双曲柄摇杆机构自动翻板机的设计毕业论文

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 I 页自动翻板机的设计摘 要翻板机是一种应用广泛的专用设备,在各种板类材料的生产加工过程中都有应用。然而翻板机的专用性非常强,因此需要针对不同的生产条件进行设计，这就增加了翻板机研究的价值。首先，本文选择对钢铁行业的自动翻板机进行研究。在了解了自动翻板机的工作原理之后，对其关键机构进行设计与校核，同时对核心的翻板机构做了设计与分析，由此完成了对翻板机整体设计。其次，本文根据自动翻板机的工作原理以及工作流程，对比继电器控制系统与 PLC 的特点，选择了继电器控制系统做设计。第三，本文重点分析了自动翻板机的工作原理，关键机构的设计与校核以及自动控制系统的设计。在工作原理部分，用画原理图的方式对翻板机的工作原理进行了详细地梳理；在关键机构的设计与校核部分，运用所学知识对自动翻板机的核心机构进行计算并校核，校核结果均合格。在控制系统部分，结合了自动翻板机的工作流程，对比了PLC 与继电器控制系统的特点，选择了继电器控制系统并设计了一套完整的自动控制体系。最后，文章对全篇做了总结并提出了自己的观点，为自动翻板机的研究提供了研究方向。关键词：翻板机，翻板机构，电气控制辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 II 页Design of the automatic plate-turning machineAbstractPlate turning machine is a widely used special equipment, which is used in the production and processing of various kinds of plate materials. However, the specificity of the turn over machine is very strong, so it is necessary to design for different production conditions, which increases the value of the research of the turning machine.First of all, this paper studies the automatic plate machine in the steel industry. After knowing the working principle of the automatic turning machine, the key mechanism is designed and checked, and the design and analysis of the core plate turning mechanism are completed. Thus, the whole design of the plate turning machine has been completed.Secondly, according to the working principle and working flow of the automatic turn over machine, comparing the characteristics of relay control system and PLC, the relay control system is chosen to design.Third, this paper analyzes the working principle of the automatic turning machine, the design and verification of the key mechanism, and the design of the automatic control system. In the principle part, the working principle of turning machine by way of drawing principle in detail carding; design and check in the part of key institutions, to use the knowledge to calculate and check on the core mechanism of automatic turnover machine, check the results are qualified. In the part of the control system, the working flow of the automatic turnover machine is combined. The characteristics of the PLC and the relay control system are compared. The relay control system is selected and a complete automatic control system is designed.Finally, the article summarizes the whole paper and puts forward its own point of view, which provides the research direction for the research of automatic turning machine.Key Words: Plate-turning machine, Plate turning mechanism, Electric control辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 III 页目录1 绪论 .11.1 翻板机的发展 .11.2 翻板机的分类 .11.3 翻板机在不同领域的应用 .21.3.1 在钢铁冶金行业的应用 .21.3.2 在汽车行业的应用 .31.3.3 其它行业 .41.4 研究本课题的意义及内容 .52 自动翻板机的工作原理 .62.1 本文设计的翻板机的结构组成 .62.2 自动翻板机的运动过程 .73 翻板机的关键机构的设计与校核 .103.1 分配传动比 .103.2 传动装置的运动和动力参数计算 .113.2.1 计算各轴的功率 .113.2.2 计算各轴的转速 .113.2.3 计算各轴的转矩 .123.3 齿轮的选择与校核 .123.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .123.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 .133.3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 .163.3.4 几何尺寸计算 .183.3.5 圆整中心距后的强度校核 .193.3.6 主要设计结论 .213.4 主驱动轴的设计与校核 .223.4.1 初步估算轴的直径 .223.4.2 联轴器的选择 .223.4.3 轴承的选择 .23辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 IV 页3.4.4 轴的校核 .243.5 轴承的校核 .283.6 曲柄摇杆机构分析 .293.6.1 机构原理 .293.6.2 机构设计 .303.6.3 机构分析 .324 自动翻板机的继电器控制系统设计 .344.1 自动翻板机的工作流程及控制要求 .344.2 自动翻板机的调速控制线路 .354.2.1 基本概念 .354.2.2 变极调速 .354.2.3 变极调速控制线路设计 .37结 论 .39致 谢 .41参考文献 .42辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页自动翻板机的设计1 绪论1.1 翻板机的发展钢板、铜板、石膏、玻璃、纱布、纸卷等产品,在生产制造、产品检验以及产品运输的某一过程中,要求其以某种特定状态（立式或卧式、上表面或下表面）存在,这样就需要一种用于给产品进行状态转换的设备。翻转设备正是为此而设计的,它是相关产品必不可少的一种设备 1。本论文研究的翻板机就属于翻转设备的一种。翻板机是一种应用十分广泛的专用机械设备,在各种板类、卷类材料的生产加工过程中都有应用。然而恰恰是由于翻板机的应用场合十分广泛,并且每一种翻板机应用的工况和要求都各不相同,导致了翻板机的专用性非常强,因此需要针对不同的生产条件和要求进行自行设计。翻板机的设计情况目前多为各厂家自行设计,只为达到各自的设计目的,因此很难形成一个统一的标准,再加上设计水平参差不齐,设计手段不够专业,市场上充斥着大量标准各异的设备，这对企业选购产品带来了极大的不便，但于与此同时也加大了翻板机研究的价值 2。1.2 翻板机的分类翻板机由于它的应用领域十分广泛,因此它的形式也呈现出多样性的特点。在目前的实际生产中存在着多类型的自动翻板机。在实际生产线上的通常采用的翻板机构可分为以下三类：（1）气动翻板，翻板力是由气缸产生的，其结构简单、投资较低，但其性能不稳定，翻板周期较难控制，容易产生折板、碎板等现象，生产效率较低。（2）液压翻板，由液压系统提供翻板动力，一般接板杆与抬起杆上均至少有一个液压缸，工作过程比较稳定。但是其同步性控制难度较大，电控部分比较麻烦，液压站成本高，一般只用于大型生产线。（3）机械翻板，按结构又可以细分为四杆机构和六杆机构等不同类型。它由离合器、减速机、曲柄摇杆机构和两组四杆机构等联接而成实现翻板，由于每隔一定时间才进行一次翻板，离合器的作用是在电机连续运转下使翻板机完成间歇作业。机械翻辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页板机工作比较可靠，交接板过程比较平稳。具有翻板周期可控制，工作状态平稳，不易产生折板、碎板等优点。但是因为两个同轴的曲柄传递到翻转臂上的运动放大，设备的安装调试较难 3。随着市场对钢板质量要求的不断提高，翻板检查已成为生产中必不可少的工序。而生产率、环保等指标以及钢板质量控制都对翻板机的功能提出了更严格的要求。 “为保证钢板在翻转过程中要实现尽可能小的冲击，应考虑以下几方面的问题：翻转臂在初始位置时不得与钢板接触，以达到空载起动的目的；在翻转过程中不带钢板一侧的翻转臂要快速越过中点，提前和送钢板一侧的翻臂在不到 90的位置实现交接，然后接送两翻臂同时运动到中点以后的位置完成钢板的交接；为了减少震动和不产生噪声，要求钢板在即将进行交接时将速度放慢，保证交接平稳，交接完成后应快速返回，从而实现钢板的翻转；为了提高生产率，翻钢板的过程最好是连续不断地进行 4”。除了按上述驱动方式分类的方法之外，还可根据外形、用途、传动机构等方法进行分类，在此就不多赘述了。1.3 翻板机在不同领域的应用1.3.1 在钢铁冶金行业的应用在钢板的生产过程中,钢板的翻板检查是生产厂必不可少的一道工序,为减轻工人的劳动强度,提高生产效率,翻板机就是钢厂不可缺少的主要设备之一。其作用就是将钢板翻转“180”,即钢板的下表面翻转为上表面,以便于检查钢板的表面质量,同时也方便工人对钢板表面进行相应的修整（如图 1.1、图 1.2） 。图 1.1 翻板机机构简图辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页图 1.2 翻板机的三维模型“双臂曲柄摇杆式翻板机就是一种这样的设备。它由一台交流电动机驱动相互连接的两套四杆机构组成。主动驱动为一曲柄摇杆机构,而翻板为双摇杆机构。两套机构由中间长轴和一个成直角拐的作为中间连接。整个传动系统由减速器的低速轴两端各装一个有一定偏角的曲柄,分别带动两套四杆机构 7”。1.3.2 在汽车行业的应用在汽车制造行业中,车身覆盖件在加工成形过程中,根据工艺安排,有时需要对其进行上下翻转。以前要完成这一工序,主要依靠工人的手工操作,费时又费力;采用自动翻板机,不但减轻劳动强度,而且大大提高了工作效率。目前此类设备多数依赖进口,设备投资大,且维修费用高。因此,汽车自动翻板机的研制具有非常重要的现实意义 8。 （plc 文献）汽车自动翻板机是将放置在垛料夹持装置上的垛料进行翻转的装置，可用于整垛板料的整体翻转，分为 O 型闭式和 C 型开式两种结构方式。翻转机可从控制操作柜上手动操作，或由 PLC 系统自动控制运行。本篇所述的汽车翻板机为开卷落料线的有机组成部分，O 型闭式，分为 A、B 上下两个面，翻板机可将落料线生产的料片整垛反转，实现一个模具生产的料片，可用于汽车上左右对称的部件使用，比如左右车门，可减少模具数量，同时降低模具更换次数，节约成本，提高效率 9。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页1-测电机；2-送料小车； 3-活动台板；4-侧挡；5-上横梁；6- 夹紧梁图 1.3 汽车翻板机结构图对汽车自动翻板机运动原理作简单描述。汽车自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆盘部分（如图 1-2） 。侧工作台部分主要包括侧电机和送料小车,用来完成进料或出料任务;翻转圆盘部分主要包括夹紧梁、侧挡和翻转圆盘 ,分别由液压马达和液压油缸来驱动,用来完成夹紧和翻料任务。汽车自动翻板机的工作流程是:物料由侧工作台送至翻转圆盘上，夹紧梁向下夹紧物料后开始翻转，达到合适位置时停止翻转，加紧梁撤销夹紧，仍由侧工作台将物料取出。要求系统具有的功能是能够根据物料吨位的不同，适当地调整夹紧力的大小并确保物料能被夹紧、翻转;能够方便地进行参数设置、手动调试 ;具有实时监控的功能。自动翻板机使用 PLC 进行控制，具有安全性高、稳定性好、易于控制和调试等优点。用 PLC 进行控制，实现了对设备运转的实时监控，更重要的是提供了人机交互界面，使后台的程序控制转化为直观的按钮操作,极大地方便了操作人员的使用 8。1.3.3 其它行业在生产以及运输 92 寸以上的大片玻璃时,由于玻璃板比人体高 2530 寸,不仅记忆破损,而且很不安全。因此，玻璃厂家设计制造了一种玻璃翻板机,将大片高玻璃翻倒横放,既减轻劳动强度,又保证人员安全。还有，生产石膏板时同样也需要一种翻转设备。那么，在翻转过程中保证石膏板能平稳运行，石膏板不摔板就显得十分重要。要完成这一项工作，翻转装置的设计变得十分关键。除此之外，钢卷、纱布以及纸卷等产品同样需要用到翻转设备。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页1.4 研究本课题的意义及内容本论文的主要任务是以双臂曲柄摇杆式自动翻板机作为研究对象，设计比较完善的继电器控制系统以及合理的曲柄连杆机构，并探讨适合于翻转钢板的方法，具体内容如下。（1）熟悉了解自动翻板机的工作原理，在此基础上分析自动翻板机的结构和运动过程。（2）根据自动翻板机的实际性能指标，选择驱动电机的类型。（3）对