自动进料装置.docx
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自动进料装置
给料装置自动化是随着现代信息技术与控制技术的进步而发展起來的，广泛应用于机床、矿山、冶金等行业。
从以前的手工给料，到半自动化，再到自动化，其至智能化,给料装备发展迅猛。
本课题所改进的给料装置是应用于铸造球墨铸铁管流水线上的孕育剂的给料装置。
不同直径的管道孕育剂的需要量不同，否则会影响铸管的抗腐蚀性能和耐用程度。
目前所使用的给料装置只能给DN300mm的管道定量加料，而DNlOOOmm的管道需要人工补料。
本设计完成了给料装置传动系统的设计与零件的校核；基于UG的三维设计与表达;PLC的编程设计。
通过本设计实现了自动控制进料量的孕育剂自动给料装置。
此装置只需要工人根据所生产的管道的直径选择选择相对应速度就可以了，为管道质量提供了保障，同时节省了人力。
关键词：
给料装置；改造设计；三维建模；强度校核
Abstract
Withthedevelopmentoflnfbnnationteclmologvandautomaticteclmologytheteclmologvofautomaticfeedingbecomesmoreandmoremature.Andnowautomaticfeedmgdevicesaregenerallyusedinthefieldofmacliuietoolsminesandmetalluigicalmdustnes.Fromthebegiimingofmanualfeedingtothesenu-automaticfeedingandautomaticfeedmg,evenartificialintelligencefeedmg,thefeedmgdevicereallymadegreatprogress.
Thefeedingdeviceremadeinthissubjectoperatesonthepipeliningofcastingnodularcastnonpipe・Thepipesofdifferentcaliberdemanddifferentqualitiesofmoculant,orthiswilldecreasethepiopertiesofanti-conodibilitvanddurablepeiformance・Atthemoment,thefeedingdeviceworkmgcouldprovideaccurateinoculantforthecastingofpipesinDN300nunwhilethetypeofDN1000nunneedsextrainoculantbyhandlabor.
Afterthewholedesign,thedesignofdiivesystemandthecalculationofcomponentshavebeenfimshed・ThetlHee-dimensionaldesignbasedonUGandthedesignofPLCpiogiamarealsofulfilled・Thedesignofautomaticfeedingdevicehasbeencompleted.Accorduigtothecaliberofthepipe,theworkerscanchoosethelightspeedsothatthequalitiesofthepipescouldbewarrantable.
Keyword:
Feedmgdevice;Remakuig;Tluee-dunensionalmodeling;Strengthcalculation
1绪论1
1.1自动进料装置的发展过程及趋势1
1.2课题的研究背景与意义1
1.3课题主要内容。
2
2给料装置3
2.1给料装置的种类和特点3
2.2工厂所用给料装置6
3孕育剂给料装置建模9
3.1UG特点9
3.2螺旋轴建模10
3.3部件建模14
4主传动运动系统设计17
4.1电动机选择17
4.2传动系统设计17
4.2.1主轴等参数确定17
4.2.2传动轴轴颈估算19
4.2.3齿轮模数估算21
4.3皮带轮传动设计22
4.4传动系统视图25
5轴承与齿轮的强度校核27
5.1齿轮强度校核27
5.2齿轮弯曲应力校核29
5.3轴承寿命校核29
6给料行程控制33
6.1OMRONPLC33
6.1.1PLC特点33
6.1.2指令介绍34
6.2孕育剂给料装置任务流程35
6.3给料控制动作实现35
结论39
致谢40
参考文献41
附录A42
附录B51
1绪论
1.1自动进料装置的发展过程及趋势
自动进料装置的水平是很大程度上依赖于机电一体化技术的高低，其过程和发展趋势与机电一体化相似。
上个世纪机60年代，人们用电子技术的成果來完善机械产品的性能，这是出现了简单的半自动加料装置。
机械与电子的最初结合对经济的发展起到了积极的作用。
70〜80年代是机电技术蓬勃发展的时代，大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
机电一体化技术和产品得到了极大发展。
各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持，自动进料装置得到了广泛推广和使用。
世界范围内，特别是日本，掀起了机电一体化的浪潮。
90年代，自动进料装置在机床、金属冶金、矿山等行业的发挥着重要的作用，大大提高了社会的生产效率，英至出现了完全自动化的生产线。
其趋势：
1、智能化。
现在，自动进料随着人工智能技术的发展朝着智能化方向迈进，智能机器人能够根据环境作出判断，自主选择进料的方式等等。
2、精细化。
精细及超精细加工的出现，对进料装置提出严格的要求。
进料装置在动作稳定性控制上更加的严格精细。
1.2课题的研究背景与意义
图仁1圣戈班厂区
管道广泛用于生活用水和工业用水，人们对其的要求也是越來越高。
经久耐用已经成为传统上的要求，现在人们更希望它能达到环保上的高标准，性能上的高追求。
在生产上，厂家则是希望在改善质量的同时能够提高生产效率，以求利益的最大化。
于是对于铸铁铁水的调质方面的要求也是越來越高。
孕育剂就是调质铁水的原料之一。
孕育剂能够改善铸管的质量，提高其环保标准和抗腐蚀的能力，因而被管道铸造厂家广泛使用。
铸管的设备是金属水冷离心铸造机。
离心铸造机通过高速旋转，使铁水离心在外围管道模具上浇铸成型，在管道模具的外面通过水冷却，降低温度。
离心铸造机由于离心铸造机离心铸造出的铸管温度高达1000摄氏度，在此环境下工人的生理功能受到严峻考验,更不用提高效率，改进质量了。
在铁水的离心铸造过程中，孕育剂被均匀加入就成为摆在人们面前的难题了。
公司使用的离心机孕育剂给料装置能够实现自动加料，只需要工人控制机器设备就可以了，极大地满足了生产的需要。
但是美中不足的是由于管道的口径不一样，其所需的孕育剂的量有着不同。
直径DN1000m的铸管所需要的孕育剂的量大约是直径DN300mm的一倍左右。
单一的进料量造成的后果是当工厂生产DNIOOOnmi的铸管时，另外需要通过人工的方式补料。
人工补料不仅威胁到工人的人身安全，而且所补料的量仅仅是依靠工人的经验和技术，这样大大限制了所生产的铸管的质量，为生产和发展埋下了隐患。
机电一体化的发展为解决这个难题提供了有效地技术支持。
1.3课题主要内容。
首先需要进行一系列的安全培训教程，树立安全第一的意识，然后了解工厂的铸管工艺流程。
之后熟悉原孕育剂给料装置的机构原理以及工作情况，提出初步的改进构想,利用UG进行概念建模。
联系生产应用再对改进的方案进行进一步的修正和改良。
最后将改进的方案通过AutoCAD表达出来，之后一系列的校核。
2给料装置
2.1给料装置的种类和特点
给料机的组成部分，通常安装在料仓或卸料漏斗的下方，按生产流程的需要均匀定量地向或其他装置给料，犹如调节流体流量的阀门。
给料机是物料搬运机械化和自动化系统中的辅助设备。
按工作构件的运动方式，给料机可分为3种：
1、直线式，如带式给料机、板式给料机、刮板给料机；
2、回转式，如链式给料机、圆盘给料机、螺旋给料机和叶轮给料机；
3、往复式，如振动给料机、往复给料机。
选用给料机时必须考虑下列因素：
给料量及其调节范围、给料量精确度、物料的特性、安装方式、外形尺寸、安全可靠性、环境保护条件和自重等。
带式给料机结构组成与基本相同。
但带式给料机的上托辘间距较小，以承受料仓内物料的压力。
两边装有导料拦板，以防止撒料。
带速一般小于0.5米/分。
改变带速或出料口挡板的高度可调节给料量。
带式给料机给料量大，结构简单，适用于多种物料;但外形尺寸较大，给料的封闭性差，给料量精确度不高，输送带易磨损，不宜用于粒度大、粉尘大、灼热的物料。
板式给料机结构组成与基本相同。
板速一般小于0.1米/秒。
改变板速或出料口挡板的高度可调节给料量。
这种给料机能承受物料的冲击，适用于磨琢性大，堆积密度大的大块物料和高温物料；但结构复杂，自重大，给料量精确度不高，不宜用于粉状物料。
刮板给料机工作原理和牵引件都与相同。
刮板给料机可实现封闭、多点给料，适用于粉状或粒状、磨琢性和粘性都较小的物料。
链式给料机闭合环链套挂在同一驱动轴的各链轮上，与料仓出口宽度相适应，多条并排布置，形成一道链幕（图2.1链式给料机）靠链条的重量阻止物料流出。
当链轮带动链条时，物料以近于链条速度沿斜槽卸出。
改变链轮转速可调节给料量。
链式给料机适用于大、中粒度的物料。
它的结构简单、耗能少，但料粒相差悬殊时容易漏料。
圆盘给料机由可回转的圆盘、导料套筒和刮板等部分组成（图2.2圆盘给料机）。
料仓内的物料通过导料套筒堆积在镶有耐磨衬板的圆盘上，圆盘转动，物料被刮板刮出给料。
调节刮板位置或导料套筒的高低可改变给料量。
圆盘直径一般在3米以下，转速不超过10转/分。
圆盘给料机运转平稳可靠，调节给料量较方便，耗能少，但结构比较笨重，适用于粘性较小的粉粒状物料。
螺旋给料机利用螺旋的旋转推动物料在输送槽内运动而给料。
输送槽大多为管状,
改变螺旋转速可调节给料量，给料量的精确度较高，并可实现密封给料。
在中使用时,
可由低压区往高压区给料。
螺旋给料机外形尺寸小，但机件磨损较严重，易碾碎物料,适用于粘性和磨琢性较小的粉粒状物料。
图2.3叶轮给料机
叶轮给料机由机壳和叶轮组成（图2.3叶轮给料机）。
机壳上、下端的进、出料口分别与料仓、受料设备连接。
叶轮绕水平轴线转动时物料落入叶轮的各腔格之间，随叶轮旋转半周后卸入受料设备。
均压管能使进入料区前的腔格泄去高压，以免到料区时不能进料。
改变叶轮转速可调节给料量。
叶轮直径一般在500毫米以下，转速不超过45转/分。
这种给料机结构比较简单,外形尺寸小，自重轻，给料时密闭性好，适用于小粒度和粉状物料。
振动给料机工作原理和结构组成与基本相同。
使用较多的是电磁式振动给料机（图2.4电磁式振动给料机）和偏心块惯性式振动给料机（图2.5偏心块惯性式振动给料机）
这种给料机通常通过弹赞悬挂在料仓下方。
给料机的料槽可以水平布置，也可以布
图2.4电磁式振动给料机图2.5偏心块惯性振动机料机
置成角度不超过10。
的下倾式。
电磁式振动给料机：
大多在状态下工作，振动频率为50赫，振幅一般小于2毫米，结构较简单，安装方便，自重轻，容易调节给料量，因此便于和电子秤等设备组成负反馈系统，实现给料量的自动精确控制。
这种给料机无回转部件，维护简单,耗电少，但功率因数较低。
偏心块惯性式振动给料机:
大多在超共振状态下工作，振动频率为25赫，常釆用偏心块直接装在电动机上的惯性激振电动机。
改变各偏心块的相对位置可调节给料量，但在运行时给料量不能自动调整。
特点是结构简单，使用可靠。
往复给料机由固定机体和活动底板组成。
机体与料仓相连，底板由曲柄连杆机构带动作往复运动或摆动。
当底板连同物料向前运动时，料仓内的物料随之填满机体内的空间。
当底板向后运动时，底板上的物料不能随之返回而受阻卸出，实现给料。
改变底板运动的幅度、频率和出料闸门的高度可调节给料量。
给料量一般在40吨/时以内。
这类给料机适用于中、小粒度物料，主要有槽式和摆式两种。
槽式给料机的底板是平的,工作时作往复运动。
2.2I厂所用给料装置
首先在厂区A对钢铁原材料进行冶炼，然后将铁水用小型运载火车运至厂区B,在厂区B进行调质与铸造。
铁水运至后，通过渠道流进铁包，用行车将铁包悬吊至调质高炉，倒入高炉。
熔炼及调质，将原料（废钢、铁水、回炉料等）加入感应电炉，并对其成份进行调整，当成份满足工艺要求时，将调质后的铁水加入球化剂进行球化处理，达到工艺要求。
工艺流程见图2.6。
图2.6工艺流程图
球化。
当铁水成份及温度满足工艺要求时，将球化剂加入铁水中，使铁水中的片状石墨变成球状石墨，送至离心浇注工部进行浇注。
图2.7铁水球化处理
离心浇铸。
将承口芯安装到离心机上，球化合格的铁水倒入定量包内，按照工艺规定要求，设定孕育剂加入量、管模粉加入量，离心机的旋转速度、行走速度及定量包的翻转速度，铁水随着定量包的翻转及离心机的行走浇注在旋转的管模内，并凝固成管子,拔管钳将管子从模内拔出，并送至热处理工部。
图2.8离心浇铸
热处理。
经离心铸造生产出的管子在金相组织中有大量的渗碳体，因而使管子的机械性能达不到ISO2531标准规定的要求。
为此需将管子进行退火处理，以消除渗碳体，将其基本组织变成以铁素体为基本的球墨铸铁管，使其性能满足ISO2531标准规定的要求。
喷锌。
为使球墨离心铸铁管耐腐蚀性更进一步增强，需在管子的外表面进行喷锌处理。
为保证喷锌的质量，应在热处理工序完成后，管体本身还有一定温度时进行喷锌效果最佳。
图2.9是管道在喷锌处理环节。
图2.9喷锌处理
整圆和打磨。
为保证管子的表面质量及承口的安装尺寸，对管子的承口及内壁需要进行打磨清理，以保证管子的安装和下道工序要求。
水压试验。
为保证管子的出厂质量及管网使用时安装的可靠性，对管子要逐根的按照ISO2531中规定的标准进行水压试验检查。
图2.10为工人在做水压测试。
图2.10水压测试
内衬水泥及养生。
为保证管子的输水卫生，防止管子内壁表面结垢而增大输水阻力,降低管网使用寿命，输水管要有水泥内衬。
砂浆内衬按ISO2531和ISO4179标准执行。
水泥衬层后要经过养生，使内衬具有一定强度后方可送至涂敷工序。
图2.11是内壁上涂衬水泥。
图2.11内衬水泥
外涂、包装。
防止管子在地下被腐蚀，延长管网使用寿命，铸管的外表面还要涂敷一层沥青漆，然后再包装入库，如图2.12。
图2.12成品堆放
螺旋给料装置能够较好的控制所加孕育剂的给料量。
孕育剂加入料箱后，经过漏斗引导后进入螺旋管内，然后再经过螺旋轴的旋转，运至下料口，延下料管进入到高温铁水内。
但是此装置只有一种加料速度，不能满足多种给料量的生产需求。
在生产DN300mm的管道时，能符合生产要求。
当生产DNlOOOmm的管道时，需要工人冒着风险在铁水流入渠道手工补料。
这样不但影响管道的质量，而且有可能伤害到作业工人的人身安全，给生产埋下隐患。
图2.13为生产线上的孕育剂给料装置。
图2.13生产线上的孕育剂给料装置
3孕育剂给料装置建模
EDS公司的UmgiaphicsNX是一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。
UmgiaphicsNX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。
UmgraplucsNX为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式，它不仅对几何的操纵，更重要的是团队将能够根据工程需求进行产品开发。
UmgiaphicsNX能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程的知识，事实证明为企业带來了战略性的收益。
3.1UG特点
UmgiaphicsCAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。
UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程。
该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。
另外它所提供的二次开发语言UG/OPenGRIP,UG/openAPI简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。
具体來说，该软件具有以下特点：
1＞具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。
2、釆用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示儿何建模与参数化建模融为一体。
3、用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。
4、曲面设计釆用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。
5、出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。
能按ISO标准和国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。
并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。
6、以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。
目前著名CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型基础。
7、提供了界面良好的二次开发工具GRIP（GRAPHICALINTERACTIVEPROGRAMING）和UFUNC（USERFUNCTION）,并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起來。
8、具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。
3.2螺旋轴建模
螺旋轴是孕育剂给料装置的主要工作部件，图3.1为螺旋轴，其建模过程如下：
图3.1为螺旋轴
1、打开ugUX4.0,单击口“新建”按钮，打开“新建”对话框，选择文件保存位置（非中文位豐）.輪入文件名。
文件名只能是英文和数字，不能是汉字。
E起贻■
2、单击竺=按钮，选择“建模”选项，单击下拉选项键，选择“成性特征”
中的“圆柱”“孔”“长方体”“凸垫”“圆台”等常用选项。
3、单击山按钮，选择“直径，高度”项，以原点为起点，单击确定，图3.2为画圆柱直径对话框，
直徑|25Inan.回
高度58|m今
［确定］［后退］|职消|'
图3.2画圆柱直径对话框
4、画轴的下一段，在“直径”“高度”框内分别输入20mm和45mm,拔模角内输入“0”后，点击己经画好的圆柱部分后，选择“点对点”对齐的选项后，点击圆柱端面的圆弧，后选择“圆弧中点”的对齐方式，这样新的圆柱就能和原来的中心对齐。
图3.3
为圆台填写对话框。
图3.3圆台填写对话框0
5、依照上述步骤将剩余的儿段轴画完，并对轴进行倒角。
单击边倒圆，出现如下
3-4对话框。
设置倒角的距离，最后视图如下，倒好的圆柱如下图3.5为己经倒好圆角
的多段轴承。
图3.5成型多段轴
6、接着画一段螺旋轴，螺旋轴要求螺距是32mm,倾斜角为12。
，其剖视图如下。
图3.6螺旋轴剖视图
首先按照前述步骤画出圆柱，然后在Z-X平面上画出草图，草图如下图3.7螺旋草图，确保草图所有的线段不是自相交，否则无法进行下一步。
7、在“插入”菜单中，选择“曲线”中的“螺旋线”，出现下图3.8所示的螺旋线对话框，按照要求填入数值，单击“确定”后，根据系统的提示，选择画好的螺旋线。
8、按照系统的提示选择对应的线形后，单击已扫孫图标，如图3.9以扫掠对话
框所示，其中有很多数值都是默认的，不需要修改。
然后选择“求差”如图3.10布尔
操作对话框所示。
图3.9以扫掠对话框
7
图3.10布尔操作对话框
9、单击“求差”后，等待一会螺旋轴成型，点击保存即可
3.3部件建模
1、由于孕育剂是装在尼龙袋，为了减少來回装料次数，方便工作，所以在给料箱中加了一段横向延长板体，用于孕育剂的存放，如下图3.11孕育剂给料箱：
图3.11孕育剂给料箱
如此一來，成带的孕育剂就可以直接放在给料箱中，无要任何的其他措施。
2、为了减少成本，节省改造的支出，我们决定在设备给料部分使用焊接的箱体，同时使用轴承箱來支撑轴承，大大方便了轴承的安装和以后的更换。
图3.12为轴承箱与轴承装配位置图。
图3.12轴承箱与轴承装配位置图
3、从进料箱到螺旋轴的部分使用普通的锥形面料斗，如下图3.13所示。
图3.13锥面料斗与螺旋轴的装配视图
4、图3.14传动箱中主要传动部件。
图3.14传动箱主要传动部件
5、带轮与滑移齿轮。
图3.15带轮
图3.16滑移齿轮
以上的基于UG的建模设计,
只是概念设计，应厂方的要求接下来的设计用
AutoCAD的进行的。
充分表达方案,下面的章节将对传动系统设计的细节展开。
4主传动运动系统设计
4.1电动机选择
根据实际工作要求，旋转轴转速大约在50L7min-75i/nuii,扭矩260nm。
根据扭矩与功率的换算公式：
T=9550*P/n（4.1）
得到P=T*n/9550（4.2）
带入数值得到P=2.04kw
由于旋转轴的转速比较低，所需要的功率比较小，采用Y132S-8,其额定功率2.2KW额定电流5.8A,同步转速75017mm,效率81%,最大额定转矩2.0。
4.2传动系统设计
4.2.1主轴等参数确定
1、确定主轴的变速范围&：
式中心一一为主轴的变速范围；
nmax为主轴最大转速（【/min）；
nmm为主轴最小转速（i/mm）。
2、确定主轴的计算转速
nc=nminRn03=50*1.5°3=56.5r/nun（4.4）
其中珥为计算转速（"min）；
圆整为56r/niiiio
3、确定主轴的恒功率变速范围Rnp
Rnp=llmax/lie=75/56.5=1.33（4.5）
Rnp一一恒功率变速范围。
4、确定电动机所能确定的变速范围Rdp：
图4.1传动系统图
7、各轴计算转速的确定
主轴计算转速叭=56r/miii,
根据传动比的关系，得到各轴计算转速如下：
I轴的计算转速为：
11,=33617niiii,
II轴的计算转速为：
nz/=112171111
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