科技论文的结构和特点例文1：基于气动机械手的螺杆柔性自动化装配及其PLC控制陈水金¹胡国清¹张冬至¹（1、华南理工大学机械与汽车工程学院）摘要：基于气动技术及数字控制技术的柔性装配是精密仪器仪表制造中的关键技术。

针对变送器膜盒的螺杆自动化装配，该文提出切实可行的柔性自动装配方案，分析并优化了螺杆装配气动机械手结构，根据装配系统工艺要求设计了可靠的气动控制系统，基于可编程控制器实现了变送器膜盒螺杆的高精密自动化柔性装配，为精密仪器仪表柔性装配提供了重要的参考范例。

关键词：气动机械手；PLC；柔性装配；气动控制0 引言精密仪器仪表集约传感器、智能化、集成化等于一体，是发展国民经济、航空航天、民用工业等不可或缺的重要组成。

发展精密仪器仪表，是发展现代化装备及其测控系统的核心。

当今，作为主流技术，精密仪器仪表正朝着低成本、更高速、更灵敏、更可靠等方向发展，精密仪器仪表的高效自动组装取代人力装配是顺应其发展的重要举措，其意义在于不仅降低劳动成本和人为操作失误，而且可大幅提高其装配的精密化和自动化。

然而，精密仪器市场产品多样化，对其自动化装配提出更高的要求。

基于气动及数控技术的柔性装配为精密仪器仪表制造提供了新的技术。

基于气动技术发展气动机械手作为实现柔性装配的重要手段之一、可避免硬性装配对组装工件的损伤。

目前，基于多工位气缸，数字步进电缸等等设备的发展，为气动机械手和柔性组装发展提供了重要保障。

气动机械手具有低成本、结构简单、易于控制等优点，而得到广泛的应用。

针对变送器膜盒的螺杆自动化装配，本文提出切实可行的柔性自动装配方案，分析并优化了螺杆装配气动机械手结构，根据装配系统工艺要求设计了可靠的气动控制系统，基于可编程控制器实现了变送器膜盒螺杆的高精密自动化柔性装配，为精密仪器仪表柔性装配提供了重要的参考范例。

1. 柔性装配方案及装配工艺分析本文旨在实现轴与孔的自动化装配。

是变送器的膜盒螺杆装配的平面布局。

因装配后期要采用扭矩扳手拧紧螺栓，故采用基于安装件基件进行装配。

对这四个螺杆进行自动化装配进行分析，主要有两个装配方案。

方案一，全部采用直线式气动驱动模块，构成直角坐标系气动机械手。

其中以三工位气缸作为为沿送料方向的直线驱动元件。

水平方向及垂直方向采用二工位直线驱动模块。

其工作方式主要是直线运动；方案二，采用旋转式与直线式驱动模块结合。

其机械手中心采用多工位摆模块，在水平方向及垂直方向，采用直线驱动模块。

通过旋转运动，直线运动，进行定位、装配。

基于设计旋转结构复杂，而且旋转结构不稳定性及精度不高的问题，控制较为复杂。

而方案一利用气动的迅速特点，采用全直线运动模块，结构简单稳定、精度高控制简单等特点。

因此，本文采用气动全直线式驱动方案。

2. 柔性装配气动机械手设计2．1 气动机械手结构设计气动机械手结构。

基于气动技术的柔性快速装配及行程短等优势，该机械手采用直角坐标式，由4个气缸驱动模块组成，其中3个坐标系直线模块和气抓模块。

轴有3个工位，故采用三工位驱动气缸，它是由四工位气缸改进而成。

如图4所示，其各个工位控制由三个气口控制。

当3进气，1、2排气时，处在A工位。

当3状态不变，1进气时，进入B工位，行程AB。

在1进气不变，2进气，3排气时，进人工位c，行程BC。

与三工位步进气缸相比，其定位精度高，结构和控制简单。

其3个工位由机械式定/article-486.html位，因而定位精度高，动作迅速，效率高等特点。

y、z轴直线模块由二位气缸驱动。

抓取模块由气缸和杠杆组成的平行抓取模块。

该气动机械手由各个模块快速组合而成，通过调节各模块的行程，适应装配不同变送器产品类型，具有一定的柔性。

2．2 气动机械手基本参数气动机械手基本参数包括各坐标轴移动速度、行程及手指的行程夹紧力。

通过调速阀来实现三个坐标轴移动的平均速度为1 m／s。

而各个坐标轴的行程由装配的工位决定。

不同产品系列，其装配螺杆的工位距离不同。

本文以WidePlus-4k系列变送器为例。

其装配工位1与工位2距离为52 mm，工位1与工位3距离为49 mm。

基于此，y轴行程为60 mm。

而轴的行程出工位1与送料螺杆的距离。

故选其行程为100 mm。

装配M10×90 mm 的螺杆。

针对螺杆装配进孔的卡住问题，装配插入的长度与孔的直径比应大于摩擦系数。

垂直方向上，行程为40 mm。

每个气抓行程2．9mm及其抓取力为47 N。

3. 柔性装配气动机械手气动系统机械手动作由气缸驱动的直线模块，由PLC控制相应的电磁阀来完成。

其中，A为控制轴的直线驱动器模块SLE的三工位气缸。

B为控制y轴的直线驱动模块SLE的二工位气缸。

C为控制垂直z轴方向的直线驱动模块SLE的二位气缸。

D为控制手指的平行气爪的气缸。

而各个气缸的都接上节流阀并联单向阀构成的调速回路。

其调速结构简单，效果好。

气动电气控制系统由3个三位五通和3个二位三通电磁阀组成。

A气缸属于三工位气缸，有三个控制气口，故要采用3个二位三通电磁阀。

其电磁阀的9个信号PLC直接通过相应的I／O口驱动相对应的电磁阀。

4. PLC控制系统设计4．1 I／0地址分配根据系统输入、输出的点数，选择$7-00 CPU224PLC。

其14点输入，地址为10．0～10．7和I1．0—1．5：10点输出，地址为Qo．0～0．7和Q1．o～Q1．1。

气动机械手控制I／O地址分配。

4．2 柔性装配气动机械手控制流程基于柔性装配技术的模块化思想，采用工业控制模块PLC作为装配系统的控制器。

通过PLC控制输出I／O直接驱动六个电磁阀的9个信号，实现螺杆全/article-938.html自动化装配。

机械手装配过程是由基本动作组合完成。

4．3 PLC控制设计根据顺序控制设计方法及装配工艺的顺序，编写顺序状态功能图和控制梯形图。

PLC设计方法具有直观、可读好、易于修改及效率高等优点，而得到广泛应用。

本文以装配工位3的螺杆为例。

5. 结论气动机械手具有结构简单、易于控制、快速和低成本等优点，且便于模块化，是柔性装配技术的重要手段之一。

本文根据不同类型变送器装配的要求，采用三工位高精度机械定位气缸及二位气缸作为直线驱动元件，组合构造了具有柔性结构的全气动机械手。

基于其装配工艺，设计了机械手结构和系统气动图，并采用PLC控制器实现全自动控制，为柔性装配技术提供了重要的参考。

例文2机械密封失效因素和改进措施许化田¹（1、中山科技大学）[关键词]机械密封；密封腔；密封圈[摘要]分析了烧碱装置Ⅱ效蒸发器输送泵机械密封失效原因，制定并实施了相应措施。

中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司某烧碱装置Ⅱ效蒸发器输送泵采用美国DURCO公司制造的离心泵，型号为MK3／08／98，主要材质为Ni200，流量为9．8 m ／h，扬程为52 m，电动机功率为5．8kW，转速为2 900 r／min，密封形式为双端面机械密封，输送介质为l44℃、50％(质量分数，下同)的烧碱，人口压力为0．106 MPa，出口压力为0．83 MPa。

该泵自1999年12月投用以来，运行寿命短，平均为1个月。

该密封摩擦副材质为碳化硅，辅助密封圈材质为国产三元乙丙橡胶。

机械密封投入运行后，在很短时间内便发现密封失效，碱液从密封回水中带出。

解体没备后发现，内侧静环定位销消失，密封圈被腐蚀、严重磨损，起不到密封作用，机械密封的其他零件轻微磨损。

1 机械密封失效原因1．1 机械密封的结构和原理机械密封为轴封装置，靠垂直于轴作相对滑动的端面，在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合，并配以辅助密封而达到阻漏的目的。

机械密封结构由静环、动环、弹性元件、弹簧座、紧定螺丝、动环辅助密封圈和静环辅助密封圈等组成，防转销固定在泵盖上，以防止静环转动。

正常运行时，轴套通过传动座组件带动动环旋转；静环受到防转销的约束不动，依靠介质压力和弹簧力使动、静环之间的密封端面紧密贴合，阻止介质的泄漏。

摩擦副表面磨损后，在弹簧的推力和密封水压力的作用下实现补偿。

为防止介质通过动环与轴间隙泄漏，装有动环密封圈；而静环密封圈则阻止了介质沿静环和压盖间隙的泄漏。

根据故障现象可知，该机械密封泄漏是内侧一组摩擦副失效造成的，因此仅对内侧半套密封进行故障分析。

正常运行中，烧碱经过摩擦副窜入密封腔有A、B、C 3条途径。

C泄漏通道是静环与壳体之问的密封，它属静密封；B通道是动环与轴套之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。

这两处静密封采用橡胶O形圈。

A通道则是动环与静环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，是决定机械密封摩擦、磨损和密封性能的关键，同时也决定机械密封的工作寿命。

1．2 常见问题在安装、使用和检修过程中，常遇到的问题如下。

①由于密封圈和密封腔的间隙很小，在安装静环时，常常出现静环裂纹或崩边、掉角情况，影响机械密封的寿命。

②机械密封辅助密封圈老化、腐蚀和磨损的情况严重(尤其是静环辅助密封圈)，造成泄漏。

③静环定位销易腐蚀。

泵盖的厚度为5 mill，经过烧碱的腐蚀和冲刷后，静环定位销和泵盖上的销孔间隙增大，无法固定。

静环脱离定位销的约束后，在摩擦力的作用下产生相对转动，该处的静密封变成动密封，加剧了密封腔的磨损，进～一步增大了静环密封圈和密封腔问隙，导致密封失效。

④密封腔的结构存在缺陷。

静环与泵盖之问的泄漏通道中，静环靠外侧的密封圈起密封作用，一旦静环镥封圈腐蚀或磨损形成问隙后，即使在弹簧和密封水的推力作用下也无法起到补偿作用，机械密封失效。

2 采取措施(1)碳化硅(SiC)是一种脆性材质，强度和冲击韧性差，该套密封静环和密封腔间依靠辅助密封圈的过盈量密封，为解决静环安装中崩边、掉角和裂纹问题，选用硬质合金(WC)代替SiC。

硬质合金不仅有很好的强度和冲击韧性，而且有很好的耐7簿蚀性，尤其在55％NaOH和2％NaC!的混合溶液中有很好的耐蚀性。

SiC与WC物理性质对比。

(2)由于三元乙丙橡胶无极性，不饱和度低，因而对各种极性化学品如醇、酸、碱等均有较好的耐腐蚀性，但是耐老化性能差，三元乙丙橡胶制品在120℃下可长期使用，在150～200 0(2下可短暂或问歇使用。

根据该设备输送碱液的温度(>144℃)和浓度(NaOH 50％)，辅助密封圈选用全氟醚橡胶代替三元乙丙橡胶。

全氟醚橡胶在300℃的高温下能保持橡胶的弹性特征，而且在酸、碱等环境中能显示出其卓越的稳定性。

(3)密封腔的结构不合理也是导致机械密封寿命短的主要因素。

对同类型泵用机械密封腔的使用情况进行分析和论证后，选用图2所示的结构对密封腔进行了改造。

机械密封腔按照设计的尺寸加工成阶梯)髟，该结构的优点是：①静环与密封腔间的密封形式由轴向变为径向，设备经过长时间的运行，密封圈(材质为橡胶)被烧碱腐蚀，直径逐渐变小，在密封水和弹簧力的作用下，损失的尺寸被弹簧补偿，静环与密封腔能紧密贴合，密封圈仍能起到密封作用；②静环定位销孔从泵盖移到密封腔中，避免了碱液的冲刷腐蚀，延长了定位销的工作时间，确保了机械密封的寿命。