Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Автоматизация процесса запрессовки колец седла клапана и втулок для блока головки цилиндра

Содержание:

Содержание

Введение 5

1. Технологическая часть 8

1.1 Описание техпроцесса запрессовки колец седла клапана и втулок для блока головки цилиндра 8

1.1.1 Детали, присоединяемые к изделию 8

1.1.2 Технические требования к собираемой единице 12

1.1.3 Теоретическая зависимость между деформацией кольца и запрессовкой 14

1.1.4 Процесс запрессовки 17

1.2 Описание устройства и работы технологического оборудования 19

1.3 Монтажная установка 22

1.4 Современные средства автоматизации 31

1.5 Обоснование выбора комплекса технических средств автоматизации 38

2. Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом 43

2.1 Разработка и описание принципиальной функциональной схемы автоматизации 43

2.2 Разработка электрической принципиальной схемы 48

2.3 Разработка и исследование математической модели системы управления электроприводом 50

2.3.1 Математическая модель системы управления 50

2.3.2 Исследование математической модели 55

3 Аппаратная реализация 61

3.1 Проектирование пульта управления 61

3.2 Выбор конструктивных элементов 64

3.2.1 Технические характеристики контроллера SIMATIC S7-300 64

3.2.2 Сигнальные модули 68

3.2.3 Устройства коммутации 76

3.3 Блок питания системы 84

Заключение 89

Список использованной литературы 91

Введение:

зажигания с помощью клапанов и передачи тепла горения камеры охлаждающей жидкости, проходящей внутри водяной рубашки головки. Седло клапана прижимается к нижней части головки блока цилиндров нажатием с небольшим натягом. Если усилие, вызванное запрессовкой между седлами клапанов и головкой, уменьшится, седло клапана упадет с головки, что приведет к поломке во время работы двигателя. Напротив, если натяг слишком велик, что приводит к значительному повреждению пластмассы головки во время запрессовки и приводит к снижению удерживающей силы, также произойдет поломка. Таким образом, существует два основных фактора для правильной установки седел клапанов в головки: определение надлежащего уровня запрессовки и сведение к минимуму повреждений головки в процессе прессования за счет снижения сопротивления при заданном натяжении.

Рисунок 1 — Процесс запрессовки седла клапана в головку блока цилиндров

Два распространенных метода уменьшения повреждений во время прессования заключаются в минимизации помех с использованием различий в тепловом расширении двух материалов. Один подход использует сжиженный газообразный азот для замораживания и усадки седел клапанов, а другой включает нагрев головки, чтобы вызвать расширение. Первый известен как сублимационное прессование, а второй — как тепловое прессование.

Оба этих подхода требуют определенного оборудования, такого как линии подачи и хранилища для сжиженного азотного газа или печи. Кроме того, также необходимы эксплуатационные расходы и место для такого оборудования. Другим недостатком является то, что метод сублимационного прессования приводит к более частым дефектам из-за замерзания фиксаторов, удерживающих седла клапанов, вместо того, чтобы их запрессовывать при температуре окружающей среды (тепловое прессование) — запрессовка при температуре окружающей среды). Использование теплового прессования для соединения седла клапана с головкой используется уже много лет, не требует какого-либо дополнительного оборудования для охлаждения или нагрева и имеет относительно более низкий уровень образования дефектов.

Тепловое прессование обладает более высоким сопротивлением, чем другие методы с теми же формами и уровнями помех. Существует зависимость между надежностью запрессовки и уровнем деформации кольца внутри седла клапана, которая рассмотрена в работе.

Одной из характерных особенностей развития науки и техники нашего времени является развитие автоматики. Так если автоматизировать монтажную установку для процесса запрессовки колец седла клапана и втулок, можно обеспечить надежность сборки блока головки цилиндр.

Целью работы является разработка системы автоматизации технологического процесса запрессовки колец седла клапана и втулок для блока головки цилиндра.

Задачи работы:

1. Рассмотреть чертеж собираемого изделия с указанием требований к качеству сборки.

2. Изучить технологию автоматизируемого процесса и оборудование, на котором он проводится. Представить схему общей компоновки оборудования, рассмотреть взаимодействие отдельных его узлов.

3. Изучить существующую систему управления процессом сборки. провести её критический анализ с учётом современных требований к технологии. Производительности процесса и надежности технических средствам автоматизации. Наметить пути для совершенствования системы управления процессом.

4. Познакомиться с современными средствами автоматизации.

5. Изучить систему автоматизации данного технологического процесса с рассмотрением пульта управления. Проследить силовые и информационные коммуникации между пультом и технологическим оборудованием.

6. Изучить принципиальную элементную электрическую схему управления электроприводом конкретным узлом технологического оборудования (либо схему блока питания сигнализации, блокировки и т.п.).

7. Разработать и исследовать математическую модель работы синхронного электропривода для разработки системы управления технологическим процессом.

Заключение:

В данной выпускной квалификационной работе была рассмотрена и проанализирована система автоматизации процесса запрессовки колец седла клапана и втулок для блока головки цилиндра. Разработано устройство распределенного сбора данных и управления на основе контроллера ЦПУ SIMATIC S7-300, для управления параметрами технологического процесса запрессовки колец седла клапана и втулок для блока головки цилиндра. В результате проведённой работы был разработан модуль, в котором использованы:

— 3 Ex-модуля SM 331 6ES7 331-7RD00-0AB0 ввода аналоговых сигналов постоянного тока;

— 10 Ex-модулей SM 331 6ES7 331-7SF00-0AB0 ввода аналоговых сигналов для термометров сопротивления;

— 2 Ex-модуля SM 332 6ES7 332-5RD00-0AB0 аналогового вывода;

— 3 Ex-модуля SM 321 6ES7 321-7RD00-0AB0 дискретного ввода;

— 4 Ex-модуля SM 322 6ES7 322-5SD00-0AB0 дискретного вывода;

Для связи промышленной операторской станции с модулями использован интерфейсный модуль связи Industrial Ethernet.

В этой работе рассмотрена система управления синхронным электроприводом Siemens, основанная на управлении master/slave и повторяющемся управлении. Удовлетворительная реакция слежения для сервосистемы с парой параллельных линейных серводвигателей может быть достигнута в течение 1,5 секунд при максимальной скорости двигателей (870 мм /с) в соответствии с результатами эксперимента. Благодаря включению повторяющегося контроллера ошибка, вызванная периодическими входными сигналами, была эффективно уменьшена. Можно сделать вывод, что высокая скорость обработки может быть достигнута с помощью предложенного метода синхронного управления.

Выполнены все поставленные задачи:

1. Рассмотрен чертеж собираемого изделия с указанием требований к качеству сборки и необходимых деталей.

2. Изучен технологический процесс запрессовки колец седла клапана и втулок для блока головки цилиндра, автоматизация техпроцесса и оборудование, на котором он проводится. Представлена схема общей компоновки оборудования, рассмотрено взаимодействие отдельных его узлов.

3. Изучена существующая система управления процессом сборки и современные средства автоматизации.

5. Изучена система автоматизации данного технологического процесса с разработкой функциональной схемы автоматизации и рассмотрением пульта управления. Рассмотрены силовые и информационные коммуникации между пультом и технологическим оборудованием.

6. Изучена принципиальная элементная электрическая схему управления электроприводом конкретным узлом технологического оборудования (либо схему блока питания сигнализации, блокировки и т.п.).

7. Разработана и исследована математическая модель работы синхронного электропривода для разработки системы управления технологическим процессом.

Фрагмент текста работы:

1. Технологическая часть

1.1 Описание техпроцесса запрессовки колец седла клапана и втулок для блока головки цилиндра

1.1.1 Детали, присоединяемые к изделию

Блока головки цилиндра в двигателе внутреннего сгорания находится над цилиндрами и образует крышу камеры сгорания.

Эскизы четырехцилиндровой и шестицилиндровой головок представлен на рисунках 1.6 и 1.7 соответственно.

Рисунок 1.6 — Четырех цилиндровая головка 5340.1003012-10

Рисунок 1.7 — Шести цилиндровая головка 536.1003012-10

В двигателях с боковым клапаном головка представляет собой простой лист металла; тогда как в более современных двигателях с верхним клапаном и верхним распределительным валом головка блока цилиндров представляет собой более сложный блок, часто содержащий впускные и выпускные каналы, каналы охлаждающей жидкости, клапаны, распределительные валы, свечи зажигания и топливные форсунки.

Большинство прямых двигателей имеют одну головку блока цилиндров, разделяемую всеми цилиндрами, а большинство V-образных двигателей имеют две головки блока цилиндров (по одной на банк цилиндров).

Блок головки цилиндров состоит из следующих деталей:

1) Седла клапана

Седло клапана в бензиновом или дизельном двигателе внутреннего сгорания — это поверхность, на которую опирается впускной (рисунок 1.1) или выпускной клапан (рисунок 1.2) во время части рабочего цикла двигателя, когда этот клапан закрыт. Седло клапана является критическим компонентом двигателя в том смысле, что если оно неправильно расположено, ориентировано или сформировано во время изготовления, то произойдет утечка клапана, которая отрицательно повлияет на степень сжатия двигателя и, следовательно, на эффективность двигателя, производительность (мощность двигателя и крутящий момент двигателя), выбросы выхлопных газов и срок службы двигателя.