西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第20頁(yè)前言目前，國(guó)外技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家把超聲波清洗技術(shù)已應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域及各個(gè)行業(yè)，這都是因?yàn)槌暡ㄇ逑淳哂兴俣瓤?、效率高，?duì)環(huán)境污染小等諸多的特點(diǎn)。而我國(guó)現(xiàn)在也正在逐步推廣超聲波清洗這一革命化的技術(shù)。具體超聲清洗所涉及的應(yīng)用范圍大致可分為以下幾個(gè)方面：1、各種電子設(shè)備：電子設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用后，很容易在集成塊的連腳間、元器件出腳間和印制電路板上吸附塵埃，而一些接插連件上，也容易被油污、塵埃污染，或是形成一層氧化膜。這些情況對(duì)電子設(shè)備的正常使用肯定會(huì)留下較大的隱性故障，而導(dǎo)致電子設(shè)備的損壞。超聲波清洗機(jī)則可簡(jiǎn)潔、方便地清洗掉這些污染，以保證設(shè)備的完好使用。2、兵器裝備：兵器裝備容易受到塵埃、油脂、油垢、研磨粉、銹、氧化膜的污染，用人工清洗勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)，而采用超聲清洗就可以很好解決以上問(wèn)題。3、機(jī)械設(shè)備：機(jī)械設(shè)備的范圍很廣，如汽車、裝甲車、坦克、飛機(jī)、艦船上所用的傳動(dòng)設(shè)備以及各種類型的零部件等，這些設(shè)備或是零部件上如果被塵垢、油脂、油垢、研磨粉、銹、氧化膜所污染，光靠手工清洗肯定不可能清洗干凈，而超聲波清洗可以說(shuō)是無(wú)孔不入，可以把每一個(gè)微小的孔、縫隙都能徹底清洗干凈。4、各種加工件的表面去污處理。5、醫(yī)用器具的清洗，藥劑的均勻混合。6、廚房設(shè)備的清洗。超聲波換能器將高頻振蕩電訊號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩，以縱波的形式在清洗液中輻射。在輻射波擴(kuò)張的半波期間，清洗液的致密性破壞并形成無(wú)數(shù)直徑為50～500μm的氣泡。這種氣泡中充滿著溶液蒸汽。在壓縮的半波期間，氣泡訊速閉合，會(huì)產(chǎn)生上百M(fèi)pa的局部液壓撞擊。這種現(xiàn)象稱為“空化”效應(yīng)。在“空化”效應(yīng)的連續(xù)作用下，工件表面或隱蔽處的污垢被爆裂、剝落。同時(shí)，在超聲的作用下，清洗液的滲透作用加強(qiáng)；脈動(dòng)攪拌加?。蝗芙?、分散和乳化加速；從而將工件徹底清洗干凈。課程設(shè)計(jì)題目超聲波清洗機(jī)超聲波清洗機(jī)工作流程如圖1所示：將欲清洗的工件置于工籃中，將工件籃放置在掛桿上，按下啟動(dòng)按鈕，掛桿向下運(yùn)動(dòng)將工件置于清洗液中，加熱清洗液至沸騰，啟動(dòng)超聲波生器工作20分鐘后，超聲波發(fā)生器停止工作，掛桿向上運(yùn)動(dòng)將工件置于蒸汽中5分鐘，停止加熱，啟動(dòng)噴淋5分鐘，其后停止噴淋，取出工件傳送帶上，按下清洗結(jié)束按鈕，啟動(dòng)傳送帶工作。1、超聲波清洗機(jī)的原理（1）、什么是超聲波：波可以分為三種，即次聲波、聲波、超聲波。次聲波的頻率為20Hz以下；聲波的頻率為20Hz～20kHz；超聲波的頻率則為20kHz以上。其中的次聲波和超聲波一般人耳是聽(tīng)不到的。超聲波由于頻率高、波長(zhǎng)短，因而傳播的方向性好、穿透能力強(qiáng)，這也就是為什么設(shè)計(jì)制作超聲波清洗機(jī)的原因。（2）、超聲波如何完成清洗工作：超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用對(duì)液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的。目前所用的超聲波清洗機(jī)中，空化作用和直進(jìn)流作用應(yīng)用得更多。a.空化作用：空化作用就是超聲波以每秒兩萬(wàn)次以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向液體進(jìn)行透射。在減壓力作用時(shí)，液體中產(chǎn)生真空核群泡的現(xiàn)象，在壓縮力作用時(shí)，真空核群泡受壓力壓碎時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，由此剝離被清洗物表面的污垢，從而達(dá)到精密洗凈目的。在超聲波清洗過(guò)程中，肉眼能看見(jiàn)的泡并不是真空核群泡，而是空氣氣泡，它對(duì)空化作用產(chǎn)生抑制作用降低清洗效率。只有液體中的空氣氣泡被完全脫走，空化作用的真空核群泡才能達(dá)到最佳效果。b.直進(jìn)流作用：超聲波在液體中沿聲的傳播方向產(chǎn)生流動(dòng)的現(xiàn)象稱為直進(jìn)流。聲波強(qiáng)度在0.5W/cm2時(shí)，肉眼能看到直進(jìn)流，垂直于振動(dòng)面產(chǎn)生流動(dòng)，流速約為10cm/s。通過(guò)此直進(jìn)流使被清洗物表面的微油污垢被攪拌，污垢表面的清洗液也產(chǎn)生對(duì)流，溶解污物的溶解液與新液混合，使溶解速度加快，對(duì)污物的搬運(yùn)起著很大的作用。c.加速度：液體粒子推動(dòng)產(chǎn)生的加速度。對(duì)于頻率較高的超聲波清洗機(jī)，空化作用就很不顯著了，這時(shí)的清洗主要靠液體粒子超聲作用下的加速度撞擊粒子對(duì)污物進(jìn)行超精密清洗。2、超聲波清洗機(jī)的特點(diǎn)在機(jī)械及制造行業(yè)中，經(jīng)常遇到各種零件和加工件的清洗問(wèn)題。其清洗對(duì)象主要是機(jī)加工油、切削液、金屬屑等污垢，傳統(tǒng)方法是采用有機(jī)溶劑(汽油或煤油)輔以手工刷洗，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大而且操作環(huán)境惡劣。近年來(lái)逐步開(kāi)發(fā)了許多水基清洗劑來(lái)取代溶劑清洗，但這些水基清洗劑普遍存在著化學(xué)清洗能力低的缺點(diǎn)，且需要輔以物理方法來(lái)增強(qiáng)其清洗力，常規(guī)清洗機(jī)噴射、攪拌等方式來(lái)達(dá)到這一目的，這類清洗機(jī)通用性差，只適合于品質(zhì)結(jié)構(gòu)單一、形式簡(jiǎn)單的工件清洗，對(duì)于多品種，形狀復(fù)雜，特別是有不規(guī)則孔、腔、狹縫的零件往往無(wú)能為力，而超聲波清洗由于其無(wú)孔不入的特點(diǎn)以及強(qiáng)力的清洗作用，不但對(duì)于手工及機(jī)械方法難以觸及到部位也能很好的清洗，而且適用性強(qiáng)。超聲波清洗與其他清洗方法的清洗能力比較見(jiàn)下圖：超聲波清洗與各種化學(xué)的、物理的、電化的和物化的清洗方法比較，有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：(1)、能快速、徹地清除工件表面上的各種污垢；(2)、能清洗帶有空腔、溝槽等形狀復(fù)雜的精密零件；(3)、對(duì)工件表面無(wú)損；(4)、可采用各種清洗劑；(5)、在室溫或適當(dāng)加溫60℃即可進(jìn)行清洗(6)、整機(jī)一體化結(jié)構(gòu)便于移動(dòng)；(7)、節(jié)省溶劑、清潔紙、能源、工作場(chǎng)地和人工等；(8)、不需人手接觸清洗液，安全可靠。3、超聲波清洗機(jī)適用行業(yè)及范圍電子、電氣、燈具、儀器、儀表、機(jī)械、打印機(jī)噴嘴、五金、工具、軸承、液壓、汽車維修、電鍍前處理、醫(yī)療、航空、玻璃、眼鏡、鐘表、珠寶、陶瓷、模具、化纖、制筆。二、總體方案設(shè)計(jì)1、方案1：采用常規(guī)繼電器控制方法在過(guò)去的許多年，電氣控制系統(tǒng)線路基本采用繼電-接觸器的控制方法，其線路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但是隨著現(xiàn)代化工藝的發(fā)展，復(fù)雜的工作流程使其越來(lái)越不能勝任。雖然采用繼電-接觸器的控制雖然初期投入較少，但帶來(lái)的問(wèn)題是接線復(fù)雜、體積大、可靠性不高等一系列問(wèn)題，且眾多的接觸控制件容易出現(xiàn)故障，維護(hù)不便。2、方案2：采用可編程控制器控制隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的電氣元件與控制裝置不斷涌現(xiàn)，使電氣控制系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化。PLC即可編程控制器控制就是隨之發(fā)展起來(lái)的。它取代了繼電-接觸器的中間控制運(yùn)算環(huán)節(jié)，如時(shí)間繼電器、中間繼電器、計(jì)數(shù)器等。3、方案論證性價(jià)比分析：方案1采用了常規(guī)的繼電器控制方式，它不具有自診斷、監(jiān)控和各種報(bào)警功能，方案2采用PLC控制方式它既可以進(jìn)行順序控制，又可以進(jìn)行閉環(huán)回路的調(diào)節(jié)控制，特別是它具有體積輕、重量輕、耗電低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。安全性分析：方案1中的安全系數(shù)不高，而方案2中采用PLC進(jìn)行控制可以防止產(chǎn)生寄生電路的影響和一些不必要的失誤，比如人工失誤或者電機(jī)故障。采用PLC可以減少接點(diǎn)個(gè)數(shù)，進(jìn)而可以減少環(huán)境對(duì)接點(diǎn)的影響，它還可以運(yùn)行于條件惡劣的環(huán)境中，防止外界對(duì)系統(tǒng)的一些影響，使系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。4、方案選擇通過(guò)上面的方案選擇和方案論證，可以得出選擇方案2是最適合本次設(shè)計(jì)需要的，無(wú)論從穩(wěn)定性、性價(jià)比、安全性方面考慮還是環(huán)境適應(yīng)性考慮方案2采用的PLC控制方式是最適合的，所以我們選擇具有高穩(wěn)定性的PLC即可編程控制方式。5、PLC方案選擇PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案又分為：(1)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：采用這種方案，設(shè)計(jì)的梯形圖較為簡(jiǎn)潔，程序較短，但各狀態(tài)之間相互牽扯，相互影響。因此，這種方案設(shè)計(jì)程序顯得脈絡(luò)不清，前后相互影響，容易出問(wèn)題。(2)、流程圖法（順序控制法STL）：這種方法是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)常用的方法。它用方框圖描述控制過(guò)程，方框代表動(dòng)作，圓圈代表起始位與終了位，連線代表流向，短橫線代表狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。這種圖可以把控制對(duì)象的工作狀態(tài)及控制過(guò)程清晰地表示出來(lái)。使用此法能快速地編出復(fù)雜的程序，是一種優(yōu)越的程序設(shè)計(jì)的方法，但使用這種方法編寫(xiě)的程序較長(zhǎng)。(3)、方案選擇根據(jù)新型控制器帶來(lái)的新的設(shè)計(jì)理念，即在PLC的程序中，清晰性、可讀性才是最關(guān)鍵的，而程序的長(zhǎng)短并不重要，因此，選用流程圖法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的程序，這樣便于在梯形圖中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使系統(tǒng)的可靠性更高。三、單元模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)小組由周俊帆、馮春、李偉、羊以剛、莊柳艷、唐柳明五人自由組合而成，我在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中主要承擔(dān)了主電路的設(shè)計(jì)與繪制、器件的選型等工作、共同完成了方案的比較、論證、選擇及系統(tǒng)軟件的調(diào)試等工作。1、總體設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)分為硬件和軟件設(shè)計(jì)，按圖1工作流程首先確定PLC控制系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)步驟如圖2所示。由于PLC所有控制功能都是以程序的形式來(lái)體現(xiàn)的，因此PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)的大量工作將用在程序設(shè)計(jì)上，在這里需要注意幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。（1）、新型控制器帶來(lái)的設(shè)計(jì)理念，即編梯形圖首先要求是程序的可讀性，以方便維修；（2）、充分利用好PLC的功能；（3）、采用了PLC之后，減少了外部電器的使用；（4）、節(jié)約輸入輸出口；（5）、編程方法的多樣性。2、硬件部分硬件主要包括電動(dòng)機(jī)主接線電路、電加熱器及超聲波振蕩器電源電路、PLC輸入/輸出電路、檢測(cè)電路及PLC報(bào)警電路等。超聲波清洗機(jī)主電路原理圖見(jiàn)附圖2所示。PLC外部接線圖見(jiàn)附圖4所示。元器件選擇原則、選型及PLC報(bào)警電路如下介紹：已知條件：壓縮機(jī)P=2KW/380V，加熱器P=2KW/380V,掛桿上下電機(jī)P=1.5KW/380V,超聲波發(fā)生器P=1KW/220V。(1)、PLC的選型eq\o\ac(○,1)、物理結(jié)構(gòu)的選擇：整體/模塊式、特殊功能模塊；eq\o\ac(○,2)、I/O點(diǎn)數(shù)的確定：準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)，留10～20%余量；eq\o\ac(○,3)、存儲(chǔ)器容量的選擇：開(kāi)關(guān)量（I/O點(diǎn)數(shù)×8），模擬輸入/輸出：200字節(jié)/路，應(yīng)留有余量；eq\o\ac(○,4)、PLC指令功能的選擇：任何PLC均能滿足開(kāi)關(guān)量控制，如有其它控制則需注意選擇。本系統(tǒng)需要21個(gè)輸入點(diǎn)和15個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)選擇選型原則選用FX2-48MR型PLC。FX2-48MR輸入/輸出點(diǎn)數(shù)均為24；工作電壓：220V,50HZ/60HZ；輸出類型：繼電器輸出；功率：40VA。(2)、空氣斷路器選用eq\o\ac(○,1)、空氣斷路器的額定電壓和額定電流：應(yīng)不小于電路的正常工作電壓和工作電流；eq\o\ac(○,2)、熱脫扣器的整定電流：應(yīng)與所控制的電動(dòng)機(jī)的額定電流或負(fù)載額定電流一致。(3)、熔斷器及熔體額定電流的選擇eq\o\ac(○,1)、熔斷器的額定電壓必須大于或等于線路的工作電壓；eq\o\ac(○,2)、熔斷器的額定電流必須大于或等于所裝熔體的額定電流；eq\o\ac(○,3)、對(duì)變壓器、電爐、及照明等負(fù)載的短路保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)稍大于線路負(fù)載的額定電流；eq\o\ac(○,4)、對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的短路保護(hù)，熔體的額定電流IRN應(yīng)大于或等于1