鋼管自動(dòng)碼包機(jī)設(shè)計(jì)

袁潤(rùn)超

摘 要：我司生產(chǎn)制造的華捷牌鋼管通過(guò)涂覆或者中頻復(fù)合后，成品鋼管需進(jìn)入后工序?qū)︿摴鼙砻孢M(jìn)行打印字碼和商標(biāo)。通過(guò)后工序處理的成品鋼管需要進(jìn)行碼包成正六邊形后捆扎打包帶和外包裝塑料薄膜，以便更好地運(yùn)輸和保護(hù)產(chǎn)品。在成品鋼管的正六邊形碼包環(huán)節(jié)當(dāng)中，我司仍需通過(guò)人工進(jìn)行搬運(yùn)鋼管碼包。為提高機(jī)械自動(dòng)化程度，我司特對(duì)碼包環(huán)節(jié)進(jìn)行新一輪機(jī)械創(chuàng)新技術(shù)改造，以提高我司的碼包生產(chǎn)效率及降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：鋼管；碼包；自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TH692.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）01-0121-02

Abstract： Our production and manufacture of Huajie steel pipe through coating or if composite， the finished steel pipe enters the post-process to print the surface of the steel tube font code and trademark. The finished steel pipe processed through the post-working procedure needs to be coded with hexagonal strapping tape and outer packaging plastic film in order to better transport and protect the products. In the finished steel pipe hexagonal code package link， we still need to carry out manual handling of steel pipe code package. In order to improve the degree of mechanical automation， we have carried out a new round of mechanical innovation to improve the efficiency of code package production and reduce the labor intensity of workers.

Keywords： steel pipe； code packet； automation

引言

本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)吊裝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使用了CAD、Pro/e等工程制圖軟件對(duì)該機(jī)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制和分析。本設(shè)計(jì)所使用的絲桿傳動(dòng)與帶、鏈、摩擦、液壓等其他機(jī)械傳動(dòng)形式相比，具有傳動(dòng)精度和效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠性好、結(jié)構(gòu)緊湊、和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

1 自動(dòng)碼包機(jī)工作原理

1.1 工藝流程

1.2 控制機(jī)構(gòu)

由排管架勾管、電磁吸盤(pán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、集管架升降平臺(tái)、移管機(jī)構(gòu)四部份組成。

（1）排管架勾管：由剎車電機(jī)、旋轉(zhuǎn)勾管機(jī)構(gòu)、停止限位接近開(kāi)關(guān)，有管信號(hào)接近開(kāi)關(guān)組成。

功能：控制程序能自動(dòng)判別每次搬運(yùn)的鋼管在打包架堆放的層數(shù)，按六角形打包要求自動(dòng)控制進(jìn)料的旋轉(zhuǎn)勾管機(jī)構(gòu)每次連續(xù)勾管的支數(shù)（準(zhǔn)確計(jì)算每層排列的鋼管數(shù)量），由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速勾管進(jìn)料。

（2）電磁吸盤(pán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：含升降伺服控制機(jī)構(gòu)、平移伺服控制機(jī)構(gòu)、電永磁吸盤(pán)。

功能：將鋼管從上料排管架自動(dòng)搬運(yùn)至集管架，并按打包要求分層定位放置，根據(jù)包裝的鋼管排列要求自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋼管的有序搬放操作。

（3）集管架升降平臺(tái)：六角形打包架、管端對(duì)齊氣缸、升降平臺(tái)、集管架升降電機(jī)。

功能：對(duì)齊鋼管，搬至集管架的每層鋼管均用氣缸擋板推動(dòng)對(duì)齊；手動(dòng)操作打包機(jī)完成鋼管的捆扎；升降平臺(tái)將打包的鋼管升離集管架。

（4）移管機(jī)構(gòu)：集管架傳動(dòng)鏈條電機(jī)，推出鏈和橫移電機(jī)。

功能：集管架傳動(dòng)鏈條電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥道將打包好的鋼管從升降平臺(tái)升移出集管架，推出鏈和橫移鏈的輥道將鋼管送至下工序并吊運(yùn)至堆場(chǎng)。

1.3 電永磁吸盤(pán)吊管原理

電永磁吸盤(pán)是指依靠永磁磁鋼產(chǎn)生吸力，用激磁線圈對(duì)磁鋼的吸力進(jìn)行控制，起到吸力開(kāi)關(guān)作用的吸盤(pán)。矩形電永磁吸盤(pán)主要應(yīng)用于直線移動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)量的精確顯示和自動(dòng)控制，廣泛應(yīng)用于機(jī)床加工和儀器的精密測(cè)量。電脈沖消耗能量極少，吸盤(pán)不會(huì)產(chǎn)生熱變形，電永磁吸盤(pán)沒(méi)有類似普通永磁吸盤(pán)磁組之類的滑動(dòng)部件，其結(jié)構(gòu)平穩(wěn)、堅(jiān)固、精度高。

自動(dòng)碼包機(jī)使用電磁吸盤(pán)通電通過(guò)磁力吸取鋼管，然后通過(guò)絲桿上下升降和前后運(yùn)動(dòng)到達(dá)相應(yīng)位置，斷電放置鋼管。如此來(lái)回?cái)?shù)次，將每層不同數(shù)量的鋼管碼成正六邊形形狀。碼包完畢的成品鋼管通過(guò)打包鋼帶捆綁后，通過(guò)下層舉升輸送小車升高，輸送輥把鋼管推送至碼包機(jī)外堆放。

機(jī)械布局圖如圖2、圖3：

2 自動(dòng)碼包機(jī)機(jī)構(gòu)

2.1 提升裝置——滾珠絲桿

滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。

滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。

2.2 輸送行走裝置——直線導(dǎo)軌

直線導(dǎo)軌可分為：滾輪直線導(dǎo)軌，圓柱直線導(dǎo)軌，滾珠直線導(dǎo)軌三種，是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的作用是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。像直線導(dǎo)軌主要是用在精度要求比較高的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，直線導(dǎo)軌的移動(dòng)元件和固定元件之間不用中間介質(zhì)，而用滾動(dòng)鋼球。endprint

2.3 直線導(dǎo)軌選型

根據(jù)各項(xiàng)負(fù)載重量，初選直線導(dǎo)軌型號(hào)為導(dǎo)軌寬45mm，法蘭型，標(biāo)準(zhǔn)安裝螺絲孔，長(zhǎng)度尺寸分別為1200mm和3000mm。

3 下層舉升輸送小車工作原理

自動(dòng)碼包機(jī)已經(jīng)碼包好的鋼管因碼包機(jī)機(jī)構(gòu)支架阻擋，并不能使用天車龍門(mén)吊直接在原位置吊裝運(yùn)輸走，所以本設(shè)計(jì)在碼包機(jī)下層特設(shè)計(jì)配套一臺(tái)自動(dòng)舉升輸送小車，以及時(shí)將打包好的鋼管輸送出去，令碼包機(jī)能不停機(jī)等待及時(shí)開(kāi)始進(jìn)入下一個(gè)碼包過(guò)程。

舉升輸送小車通過(guò)下層的兩臺(tái)絲杠升降機(jī)聯(lián)動(dòng)，在3秒內(nèi)即能將一扎碼包好的鋼管舉升200mm，然后通過(guò)舉升小車上設(shè)置的輸送輥輪將鋼管輸出至碼包機(jī)外，即能使用其他吊裝工具搬運(yùn)至其他地方堆放。

4 自動(dòng)碼包機(jī)電氣控制系統(tǒng)

自動(dòng)碼包機(jī)因需控制伺服電機(jī)和整套伺服系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的定位運(yùn)行。通過(guò)工藝流程設(shè)計(jì)PLC、HMI控制程序編程，開(kāi)發(fā)出自動(dòng)碼包的運(yùn)行程序。使用伺服控制系統(tǒng)，控制大扭矩5kW伺服電機(jī)，通過(guò)減速箱和轉(zhuǎn)角器傳遞動(dòng)力至滾珠絲桿，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)快速精準(zhǔn)上下吸取鋼管至指定位置。并且因?yàn)榇a包六角包需要，每層堆放的鋼管數(shù)量不同，需要通過(guò)控制自動(dòng)數(shù)數(shù)功能，達(dá)到不同規(guī)格不同數(shù)量的鋼管送達(dá)至存料區(qū)。

伺服系統(tǒng)：

硬件：采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器與可編程邏輯控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心，結(jié)合人機(jī)界面，控制2臺(tái)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)正向、反向、原點(diǎn)回歸和自動(dòng)調(diào)節(jié)等動(dòng)作驅(qū)動(dòng)電磁吸盤(pán)裝置的升降和平移準(zhǔn)確定位。

軟件：按工藝流程設(shè)計(jì)PLC、HMI控制程序。

小車脈沖系數(shù)

K=Z*M*π/4*P*i

式中：Z——齒輪齒數(shù)；M——模數(shù)；i——減速箱傳動(dòng)比；P——脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)

例如：齒數(shù)為24，模數(shù)為6，減速箱傳動(dòng)比為5.1，車編碼器為1000脈沖/轉(zhuǎn)，則K=0.0226，在參數(shù)輸入畫(huà)面里輸入2260，即顯示為0.02260。

小車脈沖系數(shù)也可以這樣簡(jiǎn)單計(jì)算出來(lái)，假設(shè)當(dāng)前的系數(shù)為0.02，首先將系統(tǒng)復(fù)位，在平移長(zhǎng)度的顯示窗口顯示為零的情況下，手動(dòng)控制小車實(shí)際向右移動(dòng)500毫米，若平移長(zhǎng)度顯示為550毫米，則用下式計(jì)算出新的小車脈沖系數(shù)：

K=500*0.02/550=0.01818

將0.01818輸入到小車脈沖系數(shù)后，可重新校正一次。

5 結(jié)束語(yǔ)

本自動(dòng)碼包機(jī)設(shè)計(jì)制造解決了實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鋼管自動(dòng)碼包，提高了鋼管碼包的生產(chǎn)效率以及降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

今后我更會(huì)關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的發(fā)展，爭(zhēng)取及時(shí)地掌握這些先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)。

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