设计实例

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2558页（2298字）

如图7．11－21所示鼓风炉钟罩式加料装置，其中Z_A与Z_B分别为鼓风炉的顶料钟和底料钟。其工作程序是：吊车运到物料，顶钟Z_A开放，卸料于两钟之间，然后延时发讯，使顶钟关闭，随即(有时也用延时)打开底钟，卸料至炉内，卸料完毕关闭底钟，循环结束。要求是：两料钟可以同时关闭，但不允许同时打开；料钟开或闭一次的时间不大于6秒；炉筒周围温度约50℃；工作环境灰尘较多；有自动加料和手动加料两种控制方式；当机械动力出现故障时，应保证两料钟处于关闭状态。

图7．11－21 鼓风炉加料机构示意图

根据以上条件和要求，其设计内容和步骤如下：

①选择控制方式：因料钟开启力不大，开启时间不是很快，工作环境较差，以及为降低成本，可选用气动控制方式。由于两料钟的开闭行程较小，且在料钟中心线上下方不能安装气缸，因此只得在炉体外设置气缸A与B驱动传动机构，分别控制两料钟的开闭。为防止突然停气可能发生的故障，采用配重W_A与W_B关闭两料钟，并可使料钟在平时也处于关闭状态。同时，为保证两料钟不会同时开启，采用如图7．11－22所示行程程序控制。加料吊车发出自动信号q₀或由手动信号R₁，都可指挥气动系统工作。

图7．11－22 工作程序图

②控制回路的设计：信号动作状态图和气动控制回路的逻辑框图分别如图7．11－23和7．11－24所示。气动回路原理如图7．11－25所示。因A、B是单作用气缸，故两主控阀QF_A和QF_B可选用二位三通双气控阀。Y_A与y_B为延时阀。手动阀R₂作总气源开关用，也可作为急停开关。

图7．11－23 信号动作状态图

图7．11－24 气动控制回路的逻辑框图

图7．11－25 气动回路原理图

③执行元件的选择：对传动机构受力分析后，可得A缸推力F_A≥5100N，B缸拉力F_B≥24000N。A、B两缸行程L为600mm。由式(7．11－1)，取p_s=0．5MPa，则可求得气缸的缸径D。气缸活塞杆的平均速度v=L／t=600／6=100(mm／s)，其值很低，故可选负载率β==0．6。由此可算得两缸缸径D_A=147mm，D_B=319mm。按冶金用JB品种气缸，应选D_A=160mm，D_B=320mm。故A缸为JB160×600：B缸为JB320×600。

按式(7．11－3)，可计算得两气缸的最大耗气量：

Q_A=0．47(p_s+0．1)D2L／t=0．47(0．5+0．1)×16²×60／6=722(dm³／min)(ANR)

Q_B=0．47(p_s+0．1)D²L／t=0．47(0．5+0．1)×32²×60／6=2888(dm³／min)(ANR)

对应0．5MPa压力状态下的最大耗气量为：Q_A=120．3dm³／min，Q_B=481．3dm³／min。

该传动机构应选用耳环式气缸安装形式。

④控制元件的选择：根据0．5MPa压力状态下的最大耗气量，按表7．11－1，可选择主控阀QF_A的通径为15mm，QF_B为25mm。因为被控制阀的数量少，控制距离不太长，故所有人控阀、机控阀和梭阀的通径都选为3mm。二位三通双气控中间记忆元件选用通径6mm(国产阀最小通径)。为了适应灰尘较多的工作环境，宜选用截止阀。于是，回路中各控制元件的型号为：

⑤辅助元件及气源系统的选择：考虑到A缸和B缸不会同时动作的特点，按B缸最大耗气量确定分水过滤器、减压阀和油雾器的通径均为25mm。分水过滤器选用QSL－L25，过滤精度为50μm即可。减压阀选用QTY－L25，调压范围为0。05～0．63MPa。油雾器选用QIU－L25。主控阀排气口可配装消声器，QF_A装没QXS－L15，QF_B装设QXS－L25。

管道通径按与气动元件通径相一致的原则确定。各段管道长度根据现场安装需要确定，原则上越短越好。必要时，可验算各部分压力损失之和，其值一般不应超过0．05MPa，否则应加大管道通径。在气罐之后及分水过滤器之前，宜设置主管道过滤器，以提高气动系统的使用周期。

⑥绘制气动系统图：通常包括气动控制逻辑框图、气动控制回路原理图以及气源处理系统框图和管道安装施工图等。气动控制逻辑框图，用逻辑符号及简化图形符号画出各执行元件的执行信号，以及回路连锁要求和自动、手动、启动和复位等要求。气动控制回路原理图一般不画具体控制对象，通常按最后的工作程序结束时各元件所处位置绘制。图中给出工作程序，或对操作要求作必要的文字说明。