【正文】 位置后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)第四次將槽鋼扣在平移堆垛第四次所放置槽鋼之上，失電返回時，壓緊機(jī)構(gòu)液壓缸開始進(jìn)油，活塞桿伸長，壓緊機(jī)構(gòu)推頭開始壓緊堆垛的槽鋼鋼垛；當(dāng)活塞桿伸長到一定長度后，液壓缸停止進(jìn)油、開始回油，活塞桿停止伸長、開始縮短，壓緊機(jī)構(gòu)推頭停止壓緊，開始壓緊回位；當(dāng)活塞桿回到初始狀態(tài)時，完成一次鋼垛壓緊動作過程，之后等待下一次鋼垛壓緊。當(dāng)平移電磁鐵第一次失電放置鋼材后，平移升降梁開始上升時，垛臺升翻轉(zhuǎn)返回停止 翻轉(zhuǎn)返回開始 翻轉(zhuǎn)電磁鐵失 電 翻轉(zhuǎn)停止 翻轉(zhuǎn)電磁鐵得電 翻轉(zhuǎn)開始 垛臺 下降至 1 位置 垛臺 下降 垛臺 保持 垛臺上升至 0 位置 垛臺 下降 垛臺 下降至 2 位置 垛臺 保持 垛臺 下降 垛臺 下降至 3 位置 垛臺 保持 垛臺 下降 垛臺 下降至 4 位置 垛臺 保持 垛臺 上升 垛臺在 0 位置 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 降機(jī)構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進(jìn)油，活塞桿縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到 1 位置，此時液壓缸停止進(jìn)油，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降； 當(dāng)平移電磁鐵第二次失電放置鋼材后，平移升降梁開始 上升時，垛臺升降機(jī)構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進(jìn)油，活塞桿縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到 2 位置，此時液壓缸停止進(jìn)油，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降； 當(dāng)平移電磁鐵第三次失電放置鋼材后，平移升降梁開始上升時，垛臺升降機(jī)構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進(jìn)油，活塞桿縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到 3 位置，此時液壓缸停止進(jìn)油，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降； 當(dāng)平移電磁鐵第四次失電放置鋼材后，平移升降梁開始上升時，垛臺升降機(jī)構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進(jìn)油，活塞桿 縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到 4 位置，即活塞桿縮短的極限位置，此時液壓缸停止進(jìn)油，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降； 然 后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繼續(xù)翻轉(zhuǎn)鋼材，后經(jīng)壓緊機(jī)構(gòu)壓緊鋼垛，當(dāng)垛臺單傳輥道將堆垛好的型鋼（槽鋼 ） 經(jīng)一段時間輸送出去后，升降機(jī)構(gòu)液壓缸開始回油，活塞桿開始伸長，垛臺開始上升，當(dāng)垛臺到達(dá)初始位置時，即活塞桿伸長的極限位置，升降液壓缸停止回油，活塞桿停止伸長，垛臺停止上升，停留在此位置；到此垛臺升降機(jī)構(gòu)完成一次升降整過程，之后等待下一次垛臺升降。此時翻轉(zhuǎn)電磁鐵失電，槽鋼正好扣在平移堆垛機(jī)構(gòu)所放鋼材之上；之后翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始回油，活塞桿縮短，經(jīng)齒輪嚙合帶動軸轉(zhuǎn)動開始慢速翻轉(zhuǎn)返回，經(jīng)過一段時間后到達(dá)初始位 置，一次翻轉(zhuǎn)過程完成，之后等待下一次的轉(zhuǎn)磁翻轉(zhuǎn)。在定位機(jī)構(gòu)的運動過程中已經(jīng)說明了，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的啟動的時間。當(dāng)奇數(shù)次（自堆垛機(jī)開始運行算起，第一、三、五 ?? 次）分組后的三根鋼材經(jīng) 一段時間到達(dá)定位擋板后，平移堆垛機(jī)構(gòu)開始運行，平移堆垛機(jī)構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的升降液壓缸開始回油，平移堆垛升降梁（平移機(jī)架）開始下降，經(jīng)一段時間后，平移堆垛機(jī)構(gòu)升降液壓缸活塞桿到達(dá)縮短極限位置，液壓缸停止回油，升降梁停止下降，此時平平移 機(jī)架下降 平移 機(jī)架停止下降 平移 電磁鐵得電 平移 機(jī)架上升 平移 機(jī)架停止上 升 平移 機(jī)架正平移慢 平移 機(jī)架正平移停止 平移 機(jī)架 反 平移 快 平移 機(jī)架 反 平移 慢 平移 機(jī)架停止上升 平移 電磁鐵 失 電 平移 機(jī)架下降 平移 機(jī)架停止下降 平移 機(jī)架上升 平移 機(jī)架 反 平移停止 ① ② 定位板升起 定位板下降 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 移電磁鐵得電吸住鋼材，之后升降液壓缸開始進(jìn)油，升降梁上升；經(jīng)一段時間后活塞桿到達(dá)伸長極限位置，液壓缸停止進(jìn)油，升降梁停止上升，此時平移堆垛機(jī)構(gòu)處液壓馬達(dá)開始啟動，驅(qū)動升降梁慢速正平移；經(jīng)一段時間后到達(dá)垛臺正上方，之后液壓馬達(dá)停止運行，平移升降液壓缸開始回油，平移堆垛升降梁（平移機(jī)架）開 始下降，經(jīng)一段時間后，平移堆垛機(jī)構(gòu)處升降液壓缸活塞桿到達(dá)縮短極限位置，液壓缸停止回油，升降梁停止下降，此時平移電磁鐵失電，將鋼材放置在垛臺上，之后升降液壓缸開始進(jìn)油，升降梁上升；經(jīng)一段時間后活塞桿到達(dá)伸長極限位置，液壓缸停止進(jìn)油，升降梁停止上升，此時平移堆垛機(jī)構(gòu)處液壓馬達(dá)開始啟動，驅(qū)動升降梁快速反平移；經(jīng)一段時間后，升降梁開始慢速反平移；再經(jīng)過一段時間后，升降梁到達(dá)初始位置，完成一次平移堆垛過程，之后等待下一次平移堆垛。 平移堆垛機(jī)構(gòu)的動作過程 平移堆垛機(jī)構(gòu)初始位置在定位機(jī)構(gòu)正上方。 定位機(jī)構(gòu)的動作過程 定位機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)為 ① 狀態(tài)。 分組機(jī)構(gòu)的動作過程 分組機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)為 ① 狀態(tài)。 移鋼機(jī)構(gòu)的動作過程 移鋼機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)為 停止?fàn)顟B(tài) 。 撥鋼機(jī)構(gòu)的動作過程 撥鋼機(jī)構(gòu)的初始狀態(tài)是 停止 狀態(tài)。 控制所需輸入 /輸出設(shè)備的確定 根據(jù)型鋼堆垛機(jī)的系統(tǒng)功能分析及控制要求，為確定控制所需輸入 /輸出設(shè)備，對型鋼堆垛機(jī)各個機(jī)構(gòu)的動作過程分析如下： 單傳輥道的動作過程 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 單傳滾道電機(jī)初始狀態(tài)為 停止 狀態(tài)。 (7) 編寫技術(shù)文件。 (6) 待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。 (4) 用編程器將程序輸入到 PLC 的用戶存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。這程序設(shè)計的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大下小”； 程序設(shè)計的步驟 (1) 對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明 各個 動作的順序和條件。如果需要任何時候都被執(zhí)行的程序段，可以通過特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點來連接； (3) 在程序中，不允許同一編號的線圈兩次輸出； (4) 不允許出現(xiàn)橋式電路。觸點不能放在線圈的右邊。 (5) 必要時還需設(shè)計控制臺?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。 (4) 設(shè)計控制程序。選擇 PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 (2) PLC 類型 的選擇。 (4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 (2) 在滿足控 制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì) ， 使用及維修方便。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： (1) 最大限度地滿足被控對象的控制對象。 鑒于 PLC 相比于其他幾種控制類型的諸多優(yōu)勢， 結(jié)合型鋼堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)的 設(shè)計要求 ，選擇可編程序控制器 (PLC)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 便于用戶了解運行情況和查找故障。 安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行，故其維修方便。 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕 大 多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關(guān) 量或模擬量 、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的 元 件或設(shè)備 （ 如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變 頻 器、電磁線圈、控制閥 等 ） 直接連接。 它 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源 ，具有 良好的自診斷功能。各輸入端均采用 RC 濾波器，有效的抑制了高頻抗干擾信號。它以微處理器為核心，有機(jī)地將微型計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。雖然繼電器控制不需要很強(qiáng)的軟、硬件支持且價格相對便宜，但 其 性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動控制所期望達(dá)到的功能。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 工業(yè)控制計算機(jī)控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟、硬件支持，可利用通用計算機(jī)的軟、硬件資源來支持自動控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，具有自開發(fā)能力，有較強(qiáng)的可視能力和數(shù)據(jù)處理能力，更適合于計算 機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。 隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔 8 位、 16 位單片機(jī)的普及，由單片計算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成 了 單片機(jī) 控制 系統(tǒng) 。除此之外，本次設(shè)計控制系統(tǒng)沒有其他特殊控制要求。之后型鋼堆垛機(jī)按這個順序再進(jìn)行下一輪的堆垛。 型鋼 堆垛機(jī)工作過程如下： 軋制好的鋼材經(jīng)單傳輥道輸送到型鋼堆垛機(jī)單傳輥道，再由撥鋼機(jī)構(gòu)將鋼材撥到移鋼機(jī)構(gòu)的鏈條上，然后由移鋼機(jī)構(gòu)將鋼材輸送到定位機(jī)構(gòu)，中途有分組機(jī)構(gòu)將 鋼材分為 3 根一組（槽鋼），分好組的鋼材到定位機(jī)構(gòu)后被精確的定位后，再由平移堆垛機(jī)構(gòu)送至垛臺上，下一組分好組的鋼材被定位機(jī)構(gòu)定位后傳至翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，經(jīng)由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 送至垛臺上，垛臺上的鋼材排成了形如圖 11 所示的排放形式；然后垛臺下降相應(yīng)的高度，使下一輪堆垛的鋼材和這一次的高度相等。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 第 3章 型 鋼堆垛機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計 自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)分析 系統(tǒng)功能分析及控制要求 型鋼堆垛機(jī)是一種用于對成型鋼材自動打捆的設(shè)備。 設(shè)計的基本要求 壓緊機(jī)構(gòu)液壓缸提供的推力應(yīng)大于 24 根槽鋼和垛臺單傳輥道間的最大靜摩擦力；液壓缸要能產(chǎn)生出機(jī)構(gòu)所需要的力，并滿足相應(yīng)的強(qiáng)度條件；壓緊機(jī)構(gòu)整體須安裝簡單，操作易行，維修方便。壓緊機(jī)構(gòu)主要是將堆垛好的型鋼（槽鋼每層 6 根，共 4 層）進(jìn)行橫向壓緊，以便最后成垛輸出。 設(shè)計的基本思路 根據(jù)型鋼堆垛機(jī)功能分析、各個部分機(jī)構(gòu)的動作過程，確定控制控制系統(tǒng)流程圖，確定所需輸入輸出設(shè)備，然后選擇控制系統(tǒng)類型，再進(jìn)行控制類型的選型設(shè)計， I/O 口分配，最后編寫控制程序。其主要用于實現(xiàn)型鋼堆垛機(jī)對軋制好的型鋼自動堆垛過程的控制，實現(xiàn)無人操作、自動堆垛，節(jié)省人力。 綜上所述 ：分組機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)均采用液壓驅(qū)動 ；單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu) 、 移鋼機(jī)構(gòu) 及垛臺單傳輥道均 采用電機(jī)拖動。 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(jī)不能滿足要求，直流電動機(jī)雖然有低速可調(diào)的性能，但是直流電動機(jī)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(jī)構(gòu)的動力源。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。 堆垛機(jī)傳動系統(tǒng)的選擇 根據(jù)現(xiàn)場要求、堆垛機(jī)的工藝流程和其他同類設(shè)備的使用情況 ， 各機(jī)構(gòu)的傳動方式選擇如下： 由單傳輥道、撥鋼機(jī)構(gòu)和移鋼機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、運動特性 ，該三部分均 選取三相交流異步電動機(jī)直接驅(qū)動。 單傳輥道 部分 由電機(jī) 、 行星齒輪減速器 、 單傳輥道 等組成 ；撥鋼機(jī)構(gòu) 部分 由電機(jī) 、 齒輪減速器 、 鏈條 （含撥爪） 、鏈輪 等組成 ；移鋼機(jī)構(gòu)同撥鋼機(jī)構(gòu)類似，也是 由電機(jī)、齒輪減速器、鏈條、鏈輪等組成 ；分組機(jī)構(gòu) 是由 液壓缸 、 四連桿機(jī)構(gòu) 等組成 ；定位機(jī)構(gòu)同分組機(jī)構(gòu)類似， 也是是由液壓缸、四連桿機(jī)構(gòu)等組成 ；平移機(jī)構(gòu)由液壓缸、液壓馬達(dá) 、 升降梁 、電磁鐵 等組成 ；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓缸 、 軸 、 齒輪 、 電磁鐵 等組成 ；垛臺升降機(jī)構(gòu) 是由 液壓缸 、控制垛臺 、 固定滑軌等組成 ；壓緊機(jī)構(gòu) 是由 液壓缸 、 推頭 、底座等組成 ；垛臺單傳輥道也是 由電機(jī)、行星齒輪減速器、單傳輥道等組成 。 （ 9）堆垛輸送運輸輥道 ； 輸送 運輸 輥道選用單傳輥道，當(dāng)非連續(xù)的少數(shù)電機(jī)故障時，不影響其他電機(jī)的使用。 （ 7）垛臺升降機(jī)構(gòu)；保證垛臺與床面平齊。 （ 5）定位機(jī)構(gòu)；使鋼材能 停留 在指定位置接受 平移堆垛或者 翻轉(zhuǎn)。 （ 3）移鋼 機(jī)構(gòu) ；把合格產(chǎn)品送到分組、定位、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 根據(jù) 型鋼堆垛機(jī)的機(jī)構(gòu)平面位置分布， 可 確定 型鋼自動堆垛的生產(chǎn)線 的 設(shè)備 及其功能要求如下 ： （ 1）幾組輸送輥道；輸送輥道選用單傳輥道，當(dāng)非連續(xù)的少數(shù)電機(jī)故障時，不影響其他電機(jī)的使用。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(jié)構(gòu) 的布置情況將電動機(jī)布置在傳動軸的一端。 堆垛機(jī)的機(jī)構(gòu)平面 位置分布 根據(jù)現(xiàn)場要求、堆垛機(jī)的工藝流程和其他同類設(shè)備 的使用情況， 初步確定型鋼堆垛機(jī)的機(jī)構(gòu)平面 位置分布 ， 如圖 21 所示。然后由壓緊機(jī)構(gòu)把鋼材壓緊，到此堆垛過程結(jié)束，再由垛臺輸送輥道將堆垛好的鋼材輸送出去。然后垛臺下降相應(yīng)的高度，使下一輪堆垛的鋼材和這一次的高度相等。 型鋼堆垛機(jī)的設(shè)計參數(shù) (1) 堆垛機(jī)堆垛的型鋼為： 20槽鋼，根據(jù) [5]材料力學(xué) ， 查得： 其線密度為 m/?線? ， 定尺 長度 范圍 為 8～ 10m； (2) 堆垛速度約為 4 分鐘／捆； (3) 班垛能力為 450～ 470 噸 /班； (4) 堆垛成捆的型鋼做到一頭齊，符合國家堆垛包括標(biāo)準(zhǔn) GB2101－ 89。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 第 2章 型鋼 堆垛機(jī)總體設(shè)計 型鋼堆垛機(jī)的總體設(shè)計是設(shè)計人員在根據(jù)工廠所