钢管自动码包机设计

袁润超

摘 要：我司生产制造的华捷牌钢管通过涂覆或者中频复合后，成品钢管需进入后工序对钢管表面进行打印字码和商标。通过后工序处理的成品钢管需要进行码包成正六边形后捆扎打包带和外包装塑料薄膜，以便更好地运输和保护产品。在成品钢管的正六边形码包环节当中，我司仍需通过人工进行搬运钢管码包。为提高机械自动化程度，我司特对码包环节进行新一轮机械创新技术改造，以提高我司的码包生产效率及降低工人的劳动强度。

关键词：钢管；码包；自动化

中图分类号：TH692.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）01-0121-02

Abstract： Our production and manufacture of Huajie steel pipe through coating or if composite， the finished steel pipe enters the post-process to print the surface of the steel tube font code and trademark. The finished steel pipe processed through the post-working procedure needs to be coded with hexagonal strapping tape and outer packaging plastic film in order to better transport and protect the products. In the finished steel pipe hexagonal code package link， we still need to carry out manual handling of steel pipe code package. In order to improve the degree of mechanical automation， we have carried out a new round of mechanical innovation to improve the efficiency of code package production and reduce the labor intensity of workers.

Keywords： steel pipe； code packet； automation

引言

本次设计重点对自动吊装的结构进行了可行改进设计，使用了CAD、Pro/e等工程制图软件对该机器进行结构设计、绘制和分析。本设计所使用的丝杆传动与带、链、摩擦、液压等其他机械传动形式相比，具有传动精度和效率高、传动平稳、可靠性好、结构紧凑、和使用寿命长等特点。

1 自动码包机工作原理

1.1 工艺流程

1.2 控制机构

由排管架勾管、电磁吸盘运动机构、集管架升降平台、移管机构四部份组成。

（1）排管架勾管：由刹车电机、旋转勾管机构、停止限位接近开关，有管信号接近开关组成。

功能：控制程序能自动判别每次搬运的钢管在打包架堆放的层数，按六角形打包要求自动控制进料的旋转勾管机构每次连续勾管的支数（准确计算每层排列的钢管数量），由旋转机构实现快速勾管进料。

（2）电磁吸盘运动机构：含升降伺服控制机构、平移伺服控制机构、电永磁吸盘。

功能：将钢管从上料排管架自动搬运至集管架，并按打包要求分层定位放置，根据包装的钢管排列要求自动实现钢管的有序搬放操作。

（3）集管架升降平台：六角形打包架、管端对齐气缸、升降平台、集管架升降电机。

功能：对齐钢管，搬至集管架的每层钢管均用气缸挡板推动对齐；手动操作打包机完成钢管的捆扎；升降平台将打包的钢管升离集管架。

（4）移管机构：集管架传动链条电机，推出链和横移电机。

功能：集管架传动链条电机驱动辊道将打包好的钢管从升降平台升移出集管架，推出链和横移链的辊道将钢管送至下工序并吊运至堆场。

1.3 电永磁吸盘吊管原理

电永磁吸盘是指依靠永磁磁钢产生吸力，用激磁线圈对磁钢的吸力进行控制，起到吸力开关作用的吸盘。矩形电永磁吸盘主要应用于直线移动导轨机构，可实现移动量的精确显示和自动控制，广泛应用于机床加工和仪器的精密测量。电脉冲消耗能量极少，吸盘不会产生热变形，电永磁吸盘没有类似普通永磁吸盘磁组之类的滑动部件，其结构平稳、坚固、精度高。

自动码包机使用电磁吸盘通电通过磁力吸取钢管，然后通过丝杆上下升降和前后运动到达相应位置，断电放置钢管。如此来回数次，将每层不同數量的钢管码成正六边形形状。码包完毕的成品钢管通过打包钢带捆绑后，通过下层举升输送小车升高，输送辊把钢管推送至码包机外堆放。

机械布局图如图2、图3：

2 自动码包机机构

2.1 提升装置——滚珠丝杆

滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。

滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。

2.2 输送行走装置——直线导轨

直线导轨可分为：滚轮直线导轨，圆柱直线导轨，滚珠直线导轨三种，是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。直线导轨运动的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上，直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。endprint

2.3 直线导轨选型

根据各项负载重量，初选直线导轨型号为导轨宽45mm，法兰型，标准安装螺丝孔，长度尺寸分别为1200mm和3000mm。

3 下层举升输送小车工作原理

自动码包机已经码包好的钢管因码包机机构支架阻挡，并不能使用天车龙门吊直接在原位置吊装运输走，所以本设计在码包机下层特设计配套一台自动举升输送小车，以及时将打包好的钢管输送出去，令码包机能不停机等待及时开始进入下一个码包过程。

举升输送小车通过下层的两台丝杠升降机联动，在3秒内即能将一扎码包好的钢管举升200mm，然后通过举升小车上设置的输送辊轮将钢管输出至码包机外，即能使用其他吊装工具搬运至其他地方堆放。

4 自动码包机电气控制系统

自动码包机因需控制伺服电机和整套伺服系统控制，实现快速精准的定位运行。通过工艺流程设计PLC、HMI控制程序编程，开发出自动码包的运行程序。使用伺服控制系统，控制大扭矩5kW伺服电机，通过减速箱和转角器传递动力至滚珠丝杆，实现机构快速精准上下吸取钢管至指定位置。并且因为码包六角包需要，每层堆放的钢管数量不同，需要通过控制自动数数功能，达到不同规格不同数量的钢管送达至存料区。

伺服系统：

硬件：采用交流伺服驱动器与可编程逻辑控制器（PLC）作为控制系统的核心，结合人机界面，控制2台伺服电机实现正向、反向、原点回归和自动调节等动作驱动电磁吸盘装置的升降和平移准确定位。

软件：按工艺流程设计PLC、HMI控制程序。

小车脉冲系数

K=Z*M*π/4*P*i

式中：Z——齿轮齿数；M——模数；i——减速箱传动比；P——脉冲编码器每转脉冲数

例如：齿数为24，模数为6，减速箱传动比为5.1，车编码器为1000脉冲/转，则K=0.0226，在参数输入画面里输入2260，即显示为0.02260。

小车脉冲系数也可以这样简单计算出来，假设当前的系数为0.02，首先将系统复位，在平移长度的显示窗口显示为零的情况下，手动控制小车实际向右移动500毫米，若平移长度显示为550毫米，则用下式计算出新的小车脉冲系数：

K=500*0.02/550=0.01818

将0.01818输入到小车脉冲系数后，可重新校正一次。

5 结束语

本自动码包机设计制造解决了实际生产过程的问题，实现了钢管自动码包，提高了钢管码包的生产效率以及降低了工人的劳动强度。

今后我更会关注新技術新设备新工艺的发展，争取及时地掌握这些先进的知识和技术。

参考文献：

[1]朱龙根.简明机械零件设计手册（第二版）[M].机械工业出版社，2005.

[2]邓星钟.机电传动控制（第三版）[M].华中科技大学出版社，2001.

[3]机械工业部北京起重运输机械研究所.DTⅡ型固定带式输送机设计选用手册[M].冶金工业出版社，2003.

[4]陈维健，齐秀丽，肖林京，等.矿山运输与提升机械[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.endprint