螺旋式水煮線設計【11張CAD圖紙+畢業論文】

螺旋式水煮線設計【11張CAD圖紙+畢業論文】,11張CAD圖紙+畢業論文,螺旋式,水煮,設計,11,CAD,圖紙,畢業論文 畢業設計（論文）報告紙 畢業設計 題 目螺旋式水煮線設計學生姓名學 號學 院專 業班 級指導教師摘 要螺旋水煮槽是完成實現魚糜制品、肉制品、面食等煮制類產品的熟化定型。通過高壓蒸汽直接打入水中實現產品的加熱過程，通過蒸汽量的調整來調節水溫，滿足不同產品不同的煮熟時間。通過大螺旋旋轉，帶動產品運行完成送料過程。再通過提升機將煮熟的產品運送到傳送帶上，完成產品的定型熟化過程。通過不銹鋼離心水泵，可使水槽里的水完成循環流動，可以將箱體內液體的溫度調整一致。螺旋水煮槽配有水封槽，帶保溫蓋子，使加熱過程中的蒸氣充分利用。蓋子開合方便，可以隨時跟蹤觀看槽內產品生產過程情況。本文介紹了過對螺旋式水煮線的結構設計，并給出了所需要的參數和計算。然后利用三維SOLIDWORKS軟件完成水煮線的三維建模，最后利用三菱FX3UPLC完成其控制系統的設計。關鍵詞：，螺旋式水煮線，控制系統，三維建模AbstractSpiral water tank is complete realization of minced fish products, such as the meat, pasta cooked products curing finalize the design.By high pressure steam directly into the water heating process is achieved, and through the adjustment of the steam to adjust the water temperature, different products to meet different cooking time.Through large screw rotation, promoting product run complete feeding process.Travel through the hoist will be transported to the conveyor belt of cooked products, finished products of curing process.Through the stainless steel centrifugal pump, it can complete the water in the tank circulation flow, can adjust the temperature of the liquid in the enclosure.Screw water tank is equipped with water seal tank, with insulation cover, make the heating steam in the process of making full use of.The lid opening and closing is convenient, can at any time tracking watch groove production process.This paper introduces the structure design of spiral water line, and the required parameters and calculation is presented.Then using 3 d SOLIDWORKS software to complete the water line of 3 d modeling, the use of mitsubishi FX3UPLC to complete the control system design.Keywords: screw-type water line, the control system, the three-dimensional modeling目 錄摘 要IIAbstractIII第一章引言11.1課題研究的目的和意義11.2國內食品機械的發展和現狀11.2.1 國內食品機械的發展11.2.2 國內食品機械的現狀21.3 本文主要研究的內容3第二章水煮線的總體方案的設計52.1 驅動方案的確認52.1.1 液壓驅動52.1.2 氣壓驅動52.1.3 電動機驅動62.1.4 方案的確認62.2 整體結構的設計62.2.1 水煮箱的設計62.2.2 提升機結構72.2.3 螺旋輸送機構72.2.4 循環系統82.4.5 蒸汽管路82.4.6 整體結構哦8第三章 水煮線的設計計算103.1擬定設計參數103.2 螺旋輸送傳動方案的擬定10三、電機的選擇103.2 計算螺旋輸送主軸的轉速和功率103.2.1 推力的確認103.2.2 電動機的功率113.2.3選擇電動機的型號113.3減速機的選擇計算113.4 螺旋輸送軸的校核123.4 帶座軸承的選擇與壽命計算14第四章 螺旋式水煮線三維建模的設計164.1 Solidworks軟件簡介164.2零件建模184.2.1水煮箱鏈輪三維建模的形成184.2.2 控制單元的三維建模形成184.2.3 TOOLBOX運用194.3零件裝配204.4 三維向二維的轉換21第五章 螺旋式水煮線溫度控制系統硬件設計245.1 控制系統結構組成245.2 PLC和I/O擴展模塊的選型245.3 溫控模塊的選擇245.4 PLC I/0的分配275.5 系統電氣控制接線圖設計27第六章 系統軟件設計306.1 手動自動選擇程序306.2 螺旋水煮線手動程序306.3 自動執行啟動程序316.4 溫度當前值測得程序326.5 PID調節參數的設定33總結與展望35參考文獻36致 謝37IV第一章引言1.1課題研究的目的和意義螺旋水煮槽是完成實現魚糜制品、肉制品、面食等煮制類產品的熟化定型。通過高壓蒸汽直接打入水中實現產品的加熱過程，通過蒸汽量的調整來調節水溫，滿足不同產品不同的煮熟時間。通過大螺旋旋轉，帶動產品運行完成送料過程。再通過提升機將煮熟的產品運送到傳送帶上，完成產品的定型熟化過程。通過不銹鋼離心水泵，可使水槽里的水完成循環流動，可以將箱體內液體的溫度調整一致。螺旋水煮槽配有水封槽，帶保溫蓋子，使加熱過程中的蒸氣充分利用。蓋子開合方便，可以隨時跟蹤觀看槽內產品生產過程情況。螺旋水煮槽側面底部及蓋子都裝有保溫棉，實現了保溫節能。通過本課題，讓學生在畢業設計過程中綜合大學所學基礎課程及專業課程，培養學生綜合應用所學知識和技能去分析和解決一般工程技術問題的能力；進一步培養學生分析問題、創造性地解決實際問題的能力。1.2國內食品機械的發展和現狀1.2.1 國內食品機械的發展食品機械是一個新興的行業，隨著人民生活水平的提高，對食品的要求，再逐年增加，對食品的質量衛生要求越來越強烈。我國食品機械作為行業形成于七十年代末，八十年代初，經過八十年代的發展，九十年代實現高速增長。目前基本適應了我國食品工業和包裝工業的需求，成為我國機械工業十四大行業之一，可以說，沒有改革開放就沒有包裝和食品機械工業的今天。這些年來我們有些設備不僅上規模，而且正向全自動化前進，一些運動復雜，技術含量高的產品不斷涌現。如48000瓶/小時的啤酒灌裝生產線，不含氣飲料，塑料瓶灌裝生產線已達到36000瓶/小時，無菌冷灌裝生產線已經問世，寬幅2500mm，速度180米/分的七層瓦楞紙板生產線，18萬包/班的方便面生產線已穩定運行，世界最寬的6米復膜機加粘接機可拼成18米幅寬的復合膜生產設備。20米折徑的吹膜機早已交付用戶使用。工業機器人已在包裝線上成功應用，雙摸吹瓶機，多層共擠設備，冷凍干燥設備及紙漿模塑機械等都擠入國際九十年代中期水平。最近又有一批重大裝備投放國際市場，如汕頭遠東輕化裝備公司研制的4.2米幅寬BOPP吹膜設備已于2002年7月自主開發研制成功。廣州達意隆包裝機械公司的飲料灌裝機械已成套出口。該廠今年初就簽訂1400萬美元整條線合同，廣東金明塑膠設備公司引進德國萊芬豪舍爾技術，開發了使用新膜泡技術的雙泡吹膜機組，做到亞洲最大，江蘇星A包裝機械集團的星A牌全自動板式超高溫瞬時殺菌機及全自動多管式超高溫瞬時滅菌機，都在全國名列前茅，還有2.8米寬的紙箱制版設備。230升大桶的多層共擠設備，都是具有世界水平的產品。1.2.2 國內食品機械的現狀由于宏觀調控的持續性和機械工業滯后反應的特點，今年產品發展所受到的制約要大于上一年同期水平，涉及到的產品范圍也更加廣泛，在前十個月經濟運行的過程中，已出現值得關注苗頭，本行業去年截止到十月底工業總產值同比增長22.7%，而2005年截止到10月底同比增長20.85%，回落了1.85%，這說明我國食品機械市場需求在趨于減緩。去年十月底前我國食品機械進口額同比增長23.1%，而2005年10月底前進口額同比增長-13.83%，一正一負相差38%以上，但相反出口創匯額在大幅度增加。去年十月份出口額同比增長18%，而2003年10月底同比增長25.54%，貿易順差明顯加大。我國食品機械行業工業銷售值雖然逐年都是18%速度增長，而且2005年10月底，又增長20.85%，但主營業務利潤總額2005年10月底達8.2334億元，而去年同期為8.945億元，反而降低了0.716億元，虧損率由去年同期的19.73%增加到現在的22.24%，提高了2.51%，虧損企業虧損額2.3912億元，同比增長155.94%。形成了工業銷售產值在大幅度提高，但銷售利潤反而大幅度下降局面，原因之一是原材料、能源、交通運輸等價格居高不下，對企業成本控制形成壓力持續不減，不得以價格調整，打破了相對穩定的市場格局，市場競爭中的價格競爭因素更加突出，競爭也越發殘酷，價格競爭利潤越來越小，當然這也有歷史根源；相對中國機械行業，食品機械行業晚了32年，所以它屬于幼稚行業，雖然發展快，但也存在著嚴重的先天性不足，主要表現以下三個方面：1高起點企業少，低水平產品重復多，由于各企業出身的不同（國有，集體，私企）資金裝備技術力量相差十分懸殊，而且民企占60%以上，起點也有高低不同，總之高起點企業少，大多數企業是在低水平設備上徘徊，近二十年沒有多大變化，只是由于實行專業化生產而使生產成本大大降低了，雖然需求較大，但由同一個地區大量重復生產造成低價激烈競爭。一臺封口機一千多元，就可以成交，利潤空間小的可憐，還有十幾年面孔不變，如小型液體灌裝機，生產企業多，低價競爭造成偷工減料，降低鋼號，以致于耐磨損。耐腐蝕性能大大降低，有的企業只是在別人后面跟進，看什么設備好賣就仿造什么設備，從未顧及知識產權，互相抄襲，以致引起市場的混亂。2與該行業從業人數與企業總數比，此行業科研院所，大專院校的相關專業所占比例還是較少的，即使如此，科研院所改為企業后其技術人員都為生存奮斗，許多科研機構以銷售產品為主，沒有發揮自身科研的優勢，所以在新技術應用上出現了斷層，即使有新的研究成果，由于沒有努力宣傳推廣，同戶并不知道，不能及時轉化為生產力，而企業又被迫完全靠自己的技術力量開發新產品，科研成果的產銷脫節不僅造成巨大浪費，也不利于技術改造。3有些前沿的工作，如超低溫，超高壓，膜分離，超臨界萃取，輻射、真空等技術及裝備僅靠某一院校又無力完成，急需企業投入資金，過去提倡的產學研相結合的模式未能體現出來。有限的科研力量也未能充分發揮作用。使得許多企業都是在相互抄襲仿制，稍加改進后即成為自己的產品，這一類產品除價格優勢外在國際市場上毫無競爭力。4不少企業兩項資金占用增加（固定資金投入資金與新產品研發資金）。一方面資金緊張，另一方面資金占用過大，十月底兩項資金占用數比去年同期增加了20.1%。目前我國從事食品機械生產企業截止到2005年10月底有6800多家，其中1500多家不夠穩定，每年有15%的企業是處于停產或倒閉狀態，但又有約15%企業加入這個行業。產值及銷售額超億元現在只有20家，最好的企業年銷售額達十幾億元，上市企業僅有兩家，銷售額超過3000萬元僅50家，這50家企業總銷售額僅有100億元，占有12%集中度，出口產品50%以上是由這些企業完成的，未來重組成大的企業集團會在這些企業中產生，截止到2005年底，會有60家企業銷售額超過3000萬元，生產集中度達19.6%。為了促進我國食品機械在今后較長時間科學，穩健發展，我們必須不斷提高科學管理水平，努力開拓國際市場，首先要抓好企業自身的結構調整，增強競爭實力，未來將扶持，支持重點骨干企業，鼓勵企業兼并形成幾個很有強實力的集團，到2010年前40家企業產值要超過億元（現有20家），其中有20家企業達到2億元以上（現有11家），生產集中度由現在19.6%擴展到23%，其次大力提倡產學結合，提高技術水平，到2010年爭取在19%-20%的食品機械設備趕上當時發達國家水平，使行業整體水平與發展國家差距縮小到10年，同時要搞好產品結構調整，淘汰一批生產效率低，技術落后產品，多生產適銷對路新產品，努力占領更多國外市場。1.3 本文主要研究的內容(1) 了解該課題的意義及課題的現狀與應用前景；(2) 在充分調研的基礎上，了解水煮線的現狀及未來發展方向，了解水煮線的常用坐標形式，確認本文所采用的結構形式；通過幾種常用的驅動方式，結合各個優缺點確定最重的驅動方案；(3) 傳動機構的設計計算(4) 水煮線的三維建模(5) 水煮線溫度控制系統的設計第二章水煮線的總體方案的設計2.1 驅動方案的確認設備的驅動方式有液壓式、氣動式、和電動式。下面將三種驅動方式進行分析比較。2.1.1 液壓驅動設備的驅動系統采用液壓驅動，有以下幾個優點：(1)液壓容易達到較高的壓力（常用液壓為2.56.3MPa），體積較小，可以獲得較大的推力或轉矩；(2)液壓系統介質的可壓縮性小，工作平穩可靠，并可得到較高的位置精度；(3)液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現自動控制；(4)液壓系統采用油液作介質，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機械效率，使用壽命長。液壓傳動系統的不足之處是：(1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃爆炸等危險；(2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質量，故造價較高；(3)需要相應的供油系統，尤其是電液伺服系統要求嚴格的濾油裝置，否則引起故障。液壓驅動方式的輸出力和功率更大，能構成伺服機構，常用于大型設備的驅動。2.1.2 氣壓驅動與液壓驅動相比，氣壓驅動的特點是：(1)壓縮空氣粘度小，容易達到高速；(2)利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動力設備；(3)空氣介質對環境無污染，使用安全，可直接應用于高溫作業；(4)氣動元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。它的不足之處是：(1)壓縮空氣常用壓力為0.40.6MPa，若要獲得較大的力，其結構就要相對增大；(2)空氣壓縮性大，工作平穩性差，速度控制困難，要達到準確的位置控制很困難；(3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當會使鋼類零件生銹，導致設備失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。氣動式驅動多用于點位控制、抓取、開關控制和順序控制的設備。2.1.3 電動機驅動電動機驅動可分為普通交、直流電動機驅動，交、直流伺服電動機驅動和步進電動機驅動。普通交、直流電動機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型設備。伺服電動機和步進輸出力矩相對小，控制性能好，可實現速度和位置的精確控制，適用于中小型設備。交、直伺服電動機一般用于閉環控制系統，而步進電動機則主要用于開環控制系統，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。2.1.4 方案的確認本次設計要為螺旋式水煮線，因此對環境要求比較高，同時螺旋轉動要求扭矩較大。所以采用電機作為本次設計的驅動部分。2.2 整體結構的設計2.2.1 水煮箱的設計水煮箱是水煮線的總要組成部分。 箱體內壁為U型結構，與傳統方型箱體相比，水槽內蒸煮介質的使用量減少約30% (與槽寬1000mm 水深 400mm方型水槽對比），節省蒸煮介質（鹵汁），減少在加熱過程中不必要的資源浪費。箱體內置保溫層，減少熱損耗，保護操作工人安全。箱蓋為圓弧型，與箱體之間有水封槽連接，箱蓋之間加裝硅膠密封條，減少蒸汽泄漏。如圖2-1所示：圖2.1 水煮箱結構2.2.2 提升機結構提升機構是將進過水煮箱加工完成后的食物送出晾干，提升機全部采用SUS304不銹鋼材質，具體結構如圖2.2所示 。圖2.2 提升機構2.2.3 螺旋輸送機構螺旋輸送機構是將食物在水煮箱內翻滾，輸送的總要部件，如下圖2.3 。螺旋輸送軸通過帶座軸承固定在水煮箱機架上，軸端和水煮槽之間采用機械密封機構，仿真鹵汁泄漏。傳動采用擺線減速電機和傳動鏈條組合，同時電機可實現變頻調速。圖2.3螺旋輸送機構2.2.4 循環系統循環系統采用大流量低水壓水泵，槽內水流速度和流量可根據需要調整，防止產品在槽內堆積。如圖2.4所示，過濾水箱中配有過濾網，防止食物進入離心泵。圖2.4 循環系統2.4.5 蒸汽管路蒸汽管路如下圖2.5所示：所有管路均采用不銹鋼材料，同時蒸汽的打開和關閉采用氣控閥控制。圖2.5 蒸汽管路2.4.6 整體結構哦整體結構如下圖2.6所示：圖2.6 整體結構第三章 水煮線的設計計算3.1擬定設計參數水煮箱尺寸：長寬高=4000X880X600MM3.2 螺旋輸送傳動方案的擬定根據傳動裝置各部分的相對位置，綜合考慮工作機的性能要求、工作條件和可靠性，以使結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低、傳動效率滿足要求等，選擇擺線減速器，機構運動簡圖如圖3.1：圖3.1傳動簡圖三、電機的選擇3.2 計算螺旋輸送主軸的轉速和功率3.2.1 推力的確認假設：單個丸子質量0.01KG。輸送的有效長度為3400mm，有效的寬度為700mm。假定有10000個丸子，輸送速度0.2m/s，鹵水的總重量為：1000KG10000個丸子的總質量：（3）功率 pw=vF=110000.2=2200w=2.2KW3.2.2 電動機的功率（1）傳動裝置的總效率由參考文獻1表1-2查得： 滾筒效率1=0.96； 減速器效率2=0.9； 滾動軸承效率3=0.98； 鏈輪傳動效率4=0.97； 輸送鏈傳動效率5=0.95； 總效率=12223345=0.9620.920.9830.970.95=0.7834（2）所需電動機的功率 Pr=Pw/=2.2/0.7834=2.8kw3.2.3選擇電動機的型號根據工作條件：為一般工作場合使用，選用常用的三相異步電機。查參考文獻2表7-2-2選擇電動機的型號為Y2-100L-4，額定功率3kw，滿載轉速1450r/min,電動機軸伸直徑35mm。3.3減速機的選擇計算根據工作條件：為一般工作場合使用，選用常用的擺線減速機。選擇減速機的型號為ZW1，額定功率0.55kw，減速比為253.4 螺旋輸送軸的校核圖5.2受力分析鏈輪上的作用力圓周力：=1812.298N徑向力：=635.078軸向力：=178.098求軸承的支反力 水平面上支反力： 垂直面上支反力：=487.649N =1065.057N（5）畫彎矩圖（如圖4b、c） 剖面B處彎矩： 水平面上彎矩=233.8Nm 垂直面上彎矩 =72.2Nm 合成彎矩=244.694 剖面C處彎矩：=9.7Nm（6）畫轉矩圖（如圖4d） 98.6Nm（7）計算當量彎矩 因單向回轉，視轉矩為脈動循環，則=0.602 剖面B處當量彎矩 =251.3Nm 剖面C處當量彎矩 =60.1Nm（8）判斷危險剖面并驗算強度 剖面B處當量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，故剖面B為危險剖面 =MPa=39.3MPa59MPa 剖面C處直徑最小，為危險剖面 MPa=22.3MPae=0.37 查4表14.12，=1.5 =1.5(0.41474.555+1.61233.19)=3844.389N 軸承:=1055.095/3376.293=0.313e=0.37 =1.53376.293=5064.439N 因軸承相同，且,故應以作為軸承壽命計算的依據。（4）求軸承的實際壽命 已知滾珠軸承=10/3 =79083h 根據設計條件，使用壽命十年，第年300天，每天8小時，則L=103008=24000h 因，故所選軸承合適。 第四章 螺旋式水煮線三維建模的設計4.1 Solidworks軟件簡介首先我要對Solidworks進行介紹一下，它是一種先進的，智能化的參變量式CAD設計軟件，在業界被稱為“3D機械設計方案的領先者”，易學易用，界面友好，功能強大，在機械制圖和結構設計領域，掌握和使用Solidworks已經成為最基本的技能之一。與傳統的2D機械制圖相比，參變量式CAD設計軟件具有許多優越性，是當代機械制圖設計軟件的主流和發展方向。傳統的CAD設計通常是按照一定的比例關系，從正視，側視，俯視等角度，根據投影，透視效果逐步繪出所需要的各個單元，然后標注相應尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標注尺寸發生變化，幾何圖形的尺寸不會同步變更；如果改變了幾何圖行，其標注尺寸也不會發生變化，還要重新繪制，標注，因此繪圖工作相當繁重。參變量式CAD設計軟件，是參數式和變量式的統稱。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進入完全定義狀態，這就是參數式模式。由于軟件自動加入了關聯屬性，如果修改了標注尺寸，幾何圖形的尺寸就會同步更新。也可以暫時不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態，這就是變量式操作模態。美國Solid Works公司是一家專門從事開發三維機械設計軟件的高科技公司，公司宗旨是使每位設計工程師都能在自己的微機上使用功能強大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系統，公司主導產品是世界領先水平的Solid Works軟件。90年代初，國際微機市場發生了根本性的變化，微機性能大幅提高，而價格一路下滑，微機卓越的性能足以運行三維CAD軟件。為了開發世界空白的基于微機平臺的三維CAD系統，1993年PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件，引起世界相關領域的一片贊嘆。在SolidWorks軟件的促動下，1998年開始，國內、外也陸續推出了相關軟件；原來運行在UNIX操作系統的工作站CAD軟件，也從1999年開始，將其程序移植到Windows操作系統中。由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以原來一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創造了CAD行業的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續獨立運作，成為CAD行業一家高素質的專業化公司。功能描述（1） TopDown(自頂向下)的設計（2） DownTop(自下向上)的設計（3） 配置管理（4） 易用性及對傳統數據格式的支持（5） 零部件鏡像（6） 裝配特征（7） 工程圖（8） eDrawingSolidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒有生成零件之前的圖紙稱為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時，如果修改了草圖的標注尺寸，其3D模形和工程圖會同步更新；相反，如果修改了工程圖的標注尺寸，其3D模形和草圖也會同步更新。軟件使用起來非常方便，大大減少了設計人員的工作量，提高了工作效率。通常，從打開一個零件文件或建立一個新零件文件開始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導入曲面或幾何實體開始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設計方法，也就是自下而上的設計方法。草圖繪制從零件文件開始，對于一個新的產品設計，要首先建立零件文件。由于零件、裝配體及工程圖的相關性，所以當其中一個視圖改變時，其他兩個視圖也會自動改變。Solidworks2014允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統選項”和”文件屬性”選項卡.Solidworks2014可以自動保存工作.自動恢復功能可以自動保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統死機時不會丟失數據.如果設定此選項,則選擇”工具”_”選項”菜單命令.在”系統選項”選項卡上,單擊”備份”選項,選擇”每(n)次更改后,自動恢復信息”復選框,然后設定信息自動保存前應發生的變更次數.Solidworks2014具有很強的文件交換功能,可以輸入,輸出數十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進行文件交換。Solidworks2014在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網格線和捕捉網格線功能?？蓪⒕W格線與模型邊線對齊，還可捕捉到角度。網格線和捕捉功能在Solidworks2014中不太使用，因為SolidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關系已提供了所需的精度。4.2零件建模4.2.1水煮箱鏈輪三維建模的形成在SolidWorks中，水煮箱鏈輪的形成比較容易實現，通過拉伸、陣列等指令，水煮箱鏈輪的三維模型如圖4.1所示。圖4.1 水煮箱鏈輪三維圖4.2.2 控制單元的三維建模形成由于控制單元的三維模型比較復雜，運用了拉伸，切除，圓角，等特征，形成控制單元的三維模型。如圖4.2所示圖4.2 控制單元三維圖4.2.3 TOOLBOX運用另外，SolidWorks里toolbox里包含了各種傳動件，螺栓，螺母，螺釘，軸承等數據，可直接調用輸入自己參數即可。 軸承的建模，從toolbox中選擇軸承，滾動軸承如圖4.3所示圖4.3 添加軸承4.3零件裝配零件設計好了，可以將其在組建模式下通過一定的方式組合在一起，從而造成一個組件或完整產品模型。零件裝配需要在專門的組件設計模式下進行。在Solidworks2014 中，可以按照以下步驟來創建一個組件設計文件：單擊新建按鈕，打開“新建”對話框。在“類型”選項組中選擇“組件”單選按鈕，在“子類型”選項組中尋則“設計”單選按鈕，在“名稱”文本框中輸入組件名稱，清除“使用缺省模板”復選框，然后單擊“確定”按鈕。彈出“新建文件選項”對話框。從“模板”選項組的列表框中選擇“mmns _SLDASM_design”，單擊“確定”按鈕。在組件設計中（裝配設計），主要有兩種主流設計思路，即自底向上設計和自頂而下設計。通俗一點而言，前者是將已設計好的零部件按照一定的裝配方式添加到裝配體中；而后者則是從頂層的產品結構著手，由頂層的產品結構傳遞設計規范到所有相關子系統，從而有利于高效地對整個設計流程項目進行協作管理。在組件設計模式下，系統允許采用多種方法將元件添加到組件，包括使用放置定義集（簡稱約束集）和使用元件界面自動放置等。通常元件放置根據放置定義集而定，這些集合決定了元件與組件的相關方式及位置，這些集既可以是由用戶定義的，也可以是預定義的。用戶定義的約束集含有0個或多個約束；預定義約束集（也叫連接）具有預定義數目的約束。約束放置是較為常用的裝配方式。在 Solidworks2014元件放置操控板的約束列表框中，提供了多種放置約束的類型選項，包括缺省、固定、曲面上的邊、曲面上的點、直線上的點、相切、坐標系、插入、匹配、對其、和自動。在使用約束放置選項時，需要注意約束放置的一般原則及注意事項。例如，“匹配”約束或“對齊”約束的一組參照的類型要相同（平面對平面、旋轉對旋轉、點對點、軸對軸）；一次只能添加一個也是，譬如不能使用一個單一的“匹配”約束選項將一個零件上的兩個不同的平面與另一個零件上的兩個不同的平面配對，二必須定義兩個單獨的“匹配”約束；元件的裝配需要定義放置約束集，放置約束集由若干個放置約束構成，用來組合定義元件的放置和方向。裝配通過一個中心線重合，面重合或給定距離來配合圓弧曲面的零件。首先進行部裝，在得到螺旋式水煮線的裝配圖，總裝配圖見下圖4.4所示：圖4.4螺旋式水煮線三維裝配體4.4 三維向二維的轉換SolidWorks作為一套功能強大的計算機輔助繪圖和設計軟件，可以建立零件的三維實體圖，三維裝配體圖及二維工程圖，且大多數生產一線的工程技術人員對二維繪圖軟件，如autocad，caxa電子圖版，等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標注裝配體，零件圖時，具有獨特的優勢。所以，充分利用SolidWorks和二維圖之間的轉換，把SolidWorks自動生成的工程視圖與二維軟件的標注結合起來，達到“以二維之長補三維之短”的目的。一下是三維建模生成二維工程圖的詳細過程。在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks中的新建模板中，新建一個工程圖模板，打開工程圖工具條，在工程圖工具條中點擊“新建”按鈕，并在作圖區域中單擊右鍵，“從文件中選擇”，確認要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪制區域內單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定，完成工程圖的繪制，并將其保存為“dwg/dxf”格式的文件。如圖4.5所示圖4.5新建工程選用標準圖紙，或自定義圖紙大小，如圖4.6所示圖4.6選擇圖紙打開需要生成工程圖的零件，并將其拖入此工程圖。左鍵確定位置，繼續移動鼠標，會顯示鼠標移動方向的視圖。從而確定所需工程圖，如圖4.7所示。圖4.7工程圖創建此外，還可通過上方的工具來分析剖視圖。也可標注此裝配體的零件及其名稱。因此圖還將在CAD中修改，故在此未標注零件序號及名稱，最后完成的工程圖如圖4.8所示：圖4.8螺旋式水煮線工程圖紙第五章 螺旋式水煮線溫度控制系統硬件設計5.1 控制系統結構組成本次設計中的螺旋水煮線控制系統硬件是主要由三菱PLC、溫控模塊、繼電器、接觸器、三相異步電機，指示燈，行程開關等組成。5.2 PLC和I/O擴展模塊的選型 選擇合適的PLC是本次設計能達到所需控制目的的關鍵。選用的原則從下面幾個因素考慮：機型類別、容量大小、輸入/輸出模塊數量。 本螺旋水煮線輸入分配：11個點，輸出分配：8個點。本次設計所選用的是由三菱公司制造的小型整體式PLC，具體型號為FX2N-32MR-001，此型號輸入/輸出端子數量都是16點，基本滿足了本次設計的控制需求。FX2N-32MR-001的CPU單元規格是：I/O數量均為16點，輸入、輸出形式為繼電器型，電源采用AC220V。5.3 溫控模塊的選擇三菱FX系列PLC的溫控模塊一共有兩種，分別是FX2N-2AD和FX2N-4AD。2AD只有兩路模擬量轉換，而本系統需三區測溫，顯然不符合要求，因此本次設計選用FX2N-4AD模擬量輸入模塊作為溫控模塊。FX2N-4AD為模擬量輸入模塊,有四個模擬量輸入通道（分別為CH1、CH2、CH3和CH4），A/D轉換在這四個通道都可進行，實現了模擬量信號轉換為數字量信號，其分辨率為12位。其性能如表5-1所示。表5-1 模擬量輸出性能表所有數據轉換和參數設置的調整可通過FROM/TO指令完成。同時在編程過程中重點用到了BFM數據緩沖存儲器，具體分布情況如表5-2所示。表5-2 BFM數據緩沖存儲器分布表 5.4 PLC I/0的分配FX2N的I/O通道號一般采用自由配置、固定信道模式?？梢匀我膺x取輸入和輸出繼電器，輸入點對應輸入繼電器，同樣輸出點對應輸出繼電器，由上述控制要求可得到螺旋水煮線控制系統I/O分配表如表5-3所示。表5-3 I/O接口分配輸入分配輸出分配名稱地址名稱地址上蓋門限位X0蒸汽閥Y0X1離心泵電機Y1自動啟動按鈕X2提升電機Y2自動停止按鈕X3螺旋輸送電機Y3手動/自動選擇按鈕X4運行指示Y4手動蒸汽閥開X5停止指示Y5手動提升電機X6低溫報警指示Y6手動螺旋輸送電機X7高溫報警指示Y7手動離心泵電機X10Y10提升機熱繼電器X11Y11螺旋輸送電機熱繼電器X12Y12急停X135.5 系統電氣控制接線圖設計三相線制是本系統所采用的供電方式。它的電源等級為AC380V5，50Hz，系統PLC接線圖，繼電器接線圖和主電路圖如圖5.1到5.3所示。圖5.1 PLC接線圖如圖5.1所示，PLC的供電為220V交流電，輸入端開關量信號一端接PLC的COM端，輸出段COM接開關電源0V段，輔助繼電器一端接開關電源24V+段，一端接PLC輸出端。圖5.2 主電路如圖5.2所示，提升電機、離心泵電機和螺旋輸送電機為三相異步電機，通過QS1、QS2、QS3熱保護斷路器，熱繼電器FR1、FR2、FR3保護。QS4為開關電源和PLC供電。圖5.3 繼電器輸出電路如圖5.3所示，繼電器輸出電路的作用是，保護PLC由于電氣元件損壞而燒毀PLC，一般PLC的輸出端都是接小型繼電器，在小型繼電器的觸點接到外部輸出設備上。本電路為小型繼電器觸點輸出到外部設備的電路。36第六章 系統軟件設計6.1 手動自動選擇程序當整個系統上電后，需要選擇執行手動程序還是自動程序，系統執行條件程序梯形圖如圖6.1所示：圖6.1 手動自動選擇程序由上述梯形圖可以看出，X4是手動自動選擇按鈕，當X4接通時，輔助繼電器M0得電，此時執行自動程序，下述手動程序無法運行。6.2 螺旋水煮線手動程序在系統工作時，有時需要用到手動程序，方便設備的檢修和維護，螺旋水煮線位手動程序梯形圖如下圖6.2所示：圖6.2 手動程序上述程序可以看出，手動程序的執行條件是M0此時不接通，即M0常閉觸點此時導通。X5控制手動蒸汽閥運行，X6控制手動提升機運行，X7控制手動螺旋輸送電機運行，X10控制手動離心泵運行。當按下X5后，M1手動蒸汽閥運行輔助繼電器得電，此時M1的常開觸點控制Y0得電。其中手動手動提升機運行程序和手動螺旋輸送電機運行程序中增加了熱繼電器的常開觸點X11和X12，即當電機過載時，手動提升機和螺旋輸送電機無法運行。6.3 自動執行啟動程序在系統啟動后，大部分執行自動程序，自動啟動程序梯形圖如下圖6.3所示圖6.3 自動啟動程序上述程序可以看出，自動啟動程序執行的條件是，自動運行條件M0輔助繼電器常開觸點閉合，且此時上蓋處于關閉狀態（也就是X0此時處于接通狀態）。當按下X2后，M5被置位，此時可以執行下列自動程序，M5的常開觸點接通，運行指示燈Y4此時點亮，當系統需要停止或者發生緊急故障時，按下X3停止按鈕或者X13急停按鈕，M5被復位，此時自動程序停止運行，Y5停止指示燈點亮。6.4 溫度當前值測得程序在自動程序執行過程中，首先需要把測溫電阻測得的溫度輸入到PLC的數據寄存器中，其程序段如下圖6.4所示：圖6.4 溫度當前值測得程序上述程序可以看出，M8002為PLC一個掃描周期內為1，當PLC上電后，系統首先將H3000送BFM#0（A/D通道初始化），此時CH1、CH2和CH3為電壓輸入（DC ：-10+10V），CH4關斷，采樣次數缺省為8次，正常速度，即此時只有三個通道有效，因為本文只有三個測溫電阻，只需要三個通道正常工作。當自動程序執行M5為ON時，將FX2N-4AD在0#位置BFM#30中的識別碼（K2040）送D1，若識別碼為2040，則M7=1。然后再將BFM#29的狀態信息分別寫到M10M25（16位）中，若無錯（M10=0），則BFM #5、#6、#7的內容（CH1、CH2、CH3通道的平均輸入采樣值）將傳送到PLC的D10、D11、D12中。然后在用求平均指令MEAN把三個通道中的數值求平均值放到D20中，此時D20即為此時測量溫度的當前值。6.5 PID調節參數的設定在進行PID調節式，首先要進行參數的設定，參數包括溫度的設定值，PID采樣周期、PID運行方向、濾波常數、比例增益、積分時間、微分增益和微分時間一個八個參數，其梯形圖如下圖6.5所示：圖6.5 PID參數設定由圖6.5 梯形圖可以看出，數據的設定采用傳送指令MOV，溫度設定值此時K=1100，也就是設定的溫度為110（當然烘箱的溫度不一定設定為110，具體溫度按工藝來定），采樣時間設定為1S，動作方向設定為1（由于當前值的溫度小于設定值溫度，采用逆方向，所以設定為1），濾波常數設定為60，在實際現場調試過程中，適當的增加和減小該數值，比例增益設定為100，積分時間為10ms,微分時間和微分增益都為0，此時只用到PI調節，現場調試過程中可以根據現場調試結構適當的調節該數值。參數設定完成后，利用PID調節指令，PLC自動調節，然后得出一個輸出值D100?？偨Y與展望通過這次畢業設計，對大學本科四年機械工程及自動化專業所學知識進行了整合，完成了一個特定功能、滿足特殊要求的螺旋式水煮線的設計，比較好地體現了機械工程及自動化專業畢業生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業精神和態度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現了理論和實踐的有機結合。經過近四個月的畢業設計，資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及畢業設計論文的撰寫等各個環節，我對大學四本科階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。因此，通過畢業設計實現了預期目標。參考文獻1 機械設計（第八版），高等教育出版社，濮良貴，紀名剛主編，2006年5月第八版；2 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此外還要感謝宿舍同學，是大家營造了良好的學習環境，在做設計的過程中互幫互助，使我的CAD操作水平比以前有了很大提高，同時較全面的掌握了Word的編輯功能。大學生活至此劃上了圓滿的句號，在上海電機學院這塊土地上有眾多莘莘學子辛勤的耕耘，在這塊土地上我健康快樂地成長，我永遠不會忘記可親可敬的老師和互幫互助的同學，我永遠記得這片土地。最后，衷心感謝在百忙中抽出寶貴時間對論文進行評審的各位專家。