《机械毕业设计（论文）-啤酒桶清洗机的设计及PLC控制【全套图纸】 .doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械毕业设计（论文）-啤酒桶清洗机的设计及PLC控制【全套图纸】 .doc（52页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、摘要 可编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，已在机械制造、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。而本文讨论的是PLC在实际工业控制系统的应用。本设备是专为啤酒桶的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备适用桶的尺寸为高度H360H560，直径250500。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。全套图纸，加153893706关键词;
2、管路系统; 清洗机Abstract:Applied meaning that programmable logic controller have in its control the aspect in the industry gradually obvious, combine at manufacture，generate electricity, chemical engineering, electronics etc profession craft the equipments electricity control the aspect got the extensive a
3、pplication. It have the function strong and big, the usage is dependable, maintain the many advantage of simple etc., and already and gradually replaced after the logic control of the electric appliances electric circuit in a lot of places. But what the text discussion is a PLC in the actual industr
4、y to control the systems application. This equipment designed for cleaning and sterilizing casks. The equipment is automatic. The key processes contain discharging remnants, swilling with water, swilling with disinfectant, swilling with aseptic water and inflating with CO2. The height of cask is 360
5、560.The diameter is 250500. The equipment is made of chassis, control unit, electromagnetic valve and piping. The center of manipulative unit is the MITSUBISHI PLC. PLC controls all of the running processes. Keywords:PLC; Piping; Cleaning Machine 目 录57一. 前言3（一） PLC技术基本原理3（二） PLC控制程序设计7（三） 清洗机的用途特点9二
6、 机器总体设计方案10三 机架的设计13四 管路的设计21（一） 管路的设计21（二） 清洗头的设计21（三） 器件的选型23五 电路的设计29（一） 电路的设计29（二） 器件的选型35六 PLC程序的设计38（一） I/O点分配表38（二） 流程图39(三) 梯形图40(四) 语句表44七. 结论47八. 致谢48九. 参考文献49十. 附录:英译汉50一. 前言(一) PLC技术基本原理1. PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1
7、968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进
8、入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。而对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，而且易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等
9、。因此今天这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。2.PLC的体系结构PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图1.1所示：电源编程器中央处理单元（CPU）输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区图1.1 PLC硬件的基本结构（1）中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能检查用户程序的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O
10、映象区, 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行为止。（2）存储器与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。才能构成一台完整的PLC。PLC的软件分为两部分: 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为应用程序存储器。PLC存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC的CPU的最大可寻址存储空间各不相同，但是根据PLC
11、的工作原理， 其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区，系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。A. 系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的各项功能。B. 系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储区。（A）I/O映象区由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输
12、出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要有一定数量的存储单元（RAM）以供存放I/O的状态和数据，这些存储单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit）, 一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit)。因此，整个I/O映象区可看作由开关量的I/O映象区和模拟量的I/O映象区两部分组成。（B）系统软设备存储区除了I/O映象区以外，系统 RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电子供电。使
13、这部分存储单元内的数据得以保留；后者当PLC停止运行时，将这部分存储单元内的数据全部置“零”。C 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC其存储容量各不相同，一般来说，随着PLC机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的PLC，其存储容量可根据用户的需要而改变。D常用的I/O分类常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
14、除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3）PLC电源PLC电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小型的PLC，还是中、大型的PLC，其电源的性能都是一样的，均能对PLC内部的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。一般交流电压波动在正负10%（15%）之间，因此可以直接将PLC接入到交流电网上去。3PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人
15、提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。 4.PLC的工作原理PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术，既输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作为一个扫描周期。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等，如图1.2所示。第(N-1)个扫描周期输出刷新第(N+1)
16、个扫描周期输入采样第N个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行图1.2 PLC的扫描运行方式（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有的数据和状态，并将它们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化，I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC的CPU总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统
17、RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。（3）输出刷新阶段在输出刷新阶段，CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。（二）PLC控制程序设计1. PLC控制系统的设计基本原则（1） 最大限度的满足被控对象的控制要求。（2） 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维 护方便。（3） 保证控制系统安全可靠。（4） 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量2PLC编程步骤具体编制一个PLC控制程序的基本步骤如下(其
18、流程图见图1.3)：3. PLC提供的编程语言(1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点A.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。B.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。C.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。确定系统必须完成的各项任务及其顺序将PLC的I/O位分配给输入输出设备编制PLC程序（梯形图或指令代码）
19、通过PC机、GPC或FIT输入程序至PLCYES检查程序有无错误修改程序NOYES运行程序有无错误调整程序 NO程序投入使用图1.3D.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。(2)语句表语言，类似于汇编语言。(3)逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能，左边画输入、右边画输出。(三) 清洗机的用途特点1.清洗机用途及使用范围本设备是专为啤酒保鲜容器（包括不锈钢、塑料保鲜桶及扎啤桶）的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备为倒置清洗方式适
20、用桶的尺寸为高度H360H560，直径250500即容积为5L，10L，20L的标准啤酒桶。主要结构：本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。工作原理：本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。主要工作过程为排残液清水冲洗消毒液冲洗无菌水冲洗CO2备压。2. 啤酒桶简介啤酒桶的结构简图如图1.4所示灌酒时酒液由酒矛（以下简称内圈）注入可减少泡沫的产生以保证酒液内CO2的含量，出酒时可在酒桶顶部安装上置式出酒器由桶内CO2备压将酒压出，也可以在酒桶下部安装下置式（水龙头式）的出酒器。由于出酒器接口并不存在清洗困难的问题且出酒器不在本设计研究
21、范围内，所以啤酒桶结构简图中没有画出下置式出酒器的接口位置。3.清洗特点（1）清洗时，每次清洗液均由内圈注入，由内圈注入可利用清洗液的压力直接冲刷酒桶底部。（2）洗液注满后进行气冲，即内外圈同时充入大量气体使桶内清洗液“沸腾”，用气泡破裂的力量清洗酒桶内壁，排液时内外圈同时排液。为保证酒桶内尽可能不含氧气及不洁净气体，所以气冲时用CO2。（3）为保证出酒压力和酒液品质，最后应进行CO2备压。图1.4 酒桶内胆结构简图二. 机器总体设计方案本机的输出状态为喷嘴射流作业。受酒桶结构限制，清洗其内壁时只能将酒桶倒置于工作台上以便清洗液全部排空。本机可以清洗不同容积的酒桶，标准容积的酒桶出口结构尺寸也
22、都是一样的，所以在充入液体或气体压力一定的情况下，注满的时间不同。所以通过改变各个控制阀开闭的时间就可以满足清洗不同容积的桶的要求。本机由一个工人站立操作。由人体工程学可知站姿的操作范围如图1.5所示。整个操作过程是：将酒桶搬起倒置于工作台上，按启动开关机器自动运行，整个清洗完成后再将酒桶搬下。本机拟一次同时清洗两只酒桶，这样既可以提高工作效率，也不致使工人一次搬运过多酒桶而产生疲劳感。由于本机的输出状态为喷嘴射流作业，这就要求控制系统要对流体进行有效控制。现在一般都采用PLC进行控制。本机拟用气动元件对主管路进行控制而PLC则对各气动元件进行控制。这样做是考虑到机器的工作环境。应用本机的单位
23、是各啤酒厂。“结露”是啤酒厂车间内的环境特点，因此必须考虑电气元件的防潮。如果直接用电磁阀控制主管路，则难于对电磁阀进行保护。气控方式对环境要求小，工作寿命长，价格低，维护简单，可高速动作，操纵距离长，且本机所要求的控制压力低，所以气控方式适合本机要求。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气路系统和水路系统。工人在操作时应较轻松地将酒桶搬至工作台和操作各个开关，应清楚的看到操作面板的工作进程显示，应清楚的看到各仪表示数和个气控阀的工作状态。所以本机结构初步安排为总高2000mm，工作台高度800mm。各气控阀布置在工作台下方。操作面板高度为1400mm（工作台高度+酒桶最大高度560
24、）。各电磁阀、电控元件安装在电气控制箱内。用气缸对酒桶夹紧，气缸布置在酒桶顶端控制箱两侧。水箱、消毒液箱布置在工作台下方，气控阀后方。由于对无菌水的保存使用有特殊要求所以无菌水箱由用户自备，其电机和无菌水泵在现场布置安装。本机只安装清水和消毒液用电机，但本机控制单元扔对无菌水用电机进行控制。本机的清水压力，消毒液压力，无菌水压力均为0.3MPa，气冲压力为0.3MPa，二氧化碳备压压力为0.5MPa。消毒液配方由用户自定。本机工作能力为30100桶/小时。图1.5 站姿操作范围三 机架的设计机架是一个多功能构件，是整机的基础，要求有足够的静动刚度，热变形对精度的影响尽可能小，原始精度和尺寸的稳
25、定性要好，外型美观，运输安装方便。在这些要求当中，强度和刚度是机架的基本技术指标。在许多情况下，刚度尤为重要。本机为单件小批量生产，可用焊接机架。焊接机架与铸造机架相比具有强度高、刚性好、重量轻、生产周期短、施工简便的特点.本机管道内流体具有氧化性、腐蚀性，所以机架、管道等有可能与液体相接触的部分选不锈钢1Cr18Ni9Ti。（一） 焊接简介焊接是指利用加热或热加压，或两者并用的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合的一种加工方法。它是现代工业生产中用来制造各种金属结构和机械零件的一种主要工艺方法。焊接结构工艺设计焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面
26、内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。1. 焊缝布置焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则： （1）焊缝应尽量处于平焊位置各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。（2）焊缝要布置在便于施焊的位置焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。（3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形接头处的硬化组织，影
27、响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面。 2. 焊接方法的选择各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。选择焊接方法时应依据下列原则：（1） 焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用 CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。（2）提高生产率，降低成本如果是位于不同空间位置的
28、短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。（3）焊接现场设备条件及工艺可能性选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。3. 焊接接头设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。焊接接头形式设计焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T 形接头
29、、十字形接头、角接接头和卷边接头等。（二） 不锈钢简介不锈钢是指在大气、酸、碱或其它化学侵蚀介质中能抵抗氧化和腐蚀的高合金钢。不锈钢与高合金耐热钢都属于高合金钢，而且都含有大量铬元素。有许多不锈钢既能满足不锈钢耐化学介质腐蚀性能的要求，也能满足耐热钢热强性和热稳定性的要求，因此也可列入耐热钢范畴，例如，、钢等。本机架选用，属奥氏体钢。 奥氏体钢有两类：一类是高铬镍钢，例如型钢、型钢等，另一类是高铬锰氮钢。奥氏体钢在加热和冷却过程中一般不发生组织转变，仅有碳化物的溶解和析出，在室温下主要为奥氏体组织。其中，型钢主要用作不锈钢，其在氧化性、中性及弱氧化性介质中的耐蚀性胜过高铬不锈钢，室温及低温韧性
30、也是铁素体钢不能比拟的；型钢主要用作热稳定钢。如果高铬镍钢提高含碳量，也可用作热强钢。而高铬锰氮钢则主要用作不锈钢。奥氏体钢的焊接性比马氏体钢和铁素体钢都好。但是，当焊接工艺制定不当时也会出现一些问题。主要问题如下：焊接热裂纹问题 焊缝和近缝区均可能产生热裂纹。最常见的是在焊缝金属中产生结晶裂纹，有时在近缝区也会产生液化裂纹。钢中的含镍量越高，产生热裂纹的倾向越大，因此，型奥氏体钢比型奥氏体钢热裂纹倾向大。焊接接头腐蚀问题 焊接接头有可能产生两种腐蚀问题：（）晶间腐蚀 焊接接头有三个部位有可能产生晶间腐蚀：焊缝晶间腐蚀；敏化区腐蚀；近缝区刀状腐蚀（见图）。这三种晶间腐蚀不会在同一接头上同时出现
31、。其中，焊缝晶间腐蚀发生在采用单纯的型焊接材料焊接型钢以后，焊缝又经受了加热的情况下，或多层焊时前层焊缝受到后层焊缝加热的区域；敏化区腐蚀发生在不含稳定化元素（如 、等）而又不是超低碳的型钢的热影响区中加热温度达到 的区域；近缝区刀状腐蚀只发生在含有 、等稳定化元素的奥氏体钢接头的近缝区。（）应力腐蚀 由于奥氏体钢的导热系数小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热的情况下，接头处很容易产生较大的焊接残余拉伸应力，因而在与钢材匹配的介质共同作用下容易产生应力腐蚀。例如，、等对奥氏体钢并无腐蚀作用，但对有焊接残余拉伸应力的接头却有腐蚀开裂作用。有资料表明，焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。焊接接头脆
32、化问题 奥氏体钢在生产中用途很广，可以用在耐蚀、耐热、耐低温等各种工作条件下，但在不同的工作条件下对焊接接头性能的要求不同。如果用作工作在室温或以下的不锈钢，主要要求其具有耐蚀性；如果用作热强钢，则要求其在高温下有足够强度的同时，有足够的塑性和韧性；如果作为低温钢，则主要要求接头有良好的低温韧性。但是，如果焊接工艺制定不当，则可能产生高温脆化问题和低温脆化问题。 （）高温脆化 高温下进行短时拉伸试验和持久强度试验表明，当奥氏体钢焊缝中含有较多铁素体化元素或较多的相时，都会发生显著的脆化现象。一般认为与铁素体化元素促使析出相和由相能直接转变成相有关。铁素体越多，影响越严重，因此要求长期工作在高温
33、的焊缝中所含的相数量应当小于。（）低温脆化 试验表明，奥氏体钢焊缝中一次铁素体相不仅能引起高温脆化，而且也能引起低温脆化，相数量越多，低温脆化越严重。因此，为了满足低温韧性的要求，最好不采用双相组织，而应取得单相奥氏体组织。实际上即使采用单相奥氏体组织，其低温韧性也低于经固溶处理的母材。一般来说，奥氏体钢预热是没有益处的，因为焊前预热能促进碳化物的析出和引起焊件变形。但是，当焊件刚性极大的情况下，为了避免裂纹产生，有时不得不进行焊前预热。焊接奥氏体钢原则上不进行焊后热处理，只有在接头发生了脆化或需要提高其耐蚀性时才进行焊后热处理。热处理方式主要有两种：固溶处理和稳定化处理。其中：固溶处理用于对
34、耐蚀性要求很高，且焊接时析出了碳化物和脆性相（如相）的焊件。其方法是将焊件均匀地加热到，保温，使析出相重新溶入奥氏体，然后快速冷却。原则上只能整体加热，不能局部加热。稳定化处理是将焊件加热到，一般保温后空冷。这样可以加快铬在奥氏体中的扩散速度，使铬能向晶界迁移，从而消除晶界处由于析出铬的碳化物而产生的贫铬现象，使金属耐晶间腐蚀的能力提高。这种方法同时也能起到降低焊接残余应力的作用。的化学成分（质量分数，%）：C0.12，Si1.00，Mn2.00，P0.035，S0.030Ni 8.0011.00，Cr 17.0019.00，Ti 5（C%-0.02）0.80（三） 机架的设计机架的设计见图3
35、.3。机架危险部分的校核:在机架的结构中，主要受力部分为台面横梁，该横梁承受的静载为酒桶及桶内液体的重力和气缸对酒桶的夹紧力，承受的冲击为安放酒桶时酒桶对清洗头的冲击。当台面横梁失效时，工作台面要替代横梁承受上述力。此外台面还要承受其他外力，如工人扶住台面时，台面要承受人的压力。所以，要对上述两部件进行分析。根据设计，两部件均可视为悬臂梁。对横梁分析如下：梁的挠曲线方程为：其挠度为：其转角为：rad受力图 F=1KN x A l B剪力图Fs x -F弯矩图M x -Fl图3.1 梁的分析梁的剪力为：Fs(x)=-F=-1000N 0 x l弯矩为：M(x)=-Fx=-1000*0.34=-3
36、40Nm 0xl弯曲应力的校核：=170MPa截面惯性矩为：I=,am,a结论：横梁安全。对台面的分析如下：台面为整张不锈钢板，正常工作时几乎不受力，当其下方横梁失效时，台面要承受两根横梁所承受的力，所以也可以把台面的受力情况简化为悬臂梁受力，力的大小为两根横梁各自1000N，和其他外力1000N，共3000N。悬臂梁的截面按3mm*3mm计算。受力图见图3.3梁的剪力为：Fs(x)=-F=-3000N 0 x l弯距为：M(x)=-Fx=-3000*0.475=-1425Nm 0xl弯曲应力的校核：=170MPa截面惯性矩为：I=4.5*10 结论：台面结构安全。为进一步提高横梁和台面的可靠
37、性，在两者之间加支柱可以更好的改善两者的受力状态，主要是可以改善横梁的受力状态，使横梁在承受静载时台面可对其施加一部分拉力以减轻横梁所受的合力。在台面受力时，也可以借助横梁支架进行支撑。 受力图 F=3000NxA l B 剪力图Fsx-F弯矩图Mx-Fl图3.2 台面的受力分析图3.3 机架装配图四 管路的设计(一) 管路的设计 本机的清水压力，消毒液压力，无菌水压力均为0.3MPa，气冲压力为0.3MPa，二氧化碳备压压力为0.5MPa，压力继电器工作压力为0.65MPa。按设计要求管路图如图4.1所示。清水箱，消毒液箱直接用机器自带的两个盛液箱。供清水和消毒液的电机、泵、溢流阀安装在机身
38、上。无菌水箱由用户自行解决。供无菌水的电机、泵、溢流阀及其管路在现场布置安装。 硬管尺寸用外径定寸，外径定寸管比通径定寸管更坚固更整洁，容易弯成系统所需要的形状，具有各种成品管接头选用。材料选用不锈钢。 软管用聚氨酯管，其中备压管的尺寸是外径8mm、内径5mm，其余管路的尺寸为外径6mm、内径4mm。 气冲是指短时间内将大量气体充入装有液体的酒桶内，借用气泡上升破裂的力量清洗桶内表面。将气体充入桶内必然要有液体流出，本机控制系统的处理方式为：充气时不排水，排水时不充气，充气和排水的时间有控制器决定。以10L桶为例，排水阀和充气阀的工作顺序为（X：闭合，O：打开）：排水阀 X X O X O X
39、 O X O X 充气阀 X O X O X O X O X X(二) 清洗头的设计由于酒桶的出酒口结构特殊，清洗时必须兼顾内壁和酒矛，这就要求针对其设计特殊结构的清洗头，如图4.2所示。清洗头工作状态如图4.3所示。图4.2 清洗头装配图1.清洗头的受力分析：清洗头工作时受到的压力为1000N，其中气缸输出压力为800N，酒桶及桶内液体重200N。由图4.2可知其结构中最薄弱的地方应该是7喷头杆与9分配座相配合的部分，其形状是内径16mm外径20mm的环形管，壁厚为2mm。整个系统可视为两端固定的压杆。为保证其稳定性，对其用安全系数法进行校核：柔度计算。式中I=，A=对不锈钢 因为，所以是小
40、柔度杆。压杆的临界力F为=306MPa*0.000113m=34578N再对压应力进行校核：=200MPa 结论：此结构安全。2.弹簧的设计：初选圆柱螺旋弹簧，其受力为静载压缩，F=1000N（1）选材。该弹簧用于阀门内部所以选65Mn。许用切应力=785MPa（2）初选旋绕比C为8，计算KK=（3）根据安装空间设弹簧中径D为48mm，根据C值查表取簧丝直径d为5.5mm。（4）计算簧丝直径d1.6m，取d=6mm（5）求圈数n，对压缩弹簧n=8.635，n取8（6）计算其他数据并与安装空间比较：中径D=cd=0.048m 内径D= D-d=0.042m 外径D= D+d=0.054m节距p=
41、0.28 D=0.013m 长度H=np+3d=0.12m 经过验证符合要求（7）验算稳定性。该弹簧由于套在管上所以不会失稳(三) 器件选型.选择液压泵，电机：（）选择泵已知各桶内射流压力为0.3MPa，设水路压力损失为0.05MPa，则液压泵的最高工作压力为：p=P+p=(0.3+0.05)MPa=0.35MPa在泵的最高工作压力上考虑再加上25%的压力储备,所以泵的额定压力为:p=0.35+0.35*25%=0.4375MPa取泄漏系数k为1.1,计算泵的流量:设喷嘴的流量为1L/s,即60L/min, 注满容积为5L、10L、20L的酒桶的时间大约为5s、10s、20s。 所以泵的流量为
42、:QkQ=1.1*60L/min=66L/min应再加上系统中溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般为3L/min查产品样本选型定量叶片泵额定压力p=7.0MPa， 转速n=1000-1500r/min， 排量V=48mL/r， 容积效率=0.95求得液压泵输出的实际流量为q=q=Vn =48*10*1450*0.95=66.12L/min液压泵输出功率为P=p q=0.4375*10*66.12*10/60=0.483KW（）选择电机电机功率为P= P/=0.483/0.9=0.536 KW选YL7114型单相电机.额定转速n=1450r/min 额定功率P=550W.选择气缸：（）选择气缸的行程:本机设计适用桶的尺寸为高度H360高度H560.气缸的主要作用是夹紧酒桶,桶的直径为250500,因此必须要在活塞杆上加垫使作用在桶底步的力分散,所以要预留垫的厚度和方便搬动的空间40mm.通常还应考虑各种非标桶的高度.所以气缸的行程定为400mm.（）选择缸径:当气缸以推力做功时,缸径大