鋅錠碼垛機工作原理與機械手設(shè)計指南

目錄

第一章緒論..............................錯誤!未定義書簽。

1.1本次設(shè)計對此機器日勺規(guī)定■--錯誤!未定義書簽。

1.2課題設(shè)計背景與目日勺.......錯誤！未定義書簽。

第二章鋅錠碼垛機工作原理總體設(shè)計.........錯誤!未定義書簽。

2.1碼垛機工作示意圖..........錯誤！未定義書簽。

2.2自動化生產(chǎn)線重要技術(shù)參數(shù)"?錯誤!未定義書簽。

2.3鋅錠自動化碼垛生產(chǎn)線的構(gòu)成和工作原理錯誤!未定義書簽。

第三章接錠裝置設(shè)計.......................錯誤!未定義書簽。

3.1接錠裝置工作原理..........錯誤！未定義書簽。

3.2接錠裝置機構(gòu)選擇..........錯誤！未定義書簽。

3.3接錠驅(qū)動氣缸選擇..........錯誤！未定義書簽。

第四章載錠裝置設(shè)計.......................錯誤!未定義書簽。

4.1傳送帶日勺選擇..............錯誤！未定義書簽。

4.2傳送機構(gòu)選擇..............錯誤！未定義書簽。

4.3減速機日勺選擇..............錯誤！未定義書簽。

第五章翻錠裝置設(shè)計.......................錯誤!未定義書簽。

5.1翻錠裝置工作原理..........錯誤！未定義書簽。

5.2翻錠裝置機構(gòu)選擇..........錯誤！未定義書簽。

5.3翻錠驅(qū)動氣缸選擇..........錯誤1未定義書簽。

第六章運錠裝置設(shè)計錯誤!未定義書簽。

6.1傳送帶日勺選擇錯誤!未定義書簽。

6.2傳送機構(gòu)選擇錯誤!未定義書簽。

6.3減速機日勺選擇錯誤!未定義書簽。

第七章機械手設(shè)計錯誤!未定義書簽。

7.1總體設(shè)計錯誤!未定義書簽。

7.2部件設(shè)計錯誤!未定義書簽。

7.3機械手部件的選用錯誤!未定義書簽。

第八章攏錠裝置設(shè)計錯誤!未定義書簽。

8.1碼垛形式與推錠次序錯誤!未定義書簽。

8.2推板設(shè)計錯誤!未定義書簽。

8.3攏錠氣缸日勺選擇錯誤!未定義書簽。

第九章升降平臺和輸出小車設(shè)計錯誤!未定義書簽。

第十章碼跺機總裝配圖闡明錯誤!未定義書簽。

第十一章PLC編程錯誤!未定義書簽。

11.1可編程序控制J器(PROGRAMMABLELOGICALCONTROLLER)錯誤！未

定義書簽。

11.2OMRONC200H可編程序控制器-錯誤!未定義書簽。

11.3PLC控制過程錯誤!未定義書簽。

總結(jié)錯誤!未定義書簽。

致謝........................................錯誤!未定義書簽。

參照文獻.....................................錯誤!未定義書簽。

第一章緒論

1.1本次設(shè)計對此機器日勺規(guī)定

設(shè)計的機器首先要能勝任對它提出的所有功能規(guī)定，即在預定的有效

期間，機器能可靠的完畢它的使命，此外，還規(guī)定成本低，重量和尺寸小,

效率高，制造輕易，操作靈活以便，安全可靠，便于維護維修，造型美觀,

不污染環(huán)境等。

(1)實現(xiàn)機器日勺工藝動作規(guī)定

根據(jù)機器的功能規(guī)定和使用條件，從運動上確定工作原理，選擇機構(gòu)

類型和傳動方式，以合理的機構(gòu)組合來協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)機器日勺工藝動作規(guī)

定。碼垛機的功能規(guī)定：把從連鑄機取下向熱鋅錠平穩(wěn)的放到錠塊傳送帶

上，通過傳送帶錠塊被傳送到翻錠機構(gòu)上，依托兩個氣缸行程和位置的不

一樣來控制鋅錠日勺翻轉(zhuǎn)，并觸動自動開關(guān)為下一步操作提供信號。運錠裝

置再把錠塊運到指定位置上，觸碰行程開關(guān)，使機械手運動到指定位置上,

然后機械手將錠塊扒走，并把錠塊運到碼垛升降臺上進行碼垛，再通過小

車把碼好的鋅垛運走，并且另一種升降臺移動到指定位置上準備碼下一垛。

以上是基本的功能規(guī)定。使用條件：機械運行在溫度高，濕度大等條件下,

零件規(guī)定高耐腐蝕性，規(guī)定零部件能適應這種規(guī)定，需要合理選用材料。

(2)零件應具有足夠日勺強度和剛度

零件強度規(guī)定在預定壽命期間內(nèi)，不至反復工作而疲勞破壞，不至因

忽然過載而斷裂，也不會因受載荷以致產(chǎn)生過量的彈性變形，尚有鋅錠剛

鑄好，錠塊很熱，因此部分零件還得有很好的耐熱性。零件設(shè)計要嚴格，

理論公式推導，類比措施設(shè)計出個零部件H勺尺寸來。

(3)摩擦，磨損和潤滑

許多機械零件在工作是互相接觸的表面因具有相對運動而產(chǎn)生日勺摩

擦。摩擦首先消耗能量，減少機械效率，首先使零件表面產(chǎn)生磨損，導致

機器工作能力下降。為此應對互相摩擦口勺零件選用合適的配合材料、潤滑

劑和潤滑裝置，以減少磨損和減少能耗。在這次設(shè)計中，采用了合理的措

施和機構(gòu)來減少摩擦，提高機械效率。

(4)振動

由振動而產(chǎn)生的附加應力也許使零件提前失效，振動會使機器不能正

常工作或影響工作位置而達不到工作規(guī)定，使機器效率減少，性能不穩(wěn)定。

因此本次設(shè)計采用了對應歐I措施防止機械和其零部件因振動而失效。

(5)生產(chǎn)能力規(guī)定

設(shè)計的機械產(chǎn)品，應滿足單位時間內(nèi)完畢工作量的規(guī)定，應有一定的

可變性，以適應不一樣出J生產(chǎn)規(guī)定，理論上碼垛機的效率應不小于或等于

連鑄機日勺效率。連鑄機的效率為6.5噸/小時，設(shè)計的碼垛機的工作效率為

6.5噸/小時。

1.2課題設(shè)計背景與目的

鋅錠出廠要通過碼垛，稱重，捆扎，包裝等工序。近年來，時鋅錠日勺

包裝規(guī)定越來越高，尤其是堆垛、碼垛、捆扎的質(zhì)量直接影響到鋅垛的保

管和運送。碼垛不齊，捆扎不牢，會在運送中出現(xiàn)散包的現(xiàn)象，導致經(jīng)濟

損失。

目前，鋅錠碼垛工序重要是人工完畢。由于錠塊質(zhì)量不輕（12.5公斤/

塊），工作現(xiàn)場鋅塊表面溫度也很高，工人勞動強度極大，且人工碼垛不齊，

穩(wěn)定性差，質(zhì)量低，直接影響捆扎質(zhì)量以和背面的運送等工作。從70年代

起，國內(nèi)不少廠家都曾經(jīng)試圖實現(xiàn)鋅錠碼垛過程的自動化，但都由于鋅錠

碼垛形式的復雜，工作的繁瑣，電器自動化控制系統(tǒng)環(huán)境適應能力差和控

制不以便等原因，均未能很好的處理這個問題，到目前為止，國內(nèi)不少廠

礦企業(yè)還用人工碼垛。

筆者在總結(jié)以往經(jīng)驗H勺基礎(chǔ)上，設(shè)計研制了鋅錠自動碼垛生產(chǎn)線。大

大的提高了生產(chǎn)效率和碼垛質(zhì)量和鋅垛穩(wěn)定性。

第二章鋅錠碼垛機工作原理總體設(shè)計

2.1碼垛機工作示意圖

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圖2—1碼垛機總裝配簡圖

重要構(gòu)成：1.載錠裝置2.移動氣缸3,升降氣缸4.機械手5.Y

方向攏錠氣缸6.X方向攏錠氣缸7.升降平臺8.升降油缸9.搬運氣缸

10.輸出小車11.運錠裝置12.翻錠氣缸-113.翻錠氣缸-214.接錠

裝置

示意圖如上圖

2.2自動化生產(chǎn)線重要技術(shù)參數(shù)

生產(chǎn)能力:6.5噸/小時

塊節(jié)拍即連鑄機日勺生產(chǎn)率為:〉7秒/塊，

〉5分鐘/垛。

鋅錠質(zhì)量：12.5公斤/塊

鋅垛質(zhì)量：500公斤/垛

生產(chǎn)線工作時間：24小時

2.3鋅錠自動化碼垛生產(chǎn)線的構(gòu)成和工作原理

構(gòu)造構(gòu)成：

1）鋅錠輸入系統(tǒng)：把從連鑄機取下日勺熱鋅錠平穩(wěn)的放到錠塊傳送帶上,

通過傳送帶錠塊被傳送到翻錠機構(gòu)上，依托兩個氣缸行程和位置的不一樣

來控制鋅錠的翻轉(zhuǎn)，并觸動自動開關(guān)為下一步操作提供信號。運錠裝置再

把錠塊運到指定位置上。

2）鋅錠碼垛系統(tǒng)：鋅錠觸碰行程開關(guān)，使機械手運動到指定位置上，

然后機械手將錠塊抓走，通過詳細的碼垛方式對機械手進行旋轉(zhuǎn)并把錠塊

運到碼垛升降臺上進行碼垛，通過X、Y方向的攏錠裝置進行攏錠，每垛為

10層，共40塊鋅錠。

3）鋅錠輸出裝置：采用兩個升降臺交替工作，這樣可以節(jié)省時間，提

高效率，便于控制。通過小車把碼好口勺鋅垛運走，并且另一種升降臺移動

到指定位置上準備碼下一垛。

4）氣壓和液壓系統(tǒng)：接錠驅(qū)動氣缸1個、翻錠驅(qū)動氣缸2個、機械手

升降氣缸1個、機械手臂閉合氣缸1個、械手旋轉(zhuǎn)氣缸1個、機械手移動

氣缸1個、攏錠氣缸2個、升降臺升降油缸4個、升降臺小車移動氣缸1

個。

5）PLC控制系統(tǒng)：此碼垛機選用0MR0N的C200H可編程控制器，本次

設(shè)計有輸入點12個，16個輸出點，更適合本次設(shè)計任務(wù)。

工作原理：

整條自動碼垛生產(chǎn)線如，作示意圖所示。鋅錠經(jīng)連鑄機澆注成形后，

又通過接錠裝置放到傳送帶上，傳送帶靠電機轉(zhuǎn)動，電機直聯(lián)到行星擺線

減速機上，減速后使轉(zhuǎn)數(shù)適合錠的輸出頻率。運到翻錠裝置上，通過翻錠

裝置的兩個氣缸控制來實現(xiàn)鋅錠的翻轉(zhuǎn)。鋅錠落到運錠裝置上，再通過傳

送帶H勺運送到指定位置，觸碰行程開關(guān)，控制機械手移動到鋅錠的位置上,

機械手爪張開，既有使錠對中、攏錠日勺作用尚有提錠的作用。然后通過機

械手平移、旋轉(zhuǎn)、放錠動作后，把錠放到升降平臺上，在升降平臺上，通

過X、Y兩個方向日勺龍錠氣缸把鋅錠推到預設(shè)位置，升降臺由油缸來控制其

時升降，每碼好一層，平臺就下降一定H勺距離，當鋅垛碼好后，平臺降到

指定位置，然后通過輸出小車把碼好的鋅垛運到指定位置，進行捆扎和打

包，并在此時另一種升降平臺移動到前一種升降平臺位置上，接錠、碼錠,

使生產(chǎn)持續(xù)不中斷。

自動生產(chǎn)線的特點：

圖2-2碼垛方式

碼垛方式由圖2—2(b)的碼垛方式改為圖2—2(a)的碼垛方式，原

圖(b)的碼垛方式在攏錠時易出現(xiàn)如圖2—2(c)口勺尖角對頂狀況而頂死,

導致碼垛機不能完畢工作，此碼垛方式為了不必要的美觀和微小日勺鋅垛日勺

穩(wěn)定性而大大增長了碼垛機的故障率，筆者通過計算判斷認為最上層都翻

錠沒有必要，故將其去掉，改為圖(a)的碼垛方式。并且筆者也到碼錠現(xiàn)

場考察實際狀況，通過各方面日勺衡量決定用此碼垛方式的。

自動翻錠裝置

圖2-3翻錠裝置

由于采用圖2—2(a)的碼錠方式，故每垛僅需要一種鋅錠不翻錠，本

裝置采用了圖2—3所示的翻錠裝置，構(gòu)造簡樸，安全可靠。當鋅錠滑到翻

板上時，翻板將其臨時卡住，然后根據(jù)塊數(shù)決定與否翻錠。假如不翻轉(zhuǎn)，

下面的短行程時氣缸伸出，將其沿著前面的滑板靠重力滑下；假如需要翻

轉(zhuǎn)，則上面的長行程口勺氣缸伸出，將其翻轉(zhuǎn)過來，然后鋅錠落到前面的滑

板上靠重力滑到下個裝置上。一種鋅錠過后，氣缸從伸出狀態(tài)立即收回，

來迎接下個鋅錠口勺到來，準備伸出。

C200H可編程控制器

此碼垛機選用OMRON的C200H可編程控制器，本次設(shè)計有輸入點12個,

16個輸出點，更適合本次設(shè)計任務(wù)0

第三章接錠裝置設(shè)計

3.1接錠裝置工作原理

當鋅錠從連鑄機上翻下來，鑄造槽磕錠將錠磕下，觸發(fā)接錠信號，控

制氣缸將鋅錠平穩(wěn)口勺放到傳送帶1上，并保持一定期間，待鋅錠向前運行

一定距離后，氣缸復位，準備下一次接錠。

3.2接錠裝置機構(gòu)選擇

采用氣缸推進拉桿接錠裝置，簡樸的桿機構(gòu)裝置，前端有接錠槽，接

錠槽之間距離要不不小于鋅錠的寬的尺寸，并且不小于下面的載錠裝置中

輸送帶的帶寬。根據(jù)鋅錠日勺尺寸和落錠日勺高度，確定桿臂長1115,高40,

寬11(單位：毫米)。

3.3接錠驅(qū)動氣缸選擇

鋅錠產(chǎn)生的力矩：M=FXL=mXgXL=12.5X9.8Xl.115=136.6N.M

桿重產(chǎn)生W、J力矩：M=VXpXgXL

=11X40X1.115X7.85X9.8X0.5575

=21N.M

總力矩M=157.6N.M

設(shè)計力臂長540mm，則氣缸W、J推力為291.8N.

一般氣缸輸出力H勺計算：

氣缸輸出力FKJ公式：

F=n/4XD2PsP

式中F——活塞桿伸出時時軸向推力(N)；

D活塞直徑或氣缸內(nèi)徑(m)；

Ps——氣缸工作壓力（Pa）；

B一—氣缸的負載率。

通過對大量試驗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)氣缸運動的平均速度v與B日勺關(guān)系極大。

B值大，v低；B值小，v高。因此，B值H勺大小可以根據(jù)系統(tǒng)對氣缸運動

的平均速度v的規(guī)定來選用。對于國內(nèi)大量使用的緩沖氣缸和無緩沖氣缸

來說，推薦采用如下B值：

1）當系統(tǒng)對氣缸無速度規(guī)定期，B值取0.8?0.9；

2）當氣缸速度在0.2m/s左右，B值取0.6；

3）當氣缸速度在0.5m/s左右，B值取0.4.

根據(jù)鋅錠碼垛機接錠裝置的工作規(guī)定，若取6=0.8,氣缸工作壓力

Ps=0.5Mpao

則當選擇氣缸內(nèi)徑為40mm,

F=JT/4XD2PSP

=JI/4X0.042X0.5XX0.8

"503N

推力最大可達503No

根據(jù)上述氣缸推力，選QGBH40X275—MT4,強度和力都滿足設(shè)計規(guī)定。

第四章載錠裝置設(shè)計

4.1傳送帶的選擇

由于鋅錠從連鑄機脫落下來，溫度也許會稍高些，因此在這次設(shè)計中

用耐熱傳送帶，耐熱傳送帶耐熱最高溫度能到達180度。鋅錠連鑄機從澆

注鑄造，到鋅錠從錠模中脫落有10多米長，這距離足以讓鋅錠冷卻到100

度如下，因此耐熱傳送帶強度和負載極限都符合規(guī)定。傳送帶的寬度要不

不小于接錠槽之間口勺寬度，這樣才能使錠從接錠裝置下來平穩(wěn)，不跑偏。

帶式傳送機是在一定的線路上持續(xù)輸送物料mI物料搬運機械，又稱

持續(xù)輸送機。輸送機可進行水平、傾斜和垂直輸送，也可構(gòu)成空間輸送

線路，輸送線路一般是固定的。輸送機輸送能力大，運距長，還可在輸

送過程中同步完畢若干工藝操作，因此應用十分廣泛。

帶式輸送機（直線式）該輸送機用于物料日勺輸送。采用不銹鋼網(wǎng)帶

作為載體，合用于多種食品行業(yè)的烘干、去濕、冷凍等、熱處理等；不

銹鋼制成，具有耐高溫、便于清洗等特點；詳細尺寸可以根據(jù)客戶規(guī)定

定做。

帶式輸送機應用行業(yè)：食品、冶金、電力、煤炭、化工、建材、碼

頭、糧食等。

帶式輸送機構(gòu)造形式有：水平直線輸送、提高爬坡輸送、轉(zhuǎn)彎輸

送等多種形式，輸送帶上還可增設(shè)提高擋板、側(cè)擋板等附件，能滿足多

種工藝規(guī)定。

帶式輸送機輸送機材質(zhì)：有A3低碳鋼、201不銹鋼、304不銹鋼等。

帶式輸送機驅(qū)動方式有：減速電機驅(qū)動。

帶式輸送機調(diào)速方式有；變頻調(diào)速、無極變速。

4.2傳送機構(gòu)選擇

由于從接錠到翻錠距離很長，傳送帶上鋅錠諸多，因此在有鋅錠在上

面的地方，下面放小滾筒來支撐，滾筒的長度根據(jù)機架的寬度決定，滾筒

間的間距盡量小一點，可以保證傳送鋅錠的平穩(wěn)、，不會導致錯位、跑偏等

狀況。

跑偏原因和處理措施：

傳送帶運行時輸送帶跑偏是最常見的故障之一。跑偏的原因有多

種，其重要原因是安裝精度低和平常區(qū)I維護保養(yǎng)差。安裝過程中，頭尾

滾筒、中間托輯之間盡量在同一中心線上，并且互相平行，以保證輸送

帶不偏或少偏。此外，帶子接頭要對歐I,兩側(cè)周長應相似。在使用過

程中，假如出現(xiàn)跑偏，則要作如下檢查以確定原因，進行進行調(diào)整。輸

送帶跑偏時常檢查的部位和處理措施有：（1）檢查托輻橫向中心線與

帶式輸送機縱向中心線的不重疊度。假如不重疊度值超過3mm,則應運

用托輻組兩側(cè)日勺長形安裝孔對其進行調(diào)整。詳細措施是輸送帶偏向哪一

側(cè)，托輻組W、J哪一側(cè)向輸送帶前進的方向前移，或此外一側(cè)后移。（2）

檢查頭、尾機架安裝軸承座的兩個平面日勺偏差值。若兩平面W、J偏差不小

于1mm,則應對兩平面調(diào)整在同一平面內(nèi)。頭部滾筒的調(diào)整措施是：若

輸送帶向滾筒H勺右側(cè)跑偏，則滾筒右側(cè)W、J軸承座應當向前移動或左側(cè)軸

承座后移；若輸送帶向滾筒的左側(cè)跑偏，則滾筒左側(cè)的軸承座應當向前

移動或右側(cè)軸承座后移。尾部滾筒的調(diào)整措施與頭部滾筒剛好相反。

（3）檢查物料在輸送帶上出J位置。物料在輸送帶橫斷面上不居中，將

導致輸送帶跑偏。假如物料偏到右側(cè)，則皮帶向左側(cè)跑偏，反之亦然。

在使用時應盡量日勺讓物料居中。為減少或防止此類輸送帶跑偏可增長擋

料板，變化物料日勺方向和位置。

4.3減速機的選擇

傳送鋅錠的速度不能太高，因此不能直接把電機直聯(lián)到傳送滾筒上，

需要安放減速裝置，這次設(shè)計，選擇了行星擺線針輪減速機。

行星擺線減速機是一種應用行星傳動原理，采用擺線針輪嚙合，設(shè)計

先進、構(gòu)造新奇日勺減速機構(gòu)。這種減速機在絕大多數(shù)狀況下已替代兩級、

三級普通圓柱齒輪減速機和圓柱蝸桿減速機，在軍工、航天、冶金、礦山、

石油、化工、船舶、輕工、食品、紡織、印染、制藥、橡膠、塑料、和起

重運送等方面得到日益廣泛日勺應用。

行星擺線針輪減速機重要特點：1、傳動比大。一級減速時傳動比為

1/6-1/87o兩級減速時傳動比為1/99-1/7569；三級傳動時傳動比為

l/5841-l/658503o此外根據(jù)需要還可以采用多級組合，速比到達指定大。

2、傳動效率高。由于嚙合部位采用了滾動嚙合，一般一級傳動效率為

90%-95%o3、構(gòu)造緊湊，體積小，重量輕。體積和一般圓柱齒輪減速機

相比可減小2/1—2/3。4、故障少，壽命長。重要傳動嚙合件使用軸承鋼

磨削制造，因此機械性能與耐磨性能均佳，又因其為滾動摩擦，因而故障

少，壽命長。5、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。因傳動過程中為多齒嚙合，因此使之運

轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪聲低。6、拆裝以便，輕易維修。7、過載能力強，耐沖

擊，慣性力矩小，合用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)日勺特點。

選用日勺減速機是把電機直聯(lián)到減速機上，安裝以便，使用便利，重要

的是傳動比大，可以大比率減速，由于一級傳動效率為90%-95%,因此選

擇一級減速傳動比為1/6-1/87,可以實現(xiàn)符合設(shè)計規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)。

第五章翻錠裝置設(shè)計

這是本次設(shè)計的一種創(chuàng)新，也是設(shè)計的重點環(huán)節(jié)，本次設(shè)計采用了運

用氣缸實現(xiàn)翻錠日勺裝置（簡圖見圖2—3）,這種構(gòu)造簡樸明了，制作以便，

功能也輕易實現(xiàn)。

5.1翻錠裝置工作原理

由計數(shù)器記下鋅錠出J數(shù)目，到指定W、J數(shù)目H勺鋅錠進行翻錠，其他H勺不

翻。當不翻時、下面的氣缸活塞桿伸出，把鋅錠頂起來，滑落到下一種板

上，由于板的傾斜角度不小于鋅錠的自鎖角度，因此錠塊可以自由滑落下

來，不轉(zhuǎn)變錠日勺形式。當需要翻錠時，背面日勺氣缸活塞桿伸出，由于行程

大，把鋅錠頂翻，鋅錠落到前面板上，也由于角度大，鋅錠自由的下滑下

來，鋅錠股I形式變化。鋅錠從板上滑落下來后，觸碰開關(guān)，是氣缸復位，

等待下個鋅錠。

5.2翻錠裝置機構(gòu)選擇

采用兩個氣缸推鋅錠口勺兩個不一樣位置在重力作用下實現(xiàn)翻錠效果。

翻錠槽口勺一端跟傳送帶1相連，為了使鋅錠精確滑入翻錠槽，因此此端兩

側(cè)板應當合適往外張可以起到引導鋅錠滑入口勺作用?；敕V槽后，翻板

將其臨時卡住，根據(jù)翻錠需要，分別伸出上面口勺長程氣缸和下面的短程氣

缸，兩氣缸的拉桿都連接著推板（推板嵌在翻錠槽底板上），實現(xiàn)翻錠。根

據(jù)鋅錠的尺寸，確定翻錠槽日勺長610,高95,寬310,翻板時長193,高30,

寬310,推板的長230,寬30（單位：毫米）。

5.3翻錠驅(qū)動氣缸選擇

翻錠槽與水平面日勺夾角為40°

翻錠產(chǎn)生的力矩，

長程氣缸的力矩：M=FXL=mXgXL=12.5cos40°X9.8X0.095=8.9N.M

短程氣缸的J力矩:M=FXL=mXgXL=12.5cos40°X9.8X0.030=2.8N.M

根據(jù)接錠裝置中接錠氣缸輸出力的計算公式：

F=n/4XD2PsP

由于鋅錠碼垛機翻錠裝置的工作規(guī)定，若取BR.8,氣缸工作壓力

Ps=0.5Mpao

則當選擇氣缸內(nèi)徑為32nmi,

F=JT/4XD2Psf3

=IT/4X0.0322XO.5XX0.8

^322N

推力最大可達322No

根據(jù)上述氣缸推力，長程氣缸選QGBH32X120—MT4,短程氣缸選QGBII32

X50-MT4,強度和力度都滿足設(shè)計規(guī)定。

第六章運錠裝置設(shè)計

6.1傳送帶的選擇

與載錠裝置同樣負載極限都需要符合規(guī)定。傳送帶口勺寬度要不不小于

接錠槽之間的寬度，這樣才能使錠從翻錠裝置下來平穩(wěn)，不跑偏。

6.2傳送機構(gòu)選擇

由于從翻錠到被機械手抓錠尚有一段距離，傳送帶上鋅錠諸多，因此

在有鋅錠在上面H勺地方，下面放小滾筒來支撐，滾筒的長度根據(jù)機架的寬

度決定，滾筒間日勺間距盡量小一點，可以保證傳送鋅錠日勺平穩(wěn)，不會導致

錯位、跑偏等狀況。

其基本構(gòu)造與前面日勺載錠裝置相似，構(gòu)件基本相似。區(qū)別之處在于這

里放一塊擋板，作用有兩個，一是取信號，當鋅錠碰到擋板，瞬間產(chǎn)生個

信號，此信號被PLC微分采集，用來控制下步操作。二是攔錠，使錠到指

定位置，好被機械手抓起運走。

6.3減速機的選擇

傳送鋅錠的J速度不能太高，因此不能直接把電機直聯(lián)到傳送滾筒匕

需要安放減速裝置，這里還是選擇行星擺線針輪減速機。

行星擺線減速機是一種應用行星傳動原理，采用擺線針輪嚙合，設(shè)計

先進、構(gòu)造新奇H勺減速機構(gòu)。

行星擺線針輪減速機重要特點：1、傳動比大。一級減速時傳動比為

1/6—1/87o兩級減速時傳動比為1/99—1/7569；二級傳動時傳動比為

l/5841-l/658503o此外根據(jù)需要還可以采用多級組合，速比到達指定大。

2、傳動效率高。由于嚙合部位采用了滾動嚙合，一般一級傳動效率為

90%-95%o3、構(gòu)造緊湊，體積小，重量輕。體積和一般圓柱齒輪減速機

相比可減小2/1—2/3。4、故障少，壽命長。重要傳動嚙合件使用軸承鋼

磨削制造，因此機械性能與耐磨性能均佳，又因其為滾動摩擦，因而故障

少，壽命長。5、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。因傳動過程中為多齒嚙合，因此使之運

轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪聲低。6、拆裝以便，輕易維修。7、過載能力強，耐沖

擊，慣性力矩小，合用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的特點。

選用的減速機是把電機直聯(lián)到減速機上，安裝以便，使用便利，重要

的是傳動比大，可以大比率減速，由于一級傳動效率為90%-95%,因此選

擇一級減速傳動比為1/6-1/87,可以實現(xiàn)符合設(shè)計規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)。

第七章機械手設(shè)計

這是本次設(shè)計的又一種重點環(huán)節(jié)，筆者在此前設(shè)計者的基礎(chǔ)上，做了

很大日勺改善。

7.1總體設(shè)計

機械手的作用是把排好日勺鋅錠抓起來，按照規(guī)定的碼垛方式，在空中

運送并旋轉(zhuǎn)90度。所有過程大概可以描訴為抓錠、運錠、旋轉(zhuǎn)、放錠幾種

過程。這里機械手完畢這些功能一定在生產(chǎn)節(jié)拍范圍內(nèi)完畢，否則會在擋

板處出現(xiàn)堆積的現(xiàn)象。設(shè)計的思想是規(guī)定機構(gòu)簡樸，動作可靠，精確，迅

速，并且便于安裝維護。

7.2部件設(shè)計

機械手日勺張緊是借助氣缸，這樣增長動作日勺可靠性，又簡化成果。旋

轉(zhuǎn)是靠一種氣缸給轉(zhuǎn)盤一種旋轉(zhuǎn)力矩來實現(xiàn)日勺，旋轉(zhuǎn)氣缸固定小車上。轉(zhuǎn)

盤與小車之間是靠一種推力球軸承連接，這樣既減少了摩擦力，又實現(xiàn)了

旋轉(zhuǎn)功能。機械手日勺上升和下降也借助于氣缸，同步為了防止在運動過程

中機械手的擺動而引起日勺氣缸桿的偏置，導致氣缸漏氣，設(shè)計了兩個導向

柱，這樣既防止漏氣，有增長運動的可靠性。小車在導軌上移動，導軌采

用原則槽鋼，車輪日勺設(shè)計有防止軸向竄動內(nèi)構(gòu)造，輪子與導軌一直接觸，

保證小車沿直線運動，保證了運動的平穩(wěn)性。

機械手的機構(gòu)原理簡圖如圖7-1

圖7—1機械手簡圖

7.3機械手部件日勺選用

(1)移動氣缸的選用：此氣缸是使小車水平移動，根據(jù)整個部件的重量大

概為lOOOKg以和車輪與導軌之間的摩擦系數(shù)0.3,可以估算出其的摩擦力

f=uN=1000X9.8X0.3=2940N,若取B=0.8,氣缸工作壓力Ps=0.5Mpa。

則當選擇氣缸內(nèi)徑為100mm,

F=n/4XD2Ps6

=n/4X0.I2X0.5XX0.8

-3142N

推力最大可達3142No

根據(jù)上述氣缸推力，選定氣缸為：QGBII100X1000—MT4,強度和力

都滿足設(shè)計規(guī)定。

(2)升降氣缸的選用:一次機械手爪取一塊為12.5X9.8=122.5N。此外

加上機械手自重大概為60Kg,總重大概為F=122.5+60X9.8=710.5N,估算

出氣缸的大小，在根據(jù)機械手到鋅錠的高度，來確定行程。若取8=0.8,

氣缸工作壓力Ps=O.5Mpao

則當選擇氣缸內(nèi)徑為50mm,

F=n/4XD2PsP

=Ji/4X0.052X0.5XX0.8

-785N

推力最大可達785No

根據(jù)上述氣缸推力，選用氣缸為：QGBII50X600—MF1,強度和力都

滿足設(shè)計規(guī)定。

(3)旋轉(zhuǎn)氣缸的選用：由于轉(zhuǎn)盤下面是推力球軸承，摩擦力不大概為

0.0010^0.0015,此外根據(jù)旋轉(zhuǎn)點的位置，若取B=0.8,氣缸工作壓力

Ps=0.5Mpao

則當選擇氣缸內(nèi)徑為32nlm,

F=兀/4XD2Ps6

=n/4X0.0322XO.5XXO.8

"322N

推力最大可達322No

根據(jù)上述氣缸推力，選用氣缸為：QGBII32X250—MT4,強度和力都

滿足設(shè)計規(guī)定。

(4)開合氣缸的選用：這個氣缸選擇雙活塞桿的氣缸，這樣利于控制，并

且保證兩個手爪同步抓住鋅錠，抓錠平穩(wěn)。若取B=0.8,氣缸工作壓力

Ps=O.5Mpa。

則當選擇氣缸內(nèi)徑為32nlm,

F=n/4XD2PsP

=Ji/4XO.0322XO.5XX0.8

-322N

推力最大可達322No

則選定氣缸為：QGBIIH—32X52X52—MSIo

(5)手爪Ef、J設(shè)計：這次設(shè)計中的手爪很有新意，又能起到抓錠日勺功能，還

能起到把錠在運錠裝置上對中、攏錠日勺功能，一舉兩得，并且制作輕易，

構(gòu)造簡樸。

第八章攏錠裝置設(shè)計

攏錠裝置包括X方向的攏錠氣缸和推板，Y方向時攏錠氣缸和推板。機

械手放錠位置如圖7,機械手放錠位置都可以固定在一點上，放在此位置才

能在兩種碼垛方式狀況下都不發(fā)生干涉。由于鋅錠大小略有不一樣，此固

定點在實際狀況還要向外移出某些，因此鋅錠很大的一部分要放在上一層

鋅錠的外邊。為了防止鋅錠意外滾落和提高攏垛氣缸推錠的穩(wěn)定性，設(shè)計

一種中間有個方孔的攏錠平臺，方孔的大小面積等于升降平臺的大小，這

樣上一層鋅錠面或開始碼垛時的升降平臺臺面在此方孔內(nèi)且與攏錠平臺相

平。推板順著攏錠平臺與上一層鋅錠面構(gòu)成的平面推錠，非?？煽俊?/p>

8.1碼垛形式與推錠次序

圖8—1左（a）右（b）

圖8—2推錠次序（a）

I應目M翱d假向＜

〒〒丁丁丁

圖8-3推錠次序(b)

對于碼跺形式一(圖8—1(a))和碼跺形式二(圖8—1(b)),本次

設(shè)計都采用了相似的推錠方式，即先X后Y日勺方式。

碼形式一日勺層時，第一塊放下后，X氣缸動作，將它推到旁邊日勺擋板上,

然后Y方向動作，將其推到指定位置，第二塊也同樣，先X后Y,往后依次

類推。當碼形式二日勺層時，也同樣，第一塊放下后，X方向先動作，然后反

復和推形式同樣日勺流程。

8.2推板設(shè)計

推板設(shè)計也有新口勺突破，采用彈簧收縮的方式來實現(xiàn)把鋅錠推到不一

樣的位置，(見圖紙)，這種構(gòu)造簡樸，易維修和拆卸，使用很以便。在X

方向僅需要X方向一條線上行程變化，因此用兩個推桿前面接個推板，推

板使推力均勻，鋅錠受力均勻，不發(fā)生偏斜，彈簧強度(k=o.9K/N)是當

單推一塊時，彈簧不收縮，保持原形，靠推桿推塊，當碰到前一塊鋅錠時

彈簧受力回縮，來抵消剩余日勺氣缸的行程。在Y方向上需要在Y方向三條

線上行程變化，因應用六個推桿，對于形式一當?shù)谝粔K碼好后，推第二塊

時，三個回縮，三個不回縮，三個推桿給鋅錠日勺力是同樣，不會讓鋅錠歪

斜，往后幾種狀況類似。對于形式二，推第一、二塊時兩個伸縮，推第三

塊時四個推桿收縮，推第四塊時六個都回縮，雖然推錠時有時推桿收縮量

大小不一，但每塊鋅錠上受到的每個推桿給日勺力是同樣的，這樣就防止推

歪H勺現(xiàn)象時發(fā)生。

8.3攏錠氣缸日勺選擇

攏錠時，每層有4個鋅錠，則摩擦力大概為f=uN=0.3X12.5X9.8X

4=147N,考慮力日勺大小，攏錠氣缸的力約在190—300N之間，可選內(nèi)徑為

32#,攏錠分別600、250mm行程，氣缸為：X向QGB32X600—MSI；Y向

QGB32X250—MSIo

第九章升降平臺和輸出小車設(shè)計

o

圖9一1升降平臺和輸出小車的簡圖

升降平臺是用油缸來控制H勺，油缸上面固定在升降臺上，下面固定在

小車上，伴隨小車運動。

由于氣缸在重載下輕易漏氣，行程難控制，這樣會使升降臺不穩(wěn)，碼

垛質(zhì)量差。用油缸利于控制行程，強度大，適合重載的狀況。此外，旁邊

尚有兩個導軌支撐，使升降平臺愈加平穩(wěn)，增強碼垛的質(zhì)量，也提高了升

降臺日勺強度。

輸出小車上面有兩個升降臺和油缸裝置，小車下面由氣缸控制，推進

小車在導軌上行進，這里導軌也用原則槽鋼，車輪與它相配合，設(shè)計兩個

升降臺的目的是為了不是碼垛中斷，使整個生產(chǎn)線持續(xù)作業(yè)提供了也許性。

由于小車移動慢，機械手往復來回很快，這樣就導致了機械手等小車日勺現(xiàn)

象，為了防止這些，用兩個升降臺互相輪換著搬運鋅垛大大的提高了生產(chǎn)

效率，可以完畢生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定，使整條生產(chǎn)線到達最佳運用效率。

第十章碼跺機總裝配圖闡明

碼跺機總裝配圖詳見圖紙。該碼垛機部件安放都用角鋼來做架子支撐,

角鋼連接處，有焊接和螺紋連接；部分部件還要涂上防銹漆；運動連接處

還要有潤滑劑來潤滑。輸出小車安放在一種地坑里，捆扎、打包，直接在

升降臺上進行，然后要運走。規(guī)定傳送機支撐軸承座軸承孔同軸度誤差不

不小于2mm。規(guī)定機械手的移動小車導軌和輸出小車的導軌平行度誤差不不

小于2mm。

第十一章PLC編程

11.1可編程序控制器(programmablelogicaIcontroIler)

可編程序控制器(programmablelogicalcontroller)是20世紀

70年代開始迅速發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，它以原有的繼電器、邏

輯運算、次序控制為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展成為既有邏輯控制、計時、計數(shù)、分支

程序、子程序等次序控制功能，也有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)整、

操作顯示、聯(lián)網(wǎng)通訊等功能?？删幊绦蚩刂破鳂?gòu)造簡樸、編程以便、性能

可靠，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)控制中。

可編程序控制器W、J工作原理是巡回掃描原理，這是它與一般微機運行

時最大的不一樣之處。它不像微機那樣把顧客程序從頭到尾次序執(zhí)行一遍,

而是把顧客程序執(zhí)行完一次后再返回去執(zhí)行第二次、第三次、……，直至

停機。

11.2OMRONC200H可編程序控制器

本系統(tǒng)使用日本立石（OMRON）企業(yè)日勺SYSMACC20011型PLC,屬于小

型機，因性能價格比優(yōu)越，在工業(yè)生產(chǎn)中應用很廣。

C200HPLC為模塊式構(gòu)造，其構(gòu)造框圖見圖CPU單元為系統(tǒng)日勺關(guān)

鍵，包括電源、微處理器、系統(tǒng)存儲器、控制邏輯和接口電路等。CPU單元

上尚有顧客存儲器、錄音機以和編程器等外設(shè)接口。基本I/。單元和智能

I/O單元通過統(tǒng)一日勺原則總線SYSBUS與CPU單元相連。

用戶存儲

器單元

錄音機

接口

特殊基本基本

單元

u編程器

1/0I/OI/O（內(nèi)裝電源）

單元單元單元

圖11一1C200HPLC構(gòu)造簡圖

11.3PLC控制過程

接錠氣缸處在未伸出位置，即接錠機構(gòu)處在接錠位置。機械手初始位置

為所控制氣缸未伸出時日勺位置，即左上位，且手臂處在張開狀態(tài)。升降臺

小車同樣處在氣缸未伸出位置。工作的升降臺被油缸升到頂部工作位置。

鋅錠從連鑄機上脫落后由于重力作用落在接錠機構(gòu)上，接錠機構(gòu)將鋅

錠平穩(wěn)的放到傳送帶上1,傳送帶1將鋅錠送到翻錠機構(gòu)內(nèi)，此處可以通過

兩個氣缸決定鋅錠與否翻轉(zhuǎn)。之后鋅錠滑到傳送帶2上，傳送帶2將鋅錠

送到機械手抓錠的位置。通過機械手的一系列動作將鋅錠運到升降臺上。

然后用攏錠氣缸將鋅錠按規(guī)定碼成垛。

規(guī)定：1、行程開關(guān)的信號精確。

2、氣缸動作要準時。

3、傳送帶平穩(wěn)傳送。

記錄輸入、輸出點個數(shù)選擇PLC型號

輸入信號：

接錠信號采集用行程開關(guān)1個（瞬間信號）

翻錠信號采集用行程開關(guān)1個

機械手下降信號采集用行程開關(guān)2個

機械手臂閉合信號采集用行程開關(guān)1個

機械手運錠、旋轉(zhuǎn)信號采集用行程開關(guān)1個

層計數(shù)信號采集用行程開關(guān)1個

攏錠信號采集用行程開關(guān)2個（保持信號）

升降臺小車移動信號采集用行程開關(guān)1個

以上共需要12個輸入點。

輸出信號：

接錠驅(qū)動氣缸1個

翻錠驅(qū)動氣缸2個

機械手升降氣缸1個

機械手臂閉合氣缸1個

機械手旋轉(zhuǎn)氣缸1個

機械手移動氣缸1個

攏錠氣缸2個

升降臺升降油缸4個

升降臺小車移動氣缸1個

碼垛完畢指示燈2個

以上共需要16個輸出點。根據(jù)上述記錄,可選用OMRON企業(yè)的C200H型PLC,

選用1個16點DC輸入摸塊C200H-ID212,滿足輸入點的規(guī)定。選用2個

12點繼電器類輸出，模塊C200H-0C222,工有24個輸出點，可滿足輸出點

數(shù)規(guī)定。

（3）分派PLCH勺輸入/輸出端子

使用5槽母板C200H-BC051,將輸入模塊放在CPC機架鋁槽，則輸入模

塊的通道號為OOOCH；將輸出模塊分別插在CPU機架的4槽，則輸出模塊的

通道號分別為003cH和004CH,輸入模塊端子分派接線如圖所示:

表11-1

輸入輸出

接錠0000000400接錠

翻錠0000100401翻錠

機械手下降0000200402不翻錠

爪開合0000300403機械手下降（上升）

上限位0000400404爪合（開）

機械手下降0000500405機械手運錠

層計數(shù)0000600406機械手旋轉(zhuǎn)

小車移動0000700407油缸（1）上升

油缸上升0000800408油缸（2）上升

油缸上升0000900409小車左移（右移）

X向攏錠0001000410X向攏錠

Y向攏錠0001100411Y向攏錠

00412垛完畢指示燈

00413垛完畢指示燈

00414油缸下降

00415油缸下降

（4）接錠控制

鋅錠從連鑄機上翻下來，鑄造槽磕錠將鋅錠磕下，同步觸發(fā)行程開關(guān)

1XK（接00000）,為接錠氣缸提供信號，即兩個微分信號00100、00101,

再用KEEP命令保持00101。00101在0N的狀態(tài)下即控制氣缸將鋅錠平穩(wěn)日勺

放到傳送帶1上，并保持一定期間，待鋅錠向前運行一定距離后，KEEP命

令復位，00101變成OFF狀態(tài)，氣缸復位，準備下一次接錠。復位信號為定

期器TIM000。梯形圖如下:

00000

D1FU00100

-DIFU00101I

00100

||(KEEP

00101}

TIMOOO

-------'I----------

00101

TIMOOO

#030

00101

00400

圖11—2

（5）翻錠控制

通過傳送帶1將鋅錠運到翻錠槽內(nèi)，此時會觸動行程開關(guān)2XK（接

00001）,為翻錠提供信號。當00001從OFF變?yōu)?N時發(fā)出兩個微分信號

00102、00103o每次00102信號都將計時器CNTOOO減一（初值為0040）。

當?shù)?0塊鋅錠觸發(fā)2XK時，CNTOOO將輸出0N。由CNTOOO的狀態(tài)和被保持

信號00103串聯(lián)決定與否翻錠。在第40塊和下一塊之間將CNTOOO復位，

進行下一輪計數(shù)。此處用TIM001復位。梯形圖如下：

00001CNTOOO00103

—…」AA/1AO

\n)1I1HLiUoUn1UAQJCNTOOO

TIM

00102

001

，#010

CNT

T00100000102

#004011KEEP

00103

T002

CNTOOO0010300102

TIM

00401

002

#010

圖11—3

（6）機械手下降

鋅錠從翻錠槽內(nèi)滑落到傳送帶2上。傳送帶2將鋅錠運到一定位置，

并觸發(fā)行程開關(guān)3XK,（接00002）?？刂茩C械手下降。當機械手抓錠后上升,

縱向氣缸將機械手推至右限位，觸發(fā)右限位行程開關(guān)6XK（接00005）,同

樣控制機械手下降。因此將兩個信號并聯(lián)。如下圖所示：

0000200106

/11M\

DIFU00104\006}

#015

00005

DIFU0010500105

nn/inQ

DIFU0010600003

7

00104DIFU0010

KEEP

0010500107Z、

(TIM、

T004\001j

#005

T006

圖11—4

（7）控制手臂閉合

當機械手在右限位下降至下限位時會觸發(fā)下限位行程開關(guān)4XK（接

00003）,發(fā)出信號控制手臂閉合，并保持到機械手將錠運至升降臺上方。

梯形圖如下:

00003

DIFU00107

DIFU00108

00107

KEEP

00108

T003

TIM

003

#035

圖11—5

（8）控制機械手旋轉(zhuǎn)

碼垛方式有兩種，如下圖:

圖11—6

需要旋轉(zhuǎn)的鋅錠有奇數(shù)層的第2塊和第3塊，偶數(shù)層所有旋轉(zhuǎn)，一垛共10

層。用計數(shù)器CNT004來控制偶數(shù)層旋轉(zhuǎn)。用數(shù)據(jù)比較指令來控制奇數(shù)的第

2塊和第3塊旋轉(zhuǎn)。梯形圖如下:

圖11—7

（9）機械手運錠

當機械手抓錠后上升至上限位觸動上限位行程開關(guān)5XK（接00004）,

控制氣缸將機械手移至右限位。梯形圖如下：

00004

DIFU00109

DIR.I00110

00109

(KEEP

00110

T005

00110

00405

00,09TIMA

\005/

,*035圖

11—8

（10）攏錠控制

當鋅錠從手臂中落下時，觸動行程開關(guān)11XK（接00010）控制X向氣

缸攏錠。X向攏錠氣缸復位后，觸發(fā)行程開關(guān)12XK,控制Y向氣缸攏錠。

梯形圖如下:

X向

Y向

00011

DTFU00300

DIFU00301

019

圖11T

（11）升降臺控制

本系統(tǒng)采用兩個升降臺交替工作，這樣可以節(jié)省時間，提高效率，便

于控制。升降臺用泊缸支撐，通過調(diào)整節(jié)流閥可以精確控制升降臺下降高

度。層下降用計數(shù)器CNT001和定期器TIM007控制。每當升降臺下降一次

都會觸動行程開關(guān)7XK（接00006）來計層數(shù)。下降10層后升降臺繼續(xù)下

降一段距離，以免升降臺小車移動時，已經(jīng)完畢時垛碰到輔助接錠板。初

始位置時，1號升降臺處在工作位置，觸動行程開關(guān)9XK（接00008）,使升

降臺1上升。當2號升降臺處在工作位置時，會觸發(fā)行程開關(guān)10XK（接

00009）,使升降臺2上升0梯形圖如下: