（定稿）顶杆自动识别系统的设计（全套下载）

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受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起的弹性形变方向致，此时变形量为最大，计算公式为式中式中摩擦系数按.计，当量摩擦角剪切弹性模量则每米螺杆长度上的弹性变形本系统中滚珠丝杠副精度应选择等级，由手册查得的半为滚珠丝杠的图形及说明图滚珠丝杠外形图图为螺母的工作示意图图为螺母的工作示意图。图为丝杠工作明细图。该滚珠丝杠副为型内循环浮动返向器双螺母垫片预紧型。其丝杠总长为，有效螺纹长度为，螺距为,两螺母总长为，钢珠直径为，当手动调节装置转过圈时，转动传递到丝杠螺母实际上升距离为。图为丝杠工作明细图该滚珠丝杠副在安装的时候要注意的事项，两端支承方式尽可能采用“两端固定”或“端固定，端铰支”式两端轴承和螺母要精确到轴心线重合，同轴度级。本系统中的滚珠丝杠副安装方式都是端固定，端自由，由于滚珠丝杠副不能自琐，所以系统要配置相应的具有自锁功能的元件，水平放置的丝杆是通过压紧托板和滑板以限制相互运动，竖直方向上的丝杠的自锁是通过手动调节装置里面的斜楔机构来实现的，当手轮上的手柄转动时通过螺纹配合将斜楔往右挤，达到行程极限后就起到自锁的作用，本系统是高精度要求，在使用中要特别注意丝杠的防护和密封，经常润滑。．本章小结在第二章中只是对系统大体组成方面做了设计，在本章节中，根据具体工作要求，重点对机械部分进行设计，主要为升降机构和横移机构重要组成部分的零件选型以及些相应的力学计算，并说明了各个装置是如何实现传动的。电气部分的设计．系统的配电图及说明在前面的章节里对系统机械构造部分进行了设计之后，本章着重分析检测系统的控制环节，在做完宏观的了解后首先给出系统的配电原理图，在总线三相四线后安装个断路器线包，当系统出现异常情况时如报警或急停可以直接从干路上切断电源的连接，然后接变压器，因为工业用电是而系统中很多需要用电的元件都是或是的如传感器部分，降温部分，按钮指示灯部分，为了缓解的工作量，在电路中加入两个开关电源，个负责输入部分，另个负责输出部分，这样些其他用电点就可以和开关电源相连，比如冷却装置和些开关示意灯，通过对系统中所有要用电部分的研究后给出配电原理图图配电原理图．传感器的选择，安装及数据处理在本系统中顶杆检测也是个重要的环节，检测头上安装有个传感器，都是欧姆龙公司方型系列传感器，它通过探针接触式检测，其限位型触摸开关经常振动高频，当被检测物体与探针接触后，振动电路的常数将发生变化，开关电路发生动作输出信号，只要轻微触碰就能检测，通过发光二极管来显示动作，这个传感器通过螺钉安装在个树脂浇注的模架内，传感器是将感受到的外界信息，按照定的规律转化成所需的有用信息的装置，通常是将非电量转换成电量，在本系统中传感器将感受到的模拟信号转化成电信号。而的输入输出接口是可编程控制器和现场各类信号连接的部分，但是从传感器中出来的信号太微弱，需要经过放大器放大后才能达到的识别要求。通常采用三极管来达到放大的目的，下面依次为信号放大放大示意图，传感器实物图，传感器安装图图传感器实物图在本系统中所使用的传感器均选用欧姆龙公司的系列方型传感器，图为实际安装图，图为安装俯视图，整个模架通过四个螺钉和连接板连接在起，模架下面多出的长度用于和顶杆对齐，由于本型号的传感器重量很小所以不需要力学校核。另外本型号传感器需要使用传感器专用电源，通过开关电源供电。图安装正视图图安装俯视图图输出级电路图由于个传感器是并联使用，所以安装时天线之间的距离要大于,将连接软线蓝黑接地。．型气缸作为气路的执行元件，因为本系统对精度要求很高，所以该气缸上的缓冲装置可以在气缸快速升降的时候消除惯性力和运动残余能量，分析气缸的运动要求后选用系列型的三位五通换向阀作为气路的主要控制元件，当阀作用在左工作位时，推杆回缩即气缸上升，当作用在右位时，推杆伸出，当阀作用在中位时，五口全封闭，液压泵不卸荷，气缸闭锁，这样，若系统出现异常，使阀作用在中位，推杆能立即停止运动。对齐气缸的型号为系列，与系列型二位五通阀相连，当阀处于左位时，活塞推出，右位时活塞缩回。两个气缸并联，由齐控制。由于气缸是安装在个移动支架上面，该支架又通过槽钢和两个滚动导轨副接在起，当手轮转动时，丝杠螺母就会升降，由于螺母通过螺母座和支架连接在起，这样整个升降机构就可以上下升降气缸和滚珠丝杠副不在同水平面，所以安装时要特别注意两平面之间的平行度问题。手柄因为手动控制是系统的个重要工作方式，每当系统报警或是运行不畅的时候都需要由手动来调节，所以不论是在水平方向还是在竖直方向上都需要安装个手柄装置，在手柄装置里面主要由对啮合的锥齿轮齿轮和传动轴之间用键连接来实现旋转方向上的变化，再通过滚珠丝杠副将旋转运动转化为直线运动，因为本系统为精密检测系统，所以当系统在工作中必须要能自锁，由于滚珠丝杠副不能自锁，这里在手轮上加上个压紧装置，当此压紧机构转动时安装在传动轴上的斜楔机构因为螺纹配合就会向右挤，而右边的间隙又是固定的，当整个斜楔被挤到极限位置时，手轮就无法转动，这样就可以实现竖直方向上的自锁，当这个调节装置手柄摇动时，整个检测装置就会上下升降，下图中小锥齿轮的分度圆直径，大锥齿轮的分度圆直径两锥齿轮的选型设计过程略，因为两锥齿轮的传动比等于它们分度圆直径的反比，所以两齿轮的传动比为,所以当手轮转过圈时丝杠就会转圈，因为本系统中丝杠的螺距为，所以此时丝杠螺母上升的距离为，钢管间直径相差，手轮大概需要转转，查手册得人手摇的速度为，所以钢管管径的差值通过手摇就可以解决，手动装置具体的构造如图，该图为手动装置的剖视图。图手动装置剖视图检测头部分顶杆检测头是个特殊设计的部件，其作用为检测头是个的传感器阵列，固定在块安装模架上，该安装模架为根据传感器安装的具体数据用树脂浇注而成，安装模架和连接板用个的螺栓连接，由于气缸的活塞杆长度有限，为了将升降气缸和整个检测头连为体，采用在活塞杆上安装附件，该附件为型带销连接杆，通过此装置将检测机构连接到气缸上。当系统正常工作的时候，有副传感器组作为备用，如果正在使用的传感器发生故障时，只需要把安装板拆下，换上备用传感器组就行，保证生产节奏不受影响。图型带销连杆机械部分的设计．气缸部分气缸和阀的选型考虑到在这个系统中无论气缸上升还是下降都是工作的部分，所以采用双作用标准气缸，初步估计传感器头部分传感器阵列以及些固定夹紧装置总质量为而气缸行程为，因为系统要求气缸下降到起始位置，上升到工作位置，所以气缸下降与上升的速度分别为气缸要在时间内压缩空气趋动质量为的装置运行距离，即计算得故采用缸径为肯定能满足工作要求。参考气缸系列，选取标准气缸型号为，气缸在工作时要实现上升，下降，停止控制功能，所以系统还需要个气动控制元件，这里选取型号的三位五通电磁阀，当阀处于中位时气缸不工作，这位置就为气缸的原点，当左边的线圈得电时，阀处于左工作位时气缸上升，右工作位下降。在顶杆右侧还安装有个对齐气缸，如果传感器阵列和顶杆编码部分有水平距离，对齐气缸就会将顶杆推到应有的位置。对齐气缸与型二位五通阀相连，当阀处于左位时，活塞推出，右位时活塞缩回。传感器选用欧姆龙系列方型传感器，其截面为,为探针接触式检测。因为，所以，如果在方向只安装个传感器，显然不能满足现场检测的需要。按理论要求只要在方向装个传感器就能满足需求，但考虑机械设计和现场安装的方便，所以，在轴上安装了个传感器。．系统开发的必要性现在国内有近百家钢管生产厂家，除了几家最大型的钢管公司具备雄厚的资金实力，能从国外引进专业的生产设备，其他企业的生产设备都很落后。有些公司自己组织技术力量进行技术攻关也研制出了些产品，能在定的程度上解决问题，但产品大体上存在以下些问题设备大都只能完成单的任务，不能在自动生产线上和其他设备起工作，使得生产效率依然低下，不能从根本上解决问题。产品的技术开发水平还停留在二十世纪八十年代的水平。由于这些产品大多是工厂自己组织力量开发研制的，技术水平达不到国外的最新发展动态开发设备的精度低可靠性差。产品的稳定性不够。由于这些产品的主要控制部件采用了单片机控制，在钢管生产的恶劣环境中，各种干扰使得系统的故障率极高。产品缺乏扩展性。易扩展性已成为现代产品的特征，缺乏扩展性的产品将阻碍自动化的发展。满足不了企业日益增长的企业管理功能。实现程度已经成为企业现代化的重要标志。企业的质量管理已经成为现代制造企业的管理核心。每根钢管都有系列的数据，这些数据在钢管的整个生命周期里都很重要。过去自行开发的系统只考虑到在生产中的功能，而忽略了在管理中的功能．论文的主要工作和意义本系统涉及到多学科，多专业，是集光机电和计算机体化的产品。本论文在老师的指导下主要完成以下工作通过对顶杆检测系统开发现状的分析，对系统进行了总体方案设计。具体为机械组成框架部分的设计。根据总体方案进行重要零部件选型，并做出说明和必要的力学计算。通过对系统工作原理和的研究，进行了流程设计，给出其接线图。将人机工程学运用到系统中，设计了上位机监控系统。本系统的研制成功填补了国内检测行业空白，其检测精度和标识效果达到同类产品的先进水平。顶杆自动识别系统的总体设计．顶杆自动识别系统的设计要求系统的设计要求如下工作范围钢管外径钢管重量钢管长度工作环境要求系统能在恶劣的环境下工作，使用寿命长气缸速度要求气缸在下降的时候到达指定位置，上升时回到起始位置，对齐气缸推到工作位置自动化要求具有自动报警功能，急停，自锁功能，半自动手动功能动态显示钢管参数。例如可以表示为,而二进制数又可以通过实际的开关量来表示，就可以用个传感器的状态来表示，这样任何个十进制的数都可以通过传感器的状态来表示。在顶杆检测的过程中，传感器感应不到顶杆开槽的部分，则这个传感器的状态就是传感器能感应到开槽的部分，则传感器的状态就为。这样通过传感器检测顶杆尾部开的槽的状态就可以获取顶杆编号，达到检测的目的。系统的检测原理图,如图所示。每根顶杆的尾部刻槽,槽的宽度是传感器阵列传感器阵列中每单元传感器的宽度。传感器选用欧姆龙公司方型系列接近传感器，传感器阵列分为组，安装在树脂制造的安装架内，分别用来检测道槽的状态。每组有个传感器并联，以提高工作的可靠性，这个传感器中只要有个感应到，则这组传感器状态为。以图为例，传感器的状态为，。以上的数字转换成十进制就等于。那么此顶杆就是第二十号顶杆。图检测正视图．检测系统的组成顶杆检测系统的结构简图，如图所示，系统包括检测头检测头对齐挡板支撑板升降气缸机身对齐气缸顶杆对齐板顶杆编码部分顶杆到位检测传感器顶杆等个部分。整个系统的工作流程可以分为个步骤传感器检测顶杆是否到位。对齐气缸推出。顶杆到位后，气缸先把顶杆推到检测的位置。气缸装有前位传感器，输出电磁阀控制信号后延时后若还没检测到前位传感器信号，说明气压系统存在故障，输出相应的报警信号并在上位机上显示报警信息，系统会根据实时情况做出相应处理。气缸下降，对齐气缸后退。气缸向前推到位后前位传感器触发，升降气缸下降，同时气缸后退。因为顶杆的直径变换范围很大，所以相应的气缸升降距离也不样，所以无法安装气缸下位传感器，只有程序上通过延时来设定。气缸后退的控制跟前进过程的控制样，采用后位传感器来检测是否到位。下图可以直观的看出系统是怎样工作的，该图的视角为正对横梁前端，由图可知气缸和滚珠丝杠副并没有安装于同平面内，所以设计安装时该考虑到两平面之间的平行度问题，由于检测头下方的传感器是方形阵列，所以钢管的放置方向对检测没有任何影响。气缸还安装了附件前法兰，这样气缸缓冲装置可以得到定位，检测头上方的平板通过型销杆连接