1、畢業設計（論文）開題報告畢業設計(論文)開題報告題 目： 合縫機專用設備的設計 學生姓名： 學 號： 專 業： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 年 月 日1文獻綜述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，合縫機就成為直縫埋弧焊管生產線中的必備設備之一。成型方法不同，鋼管管坯內的應力也不一樣，合縫機的結構設計也應有所變化。1.1.1國外合縫機的合縫方法我國2000年前后建設的大直徑直縫埋弧焊管生產線配置的合縫機是參照國外圖紙，國內制造的設備。用UO方法成型時，管坯的彈性變形沿管壁處處相等，這種合縫機結構是合適的。當用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達到了成品管的半徑，有些輥梁對合縫的作用不大，另外，環形架的加工、運輸相當困難。1

3、.1.2 目前國內常用合縫機的合縫方法國內直縫埋弧焊管生產大都采用JCO成型法，合縫機的結構形式大多是采用一個龍門機架，頂梁上有一組液壓驅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動的伸縮輥梁，底座上有“V”形輥起進管和支撐作用。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行連續焊接。這種方法比多輥合縫簡化了許多，但龍門架也相當龐大，尤其是生產高鋼級、大直徑、大壁厚鋼管的合縫機更是如此。本次設計的裝置是用于大型工件的調位裝置，調位裝置屬于物料搬運的一種，它是通過液壓、電機等動力源，通過機器手或夾具等之類設施對所加工工件

4、進行所需要的移動，以實現方便加工。隨著工業的發展以及科學的不斷進步，人們逐漸意識到手工調位不僅浪費人力而且消耗工時。為了進一步提高調位裝置的工作效率我們還需要將調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關于PLC的技術背景PLC自問世以來，經過40多年的發展已經成為工業發達國家重要的產業之一，世界總銷售額不斷上升、生產廠家不斷涌現、品種不斷翻新。產量的產值大幅度上升而價格不斷下降。1.2.1PLC控制的特點由于PLC控制只需要使用少數的元器件和接線，所以故障率很低，而且控制系統具有很好的柔性，尤其是在工藝程序需要變更或是改變工作循環系統的時候，只要改變其程序，而不需要

5、重新安裝，其靈活方便的優點顯的更為突出，具有投資少，工作效益和經濟效益高的特點2。1.2.2PLC的發展方向1. 小型化工業上許多生產過程具有工藝簡單以及相對獨立的特點，采用單機控制可以降低費用，保證設備安全。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，電力工業和化學工業等大型生產過程中自動控制的需要。從單CPU向多CPU發展，存儲容量也成倍增長。3. 機電一體化機電一體化技術是機械、電子、纖細技術的融合，它的產品通常由微電子裝置、傳感器、機械本體、執行機構等部分組成。機械本體和微電子裝置是機電一體化的基本構成要素。4. 通信網絡標準化隨著科學技術的發展，必然會使P

6、LC從單機自動化向全廠生產自動化過度，這就要求各個PLC之間以及其他控制設備和PLC與計算機之間能迅速、及時、準確地互通信息。以便實現步調一致地進行控制和管理3。1.3關于液壓技術的發展與概況液壓傳動相對于機械傳動來說是一門新興技術。從1795年世界上第一臺水壓機誕生起，已有幾百年的歷史，液壓傳動技術被廣泛采用和有較大幅度的發展是由19世紀崛起并蓬勃發展的石油工業推動起來的，最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦船上的炮塔轉位器，其后出現了液壓六角車床和磨床，一些通用車床到20世紀30年代末才用上了液壓傳動。20世紀60年代后，原子能技術，空間技術，計算機技術等的發展再次將液壓技術推向前進，使它發展成

7、為包括傳動，控制，檢測在內的一門完整的自動化技術，在國民經濟的各個方面都得到了應用。 在國外,液壓工業的發展速度高于機械工業。全世界液壓產品產值約200 億美元。在美、日、德等主要國家的比較中以日本人均產值為最高,其主要原因是日本工廠設備自動化程度高和生產管理完善,此外,日本各企業外協量大,將一些零件擴散給協作廠加工,實現零件專業化。 據統計,各國液壓工業產值約占機械工業產值的23 % ,而我國僅占0.18 %左右,充分說明我國液壓技術使用率低,需努力擴大其應用領域。我國的液壓工業開始于20世紀50年代，目前正處于迅速發展，提高的階段。自從1964年從國外引進一些液壓元件生產技術，同時進行自行

8、設計液壓產品以來，我國的液壓件生產已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。90年代起更加速了對國外先進液壓產品和技術的有計劃引進，消化，吸收和國產化工作，以確保我國的液壓技術能在產品質量，經濟效益，研究開發等各個方面全方位地趕上世界水平。液壓技術的發展正向著高效率，高精度，高性能方向邁進。1.3.1合縫機液壓控制系統接通系統電源后，泵站電動機起動，電磁鐵6DT通電，液壓系統處于卸載狀態。裝料后，按下循環起動按鈕后，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，左側和右側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ST2、ST3后，1DT和3DT斷電而2DT和4DT通電，左側和右側液壓缸回縮帶動左、右活塞同時開始退回初位，退回到位并壓下開關ST4、ST5后，2DT、4DT和5DT斷電，壓緊缸回縮快速退回，壓下開關ST0后，電磁鐵6DT通電系統卸載，完成一個自動循環。液壓系統原理圖1.4調位裝置的發展與現狀調位裝置在機械加工行業曲折重要的作用，屬于送料設備的一種。隨著社會經濟的不斷發展，送料設備逐漸成為各個經濟發達國家十分重視和需素發展的一門學科和行業。我國生產線中送料設備的使用狀況表現在如下幾個方面：1送料設備總體數量迅速增長。2送料設備的自動化水平和信息化程度得到了一定的提高。3

10、基本形成了送料設備生產、銷售和消費系統。4送料設備在生產企業的各個生產、物流環節得到了全面的應用。1.5幾個調位裝置的例子1.5.1大型合縫機的加工工件移動合縫機由同一副導軌支撐的機車總成以及四個獨立的滑車構成，如圖1所示。在進行合焊工序時，整個工件全長可分為三段，分別稱為右段作業、中段作業、左斷作業。每段內工位的縱向移置由機車的行走決定。作業段的轉換通過調整滑車的高度和變換滑車對工件的支承位置實現4。圖1.合焊工序的三段作業示意圖 1.5.2直縫鋼管預焊設備中的鋼管送進與周向調節機如圖2所示該機構主要包括鋼管焊接前縱向送進、導向、軸向調節以及焊接送進機構等。焊接前縱向送進機構是通過一組滾輪機

11、構完成輸送，滾輪機構負責接收鋼管運輸車送到預焊工位的待焊鋼管，將其輸送到約束合縫入口處。軸向調節機構的作用是將進入待焊工位的鋼管開口調節到12點鐘位置，以便導向機構能順利地插入接縫開口進而完成導向5。圖2鋼管送進與周向調節裝置1.5.3直縫埋弧焊管生產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、下支梁以及回轉支承座相連接，構成平行四桿機構。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、電機減速器、鋼板輸送鏈上下導向等組成（見圖4）。平行四桿機構主要用于保證鋼板輸送鏈水平起升和降落，確保整個過程平穩可

12、靠。鋼板輸送鏈裝置采用裝也特種鏈輪廠家生產的P250型鋼板輸送鏈、大鏈輪以及小鏈輪，傳動設備采用SEW電機減速機，通過鏈輪帶動鋼板輸送鏈平移以實現鋼板的平穩橫移6。圖3鋼板橫移裝置簡圖圖4鋼板輸送鏈導向結構1.5.4 無沖擊鋼管平移裝置的設計和分析圖5 無沖擊鋼管平移裝置圖6 機構簡圖如圖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(轉臂)，轉動轉臂實現鋼管的橫移。該裝置結構簡單，工作平穩無沖擊。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，經濟效益顯著，改善了工作環境，榮獲包頭鋼鐵公司

13、的科技進步獎。該裝置為了完成取料、運料放料兩個動作，其托盤取料口在公轉與自轉過程中始終朝上，這一功能的實現是由轉臂和托盤同步回轉來完成的，而同步回轉運動是由鏈傳動實現的。圖6是該裝置的機構簡圖。構件L1表示轉臂，它以w的角速度繞O點做回轉運動；構件L2表示托盤，它也以w的角速度繞O1點做回轉運動；D表示物料的質點，令O1D=e,OO1=R,由圖可得D點的運動方程為，由此公式可以看出，D點的運動軌跡是以（O,e）為圓心，R為半徑的圓。因此，該裝置的物料取放點必須設計在這個軌跡上。為了使回轉運動平穩，在構件L1的另一側設計相應的配重7。參考文獻1 劉力健，王永明變截面巨型管合縫機.石家莊職業技術學

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

15、910 董剛,李建攻,潘鳳章.機械設計.機械工業出版社，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 設計要求 所設計單片機控制大型鋼桿調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備的配套裝置，用于實現加工過程工件的位置轉換，具有加工效率高，操作方便的特點。本課題以圓柱管狀工件為工作對象。所設計裝置對工件形成合理的支承關系，使工件能夠軸向移動、周向轉動、著模下降與脫模升起。其中軸向移位、周向轉位執行機構的運動均采用電機驅動，卓模下降與脫模升起采用液壓驅動，具有一定的動作精度和工作速度，并保證安全平穩。裝置采用PLC

17、控制,有單動、自動工作循環功能，軸向移位、周向轉位的位移量和速度可以設定，本裝置與主機形成完整的操控系統。設計要求： （1）移動范圍達到20米.最大直徑1.2米。.（2）左右上液壓系統能夠實現獨立運動和同時運動, （3）工作臺上下調整范圍30毫米 （4）液壓缸最大輸出推力8噸2.1.2需要解決的技術問題根據實際情況，因為大型調直機都是大型工件，質量、直徑和尺寸都很大，人工操作困難，浪費工時而且還無法保證加工質量。采用PLC控制液動調位裝置不僅可以節約工時和勞動力還可以保障加工精度和效率。但是采用液動系統就會產生難以解決的同步問題。因為需要加工的工件比較大，要實現對他們的調位運動，必須確保支撐點

18、在運動過程中的同步性，同時加工工件時，還要要求工件能夠實現軸向移動、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。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計裝置主要完成兩個運動：軸向移動和軸向轉動。我們可以采用實用兩種小車的方法，其示意圖如圖7所示，從右到左一次為控制軸向轉動和軸向移動的交叉排列的兩種小車，中間是鋼桿合縫機。圖8是移動裝置簡圖，序號1為工件，序號2為周向轉動的輥子，為滾子按裝驅動裝置，可以驅動工件轉動實現鋼管的周向轉動。序號3為軸向移動的輥子電機驅動輥子轉動實現工件的移動。序號4為裝置的升降裝置通過此裝置可以調節不同直徑的工件動能在工作臺的合適位置加工。序號5為調節整個調節裝置的升降裝置。序號6為調位裝置支架，用于支撐工件、輥子、升降裝置。序號7為調位裝置車輪，車輪沿軌道運動，實現工件的軸向移動，使裝置加工不同長度的工件。圖7.移動裝置示意圖圖8.調位裝置簡圖2.2.2主要組成部分 支架機械主體 底座 機械部分 升降機構 液壓裝置 周向運動 電動裝置 軸向運動電氣部分： 由PLC系統控制 控制控制周向運動PLC系統 液壓系統