浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目： 一種新型鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其 PLC 控制 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 200220070321 系（部）： 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專業(yè)班級(jí)： 機(jī) 自 203 班 指導(dǎo)教師 (姓名及專業(yè)技術(shù)職務(wù) )： 錢 （講師） 評(píng)閱者 (姓名及專業(yè)技術(shù)職務(wù) )： 2006 年 6 月 杭州 1 中 文 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交流拖動(dòng)正在廣泛使用 ;計(jì)算機(jī)的應(yīng)用正在快速推廣，在全世界迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)到來(lái)的時(shí)候， “創(chuàng)新”和“發(fā)展”已逐漸成為世界各國(guó)所關(guān)注的最重要的內(nèi)容。社會(huì)的進(jìn)步、國(guó)家的發(fā)展依靠創(chuàng)新，提升機(jī)的發(fā)展同樣離不開(kāi)創(chuàng)新。因此我們提出了一種新型提升機(jī)設(shè)計(jì)方法 。 論文介紹了一種新型提升機(jī)的設(shè)計(jì)方法，該種提升機(jī)的傳動(dòng)裝置由鏈傳動(dòng)代替了 傳統(tǒng)的帶傳動(dòng)或鋼絲繩傳動(dòng)，克服了無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，保證了準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，提高了傳動(dòng)效率；動(dòng)力裝置由變頻電機(jī)代替了恒速直流電機(jī)，使裝置具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能及良好的控制特性；用 PLC 進(jìn)行控制，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。為了便于理解，在本論文中還介紹了鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)、變頻器的調(diào)速原理以及 PLC 的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞： 電路控制；提升機(jī)；控制系統(tǒng)； PLC；機(jī)電一體化； 2 外 文 摘 要 Title： Introduction to the chain type lifting machine Abstract： This thesis has introduced a new kind of lifting machine design methods, the transmission device of this kind of lifting machine has been replaced traditional taking the transmission or steel wire rope transmission by the transmission of the chain, it overcome it without elasticity slip and phenomenon of skidding,it last accurate transmissions average than, have improved transmission efficiency; The motive equipment has been replaced the constant speed direct current machine by the electrical machinery of frequency conversion, make the device have high-efficiency drive performance and good control characteristic; Control with PLC , has improved the dependability of the control system. In order to understand , have also introduced adjusting the speed principle and PLC advantage of the characteristic of the transmission of the chain , frequency converter in this thesis. Keywords ： Electric circuit control; hoist; Control system; PLC; mechatrics; 0 目 錄 0 引言 1 1 整體設(shè)計(jì)方案 . 2 1.1 原動(dòng)機(jī)方案的確定 . 2 1.2 傳動(dòng)方案的確定 . 5 1.3 控制方案的確定 7 2 提升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11 2.1 提升機(jī)的主要組成部分 11 2.2 電機(jī)功率計(jì)算 15 2.3 鏈的設(shè)計(jì) 17 2.4 軸的設(shè)計(jì) 1 8 3 提升機(jī)的電器控制 21 3.1 變頻器的 選擇 21 3.2 外部電路介紹 23 3.3 軟件流程圖 25 結(jié)論 34 致謝 35 參考文獻(xiàn) 36 圖 1 提升機(jī)總裝圖 . 38 圖 2 零件圖 . 39 1 引 言 提升機(jī)作為 一種垂直運(yùn)輸工具 ， 在各種社會(huì)生產(chǎn)中占有極其重要的地位。我國(guó)早在公元前 1100年左右就發(fā)明和使用了轆轤提水和提升重物，這就是現(xiàn)代提升機(jī)的始祖。但由于我國(guó)長(zhǎng)期處于封建社會(huì)，工業(yè)技術(shù)沒(méi)有得到發(fā)展，直到解放我國(guó)還不能生產(chǎn)礦井提升機(jī)。解放后，我國(guó)建立了自己的提升機(jī)制造業(yè)，并且不斷發(fā)展。 1953年撫順重型機(jī)器廠制造了我國(guó)第一臺(tái)單繩纏繞式提升機(jī)； 1958年洛陽(yáng)礦山機(jī)械廠制造了第一臺(tái)多繩 摩擦式提升機(jī)。目前我國(guó)已經(jīng)可以成批生產(chǎn)各種現(xiàn)代化大型提升機(jī)以及各種配套設(shè)備，無(wú)論從設(shè)備、制造、自動(dòng)控制等方面，我國(guó)生產(chǎn)的礦井提升設(shè)備都正在跨入世界先進(jìn)的行列。國(guó)外礦井提升機(jī)的發(fā)展已有 170多年的歷史。其中有幾個(gè)代表性的時(shí)期 :1827年出現(xiàn)第一臺(tái)蒸汽機(jī)提升機(jī) ;1877年制造了第一臺(tái)單繩摩擦式提升機(jī) ;1905年使用了第一臺(tái)電動(dòng)提升機(jī) ;1938年創(chuàng)造了第一臺(tái)多繩摩擦提升機(jī) ;1957年發(fā)明了多繩摩擦式提升機(jī) (Blair提升機(jī) )。此外，提升設(shè)備的各項(xiàng)具體技術(shù)也都有飛速的發(fā)展，諸如新型制動(dòng)器，提升鋼絲繩，電力拖動(dòng)和自動(dòng) 化控制等。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交流拖動(dòng)正在廣泛使用 ;計(jì)算機(jī)的應(yīng)用正在快速推廣， 在全世界迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)到來(lái)的時(shí)候， “創(chuàng)新”和“發(fā)展”已逐漸成為世界各國(guó)所關(guān)注的最重要的內(nèi)容。社會(huì)的進(jìn)步、國(guó)家的發(fā)展依靠創(chuàng)新，提升機(jī)的發(fā)展同樣離不開(kāi)創(chuàng)新。因此我們提出了一種新型提升機(jī)設(shè)計(jì)方法 。 本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是： 1）基于 PLC控制技術(shù)在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的應(yīng)用 ，能夠在 準(zhǔn)確的位置采集信號(hào) ，發(fā)出控制信號(hào)，并且能 精確 的達(dá)到目標(biāo)要求，以保證系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的工作。 還能夠簡(jiǎn)化外部接線圖，使電氣原理圖簡(jiǎn)單化。 2） 采用了變頻器電機(jī)，不但具有 良好的調(diào)速性能， 而且 能節(jié)約大量電能 3）鏈傳動(dòng)的使用， 能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比 ,較高的傳動(dòng)效率。 4）系統(tǒng)可以在自動(dòng)和手動(dòng)兩種狀態(tài)下運(yùn)行，在自動(dòng)狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化；在手動(dòng)狀態(tài)下，可以進(jìn)行分步運(yùn)行及調(diào)試。 2 1 整體設(shè)計(jì)方案 機(jī)器的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程。人類為了滿足生產(chǎn)及生活的需要，設(shè)計(jì)和制造了類型繁多、功能各異的機(jī)器。但是總的來(lái)說(shuō)機(jī)器的基本組成是相同的。如下圖 1-1中，表示的是一部完整機(jī)器的組成部分。 圖 1-1 1.1 原動(dòng)機(jī)方案的確定 原動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源。它們是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為可以利用的機(jī)械能。一般來(lái)說(shuō)，都是以電動(dòng)機(jī)作為機(jī)器的動(dòng)力源。 1.1.1電磁調(diào)速電機(jī) 一、概述 電磁調(diào)速技術(shù)是通過(guò)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī) (又稱滑差電機(jī) )由三相異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成。該技術(shù)也是國(guó)內(nèi)最成熟的交流調(diào)速技術(shù)之一。適用于容量在 0.55 630kW范圍內(nèi)的風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，初始投資不高 (比普通籠型電動(dòng)機(jī)高約 220元 /kW) 二、電磁調(diào)速的 特點(diǎn) （ 1） 控制性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。 （ 2） 控制功率小、扭矩大。 （ 3） 電壓適應(yīng)性好，體積小 。 三、電磁調(diào)速的缺點(diǎn) 普通電磁調(diào)速的調(diào)速性能比較令人滿意，但有一個(gè)最嚴(yán)重的缺點(diǎn)就是效率低，耗能大，發(fā)熱嚴(yán)重，越是低速運(yùn)行，這個(gè)缺點(diǎn)就越突出，故往往被限制在某一轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行。另一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是占用空間位置大。普通電磁調(diào)速電機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)機(jī)組，它由一臺(tái)普通異步電動(dòng)機(jī)與一臺(tái)電磁離合器組成，體積很大，組成機(jī)組后占用很大的空間。 1.1.2 直流電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)先后誕生于 19世紀(jì)，距今已有 100多年的歷史，控制部分 原動(dòng)機(jī)部分 傳動(dòng)部分 執(zhí)行部分 3 并已成為動(dòng)力機(jī)械的主要驅(qū)動(dòng)裝置。但是，由于技術(shù)上的原因，在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，占整個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng) 80左右的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)中采用的是交流電動(dòng)機(jī) (包括異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī) )，而在需要進(jìn)行調(diào)速控制的拖動(dòng)系統(tǒng)中則基本上采用的是直流電動(dòng)機(jī)。 但是，眾所周知，由于結(jié)構(gòu)上的原因，直流電動(dòng)機(jī)存在以下缺點(diǎn)： （ 1）需要定期更換電刷和換向器，維護(hù)保養(yǎng)困難，壽命較短。 （ 2）由于直流電動(dòng)機(jī)存在換向火花，難以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境； （ 3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速和 高電壓的直流電動(dòng)機(jī)。 1.1.3 變頻電機(jī) 一、變頻器的作用 變頻器在機(jī)電一體化產(chǎn)品中的運(yùn)用。 變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī) (異步電機(jī)或同步電機(jī) )轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用 .變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī) (異步電機(jī)或同步電機(jī) )轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì) 80 年代被引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度 工藝控制中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、市政、造紙、食品飲料、煙草等行業(yè)以及公用工程 (中央空調(diào)、供水、水處理、電梯等 )中，變頻器都在發(fā)揮著重要作用。 二、變頻器的優(yōu)點(diǎn) 變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的 容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。 變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，而且有的變頻調(diào)速系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)性能的指標(biāo)上已超過(guò)直流調(diào)速。因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可優(yōu)先選用交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方案。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器就是一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)接口。目前已形成了規(guī)格 4 較為齊全的通用化、系列化產(chǎn)品，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要是解決變頻器的選用、與控制系統(tǒng)的連接及控制算法的實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。 三、變頻器的分類 變頻器的作用是將供電電網(wǎng)的工頻交流電變?yōu)檫m合于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的電壓可變、頻率可變的交流電。按照變頻方式和控制方式可分為： 圖 1-2變頻器的分類 控制器根據(jù)變頻調(diào)速的不同控制方式，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)控制功率逆變器各功率元件的工作狀態(tài)，使逆變器輸出預(yù)定頻率和預(yù)定電壓的交流電?？刂破饔袃煞N控制方式：一種是以集成電路構(gòu)成的模擬控制方式；另一種是以控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制方式。后者是目前常用的控制方式。 四、 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，在變 頻器的發(fā)展過(guò)程中也曾出現(xiàn)過(guò)多種類型的變頻器，但是目前成為市場(chǎng)主流的變頻器基本上有著下圖所示的基本結(jié)構(gòu)。圖 1-3 對(duì)于采用了矢量控制方式的變頻器來(lái)說(shuō)，由于進(jìn)行矢量控制時(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn) 5 算，其運(yùn)算電路中有時(shí)還有一個(gè)以 DSP(數(shù)字信號(hào)處理器 )為主的轉(zhuǎn)矩計(jì)算用 CPU以及相應(yīng)的磁通檢測(cè)和調(diào)節(jié)電路。 通過(guò)對(duì)以上三種電機(jī)的比較，變頻電機(jī)的優(yōu)勢(shì)不言而喻。 1.2 傳動(dòng)方案的確定 傳動(dòng)部分就是把動(dòng)力部分的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰倪\(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參 數(shù)。 1.2.1 齒輪傳動(dòng) 在用于直線移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械傳動(dòng)當(dāng)中，齒輪齒條傳動(dòng)是應(yīng)用非常廣泛的一種傳動(dòng)方式。傳統(tǒng)的齒輪齒條傳動(dòng)存在著諸多缺陷： （ 1） 嚙合傳動(dòng)過(guò)程當(dāng)中，齒面間存在滑動(dòng)摩擦； （ 2） 標(biāo)準(zhǔn)齒輪節(jié)圓處壓力角為 20 ，傳動(dòng)中產(chǎn)生無(wú)效徑向分力； （ 3） 齒輪齒數(shù)不能過(guò)少，否則易發(fā)生根切現(xiàn)象； （ 4） 制造工藝性差，難以制造出用于精密傳動(dòng)的齒輪齒條裝置。 這些缺陷的存在，一方面使齒輪齒條的傳動(dòng)效率降低；另一方面難以制造出體積小、重量輕的齒輪齒條傳動(dòng)裝置。 最主要 的是齒輪齒條結(jié)構(gòu)太單一化，在提升機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，難以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)， 以及對(duì)于齒輪齒條的運(yùn)行的控制更是難以實(shí)現(xiàn)。 1.2.2 鏈傳動(dòng) 一、 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 鏈傳動(dòng)是應(yīng)用的一種機(jī)械傳動(dòng)。它是由鏈條和主、從動(dòng)鏈輪所組成的。鏈輪上制有特殊齒形的齒 ,依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比 ,鏈傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象 ,因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比 ,傳動(dòng)效率較高 ;又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊 ,所以作用于軸上的徑向壓力較小 ;在同樣使用條件下 , 鏈傳動(dòng)結(jié) 構(gòu)較為緊湊 .同時(shí)鏈傳動(dòng)能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動(dòng)相比 ,鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低 ,成本低廉 ;在遠(yuǎn)距離傳動(dòng) (中心距最大可達(dá)十多米 )時(shí) ,其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便得多。 在機(jī)械制造中，如農(nóng)業(yè)、礦山、起重運(yùn)輸、冶金、建筑、石油、化工等機(jī)械都廣泛地應(yīng)用著鏈傳動(dòng)。 按用途不同 ,鏈可分為 :傳動(dòng)鏈 、輸送鏈、和起重鏈。 6 二、 鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (一 ) 滾子鏈 滾子鏈一般由內(nèi)鏈節(jié)、外鏈節(jié)和連接鏈節(jié)組成。 1內(nèi)鏈節(jié) 也稱滾子鏈節(jié)，由兩片內(nèi)鏈板兩個(gè)套筒和兩個(gè)滾子所組成 (如 1-4b圖 )。鏈板為鋼制， 8 字形，鏈板兩孔中心距 離控制在嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)以保證裝配好的鏈條節(jié)距一致。鏈板孔與套筒需保持過(guò)盈配合，以防止套筒在板孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。套筒的內(nèi)、外表面具有較高的硬度以提高耐磨性能。套筒的直徑尺寸被控制在嚴(yán)格的公差內(nèi)以保證與銷軸和滾于的正確配合和平滑運(yùn)轉(zhuǎn)。滾子表面硬而光潔，直徑尺寸精確，每個(gè)滾子高度適當(dāng)以使其在兩鏈板之間能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 2外鏈節(jié) 也稱銷軸鏈節(jié)，出兩片外鏈板和兩個(gè)銷鈾組成 (圖 1 4a)。銷鈾的芯部韌性要好以耐受沖擊，而表面硬度要高以提高耐磨性能，銷鈾兩端鉚接以防止與外鏈板松脫同時(shí)，銷軸與鏈板孔過(guò)盈配合以防止發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 滾 子鏈一般由內(nèi)鏈節(jié)、外鏈節(jié)和連接鏈節(jié)組成。圖 1-4 3連接鏈節(jié) 當(dāng)安裝鏈條時(shí)，為連接鏈條兩端，可采用連接鏈節(jié)或過(guò)渡鏈節(jié)，或者復(fù)合過(guò)渡鏈節(jié)。通常，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)中心距時(shí)，應(yīng)使鏈條具有偶數(shù)個(gè)鏈節(jié)，以避免使用過(guò)渡鏈節(jié)。如設(shè)計(jì)要求鏈條的節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，就必須采用過(guò)渡鏈節(jié)或復(fù)合過(guò)渡鏈節(jié)，而復(fù)合過(guò)渡要稍好于過(guò)渡鏈行。 連接鏈節(jié)是由兩個(gè)銷軸壓配并鉚接在一塊外鏈板上，另一塊外鏈板上的板孔尺寸則與銷軸的另一端滑配或輕壓配， 以便于安裝和連接鏈條。連接鏈節(jié)用開(kāi)口銷、彈性鎖片或鋼絲來(lái)鎖住。 (二 )齒形鏈 齒形鏈又稱“無(wú)聲鏈 ” ,它是由一組帶有兩個(gè)齒的連板左右交錯(cuò)并列鉸接而成 .鏈齒外側(cè)是直邊 ,工作時(shí)鏈齒外側(cè)邊與鏈輪輪齒相嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng) ,其嚙合的齒楔角有 7 60度和 70度兩種 . 由于在本設(shè)計(jì)中要提升的貨物較輕 ,故選用滾子鏈 . 1.3 控制方案的確定 1.3.1 PLC控制 一、 PLC的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn) 隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多 品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品 ,為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性， PLC(Programmable Controller，可編程序控制器 )正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。 PLC的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用，在其他領(lǐng)域 (例如民用和家庭自動(dòng)化 )的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。 PLC的推廣應(yīng)用在我國(guó)得到了迅猛的發(fā)展，它已經(jīng)大量地應(yīng)用在各種機(jī)械 設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的電氣控制裝置中，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出了大批應(yīng)用 PLC改造設(shè)備的成果。了解 PLC的工作原理，具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù) PLC控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。 (一 ) PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器以配備特殊功能模塊，用來(lái)完成某些特殊的任務(wù)。 1 CPU模塊 CPU 模塊主要由微處理器 (CPU 芯片 )和存儲(chǔ)器組成相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，存程序和數(shù)據(jù)。 2 I/O模塊 輸 入 (Input)模塊和輸出 (Output)模塊簡(jiǎn)稱為 I/O 模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和 CPU模塊的橋梁。 輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸入模塊用來(lái)接收從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等過(guò)來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來(lái)接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量 8 電流、電壓信號(hào)。 開(kāi)關(guān)是輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行 裝置。圖 1-5 CPU 模塊的工作電壓一段是 5V，而 PLC 的輸入 /輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流24V和交流 220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞 PLC 模塊中的元器件，或使 PLC不能正常工作。在 I/O模塊中，用光耦合器、光電晶閘管、小型繼電器等器件來(lái)隔離 PLC的內(nèi)部電路和外部的 I/O電路， I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。 3編程器 編程器用來(lái)生成用戶程序，并用它進(jìn)行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器 不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價(jià)格便宜，一段用來(lái)給小型 PLC 編程，或者用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù) . 使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)的屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能回程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到 PLC，也可以將 PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。 4. 電源 PLC 一般使用 220V 交流電源或 24v 直流電源。內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為各模塊提供 DC 5V， 24v等直流電源。小型 PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器 (如接近開(kāi)關(guān) )提供 24v直流電源，驅(qū)動(dòng) PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。 (二 ) PLC的特點(diǎn) 1編程方法簡(jiǎn)單易學(xué) 梯形圖是使用得最多的 PLC的編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原 9 理圖相似，梯形國(guó)語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。 梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶的高級(jí)語(yǔ)言，譯成匯編語(yǔ)言后再去執(zhí)行。 2功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 一臺(tái)小型 PLC內(nèi)有成百上 千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。 PLC可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 3硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和中小型交流接觸器。 硬件配置確定后，通過(guò) 修改用戶程序，就可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一到百分之一，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，乎均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， PLC己被廣大用戶 公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、 器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作員大大減少。 PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如果掌握了正確的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)問(wèn)要少得多。 可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試 PLC的用戶程序，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，可通過(guò) PLC上的發(fā)光二極管觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接 線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得 10 多。 6維修工作量小，維修方便 PLC 的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 7體積小，能耗低 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用 PLC 后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型毗的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái) 的1/2l 10。 PLC控制系統(tǒng)的配線比繼電器控制系統(tǒng)的少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少很多安裝接線工時(shí)，加上開(kāi)關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費(fèi)用。 二、 PLC的原理 PLC是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)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，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。 這種用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上有某些相似之處。由于以上原因，在介紹 PLC的工作原理之前，首先簡(jiǎn)要介紹物理繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 1. 繼 電器 圖（ 1-5）是繼電器結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由磁線圈、鐵心 、觸點(diǎn)和復(fù)位彈簧組成。 圖 1-6 11 繼電器有兩種不同的觸點(diǎn)，在線圈斷電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的觸點(diǎn)稱為常開(kāi)觸點(diǎn) (如圖中的觸點(diǎn) 3， 4)，處于閉合狀態(tài)的觸點(diǎn)稱為常閉觸點(diǎn) (如圖中的觸點(diǎn) 1， 2)。 當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生磁力，吸引銜鐵，使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。線圈電流消失后，復(fù)位彈簧使銜鐵返回原來(lái)的位置，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)閉合。圖 b是繼電器的線圈、常開(kāi)觸點(diǎn) 和常閉觸點(diǎn)在電路圖中的符號(hào)。一只繼電器可能有若干對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。在繼電器電路圖中，一般用相同的字母、數(shù)字組成的文字符號(hào) (如 KA2)來(lái)標(biāo)注同一個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)。 2.邏輯運(yùn)算 使用繼電器電路或 PLC的梯形圖可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的邏輯運(yùn)算。 PLC的梯形圖，梯形圖中某些編程元件（如輸出繼電器和輔助繼電器 )的線圈“通電”時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，稱該編程元件為 1 狀態(tài)。當(dāng)它們的線圈“斷電”時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)閉合，稱該編程元件為 0狀態(tài)。 用繼電器電路或梯形圖可以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算，觸點(diǎn)的串聯(lián) 可實(shí)現(xiàn)“與”運(yùn)算，觸點(diǎn)的并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)“或”運(yùn)算，用常閉觸點(diǎn)控制線圈可實(shí)現(xiàn)“非”運(yùn)算。多個(gè)觸點(diǎn)的串、并聯(lián)電路可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。 2 提升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 提升機(jī)的主要由二大部分組成：水平輸送部分和垂直輸送部分。水平輸送部分由滾筒和電機(jī)組成；垂直部分由鏈條、鏈輪、托臺(tái)、蝸輪蝸桿和電機(jī)組成。 2.1 提升機(jī)的主要組成部分 2.1.1 水平輸送部分 滾筒是組成提升機(jī)的托臺(tái)的主要一部分，托臺(tái)是由一排的滾筒固定在同一支架上所組成的。通過(guò)電機(jī)的運(yùn)行，帶動(dòng)滾筒運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)貨物的運(yùn)行到所需的位置。 12 圖 2-1 滾筒的結(jié)構(gòu) 2.1.2 垂直輸送部分 電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)蝸輪蝸桿傳到聯(lián)軸節(jié)，而帶動(dòng)鏈輪運(yùn)行，從而帶動(dòng)鏈條提升貨物。蝸輪蝸桿的作用是在提升的過(guò)程中，起到制動(dòng)保護(hù)作用，以免提升機(jī)在工作中突然停機(jī)時(shí)，貨物由于重力而下降。如右圖 3-2所示： 鏈條是帶動(dòng)提升機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)的主要部件，前面已經(jīng)對(duì)鏈條的介紹已經(jīng)很全面了，現(xiàn)在主要是鏈條的設(shè)計(jì)和選擇。 鏈傳動(dòng)的主要參數(shù)選擇 1.傳動(dòng)比的選擇 傳動(dòng)比過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo) 致小鏈輪包角過(guò)小，同時(shí)嚙合齒數(shù)減少，這將加速鏈輪輪齒的磨損且容易出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，故包角最好不小于 120 。為此，限制傳動(dòng)比 i 7 ，本課題中由于為了保持托臺(tái)的水平，主、從動(dòng)鏈輪的大小必須相同，所以傳動(dòng)比 i=1。 2.鏈輪齒數(shù) Z1 、 Z2 齒數(shù)選擇總原則上不宜太少，也不宜過(guò)多。當(dāng)小鏈輪齒數(shù) Z1 過(guò)少時(shí)，盡 管可以減少輪廓尺寸，但將會(huì)引起： 傳動(dòng)的不均勻性和附加動(dòng)載荷增大；鏈條進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，鏈節(jié)間的相對(duì)轉(zhuǎn)角增大，加速鉸鏈的磨損失效； 在節(jié)距和傳遞功率一定條件下，鏈所需傳遞的圓角力增大，加速鏈和鏈輪的損壞。 當(dāng)鏈輪齒數(shù)過(guò)多時(shí)，不僅會(huì)增大鏈傳動(dòng)的外形尺寸，還將縮短鏈的使用壽命由于鏈節(jié)數(shù)一般取為偶數(shù)，為使鏈和鏈輪齒的磨損較均勻，鏈輪齒數(shù)一般取為與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)的奇數(shù)。小鏈輪的齒數(shù) Z1 可依據(jù)鏈速參考表選取。 圖 2-2 蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)圖 13 在本設(shè)計(jì)中，由于鏈速為 25m/s,屬于低速。應(yīng)該按傳動(dòng)比 i來(lái)確 定齒數(shù)，查表 D的 i=29。 3.鏈的節(jié)距和排數(shù) 在一定條件下，鏈節(jié)距越大，承載能力就越大，相應(yīng)產(chǎn)生的沖擊、振動(dòng)、噪音也越嚴(yán)重。所以設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足承載能力條件下，為使結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)，應(yīng)盡量選取小節(jié)距的單排鏈。在高速、大功率時(shí)，可選取小節(jié)距的多排鏈。當(dāng)中心距小，傳動(dòng)比大時(shí)，選取小節(jié)距多排鏈，以使小鏈輪有一定嚙合齒數(shù)。當(dāng)中心距大、傳動(dòng)比小而且速度不太高時(shí)，可選用大節(jié)距單排鏈。 鏈的節(jié)距可根據(jù)傳遞功率 P按下式算出額定功率 P0后選出。 P0=mLZA KKK PK式中 P 傳遞功率（ KW）； KA 工作情況系數(shù)，查表； Kz 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查表； KL 鏈長(zhǎng)系數(shù)，查表； KM 多排鏈排數(shù)系數(shù)，查表。 2.1.3 提升機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖 原動(dòng)機(jī)部分是驅(qū)動(dòng) 整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源。通常一部機(jī)器只用一個(gè)原動(dòng)機(jī)，復(fù)雜的機(jī)器也可能有好幾個(gè)動(dòng)力源。一般地說(shuō)，它們都是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換為可以利用的機(jī)械能。原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出絕大多數(shù)呈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，輸出一定的轉(zhuǎn)矩。在少數(shù)情況下也有用直線運(yùn)動(dòng)馬達(dá)或滾筒 以直線運(yùn)動(dòng)的形式輸出一定的推力或拉力。 執(zhí)行部分是用來(lái)完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分。一部機(jī)械可以只有一個(gè)執(zhí)行部分；也可以把機(jī)器的功能分解成好幾個(gè)執(zhí)行部分（提升機(jī)的鏈條執(zhí)行上升和下降運(yùn)動(dòng)的功能，滾筒執(zhí)行橫向運(yùn)送重物的功能）。 提升機(jī)的原動(dòng)機(jī)部分結(jié)構(gòu)圖： 14 圖 2-3 電機(jī)與蝸輪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖 2-4 蝸輪與主軸傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 提升機(jī)的執(zhí)行部分的結(jié)構(gòu)圖： 圖 2-5 主軸簡(jiǎn)圖 15 因?yàn)樘嵘龣C(jī)的主要靠軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鏈輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)鏈條帶動(dòng)托臺(tái)上升和下降。橫向運(yùn)動(dòng)是通過(guò)滾筒的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)貨物進(jìn)入提升機(jī)的托臺(tái)。它的執(zhí)行部分也就包括這兩個(gè)方面，當(dāng)然為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)就必須要兩個(gè)電機(jī)控 制兩個(gè)方向。所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)軸的要求是非常高的。 提升機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖： 圖 2-7 提升機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖 2.2 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 通常我們選擇電動(dòng)機(jī)的首先要考慮電動(dòng)機(jī)能夠提供負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。從偏于安全的意義上來(lái)講，就是能夠提供克服峰值負(fù)載所需要的功率。其次，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作周期可以與其發(fā)熱時(shí)間常數(shù)相比較時(shí)，必須考慮電動(dòng)機(jī)的熱額定問(wèn)題，通常用負(fù)載的均方根功率作為確定電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的基礎(chǔ)。 如果要求電動(dòng)機(jī)在峰值負(fù)載轉(zhuǎn)矩下以峰值轉(zhuǎn)速不斷的驅(qū)動(dòng)負(fù)載，則電動(dòng)機(jī) 功率 圖 2-6 滾筒簡(jiǎn)圖 16 Pm=（ 1.52.5）159LPLPnT 式中 TLP 負(fù)載峰值力矩（ N m）； nLP 電動(dòng)機(jī)負(fù)載峰值轉(zhuǎn)速（ r/s）； 傳動(dòng)裝置的效率?？紤]了初步估算時(shí)取 =0.70.9； 1.52.5 系數(shù)， 屬經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。考慮了初步估算負(fù)載力矩有可能取不全面或不精確，以及電動(dòng)機(jī)有一部分功率要消耗在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期連續(xù)的工作在變負(fù)載之下時(shí)，比較合理的是按負(fù)載方均根功率來(lái)估算電動(dòng)機(jī)功率 P （ 1.52.5）159LrLrnT 式中 TLr 負(fù)載方均根力矩（ N m）； nLr 負(fù)載方均根轉(zhuǎn)速（ r/m） 。 估算出 Pm后就可選取電動(dòng)機(jī)，使其額定功率 PN滿足 PN Pm而在本課題中，我們要選的電動(dòng)機(jī)所滿足的條件不夠，所以也就很難估算出電動(dòng)機(jī)的額定功率。那必須采用其他方法估算電動(dòng)機(jī)功率。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的功率主要是提供提升機(jī)的提升所需功率，假設(shè)電動(dòng)機(jī)的輸出功率有 20%是轉(zhuǎn)化給提升機(jī)的提升所需的功率。如果算出提升機(jī)的提升功率，就可以估算電動(dòng)機(jī)的輸出功率。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提升機(jī)的提升物體的重量大概 m=100kg，提升高度是 h=2.815m,提升速度為 v=0.2815m/s。 解：根據(jù)能量守恒定律有 w=mgh+21mv2 =100 10+21 100 0.28152 =2815+5.9=2820.9 j 又 t=vh=2815.0 815.2=10s P=tw=0.2815kw P電機(jī)功率=80%p=8.02815.0=0.351875kw 17 查表取升降電機(jī)型號(hào)為 YEJ 90L-4 P額=1.5kw n=1440r/min 因?yàn)樗竭M(jìn)退所消耗的能量很小，即功率也很小， 所以查表選取水平進(jìn)退電機(jī)的型號(hào)為 YEJ 60L-4 P額=0.55kw n=720r/min 2.3 鏈的計(jì)算 一、 確定連輪齒數(shù) i=1 查表得連輪齒數(shù)為 Z1 =Z2 =29 二、 選鏈條 選擇減速器的傳動(dòng)比 i=31.5. 查表得 KA =1.0, KZ =1.58,KI =0.82,KP =1 p0=paIZ KKKKP = 145.182.058.1 75.05.1 XXX X =0.598kw n1 =5.311440=45.7r/min 故 查表得應(yīng)選去鏈號(hào)為 16 號(hào)的鏈條 P=25.4mm. 三、 驗(yàn)算鏈速 v=100060XZPn=100060 7.454.2529 X XX=0.56m/s48 所以鏈條不會(huì)破裂，安全的 六、 鏈輪 選用 45 鋼 調(diào)質(zhì) 回火 （ 4050） HRC （ 1）節(jié)圓直徑 d=)180sin(0Zp =)29180sin(4.250=236mm (2) 齒頂圓直徑 da =p(0.54+ctg(z0180 )=247.3mm (3) 齒根圓直徑 dT =15.88mm df=d- dT =220.12mm (4) 齒側(cè)凸緣最 大直徑 dg=p(ctg(z0180 )-1) 0.80=204.98mm 查表得 dk=139.2mm 鏈輪輪轂長(zhǎng) 查表得 L=60mm 最大齒根距離 Lx=d cos(z090 )-dT =220mm 齒寬 b1f=0.95b1 =15mm 倒角寬 ba=01.5p=3.81mm 倒角半徑 rx=25.4mm 倒角深度 h=0.5p=12.7mm 齒側(cè)凸緣圓角半徑 ra=0.04p=1.016mm 2.4 軸的設(shè)計(jì) 軸是機(jī)器中的重要零件，其功能在于支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，使轉(zhuǎn)動(dòng)零件具有確 定的工作位置，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 一般情況下，合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是軸的設(shè)計(jì)必須滿足的基本要求。如果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的加工和裝配工藝性，增加制造成本，乃至影響軸的強(qiáng) 19 度和剛度。如果軸的強(qiáng)度不足，則會(huì)發(fā)生塑性變形或斷裂失效，使其不能正常工作。 軸的一般設(shè)計(jì)步驟是： 按工作要求選擇材料。 估算軸的基本直徑。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1、 估算軸的基本直徑 軸的設(shè)計(jì)中，一般是按軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩估算出軸上受扭轉(zhuǎn)軸段的最小直徑，并以其作為基本參考尺寸進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 d A0 3 np在本課題中的主軸所選用的材料是 45 鋼，通過(guò)查表可得 1 =60 MP， A0=103 P= P額 =1.5 0.8=1.2kw 又 已知 n=n1 =5.311440=45.7r/min d A0 3 np=1033 7.452.1=30.6mm 所求 d 應(yīng)為受扭轉(zhuǎn)軸段的直徑，即帶傳動(dòng)輪處的軸徑。因考慮到其它因素的影響，即取標(biāo)準(zhǔn)直徑 d=35mm。 2、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1） 初定各軸段的直徑 圖 2-8 為了滿足半聯(lián)軸器的要求， I-II 段左端需制出一軸肩 且 L III =82mm 故 d6 =d2 =40mm 據(jù) d6 =d2 =40mm，選用軸承 1508 型 d D B=40 80 23 20 由于端蓋的厚度約為 68mm 故 Lvivi=30mm Liiii=40mm 由于滾子軸承的左端需一軸肩進(jìn)行軸向定位，且開(kāi)了一個(gè)槽 故取 d5 =d3 =47mm Lvvi=Livii=2 9801125 +30=102.5mm (1)初定各軸段的直徑 位置 軸直徑 /mm 說(shuō)明 輸出傳動(dòng)處 35 按電動(dòng)機(jī)功率估算的基本直徑 軸承處 40 按傳動(dòng)時(shí)軸承承受的彎矩估算直徑 鏈輪處 47 按傳遞轉(zhuǎn)矩估算直徑 軸環(huán)處 60 鏈輪靠軸環(huán)定位，按鏈輪處直徑 d=47mm，軸環(huán) h=（ 0.070.1） d，取 h=3mm。 表 2-1 （ 2）確定各軸段長(zhǎng)度（由右至左） 位置 軸段長(zhǎng)度 /mm 說(shuō)明 輸出傳動(dòng)處 82 按帶傳動(dòng)傳遞的功率估算 軸承處 70 按柜架的厚度和承受的彎矩估算 鏈輪處 102.5 按鏈輪的輪廓尺寸估算 軸徑處 920 按柜架的尺寸估算 全軸長(zhǎng) 1277 各軸段之和 表 2-2 (3) 軸的校核： 易知軸的危險(xiǎn)截面是 B 截面 M合 = F拉 （ 980-30+102.5+14） =526250N*mm W=1614.33d -d tdbt 2 )( =16 4714.33X - 2472)1047(1016XX =18045.05 T=95507.45125.1 106 =261214.4 N mm 21 T=0.6 261214.4 =153728.6652 N mm Qce =WTM 22 )( =05.180456652.1567285.860513 22 =30.42Mpa 由于 b1=60 Mpa 故合格。 (4)傳動(dòng)零件的周向固定，鏈輪處與帶傳動(dòng)處均采用 A型普通平鍵，鏈輪處為鍵 16 9 GB1096，帶傳動(dòng)處為鍵 10 8 GB1096。 (5)其它尺寸，為了加工方便，并參照 7209 C型軸承的安裝尺寸（見(jiàn)軸承手冊(cè)） ，軸上過(guò)度圓角半徑全部取 r=1mm，軸端倒角為 2 45。 3 提升機(jī)的電器控制 3.1 變頻器的選擇 一、變頻器選擇 電動(dòng)機(jī)的容量及負(fù)載特性是變頻器選擇的基本依據(jù)。在選擇變頻器前，首先要分析控制對(duì)象的負(fù)載特性并選擇電動(dòng)機(jī)的容量，根據(jù)用途合適的變頻器類型，然后再進(jìn)一步確定變頻器的容量，一般的原則是： （ 1） 連續(xù)運(yùn)行場(chǎng)合 要求變頻器容量（ kVA）滿足 變頻器容量cosMKP 式中 PM 負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率（ kVA）； 電動(dòng)機(jī)效率，通常為 0.8左右； cos 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，通常為 0.75左右； K 考慮電動(dòng)機(jī)波形的修正系數(shù)， K=1.051.1。 本課題的電動(dòng)機(jī)輸出功率是 1.05KW，所以通過(guò)計(jì)算： 變頻器容量 cosMKP = 75.08.0 3816.01.1 xx =0.7KW 所以在選用變頻器的容量必須大于 0.7KW。 （ 2）起動(dòng)時(shí)變頻器所需的容量 在起動(dòng)（加速）過(guò)程中應(yīng)考慮動(dòng)態(tài)加速轉(zhuǎn)矩，即為 22 克服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 所需的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，這時(shí)變頻器容量（ kVA）計(jì)算為 ： 變頻器的容量 cos973 Kn ALfz tXJT 375 式中 JL 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量 ； Tfz 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ N m） ; 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）； tA 電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間（ s）。 在選擇變頻器時(shí)，除確定容量外，還應(yīng)正確變頻器的輸入電源、輸出特性、操作功能等，使選用的變頻器滿足使用要求。 二、變頻器的使用方法 變頻器作為交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的標(biāo)準(zhǔn)功率驅(qū)動(dòng)接口，在使用上十分簡(jiǎn)便，它可以單獨(dú)使用也可以與外部控制器連接進(jìn)行在線控制。 變頻器是通過(guò)裝置上的接線端子與外部連接的。接線端子分為主回路端子和控制回路端子，前者連接供電電源、交流電動(dòng)機(jī)及外部能耗制動(dòng)電路 ，后者連接變頻控制按鈕開(kāi)關(guān)或控制電路。 下面列舉變頻器的二種接線圖： 23 圖 3-1 常用變頻器的接線圖 2、外部電路介紹 一、電氣原理圖 電氣原理圖是根據(jù)工作原理而繪制的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、層次分明、便于研究和分析電路的工作原理等優(yōu)點(diǎn)。在各種生產(chǎn)機(jī)械的電器控制中，無(wú)論在設(shè)計(jì)部分或生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都得到廣泛的應(yīng)用。 繪制電氣原理圖應(yīng)遵循以下原則： 1) 電器控制線路根據(jù)電路通過(guò)的電流大小可分為主電路和控制電路。主電路包括從電源到電動(dòng)機(jī)的電路， 是強(qiáng)電流通過(guò)的部分，用粗線條畫在原理圖的左邊。控制電路是通過(guò)弱電流的電路，一般由按鈕、電器元件的線圈、接觸器的輔助觸頭等組成，用細(xì)線條畫在原理圖的右邊。 2)電氣原理圖中，所有電器元件的圖形、文字符號(hào)必須采用國(guó)家規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 24 3)采用電器元件展開(kāi)圖的畫法。同一電器元件的各部分可以不畫在一起，但需要用同一文字符號(hào)標(biāo)出。若有多個(gè)同一種類的電器元件，可在文字符號(hào)后加上數(shù)字序號(hào)的下標(biāo)，如 KM1 、 KM2 等。 4)所有按鈕、觸頭 均按沒(méi)有外力作用和沒(méi)有通電時(shí)的原始狀態(tài)畫出。 5)控制電路的分支線路，原則上按照動(dòng)作先后順序排列，兩線交叉連接時(shí)的電氣連接點(diǎn)須用黑點(diǎn)標(biāo)出。、 三、控制的實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)品通過(guò)傳送帶進(jìn)入運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，傳感器控制產(chǎn)品是否到位，發(fā)出信號(hào)給電機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)鏈條的上升，在此過(guò)程中，變頻器開(kāi)始工作，變頻器輸出“慢 -快 -慢”信號(hào)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)快慢，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是否到位通過(guò)限位開(kāi)關(guān)控制，平穩(wěn)的停在所需要的位置。再輸出貨物，傳感器控制產(chǎn)品是否全部輸出，發(fā)出信號(hào)給電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)鏈條下降。循環(huán)上述過(guò)程。 提升機(jī)工作過(guò)程分析 圖 3-2提升機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析圖 上升過(guò)程：外部貨物送入光電開(kāi)關(guān) 1收到信號(hào)啟動(dòng)電機(jī) 1，低速進(jìn)貨滾筒運(yùn)行送貨物進(jìn)入提升機(jī)托臺(tái)光電開(kāi)關(guān) 2收到信號(hào)停止電機(jī) 1 和啟動(dòng)電機(jī) 2低速提升貨物碰到位置開(kāi)關(guān) 2高速提升貨物碰到位置開(kāi)關(guān) 3低速提升貨物碰到位置開(kāi)關(guān) 4停止電機(jī) 2 和啟動(dòng)電機(jī) 1，高速出貨貨物送出光電開(kāi)關(guān) 3 收到信號(hào)貨物輸送完畢。 25 下降過(guò)程：光電開(kāi)關(guān) 3收到信號(hào)啟動(dòng)電機(jī) 2提升機(jī)托臺(tái)低速下降碰到位置開(kāi)關(guān) 3托臺(tái)高速下降碰到位置開(kāi)關(guān) 2托臺(tái)低速下降碰到位置開(kāi)關(guān) 1停止 電機(jī) 2。 3、 軟件流程圖 一、 設(shè)計(jì)主電路 因要求電機(jī) 1 及電機(jī) 2分別控制水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，以及它們都要實(shí)現(xiàn)正、反運(yùn)轉(zhuǎn)，而且電機(jī) 2還必須自動(dòng)調(diào)節(jié)速度故采用四個(gè)接觸器以改變電源相序和變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)速度，如圖 3-3所示： 圖 3-3 主電路接線圖 二、 確定控制電路的基本部分 設(shè)置有起動(dòng)、停止按鈕、正反向接觸器組成的控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的基本控制環(huán)節(jié)、 26 以及必要的自鎖環(huán)節(jié)和互鎖環(huán)節(jié)，如下是電器元件的編號(hào)及說(shuō)明： 表 3-1 電氣原理圖如下所示： 27 圖 3-4 電氣原理圖 在上圖中，中間繼電器 KA11、 KA12、 KA13、 KA14是實(shí)現(xiàn)手動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)器的工作過(guò)程；中間繼電器 KA21、 KA22、