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半自动管接头液动旋紧机设计（三）,半自动,管接头,液动旋紧机,设计
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本科毕业论文(设计)开题报告论文题目：半自动管接头液动旋紧机设计（三） 学院专 业 、班级学生姓名指导教师（职称 毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1. 论文（设计）题目及研究领域；2. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题；2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；3. 本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；2. 论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺， 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4. 开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5. 开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。一、选题依据1. 论文（设计）题目半自动管接头液动旋紧机设计（三）2. 研究领域机械结构设计、 液压系统设计、电控设计、旋紧机上料装置3. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值 随着社会不断发展，我国各行各业都得到了迅速的发展，其中石油行业发展十分迅猛。因而我国各类石油用管材消耗量巨大，提高国产石油用管的品质和质量十分重要。整筒式抽油泵取代衬套式抽油泵是抽油泵方面的重要进步之一，整筒式抽油泵明显提高了泵的容积效率，延长其使用寿命，并节约了 40%左右的钢材。整筒式抽油泵专用结构管件是石油工业中的专用设备，泵筒是其最重要的部件。泵筒使用的螺纹连接，通过旋紧机旋紧泵筒。因旋紧过程需要各机构传动平稳，且要求一定的承载能力和调速能力，故而液压传动系统更为适合旋紧机的工作。采用 PLC 作为控制系统，提高装配可靠性和生产效率，节约成本。故本研究具有一定的应用价值及研究必要性。4目前研究的概况和发展趋势目前，机械采油是我国开采石油的主要方式，并且在今后相当长的一段时间内都要依靠机械采油去开采油田。由于整筒式抽油泵基础部件泵筒相对加工难度较大，因而各个国家当前各油田整筒式抽油泵使用率还是比较低的。其用管要求严格、细长孔加工难度打、对于内壁的硬化处理和硬化精加工问题使得整筒式抽油泵的发展十分缓慢。 随着石油开采量的增加，筒式抽油泵的效率高，因此其需用量会逐渐增加，一只高质量的泵筒用管是其制造的关键。整筒式抽油泵是多节衬套泵筒，利用螺纹旋紧的方式使其连接起来达到需要的长度，可使其加工更加便捷，并且提高了尺寸规格的准确。半自动管接头液动旋紧机是旋紧各节泵筒的专用机械，通过固定两端，一端旋转一端推进，使其螺纹配合达到旋紧的效果。目前国内石油中大型抽油泵生产企业有较多类似的装置，其发展日趋自动化、高效化，在保证加工质量的前提下，提高旋紧机的加工效率可大大提升生产数量，节约更多成本。 二、论文（设计）研究的内容1. 重点解决的问题 1.半自动管接头液动旋紧机总体方案设计 2.半自动管接头液动旋紧机自动上料装置设计 3.半自动管接头液动旋紧机自动上料装置液压系统设计 4.半自动管接头液动旋紧机自动上料装置控制系统设计 5.半自动管接头液动旋紧机自动上料装置主要零件设计与计算 2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） 1.搜集查阅相关资料，了解筒式抽油泵泵筒的螺纹旋紧机构特点，确定上料方案。 2.设计旋紧机的总体方案，其中包括旋扣装置、加紧与送进装置、上料装置及 其液压系统与控制系统的设计。 3.设计旋紧机的上料装置，其主要零件的设计与分析计算。 4.设计液压系统。进行工况分析、确定液压系统主要参数，拟定液压系统原理 图、计算并选择液压元件，编写过程与结果。 5.通过 PLC 编程设计旋紧机的控制系统 3. 本论文（设计）预期取得的成果通过设计要求以及相关资料的查阅，完成半自动管接头液动旋紧机的上料装置设计、液压系统和控制系统的设计，完成二维图（A0）的绘制，编写设计说明书以及 PLC 编程程序（5-7 页）。该设计内容涉及编程计算、机构运动与分析、机械结构设计、液压系统设计、电控设计等。在开展该题目设计过程中，可加强自己对所学知识的掌握，锻炼自己分析问题的能力和创新意识，达到培养自己综合运用所学基础及专业知识解决生产实际问题能力的目的。 三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数） 自动上料装置采用重力滚落方式，泵筒长度为 400cm -600cm，泵筒外径为 8cm -11cm，泵筒重量为 200kg-300kg，每个泵筒上料时间10s；采用液压机械相结合方式实现自动上料；主要零部件（支架、拨杆、料仓等）安装、调整、拆卸方便。 2.论文（设计）进度计划第 1 周：查阅相关文献，收集资料，了解设计内容； 第 2 周：翻译外文文献，完成相关工作； 第 3 周：分析归纳文献，撰写文献综述，确定研究方法，撰写开题报告； 第 4 周：整理开题报告、文献综述，开题报告答辩； 第 5 周：半自动接头液动旋紧机构总体方案设计； 第 6 周：开展上料装置设计的工作; 第 7 周：整理已开展的工作，中期检查； 第 8 周：进行上料机构设计； 第 9 周：开展旋紧机构合成的工作； 第 10 周：完善总机构设计； 第 11 周：进行关键部件的分析，校核其强度； 第 12 周：系统整合，进行总装配； 第 13 周：生成、完善 2D 和 3D 图纸； 第 14 周：修改完善设计说明书； 第 15 周：完善毕业设计各项内容，做好答辩 PPT，提交论文，准备答辩。 四、需要阅读的参考文献1 张鹏飞,朱永庆,张青锋,宋志刚,王玉,梁春平,宋涛.石油钻机自动化、智能化技术研究和发展建议J. 石油机械. 2015(10) 2 杨立东,陆洋,徐晓波,蔡冰.自动化管具处理系统的研究与应用J. 石油机械 . 2015(10) 3 刘平全,崔学政,董磊. 钻井平台的钻杆排放方式及其自动化操作系统J. 中国海洋平台. 2010(01) 4 于兴军,宋志刚,魏培静,张润松,曹振兴,李庆福,樊勇利.国内石油钻机自动化技术现状与建议J. 石油机械. 2014(11) 5 寇红涛,崔建春,刘海伟,宋瑞. 液压动力钻杆排放猫道设计与应用J. 石油机械. 2008(09) 6濮良贵、陈国定、吴立言.机械设计M.（第九版）.高等教育出版社.2013. 7 杨双业,于兴军,黄悦华,梁卫斌,张鹏飞,宋涛,罗磊. 管柱自动化处理系统在钻机改造升级中的应用J. 机械工程师. 2016(11) 8 Jiaqi Jin,Xianrong Wang,Le Yu,Hongfei Chen. Stress analysis of gear pairs in main drive gearbox of compulsory lifting systemA. Proceedings of 2015 3rd International Conference on Manufacturing Engineering and Technology for Manufacturing Growth(METMG 2015)C. 2015 9刘延俊等.液压与气压传动M.（第 3 版）.机械工业出版社.2015.3. 10陈刚.车床液压系统PLC 控制系统设计J.流体传动与控制.2010 年03 期：17. 11曹建军、张建、李洋、胡明、王红美.基于 PLC 的液压机控制系统设计J.科技创新与应用.2013 年第 14 期：11. 12王振臣、齐占庆.机床电气控制技术M.（第 5 版）.机械工业出版社.2015.6. 13 Xiude Wu Department of Mechanical Engineering Yangtze University Jingzhou,Hubei,China Hongwei Xu Qinghai Drilling Engineering Company CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited Dunhuang,Gansu,China. Modeling and Co-Simulation of Braking Subsystem for Workover Rig Hoisting SystemA. Proceedings of 2011 World Congress on Engineering and Technology(CET 2011) VOL06C. 2011 14 R.L.Avila Rondn,R.Prez Rodrguez,A.Cordovs Garca,R.P.Avila Alfaro,Z.Mendoza N?ez,J.M.Sea?ez De Villa,E.Estvez Parra,Y.Rodrguez Ramrez. Tolerances Modeling in Assemblies:an Approach Based on GraphsA. Proceedings of 2014 2nd International Conference on Manufacturing Engineering and Technology for Manufacturing Growth(METMG 2014)C. 2014 15 iajia Chen,Qingming Wang,Jiachen Ju. Inertia mobile mechanism research based on ADAMSA. Proceedings of 2015 4th International Conference on Mechatronics,Materials,Chemistry and Computer Engineering (ICMMCCE 2015)C. 2015 文献综述 对于采油技术和装备的发展，国外向超大载荷、长冲程、低冲次；自动化、智能化；高效节能；高适应性；无游梁长冲程、大型化的方向发展。游梁式抽油机经过多年的发展，产品的系列化、标准化和通用化程度日益提高；各种节能机型得到了普遍推广；抽油机自动化控制系统也被广泛使用；多种型式的无游梁长冲程抽油机的发展已日趋完善。对于国内，发展方向则是提高了抽油机的适应性，在国内研究开发了各种类型的抽油机。为了适应各种油藏条件，如含砂、含气、含蜡、稠油、及低渗透油田采油的需要，研制与应用了液压抽油机、长冲程无游梁抽油机、螺杆泵采油系统等； 为了适应斜井、丛式井采油的需要，研制与应用了斜井、丛式井抽油机；为了适应高含水油井采用大泵提液时不停机进行环空测试的需要，研制与应用了长冲程抽油机； 为了解决常规抽油机耗电量大的问题，研制与应用了多种新型节能抽油机，提高了抽油效率，降低了采油成本。并且研制应用了整筒管式泵，引进了美国 LTV 公司整筒泵生产线。稠油泵、防砂泵、环形阀防砂泵、动筒式防砂泵基本形成系列，防气泵、分抽泵、深抽过桥泵、串联泵、长冲程泵也有很大发展。因此，整筒式抽油泵具有很好的发展趋势。 抽油泵筒在采油发展中经过了三个阶段:整体泵筒(即普通钢管,仅粗加工)衬套泵筒(衬套内孔和端面通过冷加工达到高精度、低粗糙度,以保证与金属柱塞的微间隙配合)、整筒泵筒。整筒式抽油泵发展十分缓慢，整筒式泵筒用管发展缓慢的原因在于:整筒式泵筒用管要求严格,必须保证泵筒内孔光洁平直、尺寸规格准确、壁厚均匀, 这些正是管材生产制造工艺上的薄弱环节。虽然管材冷轧可使直线度好,壁厚不均改善,但内孔粗糙度和精度不甚理想。冷拔则相反,直线度与壁厚均匀牲极不理想。这类泵筒内孔加工基本上是细长孔加工,难度大,尤其内径小于 50mm 且长度在 5m 以上加工难度更大。美国在拔制管材基础上以研磨代替检孔切削,基本解决了泵筒深孔加工问题。为满足壁厚均匀要求,泵筒需作内壁硬化处理,故需要特深的热处理炉,而常规热处理与化学表面处理都会使工件变形。泵筒内壁硬化的精加工问题。因此更好的制造泵筒是研制筒式抽油泵的关键。 上料机构在离线布置的管坯剪断机、钢管无损探伤等设备中是不可缺少的辅助设备之一, 它是根据主机对送料的要求来完成上料功能的。常用的较简单的单根上料机构主要是由拨叉、转轴、摇臂、气缸、挡铁等零、部件组成。气缸动作带动摇臂使轴及拨叉转动, 坯料在拨叉的拨动下沿挡铁上移滚落至挡铁另一侧的台架上, 再继续滚至运输棍道上, 气缸及拨叉等恢复原位, 完成一次上料动作。该种型式的上料机构多用于管坯及管材的单根上料。主要缺点是由于管坯的运动轨迹使较重的坯料落至台架及运输辊道上时冲击力较大, 影响运输辊的使用寿命; 而较长较轻的管材落至台架及运输辊道上时回弹力较大, 不能保证平稳上料。为了解决较重管坯上料时冲击力大等问题, 我们设计了一套新式的管坯上料机构,其中的关键件之一形似手掌, 故称其为掌式上料机构。在该机构中, 掌式拨叉集拨料、挡料两种功能于一身, 使上料时管坯的运动轨迹由原来的沿台架、挡铁、台架滚动的弧线型改为现在的仅沿台架滚动的直线型。这样不仅大大提高了上料机构工作时的平稳、可靠性能, 同时降低了对运输辊道结构的设计要求, 降低了工作噪音, 改善了工作环境。掌式上料机构的设计与生产应用对同行业及其它行业在类似的工作条件及要求下的机构设计与选择具有一定的参考价值。结构简单, 上料平稳, 机构动作灵活可靠, 尤其适用于较大管径的管材或较重圆坯的单根上料。缺点是掌式上料机构对管坯或管材的直径变化范围有一定的要求。由于掌式拨叉的结构特点决定了一套上料机构只能适用于一定直径范围内的管坯或管材的单根上料, 但这并不影响其使用价值。因为在轧钢工艺设备中, 辅机与主机均有一定的匹配关系。例如剪断机与生产主机之间, 主机一定, 生产所需的坯料规格一定, 与之配套的剪断机所需剪切的坯料断面尺寸变化范围很小。 车床液压系统 PLC 控制系统，其控制较为灵活，工程技术人员较易操作。PLC 具有的特点，具体如下：第一个特点，可靠性较高，PLC 采用的是大规模集成电路，其工艺水平较高，不易损坏；第二个特点，有较强的抗干扰能力，PLC 的电路采用了抗干扰技术，所以，其运行不易受到外界的影响；第三个特点，功能齐全，适应能力较高，PLC 有较强的数据运算能力，可在位置控制、温度控制等多个控制领域发挥出巨大的作用；第四个特点，易于工程技术人员掌握，PLC 接口容易，编程程序较为简单， 便于工程技术人员学习；第五个特点，系统设计步骤较为简单，工作强度并不是很大； 第六个特点，易于维修改造；第七个特点，占有空间较小，重量较低，消耗的能量较低。电磁阀与计算机的联接，使数据处理的自动化程度有所提升，降低了相关工作人员的劳动强度。PLC 控制系统的改装较为容易，不需要重新安装元件，也不需要改变接线方法，成本也不是很高，而且，PLC 控制系统的运行可靠性较高，出现问题的可能性较低。以上所述的内容表明，加大对车床液压系统 PLC 控制系统的研究力度， 提升车床液压系统 PLC 控制系统的设计水平，完善 PLC 控制系统是十分关键的。 指导教师评阅意见（对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅）审核意教研室主任意见见签字：年月日签字：年月日学院教学指导委员会意见签字：年月日公章：半自动管接头液动旋紧机设计 摘 要本设计，是综合了当前的一些石油管道上料机构技术，对管坯上料机构的主体结构进行设计。在罗列的一些适用于石油管道上料机构的方案后，进行择优选取，最终确定了拨掌上料的设计方案作为本次设计的最终方案。整个设计中，对拨掌送料主体结构进行设计，其中，包括拨掌的相关问题的分析、传动方式的选择、液压缸的选择方案设计及各零部件的受力分析、设计计算，最后对其进行有效校核等。最终得到本次设计的最佳方案，完成本次设计。关键词: 拨掌送料；液压驱动；自动化AbstractThe design is a combination of some of the current oil pipeline feeding mechanism technology, the main structure of the tube feeding mechanism design. In the list of some applicable to the oil pipeline feeding mechanism program, select the best, and ultimately determine the dial palm material design as the design of the final program. The whole design, the dial feeding palm main body structure design, including the analysis of the problems related to dial the palm, transmission mode, selection of hydraulic cylinder design and the components of the stress analysis and design calculation, finally effectively check on the. Finally get the best design of this design, to complete the design. Key words: Dial feed; Hydraulic drive; automation目录摘 要1Abstract21.绪论51.1我国自动上料机构发展现状51.2自动上料的发展趋势61.3本设计提出的意义62.总体方案确定82.1上下料总成的结构和有关组件的结构83.上料与送进装置设计103.1上料装置设计103.2送进装置设计194支桨梁的校核214.1梁的设计214.2梁破坏形式分析214.3校核双拼#40a工字钢的强度214.4支撑无缝钢柱的强度和稳定性校核：224.5后支腿支座强度的校核234.6焊缝强度的校核235.控制系统的设计255.1控制要求255.2控制过程255.3I/O点的分配265.4绘制顺序功能图27参考文献28结论30致谢31附录A外文资料原文32附录A 外文文献译文3741.绪论 对于采油技术和装备的发展，国外向超大载荷、长冲程、低冲次；自动化、智能化；高效节能；高适应性；无游梁长冲程、大型化的方向发展。游梁式抽油机经过多年的发展，产品的系列化、标准化和通用化程度日益提高；各种节能机型得到了普遍推广；抽油机自动化控制系统也被广泛使用；多种型式的无游梁长冲程抽油机的发展已日趋完善。对于国内，发展方向则是提高了抽油机的适应性，在国内研究开发了各种类型的抽油机。为了适应各种油藏条件，如含砂、含气、含蜡、稠油、及低渗透油田采油的需要，研制与应用了液压抽油机、长冲程无游梁抽油机、螺杆泵采油系统等；为了适应斜井、丛式井采油的需要，研制与应用了斜井、丛式井抽油机；为了适应高含水油井采用大泵提液时不停机进行环空测试的需要，研制与应用了长冲程抽油机；为了解决常规抽油机耗电量大的问题，研制与应用了多种新型节能抽油机，提高了抽油效率，降低了采油成本。并且研制应用了整筒管式泵，引进了美国 LTV 公司整筒泵生产线。稠油泵、防砂泵、环形阀防砂泵、动筒式防砂泵基本形成系列，防气泵、分抽泵、深抽过桥泵、串联泵、长冲程泵也有很大发展。因此，整筒式抽油泵具有很好的发展趋势。 抽油泵筒在采油发展中经过了三个阶段:整体泵筒(即普通钢管,仅粗加工)衬套泵筒(衬套内孔和端面通过冷加工达到高精度、低粗糙度,以保证与金属柱塞的微间隙配合)、整筒泵筒。整筒式抽油泵发展十分缓慢，整筒式泵筒用管发展缓慢的原因在于:整筒式泵筒用管要求严格,必须保证泵筒内孔光洁平直、尺寸规格准确、壁厚均匀,这些正是管材生产制造工艺上的薄弱环节。虽然管材冷轧可使直线度好,壁厚不均改善,但内孔粗糙度和精度不甚理想。冷拔则相反,直线度与壁厚均匀牲极不理想。这类泵筒内孔加工基本上是细长孔加工,难度大,尤其内径小于50mm且长度在5m以上加工难度更大。美国在拔制管材基础上以研磨代替检孔切削,基本解决了泵筒深孔加工问题。为满足壁厚均匀要求,泵筒需作内壁硬化处理,故需要特深的热处理炉,而常规热处理与化学表面处理都会使工件变形。泵筒内壁硬化的精加工问题。因此更好的制造泵筒是研制筒式抽油泵的关键。1.1我国自动上料机构发展现状 随着社会不断发展，我国各行各业都得到了迅速的发展，其中石油行业发展十分迅猛。因而我国各类石油用管材消耗量巨大，提高国产石油用管的品质和质量十分重要。整筒式抽油泵取代衬套式抽油泵是抽油泵方面的重要进步之一，整筒式抽油泵明显提高了泵的容积效率，延长其使用寿命，并节约了40%左右的钢材。整筒式抽油泵专用结构管件是石油工业中的专用设备，泵筒是其最重要的部件。泵筒使用的螺纹连接，通过旋紧机旋紧泵筒。因旋紧过程需要各机构传动平稳，且要求一定的承载能力和调速能力，故而液压传动系统更为适合旋紧机的工作。采用PLC作为控制系统，提高装配可靠性和生产效率，节约成本。故本研究具有一定的应用价值及研究必要性1.2自动上料的发展趋势 目前，机械采油是我国开采石油的主要方式，并且在今后相当长的一段时间内都要依靠机械采油去开采油田。由于整筒式抽油泵基础部件泵筒相对加工难度较大，因而各个国家当前各油田整筒式抽油泵使用率还是比较低的。其用管要求严格、细长孔加工难度打、对于内壁的硬化处理和硬化精加工问题使得整筒式抽油泵的发展十分缓慢。随着石油开采量的增加，筒式抽油泵的效率高，因此其需用量会逐渐增加，一只高质量的泵筒用管是其制造的关键。整筒式抽油泵是多节衬套泵筒，利用螺纹旋紧的方式使其连接起来达到需要的长度，可使其加工更加便捷，并且提高了尺寸规格的准确。半自动管接头液动旋紧机是旋紧各节泵筒的专用机械，通过固定两端，一端旋转一端推进，使其螺纹配合达到旋紧的效果。目前国内石油中大型抽油泵生产企业有较多类似的装置，其发展日趋自动化、高效化，在保证加工质量的前提下，提高旋紧机的加工效率可大大提升生产数量，节约更多成本。1.3本设计提出的意义 上料机构在离线布置的管坯剪断机、钢管无损探伤等设备中是不可缺少的辅助设备之一, 它是根据主机对送料的要求来完成上料功能的。常用的较简单的单根上料机构主要是由拨叉、转轴、摇臂、气缸、挡铁等零、部件组成。气缸动作带动摇臂使轴及拨叉转动, 坯料在拨叉的拨动下沿挡铁上移滚落至挡铁另一侧的台架上, 再继续滚至运输棍道上, 气缸及拨叉等恢复原位, 完成一次上料动作。该种型式的上料机构多用于管坯及管材的单根上料。主要缺点是由于管坯的运动轨迹使较重的坯料落至台架及运输辊道上时冲击力较大, 影响运输辊的使用寿命; 而较长较轻的管材落至台架及运输辊道上时回弹力较大, 不能保证平稳上料。为了解决较重管坯上料时冲击力大等问题, 我们设计了一套新式的管坯上料机构,其中的关键件之一形似手掌, 故称其为掌式上料机构。在该机构中, 掌式拨叉集拨料、挡料两种功能于一身, 使上料时管坯的运动轨迹由原来的沿台架、挡铁、台架滚动的弧线型改为现在的仅沿台架滚动的直线型。这样不仅大大提高了上料机构工作时的平稳、可靠性能, 同时降低了对运输辊道结构的设计要求, 降低了工作噪音, 改善了工作环境。掌式上料机构的设计与生产应用对同行业及其它行业在类似的工作条件及要求下的机构设计与选择具有一定的参考价值。结构简单, 上料平稳, 机构动作灵活可靠, 尤其适用于较大管径的管材或较重圆坯的单根上料。缺点是掌式上料机构对管坯或管材的直径变化范围有一定的要求。由于掌式拨叉的结构特点决定了一套上料机构只能适用于一定直径范围内的管坯或管材的单根上料, 但这并不影响其使用价值。因为在轧钢工艺设备中, 辅机与主机均有一定的匹配关系。例如剪断机与生产主机之间, 主机一定, 生产所需的坯料规格一定, 与之配套的剪断机所需剪切的坯料断面尺寸变化范围很小。2.总体方案确定2.1上下料总成的结构和有关组件的结构本设计完成的是上料机构的装置设计、上料装置的液压系统和控制系统设计和完成这些设计的所需的主要零件与计算。所设计的机构的运作能力直接决定了整个旋紧机质量的优劣，所以这部分设计也决定了所运送的管料是否能完整和流畅。本设计主要是完成上料部分的设计。就目前而言有以下方案可选择。第一方案为经常能见到或者使用到的上料机构，主要是由拨叉、转轴、摇臂、气缸、挡铁等零部件组成。液压缸的移动带动其摇摆臂之后使得轴及拨掌运动, 所需要的运输的胚料在拨掌的转动下沿挡架下滑到其他一遍边的架子上,再连续运动到运送管道上, 液压缸及拨叉等复位, 完成一次作业行为。这样形态的上料机构更多的是为单体管胚上料。最大的不好是由于材料的运行路线使得相对重一些的坯料滚落到料仓及运送管道上时所受到较为明显的冲击力, 影响运送管道的使用周期而相对来说长一些或者轻一些的滚落到料仓及运送管道上时候会出现一定的反弹力, 会导致不能稳定的进行上料。 第二种方案为掌式拨叉上料结构，该方案相对于传统上料机构的区分是，它将拨掌和挡铁联合成了一道工序，使得在执行上料时胚体的运动痕迹由原本的沿台架、挡柱、台架转动的弧线型改成此时的仅沿台架转动的直线型。这样不仅大大提高了上料机构工作时的平稳可靠性能, 同时降低了对运输辊道结构的设计要求, 降低了工作噪音, 改善了工作环境。两种方案比较，明显可以看出第一种方案虽然机构简单，动作简练。但对比之后发现，第二种方案的结构形式更加完善，运动形态更加明了，出事故比例相对少，需要两个液压缸。在对一般运送管道时，第二种方案简单明了，机械更容易操作和使用。并且更便宜和易维修，功能多。综上所述，依据经济、可靠、操作方便的原则选择第二种方案。2.2本次设计的上料装置的功能分解2.2.1本次设计的上料功能分解本次设计所运用到的上料功能可以利用功能树分解为如图所示的功能元。图2.1 半自动管接头液动旋紧机上料功能树2.2.2半本次设计的机构的控制与送进功能分解管接头旋紧机夹紧与送进功说可以利用功能树分解为如图2.2所示的最小功能元。图2.2 半自动管接头液动旋紧机夹紧与送进功能树2.2.3本次设计的上料机构的各功能的原理综合分析（1）过程控制本次设计所涉及的几乎所有功能的实施都应该运用同一种过程控制系统，这样就可以省去了单独分解的过程。就目前来看，有以下方案可选：方案一，用CAD/CAM系统用可编程控制PLC系统。方案二，用可编程控制PLC系统。根据可行性来说，选择方案一。（2）运动的驱动 实现运动的驱动方案釆用液压传动的液压缸进行运动的驱动。这是使得这些机构运动的动力来源。 液动相对于其他驱动方式来说，更加连贯，也能更方便的提供更大动力，且传动方便，启停调节方便。所以本机构采用液动来提供驱动很合适。（3）管上料装置的移动对于胚料来说，连续运动式和间歇运动式的运动方式相对来说适合管的胚料上料，这样一来我们就有了两种可选的方案。相对于较为容易的连续运动式的运动方式，管的胚料的运动装置需要的是一个较短距离间的往复运动过程，所以经过对比和分析后，决定采用间歇运动式的移动方式，这样就能保证了上料机构的准确性。2.3.4工艺流程经过以上的功能分析可以知道本次设计的工艺流程如图所示。3.上料与送进装置设计3.1上料装置设计对于传统机械来说上料装置起到的作用有两个：1.使得工件在上料的过程中不会发生位置的偏移。2.会让工件传动过去后与下一步要进行的运动发生衔接。3.1.1技术关键本次设计涉及到的装置能够在整体装置中起到的的作用有两个：1.把工件快速的传递下去。2.让工件有一个定位，不至于偏差装配线。为了达到前文所描述的运动过程，机构中的拨掌就需要一定的上升力量，要使得拨掌上升，就要给他提供一个力的作用，本次设计用到的是液压系统，相对于其他系统而言，液压系统提供的上升力更大，而且液压系统本身就可以制动锁紧。 3.1.2结构设计（1）要使得所设计的产品能达到所要求的精度，在本次设计中用到了拨掌的结构。按照设计要求，查找了相关的技术资料，并结合一部分前人的经验，现设计的结构简图如下图所示。上料装置结构简图3.1.3上料液压设计因为本次设计的机构与其他机构也有配合，因此要有一定的稳定性，要能够保证传递的精度，所以不能采用拨掌直接承重。工件传递上去后，下一步会旋紧，所以要求液压装置系统保证平衡，因此就在液压系统中增加了卸荷回路，这样有助于整个系统的卸荷和散热。由于实际工作过程中，轨道和上料装置的距离不同，可以选取的液压缸分为单杆和双杆，本次上料装置的设计采用的是双杆机构。参照前人的经验和查阅相关资料，上料管道长度约为5m；管道的直径设计为0.10m；管道的壁厚设计为0.02m。 上料管道的设计材料采用45号钢材，这种材料的密度为7.85g/cm*3上料装置的管道体积计算可得：上料装置的管道重量计算可得：本此设计所选用的液压缸在满负载下运作时负载计算方式为：公式中代表的是负载，数值为57KG。那么：公式中的静摩擦阻力为： 式中动摩擦阻力为：代表的是惯性负载，它的计算方式为式中一般取0.1-0.5s，本次设计取0.2s。本次设计的液压缸承受的的工作压力为，这个液压系统中油泵的供油压力为：。由公式可以知道，在的值的确定的状态下，若的值大，那么S的值就会变小，这个液压系统就会提功力，在密封性要求并不高的情况下，我们没必要选用高压泵；对于液压缸来说，p和s的值相对来说是成反比的，也会导致液压缸的形状变大。这样就会导致整个系统的流量增大，相对于其他尺寸也会上升。因此应该根据工作负载的大小来选择p的值。表3.1 负载与工作压力的对照表负载计算方式F/t11223355液压缸的工作压力计算方式为91316262838384848由上表可知取值范围为812即10.2MPa。油泵的供油压力它的计算方式为：（3.1）代表的是油泵和液压缸之间产生的压力损失。故选择额定压力为2.5MPa的油泵。确定液压缸的直径D。由得： 即经过前人的经验可以把数值圆整后取25mm。查液压技术手册中表5-2可以知道，查的结果与计算选值相符合。活塞杆的长度可以定为L， 一般情况下长度可以由导向套长度等来确定。由上述条件可知：活塞杆的长度计算公式：（4）液压缸的流量工作台和液压缸的总流量用表示外圆最大值可取的公式为（3.2）外圆max推杆以最大速度上升到顶时，液压缸产生的最大流量L/minVmax代表的是工作台平面的最大移动速度（m/min）。S代表的是液压缸的有效面积（cm2）。（3.3）液压缸的有效面积计算方式为（以快速引进位置计算，不计d）（3.4）由上述条件可知： （3.5）由上述计算结果选用的流量为20L/min的CBB-20型号齿轮泵。5计算油泵的电动机功率 3.6式中：代表的是效率，大小一般是0.750.9之间， 选择电机的功率为：额定功率为0.8kw，查相关手册可知其转速为1440rmin。6计算油管的内径 油管的材料选定为45号钢， 根据流量计算公式：， 可得： 3.7一般VO得取值范围如下吸油管取值范围为压油管范围为回油管范围为吸油管范围为：压油管范围为：回油管范围为：由上面计算公式和结果可知吸油管选则（内径）（外径）压油管的大小选（内径）（外径）回没管的大小选（内径）（外径）（7）油箱容积的计算油箱温度应低于五十摄氏度，且有3min流量，对于开式油箱来说。（3.8）取值为V代表的是油箱的容积。液压缸所承受的压力计算方式为：（3.9） 液压缸的推力计算公式为：（3.10）液压缸体的拉力计算公式为：（3.11）式中：P代表的是液压缸的工作压力，取值范围是911kg/cm2（7）液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程根据生产过程中机械的行程来定的，为了结构长度适中。根据GB/T2349-1980）来设计选型，可查得工作行程标准值为600mm。（8）液压缸缸体长度的确定 液压缸体的内部长度不应过长也不能太短，应该是实际行程和活塞的长， 一般情况下缸体形状长度取值范围为内径的2030倍。缸体材料取为45钢。（9）液压缸体其余尺寸的确定 活塞直径D取值为25mm，因此缸体的长度应取2025500mm最小得导向长度取值计算公式为 取（3.12）其中：L代表的是最大行程；D代表的是缸筒内经。导向套材料取为耐磨铸铁活塞的宽度计算公式为（3.13）液压缸壁厚计算公式为（3.14）式中：代表的是取100110MPa代表的是缸筒的试验压力单位为（MPa）外径计算公式为（3.15）由上述条件可知，上料装置液压系统液压杆取单作用式杆。（10）整套旋紧机构的液压系统示意液压系统如图4-3所示，整个液压系统的工作回路包括液压泵、三位四通电磁换向阀、节流阀、压力表、溢流阀、背压阀、液压马达等元件组成。当液压马达工作的时候，根据液压马达需要的工作转向，图中三位四通换向阀的左位和右位相互转换。图4-3 液压系统的工作回路1.液压泵 2.溢流阀 3.液压表 4.单向阀 5.节流阀6.背压阀 7.三位四通换向阀 8.液压马达 通过三位四通换向阀来控制液压马达的转向，左位为旋紧过程的通路，右位为回退过程的通路，中位则是在液压马达停止转动时的通路。各个工作状态的油路如下所示：旋紧过程油路：液压泵1单向阀4节流阀5三位四通换向阀7右位液压马达8三位四通换向阀7背压阀6油箱。回退过程油路：液压泵1单向阀4节流阀5三位四通换向阀7左位液压马达8三位四通换向阀7背压阀6油箱。停止状态油路：液压泵1单向阀4节流阀5三位四通换向阀7中路背压阀6油箱。表3.2 工作步聚与负载图工作循环过程外负载大小负载大小快进过程057N工进过程234N320N工退过程297N556N二工进过程355N427N工退过程355N401N快退过程010N代表的是粘性负载，本次设计不考虑。是代表的弹性负载 根据上述条件并结合所学知识绘制的运动部件速度循环图。3.2送进装置设计3.2.1送进装置的设计原理由上料的总体方案可知，送进装置改用连续式，将送料的工位分成三个阶段，快进、工进和快退，伺服电机控制每次运动，根据运动状态来调整拨掌的状态。3.2.2掌式拨叉的设计 拨叉在整个系统中起到拨料和挡料的作用，因此用门型铁连接起来。而且在实际生产过程中应该满足精度要求，也应该注意连接方式。它在实际生产的过程中起到承上启下的作用，它的设计计算工时和尺寸的设计要求计算如下所述。式中n代表的是台架上一次承料的根料G1代表的是单根坯料的重量 代表的是台架的倾斜角度, 一般情况下a=16到4料重取小值D 代表的是坯料的直径尺寸H 代表的是“ 拇指” 的高度尺寸,当D 160 毫米的时候,H=20到60 毫米,D 值越大H值越大。拨掌选用步骤：（1）要确定拨掌的安装方式，管道要水平放置。这样可以使拨叉均匀受力，能够承受更大的力。（2）确定整体架构重量前者重量约为500kg，后者重量约为400kg。（3）确定设计寿命按照实际情况和应用要求，本次设计定为20000h。（4）确定时间和惯量加速时间取0.1s。各旋转部件的转动惯量这里取值为：0.0006。（5）确定进给速度及占总工作时间的比例表3.4进给速度及占总工作时间的比例工作的状态进给的速度占总的工作时间的比例大小最大的进给速度12000mm/min10% （6）确定拨叉各类别要求拨叉类别根据实际要求选择为：施磨类，4级精度要求，双螺母支承的形式为：固定；载荷性质：无冲击；可靠度：95%；支承轴承的轴向刚度为800N/um 4支桨梁的校核4.1梁的设计本次设计的梁根据经验和相关设计手册，选取材料为45号钢，采用焊接方式固定，选择的形状为长方形。4.2梁破坏形式分析整个部分可以根据支座的设计和选择的形状来进行简化，并用简化图形进行校核。（1）在载荷达到最大时，横梁会弯曲，这时进行弯矩和剪力的校核。（2）当受力最大是，对支撑轴进行强度校核。（3）当整体装置承受外力时，进行相应得校核。（4）焊缝连接时，应对焊缝进行强度校核。相关强度的设计要求：抗拉压许用压力为150MPa，焊缝的许用强度为。整体材料的抗弯曲许用应力为。整体材料的抗剪切许用应力为。4.3校核工字钢的强度根据支架布置图和实际设计的情况，可易知，支撑架的距离为3m，因此要校核最长距离时的双拼工字钢的强度。支架的自重约为3.94t，最大可承重为2t，即最大的重量为5.94t，考滤到实际使用时的安全性可得，安全系数选则为1.2。整体的重量由四个支架支撑。故每个单腿承受的最大负荷可计算得到为。梁的自身重量这次设计过程可以看作是均匀分布的。整体的校核计算如下所示：（1）抗弯强度计算公式如下所示由上面计算结果查阅相关资料可知强度要求满足。（查相关资料所得）（2）抗剪强度计算国内公式如下：由上面计算结果可知双拼工字钢满足抗剪强度要求。（3）支架双拼梁水平方向校核计算过程如下：支架双拼承受的是垂直载荷而产生的水平的推力，计算公式为：（见钢结构设计手册）其中：代表的是汽车的重量与起吊的重量之和，总重量为47.4t代表的是吊车的轮数，本次设计为4个代表的是系数，本次设计取0.1 由上面计算结果可知拼梁水平方向抗弯强度足够。4.4支撑无缝钢柱的强度和稳定性校核：由上一届的计算结果可知支撑最大受力为1.48t，最长短管长度为已知钢61.4由于，本次设计的应该是属于粗短杆因此用作为校核强度。计算得到的最大压应力为： 由此可知支撑管的强度满足设计要求。4.5后支腿支座强度的校核（1）工字钢组件的强度校核组件的截面模量经过计算和查阅资料得：组件强度满足要求。（2）两根梁的强度校核两根梁所承受的压力的面积为由上面的计算结果可知梁的的强度符合设计要求。4.6焊缝强度的校核本次设计仅校核在焊接处的焊缝强度。由简图分析受力可知此处主要受压应力作用。因此只要用校核强度就能达到要求。由上面的计算结果可知焊缝强度满足设计条件。5.控制系统的设计5.1控制要求上料过程动作比较简单：上料时电磁阀打开液压缸开始快进接触到拨掌开始工进工进到达位置停止运动到达指定位置拨掌停止转动液压缸二工进拨掌开始转动液压缸退位液压缸回位运动结束5.2控制过程工序1：当开始上料时，SQ2为ON，电机启动正转，带动液压泵旋转，开始旋转。工序2：当拨掌上升到达一定距离时，完成工进，且SQ3为ON，换向阀换向，电机停转。工序3：拨掌静止两秒，电机开始反转松开。工序4：摇臂快速后退，SQ2为OFF，电机停转，结束。控制过程如图7.1所示：图5.1 上料系统自动过程工序图5.3I/O点的分配5.3.1确定I/O设备1、拨掌转动机构的运动需要一个液压泵，液压泵转动需要一个接触器KM1。2、直线运动机构需要一个伺服电机，电机转动需要一个接触器KM2。3、为检测管到达的位置，需要3个限位开关：SQ1控制原位，SQ2控制工进开始位置，也是旋紧电机开始旋转位置，SQ3控制快退开始位置。4、为调节支架的运动速度，需4个继电器：KA1控制支架快速进给，KA2控制工件工进，KA3控制支架快速后退，KA4控制液压泵停止运转。5、启动按钮SB，用于工作方式选择的开关SA。由上分析可知，系统需要如下I/O设备：限位开关3个：SQ1（原位）、SQ2（工进开始位置）、SQ3（后退开始位置）；继电器4个：KA1（快进）、KA2（工进）、KA3（快退）、KA4（停止）、KA（旋紧电机）5；启动按钮1个：SB；方式选择开关SA。5.3.2分配I/O地址根据旋紧机夹紧送进的需要，给每个I/O设备分配一个地址，如表7.1所示。表5.1 旋紧机夹紧送进系统I/点址分配表输入输出符号点地址功能描述符号点地址功能描述SB1I0.0启动按钮KM1Q0.0控制运转SQ1I0.1后限位KA1Q0.1快进SQ2I0.2工进限位KA2Q0.2工进SQ3I0.3前限位KA3Q0.3快退SAI0.4点动KM4Q0.4停止I0.5长动KMAQ0.5控制旋紧电机运转5.4绘制顺序功能图图5.4 旋紧机系统自动控制顺序功能图参考文献1 濮良贵. 机械设计M. 高等教育出版社, 2007.2 陆玉. 机械设计课程设计J. 机械工业出版社, 2006.3 余俊. 机械设计M. 高等教育出版社, 1997. 4 徐灏. 机械设计手册M. 机械工业出版社, 1991. 5 杨毅. 数控加工的工艺设计J. 机械工程师, 2001.6 邹青. 机械制造技术基础课程设计指导教程M. 机械工业出版社社, 2010. 7 甘永立. 几何量公差与检测M. 上海科学技术出版社, 2001.8 机械设计手册编委会. 机械设计手册J. 机械工业出版社, 2004.9 吴宗泽. 机械零件设计手册M. 机械工业出版社, 2004.10 刘朝儒, 高政一. 机械制图M. 高等教育出版社, 2000.11王殿君，黄光明.管道机器人的研究进展J.机床与液压，2008,4；185-187.12邵琦，谢哲东.管道机器人的发展与展望J.农业与技术，2016,36（5）：173-175.13费正佳，张磊，张继忠，王潇.履带式管道机器人的设计及仿真研究J.青岛大学学报，2016，31（2）：37-42. 14 黄宝旺，张习加，李成群.管道清淤机器人驱动及控制系统的设计J.机床与液压，2016, 44（3）：61-63.15 陈远伟.融合视觉和嗅觉的管道探伤机器人设计J.科技创新与运用，2015 ，15: 4816 王智慧.一种管道机器人的机构设计J.工业设计，2016,03：102-103.17 李国柱，段颖妮，韩佐军，田浩.管道机器人移动牵引机构设计J.机电一体化，2012，10: 71-73.18 曹建树，曹振，徐宝东.基于ADAMS的管道机器人变径机构优化设计J.制造业自动化，2015，37（7）：1-5.19 陈奕颖.管道机器人的发展现状及其趋势J.科技创新与运用，2015，36: 76.20 许冯平.管内机器人管径适应调节机构分析J.2014,06: 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