钢筋连接套温挤压成型机械手的液压系统设计.pdf

2 0 1 4年 5月 第 4 2卷 第 9期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ma y 2 01 4 V0 1 ． 4 2 No ． 9 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 9 ． 0 1 4 钢筋连接套温挤压成型机械手的液压系统设计 张新聚 ，牛虎力 ，张嘉钰 ，岳彦芳 ，常宏杰 ，王长才 1 ．河北科技大学机械工程 学院，河北石 家庄 0 5 0 0 5 4 ； 2 ．河北省锅炉压力容器监督检验院，河北石 家庄 0 5 0 0 6 1 摘要钢筋连接套温挤压成型机主要有3个工位墩粗、反挤压和冲孔落料工位。为了降低操作人员劳动强度 ，提高 企业的自动化水平，开发了一种智能钢筋连接套温挤压成型机械手，用于钢筋连接套温挤压成型机3个工位间的工件移位。 阐述了该机械手的工作原理，并设计了液压回路和液压控制回路。该机械手具有运行平稳、夹紧力自动调节等功能，且成 本低、加工速度快，能够满足企业的使用要求。 关键词温挤压 ；液压系统；钢筋连接套 中图分类号 T P 2 4 2 ． 2 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 9 0 5 4 2 De s i g n o f Hy dr a u l i c Sy s t e m i n W a r m Ex t r u s i o n Fo r mi ng Pr o c e s s M a ni pu l a t o r f o r St e e l Co n ne c t i ng S l e e v e Z H A N G X i n j u ，N I U Hu l i ，Z H A N G J i a y u ，Y U E Y a n f a n g ，C H A N G H o n g j i e ，WA N G C h a n g c a i 1 ．C o l l a g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，He b e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 5 4 ，C h i n a ； 2 ．H e b e i S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n I n s t i t u t e o f B o i l e r a n d P r e s s u r e V e s s e l ，S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 6 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e r e a y e t h r e e ma i n wo r k p o s t s i n t h i s wa 肿f o r mi n g e x t r u d e r f o r s t e e l c o n n e c t i o n，t h e y aye u p s e t t i n g s t a t i o n， b a c k wa r d e x t r u s i o n s t a t i o n a n d b l a n k i n g s t a t i o n ． I n o r d e r t o r e d u c e ma n u a l l a b o r i n t e n s i t y a n d e n h a n c e a u t o ma t i o n l e v e l o f a n e n t e r p r i s e ． a w a r l n e x t r u s i o n f o rm i n g p r o c e s s ma n i p u l a t o r f o r s t e e l c o n n e c t i n g s l e e v e t y p i c a l l y w a s d e v e l o p e d a n d u s e d t o p a s s wo r k p i e c e s f r o m o n e s t a t i o n t o a n o t h e r o f t h e t h r e e p o s t s ． T h e wo r k i n g p ri n c i p l e o f t h e ma n i p u l a t o r w a s d e s c rib e d ， i n t h e s a me t i me ， s o me h y d r a u l i c c i r c u i t s a n d h y d r a u l i c c o n t r o l c i r c u i t s w e r e d e s i g n e d． T h e ma n i p u l a t o r c a n h a v e f u n c t i o n o f ． c l a mp f o r c e a u t o ma t i c r e g u l a t i n g a n d run s mo o t h l y ，w h i c h h a s t h e a d v a n t a g e s o f h i g h e f fi c i e n c y i n p r o c e s s i n g a n d l o w c o s t ，a n d c a n me e t r e q u i r e me n t s i n p r a c t i c e s o f a n e n t e r pris e ． Ke y wo r d s W a r m e x t r u s i o n；Hy d r a u l i c s y s t e m ； S t e e l c o n n e c t i n g s l e e v e 钢筋连接套筒是当前钢筋连接的主要方式之一， 尤其适用于高铁、核电站、高层等建筑的重要应用场 合。 温挤压成形技术是一项有效 的毛坯精化工 艺 ，是 近年来新兴的高技术产业。温挤压塑性成形工艺兼有 冷挤压 与热挤 压成 型的优点 1 温挤压 加工 成 型时 ，毛 坯 的变形 抗 力 比冷 挤压要小 ，所需 的压力机 吨位较小 。 2 温挤 压 克服 了冷 挤压 只能 加工低 碳 钢 的缺 点，适用于各种碳含量的钢材与合金。 3 温挤压便于组织连续生产，省去了冷挤压 工艺的软化退火处理或热挤压工艺的后续机加工等工 序 ，极 大地 降低 了生产成 本。 4 与热挤压工艺相比，加热温度低 ，节省能 源 ，表面无 氧化皮 ，光洁度高 ，尺寸精确 ，更重要 的 是节约金属 。 5 由于加热温度低、晶粒不长大，在挤压过 程中充分细化 ，形成具有良好的组织 ，使金属的力学 性能显著提高。大大优于热挤压工艺生产的产品。 应用温挤压成型加工钢筋连接套筒 ，可 以提高连 接套的强度，节约原材料，是钢筋连接套筒生产的发 展方 向。 因此 ，开发钢筋连接套温挤压成型机 ，具有极强 的经济效益和社会效益 。 1 钢筋连接套温挤压成型机械手的工作原理 钢筋连接套温挤压成型机械手主要包括上料系 统、探伤系统、卸料系统、烘干系统、驱动系统和控 制系统等几部分。设备各工艺结构采用流程式布置 ， 可以大大提高工作效率和机械化水平。 钢 筋连接 套温挤 压成 型的 主要工艺 过程 为镦 粗 、 收稿 日期 2 0 1 3 0 41 2 作者简介 张新聚 1 9 7 0 一 ，硕士学位，副教授，研究方向为机械设计和机电一体化系统设计。Em a i l z h a n g x i n j u 2 0 1 0 1 63 ．c om。 第 9期 张新聚 等钢筋连接套温挤压成型机械手的液压系统设计 5 5 反挤压成型和落料 ，该机械手工作流程 图如图 1 所示 。 图 2 所示 。 图1 机械手工作流程图 为完成 上述加工 过程 ，温挤压成 型机械手 的主要 工艺包含如下 内容 1 机械 手将 工件从 加 热炉夹 持并 移位 到镦 粗 工位 ； 2 机械手喷涂脱模剂 ； 3 机械手清洁模具 ； 4 机械手将工件从镦粗工位移至反挤压工位 ； 5 机械手将工件从挤压工位移至冲孔工位 ； 6 机械手卸料 。 以上是机械手整个 自动动作 ，当完成后 ，工件 自 动落人工件箱中。至此，完成了整个机构的一个完整 动作。 机械手的总体结构采用 l ， 工作台的形式。上 层结构主要实现工件的夹紧和放松 ；下层结构实 现机 械手的横向移位，在工位间传递工件。 机械手动力执行元件采用液压缸 ，以保证机械手 运行的平稳和准确性。 2 液压驱动动作分析 针对某一个工作实例 ，设备工作过程如下 高频 加热炉将待加工的钢筋连接套加热到所需温度并输送 到 出炉 口；机械手抓取工件并抬升 ，机械手横向前进 移位 ，下降 ，输送工件从 出炉 口依次 到达墩 粗工 位 、 反挤压工位 、冲孔落料工位和卸料工位；工件从墩粗 工位到达反挤压工位之间时，为工件喷涂脱模剂；机 械手松开工件并抬升 ，机械手横向后退移位 ，下降， 依次从卸料工位到达冲孔落料工位 、反挤压工位、墩 粗工位和出炉口，抓取下一个工件 ；工件从反挤压工 位返回墩粗工位之间时，通过喷射高压气体清洁模 具 ，完成一个工作周期 。 考虑到输送的钢筋连接套质量较轻，在设备工作 循环 中 ，以下动作应该采用液压驱动来完成 1 机械手上升和下降； 2 机械手输送工件移位； 3 机械手手爪 松闭 ，抓取工 件 ； 4 喷涂脱模剂。 3 液压系统设计 液压系统主要技术参数 系统工作 压力为 1 5 MP a ；系统工作 流量 为 5 0 L ／ m i n 。液压 系统原理 图如 喷 脱模 剂 回路 机械手升降油缸 机械手移位油缸手爪伸缩油缸 1 DTl I 2 DT 3 DTI l 4 DT 5 DI F l l 6 DT 7 DT 压力表 上 单向阀 一溢 流阀 压 力 继 电 器 齿 轮 泵 I 』 单 向 阀 图2 液压系统原理图 其执行器根据工作要．求分为以下几个回路 一 1 机械手升降驱动回路 该 回路控制机械手的升降运动，当回路中的三位 四通电磁换 向阀 1 D T或 2 D T通 电 ，液压 马达 正转 或 反转，通过机械手传动机构 ，驱动机械手上升或下 降，回路中的调速阀可控制机械手的工作速度，电磁 换向阀在中位实现机械手制动。 2 机械手移位驱动回路 工件传输是通过机械手移位来实现的。该回路控 制托机械手的左右移位运动 ，当回路 中的三位 四通 电 磁换向阀 3 D T或 4 D T通 电，液压马达正转或反转， 驱动机 械手实现预定 运动。 3 机械手手爪松 闭驱动 回路 机械手手爪有前后两部分组成，通过手爪的松闭 实现抓紧或松开工件。该 回路控制机械手的松闭运 动，当回路中的三位四通电磁换向阀5 D T或 6 D T通 电 ，液压 马达 正转 或反转 ，驱动机 械手手爪的松 闭运 动，实现工件抓紧与松开。 4 喷涂脱模剂驱动回路 该 回路 的主要元 件是一 个 连接蓄 能器 的液压 缸 ， 通过高压夜体推动液压缸的活塞运动，使液体脱模剂 喷射到模具上，以利于发挤压后工件脱离模具和增强 工件表面性能。该回路中的两位三通单电动电磁换向 阀7 D T通断 电 ，驱动 液 压缸 活塞 进 行往 复运 动 ，实 现脱模剂喷射到模具上。 5 保护 回路 在液压泵的出口处，安装有先导式电磁溢流阀， 用以调整液压泵输出压力 ，保证系统正常工作 ，实现 液压泵零压起动，使电机在空载状态下起动，并且能 够实现系统出现故障、超载时自动卸载，在其出口处 下转第 5 8页 5 8 机床与液压 第 4 2卷 S TR AND AND NOT AND P L F S TR 0R AND N0T AND N0T AND AND NOT AND NOT AND NOT OUT S TR AND OR AND NOT AND NOT AND AND OUT 群 2 0 O 4 6 2 0 0 4 0 0 0 7 0 群 3 0 0 3 4 7 0 0 6 0 7 0 0 5 7 7 0 0 8 7 7 0 0 6 0 粥 0 0 2 7 群 3 0 0 3 2 } } 5 0 0 1 0 5 0 01 2 0 01 3 7 o 0 8 7 胛 0 0 9 5 1 0 01 4 7 0 0 8 7 3 0 0 2 7 7 0 0 2 0 2 0 0 5l 2 0 0 5 3 3 0 0 3 4 4结束语 在该机器人的控制系统中，P L C既需要与 N X 1 0 0 主处理器进行通讯 ，又要与多个子系统 的不 同类型控 制器进行数据信息的交换 ，这种 P L C控制结构形式 成功用于所开发的激光焊接机器人系统，说明其结构 形式简单且可行 ，实现了多种控制器集成 的 P L C控 制设 计要求。 参考文献 ；手动 出光取消 ；关激光器 ；光闸开 ；出光标志位 ；程序 出光指令 ；激光输 出短路监测 ；出光 [ 1 ]机电一体化技术手册编委会． 机电一体化技术手册 [ M] ． 2版． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 9 ． [ 2 ]冯勇． 现代计算机数控系统 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 9 6 ． [ 3 ]廖常初． P L C编程及应用[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 o 2 ． [ 4 ]钟肇新， 范建东． 可编程控制器原理及应用[ M] ．3版． 广州 华南理工大学出版社， 2 0 0 3 ． 上接 第5 5页 安装一个单向阀 ，保证液压泵工作安全。在液压泵 与工作 回路间加一个单向阀，使工作 回路与液压泵 分开 ，使系统在工作不 正常时产生的波动不影 响 液 压泵 的工 作 ，保 证 液 压 泵 向系 统 提 供 稳 定 的 压 力 。 4结束语 钢筋连接套溢挤压成型机械手液压系统选择了合 理的液压元器件 ，并针对性地设计了液压 回路和液压 控制回路，使得该机械手具有了运行平稳 、夹紧力 自 动调节等功能。该设备的应用，提高了企业的自动化 水平 ，在保证钢筋连接套加工质量的前提下 ，大大提 高了加工效率 ，减轻 了操作 者劳动强 度 ，具有较 高的 经济价值和社会价值。 参考文献 [ 1 ]洪慎章． 温挤压工艺的应用[ j ] ． 模具技术， 2 0 0 4 4 4 3 45． [ 2 ]赵丽梅． 大型 自动翻转机液压系统设计 [ J ] ． 液压与气 动 ， 2 0 1 1 2 7 1 7 3 ． [ 3 ]吴怀超， 方毅， 何林． 基于单片机控制的水上清洁机器人 液压系统的开发[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 1 0 51 0 7 ． [ 4 ]刘旭， 杨寅威． 带式输送机盘式制动器液压 系统设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 2 9 1 9 2 ． [ 5 ]栗育琴， 庞祖高， 周艳霞， 等． 温挤压润滑剂的研究[ J ] ． 锻压技术， 2 0 0 9 4 1 1 01 1 6 ． [ 6 ]马骏骑， 陈从平 ， 杨用， 等． 液压驱动气吸式机械手的研 制[ J ] ． 昆明理工大学学报 ， 2 0 0 1 5 9 91 1 4 ． [ 7 ]黄伟 ， 胡青龙． 机械手 P L C控制系统的设计[ J ] ． 机电工 程技术 ， 2 0 0 8 1 1 9 1 9 5 ． 卯 ∞ 钙 卯 犍 ∞ 窨 j