【導(dǎo)讀】功能是將散布在移動的運輸鏈上的線材集成盤卷，以便于運輸。當(dāng)一卷己收集好的線卷。被卸下時，提供一個緩沖空間。集卷站有許多類型，本文主要針對垂直式雙芯棒集卷站進行設(shè)計，它采用單機驅(qū)動，通過擺動油缸，帶動傳動主軸，然后帶動芯棒旋轉(zhuǎn)，起到集卷和輸送線圈的目的。并校核了它們的強度。。

　　

【正文】 、 冷卻風(fēng)機、集卷站、稱重掛牌、卸卷站等。這 里 重點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、雙芯軸、盤卷筐、運卷小車、壓板等，驅(qū)動有液壓和直流拖動等。集卷站的卞要作用是將斯太爾摩輥道運輸來的散卷收集成盤卷，并使之掛在 PF 線的 C 型勾上。其工作過程 :散卷由斯太爾摩輥道進入集卷 筒 ，當(dāng)盤卷堆積到一定高度時撥爪打開，盤卷跌落在承卷平臺上 。當(dāng)集卷簡中的盤卷再次達到指定高度時，承 卷平臺慢速下降一段距離后停止。此過程重復(fù)數(shù)次，當(dāng)盤卷末端完全進入集卷簡后，延時 1s 左右撥爪合攏。與此同時，承卷平臺快速下降，鼻錐抬起。承卷平臺下降到低位后打開，平臺打開到極限位后芯軸開始旋轉(zhuǎn)，而承卷平臺開始提升 。芯軸旋轉(zhuǎn)到位后，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 31 若承卷平臺己升到最高位，則放下鼻錐，合攏承卷平臺。運卷小車由卸卷位快速行至接卷位，盤卷筐抬起到最高位，托住盤卷，然后壓板和擋板動作，扶住盤卷，運卷小車快 速行至卸卷位置 。打開擋板、壓板，盤卷筐降到低位，準(zhǔn)備下次循環(huán)。 這里有兩種驅(qū)動方式 :承卷平臺的升降由直流電機拖動 。芯軸轉(zhuǎn)換、運卷小 車行走、盤卷筐、壓板則由液壓比例閥控制。這是兩種完全不同的控制對象 :直流電機是典型的雙閉環(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)動的控制方式也大不相同。 高線基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)采用以 PLC 為核心的三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 PLC 機型采用 GE Fanuc 9070。 HMI 操作站采用 CIMP LICITY 人機接口系統(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)，用于傳輸人機接口 (HMI)的監(jiān)控操作信息，并可通過該網(wǎng)進行 PLC 編程監(jiān)控。由 PLC 下掛的傳動級網(wǎng)絡(luò)采用 ProrfiBus DP， 連接各個直流傳動裝置和變頻器。全線通過配備三級自動化網(wǎng)絡(luò)，相互通信、資源共享、并行運算、形成集中管理分散控制的自動化系統(tǒng)。由于控制分散，可靠性增強，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 /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 線圈底盤升 /降和高度控制 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 32 集卷室門開 /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)運卷小車 運卷小車行走控制 。 運卷小車升 /降和高度控制 。 盤卷對中控制。 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)，它是一種先進的可編程邏輯控制器。其容易安裝和配置，并提供先進的編程環(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)計的主要部分， 這里僅僅 介紹重點控制程序。 1．集卷筒內(nèi)線圈高度控制 主要用來控制線卷在分離爪上的預(yù)收集、以及線卷收集過程中，托板下降時的高度控制。高度控制是基于光電管對筒內(nèi)線卷頂部所到位置的檢測來 進行的，集卷筒內(nèi)沿垂直位置從上到下共裝設(shè)了三個光電管以檢測線卷頂部所到達的不同高度，以實現(xiàn)集卷筒內(nèi)線卷收集的控制。當(dāng)最下面的光電管檢測到線卷時，分離爪不允許伸出，當(dāng)處于中間高度的光電管檢測到線卷時，系統(tǒng)將根據(jù)分離爪當(dāng)前所處的狀態(tài)和其他連鎖信號來決定下一步的動作，即若此時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，則起動線卷托板升降傳動，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，使托板以 3 Hz的慢速 下降 6s。將通過 PLC 軟件來控制線卷托板傳動實際的起內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 33 動時間和停止時間。當(dāng)檢測線卷尾部的光電管給出 “風(fēng)冷線檢測到線卷尾部 ”信號時，線卷托板將被降到底線位置。線卷的尾部通過位于風(fēng)冷線的出口段處的 “線卷尾部檢測 ”光電管來檢測。該信號用于在線 卷尾部進集卷筒之前將線卷托板降到集卷筒以下。 當(dāng)標(biāo)志開關(guān) (用于檢測集卷筒處有無鋼的接近開關(guān) )無信號時，在操作人員手動按下后增的分離爪關(guān)閉按鈕時，經(jīng)過 的延時關(guān)閉分離爪。 芯棒臂的 180176。旋轉(zhuǎn)動作是由一液壓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)來完成的。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由一電液比例換向閥來控制 。芯棒位置絕對編碼器安裝于芯棒回轉(zhuǎn)軸上。由于雙芯棒的轉(zhuǎn)動慣量較大，在調(diào)試過程當(dāng)中，雙芯棒存在運行抖動和沖擊行程末端機械擋塊的問題，所以在程序設(shè)計當(dāng)中，在雙芯棒旋轉(zhuǎn)過程當(dāng)中采用四個階段分別給出旋轉(zhuǎn)速度，并且每個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到給定的流量，這四個階段的策略為初始段給定為最大值的 20%，接下來分別為60%,16%,10%,6%(見圖 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)，避免造成雙芯棒運行時的抖動，以及避免到達末端 時對機械擋塊的沖擊。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（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)芯軸裝置是由一個液壓缸驅(qū)動的。提升機構(gòu)是固定的 (不旋轉(zhuǎn) )，動作時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)芯棒升起過程中碰到鼻錐時以及當(dāng)芯棒下降要將鼻錐放到分離爪上時，提升機構(gòu)以慢速運行。 當(dāng)內(nèi)心軸完全升起時，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，提升機構(gòu)將快速移動直到線性位移傳感器到達程序設(shè) 定的 “芯棒內(nèi)芯軸上升降速 ”位置時發(fā)出降速信號。然后，提升機構(gòu)會以慢速繼續(xù)完成提升行程。當(dāng)線性位移傳器到達程序設(shè)定的 “芯棒內(nèi)芯軸上位 ”時，提升慢速被切除，提升速度降為零。 當(dāng)下降時，提升機構(gòu)起動以慢速下降，直到 “芯棒內(nèi)芯軸上位 ”的信號消除。然后，提升機構(gòu)將切換為快速繼續(xù)下降。當(dāng) “芯棒內(nèi)芯軸下位 ”發(fā)出信號時，快速下降被切除，提升機構(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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 35 結(jié)束語 雙臂芯棒式集卷 器 近幾年來在高速線材軋機生產(chǎn)線上已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著高速線材軋機的發(fā)展，對集卷 設(shè)備 時要求也越 來越高。如在集卷筒內(nèi)增設(shè)線圈分配器，使線圈在下落過程中沿圓周均勻分布，可以使線圈更加密實，減少了集卷后的高度，方便運輸，這對大盤卷很有意義。因此，在集圈站的設(shè)計中應(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)計的全部具體內(nèi)容，將設(shè)計結(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（見零件圖）：材料為 45 鋼 （ 3）主電機：功率 15Kw （ 4）擺動油缸： UBFZS160 型的法蘭式軸輸出雙齒條擺動油缸 （ 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)計見說明書內(nèi) 至此，此次有關(guān)集卷 設(shè)備 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 參考文獻 [1] 鄒家祥主編 軋鋼機械 冶金工業(yè)出版社 2021 [2] 成大先主編 機械設(shè)計師手冊 第五版 機械工業(yè)出版社 2021 [3] 彭文生、李志 明 黃華梁主編 機械設(shè)計 高等教育出版社 2021 [4]《線材生產(chǎn)》編寫組 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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 37 致謝 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年的最后一個環(huán)節(jié)，也是我們對我們四年所學(xué)知識的一個總結(jié)和應(yīng)用，及鍛煉了我們的實際觀察能力，和動手動腦能力。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)按時完成了這次集卷 設(shè)備 的設(shè)計工作，其中集卷 設(shè)備 的升降部分張仲起設(shè)計， 芯棒 旋轉(zhuǎn)部分 由我設(shè)計，集卷小車由張浩 東設(shè)計 。 在設(shè)計中 我們 遇到了各種難題經(jīng)過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) 力距的計算，因為集卷旋轉(zhuǎn)設(shè)備這一塊 的主要參數(shù) 都缺失 ，而這一部分 是 開始的設(shè)計 計算的關(guān)鍵部分，由于數(shù)據(jù)都是我根據(jù)運動狀況自己設(shè)定的，所以在計算的過程中出現(xiàn)了多次不合理的情況，如加速度的時間過長，導(dǎo)致扭矩過小，不符合實際情況。還有的彎矩計算時，簡化處理時，處理的不得當(dāng)，導(dǎo)致后面的計算出現(xiàn)錯誤。通過設(shè)計我明白，一些 看似簡單 的問題 ，而它在這個設(shè)計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械行業(yè)設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)性，它不容有半點粗心大意，這也為我以后工作作了一次重要性的提示。 在設(shè)計 集卷 設(shè)備 的同時我們涉及 的 知識面很廣，充分的利用了以前所學(xué)過的知識，使以前的知識得到了恰當(dāng)?shù)挠袡C融合。期間涉及到的知識來源于我們先前所學(xué)的課本有：《機械設(shè)計》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《機械原理》、《機械制圖》等?！稒C械設(shè)計》中所運用到的知識有軸 的設(shè)計和校核， 聯(lián)軸器 及鍵的 選擇和 校核，《理論力學(xué)》中所運用到的知識是 扭轉(zhuǎn)力與扭轉(zhuǎn) 力距的計算；《材料力學(xué)》中所運用到的知識是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距的計算；《 機械制圖》中 的知識主要應(yīng)用于各類零部件的繪制，占有很主要的一部分。其中《機械設(shè)計》的知識在設(shè)計中占有很大一部分比例， 而液壓擺動油缸是我在翻閱幾次《機械設(shè)計手冊》之后，最終確定下來的，再設(shè)計過程中《機械設(shè)計手冊》第五版也給予我很內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 38 大的幫助，通過這樣的設(shè)計，我 發(fā)現(xiàn) 自學(xué) 和探究的樂趣，很大程度的提及了自己對機械設(shè)計的熱愛 。 同時感謝學(xué)校以及包鋼給我們 畢業(yè) 實習(xí)的機會， 讓我們 進一步認(rèn)識了自己的專業(yè)知識，同時也感謝劉老師和包鋼的工作人員，是劉老師的周密計劃和安排使我們有針對性的了解了與自己設(shè)計息息相關(guān)設(shè)備，讓我們事半功倍的完成了這次設(shè) 計，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)計的過程中，要感謝幾個對于我設(shè)計給予幫助的同學(xué)，張浩東同學(xué)在我沒有數(shù)據(jù)的情況下，給我出主意，做運動分析；張仲起和我一起研究集卷器的運動情況；劉偉同學(xué)在我設(shè)計作圖和修改的過程中，給我講解不少 CAD 作圖的快捷方法；涂淑榮同學(xué)在我選擇擺動油缸的時候，給予我指導(dǎo)。在此也一定要謝謝這幾位同學(xué)給我設(shè)計的幫助。 最后，我還是得感謝劉老師在此次設(shè)計中給予我充分的 指導(dǎo)，他的耐心 給與我們更多機會充分的探究自己所設(shè)計的課題 ， 他 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?作風(fēng)讓 我們 學(xué)會了設(shè)計工作不得有半點馬虎 ， 他用那淵博的知識為我們解決設(shè)計中遇到的各類疑難問題；在這里我也感謝所有培養(yǎng)我們，給予我們知識，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！