自動堆垛機設計
33頁 14000字數(shù)+論文說明書+任務書+7張CAD圖紙【詳情如下】
PLC外部接線圖.dwg
任務書.doc
初始化及警報程序.dwg
總程序結構框圖.dwg
總裝配圖.dwg
手動程序.dwg
操作面板.dwg
自動堆垛機設計(機械+PLC)說明書.doc
齒輪.dwg
自 動 堆 垛 機 設 計
目 錄
摘 要 13
第1章 緒論 16
第2章 堆垛機總體設計 17
2.1 堆垛機的設計參數(shù) 17
2.2 堆垛機的工藝流程 18
2.3 堆垛機平面示意圖 18
2.4 堆垛機的結構設計 19
2.5 堆垛機總體尺寸 19
2.6 傳動系統(tǒng)的選擇 19
2.7 翻轉(zhuǎn)機構的基本設計 19
2.8 升降機構的基本設計 20
2.9 驅(qū)動電機的選擇 21
第3章 齒輪與軸的設計 22
3.1齒輪的設計 22
3.1.1 選擇齒輪精度等級，材料，熱處理方式及齒數(shù) 22
3.1.2齒輪的基本參數(shù) 22
3.1.3小齒輪的基本尺寸計算 24
3.1.4 輪齒所受的圓周力 24
3.1.5 齒根彎曲疲勞強度校核 25
3.1.6齒根彎曲疲勞強度校核 25
3.6.7 齒輪接觸強度校核 26
3.3 軸的設計 27
3.3.1 軸的結構工藝性 27
3.3.2 軸的材料 27
3.3.3小齒輪軸上的受力 28
3.3.4 計算軸的最小直徑 28
3.3.5 確定軸的各段尺寸和長度 29
3.3.6聯(lián)軸器的選擇 29
3.3.7軸上零件的軸向定位 30
3.3.8確定軸上的圓角和倒角的尺寸 30
3.3.9確定軸上的載荷 30
第4章 控制系統(tǒng)的分析設計 32
4.1 控制系統(tǒng)的組成結構 32
4.2 控制系統(tǒng)的性能要求 32
4.3 傳感器的選擇 33
4.3.1 位置檢測裝置 33
4.3.2 滑覺傳感器 33
4.3.3 視覺傳感器 33
4.4 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理 34
4.4.1 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 34
4.4.2 PLC種類及型號選擇 36
4.4.3 I/O點數(shù)分配 37
4.4.5 堆垛機控制原理 37
4.5 PLC程序設計 38
4.5.1 總體程序框圖 38
4.5.2 初始化及報警程序 39
4.5.3 手動控制程序 40
4.5.4 自動控制程序 40
結 論 42
參考文獻 44
摘 要
本文針對國內(nèi)傳統(tǒng)的型鋼生產(chǎn)線一般都沒有專門的自動堆垛設備。隨著市場經(jīng)濟對型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當前迫切需要進行的技術改造之一。不管是采用人工堆垛、半機械化堆垛還是全自動堆垛，首先要進行型鋼的垛型設計。本次設計的型鋼自動堆垛機性能良好、動作靈活、操作方便、故障率低、維護簡單方便，滿足了生產(chǎn)的需要。
本此設計的堆垛機是一種用于對成型鋼材自動打捆的設備。機械部分由單傳輥道、撥鋼機構、移鋼機構、分組機構、定位機構、平移機構、翻轉(zhuǎn)機構和垛臺升降及壓緊機構等8個子機構，和PLC控制部分組成的成型鋼材自動打捆生產(chǎn)線。它的主要優(yōu)點在于實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線的自動控制，從而提高堆垛機的堆垛效率，這也是現(xiàn)今鋼材堆垛打捆和以后發(fā)展的趨勢。堆垛機的制造成本較低，這對任何企業(yè)來說都是一個很重要的參考依據(jù)。
關鍵字：堆垛機；翻轉(zhuǎn)機構；PLC；智能控制
Abstract
In this paper, the traditional domestic steel production line are generally not specialized automatic stacking device. With the market economy, the increasing demand for steel products, steel stacking of the traditional steel production has become an urgent need for the technological transformation of one. Whether artificial stacking, semi-mechanized stacking or automatic stacking, we must first section steel pile design. The design of the beam performance of the automatic stacker, flexible movement, convenient operation, low failure rate, easy maintenance, to meet production needs。
The stacker of this design is an automatic bundling equipment forming steel. Mechanical parts of the roller by a single pass, call the steel bodies, and eight sub-agency of the shift steel bodies, grouping institutions, locating agencies, translation agencies, the tilting mechanism and stack units lift and pressed institutions and PLC control section consisting of forming steel to play automatically bundle production line. Its main advantage lies in the automatic control of the entire production line, thereby improving the stacking efficiency of the stacker, the modern steel stacking bundling and future development trends. Stacker, lower manufacturing costs, this is a very important reference for any business.
Keywords: stacking machine; tilting mechanism; PLC; Intelligent Control
第1章 緒論
本文針對國內(nèi)傳統(tǒng)的型鋼生產(chǎn)線一般都沒有專門的自動堆垛設備。隨著市場經(jīng)濟對型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當前迫切需要進行的技術改造之一。不管是采用人工堆垛、半機械化堆垛還是全自動堆垛，首先要進行型鋼的垛型設計。
本課題的研究對象為自動堆垛機，重點研究自動堆垛機的機械傳動系統(tǒng)設計和PLC控制系統(tǒng)設計，通過分析自動堆垛機的工作原理，完成自動堆垛機的機械傳動系統(tǒng)設計、驅(qū)動電動機選擇和PLC控制系統(tǒng)設計。
本課題成果形式為設計類論文，內(nèi)容包括自動堆垛機工作原理的分析、傳動系統(tǒng)設計、電動機選擇和PLC控制系統(tǒng)設計等內(nèi)容。需要根據(jù)自動堆垛機工藝特點確定PLC I/O分配表，設計PLC控制流程等。
第2章 堆垛機總體設計
堆垛機的總體設計是設計人員在根據(jù)工廠所需要的成型鋼材堆垛機，對堆垛機作出的初步的、總體的設計。堆垛機總體設計主要包括：確定堆垛機的工藝流程、堆垛機平面示意圖的初步確定、主要機構的簡單結構設計、總體尺寸的確定、堆垛機驅(qū)動裝置的確定和控制系統(tǒng)的設計。
2.1 堆垛機的設計參數(shù)
⑴堆垛機堆垛的型鋼為：
20槽鋼，根據(jù)（GB 707—88）結構參數(shù)圖2-1：
結 論
堆垛機是軋鋼工廠眾多生產(chǎn)平臺中的最后一個生產(chǎn)平臺。如果堆垛型鋼的效率低，將直接影響到整個軋鋼工廠的生產(chǎn)的效率，簡單的說假設一個軋鋼工廠每天能軋鋼百噸，可打捆的輸送鋼僅是1噸，可以想象這個軋鋼工廠的效益是怎么樣的。在該設計中針對20槽鋼詳細的闡述了堆垛機的總體設計、撥鋼機構的結構設計和整個堆垛機的PLC自動控制系統(tǒng)的設計。
在本次課題工作中，除了鍛煉了自己的能力外，也積累了不少經(jīng)驗，同時發(fā)現(xiàn)有不少值得改進的地方。畢業(yè)設計是大學四年所學知識的一個考察,它兼顧了四年中所學的基礎和專業(yè)知識,因此不同于以前的課程設計,畢業(yè)設計是課程設計一個質(zhì)的飛越.認識到這點,我對待畢業(yè)設計的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認真謹慎的學習態(tài)度.
在接到畢業(yè)設計課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設計都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設計就不同了，它是一個綜合設計，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。
在本次設計中，要用到許多基礎理論，由于有些知識已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習知識，因此設計之前就對大學里面所涉及到的有關該課題的課程認真的復習了一遍，開始對本課題的設計任務有了大致的了解，并也有了設計的感覺。同時，由于設計的需要，要查閱并收集大量關于機械制造方面的文獻，進而對這些文獻進行分析和總結，這些都提高了我們對于專業(yè)知識的綜合運用能力和分析解決實際問題的能力。通過本次設計還使我更深切地感受到了團隊的力量，在與同學們的討論中發(fā)現(xiàn)問題并及時解決問題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團隊合作精神也得到了增強?？梢哉f，畢業(yè)設計體現(xiàn)了我們大學四年所學的大部分知識，也檢驗了我們的綜合素質(zhì)和實際能力。同時也跨出了我的工程師之路的第一步。
致 謝
為期三個多月的畢業(yè)設計就要結束了，我也順利的完成了我的課題設計，在此之際我要衷心的感謝在設計過程中一直幫助我支持我的老師。我要感謝指導老師，老師在整個設計過程中對我的影響很大，設計過程中的很多個難點都是在老師的悉心指導下才克服的，還有老師大親切和善也是我在整個設計過程中感受最深的。也因為這樣，和老師之間存在著師生心理障礙一下全無，我也就大方的有問題就問，有想法就提，這也使得我能更多的發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題，并解決問題。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的專業(yè)知識，誨人不倦教學精神，在學術上和為人上都是我們的楷模和榜樣。同時我還要感謝跟我一起參與設計的同學，雖然我們課題不同，但是都能在討論中發(fā)現(xiàn)各自的問題，并互相提出解決的方法，設計能夠順利完成，也因為他們的幫助。
結束代表著新的開始，新的征程，本次的畢業(yè)設計將會成為我今后工作，學習生活中的一份堅實的基礎和保證。從中吸取的經(jīng)驗教訓也將成為我們在今后生活道路上的一筆財富，挫折永遠是前進道路上所必須面對的，相信我們的未來會走的更好，也可以讓我們大學的老師放心。真心的感謝在大學幫助過我的老師和同學們，再次感謝你們！
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畢業(yè) 設計 （ 論文 ） 任務書 （ 2012 屆） 題目 （中文）： 自動堆垛 機設計 （ 英文）： of 系 部 機械 工程 系 專業(yè) 班級 機械 設計 制造及其自動化 學生姓名 學 號 指導教師 系負責人 (簽 章 ) 日 期 ： 一、 畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容與具體要求 （任務及背景、工作環(huán)境、成果形式、著重培養(yǎng)的能力、有實驗環(huán)節(jié)的要提出主要技術指標 、 要求） 本課題 的研究對象為自動堆垛 機，重點研究 自動堆垛機 的機械傳動系統(tǒng)設計和 制系統(tǒng)設計，通過分析 自動堆垛機的工作原理，完成自動堆垛機的機械傳動系統(tǒng)設計、驅(qū)動電動機選擇和 制系統(tǒng)設計。 本課題成果形式為設計類論文，內(nèi)容包括自動堆垛機工作原理的分析、傳動系統(tǒng)設計、電動機選擇和 制系統(tǒng)設計等內(nèi)容。 需要根據(jù) 自動堆 垛 機工藝特點 確定 ， 設計 制流程 等 。 本課題重點培養(yǎng)學生機械傳動設計和 要學生在充分了解工藝控制需求的基礎上，通過分析完成自動堆垛機的綜合設計。 二、畢業(yè)設計（論文）進度安排 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 1．第 1~2 周 2．第 3~4 周 3．第 5~8 周 4．第 9~10 周 5．第 11 周 6．第 12 周 查閱與本課題相關的技術資料，落實該課題的主要問題； 確定課題的總體控制方案； 機械及控制系統(tǒng)硬件設計 控制系統(tǒng)軟件設計 設計綜合 畢業(yè)設計總結，完成畢業(yè)論文 三、 所需的資料和主要參考文獻 1． 提供有關 自動堆垛 機 的基本技術資料 ； 2． 查閱有關 自動堆 垛 機 的機械、電氣控制等方面的技術資料 ； 3． 查閱有關電動機、傳感器、 面的書籍； 4． 查閱有關機電一體化綜合設計方面的技術資料 ； 5． 查閱有關西門子、歐姆龍、三菱公司 技術資料等。 注： 1. 本任務書一式 兩 份， 須雙面打印。 由指導教師填寫并經(jīng)所在系審核確認 后交系部 ； 2. 本任務書 一份 須與學生的畢業(yè)設計（論文）一并存檔 ，另一份系部存檔 ； 3. 指導教師、學生 可 各執(zhí)一份 復印件，供檢查論文進度時使用。 自 動 堆 垛 機 設 計 目 錄 摘 要 .............................................................................................................. 13 第 1 章 緒論 ................................................ 15 第 2 章 堆垛機總體設計 ...................................... 16 垛機的設計參數(shù) ................................................... 16 垛機的工藝流程 ................................................... 17 垛機平面示意圖 ................................................... 17 垛 機的結構設計 ................................................... 18 垛機總體尺寸 ..................................................... 18 動系統(tǒng)的選擇 ..................................................... 18 轉(zhuǎn)機構的基本設計 ................................................. 18 降機構的基本設計 ................................................. 19 動電機的選擇 ..................................................... 20 第 3 章 齒輪與軸的設計 ...................................... 21 .......................................................... 21 擇齒輪精度等級，材料，熱處理方式及齒數(shù) ...................... 21 ................................................ 21 ...................................................................................... 23 齒所受的圓周力 ............................................................................................. 23 根彎曲疲勞強度校核 ..................................................................................... 24 度校核 ...................................................................................... 24 輪接觸強度校核 ............................................................................................. 25 的設計 ........................................................................................................................ 26 的結構工藝性 ................................................................................................. 26 的材料 ............................................................................................................. 26 .............................................................................................. 27 算軸的最小直徑 ............................................................................................. 27 定軸的各段尺寸和長度 ................................................................................. 28 ...................................................................................................... 28 .......................................................................................... 29 .......................................................................... 29 .................................................................................................. 29 第 4 章 控制系統(tǒng)的分析設計 .................................. 31 制系統(tǒng)的組成結構 .................................................................................................... 31 制系統(tǒng)的性能要求 .................................................................................................... 31 感器的選擇 ................................................................................................................ 32 置檢測裝置 ..................................................................................................... 32 覺傳感器 ......................................................................................................... 32 覺傳感器 ......................................................................................................... 32 制系統(tǒng) 選型及控制原理 ................................................................................ 33 .......................................................................... 33 .......................................................................................... 35 。隨著市場經(jīng)濟對型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當前迫切需要進行的技術改造之一。不管是采用人工堆垛 、半機械化堆垛還是全自動堆垛，首先要進行型鋼的垛型設計。本次設計的型鋼自動堆垛機性能良好、動作靈活、操作方便、故障率低、維護簡單方便，滿足了生產(chǎn)的需要。 本此設計的堆垛機是一種用于對成型鋼材自動打捆的設備。機械部分由單傳輥道、撥鋼機構、移鋼機構、分組機構、定位機構、平移機構、翻轉(zhuǎn)機構和垛臺升降及壓緊機構等8 個子機構，和 制部分組成的成型鋼材自動打捆生產(chǎn)線。它的主要優(yōu)點在于實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線的自動控制，從而提高堆垛機的堆垛效率，這也是現(xiàn)今鋼材堆垛打捆和以后發(fā)展的趨勢。堆垛機的制造成本較低，這對任何企業(yè)來說 都是一個很重要的參考依據(jù)。 關鍵字： 堆垛機；翻轉(zhuǎn)機構； 能控制 n of an of or we of of to of is an of by a of LC of to in of of is a 1 章 緒論 本文針對國內(nèi)傳統(tǒng)的型鋼生產(chǎn)線一般都沒有專門的自動堆垛設備。隨著市場經(jīng)濟對型鋼產(chǎn)品要求的提高，傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)的型鋼堆垛已成為當前迫切需要進行的技術改造之一。不管是采用人工堆垛、半機械化堆垛還是全自 動堆垛，首先要進行型鋼的垛型設計。 本課題的研究對象為自動堆垛機，重點研究自動堆垛機的機械傳動系統(tǒng)設計和 制系統(tǒng)設計，通過分析自動堆垛機的工作原理，完成自動堆垛機的機械傳動系統(tǒng)設計、驅(qū)動電動機選擇和 制系統(tǒng)設計。 本課題成果形式為設計類論文，內(nèi)容包括自動堆垛機工作原理的分析、傳動系統(tǒng)設計、電動機選擇和 制系統(tǒng)設計等內(nèi)容。需要根據(jù)自動堆垛機工藝特點確定 ，設計 制流程等。 第 2 章 堆垛機總體設計 堆垛機的總體設計是設計人員在根據(jù)工廠所需要的成型鋼材堆垛機，對堆垛 機作出的初步的、總體的設計。堆垛機總體設計主要包括：確定堆垛機的工藝流程、堆垛機平面示意圖的初步確定、主要機構的簡單結構設計、總體尺寸的確定、堆垛機驅(qū)動裝置的確定和控制系統(tǒng)的設計。 垛機的設計參數(shù) ⑴ 堆垛機堆垛的型鋼為： 20 槽鋼，根據(jù)（ 07— 88）結構參數(shù)圖 2 圖 2線密度為 2 5 . 7 7 7 /k g m? ?線；型鋼長度為 8～ 10m。 ⑵ 堆垛速度約為 4 分鐘／捆； ⑶ 班垛能力為 450～ 470 噸 /班； ⑷ 堆垛成捆的型鋼作到一頭齊，符合國家堆垛包括標準 89； 本堆垛機堆垛方式是槽鋼是 6 根 /層，每層分為上下正反兩排如圖 2垛的型鋼型號為 20 槽鋼 ,定尺長度范圍 8～ 10 米。 圖 22)工藝參數(shù) 槽鋼 1)G=0*3=）電磁鐵 306*4=1224 ）電磁鐵邊距軸心 L=1065 4）其它重為 200）傳遞的扭距 T=0*（ 224+200） =m 垛機的工藝流程 軋制好的鋼材經(jīng)單傳輥道輸送到堆垛機上，再由撥鋼機構將鋼材撥到移鋼機構的鏈條上，然后由移鋼機構將鋼材輸送到定位機構，中途有分組機構將鋼材分為 3 根一組，分好組的鋼材到定位機構后被精確的定位后，再由平移機構送至垛臺上，下一組分好組的鋼材被定位機構定位后，經(jīng)由翻轉(zhuǎn)機構旋轉(zhuǎn) ?180 送至垛臺上，垛臺上的鋼材排成了形如圖 2后垛臺下降相應的高度，使下一輪堆垛的鋼材和這一次的高度相 等。經(jīng)過 4 次循環(huán)后，垛臺上的鋼材就排成了 6 根 /層，共 4 層的形狀。然后由壓緊機構把鋼材壓緊，到此堆垛過程結束，再由垛臺輸送輥道將堆垛號的鋼材輸送出去。堆垛機按這個順序再進行下一輪的堆垛。 垛機平面示意圖 根據(jù)現(xiàn)場要求、堆垛機的工藝流程和其他同類設備初步確定堆垛機的結構分布如圖 2— 3 所示。該堆垛機相當于簡單的流水生產(chǎn)線，槽鋼進入單傳輥道依次通過撥鋼機構、移鋼機構、分組機構、定位機構、平移機構（或翻轉(zhuǎn)機構）最后到垛臺升降機構及壓緊機構最后結束堆垛任務。 圖 2垛機結構分布圖 垛機的結 構設計 根據(jù)上述工藝過程和圖 2— 3 可得，該設備由以下主要機構組成：單傳輥道、撥鋼機構、移鋼機構、分組機構（槽鋼分組機構）、定位機構、平移機構、翻轉(zhuǎn)機構和垛臺升降機構及壓緊機構。 垛機總體尺寸 由現(xiàn)場的技術要求和同類設備可以初步確定堆垛機的總體尺寸約為： 長×寬×高1 2 6 0 0 7 3 0 0 3 1 0 0m m m m m m? ? ?。 動系統(tǒng)的選擇 考慮到以上各種傳動的特點各機構的傳動方式選擇如下： 由單傳輥道、撥鋼機構和移鋼機構的結構特點、運動特性和參考同類設備，該三部分均道選取三相交流異步電動機直接驅(qū)動。由 于單傳輥道與撥鋼機構的交錯布置且傳動距離較長（約 6m），其選擇分布式驅(qū)動，而撥鋼機構和移鋼機構之間平行布置并且驅(qū)動功率不太大，撥鋼機構需要頻繁啟動，因此選擇分別集中驅(qū)動。如圖 2— 3 所示，撥鋼機構和移鋼機構的電動機分布方式，撥鋼機構是將電動機布置在一端，而移鋼機構是將電動機布置在兩根輸出軸的一端。撥鋼過程中撥抓只需克服單根槽鋼與滾筒之間的滑動摩擦，因此載荷較小需要傳遞的最大扭矩也較小，綜合考慮現(xiàn)場其他結構的布置情況將電動機布置在傳動軸的一端。移鋼機構在工作時，由于傳動距離較大 (約 且載荷較撥鋼大的多 ，軸較長，最大扭矩較大，因此將電動機布置在兩根軸的中間，這樣單根軸所承受的最大扭矩要小得多。 而分組、定位、平移和垛臺升降及壓緊動作較簡單（多為直線運動），且載荷不太大這里選擇液壓驅(qū)動。用液壓缸的伸縮來完成分組、定位、翻轉(zhuǎn)和垛臺升降及壓緊，用液壓馬達來實現(xiàn)平移。各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置 ,不需要復雜的傳動系統(tǒng)。 翻轉(zhuǎn)機構的運動為軸的旋轉(zhuǎn)運動，它的動力系統(tǒng)的主要要求為低速可調(diào)，交流電動機不能滿足要求，直流電動機雖然有低速可調(diào)的性能，但是直流電動機價錢昂貴，也不能選取，液壓傳動的鮮明特點就是低速可調(diào) ，所以我們最后選液壓傳動作為翻轉(zhuǎn)機構的動力源。 轉(zhuǎn)機構的基本設計 翻轉(zhuǎn)機構是將三根型鋼反扣到垛臺上。這是一個低速運行的機構。相對于整個系統(tǒng)來說，翻轉(zhuǎn)機構還要考慮時間因素。 計的基本要求 翻轉(zhuǎn)機構的電磁鐵要滿足能吸住 3 根鋼材所要求的磁力；軸要滿足翻轉(zhuǎn)臺自重和鋼材自重所產(chǎn)生的扭矩；齒輪要能承受傳遞扭矩所產(chǎn)生的力；液壓缸要能產(chǎn)生出機構所需要的力，并滿足相應的強度條件。 計的基本思路 軸根據(jù)機構所需要的扭矩和型鋼的長度來確定軸的具體尺寸，并根據(jù)彎扭強度校核來校核軸。齒輪根據(jù)要 傳遞的力來確定具體尺寸，并對齒輪進行彎曲強度校核和接觸強度校核。液壓缸根據(jù)所需要產(chǎn)生出的力來確定液壓缸的基本尺寸，從而選出液壓缸的型號，并對液壓缸的桿進行穩(wěn)定性和強度校核。翻轉(zhuǎn)機構的時間因素由 制來調(diào)節(jié)處理。最終設計如圖 2 圖 2轉(zhuǎn)機構 降機構的基本設計 升降機構是堆垛機最后堆垛的一個平臺。鋼材分為 6 根一層堆垛在垛臺上，然后垛臺下降一定的高度讓下一層的鋼材跟上一層的鋼材處于同一高度進行堆垛。他的基本組成有垛臺、升降液壓缸 。 計的基本要求 垛臺能承受 24 根鋼材的重量；液壓缸能承受 24 根鋼材和垛臺的自重所需要的力。 計的基本思路 根據(jù)簡直梁的原理對垛臺進行彎曲強度校核。根據(jù)液壓缸所要求的力來計算液壓缸的具體尺寸，從而選出液壓缸的型號，并對液壓缸的桿進行穩(wěn)定性和強度校核。 動電機的選擇 首先，在選用電動機前應當考慮以下問題： (1)在機械與電氣方面對反復起動停止的操作都應有充分的耐久性； (2)應完全適合負載的速度與轉(zhuǎn)矩特性； (3)速度的可控性良好； (4)慣性矩小，體積小而且重量輕； (5)輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)應適宜于減速裝置的結構； 通過分析水平運行電機的各種運行狀況，帶載加速功率應當是最大值，其計算如下： 0/ 0 0)1 0 0 0/()(P m a ???????? ??對于垂直運行電機，其功率的計算如下： P=m3×g×1000×η)=1000×1000× 通過計算分析可以清楚地發(fā)現(xiàn)，堆垛機工作方向的運動較水平方向?qū)τ陔妱訖C的功率要求更高，因此只要把垂直方向的電機功率選擇好，就可以滿足其它運動對于電動機功率的要求?？紤]到可能發(fā)生的過載情況，對于垂直電機的選取，我們選擇 電動機。而對于水平電機和貨叉電機，選擇同樣的電機也是完全滿足要求的。因此，本設計所選擇的電動機主要參數(shù)如下，圖 2動機型號： Y 型 132定功率： 定轉(zhuǎn)速： 440 額定電流： 2電機示意圖 第 3 章 齒輪與軸的設計 輪的設計 翻轉(zhuǎn)機構的齒輪是開式齒輪傳動，所以根據(jù)齒根彎曲疲勞強度作為設計準則，按齒面接觸疲勞強度進行校核。 擇齒輪精度等級，材料，熱處理方式及齒數(shù) 對與低速輕載荷的齒輪，主要失效方式是齒面磨損，需有一定的機械性能，可選用中碳鋼或灰鑄鐵或球墨鑄鐵，這里為單件小批量生產(chǎn)，所以大小齒輪均為 45 號鋼，其中小齒輪為調(diào)質(zhì)處理，硬度為 250扇形齒輪為正火，硬度為 210 根據(jù)傳動比要求，這里的傳動比要求為 ，開式齒輪齒面易磨損，欲讓齒厚些，適當取大些模數(shù)，因此去少些齒數(shù)，初擬小齒輪數(shù)是 2，則大齒輪數(shù)為 98。選用精度等級為 8 級。 輪的基本參數(shù) 尺寬系數(shù)d?的選取 考慮為開式齒輪，且小齒輪為兩支承不做對稱分布，大小齒輪均為硬齒面時，齒寬系數(shù)d?應取表中偏下限值。由機械設計中表 10定 8.0?d?。 齒形系數(shù)由機械設計表 10可查出齒形 系數(shù)： 彎曲疲勞壽命系數(shù)的選取 由機械設計中圖 10可查出彎曲疲勞壽命系數(shù)，由應力循環(huán)次數(shù) N 很小，所以取 彎曲疲勞強度極限的選取 由機械設計中圖 10c）中按齒面硬度查得小齒輪彎曲疲勞強度極限。 801? 。 計算許用應力 取安全系數(shù)為 ，由計算公式計算得： ? ? i ??? ?? 確定載荷系數(shù) K 計算載荷系數(shù) K 的公式：?? A ????由機械設計表 210? 得使用系數(shù) K , 由機械設計圖 810? 得動載系數(shù) K, 由機械設計表 310? 得齒間載荷分配系數(shù) K, 由機械設計表 410? ，并結合小齒輪的齒寬系數(shù)d?和齒寬 b 得齒向載荷分布系數(shù) K 。 綜合各系數(shù)的值得出 ?????????? 4 92/1 ?? ? ?3 21 12 F ? ??(3式中： 1T 的單位式 ? ?F? 的單位為 N 代入數(shù)據(jù)得 。 根據(jù)機械原理表 10柱齒輪標準模數(shù)系列表（ 1357— 1987）中模數(shù)系列，我們選用 m=8圖 3 圖 3輪 齒輪的基本尺寸計算 分度圓直徑： 7 682211 ???? (3基圓直徑： ???? ??(3齒全高： ? ? ? ?12 2 2 1 0 . 2 5 8 1 8ah h h c m m m??? ? ? ? ? ? ? ?(3齒厚： 8 1 2 . 622ms m m?? ?? ? ?(3這里的齒輪是標準齒輪，所以 m ， ? ， h? ， c? 均為標準值， 其值為 8m? ， 20???，1h?? ， ? 。 齒所受的圓周力向力向載荷由軸的安裝結構可知，小齒輪所承受的扭矩是兩個翻轉(zhuǎn)臺的扭矩，所以 8 4 9 . 821 1 7 0 0 . 6 7 5 /1 ?? 則： t 6 6 4 7 5101 3 2 4 9211 ????? ? 1 2 7 220t 4 7 5t ???? ?? 0 7 9 320c o 4 7 5c o s ??? ?? 式中： 1T —— 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩， 1d —— 小齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑， ? —— 嚙合角，對標準齒輪， ??20? 根彎曲疲勞強度校核 分析：輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此，齒根處的彎曲疲勞強度最弱。當齒輪在齒頂處嚙合時，處于雙對齒嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂雖然最大，但力并不是最大，因此彎矩并不是最大。根據(jù)分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點位于單對齒嚙合區(qū)最高點時。因此，齒根彎曲強度也應該按載荷作用于單對齒嚙合區(qū)最高點來計算。以下便是對齒輪齒根的抗彎曲疲勞強度的校核過程。 由式（ 10－ 4） ][? ?? ???? 對小齒輪校核。 根 據(jù)已知條件齒數(shù) 22?z ， 查表 510? 得： M P ? ?????由前面的數(shù)據(jù)可知： ?? 。 即： ][ ? ? 則小齒輪的設計滿足設計要求。 根彎曲疲勞強度校核 分析：輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此，齒根處的彎 曲疲勞強度最弱。當齒輪在齒頂處嚙合時，處于雙對齒嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂雖然最大，但力并不是最大，因此彎矩并不是最大。根據(jù)分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點位于單對齒嚙合區(qū)最高點時。因此，齒根彎曲強度也應該按載荷作用于單對齒嚙合區(qū)最高點來計算。以下便是對齒輪齒根的抗彎曲疲勞強度的校核過程。 由機械設計式（ 10 ][0 ?? ?? ?????? 對此齒輪進行校核，由已知齒輪齒數(shù) 33Z? ，查表 510? ，得出齒形系 數(shù) 扇形齒輪的受力和小齒輪受力的大小是一樣的。 則 6475?。 代入數(shù)據(jù)得： M P .? ?????所以 M 28][ ?? ?? 。 即扇形齒輪的設計符合設計要求。 輪接觸強度校核 可以由機械設計式 )610( ? 校核接觸強度： [] ????? ? ? ? (3式中： ??—— 嚙合齒面上嚙合點的綜合曲率半徑， ?Z—— 彈性影響系數(shù)， 21 22 0 06 6 4 7 5 ??? 對于標準齒輪，節(jié)圓就 是分度圓，得 2? d?(32? d?(3節(jié)點嚙合的綜合曲率：21111 ??? ???(3代入數(shù)據(jù)得： 1 8 i 8 4 120s i 6 1s i i ??????? ???得 ? 查機械設計表 610? 得彈性影響系數(shù) ? 查機械設計圖 10d）得齒輪的接觸疲勞強度極限 ? ?H? 取 ? ? 170?? 代入數(shù)據(jù)得： M P 2 ???? 由 ? ? M 170?? ?? 所以扇形齒輪和 小齒輪的齒根彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度均滿足強度要求。 的設計 根據(jù)翻轉(zhuǎn)機構的結構設計，該機構一共有 4 根軸，位于兩邊的軸的扭矩最大為中間兩軸的兩倍，屬于重要的軸，所以在此設計位于兩邊的軸。 的結構工藝性 在設計軸的結構時，應盡可能使軸的形式簡單，并有良好堵塞加工和裝配工藝性能，以減少勞動量，提高勞動生產(chǎn)率和降低應力集中。 設計時應考慮以下幾點： 的臺階數(shù)越少越好，相鄰兩段的過度臺階應滿足軸肩的要求。 位。 頭、軸徑的端部都應有倒角，當軸上需開橫孔時，孔端也應有倒角，一般用 #45 。 徑、圓半徑、倒角、鍵槽等尺寸應符合標準和規(guī)定。 周半徑、倒角、中心孔等尺寸應盡量取同樣尺寸。 必要時可以設置砂輪越程槽和退刀槽，以便于磨削加工或切制螺紋。 的材料 根據(jù)工作要求可知此軸為傳動軸。 軸的材料主要是碳綱和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性 較底，同時也可以用熱處理或化學處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故用碳鋼制造軸優(yōu)先考慮，其中最常用的是 45 鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能，但價格比較貴。因此傳遞大動力，并要求減少尺寸與重量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫下的軸，常采用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（低于 0200C ）時，各種碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不多，因此在選擇鋼的種類和確定鋼的熱處理方法時，根據(jù)的是強度與耐磨性，而不是軸的彎矩或扭矩剛度。 但也應當注意，在即 定條件下，有時也可以選擇強度較低的鋼材，而用適當增大軸的截面面積的方法來提高軸的剛度。 根據(jù)以上可以選軸的材料選為 45 鋼。 齒輪軸上的受力 前面我們已經(jīng)求出作用在小齒輪上的力，同時這些力也作用在小齒輪軸上。 即： t 6 6 4 7 5101 3 2 4 9211 ????? ? 1 2 7 220t 4 7 5t ???? ?? 0 7 9 320c o 4 7 5c o s ??? ?? 算軸的最小直徑 我們是按扭轉(zhuǎn)強度條件來計算軸的最小直徑，這種方法只按軸的扭矩來計算軸的強度：如果還受不大的彎矩時，則用降低需用扭 轉(zhuǎn)切應力的方法予以考慮。在做軸的結構設計時，通常用這種方法來初步估算軸的直徑。對于不大重要的軸，也可作為最后的計算結果。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： ? ?T ?? ?? (3式中： T? —— 扭轉(zhuǎn)切應力， T —— 軸所受的扭矩， ； — 軸的抗扭截面系數(shù)， 3 ? ?T? —— 許用扭轉(zhuǎn)切應力， 查《機械設計》表 15常用幾種材料的 ? ?T? 及0 45 號鋼的 ? ? 5?? 。 由 軸 的 工 作 情 況 可 知 ， 安 裝 齒 輪 的 軸 所 受 的 扭 矩 最 大 ， 其 大 小 為 ：??? 4 2 42 。 軸的抗扭截面系數(shù)為：163 (3由以上的公式得：? ?3 16 ?? ?? T 代入數(shù)據(jù)得： 4 91636 ????? 考慮軸上要安裝鍵，為安全起見，我們?nèi)。? 10? 軸的最小直徑顯然在軸端安裝軸承處，為了使所選的軸直與軸承的孔徑需同時選取軸承型號。查機械零件設計手冊，由 列圓錐滾子軸承選取 7622E。 定軸的各段尺寸和長度 上面的計算得出該端軸的直徑為 110小齒輪寬 200機械零件設計手冊得軸承的寬度為 時查出軸承擋圈和軸承端蓋的長度，總計為 37后取該段軸的總長為 337 個軸承，同時配合型鋼的長度要求，我們?nèi)≡摱屋S的長為 997于軸的定位肩的高度 h 一般取為（ d，取軸的直徑為 130時我們將與軸配合的軸承選取出來，查機械零件設計手冊，得出軸承選用 27326E。 度取 814徑取 140 直徑為 130度的選取根據(jù)后面的聯(lián)軸器的選取得出為 212 軸器的選擇 由于機器啟動時的動載荷和運轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過載現(xiàn)象，所以應當按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計算轉(zhuǎn)矩算公式為： ?(3式中： T —— 公稱轉(zhuǎn)矩， — 工作情況系數(shù)。 選取工況系數(shù)為 K ，由軸上的轉(zhuǎn)矩為 ? 得 ??? 8 2 取 聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩 ? ? ? 8000 。從而 ? ? ，滿足設計要求。 又因為 12以前面我們?nèi)〉谒亩屋S的長度為 212 上零件的軸向定位 齒輪，半連軸器的周向定位均采用平鍵連接。由第一段的軸的直徑為 110于鍵長不宜超過（ d，所以取 20? 。查《機械設計》表 6— 1 查得平鍵截面201628 ????? ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，選取齒輪輪彀與軸的配合為67連軸器選用平鍵為 8 01628 ????? ，半連軸器與軸的配合為67動軸承與軸的軸向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 6m 。 定軸上的圓角和倒角的尺寸 根據(jù)《機械設 計》表 15零件倒角 c 與圓角半徑 R 的推薦值選出端倒角： ??453 ，圓角為： 。 定軸上的載荷 軸上的受力如圖所示： 由前面計算得： 6475?， 1272? 。 翻轉(zhuǎn)臺的總重： G=5492N。 各段的長度如圖所示。 彎扭合成應力校核軸的強度 這里只校 核危險截面 a 的強度，根據(jù)《機械設計》以及上表中的數(shù)據(jù)，我們?nèi)? 。 計算軸的 a 點出的抗彎截面系數(shù)： 33 1 3 3 1 0 032 a ?? ? (3則，軸的計算應力： 0 1)( 212 ??? ?? (3由于前面已經(jīng)選定軸的材料為 45 號鋼，調(diào) 制處理。查表《機械設計》表 15用彎曲應力 ? ? 1801 ??? 因此 ? ?1??故 設計符合要求。 第 4 章 控制系統(tǒng)的分析設計 堆垛機控制系統(tǒng)的設計是整個堆垛機設計的關鍵和核心。它在結構和功能上的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高堆垛機整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前堆垛機廣泛采用的控制器結構及 出了采用 控制方法。 制 系統(tǒng)的組成結構 堆垛機的控制部分可分為 4 個部分：堆垛機及其感知器、環(huán)境、任務、控制器。堆垛機是由各種機構組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測和信息交互；環(huán)境即指堆垛機所處的周圍環(huán)境；任務是指堆垛機要完成的操作，它需要適當?shù)某绦蛘Z言描述，并把它們存入控制機中，隨著系統(tǒng)的不同，任務的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當于堆垛機的大腦，它以計算機或?qū)Ｓ每刂破鬟\行程序的方式來完成給定的任務。 控制系統(tǒng)的硬件一般包括 3 個部分： (1)感知部分 用來收集堆垛 機的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受堆垛機的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受堆垛機的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。 (2)控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計算機相應的接口等。 (3)驅(qū)動部分 為了使堆垛機完成操作及移動功能，堆垛機各關節(jié)可選用氣動、液動、電氣等方式驅(qū)動。 制系統(tǒng)的性能要求 對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求： (1)穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復到原平衡點狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求 ，對穩(wěn)定性的研究是自動化控制系統(tǒng)中的一個基本問題。 (2)過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標，控制系統(tǒng)設計的任務之一就是在兼顧其他性能指標的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或 者小于某個允許的限制值。 感器的選擇 傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。 根據(jù)本設計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測堆垛機動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成堆垛機對物料的識別。 置檢測裝置 在本設計中，當堆垛機執(zhí)行左旋 /右旋，前伸 /回縮，上升 /下降等動作時，應有相應的位置檢測裝置檢測動作是否 到位，常用的位置檢測裝置是行程開關。行程開關又稱限位開關，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。 本設計中采用直線接觸式行程開關檢測堆垛機動作是否到位，當運動到指定位置時，碰到行程開關，終結上一個動作，準備執(zhí)行下一個動作。 覺傳感器 堆垛機吸取物體時按吸力的大小可分為硬吸取 和軟吸取。硬吸取是吸盤用最大的吸力吸取物體，以保證可靠性；軟吸取方式是吸盤使吸力保持在能穩(wěn)固吸取物體的最小值，以避免損傷物件。軟吸取時吸力不夠時被吸物體會產(chǎn)生滑動，滑覺傳感器就是為了檢測滑動而設計的，可以檢測垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達到修正吸力，防止吸取物的滑動?；瑒觽鞲衅髦饕糜跈z測物體接觸面直接的相對運動的大小和方向，判斷是否吸住物體以及應用多大的吸力等。 覺傳感器 堆垛機 視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進行識別，本堆垛機采用顏色傳感器，根 據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的物料進行揀出。 目前，用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型：（ 1）色標傳感器，它使用一個白熾燈光源或單色 源；（ 2） 綠藍）顏色傳感器，它檢測物體的對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有： 電器和模擬輸出。 制系統(tǒng) 選型及控制原理 制系統(tǒng)設計的基本原則 一、 選擇 原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： (1) 確定 合理的結構型式 (2) 確定合理的 安裝方式 （ 3) 滿足 相應的功能 要求 (4) 滿足 響應速度 要求 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 (6) 機型 盡量 統(tǒng) 一 二、 確定 量 1）確定系統(tǒng)的實際輸入點數(shù) 系統(tǒng)由 啟動按鈕 停止按鈕 停按鈕 臂復位按紐 色 傳感器旋極限傳感器 旋極限傳感器 升限位傳感器 降限位傳感器手臂縮回 限位傳感器 臂伸出 限位傳感器 上升 限位傳感器 下降 限位傳感器 左旋 限位傳感器 右旋 限位傳感器 伸出 限位傳感器縮回 限位傳感器 工件檢測傳感器 統(tǒng)的自動 /手動控制開關 右旋轉(zhuǎn)、伸縮、吸放按鈕（ 為個輸入繼電器的外部控制點，共有 28個輸入點。 2）確定系統(tǒng)的實際輸出點數(shù) 系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動作，報警指示燈、原位指示燈及 自動 /手動指示燈工作，一 共 12個輸出點。 3）確定應選擇 點數(shù) ／ 此應該合理選用 ／ 滿足控制要求的前提下力爭使用的 I／ 必須留有一定的裕量。 通常 I／ 出信號的實際需要，再加上 10％ 到 15％的裕量來確定。 本系統(tǒng)的輸入、輸出實際需要 40個點，所以本系統(tǒng)的 出點數(shù)定為 48點比較合適，但輸入和輸出各應留有 裕量 。 4）確定系統(tǒng)同時接通輸入 /輸出點的數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32 點、 48 點等 ) ，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的 60％。 對同時接通的輸 /入輸出點的制約， 此系統(tǒng)是可以滿足的。 (1)系統(tǒng) 存儲容量 的選擇 ／ 很大程序上反映了 此可在 I／ 下式估算存儲容量后，再加 20％ 到 30％的裕量。 存儲容量（字節(jié)）＝開關量 I／ 10 ＋ 模擬量 I／ 100 A=40*10+0*100 =400（字節(jié)） 三、 確定 ／ 一般 I／ ／ ／ 擬量 I／ 同的 I／ 電路及功能也不同，直接影響 當根據(jù)實際需要加以選擇。 根據(jù)本課題要求，不需要用到模擬量 I／ 所以只需要對 開關