萬次左右進行一次數(shù)據(jù)測量。其中壽命最短的氣缸運行了 86萬次。試驗中發(fā)現(xiàn)相當(dāng)多的失效是氣缸尾部的鋁端蓋的疲勞斷裂所引起的。解決了 8只氣缸同時運行時的劇烈震動與噪音問題。 采用螺桿式壓縮機的 原因 噴油螺桿式空壓機已經(jīng)成為當(dāng)今世界空氣壓縮機發(fā)展的主流 ,具有極其優(yōu)越而且可靠的性能 ,其振動小 ,噪聲低 ,效率高 ,易損 件少 ,具有活塞式壓縮機 (同等排氣壓力下 )無可比擬的性能優(yōu)點 .陰陽轉(zhuǎn)子間以及轉(zhuǎn)子與主機外殼間精密的配合減少了回流泄露 ,提高了效率 。 2） 注入的潤滑油可在轉(zhuǎn)子之間形成油膜，主轉(zhuǎn)子可直接帶動副轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，而無需借助高精密度的同步齒輪。 4） 潤滑油吸收大量的壓縮熱，因此，即使壓縮比達 16，機頭仍然可以控制在一般潤滑油的結(jié)碳及劣化溫度以 下，轉(zhuǎn)子與機外之間也不會因膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生摩擦。 6） 微量的油份進入壓縮空氣中，對氣動工具具有一定的潤滑作用 。 圖 11 一般氣源裝置的組成和布置 通常由空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣 ,其吸氣口裝有空氣過濾器 ,以減少進入空氣壓縮機中氣體的灰塵雜志量 。 油水分離器用以使降溫凝結(jié)出來的油滴 ,水滴和雜質(zhì)等從壓縮空氣中分離出來 ,并從排污口排出 。 干燥器用以進一步吸收和排除壓縮空氣中的油分和水分 ,使之變?yōu)楦稍锟諝?。 研究的價值意義 在課題研究的過程中需要了解空氣壓縮機的構(gòu)造 ,需要掌握電氣元件的工作原理 ,通過 PLC 使機械回路和電氣 回路聯(lián)系起來 。 能夠進一步的了解 PLC 的編程方法 。 對電氣控制自動化的方法有初步的認(rèn)識和理解 。原始空氣中的灰塵 ,水分 ,油分將對氣壓系統(tǒng)的工作產(chǎn)生一些不利的影響 。 水分有促使元件腐蝕和生銹的作用 ,這樣將影響氣壓系統(tǒng)和氣壓元件的正 常工作和壽命 。 (3) 壓縮空氣中含有灰塵等雜質(zhì) ,對氣壓系統(tǒng)中往復(fù)運動或轉(zhuǎn)動的部件 (如氣缸 ,氣馬達 ,氣控閥等 )會產(chǎn)生磨損作用 ,使氣壓元件產(chǎn)生漏氣 ,效率降低 ,影響氣壓元件工作壽命 。 核心問題 ,重點和難點 核心問題 本課題主要是通過對機械回路的學(xué)習(xí)和理解掌握空氣壓縮機的大概工作原理和過程 。 重點 課題的重點在于了解了空氣壓縮機的工作過程之后如何使用 PLC 對其進行電氣控制 .如何進行簡單的 PLC 編程 . 難點 課題的難點在于 PLC編程部分 ,壓縮機工作從啟動到自動運行最后到 停機每一步的條件和順序以及之間時間上的分配 .對于沒有進行過程序編譯的我來說想的周到是有一定的難度的 。 空氣壓縮機的分類 空氣壓縮機的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機 ,往復(fù)式壓縮機 ,離心式壓縮機 ,容積式壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分 子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；離心式壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。 現(xiàn)在常用的空氣壓縮機有活塞式空氣壓縮機 ,螺桿式空氣壓縮機 ,(螺桿空氣壓縮機又分為雙螺桿空氣壓縮機和單螺桿空氣壓縮機 ),離心式壓縮機以及滑片式空氣壓縮機 ,渦旋式空氣壓縮機 。當(dāng)缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)壓力 p 后，排氣閥打開?；钊耐鶑?fù)運動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構(gòu)形成的。 當(dāng)活塞向上運動時 ,氣缸的容積逐漸減小 ,空氣受到壓縮 ,壓力逐漸升高而使進氣閥關(guān)閉 ,壓縮空氣就會打開排氣閥 3 經(jīng)排氣管 4 輸入儲氣罐中 ,此過程為排氣過程 [1]。在下一次吸氣時，剩余容積內(nèi)的壓縮空氣會膨脹，從而減少了吸人的空氣量，降低了效率，增加了壓縮功。 可采取措施 : 采取分級壓縮 ,分級壓縮可降低排氣溫度，節(jié)省壓縮功，提高容第 2章 空氣壓縮機的比較和空氣壓縮機的選擇 7 積效率，增加壓縮氣體排氣量 。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修工作量大、維護費用相對較高。 運行時振動和噪聲較大，設(shè)備安裝基礎(chǔ)要求高。因依靠容積變化的原理工作，因而不論其流量大小，都能達到很高的工作壓力。 設(shè)備價格低、初投資少、操作方便、使用壽命長。 適應(yīng)性強，排氣量范圍廣，且受排氣壓力變化的影響較小，當(dāng)介質(zhì)重度改 變 時，其容積排量和排氣壓力的變化也較小。 雙螺桿空氣壓縮機具有優(yōu)良的可靠性能，機組重量輕 、震動小、噪聲低、操作方便、易損件少、運行效率高是其最大的優(yōu)點 。當(dāng)空氣充滿整個齒溝時，轉(zhuǎn)子之進氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離了機殼之進電子科技大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 氣口，在齒溝間的空氣即被封閉。兩轉(zhuǎn)子 繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排 氣端移動。而壓縮同時潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內(nèi)與室氣混合。 優(yōu)點： 1. 憑借自身所產(chǎn)生的壓力差，不斷向壓縮室及軸承注入潤滑油，簡化了復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)。 3. 噴入的潤滑油可以增加氣密性。 5. 潤滑油減低因高頻壓縮所產(chǎn)生的噪聲。 弊端 ： 第 2章 空氣壓縮機的比較和空氣壓縮機的選擇 9 由于其具有較強的平衡性，能高速運轉(zhuǎn)，因此功耗相對稍高。 空氣壓縮機的選擇 選擇空氣壓縮機 主要依據(jù)氣壓系統(tǒng)的工作壓力和流量以及電機功率三個參數(shù) 。 若氣壓系統(tǒng)中某些氣壓裝置的工作壓力要求較低 ,則可采用減壓閥進行減壓的方式供氣 。 氣源壓力應(yīng)高于設(shè)備中最高工作壓力的 20%左右 ,并以此來選擇空壓機 。 按排氣壓力來分類 : 鼓風(fēng)機 p≤ MPa 低壓空壓機 MPa p≤ 1 MPa 中壓空壓機 1 MPa p≤ 10MPa 高壓空壓機 10 MPa p≤ 100MPa (2)空壓機供氣量的選擇 可按經(jīng)驗公式計算 （ ） 式中： 空壓機供氣量 氣壓設(shè)備利用系數(shù) 漏損系數(shù) 備用系數(shù) 單臺設(shè)備的平均自由空氣耗量 [2] 的值和氣壓裝置總數(shù)有關(guān)，漏損系數(shù)是考慮到各管道，接頭和遠(yuǎn)見等處的泄漏會使供氣量增加 15%50%。備用系數(shù)是考慮各工作時間用電子科技大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 氣量不等以及考慮今后增加氣壓裝置還能滿足供氣的需要，通常取 。壓縮空氣流量與自由空氣流量之間的換算關(guān)系為： = （ ） 自由空氣流量 壓縮空氣流量 壓縮空氣的絕對壓力 自由空氣的絕對壓力 自由空氣熱力學(xué)溫度 壓縮空氣熱力學(xué)溫度 排氣量 是指在所要求的排氣壓力下，空壓機單位時間內(nèi)排出的氣體容積，折算到進氣狀態(tài)的量。 (3)電機功率 : 一般來說，空壓機的功率是指所匹配的驅(qū)動電機或柴油機的銘牌功率； 功率的單位 為： KW（千瓦）或 HP（匹 /馬力）， 1KW ≈ (4)本實驗中電機參數(shù)的選擇 排氣壓力 :實驗中用到的最大壓力為 ,所以選擇排氣壓力為 1MPa 的空壓機 電機功率 :選用 22KW 的電機 綜合上述指標(biāo)最后選用華冠牌 HLM22 型螺桿式空氣壓縮機 第 2章 空氣壓縮機的比較和空氣壓縮機的選擇 11 排氣量 : /min 排氣壓力 : 電機功率 :22KW/30HP 排氣接口 :G1 重量 :650kg 外形尺寸 :1200ⅹ 880ⅹ 1550 本款空氣壓縮機的大概介紹 : HL 型噴油螺桿空氣壓縮機 ,使一種雙軸容積 式回轉(zhuǎn)型壓縮機 .進氣口開于機殼上方端 ,排氣口開于下部 ,兩只高精密度主副轉(zhuǎn)子 ,水平而且平行裝于機殼內(nèi)部 。主轉(zhuǎn)子直徑較大 ,副轉(zhuǎn)子直徑較小 。 主 ,副轉(zhuǎn)子均由軸承支撐 。 電動機經(jīng)傳動機構(gòu)帶動主轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 。 噴 入的潤滑油亦可減少高速壓縮所產(chǎn)生的噪聲 。 空壓機的 安裝 空氣壓縮機 場所 的選擇 適宜的安裝場所是正確使用空壓機系統(tǒng)的先決條件 。 1. 安裝場所要求采光良好 ,具有足夠的照明 ,以利操作及維修 。 3. 如果工廠環(huán)境較差 ,灰塵多 ,應(yīng)加裝一通風(fēng)導(dǎo)管 ,將進氣端引向空氣比較潔凈的地方 .導(dǎo)管的安裝必須便于拆裝 ,以利維修 ,安裝尺寸參考空壓機外部尺寸 。空壓機離頂端空間距離 2米以上 。 6. 如環(huán)境溫度過高 (大于 40 度 )建議采取降溫措施 (如避免陽光直射 ,打開門窗等 )以避免不必要的高溫停機 。 配管基礎(chǔ)及冷卻注意事項 (1)配管時 ,不得使后冷卻器承受附加力 .嚴(yán)禁焊接火花掉進空壓即 ,避免損壞空壓機內(nèi)部件 。 (3)管路的口徑應(yīng)大于或等于壓縮機排氣口的管徑 .管路中盡量減少使用彎管及各類閥門 ,以減少壓力損失 。 (5)支線管路必須從主管路的頂端引出 ,避免主管路中的冷凝水沿管路流至機器中 。 (7)如空壓機后有儲氣罐 ,干燥機等凈化緩沖設(shè) 施 ,理想的配管應(yīng)是空壓機 +儲氣罐+干燥機 .儲氣罐可降低派出氣體的溫度 ,去除大部分的水分 ,較低溫度且含水較少的空氣再進入干燥機 ,可減輕干燥機的負(fù)荷 。 (9)理想的配管是主管線環(huán)繞整個工作空間 ,且在環(huán)狀主干線上配置適當(dāng)閥門 。另外維修時 ,閥門可用于切斷管路 。 (2)空壓機如裝在樓上 ,須做好防振處理 (如墊一層 10mm 厚的橡膠 ),以防振動的傳遞和共振的產(chǎn)生 。 ,尤其要避免與其他不同電力消耗并聯(lián)使用 。 ,須確認(rèn)電源電壓與電機的額定電壓相吻合 。 電機運行期間電源電壓與額定值的偏差不大于正負(fù) 5%。電機三相電流中任何一相于三項平均值的偏差不大于三項平均值正負(fù)10%。 油路流程 :油氣桶內(nèi)之壓力 ,將油氣桶內(nèi)的潤滑油壓出 ,經(jīng)溫控閥 ,油冷卻器 ,冷卻后再經(jīng)油過濾器除去雜質(zhì)顆粒 。另一路通到機體兩端 ,潤滑軸承組 .而后各部分的潤滑油再聚集于壓縮室底部 ,由排氣口排出 .與油混合的壓縮空氣排入油氣桶后 ,絕大部分的油沉淀于油氣桶底部 ,其余的含油霧空氣再經(jīng)過油細(xì)分離器 ,進一步濾下剩余的油 ,并第 3章 機械系統(tǒng)構(gòu)造及各部件功能 15 參與下一個循環(huán) 。 噴油量在出廠前已經(jīng)設(shè)定好了 。 其主要功能是濾除空氣中的塵埃 ,避免螺桿轉(zhuǎn)子過早磨損 ,油過濾器和油細(xì)分離器過早阻塞 。 卸荷閥由進氣口 ,進氣節(jié)流小孔 ,出氣口和閥門等組成 。 使空壓機在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)無級氣量調(diào)節(jié) ,減少電能消耗 。 b. 油氣桶內(nèi)空氣壓力超過 之后才開啟 ,可降低流過油細(xì)分離器的空氣流速 ,確保油氣分離效果 ,并可保護油細(xì)分離器免因壓力差太大而受損 。 由最小壓力閥流出的壓縮空氣 ,通至后冷卻器 。 冷卻風(fēng)扇將冷空氣抽入 ,吹過后冷卻器翅片 .冷卻后的壓縮空氣溫度一般在環(huán)境溫度 +15 度以下 。 它采用 PT100 鉑電阻為敏感元件 ,線性好 ,精度高 。 當(dāng)測得的排氣溫度達到 PLC 控制器所設(shè)定的溫度值時 ,則空壓機自動停機 。 7加載電磁閥 為兩位兩通 常閉電磁閥 。 實現(xiàn)加載 ,卸載功能 。 剛開機時 ,潤滑油溫度低 ,溫控閥關(guān)閉 ,冷油不經(jīng)過油冷卻器而直接噴入機體內(nèi) 。 油冷卻器與后冷卻器做成一體 .安裝時確保油冷卻器距離障礙物 2 米以上 ,使第 3章 機械系統(tǒng)構(gòu)造及各部件功能 17 冷卻氣流暢通無阻 。 因此每隔一段時間即應(yīng)對其進行清洗以確保其冷卻效果 。 若油過濾器阻塞 ,則可能導(dǎo)致噴油量不足影響主機軸承使用壽命 ,機頭排氣溫度升高 (甚至停機 )。 油細(xì)分離器濾下的殘油 ,集中于濾芯中央的小圓凹槽內(nèi) ,經(jīng)回油管引至主機 ,避免已被分離的潤滑油再隨壓縮空氣排出 。 選型 : 溫控閥 德國 HoerBiger 油冷卻器 德國曼牌 Mann+Hummmul 油過濾器 德國曼牌 Mann+Hummmul 油系分離器 德國曼牌 Mann+Hummmul 回油單向閥 德國 HoerBiger 油 殼牌 46 號 螺桿 專用油 電子科技大學(xué)本科學(xué)士論文 18 第 4章