自动打捆机的研制毕业论文.doc

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1、第章 绪 论 1.1 高速线材的定义及用途1.1.1 高速线材的定义自20世纪60年代中期高速线材扎机及轧后控制冷却技术问世以来，随着线材生产技术本身的日臻完善和相关技术的进步，高速线材轧机的产品在品种规格范围、盘重、尺寸精度、表面及内在质量上比以往的线材轧机产品均有长足的进步,能更好地满足经济和技术发展的需要。线材是热轧材中断面尺寸最小的一种，由于轧钢厂需将线材在热状态下圈成盘卷并以此交货，故又称之为盘条。1.1.2 高速线材的规格高速线材机以其合理的孔型系统和高适应性的机电设备及布置方式，使其产品规格范围远比常规线材轧机的大。一些带有盘条作业线的高速轧机生产直径的范围为5.560mm,一般

2、高速轧机产品规格的范围为5.530mm。1.1.3 高速线材的用途线材不仅用途很广而且用量也很大，它在国民经济各部门中占有重要的地位。据有关资料统计，各国线材产量占全部热轧材总量的5.3%15.3%。美国约占5%，日本占8%，英国约占9%，法国约占14%，我国约占20%左右。线材的用途概括起来可分为两类：一类是线材产品直接被使用，主要用在钢筋混凝土的配筋和焊接结构件方面。另一类是将线材作为原料，经再加工后使用，主要是通过拉拔成为各种钢丝，再经过捻制成为钢丝绳，或再经编制成为钢丝网；经过热锻或冷锻成铆钉；经过冷锻及滚压成螺栓，以及经过各种切削加工及热处理成机器零件或工具；经过缠绕成型及热处理制成

3、弹簧。1.2 打捆机在线材生产中的作用 盘卷进入打捆机之前是在运输线上是松散状态，为了便于盘卷运输和存放，应将盘卷牢固地捆扎起来。打捆机是盘卷进行轴向压缩和捆扎的设备。线材打捆机一般分为三种类型：立式打捆机、单卷卧式打捆机和多卷卧式打捆机。多卷卧式打捆机可将几个打捆的盘卷再次进行压紧后，捆扎在一起。立式运输线大都采用立式打捆机。松散的盘卷不需要其它辅助设备直接送入后，捆扎在一起。立式打捆机也可用于卧式运输线，但在盘卷进出立式打捆机处，要借助于盘卷翻转装置将盘卷从水平状态变为垂直状态进入打捆机，打完捆再由垂直状态变为水平状态返回到运输线。1.3 线材对打捆机的要求我国自动打捆机的研制和生产几乎为

4、零，只有东安公司仿照瑞典的打捆机生产的一台。瑞典SUNDBIRSTA公司生产打捆机的技术水平世界是首屈一指的。主要改进体现在机械上进行了线道系统强化，控制上采用西门子S7系列PLC、远程I/O模块以及带形显示的彩色人机界面操作面板等。从而设备的性能得到了很大提高，运行非常可靠，突出地表现在电气故障减少，判断故障更为简便，使维护量大大降低；操作台信息大、可控参数多。显示直观，方便作维护。第章 打捆机的打捆方式、构造和工作原理2.1 卧式打捆机的打捆方式2.1.1 卧式打捆机的打捆方式随着线材生产的盘重增大和轧制速度的提高，卧式打捆机逐渐取代了立式运输。卧式打捆机也渐渐在高速线材生产中取代了立式打

5、捆机。卧式打捆机有两种打捆方式：向一侧挤压和对称挤压。第一种挤压方式是靠一台移动式压紧车和固定支座完成。移动式压紧车将盘卷向固定支座挤压进行压紧（图2.1）。第二种方式的压紧是由两台移动式压紧车从盘卷两端均匀地压紧盘卷（图2.2）。 图2.1单向挤压打捆1挂钩；2盘卷；3移动式压紧车；4固定支座 图2.2对称挤压打捆1挂钩；2盘卷；3移动式压紧 2.1.2 卧式打捆机的打捆内容 卧式打捆机的捆扎装置随结扣的形式、捆扎材料的形状和捆扎道次而不同。结扣位置一种是在盘卷端部，另一种在盘卷侧端。结扣在盘卷端部位置时，使得打捆装置的扭结头不能有效地防止氧化铁皮进入扭结器，同时结扣直接受到盘卷的弹性恢复应

6、力作用。捆扎道次一般分为4道捆扎和3道捆扎。4道捆扎的捆扎互相成90度分布，3道捆扎时的捆扎线相互成120度分布。捆扎材料为带钢和线材。常用的带钢规格有：32mm0.9mm、19mm0.8 mm，优点是捆扎整洁，结扣平整，但带钢价格昂贵，不能实现无头供带。用作捆扎材料线材的规格一般要求线材有较高的延伸率和适中的抗拉强度，捆扎线表面氧化铁要尽量少，避免使用二次氧化严重的线材。用作捆扎的线材，它们的头和尾可以焊接起来，实现无头供线，有效地提高打捆机的作业率。 2.2 打捆机的功能为了改善打捆的质量，缩短打捆周期，适应高速的轧制节奏，线材打捆机应具有如下功能：较短的打捆周期。移送盘卷方便。压力可调。

7、打捆功能可靠。避免盘卷在打捆过程中擦伤。维修方便，简易。打捆周期是由盘卷输入、压紧、打捆和盘卷输出时间所决定的。打捆周期应小于轧制周期。一般情况下，线材的打捆周期应在60S以下。无论哪种钩式运输线，载有盘卷的C形钩小车进出打捆机时，都要脱离钩式运输线的干线。因此，要求C形钩小车进出打捆机时方便、可靠。这样，也降低了打捆周期。打捆的压力调节是非常重要的。它直接关系到是否向用户提供捆扎紧密，外形良好的盘卷。线材打捆机的压力一般为100450KN。打捆功能可靠包括两个方面：一是盘卷自动打捆的成功率高，故障少；二是盘卷捆扎的紧固性和持久性好，保证捆扎线在以后的运输中不松散，不移位或断裂。盘卷打捆要保证

8、向用户提供良好的盘卷，并避免线材表面出现机械擦伤或挤伤。打捆机动作频率，受力大，场地氧化皮多，捆扎线与相关零部件长期摩擦等都是打捆机容易产生故障的客观原因。因此，打捆机应做到及时而定期地维修以保证它有正常生产的能力。2.3 打捆机的构造2.3.1 打捆机的基本参数压实力（可调） 7.5，12，16.5，25，30，40KN打捆周期（对于1500的盘重） 34s最大液压工作压力 150bar最小启动工作压力 5bar最大散卷长度 3000mm最大压实卷长度 2000mm最小压实卷长度 500mm盘卷内/外径 1300/800捆线直径 6.37mm捆重 5002000KN打捆机重量 42000KN

9、可包装线材直径 5.516mm2.3.2 打捆机构造特点打捆机广泛应用于冶金行业的生产中线材的成品收集和打捆。本打捆机采用液压传动和可编程序控制(PLC)控制。其特性要求有：打捆机各执行机构的动作由液压系统完成，要求工作平稳无冲击，系统响应速度快；设置一个备用泵，以保证任何一个泵损坏，系统仍能正常工作；操作系统设置手动和自动操作两种模式，可随意调整系统压力；应具有良好的维护性能，使维修人员容易接近维修部位；系统应设置故障自动报警系统等等如图所示是一台单卷卧式打捆机，该打捆机由压紧头、打捆头、升降台板、供线装置、电气和液压设备组成。 2.3 打捆机结构示意图 1-底座；2- 1号压紧车；3- 2

10、号压紧车；4-芯棒；5-升台；6-打捆头； 7-打捆头鞍座；8-扭结器；9-驱线装置；10-盘卷；11- 2号压紧车液压缸； 12- 1号压紧车液压缸；13-C形钩；14-机旁控制板；15-导线车打捆机底座上安装有1号、2号压紧车，两台压紧车上下导辊分别支撑在底座的上下导轨上。两台压紧车由液压缸驱动。在盘卷停放位置的下方有升降平台，它在打捆过程中把盘卷托起，使盘卷脱离C形钩。升降台板的高度可以调节。1号压紧车通过支撑辊在底座的轨道上运行，辊子的高低可以通过偏心套来调节，以保证压紧车运行的平稳。在1号压紧车上安装有4只打捆头鞍座；4只打捆头；4块手动的操作按钮板；油路、电缆等。打捆头是个组合部件

11、，即组装在焊接框架上的扭转机构、线材夹持器、剪切机构以及液压马达驱动的驱线装置等构成的整体。打捆头通过快速安装在打捆头的鞍座上。2号压紧车包括导线车、液压阀座、压紧车本体的液压缸。2号压紧车通过支撑辊运行在打捆机底座的轨道上，支撑辊可以通过偏心套调节。在压紧车上装有导线车的轨道。导线车位于2号压紧车的中心部位，由支撑辊支撑，并由液压缸驱动。导线车上安装4个穿线导槽。液压阀座内有1号、2号压紧车、导线车以及升降平台的控制阀。如图2.3示。供线装置包括液压马达驱动的馈线轮、带十字导辊的导线和存放捆扎线的芯棒。为了使打捆线能顺利进入打捆头，在打捆机与芯棒之间，每个打捆头都有一个液压马达驱动馈线轮。打

12、捆机的动力是由自己的液压泵站提供的。打捆机全部操作分为计算机自动程序控制和接触器控制。打捆过程的自动程序控制是计算机根据打捆的动作程序以及各限位开关检测的信号，通过接通或切断电磁阀的电源来控制液压缸或液压马达的启停。2.4 打捆机的工作原理 横移桥将载有松散盘卷的C形钩小车送入打捆机后，打捆机的1号压紧车首先向前运行，当两台压紧车与盘卷距离相等时，2号压紧车以同样速度向盘卷运行，从盘卷的两侧均匀地压紧盘卷。当1号压紧车上的光栅被盘卷遮挡时，升降台板上升托起盘卷。同时，2号压紧车上的导线车前进，直到两台压紧车的导槽相互闭合后，驱线轮开始进线。捆扎线通过感应开关和计数轮使其在打捆头准确到位，然后夹

13、持器夹紧捆扎线，导向车后退使导槽张开，4个打捆头朝盘卷径向靠近，同时驱动轮反转第一次收紧捆扎线，液压缸驱动的回转轮位于盘卷的外侧，以防捆扎线在收紧过程中划伤盘卷。然后回转轮张开，剪切机构切断捆扎线，4个打捆头径向后退，同时推杆顶出扭结头。1号、2号压紧车开始退回到原始位置，在1号压紧车后退的同时，供线装置的液压马达反转，将捆扎线退回到芯棒内盘卷上。升降台板下降，捆扎好的盘卷又落到C形钩上，横移桥移使C形钩载有打好捆的盘卷返回到原单轨道上，下一个待打捆的盘卷进入打捆机，如图2.4所示。 2.4 捆扎线的导向示意图 1-盘卷；2-捆扎线；3-剪子；4-夹持器；5-扭结器；6-导线轮；8-捆扎线长度

14、计数装置；9-直导槽；10-矫直机第3章 液压系统工作原理及其特点3.1 液压系统工作原理打捆机的液压系统主要由液压泵站、盘卷压紧及平台升降回路、弧形穿线导卫系统回路、打捆头压下控制回路、喂线系统回路、打捆系统回路等组成。（1）液压泵站 系统的液压泵站由油箱、泵组、阀组和自动循环的冷却过滤装置组成。其中泵组为台（开三备一）压力补偿斜盘式轴向柱塞泵，其控制装置为压力和流量控制。图3.1所示为单台泵源的原理图（图中，P、T、D依次表示压力油路、回油路、泄露油路，下同），系统的工作压力由溢流阀V调节，当二位四通电磁换向阀V2断电切换至右位时，液压泵处于无载状态（压力大约为23MPa），当电磁换向阀V

15、2通电切换至左位，泵的工作压力可达10MPa。溢流阀V3起安全阀作用，其设定压力约为25MPa，当压力超过此界限时，系统溢流。 图3.1 单台泵源的液压原理图 1-压力补偿斜盘式轴向柱塞泵；V1-溢流阀；V2-二位四通电磁换向阀；V3-溢流阀（2）盘卷压紧及平台升降回路图3.2所示为盘卷压紧及平台升降回路的液压原理图。盘卷压紧系统有75KN、120KN、250KN、300KN、400KN等6种压紧力，压紧力的调节和设定通过比例溢流阀V2实现。通过操作台上的一个选择开关，可以 选择压紧力。液压缸的速度及压紧力均有由PLC系统控制和调节。压紧液压缸C1和C2并联，运动速度及方向由比例换向阀V1调节

16、和设定；压紧液压缸C3和C4并联，运动速度及方向有由比例换向阀V14调节和设定。当阀V1和V14的电磁铁A通电时，压紧小车打开；当电磁铁B通电时，小车压紧。压紧小车的速度和加减速过程都是由比例换向阀V1和 V14的电控器来完成。线圈压紧时，电液换向阀V9、V20的电磁铁A通电，液压缸C1C4为差动连接，即缸有杆腔的回油从换向阀的B口经过P口反馈至无杆腔，形成差动。而在压紧小车松开时阀V9、V20的电磁铁A断电，T口与B口接通，压力油经T口和B口进入液压缸的有杆腔。无杆腔的油经液控单向阀V5、V15回油箱。电磁换向阀V6、V16主要控制液单向阀V5、V15阀心的启、闭。在压紧小车运动过程中，阀V

17、6、V16的电磁铁A断电时，单向阀V5、V15的控制油与油箱连通，使单向阀V5、V15的主阀心可以自由开启。当压紧小车移动完毕，电磁换向阀V6、V16的电磁铁A通电，接通阀V6、V16的P口与B口，压力油进入进入液控单向阀的上腔，使阀心关闭，并且锁定液压缸活塞杆的位置。 图3.2 盘卷压紧及平台升降回路液压原理图V4、V14-比例换向阀；V2-比例溢流阀；V3、V4、V7、V10、V17、V18、V21-测压接头；V5、V15-液控单向阀；V6、V16-二位四通电磁换向阀；V8、V19-单向阀；V9、V20-二位四通电液换向阀；V11-三位四通电磁换向阀；V12-双液控单向阀；V13-双单向节

18、流阀；C1C6-液压缸当压紧小车相向运动，接触到C形钩上的散娟时，压紧盘上的光电管发出信号使升降平台上升到一定位置，压紧小车移动，直到预设的压紧力时，升降平台继续上升，使散卷完全脱离C形钩。两个平台液压缸C5、C6的升降由三位四通电磁换向阀V11控制双液控单向阀V12构成液压锁，当电磁换向阀V11处于中位时，锁定液压缸的位置；液压缸由单向节流阀V13回油节流调速。通过以上两种运动，就可以保证卷压紧和提升及后续打捆的正常进行。 （3）弧形穿线导卫系统回路 弧形穿线导卫回路的功能是把左、右两个弧形导卫打开和关闭，在2号压紧小车后部装有液压马达M，液压马达的旋转通过齿轮齿条机构转化为导线小车的前进和

19、后退运动使导线装置形成闭合回路，便于捆打。图3.3所示为导线小车回路液压原理图，导线小车进退的方向和速度由比例方向阀V2设定和调节。当电磁铁A通电时，小车后退；电磁铁B通电时，小车前进。溢流阀V5的设定压力为11.2MPa,当小车运动到位时，回路压力上升，当压力超过溢流阀的设定压力时，系统溢流。安全阀V3的设定压力为8MPa,保证回路中液压元件不会因过载而破损。 图3.3 导线小车回路液压原理图M-液压马达；V1、V4-单向阀；V2-比例换向阀；V3、V5-溢流阀在钢线拉紧过程中，为了避免线卷表面被拉伤，系统设置了4液压缸C1C4驱动的挡板（见图3.4），当加紧动作完成后，4个挡板依次松开。4

20、个液压缸的运动方向分别由二位四通电磁换向阀V1V4控制。图3.4 液压挡板回路原理图V1-V4-二位四通电磁换向阀；C1-C4-液压缸（4）打捆头压下控制回路 在压紧小车、导线小车运动到位，导线动作完成后，导线小车后退为打捆头压下让出空间，然后打捆头压下，完成收线和打捆动作。每个打捆头由一个液压缸驱动，图3.5所示为打捆头压下控制回路液压原理图。因为打捆头位置不同，所以打捆头1、4和打捆头2、3的压下液压控制油路也不相同。其中，打捆头1、4的油路相同，打捆头的压下和抬起由三位四通电磁换向阀控制（打捆头1为阀V1,打捆头4为阀5），当电磁A铁通电时，打捆头压下，当电磁铁B通电时，打捆头抬起。单向

21、减压阀（V2或V6）在压下时起减压作用。单向阀（V3或V7）形成双向液压锁，在电磁换向阀处于中位时，锁定打捆头，使其位置固定。打捆头2、3的液压回路相同，打捆头的抬起由三位四通电磁换向阀（V9、V13）控制，当电磁铁A通电时，打捆头压下，当电磁铁B通电时，打捆头抬起。单向减压阀（V10或V14）在压下时起减压作用。由于无需承担打捆头自重，所以减压阀设定压力较之V2低。平衡阀V11主要负责支承打捆头自重，使压下动作平稳。图3.5打捆头压下控制回路原理图V1、V5、V9、V13-三位四通电磁换向阀；V2、V6、V10、V14-单向减压阀； V3、V7-双液控单向阀；V4、V8、V12、V16-双单

22、向节流阀；V11、V15-平衡阀（5）喂线系统回路 图3.6所示为喂线系统回路液压原理图，喂线轮1、2、3、4分别由M1、M2、M3、M4驱动。各液压马达的旋转方向和速度分别由比例换向阀DV1、DV2、DV3、DV4控制。每个喂线轮装有两组加紧轮，夹紧轮分别由液压缸C1、C2、C3、C4控制（各液压缸的运动方向有三位四通电磁换向阀V1、V2、V3、V4控制），整个喂线系统的压力由减压阀V5控制。图3.6 喂线系统回路液压原理图1、2、3、4-喂线轮；M1、M2、M3、M4-液压马达；DV1、DV2、DV3、DV4-比例换向阀；C1、C2、C3、C4-液压缸；V1、V2、V3、V4-三位四通电磁

23、换向阀（6）打捆系统回路 打捆系统回路原理图如图3.7所示，主要完成扭转、夹紧、切断、扭转头收回等4个动作，分别由液压马达M和液压缸C2、C3、C4来执行。其中电磁换向阀V2主要作用是对扭转辊进行润滑，电磁换向阀V7的主要作用是控制气路系统，进行吹扫。图3.7 打捆系统回路原理图M-液压马达；C2、C3、C4-液压缸；V1、V2、V3、V5、V6、V7-电磁换向阀；V4-减压阀3.2 液压系统的技术特点与机械式线材打捆方式相比，液压传动的线材打捆机自动化程度、捆扎质量和工作效率都较高。液压系统为开式、负载传感系统，液压泵采用压力和流量两种方式控制，系统能量损失少；液压油源设有冗余的液压泵（开三

24、备一），可靠性高。液压系统结构紧凑，管路简单，节省大量接管和管接头。维修方便，在处理紧急状态时，每一电磁阀有手动换向机构。油箱装有液位传感器、温度传感器，将这些信号引到操作台上，操作人员可随时监控油箱的状态。各执行机构均设有传感器及编码器，便于实现自动控制。整个系统由PLC控制，便于故障诊断和自动控制。3.3 液压系统技术参数如表3.1所示表3.1 液压技术系统技术参数项目参数单位最大压紧力400KN打捆周期34S噪声小于85DB液压泵（REXROTH产A10VSO30型）工作压力13MPa最大流量2000L/min油箱容积2000L液压系统最大过载压力25MPa 第4章 PLC控制系统4.1 PLC的发展及定义4.1.