课程设计课程名称：沙发使用寿命测试系统设计专业班级：2010级机械工程及自动化1班学号：41002010105姓名：陈曦指导教师：马训鸣日期：2013.12.23—2014.01.08机械工程教学研究中心液压与气动技术是一项历史悠久、发展成熟、应用极其广泛的技术，特别是近年来与微电子技术、计算机技术相结合，液压与气动技术已成为包括传动、控制、检测在内的，对现代机械技术进步有重要的影响的基础技术。
这次课题我们主要通过设计由气动技术与其他技术，如PLC技术相结合构成的沙发使用寿命测试系统的过程，熟悉脉冲电磁阀及其他元件原理及应用，掌握气动回路设计基本知识。
关键词：脉冲电磁阀,气动技术,PLC技术第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景与意义 (1)1.2沙发使用寿命测试气动控制系统的主要特征 (1)1.3课题研究目的 (1)1.4课题主要要求 (2)第2章沙发使用寿命测试气动控制系统的设计原理 (3)2.1 引言 (3)2.2气动控制系统及其设计思路 (3)2.3 气动控制系统回路的设计 (3)2.3.1 换向回路 (3)2.3.2节流调速回路 (4)2.4 沙发使用寿命测试气动控制系统的工作原理设计 (5)2.5气动控制系统的控制电路设计 (6)2.6本章小结 (7)第3章气动控制系统的设计 (8)3.1 引言 (8)3.2 气动元件的计算及选型 (8)3.2.1执行元件的计算及选型 (8)3.2.2 换向阀的选型 (10)3.2.3单向节流阀的选型 (11)3.2.4管件、管接头的选择 (12)3.2.5 气源装置及其辅助元件的选型 (12)3.3本章小结 (12)第4章沙发使用寿命测试系统计数器的设计 (13)4.1选用计数器 (13)4.2计数器PLC的设计 (14)4.3本章小结 (14)结论................................ 错误！未定义书签。
参考文献. (16)第1章概述1.1 课题研究背景与意义现代沙发使用寿命测试系统汇集了多种学科最先进的技术，检测不再是重复性的劳动，从技术的角度来看，这是为了能够更好地提供具有机械连接性、硬件、软件一致性的需求。
而气动控制技术在包装机械运用越来越广泛，并且随着气动控制技术的节能化、小型电气一体化和集成化的发展，降低了气动系统的电力消耗和空气消耗，更易于控制，缩短了设计和调试周期。
所以此课题开设的意义在于要求我们掌握气动技术从原理、元件至回路系统的气压传动技术所必需的基础知识和分析问题的方法，为我们进一步应用气压传动技术，设计气压传动系统打下坚实基础。
1.2沙发使用寿命测试气动控制系统的主要特征气动控制系统是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号的，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的技术系统。
它是流体传动及控制学科的一个重要分支。
因为以压缩空气为工作介质，具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动控制系统与液压、机械、电气和电互相补充，已发展成为实现生产过程自动化的一个重要手段。
气动控制与液压控制相主要特点比较：（1）没气压控制的使用压力一般为0.2～1.0Mpa，因为它一般用于小动力的场合；而液压控制可用于压力很高的（可达32Mpa甚至更高）场合，可用于功率大的动力系统。
（2）气压控制以空气为工作介质，取值不尽，用后可直接排入大气，不污染环境，但噪音大，特别适于无线电元器件、食品、医药、服装等生产过程；液压控制以液压油为工作介质，使机件在油中工作，润滑好，寿命长，但有污染。
（3）气动控制动作速度及反应快，因液压油在管道中的流速一般为1～5m/s，而气体流速可以大于10m/s，因此气压控制能在0.02～0.03s内到达所要求的工作压力及速度。
（4）液压控制工作运动平稳；空气的压缩性远大于液压油的压缩性，导致气压工作速度的平稳性较差，给系统的速度控制带来影响。
（5）空气的粘性很小，在管路中的阻力损失远远小于液压传动系统，适于远程传输及控制；而液压传动不宜进行远距离传动。
（6）气压元件用与低压，元件的材料和制造精度较低，成本较低；液压元件制造精度高，造价高，对油液的污染比较敏感。
1.3课题研究目的熟悉脉冲电磁阀及其它元件原理及应用，掌握气动回路设计基本知识。
1.4课题主要要求对成品沙发进行使用寿命测试（1）按动控制开关S3(连续循环)以后，双作用气缸 Z1的活塞杆伸出并且在到达前终端位置后自动返回。
该循环过程重复进行取决于控制开关S3保持在“接通”状态上的时间。
（2）附加要求：点动按钮S0后，气缸的活塞杆将伸出和退回一次（单循环）。
（3）气缸活塞杆的伸出速度可以调节。
（4）采用一个（5/2）二位五通脉冲式电磁还乡阀座位主控元件。
气缸开关作为限位开关。
（5）画出功能图和气动回路图。
根据DIN/ISO标准，使用电路符号画。
第2章沙发使用寿命测试气动控制系统的设计原理2.1 引言气动控制与液压控制相比，动作迅速、方便，使用的元件和工作介质成本低，便于现有机器设备的自动化改装，近年在国际上得到很大发展，成为热点之一。
气动控制不仅降低了企业的生产成本，节省了大量的劳动力，降低了能源消耗且能快速、安全的实现测试的自动化。
本文所设计的沙发使用寿命测试系统正是选用了气动控制系统的优势，采用以气动控制技术为基础，设计了一套用于沙发使用寿命测试的气动控制系统的装置。
2.2气动控制系统及其设计思路气动控制由压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件、传感元件和气动辅件连接起来即可组成“气动控制系统”，该系统对“气动系统”的压力、流量的调节过程既是：气动控制，该系统是气动系统的一部分。
在气动控制系统中，气源装置是气压传动系统的重要组成部分，气源装置的作用是产生具有足够压力和流量的压缩空气，同时将其净化、处理及储存，其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能；气动执行元件则将压力能转化为机械能，完成规定动作；气源装置还包括气源净化装置，常见的气源净化装置有后冷却器、除油器、贮气罐、干燥器等；在这两部分之间，根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各种控制元件（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件）、传感元件和气动辅助元件连接起来。
2.3 气动控制系统回路的设计2.3.1 换向回路换向回路作用是使气压缸和与之相连的主机运动部件在其行程终端处迅速、平稳、准确地变换运动方向。
其主要控制元件是换向阀，换向阀是利用阀芯在阀体中的相对运动，使气流的通路接通、关断，或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。
因气动控制动作要求循环往复运动，所以此次换向回路选的是二位五通双电控电磁换向阀，如图2-1所示为利用二位五通电磁换向阀实现的换向回路。
图2-1换向回路2.3.2节流调速回路根据气动控制系统的速度的要求，此回路设计的是单向节流调速。
节流调速回路是由定量空气压缩机和流量阀及单向阀组成的的调速回路，可以通过调节流量阀通流面积来控制流入或流出执行元件的流量，从而调节执行元件的运动速度。
如图 2-2所示，当接通换向阀左位时，压缩空气进入气缸左腔，气缸右腔的气流通过节流阀而不能通过单向阀经换向阀排出，气缸活塞向右运动；接通换向阀右位时，压缩气体由单向阀进入气缸右腔，汽缸想做运动。
图2-2换向调速回路（1）当给（5/2）二位五通脉冲式电磁换向阀（双稳元件）的电磁铁Y1一个脉冲信号时，气缸Z1的活塞向前运动并感应气缸开关B2。
（2）当给（5/2）二位五通脉冲式电磁换向阀（双稳元件）的电磁铁Y2一个脉冲信号时，脉冲阀换向，气缸Z1的活塞退回到后端终点位置并感应气缸开。
（3）气缸活塞杆的伸出速度可以由单向节流阀进行无级调速。
2.4 沙发使用寿命测试气动控制系统的工作原理设计本系统通过气动控制系统来代替传统的机械设备中的人工操作，实现了产品测试的自动化。
沙发使用寿命测试气动控制系统完成了从压到回整个的循环过程，首先，气源经过空气压缩机、冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器和气动三联件等气源装置及辅助元件后，气源通过换向回路和调速回路控制汽缸活塞杆的伸出与缩回。
设计功能图如图2-3所示图2-3功能图（1）按动控制开关S3(连续循环)以后，双作用气缸 Z1的活塞杆伸出并且在到达前终端位置后自动返回。
该循环过程重复进行取决于控制开关S3保持在“接通”状态上的时间。
（2）附加要求：点动按钮S0后，气缸的活塞杆将伸出和退回一次（单循环）。
（3）气缸活塞杆的伸出速度可以调节。
（4）采用一个（5/2）二位五通脉冲式电磁还乡阀座位主控元件。
气缸开关作为限位开关。
2.5气动控制系统的控制电路设计根据功能图设计控制电路（相关电气、气动元件：带磁性活塞环的双作用气缸一个、单向节流阀一个、二位五通脉冲式电磁换向阀一个、24V电源一个、导线组一个、磁感应式接近开关两个、继电器单元两组、电信号输入单元一组、电信号指示单元一组）如图2-4所示：当控制开关S3被置于“接通”时，+24V电压通过被感应的限位开关B1加到继电器K1上。
（1）在5条控制线路上长开触点K1闭合，使电磁铁Y1带电，脉冲阀换向，气缸的活塞杆伸出。
（2）当活塞到达限位开关B2位置时，B2被感应，继电器K2吸合，在第6条控制线路上的常开触点K2被闭合，电磁铁Y2带电，气缸的活塞返回。
（3）如果按钮S3仍处于“接通”的话，那么气缸开关B1再次被感应，气缸的活塞杆再次伸出。
（4）活塞杆的伸出速度应该能够无极地调节。
图2-4电路图2.6本章小结本章首先讲述了整个沙发使用寿命测试系统气动控制系统的设计思路，重点介绍了本次设计系统的工作原理，换向回路，节流调速回路。
第3章 气动控制系统的设计3.1 引言气动控制系统是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备的。
根据第二章沙发使用寿命测试气动控制系统工作原理的设计，本章主要对气动控制系统各元器件进行设计和分析，根据本课题的要求对气动系统做出基本的设计过程。
3.2 气动元件的计算及选型3.2 .1执行元件的计算及选型1、气缸活塞杆上输出力和缸径的计算 双作用汽缸单活塞杆双作用汽缸是使用最为广泛的一种普通汽缸，因其只在活塞一侧有 活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不等。
活塞右行时产生推力 F 1 ，活塞左行时活塞杆产生拉力 F 2 ，载荷率 η 。
η4π =F12∙P D ()η∙-P d D 224π= F2计入载荷率就能保证汽缸工作时的动态特性。
对于本气动控制系统来说汽缸动态 参数要求一般，且工作频率较低，基本上是匀速运动，其载荷率可取 η =0.7～0.85，现取 η =0.8，p=0.5Mpa ，F 1=1200N ，F 2 =800N 可求得汽缸直径D ，当推力做功时D=)(41ηπp F ，D=ηπp F d 224+算出D=61.80mm ，d=35.67mm ，取D=60mm ，d=25mm 。