頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、嵬疔環(huán)肪泌寢魃紓抓卮摘要褫欲岐突敖謐撕埏羲奔在鋼管生產(chǎn)過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)了解每根頂桿的長(zhǎng)度、外徑、使用次數(shù)等信息。本論文介紹了通過(guò)在頂桿尾部開(kāi)槽的方式，實(shí)現(xiàn)頂桿的識(shí)別與信息跟蹤，基于 PLC的控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的檢測(cè)原理，系統(tǒng)構(gòu)成及軟件程序。本課題主要研究工作：崞垤贊睨府矗齏任煞醞第一章綜合敘述了鋼管的工藝生產(chǎn)流程及API國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；說(shuō)明了國(guó)內(nèi)頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題并闡述了頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的工作原理及流程；陳述了課題的來(lái)源和論文的主要工作和意義。許筌涂頦衩泱瞅牟矢測(cè)第二章提出了系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)要求；根據(jù)鋼管的具體參數(shù)和工作要求對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的整個(gè)機(jī)架部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。埯禾拶漂禁計(jì)瞿躐觸瞬第

2、三章主要是對(duì)組成機(jī)架所需要的主要機(jī)械零部件（氣缸和滾珠絲杠副）進(jìn)行選型，并對(duì)選擇過(guò)程做出相應(yīng)說(shuō)明，以及這些零部件相關(guān)的力學(xué)和強(qiáng)度校核計(jì)算。郜悃骰脬鸞歟禍閩胯帕第四章簡(jiǎn)述了PLC編程的方式和S7 400的組成；提出了PLC程序的測(cè)試策略；介紹了傳感器的選型，信號(hào)轉(zhuǎn)換和安裝。葆賂黛吵玩零蕾艷屑浦第五章總結(jié)了頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程所做的工作，并對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)方向進(jìn)行了展望。迪殮縱詠串壽捺詹龐灌楂儇晷儔扎灰嗟繽獍攔獨(dú)嗵疼蒂莰掂鬼祝狠熘關(guān)鍵詞 ：頂桿；檢測(cè)；機(jī)架；氣缸；傳感器；PLC驗(yàn)沮艇羅麓洇敵炱瞢湔霽副膽牡薅材悶董晰墾校莖郭目帙氛啞拓殲晶蒿略扁約匪疤胸繳了瞌玩珥廣天撻朝旰斧訶探厘揉凈萍槽共

3、櫥奪錒鬢騾滔湯歡飩狃焰矯佳姣嘔堪晨論惰膃芾塥皓腡澉屁锎瘢嗔裴惟餌臃窠剞撫艄預(yù)耆彷儺窩滿首熱鋝謀腸推傈血啾姬誒 洇末善尜芥襯哐琥肝彝筏攜總礫鈴鮒嗝鏈蓯氙Abstract拇崠遨詐甬煤通頻恨潺In the expansion of production, it is necessary to understand the real-time each mandril length, diameter, frequency of use and other information. Introduced through the mandril slotting the tail, and push t

4、o achieve the identification and tracking information; PLC-based control system, the system is the detection principle, the system and software program. The main research topics: The first chapter synthesis narrated the steel pipe craft production process and the API international standard; Explaine

5、d the domestic roof bar automatic diagnosis system development present situation and the existence question and elaborated the roof bar automatic diagnosis system principle of work and the flow; Stated the topic origin and the paper prime task and the significance. 夥際幼咖嗥勃芎竄榮瞿The second chapter set t

6、he system overall design request; To examine the system according to the steel pipe concrete parameter and the work requirement the entire rack section to carry on the design. 艿齊停櫞腌喋搋锃嘀炯Third chapter mainly is to composes the main mechanical spare part which the rack needs (air cylinder and ball bea

7、ring guide screw vice) carries on the shaping, and to chooses the process to make the corresponding explanation, as well as these spare part correlation mechanics and intensity examination computation.絲拜礻舍攜吐梏愴?yè)P(yáng)墩The fourth chapter to summarize the PLC programming way and the S7 400 compositions; Prop

8、osed the PLC procedure test strategy; Introduced the sensor shaping and the signal transformation. Fifth chapter summarized the work which the roof bar automatic diagnosis system and the software system performance history does, and has carried on the forecast to the system improvement direction. 沿鼐

9、紲猁哆蔭崾眠虎溉兄牧糜瓣繰沭疵甍條酷檳逼冉賜鼓臃凹璃儐胸Keywords ： mandril detection rack beams sensor PLC佧秩猖腆訶襲鉑勤此邑目 錄澆溲克叵田家凡熄眵唼髦讕球磋感執(zhí)猓閫璽廈1 緒論避浩簇摁螳蹈鎪榆牛俎111引言伎仲夠坎糅斑托琨謎萏212背景及原理介紹燴賤亳地墁豬溧寰裳甫3圖12檢測(cè)正視圖痛謄麼咱執(zhí)戮卷歐胗剮4镎老奄廒愿韜疆穎蚯梅513檢測(cè)系統(tǒng)的組成刃屨冕渲鈽饋?lái)钒菰L槐514系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要性櫨聃磕芴蘭唼朽錢普穡915論文的主要工作和意義亍杲崦錠藿磷幅泊铞歡102 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)錳丐虎振撥埭授拈嶷寂1021頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求薤弊

10、曷卉霉倔鄄堵礤幢1022頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)奠爬桀豇愎閩璽圈亢褲11誘蹬輔殍仗棠狙鍋性腺15冉埃幺燈延噬炬吊干萊15皈櫓廄嶙趁暈栗俗謐锏15圖2-6 Y型帶銷連桿池錛段蘆吖蕭鞋倒烹亍153 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)汨礎(chǔ)尷唉煞緞疼櫻萍贍1531氣缸部分剪戒骱奴大戶敞盡啼璧163.1.1氣缸和閥的選型浪魍婪醚甭槌氦捶嶼赦163.1.2氣缸的力學(xué)計(jì)算及校核盤霹塄肅瀏搐磣歲接膨163.1.3氣缸的圖形及說(shuō)明鬩葡顴芬該駝隹衲帔噙183.1.4系統(tǒng)的氣動(dòng)回路鷹桉犴杷焚鼙鏊廣嗶霖1932導(dǎo)軌部分殊鑣向枕怒睡槐擷亭貢193.2.1滾珠絲杠副的選型駕寡蚋悶何奸脫壬襲瘼203.2.2滾珠絲杠副的力學(xué)計(jì)算嫂鴝咻眚鼉?cè)脬G

11、薅黑鑰203.2.3滾珠絲杠的圖形及說(shuō)明嗬擢戕固郝硅蘼浩絳睛2233本章小結(jié)楚鄧換鄭槽鄉(xiāng)高轟碚俾234 電氣部分的設(shè)計(jì)腔焯蠶付喪耬闊髻憑姿2441系統(tǒng)的配電圖及說(shuō)明潼秧刷亳辜瘺糧毫繰憐2442傳感器的選擇，安裝及數(shù)據(jù)處理2443PLC的組成及編程繯鞲澆躡浯蛾鋟窄攮萬(wàn)2744S7-400編程方式阝剿募聰嚷繁謝飚柢噶2945本章小結(jié)肪慣涌謠吻羆啥覺(jué)謀強(qiáng)32嫣竄毯腧嬰襖抖淼煉權(quán)32結(jié)論碎撐氣綱托搡岱嗝批婕32致謝訣愎張施謊鏊參怵顱嚶34參考文獻(xiàn) 臘構(gòu)孿枸挨毪黷及娛降35蟲(chóng)慣镎熹鼙孝仞淅舍笤門鋨承悠怯噌緗憒兄事鈞轉(zhuǎn)字怏蠻雍呵醇媯擺狡酣汛搬圬鈉倆戥紇丹1 緒論避浩簇摁螳蹈鎪榆牛俎11引言伎仲夠坎糅斑托琨

12、謎萏鋼管廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、建筑和石化等行業(yè)，又是國(guó)防工業(yè)的重要材料，用于制造槍管、炮筒以及其他武器。 鋼管的生產(chǎn)工藝種類繁多，生產(chǎn)過(guò)程非常復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備也很龐大，以 163機(jī)組為例，熱軋鋼管生產(chǎn)流程如圖11所示。閑鬃姝脾鱷哩腕貢堙鞫殺溘臊誨研處暉踉甘當(dāng)圖11熱軋鋼管生產(chǎn)流程戌蟻喘開(kāi)棲吠互斯錒頒按照工藝流程，管坯進(jìn)入車間后按照工藝要求鋸成定尺長(zhǎng)度，然后依次經(jīng)過(guò)環(huán)形爐加熱、三輥穿孔機(jī)穿孔、連軋機(jī)軋鋼、定徑機(jī)定徑。加工成的鋼管需要減徑的再加熱后送至減徑機(jī)上減徑。從定徑或減徑機(jī)軋出的成品管，送至鏈?zhǔn)嚼浯采侠鋮s，冷卻后鋸成定尺長(zhǎng)度的鋼管（有的需要熱處理)輸送到斜輥式矯直機(jī)上矯直，矯直后依次經(jīng)過(guò)超聲波探傷

13、，水壓機(jī)試驗(yàn)，隨后進(jìn)行其他各項(xiàng)精整工序。精整后的成品管經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱爐后進(jìn)行涂油打捆入庫(kù)。 根據(jù) GB2102-88 規(guī)定，外徑不小于 36mm 的鋼管應(yīng)在每根鋼管一端的端部有噴印、滾印、鋼印或粘貼印記。印記應(yīng)清晰明顯，不易脫落。印記內(nèi)容應(yīng)包括鋼的牌號(hào)、產(chǎn)品規(guī)格、產(chǎn)品標(biāo)號(hào)和供方印記或注冊(cè)商標(biāo)。具體不同類型的管子有不同的印記內(nèi)容。 隨著我國(guó)加入 WTO，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和國(guó)際市場(chǎng)的接軌，鋼管市場(chǎng)同樣面臨一系列的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)鋼管進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，必須遵守國(guó)際的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。比如無(wú)縫鋼管要遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5CT（見(jiàn)表一所示）。 過(guò)去，大部分的鋼管廠家采用人工的方式進(jìn)行測(cè)量和標(biāo)記。人工測(cè)定鋼管的長(zhǎng)度和重量，

14、并把相關(guān)的內(nèi)容根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，用涂料寫在鋼管上。有的鋼管廠由工人隨意手寫，字跡不統(tǒng)一，有的用刷模的方式，字跡相對(duì)工整。這種做法沿用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，部分廠家目前仍在使用。很明顯，這些方法存在測(cè)量精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、字跡不清楚等缺點(diǎn)。表11為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)摘錄：廠麓隸昌楓蜊螫必昨蒜噗短嚎鑫垸洞街智蒂蚊表11國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)摘錄此榘睨騾髀修鑄礙塾刃GB/T 8162 尺寸偏差鮞苘掛睹蛋舞縐鲆豹贐鴇噴柢汝蜞爺訾柔鴟煎從上個(gè)世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)一些大型的鋼鐵公司的產(chǎn)品為了參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，耗巨資引進(jìn)國(guó)外的整條流水線。這些進(jìn)口的設(shè)備測(cè)量精度高、生產(chǎn)效率

15、高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、字跡統(tǒng)一規(guī)范。但是進(jìn)口設(shè)備成本高、要求工人素質(zhì)高、維護(hù)成本也高。落后的傳統(tǒng)方法與高成本的進(jìn)口設(shè)備都難適應(yīng)國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求。因此，開(kāi)發(fā)研制同類產(chǎn)品已經(jīng)迫在眉睫。讀崤味藿痕衢鞭亦櫛鞅旭櫳淮惴疋酃事監(jiān)蜇訶嘌娶肝桑垂葆囔壘嗽蓋12背景及原理介紹燴賤亳地墁豬溧寰裳甫擴(kuò)管是指經(jīng)穿孔機(jī)穿孔后的荒管加熱以后在軋機(jī)的兩個(gè)錐形輥的作用下，沿頂桿高速旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，把管徑擴(kuò)大的過(guò)程。擴(kuò)管過(guò)程中頂桿的定位精度要求很高，每根頂桿在軋制之前必須調(diào)整到恰當(dāng)?shù)奈恢茫拍茉谲堉七^(guò)程中避免前卡、中卡、后卡等現(xiàn)象的發(fā)生。為此每根頂桿需要事先編號(hào)，把頂桿長(zhǎng)度、外徑等參數(shù)保存到上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。每次軋制前檢測(cè)裝置通過(guò)檢測(cè)獲取編

16、號(hào)，并上傳給上位機(jī)，上位機(jī)依據(jù)編號(hào)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取參數(shù)進(jìn)行處理，然后把最終處理完成的數(shù)據(jù)發(fā)送給 PLC，PLC根據(jù)此數(shù)據(jù)調(diào)整頂桿的位置。目前識(shí)別、輸入編碼的方式有 3種：人工識(shí)別和輸入的方式、一維條形碼識(shí)別方式、二維編碼識(shí)別方式。但是這 3種檢測(cè)方式并不適合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求 ，原因如下： 纏靡咼縹薊醭荽撼籽枘（1）現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣，所以要求系統(tǒng)在無(wú)人干涉下能自動(dòng)完成檢測(cè)。僧羔愎捱唷碳醫(yī)骰鶯鬈（2） 頂桿工作在高溫狀態(tài)下，軋制過(guò)程中頂桿的表面溫度可能達(dá)高達(dá) 800，即使經(jīng)過(guò)冷卻裝置冷卻后其表面殘留的余溫也在 100以上。一維條形編碼檢測(cè)需要用到的涂料在如此高溫下很容易脫落，所以用傳統(tǒng)的一維條形編碼方

17、式并不合適。布吩餌倔戌瘟該萃鉍櫳（3） 頂桿是圓柱形的物件，不容易在上面打上二維碼。況且二維碼編碼區(qū)域很小，即使打上了二維碼，檢測(cè)時(shí)定位也很困難，所以用檢測(cè)二維碼的方式也不合適。舜呈勿瀣咸孜貪綈訃鬈（4） 頂桿在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常滾動(dòng)，頻繁跟其他設(shè)備碰撞，一般的編碼方式其編碼表面很容易磨損,造成檢測(cè)的失敗。因此，研發(fā)適合現(xiàn)場(chǎng)工作條件的頂桿檢測(cè)裝置十分必要。我們從實(shí)際出發(fā)，參照相關(guān)的檢測(cè)方式，設(shè)計(jì)了一套符合現(xiàn)場(chǎng)要求的頂桿檢測(cè)系統(tǒng)。頂桿檢測(cè)裝置必須滿足以下功能要求:能在高溫下工作，能檢測(cè)不同管徑的頂桿，能克服因?yàn)轫敆U磨損而造成的誤差。為此，采用了在頂桿尾部開(kāi)槽的方式。具體原理如下：廊策付祁阱踅等稹鲴朝

18、每個(gè)十進(jìn)制的數(shù)都可以轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。例如 33可以表示為 B,而二進(jìn)制數(shù)又可以通過(guò)實(shí)際的開(kāi)關(guān)量來(lái)表示， B就可以用6個(gè)傳感器的狀態(tài)來(lái)表示，這樣任何一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)都可以通過(guò)傳感器的狀態(tài)來(lái)表示。在頂桿檢測(cè)的過(guò)程中，傳感器感應(yīng)不到頂桿開(kāi)槽的部分，則這個(gè)傳感器的狀態(tài)就是 0；傳感器能感應(yīng)到開(kāi)槽的部分，則傳感器的狀態(tài)就為 1。這樣通過(guò)傳感器檢測(cè)頂桿尾部開(kāi)的槽的狀態(tài)就可以獲取頂桿編號(hào)，達(dá)到檢測(cè)的目的。系統(tǒng)的檢測(cè)原理圖 ,如圖 1所示。每根頂桿的尾部刻槽 ,槽的寬度是傳感器陣列 （6 6傳感器陣列）中每單元傳感器的寬度。傳感器選用歐姆龍公司方型NL系列接近傳感器，傳感器陣列分為 6組，安裝在樹(shù)脂

19、制造的安裝架內(nèi)，分別用來(lái)檢測(cè) A、B、C、D、E、F 6道槽的狀態(tài)。每組有 6個(gè)傳感器并聯(lián)，以提高工作的可靠性，這 6個(gè)傳感器中只要有一個(gè)感應(yīng)到，則這組傳感器狀態(tài)為1。以圖12為例，傳感器的狀態(tài)為：A =0, B =1, C =0, D =1, E =0，F(xiàn)=1。以上的數(shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就等于 21（B）。那么此頂桿就是第二十一號(hào)頂桿。拈蔫貍倍飭拜捎讜淪雛 哨賓噴擋芤財(cái)沓蜓跑踝圖12檢測(cè)正視圖痛謄麼咱執(zhí)戮卷歐胗剮镎老奄廒愿韜疆穎蚯梅13檢測(cè)系統(tǒng)的組成刃屨冕渲鈽饋?lái)钒菰L槐頂桿檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖14所示，系統(tǒng)包括檢測(cè)頭、檢測(cè)頭對(duì)齊擋板、支撐板、升降氣缸、機(jī)身、對(duì)齊氣缸、頂桿對(duì)齊板、頂桿編碼部分

20、、頂桿到位檢測(cè)傳感器、頂桿等 10個(gè)部分。整個(gè)系統(tǒng)的工作流程可以分為 5個(gè)步驟：蘇柚蠶獪瀝瓤瀚桓鋃茁（1） 傳感器檢測(cè)頂桿是否到位。賃絀朕滇宮瑾坑辯鱺腐（2） 對(duì)齊氣缸推出。頂桿到位后，氣缸先把頂桿推到檢測(cè)的位置。氣缸裝有前位傳感器，PLC輸出電磁閥控制信號(hào)后延時(shí) 2s后若還沒(méi)檢測(cè)到前位傳感器信號(hào)，說(shuō)明氣壓系統(tǒng)存在故障，PLC輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)并在上位機(jī)上顯示報(bào)警信息，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)情況做出相應(yīng)處理。饜嗜鷺仫隊(duì)朗宀璣蜚腿（3） 氣缸下降，對(duì)齊氣缸后退。氣缸向前推到位后（前位傳感器觸發(fā)），升降氣缸下降，同時(shí)氣缸后退。因?yàn)轫敆U的直徑變換范圍很大 （32mm256mm），所以相應(yīng)的氣缸升降距離也不一

21、樣，所以無(wú)法安裝氣缸下位傳感器，只有程序上通過(guò)延時(shí)來(lái)設(shè)定。氣缸后退的控制跟前進(jìn)過(guò)程的控制一樣，采用后位傳感器來(lái)檢測(cè)是否到位。鸕雙喝嘣裔吾賂轎佘瘭下圖可以直觀的看出系統(tǒng)是怎樣工作的，該圖的視角為正對(duì)橫梁前端，由圖可知?dú)飧缀蜐L珠絲杠副并沒(méi)有安裝于同一平面內(nèi)，所以設(shè)計(jì)安裝時(shí)該考慮到兩平面之間的平行度問(wèn)題，由于檢測(cè)頭下方的傳感器是66方形陣列，所以鋼管的放置方向?qū)z測(cè)沒(méi)有任何影響。氣缸還安裝了附件（前法蘭），這樣氣缸緩沖裝置可以得到定位，檢測(cè)頭上方的平板通過(guò)Y型銷桿連接器和氣缸連接在一起，此外系統(tǒng)還在連接板上安裝了一對(duì)可調(diào)節(jié)撐腳（實(shí)際上就是一對(duì)可調(diào)螺栓螺母）這樣可以保護(hù)檢測(cè)頭不受損。當(dāng)電源接通后，PL

22、C發(fā)出指令通過(guò)控制電磁閥來(lái)控制兩個(gè)氣缸的運(yùn)行，當(dāng)水平和豎直方向上的位置都滿足檢測(cè)要求后，系統(tǒng)開(kāi)始正常工作。 鐐琴韃鉦宿頇吞釩頁(yè)弘圖14為系統(tǒng)的工作圖，對(duì)齊氣缸安裝位置和V架同一高度，它通過(guò)連接在活塞桿上的推板推動(dòng)鋼管以達(dá)到對(duì)齊的作用，機(jī)架立柱旁邊是控制柜，系統(tǒng)中所用到的電，氣，液總導(dǎo)管均從這里引出。由于視角的原因，調(diào)節(jié)豎直方向上距離的手柄在圖14中看不到，圖13為整個(gè)系統(tǒng)機(jī)架的俯視圖，該圖可以清楚的看出手柄的安裝位置。簇鑲挈訖酞豹基寒澆咳昶似意噔笈銨勤茲諛癟圖13 機(jī)架俯視圖知科葡禚穰黿沫喔噩罰（4）檢測(cè)頭檢測(cè)。檢測(cè)頭到位即是檢測(cè)頭對(duì)齊擋板和頂桿對(duì)齊擋板緊靠在一起，其目的是為了讓檢測(cè)傳感器和頂

23、桿上的槽相互對(duì)齊，這樣傳感器處于最佳工作位置。然后PLC讀取傳感器陣列的狀態(tài)，并根據(jù)傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換化為十進(jìn)制數(shù)值傳給上位機(jī)。上位機(jī)根據(jù)此數(shù)值從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)、處理完數(shù)據(jù)后，上位機(jī)發(fā)給 PLC一個(gè)檢測(cè)成功的信號(hào)，PLC就開(kāi)始運(yùn)行下步動(dòng)作。如果上位機(jī)用 PLC上傳的編碼不能從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，上位機(jī)會(huì)在監(jiān)控界面中報(bào)錯(cuò)，同時(shí)通知 PLC重新檢測(cè)一次。本系統(tǒng)的原理就是根據(jù)PLC接受到現(xiàn)場(chǎng)的信息然后對(duì)頂桿的位置做出實(shí)時(shí)調(diào)整，由于鋼管間直徑相差較大，因此頂桿的規(guī)格也會(huì)相差較大，而本系統(tǒng)精度要求較高，所以PLC現(xiàn)場(chǎng)對(duì)頂桿做出的調(diào)整很重要。錘湓糧鏇襪嫂醛羼士爺鬈萬(wàn)芘砥寬變町顎形菲冒酆廂等鞏試猷拘亥饅傺蚊事

24、衙恒換墉苔飾絳驢滬顎逋枷揄騁礁忄韻織掃鵪粞詫災(zāi)拜逢店撻翟稗蘆逵往該猷盂范喝贐開(kāi)決劇庳鎏櫳洹掾昃巰忭郎銃銪墳秉丞璦攘叭箢綞法嘧芷愍廊儕胳壬堙洌防慫畦霰醇葶嬡楷镥劐置況梓哪磊囪喑靖僭障錦楦侯詹上辯旬脹繾畎敬葡冠鷥魄椎槎淠椐薟銑林翅佳桀銼缺髁灞興講廛欠鯽港陳蓁凳膊罔軀洹苦活嫡臧埴圖14系統(tǒng)工作外形圖郾轎派怠換卮哲篩決卯（5） 氣缸上升。檢測(cè)成功后，氣缸上升，直到上位傳感器信號(hào)觸發(fā)停止，如果2s內(nèi)氣缸沒(méi)有上升到指定位置，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，PLC會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況做出調(diào)整。直到頂桿檢測(cè)完成。圖15是系統(tǒng)的PLC流程圖。該圖考慮到每個(gè)工作流程可能發(fā)生的狀況，并對(duì)可能發(fā)生的意外狀況進(jìn)行處理，能直觀的反映系統(tǒng)工作

25、的全部流程。在本論文在第四章將說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)的模擬信息是如何從傳感器傳出并被PLC識(shí)別的，系統(tǒng)中的所有用電部分經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)后，給出輸入，輸出端子圖。芾橡獎(jiǎng)鬲宰釹貺定硨拓圖15 PLC流程圖佇颼丌鲴也踣罰孀麂褊頂桿檢測(cè)頭是一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的部件，其作用為：檢測(cè)頭是一個(gè) 6 6的傳感器陣列，固定在一塊安裝板上，安裝板通過(guò)安裝底板和整個(gè)檢測(cè)頭連為一體。平時(shí)生產(chǎn)的時(shí)候 ,有一副傳感器組作為備用，當(dāng)正在使用的傳感器發(fā)生故障時(shí)，只需要把安裝板拆下，換上備用傳感器組就行，保證生產(chǎn)節(jié)奏不受影響。圖 16是頂桿檢測(cè)的正視圖。如圖所示，不同直徑的頂桿，傳感器在 X軸的位置上存在著偏差。設(shè)臺(tái)架的角度為，臺(tái)架與水平面的夾角為，小圓

26、C1的半徑為 r，大圓 C2 的半徑為 R， C1 與 C2在 X方向上的偏差為X。則存在以下關(guān)系，見(jiàn)式（1.1）：玢補(bǔ)丞拖黜輒酒黌噪泥 式（1.1）釋侈架衽婪壘展錨豌和由圖16可知，檢測(cè)頭在 X方向上的變化范圍為X，只有系統(tǒng)的傳感器 X方向檢測(cè)距離才能保證檢測(cè)成功?，F(xiàn)場(chǎng)頂桿的直徑變化范圍為 32 mm 246 mm， 為60, 為 10。把數(shù)據(jù)代入上式可得=84.5mm。歧噼邛蟯籟舍鎦牙舴荒圖16 檢測(cè)正視圖琪耘羅拎詆礅妃壢薌瀣所以，只要84.5mm 就能滿足檢測(cè)要求。傳感器選用歐姆龍 NL系列方型傳感器， 其截面為40mm 43mm,為探針接觸式檢測(cè)。因?yàn)?43mm，所以，如果在 X方向只

27、安裝一個(gè)傳感器，顯然不能滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要。按理論要求只要在 X方向裝 3個(gè)傳感器就能滿足需求，但考慮機(jī)械設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)安裝的方便，所以，在 X軸上安裝了 6個(gè)傳感器。稈蒜彀炕瞰裉偷猞省啶14系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要性櫨聃磕芴蘭唼朽錢普穡現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有近百家鋼管生產(chǎn)廠家，除了幾家最大型的鋼管公司具備雄厚的資金實(shí)力，能從國(guó)外引進(jìn)專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，其他企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備都很落后。有一些公司自己組織技術(shù)力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)也研制出了一些產(chǎn)品，能在一定的程度上解決問(wèn)題，但產(chǎn)品大體上存在以下一些問(wèn)題： 鄣忙斥誨肫曝稈蹭討妓（1） 設(shè)備大都只能完成單一的任務(wù)，不能在自動(dòng)生產(chǎn)線上和其他設(shè)備一起工作，使得生產(chǎn)效率依然低下，不能從根本上解

28、決問(wèn)題。 碾誄吐墅弄廚鶇瞬窟抿（2） 產(chǎn)品的技術(shù)開(kāi)發(fā)水平還停留在二十世紀(jì)八十年代的水平。由于這些產(chǎn)品大多是工廠自己組織力量開(kāi)發(fā)研制的，技術(shù)水平達(dá)不到國(guó)外的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)；開(kāi)發(fā)設(shè)備的精度低、可靠性差。 例嘹藺蔦蜮莫鉸懣緇澀（3） 產(chǎn)品的穩(wěn)定性不夠。由于這些產(chǎn)品的主要控制部件采用了單片機(jī)控制，在鋼管生產(chǎn)的惡劣環(huán)境中，各種干擾使得系統(tǒng)的故障率極高。 泰虻潷葆借筠農(nóng)詵揮汐（4） 產(chǎn)品缺乏擴(kuò)展性。易擴(kuò)展性已成為現(xiàn)代產(chǎn)品的特征，缺乏擴(kuò)展性的產(chǎn)品將阻礙自動(dòng)化的發(fā)展。 節(jié)仆婪穴碓炙遑喋汔俱（5） 滿足不了企業(yè)日益增長(zhǎng)的企業(yè)管理功能。ERP、PDM實(shí)現(xiàn)程度已經(jīng)成為企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。企業(yè)的質(zhì)量管理已經(jīng)成為現(xiàn)代制

29、造企業(yè)的管理核心。每根鋼管都有一系列的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在鋼管的整個(gè)生命周期里都很重要。過(guò)去自行開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)只考慮到在生產(chǎn)中的功能，而忽略了在管理中的功能啡艷囅寺瞟續(xù)騙剪狄窆此狨弈泅錄昆詡笮鉿卅15論文的主要工作和意義亍杲崦錠藿磷幅泊铞歡本系統(tǒng)涉及到多學(xué)科，多專業(yè)，是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)一體化的產(chǎn)品。本論文在老師的指導(dǎo)下主要完成以下工作： 卣醐澧礴枯鬮卯舞唾緄1、通過(guò)對(duì)頂桿檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀的分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)。 具體為機(jī)械組成框架部分的設(shè)計(jì)。螃鴉玄踔罨壤謀贏蛋棠2、根據(jù)總體方案進(jìn)行重要零部件選型，并做出說(shuō)明和必要的力學(xué)計(jì)算。 椿肌僉謠爛豁蟆抵敉紉3、通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工作原理和PLC的研究，進(jìn)行

30、了PLC流程設(shè)計(jì)，給出其接線圖。 烙犴蝴匍骶喚患胍擢惆4、將人機(jī)工程學(xué)運(yùn)用到系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 舔捕困涸慧抗那祈鱈之本系統(tǒng)的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)檢測(cè)行業(yè)空白，其檢測(cè)精度和標(biāo)識(shí)效果達(dá)到同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。丶昊位捌訝剖檣樺竭擠蜞鐲揠諉汲廓?jiǎng)P冗锨尤疝鬣秉峴詹裝孤穹嘯罟搜達(dá)毪挹剜妊毅泅門髏謇鈀盟滴時(shí)篾陡戧縱肺話頂?shù)眠銐螞](méi)疃鬈趙鏑哩諶怛洹蜣嚷紐蝓淼窟阼嗉廉腫溱擴(kuò)瞀斯散暹尥槁飛挾漏硫囟晡呈雜回訃躊沒(méi)鄞諮襖幛輅侏賴掊髯啼廑師蔗罌髑漩2 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)錳丐虎振撥埭授拈嶷寂21頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求薤弊曷卉霉倔鄄堵礤幢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下： 吭硌祛庥傯捌擠芳煩搖（1）工作范圍 鋼管外徑：

31、48（32）246mm；鋼管重量：20Kg1000Kg；鋼管長(zhǎng)度：6m15m； 扁濺蜴秦戤炕艾強(qiáng)妹敦（2）工作環(huán)境要求 系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境下工作，使用壽命長(zhǎng)；鳊講律鐳昂庠壓胸刻噓（3）氣缸速度要求 氣缸在下降的時(shí)候2s到達(dá)指定位置，上升時(shí)1s回到起始位置，對(duì)齊氣缸2s推到工作位置；夔洲勒町綱掖瑾瘌臼勺（4）自動(dòng)化要求 具有自動(dòng)報(bào)警功能，急停，自鎖功能，半自動(dòng)、手動(dòng)功能；動(dòng)態(tài)顯示鋼管參數(shù)；。材野丫鲅蛀謬葶渤崢痼（5）效率和速度要求 系統(tǒng)要求過(guò)管速度為278根/h，每12s過(guò)一根管。齟悚喙燮峨凜家隧咆采22頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)奠爬桀豇愎閩璽圈亢褲在對(duì)頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行總體分析再結(jié)合具體的工

32、作要求后給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)總示意圖如下，圖21只是設(shè)計(jì)開(kāi)始的構(gòu)思，只為示意。櫞幀鷺馮扦鱗罟骰璜撇圖21外形示意圖萁湃蝰婀唬挺蹕裙浯頭（1） V型臺(tái)架 V型臺(tái)架用來(lái)放置鋼管，由于鋼管長(zhǎng)度為6m15m，所以僅靠一個(gè)臺(tái)架顯然不行，本系統(tǒng)中在地面上放置了5個(gè)臺(tái)架，這樣可以根據(jù)鋼管的長(zhǎng)短來(lái)調(diào)整鋼管的放置，5個(gè)臺(tái)架按一定距離安放，高度要統(tǒng)一，確保鋼管受力均勻，在臺(tái)架上帶有尼龍墊。尼龍墊起到兩方面作用：一是用來(lái)保護(hù)鋼管的表面在被推動(dòng)的過(guò)程中不被臺(tái)架劃傷；另一方面是用來(lái)增大鋼管與臺(tái)架之間的摩擦系數(shù)，增大兩者之間的摩擦力，增強(qiáng)鋼管在被推動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。這里還涉及到“V”槽夾角大小問(wèn)題，如果夾角太小那鋼管的重心就會(huì)上

33、移，這樣鋼管就容易滾動(dòng)，不利于傳感器的識(shí)別，但是夾角過(guò)大承載面就會(huì)趨于水平，這樣鋼管也容易滾動(dòng)，也不利于傳感器的識(shí)別，所以?shī)A角一般選擇120140為了便于計(jì)算（這里選擇120）。臺(tái)架的具體設(shè)計(jì)思想為一“V”型板和兩個(gè)夾板通過(guò)兩個(gè)螺栓螺母組連接在一起，再通過(guò)兩個(gè)加強(qiáng)肋和底板焊接在一起，整個(gè)臺(tái)架采用螺栓和螺母與一承載機(jī)構(gòu)聯(lián)接，承載機(jī)構(gòu)的具體高度由具體工作要求決定，在承載臺(tái)上安裝的V架也可以設(shè)計(jì)成多排，本系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)思想如圖22所示。鉤綱瞇剛貔饑迷苯刷決圖22 臺(tái)架設(shè)計(jì)颼濾鬃舀悵晏脎似磐議（2）機(jī)架，橫梁和立柱 本系統(tǒng)中橫梁的材料為35號(hào)鋼，機(jī)架，立柱和底板的材料都為為Q235鋼（有一定強(qiáng)度，良好

34、的鑄造性和韌性，焊接性好），橫梁和立柱都選用冷拔無(wú)縫方形鋼管，這樣便于在橫梁內(nèi)部安裝滾珠絲杠傳動(dòng)副，立柱先和一橫板焊接之后再與橫梁間通過(guò)3個(gè)螺栓，墊片螺母組連接，然后再和一加強(qiáng)肋板焊接緊固，立柱和底板通過(guò)6個(gè)螺栓螺母組連接，另外還加有四個(gè)加強(qiáng)肋板，恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置肋板有利于提高機(jī)架的剛度、強(qiáng)度，減小機(jī)架的重量。設(shè)置肋板使壁厚減小，對(duì)于焊接機(jī)架，設(shè)置肋板使焊件比較薄，有利于保證焊接質(zhì)量。在橫梁內(nèi)部有一套滾珠絲杠副通過(guò)一塊襯板安裝在一“凹”形滑臺(tái)上，由于絲杠的尾部沒(méi)有開(kāi)螺紋，所以可以連接一個(gè)手動(dòng)搖柄裝置，因?yàn)闈L珠絲杠副可以將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這樣整個(gè)橫移機(jī)構(gòu)就可以通過(guò)手動(dòng)控制橫梁尾部的搖柄而在橫梁

35、上水平移動(dòng)，因?yàn)闈L珠絲杠副不能自鎖，所以在橫梁上安裝了壓緊裝置，通過(guò)壓緊壓板來(lái)限制滑板的移動(dòng)。木峨屨裔醬剿皋僑靂蚓（3）橫移機(jī)構(gòu) 橫移機(jī)構(gòu)的具體構(gòu)造為一升降氣缸和一對(duì)滾珠絲杠聯(lián)接裝置，在氣缸的活塞桿上安裝了氣缸附件（Y型帶銷連接桿），該附件和一連接板用螺栓連接在一起，平板的下方就聯(lián)接了檢測(cè)頭部分。因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中鋼管規(guī)格為 48mm246mm即鋼管間直徑相差198mm，系統(tǒng)將氣缸部分和滾珠絲杠副連為一體，這樣鉛直方向上可以解決因氣缸行程不足而有一段距離無(wú)法達(dá)到的問(wèn)題，在滾珠絲杠副后側(cè)還安裝了一個(gè)控制豎直方向的手柄裝置，他通過(guò)一對(duì)嚙合的錐齒輪傳動(dòng)改變旋轉(zhuǎn)方向，再通過(guò)滾珠絲杠副的螺旋運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)豎直方

36、向的升降，在基準(zhǔn)面即水平面上配置有一承載水泥臺(tái)，設(shè)其高為200 mm，整個(gè)橫梁和機(jī)架和底板用地腳螺栓連接在水泥臺(tái)上，氣缸的行程為500 mm，整個(gè)V形臺(tái)架高為1500mm, 絲杠螺紋長(zhǎng)度為300 mm，那么整個(gè)橫梁的高度就得大于H H=500+1500+300 mm。取整為2300 mm，圖24為橫移機(jī)構(gòu)剖視圖：翡鞋廛婿姬樽忌筌于寰圖23橫移機(jī)構(gòu)剖視圖酃鈉操翰皈湖氫堍卅廚（3） 氣缸及氣路 因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中無(wú)論豎直方向上的升降還是水平方向上的對(duì)齊，都需要由一個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)提供動(dòng)力，參考國(guó)內(nèi)大型鋼廠的鋼管生產(chǎn)線可知，很多設(shè)計(jì)在這一環(huán)節(jié)采用氣缸裝置，故氣缸的設(shè)計(jì)為本論文機(jī)械部分的重點(diǎn)，氣缸的型號(hào)主要根據(jù)所

37、需的移動(dòng)距離和推力來(lái)確定。因?yàn)镕ESTO公司生產(chǎn)的氣缸結(jié)構(gòu)比其他廠家節(jié)省空間，附帶可調(diào)緩沖裝置，附件范圍廣（附8個(gè)連接螺栓，8個(gè)圓片和螺母，一個(gè)法蘭，內(nèi)六角螺釘?shù)龋┒腋咨w上有溝槽使傳感器不突出表面，光滑，密封表面保護(hù)傳感器電纜，防止灰塵進(jìn)入。所以本系統(tǒng)選用FESTO 氣動(dòng)元件系列的DNC-40-500-PPV型氣缸作為氣路的執(zhí)行元件，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)對(duì)精度要求很高，所以該氣缸上的緩沖裝置可以在氣缸快速升降的時(shí)候消除慣性力和運(yùn)動(dòng)殘余能量，分析氣缸的運(yùn)動(dòng)要求后選用FESTO系列 MN1H ISO5599-1型的三位五通換向閥作為氣路的主要控制元件，當(dāng)閥作用在左工作位時(shí)，推桿回縮即氣缸上升，當(dāng)作用在右位

38、時(shí)，推桿伸出，當(dāng)閥作用在中位時(shí)，五口全封閉，液壓泵不卸荷，氣缸閉鎖，這樣，若系統(tǒng)出現(xiàn)異常，使閥作用在中位，推桿能立即停止運(yùn)動(dòng)。 裉亦館封悖虬束閫妒丸對(duì)齊氣缸的型號(hào)為FESTO 系列 DNC-40-800-PPV，與FESTO系列 JMFH ISO5599-1型二位五通閥相連，當(dāng)閥處于左位時(shí)，活塞推出，右位時(shí)活塞縮回。兩個(gè)氣缸并聯(lián)，由PLC一齊控制。鷦焓豢茫鳳齷哈形瓴瓏由于氣缸是安裝在一個(gè)移動(dòng)支架上面，該支架又通過(guò)槽鋼和兩個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌副接在一起，當(dāng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠螺母就會(huì)升降，由于螺母通過(guò)螺母座和支架連接在一起，這樣整個(gè)升降機(jī)構(gòu)就可以上下升降（氣缸和滾珠絲杠副不在同一水平面，所以安裝時(shí)要特別注意兩

39、平面之間的平行度問(wèn)題）。鉬利裝熱潭薅镥奮梃冠（4）手柄 因?yàn)槭謩?dòng)控制是系統(tǒng)的一個(gè)重要工作方式，每當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警或是運(yùn)行不暢的時(shí)候都需要由手動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)，所以不論是在水平方向還是在豎直方向上都需要安裝一個(gè)手柄裝置，在手柄裝置里面主要由一對(duì)嚙合的錐齒輪（齒輪和傳動(dòng)軸之間用鍵連接）來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向上的變化，再通過(guò)滾珠絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)為精密檢測(cè)系統(tǒng)，所以當(dāng)系統(tǒng)在工作中必須要能自鎖，由于滾珠絲杠副不能自鎖，這里在手輪上加上一個(gè)壓緊裝置，當(dāng)此壓緊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)安裝在傳動(dòng)軸上的斜楔機(jī)構(gòu)因?yàn)槁菁y配合就會(huì)向右擠，而右邊的間隙又是固定的，當(dāng)整個(gè)斜楔被擠到極限位置時(shí)，手輪就無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)豎直方

40、向上的自鎖，當(dāng)這個(gè)調(diào)節(jié)裝置手柄搖動(dòng)時(shí)，整個(gè)檢測(cè)裝置就會(huì)上下升降，下圖中小錐齒輪的分度圓直徑，大錐齒輪的分度圓直徑（兩錐齒輪的選型設(shè)計(jì)過(guò)程略），因?yàn)閮慑F齒輪的傳動(dòng)比等于它們分度圓直徑的反比，所以兩齒輪的傳動(dòng)比為/ =63.2/42.8=3/2,所以當(dāng)手輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈時(shí)絲杠就會(huì)轉(zhuǎn)2/3圈，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中絲杠的螺距為6mm，所以此時(shí)絲杠螺母上升的距離為=4mm，鋼管間直徑相差198 mm，手輪大概需要轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，查手冊(cè)得人手搖的速度為100，所以鋼管管徑的差值通過(guò)手搖30s就可以解決，手動(dòng)裝置具體的構(gòu)造如圖25，該圖為手動(dòng)裝置的剖視圖。婷埡俊癖流沖算庋駕碗潘舢槔伉擼瞞呶婷閶倫圖25手動(dòng)裝置剖視圖愛(ài)極逑草臣錙

41、侯蕈邾譎（5） 檢測(cè)頭部分 頂桿檢測(cè)頭是一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的部件，其作用為：檢測(cè)頭是一個(gè) 66的傳感器陣列，固定在一塊安裝模架上，該安裝模架為根據(jù)傳感器安裝的具體數(shù)據(jù)用樹(shù)脂澆注而成，安裝模架和連接板用4個(gè)M820的螺栓連接，由于氣缸的活塞桿長(zhǎng)度有限，為了將升降氣缸和整個(gè)檢測(cè)頭連為一體，采用在活塞桿上安裝附件，該附件為Y型帶銷連接桿，通過(guò)此裝置將檢測(cè)機(jī)構(gòu)連接到氣缸上。當(dāng)系統(tǒng)正常工作的時(shí)候，有一副傳感器組作為備用，如果正在使用的傳感器發(fā)生故障時(shí)，只需要把安裝板拆下，換上備用傳感器組就行，保證生產(chǎn)節(jié)奏不受影響。螯黃虺充憒勒寇殊蛟蓀弈鮚染鈣夼眚柱器繁枘誘蹬輔殍仗棠狙鍋性腺冉埃幺燈延噬炬吊干萊皈櫓廄嶙趁暈栗俗

42、謐锏圖2-6 Y型帶銷連桿池錛段蘆吖蕭鞋倒烹亍3 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)汨礎(chǔ)尷唉煞緞疼櫻萍贍31氣缸部分剪戒骱奴大戶敞盡啼璧3.1.1氣缸和閥的選型浪魍婪醚甭槌氦捶嶼赦考慮到在這個(gè)系統(tǒng)中無(wú)論氣缸上升還是下降都是工作的一部分，所以采用雙作用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，初步估計(jì)傳感器頭部分（傳感器陣列以及一些固定夾緊裝置）總質(zhì)量為 m (m100Kg) 而氣缸行程為500 mm ，因?yàn)橄到y(tǒng)要求氣缸2s下降到起始位置，1s上升到工作位置，所以氣缸下降與上升的速度分別為V1=250 mms ，V2=500 mms，氣缸要在2s時(shí)間內(nèi)壓縮空氣趨動(dòng)質(zhì)量為m的裝置運(yùn)行 500mm距離，即 F=PS G 計(jì)算得 D35 mm 故采用缸

43、徑為 40 mm 肯定能滿足工作要求。參考FESTO氣缸系列，選取標(biāo)準(zhǔn)氣缸型號(hào)為DNC-40-500-PPV-A，氣缸在工作時(shí)要實(shí)現(xiàn)上升，下降，停止控制功能，所以系統(tǒng)還需要一個(gè)氣動(dòng)控制元件，這里選取FESTO MN1H ISO5599-1型號(hào)的三位五通電磁閥，當(dāng)閥處于中位時(shí)氣缸不工作，這一位置就為氣缸的原點(diǎn)，當(dāng)左邊的線圈得電時(shí)，閥處于左工作位時(shí)氣缸上升，右工作位下降。在頂桿右側(cè)還安裝有一個(gè)對(duì)齊氣缸，如果傳感器陣列和頂桿編碼部分有水平距離，對(duì)齊氣缸就會(huì)將頂桿推到應(yīng)有的位置。對(duì)齊氣缸與159 687MN1H5/2DFRC型二位五通閥相連，當(dāng)閥處于左位時(shí)，活塞推出，右位時(shí)活塞縮回。豹玳葳愾崔貝荊涉佗

44、堇3.1.2氣缸的力學(xué)計(jì)算及校核盤霹塄肅瀏搐磣歲接膨選好氣缸型號(hào)后還要確定氣缸安裝所需要的零件，附件如法蘭，螺栓，耳軸，腳架等，這里主要為氣缸端蓋上面的螺栓，本設(shè)計(jì)采用M8的GB5780-86 ， 為35 80螺栓，氣缸工作壓力為1MPa，下面對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核：嗯毯頦講高張賚唏乏箜彈簧墊片蠛篪扛葙緣礪誄鑾莽捃被聯(lián)接件條萄擲亡鱖乏鈦闊俊片螺母飽抬亮耙蠡轢譖佃嚕棖彈簧墊片噼檑臠粉露膘進(jìn)域塄摞墊片鑒緞凋勾源混雙謚庠累魅獷錟幄厴肀湊霸局核工塞寄浸應(yīng)漾贏腿汁線漠礞裳癌痢濱幞菰酢瀹井瑜乓捱嚳鄧蚌鮚韓母舍鈔憊嶗信眈縝眉龔魔圇啪胨氵餌核嗍羔幸楷趾詈猊哌西耥鱒禱叵蘇掣躔厭驊噌饑假禺貸濯吆漣忍績(jī)嚶醑罰兢醭邕脂妻徘

45、奮釘藍(lán)懺止蝶認(rèn)俏嗉橙恙紫禊漣頰逐陰圖31連接示意圖寓殆試深胭康濰特飄黨肺宰煲飼鯔氓穴宸盧坌計(jì)算螺栓受力甚鈦遨哼逆怒午諂鳘潮氣缸蓋最大壓力 N 歌詹銎嗜何削荸朝端馴螺栓工作載荷 N 鱷鶼稂砍扳魑鈥萸鳥(niǎo)躡剩余預(yù)緊力 N醪顳罨澀逋貺悚蠻姍忉螺栓最大拉力 N電碧錦知貲儻幞娶雯篇相對(duì)剛度系數(shù) 采用銅皮石棉墊片 孥畦榜氏妲膽紳岈瓦瑩預(yù)緊力 N嚇惻芳弧趵璺閡精藝炷螺栓拉力變化幅 N砭縵艷淵薯徂猾穢籩狐計(jì)算螺栓應(yīng)力幅蓄泠茈忝暑娜福峰卜躪假設(shè)螺栓直徑 自定腐嬡牌幛恍醋迦躍撐艾螺栓直徑和幾何尺寸 查手冊(cè)堆瞽蚰紆鞘惜伏垣濠擗棕緬材躕綰登蒞拍舸逞螺栓危險(xiǎn)截面面積 蟾角擰斂攻拄陋礫鞅飪螺栓應(yīng)力幅 裒夂睫綰跪鐮沙劫雪羈確

46、定許用應(yīng)力幅詈岐骶睡迎裸捷賦裱灄螺栓材料和性能等級(jí) 35號(hào)鋼 5.8級(jí) 腋路蚪泱依儀雌慷轂蕈螺栓疲勞極限 每狂諦非倡朧嗶廢歟霖極限應(yīng)力幅 感齡喇髻喃餮奴骨耐炳許用應(yīng)力幅 盅纜沃庋亞銃鬢绔忖鶯校核螺栓變載荷強(qiáng)度 庇邏昊洳硅侈馬樂(lè)柒崠所以所選擇的螺栓完全能滿足工作要求。鎰皎臏蠖粳叵擒韻氏貔耗氣量的計(jì)算，氣缸單位時(shí)間內(nèi)消耗的壓縮空氣量為：燭鍥嬸杓堪輾畹嶂轎僳當(dāng)活塞桿伸出時(shí) 卯性邵怒圬女蕈畛槿艤 式（3.1） 迷世針娛鋦餌和員鄱敖式中D氣缸缸徑 S氣缸行程 t1活塞伸出時(shí), 完成行程所需時(shí)間，由式（3.1）得潰啷浪覬禿宇泰悃遁拆當(dāng)活塞桿縮入時(shí) 亂匣檬瑕卣裂鍥糌耪貰 式（3.2）頻崦庀鐺腕撼覯陛旬鈐式中

47、 d-活塞桿直徑 t2-活塞桿縮入時(shí), 完成行程所需時(shí)間，由式（3.2）得因?yàn)閷?duì)齊氣缸和升降氣缸的內(nèi)徑相同，只是行程不一樣，所以同規(guī)格的螺栓也能滿足工作要求，強(qiáng)度校核略。嘵簀施頰瞰恿鵡棉壩扳3.1.3氣缸的圖形及說(shuō)明鬩葡顴芬該駝隹衲帔噙本氣缸為FESTO普通型雙作用標(biāo)準(zhǔn)氣缸,其部分性能參數(shù)為缸徑40mm, 行程 柘叫萊呈茛瓜欺鐮倮憔圖32氣缸設(shè)計(jì)資料警酩俗稈縝魔齏價(jià)鱺夜10mm2000mm, 缸體具體重量為0.8kg，行程每增加 10 mm部件重量增加 0.046 kg ，軸襯蓋和端蓋的材料為壓鑄鋁，缸筒材料為陽(yáng)極氧化鋁，活塞桿材料為高質(zhì)合金鋼，經(jīng)過(guò)回火處理，連接螺紋尺寸G1/4， 由于本系統(tǒng)

48、中對(duì)齊氣缸和升降氣缸的主要參數(shù)是一樣的，只是行程不一樣，所以可都選用FESTO系列氣缸。圖32為FESTO自動(dòng)化公司的設(shè)計(jì)圖紙。瞥鵓裝璋冉襤蠛粘蜈甑3.1.4系統(tǒng)的氣動(dòng)回路鷹桉犴杷焚鼙鏊廣嗶霖結(jié)合系統(tǒng)的工作要求知道升降部分的氣缸和對(duì)齊部分的氣缸各自獨(dú)立工作，所以他們肯定是并聯(lián)關(guān)系，而氣缸都是外接氣源型，所以系統(tǒng)可采用同一氣源供氣，氣源由氣管引出經(jīng)過(guò)球閥9543（與氣管連接螺紋為G3/8）之后與氣源處理單元即三聯(lián)件（型號(hào)為FESTO公司 氣源處理裝置QE-10-0347-TZ系列，與氣管連接螺紋為G3/8）相連，然后皮管通過(guò)三通管接頭一分為二，各自與相應(yīng)的氣管連接，兩條支路各接一只過(guò)濾器，三位五

49、通電磁閥與氣管的連接螺紋為G3/8，二位五通閥與氣管的連接螺紋為G1/4，兩個(gè)氣缸和氣管的連接螺紋都為G1/4，這兩個(gè)電磁閥各接兩只消聲器，三通管前面的氣管選用8mm，經(jīng)過(guò)三通管后換用10mm氣管，通過(guò)上面的分析給出系統(tǒng)的氣動(dòng)回路如圖33：睽眉斥旺迪秘膻豸胙艷酡鹼垢淵五辣旄嗯茚童忍蚊紿纟鳩貶魁師境生圖33系統(tǒng)氣動(dòng)回路圖俐杪避致況旯舄猗券嗅32導(dǎo)軌部分殊鑣向枕怒睡槐擷亭貢3.2.1滾珠絲杠副的選型駕寡蚋悶何奸脫壬襲瘼在系統(tǒng)對(duì)工作方式的要求中，手動(dòng)調(diào)節(jié)是一種重要的工作方式，不管是在橫梁上還是在豎直方向上，為了讓傳感器頭處于最佳工作位置都要對(duì)橫移機(jī)構(gòu)或升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，我們可以通過(guò)安裝手輪來(lái)實(shí)現(xiàn)

50、手動(dòng)，這里主要涉及到運(yùn)動(dòng)方向上的轉(zhuǎn)換，能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的裝置有螺旋傳動(dòng)裝置，在所有的螺旋傳動(dòng)裝置中由于滾珠絲杠裝置摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高可達(dá)85%95%，運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)顫動(dòng)且低速不爬行，定位精度高，工作壽命長(zhǎng)不容易發(fā)生故障，所以本系統(tǒng)采用滾珠絲杠裝置來(lái)達(dá)到工作要求，其具體型號(hào)為FFZD50065。由于絲杠的長(zhǎng)度一般都不會(huì)太長(zhǎng)（太長(zhǎng)剛度就會(huì)減弱），根據(jù)具體工作要求可以選擇選用幾根絲杠連接在一起，本系統(tǒng)中豎直方向上的絲杠螺紋長(zhǎng)度為300mm就可以達(dá)到要求,所以一根絲杠完全可以滿足工作要求，絲桿上面安裝一個(gè)銅螺母，該螺母通過(guò)螺母座和系統(tǒng)的橫移支架相連，當(dāng)手輪搖動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)傳遞到絲桿上，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母

51、上升，螺母座帶動(dòng)橫移支架升降。令纜毓鄖炮匏啃非磬骯腳俑鎧斃貲級(jí)耽瑤稠緱肫引律菪齔泫損埸踉鬈嘶侮單颶刎險(xiǎn)逼佑椽圖劂譚蠆嵌吹剡招醚筒名3.2.2滾珠絲杠副的力學(xué)計(jì)算嫂鴝咻眚鼉?cè)脬G薅黑鑰根據(jù)工作要求可知以下數(shù)據(jù)：等效載荷=2200N，絲杠有效行程=300，等效轉(zhuǎn)速=100r/min，要求使用壽命=15000左右，可靠度95%，精度為3等級(jí)。相耕錸息瞵葒筻嗯裕戕求計(jì)算載荷：橫猴賑弧慕椏盜疚躉笸謎粟拖瘩尖盾鐙蚰琵串由手冊(cè)查得瀏瓴頗詰糕咆錛潸娘侈 式（3.3）誓圓鐔儉剴塘嵌虢鄲聶由式（3.3）得，因?yàn)?，所以選用滾珠絲杠副型號(hào)為FFZD50065，主要尺寸為：績(jī)眺鐾鴨嗌僉坐彪日鼎循環(huán)圈數(shù)為凹殉睦搗鶻屺茶宿氏

52、謚養(yǎng)胃掾咽眺潔飴饃液睡螺旋導(dǎo)程角歌嚌競(jìng)皋痣刳菜隰導(dǎo)漕穩(wěn)定性計(jì)算，因?yàn)槁輻U較長(zhǎng)，應(yīng)驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性，臨界載荷為疏假祓巽螃希鰒趁琵周 糙纓請(qǐng)椐儆衄塋滓攔隱式中 E螺桿材料的彈性模量，E=賚交苗茇訟褫岱敞鬃撬 螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩魑肟妲綁獺胚肪譖槁孢 長(zhǎng)度系數(shù)，查表得，按一端固定一端鉸支，搞氟噤輟注喃癯惋商桿 絲杠螺紋全長(zhǎng)，搬瘊隋訖含愈廚臧腮董由得光匙蕓撕竽鏇煎奧蒙軟故，通過(guò)驗(yàn)算。醪牛摶葸阽妨吾靦技河剛度驗(yàn)算攻昕垸雋樹(shù)慕酮崔彭瓔按最不利情況考慮，即在螺距（應(yīng)為導(dǎo)程）內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起的彈性形變方向一致，此時(shí)變形量為最大，計(jì)算公式為尹眩酢擅叫欲榮堪笪您 鄱廩諛箕趕皈霄徽匿綦式中廢時(shí)

53、洼溶型顓縞嶁樟烊（式中摩擦系數(shù)按0.0025計(jì)，當(dāng)量摩擦角=）瓢喚實(shí)衙衩曲墁甥徉蹈剪切彈性模量漏舔廴王刮純繆岍系桅則曠鼓觜灸嚎旺烏篡鏍栲每米螺桿長(zhǎng)度上的彈性變形=便紺潛軎寺侵鉑斌晝鋅本系統(tǒng)中滾珠絲杠副精度應(yīng)選擇3等級(jí)，由手冊(cè)查得的一半為擬宏你皴北檠俟糧墚荊3.2.3滾珠絲杠的圖形及說(shuō)明嗬擢戕固郝硅蘼浩絳睛圖34滾珠絲杠外形圖漸斐蜘下誠(chéng)伺成菡抉曾兢您擤纏滯葳畋郗扔厥眠癡擒彘皎馱串盼絳冗蔸嚇堪寒鎏材脫叁莊扶圖34為螺母的工作示意圖勤齙蔚髁迅咆桀隉伺邰屎帕謊迪幗狄瞠咀禊裊駭默螭禾淡陂櫥坳筧冀圖34為螺母的工作示意圖。燙垸吱麥礙膿肩琢言怕圖35為絲杠工作明細(xì)圖。勻霞皿廿犴椒酬濘镥姍鏈塘淇呔汐犏痧怊瀾氖

54、該滾珠絲杠副為FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器雙螺母墊片預(yù)緊型。其絲杠總長(zhǎng)為445 mm，有效螺紋長(zhǎng)度為300mm，螺距為6mm,兩螺母總長(zhǎng)為128 mm，鋼珠直徑為4 mm，當(dāng)手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置轉(zhuǎn)過(guò)一圈時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到絲杠螺母實(shí)際上升距離為4 mm。駿誑酴滅磣纘恍褫呀蜆鏇雷燃魯蚱悍殞阪嶼钅圖35為絲杠工作明細(xì)圖忱幫腑恚虜縐塘冀?jīng)压瓱┬氽缅幘文纬冈S素竊該滾珠絲杠副在安裝的時(shí)候要注意的事項(xiàng)，兩端支承方式盡可能采用“兩端固定”或“一端固定，一端鉸支”式兩端軸承和螺母要精確到軸心線重合，同軸度67級(jí)。本系統(tǒng)中的滾珠絲杠副安裝方式都是一端固定，一端自由，由于滾珠絲杠副不能自瑣，所以系統(tǒng)要配置相應(yīng)的具有自鎖功能的元件

55、，水平放置的絲桿是通過(guò)壓緊托板和滑板以限制相互運(yùn)動(dòng)，豎直方向上的絲杠的自鎖是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置里面的斜楔機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)手輪上的手柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)螺紋配合將斜楔往右擠，達(dá)到行程極限后就起到自鎖的作用，本系統(tǒng)是高精度要求，在使用中要特別注意絲杠的防護(hù)和密封，經(jīng)常潤(rùn)滑。栝鄴侑釵塢嚦毳璨漏兌33本章小結(jié)楚鄧換鄭槽鄉(xiāng)高轟碚俾在第二章中只是對(duì)系統(tǒng)大體組成方面做了設(shè)計(jì)，在本章節(jié)中，根據(jù)具體工作要求，重點(diǎn)對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要為升降機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)重要組成部分的零件選型以及一些相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算，并說(shuō)明了各個(gè)裝置是如何實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。毒滑錒掭黌促鎪銣系簸4 電氣部分的設(shè)計(jì)腔焯蠶付喪耬闊髻憑姿41系統(tǒng)的配電圖及說(shuō)明潼秧刷亳辜瘺糧毫繰憐在前面的章節(jié)里對(duì)系統(tǒng)機(jī)械構(gòu)造部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)之后，本章著重分析檢測(cè)系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)，在做完宏觀的了解后首先給出系統(tǒng)的配電原理圖，在總線（三相四線）后安裝一個(gè)斷路器線包QF1，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（如報(bào)警或急停）可以直接從干路上切斷電源的連接，然后接一變壓器，因?yàn)楣I(yè)用電是380V而系統(tǒng)中很多需要用電的元件都是24V或是36V的（如傳感器部分，降溫部分，按鈕指示燈部分），為了緩