锌锭码垛机工作原理及机械手的设计说明书

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1、扬州市职业大学机械工程学院 1 目录 第一章 绪论 1 1.1 本次设计对此机器的要求 1 1.2 课题设计背景与目的 4 第二章 锌锭码垛机工作原理总体设计 5 2.1 码垛机工作示意图 5 2.2 自动化生产线主要技术参数 6 2.3 锌锭自动化码垛生产线的组成及工作原理 6 第三章 接锭装置设计 9 3.1 接锭装置工作原理 9 3.2 接锭装置机构选择 9 3.3 接锭驱动气缸选择 9 第四章 载锭装置设计 .11 4.1 传送带的选择11 4.2 传送机构选择12 4.3 减速机的选择13 第五章 翻锭装置设计 .14 5.1 翻锭装置工作原理14 5.2 翻锭装置机构选择15 5.

2、3 翻锭驱动气缸选择15 扬州市职业大学机械工程学院 2 第六章 运锭装置设计 .16 6.1 传送带的选择16 6.2 传送机构选择16 6.3 减速机的选择17 第七章 机械手设计 .18 7.1 总体设计18 7.2 部件设计18 7.3 机械手部件的选取19 第八章 拢锭装置设计 .21 8.1 码垛形式与推锭顺序21 8.2 推板设计22 8.3 拢锭气缸的选择23 第九章 升降平台及输出小车设计 .24 第十章 码跺机总装配图说明 .25 第十一章 PLC 编程 .25 11.1 可编程序控制器（PROGRAMMABLE LOGICAL CONTROLLER） 25 11.2 OM

3、RON C200H 可编程序控制器 26 11.3 PLC 控制过程 26 总结 47 致 谢 48 扬州市职业大学机械工程学院 3 参考文献 49 第一章 绪论 1.1 本次设计对此机器的要求 设计的机器首先要能胜任对它提出的全部功能要求，即在预定的使用 期间，机器能可靠的完成它的使命，此外，还要求成本低，重量和尺寸小， 效率高，制造容易，操作灵活方便，安全可靠，便于维护维修，造型美观， 不污染环境等。 （1）实现机器的工艺动作要求 根据机器的功能要求和使用条件，从运动上确定工作原理，选择机构 类型及传动方式，以合理的机构组合来协调运动，实现机器的工艺动作要 求。码垛机的功能要求：把从连铸机

4、取下的热锌锭平稳的放到锭块传送带 上，通过传送带锭块被传送到翻锭机构上，依靠两个气缸行程和位置的不 同来控制锌锭的翻转，并触动自动开关为下一步操作提供信号。运锭装置 再把锭块运到指定位置上，触碰行程开关，使机械手运动到指定位置上， 然后机械手将锭块抓走，并把锭块运到码垛升降台上进行码垛，再通过小 车把码好的锌垛运走，并且另一个升降台移动到指定位置上准备码下一垛。 以上是基本的功能要求。使用条件：机械运行在温度高，湿度大等条件下， 零件要求高耐腐蚀性，要求零部件能适应这种要求，需要合理选用材料。 （2）零件应具有足够的强度和刚度 扬州市职业大学机械工程学院 4 零件强度要求在预定寿命期间内，不至

5、反复工作而疲劳破坏，不至因 突然过载而断裂，也不会因受载荷以致产生过量的弹性变形，还有锌锭刚 铸好，锭块很热，所以部分零件还得有很好的耐热性。零件设计要严格， 理论公式推导，类比方法设计出个零部件的尺寸来。 （3）摩擦，磨损及润滑 许多机械零件在工作是相互接触的表面因具有相对运动而产生的摩擦。 摩擦一方面消耗能量，降低机械效率，一方面使零件表面产生磨损，导致 机器工作能力下降。为此应对相互摩擦的零件选用适当的配合材料、润滑 剂和润滑装置，以降低磨损及减少能耗。在这次设计中，采用了合理的措 施和机构来减少摩擦，提高机械效率。 （4）振动 由振动而产生的附加应力可能使零件提前失效，振动会使机器不能

6、正 常工作或影响工作位置而达不到工作要求，使机器效率降低，性能不稳定。 所以本次设计采用了相应的措施防止机械及其零部件因振动而失效。 （5）生产能力要求 设计的机械产品，应满足单位时间内完成工作量的要求，应有一定的 可变性，以适应不同的生产要求，理论上码垛机的效率应大于或等于连铸 机的效率。连铸机的效率为 6.5 吨/小时，设计的码垛机的工作效率为 6.5 吨/小时。 1.2 课题设计背景与目的 锌锭出厂要经过码垛，称重，捆扎，包装等工序。近年来，对锌锭的 包装要求越来越高，特别是堆垛、码垛、捆扎的质量直接影响到锌垛的保 扬州市职业大学机械工程学院 5 管和运输。码垛不齐，捆扎不牢，会在运输中

7、出现散包的现象，造成经济 损失。 目前，锌锭码垛工序主要是人工完成。由于锭块质量不轻（12.5 公斤 /块） ，工作现场锌块表面温度也很高，工人劳动强度极大，且人工码垛不 齐，稳定性差，质量低，直接影响捆扎质量以及后面的运输等工作。从 70 年代起，国内不少厂家都曾经试图实现锌锭码垛过程的自动化，但都由于 锌锭码垛形式的复杂，工作的繁琐，电器自动化控制系统环境适应能力差 和控制不方便等原因，均未能很好的解决这个问题，到目前为止，国内不 少厂矿企业还用人工码垛。 笔者在总结以往经验的基础上，设计研制了锌锭自动码垛生产线。大 大的提高了生产效率和码垛质量和锌垛稳定性。 第二章 锌锭码垛机工作原理总

8、体设计 2.1 码垛机工作示意图 扬州市职业大学机械工程学院 6 图 21 码垛机总装配简图 主要组成： 1.载锭装置 2.移动气缸 3.升降气缸 4.机械手 5.Y 方向拢锭气缸 6.X 方向拢锭气缸 7.升降平台 8.升降油缸 9.搬运气缸 10.输出小车 11.运锭装置 12.翻锭气缸-1 13.翻锭气缸-2 14.接锭 装置 示意图如上图 2.2 自动化生产线主要技术参数 生产能力：6.5 吨/小时 块节拍即连铸机的生产率为：7 秒/块， 5 分钟/垛。 锌锭质量：12.5 公斤/块 锌垛质量：500 公斤/垛 生产线工作时间：24 小时 2.3 锌锭自动化码垛生产线的组成及工作原理

9、结构组成： 1）锌锭输入系统：把从连铸机取下的热锌锭平稳的放到锭块传送带 上，通过传送带锭块被传送到翻锭机构上，依靠两个气缸行程和位置的不 同来控制锌锭的翻转，并触动自动开关为下一步操作提供信号。运锭装置 再把锭块运到指定位置上。 2）锌锭码垛系统：锌锭触碰行程开关，使机械手运动到指定位置上， 然后机械手将锭块抓走，通过具体的码垛方式对机械手进行旋转并把锭块 运到码垛升降台上进行码垛，通过 X、Y 方向的拢锭装置进行拢锭，每垛 扬州市职业大学机械工程学院 7 为 10 层，共 40 块锌锭。 3）锌锭输出装置：采用两个升降台交替工作，这样可以节省时间， 提高效率，便于控制。通过小车把码好的锌垛

10、运走，并且另一个升降台移 动到指定位置上准备码下一垛。 4）气压和液压系统：接锭驱动气缸 1 个、翻锭驱动气缸 2 个、机械 手升降气缸 1 个、机械手臂闭合气缸 1 个、械手旋转气缸 1 个、机械手移 动气缸 1 个、拢锭气缸 2 个、升降台升降油缸 4 个、升降台小车移动气缸 1 个。 5）PLC 控制系统：此码垛机选用 OMRON 的 C200H 可编程控制器，本次 设计有输入点 12 个，16 个输出点，更适合本次设计任务。 工作原理： 整条自动码垛生产线如工作示意图所示。锌锭经连铸机浇注成形后， 又经过接锭装置放到传送带上，传送带靠电机转动，电机直联到行星摆线 减速机上，减速后使转数

11、适合锭的输出频率。运到翻锭装置上，通过翻锭 装置的两个气缸控制来实现锌锭的翻转。锌锭落到运锭装置上，再通过传 送带的运输到指定位置，触碰行程开关，控制机械手移动到锌锭的位置上， 机械手爪张开，既有使锭对中、拢锭的作用还有提锭的作用。然后通过机 械手平移、旋转、放锭动作后，把锭放到升降平台上，在升降平台上，通 过 X、Y 两个方向的拢锭气缸把锌锭推到预设位置，升降台由油缸来控制 其的升降，每码好一层，平台就下降一定的距离，当锌垛码好后，平台降 到指定位置，然后通过输出小车把码好的锌垛运到指定位置，进行捆扎和 打包，并在此时另一个升降平台移动到前一个升降平台位置上，接锭、码 锭，使生产连续不中断。

12、 扬州市职业大学机械工程学院 8 自动生产线的特点： (a)(b)(c) 图 22 码垛方式 码垛方式由图 22（b）的码垛方式改为图 22（a）的码垛方式， 原图（b）的码垛方式在拢锭时易出现如图 22（c）的尖角对顶情况而顶 死，造成码垛机不能完成工作，此码垛方式为了不必要的美观和微小的锌 垛的稳定性而大大增加了码垛机的故障率，笔者通过计算判断认为最上层 都翻锭没有必要，故将其去掉，改为图（a）的码垛方式。而且笔者也到 码锭现场考察实际情况，通过各方面的衡量决定用此码垛方式的。 自动翻锭装置 图 23 翻锭装置 由于采用图 22（a）的码锭方式，故每垛仅需要一个锌锭不翻锭， 本装置采用了图

13、 23 所示的翻锭装置，结构简单，安全可靠。当锌锭滑 扬州市职业大学机械工程学院 9 到翻板上时，翻板将其暂时卡住，然后根据块数决定是否翻锭。如果不翻 转，下面的短行程的气缸伸出，将其沿着前面的滑板靠重力滑下；如果需 要翻转，则上面的长行程的气缸伸出，将其翻转过来，然后锌锭落到前面 的滑板上靠重力滑到下个装置上。一个锌锭过后，气缸从伸出状态马上收 回，来迎接下个锌锭的到来，准备伸出。 C200H 可编程控制器 此码垛机选用 OMRON 的 C200H 可编程控制器，本次设计有输入点 12 个，16 个输出点，更适合本次设计任务。 第三章 接锭装置设计 3.1 接锭装置工作原理 当锌锭从连铸机上

14、翻下来，铸造槽磕锭将锭磕下，触发接锭信号，控 制气缸将锌锭平稳的放到传送带 1 上，并保持一定时间，待锌锭向前运行 一定距离后，气缸复位，准备下一次接锭。 3.2 接锭装置机构选择 采用气缸推动拉杆接锭装置，简单的杆机构装置，前端有接锭槽，接 锭槽之间距离要小于锌锭的宽的尺寸，并且大于下面的载锭装置中输送带 的带宽。根据锌锭的尺寸及落锭的高度，确定杆臂长 1115，高 40，宽 11（单位：毫米） 。 扬州市职业大学机械工程学院 10 3.3 接锭驱动气缸选择 锌锭产生的力矩：M=FL=mgL=12.59.81.115=136.6 N.M 杆重产生的力矩：M=VgL =11401.1157.8

15、59.80.5575 =21 N.M 总力矩 M=157.6 N.M 设计力臂长 540mm，则气缸的推力为 291.8 N. 普通气缸输出力的计算： 气缸输出力 F 的公式： F=/4 DPs 式中 F活塞杆伸出时的轴向推力（N） ； D活塞直径或气缸内径（m） ； Ps气缸工作压力（Pa） ； 气缸的负载率。 通过对大量实验数据的分析，发现气缸运动的平均速度 v 与 的关系极 大。 值大，v 低； 值小，v 高。因此， 值的大小可以根据系统对气 缸运动的平均速度 v 的要求来选取。对于国内大量使用的缓冲气缸和无缓 冲气缸来说，推荐采用如下 值： 1）当系统对气缸无速度要求时， 值取 0.80.9； 2）当气缸速度在 0.2m/s 左右， 值取 0.6； 3）当气缸速度在