易拉罐回收机设计毕业设计.doc

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1、 毕 业 设 计题 目： 易 拉 罐 回 收 机 设 计 系： 机 械 工 程 学 院 专业： 机械电子工程 班级： 机电0901 学号： 200902170150 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书 题目： 易拉罐回收机设计

2、姓名 丁超 学院 机械学院 专业 机械电子工程 班级 机电0901 学号 50号 指导老师 谭季秋 职称 副教授 教研室主任 陈小异 一、基本任务及要求易拉罐废品回收机械用于对易拉罐废品进行处理，使废品便于运输，提高效率，减少成本。本课题要求设计易拉罐回收处理机结构装配图、主要零件图。基本任务： 1总体方案设计。2机械结构设计：回收机结构装配图、主要零件图、结构设计计算。3驱动系统设计：电机选择，运动计算，力学计算。4编写设计说明书。二、进度安排及完成时间12013年 2 月 ，布置设计课题，交代具体任务。23月1日3月25日，查阅资料，撰写开题报告和文献综述。33月25日5月20日，毕业设计

3、，约在4月中旬进行毕业实习，并撰写实习报告。45月21日6月1日，撰写毕业设计论文，并交电子文档给导师初阅。56月2日6月5日，按格式和要求修改毕业论文，毕业论文答辩。66月5日6月10日，按导师修改意见，修改论文，资料收集存档。目录摘要ICans recycling machineII第一章 绪 论11.1 引言11.2 研发背景及意义11.3 易拉罐回收机的基本设计思路及关键技术21.3.1 易拉罐废品回收机的功能21.3.2 吐币功能简介2第二章 总体方案设计32.1 易拉罐废品回收机的基本设计思路32.2总体结构布局设计32.3总体控制方案设计42.4识别装置的设计52.4.1拉罐参数

4、测量52.4.2识别分离结构设计62.5冲压机构的设计62.5.1冲压机构初步选择62.6推送机构的设计72.7退币机构的设计8第三章 机械设计的计算93.1冲压机构的设计计算93.1.1 曲柄压力机的结构93.1.2 曲柄压力机传动级数及速比的分配93.1.3 传动系统设计103.1.4 齿轮的计算153.1.5 连杆及滑块的计算173.1.6 滑块的确定21第四章 电机选型234.1 电机选型分析234.2 功率计算234.3 电机转矩计算28第五章 控制系统的设计305.1 硬件设计305.1.1 PLC选型305.1.2 PLC电路设计分配325.2 软件设计335.2.1 梯形图33

5、结束语34致 谢35参 考 文 献36摘要摘要 制成易拉罐的材料是高级铝合金。近几年来国内外易拉罐的用量增长迅速，易拉罐金属再生冶炼的获利空间大增。现在国内废旧易拉罐的回收秩序混乱，再生冶炼设备和工艺落后，亟待设计一种新型的易拉罐回收装置改变这一现状。本课题从再生冶炼的源头入手，通过压实技术将罐盖和罐体压缩放置，设计了易拉罐压实储存机械结构装配图、相关零件图，通过PLC对其进行动作控制,易拉罐废品回收机为再生金属的冶炼提供了高纯度、易于加工的原材料。是一种将易拉罐识别，压缩，储存等功能集于一身的回收机械，其体积小，应用场合很广，可放置于超市，街道，广场等各种人流量多的场合。关键词 废旧易拉罐；

6、回收；金属分离；再生冶炼Cans recycling machineAbstract Beverage cans are manufactured by high-level alloy of aluminum. The quick increase of UBCs distribution in and out of China lead the high increasing profit of its second birth. But now the recycle of UBC in China is disordered and the smelt facility and tec

7、hnics is behindhand. A new kind of UBC recycle facility is an impendent demand. We improved the machining techniques from the headwaters and recycled two kinds of aluminum of UBCs cover and its body partly through new type of apart and compress techniques, solved the great problem of wiping off the

8、paint on the surface, and provided high purity and easily processing material for the smelt of recycling metal. Key words UBC；reclaim；metal apartment；recycled smeltII第一章 绪 论1.1 引言近五十年来，铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到很大应用；在航空及国防军工部门也大量使用铝合金材料；在电力输送上则常用高强度钢线补强的铝缆；集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设

9、备等都需要大量的铝。而改革开放以来，中国铝工业取得了长足发展，已成为世界铝工业大国，形成了从铝土矿、氧化铝、电解铝、铝加工、研发为一体的比较完善的工业体系。因此中国铝及其合金有广阔的消费前景。但与此同时，随着中国经济不断地飞速发展，中国关于铝环境污染愈来愈严重，环保问题已经引起国家领导人的重视。因为铝虽然有很大的用处，但对人体却是有害的，会造成记忆力衰退。所以废品回收已经成为环境保护的一种重要措施，而以易拉罐为主的可利用铝回收就是其中重要的一部分。1.2 研发背景及意义易拉罐回收机在国外很早就出现了，技术也比较成熟。易拉罐回收机提高了回收效率，自动接纳铝罐，拒收马口铁罐、玻璃瓶或其他东西。它可

10、以打印出回收数量、类型、生产厂家等信息报表，易拉罐在机内被压扁或粉碎储存。目前西方已有1.5万多台投入使用，安装在零售商店和公共场所，其中主要分布在挪威、美国、法国等，瑞典有5000多台。但国内同类型产品起步晚，技术大多借鉴国外。另外，国内这种类型的自动有偿回收机普及率不高，只在小数大城市的小数地方使用。普及率不高的主要原因是设备成本高。所以研制出一种成本较低的易拉罐自动回收机就十分必要了。因为这不仅可以调动起广大市民的环保意识，而且还可以为中国的铝工业的发展作出自己的一份力量。随着生活水平的提高, 可回收生活垃圾( 如PET 塑料、 铝制易拉罐等) 越来越多. 目前国内的处理方式, 主要以城

11、市环卫机构和小贩的上门收购为主, 回收效率低下. 因此, 高效、 科学、 智能、 自动化程度高的回收装置的研发迫在眉睫。铝及其合金是经济建设的重要原料，广泛应用于机械、建筑、汽车、飞机、家电和包装材料等行业。80年代之后，全世界铝工业发展很快，产量已居有色金属之首，2001年原铝产量已达到2467万吨，消费量已达2352万吨。 原铝工业虽然发展很快，但也受到建设周期长、投资大、能耗高、污染严重等问题的约束。为弥补原生铝发展的不足，满足日益增长的市场需求，各国都非常重视再生铝的发展，再生铝及其产品已经广泛用于各工业领域。1.3 易拉罐回收机的基本设计思路及关键技术1.3.1 易拉罐废品回收机的功

12、能易拉罐废品回收机是一种将易拉罐识别，压缩，储存等功能集于一身的回收机械，其体积小，应用场合很广，可放置于超市，街道，广场等各种人流量多的场合。1.3.2 吐币功能简介吐币，是完成人们在“全自动易拉罐回收处理机”上交易的最后一道环节，也是体现对人们环保意识的一种回报。对于本课题，吐币功能的实现源自自动收货机上的吐币功能。目前，市场上各类自动售货机上的金属硬币识别器种类繁多，但贮币吐币机构基本上分为两类：一类是平面式贮币，电磁阀吐币；另一类是圆筒式贮币，步进电机吐币。当硬币投入后经过识别识出电信号后，伪币和异物被排出，真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内备用。当收到吐币电信号后，通过吐

13、币电磁阀或吐币电机拉杆，将贮币腔内下部硬币依电信号程序推出，完成自动售货机的吐币功能。在本课题中，当回收机完成易拉罐的压缩存储后，发出数量信号，驱动相关机构，输出相应数量的硬币，完成交易。第二章 总体方案设计2.1 易拉罐废品回收机的基本设计思路本产品的设计原理是所述易拉罐回收机包括导轨部分，识别机构，挤压机构、推罐机构、退币装置和控制电路；所述挤压装置位于回收机的上部，装置中的挤压体位于冲击基座的正上方，在冲击基座的斜上方有一管道，管道上端与易拉罐投入口相接，下端开口正对冲击基座，冲击基座的侧边有包括电机和螺杆的推罐装置，下端为储罐箱。图2.1 易拉罐废品回收机流程图从上述的示意图可以看出整

14、个工作流程都是由机器自动完成的。机器收到废品就有倾轧机器把易拉罐由上到下压成一个圆形，然后再把圆形易拉罐放进原先所设定好的管道让它自由滚下。当易拉罐就要滚到回收箱之前就会触动硬币开关，机器就会放出一个1毛钱的硬币到出款出。就这样一个废品回收回赠过程就完成了。2.2总体结构布局设计易拉罐回收机主要包括几个部分:导轨部分，识别机构，挤压机构、推罐机构、退币装置和控制电路 如图：图2.2 易拉罐废品回收机机构示意图2.3总体控制方案设计初步设计用PLC作控制器,输入信号由4个传感器和一个条形扫描器提供,输出端连接6个电机,其用途如表:2.1表2.1 控制系统元件表元件作用元件作用传感器1检测有物体进

15、入系统电机1带动进入物体旋转以作扫描扫描器识别物体是否为易拉罐电机2推动易拉罐进入冲压区电机3推动非易拉罐进入退罐口传感器2检测有罐体进入冲压区电机4冲压罐体 压扁传感器3检测压扁是否完成电机5推送罐体进入存储箱传感器4检测是否有罐体进入存储箱电机6执行退币控制系统动作见图2.3图2.3 控制系统动作流程图2.4识别装置的设计2.4.1拉罐参数测量由于易拉罐的重量具有统一性,故此系统采用重量识别分类原理,对易拉罐进行了精确的测量,测量结果如下表2.2（单位：mm）：表2.2 易拉罐罐体参数表项目柱体高圆台体直高底面半径盖面半径底盖面厚度柱体侧壁厚度三次测量均值100.7214.2555.052

16、7.940.290.122.4.2识别分离结构设计投入物首先通过滑道落在旋转台上，旋转台带动投入物做圆周运转，同时条形识别器对投入物进行条形码扫描识别，识别完成后对控制器输入信号，如果识别结果为易拉罐，则控制器给1#电机输出信号，1#电机运转带动滚珠丝杠螺母，从而推动投入物进入冲压口，否则，将给2#电机信号，2#电机运转带动滚珠丝杠螺母，从而推动投入物进入退罐口。如图2.4：图2.4 识别分离机构2.5冲压机构的设计2.5.1冲压机构初步选择根据实际情况，初步选用曲柄压力机，曲柄压力机是材料成型（塑性成型）种广泛应用的设备，通过曲轴连杆机构获得材料成形时所需的力和直线位移，可进行冲压，挤压，锻

17、造等工艺，广泛应用与汽车工业，航空工业，电子仪表工业，五金轻工业领域。图2.5 冲压机构工作原理图2.6推送机构的设计易拉罐被压扁后，要通过推送装置将其推入存储箱内，由于推力很小，可用电机直接带动丝杠螺母副，推动易拉罐罐体落入箱内。结构如图2.6：图2.6 推送机构示意图2.7退币机构的设计在本设计中，采用的是圆筒式贮币，步进电机退币，当收到退币电信号后，通过退币电机，将贮币腔内下部硬币依电信号程序退出，完成回收机的退币返还功能。这里直接采用GT3251型号自动退币模块，参数如表2.3表2.3 退币机构参数产品参数：适用硬币直径： 18mm-31mm 适用硬币厚度：1.2mm-2.4mm工作电

18、压： 12V 工作温度：-15+75单个毛重：0.32kg 整件净重：10.58kg第三章 机械设计的计算3.1冲压机构的设计计算 3.1.1 曲柄压力机的结构根据压力机各部分零件的功能，可分为如下几个组成部分：(1)工作机构 设备的工作执行机构由曲柄连杆，滑块组成，将旋转运动转换成往复直线运动。(2)传动系统 由带传动和齿轮传动组成，将电动机能量传输至工作机构，在传输过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加。(3)操作机构 主要由离合器，制动器以及相应电气系统组成，在电动机运动后，控制工作机构的运行状态，使其能间歇或连续工作。(4)能源部分 由电动机和飞轮组成。机器运行的能源由电动机提供，开机后电

19、动机对飞轮进行加速，压力机短时工作能量则由飞轮提供，飞轮起着储存和释放能量的作用。(5)支承部分 由机身，工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。(6)辅助系统 包括气路系统，润滑系统，过载保护装置，气垫快换模，打料装置，监控装置等。它提供高压力计的安全性和操作方便性。对新型压力机，此系统成本所占比例有提升趋势。3.1.2 曲柄压力机传动级数及速比的分配压力机的传动级数与电动机的转速和滑块每分钟行程次数有关，行程次数低，则总速比大，传动级数就应多些，否则每级的速比过大，结构不紧凑。现有开式压力机传动级数一般不超过三级。行程次数在80次/分以上的用单级传动。80次/分40次/分的

20、用二级传动。40次/分10次/分的用三级传动。齿轮传动中心距与模数的确定见表 表3.1 齿轮传动中心距与模数传动形式齿轮付位置中心距模数小齿轮齿数铸铁齿轮钢齿轮铸铁齿轮钢齿轮单边传动低速付（56.5）do(56.5)do0.1do0.09do1421高速付(33.5)do(33.5)do0.072do0.064do1621双边传动低速付(4.35.6)do(3.54.6)do0.085do0.07do1422高速付(33.7)do(22.3)do(0.0560.084)do(0.0840.064)do14243.1.3 传动系统设计 （1） 主要设计参数确定冲压机构设计的主要参数： 公称力：g

21、 =600 KN （设定压扁易拉罐的力度为600KN） 滑块行程： S =140 mm 公称力行程：Sg =5 mm 行程次数：平均行程次数：57spm（spm 表示每分钟滑块动作次数），滑块在行程内最高为75spm，最低为25spm； 曲柄半径：R=70 mm 连杆长度：L=640 mm（2） 曲轴的确定曲柄滑块机构是曲柄压力机的工作机构，亦是压力机的核心部分，分析它的运动与受力特点是设计曲柄压力机的关键。其主要计算S-曲线的绘制，滑块速度的计算，曲轴公称转角的计算，曲轴尺寸的确定及曲轴扭矩与强度的计算。（1） S-曲线的绘制 （3-1）曲柄滑块机构机构简图如图3.1所示图3.1 曲柄滑块机

22、构简图（2）滑块速度计算 （3-2）W-曲柄角速度 曲柄在时，滑块速度最大，最大速度 n-滑块行程次数（3）曲轴公称转角（4）曲轴尺寸的确定曲轴直径do 取do为60mm曲轴其它部位尺寸如图3.2所示图3.2 曲轴基本尺寸其各个部分的公式分别为：rA-曲柄半径 取值为75mmrB-连杆球头或销轴半径；此方案选用球头，用公式 取其值为dB=120mm则rB=60mm（5）曲轴扭矩的计算曲轴在公称转角时发生公称力Pg。曲轴传递的扭矩按下式求得，其中-曲柄连杆机构摩擦系数，对于开式压力机=0.04 (3-3)带入数据计算得=18360NM（6） 曲轴强度的计算(a)齿轮对轴的作用力要比连杆对曲轴的作

23、用力小得多，忽略不计。(b)连杆对曲轴的作用力近似等于公称力，并分别以1/2Pg作用在连杆瓦两侧距曲柄臂2r处。(c)曲柄支承反作用力作用在距曲柄臂2r处。(d)曲柄颈所受扭矩要比弯矩小得多，忽略不计。反之支承颈弯矩小得多，忽略不计13。C-C和B-B截面图如图3.3所示图3.3 C-C与B-B截面图危险截面C-C的弯矩为： NM (3-4)带入数据计算得=34500 NM最大弯矩应力为： (3-5)带入数据计算得=Pa由上式可知，曲轴弯曲应力当曲轴尺寸一定时值为一定值。危险截面B-B的扭矩为：最大剪切应力为：由上式可知，曲拐剪切应力为当量力臂的函数，随着曲轴转角的变化而变化。许用值表见表3.

24、1。表 3.2 与 许用值材料45调制40调制18调制1001400140020002100300075010001000150016002300根据，计算值，令=，=。由上式得：截面C-C：带入数据得P=N截面B-B： N由上式得曲轴在不同转角时滑块的许用负荷曲线，如图3.4所示图3.4 许用负荷曲线综合所有计算最后所得曲轴尺寸如图3.5所示图3.5 曲轴尺寸图3.1.4 齿轮的计算齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛。齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素很多，类如必需满足工作条件的要求，应考虑齿轮尺寸的大小，毛坯成形方法及热处理和制造工艺等。齿轮传动需要很大的力与扭

25、矩，因此需要进行齿轮强度的计算与校核12。 齿轮的初定经查得相关资料得齿轮中心距=带入=60得中心距=100-190mm 此设计方案种选择145mm模数=0.0960=5.4mm小齿轮齿数取20则小齿轮的分度圆直径为=mz=51mm又因为中心距=145mm所以求得=240mm因为减速比为10所以大齿轮的齿数为200由此可将大齿轮初定为齿数200，分度圆直径为240mm，模数为5.4小齿轮初定为齿数20，分度圆直径为51mm,模数为5.4大此轮初定后，还需要校核圆周速度V (3-6) 符合要求。 齿轮强度计算齿轮宽度B的选定 (3-7) =48-64 mm齿轮宽度选48mm大齿轮的弯曲强度计算：

26、 (3-8)式入 ， 取1，取1.3，=18360NM，将数据带入式中求得小齿轮的弯曲强度计算： (3-9)式中 ，取1，取1.3，=18360NM，将数据带入式中求得参考值查于机械设计第八版对于开式传动齿轮，除计算弯曲强度外，还需要验算接触强度否则会引起蚀破坏，计算公式如下： (3-10)将数据带入公式中求得根据大齿轮计算值，令，由计算公式得 (3-11)由式(3-11)求得曲轴在不同转角时，滑块许用负荷曲线如图3.5所示图3.5 滑块许用负荷曲线综合上面有关大齿轮与小齿轮的弯曲强度计算与接触强度的计算与校核，得出的结果为,符合该设计方案的要求。3.1.5 连杆及滑块的计算连杆与滑块通过球头

27、螺杆连接在一起与曲轴连接，将曲轴的旋转运动转化成连杆上下往复运动，对工件进行冲压，是曲柄连杆机构中重要组成部分，因此分析它是设计曲柄压力机不可缺少的一部分。球头螺杆尺寸的确定连杆分为长度可调与长度不可调两种形式，长度可调连杆由连杆体与球头调节螺杆组成。用手动或机械的方式改变二者的位置就可以改变连杆长度，从而改变压力机的装模高度。调节方式视压力机的公称力大小，可直接用扳手调节螺杆或通过螺轮付，棘轮棘爪等手动形式和由电动机通过涡轮付驱动的机动方式14。这种球头可调节连杆，加工简单，装配调整维修容易，结构紧凑，连杆系数小，滑块导轨所受侧压力及曲轴所受扭矩也较小。长度不可调的典型机构是连杆下端与圆柱销

28、与调节螺母连接，连杆刚性较好，和球头相比，加工方便，该结构调节螺杆不承受弯矩，但由于连杆系数略有增加，滑块侧压力较大，轴齿轮受扭矩也有所增加，且销轴所受面积比球头小，如采用三点式支承或圆柱面接触传递扭矩，由于加工困难，维修方便，故采用较少。连杆有关的主要尺寸，可有表2.2初定：表 3.3 连杆相关尺寸参照表符号推荐尺寸H球头式连杆如图3.6所示图3.6 球头式连杆尺寸由上表可得球头螺杆各尺寸： 取120mm 取90mm 取80mm 取120mm 取150mm 取200mm连杆常用铸铁ZG35或铸铁HT200制造，经正火或退火，调节螺杆用45号调质处理，球头表面淬火，硬度HRC40-45,螺杆采

29、用三角形螺纹。连杆计算连杆的计算简图如图3.7所示图3.7 连杆的计算简图 连杆受到压应力及弯曲应力的联合作用，危险截面A-A处的合成应力由下式计算： 式中-危险截面压应力 pa -压力机公称力 -危险截面A-A截面积 (3-12)-危险截面的弯曲应力 pa 式中 -危险截面的截面模数 对圆形截面 -危险截面的弯矩 Nm (3-13)Error! Reference source not found.-摩擦系数 取=0.05 =75mm =60mm-危险截面至球头中心的距离 为60mm-连杆长度640mm将数据带入式中求得=1419 =1538.4由于调节螺纹的抗弯强度均比挤压强度，剪切强度低

30、，且连杆体的材质比螺杆差，所以只需验算连杆体螺纹的弯曲应力16。综合所有计算最后所得连杆尺寸如图3.8所示图3.8 连杆尺寸图3.1.6 滑块的确定对于普通的型的开式压力机，滑块导向长度与宽度之比为1.3-1.6，滑块导向长度与滑块行程有关，行程越大，导向长度越长，一般取=（5.5-7）S，则 取100mm因为=1.3-1.6 取1.4 则B=60mm 滑块尺寸图如图3.9所示图3.9 滑块的尺寸图第四章 电机选型4.1 电机选型分析压力机加工具有负载大、冲击强的特征，直接驱动用伺服电机与传统压力机用电机相比，需要输出更大的扭矩，具备更强的抗扰动能力。因此，有必要对直接驱动用伺服电机选型进行分

31、析。电机两个主要选型参数为额定功率和额定输出扭矩，其中电机功率计算除了分析压力机一个工作周期所消耗的能量，还应考虑加减速动态过程。4.2 功率计算已知曲柄压力机参数:公称压力Pg600KN，滑块行程140mm，公称力行程5mm，平均行程次数为57spm（2575），封高调节量为80mm，公称压力角，曲柄半径R70mm，连杆长度L=640mm，连杆系数，齿轮传动机构减速比为10。本项目中计算伺服电机功率时，应考虑两部分:首先是恒速驱动时一个工作周期所消耗的能量,其次是加速时消耗的能量。(1)恒速驱动下电机功率计算压力机一个工作循环所消耗的能量A为： （4-1）式（4-1）中：为工件变形功（属有效

32、能量）；为拉深垫工作功，即进行拉深工艺时压边所需的功（属有效能量）；为工作行程中曲柄滑块机构摩擦消耗的能量；为工作行程时压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量；为压力机空程向下和空程向上时所消耗的能量。(a)工件变形功曲柄压力机通常用于冲裁、拉深、模锻和挤压等工艺，不同工艺工件变形所需的能量不同，在工作行程内压力机的工作负荷如图4.3所示。通用压力机是以厚板冲裁负荷作为变形功的计算依据。图4.1压力机工作负荷图在冲裁工件时,当冲头进入到板料厚度的0.40.5倍时板料即断裂,因此通常取 （4-2）式中 为板料厚度，h为切断厚度。将图4.3中的曲线视为三角形，则冲裁时的变形功为 （4-3）考虑到曲线

33、为鼓形，应增加裕量，则： 0.7 （4-4）将式（4-2）代入（4-4）得： 0.315 （4-5）对于单级传动压力机，有以下经验公式： （4-6）则：926 J(b)拉深垫工作功对于带拉深垫的压力机，应按浅拉深工艺来计算工艺变形功。根据文献介绍，当量浅拉深功略大于式（4-5）计算出的厚板冲裁功。为设计方便，用厚板冲裁功代替浅拉深功。但应考虑工件压边所需的功，即拉深垫工作功，消耗的能量大小取决于压紧力和工作行程。拉深垫工作功计算公式为： （4-7）式中为压力机公称压力，S为滑块行程长度。则2333.3 J(c)曲柄滑块机构摩擦消耗的能量对于通用压力机，曲柄滑块机构摩擦消耗的能量可由如下公式表示

34、： （4-8）其中为摩擦当量力臂， 为公称压力，为公称压力角。计算公式为，已知参数摩擦系数0.04，0.109，曲轴曲柄颈直径160mm，球头直径150mm，曲轴支承颈直径=130 mm，则0.041.1091600.109150130/2=6.47mm。因此，0.50.006476000.342663.8 J(d)压力机受力系统的弹性变形所消耗的功压力机处于工作行程中时，机身和曲柄滑块机构等受力系统因受载产生弹性变形，因而引起能量损耗，有时一部分的弹性变形能量可以转化为有用能量，为了安全，认为全部弹性变形能量都已损失。 （4-9）其中表示压力机总的垂直变形，为压力机垂直刚度，查表得开式压力机

35、推荐值为400，6004001.5mm。则 6001.52450 J(e)空程向下和空程向上时所消耗的能量根据文献提供的试验数据，查表得到对应60吨压力机空程损耗功为978J，因此978J。综合以上分析，压力机一个工作循环所消耗的总能量:=926+2333.3+663.8+450+978=5351.1 J 压力机一个工作循环电机平均功率为： （4-10）式中k为电机安全系数，查表得k1.5；t为工作循环时间，n为滑块行程次数，n=57，为行程利用系数，手动送料时0.5，则t2.1s,为压力机总效率，带拉深垫且为手动送料时为0.45。因此N8.5（kW）。(2) 电机加速或减速时电机功率计算在一

36、个冲压行程中，伺服电机的速度经历匀速、减速、加速的变化过程，因此在确定伺服电机的功率时，还需考虑其加、减速时的动态转矩。电机转矩的变化由电机的运动方程决定，电机的运动方程为： （4-11）其中T为电机输出转矩，为折算到电机轴的负载转矩，为机械摩擦转矩折算到电机轴的摩擦转矩，为电机轴转速，J为折算到电机轴上的总转动惯量。图4.4为变速驱动时伺服电机运动模型，到为减速区，到为加速区，其余时段为匀速区。系统加速时,T+,即0，电机提供加速力矩；当系统减速时，T+,即0，电机提供制动力矩。图4.2 伺服电机变速运动模型首先讨论系统加速，设加速力矩为，则J，已知电机轴上的总惯量为0.574，滑块最高行程

37、次数为75，则电机输出轴转速为750rpm,滑块一个工作循环所用的时间为1.05s，滑块行程为140mm，工作行程为5mm。在此预先按一级减速计算。进行拉深工艺时，滑块行程次数变化最大为25spm加速到75spm，25spm时电机转速为2510150rpm，因此，电机从250rpm加速到最大角速度750rpm才能满足工艺及速率要求。到下死点的时间为：0.07s。综合生产效率和节能的考虑，初步设定加速时间为0.2s,则电机的最大加速度为：261.7（）则J261.70.574150.2Nm。电机按最大的加速度加速到750rpm时的瞬时动态功率为：75023.14150.26011.8（kW）电机

38、通过再生制动减速，电机工作在发电机状态，此时将产生能量反馈到直流母线，因此没有消耗能量，无需考虑在电机功率内。4.3 电机转矩计算(1)电机负载转矩电机负载转矩为机械负载转矩换算到电机输出轴上的扭矩，计算公式为： （4-12）其中600kN，曲柄半径R=70mm，0，10。 则=600=1411Nm(2)电机摩擦转矩工作时压力机的转动部件上的摩擦转矩是不可忽略的。主要的摩擦有四处:(a)滑块导轨面；(b)曲轴(或芯轴)支承)和轴承之间的摩擦；(c)曲柄颈和连杆大端轴承之间的摩擦；(d)球头与球头座之间的摩擦。据此，机械摩擦总转矩为： （4-13）其中为机械摩擦总转矩，为机械摩擦系数，对开式压力

39、机0.040.05；，在计算曲柄滑块机构摩擦消耗的能量已求得6.48mm，则3888Nm。机械摩擦总转矩换算到电机轴上的转矩为：3888（100.9）432Nm因此，电机轴上的最大转矩14114321843Nm。在工作行程内，电机工作在过载状态，设计过载倍数为3，因此=18433=614.3 Nm。根据以上计算，以满足工作最大力矩的条件选择伺服电机的功率。确定电机参数为：额定功率30kW，额定转速为750rpm，额定电压为220V，额定电流为70A，额定转矩为615Nm,查机械手册选定型号为Y225M-6第五章 控制系统的设计5.1 硬件设计5.1.1 PLC选型目前，世界上有200多个厂家生产可编程控制器产品，比较著名的PLC生产厂家主要有美国的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国的西门子（SIMENS）、法国的TE、韩国的三星