啤酒桶清洗机的设计及plc控制(编辑修改稿)

啤酒桶清洗机的设计及plc控制(编辑修改稿)内容摘要：

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。 （１）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δ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σ相和由δ相能直接转变成 σ相有关。 铁素体δ越多，影响越严重，因此要求长期工作在高温的焊缝中所含的δ相数量应当小于５％。 16 （２）低温脆化 试验表明，奥氏体钢焊缝中一次铁素体δ相不仅能引起高温脆化，而且也能引起低温脆化，δ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γ＋δ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：固溶处理用于对耐蚀性要求很高，且焊接时析出了碳化物和脆性相（如σ相）的焊件。 其方法是将焊件均匀地加热到１０５０～１１５０176。 Ｃ，保温１ｈ，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８５０～９３０176。 Ｃ，一般保温２ｈ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。 １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ 的化学成分（质量分数， %）： C≦ ， Si≦ ， Mn≦ ， P≦ ， S≦ Ni —， Cr —， Ti 5（ C%） — （三） 机架的设计 机架的设计见图。 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： 17 )3(6 2 lxEIFx  其挠度为： mEIFlB 4711 33 10***10*2*3 *1 0 0 03   其转角为： 4711 22 10***10*2*2 *1 0 0 02   EIFlB rad 受力图 ω F=1KN x A l B 剪力图 Fs x F 弯矩图 M x Fl 图 梁的分析 梁的剪力为： Fs(x)=F=1000N 0 x ≤ l 18 弯矩为： M(x)=Fx=1000*=340Nm 0≤ x≤ l 弯曲应力的校核： PaI yM Z 77m a xm a xm a x 10** *340   ≤ [σ ]=170MPa 截面惯性矩为： Iz = 71424110*21212 aaa,a  m,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 梁的剪力为： Fs(x)=F=3000N 0 x ≤ l 弯距为： M(x)=Fx=3000*=1425Nm 0≤ x≤ l 弯曲应力的校核： PaI yM Z 89m a xm a xm a x 10** 0 0 1 *1 4 2 5   ≤ [σ ]=170MPa 截面惯性矩为： 19 Iz =6212 3141aa=*109 结论：台面结构安全。 为进一步提高横梁和台面的可靠性，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 ω F=3000N x A l B 剪力图 Fs x F 弯矩图 M x Fl 图 台面的受力分析 20 图 机架装配图 21 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 ，气冲压力为，二氧化碳备压压力 为 ，压力继电器工作压力为。 按设计要求管路图如图 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 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 所示。 清洗头工作状态如图 所示。 图 清洗头装配图 22 ： 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 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。 AIlixlzz**  *  式中 I= 32 ))(1( 44 DdD  ， A= 4 )( 22 dD  对不锈钢 3064610  ba s 因为 0 ，所以是小柔度杆。 压杆的临界力 Fcr 为 crF A0 =306MPa* =34578N 2][3410 0034 57 8  wpcr nFF 再对压应力进行校核： M PaPaAN 8 5 0 0 0 00 0 0 1 1  ≤ [ p ]=200MPa 结论：此结构安全。 ： 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 [ p ]=785MPa （ 2）初选 旋绕比 C 为 8，计算 K K= 14  CCC （ 3）根据安装空间设弹簧中径 D2 为 48mm， 根据 C 值查表取簧丝直径 d为。 （ 4） 计算簧丝直径 d39。 ≥ 10*785 *8*][ 6m a x  KCPm，取 d=6mm 23 （ 5）求圈数 n，对压缩弹簧 n= *5*1000*8 *10*785008 36m a x3m a x CPGd=， n取 8 （ 6）计算其他数据并与安 装空间比较： 中径 D2 =cd= 内径 D1 = D2 d= 外径 D= D2 +d= 节距 p= D2 = 长度 H=np+3d= 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 １ .选择液压泵，电机 ： （１）选择泵 已知各桶内射流压力为 ，设水路压力损失为 ，则液压泵的最高工作压力为： pP =P+ΣΔ p=(+)MPa= 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=+*25%= 取泄漏系数 k 为 ,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 : Qp ≥ kQ=*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ＹＢ型定量叶片泵 ． 额定压力 p=， 转速 n=10001500r/min， 排量 V=48mL/r， 容积效率 η v = 求得液压泵输出的实际流量为 24 qv =qvt η v =Vnη v =48*103 *1450*= 液压泵输出功率为 P0 =p qv =*106 **103 /60= （２）选择电机 电机功率为 Pi = P0 /η = 选 YL7114 型单相电机 . 额定转速 n=1450r/min 额定功率 P=550W ２ .选择气缸 ： （１）选择气缸的行程 : 本机设计 适用桶的尺寸为高度 H360—高度 酒桶 ,桶的直径为 Φ 250— Φ 500,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 种非标桶的高度 .所以气缸的行程定为 400mm. （２）选择缸径 : 当气缸以推力做功时 ,缸径大小由下式得 D=spF推4=*10** 800*4 6= 圆整得 推F 为气缸输出推力取 800N, sp 为气缘压力取 ,η为效 率取 . 选择活塞杆直径 : d≥][4 pF 推=610*200* 800*4= 由于活塞杆行程定为 400mm,当活塞杆的长度 L≥ 10d 时即 d≥ 40mm 时 按强度条件计算得只要杆径大于 3mm 即满足需要。 当活塞杆的长度 L10d 时，按纵向弯曲极限力计算 ,这时活塞杆直径与长度须同时考虑 , 活塞杆直径不仅和外载荷有关 ,而且和长度及安装形式、材料的性能有关。 25 普通气缸的活塞杆材料为不锈钢，其柔性系数 m 为 85。 本设计中气缸的安装形式是一端自由 一端固定，故取端点安装形式系数 n 为。 m n =。 活塞杆截面曲率半径 K= 当 KL m n 时 , F=2LEIn,I=π d2 /64,所以 d≥nEFL2264=112210*** *800*64=*104 m 当 KL m n 时 ,F=2)(1 KlnfA,将 A= 42d ,K=AI= 代入得 d≥ 由上述三种情况讨论得知只要气杠杆径大于 10mm 即可满足使用要求． （３）耗气量的计算： 对单作用气缸有 Qv =Ln4 D200)( ppps =*1*4 * 2 *  = = （４）活塞杆的运动速度 全部行程要求 4s 完成，即 v=。 综合上述几方面条件可选气缸型号为 ＩＧＱ 5。