型钢堆垛机的设计
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型钢堆垛机总装配图.dwg
型钢堆垛机的设计说明书.doc
型钢堆垛机翻转机构.dwg
齿轮.dwg
摘要
本文详细介绍了型钢堆垛机的整体设计理论和整个堆垛过程，其中重点介绍了翻转机构的设计。主要包括了翻转机构的轴、齿轮、液压缸的整体设计，其中还有轴承的选取，联轴器的选取和校核。
本次设计的型钢自动堆垛机性能良好、动作灵活、操作方便、故障率低、维护简单方便，满足了生产的需要
关键字：型钢堆垛机；机械；液压；齿轮
Abstract
This article introduced Steel bar stacker Overall design theory and entire piles up the process in detail, and introduced the design of Turnover mechanism emphasis. In this paper, there has mainly included the entire design of the axis, the gear, hydraulic cylinder of turnover mechanism, and in that there were also including bearing's selection and shaft coupling's selection and examination.
This profiled bar automate profiled bar stow machine has good capability, movement is agility, operating is simple; the frequency of trouble is small, maintenance is simple, and could meet the need of teaching and learning
Key words：Steel bar stacker；Machinery；Hydraulic pressure；Gear
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 概述 1
第2章 型钢堆垛机总体设计 3
2.1 型钢堆垛机的设计参数 3
2.2 堆垛机的工艺流程 4
2.3 堆垛机平面示意图 4
2.4 堆垛机的结构设计 4
2.5 堆垛机总体尺寸 5
2.6 传动系统的选择 5
2.7 翻转机构的基本设计 6
2.8 升降机构的基本设计 7
第3章 翻转机构 8
3.1翻转机构液压缸的设计 8
3.1.1液压缸的类型 8
3.1.2基本参数设计 8
3.1.3液压缸的结构设计与校核 12
3.1.4液压缸的稳定性和活塞杆的强度验算 15
3.2齿轮的设计 16
3.2.1 选择齿轮精度等级，材料，热处理方式及齿数 16
3.2.2齿轮的基本参数 17
3.2.3小齿轮的基本尺寸计算 18
3.2.4 轮齿所受的圆周力 ，径向力 ，法向载荷 的计算 18
3.2.5 齿根弯曲疲劳强度校核 19
3.3 扇形齿轮的设计 20
3.3.1扇形齿轮的形状设计 20
3.3.2 扇形齿轮的基本数据 20
3.3.3 扇形齿轮的模数 21
3.3.4扇形齿轮的基本尺寸计算 21
3.3.5 齿根弯曲疲劳强度校核 22
3.3.6 齿轮接触强度校核 22
3.4（Ⅰ）轴的设计 23
3.4.1（Ⅰ）轴的结构工艺性 23
3.4.2（Ⅰ）轴的材料 24
3.4.3小齿轮轴上的受力 24
3.4.4 计算轴的最小直径 25
3.4.5 确定轴的各段尺寸和长度 26
3.4.6联轴器的选择 26
3.4.7轴上零件的轴向定位 26
3.4.8确定轴上的圆角和倒角的尺寸 27
3.4.9确定轴上的载荷 27
3.5（Ⅱ）轴的设计 30
3.5.1 轴的结构工艺性 30
3.5.2轴的材料 30
3.5.3计算Ⅱ轴的转矩 30
3.5.4大扇形齿轮轴上的受力 30
3.5.5计算轴的最小直径 30
3.5.6确定轴的各段尺寸和长度 31
3.5.7轴上零件的轴向定位 32
3.5.8确定轴上的圆角和倒角的尺寸 32
3.5.9确定轴上的载荷 32
3.5.10平键的校核 35
第4章 经济性分析 37
第5章 结论 38
参考文献 39
致谢 40
第1章 概述
本文针对国内传统的型钢生产线一般都没有专门的自动堆垛设备。随着市场经济对型钢产品要求的提高，传统型钢生产的型钢堆垛已成为当前迫切需要进行的技术改造之一。不管是采用人工堆垛、半机械化堆垛还是全自动堆垛，首先要进行型钢的垛型设计。
本此设计的型钢堆垛机是一种用于对成型钢材自动打捆的设备。机械部分由单传辊道、拨钢机构、移钢机构、分组机构、定位机构、平移机构、翻转机构和垛台升降及压紧机构等8个子机构，和PLC控制部分组成的成型钢材自动打捆生产线。它的主要优点在于实现了整个生产线的自动控制，从而提高堆垛机的堆垛效率，这也是现今钢材堆垛打捆和以后发展的趋势。它不仅仅克服了过去人工堆垛的生产效率低、打捆质量差、成本高、工作环境危险等缺点，更重要的是型钢的堆垛打捆成为了整个轧钢生产线发展的阻碍，在很大程度上阻碍了钢材生产线的效率的提高，对整个生产效率的提高有很大的影响。本此设计的型钢堆垛机在一定程度上实现了自动化，很好的消除了这个障碍，对型钢生产线技术的进一步发展做了铺垫。型钢堆垛机能够实现自动堆垛打捆，对改善工人的劳动状况尤其是减轻工人的劳动强度、提高型钢的包装质量、提高轧钢生产线的生产效率、增强钢材市场的竞争能力、提高经济效益和社会效益创造了良好的条件。型钢堆垛机的制造成本较低，这对任何企业来说都是一个很重要的参考依据。
目前，世界上堆垛机的发展已经很成熟了。已发展形成了各种类型的小型车间用的标准堆垛机主要有两大类，磁性和非磁性堆垛机。一类是磁性堆垛机。轧件由装有可调磁性的翻转臂和输送小车进行一车堆垛，并且层与层之间是面对面或背对背交替放置的。该系统主要运用于中型型钢堆垛。全部由计算机自动操作。钢材堆垛后，由平立辊道输送到打捆区，平立辊道的宽度是可调的，以避免料垛散落。另一类是非磁性堆垛机。轧制由两套液压一机械机构控制的机械手进层层堆垛其动作类似于人手。可夹持并移送钢材，将钢材层面对面或背对背的进行堆放，主要适用于中小断面型钢，可避免料层中钢材在堆垛臂失磁时散落。形成不正确的料捆成形状非磁性堆垛机即纯机械堆垛机的显著特点就是无故障的处理双层型钢的能力，故其机械效率可提高一倍。
本次设计的堆垛机属于第一类磁性堆垛机，通过在移钢机构和翻转机构上安装堆垛电磁铁来实现槽钢的交替堆放。堆垛方式是槽钢：6根/层，4层（如图1-1），每层分为正反两排。角钢是每层5根，6层，每层也分为正反两排一排槽口向下3根，另一排槽口向上3根（如图1—2）。由于槽钢和角钢的结构不同要在不改变堆垛机结构条件下实现不同钢的堆垛就需要在PLC程序上加以变化。这也是PLC自动控制的优点，这里主要根据槽钢进行设计和编程。型钢规格为20槽钢，定尺长度范围8～10米。
第4章 经济性分析
当今的世界是科学技术迅速发展的世界，第一次、第二次工业工业革命的相继爆发使世界的各个行业都得到了飞速的发展。机械和电子相结合的机械电子工业尤为突出，在后来人们把一个国家机械工业的发展程度当作衡量一个国家现代化建设水平的主要标志。这种说法是有一定的道理的，因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们所以要广泛的使用机器，是由于机器既能够承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。同时，不论是集中进行大量生产还是迅速完成多品种、小批量生产，都只有使用机器才便于实现产品的标准化、系列化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自动化。因此，机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化的进程中起着主导和决定性的作用。所以通过大量设备制造和广泛使用各种各样先进的机器，就能大大加强促进国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。
第5章 结论
型钢堆垛机是轧钢工厂众多生产平台中的最后一个生产平台。如果堆垛型钢的效率低，将直接影响到整个轧钢工厂的生产的效率，简单的说假设一个轧钢工厂每天能轧钢百吨，可打捆的输送钢仅是1吨，可以想象这个轧钢工厂的效益是怎么样的。在该设计中针对20槽钢详细的阐述了型钢堆垛机的总体设计、拨钢机构的结构设计和整个型钢堆垛机的PLC自动控制系统的设计。
该设计是针对过去人工堆垛和继电器控制型钢堆垛机的生产效率低、堆垛质量差和生产成本高等缺点，以及型钢堆垛机手动控制中各部分联接情况差等缺点而进行的设计。首先，利用型钢堆垛机完成成型钢材的堆垛打捆，对改善工人的劳动状况尤其是减轻工人的劳动强度，创造了良好的条件；其次，堆垛机利用了流水线作业方式，在很大程度上提高了堆垛打捆效率，从而提高了整个轧钢工厂的型钢生产的效率；最后，在设计中采用了SIMATIC S7—300可编程控制器作为型钢堆垛机的控制器，其性价比高，电磁兼容性高，抗震动冲击性强，由于S7-300采用背板总线，当需要组建工业控制网以及以太网时，没有大的硬件的变动，只需增加通信模板，和编写通信程序既可。
最后要说明的是尽管该设计有很多优点，但也存在一些不足之处：
1.钢材的堆垛方式很少，要加强对堆垛的垛形的设计和开发；
2.单传辊道与拨钢机构之间的衔接方式还有待与改进；
3.拨钢机构中的拨爪，在拨钢的过程中，可能使钢材翻转，影响了拨钢机构后面的各个机构的动作，拨爪的结构还的改进；
4.移钢机构中的输送槽钢的输送链与托板之间的滑动磨擦很大，其结构还有待于改进；
5.型钢堆垛机的PLC控制器控制系统部分与整个轧钢生产的控制系统应该有很好的结合，最优的方案是对大中型的企业来说组建工业控制网，对小型企业来说这样已经足够。
综上所述，尽管型钢堆垛机有很多的优点，但其缺点也不容忽视，不过结合现代工业的发展趋势，型钢堆垛机的发展将会对各个大中型的和小型的轧钢企业的发展有很大的影响。
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致谢
毕业设计是我们大学生活中很重要的一个课题，本论文的研究和撰写，是在吴炳胜老师的悉心指导和帮助下完成的。在此，谨向他的辛勤培养和悉心关怀表示衷心的感谢。
和其它同学的帮助，从中我学到了很多东西，巩固了以前所学的知识。我们设计小组内诸位同学热烈的交流氛围和严谨的治学态度为本论文的撰写提供了非常优秀的客观条件，衷心感谢本小组的各位师兄弟的帮助、支持和启发，与他们在一起是快乐和充实的。大家的友好与协作使我度过了一段美好的大学生活。接着我就要进入研究生的学习中，我会更加努力的学习各门知识，用知识来武装自己，做一个对社会有用的人。
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