1、- I -摘要本文详细介绍了型钢堆垛机的整体设计理论和整个堆垛过程，其中重点介绍了翻转机构的设计。主要包括了翻转机构的轴、齿轮、液压缸的整体设计，其中还有轴承的选取，联轴器的选取和校核。本次设计的型钢自动堆垛机性能良好、动作灵活、操作方便、故障率低、维护简单方便，满足了生产的需要关键字：型钢堆垛机；机械；液压；齿轮- II -AbstractThis article introduced Steel bar stacker Overall design theory and entire piles up the process in detail, and introduced the de
2、sign of Turnover mechanism emphasis. In this paper, there has mainly included the entire design of the axis, the gear, hydraulic cylinder of turnover mechanism, and in that there were also including bearings selection and shaft couplings selection and examination. This profiled bar automate profiled
3、 bar stow machine has good capability, movement is agility, operating is simple; the frequency of trouble is small, maintenance is simple, and could meet the need of teaching and learningKey words：Steel bar stacker；Machinery；Hydraulic pressure ；Gear- -i目录摘要 .IAbstract .II第 1 章 概述 .1第 2 章 型钢堆垛机总体设计 .
4、32.1 型钢堆垛机的设计参数 .32.2 堆垛机的工艺流程 .42.3 堆垛机平面示意图 .42.4 堆垛机的结构设计 .42.5 堆垛机总体尺寸 .52.6 传动系统的选择 .52.7 翻转机构的基本设计 .62.8 升降机构的基本设计 .7第 3 章 翻转机构 .83.1 翻转机构液压缸的设计 .83.1.1 液压缸的类型 .83.1.2 基本参数设计 .83.1.3 液压缸的结构设计与校核 .123.1.4 液压缸的稳定性和活塞杆的强度验算 .153.2 齿轮的设计 .163.2.1 选择齿轮精度等级，材料，热处理方式及齿数 .163.2.2 齿轮的基本参数 .173.2.3 小齿轮的
5、基本尺寸计算 .183.2.4 轮齿所受的圆周力 ，径向力 ，法向载荷 的计算 .18tFrnF3.2.5 齿根弯曲疲劳强度校核 .193.3 扇形齿轮的设计 .203.3.1 扇形齿轮的形状设计 .203.3.2 扇形齿轮的基本数据 .203.3.3 扇形齿轮的模数 .213.3.4 扇形齿轮的基本尺寸计算 .213.3.5 齿根弯曲疲劳强度校核 .223.3.6 齿轮接触强度校核 .223.4（）轴的设计 .233.4.1（）轴的结构工艺性 .233.4.2（）轴的材料 .243.4.3 小齿轮轴上的受力 .243.4.4 计算轴的最小直径 .25- -ii3.4.5 确定轴的各段尺寸和长
6、度 .263.4.6 联轴器的选择 .263.4.7 轴上零件的轴向定位 .263.4.8 确定轴上的圆角和倒角的尺寸 .273.4.9 确定轴上的载荷 .273.5（）轴的设计 .303.5.1 轴的结构工艺性 .303.5.2 轴的材料 .303.5.3 计算轴的转矩 .303.5.4 大扇形齿轮轴上的受力 .303.5.5 计算轴的最小直径 .303.5.6 确定轴的各段尺寸和长度 .313.5.7 轴上零件的轴向定位 .323.5.8 确定轴上的圆角和倒角的尺寸 .323.5.9 确定轴上的载荷 .323.5.10 平键的校核 .35第 4 章 经济性分析 .37第 5 章 结论 .3
7、8参考文献 .39致谢 .40详细 DWG 图 纸 请 加：三 二 1 爸 爸 五 四 0 六- -1第 1 章 概述本文针对国内传统的型钢生产线一般都没有专门的自动堆垛设备。随着市场经济对型钢产品要求的提高，传统型钢生产的型钢堆垛已成为当前迫切需要进行的技术改造之一。不管是采用人工堆垛、半机械化堆垛还是全自动堆垛，首先要进行型钢的垛型设计。本此设计的型钢堆垛机是一种用于对成型钢材自动打捆的设备。机械部分由单传辊道、拨钢机构、移钢机构、分组机构、定位机构、平移机构、翻转机构和垛台升降及压紧机构等 8 个子机构，和 PLC 控制部分组成的成型钢材自动打捆生产线。它的主要优点在于实现了整个生产线的
8、自动控制，从而提高堆垛机的堆垛效率，这也是现今钢材堆垛打捆和以后发展的趋势。它不仅仅克服了过去人工堆垛的生产效率低、打捆质量差、成本高、工作环境危险等缺点，更重要的是型钢的堆垛打捆成为了整个轧钢生产线发展的阻碍，在很大程度上阻碍了钢材生产线的效率的提高，对整个生产效率的提高有很大的影响。本此设计的型钢堆垛机在一定程度上实现了自动化，很好的消除了这个障碍，对型钢生产线技术的进一步发展做了铺垫。型钢堆垛机能够实现自动堆垛打捆，对改善工人的劳动状况尤其是减轻工人的劳动强度、提高型钢的包装质量、提高轧钢生产线的生产效率、增强钢材市场的竞争能力、提高经济效益和社会效益创造了良好的条件。型钢堆垛机的制造成
9、本较低，这对任何企业来说都是一个很重要的参考依据。目前，世界上堆垛机的发展已经很成熟了。已发展形成了各种类型的小型车间用的标准堆垛机主要有两大类，磁性和非磁性堆垛机。一类是磁性堆垛机。轧件由装有可调磁性的翻转臂和输送小车进行一车堆垛，并且层与层之间是面对面或背对背交替放置的。该系统主要运用于中型型钢堆垛。全部由计算机自动操作。钢材堆垛后，由平立辊道输送到打捆区，平立辊道的宽度是可调的，以避免料垛散落。另一类是非磁性堆垛机。轧制由两套液压一机械机构控制的机械手进层层堆垛其动作类似于人手。可夹持并移送钢材，将钢材层面对面或背对背的进行堆放，主要适用于中小断面型钢，可避免料层中钢材在堆垛臂失磁时散落
10、。形成不正确的料捆成形状非磁性堆垛机即纯机械堆垛机的显著特点就是无故障的处理双层型钢的能力，故其机械效率可提高一倍。本次设计的堆垛机属于第一类磁性堆垛机，通过在移钢机构和翻转机构上安装堆垛电磁铁来实现槽钢的交替堆放。堆垛方式是槽钢：6 根/层，4 层（如图 1-1） ，每层分为正反两排。角钢是每层 5 根，6 层，每层也分为正反两排一排槽口向下 3 根，另一排槽口向- -2上 3 根（如图 12） 。由于槽钢和角钢的结构不同要在不改变堆垛机结构条件下实现不同钢的堆垛就需要在 PLC 程序上加以变化。这也是 PLC 自动控制的优点，这里主要根据槽钢进行设计和编程。型钢规格为 20 槽钢，定尺长度
11、范围 810 米。槽 钢 角 钢图 1-2 角钢堆垛方式图 11 槽钢堆垛方式- -3第 2 章 型钢堆垛机总体设计型钢堆垛机的总体设计是设计人员在根据工厂所需要的成型钢材堆垛机，对堆垛机作出的初步的、总体的设计。堆垛机总体设计主要包括：确定型钢堆垛机的工艺流程、型钢堆垛机平面示意图的初步确定、主要机构的简单结构设计、总体尺寸的确定、堆垛机驱动装置的确定和控制系统的设计。2.1 型钢堆垛机的设计参数堆垛机堆垛的型钢为：20 槽钢，根据（GB 70788）结构参数图 2-1：图 2-1 槽钢参数线密度为 ；型钢长度为810m。25.7/kgm线堆垛速度约为 4 分钟捆；班垛能力为 450470
12、吨/班；堆垛成捆的型钢作到一头齐，符合国家堆垛包括标准 GB210189；本型钢堆垛机堆垛方式是槽钢是 6 根/层，每层分为上下正反两排如图 2-2，堆垛的型钢型号为 20 槽钢,定尺长度范围 810 米。槽 钢- -4图 2-2 槽钢堆垛方式2)工艺参数1)G=25.7777*10*3=773.31Kg2）电磁铁 306*4=1224 Kg3）电磁铁边距轴心 L=10654）其它重为 200Kg4）传递的扭距 T=532.5*10*（773.31+1224+200）=11700.675N/m2.2 堆垛机的工艺流程轧制好的钢材经单传辊道输送到型钢堆垛机上，再由拨钢机构将钢材拨到移钢机构的链条
13、上，然后由移钢机构将钢材输送到定位机构，中途有分组机构将钢材分为 3 根一组，分好组的钢材到定位机构后被精确的定位后，再由平移机构送至垛台上，下一组分好组的钢材被定位机构定位后，经由翻转机构旋转 送至垛台上，垛台上的钢材排成180了形如图 2-2 所示的排放形式。然后垛台下降相应的高度，使下一轮堆垛的钢材和这一次的高度相等。经过 4 次循环后，垛台上的钢材就排成了 6 根/层，共 4 层的形状。然后由压紧机构把钢材压紧，到此堆垛过程结束，再由垛台输送辊道将堆垛号的钢材输送出去。型钢堆垛机按这个顺序再进行下一轮的堆垛。2.3 堆垛机平面示意图根据现场要求、堆垛机的工艺流程和其他同类设备初步确定型
14、钢堆垛机的结构分布如图 23 所示。该型钢堆垛机相当于简单的流水生产线，槽钢进入单传辊道依次通过拨钢机构、移钢机构、分组机构、定位机构、平移机构（或翻转机构）最后到垛台升降机构及压紧机构最后结束堆垛任务。- -5图 2-3 堆垛机结构分布图2.4 堆垛机的结构设计根据上述工艺过程和图 23 可得，该设备由以下主要机构组成：单传辊道、拨钢机构、移钢机构、分组机构（槽钢分组机构） 、定位机构、平移机构、翻转机构和垛台升降机构及压紧机构。2.5 堆垛机总体尺寸由现场的技术要求和同类设备可以初步确定堆垛机的总体尺寸约为： 长宽高12607310mm。2.6 传动系统的选择传动机构通常分为机械传动、电器
15、传动和流体传动。机械传动是最初的传动方式也是最重要的传动方式之一，它是在电动机等动力源的驱动下通过一定的机械式传动机构（齿轮机构、带传动和链传动等）得到期望的运动参数。流体传动是以流体为工作介质进行能量替换、传递和控制的传动。它包括液体传动和气体传动，液体传动是以液体为工作介质的流体传动，它包括液力传动和液压传动。 其中机电传动和液压传动是最常用的两类传动。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类，交流电动机又分为交流电动机和直流电动机两类。在强电系统中三相交流异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。- -6电机拖动的根本任务，在于通过电机将电能转换成生产机械所需要
16、的机械能，使电能成为工业企业中的主要能源。这主要是由于电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制都比较方便经济。它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和实现自动控制。因此，电机拖动已成为现代工业企业中广泛采用的拖动方式。它具有许多其它拖动方式无法比拟的优点，主要有：1.电机拖动比其它形式的拖动（蒸汽、水力等）效率高，而且电动机与被拖动的生产机械联接简便；2.电动机的种类和型号多，具有各种各样的运行特性，可以满足不同类型生产机械的要求；3.电机拖动具有良好的调速性能，其起动、制动、反向和调速等控制简便，快速性好，易于实现完善的保护；4.电机拖动装置参数的检测，信号的变换与传送都比较方便，易于组成完
17、善的反馈控制系统，易于实现最优控制；5.可以实行远距离测量和控制，便于集中管理，便于实现局部生产白动化乃至整个生产过程自动化。 因此，电机拖动，特别是自动化的电机拖动，成了现代工业生产电气化与自动化的基础与核心。液压传动的主要优点有：1.液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；2.操纵控制方便，可以实现大范围的无级调速；3. 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；4.可自动实现过载保护；5.由于一般采用矿物油作为传动介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；6.液压元件都是标准化、系列化产品，可以直接从市场上购买，这有利于液压系统的设计、制造和推广应用；7.容易实现机器的自动化，当采
18、用电液联合控制后 ，不仅可以实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。考虑到以上各种传动的特点各机构的传动方式选择如下：由单传辊道、拨钢机构和移钢机构的结构特点、运动特性和参考同类设备，该三部分均道选取三相交流异步电动机直接驱动。由于单传辊道与拨钢机构的交错布置且传动距离较长（约 6m） ，其选择分布式驱动，而拨钢机构和移钢机构之间平行布置并且驱动功率不太大，拨钢机构需要频繁启动，因此选择分别集中驱动。如图 23 所示，拨钢机构和移钢机构的电动机分布方式，拨钢机构是将电动机布置在一端，而移钢机构是将电动机布置在两根输出轴的一端。拨钢过程中拨抓只需克服单根槽钢与滚筒之间的滑动摩擦，因此载荷较小需要传递的最大扭矩也较小，综合考虑现场其他结构的布置情况将电动机布置在传动轴的一端。移钢机构在工作时，由于传动距离较大(约 6.4m)并且载荷较拨钢大的多，轴较长，最大扭矩较大，因此将电动机布置在两根轴的中间，这样单根轴所承受的最大扭矩要小得多。而分组、定位、平移和垛台升降及压紧动作较简单（多为直线运动） ，且载荷不太大这里选择液压驱动。用液压缸的伸缩来完成分组、定位、翻转和垛台升降及压紧，用液
