1mm钢板自动剪切送料机可升降底座的设计毕业设计论文.docx

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1、1mm钢板自动剪切送料机可升降底座的设计本 科 毕 业 设 计（论文）1mm钢板自动剪切送料机可升降底座的设计DesignofLifterBasefor1mm SteelPlate AutomaticCuttingMachineFeeding System学 院（系）： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 1mm钢板自动剪切送料机可升降底座的设计摘 要1mm钢板自动剪切送料机是料斗车生产过程中高效的送料设备，可升降底座是该送料机的重要组成部分，怎样实现底座的自动升降是本设计的一项重要课题。本设计结合该送料机生产过程中的技术要求主要完成了以下几项工作：第一，根据该设备的送料特点

2、完成了可升降底座的总体设计和装配图设计；第二，根据本设计中底座的升降特点完成了剪式液压升降机构的设计、液压系统的设计和自动升降控制系统的设计；第三，根据本设计中底座的工作载荷完成了典型零件的设计与校核。以上三方面设计的完成实现了底座的自动升降，为提高生产质量、提高生产效率、降低生产过程中工人的劳动强度提供了现实的可能性。关键词升降底座；钢板剪切机；送料机DesignofLifterBasefor1mm SteelPlate AutomaticCuttingMachineFeeding SystemAbstract：1 mm thin steel plate automatic shear an

3、d feed system is an efficient feeding device in the process of feeder hopper production. Lifter base is an important part of the machine. The automatic lifting of the base is a key link in this design. The following works have been finished in this paper: Firstly, the overall design and assembly dra

4、wing design of the lifter base have been done according to the characteristics of the feed device. Secondly, the scissors hydraulic lifting mechanism, the hydraulic system and elevator control system have been designed. Thirdly, the structure and strength of the main parts have been discussed and de

5、termined. The design above make the base lifting automatically, and then produce the good quality and high efficiency of the production , and lower the labor intensity of the workers in the working process.Key words: lifterbase; steelplate automaticcuttingmachine; feeding system 目 录1 绪论11.1 钢板自动剪切送料

6、机的发展趋势及简介12升降装置的方案分析与确定22.1 方案1：剪式液压升降平台22.1.1 剪式液压升降平台的工作原理、特点及运动示意图22.2 方案2：螺旋升降机构32.2.2 螺旋升降机构的工作原理、特点及运动示意图32.3 确定本设计升降装置的结构形式42.4 可升降底座总装图的确定43 剪式液压升降平台的应用及其受力分析的讨论63.1 剪式液压升降平台的三种结构形式63.2 剪式液压升降机构的位置参数分析73.3剪式液压升降机构的运动参数分析83.4 剪式液压升降机构的动力参数分析94 剪式液压升降机构液压系统的设计94.1 确定液压系统的主要参数94.1.1 载荷的组成与计算104

7、.1.2 初选系统压力124.1.3 计算液压缸的主要结构尺寸124.1.4 确定液压泵的参数144.1.5 管道尺寸的确定154.1.6 油箱容量的确定164.2 绘制液压系统原理图164.2.1 液压系统设计（液压系统图）164.2.2 液压系统工作原理分析164.3 电动机的选择185 钢板自动剪切送料机可升降底座的典型零件设计与校核195.1 底座的设计和强度的校核195.1.1 底座结构的合理设计195.1.2 底座的强度校核及主要尺寸的确定195.2 台板与举升臂的结构设计和校核215.2.1 台板与举升臂的结构设计215.2.2举升臂的强度校核、材料及结构尺寸的确定226 自动升

8、降控制系统的设计简介256.1 PLC控制系统初步设计256.2 端口分配图266.3 元件的选择267 总结28参考文献29附录30致谢321 绪论1.1 钢板自动剪切送料机的发展趋势及简介送料机就是输送材料的机器，是无论是轻工业还是重工业都不可缺少的设备。传统观念，送料机是借助于机器运动的作用力加力于材料，对材料进行运动运输的机器。近代的送料机发生了一些变化，开始将高压空气、超声波等先进技术用于送料技术中，但人们仍然将这些设备归纳在送料机类的设备中。随着科技的发展送料机的种类变得越来越多样化，以适应各种场合的送料需求，具体来说送料机大概可分为以下几类：埋刮板送料机带式送料机3.螺旋送料机振

9、动送料机5.斗式送料机。另外，目前比较先进的送料机还有新型夹式送料机、NC（数控）滚轮送料机、高速滚轮送料机、空气自动送料机、齿轮更换式送料机等等。钢板自动剪切送料机是送料机中典型的一种，自动送料可分为备料、送料、定长剪料三个步骤，对应的将该装置可分为三个部分，即备料平台、送料机构、定长推进装置。被裁剪钢板成摞吊装在备料平台上，送料装置分张吊起，向前送入定长推进装置，间歇送入剪切机定长剪切。备料平台是自动剪切机的重要部分，工作时，码放的钢板每经送料机构吸盘的一次抓取，总体高度就会随之下降，使得吸盘的下一次工作环境改变，影响吸盘的正常工作，因此，始终保证码放钢板始终在一定的位置高度是很重要的，以

10、便于在每次送料的过程中吸盘吸附输送钢板的高度是一定的，从而使吸盘送料的效率更高，那么这就对剪切送料机的自动化提出更高的要求，这就需要有一个可升降的底座来盛放待加工的钢板，同时该底座能根据钢板数量的减少自动上升一定的高度（这个过程可以通过PLC技术来实现），以方便吸盘的送料。随着我国液压技术的发展，液压升降平台在自动升降场合使用的越来越广泛，常用的液压升降平台有很多种类，比如四轮移动式升降平台、二轮牵引式升降平台、汽车改装式升降平台、手推式升降平台、手摇式升降平台、交直流两用升降平台、电瓶车载式升降平台、剪式升降平台、汽车改装式升降平台、柴油机曲臂自行式升降平台等等。结合我国液压技术发展的现状，

11、自动剪切送料机工作的环境以及自动剪切送料机的成本等因素，该送料机的底座可采用剪式液压升降平台。钢板自动剪切送料机的每一送料循环由吸取、提升、送料等动作组成。其中最主要的是吸取和送料装置，对于吸取装置可选的方案有电磁吸盘、真空吸盘、摩擦轮等，但电磁吸盘由于磁力的穿透性，不能保证每次吸附一张。由于钢板表面光滑且开张较大，利用摩擦轮容易打滑且也不能保证钢板的分张传送，那么选用真空吸盘吸附钢板较为理想。钢板自动剪切送料机送进的每张钢板都需剪切成一定的尺寸，因此定长推进装置是自动剪切送料机的重要部分。目前，大多数企业对送料剪切自动化提出越来越来高的要求，并开发了自动剪切装置，实现了在一定的线路上连续输送

12、物料、确定长度、裁剪等环节为一体的自动化。在国际上，大多数的定长裁剪采用PLC与电气相结合或者采用测量轧辊来实现对钢板长度的精密保证，采用行程开关作为定长的部件也是常见的定长方法。随着科技的发展和市场需求，钢板自动剪切送料机自动化程度一定会越来越高，对提高钢板的加工质量，提高钢板加工效率，降低钢板加工成本一定会起到很大的促进作用的。2升降装置的方案分析与确定2.1 方案1：剪式液压升降平台2.1.1 剪式液压升降平台的工作原理、特点及运动示意图剪式液压升降台是靠剪刀式支承架的展开与折叠来完成货物平台的升降，其动力是通过液压缸的伸缩来推动剪刀的展开与折叠。剪式液压升降平台通常由平台、剪式升降机构

13、和底座三部分组成。平台位于最上面，主要是承受载荷，剪式升降机构是升降平台的关键组成部分，不同的升降平台有各自的剪式起升机构，从低起升到高起升，组成举升臂的数目增多，液压缸的布置形式也不相同，剪式起升机构的臂杆数和液压缸的布置形式由起升高度而定。底座位于最下面，其上附有支腿，滚轮，油箱等部件。如下图所示。图2-1 剪式液压升降平台实体图对剪式液压升降平台进行简化可得剪式举升机构运动见图，如下图所示。图2-2 剪式液压升降平台机构简图2.2 方案2：螺旋升降机构2.2.2 螺旋升降机构的工作原理、特点及运动示意图螺旋升降机是由蜗轮蜗杆、箱体、轴承、丝杠等零部件组成。工作原理为： 电机或者手动驱动蜗

14、杆旋转，蜗杆驱动蜗轮减速旋转，蜗轮内腔加工为内螺纹，驱动丝杠上下移动，由于内部有蜗轮蜗杆，丝杠的减速作用，达到放大推力的作用。螺旋丝杆升降机具有结构紧凑、体积小的特点；形式多、安装方便；可靠性高、寿命长；具有起升、下降及借助辅件推进、翻转等多种功能；可单台使用，也可多台联动使用；动力源广泛，可用电动机或其它动力连接带动，也可以用手动；通常用于低速重载的场合。如图所示。图2-3 螺旋升降机工作状态图图2-4 螺旋升降机构中间连接部分的结构图2.3 确定本设计升降装置的结构形式根据本设计任务书上的技术要求：钢板厚度：0.61.0mm；钢板规格：60001200mm；送料功率：500瓦左右；生产节拍

15、：60次/min。由以上可计算出生产节拍过程中底座和升降装置承受的载荷， 生产节拍中钢板张数；钢的密度；每块钢板的体积；代入数据可计算得则由计算结果可以看出生产过程中底座和升降装置承受的载荷是轻载，又由于生产节拍是60次/min，可知要想满足上述条件就需要采用轻载高速的升降装置，再结合螺旋升降机构和剪式液压升降平台的特点，所以选择液压升降平台可以实现上述的生产技术要求。2.4 可升降底座总装图的确定综合以上升降装置的方案分析和升降装置结构的确定，最终可以画出本次设计的总装图如下所示。图2-5 剪式举升机总装图图2-6 剪式举升机装配图3 剪式液压升降平台的应用及其受力分析的讨论3.1 剪式液压

16、升降平台的三种结构形式本设计主要侧重于参考市场上现有的中型工业用液压式的升降平台，从而设计出适合课题生产技术要求的剪式液压升降平台。在设计液压剪式升降平台的过程中，一般我们会考虑如下三种设计方案，如图所示。图3-1 剪式升降台的常见结构形式图中表示液压剪式升降平台的三种结构形式。长度相等的两根支撑杆AB和MN 铰接于两杆的中点E，两杆的M、A两端分别铰接于平板和机架上，两杆的B、M端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装位置不同。图a中的驱动液压缸的下部固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球窝接触。液压缸通过活塞杆使上平板铅

17、垂升降。图b的卧式液压缸活塞缸与支撑杆MN铰接于N处。液压缸驱动活塞杆控制平台铅垂升降。图c中的液压缸缸体尾部与机架铰接于G处，活塞杆头部与支撑杆AB铰接于F处。液压缸驱动活塞杆控制平台铅垂升降。按照液压缸的安装形式，称图a的形式为直立固定剪式结构，图b的形式为水平固定剪式结构，图c的形式为双铰接剪式结构。直立固定剪式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。水平固定剪式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。而且活塞杆所承受的载荷

18、力要比实际平台上的载荷力要大的多。所以实际也很少采用。双铰接剪式结构避免了上述缺点。结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。结合本设计的要求和以上的分析本设计可采用剪式升降结构下面就对其形式加以分析、论述。3.2 剪式液压升降机构的位置参数分析图3-2 （1） （2）式中，H任意位置时升降平台的高度；C任意位置时铰接点F到液压铰接点G的距离；L支撑杆的长度；支撑杆固定铰支点A到铰接点F的距离；T机架长度（A到G点的距离）；活塞杆与水平线的夹角。以下相同。将（2）式代入（1）式，并整理得 （3）设代入（3）式得 （4） 在（4）式中，升降平

19、台的初试高度；液压缸初始长度。3.3剪式液压升降机构的运动参数分析图3-3图中，是F点的绝对速度;是B点的绝对速度；是AB支撑杆的速度；是液压缸活塞平均相对速度；是升降平台升降速度。由图可知： ， ， ， ， 式中，液压缸活塞平均相对运动速度；升降平台升降速度；支撑杆与水平线的夹角。3.4 剪式液压升降机构的动力参数分析图3-4图中，P是由液压缸作用于活塞杆上的推力，Q是升降平台所承受的重力载荷。通过分析机构受力情况并进行计算（过程省略）得出：升降平台上升时有：（6）升降平台下降时有：（7）式中液压缸作用于活塞杆的推力；升降平台所承受的重力载荷；滚动摩察系数；载荷的作用线到上板左铰支点M的水平

20、距离。由于滚动轮与导向槽之间为滚动摩擦，摩察系数小（=0.01），为简化计算，或忽略不计，由（6）、（7）式简化为： 4 剪式液压升降机构液压系统的设计4.1 确定液压系统的主要参数 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。4.1.1 载荷的组成与计算首先，需要确定液压缸处于最大工作压力时的位置，通过上述的讨论，得知当液压缸与地面夹角为最小值时，也即支撑杆与地面夹角为最小值时，液压缸处于最大的工作压力状态下。根据钢板的形状尺寸、底座的高度、宽度确定举升臂轴距为,将举升臂的长度选定。升降平台的最低位

21、置受到底座高度的限制，但在考虑底座的情况下当液压缸下降到最低位置时（设此时支撑杆与地面的夹角），根据上述公式得。图4-1现在值是一个未知量，但值的大小必须在之内，初步设定根据活塞推力与台面荷重量关系式得。若的话得。通过二者比较，当时，活塞的最大推力要小于当时。即在值不变的条件下，与是成反比的。但考虑到活塞杆与支撑杆的铰接点A又不能太靠近两支撑杆的铰接点B,否则将会在两处铰接点产生很大的应力集中，以致降低疲劳强度。因此，应选比较合适。这时将代入公式得。当平台处于位置时，液压缸荷重最大，此时。下面就根据载荷量来选取合适的液压缸。图4-2 液压缸图5-2表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。

22、各有关参数标注于图上，其中是作用在活塞杆上的外部载荷，是活塞与缸壁及活塞杆与导向套之间的密封阻力。作用在活塞杆是的外部载荷包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。（1）工作载荷常见的工作载荷有作用于活塞杆上轴线的重力、剪切力、挤压力等，这些作用力的方向与活塞的运动方向相同为负，相反为正。在实际工作过程中，由于载荷量较大，活塞自身的重力可以忽略不计，剪切力与挤压力共同组成的外力即为工作载荷，在图4-n中，。由于本设计按最大载荷量定为2吨来计算，所以每个液压缸。 （2）导轨摩擦载荷对于直动型安装的液压缸一般都附有活塞导轨以固定其运动方向，导轨摩擦相对于总载荷可以忽略不计，因此（3）

23、惯性载荷，速度变化量起动或制动时间，一般机械为0.10.5s, 对轻度载荷低速运动部件取小值，对重载荷高速部件取大值，行走机械一般取0.51.5s，加速度初步选定速度变化量，则以上三种载荷之和成为液压缸的外载荷。起动加速度时，稳态运动时，减速制动时。工作载荷并非每个阶段都存在，如该阶段没工作，则。但在计算和校核时，应按照最大值取。除了外载荷外，作用于活塞上的还包括液压缸密封处的摩擦阻力，由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 式中液压缸的机械效率，一般去0.900.95，这里取0.95，则4.1.2 初选系统压力液压缸的选择要遵循系统压力的大小，要根据载荷的大

24、小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不是很经济;反之，压力选的太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定尺寸不太受限的设备，压力可选低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。按下表初步选取。各种机械常用的系统工作压力表4-14.1.3 计算液压缸的主要结构尺寸（1）液压缸的相关参数和结构尺寸 液压缸有关的设计参数见图所示。图4-3 液压缸设计参数图a为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b为液压缸

25、活塞杆工作在受拉状态。活塞杆受压时，活塞杆受拉时式中，无杆腔活塞有效工作面积 有杆腔活塞有效工作面积液压缸工作腔压力液压缸回油腔压力活塞直径活塞杆直径 在这里我们取背压力值 在本设计中，液压缸不存在受拉的状态，所以只考虑其受压。一般液压缸在受压状态下工作时，其活塞面积为: 用此公式须事先确定与的关系，或是活塞杆径与活塞直径的关系，令杆径比，其比值可按下表选取。按工作压力选取工作压力5.07.00.50.530.620.70.7表4-2按速度比要求确定1.251.331.460.16120.40.50.550.620.71表4-3注：速度比，为活塞两侧有效面积与之比。即如按工作压力应选取，则相应

26、的速度比，由于活塞不受拉力作用，所以活塞杆收缩时可以适当提高其速度，也是完全可以的。运用直径求法公式：，可以求出。液压缸的直径和活塞杆径的计算值要按国家标准规定的液压缸的有关标准进行圆整，如与标准液压缸参数相近，最好选用国产液压缸，免于自行设计加工。按照机械手册中工程液压缸的技术规格表可以选择圆整后的参数:缸径，活塞杆，速度比为2，推力，拉力。（2）计算活塞杆的行程当平台处于与底座上台面的阶梯面接触时的位置时，此时，此时活塞杆应处于不完全收缩状态，液压缸所需的总长度为，此时平台的高度就是底座的高度。再计算一下平台上升的最大高度，这里设上升至最大高度时，计算得出此时的平台高度，能够满足钢板送料过

27、程中的生产要求此时活塞杆伸长至。当活塞杆处于不完全收缩状态时即，而假设没有底座时当平台处于最低位置时此时，液压缸的长度就等于，选定液压缸长度，计算其行程: 查表可以查得液压缸长度不得小于，实际长度满足要求。4.1.4 确定液压泵的参数(1)确定液压泵的最大工作压力 式中液压缸最大工作压力，根据可以求出从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失。初算可按经验数据选取管路简单、流速不大的取0.20.5 ；管路复杂，进油口有调速阀的，取0.51.5这里取0.5即 （2）确定液压泵的流量 系统泄漏系数，一般取1.11.3，这里取1.2液压缸的最大流量，对于在工作中用节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小

28、溢流量，一般取。在前面已经初步选定台面速度变化量，我们就设定台面起升的最大速度，则活塞的运动速度应用公式，（这是在台面刚刚起升状态时，）。所以有，（3）选择液压泵的规格根据以上求得的和值，按系统中拟订的液压泵的形式，从手册中选择相应的液压泵产品。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大查找手册选择型齿轮泵，其参数如下表。型齿轮泵的各参数值表4-4（4）确定液压泵的驱动功率在工作中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，则，式中液压缸的总功率，参考下表4-5选择各液压泵的总功率液压泵类型齿轮泵螺旋泵叶片泵柱塞泵总功率0.60.70.650.800.600.750.800.85

29、表4-5则，据此可选择合适的电机型号。4.1.5 管道尺寸的确定在液压、气压传动及润滑的管道中常用的管子有钢管、铜管、胶管等，钢管能承受较高的压力，价廉，但安装时的弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便的地方。这里我们采用钢管连接。管道内径计算 ,式中通过管道内的流量，管道内允许流速，取值见下表。允许流速推荐值油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管道0.51.5一般取1一下液压系统压油管道36压力高，管道粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6表4-6取，分别应用上述公式得，。根据内径按标准系列选取相应的管子。按表37-9-1经过圆整后分别选取。对应管子壁厚4.1.6 油箱容量的确定在确

30、定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。初设计时，按经验公式选取。式中液压泵每分钟排出压力油的容积，经验系数取=44.2 绘制液压系统原理图4.2.1 液压系统设计（液压系统图）图4-4 剪式液压升降平台的液压系统图1.左机械锁液压缸 2.右机械锁液压缸 3.两位二通电磁阀 4.液压泵 5、7.溢流阀6.二位四通电磁阀 8.节流阀 9.单向阀 10、11.两位二通电磁阀 12.液控单向阀13.左升降液压缸 14.右升降液压缸 15.左行程开关 16.右行程开关4.2.2 液压系统工作原理分析1机械锁

31、回路机械锁回路由油缸1,油缸2和两位二通阀3组成。油缸1控制左举升臂机械锁的开合，油缸2控制右举升臂机械锁的开合。当两位二通阀3处于图示右位工作时，两油缸下腔与油箱直接相通，腔内油压为0油缸活塞在缸内弹簧和机械锁齿条自重的作用下收回，机械锁闭合，可升降底座的举升臂被锁住，不能移动，此时底座上的钢板处于合适的位置高度。以便于自动送料装置（真空吸盘）可以进行送料。当电磁铁YA1得电，两位二通阀3左位工作，压力油进入液压缸1, 2的下腔，驱动活塞向上移动，将机械锁打开。此时举升臂可以自由的上升或下降。2.升降回路升降回路由左升降液压缸13，右升降液压缸14，三位四通换向阀6，节流阀8，单向阀9组成。

32、其中，液压缸13和14分别驱动剪式液压升降台的左右两个举升臂升降，两缸串联，缸13的上腔与缸14的下腔直接相连。在无泄漏的情况下，活塞上升时，左缸13上腔流出的液压油全部流入右缸14的下腔，而在下降时，缸14下腔流出的液压油全部流入缸13的上腔。这样，两缸的活塞就会同时升降。如果两油缸的内径及活塞杆直径设计合理，就会使两缸活塞完全同步地上升或下降，举升机的两个举升臂也就始终处于相同的高度。液压缸13, 14活塞的升降由二位四通换向阀6控制，当电磁铁YA2得电时，换向阀6处于左位，液压油经过单向阀9驱动油缸13和14的活塞同步上升，举升臂将钢板举起。当电磁铁YA3得电时，换向阀6处于右位，液压油

33、驱动油缸13和14的活塞同步下降，缸13下腔排出的液压油经节流阀8流回油箱，举升臂将钢板放下。此处，单向阀9和节流阀8的作用是:当举升臂推动钢板上升时，液压油经单向阀9大流量流入缸13的下腔，以较快的速度推动活塞上升，当台板上钢板被送完，将台板放下时，缸13的下腔流出的液压油需经过节流阀8流回油箱，形成了节流阀出曰调速回路，节流阀的节流及背压作用可以防止举升机在钢板重力和举升臂自重的作用下过快下降，避免发生事故。当YA2和YA 3都不得电时，换向阀6处于中位，此时，油缸13和14的活塞位置被锁定，不能移动。相对应两举升臂也就停止不动。3.补油回路补油回路由2个二位二通电磁阀10和11,液控单向

34、阀12溢流阀7及行程开关15和16组成。行程开关15和16安装在举升机两侧举升臂行程的最上端。当换向阀6左位工作油缸13和14的活塞在液压油的驱动下同时上升，假若两活塞完全同步，同时到达最高点，两行程开关同时接通，补油回路不工作。若液压缸13的活塞首先到达最高点，行程开关15被接通，但缸14却未到达顶点，开关16仍处于断开状态，则电磁铁YA4得电，二位二通电磁阀10右位工作，液压油通过电磁阀10右位和液控单向阀12向液压缸14下腔补油，使缸14的活塞继续上行，直到到达最高点当达到最高点时，行程开关16也被接通，电磁铁YA2和YA4同时失电，二位四通阀6回到中位，二位二通阀10也返回左位，液控单

35、向阀12闭合，补油结束。反之，若缸14活塞首先到达行程的最高点，而缸13活塞还未到达时，行程开关16导通但15仍处于断开状态，电磁阀YA 5得电，其上位工作，压力油通过阀11通至液控单向阀12的控制曰，将单向阀12打开。此时液压缸13活塞继续上行，其上腔多余的液压油通过液控单向阀12和换向阀10左位以及溢流阀7排入油箱。当液压缸13活塞到达其行程上端，行程开关15接通时，YAS和YA2同时失电，阀6回到中位，阀11恢复下位，液控单向阀12关闭，补油结束。此处溢流阀7的作用是产生一定的背压，避免液控单向阀12打开时因液压缸14下腔直接连通油箱而可能产生的右升降臂在重力作用下下降的情况。4.3 电

36、动机的选择我国举升机构广泛采用直流电动机或交流电动机。直流电动机的主要优点是调速范围大、过载能力强、平滑的调速特性和较大的起动、制动转矩。但存在设备费用高、体积大和需要专用的供电电源等缺点。交流发电机，其主要优点是结构简单和供电方便。在举升机构中，一般采用三相交流感应电动机和锥形转子电动机，其工作电压为380 V 或220V。起升机构是举升机构中主要和基本的机构。起升电动机的运行特点是：起重时惯性载荷较小，所需的加速转矩很小，只有满载稳定运行转矩的10%20%，而电动机的平均起动转矩通常为额定转矩的1.61.8倍，使得起动时间短，电动机处于断续周期工作制。在举升机构机械设计中，电动机的选择主要

37、指电动机的绝缘等级、额定功率、额定电压、额定转速、种类及形式、防护等级、工作制度、调速方式、接电持续率等项目的选择，而其中最重要的是电机的功率计算。合理选择电动机功率的基本要求：在给定的工作条件和额定参数下，在额定载荷下工作时可靠的起动（即起动时间合理）并在最大工作载荷作用下具有足够的过载能力（工作中不发生停车现象）。由于该升降机工作时经常升降这也就需要电动机的起动与逆转，液压泵的转速以及电动机的负载功率根据额定功率P值，在结合该升降机中点的工作环境以及YZR、YZ系列电动机的特点：系用于驱动各种型式的起重机械及其他类似设备的专用产品；具有较大的过载能力和较高的机械强度，因此，它特别适用于那些

38、短时或断续周期工作制，频繁地起动、制动、有时过负荷及有显著振动与冲击的设备。故可据此选择合适的电机型号。选择YZR160M1-6额定功率，转速为1000r/min的电动机。因举升机经常启动，制动，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，因此选用YZR系列三相异步电动机是符合要求的，在电动机与液压泵之间采用带轮传动，改变传动比，就可以满足液压泵要求的转速。图4-5 YZR系列电动机结构图图4-6 YZR系列电机实体图5 钢板自动剪切送料机可升降底座的典型零件设计与校核5.1 底座的设计和强度的校核5.1.1 底座结构的合理设计本设计中的底座是用来码放钢板的，为了使钢板能够在底座上顺利的送进，再结合钢

39、板的形状尺寸则需设计底座的尺寸较大并且承受较大的压力故将底座设计成铸件。根据钢板尺寸和需要其实现的功能可将底座设计成如下图所示（二维零件图见附录图1）。图5-1 底座三维结构图5.1.2 底座的强度校核及主要尺寸的确定当钢板码好后底座所承受的力为（其大小见3.4）底座的受力分析图如下。图5-2 底座受力分析简图由上图可画出弯矩图并可求出最大弯矩。图5-3 底座弯矩图由弯矩图可以得出底座承受的最大弯矩在其终点处且，其横截面为矩形，根据材料力学的相关知识可以得出矩形截面的抗弯截面系数的公式表达式。图5-4 底座截面图那么可以求得底座所受的应力，。式中，举底座实际工作应力，材料许用应力，材料的极限应

40、力，对于HT350，为260MPa，安全系数，一般为大于1的值，这里取。根据经验取，由此式可以看出弯矩对工作应力的影响较轴向力要显著的多，所以在计算时应以最大弯矩为主要计算对象。底座在其中点截面拥有最大弯矩，即可以认为该截面拥有最大的工作应力。我们按照最大工作应力来选取合适的底座截面。将代入上式得所以这里确定了底座的横截面尺寸能够满足强度要求。5.2 台板与举升臂的结构设计和校核5.2.1 台板与举升臂的结构设计台板位于升降台的最上部，是支撑件的组成部分。钢板能够在升降台上平稳的停放并能始终保持在一定的位置高度就是台板起了关键的作用。需要说明的是台板并不是一个简单的钢板，而是在下面有滑道，因为

41、升降台举升臂上有滚轮，滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动，使升降台完成举升和回落动作。下底板也如此，三维零件图如下所示（二维零件图见附录图3）。图5-5台板三维图根据上面钢板的尺寸参数，确定台板的长度为，宽度材料采用热轧钢板。其形状见图纸。需要说明的是台板并不是一个简单的钢板，在设计时考虑到钢板的重量和台板的自重如图可将台板设计成空心的，也即采用钢板焊接得到。在台板的底部也采用焊接工艺将滑道板焊在其上，滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动，使升降台完成举升和回落动作。在台板底部合适的位置也采用焊接工艺将耳座（用来连接支撑叉杆）焊接在其上。举升臂杆是升降台最主要的举升部件，是主要的受力机构。对

42、其设计的成功与否关系到整个设计工作的成败，选材45号钢，热轧钢板。举升臂的外形图如图所示（二维零件图见附录图2）。图5-6 举升臂三维图举升臂是由两个杆通过连接杆焊接连接而成，一方面能满足举升臂的强度要求，另一方面能够保证举升臂的宽度要求。根据其结构特点和加工工艺，可以采用焊接工艺来加工该举升臂。5.2.2举升臂的强度校核、材料及结构尺寸的确定1.对举升臂受力分析首先定义每根杆的名称编号，如图所示。图5-7 升降台结构简图经分析杆1、2在其固定支座处受垂直方向和竖直方向的约束力，滚轮除了在水平方向受摩擦力（可忽略不计）外还受垂直方向的力作用。其受力分析如图所示。图5-8 举升臂1受力分析图对O

43、点做力矩分析并列平衡方程如下。其中，,解得对O点做力分析并列平衡方程如下：解得, 图5-9 举升臂2受力分析同举升臂1分析一样，对O点做力分析并列平衡方程如下： 解得同样2计算举升臂承受的弯矩由举升臂1、举升臂2的受力情况分别可画出其弯矩图，将其受力进行转化，画出弯矩图如下。 图5-10 举升臂1转化后受力图及弯矩图图5-11 举升臂2转化后受力图由举升臂1、2的弯矩图可看出两举升臂均在其中点处出现最大值。这样可以计算出举升臂1、2的最大弯曲应力。由于，所以只需计算举升臂2所受的最大弯曲应力。举升臂的横截面如为矩形，并设其面积为则接下来还需要考虑举升臂的轴向应力，由举升臂1、2的受力情况可画出

44、其轴力图如下图所示。图5-12 举升臂1轴力图图5-13 举升臂2轴力图同理经分析举升臂1、2的轴向受力，可以知道举升臂2在其中点处的轴向力最大。所以此时那么综合以上可以求得举升臂所受的总应力:，。其中，举升臂实际工作应力，材料许用应力，材料的极限应力，对于45号钢，为340MPa，安全系数，一般为大于1的值，这里取。根据经验取由此式可以看出弯矩对工作应力的影响较轴向力要显著的多，所以在计算时应以最大弯矩为主要计算对象。杆2所承受的最大工作应力。杆2的O截面拥有最大弯矩，即可以认为O截面拥有最大的工作应力。我们按照最大工作应力来选取合适的举升臂截面。将代入上式: 所以这里确定了举升臂的横截面尺

45、寸。6 自动升降控制系统的设计简介6.1 PLC控制系统初步设计作为一套自动化升降设备有一套完善的PLC控制系统是十分必要的。根据本设计所要完成的工作，分析得出以下工作步骤：真空吸盘从台板上吸取一块钢板后，台板所受的压力减轻，这个信号通过压力传感器将信号传至液压缸使其升到指定位置并停止6s，在这6s内真空吸盘完成吸附钢板并使钢板脱离台板。重复以上的步骤直至台板上没有钢板为止，也即台板不受压力此时也是通过在通过压力传感器将信号传至液压缸使液压缸下降从而使台板回复原来位置，为下一次码料做准备。其中需要的信号有:每两次送料间台板所受压力的差，液压缸上升到位，台板上升到位。需要控制的动作有:举升装置上升，举升装置下降。作为自动化的升降装置，需要设置开始开关和停止开关。6.2 端口分配图综合考虑整个控制过程需要获得的信号、需要控制的动作以及整个控制系统的所有控制开关，设计出PLC控制系统的端口分配图。 I/0口分配表输入电器输入点输出电器输出点启动按钮（SB）X0电机（真空泵）Y0停止按钮（SB1）X1液压马达Y1检测台板压力差（压力传感器）X2驱动电机Y2启动按钮（SB2）X3液