回转式放射性液体稀释分装机设计(编辑修改稿)

回转式放射性液体稀释分装机设计(编辑修改稿)内容摘要：

分功能求解 在功能分析阶段，我们需要确定产品的分功能，通过分功能求解。 这种功能关系说明系统的输入和输出以及内部的转换。 功能元 功能元分解 1 2 3 A回转装置 步进电机 伺服电机 交流电机 B横向运动装置 带传动 齿轮齿条 滑块导轨 C灌装装置 蠕动泵 真空泵 D 行程控制 行程开关 机械自锁 表 肩颈腰多功能物理康复椅功能元解形态学矩阵 由上表可知，理论上可以组成 3x3x2x2=36 种方案 方案拟定： 方案一、 A1— B3— C1— D2 方案二、 A2— B1— C1— D1 方案三、 A2— B3— C1— D1 回转式放射性液体稀释分装机 7 评价与决策 回转式放射性液体稀释分装机的评价目标：稳定性、价格、定位精度、工作寿命、分装精度，来确定它的加权系数： 比较目标 评价目标 稳定性 价格 定位精度 工作寿命 分装精度 iK 1ii niikgk 稳定性 2 3 4 3 14 价格 4 3 3 4 13 定位精度 3 1 4 4 14 工作寿命 2 2 1 3 9 分装精度 4 2 4 3 15 47iK  1ig 表 加权系数评分表 评价标准： 0 1 2 3 4 不合格 不重要 相同重要 重要 很重要 表 评价标准： 由此可判定稳定性，价格，定位精度，工作寿命，分装精度的重要性，其中分装精度与定位精度最为重要。 稳定性 价格 定位精度 工作寿命 分装精度 有效值法 方案一 3 2 3 2 3 方案二 2 2 2 3 2 8 方案三 4 3 4 3 3 加权系数 表 方案总评价 由此可见方案三 方 案一 方案二 方案三的组合为 A2— B3— C1— D1 该方案采用 ：工作时由稀释泵将高浓度放射性液体液体稀释，并存放于储液瓶中。 工作时由稀释泵将高浓度放射性液体稀释，并存放于储液瓶中。 灌装时西林瓶由西林瓶驱动电机送至灌装位置定位后，再由灌装泵将定量的药液灌入西林瓶。 第一瓶灌装完后，驱动电机工作，将西林瓶移动电机将下一瓶移动到灌装位置，准备灌装。 液体输送系统包括稀释液体的输送和分装液体的输送，液体稀释系统采用经电机驱动的蠕动泵分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体输入储液瓶中混合。 为保证液体在蠕动泵的驱动下，能 顺利灌入西林瓶中，液体灌入西林瓶之前用两个针头插入储液瓶，一个针头用来输送液体（灌装针），另一个针头用来消除储液瓶内外的压力差（排气针），从而保持西林瓶内、外的气压始终一致，同时保证放射性液体的精确计量。 单片机驱动电机转动，带动蠕动泵运转，分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体输入储液瓶中混合。 每次输送的液体体积由单片机控制步进电机转数和蠕动泵的流量自动换算而得，实现了分装液体的精确计量，然后再用同位素活度检测仪自动检测稀释后液体的活度，以确保稀释液体达到规定的浓度。 3 回转式放射性液体稀释分装机总体设计 分装机布局设计 在总体布局设计中，关系到结构设计的合理性和操作的方便性，以及机器的工作效率。 在产品整个生命周期中，设计占有极其重要的位置它在很大程度上决定着产品的品质和成本，而在机械产品设计流程中布局设计起着重要作用。 在分析机械产品布局涉及因素的基础上针对布局设计探讨其求解原理提出了布局设计模型。 回转式放射性液体稀释分装机要满足回转盘的回转运动和它的横向运动，从而实现西林瓶的供送，其中的动作不能相互干涉，分装精度由蠕动泵装置精确分装。 在布局设计的时候要考虑结构的紧凑性，其中我把总分装机分为几部分 ： 回转运动装置 ， 横向运动装置， 3 灌装装置， 蠕动泵装置，还有重要零部 9 件：机座，前后防护板，防护罩。 分装机总体布局如图 图 分装机总体布局图 ① 回转运动装置布局设计 在回转装置中，要求回转盘能够精确的供送西林瓶，所以在回转运动装置中就要使用到伺服电机，伺服电机由单片机控制其转速，当西林瓶灌装结束后伺服电机接收到工作信号，转动一定角度，下一个西林瓶精确到达灌装位置。 同时，伺服电机需要横向移动，所以回转装置需要一个连接横向移动的装置，我把其固定在不锈钢板上，回转盘与主轴 相连，主轴与轴承座配合，通过保持架与伺服电机动力传动。 如图 所示 10 图 ② 横向运动装置布局设计 在回转盘上西林瓶已经灌装完毕，驱动信号发送到横向运动装置中的伺服电机，伺服电机通过联轴器将动力传给滚珠丝杠，滚珠丝杠带动滚珠螺母横向运动，滚珠螺母与支撑架相连，支撑架固定在不锈钢板上，不锈钢板又与滑块固定，此时，在回转运动装置中，回转盘是和板固定的，此时，已达到回转盘横向运动，当碰到行程开关，伺服电机停止转到，等待西林瓶被取出。 其横向运动装置如图 显示。 11 ③ 蠕动泵装置 蠕动泵与联轴器相连，电机与蠕动泵使用保持架连接。 在分装机中，蠕动泵与灌装针胶管相连，蠕动泵负责精确灌装， 对蠕动泵的流量控制的实现主要有两种方式，一种是更换软管，另一种是控制蠕动泵电机的速度。 对于本次设计采用固定软管直径，通过控制电机转速来计算稀释浓度，有利于生产的效率和便捷性。 蠕动泵整个装置固定在机座的 80X80 的槽中，靠近储液瓶和针架，方便软管连接和灌装。 其装置如图 所示。 ④ 防护装置 在整个机器设 计中，最后为了防护和美观要求，在分装 机的左右两侧加上防护板，在支撑 板上安 装好防护罩，这样减轻了机器日常维护 的任务，整体感觉就变得很合理紧凑， 12 ⑤ 控制部分 计算机向单片机发出控制指令，单片机驱动两台直流电机转动，带动两台蠕动泵运转，分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体液体输入储液瓶中混合。 每次输送的液体体积由单片机控制步进电机转数和蠕动泵的流量自动换算而得，实现了分装液体的精确计量，并防止受到污染。 然后再用同位素活度检测仪自动检测稀释后液体的活度，以确保稀释液体达到规定的浓度。 单片机发出相应的控制指令，实现计 算机和单片机的通讯。 但这两大主要功能是互相关联、密不可分的，因此在软件设计中，不可能严格按这两大功能来进行模块划分。 所以，把整个软件划分为：制备清单模块、制备模块、分装模块、分装动态信息模块、分装失败清单模块、分装清单模块和工单模块，共 7 个部分。 计算机的面向对象的数据管理系统软件采用人机交互界面。 13 图 回转式放射性液体稀释分装机的控制部分采用计算机和单片机二级控制的方式。 其中，计算机承担系统管理、数据处理和人机接口功能；单片机承担动作控制任务，并且具有独立的按键 手动控制功能。 控制系统的设计实现了全自动的生产过程管理。 控制原理如图 和图 所示： 图 控制原理图 电机的选择及动力学计算 14 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一 , 广泛应用在各种自动化控制系统中。 伺服电机是指在伺服系统中控制机械 元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。 伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。 伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 步进电机和蠕动泵的选择 它的主要特点： 1．一般步进电机的精度为步进角的 35%，且不累积。 2．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。 在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4．步进电机低速时可以正常运转。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。 它的主要特性：步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会 以一定的角度（称为步角）转动。 转动的速度和脉冲的频率成正比。 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。 根据设计需求的步进电机，步距角为。 所以选择型号为： 86BYG350AL0601 其参数如下： 步距角： 相电流： 保持转矩： 转动惯量： 1320 重量： 3kg 外形尺寸： 858569 伺服电机的选择 总重量可取 G=60N,角接触球轴承 1 =98%，弹性联轴器 2 =99%，各项摩擦损失3 =95% ，总传动效率  321  98% 99% 95%=92%。 轴平均直径 d0=22mm，轴总长度取 L=153mm。 15 (1)、等效转矩的计算： 44( ) 2 ( 6 10 11 .55 10 ) 2 / 74 .a J J N rsT N mS          (2)、等效转动惯量的计算： 44 S 1 1 1 2 2 2J ( d L ) / 3 2 d L / 3 2    4 3 4 34 3 4 342( 3 . 1 4 0 . 1 5 0 . 0 1 7 . 8 5 1 0 ) / 3 2 +( 3 . 1 4 0 . 2 5 0 . 0 1 5 7 . 8 5 1 0 ) / 3 2+( 3 . 1 4 0 . 2 5 0 . 0 2 2 . 7 1 0 ) / 3 2 +( 3 . 1 4 0 . 0 2 0 . 1 5 3 7 . 8 5 1 0 ) / 3 2= 7 . 8 5 1 0 .K g m                2）横向运动装置伺服电机的计 算： 横向运动装置中，根据经验，选择伺服电机之前先选定滚珠丝杠。 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。 它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。 由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和。