机械制造及其自动化毕业设计论文.docx

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1、机械制造及其自动化毕业设计论文机械设计制造及其自动化进展方向的研究姓名：学号：性另Ij:专业：机械设计制造及其自动化批次：层次：电子邮箱：联系方式：学习中心：指导教师：2011年11月19日机械设计制造及其自动化进展方向的研究摘要本文要紧对传统的机械设计制造与机械自动化相比较，提出了具有智能化的特征是现代机械与传统的机械在功能上的本质区别。根据机械自动化在各行各业的应用与进展，显现出了机械自动化产品的优点与效益。即多功能化、高效率、高可靠性、省材料、省能源，不断满足人们生活与生产多元化需求。文章从系统的观念出发，综合运用机械技术、微电子技术，自动化技术,及过控技术在化工生产中的应用。着重例举了

2、锅炉汽包水位的操纵与冷却剂流量与气氨排量的最佳操纵方案。提出了过程自动化操纵今后的要紧目标，指明了机械设计制造及其自动化的进展方向。关键词：设计制造；自动化；产品；进展；方向目录第一章前言51.1 机械自动化的产生与定义51.2 机械自动化的科学技术5第二章机械设计制造及其自动化符合设计原则62.1 满足对机器的功能要求62.2 利用先进技术不断创新6第三章机械自动化技术在化工生产中的应用83.1 锅炉汽包水位操纵方面的研究83.1.1 单冲量操纵系统83.1.2 双冲量操纵系统93.1.3 三冲量操纵系统103.2 冷却器操纵方案的研究123.2.1 操纵冷却剂的流量123.2.2 操纵气氨

3、的排量13第四章机械自动化系统的优点与效益144.1 生产能力与工作质量的提高144.2 使用安全性与可靠性提高144.3 调整与维修方便，使用性能改善144.4 具有复合功能，适用面广154.5 改善劳动条件，有利于自动化生产154.6 节约能源，减少耗材15第五章机械设计制造及其自动化的进展方向165.1 机电一体化165.2 智能化165.3 模块化165.4 网络化165.5 微型化175.6 绿色化175.7 人格化17第六章结论18参考文献19第一章前言1.1 机械自动化的产生与定义早在1971年日本的机械设计杂志副刊上刊登了机电一体化这一名词，后来随着机电一体化的进展而被广泛的应

4、用。美国机械工程师协会于1984年为现代机械下了如下定义：“由计算机信息网络协调与操纵的，用于完成包含机械力、运动与能量流等动力学任务的机械与（或者）机电部件相互联系的系统:它与前面提及的机电一体化是一致的，因此能够说现代机械就是指机电一体化系统。20世纪90年代国际机器与机构理论联合会，给出了这样的定义，机电一体化是精密机械工程、电子操纵与系统思想在产品设计与制造过程中的协同结合。因此又能够说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的进展。1.2 机械自动化的科学技术机械设计制造及其自动化是机械技术与电子技术为主体，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在进展与逐步完善的一门新兴的边

5、缘学科,机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化”为特征的进展阶段。它的进展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着生产与科学技术的进展，还将不断被给予新的内容。但其最基本的特征可概括为：机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动操纵技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术与软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标与优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性，低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。需要

6、强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术，与其他新技术的简单组合、拼凑，这就是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。现代机械设计制造出的产品，不仅是人与手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是现代机械自动化与传统的机械在功能上的本质区别。第二章机械设计制造及自动化的符合设计原则2.1 满足对机器的功能要求任何一种产品都是为满足人们的某种需要而开发的，都务必具有某种要紧功能，不一致的产品具有不一致的要紧功能。概而言之，都能对输入的物质、能量与信息（即所谓工业三大要素）进行某种处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。因此，机械自动化

7、系统也务必具有对输入的物质、能量与信息进行某种处理，从而输出具有所需特性的物质、能量与信息的主功能。如图2-1所示：质旦里息 物能信质旦里息 物能信图2-1机械自动化系统功能示意图如上所述，机械自动化系统是一个综合的概念，包含了机电一体化技术与机电一体化产品两个方面的内容。作为产品，又包含着设计、制造与特定的功能以满足使用要求，而功能是由其内部有机联系的结构所决定的。2.2 利用先进技术不断创新根据产品或者系统的主功能不一致，可对产品或者系统进行分类。以物料搬运、加工为主。输入物质、能量与信息，通过加工处理，要紧输出改变了位置与形态的物质系统（或者产品）称之加工机。如各类机床、交通运输机械、食

8、品加工机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。以能量转换为主，输入能量与信息，输出不一致能量的系统（或者产品）称之动力机，其中输出机械能的为原动机。如电动机、水轮机、内燃机等。以信息处理为主，输入信息与能量。要紧输出某种信息。如数据、图像、文字、声音等的产品称之信息机。如各类仪器、仪表、计算机、传真机与各类办公机械等。机械自动化系统除了具备上述务必的主功能外，还应具体备其它内部功能、即动力功能、检测功能、操纵功能、构造功能。基于上述的功能构成原理，既有利于设计或者分析各类机械自动化的产品，又有利于开拓思路，便于制造发明与创新。比如，根据3种不一致的主功能及其不一致的输入，组合起来可形成

9、9大类型的系统产品。如表2-1所示：表2不一致主功能及输入的组合此外，关于不一致主功能的加工机构，其运动方式不一致，也构成不一致用途的机械。比如，金属切削机床是根据工件与刀具相对运动产生切削作用的原理进行工作的。因此，工件与刀具的运动方式不一致，便产生不一致用途的机床。因此说机械自动化的进展空间非常广阔，具有极大的想向空间,需要我们利用先进技术符合科学原理来不断创新，设计制造出一流的自动化产品。第三章机械自动化系统在化工生产中的应用生产过程中，对各个工艺过程的物理量（或者工艺变量）有着一定的操纵要求。有些工艺变量直接表现生产过程，对产品的数量与质量起着决定性的作用。比如，精微塔的塔顶或者塔釜温

10、度，通常在操作压力不变的情况下务必保持一定，才能得到合格的产品；加热炉出口温度的波动不能超过同意范围，否则将影响后一工段的效果；化学反应器的反应温度务必保持平稳，才能使效率达到指标。有些工艺变量虽不直接地影响产品的质量与数量，然而保持其平稳却是使生产获得良好操纵的前提。3.1 锅炉汽包水位操纵方面的研究锅炉汽包是生产蒸汽的设备，几乎是工业生产不可缺少的设备，保持锅炉汽包的液位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产气量，且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量。这些都是危险的，因此对汽包的液位严加操纵是保证锅炉正常生产必不可少的措施，3.1.1 单冲量操

11、纵系统汽包水位操纵手段是操纵给水，基于这一原理，可构成如图3-1所示的单冲量操纵系统。图3汽包单冲量操纵系统这里的“冲量”一词是指变量，单冲量即汽包水位。这种操纵系统典行的简单操纵系统。当蒸汽负荷突然大幅度增加时.，由于假水位现象,操纵器不但不能开大给水阀来增加给水量，以维持锅炉的物料平衡，而是关小操纵阀的开度，减小给水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减小，将使水位严重下降，波动很历害，严重时气包水位降到危险程度以至发生事故。因此关于停留时间短、负荷变动较大的情况，这样的系统不能习惯，水位不能保证。然而关于小型锅炉，由于水在汽包中的停留时间较长，在蒸汽负荷变化时，假水位的现象并

12、不显著，配上一些联锁报警装置，也能够保证安全操作，故使用这种单冲量操纵系统尚能满足生产要求。3.1.2 双冲量操纵系统在汽包水位的操纵中，最要紧的扰动是蒸汽负荷的变化。假如根据蒸汽流量来进行校正，不仅能够补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且使给水位操纵阀的动作十分及时，从而减少水位波动，改善操纵品质。将蒸汽流量信号引入，就购入了双冲量操纵系统，如图3-2所示。从本质上看，双冲量操纵系统是一个前馈（蒸汽流量）操纵加单回路反馈操纵的复合操纵系统。这里的前馈仅为静态前馈，若需要考虑两条通道在动态上的差异，需引入动态补偿环节。图3-2汽包双冲量原理图及方框图图3-2所示的连接方式中，加法器的输出I是I

13、=C1IcC2IfI0式中Ic液位操纵器的输出；If一蒸汽流量变送器（通常经开方器）的输出；Io初始偏置值CrC2加法器系数。C1的设置通常取1,C2的值应考虑到静态前馈补偿，可现场凑试，也可经理论推导得出。设置Io的目的是使其在正常负荷下，操纵器与加法器的的输出都有一个比较适中的数值。最好在正常负荷下，I。与CzIf项接近而相互抵消。3.1.3 三冲量操纵系统双冲量操纵系统还有两个弱点：操纵阀的工作特性不一定能成为线性特性，这样要做到静态补偿就比较困难；同时，关于给水系统的扰动仍不能克服。为此可再将给水流量信号引入，构成三冲量操纵系统。三冲量操纵系统的实施方案较多，如图3-3所示为其中的典型

14、操纵方案之一。图3-3汽包三冲量操纵系统从该图能够看出，这是前馈操纵与串级操纵构成的复合操纵系统。其中，汽包水位是主冲量（主变量），蒸汽，给水流量为辅助冲量。在汽包停留时间较短、“虚假水位”严重时，需引入蒸汽流量信号的微分作用。这种微分信号应是负微分作用，以避免由于负荷突然增加与减少时，水位偏离设定值过高或者过低而造成锅炉停车。如图3-4所示，为三冲量操纵系统的方框图，加法器的运算关系与双冲量操纵时相同，各系数设置如下：a系数C1通常可取1或者稍小于1的数值；b若使用气开阀；C2取正值，C2的值可按物料平衡关系进行计算；CIo的设置与取值仍与双冲量操纵系统相同。D图34汽包三冲量系统方框图在三

15、冲量的操纵系统中，水位操纵器与流量操纵器的参数整定方法与通常串级操纵系统相同。在有些装置中，使用了比较简单的三冲量操纵系统，只用一台操纵器及一台加法器，加法器可接在操纵器之前，如图35(a)所示：也可接在操纵器之后，如图3-5(b)所示：水位 蒸汽 给水(Tt) ) (ft) -J1rC3+ 乙Q)正作用喜气关阀(a)水位 蒸汽 给水森气关斶(b)图3-5汽包三冲量操纵系统的简化接法图中加法器的正负号是针对使用气关阀及正作用操纵器的情况。图3-5(a)接法的优点是使用仪表最少，只要一台多通道的操纵器即可实现。但假如系数设置不能确保物料平衡，则当负荷变化时，水位将有余差，图3-5(b)的接法，水位无余差，但使用仪表较前者多，在投运及系数设置等方面较前者烦恼一些。3.2冷却器操纵方案的研究冷却器的热载体是冷却剂，常使用液态氨等介质作为冷却剂，利用它们在冷却器内蒸发进汲取工艺物料的大量热量，使用工艺物料的出口温度下降来达到生产工艺要求，工业用冷却器的通常操纵方案有下列几种。3.2.1 操纵冷却剂的流量如图3-6所示：图3-6氨冷却器操纵冷却剂流量的