合縫機(jī)專用設(shè)備的設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目： 合縫機(jī)專用設(shè)備的設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 年 月 日1文獻(xiàn)綜述1.1概述目前，大直徑直縫埋弧焊管的成型方法主要有兩種：一種是UO成型法，該方法是在大型壓力機(jī)上用模具將鋼板沿全長首先一次壓成“U”形，再壓一次制成“O”形，但由于管坯有彈性，模具松開后管坯仍然有開口；另一種是JCO成型法，這種方法是在壓力機(jī)上從鋼板的一變開始多次壓制成“J”形，然后從鋼板的另一邊再經(jīng)過幾次壓制把鋼板壓制成“C”形，在“J”和“”成型過程中要求管坯的管徑要達(dá)到成品鋼管管徑的尺寸要求，但由于模具的影響，最后一次也是

2、鋼板最中間的一次是不能壓到量的（否則管坯夾緊，模具很難取出），因此管坯仍然有開口。無論哪一種成型方法，成型后的鋼管管坯都有開縫，因此，合縫機(jī)就成為直縫埋弧焊管生產(chǎn)線中的必備設(shè)備之一。成型方法不同，鋼管管坯內(nèi)的應(yīng)力也不一樣，合縫機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)有所變化。1.1.1國外合縫機(jī)的合縫方法我國2000年前后建設(shè)的大直徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線配置的合縫機(jī)是參照國外圖紙，國內(nèi)制造的設(shè)備。用UO方法成型時，管坯的彈性變形沿管壁處處相等，這種合縫機(jī)結(jié)構(gòu)是合適的。當(dāng)用JCO方法成型時，管坯除最后一次壓制不到位之外其他部分的曲率半徑已經(jīng)達(dá)到了成品管的半徑，有些輥梁對合縫的作用不大，另外，環(huán)形架的加工、運(yùn)輸相當(dāng)困難。1

3、.1.2 目前國內(nèi)常用合縫機(jī)的合縫方法國內(nèi)直縫埋弧焊管生產(chǎn)大都采用JCO成型法，合縫機(jī)的結(jié)構(gòu)形式大多是采用一個龍門機(jī)架，頂梁上有一組液壓驅(qū)動的升降輥梁正對鋼管開口處，左右立柱上各安裝一個升降滑座，滑座上水平安裝一組液壓驅(qū)動的伸縮輥梁，底座上有“V”形輥起進(jìn)管和支撐作用。鋼管合縫時水平輥梁從鋼管的水平方向擠壓合縫，上輥梁防止錯邊，并在推管力的推動下進(jìn)行連續(xù)焊接。這種方法比多輥合縫簡化了許多，但龍門架也相當(dāng)龐大，尤其是生產(chǎn)高鋼級、大直徑、大壁厚鋼管的合縫機(jī)更是如此。本次設(shè)計的裝置是用于大型工件的調(diào)位裝置，調(diào)位裝置屬于物料搬運(yùn)的一種，它是通過液壓、電機(jī)等動力源，通過機(jī)器手或夾具等之類設(shè)施對所加工工件

4、進(jìn)行所需要的移動，以實(shí)現(xiàn)方便加工。隨著工業(yè)的發(fā)展以及科學(xué)的不斷進(jìn)步，人們逐漸意識到手工調(diào)位不僅浪費(fèi)人力而且消耗工時。為了進(jìn)一步提高調(diào)位裝置的工作效率我們還需要將調(diào)位裝置的手工控制改為自動控制，PLC控制恰恰能滿足這一要求。1.2關(guān)于PLC的技術(shù)背景PLC自問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家重要的產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量的產(chǎn)值大幅度上升而價格不斷下降。1.2.1PLC控制的特點(diǎn)由于PLC控制只需要使用少數(shù)的元器件和接線，所以故障率很低，而且控制系統(tǒng)具有很好的柔性，尤其是在工藝程序需要變更或是改變工作循環(huán)系統(tǒng)的時候，只要改變其程序，而不需要

5、重新安裝，其靈活方便的優(yōu)點(diǎn)顯的更為突出，具有投資少，工作效益和經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)2。1.2.2PLC的發(fā)展方向1. 小型化工業(yè)上許多生產(chǎn)過程具有工藝簡單以及相對獨(dú)立的特點(diǎn)，采用單機(jī)控制可以降低費(fèi)用，保證設(shè)備安全。因此PLC小型化受到用戶的歡迎。2. 大型化大型PLC可以滿足鋼鐵工業(yè)，電力工業(yè)和化學(xué)工業(yè)等大型生產(chǎn)過程中自動控制的需要。從單CPU向多CPU發(fā)展，存儲容量也成倍增長。3. 機(jī)電一體化機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械、電子、纖細(xì)技術(shù)的融合，它的產(chǎn)品通常由微電子裝置、傳感器、機(jī)械本體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。機(jī)械本體和微電子裝置是機(jī)電一體化的基本構(gòu)成要素。4. 通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，必然會使P

6、LC從單機(jī)自動化向全廠生產(chǎn)自動化過度，這就要求各個PLC之間以及其他控制設(shè)備和PLC與計算機(jī)之間能迅速、及時、準(zhǔn)確地互通信息。以便實(shí)現(xiàn)步調(diào)一致地進(jìn)行控制和管理3。1.3關(guān)于液壓技術(shù)的發(fā)展與概況液壓傳動相對于機(jī)械傳動來說是一門新興技術(shù)。從1795年世界上第一臺水壓機(jī)誕生起，已有幾百年的歷史，液壓傳動技術(shù)被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展是由19世紀(jì)崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早實(shí)踐成功的液壓傳動裝置是艦船上的炮塔轉(zhuǎn)位器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用車床到20世紀(jì)30年代末才用上了液壓傳動。20世紀(jì)60年代后，原子能技術(shù)，空間技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成

7、為包括傳動，控制，檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個方面都得到了應(yīng)用。 在國外,液壓工業(yè)的發(fā)展速度高于機(jī)械工業(yè)。全世界液壓產(chǎn)品產(chǎn)值約200 億美元。在美、日、德等主要國家的比較中以日本人均產(chǎn)值為最高,其主要原因是日本工廠設(shè)備自動化程度高和生產(chǎn)管理完善,此外,日本各企業(yè)外協(xié)量大,將一些零件擴(kuò)散給協(xié)作廠加工,實(shí)現(xiàn)零件專業(yè)化。 據(jù)統(tǒng)計,各國液壓工業(yè)產(chǎn)值約占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的23 % ,而我國僅占0.18 %左右,充分說明我國液壓技術(shù)使用率低,需努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，目前正處于迅速發(fā)展，提高的階段。自從1964年從國外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時進(jìn)行自行

8、設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。90年代起更加速了對國外先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進(jìn)，消化，吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益，研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。液壓技術(shù)的發(fā)展正向著高效率，高精度，高性能方向邁進(jìn)。1.3.1合縫機(jī)液壓控制系統(tǒng)接通系統(tǒng)電源后，泵站電動機(jī)起動，電磁鐵6DT通電，液壓系統(tǒng)處于卸載狀態(tài)。裝料后，按下循環(huán)起動按鈕后，6DT斷電，5DT通電，壓緊缸伸出壓緊鋼管并壓下行程開關(guān)ST1后，完成壓緊工序。同時開始下一工序，1DT和3DT一起通電，左側(cè)和右側(cè)液壓缸同時伸出帶動左、右活塞同

9、時頂住鋼管并到行程開關(guān)ST2、ST3后，1DT和3DT斷電而2DT和4DT通電，左側(cè)和右側(cè)液壓缸回縮帶動左、右活塞同時開始退回初位，退回到位并壓下開關(guān)ST4、ST5后，2DT、4DT和5DT斷電，壓緊缸回縮快速退回，壓下開關(guān)ST0后，電磁鐵6DT通電系統(tǒng)卸載，完成一個自動循環(huán)。液壓系統(tǒng)原理圖1.4調(diào)位裝置的發(fā)展與現(xiàn)狀調(diào)位裝置在機(jī)械加工行業(yè)曲折重要的作用，屬于送料設(shè)備的一種。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，送料設(shè)備逐漸成為各個經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家十分重視和需素發(fā)展的一門學(xué)科和行業(yè)。我國生產(chǎn)線中送料設(shè)備的使用狀況表現(xiàn)在如下幾個方面：1送料設(shè)備總體數(shù)量迅速增長。2送料設(shè)備的自動化水平和信息化程度得到了一定的提高。3

10、基本形成了送料設(shè)備生產(chǎn)、銷售和消費(fèi)系統(tǒng)。4送料設(shè)備在生產(chǎn)企業(yè)的各個生產(chǎn)、物流環(huán)節(jié)得到了全面的應(yīng)用。1.5幾個調(diào)位裝置的例子1.5.1大型合縫機(jī)的加工工件移動合縫機(jī)由同一副導(dǎo)軌支撐的機(jī)車總成以及四個獨(dú)立的滑車構(gòu)成，如圖1所示。在進(jìn)行合焊工序時，整個工件全長可分為三段，分別稱為右段作業(yè)、中段作業(yè)、左斷作業(yè)。每段內(nèi)工位的縱向移置由機(jī)車的行走決定。作業(yè)段的轉(zhuǎn)換通過調(diào)整滑車的高度和變換滑車對工件的支承位置實(shí)現(xiàn)4。圖1.合焊工序的三段作業(yè)示意圖 1.5.2直縫鋼管預(yù)焊設(shè)備中的鋼管送進(jìn)與周向調(diào)節(jié)機(jī)如圖2所示該機(jī)構(gòu)主要包括鋼管焊接前縱向送進(jìn)、導(dǎo)向、軸向調(diào)節(jié)以及焊接送進(jìn)機(jī)構(gòu)等。焊接前縱向送進(jìn)機(jī)構(gòu)是通過一組滾輪機(jī)

11、構(gòu)完成輸送，滾輪機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)接收鋼管運(yùn)輸車送到預(yù)焊工位的待焊鋼管，將其輸送到約束合縫入口處。軸向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用是將進(jìn)入待焊工位的鋼管開口調(diào)節(jié)到12點(diǎn)鐘位置，以便導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能順利地插入接縫開口進(jìn)而完成導(dǎo)向5。圖2鋼管送進(jìn)與周向調(diào)節(jié)裝置1.5.3直縫埋弧焊管生產(chǎn)線鋼板橫移裝置如圖3所示，鋼板橫移裝置主要由底座一盒底座二作為橫移裝置的支撐，兩個回轉(zhuǎn)支承座分別安裝在底座上，擺桿分別通過銷軸、下支梁以及回轉(zhuǎn)支承座相連接，構(gòu)成平行四桿機(jī)構(gòu)。鋼板的輸送鏈裝置包括鋼板輸送鏈、大小鏈輪、上下支梁、立柱、電機(jī)減速器、鋼板輸送鏈上下導(dǎo)向等組成（見圖4）。平行四桿機(jī)構(gòu)主要用于保證鋼板輸送鏈水平起升和降落，確保整個過程平穩(wěn)可

12、靠。鋼板輸送鏈裝置采用裝也特種鏈輪廠家生產(chǎn)的P250型鋼板輸送鏈、大鏈輪以及小鏈輪，傳動設(shè)備采用SEW電機(jī)減速機(jī)，通過鏈輪帶動鋼板輸送鏈平移以實(shí)現(xiàn)鋼板的平穩(wěn)橫移6。圖3鋼板橫移裝置簡圖圖4鋼板輸送鏈導(dǎo)向結(jié)構(gòu)1.5.4 無沖擊鋼管平移裝置的設(shè)計和分析圖5 無沖擊鋼管平移裝置圖6 機(jī)構(gòu)簡圖如圖5所示，該無沖擊鋼管橫移裝置在一根長軸上安裝了若干取料點(diǎn)(轉(zhuǎn)臂)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)鋼管的橫移。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)無沖擊。只要改變托盤的幾何形狀，就可以移動不同斷面的型鋼。因此，該裝置不僅能夠橫移鋼管，還可以橫移工字鋼、角鋼、槽鋼等型鋼。該裝置用在包鋼無縫鋼管廠，經(jīng)濟(jì)效益顯著，改善了工作環(huán)境，榮獲包頭鋼鐵公司

13、的科技進(jìn)步獎。該裝置為了完成取料、運(yùn)料放料兩個動作，其托盤取料口在公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)過程中始終朝上，這一功能的實(shí)現(xiàn)是由轉(zhuǎn)臂和托盤同步回轉(zhuǎn)來完成的，而同步回轉(zhuǎn)運(yùn)動是由鏈傳動實(shí)現(xiàn)的。圖6是該裝置的機(jī)構(gòu)簡圖。構(gòu)件L1表示轉(zhuǎn)臂，它以w的角速度繞O點(diǎn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動；構(gòu)件L2表示托盤，它也以w的角速度繞O1點(diǎn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動；D表示物料的質(zhì)點(diǎn)，令O1D=e,OO1=R,由圖可得D點(diǎn)的運(yùn)動方程為，由此公式可以看出，D點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是以（O,e）為圓心，R為半徑的圓。因此，該裝置的物料取放點(diǎn)必須設(shè)計在這個軌跡上。為了使回轉(zhuǎn)運(yùn)動平穩(wěn)，在構(gòu)件L1的另一側(cè)設(shè)計相應(yīng)的配重7。參考文獻(xiàn)1 劉力健，王永明變截面巨型管合縫機(jī).石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)

14、院學(xué)報，20062 李剛，許焰，郝詩明.動力滑臺雙泵供油液壓系統(tǒng)新回路及其PLC控制.華中科技大學(xué),20073 楊慶柏.PLC發(fā)展方向. 遼寧電機(jī)工程科普，19994 王永明,侯軍社,楊帆.大型管合縫機(jī)的布局設(shè)計和作業(yè)方式.機(jī)械工程師, 2007.85 閻相和，張善保，鄧長益，周秀峰.直縫鋼管預(yù)焊設(shè)備與工藝.焊接,20036 陳其衛(wèi)，王友生，武占芳，龔健，何志偉.鋼板橫移裝置的設(shè)計與應(yīng)用.焊管,20107 范俊來，石磊. 無沖擊鋼管橫移裝置的設(shè)計分析.重型機(jī)械,19998 張利平.液壓傳動與控制.西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005.89 姜繼海.液壓傳動（第3版）.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2006.0

15、910 董剛,李建攻,潘鳳章.機(jī)械設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社，200011 Tiwari,Pandey,Sharma.Development of a type traction testing facility. Journal of Terramechanics 46(2009)293-29812 Ren Sheng-le. Development of PLC-based Tension Control System. Chinese Journal of Aeronautics20 (2007) 266-271.13 Davis JR. Aluminum and aluminum alloy

16、s. ASM specialty handbook; 1996. 2 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑2.1 本課題所要研究或解決的問題2.1.1 設(shè)計要求 所設(shè)計單片機(jī)控制大型鋼桿調(diào)位裝置用于大型鋼管制造中的整形工序，是自動化的大型鋼桿合縫設(shè)備的配套裝置，用于實(shí)現(xiàn)加工過程工件的位置轉(zhuǎn)換，具有加工效率高，操作方便的特點(diǎn)。本課題以圓柱管狀工件為工作對象。所設(shè)計裝置對工件形成合理的支承關(guān)系，使工件能夠軸向移動、周向轉(zhuǎn)動、著模下降與脫模升起。其中軸向移位、周向轉(zhuǎn)位執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動均采用電機(jī)驅(qū)動，卓模下降與脫模升起采用液壓驅(qū)動，具有一定的動作精度和工作速度，并保證安全平穩(wěn)。裝置采用PLC

17、控制,有單動、自動工作循環(huán)功能，軸向移位、周向轉(zhuǎn)位的位移量和速度可以設(shè)定，本裝置與主機(jī)形成完整的操控系統(tǒng)。設(shè)計要求： （1）移動范圍達(dá)到20米.最大直徑1.2米。.（2）左右上液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)動和同時運(yùn)動, （3）工作臺上下調(diào)整范圍30毫米 （4）液壓缸最大輸出推力8噸2.1.2需要解決的技術(shù)問題根據(jù)實(shí)際情況，因?yàn)榇笮驼{(diào)直機(jī)都是大型工件，質(zhì)量、直徑和尺寸都很大，人工操作困難，浪費(fèi)工時而且還無法保證加工質(zhì)量。采用PLC控制液動調(diào)位裝置不僅可以節(jié)約工時和勞動力還可以保障加工精度和效率。但是采用液動系統(tǒng)就會產(chǎn)生難以解決的同步問題。因?yàn)樾枰庸さ墓ぜ容^大，要實(shí)現(xiàn)對他們的調(diào)位運(yùn)動，必須確保支撐點(diǎn)

18、在運(yùn)動過程中的同步性，同時加工工件時，還要要求工件能夠?qū)崿F(xiàn)軸向移動、軸向移動、著模下降以及脫模上升。具有一定的動作精度和工作速度，同時還要保證安全平穩(wěn)。2.2 本課題擬采用的手段和途徑2.2.1 總體布局方案的確定本次設(shè)計裝置主要完成兩個運(yùn)動：軸向移動和軸向轉(zhuǎn)動。我們可以采用實(shí)用兩種小車的方法，其示意圖如圖7所示，從右到左一次為控制軸向轉(zhuǎn)動和軸向移動的交叉排列的兩種小車，中間是鋼桿合縫機(jī)。圖8是移動裝置簡圖，序號1為工件，序號2為周向轉(zhuǎn)動的輥?zhàn)?，為滾子按裝驅(qū)動裝置，可以驅(qū)動工件轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)鋼管的周向轉(zhuǎn)動。序號3為軸向移動的輥?zhàn)与姍C(jī)驅(qū)動輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)工件的移動。序號4為裝置的升降裝置通過此裝置可以調(diào)節(jié)不同直徑的工件動能在工作臺的合適位置加工。序號5為調(diào)節(jié)整個調(diào)節(jié)裝置的升降裝置。序號6為調(diào)位裝置支架，用于支撐工件、輥?zhàn)?、升降裝置。序號7為調(diào)位裝置車輪，車輪沿軌道運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)工件的軸向移動，使裝置加工不同長度的工件。圖7.移動裝置示意圖圖8.調(diào)位裝置簡圖2.2.2主要組成部分 支架機(jī)械主體 底座 機(jī)械部分 升降機(jī)構(gòu) 液壓裝置 周向運(yùn)動 電動裝置 軸向運(yùn)動電氣部分： 由PLC系統(tǒng)控制 控制控制周向運(yùn)動PLC系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)