锌锭码垛机工作原理与机械手设计指南

目录

第一章绪论..............................错误!未定义书签。

1.1本次设计对此机器日勺规定■--错误!未定义书签。

1.2课题设计背景与目日勺.......错误！未定义书签。

第二章锌锭码垛机工作原理总体设计.........错误!未定义书签。

2.1码垛机工作示意图..........错误！未定义书签。

2.2自动化生产线重要技术参数"・错误!未定义书签。

2.3锌锭自动化码垛生产线的构成和工作原理错误!未定义书签。

第三章接锭装置设计.......................错误!未定义书签。

3.1接锭装置工作原理..........错误！未定义书签。

3.2接锭装置机构选择..........错误！未定义书签。

3.3接锭驱动气缸选择..........错误！未定义书签。

第四章载锭装置设计.......................错误!未定义书签。

4.1传送带日勺选择..............错误！未定义书签。

4.2传送机构选择..............错误！未定义书签。

4.3减速机日勺选择..............错误！未定义书签。

第五章翻锭装置设计.......................错误!未定义书签。

5.1翻锭装置工作原理..........错误！未定义书签。

5.2翻锭装置机构选择..........错误！未定义书签。

5.3翻锭驱动气缸选择..........错误1未定义书签。

第六章运锭装置设计错误!未定义书签。

6.1传送带日勺选择错误!未定义书签。

6.2传送机构选择错误!未定义书签。

6.3减速机日勺选择错误!未定义书签。

第七章机械手设计错误!未定义书签。

7.1总体设计错误!未定义书签。

7.2部件设计错误!未定义书签。

7.3机械手部件的选用错误!未定义书签。

第八章拢锭装置设计错误!未定义书签。

8.1码垛形式与推锭次序错误!未定义书签。

8.2推板设计错误!未定义书签。

8.3拢锭气缸日勺选择错误!未定义书签。

第九章升降平台和输出小车设计错误!未定义书签。

第十章码跺机总装配图阐明错误!未定义书签。

第十一章PLC编程错误!未定义书签。

11.1可编程序控制J器(PROGRAMMABLELOGICALCONTROLLER)错误！未

定义书签。

11.2OMRONC200H可编程序控制器-错误!未定义书签。

11.3PLC控制过程错误!未定义书签。

总结错误!未定义书签。

致谢........................................错误!未定义书签。

参照文献.....................................错误!未定义书签。

第一章绪论

1.1本次设计对此机器日勺规定

设计的机器首先要能胜任对它提出的所有功能规定，即在预定的有效

期间，机器能可靠的完毕它的使命，此外，还规定成本低，重量和尺寸小,

效率高，制造轻易，操作灵活以便，安全可靠，便于维护维修，造型美观,

不污染环境等。

(1)实现机器日勺工艺动作规定

根据机器的功能规定和使用条件，从运动上确定工作原理，选择机构

类型和传动方式，以合理的机构组合来协调运动，实现机器日勺工艺动作规

定。码垛机的功能规定：把从连铸机取下向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，依托两个气缸行程和位置的不

一样来控制锌锭日勺翻转，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,

然后机械手将锭块扒走，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，并且另一种升降台移动到指定位置上准备码下一垛。

以上是基本的功能规定。使用条件：机械运行在温度高，湿度大等条件下,

零件规定高耐腐蚀性，规定零部件能适应这种规定，需要合理选用材料。

(2)零件应具有足够日勺强度和刚度

零件强度规定在预定寿命期间内，不至反复工作而疲劳破坏，不至因

忽然过载而断裂，也不会因受载荷以致产生过量的弹性变形，尚有锌锭刚

铸好，锭块很热，因此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，类比措施设计出个零部件H勺尺寸来。

(3)摩擦，磨损和润滑

许多机械零件在工作是互相接触的表面因具有相对运动而产生日勺摩

擦。摩擦首先消耗能量，减少机械效率，首先使零件表面产生磨损，导致

机器工作能力下降。为此应对互相摩擦口勺零件选用合适的配合材料、润滑

剂和润滑装置，以减少磨损和减少能耗。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也许使零件提前失效，振动会使机器不能正

常工作或影响工作位置而达不到工作规定，使机器效率减少，性能不稳定。

因此本次设计采用了对应欧I措施防止机械和其零部件因振动而失效。

(5)生产能力规定

设计的机械产品，应满足单位时间内完毕工作量的规定，应有一定的

可变性，以适应不一样出J生产规定，理论上码垛机的效率应不小于或等于

连铸机日勺效率。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

锌锭出厂要通过码垛，称重，捆扎，包装等工序。近年来，时锌锭日勺

包装规定越来越高，尤其是堆垛、码垛、捆扎的质量直接影响到锌垛的保

管和运送。码垛不齐，捆扎不牢，会在运送中出现散包的现象，导致经济

损失。

目前，锌锭码垛工序重要是人工完毕。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和背面的运送等工作。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

制不以便等原因，均未能很好的处理这个问题，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H勺基础上，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体设计

2.1码垛机工作示意图

f\u/

\\j——人________________u

—j

---j---///~

14///、7~

'寸®_ll/抬,

II*{.I

tn、^-_、—a£^

9

图2—1码垛机总装配简图

重要构成：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-113.翻锭气缸-214.接锭

装置

示意图如上图

2.2自动化生产线重要技术参数

生产能力:6.5吨/小时

块节拍即连铸机日勺生产率为:〉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构成和工作原理

构造构成：

1）锌锭输入系统：把从连铸机取下日勺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，依托两个气缸行程和位置的不一样

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，通过详细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。通过小车把码好口勺锌垛运走，并且另一种升降台移动

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0MR0N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，作示意图所示。锌锭经连铸机浇注成形后，

又通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H勺运送到指定位置，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、拢锭日勺作用尚有提锭的作用。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两个方向日勺龙锭气缸把锌锭推到预设位置，升降台由油缸来控制其

时升降，每码好一层，平台就下降一定H勺距离，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，并在此时另一种升降平台移动到前一种升降平台位置上，接锭、码锭,

使生产持续不中断。

自动生产线的特点：

图2-2码垛方式

码垛方式由图2—2(b)的码垛方式改为图2—2(a)的码垛方式，原

图(b)的码垛方式在拢锭时易出现如图2—2(c)口勺尖角对顶状况而顶死,

导致码垛机不能完毕工作，此码垛方式为了不必要的美观和微小日勺锌垛日勺

稳定性而大大增长了码垛机的故障率，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。并且笔者也到码锭现

场考察实际状况，通过各方面日勺衡量决定用此码垛方式的。

自动翻锭装置

图2-3翻锭装置

由于采用图2—2(a)的码锭方式，故每垛仅需要一种锌锭不翻锭，本

装置采用了图2—3所示的翻锭装置，构造简朴，安全可靠。当锌锭滑到翻

板上时，翻板将其临时卡住，然后根据块数决定与否翻锭。假如不翻转，

下面的短行程时气缸伸出，将其沿着前面的滑板靠重力滑下；假如需要翻

转，则上面的长行程口勺气缸伸出，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。一种锌锭过后，气缸从伸出状态立即收回，

来迎接下个锌锭口勺到来，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0

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

制气缸将锌锭平稳口勺放到传送带1上，并保持一定期间，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

采用气缸推进拉杆接锭装置，简朴的杆机构装置，前端有接锭槽，接

锭槽之间距离要不不小于锌锭的宽的尺寸，并且不小于下面的载锭装置中

输送带的带宽。根据锌锭日勺尺寸和落锭日勺高度，确定杆臂长1115,高40,

宽11(单位：毫米)。

3.3接锭驱动气缸选择

锌锭产生的力矩：M=FXL=mXgXL=12.5X9.8Xl.115=136.6N.M

杆重产生W、J力矩：M=VXpXgXL

=11X40X1.115X7.85X9.8X0.5575

=21N.M

总力矩M=157.6N.M

设计力臂长540mm，则气缸W、J推力为291.8N.

一般气缸输出力H勺计算：

气缸输出力FKJ公式：

F=n/4XD2PsP

式中F——活塞杆伸出时时轴向推力(N)；

D活塞直径或气缸内径(m)；

Ps——气缸工作压力（Pa）；

B一—气缸的负载率。

通过对大量试验数据的分析，发现气缸运动的平均速度v与B日勺关系极大。

B值大，v低；B值小，v高。因此，B值H勺大小可以根据系统对气缸运动

的平均速度v的规定来选用。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B值：

1）当系统对气缸无速度规定期，B值取0.8〜0.9；

2）当气缸速度在0.2m/s左右，B值取0.6；

3）当气缸速度在0.5m/s左右，B值取0.4.

根据锌锭码垛机接锭装置的工作规定，若取6=0.8,气缸工作压力

Ps=0.5Mpao

则当选择气缸内径为40mm,

F=JT/4XD2PSP

=JI/4X0.042X0.5XX0.8

"503N

推力最大可达503No

根据上述气缸推力，选QGBH40X275—MT4,强度和力都满足设计规定。

第四章载锭装置设计

4.1传送带的选择

由于锌锭从连铸机脱落下来，温度也许会稍高些，因此在这次设计中

用耐热传送带，耐热传送带耐热最高温度能到达180度。锌锭连铸机从浇

注铸造，到锌锭从锭模中脱落有10多米长，这距离足以让锌锭冷却到100

度如下，因此耐热传送带强度和负载极限都符合规定。传送带的宽度要不

不小于接锭槽之间口勺宽度，这样才能使锭从接锭装置下来平稳，不跑偏。

带式传送机是在一定的线路上持续输送物料mI物料搬运机械，又称

持续输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可构成空间输送

线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输

送过程中同步完毕若干工艺操作，因此应用十分广泛。

带式输送机（直线式）该输送机用于物料日勺输送。采用不锈钢网带

作为载体，合用于多种食品行业的烘干、去湿、冷冻等、热处理等；不

锈钢制成，具有耐高温、便于清洗等特点；详细尺寸可以根据客户规定

定做。

带式输送机应用行业：食品、冶金、电力、煤炭、化工、建材、码

头、粮食等。

带式输送机构造形式有：水平直线输送、提高爬坡输送、转弯输

送等多种形式，输送带上还可增设提高挡板、侧挡板等附件，能满足多

种工艺规定。

带式输送机输送机材质：有A3低碳钢、201不锈钢、304不锈钢等。

带式输送机驱动方式有：减速电机驱动。

带式输送机调速方式有；变频调速、无极变速。

4.2传送机构选择

由于从接锭到翻锭距离很长，传送带上锌锭诸多，因此在有锌锭在上

面的地方，下面放小滚筒来支撑，滚筒的长度根据机架的宽度决定，滚筒

间的间距尽量小一点，可以保证传送锌锭的平稳、，不会导致错位、跑偏等

状况。

跑偏原因和处理措施：

传送带运行时输送带跑偏是最常见的故障之一。跑偏的原因有多

种，其重要原因是安装精度低和平常区I维护保养差。安装过程中，头尾

滚筒、中间托辑之间尽量在同一中心线上，并且互相平行，以保证输送

带不偏或少偏。此外，带子接头要对欧I,两侧周长应相似。在使用过

程中，假如出现跑偏，则要作如下检查以确定原因，进行进行调整。输

送带跑偏时常检查的部位和处理措施有：（1）检查托辐横向中心线与

带式输送机纵向中心线的不重叠度。假如不重叠度值超过3mm,则应运

用托辐组两侧日勺长形安装孔对其进行调整。详细措施是输送带偏向哪一

侧，托辐组W、J哪一侧向输送带前进的方向前移，或此外一侧后移。（2）

检查头、尾机架安装轴承座的两个平面日勺偏差值。若两平面W、J偏差不小

于1mm,则应对两平面调整在同一平面内。头部滚筒的调整措施是：若

输送带向滚筒H勺右侧跑偏，则滚筒右侧W、J轴承座应当向前移动或左侧轴

承座后移；若输送带向滚筒的左侧跑偏，则滚筒左侧的轴承座应当向前

移动或右侧轴承座后移。尾部滚筒的调整措施与头部滚筒刚好相反。

（3）检查物料在输送带上出J位置。物料在输送带横断面上不居中，将

导致输送带跑偏。假如物料偏到右侧，则皮带向左侧跑偏，反之亦然。

在使用时应尽量日勺让物料居中。为减少或防止此类输送带跑偏可增长挡

料板，变化物料日勺方向和位置。

4.3减速机的选择

传送锌锭的速度不能太高，因此不能直接把电机直联到传送滚筒上，

需要安放减速装置，这次设计，选择了行星摆线针轮减速机。

行星摆线减速机是一种应用行星传动原理，采用摆线针轮啮合，设计

先进、构造新奇日勺减速机构。这种减速机在绝大多数状况下已替代两级、

三级普通圆柱齿轮减速机和圆柱蜗杆减速机，在军工、航天、冶金、矿山、

石油、化工、船舶、轻工、食品、纺织、印染、制药、橡胶、塑料、和起

重运送等方面得到日益广泛日勺应用。

行星摆线针轮减速机重要特点：1、传动比大。一级减速时传动比为

1/6-1/87o两级减速时传动比为1/99-1/7569；三级传动时传动比为

l/5841-l/658503o此外根据需要还可以采用多级组合，速比到达指定大。

2、传动效率高。由于啮合部位采用了滚动啮合，一般一级传动效率为

90%-95%o3、构造紧凑，体积小，重量轻。体积和一般圆柱齿轮减速机

相比可减小2/1—2/3。4、故障少，寿命长。重要传动啮合件使用轴承钢

磨削制造，因此机械性能与耐磨性能均佳，又因其为滚动摩擦，因而故障

少，寿命长。5、运转平稳可靠。因传动过程中为多齿啮合，因此使之运

转平稳可靠，噪声低。6、拆装以便，轻易维修。7、过载能力强，耐冲

击，惯性力矩小，合用于起动频繁和正反转运转日勺特点。

选用日勺减速机是把电机直联到减速机上，安装以便，使用便利，重要

的是传动比大，可以大比率减速，由于一级传动效率为90%-95%,因此选

择一级减速传动比为1/6-1/87,可以实现符合设计规定的转数。

第五章翻锭装置设计

这是本次设计的一种创新，也是设计的重点环节，本次设计采用了运

用气缸实现翻锭日勺装置（简图见图2—3）,这种构造简朴明了，制作以便，

功能也轻易实现。

5.1翻锭装置工作原理

由计数器记下锌锭出J数目，到指定W、J数目H勺锌锭进行翻锭，其他H勺不

翻。当不翻时、下面的气缸活塞杆伸出，把锌锭顶起来，滑落到下一种板

上，由于板的倾斜角度不小于锌锭的自锁角度，因此锭块可以自由滑落下

来，不转变锭日勺形式。当需要翻锭时，背面日勺气缸活塞杆伸出，由于行程

大，把锌锭顶翻，锌锭落到前面板上，也由于角度大，锌锭自由的下滑下

来，锌锭股I形式变化。锌锭从板上滑落下来后，触碰开关，是气缸复位，

等待下个锌锭。

5.2翻锭装置机构选择

采用两个气缸推锌锭口勺两个不一样位置在重力作用下实现翻锭效果。

翻锭槽口勺一端跟传送带1相连，为了使锌锭精确滑入翻锭槽，因此此端两

侧板应当合适往外张可以起到引导锌锭滑入口勺作用。滑入翻锭槽后，翻板

将其临时卡住，根据翻锭需要，分别伸出上面口勺长程气缸和下面的短程气

缸，两气缸的拉杆都连接着推板（推板嵌在翻锭槽底板上），实现翻锭。根

据锌锭的尺寸，确定翻锭槽日勺长610,高95,宽310,翻板时长193,高30,

宽310,推板的长230,宽30（单位：毫米）。

5.3翻锭驱动气缸选择

翻锭槽与水平面日勺夹角为40°

翻锭产生的力矩，

长程气缸的力矩：M=FXL=mXgXL=12.5cos40°X9.8X0.095=8.9N.M

短程气缸的J力矩:M=FXL=mXgXL=12.5cos40°X9.8X0.030=2.8N.M

根据接锭装置中接锭气缸输出力的计算公式：

F=n/4XD2PsP

由于锌锭码垛机翻锭装置的工作规定，若取BR.8,气缸工作压力

Ps=0.5Mpao

则当选择气缸内径为32nmi,

F=JT/4XD2Psf3

=IT/4X0.0322XO.5XX0.8

^322N

推力最大可达322No

根据上述气缸推力，长程气缸选QGBH32X120—MT4,短程气缸选QGBII32

X50-MT4,强度和力度都满足设计规定。

第六章运锭装置设计

6.1传送带的选择

与载锭装置同样负载极限都需要符合规定。传送带口勺宽度要不不小于

接锭槽之间的宽度，这样才能使锭从翻锭装置下来平稳，不跑偏。

6.2传送机构选择

由于从翻锭到被机械手抓锭尚有一段距离，传送带上锌锭诸多，因此

在有锌锭在上面H勺地方，下面放小滚筒来支撑，滚筒的长度根据机架的宽

度决定，滚筒间日勺间距尽量小一点，可以保证传送锌锭日勺平稳，不会导致

错位、跑偏等状况。

其基本构造与前面日勺载锭装置相似，构件基本相似。区别之处在于这

里放一块挡板，作用有两个，一是取信号，当锌锭碰到挡板，瞬间产生个

信号，此信号被PLC微分采集，用来控制下步操作。二是拦锭，使锭到指

定位置，好被机械手抓起运走。

6.3减速机的选择

传送锌锭的J速度不能太高，因此不能直接把电机直联到传送滚筒匕

需要安放减速装置，这里还是选择行星摆线针轮减速机。

行星摆线减速机是一种应用行星传动原理，采用摆线针轮啮合，设计

先进、构造新奇H勺减速机构。

行星摆线针轮减速机重要特点：1、传动比大。一级减速时传动比为

1/6—1/87o两级减速时传动比为1/99—1/7569；二级传动时传动比为

l/5841-l/658503o此外根据需要还可以采用多级组合，速比到达指定大。

2、传动效率高。由于啮合部位采用了滚动啮合，一般一级传动效率为

90%-95%o3、构造紧凑，体积小，重量轻。体积和一般圆柱齿轮减速机

相比可减小2/1—2/3。4、故障少，寿命长。重要传动啮合件使用轴承钢

磨削制造，因此机械性能与耐磨性能均佳，又因其为滚动摩擦，因而故障

少，寿命长。5、运转平稳可靠。因传动过程中为多齿啮合，因此使之运

转平稳可靠，噪声低。6、拆装以便，轻易维修。7、过载能力强，耐冲

击，惯性力矩小，合用于起动频繁和正反转运转的特点。

选用的减速机是把电机直联到减速机上，安装以便，使用便利，重要

的是传动比大，可以大比率减速，由于一级传动效率为90%-95%,因此选

择一级减速传动比为1/6-1/87,可以实现符合设计规定的转数。

第七章机械手设计

这是本次设计的又一种重点环节，笔者在此前设计者的基础上，做了

很大日勺改善。

7.1总体设计

机械手的作用是把排好日勺锌锭抓起来，按照规定的码垛方式，在空中

运送并旋转90度。所有过程大概可以描诉为抓锭、运锭、旋转、放锭几种

过程。这里机械手完毕这些功能一定在生产节拍范围内完毕，否则会在挡

板处出现堆积的现象。设计的思想是规定机构简朴，动作可靠，精确，迅

速，并且便于安装维护。

7.2部件设计

机械手日勺张紧是借助气缸，这样增长动作日勺可靠性，又简化成果。旋

转是靠一种气缸给转盘一种旋转力矩来实现日勺，旋转气缸固定小车上。转

盘与小车之间是靠一种推力球轴承连接，这样既减少了摩擦力，又实现了

旋转功能。机械手日勺上升和下降也借助于气缸，同步为了防止在运动过程

中机械手的摆动而引起日勺气缸杆的偏置，导致气缸漏气，设计了两个导向

柱，这样既防止漏气，有增长运动的可靠性。小车在导轨上移动，导轨采

用原则槽钢，车轮日勺设计有防止轴向窜动内构造，轮子与导轨一直接触，

保证小车沿直线运动，保证了运动的平稳性。

机械手的机构原理简图如图7-1

图7—1机械手简图

7.3机械手部件日勺选用

(1)移动气缸的选用：此气缸是使小车水平移动，根据整个部件的重量大

概为lOOOKg以和车轮与导轨之间的摩擦系数0.3,可以估算出其的摩擦力

f=uN=1000X9.8X0.3=2940N,若取B=0.8,气缸工作压力Ps=0.5Mpa。

则当选择气缸内径为100mm,

F=n/4XD2Ps6

=n/4X0.I2X0.5XX0.8

-3142N

推力最大可达3142No

根据上述气缸推力，选定气缸为：QGBII100X1000—MT4,强度和力

都满足设计规定。

(2)升降气缸的选用:一次机械手爪取一块为12.5X9.8=122.5N。此外

加上机械手自重大概为60Kg,总重大概为F=122.5+60X9.8=710.5N,估算

出气缸的大小，在根据机械手到锌锭的高度，来确定行程。若取8=0.8,

气缸工作压力Ps=O.5Mpao

则当选择气缸内径为50mm,

F=n/4XD2PsP

=Ji/4X0.052X0.5XX0.8

-785N

推力最大可达785No

根据上述气缸推力，选用气缸为：QGBII50X600—MF1,强度和力都

满足设计规定。

(3)旋转气缸的选用：由于转盘下面是推力球轴承，摩擦力不大概为

0.0010^0.0015,此外根据旋转点的位置，若取B=0.8,气缸工作压力

Ps=0.5Mpao

则当选择气缸内径为32nlm,

F=兀/4XD2Ps6

=n/4X0.0322XO.5XXO.8

"322N

推力最大可达322No

根据上述气缸推力，选用气缸为：QGBII32X250—MT4,强度和力都

满足设计规定。

(4)开合气缸的选用：这个气缸选择双活塞杆的气缸，这样利于控制，并

且保证两个手爪同步抓住锌锭，抓锭平稳。若取B=0.8,气缸工作压力

Ps=O.5Mpa。

则当选择气缸内径为32nlm,

F=n/4XD2PsP

=Ji/4XO.0322XO.5XX0.8

-322N

推力最大可达322No

则选定气缸为：QGBIIH—32X52X52—MSIo

(5)手爪Ef、J设计：这次设计中的手爪很有新意，又能起到抓锭日勺功能，还

能起到把锭在运锭装置上对中、拢锭日勺功能，一举两得，并且制作轻易，

构造简朴。

第八章拢锭装置设计

拢锭装置包括X方向的拢锭气缸和推板，Y方向时拢锭气缸和推板。机

械手放锭位置如图7,机械手放锭位置都可以固定在一点上，放在此位置才

能在两种码垛方式状况下都不发生干涉。由于锌锭大小略有不一样，此固

定点在实际状况还要向外移出某些，因此锌锭很大的一部分要放在上一层

锌锭的外边。为了防止锌锭意外滚落和提高拢垛气缸推锭的稳定性，设计

一种中间有个方孔的拢锭平台，方孔的大小面积等于升降平台的大小，这

样上一层锌锭面或开始码垛时的升降平台台面在此方孔内且与拢锭平台相

平。推板顺着拢锭平台与上一层锌锭面构成的平面推锭，非常可靠。

8.1码垛形式与推锭次序

图8—1左（a）右（b）

图8—2推锭次序（a）

I应目M翱d假向＜

〒〒丁丁丁

图8-3推锭次序(b)

对于码跺形式一(图8—1(a))和码跺形式二(图8—1(b)),本次

设计都采用了相似的推锭方式，即先X后Y日勺方式。

码形式一日勺层时，第一块放下后，X气缸动作，将它推到旁边日勺挡板上,

然后Y方向动作，将其推到指定位置，第二块也同样，先X后Y,往后依次

类推。当码形式二日勺层时，也同样，第一块放下后，X方向先动作，然后反

复和推形式同样日勺流程。

8.2推板设计

推板设计也有新口勺突破，采用弹簧收缩的方式来实现把锌锭推到不一

样的位置，(见图纸)，这种构造简朴，易维修和拆卸，使用很以便。在X

方向仅需要X方向一条线上行程变化，因此用两个推杆前面接个推板，推

板使推力均匀，锌锭受力均匀，不发生偏斜，弹簧强度(k=o.9K/N)是当

单推一块时，弹簧不收缩，保持原形，靠推杆推块，当碰到前一块锌锭时

弹簧受力回缩，来抵消剩余日勺气缸的行程。在Y方向上需要在Y方向三条

线上行程变化，因应用六个推杆，对于形式一当第一块码好后，推第二块

时，三个回缩，三个不回缩，三个推杆给锌锭日勺力是同样，不会让锌锭歪

斜，往后几种状况类似。对于形式二，推第一、二块时两个伸缩，推第三

块时四个推杆收缩，推第四块时六个都回缩，虽然推锭时有时推杆收缩量

大小不一，但每块锌锭上受到的每个推杆给日勺力是同样的，这样就防止推

歪H勺现象时发生。

8.3拢锭气缸日勺选择

拢锭时，每层有4个锌锭，则摩擦力大概为f=uN=0.3X12.5X9.8X

4=147N,考虑力日勺大小，拢锭气缸的力约在190—300N之间，可选内径为

32#,拢锭分别600、250mm行程，气缸为：X向QGB32X600—MSI；Y向

QGB32X250—MSIo

第九章升降平台和输出小车设计

o

图9一1升降平台和输出小车的简图

升降平台是用油缸来控制H勺，油缸上面固定在升降台上，下面固定在

小车上，伴随小车运动。

由于气缸在重载下轻易漏气，行程难控制，这样会使升降台不稳，码

垛质量差。用油缸利于控制行程，强度大，适合重载的状况。此外，旁边

尚有两个导轨支撑，使升降平台愈加平稳，增强码垛的质量，也提高了升

降台日勺强度。

输出小车上面有两个升降台和油缸装置，小车下面由气缸控制，推进

小车在导轨上行进，这里导轨也用原则槽钢，车轮与它相配合，设计两个

升降台的目的是为了不是码垛中断，使整个生产线持续作业提供了也许性。

由于小车移动慢，机械手往复来回很快，这样就导致了机械手等小车日勺现

象，为了防止这些，用两个升降台互相轮换着搬运锌垛大大的提高了生产

效率，可以完毕生产任务规定，使整条生产线到达最佳运用效率。

第十章码跺机总装配图阐明

码跺机总装配图详见图纸。该码垛机部件安放都用角钢来做架子支撑,

角钢连接处，有焊接和螺纹连接；部分部件还要涂上防锈漆；运动连接处

还要有润滑剂来润滑。输出小车安放在一种地坑里，捆扎、打包，直接在

升降台上进行，然后要运走。规定传送机支撑轴承座轴承孔同轴度误差不

不小于2mm。规定机械手的移动小车导轨和输出小车的导轨平行度误差不不

小于2mm。

第十一章PLC编程

11.1可编程序控制器(programmablelogicaIcontroIler)

可编程序控制器(programmablelogicalcontroller)是20世纪

70年代开始迅速发展起来的新一代工业控制装置，它以原有的继电器、逻

辑运算、次序控制为基础逐渐发展成为既有逻辑控制、计时、计数、分支

程序、子程序等次序控制功能，也有数学运算、数据处理、模拟量调整、

操作显示、联网通讯等功能。可编程序控制器构造简朴、编程以便、性能

可靠，被广泛应用于工业生产控制中。

可编程序控制器W、J工作原理是巡回扫描原理，这是它与一般微机运行

时最大的不一样之处。它不像微机那样把顾客程序从头到尾次序执行一遍,

而是把顾客程序执行完一次后再返回去执行第二次、第三次、……，直至

停机。

11.2OMRONC200H可编程序控制器

本系统使用日本立石（OMRON）企业日勺SYSMACC20011型PLC,属于小

型机，因性能价格比优越，在工业生产中应用很广。

C200HPLC为模块式构造，其构造框图见图CPU单元为系统日勺关

键，包括电源、微处理器、系统存储器、控制逻辑和接口电路等。CPU单元

上尚有顾客存储器、录音机以和编程器等外设接口。基本I/。单元和智能

I/O单元通过统一日勺原则总线SYSBUS与CPU单元相连。

用户存储

器单元

录音机

接口

特殊基本基本

单元

u编程器

1/0I/OI/O（内装电源）

单元单元单元

图11一1C200HPLC构造简图

11.3PLC控制过程

接锭气缸处在未伸出位置，即接锭机构处在接锭位置。机械手初始位置

为所控制气缸未伸出时日勺位置，即左上位，且手臂处在张开状态。升降台

小车同样处在气缸未伸出位置。工作的升降台被油缸升到顶部工作位置。

锌锭从连铸机上脱落后由于重力作用落在接锭机构上，接锭机构将锌

锭平稳的放到传送带上1,传送带1将锌锭送到翻锭机构内，此处可以通过

两个气缸决定锌锭与否翻转。之后锌锭滑到传送带2上，传送带2将锌锭

送到机械手抓锭的位置。通过机械手的一系列动作将锌锭运到升降台上。

然后用拢锭气缸将锌锭按规定码成垛。

规定：1、行程开关的信号精确。

2、气缸动作要准时。

3、传送带平稳传送。

记录输入、输出点个数选择PLC型号

输入信号：

接锭信号采集用行程开关1个（瞬间信号）

翻锭信号采集用行程开关1个

机械手下降信号采集用行程开关2个

机械手臂闭合信号采集用行程开关1个

机械手运锭、旋转信号采集用行程开关1个

层计数信号采集用行程开关1个

拢锭信号采集用行程开关2个（保持信号）

升降台小车移动信号采集用行程开关1个

以上共需要12个输入点。

输出信号：

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

机械手旋转气缸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

码垛完毕指示灯2个

以上共需要16个输出点。根据上述记录,可选用OMRON企业的C200H型PLC,

选用1个16点DC输入摸块C200H-ID212,满足输入点的规定。选用2个

12点继电器类输出，模块C200H-0C222,工有24个输出点，可满足输出点

数规定。

（3）分派PLCH勺输入/输出端子

使用5槽母板C200H-BC051,将输入模块放在CPC机架铝槽，则输入模

块的通道号为OOOCH；将输出模块分别插在CPU机架的4槽，则输出模块的

通道号分别为003cH和004CH,输入模块端子分派接线如图所示:

表11-1

输入输出

接锭0000000400接锭

翻锭0000100401翻锭

机械手下降0000200402不翻锭

爪开合0000300403机械手下降（上升）

上限位0000400404爪合（开）

机械手下降0000500405机械手运锭

层计数0000600406机械手旋转

小车移动0000700407油缸（1）上升

油缸上升0000800408油缸（2）上升

油缸上升0000900409小车左移（右移）

X向拢锭0001000410X向拢锭

Y向拢锭0001100411Y向拢锭

00412垛完毕指示灯

00413垛完毕指示灯

00414油缸下降

00415油缸下降

（4）接锭控制

锌锭从连铸机上翻下来，铸造槽磕锭将锌锭磕下，同步触发行程开关

1XK（接00000）,为接锭气缸提供信号，即两个微分信号00100、00101,

再用KEEP命令保持00101。00101在0N的状态下即控制气缸将锌锭平稳日勺

放到传送带1上，并保持一定期间，待锌锭向前运行一定距离后，KEEP命

令复位，00101变成OFF状态，气缸复位，准备下一次接锭。复位信号为定

期器TIM000。梯形图如下:

00000

D1FU00100

-DIFU00101I

00100

||(KEEP

00101}

TIMOOO

-------'I----------

00101

TIMOOO

#030

00101

00400

图11—2

（5）翻锭控制

通过传送带1将锌锭运到翻锭槽内，此时会触动行程开关2XK（接

00001）,为翻锭提供信号。当00001从OFF变为0N时发出两个微分信号

00102、00103o每次00102信号都将计时器CNTOOO减一（初值为0040）。

当第40块锌锭触发2XK时，CNTOOO将输出0N。由CNTOOO的状态和被保持

信号00103串联决定与否翻锭。在第40块和下一块之间将CNTOOO复位，

进行下一轮计数。此处用TIM001复位。梯形图如下：

00001CNTOOO00103

—…」AA/1AO

\n)1I1HLiUoUn1UAQJCNTOOO

TIM

00102

001

，#010

CNT

T00100000102

#004011KEEP

00103

T002

CNTOOO0010300102

TIM

00401

002

#010

图11—3

（6）机械手下降

锌锭从翻锭槽内滑落到传送带2上。传送带2将锌锭运到一定位置，

并触发行程开关3XK,（接00002）。控制机械手下降。当机械手抓锭后上升,

纵向气缸将机械手推至右限位，触发右限位行程开关6XK（接00005）,同

样控制机械手下降。因此将两个信号并联。如下图所示：

0000200106

/11M\

DIFU00104\006}

#015

00005

DIFU0010500105

nn/inQ

DIFU0010600003

7

00104DIFU0010

KEEP

0010500107Z、

(TIM、

T004\001j

#005

T006

图11—4

（7）控制手臂闭合

当机械手在右限位下降至下限位时会触发下限位行程开关4XK（接

00003）,发出信号控制手臂闭合，并保持到机械手将锭运至升降台上方。

梯形图如下:

00003

DIFU00107

DIFU00108

00107

KEEP

00108

T003

TIM

003

#035

图11—5

（8）控制机械手旋转

码垛方式有两种，如下图:

图11—6

需要旋转的锌锭有奇数层的第2块和第3块，偶数层所有旋转，一垛共10

层。用计数器CNT004来控制偶数层旋转。用数据比较指令来控制奇数的第

2块和第3块旋转。梯形图如下:

图11—7

（9）机械手运锭

当机械手抓锭后上升至上限位触动上限位行程开关5XK（接00004）,

控制气缸将机械手移至右限位。梯形图如下：

00004

DIFU00109

DIR.I00110

00109

(KEEP

00110

T005

00110

00405

00,09TIMA

\005/

,*035图

11—8

（10）拢锭控制

当锌锭从手臂中落下时，触动行程开关11XK（接00010）控制X向气

缸拢锭。X向拢锭气缸复位后，触发行程开关12XK,控制Y向气缸拢锭。

梯形图如下:

X向

Y向

00011

DTFU00300

DIFU00301

019

图11T

（11）升降台控制

本系统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。升降台用泊缸支撑，通过调整节流阀可以精确控制升降台下降高

度。层下降用计数器CNT001和定期器TIM007控制。每当升降台下降一次

都会触动行程开关7XK（接00006）来计层数。下降10层后升降台继续下

降一段距离，以免升降台小车移动时，已经完毕时垛碰到辅助接锭板。初

始位置时，1号升降台处在工作位置，触动行程开关9XK（接00008）,使升

降台1上升。当2号升降台处在工作位置时，会触发行程开关10XK（接

00009）,使升降台2上升0梯形图如下: