【導(dǎo)讀】功能是將散布在移動(dòng)的運(yùn)輸鏈上的線材集成盤(pán)卷，以便于運(yùn)輸。當(dāng)一卷己收集好的線卷。被卸下時(shí)，提供一個(gè)緩沖空間。集卷站有許多類型，本文主要針對(duì)垂直式雙芯棒集卷站進(jìn)行設(shè)計(jì)，它采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)擺動(dòng)油缸，帶動(dòng)傳動(dòng)主軸，然后帶動(dòng)芯棒旋轉(zhuǎn)，起到集卷和輸送線圈的目的。并校核了它們的強(qiáng)度。。

　　

【正文】 、 冷卻風(fēng)機(jī)、集卷站、稱重掛牌、卸卷站等。這 里 重點(diǎn)介紹高速線材廠單體最復(fù)雜的設(shè)備集卷站的控制。 集卷站設(shè)備包括撥爪、鼻錐、托盤(pán)、雙芯軸、盤(pán)卷筐、運(yùn)卷小車、壓板等，驅(qū)動(dòng)有液壓和直流拖動(dòng)等。集卷站的卞要作用是將斯太爾摩輥道運(yùn)輸來(lái)的散卷收集成盤(pán)卷，并使之掛在 PF 線的 C 型勾上。其工作過(guò)程 :散卷由斯太爾摩輥道進(jìn)入集卷 筒 ，當(dāng)盤(pán)卷堆積到一定高度時(shí)撥爪打開(kāi)，盤(pán)卷跌落在承卷平臺(tái)上 。當(dāng)集卷簡(jiǎn)中的盤(pán)卷再次達(dá)到指定高度時(shí)，承 卷平臺(tái)慢速下降一段距離后停止。此過(guò)程重復(fù)數(shù)次，當(dāng)盤(pán)卷末端完全進(jìn)入集卷簡(jiǎn)后，延時(shí) 1s 左右撥爪合攏。與此同時(shí)，承卷平臺(tái)快速下降，鼻錐抬起。承卷平臺(tái)下降到低位后打開(kāi)，平臺(tái)打開(kāi)到極限位后芯軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，而承卷平臺(tái)開(kāi)始提升 。芯軸旋轉(zhuǎn)到位后，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 31 若承卷平臺(tái)己升到最高位，則放下鼻錐，合攏承卷平臺(tái)。運(yùn)卷小車由卸卷位快速行至接卷位，盤(pán)卷筐抬起到最高位，托住盤(pán)卷，然后壓板和擋板動(dòng)作，扶住盤(pán)卷，運(yùn)卷小車快 速行至卸卷位置 。打開(kāi)擋板、壓板，盤(pán)卷筐降到低位，準(zhǔn)備下次循環(huán)。 這里有兩種驅(qū)動(dòng)方式 :承卷平臺(tái)的升降由直流電機(jī)拖動(dòng) 。芯軸轉(zhuǎn)換、運(yùn)卷小 車行走、盤(pán)卷筐、壓板則由液壓比例閥控制。這是兩種完全不同的控制對(duì)象 :直流電機(jī)是典型的雙閉環(huán)系統(tǒng) (電流環(huán)和速度環(huán) )，而液壓比例閥是帶死區(qū)的線性系統(tǒng)。這兩種驅(qū)動(dòng)的控制方式也大不相同。 高線基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用以 PLC 為核心的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 PLC 機(jī)型采用 GE Fanuc 9070。 HMI 操作站采用 CIMP LICITY 人機(jī)接口系統(tǒng)。監(jiān)控網(wǎng)采用通用以太網(wǎng)，連接 PLC 與各 HMI 操作站系統(tǒng)，用于傳輸人機(jī)接口 (HMI)的監(jiān)控操作信息，并可通過(guò)該網(wǎng)進(jìn)行 PLC 編程監(jiān)控。由 PLC 下掛的傳動(dòng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用 ProrfiBus DP， 連接各個(gè)直流傳動(dòng)裝置和變頻器。全線通過(guò)配備三級(jí)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，相互通信、資源共享、并行運(yùn)算、形成集中管理分散控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。由于控制分散，可靠性增強(qiáng)，局部設(shè)備的故障不影響全局，而監(jiān)控集中，則可使操作及管理人員掌握全局。 從工藝流程可以看出，集卷站的控制主要是邏輯聯(lián)鎖和順序控制，主要包括 : 1)集卷筒 隔板裝置的打開(kāi) /閉合控制 。 集卷筒升 /降和高度控制 。 空氣吹掃裝置控制。 2）線圈底盤(pán) 線圈底盤(pán)升 /降和高度控制 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 32 集卷室門開(kāi) /閉控制。 3)雙芯棒 雙芯棒旋轉(zhuǎn)控制 。 內(nèi)芯棒升 /降和 高度控制。 4)運(yùn)卷小車 運(yùn)卷小車行走控制 。 運(yùn)卷小車升 /降和高度控制 。 盤(pán)卷對(duì)中控制。 根據(jù)以上工藝要求，集卷 設(shè)備 的控制系統(tǒng)選用了西門子公司高性能的 S7400PLC 可編程控 制系統(tǒng)，它是一種先進(jìn)的可編程邏輯控制器。其容易安裝和配置，并提供先進(jìn)的編程環(huán)境。 由于集卷的 PLC 控制系統(tǒng)較為復(fù) 雜，且不是此次設(shè)計(jì)的主要部分， 這里僅僅 介紹重點(diǎn)控制程序。 1．集卷筒內(nèi)線圈高度控制 主要用來(lái)控制線卷在分離爪上的預(yù)收集、以及線卷收集過(guò)程中，托板下降時(shí)的高度控制。高度控制是基于光電管對(duì)筒內(nèi)線卷頂部所到位置的檢測(cè)來(lái) 進(jìn)行的，集卷筒內(nèi)沿垂直位置從上到下共裝設(shè)了三個(gè)光電管以檢測(cè)線卷頂部所到達(dá)的不同高度，以實(shí)現(xiàn)集卷筒內(nèi)線卷收集的控制。當(dāng)最下面的光電管檢測(cè)到線卷時(shí)，分離爪不允許伸出，當(dāng)處于中間高度的光電管檢測(cè)到線卷時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)分離爪當(dāng)前所處的狀態(tài)和其他連鎖信號(hào)來(lái)決定下一步的動(dòng)作，即若此時(shí)分離爪處于伸出位置，芯棒內(nèi)芯軸已完全升起并且芯棒已處于其工作位置上，則分離爪縮回，線卷落至線卷托板上 。若分離爪此前已處于縮回位置，則起動(dòng)線卷托板升降傳動(dòng)，使線卷托板以 3 Hz的慢速下降 6s，并在此后該光電管每發(fā)一次信號(hào)，使托板以 3 Hz的慢速 下降 6s。將通過(guò) PLC 軟件來(lái)控制線卷托板傳動(dòng)實(shí)際的起內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 33 動(dòng)時(shí)間和停止時(shí)間。當(dāng)檢測(cè)線卷尾部的光電管給出 “風(fēng)冷線檢測(cè)到線卷尾部 ”信號(hào)時(shí)，線卷托板將被降到底線位置。線卷的尾部通過(guò)位于風(fēng)冷線的出口段處的 “線卷尾部檢測(cè) ”光電管來(lái)檢測(cè)。該信號(hào)用于在線 卷尾部進(jìn)集卷筒之前將線卷托板降到集卷筒以下。 當(dāng)標(biāo)志開(kāi)關(guān) (用于檢測(cè)集卷筒處有無(wú)鋼的接近開(kāi)關(guān) )無(wú)信號(hào)時(shí)，在操作人員手動(dòng)按下后增的分離爪關(guān)閉按鈕時(shí)，經(jīng)過(guò) 的延時(shí)關(guān)閉分離爪。 芯棒臂的 180176。旋轉(zhuǎn)動(dòng)作是由一液壓旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一電液比例換向閥來(lái)控制 。芯棒位置絕對(duì)編碼器安裝于芯棒回轉(zhuǎn)軸上。由于雙芯棒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，在調(diào)試過(guò)程當(dāng)中，雙芯棒存在運(yùn)行抖動(dòng)和沖擊行程末端機(jī)械擋塊的問(wèn)題，所以在程序設(shè)計(jì)當(dāng)中，在雙芯棒旋轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中采用四個(gè)階段分別給出旋轉(zhuǎn)速度，并且每個(gè)階段的行程各不相同，分別為 3176。,147176。,14176。,150176。 1176?？刂破魇挂簤洪y的流量以一定的斜率達(dá)到給定的流量，這四個(gè)階段的策略為初始段給定為最大值的 20%，接下來(lái)分別為60%,16%,10%,6%(見(jiàn)圖 15)。這樣的控制能夠使得雙芯棒以比較平穩(wěn)的速度旋轉(zhuǎn)，避免造成雙芯棒運(yùn)行時(shí)的抖動(dòng)，以及避免到達(dá)末端 時(shí)對(duì)機(jī)械擋塊的沖擊。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 34 圖 1雙芯棒旋轉(zhuǎn)行程及各階段給定示意圖 雙臂芯棒內(nèi)芯軸裝置是由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)的。提升機(jī)構(gòu)是固定的 (不旋轉(zhuǎn) )，動(dòng)作時(shí)將位于集卷筒處垂直位置的芯棒臂的內(nèi)芯軸升起，提升行程為 325 mm。當(dāng)芯棒升起過(guò)程中碰到鼻錐時(shí)以及當(dāng)芯棒下降要將鼻錐放到分離爪上時(shí)，提升機(jī)構(gòu)以慢速運(yùn)行。 當(dāng)內(nèi)心軸完全升起時(shí)，內(nèi)心軸將鼻錐從支撐分離爪上托起。提升缸由 “芯棒提升電液比例換向閥 ”控制。該閥既作為方向控制閥又作為比例流量控制閥。 當(dāng)提升時(shí)，提升機(jī)構(gòu)將快速移動(dòng)直到線性位移傳感器到達(dá)程序設(shè) 定的 “芯棒內(nèi)芯軸上升降速 ”位置時(shí)發(fā)出降速信號(hào)。然后，提升機(jī)構(gòu)會(huì)以慢速繼續(xù)完成提升行程。當(dāng)線性位移傳器到達(dá)程序設(shè)定的 “芯棒內(nèi)芯軸上位 ”時(shí)，提升慢速被切除，提升速度降為零。 當(dāng)下降時(shí)，提升機(jī)構(gòu)起動(dòng)以慢速下降，直到 “芯棒內(nèi)芯軸上位 ”的信號(hào)消除。然后，提升機(jī)構(gòu)將切換為快速繼續(xù)下降。當(dāng) “芯棒內(nèi)芯軸下位 ”發(fā)出信號(hào)時(shí)，快速下降被切除，提升機(jī)構(gòu)以慢速降速直至停止。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 35 結(jié)束語(yǔ) 雙臂芯棒式集卷 器 近幾年來(lái)在高速線材軋機(jī)生產(chǎn)線上已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著高速線材軋機(jī)的發(fā)展，對(duì)集卷 設(shè)備 時(shí)要求也越 來(lái)越高。如在集卷筒內(nèi)增設(shè)線圈分配器，使線圈在下落過(guò)程中沿圓周均勻分布，可以使線圈更加密實(shí)，減少了集卷后的高度，方便運(yùn)輸，這對(duì)大盤(pán)卷很有意義。因此，在集圈站的設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工藝要求相應(yīng)地增設(shè)一些輔助設(shè)施。使集卷站能更好地滿足生產(chǎn)要求。 以上是此次設(shè)計(jì)的全部具體內(nèi)容，將設(shè)計(jì)結(jié)果分別歸類如下： （ 1）芯棒：非標(biāo)準(zhǔn)件，卷筒內(nèi)徑 1500mm，卷筒高度 3351mm （ 2）主軸（見(jiàn)零件圖）：材料為 45 鋼 （ 3）主電機(jī)：功率 15Kw （ 4）擺動(dòng)油缸： UBFZS160 型的法蘭式軸輸出雙齒條擺動(dòng)油缸 （ 5）鍵： C 型鍵 bhL=4022180, bhL=4525200。 （ 6）聯(lián)軸器： JM116 型膜片聯(lián)軸器 （ 7）其他具體設(shè)計(jì)見(jiàn)說(shuō)明書(shū)內(nèi) 至此，此次有關(guān)集卷 設(shè)備 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主體部分已全部完成 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 36 參考文獻(xiàn) [1] 鄒家祥主編 軋鋼機(jī)械 冶金工業(yè)出版社 2021 [2] 成大先主編 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) 第五版 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 [3] 彭文生、李志 明 黃華梁主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2021 [4]《線材生產(chǎn)》編寫(xiě)組 線材生產(chǎn) 冶金工業(yè)出版社 1983 [5] 房世興 主編 . 高速線材軋機(jī)裝配技術(shù) . 冶金工業(yè)出版社 1997 [6] 劉鴻文主編 材料力學(xué) 高等教育出版社 1991 [7] 燕來(lái)生主編 工程材料 內(nèi)蒙古人民出版社 2021 [8] 稱作模、孫桓主編 機(jī)械原理 高等教育出版社 2021 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 37 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是我們對(duì)我們四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)和應(yīng)用，及鍛煉了我們的實(shí)際觀察能力，和動(dòng)手動(dòng)腦能力。在劉云峰老師的耐心的指導(dǎo)下，我、張仲起和張浩東同學(xué)按時(shí)完成了這次集卷 設(shè)備 的設(shè)計(jì)工作，其中集卷 設(shè)備 的升降部分張仲起設(shè)計(jì)， 芯棒 旋轉(zhuǎn)部分 由我設(shè)計(jì)，集卷小車由張浩 東設(shè)計(jì) 。 在設(shè)計(jì)中 我們 遇到了各種難題經(jīng)過(guò)我們不懈的努力和劉老師的指導(dǎo)，同學(xué)們的 相互幫助 下 最終順利完成，期間我遇到最艱難的部分是 主軸扭轉(zhuǎn)力 與 扭轉(zhuǎn) 力距的計(jì)算，因?yàn)榧硇D(zhuǎn)設(shè)備這一塊 的主要參數(shù) 都缺失 ，而這一部分 是 開(kāi)始的設(shè)計(jì) 計(jì)算的關(guān)鍵部分，由于數(shù)據(jù)都是我根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀況自己設(shè)定的，所以在計(jì)算的過(guò)程中出現(xiàn)了多次不合理的情況，如加速度的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致扭矩過(guò)小，不符合實(shí)際情況。還有的彎矩計(jì)算時(shí)，簡(jiǎn)化處理時(shí)，處理的不得當(dāng)，導(dǎo)致后面的計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過(guò)設(shè)計(jì)我明白，一些 看似簡(jiǎn)單 的問(wèn)題 ，而它在這個(gè)設(shè)計(jì)中所起的作用又是非同小可。由 這幾 次 的失誤我更加了解到機(jī)械行業(yè)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性，它不容有半點(diǎn)粗心大意，這也為我以后工作作了一次重要性的提示。 在設(shè)計(jì) 集卷 設(shè)備 的同時(shí)我們涉及 的 知識(shí)面很廣，充分的利用了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，使以前的知識(shí)得到了恰當(dāng)?shù)挠袡C(jī)融合。期間涉及到的知識(shí)來(lái)源于我們先前所學(xué)的課本有：《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械制圖》等。《機(jī)械設(shè)計(jì)》中所運(yùn)用到的知識(shí)有軸 的設(shè)計(jì)和校核， 聯(lián)軸器 及鍵的 選擇和 校核，《理論力學(xué)》中所運(yùn)用到的知識(shí)是 扭轉(zhuǎn)力與扭轉(zhuǎn) 力距的計(jì)算；《材料力學(xué)》中所運(yùn)用到的知識(shí)是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距的計(jì)算；《 機(jī)械制圖》中 的知識(shí)主要應(yīng)用于各類零部件的繪制，占有很主要的一部分。其中《機(jī)械設(shè)計(jì)》的知識(shí)在設(shè)計(jì)中占有很大一部分比例， 而液壓擺動(dòng)油缸是我在翻閱幾次《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》之后，最終確定下來(lái)的，再設(shè)計(jì)過(guò)程中《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版也給予我很內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 38 大的幫助，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，我 發(fā)現(xiàn) 自學(xué) 和探究的樂(lè)趣，很大程度的提及了自己對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的熱愛(ài) 。 同時(shí)感謝學(xué)校以及包鋼給我們 畢業(yè) 實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)， 讓我們 進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了自己的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也感謝劉老師和包鋼的工作人員，是劉老師的周密計(jì)劃和安排使我們有針對(duì)性的了解了與自己設(shè)計(jì)息息相關(guān)設(shè)備，讓我們事半功倍的完成了這次設(shè) 計(jì)，感謝劉老師精心安排聯(lián)系與包鋼工作人員的細(xì)心講解。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要感謝幾個(gè)對(duì)于我設(shè)計(jì)給予幫助的同學(xué)，張浩東同學(xué)在我沒(méi)有數(shù)據(jù)的情況下，給我出主意，做運(yùn)動(dòng)分析；張仲起和我一起研究集卷器的運(yùn)動(dòng)情況；劉偉同學(xué)在我設(shè)計(jì)作圖和修改的過(guò)程中，給我講解不少 CAD 作圖的快捷方法；涂淑榮同學(xué)在我選擇擺動(dòng)油缸的時(shí)候，給予我指導(dǎo)。在此也一定要謝謝這幾位同學(xué)給我設(shè)計(jì)的幫助。 最后，我還是得感謝劉老師在此次設(shè)計(jì)中給予我充分的 指導(dǎo)，他的耐心 給與我們更多機(jī)會(huì)充分的探究自己所設(shè)計(jì)的課題 ， 他 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?作風(fēng)讓 我們 學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)工作不得有半點(diǎn)馬虎 ， 他用那淵博的知識(shí)為我們解決設(shè)計(jì)中遇到的各類疑難問(wèn)題；在這里我也感謝所有培養(yǎng)我們，給予我們知識(shí)，在人生道路上給予我們指引方向的老師們，你們辛苦了，再次道一聲謝謝各位老師！