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1、引言1 引言在当今市场经济的情况下，产品的质量和形象是企业生存和发展的决定性因素之一，而随着社会对钢材需求和对钢铁企业现代化程度的日益提高。越来越多的钢铁企业发现钢铁的包装质量越来越成为钢铁产量的关键。传统的人工包装效率低，工作强度大，作业环境差，而且易产生散捆、混号和松捆的情况，从而大大制约了钢铁产量的提高。为了解决这个瓶颈现象，各钢铁企业都逐步开始采用精准包装自动化生产线，而查资料可得，在国际上只有瑞典Sund Birsta公司、法国Botaram公司、德国Simac公司等少数几家公司掌握了精准包装关键技术。而国内诸如首钢、唐钢、宝钢等大型钢铁企业只能相继从国外引进了自动包装生产线，所以，
2、全自动打捆机的开发应用时当务之急。棒料打捆机的先进性：自动棒料打捆机采用过程监视系统采用客户机/服务器多用户结构，过程监控系统实现实时的生产流程监控，设备运行监控，生产数据监控，同时完成数据分析处理，参数管理机组状态设计，数据通讯处理功能为用户提供完整的生产数据。由于钢铁厂环境恶劣，生产连续，且打捆机的一个打捆周期由蓄丝、合臂、伸钳、送丝、拉紧、合钳、剪切、开臂、拧进、松钳、退钳、挤平12个动作组成，动作多，运动复杂，因此对控制系统的性能及可靠性提出了严格的要求。而作为钢铁年产量世界第一的我国，所使用的全自动钢材打捆机设备多数是从国外引进的，不仅耗费大量的外汇，而且设备维修困难。因此，从199
3、7年起，在对国内外多种形式打捆机的深入分析研究，以及对首钢总公司2台棒材打捆机成功改制的基础上，结合我国国情，自主开发研制了棒材打捆机。该打捆机可利用函6 mm、函65 mm的热轧盘条对垂10 mm垂40 mm的棒材按西100mm西400mm捆径自动打捆包装，捆结拧转720。，然后挤平。一个打捆周期为11 s，两台打捆机联合使用即可胜任年产200万t棒材厂家的精整包装工作PLC具有结构小巧。运行速度高，通用性好，可靠性高等特点，能适应工业现场的高温、振动、粉尘等恶劣环境，所以选用PLC作为控制系统的核心部件。全套设计，加钢材打捆机是钢铁企业实现钢材产品自动化包装的设备,其特点为连续工作。工作和
4、检修环境恶劣,很多厂家还缺少冷却用水,这就要求打捆机液压系统必须连续工作,可靠性高,抗污染能力强。在产品检测过程中, 常常需要根据产品的形状、材料以及重量将其进行分类。传统的分类往往采用人工的方法, 致使生产效率低、生产成高。为此, 本文介绍了一种利用PLC控制的自动分拣系统, 它不仅可以降低人工拣取、搬运的劳动强度, 提高劳动生产率, 降低作业成本, 还具有较高的可靠性和安全性。因此打捆机液压系统设计时采用了抗污染能力强、价格低廉的齿轮泵,但由于打捆机在两个工作循环之间有一个等待时间,这时液压系统的负载流量为零,泵的输出如果全部溢流必将产生巨大的热量,给系统的冷却,特别对采用风冷方式的冷却带
5、来困难。1.1打捆机的发展趋势为了适应现代化钢材生产的需要，目前国际上打捆机的发展呈现了以下趋势：1）多品种、专业化、系列化为了满足各种不同钢材打捆的需要，根据不同钢材各自生产工艺和包装特点，钢材打捆机已形成了多品种、系列化、专业化的趋势，研制出了适合不同钢材打捆的专用钢材打捆机，主要表现在各种新型捆扎材料的使用和捆扎锁紧方式的创新(目前国际上钢材打捆机的具体分类可见图2.1)。2）打捆机与钢材成形机配套使用为了提高钢材打捆的自动化程度，且打好捆的钢材具有整齐固定的形状，钢材打捆机与全自动钢材成形机配套使用，如钢管在成形工位被自动码放成正六角形、方矩形等稳固的形状，然后将码放好的钢材输送至打捆
6、工位进行打捆，达到稳固整齐的包装效果。实现了钢材成形打捆的全自动化生产。引言3）具有塑料膜包覆机构，保护钢材表面质量对于高质量的钢材，如不锈钢管、镀锌板材、卷材，为了防止在打捆的过程中将钢材表面刮擦，破坏外表金属涂层和防锈漆，在打捆之前先在钢材捆表面卷绕薄膜对钢材进行表面质量保护。4）打捆速度不断提高为适应现代化钢材生产流水线高效率生产的要求，必须相应的提高打捆包装速度。目前国际上钢带打捆机平均每道的捆扎速度为20秒左右，退火或热轧盘条打捆机的打捆速度一般在1020秒左右。5）提高打捆机的自动化程度钢材生产流水线对钢材打捆机的自动化程度要求越来越高，先进的钢材打捆机普遍采用了微机控制和PLc控
7、制技术，具备了全自动打捆、故障报警、自动计数的能力，在流水线生产中能实现自动送料、自动定位、自动转位等功能，可以进行远距离操纵控制，通过监视系统和报警系统，及时发现问题，排除故障。此外机器的操作与维护更趋向方便，无须熟练的工人就可操作，一般的技术人员就能维修，大大提高了打捆机的推广。以下如图所示为钢丝打捆机的类型。河北联合大学轻工学院本科毕业论文手动打捆机按工作方式分 半自动打捆机 钢扣式打捆机无扣式打捆机全自动打捆机钢带打捆机焊接式打捆机钢扣式打捆机按捆扎材料分钢材打捆机条状线材打捆机焊接式打捆机钢丝缠绕式打捆机线材打捆机棒材打捆机按适用范围分管材打捆机塑料带打捆机钢丝打捆机盘条线材打捆机热
8、烙式打捆机钢板平板打捆机板材打捆机钢板卷材打捆机2 钢带打捆机的工作原理和组成2 打捆机的工作原理和组成本钢带打捆机是由如图 2.1 所示。图 2.1 打捆机结构示意图2.1 钢带打捆机的组成部件概述钢带打捆机主要包含导带轮，送带单元，压紧轮，带有压紧轮的气动马，和控制送扣的送扣传感器 1#，控制带头到达预定位置的的导带传感器 2#，调整带能进入预定位置的压带传感器 3#，控制气缸马达压紧带的压带传感器 4#，控制锁扣的锁扣传感器 5#，靠摩擦力传带的压紧气缸传感器 6#。压紧气缸主要靠电磁阀控制。送带单元由送带轮、压轮、带有弹簧的承载臂、导向器、限位开关等组成，谓丝轮上装有两片摩擦盘，这两片
9、摩擦盘组成截面为 V 型的圆形导槽，送带轮由气动马达驱动，压轴轮由凸轮机构组成，靠扭簧来实现定位和预压缩。导带单元由导带槽、移动导带槽的气动缸、盖轮组等组成，导带槽截面为多边形，内径尺寸为 650mm，中间隔板将其分成两条滑道，每条滑道均匀布着球轴承，在打捆机装置底部装有一套河北联合大学轻工学院本科毕业论文气压缸，用它可以移动导丝槽，以确定使用单个滑道或者两个滑道，从而可以打单捆或者双捆。导丝槽包含一个盖轮系统，分布着 5 个盖轮组，每个盖轮组上装有一个轴承滚轮，轴承滚轮由一个小液压缸驱动，可以在垂直与导丝槽所在平面向外翻转。打捆时，盖轮组依次翻转，打捆丝顺次释放，从而增大打捆丝的张紧力。打捆
10、单元由扭转轴、带有切刃的拧结头、扭簧、夹紧缸、松开缸、助切气压缸、夹丝臂、夹丝板、导向切刀等组成。扭转轴由扭转马达驱动，拧结头沿扭转轴轴向固定在其端部，扭转轴和扭簧构成圆柱凸轮机构，使扭转轴可以向一个方向旋转扭结，从而反向转动复位，夹丝板固定在夹丝臂上。导向切刀是联接导带单元、导带槽单元和打捆单元的重要部件。2.2 钢带打捆机的工作原理在一开始通过控制系统给打捆机一个脉冲信号，使打捆机的各个运动部件处于复位状态，这是进行下一个动作，即光电信号传感器接收信号，使控制送扣气缸往下压，把扣送到预定的位置。此时控制二级气缸中的一个气缸行程开关闭合，使钢带压板往下运动和另一摩擦轮控制的另一钢板处于压紧状
11、态，光电传感器接受信号，开始送带。首先通过送扣传感器接受信号，开始把扣往下送，送扣传感器由一块板和俩信号组组成，当扣送下时通过送扣传感器的另一头调整送扣位置。当位置调整好时，俩摩擦轮之间处于压紧状态，开始送带，通过压紧传感器控制气缸来调整带的位置，以促进带能顺利进入带槽，这时压紧气缸传感器开始通过摩擦盘间的摩擦力开始传带，当代进入一周时，刚好进入时，这时导带传感器接收到信号，开始调整带的活头，通过延时继电器，延时几秒，然后停止送带，送带马达停止转动。到这时送带结束，开始抽带，打捆机开始抽带，又通过一信号，使导带曹打开开始抽带，当带能捆上工件时，为使带能刚好紧扣工件，气压马达开始倒转，使带能紧扣
12、工件，这是扣把工件锁扣，切断带，此时，摆臂大气缸往后运动控制机头往后拉伸，气缸复位。这一过程结束。其打捆工作流程图如下开始启动车体定位工件到位卡扣到位环臂下降导带槽闭合到位送带充满抽紧PP0卡扣卡紧，剪断导带槽张开到位2 钢带打捆机的原理和组成到位P设定值退钳锁扣扣紧挤平车体返回续带复位开始3 钢带打捆机的气动系统设计3 钢带打捆机的气动系统设计3.1 气动系统概述气动控制系统与电气和液压系统一样，都是实现生产过程机械自动化最有效的手段之一。采用气动系统的各种机器设备，在其总量中所占的比重为:包装机中达90%，焊接机和铸造机中达 70%，自动操作机中达 50%，锻压机中超过 40%，采煤机中超
13、过 30%，洗衣设备中达 40%，纺织机、制鞋机、木材加工机械和食品机械中占20%。气动系统有很多优点:系统机构简单，使用维护简便，成本低廉;能在温度变化范围宽、湿度高和有粉尘的环境下可靠的工作，无火灾、爆炸危险;工作寿命可长达10000 一 2O0o0h(动作次数达 10 一 50 兆次);气动执行元件的输出速度高(直线运动速度达巧而，s 转动速度达 IO0000r/min);工作介质(压缩空气)的传输比较简单，且容易获取;能从一个压缩空气站供给大量的用气装置;有过载保护性能。气动系统的主要缺点是:大距离传递信号速度慢;在负载有波动时难以保证气动执行元件输出平稳等。然而对于自动化机械设备中的
14、大多数对象来说，气动系统的参数是合适的。此外，还可采用气一电或气一液联动控制系统，将上述缺点部分或全部消除。在实际生产中，包装钢带的卷取规格须根据需方的要求而定。一般情况下均采用单卷卷取，也有的需方需要复合卷。设计中考虑两种卷取要求，设计了复卷横移机构。单卷生产时，复卷横移电机归不动作，由主卷取电机旋转实现卷取。复合卷生产时，复卷横移电机迸给实现横向往复运动，同时主卷取电机实现卷取作业，两个电机由控制系统实现协调运行。为了保证钢带卷取的精度，在复合卷取的横移机构中采用了传动精度较高的滚动螺旋导轨副和水平运动导轨副。卷取工序是整个高强度包装钢带自动化生产线的最后一个环节，也是最关键的环节。在设计
15、过程中综合考虑各方面因素，力求设备在结构外形和机械性能上达到河北联合大学轻工学院本科毕业论文和谐的统一，并以设计出结构简单、运行稳定、性能可靠的产品为目标。由于打捆机系统控制的对象多，参数较多，且要求系统担负一定的管理功能。根据系统的设计规则，为了提高系统的可靠性和可维护性，打捆机电气控制部分采用了集成现场总线的模块化设计。我们确定的电气控制方案以一体机作为高层界面控制，以位传感器及智能编码器作为控制条件，以可编程控制器作物理层面的控制，协调好各模块的工作顺序，以达到工艺设计的要求。图41为打捆机电气控制系统初步设计框图。如图3.1智能编码器 系统工作状态智能编码器智能编码器 电机驶入信号 气
16、缸输入信号 系统工作状态可编程控制器 PLCSIEMENS S7-400智能分布式 IO(ET200S)输入组智能分布式 IO(ET200S)输出组步进送带马达 导带调整马达 送卡扣电机 压紧带马达 倒带马达图 3.1 系统框图3.2 打捆机的气动系统组成在前面分别介绍了整个打捆机系统中气动元件的应用情况。其中包括环臂（包3 钢带打捆机的气动系统设计括导带通路和气缸压紧装置）以及打捆头的升降控制，打捆机头中的钢带驱动气马达、咬扣与切带单元动力传动二合一气缸、送扣以及导带通路的开合等一系列气动执行元件。下面将对一些重要的气动执行元件做重点介绍。3.2.1 气马达本打捆机的钢带的抽送采用气马达作为驱动源动力，因此这里介绍一下气马达的一些性能和特点。气马达的功能相当于电动机，它能将压缩空气的能量转换为机械功，输出转矩，驱动机构做旋转运动。其按工作原理可分为容积式和涡轮式两大类。其中容积式气动马达又分为叶式,活塞式和齿轮式。在全自动打捆机上采用
