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顶杆自动识别系统的设计【21张图/17100字】【优秀机械毕业设计论文】

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顶杆自动识别系统的设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

A0-总装配图.dwg

A0-部件图—手动摇柄.dwg

A1-部件图—横移机构.dwg

A2-移动支架.dwg

A3-丝杆.dwg

A3-手轮轴.dwg

A3-气动回路图.dwg

A3-螺母座.dwg

A4-丝杆座.dwg

A4-传感器安装示意图.dwg

A4-压杆.dwg

A4-大锥齿轮.dwg

A4-小锥齿轮.dwg

A4-手柄1.dwg

A4-手柄2.dwg

A4-手柄3.dwg

A4-气缸头.dwg

A4-气缸架.dwg

A4-法兰.dwg

A4-盖.dwg

A4-铜螺母.dwg

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关键词：: 自动识别系统设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,35页,17100字左右.
英文翻译一份.
任务书一份.
开题报告一份.

图纸共21张:
A0-总装配图.dwg
A0-部件图—手动摇柄.dwg
A1-部件图—横移机构.dwg
A2-移动支架.dwg
A3-螺母座.dwg
A3-气动回路图.dwg
A3-手轮轴.dwg
A3-丝杆.dwg
A4-传感器安装示意图.dwg
A4-大锥齿轮.dwg
A4-法兰.dwg
A4-盖.dwg
A4-气缸架.dwg
A4-气缸头.dwg
A4-手柄1.dwg
A4-手柄2.dwg
A4-手柄3.dwg
A4-丝杆座.dwg
A4-铜螺母.dwg
A4-小锥齿轮.dwg
A4-压杆.dwg

1.毕业设计的背景：

钢管是一种用途广泛的工业金属材料，也是国民经济发展的一个重要支柱，随着我国
加入WTO，国内市场和国际市场接轨，由于国内钢管行业的检测精度低，效率不高，
但是进口的设备费用费用又过于昂贵，所以非常需要开发一套实用可靠的顶杆检测系
统来解决这个问题。

2.毕业设计(论文)的内容和要求：

研究顶杆识别系统设备的基本原理，了解各种识别检测模式，根据具体的工作要求选
择相应的识别模式，并以指定信息发出指令。
通过毕业设计，了解顶杆识别系统的工作原理，了解机架设计的要点，用PLC指令控
制机架的升降。

3.主要参考文献：

《机械设计》邱宣怀机械工业出版社
《液压与气压传动》章宏甲化学工业出版社
《PLC编程及应用》廖常初机械工业出版社
《自动检测与传感器技术》赵巧娥中国电力出版社
《画法几何及机械制图》范思冲机械工业出版社

摘要
在钢管生产过程中，需要实时了解每根顶杆的长度、外径、使用次数等信息。本论文介绍了通过在顶杆尾部开槽的方式，实现顶杆的识别与信息跟踪，基于 PLC的控制系统，给出了系统的检测原理，系统构成及软件程序。本课题主要研究工作：
第一章综合叙述了钢管的工艺生产流程及API国际标准；说明了国内顶杆自动识别系统的开发现状及存在的问题并阐述了顶杆自动识别系统的工作原理及流程；陈述了课题的来源和论文的主要工作和意义。
第二章提出了系统总体的设计要求；根据钢管的具体参数和工作要求对检测系统的整个机架部分进行设计。
第三章主要是对组成机架所需要的主要机械零部件（气缸和滚珠丝杠副）进行选型，并对选择过程做出相应说明，以及这些零部件相关的力学和强度校核计算。
第四章简述了PLC编程的方式和S7 400的组成；提出了PLC程序的测试策略；介绍了传感器的选型，信号转换和安装。
第五章总结了顶杆自动识别系统和软件系统开发过程所做的工作，并对系统的改进方向进行了展望。

关键词：顶杆；检测；机架；气缸；传感器；PLC

Abstract
In the expansion of production, it is necessary to understand the real-time each mandril length, diameter, frequency of use and other information. Introduced through the mandril slotting the tail, and push to achieve the identification and tracking information; PLC-based control system, the system is the detection principle, the system and software program. The main research topics:
The first chapter synthesis narrated the steel pipe craft production process and the API international standard; Explained the domestic roof bar automatic diagnosis system development present situation and the existence question and elaborated the roof bar automatic diagnosis system principle of work and the flow; Stated the topic origin and the paper prime task and the significance.
The second chapter set the system overall design request; To examine the system according to the steel pipe concrete parameter and the work requirement the entire rack section to carry on the design.
Third chapter mainly is to composes the main mechanical spare part which the rack needs (air cylinder and ball bearing guide screw vice) carries on the shaping, and to chooses the process to make the corresponding explanation, as well as these spare part correlation mechanics and intensity examination computation.
The fourth chapter to summarize the PLC programming way and the S7 400 compositions; Proposed the PLC procedure test strategy; Introduced the sensor shaping and the signal transformation. Fifth chapter summarized the work which the roof bar automatic diagnosis system and the software system performance history does, and has carried on the forecast to the system improvement direction.

Keywords ： mandril detection rack beams sensor PLC

目录
1 绪论 1
1．1引言 2
1．2背景及原理介绍 3
1．3检测系统的组成 5
1．4系统开发的必要性 9
1．5论文的主要工作和意义 10
2 顶杆自动识别系统的总体设计 11
2．1顶杆自动识别系统的设计要求 11
2．2顶杆自动识别系统的总体设计 11
3 机械部分的设计 16
3．1气缸部分 16
3.1.1气缸和阀的选型 16
3.1.2气缸的力学计算及校核 16
3.1.3气缸的图形及说明 18
3.1.4系统的气动回路 19
3．2导轨部分 20
3.2.1滚珠丝杠副的选型 20
3.2.2滚珠丝杠副的力学计算 20
3.2.3滚珠丝杠的图形及说明 22
3．3本章小结 23
4 电气部分的设计 24
4．1系统的配电图及说明 24
4．2传感器的选择，安装及数据处理 24
4．3 PLC的组成及编程 27
4．4 S7-400编程方式 29
4．5本章小结 31
结论 32
致谢 34
参考文献 35
附录 36
附录1 36
附录2 43

顶杆自动识别系统的设计-总装配图

顶杆自动识别系统的设计—手动摇柄

顶杆自动识别系统的设计—横移机构

顶杆自动识别系统的设计-移动支

顶杆自动识别系统的设计-螺母座

顶杆自动识别系统的设计-气动回路图

顶杆自动识别系统的设计-手轮轴

顶杆自动识别系统的设计-丝杆

顶杆自动识别系统的设计-传感器安装示意图

顶杆自动识别系统的设计-大锥齿轮

顶杆自动识别系统的设计-法兰

顶杆自动识别系统的设计-盖

顶杆自动识别系统的设计-气缸架

顶杆自动识别系统的设计-气缸头

顶杆自动识别系统的设计-手柄1

顶杆自动识别系统的设计-手柄2

顶杆自动识别系统的设计-手柄3

顶杆自动识别系统的设计-丝杆座

顶杆自动识别系统的设计-铜螺母

顶杆自动识别系统的设计-小锥齿轮

顶杆自动识别系统的设计-压杆

内容简介：: 徐州工程学院毕业设计（论文）任务书机电工程学院机械设计制造及其自动化专业设计（论文）题目顶杆自动识别系统的设计 of 生姓名张利民班级 04 机本（ 2）起止日期指导教师崔增柱教研室主任李志发任务书日期 2008 年 2 月 25 日景：钢管是一种用途广泛的工业金属材料，也是国民经济发展的一个重要支柱，随着我国加入内市场和国际市场接轨，由于国内钢管行业的检测精度低，效率不高，但是进口的设备费用费用又过于昂贵，所以非常需要开发一套实用可靠的顶杆检测系统来解决这个问题。论文 )的内容和要求：研究顶杆识别系统设备的基本原理，了解各种识别检测模式，根据具体的工作要求选择相应的识别模式，并以指定信息发出指令。通过毕业设计，了解顶杆识别系统的工作原理，了解机架设计的要点，用令控制机架的升降。机械设计邱宣怀机械工业出版社液压与气压传动章宏甲化学工业出版社程及应用廖常初机械工业出版社自动检测与传感器技术赵巧娥中国电力出版社画法几何及机械制图范思冲机械工业出版社论文 )进度计划 (以周为单位 )：起止日期工作内容备注第 1， 2 周第 3， 4 周第 5， 6 周第 7， 8 周第 9， 10 周第 11， 12 周第 13， 14 周第 15， 16 周结合课题背景，查阅相关文献，翻译相应外文资料了解顶杆自动识别系统的工作原理和各种识别方式根据具体工作要求，对系统的机械部分进行设计机架，横移，升降部分的设计序的设计，配电，气动回路图的绘制基于前 10 周的研究，绘制总装图在总装配图的基础上拆画重要零件图整理图纸和资料，撰写说明书准备答辩教研室审查意见：室主任年月日学院审查意见：教学院长年月日徐州工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称：顶杆自动识别系统的设计 F 生姓名：张利民学号 20040601209 指导教师：崔增柱职称：工程师所在学院：机电工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化徐州工程学院 2008 年 3 月 4 日说明 1根据徐州工程学院毕业设计 (论文 )管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它课题名称顶杆自动识别系统的设计课题来源教师科研课题类型工程设计类选题的背景及意义钢管是一种用途广泛的工业金属材料，也是国民经济发展的一个重要支柱，随着我国加入内市场和国际市场接轨，由于国内钢管行业的检测精度低，效率不高，但是进口的设备费用又过于昂贵，所以非常需要开发一套实用可靠的顶杆检测系统来解决这个问题。研究内容与解决的主要问题研究顶杆识别系统设备的基本原理，了解各种识别检测模式，根据具体的工作要求选择相应的识别模式，并以指定信息发出指令。通过毕业设计，了解顶杆识别系统的工作原理，了解机架设计的要点，用令控制机架的升降。研究方法技术路线根据本课题的背景，查阅相关文献，并翻译相关外文翻译，系统了解国内无缝钢管的各生产流水线，以及各自的机架是如何设计，然后再结合本系统中的工作要求对机械框架进行设计，把整个框架定下来之后再针对设计要用到的重要零部件进行选型，并对选择过程做出说明再参考国内一些大型钢厂的设计资料，图纸，绘制装配图，部件图，零件图。研究的总体安排和进度计划 12 周结合课题背景，查阅相关文献，翻译相应外文资料 34 周了解顶杆自动识别系统的工作原理和各种识别方式 56 周根据具体工作要求，对系统的机械部分进行设计 78 周机架，横移，升降部分的设计 910 周序的设计，配电，气动回路图的绘制 1112 周基于前 10 周的研究，绘制总装图 1314 周在总装配图的基础上拆画重要零件图 1516 周整理图纸和资料，撰写说明书，准备答辩主要参考文献机械设计邱宣怀主编机械设计手册机械工业出版社机械制图机械工业出版社程及应用廖常初机械工业出版社液压与气压传动章宏甲化学工业出版社自动检测与传感器技术赵巧娥中国电力出版社指导教师意见指导教师签名：年月日教研室意见学院意见教研室主任签名：年月日教学院长签名：年月日徐州工程学院毕业设计（论文） - 1 附录附录 1 to in to of in is to be in is s to T to T at 0%in is 2%, in 0%, 0%. of so on on he to is to of in as as so on in so to in to of in 州工程学院毕业设计（论文） - 2 is In or to at to of to at In of is by to to be at to so on so on a at to to BD to be on is if BA 1/1000000 in in 00km/h to 0 in of to be in 州工程学院毕业设计（论文） - 3 of so to 1. to to be to be + + + + no to 2. in is is is is a 3. as it in to be to in is in CU 4. of of is in as as as so to 5. is is to be to A is it in be S to or S in to 徐州工程学院毕业设计（论文） - 4 of is to in at in s is it or or so on in in in a of As as as to be to as in is of of or in to a to be to or to be at is a is on of is to on It is by is in is 996), in in on in 徐州工程学院毕业设计（论文） - 5 is in of of to be to to is is or or on a so of to as as po is in of in in be In a a 8 9 so on on a in to in of in of in of as in of of so is to is it to is S 徐州工程学院毕业设计（论文） - 6 in in in or it ut to is to to to to be in in CD is a of in CD by is he on in is to or it in of to - by so a of it on a or so on is in is 州工程学院毕业设计（论文） - 7 is is In of of on is 296 is 0 is a at so to of 徐州工程学院毕业设计（论文） - 8 附录 2 传感器与现代汽车电子现代汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是传感器。一、汽车电子操控和安全系统谈起近几年来我国汽车工业增长迅速，发展势头很猛。因此评论界出现了一些专家的预测：汽车工业有可能超过业，成为中国国民经济最重要的支柱产业之一。其实，汽车工业的增长必将包含与汽车产业相关的业的增长。例如，虽然目前在我国一汽的产品中电子产品和技术的价值含量只占 10% 15%左右，但国外汽车中电子产品和技术的价值含量平均约为 22%，中、高档轿车中汽车电子已占 30%以上，而且这个比例还在、不断地快速增长，预期很快将达到 50%。电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素，汽车（机动车）的动力性能、操控性能、安全性能和舒适性能等各个方面的改进和提高，都将依赖于机械系统及结构和电子产品、信息技术间的完美结合。汽车工程界专家指出：电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了深刻的变化。这也是最近电子信息产业界对汽车电子空前关注的原因之一。但是，必须指出的是，除了一些车内音响、视频装备，车用通信、导航系统，以及车载办公系统、网络系统等车内电子设备的本质改变较少外，现代汽车电子从所应用的电子元器件（包括传感器、执行器、微电路等）到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器（智能执行器、智能变送器）。实际上，汽车电子已经经历了几个发展阶段：从分立电子元器件搭建的电路监测控制，经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统，现在已经进入了采用高速总线（目前至少有 5 种以上总线已开发使用），统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据，实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元（成，可以独立操控，同时又能协调到整体运行的最佳状态。例如为使发动机处于最佳工作状态，就需要从吸入汽缸的空气流量、进气压力的测定开始，再根据水温、空气温度等工作环境参数计算出基本喷油量，同时还要通过节气门位置传感器检测节气门的开度，确定发动机的工况，进而控制，调整最佳喷油量，最后还需要通过曲轴的角速度传感器监测曲轴转角和发动机转速图书分类号：密级：毕业设计 (论文 ) 顶杆自动识别系统的设计 F 生姓名张利民学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师崔增柱 2008 年 06 月 2 日徐州工程学院毕业设计（论文） I 徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日徐州工程学院毕业设计（论文）要在钢管生产过程中，需要实时了解每根顶杆的长度、外径、使用次数等信息。本论文介绍了通过在顶杆尾部开槽的方式，实现顶杆的识别与信息跟踪，基于给出了系统的检测原理，系统构成及软件程序。本课题主要研究工作：第一章综合叙述了钢管的工艺生产流程及际标准；说明了国内顶杆自动识别系统的开发现状及存在的问题并阐述了顶杆自动识别系统的工作原理及流程；陈述了课题的来源和论文的主要工作和意义。第二章提出了系统总体的设计要求；根据钢管的具体参数和工作要求对检测系统的整个机架部分进行设计。第三章主要是对组成机架所需要的主要机械零部件（气缸和滚珠丝杠副）进行选型，并对选择过程做出相应说明，以及这些零部件相关的力学和强度校核计算。第四章简述了程的方式和 00 的组成；提出了序的测试策略；介绍了传感器的选型，信号转换和安装。第五章总结了顶杆自动识别系统和软件系统开发过程所做的工作，并对系统的改进方向进行了展望。关键词：顶杆；检测；机架；气缸；传感器；州工程学院毕业设计（论文） n of it is to of to is PI of To to to on is to on to to as as to LC 7 400 LC on to 论文） - 1 目录 1 绪论 . 1 1 1 引言 . 2 1 2 背景及原理介绍 . 3 1 3 检测系统的组成 . 5 1 4 系统开发的必要性 . 9 1 5 论文的主要工作和意义 . 10 2 顶杆自动识别系统的总体设计 . 1 顶杆自动识别系统的设计要求 . 2 顶杆自动识别系统的总体设计 . 机械部分的设计 . 16 3 1 气缸部分 . 16 缸和阀的选型 . 16 缸的力学计算及校核 . 16 缸的图形及说明 . 18 统的气动回路 . 19 3 2 导轨部分 . 20 珠丝杠副的选型 . 20 珠丝杠副的力学计算 . 20 珠丝杠的图形及说明 . 22 3 3 本章小结 . 23 4 电气部分的设计 . 24 4 1 系统的配电图及说明 . 24 4 2 传感器的选择，安装及数据处理 . 24 4 3 组成及编程 . 27 4 4 程方式 . 29 4 5 本章小结 . 31 结论 . 32 致谢 . 34 参考文献 . 35 附录 . 36 附录 1 . 36 附录 2 . 43 徐州工程学院毕业设计（论文） - 2 1 绪论 1 1 引言钢管广泛地应用于机械、建筑和石化等行业，又是国防工业的重要材料，用于制造枪管、炮筒以及其他武器。钢管的生产工艺种类繁多，生产过程非常复杂，生产设备也很庞大，以 163 机组为例，热轧钢管生产流程如图 1 1 所示。图 1 1 热轧钢管生产流程按照工艺流程，管坯进入车间后按照工艺要求锯成定尺长度，然后依次经过环形炉加热、三辊穿孔机穿孔、连轧机轧钢、定径机定径。加工成的钢管需要减径的再加热后送至减径机上减径。从定径或减径机轧出的成品管，送至链式冷床上冷却，冷却后锯成定尺长度的钢管（有的需要热处理 )输送到斜辊式矫直机上矫直，矫直后依次经过超声波探伤，水压机试验，随后进行其他各项精整工序。精整后的成品管经过感应加热炉后进行涂油打捆入库。根据定，外径不小于 36钢管应在每根钢管一端的端部有喷印、滚印、钢印或粘贴印记。印记应清晰明显，不易脱落。印记内容应包括钢的牌号、产品规格、产品标号和供方印记或注册商标。具体不同类型的管子有不同的印记内容。随着我国加入内市场和国际市场的接轨，钢管市场同样面临一系列的问题。国内钢管进入国际市场，必须遵守国际的相关标准。比如无缝钢管要遵守国际标准表一所示）。过去，大部分的钢管厂家采用人工的方式进行测量和标记。人工测定钢管的长度和重量，并把相关的内容根据国家标准，用涂料写在钢管上。有的钢管厂由工人随意手写，字迹不统一，有的用刷模的方式，字迹相对工整。这种做法沿用了很长一段时间，部分厂家目前仍在使用。很明显，这些方法存在测量精度低、劳动强度大、生产效率低、字迹不清楚等缺点。表 1 1 为国际标准准摘录：徐州工程学院毕业设计（论文） - 3 表 1 1 国际标准准摘录 8162 尺寸偏差从上个世纪 90 年代开始，国内一些大型的钢铁公司的产品为了参与国际竞争，耗巨资引进国外的整条流水线。这些进口的设备测量精度高、生产效率高、劳动强度低、字迹统一规范。但是进口设备成本高、要求工人素质高、维护成本也高。落后的传统方法与高成本的进口设备都难适应国内的市场需求。因此，开发研制同类产品已经迫在眉睫。 1 2 背景及原理介绍扩管是指经穿孔机穿孔后的荒管加热以后在轧机的两个锥形辊的作用下，沿顶杆高速旋转前进，把管径扩大的过程。扩管过程中顶杆的定位精度要求很高，每根顶杆在轧制之前必须调整到恰当的位置，才能在轧制过程中避免前卡、中卡、后卡等现象的发生。为此每根顶杆需要事先编号，把顶杆长度、外径等参数保存到上位机的数据库中。每次轧制前检测装置通过检测获取编号，并上传给上位机，上位机依据编号从数据库中读取参数进行处理，然后把最终处理完成的数据发送给据此数据调整顶杆的位置。目前识别、输入编码的方式有 3 种：人工识别和输入的方式、一维条形码识别方式、二维编码识别方式。但是这 3 种检测方式并不适合现场的实际需求，原因如下：（ 1）现场工作环境恶劣，所以要求系统在无人干涉下能自动完成检测。（ 2）顶杆工作在高温状态下，轧制过程中顶杆的表面温度可能达高达 800 ，即使经过冷却装置冷却后其表面残留的余温也在 100以上。一维条形编码检测需要用到的涂徐州工程学院毕业设计（论文） - 4 料在如此高温下很容易脱落，所以用传统的一维条形编码方式并不合适。（ 3）顶杆是圆柱形的物件，不容易在上面打上二维码。况且二维码编码区域很小，即使打上了二维码，检测时定位也很困难，所以用检测二维码的方式也不合适。（ 4）顶杆在运行过程中经常滚动，频繁跟其他设备碰撞，一般的编码方式其编码表面很容易磨损 ,造成检测的失败。因此，研发适合现场工作条件的顶杆检测装置十分必要。我们从实际出发，参照相关的检测方式，设计了一套符合现场要求的顶杆检测系统。顶杆检测装置必须满足以下功能要求 :能在高温下工作，能检测不同管径的顶杆，能克服因为顶杆磨损而造成的误差。为此，采用了在顶杆尾部开槽的方式。具体原理如下：每个十进制的数都可以转换为相应的二进制数来表示。例如 33 可以表示为 100001 B,而二进制数又可以通过实际的开关量来表示， 100001 B 就可以用 6 个传感器的状态来表示，这样任何一个十进制的数都可以通过传感器的状态来表示。在顶杆检测的过程中，传感器感应不到顶杆开槽的部分，则这个传感器的状态就是 0；传感器能感应到开槽的部分，则传感器的状态就为 1。这样通过传感器检测顶杆尾部开的槽的状态就可以获取顶杆编号，达到检测的目的。系统的检测原理图 ,如图 1 所示。每根顶杆的尾部刻槽 ,槽的宽度是传感器阵列（ 6 6 传感器阵列）中每单元传感器的宽度。传感器选用欧姆龙公司方型传感器阵列分为 6 组，安装在树脂制造的安装架内，分别用来检测 A、B、 C、 D、 E、 F 6 道槽的状态。每组有 6 个传感器并联，以提高工作的可靠性，这 6 个传感器中只要有一个感应到，则这组传感器状态为 1。以图 1 2 为例，传感器的状态为：A =0, B =1, C =0, D =1, E =0， F=1。以上的数字转换成十进制就等于 21（ 010101B）。那么此顶杆就是第二十一号顶杆。图 1 2 检测正视图徐州工程学院毕业设计（论文） - 5 1 3 检测系统的组成顶杆检测系统的结构简图，如图 1 4 所示，系统包括检测头、检测头对齐挡板、支撑板、升降气缸、机身、对齐气缸、顶杆对齐板、顶杆编码部分、顶杆到位检测传感器、顶杆等 10 个部分。整个系统的工作流程可以分为 5 个步骤：（ 1）传感器检测顶杆是否到位。（ 2）对齐气缸推出。顶杆到位后，气缸先把顶杆推到检测的位置。气缸装有前位传感器，出电磁阀控制信号后延时 2s 后若还没检测到前位传感器信号，说明气压系统存在故障，出相应的报警信号并在上位机上显示报警信息，系统会根据实时情况做出相应处理。（ 3）气缸下降，对齐气缸后退。气缸向前推到位后（前位传感器触发），升降气缸下降，同时气缸后退。因为顶杆的直径变换范围很大（ 32 256，所以相应的气缸升降距离也不一样，所以无法安装气缸下位传感器，只有程序上通过延时来设定。气缸后退的控制跟前进过程的控制一样，采用后位传感器来检测是否到位。下图可以直观的看出系统是怎样工作的，该图的视角为正对横梁前端，由图可知气缸和滚珠丝杠副并没有安装于同一平面内，所以设计安装时该考虑到两平面之间的平行度问题，由于检测头下方的传感器是 6 6 方形阵列，所以钢管的放置方向对检测没有任何影响。气缸还安装了附件（前法兰），这样气缸缓冲装置可以得到定位，检测头上方的平板通过接在一起，此外系统还在连接板上安装了一对可调节撑脚（实际上就是一对可调螺栓螺母）这样可以保护检测头不受损。当电源接通后，出指令通过控制电磁阀来控制两个气缸的运行，当水平和竖直方向上的位置都满足检测要求后，系统开始正常工作。图 1 4 为系统的工作图，对齐气缸安装位置和 V 架同一高度，它通过连接在活塞杆上的推板推动钢管以达到对齐的作用，机架立柱旁边是控制柜，系统中所用到的电，气，液总导管均从这里引出。由于视角的原因，调节竖直方向上距离的手柄在图 1 4 中看不到，图 1 3 为整个系统机架的俯视图，该图可以清楚的看出手柄的安装位置。徐州工程学院毕业设计（论文） - 6 图 1 3 机架俯视图（ 4）检测头检测。检测头到位即是检测头对齐挡板和顶杆对齐挡板紧靠在一起，其目的是为了让检测传感器和顶杆上的槽相互对齐，这样传感器处于最佳工作位置。然后并根据传感器的状态转换化为十进制数值传给上位机。上位机根据此数值从数据库中读取数据、处理完数据后，上位机发给个检测成功的信号，开始运行下步动作。如果上位机用传的编码不能从数据库中读取数据，上位机会在监控界面中报错，同时通知新检测一次。本系统的原理就是根据受到现场的信息然后对顶杆的位置做出实时调整，由于钢管间直径相差较大，因此顶杆的规格也会相差较大，而本系统精度要求较高，所以场对顶杆做出的调整很重要。徐州工程学院毕业设计（论文） - 7 检测头控制柜水泥台推板图 1 4 系统工作外形图（ 5）气缸上升。检测成功后，气缸上升，直到上位传感器信号触发停止，如果 2统就会报警，根据现场具体情况做出调整。直到顶杆检测完成。图 1 5 是系统的程图。该图考虑到每个工作流程可能发生的状况，并对可能发生的意外状况进行处理，能直观的反映系统工作的全部流程。在本论文在第四章将说明现场的模拟信息是如何从传感器传出并被别的，系统中的所有用电部分经过统计后，给出输入，输出端子图。徐州工程学院毕业设计（论文） - 8 初始状态满足？测头下降对齐气缸到位 C 流程图报警否？检测头上升检测成功吗？开始检测报警否？报警否？对齐气缸推出检测位置有无顶杆检测顶杆开始图 1 5 程图顶杆检测头是一个特殊设计的部件，其作用为：检测头是一个 6 6 的传感器阵列，固定在一块安装板上，安装板通过安装底板和整个检测头连为一体。平时生产的时候 ,有一副传感器组作为备用，当正在使用的传感器发生故障时，只需要把安装板拆下，换上备用传感器组就行，保证生产节奏不受影响。图 1 6 是顶杆检测的正视图。如图所示，不同直径的顶杆，传感器在 X 轴的位置上存在着偏差。设台架的角度为 2 ，台架与水平面的夹角为，小圆半径为 r，大圆半径为 R， X 方向上的偏差为 X。则存在以下关系，见式（： c o ss i 式（由图 1 6 可知，检测头在 X 方向上的变化范围为 X，只有系统的传感器 X 方向检测距离才能保证检测成功。现场顶杆的直径变化范围为 32 246 为60 , 为 10。把数据代入上式可得 x = 徐州工程学院毕业设计（论文） - 9 输入器阵列654321台架顶杆2顶杆1 6 检测正视图所以，只要能满足检测要求。传感器选用欧姆龙列方型传感器，其截面为 40 43探针接触式检测。因为 x 43所以，如果在 X 方向只安装一个传感器，显然不能满足现场检测的需要。按理论要求只要在 X 方向装 3 个传感器就能满足需求，但考虑机械设计和现场安装的方便，所以，在 X 轴上安装了 6 个传感器。 1 4 系统开发的必要性现在国内有近百家钢管生产厂家，除了几家最大型的钢管公司具备雄厚的资金实力，能从国外引进专业的生产设备，其他企业的生产设备都很落后。有一些公司自己组织技术力量进行技术攻关也研制出了一些产品，能在一定的程度上解决问题，但产品大体上存在以下一些问题：（ 1）设备大都只能完成单一的任务，不能在自动生产线上和其他设备一起工作，使得生产效率依然低下，不能从根本上解决问题。（ 2）产品的技术开发水平还停留在二十世纪八十年代的水平。由于这些产品大多是工厂自己组织力量开发研制的，技术水平达不到国外的最新发展动态；开发设备的精度低、可靠性差。（ 3）产品的稳定性不够。由于这些产品的主要控制部件采用了单片机控制，在钢管生产的恶劣环境中，各种干扰使得系统的故障率极高。（ 4）产品缺乏扩展性。易扩展性已成为现代产品的特征，缺乏扩展性的产品将阻碍自动化的发展。（ 5）满足不了企业日益增长的企业管理功能。现程度已经成为企业现徐州工程学院毕业设计（论文） - 10 代化的重要标志。企业的质量管理已经成为现代制造企业的管理核心。每根钢管都有一系列的数据，这些数据在钢管的整个生命周期里都很重要。过去自行开发的系统只考虑到在生产中的功能，而忽略了在管理中的功能 1 5 论文的主要工作和意义本系统涉及到多学科，多专业，是集光、机、电和计算机一体化的产品。本论文在老师的指导下主要完成以下工作： 1、通过对顶杆检测系统开发现状的分析，对系统进行了总体方案设计。具体为机械组成框架部分的设计。 2、根据总体方案进行重要零部件选型，并做出说明和必要的力学计算。 3、通过对系统工作原理和研究，进行了程设计，给出其接线图。 4、将人机工程学运用到系统中，设计了上位机监控系统。本系统的研制成功填补了国内检测行业空白，其检测精度和标识效果达到同类产品的先进水平。徐州工程学院毕业设计（论文） - 11 2 顶杆自动识别系统的总体设计 2 1 顶杆自动识别系统的设计要求系统的设计要求如下：（ 1）工作范围钢管外径： 48（ 32） 246管重量： 201000管长度： 6m 15m；（ 2）工作环境要求系统能在恶劣的环境下工作，使用寿命长；（ 3）气缸速度要求气缸在下降的时候 2s 到达指定位置，上升时 1s 回到起始位置，对齐气缸 2s 推到工作位置；（ 4）自动化要求具有自动报警功能，急停，自锁功能，半自动、手动功能；动态显示钢管参数；。（ 5）效率和速度要求系统要求过管速度为 278 根 /h，每 12s 过一根管。 2 2 顶杆自动识别系统的总体设计在对顶杆自动识别系统进行总体分析再结合具体的工作要求后给出系统设计总示意图如下，图 2 1 只是设计开始的构思，只为示意。台架检测头气缸滚珠导轨钢管立柱横梁控制柜顶杆自动识别系统的总体设计外形图图 2 1 外形示意图徐州工程学院毕业设计（论文） - 12 （ 1） V 型台架 V 型台架用来放置钢管，由于钢管长度为 6m 15m，所以仅靠一个台架显然不行，本系统中在地面上放置了 5 个台架，这样可以根据钢管的长短来调整钢管的放置， 5 个台架按一定距离安放，高度要统一，确保钢管受力均匀，在台架上带有尼龙垫。尼龙垫起到两方面作用：一是用来保护钢管的表面在被推动的过程中不被台架划伤；另一方面是用来增大钢管与台架之间的摩擦系数，增大两者之间的摩擦力，增强钢管在被推动时运动的平稳性。这里还涉及到 “ V”槽夹角大小问题，如果夹角太小那钢管的重心就会上移，这样钢管就容易滚动，不利于传感器的识别，但是夹角过大承载面就会趋于水平，这样钢管也容易滚动，也不利于传感器的识别，所以夹角一般选择 120 140 为了便于计算（这里选择 120）。台架的具体设计思想为一 “ V” 型板和两个夹板通过两个螺栓螺母组连接在一起，再通过两个加强肋和底板焊接在一起，整个台架采用螺栓和螺母与一承载机构联接，承载机构的具体高度由具体工作要求决定，在承载台上安装的 V 架也可以设计成多排，本系统的具体设计思想如图 2 2 所示。图 2 2 台架设计（ 2）机架，横梁和立柱本系统中横梁的材料为 35 号钢，机架，立柱和底板的材料都为为（有一定强度，良好的铸造性和韧性，焊接性好），横梁和立柱都选用冷拔无缝方形钢管，这样便于在横梁内部安装滚珠丝杠传动副，立柱先和一横板焊接之后再与横梁间通过 3 个螺栓，垫片螺母组连接，然后再和一加强肋板焊接紧固，立柱和底板通过 6 个螺栓螺母组连接，另外还加有四个加强肋板，恰当的设置肋板有利于提高机架的刚度、强度，减小机架的重量。设置肋板使壁厚减小，对于焊接机架，设置肋板使焊件比较薄，有利于保证焊接质量。在横梁内部有一套滚珠丝杠副通过一块衬板安装在一“凹”形滑台上，由于丝杠的尾部没有开螺纹，所以可以连接一个手动摇柄装置，因为滚珠丝杠副可以将螺旋运动转化成直线运动，这样整个横移机构就可以通过手动控制横梁尾部的摇徐州工程学院毕业设计（论文） - 13 柄而在横梁上水平移动，因为滚珠丝杠副不能自锁，所以在横梁上安装了压紧装置，通过压紧压板来限制滑板的移动。（ 3）横移机构横移机构的具体构造为一升降气缸和一对滚珠丝杠联接装置，在气缸的活塞杆上安装了气缸附件（ Y 型带销连接杆），该附件和一连接板用螺栓连接在一起，平板的下方就联接了检测头部分。因为在本系统中钢管规格为 48 246 钢管间直径相差 198统将气缸部分和滚珠丝杠副连为一体，这样铅直方向上可以解决因气缸行程不足而有一段距离无法达到的问题，在滚珠丝杠副后侧还安装了一个控制竖直方向的手柄装置，他通过一对啮合的锥齿轮传动改变旋转方向，再通过滚珠丝杠副的螺旋运动来实现竖直方向的升降，在基准面即水平面上配置有一承载水泥台，设其高为 200 个横梁和机架和底板用地脚螺栓连接在水泥台上，气缸的行程为 500 整个 V 形台架高为 1500丝杠螺纹长度为 300 那么整个横梁的高度就得大于 H H=500+1500+300 取整为 2300 图 2 4 为横移机构剖视图：图 2 3 横移机构剖视图（ 3）气缸及气路因为在本系统中无论竖直方向上的升降还是水平方向上的对齐，都需要由一个机构来提供动力，参考国内大型钢厂的钢管生产线可知，很多设计在这一环徐州工程学院毕业设计（论文） - 14 节采用气缸装置，故气缸的设计为本论文机械部分的重点，气缸的型号主要根据所需的移动距离和推力来确定。因为司生产的气缸结构比其他厂家节省空间，附带可调缓冲装置，附件范围广（附 8 个连接螺栓， 8 个圆片和螺母，一个法兰，内六角螺钉等）而且缸盖上有沟槽使传感器不突出表面，光滑，密封表面保护传感器电缆，防止灰尘进入。所以本系统选用动元件系列的气缸作为气路的执行元件，因为本系统对精度要求很高，所以该气缸上的缓冲装置可以在气缸快速升降的时候消除惯性力和运动残余能量，分析气缸的运动要求后选用列的三位五通换向阀作为气路的主要控制元件，当阀作用在左工作位时，推杆回缩即气缸上升，当作用在右位时，推杆伸出，当阀作用在中位时，五口全封闭，液压泵不卸荷，气缸闭锁，这样，若系统出现异常，使阀作用在中位，推杆能立即停止运动。对齐气缸的型号为列列位五通阀相连，当阀处于左位时，活塞推出，右位时活塞缩回。两个气缸并联，由由于气缸是安装在一个移动支架上面，该支架又通过槽钢和两个滚动导轨副接在一起，当手轮转动时，丝杠螺母就会升降，由于螺母通过螺母座和支架连接在一起，这样整个升降机构就可以上下升降（气缸和滚珠丝杠副不在同一水平面，所以安装时要特别注意两平面之间的平行度问题）。（ 4）手柄因为手动控制是系统的一个重要工作方式，每当系统报警或是运行不畅的时候都需要由手动来调节，所以不论是在水平方向还是在竖直方向上都需要安装一个手柄装置，在手柄装置里面主要由一对啮合的锥齿轮（齿轮和传动轴之间用键连接）来实现旋转方向上的变化，再通过滚珠丝杠副将旋转运动转化为直线运动，因为本系统为精密检测系统，所以当系统在工作中必须要能自锁，由于滚珠丝杠副不能自锁，这里在手轮上加上一个压紧装置，当此压紧机构转动时安装在传动轴上的斜楔机构因为螺纹配合就会向右挤，而右边的间隙又是固定的，当整个斜楔被挤到极限位置时，手轮就无法转动，这样就可以实现竖直方向上的自锁，当这个调节装置手柄摇动时，整个检测装置就会上下升降，下图中小锥齿轮的分度圆直径1 大锥齿轮的分度圆直径2 两锥齿轮的选型设计过程略），因为两锥齿轮的传动比等于它们分度圆直径的反比，所以两齿轮的传动比为1i/ 2i=,所以当手轮转过一圈时丝杠就会转 2/3 圈，因为本系统中丝杠的螺距为 6以此时丝杠螺母上升的距离为 6)3/2( l =4钢管间直径相差198 轮大概需要转 50 转，查手册得人手摇的速度为 100 r ，所以钢管管径的差值通过手摇 30s 就可以解决，手动装置具体的构造如图 2 5，该图为手动装置的剖视图。徐州工程学院毕业设计（论文） - 15 图 2 5 手动装置剖视图（ 5）检测头部分顶杆检测头是一个特殊设计的部件，其作用为：检测头是一个 6 6 的传感器阵列，固定在一块安装模架上，该安装模架为根据传感器安装的具体数据用树脂浇注而成，安装模架和连接板用 4 个 20 的螺栓连接，由于气缸的活塞杆长度有限，为了将升降气缸和整个检测头连为一体，采用在活塞杆上安装附件，该附件为 Y 型带销连接杆，通过此装置将检测机构连接到气缸上。当系统正常工作的时候，有一副传感器组作为备用，如果正在使用

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