气动系统课程设计报告说明书

燕山大学课程设计（论文）任务书

小组分工及贡献

备注：为实现课程设计学习最优效果，本组实行主要负责、共同进行的工作方式。每个人主要负责一部分内容，但每一项任务都由4人共同完成。

从而，更好的发挥团队力量，使每个人对项目有整体的了解，各方面

得到锻炼。

摘要

本项目名称为鼓风炉钟罩式加料装置气动系统程序控制，主要目的实现鼓风炉钟罩式加料装置的自动和手动控制。从基础气压传动系统的设计开始，到电器控制和PLC控制的电-气控制的综合设计与实验。通过对复杂多缸无障碍信号的设计与实现，最终完成了纯气动控制、电气控制和PLC程序控制的三种控制方法。对实际工况下的执行元件进行计算选型，绘制了气动系统原理图和气缸装配图。

关键词加料装置、自动与手动、气压传动、电气控制、PLC控制

目录

小组分工及贡献 (2)

摘要 (4)

第1章绪论 (7)

1.1课题背景 (7)

1.2课题内容 (7)

第2章气动系统的设计 (8)

2.1明确工作要求 (8)

2.2设计气控回路 (8)

2.3选择、设计执行元件 (11)

2.4选择控制元件 (13)

2.5选择气控辅件 (13)

2.6确定管道直径、计算压力损失 (14)

2.7选择空压机 (15)

第3章实验方案、结果及分析 (16)

3.1实验方案 (16)

3.2电气及PLC控制 (16)

3.2.1电气控制 (16)

3.2.2 PLC控制 (19)

3.3综合比较 (26)

结论 (2)

心得 (4)

参考文献 (7)

第1章绪论

1.1 课题背景

鼓风炉是冶金设备中的竖炉。鼓风炉是将含金属组分的炉料（矿石、烧结块或团矿）在鼓人空气或富氧空气的情况下进行熔炼，以获得锍或粗金属的竖式炉。鼓风炉具有热效率高，单位生产率（床能力）大，金属回收率高，成本低，占地面积小等特点，是火法冶金的重要熔炼设备之一。

鼓风炉由炉基、炉底、炉缸、炉身、炉顶（包括加料装置）、支架、鼓风系统、水冷或汽化冷却系统、放出熔体装置和前床等部分组成。

1.2 课题内容

设计某厂鼓风炉钟罩式气动加料装置如图1所示，Z A、Z B分别为加料装置上、下部分两个料钟（顶料钟、底料钟），W A、W B分别为顶、底料钟的配重。在配种的作用下，料钟平时均处于关闭状态。在装置外部的适当部位（图1b）安装两只气缸，它和配种配合分别用以操纵顶、底料钟的开和闭。二台鼓风炉加料装置共用一个气源。

图1 鼓风炉加热装置示意图

第2章气动系统的设计

2.1 明确工作要求

1）工作要求具有自动与手动加料两种方式。自动加料：加料时，吊车把物料运来，顶钟Z A开启卸料于两钟之间；然后延时发信号，使顶钟关闭；底钟打开，卸料到炉内，再延时（卸完料）关闭底钟，循环结束。顶、底料钟开闭动作必须联锁，可全部关闭但不许同时打开。

2）运动要求料钟开或闭一次的时间t≤6s，缸行程s均为600mm。所以气缸活塞杆平均速度

V=s/t=600/6mm/s=100mm/s=0.1m/s

(2-1)

要求行程末端平缓些。

3）动作时，顶部料钟和底部料钟被打开时所需克服的阻力（包括配种的阻力在内）分别为F ZA≤5.10×103N和F ZB≤2.10×104N；两料钟的关闭和气缸的复位靠配种实现。

4）工作环境环境温度30～40℃，灰尘较多。

2.2 设计气控回路

2.2.1 列出气动执行元件的动作程序及程序循环图：

2.2.2 画X-D 状态线图（图2） 为消除由a 0信号线长于其所控制的B 0动

作线引起的障碍，采用单记忆逻辑元件K 10a b ，使实际执行信号变为a 0*（B 0）=K 1

0a b 。

2.2.3 画逻辑原理图（图3） 为实现手动、自动两种控制方式，图中增设了手动信号发生器S 。

2.2.4

1和YA 2为延时换向阀（常

断延时接通型），由其延时推动主控阀QF A和QF B动作。两缸的动作由QF A和QF B控制，配种在汽缸返程中起作用。

2.3 选择、设计执行元件

（1）系统压力和执行元件类型本系统为一般的气动系统，故选系统压力为0.4Mpa。执行元件用气缸，但由于炉体结构所限，料钟中心线上下不便安装；料钟开闭行程较小及安全性要求，拟采用尾部单耳环支撑单杆双作用气缸，并用配种和摆动机构传动和封闭料钟。为实现料钟的平稳开闭，宜采用缓冲式气缸。

（2）执行元件主要规格的确定

内径D 顶钟气缸D A，取ηF=0.7，则

D A =7

.0104.014.3101.5433

⨯⨯⨯⨯⨯=0.152 m (2-2)

底钟气缸D B ，因结构布置限制，采用内缩为工作行程（图1b ），进气腔为有杆腔。此时

D B =φF

p F ηπmax 4 (2-3) φ=2

)/(11D d - (2-4) φ取值一般为1.01~1.09，今因缸径较大，取较小φ=1.03，则

D B =1.037

.0104.014.3101.2463

⨯⨯⨯⨯⨯=0.318m (2-5)

行程S ：据动作要求并考虑两端余量取标准S=600mm 。

查气动执行元件样本，取用JB 系列缓冲气缸，其中顶钟气缸为JB160×600-S ；底钟气缸为JB320×600-S （活塞杆直径为φ90）。

（3）系统耗气量计算 在设备的一个工作周期内，由压缩空气推动活塞并打开料钟的单行程次数缸A 和缸B 各为一次（回程靠配种不消耗压缩空气），故两缸的压缩空气耗量为

q VA =4

πD 2V A t S η=(3.14×0.162×0.6)/4×6×0.9=2.23×10-3m 3/s (2-6)

q VB =4

π(D 2-d 2) V B t S η= =(3.14×(0.322-0.092)×0.6)/4×6×0.9=2.23×10-3m 3/s (2-7)