1、I 摘 要 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来的，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，甚至智能化，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 DN1000mm 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
2、。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 II Abstract With the development of information technology and automatic technology, the technology of automatic feeding becomes more and more mature. And now automatic feeding devices are generally used in the fiel
3、d of machine tools、 mines and metallurgical industries. From the beginning of manual feeding to the semi-automatic feeding and automatic feeding, even artificial intelligence feeding, the feeding device really made great progress. The feeding device remade in this subject operates on the pipelining
4、of casting nodular cast iron pipe. The pipes of different caliber demand different qualities of inoculant, or this will decrease the properties of anti- corrodibility and durable performance. At the moment, the feeding device working could provide accurate inoculant for the casting of pipes in DN 30
5、0 mm while the type of DN 1000 mm needs extra inoculant by hand labor. After the whole design, the design of drive system and the calculation of components have been finished. The three-dimensional design based on UG and the design of PLC program are also fulfilled. The design of automatic feeding d
6、evice has been completed. According to the caliber of the pipe, the workers can choose the right speed so that the qualities of the pipes could be warrantable. Keyword: Feeding device; Remaking; Three-dimensional modeling; Strength calculation III 目录 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 .
7、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 3.1 UG 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 . 24 5 轴承与齿轮的强度校核 . 27 5.1 齿轮强度校核 . 27 5.2
8、齿轮弯曲应力校核 . 29 IV 5.3 轴承寿命校核 . 29 6 给料行程控制 . 33 6.1 OMRON PLC . 33 6.1.1 PLC 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 A . 42 附录 B . 51 1 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来完善机械产品的性能，这是出现了简单的半自
9、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。 7080 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，甚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
10、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 1.1 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来越高。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来越高。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
11、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2 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
12、料量造成的后果是当工厂生产 DN1000mm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 Auto CAD 表达出来，之后一系列的校核。
13、3 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
14、料机的上托辊间距较小，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
15、用于粉状或粒状、磨琢性和粘性都较小的物料。 4 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 ,
16、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 ,有单管和双管两种。螺旋有等螺距和不等螺距、等直径和不等直径、单 头和双头等多种。 图 2.1 链式给料机 图 2.2 圆盘给料机 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。 5 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）
17、。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簧悬挂在料仓下方。给料机的料槽可以水平布置，也
18、 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，常采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
19、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 。 6 2.2 工厂所用给料装置 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
20、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，
