钢卷自动上料小车研究机械设计.doc

毕业设计(论文)（2013届）钢卷自动上料小车研究学生姓名 学 号 院 系 专 业 指导教师 钢卷自动上料小车研究摘 要钢卷，也被称为卷钢，钢材经过热、冷压成型为卷状。为了方便储存和运输，各种钢材的暂时处理方法（如加工成钢带等。）。钢卷包装是钢卷储存和运输的重要保护措施。传统的钢卷包装为手工作业,包装质量差、生产效率低和工人劳动强度大是这一落后包装技术的致命弱点。特别是,随着轧制速度的提高,新建的冷轧生产线的能力都在百万吨级,低效率的手工包装根本不能满足生产要求。工业发达国家的钢铁企业都非常重视钢卷包装,将其提高到保证安全储运,提升产品档次!的高度,开发出完整的钢卷包装工艺技术和装备,基本实现了钢卷包装的自动化。本文对钢卷自动上料系统进行设计，主要完成机械结构部分设计，最后还对小车的控制系统进行了PLC控制设计。关键词 钢卷；机械结构；自动上料全套设计加 197216396或401339828Steel Coil Automatic Feeding Vehicle researchAbstractSteel coil, also known as the steel coil, steel after heat, cold pressing roll. In order to facilitate storage and transportation, temporary processing methods of different kinds of steel (such as processed into steel belt and so on.).Steel coil packaging is an important protection measures of steel storage and transportation. The traditional steel coil packaging for manual operation, the packaging of poor quality, low production efficiency and high labor intensity of workers is the backward packaging technology of the fatal weakness. Especially, with the rolling speed, capacity of the new production line of the cold rolling mill in million tons, the low efficiency of manual packaging does not meet the requirements of production. Industrial developed countries have attached great importance to the iron and steel enterprises steel coil packaging, it will be increased to ensure the safety of storage and transportation, enhance the grade of products! Height, developed a complete steel rolling technology and equipment package, the basic realization of the automated packing steel roll.The steel coil automatic feeding system design, mainly completes the design of mechanical structure, the control of the car system is the design of PLC control.Key Words: Steel rolling; mechanical structure; automatic feeding毕业设计（论文）目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV1.绪论11.1 钢卷概念11.2 钢卷自动上料小车选题意义21.3 钢卷小车国内外发展状况21.4 钢卷小车的运行过程31.5 钢卷自动上料小车研究内容和方法42.钢卷自动上料小车总体方案设计52.1 总体设计要求52.2 钢卷上料小车总体结构62.3 传动装置的结构62.4 钢卷上料小车车轮组安装结构62.5钢卷上料小车行走机构的设计72.6选择车轮与轨道并验算其强度72.6.1轮压值校核及选择车轮和轨道72.6.2车轮疲劳计算82.6.3车轮强度计算82.7 运行阻力计算92.7.1摩擦阻力矩计算92.7.2摩擦阻力计算92.8 选择电动机92.8.1类型的选择92.8.2功率的确定92.8.3工作机的阻力102.8.4电动机的转速的确定102.9计算传动装置的运动参数和动力参数112.9.1 计算总传动比i112.9.2各轴的转速112.9.3 各轴的功率112.9.4各轴的转距112.9.5链轮、链条的选取校核112.9.6 轴承的选取校核122.10轴的设计与校核132.10.1轴的设计132.10.2 轴的强度校核133.液压部分设计173.1 液压系统原理设计173.2计算液压缸尺寸及工况173.3液压缸主要尺寸确定193.3.1顶升油缸壁厚及外径计算193.3.2工作行程确定204.系统总体设计224.1 总体思路224.2 主电路设计224.3 PLC选型234.4 系统变量定义及分配表234.5 PLC系统接线图244.6系统软件设计24结论26参考文献27致谢281.绪论1.1 钢卷概念钢卷，也被称为卷钢，钢材经过热、冷压成型为卷状。为了方便储存和运输，各种钢材的暂时处理方法（如加工成钢带等。）。热轧和冷轧卷板成形卷。热轧卷板在小方坯结晶处理产品。冷轧卷的后续加工的热轧钢卷。钢卷的重量是1530T左右。今年，中国的热轧生产能力扩大，已经有几十个热轧生产线，还有一些项目将开工建设或投产。钢卷卖的主要是大客户，一般用户没有开卷装置或数量有限。所以钢卷的后续处理将是非常有前途的行业。当然，大钢米尔斯开卷、平整工程。钢的生产能力品种的冷轧薄板，关键的镀锌板，彩涂钢板，不锈钢板，冷轧硅钢片，资金严重短缺，但技术条件和限制，追求短期效益的影响，近几年钢铁企业的生产几乎线材，螺纹钢，窄带钢普通钢产品，一方面加强钢铁产业布局不合理的矛盾，另一方面，达不到产品结构调整和产业升级的目的。随着中国钢铁消费的板带比近年来一直保持在4042%，但钢带生产一直保持在36%左右，虽然带钢产量也有所增加，主要是大型国有企业挖潜和膨胀来实现的，与企业新的发展几乎没有贡献。高附加值，高技术含量的片，由钢铁公司追求高质量，根据目前的统计，我国只有，热轧钢的生产能力已超200000000吨，约八千万吨的生产能力。在实际生产中，板通常是成卷供应，俗称带，具有尺寸精度高，表面质量好，加工方便，节省材料等。按材料分为普通钢、优质钢两大类；根据热处理方法，冷轧两。冷热钢板的成形过程，对组织与钢板轧制性能影响很大，主要表现在热轧，冷轧只有小钢和板材的生产。热轧是高于再结晶温度的软化压轮材料压制成板或钢截面，材料的变形，但在材料的物理性质没有改变。热轧冷轧，除已车轮滚动压料作进一步的材料有孔蚀除氧化过程中材料的再结晶温度以下的温度再结晶过程。经过大量的冷再结晶退火-冷压（重复2到3次）的过程，在分子水平上的变化，金属材料（再结晶），合金形成的物理特性变化。因此，表面质量好，光洁度高，产品的尺寸精度，性能和组织的产品能够满足一些特殊的使用要求，如电磁特性，深冲性能。冷轧带钢可用于汽车制造，电子产品，汽车，航空航天，精密仪器，罐头食品。在这个过程中热轧、冷轧带钢，成品一般要经过地下卷取机成各种尺寸的钢卷。当在多跨厂房纵向运动时可以使用的驱动钢卷，横向移动的车不能做的，他们需要钢卷转移专用平车。国内一般卷运输部引进国外先进设备入口钢卷小车体和它的轨道，相应的改进是不存在的设备。因此，研究设计是非常必要的。钢卷包装是钢卷储存和运输的重要保护措施。传统的钢卷包装为手工作业,包装质量差、生产效率低和工人劳动强度大是这一落后包装技术的致命弱点。特别是,随着轧制速度的提高,新建的冷轧生产线的能力都在百万吨级,低效率的手工包装根本不能满足生产要求。工业发达国家的钢铁企业都非常重视钢卷包装,将其提高到保证安全储运,提升产品档次!的高度,开发出完整的钢卷包装工艺技术和装备,基本实现了钢卷包装的自动化。1.2 钢卷自动上料小车选题意义在金属板带的生产设备，自动上卷功能是对基础自动化的重要功能。90年代中期，国内带钢生产设备的自动卷取装置。自动上卷控制的主要部分是带钢宽度和高度自动控制。高度自动化是指内孔和在高度方向自动对齐开卷机卷筒，上卷可以准确地设置在滚筒。自动宽度是指卷到卷，宽度设置在中心线的中心。二是实现全过程自动滚动顺序控制。的高度，以不同的方式和形式的自动检测和控制宽度。一辆汽车是一个主要的设备。该装置在整个系统中起着至关重要的作用，它可以运行直接影响冷轧清洗线条件，产品产量和质量。自动过程控制的汽车在整个加载过程中，如果失败，会对设备造成损坏，甚至危及人身安全的。因此，汽车的自动控制，必须准确，及时，安全可靠。在冷轧生产线，进口车先从体积和鞍座位置，然后钢卷直径测量和高度，是准确的，使开卷宽度中心机的芯棒钢轧辊中心线。在这种方式中，开卷机可以正确的左带头，开卷。1.3 钢卷小车国内外发展状况钢卷上料小车身结构主要包括升降装置，导向装置，行走装置和其他装置。有一个不那么有趣的部分是小车轨道。当在多跨厂房纵向运动时可以使用的纵向移动，横向移动的车辆不能做的，他们需要的钢卷转移专用平车。在入口处的体积运输部分，钢卷小车国内一般是引，进国外先进设备，但仍有很多需要改进。首先要解决运输钢钢卷运输过程中的自动定位。可以自动在钢模台车钢卷运输量的过程中的作用，以及机械和前面有连锁关系。一些钢卷运输车可由计算机程序控制，自动生成的实现过程。五机架冷连轧机自动进料端钢卷上料小车为例，钢卷小车的工作流程是：钢辊体积运输车辆停在地面滚动位置，在步进梁式输送机移动梁的钢卷运输，汽车到极限位置的升降装置，和钢卷，在磁带上钢卷打捆机拆除；钢滚下来穿高度，然后走到磨损位置运输钢卷，卷钢辊升降装置旋转，测量钢卷检测头，钢滚动停止，穿带。然后，钢卷和减少对开卷机卷筒中心线标高，车走到开位置，卸料钢卷的开卷机卷筒。当电梯到极限位置，汽车的后端，升降装置地面辊位置。在整个工作过程中，必须由自动控制装置的控制，并可根据计算机的程序操作。其次，另一个是对小车轨道设计的主要问题。小车轨道承受荷载在汽车运行是非常大的，所以为了满足高负荷能力，有必要采用共轨压力板仪。小车轨道采用标准轨道，轨道与支持，为了增加受力面积，增加轨道的承载能力。此外，如何消除啃轨现象小车轨道是一个亟待解决的难题。1.4 钢卷小车的运行过程钢卷上料小车是一个热连轧生产线，将主要用于卷钢卷的卷取机拆卸和运输的打捆站，除了卷取钢卷功能。水平螺旋车行驶模式由驱动两种驱动电机的驱动方式和液压托辊形式，因为不同的需要和各种。根据项目的要求，由于传输距离短，所以液压驱动方式的选择；钢卷上料小车需要有辅助卷取功能，选择滚筒形成线圈的汽车主要是由线圈的车身和钢卷运输铁路的支持的一部分。运输轨道由两个轨道，水平安装，固定的基础上。从下面的卷筒轨道已经扩展到带站。提升线圈车包括车体，支承辊轮，皮带轮架，水平驱动气缸，垂直升降油缸和滚筒式制动缸等。四个支撑轮固定在阀体上，升降架的导向部分为方形结构，由车体定位，两辊固定在升降架的上表面，两辊之间安装一个制动缸，制动块的制动两辊，皮带辊升降架由垂直升降油缸驱动电梯，垂直升降油缸固定在升降架上，另一端固定在车体。上面的部分形成一个整体，是由四个支承辊轴承位于两个水平轨道。水平与驱动缸端连接体，另一端与支架连接固定在基础。汽车的驱动线圈气缸驱动行走的轨道上。三特征定位在水平轨道上的线圈的车，卷取机接受的立场，站在带卷的位置，在上述两个位置之间的等待位置。每个特征的位置是有限的开关提供信号给控制系统，以控制卧式钢卷上料小车。在垂直液压缸位移的内置传感器，高度检测辊升降，通过控制辊高度位置控制系统。在供油回路的压力传感器检测的压力，控制辊升降力。在非制动位制动缸，限位开关的检测，控制制动缸的制动状态控制系统。卷取轴钢卷上料小车卸下从芯轴钢卷，并根据钢卷输送生产要求的步进梁或检查芯轴。钢卷的检验站检验后，钢卷上料小车运回来，步进梁，后称重，捆扎过程疏散，磨机基础。由于卷取轴，步进梁，检查水平位置的芯轴和垂直高度各不相同，因此钢卷上料小车在三之间移动，钢卷上料小车有两个水平和垂直运动，水平运动采用变频电机驱动，由液压缸驱动的垂直运动。轨道钢卷小车如图1所示。 图1.1 钢卷小车的行走路线在轨道车，水平和垂直的五个定位所需的位置，水平方向绕线机，纸机，定位滚轮向下的位置，加强梁的位置，检查位置，垂直方向是：卷取轴，稍等，检查芯轴，走了，最低的。当接收指令，第一站等车，等体积。卷取轴完全停止，继续上升到与钢卷接触，然后保持高度。当卷取轴完全收缩后，机器的位置保持沿水平方向运动水平的汽车轴承钢卷高度（这个位置不再影响绕线机和套小车运动）。接下来，沿两个水平和垂直移动到车下的位置相同的时间方向的钢卷的车。如果钢卷运输应以游梁，沿水平方向运动的步进梁排放量汽车，或沿水平方向运动检查芯轴，然后上升到检查芯轴负荷量。最后，分别从空载小车行走梁的位置或位置的检查表降到最低，沿水平方向向后下方的钢卷和芯轴。1.5 钢卷自动上料小车研究内容和方法为搞好钢卷自动上料小车的设计，按下列步骤和方法进行1、收集资料了解同类钢卷自动上料小车的工作特点和生产中存在的问题，查阅有关资料。2、 制定设计方案，对存在问题进行设计改进，同时对方案的特点进行分析即方案评述。3、 选择传动系统进行电机容量的选择。4、 对设计方案、主要零件进行设计计算，保证它们的强度和刚度要求。5、 绘制总图、部分部件图和零件图。6、说明设计方法和要求、提出对控制系统的设计要求。7、 进行设计的经济分析与评价。112.钢卷自动上料小车总体方案设计2.1 总体设计要求对钢卷小车的设计是集机械，电气，液压控制的半自动设备，电力，变频无级调速，传感器监测安全预测，安全可靠。在作业区，钢板轧制后被运到终点线钢卷的卷钢，所有的运输链承担原运输钢卷，主轧线主要设备改造，生产能力大大提高，以及运输链如旧，设备老化，不能满足生产的需要，因此需要增加侧链中的并行传输链，钢卷部分共享和备用链。但由于现场条件的限制，两个运输链的高低差约5米，约14米的平行距离，钢卷运输车的设计可以满足本案这样的需求由钢卷的主装配架的设计，行走机构钢卷的车，升降装置，电缆链，由液压装配和电气控制系统。汽车，移动的钢卷组件安装在钢板焊接钢框架组件，升降组件安装在钢卷平台的底面，用螺栓与钢卷的正确的面向连接的电缆坦克链，和钢卷小车。液压组件固定在钢卷架的下部侧。在控制室操作手柄，通过电气信号操作钢卷上料小车行走和攀爬。和四个侧液压缸和举升柱垂直的斜坡和线性轴承衬套。小车运行由蜗轮蜗杆传动机构驱动，使钢卷上料小车行走轨道的水平，从而达到设计的目的。该车的工作原理：在钢卷上料小车设计，主运动是垂直运动的水平运动和行走机构液压缸。交流电机驱动行走机构的应用，应采用变频调速。液压缸上升和下降的运动，可用于节流调速方式。钢轧辊机在转弯前卷小车顶支架表面，操作换向手柄，使垂直延伸的气缸，升降钢量达到一定的位置，将开关操作钢卷的车，所以在赛道上水平移动到目的地的钢卷的车，然后操作方向键，气缸缓慢下降，钢卷成“V”支撑位置，或下降到较低的柱顶钢钢卷，钢卷上料小车车移动操作按钮，退出。2.2 钢卷上料小车总体结构对于长宽高1420700694毫米的尺寸的小车总体设计，由钢板制成，用于焊接珩架结构，底部长宽18090毫米，20毫米的钢板厚度，中间三肋钢板焊接而成，在提升一个基础单位气缸的同时，钢卷上料小车平台框架焊接Q235钢板实心板周围，以确保台有可靠的整体刚度和稳定性的极限荷载。在罐顶的基础是气缸壁厚50毫米，底部焊接汽车站量的钢，四周分别焊接长宽109080毫米厚的板是50毫米，为了增加油缸座钢和稳定性。升降柱是由Q235尺寸长宽高441575050毫米的钢板焊接而成，四周分别镶有四个滑块，用沉头螺栓固定在立柱上。2.3 传动装置的结构此车是链传动的使用，该机构的钢卷上料小车工作的基础上。在电机驱动，通过安装轴承和传动轴，传动轴轮，车轮轴沿着移动的钢轨，从而实现钢卷搬运。变速器托架主要取决于焊接在一起，这主要是由于需要制造和安装，而且由于焊接结构有其独特的优势，节省材料和工时，可以非常小，小，易于实现制造。因此，整体结构简单、容易制造。因此，传动装置用螺栓与车架相连接安装在车轮下方。2.4 钢卷上料小车车轮组安装结构焊接钢卷上料小车是一个长方形钢架，Q235钢，钢框边与上部分别与地板焊接，以增加其稳定性和牢固性，在矩形框架支撑和固定第一卷小车行走轮组，在上面分别焊有垂直块和水平块，用45号钢。垂直度要求0.05 mm，轴向间距2046毫米的平行度要求，在0.05毫米，安装车轮组可以保证在同一平面上的四个车轮踏面。2.5钢卷上料小车行走机构的设计原始数据: 参数：举升钢卷最大重量Q=15T，小车速度200m/min,材料宽度500-1500mm。分析拟定动方案由其工作速度及承载钢卷能力的要求，选择链轮传动，其传动比大，结构紧凑，布置在传动装置的高速级，获得比较小的结构尺寸，工字轨道使钢卷的行走平稳，提高承载能力和传动效率。其传动简图如下2.6选择车轮与轨道并验算其强度2.6.1轮压值校核及选择车轮和轨道选择车轮与轨道并验算其强度车轮的最大轮压：=（Q+) (1.1)式中 小车自重，估取为=5000由已知有Q=15000(举升钢卷最大重量15T)载荷率=31.6由起重机设计手册选择车轮：当运行速度（=200m/min）60m/min，1.6，工作类型为中级时，车轮直径为=400mm，轨道为P38，其许用轮压为16t，故可用.2.6.2车轮疲劳计算疲劳计算时的等效载荷： (1.2)式中 等效系数 由表1-20查得车轮的计算轮压： (1.3)式中 冲击系数，由表2-7查的。当载荷为第一种时，运行速度V 1时，=1 载荷变化系数，查表2-8，当1.6时，=0.8根据点接触情况计算接触疲劳应力： (1.4)式中 轨顶弧形半径，由表3-8-15查得。对于车轮材料,由表5-4查得=17000-19000。比较得，故疲劳条件满足。2.6.3车轮强度计算按点接触进行接触力的强度校核： (1.5)式中 冲击系数，由表2-7查得对于车轮材料,由表5-4查得=20000-23000。比较得，故强度条件满足。2.7 运行阻力计算2.7.1摩擦阻力矩计算摩擦总阻力矩： (2.1)由表8-1-102知车轮轴承型号为7520，内径值为；由表7-1至7-3有为滚动摩擦系数；轴承摩擦系数；附加阻力系数。代入上式得：2.7.2摩擦阻力计算 运行摩擦阻力： (2.2)2.8 选择电动机 2.8.1类型的选择 根据电源的种类，工作要求，工作环境，载荷大小，本设计中选择我国新设计的国际市场上通用的统一系列Y型系列三相异步电动机。2.8.2功率的确定 计算工作机所需的功率Pw 工作机所需的功率Pw（kw）由工作机的工作负载（阻力）和运动参数计算求得：式中 Fw工作机的阻力（N） Vw工作机的线速度（m/s） Tw工作机的转矩 （N.M） 工作机的效率 2.8.3工作机的阻力已知V=200m/min3.33（m/s）又F=G1G2=150005000=20000（N）Fw=20000（N）由手册表1-14查得车轮与钢轨的滚动摩擦系数f0.050.07, 本设计中取 f0.15，Fw=f.F200000.15 3000（N）工作机的效率 由手册表1-15查得链传动的0.97 工作机的功率Pw 电机的输出功率 P0由工作机所需功率和传动装置的总效率可求得电动机所需的输出功率 式中为电动机至主传动装置的总效率（包括链轮传动，两对滚动球轴承一弹性联轴器弹性体联轴器）值的计算 12由手册表1-15查得 链轮传动10.97 滚动球轴承2 0.99因此 0.970.99 0.96所以 确定电动机的额定功率 Pm:按下式确定电动机的额定功率Pm（11.3）P0 功率的大小可据负载状况来决定，由手册第一篇中有关Y系列电动机技术参数的表中，取电动机的额定功率为Pm11KW，符合设计要求。2.8.4电动机的转速的确定从动轴的转速: r/min按手册表14-1推荐的各种传动机构传动比的范围，取链轮传动的传动比为i1，所以，电机可选择的转速范围为n电动机型号的确定:选择JK系列减速电机Y2160M-4 减速机：DCY200-2N i=402.9计算传动装置的运动参数和动力参数2.9.1 计算总传动比i 传动装置的总传动比 1 式中 nm电动机满载转速 Nw轴转速2.9.2各轴的转速 I 电动机转速 n129r/min 轴 29r/m2.9.3 各轴的功率 I 轴 P1Pm2110.99510.945（kw）II轴 P2P11310.9450.970.99=10.51KW2.9.4各轴的转距 电机轴 T03640（NM）I 轴 T1T03640（NM）II 轴 =3461N2.9.5链轮、链条的选取校核设轴径d50mm，链传动比i1选择链轮齿数：初步确定Z33定链的节距取KA1.0，齿数系数KZ0.73，单排链，则计算功率为1. 选择链条型号和节距根据Pcm8.03KW及n129r/min查表9-11，可选32A 查表的链条节距为P=50.82. 计算链节数和中心距初选中心距a0=(3050)P=(3050)x50.8mm=15242540mm取a0=1550 相应的链长节数为 取链长节数Lp=94节链长L=LpP/1000=94*50.8/1000=4.8m查表得中心距计算系数f1=0.24467,则链传动的最大中心距为2337.6mm3. 计算链速V,确定润滑方式由v=0.810m/s和链号32A,查图9-14可知应采用滴油润滑4. 计算压轴力Fp有效圆周力为:链轮水平布置时的压轴Kfp=1.15, 则压轴力为Fp=KfpFe=1.1513580.2=15617.2N计算结果总汇:链条规格:32A单排链,94节,长4.8m大小齿轮数都为33,中心距a=1550压轴力为15617.2N, 轴径d=76,轮径D=209mm2.9.6 轴承的选取校核设计选取运输车工作速度为20m/min则每个轴承所承受的压力为F=525000/4=131250N转速为则查表6-4，选择调心滚子轴承，代号为22214C其基本参数为：d=70mm D=125mm B=31mm =158KN =205KN 径向载荷 =131250N轴向载荷=0N / =0h 故轴承寿命满足条件。则轴承选取合适。2.10轴的设计与校核2.10.1轴的设计2.10.2 轴的强度校核进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的计算方法,并恰当地选取其许用应力。对于仅仅承受扭矩的轴，应按扭矩强度条件计算；对于只承受弯矩的轴，应按弯矩强度条件计算；对于即承受弯矩又承受扭矩的轴，应按弯矩合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。传动轴受力结构简图如下：1.校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某危险截面做弯矩合成强度校核计算。按第三方强度理论，计算应力：通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力则常常不是对称循环变应力。轴的扭转强度条件为：由上式可得轴直径：2.校核轴的强度：已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某危险截面做弯矩合成强度校核计算。按第三方强度理论，计算应力：对于直径为d的圆轴，弯曲应力为，扭转切应力为,将，代入公式得轴的弯扭合成强度条件为：式中：轴的计算应力，MPa M轴所受的弯矩，N.mm T轴所受的扭矩，N.mm W轴的抗弯截面系数， 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力3.按疲劳强度条件进行精确校核求出计算安全系数并应使其稍大于或至少等于设计安全系数S,即:3.4.2.4轴的刚度校核计算轴的弯曲刚度校核计算：式中：阶梯轴第i段的长度，mm 阶梯轴第i段的直径，mm 阶梯轴的计算长度，mm 阶梯轴计算长度内的轴段数。当载荷作用与两支承之间时，Ll（l为支承跨距）；当载荷作用于悬臂端时，L=l+K（K为轴的悬臂长度，mm）。轴的弯曲刚度条件为：挠度 偏转角 式中：轴的允许挠度，mm轴的允许偏转角，rad轴的扭转刚度校核计算轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示。圆轴扭转角的计算公式为：光轴 阶梯轴 式中：T轴所受的扭矩，N.mm G轴的材料的剪切弹性模量，MPa，对于钢材， 轴的截面的极惯性矩，对于圆轴， L阶梯轴受扭矩作用的长度，mm ，分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩，长度和极惯性矩，单位同前 Z阶梯轴受扭矩作用的轴段数。轴的扭转刚度条件为：式中，为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。3.液压部分设计3.1 液压系统原理设计该液压系统中，顶升油缸的上升，下降的速度要求不一样，有各自的速度要求，在一般情况吓，要求运动平稳性好速度负载特性好，所以在缸的路中采用单项调速的回油节流调速回路。本液压系统设计中，顶升油缸换向阀处于中位机能时及缸定位时，泵油卸载回路即容载运行，本设计采用M型换向阀中位机能的卸载回路。考虑到该系统中液压缸在工作时速度负载变化流量变化较大，从节省能量减小发热泵源系统重选用变量泵供油。由于顶升油缸要有定位功能，所以顶升油缸油路中装有液压锁即：液控单向阀，在所选基本回路的基础上在综合考虑其他因素的影响和要求便于组成图313的液压回路图：3.2计算液压缸尺寸及工况1.顶升油缸a ,缸内径D,活塞杆直径d的确定由公式 可求得杆径D239式中 F液压缸的受负载（N） P1液压缸设定工作压力（mpa） P2液压缸工作背压（mpa） Gcm液压缸机械效率一般=0.90.97 本设计中去g=0.9所以 = =209mm说明d/D电液压缸内径D与活塞直径d的关系可当工作压力P7mpa时可选d/D0.7电液压缸内径尺寸系列（GB2348-80）液压缸内劲标准值为D1=200mm所以活塞杆直径d1=D1*0.7=200*0.7=140mm由活塞杆直径系列（GB2348-80）可求得活塞杆直径标准值为d1=140mm2.油缸各面积计算无杆面积 ： A1=有杆面积 活塞杆面积3.计算油缸在工作循环中各阶段19所需压力流量和功率：计算油缸在工作循环中各阶段所需压力流量和功率列于表中34中表34各工况所需压力流量和功率工况计算公式F0(N)液压缸P1(MPa)qv(l/mm)P(KW)上升49001.59109.9017.474顶起2695008.6109.90 94.544下降49003.011434.2 3.3液压缸主要尺寸确定3.3.1顶升油缸壁厚及外径计算由前面计算可知顶升油缸内径D1=200mm活塞杆直径d1=140mm 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算：液压缸的壁厚一般是指缸内筒中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒起重运输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料太16多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算： 式中g液压缸壁厚（m） D液压缸内径（m） PY实验压力，一般取最大工作压力（1.251.5）倍mpa 6缸筒材料的许用应力取6=100-110mpa无缝钢管所以D外D128200225250mm3.3.2工作行程确定液压缸工作行程长度根据执行机构实际工作的最大行程来确定所以顶升缸实际最大行程并参照液压缸活塞杆行程参数系列（GB2349-80）表可查得标准值为L12000mm某自动生产线上，使用有轨小车来运转工序之间的物件，小车的驱动采用电动机拖动，其行驶示意图如图1-1所示。电机正转，小车前进；电机反转，小车后退。33 图1-1行驶小车示意图控制过程为：（1） 小车从原位A出发驶向1号位，抵达后立即返回原位；（2） 接着直向2号位驶去，抵达后立即返回原位；（3） 第二次出发一直驶向3号位，到达后返回原位；（4） 必要时，像上述一样小车出发二次运行一个周期能停下来；（5） 根据需要小车也能重复上述过程，不停的运行下去，直到按下停止按钮为止。要求：画出主电路，PLC外部接线图，梯形图4.系统总体设计4.1 总体思路在自动行驶小车控制系统中以PLC为核心，通过各种输入端接收各种输入信号，处理后经输出端输出控制信号，通过控制器里的继电器等电器开关的开通与闭合来控制小车的左行、右行与停止。本次课程设计选用西门子公司的S7-200系列的PLC，SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，S7-200系列的功能强大，可实现复杂控制功能。S7-200系列具有极高的性价比，可靠性，指令集丰富，易于掌握，操作便捷，内置集成功能丰富，具有定时特性，通讯能力强，扩展模块。根据控制任务和设计要求所设计的方案流程如图2-1所示 图4-1 自动行驶小车控制系统方案流程图在图4-1中，可以看到，本次设计的核心思想：通过PLC控制电机的正转和反转达到小车的前进和后退，并在一定条件下停止运行，实现了对小车的自动控制，满足了工业生产的要求。4.2 主电路设计本设计重点内容之一是设计电动机的正反转控制逻辑，电动机的正反转决定了小车的前进后退，因此合理的设计电动机的正反转逻辑是一项必要并且非常重要的任务。本文设计的电动机正反转的思想是把三相异步电动机的三相中的任意两相互换，电机可由正转变成反转。为了保证两个接触器不能同时得电，提高可靠性，还需加入互锁电路，集合以上要求，该控制系统的主电路如图4-2所示 图4-2 控制系统的主电路图4.3 PLC选型 根据设计要求，系统的输入量有：启、停按钮信号；1号位、2号位、3号位限位开关信号；连续运行开关信号和原位点限位开关信号，系统的输出信号有：运行指示和原位点指示输出信号；前进、后退控制电机接触器驱动信号，共需实际输入点数7个，输出点数4个。可选用西门子公司S7-00系列的224PLC,其输入点数14个，输出点数6个，满足设计要求。4.4 系统变量定义及分配表可将控制系统所有输入和输出元件分别分配到PLC各个输入输出点上，如下表3-1所示：