鋼卷自動上料小車研究【說明書+CAD】

鋼卷自動上料小車研究【說明書+CAD】,說明書+CAD,自動,小車,研究,鉆研,說明書,仿單,cad 畢業(yè)設計(論文) （2013屆） 鋼卷自動上料小車研究 學生姓名 郭超 學 號 09143111 院 系 工學院機電系 專 業(yè) 機械電子工程 指導教師 吳繼華 填寫日期 2012-12-02 完成日期 2013-5- 20 鋼卷自動上料小車研究 摘 要 鋼卷，也被稱為卷鋼，鋼材經(jīng)過熱、冷壓成型為卷狀。為了方便儲存和運輸，各種鋼材的暫時處理方法（如加工成鋼帶等。）。 鋼卷包裝是鋼卷儲存和運輸?shù)闹匾Ｗo措施。傳統(tǒng)的鋼卷包裝為手工作業(yè),包裝質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低和工人勞動強度大是這一落后包裝技術的致命弱點。特別是,隨著軋制速度的提高,新建的冷軋生產(chǎn)線的能力都在百萬噸級,低效率的手工包裝根本不能滿足生產(chǎn)要求。工業(yè)發(fā)達國家的鋼鐵企業(yè)都非常重視鋼卷包裝,將其提高到?保證安全儲運,提升產(chǎn)品檔次!的高度,開發(fā)出完整的鋼卷包裝工藝技術和裝備,基本實現(xiàn)了鋼卷包裝的自動化。 本文對鋼卷自動上料系統(tǒng)進行設計，主要完成機械結(jié)構(gòu)部分設計，最后還對小車的控制系統(tǒng)進行了PLC控制設計。 關鍵詞 鋼卷；機械結(jié)構(gòu)；自動上料 Steel Coil Automatic Feeding Vehicle research Abstract Steel coil, also known as the steel coil, steel after heat, cold pressing roll. In order to facilitate storage and transportation, temporary processing methods of different kinds of steel (such as processed into steel belt and so on.). Steel coil packaging is an important protection measures of steel storage and transportation. The traditional steel coil packaging for manual operation, the packaging of poor quality, low production efficiency and high labor intensity of workers is the backward packaging technology of the fatal weakness. Especially, with the rolling speed, capacity of the new production line of the cold rolling mill in million tons, the low efficiency of manual packaging does not meet the requirements of production. Industrial developed countries have attached great importance to the iron and steel enterprises steel coil packaging, it will be increased to ensure the safety of storage and transportation, enhance the grade of products! Height, developed a complete steel rolling technology and equipment package, the basic realization of the automated packing steel roll. The steel coil automatic feeding system design, mainly completes the design of mechanical structure, the control of the car system is the design of PLC control. Key Words: Steel rolling; mechanical structure; automatic feeding 畢業(yè)設計（論文） 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 1.緒論 1 1.1 鋼卷概念 1 1.2 鋼卷自動上料小車選題意義 2 1.3 鋼卷小車國內(nèi)外發(fā)展狀況 2 1.4 鋼卷小車的運行過程 3 1.5 鋼卷自動上料小車研究內(nèi)容和方法 4 2.鋼卷自動上料小車總體方案設計 5 2.1 總體設計要求 5 2.2 鋼卷上料小車總體結(jié)構(gòu) 6 2.3 傳動裝置的結(jié)構(gòu) 6 2.4 鋼卷上料小車車輪組安裝結(jié)構(gòu) 6 2.5鋼卷上料小車行走機構(gòu)的設計 7 2.6選擇車輪與軌道并驗算其強度 7 2.6.1輪壓值校核及選擇車輪和軌道 7 2.6.2車輪疲勞計算 8 2.6.3車輪強度計算 8 2.7 運行阻力計算 9 2.7.1摩擦阻力矩計算 9 2.7.2摩擦阻力計算 9 2.8 選擇電動機 9 2.8.1類型的選擇 9 2.8.2功率的確定 9 2.8.3工作機的阻力 10 2.8.4電動機的轉(zhuǎn)速的確定 10 2.9計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù) 11 2.9.1 計算總傳動比i 11 2.9.2各軸的轉(zhuǎn)速 11 2.9.3 各軸的功率 11 2.9.4各軸的轉(zhuǎn)距 11 2.9.5鏈輪、鏈條的選取校核 11 2.9.6 軸承的選取校核 12 2.10軸的設計與校核 13 2.10.1軸的設計 13 2.10.2 軸的強度校核 13 3.液壓部分設計 17 3.1 液壓系統(tǒng)原理設計 17 3.2計算液壓缸尺寸及工況 17 3.3液壓缸主要尺寸確定 19 3.3.1頂升油缸壁厚及外徑計算 19 3.3.2工作行程確定 20 4.系統(tǒng)總體設計 22 4.1 總體思路 22 4.2 主電路設計 22 4.3 PLC選型 23 4.4 系統(tǒng)變量定義及分配表 23 4.5 PLC系統(tǒng)接線圖 24 4.6系統(tǒng)軟件設計 24 結(jié)論 26 參考文獻 27 致謝 28 畢業(yè)設計（論文） 1.緒論 1.1 鋼卷概念 鋼卷，也被稱為卷鋼，鋼材經(jīng)過熱、冷壓成型為卷狀。為了方便儲存和運輸，各種鋼材的暫時處理方法（如加工成鋼帶等。）。 熱軋和冷軋卷板成形卷。熱軋卷板在小方坯結(jié)晶處理產(chǎn)品。冷軋卷的后續(xù)加工的熱軋鋼卷。鋼卷的重量是15－30T左右。今年，中國的熱軋生產(chǎn)能力擴大，已經(jīng)有幾十個熱軋生產(chǎn)線，還有一些項目將開工建設或投產(chǎn)。 鋼卷賣的主要是大客戶，一般用戶沒有開卷裝置或數(shù)量有限。所以鋼卷的后續(xù)處理將是非常有前途的行業(yè)。當然，大鋼米爾斯開卷、平整工程。 鋼的生產(chǎn)能力品種的冷軋薄板，關鍵的鍍鋅板，彩涂鋼板，不銹鋼板，冷軋硅鋼片，資金嚴重短缺，但技術條件和限制，追求短期效益的影響，近幾年鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)幾乎線材，螺紋鋼，窄帶鋼普通鋼產(chǎn)品，一方面加強鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局不合理的矛盾，另一方面，達不到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的目的。隨著中國鋼鐵消費的板帶比近年來一直保持在40～42%，但鋼帶生產(chǎn)一直保持在36%左右，雖然帶鋼產(chǎn)量也有所增加，主要是大型國有企業(yè)挖潛和膨脹來實現(xiàn)的，與企業(yè)新的發(fā)展幾乎沒有貢獻。高附加值，高技術含量的片，由鋼鐵公司追求高質(zhì)量，根據(jù)目前的統(tǒng)計，我國只有，熱軋鋼的生產(chǎn)能力已超200000000噸，約八千萬噸的生產(chǎn)能力。在實際生產(chǎn)中，板通常是成卷供應，俗稱帶，具有尺寸精度高，表面質(zhì)量好，加工方便，節(jié)省材料等。按材料分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼兩大類；根據(jù)熱處理方法，冷軋兩。冷熱鋼板的成形過程，對組織與鋼板軋制性能影響很大，主要表現(xiàn)在熱軋，冷軋只有小鋼和板材的生產(chǎn)。熱軋是高于再結(jié)晶溫度的軟化壓輪材料壓制成板或鋼截面，材料的變形，但在材料的物理性質(zhì)沒有改變。熱軋冷軋，除已車輪滾動壓料作進一步的材料有孔蝕除氧化過程中材料的再結(jié)晶溫度以下的溫度再結(jié)晶過程。經(jīng)過大量的冷再結(jié)晶退火-冷壓（重復2到3次）的過程，在分子水平上的變化，金屬材料（再結(jié)晶），合金形成的物理特性變化。因此，表面質(zhì)量好，光潔度高，產(chǎn)品的尺寸精度，性能和組織的產(chǎn)品能夠滿足一些特殊的使用要求，如電磁特性，深沖性能。冷軋帶鋼可用于汽車制造，電子產(chǎn)品，汽車，航空航天，精密儀器，罐頭食品。在這個過程中熱軋、冷軋帶鋼，成品一般要經(jīng)過地下卷取機成各種尺寸的鋼卷。當在多跨廠房縱向運動時可以使用的驅(qū)動鋼卷，橫向移動的車不能做的，他們需要鋼卷轉(zhuǎn)移專用平車?！獓鴥?nèi)一般卷運輸部引進國外先進設備——入口鋼卷小車體和它的軌道，相應的改進是不存在的設備。因此，研究設計是非常必要的。 鋼卷包裝是鋼卷儲存和運輸?shù)闹匾Ｗo措施。傳統(tǒng)的鋼卷包裝為手工作業(yè),包裝質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低和工人勞動強度大是這一落后包裝技術的致命弱點。特別是,隨著軋制速度的提高,新建的冷軋生產(chǎn)線的能力都在百萬噸級,低效率的手工包裝根本不能滿足生產(chǎn)要求。工業(yè)發(fā)達國家的鋼鐵企業(yè)都非常重視鋼卷包裝,將其提高到?保證安全儲運,提升產(chǎn)品檔次!的高度,開發(fā)出完整的鋼卷包裝工藝技術和裝備,基本實現(xiàn)了鋼卷包裝的自動化。 1.2 鋼卷自動上料小車選題意義 在金屬板帶的生產(chǎn)設備，自動上卷功能是對基礎自動化的重要功能。90年代中期，國內(nèi)帶鋼生產(chǎn)設備的自動卷取裝置。自動上卷控制的主要部分是帶鋼寬度和高度自動控制。高度自動化是指內(nèi)孔和在高度方向自動對齊開卷機卷筒，上卷可以準確地設置在滾筒。自動寬度是指卷到卷，寬度設置在中心線的中心。二是實現(xiàn)全過程自動滾動順序控制。的高度，以不同的方式和形式的自動檢測和控制寬度。一輛汽車是一個主要的設備。該裝置在整個系統(tǒng)中起著至關重要的作用，它可以運行直接影響冷軋清洗線條件，產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。自動過程控制的汽車在整個加載過程中，如果失敗，會對設備造成損壞，甚至危及人身安全的。因此，汽車的自動控制，必須準確，及時，安全可靠。在冷軋生產(chǎn)線，進口車先從體積和鞍座位置，然后鋼卷直徑測量和高度，是準確的，使開卷寬度中心機的芯棒鋼軋輥中心線。在這種方式中，開卷機可以正確的左帶頭，開卷。 1.3 鋼卷小車國內(nèi)外發(fā)展狀況 鋼卷上料小車身結(jié)構(gòu)主要包括升降裝置，導向裝置，行走裝置和其他裝置。有一個不那么有趣的部分是小車軌道。 當在多跨廠房縱向運動時可以使用的縱向移動，橫向移動的車輛不能做的，他們需要的鋼卷轉(zhuǎn)移專用平車。在入口處的體積運輸部分，鋼卷小車國內(nèi)一般是引，進國外先進設備，但仍有很多需要改進。首先要解決運輸鋼鋼卷運輸過程中的自動定位?？梢宰詣釉阡撃Ｅ_車鋼卷運輸量的過程中的作用，以及機械和前面有連鎖關系。一些鋼卷運輸車可由計算機程序控制，自動生成的實現(xiàn)過程。五機架冷連軋機自動進料端鋼卷上料小車為例，鋼卷小車的工作流程是：鋼輥體積運輸車輛停在地面滾動位置，在步進梁式輸送機移動梁的鋼卷運輸，汽車到極限位置的升降裝置，和鋼卷，在磁帶上鋼卷打捆機拆除；鋼滾下來穿高度，然后走到磨損位置運輸鋼卷，卷鋼輥升降裝置旋轉(zhuǎn)，測量鋼卷檢測頭，鋼滾動停止，穿帶。然后，鋼卷和減少對開卷機卷筒中心線標高，車走到開位置，卸料鋼卷的開卷機卷筒。當電梯到極限位置，汽車的后端，升降裝置地面輥位置。在整個工作過程中，必須由自動控制裝置的控制，并可根據(jù)計算機的程序操作。 其次，另一個是對小車軌道設計的主要問題。小車軌道承受荷載在汽車運行是非常大的，所以為了滿足高負荷能力，有必要采用共軌壓力板儀。小車軌道采用標準軌道，軌道與支持，為了增加受力面積，增加軌道的承載能力。此外，如何消除啃軌現(xiàn)象小車軌道是一個亟待解決的難題。 1.4 鋼卷小車的運行過程 鋼卷上料小車是一個熱連軋生產(chǎn)線，將主要用于卷鋼卷的卷取機拆卸和運輸?shù)拇蚶φ?，除了卷取鋼卷功能。水平螺旋車行駛模式由?qū)動兩種驅(qū)動電機的驅(qū)動方式和液壓托輥形式，因為不同的需要和各種。根據(jù)項目的要求，由于傳輸距離短，所以液壓驅(qū)動方式的選擇；鋼卷上料小車需要有輔助卷取功能，選擇滾筒形成線圈的汽車主要是由線圈的車身和鋼卷運輸鐵路的支持的一部分。運輸軌道由兩個軌道，水平安裝，固定的基礎上。從下面的卷筒軌道已經(jīng)擴展到帶站。提升線圈車包括車體，支承輥輪，皮帶輪架，水平驅(qū)動氣缸，垂直升降油缸和滾筒式制動缸等。四個支撐輪固定在閥體上，升降架的導向部分為方形結(jié)構(gòu)，由車體定位，兩輥固定在升降架的上表面，兩輥之間安裝一個制動缸，制動塊的制動兩輥，皮帶輥升降架由垂直升降油缸驅(qū)動電梯，垂直升降油缸固定在升降架上，另一端固定在車體。上面的部分形成一個整體，是由四個支承輥軸承位于兩個水平軌道。水平與驅(qū)動缸端連接體，另一端與支架連接固定在基礎。汽車的驅(qū)動線圈氣缸驅(qū)動行走的軌道上。三特征定位在水平軌道上的線圈的車，卷取機接受的立場，站在帶卷的位置，在上述兩個位置之間的等待位置。每個特征的位置是有限的開關提供信號給控制系統(tǒng)，以控制臥式鋼卷上料小車。在垂直液壓缸位移的內(nèi)置傳感器，高度檢測輥升降，通過控制輥高度位置控制系統(tǒng)。在供油回路的壓力傳感器檢測的壓力，控制輥升降力。在非制動位制動缸，限位開關的檢測，控制制動缸的制動狀態(tài)控制系統(tǒng)。 卷取軸鋼卷上料小車卸下從芯軸鋼卷，并根據(jù)鋼卷輸送生產(chǎn)要求的步進梁或檢查芯軸。鋼卷的檢驗站檢驗后，鋼卷上料小車運回來，步進梁，后稱重，捆扎過程疏散，磨機基礎。由于卷取軸，步進梁，檢查水平位置的芯軸和垂直高度各不相同，因此鋼卷上料小車在三之間移動，鋼卷上料小車有兩個水平和垂直運動，水平運動采用變頻電機驅(qū)動，由液壓缸驅(qū)動的垂直運動。軌道鋼卷小車如圖1所示。 圖1.1 鋼卷小車的行走路線 在軌道車，水平和垂直的五個定位所需的位置，水平方向繞線機，紙機，定位滾輪向下的位置，加強梁的位置，檢查位置，垂直方向是：卷取軸，稍等，檢查芯軸，走了，最低的。當接收指令，第一站等車，等體積。卷取軸完全停止，繼續(xù)上升到與鋼卷接觸，然后保持高度。當卷取軸完全收縮后，機器的位置保持沿水平方向運動水平的汽車軸承鋼卷高度（這個位置不再影響繞線機和套小車運動）。接下來，沿兩個水平和垂直移動到車下的位置相同的時間方向的鋼卷的車。如果鋼卷運輸應以游梁，沿水平方向運動的步進梁排放量汽車，或沿水平方向運動檢查芯軸，然后上升到檢查芯軸負荷量。最后，分別從空載小車行走梁的位置或位置的檢查表降到最低，沿水平方向向后下方的鋼卷和芯軸。 1.5 鋼卷自動上料小車研究內(nèi)容和方法 為搞好鋼卷自動上料小車的設計，按下列步驟和方法進行 1、收集資料了解同類鋼卷自動上料小車的工作特點和生產(chǎn)中存在的問題，查閱有關資料。 2、 制定設計方案，對存在問題進行設計改進，同時對方案的特點進行分析即方案評述。 3、 選擇傳動系統(tǒng)進行電機容量的選擇。 4、 對設計方案、主要零件進行設計計算，保證它們的強度和剛度要求。 5、 繪制總圖、部分部件圖和零件圖。 6、說明設計方法和要求、提出對控制系統(tǒng)的設計要求。 7、 進行設計的經(jīng)濟分析與評價。 7 2.鋼卷自動上料小車總體方案設計 2.1 總體設計要求 對鋼卷小車的設計是集機械，電氣，液壓控制的半自動設備，電力，變頻無級調(diào)速，傳感器監(jiān)測安全預測，安全可靠。在作業(yè)區(qū)，鋼板軋制后被運到終點線鋼卷的卷鋼，所有的運輸鏈承擔原運輸鋼卷，主軋線主要設備改造，生產(chǎn)能力大大提高，以及運輸鏈如舊，設備老化，不能滿足生產(chǎn)的需要，因此需要增加側(cè)鏈中的并行傳輸鏈，鋼卷部分共享和備用鏈。但由于現(xiàn)場條件的限制，兩個運輸鏈的高低差約5米，約14米的平行距離，鋼卷運輸車的設計可以滿足本案這樣的需求 由鋼卷的主裝配架的設計，行走機構(gòu)鋼卷的車，升降裝置，電纜鏈，由液壓裝配和電氣控制系統(tǒng)。汽車，移動的鋼卷組件安裝在鋼板焊接鋼框架組件，升降組件安裝在鋼卷平臺的底面，用螺栓與鋼卷的正確的面向連接的電纜坦克鏈，和鋼卷小車。液壓組件固定在鋼卷架的下部側(cè)。在控制室操作手柄，通過電氣信號操作鋼卷上料小車行走和攀爬。和四個側(cè)液壓缸和舉升柱垂直的斜坡和線性軸承襯套。小車運行由蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)驅(qū)動，使鋼卷上料小車行走軌道的水平，從而達到設計的目的。 該車的工作原理：在鋼卷上料小車設計，主運動是垂直運動的水平運動和行走機構(gòu)液壓缸。交流電機驅(qū)動行走機構(gòu)的應用，應采用變頻調(diào)速。液壓缸上升和下降的運動，可用于節(jié)流調(diào)速方式。 鋼軋輥機在轉(zhuǎn)彎前卷小車頂支架表面，操作換向手柄，使垂直延伸的氣缸，升降鋼量達到一定的位置，將開關操作鋼卷的車，所以在賽道上水平移動到目的地的鋼卷的車，然后操作方向鍵，氣缸緩慢下降，鋼卷成“V”支撐位置，或下降到較低的柱頂鋼鋼卷，鋼卷上料小車車移動操作按鈕，退出。 2.2 鋼卷上料小車總體結(jié)構(gòu) 對于長×寬×高＝1420×700×694毫米的尺寸的小車總體設計，由鋼板制成，用于焊接珩架結(jié)構(gòu)，底部長×寬＝180×90毫米，20毫米的鋼板厚度，中間三肋鋼板焊接而成，在提升一個基礎單位氣缸的同時，鋼卷上料小車平臺框架焊接Q235鋼板實心板周圍，以確保臺有可靠的整體剛度和穩(wěn)定性的極限荷載。在罐頂?shù)幕A是氣缸壁厚50毫米，底部焊接汽車站量的鋼，四周分別焊接長×寬＝1090×80毫米厚的板是50毫米，為了增加油缸座鋼和穩(wěn)定性。升降柱是由Q235尺寸長×寬×高＝4415×750×50毫米的鋼板焊接而成，四周分別鑲有四個滑塊，用沉頭螺栓固定在立柱上。 2.3 傳動裝置的結(jié)構(gòu) 此車是鏈傳動的使用，該機構(gòu)的鋼卷上料小車工作的基礎上。在電機驅(qū)動，通過安裝軸承和傳動軸，傳動軸輪，車輪軸沿著移動的鋼軌，從而實現(xiàn)鋼卷搬運。 變速器托架主要取決于焊接在一起，這主要是由于需要制造和安裝，而且由于焊接結(jié)構(gòu)有其獨特的優(yōu)勢，節(jié)省材料和工時，可以非常小，小，易于實現(xiàn)制造。因此，整體結(jié)構(gòu)簡單、容易制造。因此，傳動裝置用螺栓與車架相連接安裝在車輪下方。 2.4 鋼卷上料小車車輪組安裝結(jié)構(gòu) 焊接鋼卷上料小車是一個長方形鋼架，Q235鋼，鋼框邊與上部分別與地板焊接，以增加其穩(wěn)定性和牢固性，在矩形框架支撐和固定第一卷小車行走輪組，在上面分別焊有垂直塊和水平塊，用45號鋼。垂直度要求0.05 mm，軸向間距2046毫米的平行度要求，在0.05毫米，安裝車輪組可以保證在同一平面上的四個車輪踏面。 2.5鋼卷上料小車行走機構(gòu)的設計 原始數(shù)據(jù): 參數(shù)：舉升鋼卷最大重量Q=15T， 小車速度200m/min,材料寬度500-1500mm。 分析擬定動方案 由其工作速度及承載鋼卷能力的要求，選擇鏈輪傳動，其傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，布置在傳動裝置的高速級，獲得比較小的結(jié)構(gòu)尺寸，工字軌道使鋼卷的行走平穩(wěn)，提高承載能力和傳動效率。 其傳動簡圖如下 2.6選擇車輪與軌道并驗算其強度 2.6.1輪壓值校核及選擇車輪和軌道 選擇車輪與軌道并驗算其強度 車輪的最大輪壓： =（Q+) (1.1) 式中 ——小車自重，估取為=5000 由已知有Q=15000(舉升鋼卷最大重量15T) 載荷率==3＞1.6 由《起重機設計手冊》選擇車輪：當運行速度（=200m/min）>60m/min，＞1.6，工作類型為中級時，車輪直徑為=400mm，軌道為P38，其許用輪壓為16t，故可用. 2.6.2車輪疲勞計算 疲勞計算時的等效載荷： (1.2) 式中 —— 等效系數(shù) 由表1-20查得 車輪的計算輪壓： (1.3) 式中 —— 沖擊系數(shù)，由表2-7查的。當載荷為第一種時，運行速度V ＜1時，=1 —— 載荷變化系數(shù)，查表2-8，當＞1.6時，=0.8 根據(jù)點接觸情況計算接觸疲勞應力： (1.4) 式中 —— 軌頂弧形半徑，由表3-8-15查得。 對于車輪材料,由表5-4查得=17000-19000。 比較得＜，故疲勞條件滿足。 2.6.3車輪強度計算 按點接觸進行接觸力的強度校核： (1.5) 式中 —— 沖擊系數(shù)，由表2-7查得 對于車輪材料,由表5-4查得=20000-23000。 比較得＜，故強度條件滿足。 2.7 運行阻力計算 2.7.1摩擦阻力矩計算 摩擦總阻力矩： (2.1) 由表8-1-102知車輪軸承型號為7520，內(nèi)徑值為；由表7-1至7-3有為滾動摩擦系數(shù)；軸承摩擦系數(shù)；附加阻力系數(shù)。 代入上式得： 2.7.2摩擦阻力計算 運行摩擦阻力： (2.2) 2.8 選擇電動機 2.8.1類型的選擇 根據(jù)電源的種類，工作要求，工作環(huán)境，載荷大小，本設計中選擇我國新設計的國際市場上通用的統(tǒng)一系列－Y型系列三相異步電動機。 2.8.2功率的確定 計算工作機所需的功率Pw 工作機所需的功率Pw（kw）由工作機的工作負載（阻力）和運動參數(shù)計算求得： 式中 Fw――――工作機的阻力（N） Vw————工作機的線速度（m/s） Tw————工作機的轉(zhuǎn)矩 （N.M） ————工作機的效率 2.8.3工作機的阻力 已知V=200m/min≈3.33（m/s） 又∵F=G1＋G2=15000＋5000=20000（N） ∴Fw=20000（N） 由手冊表1-14查得車輪與鋼軌的滾動摩擦系數(shù)f＝0.05～0.07, 本設計中取 f＝0.15，∴Fw=f.F＝20000×0.15 ＝3000（N） 工作機的效率 由手冊表1-15查得鏈傳動的η＝0.97 工作機的功率Pw 電機的輸出功率 P0 由工作機所需功率和傳動裝置的總效率可求得電動機所需的輸出功率 式中η—為電動機至主傳動裝置的總效率（包括鏈輪傳動，兩對滾動球軸承一彈性聯(lián)軸器彈性體聯(lián)軸器） η值的計算 η＝η1η2 由手冊表1-15查得 鏈輪傳動η1＝0.97 滾動球軸承η2＝ 0.99 因此 η＝0.97×0.99 ＝0.96 所以 確定電動機的額定功率 Pm: 按下式確定電動機的額定功率Pm＝（1～1.3）P0 功率的大小可據(jù)負載狀況來決定，由手冊第一篇中有關Y系列電動機技術參數(shù)的表中，取電動機的額定功率為Pm＝11KW，符合設計要求。 2.8.4電動機的轉(zhuǎn)速的確定 從動軸的轉(zhuǎn)速: r/min 按手冊表14-1推薦的各種傳動機構(gòu)傳動比的范圍，取鏈輪傳動的傳動比為i＝1，所以，電機可選擇的轉(zhuǎn)速范圍為n′ 電動機型號的確定: 選擇JK系列減速電機Y2160M-4 減速機：DCY200-2N i=40 2.9計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù) 2.9.1 計算總傳動比i 傳動裝置的總傳動比 ＝1 式中 nm——電動機滿載轉(zhuǎn)速 Nw——軸轉(zhuǎn)速 2.9.2各軸的轉(zhuǎn)速 I 電動機轉(zhuǎn)速 n1＝29r/min Ⅱ軸 ＝29r/m 2.9.3 各軸的功率 I 軸 P1＝Pm·η2＝11×0.995＝10.945（kw）II軸 P2＝P1·η1·η3＝10.945×0.97×0.99=10.51KW 2.9.4各軸的轉(zhuǎn)距 電機軸 T0＝3640（N·M） I 軸 T1＝T0＝3640（N·M） II 軸 =3461N 2.9.5鏈輪、鏈條的選取校核 設軸徑d＝50mm，鏈傳動比i＝1 選擇鏈輪齒數(shù)：初步確定Z＝33 定鏈的節(jié)距 取KA＝1.0，齒數(shù)系數(shù)KZ＝0.73，單排鏈，則計算功率為 1. 選擇鏈條型號和節(jié)距 根據(jù)Pcm＝8.03KW及n1＝29r/min查表9-11，可選32A 查表的鏈條節(jié)距為P=50.8 2. 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距a0=(30~50)P=(30~50)x50.8mm=1524~2540mm 取a0=1550 相應的鏈長節(jié)數(shù)為 取鏈長節(jié)數(shù)Lp=94節(jié) 鏈長L=LpP/1000=94*50.8/1000=4.8m 查表得中心距計算系數(shù)f1=0.24467,則鏈傳動的最大中心距為 2337.6mm 3. 計算鏈速V,確定潤滑方式 由v=0.810m/s和鏈號32A,查圖9-14可知應采用滴油潤滑 4. 計算壓軸力Fp 有效圓周力為: 鏈輪水平布置時的壓軸Kfp=1.15, 則壓軸力為Fp=KfpFe=1.1513580.2=15617.2N 計算結(jié)果總匯:鏈條規(guī)格:32A單排鏈,94節(jié),長4.8m 大小齒輪數(shù)都為33,中心距a=1550 壓軸力為15617.2N, 軸徑d=76,輪徑D=209mm 2.9.6 軸承的選取校核 設計選取運輸車工作速度為20m/min 則每個軸承所承受的壓力為F=525000/4=131250N 轉(zhuǎn)速為 則 查表6-4，選擇調(diào)心滾子軸承，代號為22214C 其基本參數(shù)為：d=70mm D=125mm B=31mm =158KN =205KN 徑向載荷 =131250N 軸向載荷=0N / =0>h 故軸承壽命滿足條件。則軸承選取合適。 2.10軸的設計與校核 2.10.1軸的設計 2.10.2 軸的強度校核 進行軸的強度校核計算時,應根據(jù)軸的具體受載及應力情況,采取相應的計算方法,并恰當?shù)剡x取其許用應力。對于僅僅承受扭矩的軸，應按扭矩強度條件計算；對于只承受彎矩的軸，應按彎矩強度條件計算；對于即承受彎矩又承受扭矩的軸，應按彎矩合成強度條件進行計算，需要時還應按疲勞強度條件進行精確校核。 傳動軸受力結(jié)構(gòu)簡圖如下： 1.校核軸的強度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某危險截面做彎矩合成強度校核計算。按第三方強度理論，計算應力： 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)變應力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應力則常常不是對稱循環(huán)變應力。 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： 由上式可得軸直徑： 2.校核軸的強度： 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某危險截面做彎矩合成強度校核計算。按第三方強度理論，計算應力： 對于直徑為d的圓軸，彎曲應力為，扭轉(zhuǎn)切應力為,將，代入公式得軸的彎扭合成強度條件為： 式中：――――軸的計算應力，MPa M―――――軸所受的彎矩，N.mm T―――――軸所受的扭矩，N.mm W―――――軸的抗彎截面系數(shù)， ――――對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力 3.按疲勞強度條件進行精確校核 求出計算安全系數(shù)并應使其稍大于或至少等于設計安全系數(shù)S,即: 3.4.2.4軸的剛度校核計算 軸的彎曲剛度校核計算： 式中：―――――階梯軸第i段的長度，mm ―――――階梯軸第i段的直徑，mm ―――――階梯軸的計算長度，mm ―――――階梯軸計算長度內(nèi)的軸段數(shù)。 當載荷作用與兩支承之間時，L＝l（l為支承跨距）；當載荷作用于懸臂端時，L=l+K（K為軸的懸臂長度，mm）。 軸的彎曲剛度條件為： 撓度 偏轉(zhuǎn)角 式中：―――――軸的允許撓度，mm ――――――軸的允許偏轉(zhuǎn)角，rad 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角的計算公式為： 光軸 階梯軸 式中：T―――――軸所受的扭矩，N.mm G―――――軸的材料的剪切彈性模量，MPa，對于鋼材， ―――――軸的截面的極慣性矩，，對于圓軸， L―――――階梯軸受扭矩作用的長度，mm ，，―――分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩，長度和極慣性矩，單位同前 Z――――階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。 軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為： 式中，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關。 3.液壓部分設計 3.1 液壓系統(tǒng)原理設計 該液壓系統(tǒng)中，頂升油缸的上升，下降的速度要求不一樣，有各自的速度 要求，在一般情況嚇，要求運動平穩(wěn)性好速度負載特性好，所以在缸的路中采 用單項調(diào)速的回油節(jié)流調(diào)速回路。 本液壓系統(tǒng)設計中，頂升油缸換向閥處于中位機能時及缸定位時，泵油卸 載回路即容載運行，本設計采用M型換向閥中位機能的卸載回路。 考慮到該系統(tǒng)中液壓缸在工作時速度負載變化流量變化較大，從節(jié)省能量 減小發(fā)熱泵源系統(tǒng)重選用變量泵供油。 由于頂升油缸要有定位功能，所以頂升油缸油路中裝有液壓鎖即：液控單 向閥，在所選基本回路的基礎上在綜合考慮其他因素的影響和要求便于組成 圖3－13的液壓回路圖： 3.2計算液壓缸尺寸及工況 1.頂升油缸a ,缸內(nèi)徑D,活塞桿直徑d的確定 由公式 可求得桿徑D 19 9 式中 F－液壓缸的受負載（N） P1－液壓缸設定工作壓力（mpa） P2－液壓缸工作背壓（mpa） Gcm－液壓缸機械效率一般=0.9－0.97 本設計中去g=0.9 所以 = =209mm 說明d/D電液壓缸內(nèi)徑D與活塞直徑d的關系可當工作壓力P>7mpa時 可選d/D＝0.7 電液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80） 液壓缸內(nèi)勁標準值為D1=200mm 所以活塞桿直徑d1=D1*0.7=200*0.7=140mm 由活塞桿直徑系列（GB2348-80）可求得 活塞桿直徑標準值為d1=140mm 2.油缸各面積計算 無桿面積 ： A1== 有桿面積 活塞桿面積 3.計算油缸在工作循環(huán)中各階段 19 所需壓力流量和功率： 計算油缸在工作循環(huán)中各階段所需壓力流量和功率列于表中3－4中 表3－4各工況所需壓力流量和功率 工況 計算公式 F0(N) 液壓缸 P1(MPa) qv(l/mm) P(KW) 上升 4900 1.59 109.90 17.474 頂起 269500 8.6 109.90 94.544 下降 4900 3.0 114 34.2 3.3液壓缸主要尺寸確定 3.3.1頂升油缸壁厚及外徑計算 由前面計算可知頂升油缸內(nèi)徑D1=200mm 活塞桿直徑d1=140mm 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算： 液壓缸的壁厚一般是指缸內(nèi)筒中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受 內(nèi)壓力的圓筒其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計算時可分為薄 壁圓筒和厚壁圓筒起重運輸機械和工程機械的液壓缸一般用無縫鋼管材料太 16 多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算： 式中g－液壓缸壁厚（m） D－液壓缸內(nèi)徑（m） PY－實驗壓力，一般取最大工作壓力（1.25－1.5）倍mpa [6]－缸筒材料的許用應力 取[6]=100-110mpa無縫鋼管 所以D外＝D1＋28＝200＋2×25＝250mm 3.3.2工作行程確定 液壓缸工作行程長度根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程來確定 所以頂升缸實際最大行程并參照液壓缸活塞桿行程參數(shù)系列（GB2349-80） 表可查得標準值為L1＝2000mm 某自動生產(chǎn)線上，使用有軌小車來運轉(zhuǎn)工序之間的物件，小車的驅(qū)動采用電動機拖動，其行駛示意圖如圖1-1所示。電機正轉(zhuǎn)，小車前進；電機反轉(zhuǎn)，小車后退。 29 圖1-1行駛小車示意圖 控制過程為： （1） 小車從原位A出發(fā)駛向1號位，抵達后立即返回原位； （2） 接著直向2號位駛?cè)?，抵達后立即返回原位； （3） 第二次出發(fā)一直駛向3號位，到達后返回原位； （4） 必要時，像上述一樣小車出發(fā)二次運行一個周期能停下來； （5） 根據(jù)需要小車也能重復上述過程，不停的運行下去，直到按下停止按鈕為止。 要求：畫出主電路，PLC外部接線圖，梯形圖 4.系統(tǒng)總體設計 4.1 總體思路 在自動行駛小車控制系統(tǒng)中以PLC為核心，通過各種輸入端接收各種輸入信號，處理后經(jīng)輸出端輸出控制信號，通過控制器里的繼電器等電器開關的開通與閉合來控制小車的左行、右行與停止。本次課程設計選用西門子公司的S7-200系列的PLC，SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化，S7-200系列的功能強大，可實現(xiàn)復雜控制功能。S7-200系列具有極高的性價比，可靠性，指令集豐富，易于掌握，操作便捷，內(nèi)置集成功能豐富，具有定時特性，通訊能力強，擴展模塊。 根據(jù)控制任務和設計要求所設計的方案流程如圖2-1所示 圖4-1 自動行駛小車控制系統(tǒng)方案流程圖 在圖4-1中，可以看到，本次設計的核心思想：通過PLC控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)達到小車的前進和后退，并在一定條件下停止運行，實現(xiàn)了對小車的自動控制，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的要求。 4.2 主電路設計 本設計重點內(nèi)容之一是設計電動機的正反轉(zhuǎn)控制邏輯，電動機的正反轉(zhuǎn)決定了小車的前進后退，因此合理的設計電動機的正反轉(zhuǎn)邏輯是一項必要并且非常重要的任務。本文設計的電動機正反轉(zhuǎn)的思想是把三相異步電動機的三相中的任意兩相互換，電機可由正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn)。為了保證兩個接觸器不能同時得電，提高可靠性，還需加入互鎖電路，集合以上要求，該控制系統(tǒng)的主電路如圖4-2所示 圖4-2 控制系統(tǒng)的主電路圖 4.3 PLC選型 根據(jù)設計要求，系統(tǒng)的輸入量有：啟、停按鈕信號；1號位、2號位、3號位限位開關信號；連續(xù)運行開關信號和原位點限位開關信號，系統(tǒng)的輸出信號有：運行指示和原位點指示輸出信號；前進、后退控制電機接觸器驅(qū)動信號，共需實際輸入點數(shù)7個，輸出點數(shù)4個。可選用西門子公司S7-00系列的224PLC,其輸入點數(shù)14個，輸出點數(shù)6個，滿足設計要求。 4.4 系統(tǒng)變量定義及分配表 可將控制系統(tǒng)所有輸入和輸出元件分別分配到PLC各個輸入輸出點上，如下表3-1所示： 序號 符號 地址 名稱 1 SB1 X0 啟動按鈕 2 SQ0 X1 原位點限位開關 3 SQ1 X2 1號位限位開關 4 SQ2 X3 2號位限位開關 5 SQ3 X4 3號位限位開關 6 S X6 連續(xù)運行開關 7 SB2 X7 停車按鈕 8 KM1 Y0 原點指示 9 KM2 Y1 運行指示 10 KM3 Y2 前進 11 KM4 Y3 后退 表4-1系統(tǒng)變量分配表 4.5 PLC系統(tǒng)接線圖 由PLC的分配表4-1可繪制出PLC的硬件接線圖，如下圖4-3所示 圖4-3 PLC的硬件接線圖 4.6系統(tǒng)軟件設計 小車PLC控制系統(tǒng)梯形圖如圖4-4所示 圖4-4 小車PLC控制系統(tǒng)梯形圖 參考文獻 [1] 李建興.可編程控制器應用技術 [M].機械工業(yè)出版社,2004. [2] 張愛鈴，李嵐，梅麗鳳.電力拖動與控制 [M].機械工業(yè)出版社,2003. [3] 張廣溢，郭前崗.電機學 [M].重慶大學出版社,2006. [4] 張運波，劉淑榮.工廠電氣控制技術[M].高等教育出版社,2004. [5] 易泓可.電氣控制系統(tǒng)設計基礎與范例(第2版) [M].機械工業(yè)出版社，2008 致謝 感謝XX老師在我大學的最后學習階段——畢業(yè)設計階段給我的指導，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他給了我耐心的指導和無私的幫助。在最后階段，王老師耐心的幫助我檢查圖紙繪制過程中出現(xiàn)的錯誤，以及論文在書寫的過程中應注意的一些問題，再次感謝老師的幫助。 同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！