基于PLC的钢管打捆机设计

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毕业设计(论文)

基于PLC的钢管打捆机设计STEELTUBE BUNDING MACHINE DESIGN

BASED ON PLC

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日期：年月日日期：年月日

摘要

本论文主要是通过对钢管打捆机的发明创造而开展的研究与介绍。通过对世界各地钢管的生产包装过程中所需要的加工机械的工艺析以及相关的机械原理进行了系统的分析,提出了钢管打捆机的整体的设计方案。

首先本论文介绍了外国在钢管打捆机的技术，国内的打捆机技术的落后及与其相关机械设计技术，第二部又探究我国国内钢管打捆机制造的相关技术问题,就相关问题提出了本篇论文所要探索的方向以及内容。

然后介绍了与钢管打捆包装相关的技术指标及技术要求，同时具体分析打捆机制造的工艺流程，列出相关工艺步骤，并确定了钢管打捆机的总体设计方案。

接着就对钢管打捆机各个机械部件的设计及采用PLC对系统进行控制进行具体的分析介绍。

最后对本篇论文所做的工作与研究进行了系统的总结，同时对打捆机控制系统深一层研究方向进行了展望。

关键词：打捆机；PLC；全自动

Abstract

The main topic of this paper is about steel pipe strapping machine. According to analyzing machine construction and process principle of this system produced by internal and aboard.

Firstly, the paper introduces currently developing condition of steel strapping machines and other technologies involved, at home and abroad. Then, the existing shortcomings of steel pipe strapping machine in our country are given. Then main work of this paper should be completed is concluded in this chapter.

Then, by closely researching the required capacities and process principles of this system, project of system design is established.

As follows, the paper describes designing of machine constructions and transmission in this term, and use PLC to control the whole system.

At last, the work of dissertation is summarized and prospect of improving direction of system is presented.

Keyword Packing machine Fully automatic PLC

目录

摘要....................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................... II 1 绪论. (1)

1.1问题的提出及研究本课题的意义 (1)

1.2国内外打捆机发展现状 (2)

1.3本文的内容安排 (3)

2 钢管打捆机的总体方案设计 (4)

2.1 钢管打捆包装机械的性能要求 (4)

2.1.1 国家对钢管包装的要求 (4)

2.1.2钢管六角堆垛成形的要求 (5)

2.2钢管打捆机系统的工艺流程分析........................ 错误！未定义书签。

2.2.1步进移管机工艺分析............................. 错误！未定义书签。

2.2.2 推平机构工艺流程分析........................... 错误！未定义书签。

2.2.3传带机构工艺流程分析........................... 错误！未定义书签。

2.2.4 剪切机构工艺流程分析........................... 错误！未定义书签。

2.2.5折带机构工艺流程分析........................... 错误！未定义书签。

2.3钢管打捆机的系统整体设计方案........................ 错误！未定义书签。

2.4 本章总结............................................ 错误！未定义书签。3钢管自动打捆机机械部分设计............................... 错误！未定义书签。

3.1钢管打捆机的机械结构总体介绍........................ 错误！未定义书签。

3.2传带机构的设计...................................... 错误！未定义书签。

3.2.1传带机构结构概述............................... 错误！未定义书签。

3.2.2 传带机构主要部件的设计......................... 错误！未定义书签。

3.2.3 传带机构总图................................... 错误！未定义书签。

3.3剪带机构的设计...................................... 错误！未定义书签。

3.3.1剪带机构结构概述............................... 错误！未定义书签。

3.3.2剪带机构主要部件设计........................... 错误！未定义书签。

3.3.3剪带机构部件总图............................... 错误！未定义书签。

3.4管成型机构的设计................................... 错误！未定义书签。

3.4.1管成型机构结构概述............................. 错误！未定义书签。

3.4.2管成型机构主要部件的设计....................... 错误！未定义书签。

3.4.3 管成型机构部件总图............................. 错误！未定义书签。

3.5折带机构设计........................................ 错误！未定义书签。

3.5.1折带机构结构概述............................... 错误！未定义书签。

3.5.2折带机构主要部件设计........................... 错误！未定义书签。

3.5.3 折带机构总图...................................... 错误！未定义书签。

3.6托架的设计.......................................... 错误！未定义书签。

3.7 打捆机总图.......................................... 错误！未定义书签。

3.8 本章总结............................................ 错误！未定义书签。

4 PLC控制系统的设计....................................... 错误！未定义书签。

4．1 可编程控制器介绍................................... 错误！未定义书签。

4．2 PLC选型分析....................................... 错误！未定义书签。

4.3 PLC控制系统梯形图结构.............................. 错误！未定义书签。

4.4数学模型的建立...................................... 错误！未定义书签。

4.5 参数计算在PLC中的实现方法.......................... 错误！未定义书签。

4.6 直流电机的控制程序设计.............................. 错误！未定义书签。

4.7 自动程序的设计...................................... 错误！未定义书签。

4.8 人工程序的设计...................................... 错误！未定义书签。结论 (5)

致谢 (6)

参考文献 (7)

1 绪论

1.1问题的提出及研究本课题的意义

钢制品包装是一个钢铁制造的延续，必须保证完整的成品量和运输旅途中钢铁产品完好的措施和方法。市场上绝大部分钢制铁管产品如线管、高压管、钢支架、液压机用管、液体输送管、气压管,打捆包装是必要的,完成钢管产品的制造生产最后一道工艺就对钢管进行打捆包装,并进入流通领域和销售前线,从而使钢管产品的生产、运输、销售和使用得以完成，并实现商品的价值。针对如何使钢管收到隔离保障取决于好的钢管产品包装、使钢管精美同时取决于好的钢管产品包装、如何引来更多顾客取决于良好的钢管产品包装、扩大销售量和扩大盈利同样取决于良好的钢管产品包装。因此,很多大型工厂都把注重钢管制品包装放在首位，把钢管包装的精美作为加强产品对外出口销售的一个重要手段。从法律的角度来看，在钢管产品包装相关的合同条款是产品描述的一个重要组成部分。若甲

方违反了规定,那么乙方即有权力拒绝接收货物或者要求挽回自己的利益。所以我们可以知道，有关钢制品的法律规定,也是是法律中的主要规定。

正当在上世纪30年代，国内外的钢管产品吸引客户的方面都依靠产品商标，那就被认为是不管钢管产品的质量如何，绝大部分消费者主要参考标准还是钢管品牌出不出名，然后经过十年的科技发展之后，由于机械工程技术的发展，钢管产品大量的涌进市场，于是包装的文字说明顺势成为了这时的主要竞争手段；直到75年前左右，钢管产品的收不收客户喜欢大部分都是依靠哪家钢管产品的质量好，哪家产品有过人之处。随着科技的发展，世界经济也在的发展。钢管产品质量越来越好，从40年前到30年前开始有些厂家渐渐注重钢管产品的包装技术－－也就是从消费者出发，设计吸引客户的精美包装。

在中国钢管产品的质量在世界上算中上等，可中国钢管的包装却遥遥落后于其他国家，自然中国钢管的价格也不尽如人意。它已对钢管包装中国出口产生深刻的影响，并将长期影响下去。所以要加大中国钢管产品的出口量，我们就必须重视钢管的包装打包，但与此同时，我们还要严格监督钢管产品的质量问题和包装美观性。

目前，在国内大部分钢管的包装都是利用人工去进行打捆包扎装，而在国外都是采用先进的钢管打捆机对钢管进行打捆包装。这样两者相比国内钢管生产就大大落后了。

然而国内的钢管打捆包装的缺点比仅仅只有这一点：

1)比如刚生产来的钢管他需要塑型机构来保证它的良好外形，国内就缺少这样的塑型机械构件。打捆后的钢管的外形不能得到良好的保障。这样外形不保准的钢管很可能导致钢管打捆时或打捆后的局部受力不均匀导致打捆带的松懈和断裂，最后导致散捆现象

2)钢管在打捆时没有专门机械来确保每条打捆钢带的受压力相同，这样就影响了钢管包装的优良。

3)钢管的包装在不同的环境下都受到不同的影响，有时出现不同的因数导致不良包装品，比如在钢管高温时的包装打捆，会导致钢管的变形扭曲。

4)目前，大部分钢管厂在对钢管进行打捆包装时，都需要安排人工进行包装处理，还处于一种较低水平的自动化。这已经严重不能够满足我国钢管企业的发展和需求。

由于以上的问题与技术缺陷，国内对钢管打捆机的研制迟迟未出现，直到上世纪90

年代，才出现相关企业对钢管打捆机进行一些初步的研制。然后国内慢慢出现钢管打捆机的相关技术，最终我们提出了一个设计方案钢捆扎打包机的开发。

通过对钢管打捆机的研究与探索，我们借鉴了很多国外的机械设计技术，控制工程技术，自动化技术以及管理技术，这样可以大大减轻工人的劳动力度。提高钢管生产的效率，同时确保钢管产品的高质量；这样可以使我国钢管制造业的钢管打包机大量进口的局面得以改变，自产自销，弥补国内钢管打捆机制造的一大空白。

1.2国内外打捆机发展现状

目前美国、德国、日本、意大利、韩国等国家在打包机研制上有着快人一步的研究科

研史。其中美国对钢管打捆机的制造技术最为先进。作为制造和生产钢管打捆机历史最深远的国家，美国已经拥有对钢管打捆机制造的独立完整的科学技术，其产品以高级、精密、尖端居多。紧随其后的国家是日本。由于近年来微技术、为材料、微制作的发展。德国、意大利、韩国在打包机制造上也表现出技术优势。

在上世纪末各个国家为了扩大钢管业发展，扩大钢管在世界的市场，加大出口量。积极地采用了其他领域的高新技术，比如微电子、激光切割、新能源新材料，来发明制造改进钢管打捆机。这样钢管打捆机的制造技术研究被提升到了一个全新的局面。

在中国对包装机械的研究与开发是开始在第二十世纪70年代。经过30年的发展，已经形成了一个相对完整的，配套的工业产品，但我们应该清醒地看到，中国的钢管打包机的研制开发技术人就很弱。目前主要的钢管生产企业，如宝钢，上海，天津，内蒙古，包头钢无缝钢管公司等，这些公司的采用的打包机都还依赖进口。在机械制造业在我国基本没有或着是没有专门的研究制技术。中国钢材打包机经综合分析当前的发展，可知阻碍发展的主要原因如下：

对钢管打包机伺服机械设计知识的缺乏，打捆机的伺服机械是打捆机至关重要的一部分，其设计的先进与否直接影响和钢管打捆扎机质量的优良。

打捆机主要控制部件及与与其互补作用执行部件－微型机（PLC）的稳定性、气压动力元件及控制系统性能与可靠性还处于薄弱状态。这部分元件目前国内的产品性能与国外的产品性能还具有一定的差距。

1.3本文的内容安排

经过详细的分析了钢管打捆机械制造技术以及电气控制系统（PLC)原理，我们研究出了钢管打捆机的总体设计方案。本论文具体内容安排如下：

第一章是绪论，首先介绍了钢带机国内外发展现状，以及涉及到的其他技术，然后分析了大陆钢管打捆机的不足。

第二章，钢管打捆机的整体方案设计，介绍了钢管打捆包装的相关性能指标，以及技术要求，分析了打捆机的制造工艺，并使总体设计方案得以呈现出来。

第三章，钢管打捆机机械研制的相关设计，具体分析并详解了钢管打捆机组成器件部分的设计内容。

第四章，PLC控制系统的设计。

第五章，结论与展望，阐述了本设计的不足有待继续研发。

2 钢管打捆机的总体方案设计

2.1 钢管打捆包装机械的性能要求

2.1.1 国家对钢管包装的要求

查阅相关资料，根据中华人民共和国冶金部 1982-02-02-批准：

1、钢管（钢管和焊接钢管）打捆包装的有关规定

根据钢管的生产、包装、标志、出货、检收和质量说明书GB2102-88规定：

●一般钢管采用捆扎成包交货，每捆应是统一批号的钢管；

●每捆钢管不应超过500Kg；

●外径大于159mm的异型钢管，可散装交货；

●未经供需双方具体协议，每捆钢管的重量不得超过5000kg，小包装交货通常许可；

●每捆钢管一端应摆放整齐；

●短尺寸钢管应单独包装交货；

●定尺寸长度交货的钢管，其搭交的非标准长度的钢管，应由供需双方协商交货；

●成捆钢管应用钢带或钢丝捆扎牢固；

●钢管每捆的捆扎道数应依据（GB2101-88）表2-1；

●钢管的捆扎包装每捆长度及根数的规格如图2-1所示的几种：

表2-1 GB-2101-88

每捆钢管长度最少捆扎道数

<=3 2

>3但<=4.5 3

>4.5但<=7 4

>7但<=10 5

>10 6

冷轧不锈钢管壁厚大于1.5mm，应使用麻袋或至少3层不同布料进行紧紧包裹，由钢丝或不锈钢刚带困扎（经双方同意也可以裸体打捆）。每捆最大质量为2000kg。

从图2-1中我们可以得知钢管的捆扎包装的方法及形状，其中主要分为三种：六角包装、矩形包装、圆形包装。其中框架式包装比较昂贵、打捆复杂，比圆包装件外形不够整齐美观，堆放时受力面太小大，且计算复杂，所以六角形包装相比之下最为完美，故在实际生产中，厂家多采用六角形包装件，所以钢管打捆包装采用正六边形的方法就是将研制的钢管打捆机捆扎打包类型的最佳方案和最佳选择。

图2-1钢管包装件示意图

2.1.2钢管六角堆垛成形的要求

结论

我们在对钢管打捆机械制造流程和技术的分析后，才采用了本系统。在测试元件上选择了安装简易、操作简单、反应速率快、安全性高的智能编码器、传感器作为控制信号的

来源；利用先进的PROFIBUS-DP现场总线技术进行控制，并把先进的机械技术、计算机与信息处理技术、自动化控制技术、智能传感、编码等技术融合进去，设计了钢管打捆机的系统总体方案。本文所专研的主要研究工作及成果，可以归纳为以下几点：（1）详细分析了国内钢管捆扎的方法选择了六角堆，开发出成型打捆的机构组成并，阐述了各个机构的制作流程，为我们PLC控制系统提供了设计依据。

（2）提出了钢管六角成型钢管打捆机的主要设计方案，并详细设计分析了钢管打捆机各机构主要部件的功能，要求，以及形状并进行了力学分析。同时研究了打捆机通过可编程控制器的控制系统。

（3）详细分析了钢管打捆机各机构的若干关键技术，解决了占地空间大，机身过高等操作问题，实现了打捆机的紧凑性，操作的便利性，使整机大大低于人的高度，从而大大减少了工人操作的危险性。同时提高了钢管生产包装的效率，提高了我国钢管在世界上的声誉，增加了出口量。钢管制造的发展同时也促进了相关制造产业，建筑产业的发展。

本论文介绍的系统是根据钢管打捆机打捆流程相关要求进行设计的，它的局限性在与只针对无缝钢管的打捆包装，钢材的种类很多，要实现钢管打捆机械追求的是更加全面自动化、功能跟家强大以及钢材产品更加繁多，以满足种类繁多、形状各异的钢材打捆包装要求，这些问题将成为本系统所面临的主要问题。

就笔与此，此方案打捆机能实现多用途、全自动、并且能在恶劣环境下实现无人化操作，同时还能满足国际钢管打捆.

致谢

参考文献

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[4]徐灏，机械设计手册（第2卷），机械工业出版社，2001年第2版

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