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?機械學院
上海電機學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
課題名稱 ___電阻檢測分選設備設計_______
學 院 機械學院
專 業(yè) 機械電子工程
班 級
學 號
姓 名
指導教師
定稿日期： 2014年2月26 日
8
電阻檢測分選設備設計
1 選題背景及其意義
雖然我國制造業(yè)對于產(chǎn)品的綜合性能檢測經(jīng)歷了從無到有，從小到大；從引進技術、引進檢測設備，到自主研究開發(fā)推廣應用，取得了很大的進步，但是對于中小企業(yè)來說，為了降低生產(chǎn)成本不少企業(yè)采用人工方法進行產(chǎn)品檢測，產(chǎn)品檢測的手段、質(zhì)量及自動化程度，不能很好地滿足生產(chǎn)的需求。與人工檢測或半人工檢測手段相比，全自動檢測方法能夠更準確、迅速的捕捉被檢測零部件的狀態(tài)并將檢測結(jié)果迅速匯總。便于檢測管理，提高檢測效率和質(zhì)量。
本課題是對電阻進行范圍篩選，首先準確檢測電阻值的大小和范圍，然后進行分選。在整個檢測分選過程中，如果在任何一道檢測工序出現(xiàn)問題，馬上報警，過程終止。本課題通過對檢測分選設備的總體設計、氣動系統(tǒng)設計、關鍵零部件設計、電氣控制系統(tǒng)設計等，達到畢業(yè)設計綜合訓練的目的。
2 文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）
在工業(yè)計量、工業(yè)控制和設備運行安全保護等實際應用中，電流的測量，一直是一個備受關注的重要課題，電流測量裝置本身的安全、準確、穩(wěn)定和可靠是其他監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的基本保證。電流測量方法從測量原理上可以分為兩大類：一是以測量被測電路中電阻值和已知的電阻器上電壓降為基礎的測量方法；二是通過測量被測電流所產(chǎn)生的磁場來間接測量電流的測量方法。
其中以第一類方法所開發(fā)電流測量設備通常與被測電路有電的聯(lián)系，主要應用于測量較低電壓電路中的電流，采用的測量設備簡單，一般不需要輔助電源，且外磁場對測量準確度沒有影響。這種方法是以測量被測電流通過已知電阻上的電壓降為基礎的，傳統(tǒng)的測量方法是在電流回路中串聯(lián)標準電阻，通過測量標準電阻上的電流產(chǎn)生的壓降來測量電流的大小。這種方法簡單、可靠、精確度高，但在大電流和特大電流測量中，標準電阻受現(xiàn)場條件限制，很多地方無法安裝和使用，另一方面電流很大時標準電阻上將產(chǎn)生很大的功耗，大功耗的發(fā)熱量使標準電阻產(chǎn)生熱穩(wěn)定誤差，使其精度變低且工作不穩(wěn)定。為降低功耗，人們開發(fā)出分流器形式的單個電阻量具，它是由錳銅合金制成的低歐姆四端電阻，其電流輸入端接入被測電流，電壓降則由電位端鈕引出。測量中通常采用經(jīng)過校正的、可以相互替換的分流器，其額定電壓降是規(guī)定的，經(jīng)校正的分流器的額定電壓降一般為 60mV 或 75mV。 使用分流器進行電流測量時也存在一定的局限性，如測量時，不能電隔離，在檢測高頻大電流時，標準電阻不可避免的有電感性，不能真實傳遞被測電流的波形，更不能真實傳遞非正弦波形等。
針對分流器的弊端，50 年代初期蘇聯(lián)基于變壓器原理開發(fā)出了電流互感器，它除能將被測大電流降低到標定值外，還能安全地將高壓電路隔離，在規(guī)定的工作頻率下有較高的測量精度。但它也有自身的局限性，主要是：一、能適合的頻帶非常窄，且不能傳遞直流；二、工作時存在激磁電流，而且互感器是電感性器件，使它在響應時間上只能做到數(shù)十毫秒。三、電流互感器二次側(cè)一旦開路將產(chǎn)生高壓危害。 1972 年國外利用磁電原理研制出霍爾檢零電流測量設備，其后不久在我國出現(xiàn)的磁放大式直流互感器，磁調(diào)試式直流互感器和電流磁性比較儀等使電流測量精度和耗電量均有較大的改善。這種原理制成的直流傳感器均要繞有勵磁繞組、平衡繞組或檢測繞組，故體積較大，工作電壓也高，測大電流長期工作時可靠性變差，但由于其準確度較高，所以在實驗室和對比標準中應用較廣泛。
70 年代初，西歐等發(fā)達國家特別是以瑞士 LEM 公司為代表的廠家，根據(jù)霍爾效應研制出了高性能的霍爾電流傳感器，進入 80 年代以來，這種傳感器已經(jīng)得到普遍應用。與其它電流測量設備相比，霍爾電流傳感器具有優(yōu)越的電性能，是一種先進的能隔離主電流回路與電子控制電路的電檢測元件，它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點，克服了互感器和分流器的不足，同一只檢測元件既可以檢測交流也可以檢測直流甚至檢測瞬態(tài)峰值，是替代互感器和分流器的理想產(chǎn)品。
3 研究內(nèi)容
為實現(xiàn)精確測量電阻阻值，并能輸出相應的數(shù)據(jù)到PLC控制系統(tǒng)的目標，采用霍爾電流傳感器檢測被測電路中電阻值的原理，實現(xiàn)PLC分析電阻阻值的范圍，進而放入相應收料箱的功能，完成分揀任務。整個設計會包含檢測原理，送料、定位檢測、分揀等機械結(jié)構設計，驅(qū)動及傳動系統(tǒng)設計，和控制系統(tǒng)設計。
4 研究方案
4.1 總體方案
圖1. 總結(jié)構圖
4.2檢測原理
4.2.1檢測機構
方案一：用數(shù)字歐姆表檢測。
優(yōu)點：直接將檢測的電阻阻值以數(shù)字形式直觀的反應出來
缺點：該歐姆表沒有數(shù)據(jù)輸出設備，無法將檢測的數(shù)據(jù)輸出，就無法進行后續(xù)的分析分選工作。
圖2. 數(shù)字歐姆表
方案二：用霍爾電流傳感器檢測
電流測量裝置本身的安全、準確、穩(wěn)定和可靠是其他監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的基本保證。電流測量方法從測量原理是以測量被測電路中電阻值和已知的電阻器上電壓降為基礎的測量方法?；魻栯娏鱾鞲衅鲀?nèi)接電源，不需要在在給它提供外接電源，且此傳感器可以外接輸出設備。
圖3. 霍爾電流傳感器
由于方案二便于檢測和輸出數(shù)據(jù)，能進行后續(xù)的PLC分析，分選等控制，故選用方案二。
4.2.2斷料報警機構
為了保證一旦自動送料裝置發(fā)生故障料完無料送入測試架時，能及時發(fā)出報警訊號，召喚操作人員及時處理，在測試架上方送料導管附近安裝光電報警機構。它由并聯(lián)的兩只聚光燈泡與兩只串聯(lián)的光敏二極管組成，有料時光源被遮，機構不工作。一旦斷料，光敏二極管被照射，控制繼電器被接通，它控制一個由晶體管多諧振蕩器和繼電器組成的閃爍機構，發(fā)出每秒2-4次的斷續(xù)音響訊號，而面板上的投影顯示器同時顯示出閃爍的紅色報警燈光訊號。這里采用兩只串聯(lián)的光敏二極管是為了保證機構的可靠性，避免被測元件間間隙漏光而發(fā)生誤動作。圖4.2為光電繼電器電路，圖4.3為閃爍電路。
圖4. 光電繼電器電路 圖5.閃爍電路
4.3機械結(jié)構設計
4.3.1送料機構
圖6. 送料機構
圖6中人工將電阻條放入進料管（固定不動），氣缸作往復直線運動，向右移動距離S后，滑塊的凹槽正好位于進料管下方，落入一個電阻，此時滑塊又滑回原位，電阻落入落料管內(nèi)，繼而進入檢測平臺。
4.3.2檢測機構
圖7. 檢測平臺
圖7為檢測平臺，電阻由落料管進入檢測平臺，但此時電阻浮于凹槽之上，此時圖一中的氣缸向下壓，將電阻固定在凹槽內(nèi)，同時接通回路，霍爾電流傳感器自動檢測電阻阻值，并將結(jié)果輸出到PLC系統(tǒng)。
4.3.3收料機構
圖8. x-y數(shù)控工作臺
圖8為x-y數(shù)控工作臺，是收料箱的軌跡分布圖。檢測結(jié)果經(jīng)PLC處理后，驅(qū)動分選機構，x-y數(shù)控工作臺將相應阻值分檔的收料箱移到落料處。
4.4驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動方案
常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點如下：
(1)液壓驅(qū)動:輸出功率很大，壓力大于3MPa，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)。
(2)氣動驅(qū)動:輸出功率大，壓力小于3MPa，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制。適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機械手。
(3)電機驅(qū)動：輸出功率大, 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復雜, 適用于中小負載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機械手。
因為本設備屬于小型負載，且驅(qū)動滑塊的力都是比較小的，所以選擇氣動驅(qū)動；而控制收料箱需要的精度較高，所以選擇電機驅(qū)動
4.5 控制系統(tǒng)
單片機是把中央處理器、存儲器、定時、計數(shù)器、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。與應用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強調(diào)自供應（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。
PLC是可編程序邏輯控制器的簡稱，是以微處理為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計。它采用可編程的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時技術和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字模擬的輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。和常規(guī)繼電器組成的控制系統(tǒng)相比，在系統(tǒng)中減少大量的中間繼電器和時間繼電器，是控制系統(tǒng)大大簡化。同時由于中間環(huán)節(jié)減少，增加了系統(tǒng)運行的可靠性。由于PLC具備的經(jīng)濟實用、可靠性高、易編程和便于維護的特點，基于PLC的各種控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。
由于所研究的設備不需要很多編程，PLC可靠性高，抗干擾能力強，適用性強,體積小，易學易用,系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造，故選用PLC控制系統(tǒng)。
4.6控制流程圖
圖9.控制流程圖
5 進度計劃
2013.12.10-2013.12.31 明確設計任務，收集相關資料
2014.01.01-2014.01.15 擬訂功能實現(xiàn)原理
2014.01.16-2014.02.15 擬訂總體設計方案
2014.02.16-2014.03.30 機械結(jié)構設計、繪制總裝圖
2014.04.01-2014.04.25 主要零部件設計計算，繪制零件圖
2014.04.26-2014.05.15 電氣控制系統(tǒng)設計，繪制電氣原理圖
2014.05.16-2014.05.25 撰寫設計計算說明書
2014.05.25-2014.06.06 修改及答辯
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指導教師意見
指導教師簽名：
年 月 日
學生畢業(yè)設計（論文）工作及教師指導記錄
第 周（次）
指導教師與學生討論課題記錄
開題報告答辯后，找指導老師討論。
探討：送料機構與檢測機構銜接不上？
研究：學生：我想的是把送料機構直接放置于送料機構正下方，但是這樣氣缸就沒辦法工作了。
解決：老師：可以把滑塊和工作臺都設計的窄一點（都要比電阻條短），這樣電阻條的兩邊鋼絲可以露出來，這樣氣缸就可以工作了。
探討：檢測機構與收料機構銜接不上？
研究：學生：電阻檢測完之后，無法落入收料箱？
解決：老師：可以在電阻凹槽下方開一個小孔，小孔下方加一個氣缸，再在凹槽側(cè)面也加一個氣缸，每次檢測完之后，下方氣缸工作把電阻條從凹槽里彈出來，然后側(cè)面氣缸工作，把電阻推進收料箱。
布置任務：氣缸需要選型，還有霍爾電流傳感器也需要選型。機械結(jié)構圖需要在構思一下畫出來，具體數(shù)值設計。
學生簽名：
日期：
指
導
教師審核
教師審核簽名：
日期：
注：每周（次）填寫一張，學生應重點記錄師生間課題探討、研究、解決及任務布置等信息，最后由指導教師審核后簽字。
畢業(yè)設計說明書
題 目：電阻檢測分選設備設計
學 院：
專 業(yè)：
學 號：
姓 名：
指導教師：
完成日期： 2014年4月11日
摘 要
隨著科技步伐的加快，檢測技術在各個領域中得到了廣泛應用，檢測裝置系統(tǒng)已成為主機設備中最關鍵的部分之一。但是，由于設計、制造、安裝、使用和維護等方面的因素，影響了檢測裝置系統(tǒng)的正常運行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設計、制造、安裝、使用和維護等方面的知識，是保證檢測裝置系統(tǒng)能正常運行并極大發(fā)揮綜合檢測技術優(yōu)勢的先決條件。
本文主要研究的是電阻檢測分選設備結(jié)構設計，電阻檢測分選設備需要與檢測控制部分設計同時進行。設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮綜合氣缸傳動的優(yōu)點，力求設計出結(jié)構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的電阻檢測分選設備。
關鍵詞：檢測裝置；電阻檢測 ；分選設備；結(jié)構設計
ABSTRCT
With the quickening pace of science and technology, detection technology has been widely applied in various fields, the system detection device has become one of the most important part of the host device. However, due to factors of design, manufacturing, installation, use and maintenance etc, affect the normal operation of the system detection device. Therefore, to understand the working principle of the system, design, manufacturing, installation to understand, use and maintenance and other aspects of knowledge, is the guarantee of system detection device can run normally and prerequisite to greatly exert the advantages of comprehensive detection technology.
This paper mainly researches the design detection sorting equipment resistance, resistance detection and separation equipment needs and part of the design of detection and control. When the design, must proceed from the actual situation, combined with a variety of transmission form, give full play to the advantages of integrated cylinder drive, to design a simple structure, reliable work, low cost, high efficiency, simple operation, convenient repair resistance testing and sorting equipment.
KEY WORDS：Detection Device；Resistance Detection；Sorting Equipment；Structure Design
目 錄
摘 要 2
ABSTRCT 3
1 緒論 5
1.1 課題背景 5
1.2 我國檢測分選設備發(fā)展狀況 6
1.3國外檢測分選設備發(fā)現(xiàn)狀況 7
1.4檢測分選設備的介紹及發(fā)展趨勢 7
2 電阻檢測分選設備設計方案 9
2.1電阻檢測分選設備研究內(nèi)容 9
2.2電阻檢測分選設備的主要參數(shù) 9
2.3電阻檢測分選的方案設計 9
2.4檢測原理 10
2.4.1檢測機構 10
2.4.2斷料報警機構 11
2.5機械結(jié)構方案設計 12
2.5.1送料機構 12
2.5.2檢測機構 12
2.5.3收料機構 13
2.6 驅(qū)動系統(tǒng) 13
2.7控制系統(tǒng) 14
3 電阻檢測分選設備零部件設計 15
3.1 氣缸撥叉的設計校核 15
3.2 圓柱銷的設計與校核 16
3.3 鎖緊螺母的校核 18
3.4 氣缸的設計計算 20
3.5 氣缸的校核 23
3.6螺栓的校核 24
3.7控制系統(tǒng)的工作原理及控制要求 26
3.7.1 控制流程 26
3.7.2 I/0分配及原理接線圖 27
3.7.3梯形圖設計 28
結(jié)論 38
致謝 39
參考文獻 40
1 緒論
1.1 課題背景
本世紀的60年代后，原子能技術、空間技術、計算機技術（微電子技術）等的發(fā)展再次將檢測分選設備技術推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術，使它在國民經(jīng)濟的各方面都得到了應用。檢測分選設備在某些領域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢，例如，國外今日生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了檢測分選設備。因此采用檢測分選設備的程度現(xiàn)在已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。
進入21世紀，人類社會將逐步迸入知識經(jīng)濟時代，知識將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與動力，而機床工業(yè)，作為機器制造業(yè)、工業(yè)以至整個國民經(jīng)濟發(fā)展的裝備部門，毫無疑問，其戰(zhàn)略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。工業(yè)控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分弘固。王業(yè)控制自動化技術作為20世紀現(xiàn)代領域中最重要的技術之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應用。西前我國工業(yè)控制自動純技術、產(chǎn)業(yè)和應用都有了很大的發(fā)震，我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展。
雖然我國制造業(yè)對于產(chǎn)品的綜合性能檢測經(jīng)歷了從無到有，從小到大；從引進技術、引進檢測設備，到自主研究開發(fā)推廣應用，取得了很大的進步，但是對于中小企業(yè)來說，為了降低生產(chǎn)成本不少企業(yè)采用人工方法進行產(chǎn)品檢測，產(chǎn)品檢測的手段、質(zhì)量及自動化程度，不能很好地滿足生產(chǎn)的需求。與人工檢測或半人工檢測手段相比，全自動檢測方法能夠更準確、迅速的捕捉被檢測零部件的狀態(tài)并將檢測結(jié)果迅速匯總。便于檢測管理，提高檢測效率和質(zhì)量。本課題是對電阻進行范圍篩選，首先準確檢測電阻值的大小和范圍，然后進行分選。在整個檢測分選過程中，如果在任何一道檢測工序出現(xiàn)問題，馬上報警，過程終止。本課題通過對檢測分選設備的總體設計、氣動系統(tǒng)設計、關鍵零部件設計、電氣控制系統(tǒng)設計等，達到畢業(yè)設計綜合訓練的目的。
1.2 我國檢測分選設備發(fā)展狀況
在工業(yè)計量、工業(yè)控制和設備運行安全保護等實際應用中，電流的測量，一直是一個備受關注的重要課題，電流測量裝置本身的安全、準確、穩(wěn)定和可靠是其他監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的基本保證。電流測量方法從測量原理上可以分為兩大類：一是以測量被測電路中電阻值和已知的電阻器上電壓降為基礎的測量方法；二是通過測量被測電流所產(chǎn)生的磁場來間接測量電流的測量方法。其中以第一類方法所開發(fā)電流測量設備通常與被測電路有電的聯(lián)系，主要應用于測量較低電壓電路中的電流，采用的測量設備簡單，一般不需要輔助電源，且外磁場對測量準確度沒有影響。這種方法是以測量被測電流通過已知電阻上的電壓降為基礎的，傳統(tǒng)的測量方法是在電流回路中串聯(lián)標準電阻，通過測量標準電阻上的電流產(chǎn)生的壓降來測量電流的大小。這種方法簡單、可靠、精確度高，但在大電流和特大電流測量中，標準電阻受現(xiàn)場條件限制，很多地方無法安裝和使用，另一方面電流很大時標準電阻上將產(chǎn)生很大的功耗，大功耗的發(fā)熱量使標準電阻產(chǎn)生熱穩(wěn)定誤差，使其精度變低且工作不穩(wěn)定。為降低功耗，人們開發(fā)出分流器形式的單個電阻量具，它是由錳銅合金制成的低歐姆四端電阻，其電流輸入端接入被測電流，電壓降則由電位端鈕引出。測量中通常采用經(jīng)過校正的、可以相互替換的分流器，其額定電壓降是規(guī)定的，經(jīng)校正的分流器的額定電壓降一般為 60mV 或 75mV。 使用分流器進行電流測量時也存在一定的局限性，如測量時，不能電隔離，在檢測高頻大電流時，標準電阻不可避免的有電感性，不能真實傳遞被測電流的波形，更不能真實傳遞非正弦波形等。
我國的檢測分選設備工業(yè)開始于本世紀50年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和測控設備，后來才用到電阻檢測分選和工程機械上。自1964年從國外引進一些檢測分選設備元件生產(chǎn)技術、同時進行自行設計檢測分選設備產(chǎn)品以來，我國的檢測分選設備件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對西方先進檢測分選設備產(chǎn)品和技術的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的檢測分選設備技術能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。
1.3國外檢測分選設備發(fā)現(xiàn)狀況
針對分流器的弊端，50 年代初期蘇聯(lián)基于變壓器原理開發(fā)出了電流互感器，它除能將被測大電流降低到標定值外，還能安全地將高壓電路隔離，在規(guī)定的工作頻率下有較高的測量精度。但它也有自身的局限性，主要是：一、能適合的頻帶非常窄，且不能傳遞直流；二、工作時存在激磁電流，而且互感器是電感性器件，使它在響應時間上只能做到數(shù)十毫秒。三、電流互感器二次側(cè)一旦開路將產(chǎn)生高壓危害。 1972 年國外利用磁電原理研制出霍爾檢零電流測量設備，其后不久在我國出現(xiàn)的磁放大式直流互感器，磁調(diào)試式直流互感器和電流磁性比較儀等使電流測量精度和耗電量均有較大的改善。這種原理制成的直流傳感器均要繞有勵磁繞組、平衡繞組或檢測繞組，故體積較大，工作電壓也高，測大電流長期工作時可靠性變差，但由于其準確度較高，所以在實驗室和對比標準中應用較廣泛。
70 年代初，西歐等發(fā)達國家特別是以瑞士 LEM 公司為代表的廠家，根據(jù)霍爾效應研制出了高性能的霍爾電流傳感器，進入 80 年代以來，這種傳感器已經(jīng)得到普遍應用。與其它電流測量設備相比，霍爾電流傳感器具有優(yōu)越的電性能，是一種先進的能隔離主電流回路與電子控制電路的電檢測元件，它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點，克服了互感器和分流器的不足，同一只檢測元件既可以檢測交流也可以檢測直流甚至檢測瞬態(tài)峰值，是替代互感器和分流器的理想產(chǎn)品。
1.4檢測分選設備的介紹及發(fā)展趨勢
隨著檢測分選設備機械自動化程度的不斷提高，檢測分選設備元件應用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。這些年來國內(nèi)在檢測分選設備件機械設備的研制和生產(chǎn)方面發(fā)展很快，但使用經(jīng)驗表明，還存在一些需要進一步改進和完善的問題。首先是通用機械設備的適用性問題。檢測分選設備有機械式和電力拖動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點技術無法比擬的優(yōu)點。檢測分選設備元件的布置不受嚴格的空間位置限制，系統(tǒng)中個部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構成用其他方法難以組成的復雜系統(tǒng)。檢測分選設備系統(tǒng)可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的調(diào)速。另外檢測分選設備傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。除此以外，檢測分選設備系統(tǒng)操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制、中遠程距離控制、過載保護。與電氣控制、電子控制相結(jié)合，易于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護。 而且檢測分選設備元件屬機械工業(yè)基礎件，標準化和通用化程度較高，有利于縮短機器的設計、制造周期和降低制造成本。當前，檢測分選設備技術在實現(xiàn)高速、、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術上也有許多新成就。此外，在檢測分選設備元件和檢測分選設備系統(tǒng)的計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。
2 電阻檢測分選設備設計方案
2.1電阻檢測分選設備研究內(nèi)容
本課題是對電阻進行范圍篩選，首先準確檢測電阻值的大小和范圍，然后進行分選。在整個檢測分選過程中，如果在任何一道檢測工序出現(xiàn)問題，馬上報警，過程終止。本課題通過對檢測分選設備的總體設計、氣動系統(tǒng)設計、關鍵零部件設計、電氣控制系統(tǒng)設計等，達到畢業(yè)設計綜合訓練的目的。
2.2電阻檢測分選設備的主要參數(shù)
為實現(xiàn)精確測量電阻阻值，并能輸出相應的數(shù)據(jù)到PLC控制系統(tǒng)的目標，采用霍爾電流傳感器檢測被測電路中電阻值的原理，實現(xiàn)PLC分析電阻阻值的范圍，進而放入相應收料箱的功能，完成分揀任務。整個設計會包含檢測原理，送料、定位檢測、分揀等機械結(jié)構設計，驅(qū)動及傳動系統(tǒng)設計，和控制系統(tǒng)設計。
主要技術參數(shù)：1、電阻：普通碳膜電阻2、電阻自動送料3、檢測周期：5s。
本設計應當滿足的基本要求：
1) 設備結(jié)構可靠。
2）程序運行穩(wěn)定。
3）結(jié)果穩(wěn)定可靠。
4）設備占地面積小。
2.3電阻檢測分選的方案設計
電阻檢測分選主要有：進料管、滑塊、氣缸、落料管、氣缸夾具、檢測平臺、導軌、收料抽屜等部分組成。如圖2.3所示：
圖2.3. 電阻檢測分選設備方案圖
2.4檢測原理
2.4.1檢測機構
方案一：用數(shù)字歐姆表檢測。
優(yōu)點：直接將檢測的電阻阻值以數(shù)字形式直觀的反應出來
缺點：該歐姆表沒有數(shù)據(jù)輸出設備，無法將檢測的數(shù)據(jù)輸出，就無法進行后續(xù)的分析分選工作。如圖2.4所示：
圖2.4：數(shù)字歐姆表
方案二：用霍爾電流傳感器檢測
電流測量裝置本身的安全、準確、穩(wěn)定和可靠是其他監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的基本保證。電流測量方法從測量原理是以測量被測電路中電阻值和已知的電阻器上電壓降為基礎的測量方法?；魻栯娏鱾鞲衅鲀?nèi)接電源，不需要在在給它提供外接電源，且此傳感器可以外接輸出設備。
由于方案二便于檢測和輸出數(shù)據(jù)，能進行后續(xù)的PLC分析，分選等控制，故選用方案二。
2.4.2斷料報警機構
為了保證一旦自動送料裝置發(fā)生故障料完無料送入測試架時，能及時發(fā)出報警訊號，召喚操作人員及時處理，在測試架上方送料導管附近安裝光電報警機構。它由并聯(lián)的兩只聚光燈泡與兩只串聯(lián)的光敏二極管組成，有料時光源被遮，機構不工作。一旦斷料，光敏二極管被照射，控制繼電器被接通，它控制一個由晶體管多諧振蕩器和繼電器組成的閃爍機構，發(fā)出每秒2-4次的斷續(xù)音響訊號，而面板上的投影顯示器同時顯示出閃爍的紅色報警燈光訊號。這里采用兩只串聯(lián)的光敏二極管是為了保證機構的可靠性，避免被測元件間間隙漏光而發(fā)生誤動作。圖2.5為光電繼電器電路，圖2.6為閃爍電路。
圖:2.5：光電繼電器電路 圖2.6：閃爍電路
2.5機械結(jié)構方案設計
2.5.1送料機構
圖2.7：送料機構
圖2.7中人工將電阻條放入進料管（固定不動），氣缸作往復直線運動，向右移動距離S后，滑塊的凹槽正好位于進料管下方，落入一個電阻，此時滑塊又滑回原位，電阻落入落料管內(nèi)，繼而進入檢測平臺。
2.5.2檢測機構
圖2.8 檢測平臺
圖2.8為檢測平臺，電阻由落料管進入檢測平臺，但此時電阻浮于凹槽之上，此時圖一中的氣缸向下壓，將電阻固定在凹槽內(nèi)，同時接通回路，霍爾電流傳感器自動檢測電阻阻值，并將結(jié)果輸出到PLC系統(tǒng)。
2.5.3收料機構
圖2.9： x-y數(shù)控工作臺
圖2.9為x-y數(shù)控工作臺，是收料箱的軌跡分布圖。檢測結(jié)果經(jīng)PLC處理后，驅(qū)動分選機構，x-y數(shù)控工作臺將相應阻值分檔的收料箱移到落料處。
2.6 驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動方案：
常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點如下：
(1)液壓驅(qū)動:輸出功率很大，壓力大于3MPa，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)。
(2)氣動驅(qū)動:輸出功率大，壓力小于3MPa，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制。適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機械手。
(3)電機驅(qū)動：輸出功率大, 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復雜, 適用于中小負載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機械手。
因為本設備屬于小型負載，且驅(qū)動滑塊的力都是比較小的，所以選擇氣動驅(qū)動而控制收料箱需要的精度較高，所以選擇電機驅(qū)動
2.7控制系統(tǒng)
單片機是把中央處理器、存儲器、定時、計數(shù)器、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。與應用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強調(diào)自供應（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。
PLC是可編程序邏輯控制器的簡稱，是以微處理為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計。它采用可編程的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時技術和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字模擬的輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。和常規(guī)繼電器組成的控制系統(tǒng)相比，在系統(tǒng)中減少大量的中間繼電器和時間繼電器，是控制系統(tǒng)大大簡化。同時由于中間環(huán)節(jié)減少，增加了系統(tǒng)運行的可靠性。由于PLC具備的經(jīng)濟實用、可靠性高、易編程和便于維護的特點，基于PLC的各種控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。由于所研究的設備不需要很多編程，PLC可靠性高，抗干擾能力強，適用性強,體積小，易學易用,系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造，故選用PLC控制系統(tǒng)。
3 電阻檢測分選設備零部件設計
制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設計。機械設計是一門通過設計新產(chǎn)品或者改進老產(chǎn)品來滿足人類需求的應用技術科學。它是一個廣闊的工程技術領域，不僅要研究產(chǎn)品在尺寸、形狀和詳細結(jié)構等方面的基本構思，還要考慮產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的有關問題。電阻檢測分選電阻檢測分選設備設計中十分關鍵，選擇的過程要根據(jù)電阻檢測分選設備的環(huán)境狀況和操作方的要求來進行。
3.1 氣缸撥叉的設計校核
氣缸撥叉的的材料為Q235。結(jié)構如圖3.1所示：
圖8 氣缸撥叉
在實際工作中氣缸撥叉只受到支撐力的作用，因此只要校核氣缸撥叉的壓應力即可。從圖8可以看出，氣缸撥叉在連接處的面積最小，即屬于危險截面。作用在氣缸撥叉上的最大力。
上端連接處最大應力
下端連接處的最大應力
通過對氣缸撥叉的以上校核，可知所設計的氣缸撥叉符合設計要求。
3.2 圓柱銷的設計與校核
圓柱銷的設計數(shù)據(jù)如圖3.2所示：
圖3.2：銷軸零件圖
（2）校核
許用應力 用插入法查得：
許用應力值
應力校正系數(shù)
當量彎矩
設計的直徑
（3）疲勞強度校核
初步分析、兩個截面有較大的應力和應力集中，下面以截面為例進行安全系數(shù)校核。
材料選用不銹鋼調(diào)質(zhì)，，
對稱循環(huán)疲勞極限
脈動循環(huán)疲勞極限
等效系數(shù)
截面上的應力彎矩
彎曲應力幅
彎曲平均應力
扭轉(zhuǎn)切應力
扭轉(zhuǎn)應力幅和平均切應力
如果一個截面上有多種產(chǎn)生應力集中的結(jié)構，則分別求出其有效應力集中系數(shù)，從而取最大值，驗算強度合格。
3.3 鎖緊螺母的校核
鎖緊螺母的設計數(shù)據(jù)如圖3.5所示：
圖3.5：鎖緊螺母
由于接頭與汽缸活塞桿是通過螺紋連接，氣缸的前進和后退頻率較高，在長時間的來回運動中如果只靠螺紋連接的話，那么接頭與氣缸活塞桿之間的連接將會變得松動，在松動的情況下氣缸進行頻繁的往復運動會導致連接處螺紋的損傷。
氣鎖緊螺母連接處的抗剪強度校驗：
故抗剪強度足夠。
氣鎖緊螺母連接處處抗彎強度校核：
(σw)：許用彎曲應力為: 0.4*360(屈服極限)=144MPa
故其抗彎強度不足。
氣鎖緊螺母連接處抗擠壓校驗：
故其抗擠壓強度足夠。
3.4 氣缸的設計計算
由于主工作氣缸的規(guī)格以及數(shù)據(jù)都是由工廠提供，因此在我的畢業(yè)設計中只對主氣缸畫了一個外觀結(jié)構，主要涉及和討論的方面是主工作氣缸的定位方法和安裝方式。
(1)氣缸內(nèi)徑的確定
缸徑的計算公式D=1.27==16.23mm
F→氣缸的輸出拉力N；
P→氣缸的工作壓力Pa
按照GB/T2348-1993標準進行圓整，D=20mm
氣壓缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993）
8 10 12 16 20 25 32
40 50 63 80 （90） 100 （110）
125 （140） 160 （180） 200 220 （250）
（280） 320 （360） 400 450 500
括號內(nèi)為優(yōu)先選取尺寸
(2) 活塞桿直徑的確定
由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm
活塞桿外徑尺寸 系列（GB/T2348-1993）
4 5 6 8 10 12 14 16 18
20 22 25 28 32 36 40 45 50
56 63 70 80 90 100 110 125 140
160 180 200 220 250 280 320 360
（3） 缸筒長度的確定
缸筒長度S=L+B+30
L為活塞行程；B為活塞厚度
活塞厚度B=0.7D= 0.720=14mm
導向套滑動面長度A:
一般導向套滑動面長度A，在D<20mm時，可取A=(0.61.0)D；在D>20mm時, 可取A=(0.61.0)d。
所以A=25mm
（4）氣缸筒的壁厚的確定
由《液壓氣動技術手冊》可查氣缸筒的壁厚可根據(jù)薄避筒計算公式進行計算：
式中
—缸筒壁厚（m）；
D—缸筒內(nèi)徑（m）；
P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）；
—缸筒材料的許用應力（MPa）；
實際缸筒壁厚的取值：對于一般用途氣缸約取計算值的7倍；重型氣缸約取計算值的20倍，再圓整到標準管材尺碼。
參考《液壓與氣壓傳動》缸筒壁厚強度計算及校核
,我們的缸體的材料選擇45鋼，=600 MPa， ==120 MPa
n為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa)
P—缸筒承受的最大工作壓力MPa。當工作壓力p≤16 MPa時，P=1.5p；當工作壓力p＞16 MPa時，P=1.25p
由此可知工作壓力0.6 MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9 MPa
=0.3mm
（5） 氣缸耗氣量的計算
Q====1.85/s
（6）氣缸進排氣口直徑d0
V——空氣流經(jīng)排氣口的速度（可取V=10 15）取V=12m/s
由公式d0=
代入數(shù)據(jù)得：d0=14.014mm
Q——工作壓力下輸入氣缸的空氣流量（m3/s）
V——空氣流經(jīng)排氣口的速度
(7)活塞桿的校核
由于所選活塞桿的長度L=10d，所以不但要校核強度校核，還要進行穩(wěn)定性校核。綜合考慮活塞桿的材料選擇45鋼。
參考《機械設計手冊單行本》
由《液壓氣動技術手冊》
穩(wěn)定性校核：
由公式 Fp0 ≤
式中 FP0— 活塞桿承受的最大軸向壓力（N）；
FP0=1633N
FK — 縱向彎曲極限力（N）；
nK — 穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取1.54。綜合考慮選取2
K—活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，對于實心桿K=d/4
代入數(shù)據(jù) K =25/4=6.25mm
由于細長桿L/K≧85 即 FK =
實心圓桿： J =
式中： L— 氣缸的安裝長度 ；
m— 末端系數(shù)；選擇固定—自由 m = 1/4
E— 材料彈性模量，鋼材 E = 2.1 1011 Pa ；
J— 活塞桿橫截面慣性矩（m4）；
d— 活塞桿的直徑（m）；
活塞桿計算長度L與系數(shù)m
安裝方式
m
鉸支—鉸支
1
固定—自由
1/4
固定—鉸支
2
固定—固定
4
代入公式：FK=1.3×106N
因為:=1.55×104N；
所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件
強度校核:
由公式d≥
其中：=，n為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強度(Pa)
45#鋼的抗拉強度，=600MPa；==120MPa
所以：=1.92mm
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