双曲柄摇杆机构自动翻板机的设计毕业论文.docx
- 文档编号:8970187
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:47
- 大小:575.03KB
双曲柄摇杆机构自动翻板机的设计毕业论文.docx
《双曲柄摇杆机构自动翻板机的设计毕业论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《双曲柄摇杆机构自动翻板机的设计毕业论文.docx(47页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)
第
自动翻板机的设计
摘 要
翻板机是一种应用广泛的专用设备,在各种板类材料的生产加工过程中都有应用。
然而翻板机的专用性非常强,因此需要针对不同的生产条件进行设计,这就增加了翻板机研究的价值。
首先,本文选择对钢铁行业的自动翻板机进行研究。
在了解了自动翻板机的工作原理之后,对其关键机构进行设计与校核,同时对核心的翻板机构做了设计与分析,由此完成了对翻板机整体设计。
其次,本文根据自动翻板机的工作原理以及工作流程,对比继电器控制系统与PLC的特点,选择了继电器控制系统做设计。
第三,本文重点分析了自动翻板机的工作原理,关键机构的设计与校核以及自动控制系统的设计。
在工作原理部分,用画原理图的方式对翻板机的工作原理进行了详细地梳理;在关键机构的设计与校核部分,运用所学知识对自动翻板机的核心机构进行计算并校核,校核结果均合格。
在控制系统部分,结合了自动翻板机的工作流程,对比了
PLC与继电器控制系统的特点,选择了继电器控制系统并设计了一套完整的自动控制体系。
最后,文章对全篇做了总结并提出了自己的观点,为自动翻板机的研究提供了研究方向。
关键词:
翻板机,翻板机构,电气控制
辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)
第II页
Designoftheautomaticplate-turningmachine
Abstract
Plateturningmachineisawidelyusedspecialequipment,whichisusedintheproductionandprocessingofvariouskindsofplatematerials.However,thespecificityoftheturnovermachineisverystrong,soitisnecessarytodesignfordifferentproductionconditions,whichincreasesthevalueoftheresearchoftheturningmachine.Firstofall,thispaperstudiestheautomaticplatemachineinthesteelindustry.Afterknowingtheworkingprincipleoftheautomaticturningmachine,thekeymechanismisdesignedandchecked,andthedesignandanalysisofthecoreplateturningmechanismarecompleted.Thus,thewholedesignoftheplateturningmachinehasbeencompleted.Secondly,accordingtotheworkingprincipleandworkingflowoftheautomaticturnovermachine,comparingthecharacteristicsofrelaycontrolsystemandPLC,therelaycontrolsystemischosentodesign.Third,thispaperanalyzestheworkingprincipleoftheautomaticturningmachine,thedesignandverificationofthekeymechanism,andthedesignoftheautomaticcontrolsystem.Intheprinciplepart,theworkingprincipleofturningmachinebywayofdrawingprincipleindetailcarding;designandcheckinthepartofkeyinstitutions,tousetheknowledgetocalculateandcheckonthecoremechanismofautomaticturnovermachine,checktheresultsarequalified.Inthepartofthecontrolsystem,theworkingflowoftheautomaticturnovermachineiscombined.ThecharacteristicsofthePLCandtherelaycontrolsystemarecompared.Therelaycontrolsystemisselectedandacompleteautomaticcontrolsystemisdesigned.Finally,thearticlesummarizesthewholepaperandputsforwarditsownpointofview,whichprovidestheresearchdirectionfortheresearchofautomaticturningmachine.
KeyWords:
Plate-turningmachine,Plateturningmechanism,Electriccontrol
辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)
第II
目录
1绪论 1
1.1翻板机的发展 1
1.2翻板机的分类 1
1.3翻板机在不同领域的应用 2
1.3.1在钢铁冶金行业的应用 2
1.3.2在汽车行业的应用 3
1.3.3其它行业 4
1.4研究本课题的意义及内容 5
2自动翻板机的工作原理 6
2.1本文设计的翻板机的结构组成 6
2.2自动翻板机的运动过程 7
3翻板机的关键机构的设计与校核 10
3.1分配传动比 10
3.2传动装置的运动和动力参数计算 11
3.2.1计算各轴的功率 11
3.2.2计算各轴的转速 11
3.2.3计算各轴的转矩 12
3.3齿轮的选择与校核 12
3.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 12
3.3.2按齿面接触疲劳强度设计 13
3.3.3按齿根弯曲疲劳强度设计 16
3.3.4几何尺寸计算 18
3.3.5圆整中心距后的强度校核 19
3.3.6主要设计结论 21
3.4主驱动轴的设计与校核 22
3.4.1初步估算轴的直径 22
3.4.2联轴器的选择 22
3.4.3轴承的选择 23
3.4.4轴的校核 24
3.5轴承的校核 28
3.6曲柄摇杆机构分析 29
3.6.1机构原理 29
3.6.2机构设计 30
3.6.3机构分析 32
4自动翻板机的继电器控制系统设计 34
4.1自动翻板机的工作流程及控制要求 34
4.2自动翻板机的调速控制线路 35
4.2.1基本概念 35
4.2.2变极调速 35
4.2.3变极调速控制线路设计 37
结 论 39
致 谢 41
参考文献 42
辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)
第43
自动翻板机的设计
1绪论
1.1翻板机的发展
钢板、铜板、石膏、玻璃、纱布、纸卷等产品,在生产制造、产品检验以及产品运输的某一过程中,要求其以某种特定状态(立式或卧式、上表面或下表面)存在,这样就需要一种用于给产品进行状态转换的设备。
翻转设备正是为此而设计的,它是相关产品必不可少的一种设备[1]。
本论文研究的翻板机就属于翻转设备的一种。
翻板机是一种应用十分广泛的专用机械设备,在各种板类、卷类材料的生产加工过程中都有应用。
然而恰恰是由于翻板机的应用场合十分广泛,并且每一种翻板机应用的工况和要求都各不相同,导致了翻板机的专用性非常强,因此需要针对不同的生产条件和要求进行自行设计。
翻板机的设计情况目前多为各厂家自行设计,只为达到各自的设计目的,因此很难形成一个统一的标准,再加上设计水平参差不齐,设计手段不够专业,市场上充斥着大量标准各异的设备,这对企业选购产品带来了极大的不便,但于与此同时也加大了翻板机研究的价值[2]。
1.2翻板机的分类
翻板机由于它的应用领域十分广泛,因此它的形式也呈现出多样性的特点。
在目前的实际生产中存在着多类型的自动翻板机。
在实际生产线上的通常采用的翻板机构可分为以下三类:
(1)气动翻板,翻板力是由气缸产生的,其结构简单、投资较低,但其性能不稳定,翻板周期较难控制,容易产生折板、碎板等现象,生产效率较低。
(2)液压翻板,由液压系统提供翻板动力,一般接板杆与抬起杆上均至少有一个液压缸,工作过程比较稳定。
但是其同步性控制难度较大,电控部分比较麻烦,液压站成本高,一般只用于大型生产线。
(3)机械翻板,按结构又可以细分为四杆机构和六杆机构等不同类型。
它由离合器、减速机、曲柄摇杆机构和两组四杆机构等联接而成实现翻板,由于每隔一定时间才进行一次翻板,离合器的作用是在电机连续运转下使翻板机完成间歇作业。
机械翻
板机工作比较可靠,交接板过程比较平稳。
具有翻板周期可控制,工作状态平稳,不易产生折板、碎板等优点。
但是因为两个同轴的曲柄传递到翻转臂上的运动放大,设备的安装调试较难[3]。
随着市场对钢板质量要求的不断提高,翻板检查已成为生产中必不可少的工序。
而生产率、环保等指标以及钢板质量控制都对翻板机的功能提出了更严格的要求。
“为保证钢板在翻转过程中要实现尽可能小的冲击,应考虑以下几方面的问题:
①翻转臂在初始位置时不得与钢板接触,以达到空载起动的目的;②在翻转过程中不带钢板一侧的翻转臂要快速越过中点,提前和送钢板一侧的翻臂在不到90°的位置实现交接,然后接送两翻臂同时运动到中点以后的位置完成钢板的交接;③为了减少震动和不产生噪声,要求钢板在即将进行交接时将速度放慢,保证交接平稳,交接完成后应快速返回,从而实现钢板的翻转;④为了提高生产率,翻钢板的过程最好是连续不断地进行[4]”。
除了按上述驱动方式分类的方法之外,还可根据外形、用途、传动机构等方法进行分类,在此就不多赘述了。
1.3翻板机在不同领域的应用
1.3.1在钢铁冶金行业的应用
在钢板的生产过程中,钢板的翻板检查是生产厂必不可少的一道工序,为减轻工人的劳动强度,提高生产效率,翻板机就是钢厂不可缺少的主要设备之一。
其作用就是将钢板翻转“180°”,即钢板的下表面翻转为上表面,以便于检查钢板的表面质量,同时也方便工人对钢板表面进行相应的修整(如图1.1、图1.2)。
图1.1翻板机机构简图
图1.2翻板机的三维模型
“双臂曲柄摇杆式翻板机就是一种这样的设备。
它由一台交流电动机驱动相互连接的两套四杆机构组成。
主动驱动为一曲柄摇杆机构,而翻板为双摇杆机构。
两套机构由中间长轴和一个成直角拐的作为中间连接。
整个传动系统由减速器的低速轴两端各装一个有一定偏角的曲柄,分别带动两套四杆机构[7]”。
1.3.2在汽车行业的应用
在汽车制造行业中,车身覆盖件在加工成形过程中,根据工艺安排,有时需要对其进行上下翻转。
以前要完成这一工序,主要依靠工人的手工操作,费时又费力;采用自动翻板机,不但减轻劳动强度,而且大大提高了工作效率。
目前此类设备多数依赖进口,设备投资大,且维修费用高。
因此,汽车自动翻板机的研制具有非常重要的现实意义[8]。
(plc文献)
汽车自动翻板机是将放置在垛料夹持装置上的垛料进行翻转的装置,可用于整垛板料的整体翻转,分为O型闭式和C型开式两种结构方式。
翻转机可从控制操作柜上手动操作,或由PLC系统自动控制运行。
本篇所述的汽车翻板机为开卷落料线的有机组成部分,O型闭式,分为A、B上下两个面,翻板机可将落料线生产的料片整垛反转,实现一个模具生产的料片,可用于汽车上左右对称的部件使用,比如左右车门,可减少模具数量,同时降低模具更换次数,节约成本,提高效率[9]。
1-测电机;2-送料小车;3-活动台板;4-侧挡;5-上横梁;6-夹紧梁
图1.3 汽车翻板机结构图
对汽车自动翻板机运动原理作简单描述。
汽车自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆盘部分(如图1-2)。
侧工作台部分主要包括侧电机和送料小车,用来完成进料或出料任务;翻转圆盘部分主要包括夹紧梁、侧挡和翻转圆盘,分别由液压马达和液压油缸来驱动,用来完成夹紧和翻料任务。
汽车自动翻板机的工作流程是:
物料由侧工作台送至翻转圆盘上,夹紧梁向下夹紧物料后开始翻转,达到合适位置时停止翻转,加紧梁撤销夹紧,仍由侧工作台将物料取出。
要求系统具有的功能是能够根据物料吨位的不同,适当地调整夹紧力的大小并确保物料能被夹紧、翻转;能够方便地进行参数设置、手动调试;具有实时监控的功能。
自动翻板机使用PLC进行控制,具有安全性高、稳定性好、易于控制和调试等优点。
用PLC进行控制,实现了对设备运转的实时监控,更重要的是提供了人机交互界面,使后台的程序控制转化为直观的按钮操作,极大地方便了操作人员的使用[8]。
1.3.3其它行业
在生产以及运输92寸以上的大片玻璃时,由于玻璃板比人体高25~30寸,不仅记忆破损,而且很不安全。
因此,玻璃厂家设计制造了一种玻璃翻板机,将大片高玻璃翻倒横放,既减轻劳动强度,又保证人员安全。
还有,生产石膏板时同样也需要一种翻转设备。
那么,在翻转过程中保证石膏板能平稳运行,石膏板不摔板就显得十分重要。
要完成这一项工作,翻转装置的设计变得十分关键。
除此之外,钢卷、纱布以及纸卷等产品同样需要用到翻转设备。
1.4研究本课题的意义及内容
本论文的主要任务是以双臂曲柄摇杆式自动翻板机作为研究对象,设计比较完善的继电器控制系统以及合理的曲柄连杆机构,并探讨适合于翻转钢板的方法,具体内容如下。
(1)熟悉了解自动翻板机的工作原理,在此基础上分析自动翻板机的结构和运动过程。
(2)根据自动翻板机的实际性能指标,选择驱动电机的类型。
(3)对自动翻板机减速器进行设计并验证其可行性。
(4)根据自动翻板机结构的设计要求,设计曲柄摇杆机构。
(5)根据自动翻板机控制系统的要求对其进行控制系统的设计,将所设计的系统进行仿真,并与设计要求比较,验证此设计的正确性与合理性。
2自动翻板机的工作原理
自动翻板机属于翻转设备的一种,它在钢铁冶金行业有着广泛的应用,是一种十分实用的专用机械设备。
在钢板的生产过程中,随着市场对钢板质量要求的不断提高,翻板检查已成为生产中必不可少的工序。
自动翻板机,又称双臂曲柄摇杆式翻板机,采用机械驱动的方式,具有翻板周期可控制,工作状态平稳,不易产生折板、碎板等优点。
本章通过对其工作原理的详细描述,进一步简化解读自动翻板机的结构组成和运行过程。
2.1本文设计的翻板机的结构组成
自动翻板机的主要结构由电机、减速器、翻板机构以及控制台组成。
其中,翻板机的传动系统由电机、联轴器、减速器和曲柄连杆机构组成。
“电机的作用是为自动翻板机提供动力,减速器的作用是降低转速的同时提高输出扭矩,为翻板机构中的曲柄连杆机构提供低转速、大扭矩的动力,而曲柄连杆机构则是翻板机实现正确动作的变换机构。
它将减速器低速轴的回转运动最终变为左右倾
翻臂的升降,使左右倾翻臂协调动作,因此翻板机构是自动翻板机设计的关键之一[11]”。
1-连接臂;2-同步轴;3-曲柄轴;4-曲柄;5-压杆;6-压杆头;7-连接板;8-翻转臂;9-钢板
图2.1翻版机单(右)侧机构三维模型
如图2.1所示,是自动翻板机的翻板机构的单(右)侧机构。
图中所示为自动翻板机
的翻板机构三维模型,翻板机构主要由连接臂、曲柄、压杆、压杆头、连接板和翻转臂组成。
当翻板机启动时,钢板被送入由多个翻转臂组成的平面上,每个翻转臂由连接臂固定在相同的一根同步轴上,以此来保证多个翻转臂能保持相同转速来传递扭矩。
下面对翻板机的曲柄工作原理作简要描述。
(见图2.2)
图2.2 翻板机机构简图
“双臂曲柄摇杆机构翻板机为两套四杆机构OABC与OEFG,两套四杆机构的曲柄以一定的角度差安装在同一减速机轴上,两摇杆轴上分别装有若干根翻转臂。
由减速机轴传动曲柄做逆时针转动,曲柄OA带动连杆AB,连杆AB带动摇杆BCD做
逆时针运动,同时曲柄OE带动连杆EF,连杆EF带动摇杆FGH做顺时针运动[12]”。
2.2自动翻板机的运动过程
从翻板机交接板过程截取的几个瞬间位置进行详细分析。
其最大的特点就是有一个钢板的接送过程。
在初始位置时,板坯在右侧存放平台(或辊道)上,翻板机两边的转臂均在平台
(或辊道)的下面(平台或辊道为水平面);在翻板机启动时,因为右侧的翻转臂距平台上表面(或辊道上表面)有一定的距离,因此右侧的翻转臂是空载起动的;然后,当右侧的翻转臂接触到钢板后就将钢板缓缓抬起,而与此同时左侧的翻转臂则以较快的速度抬起;左侧转臂由于转速较快,它能较早的到达竖直位置,并且翻过竖直位置
(如图2.2所示);然后,两侧转臂同时从右向左缓缓转动,如图2.3所示,此时的位置是两侧转臂都转到竖直位置时的情况;而随着两侧转臂继续从右往左旋转,要翻转的钢板就会从右边的翻转臂翻到左边的翻转臂上,直至如图2.4所示位置时,右侧的翻转臂继续缓缓往右转,左侧的翻转臂则开始以较快的速度往左转,最后两侧翻转臂到达结束位置,这样板坯就被翻到了左侧平台(或辊道)上,并且将原底面朝上。
而当
逆向翻板时,只需将电机逆向旋转即可。
图2.3翻板机低 图2.4翻板机准备翻板
图2.5翻板机高位 图2.6翻板完毕
图2.7翻板机低位(反向) 图2.8翻板机准备翻板(反向)
图2.9翻板机高位(反向) 图2.10翻版完毕(反向)
自动翻板机在我国各行各业的运用已经多年,本文以钢铁行业中较为普遍应用的机械翻板机——曲柄摇杆式自动翻板机为主要方向进行探讨研究。
“由于自动翻板机的翻转技术综合了众多学科领域的知识,在实际的应用生产上,仍存在着诸多的问题。
国内对于自动翻板机的设计标准、机械加工水平、精度上仍然存在差距。
即使从国外引进,在实际运用中也不能完全发挥作用。
同时,由于我国工业的高速发展,生产的自动化、无污染和高效率等一系列要求也越来越高。
而本人查阅大量的资料,尚未发现国内有较为系统的介绍翻板机的资料和专著,所以更加深入地对此进行研究具有重大意义
[7]”。
本章内容从两个不同的角度,分别是工作原理以及结构组成两个方面,对自动翻板机进行了详细描述。
在工作原理方面,对自动翻板机的运行过程、曲柄机构的工作过程进行了介绍,并对翻板过程的每一步进行了详细描述;在结构组成方面,对核心构件翻板机构用画三维立体图的方式进行描述同时也通过画结构简图的方式介绍了翻板机构中的关键部分曲柄机构。
本章补充了第一章的内容并为第三、四章的设计部分做了准备。
3翻板机的关键机构的设计与校核
3.1分配传动比
电机型号为Y355L1-8。
其中,额定功率P=185KW、额定电压𝑉=380𝑉、额定转速𝑛0=750𝑟/𝑚、电机效率𝜂=94.6%。
减速机总传动比为
i=224
取联轴器的效率h联轴器=0.99,圆柱直齿轮的传动效率h齿轮=0.98,轴承选择滚动轴承,传动效率取h轴承=0.98。
分配传动比过程如下:
查机械设计手册可得,三级圆柱齿轮减速器的传动比按等强度条件,并获得较小的外形尺寸和重量时,传动比分配可按图选取:
图3.1三级齿轮传动比分配图
因为三级圆柱齿轮减速器的总转动比为
𝑖0=224
由图查得,
i𝐼=6.7
iⅡ=5.8
i0 224
iⅢ=
iⅠ∙iⅡ
= =5.76
6.7×5.8
3.2传动装置的运动和动力参数计算
3.2.1计算各轴的功率
0轴:
Ⅰ轴:
Ⅱ轴:
Ⅲ轴:
Ⅳ轴:
Ⅴ轴:
𝑃0=185kw
𝑃1=𝑃0∙𝜂联轴器=185×0.99=183.15𝑘𝑤
𝑃2=𝑃1∙𝜂齿轮∙𝜂轴承=183.15×0.98×0.98=175.897kw
𝑃3=𝑃2∙𝜂齿轮∙𝜂轴承=175.897×0.98×0.98=168.932kw
𝑃4=𝑃3∙𝜂齿轮∙𝜂轴承=168.932×0.98×0.98=162.242kw
𝑃5=𝑃4∙𝜂联轴器∙𝜂轴承=162.242×0.99×0.98=157.407kw
3.2.2计算各轴的转速
0轴:
Ⅰ轴:
Ⅱ轴:
n0=750𝑟/𝑚
n1=𝑛0=750𝑟/𝑚
Ⅲ轴:
𝑛1
1
𝑛2=𝑖
750
= =111.94𝑟/𝑚
6.7
Ⅳ轴:
𝑛2
2
𝑛3=𝑖
3
𝑛3
750
= =19.3𝑟/𝑚
6.7
750
Ⅴ轴:
𝑛4=𝑖
= =3.351𝑟/𝑚
6.7
𝑛5=𝑛4=3.351𝑟/𝑚
3.2.3计算各轴的转矩
0轴:
Ⅰ轴:
𝑃0
0
𝑇0=9550𝑛
1
𝑃1
185
=9550× =2355.667𝑁∙𝑀
750
183.15
Ⅱ轴:
𝑇1=9550𝑛
=9550×
=2332.11𝑁∙𝑀
750
Ⅲ轴:
Ⅳ轴:
𝑃2
2
𝑇2=9550𝑛
𝑃3
3
𝑇3=9550𝑛
=9550×
=9550×
175.897
=15006.399𝑁∙𝑀
111.94
168.932
=83590.705𝑁∙𝑀
19.3
Ⅴ轴:
𝑃4
4
𝑇4=9550𝑛
𝑃5
5
𝑇5=9550𝑛
=9550×
=9550×
162.242
=462372.754𝑁∙𝑀
3.351
157.407
=448593.509𝑁∙𝑀
3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 曲柄 摇杆 机构 自动 板机 设计 毕业论文