型钢堆垛机的毕业设计.docx

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型钢堆垛机的毕业设计

摘要

本文详细介绍了型钢堆垛机的整体设计理论和整个堆垛过程，其中重点介绍了翻转机构的设计。

主要包括了翻转机构的轴、齿轮、液压缸的整体设计，其中还有轴承的选取，联轴器的选取和校核。

本次设计的型钢自动堆垛机性能良好、动作灵活、操作方便、故障率低、维护简单方便，满足了生产的需要

关键字：

型钢堆垛机；机械；液压；齿轮

Abstract

ThisarticleintroducedSteelbarstackerOveralldesigntheoryandentirepilesuptheprocessindetail,andintroducedthedesignofTurnovermechanismemphasis.Inthispaper,therehasmainlyincludedtheentiredesignoftheaxis,thegear,hydrauliccylinderofturnovermechanism,andinthattherewerealsoincludingbearing'sselectionandshaftcoupling'sselectionandexamination.

Thisprofiledbarautomateprofiledbarstowmachinehasgoodcapability,movementisagility,operatingissimple;thefrequencyoftroubleissmall,maintenanceissimple,andcouldmeettheneedofteachingandlearning

Keywords：

Steelbarstacker；Machinery；Hydraulicpressure；Gear

第1章概述

本文针对国内传统的型钢生产线一般都没有专门的自动堆垛设备。

随着市场经济对型钢产品要求的提高，传统型钢生产的型钢堆垛已成为当前迫切需要进行的技术改造之一。

不管是采用人工堆垛、半机械化堆垛还是全自动堆垛，首先要进行型钢的垛型设计。

本此设计的型钢堆垛机是一种用于对成型钢材自动打捆的设备。

机械部分由单传辊道、拨钢机构、移钢机构、分组机构、定位机构、平移机构、翻转机构和垛台升降及压紧机构等8个子机构，和PLC控制部分组成的成型钢材自动打捆生产线。

它的主要优点在于实现了整个生产线的自动控制，从而提高堆垛机的堆垛效率，这也是现今钢材堆垛打捆和以后发展的趋势。

它不仅仅克服了过去人工堆垛的生产效率低、打捆质量差、成本高、工作环境危险等缺点，更重要的是型钢的堆垛打捆成为了整个轧钢生产线发展的阻碍，在很大程度上阻碍了钢材生产线的效率的提高，对整个生产效率的提高有很大的影响。

本此设计的型钢堆垛机在一定程度上实现了自动化，很好的消除了这个障碍，对型钢生产线技术的进一步发展做了铺垫。

型钢堆垛机能够实现自动堆垛打捆，对改善工人的劳动状况尤其是减轻工人的劳动强度、提高型钢的包装质量、提高轧钢生产线的生产效率、增强钢材市场的竞争能力、提高经济效益和社会效益创造了良好的条件。

型钢堆垛机的制造成本较低，这对任何企业来说都是一个很重要的参考依据。

目前，世界上堆垛机的发展已经很成熟了。

已发展形成了各种类型的小型车间用的标准堆垛机主要有两大类，磁性和非磁性堆垛机。

一类是磁性堆垛机。

轧件由装有可调磁性的翻转臂和输送小车进行一车堆垛，并且层与层之间是面对面或背对背交替放置的。

该系统主要运用于中型型钢堆垛。

全部由计算机自动操作。

钢材堆垛后，由平立辊道输送到打捆区，平立辊道的宽度是可调的，以避免料垛散落。

另一类是非磁性堆垛机。

轧制由两套液压一机械机构控制的机械手进层层堆垛其动作类似于人手。

可夹持并移送钢材，将钢材层面对面或背对背的进行堆放，主要适用于中小断面型钢，可避免料层中钢材在堆垛臂失磁时散落。

形成不正确的料捆成形状非磁性堆垛机即纯机械堆垛机的显著特点就是无故障的处理双层型钢的能力，故其机械效率可提高一倍。

本次设计的堆垛机属于第一类磁性堆垛机，通过在移钢机构和翻转机构上安装堆垛电磁铁来实现槽钢的交替堆放。

堆垛方式是槽钢：

6根/层，4层（如图1-1），每层分为正反两排。

角钢是每层5根，6层，每层也分为正反两排一排槽口向下3根，另一排槽口向上3根（如图1—2）。

由于槽钢和角钢的结构不同要在不改变堆垛机结构条件下实现不同钢的堆垛就需要在PLC程序上加以变化。

这也是PLC自动控制的优点，这里主要根据槽钢进行设计和编程。

型钢规格为20槽钢，定尺长度范围8～10米。

图1-2角钢堆垛方式

第2章型钢堆垛机总体设计

型钢堆垛机的总体设计是设计人员在根据工厂所需要的成型钢材堆垛机，对堆垛机作出的初步的、总体的设计。

堆垛机总体设计主要包括：

确定型钢堆垛机的工艺流程、型钢堆垛机平面示意图的初步确定、主要机构的简单结构设计、总体尺寸的确定、堆垛机驱动装置的确定和控制系统的设计。

2.1型钢堆垛机的设计参数

堆垛机堆垛的型钢为：

20槽钢，根据（GB707—88）结构参数图2-1：

图2-1槽钢参数

线密度为；型钢长度为8～10m。

堆垛速度约为4分钟／捆；

班垛能力为450～470吨/班；

堆垛成捆的型钢作到一头齐，符合国家堆垛包括标准GB2101－89；

本型钢堆垛机堆垛方式是槽钢是6根/层，每层分为上下正反两排如图2-2，堆垛的型钢型号为20槽钢,定尺长度范围8～10米。

图2-2槽钢堆垛方式

2）工艺参数

1）G=25.7777*10*3=773.31Kg

2）电磁铁306*4=1224Kg

3）电磁铁边距轴心L=1065

4）其它重为200Kg

4）传递的扭距T=532.5*10*（773.31+1224+200）=11700.675N/m

2.2堆垛机的工艺流程

轧制好的钢材经单传辊道输送到型钢堆垛机上，再由拨钢机构将钢材拨到移钢机构的链条上，然后由移钢机构将钢材输送到定位机构，中途有分组机构将钢材分为3根一组，分好组的钢材到定位机构后被精确的定位后，再由平移机构送至垛台上，下一组分好组的钢材被定位机构定位后，经由翻转机构旋转送至垛台上，垛台上的钢材排成了形如图2-2所示的排放形式。

然后垛台下降相应的高度，使下一轮堆垛的钢材和这一次的高度相等。

经过4次循环后，垛台上的钢材就排成了6根/层，共4层的形状。

然后由压紧机构把钢材压紧，到此堆垛过程结束，再由垛台输送辊道将堆垛号的钢材输送出去。

型钢堆垛机按这个顺序再进行下一轮的堆垛。

2.3堆垛机平面示意图

根据现场要求、堆垛机的工艺流程和其他同类设备初步确定型钢堆垛机的结构分布如图2—3所示。

该型钢堆垛机相当于简单的流水生产线，槽钢进入单传辊道依次通过拨钢机构、移钢机构、分组机构、定位机构、平移机构（或翻转机构）最后到垛台升降机构及压紧机构最后结束堆垛任务。

图2-3堆垛机结构分布图

2.4堆垛机的结构设计

根据上述工艺过程和图2—3可得，该设备由以下主要机构组成：

单传辊道、拨钢机构、移钢机构、分组机构（槽钢分组机构）、定位机构、平移机构、翻转机构和垛台升降机构及压紧机构。

2.5堆垛机总体尺寸

由现场的技术要求和同类设备可以初步确定堆垛机的总体尺寸约为：

长×宽×高。

2.6传动系统的选择

传动机构通常分为机械传动、电器传动和流体传动。

机械传动是最初的传动方式也是最重要的传动方式之一，它是在电动机等动力源的驱动下通过一定的机械式传动机构（齿轮机构、带传动和链传动等）得到期望的运动参数。

流体传动是以流体为工作介质进行能量替换、传递和控制的传动。

它包括液体传动和气体传动，液体传动是以液体为工作介质的流体传动，它包括液力传动和液压传动。

其中机电传动和液压传动是最常用的两类传动。

电动机分为交流电动机和直流电动机两大类，交流电动机又分为交流电动机和直流电动机两类。

在强电系统中三相交流异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。

电机拖动的根本任务，在于通过电机将电能转换成生产机械所需要的机械能，使电能成为工业企业中的主要能源。

这主要是由于电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制都比较方便经济。

它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和实现自动控制。

因此，电机拖动已成为现代工业企业中广泛采用的拖动方式。

它具有许多其它拖动方式无法比拟的优点，主要有：

1.电机拖动比其它形式的拖动（蒸汽、水力等）效率高，而且电动机与被拖动的生产机械联接简便；2.电动机的种类和型号多，具有各种各样的运行特性，可以满足不同类型生产机械的要求；3.电机拖动具有良好的调速性能，其起动、制动、反向和调速等控制简便，快速性好，易于实现完善的保护；4.电机拖动装置参数的检测，信号的变换与传送都比较方便，易于组成完善的反馈控制系统，易于实现最优控制；5.可以实行远距离测量和控制，便于集中管理，便于实现局部生产白动化乃至整个生产过程自动化。

因此，电机拖动，特别是自动化的电机拖动，成了现代工业生产电气化与自动化的基础与核心。

液压传动的主要优点有：

1.液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；2.操纵控制方便，可以实现大范围的无级调速；3.重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；4.可自动实现过载保护；5.由于一般采用矿物油作为传动介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；6.液压元件都是标准化、系列化产品，可以直接从市场上购买，这有利于液压系统的设计、制造和推广应用；7.容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可以实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

考虑到以上各种传动的特点各机构的传动方式选择如下：

由单传辊道、拨钢机构和移钢机构的结构特点、运动特性和参考同类设备，该三部分均道选取三相交流异步电动机直接驱动。

由于单传辊道与拨钢机构的交错布置且传动距离较长（约6m），其选择分布式驱动，而拨钢机构和移钢机构之间平行布置并且驱动功率不太大，拨钢机构需要频繁启动，因此选择分别集中驱动。

如图2—3所示，拨钢机构和移钢机构的电动机分布方式，拨钢机构是将电动机布置在一端，而移钢机构是将电动机布置在两根输出轴的一端。

拨钢过程中拨抓只需克服单根槽钢与滚筒之间的滑动摩擦，因此载荷较小需要传递的最大扭矩也较小，综合考虑现场其他结构的布置情况将电动机布置在传动轴的一端。

移钢机构在工作时，由于传动距离较大（约6.4m）并且载荷较拨钢大的多，轴较长，最大扭矩较大，因此将电动机布置在两根轴的中间，这样单根轴所承受的最大扭矩要小得多。

而分组、定位、平移和垛台升降及压紧动作较简单（多为直线运动），且载荷不太大这里选择液压驱动。

用液压缸的伸缩来完成分组、定位、翻转和垛台升降及压紧，用液压马达来实现平移。

各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置,不需要复杂的传动系统。

翻转机构的运动为轴的旋转运动，它的动力系统的主要要求为低速可调，交流电动机不能满足要求，直流电动机虽然有低速可调的性能，但是直流电动机价钱昂贵，也不能选取，液压传动的鲜明特点就是低速可调，所以我们最后选液压传动作为翻转机构的动力源。

2.7翻转机构的基本设计

翻转机构是将三根型钢反扣到垛台上。

这是一个低速运行的机构。

相对于整个系统来说，翻转机构还要考虑时间因素。

2.7.1设计的基本要求

翻转机构的电磁铁要满足能吸住3根钢材所要求的磁力；轴要满足翻转台自重和钢材自重所产生的扭矩；齿轮要能承受传递扭矩所产生的力；液压缸要能产生出机构所需要的力，并满足相应的强度条件。

2.7.2设计的基本思路

轴根据机构所需要的扭矩和型钢的长度来确定轴的具体尺寸，并根据弯扭强度校核来校核轴。

齿轮根据要传递的力来确定