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钢筋弯曲机的结构及其仿真设计.rar

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    编号:20180802233156254    类型:共享资源    大小:2.43MB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    钢筋 弯曲 结构 及其 仿真 设计
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    南昌航空大学科技学院学士学位论文11. 绪论1.1 国内外发展现状我国工程建筑机械行业近几年之所以能得到快速发展,一方面通过引进国外先进技术提升自身产品档次和国内劳动力成本低廉是一个原因,另一方面国家连续多年实施的积极的财政政策更是促使行业增长的根本动因。受国家连续多年实施的积极财政政策的刺激,包括西部大开发、西气东输、西电东送、青藏铁路、房地产开发以及公路(道路) 、城市基础设施建设等一大批依托工程项目的实施,这对于重大建设项目装备行业的工程建筑机械行业来说可谓是难得的机遇,因此整个行业的内需势头旺盛。同时受我国加入WTO 和国家鼓励出口政策的激励,工程建筑机械产品的出口形势也明显好转。我国建筑机械行业运行的基本环境、建筑机械行业运行的基本状况、建筑机械行业创新、建筑机械行业发展的政策环境、国内建筑机械公司与国外建筑机械公司的竞争力比较以及 2004 年我国建筑机械行业发展的前景趋势进行了深入透彻的分析。1.2 概 述钢筋弯曲机属于一种对钢筋弯曲机结构的改进。本实用新型包括减速机、大齿轮、小齿轮、弯曲盘面,其特征在于结构中:双级制动电机与减速机直联作一级减速;小齿轮与大齿轮啮合作二级减速;大齿轮始终带动弯曲盘面旋转;弯曲盘面上设置有中心轴孔和若干弯曲轴孔;工作台面的定位方杠上分别设置有若干定位轴孔。由于双级制动电机与减速机直联作一级减速,输入、输出转数比准确,弯曲速度稳定、准确,且可利用电气自动控制变换速度,制动器可保证弯曲角度。利用电机的正反转,对钢筋进行双向弯曲。中心轴可替换,便于维修。可以采用智能化控制。当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设,各种建筑耗费了大量的钢筋,其中箍筋加工的效率和质量是最难解决的问题之一,箍筋不仅使用量非常大,而且形状和尺寸变化复杂,尺寸精度要求高,箍筋的制做在原钢筋加工中是劳动强度大,人力物力消耗大,低效率,低质量保证的环节。随着我国建筑行业的快速发展,为了响应政府及各建筑单位对箍筋制做自动化技术的迫切要求,我们进行技术攻关改进工艺,终于在经过不懈的努力研制出自有专利技术的-----可调速钢筋弯曲机 GW-40BGW-40B 钢筋弯曲试验机玉牌钢筋弯曲试验机-最新研制,装备完善,专利技术,十大名优,中国标准出版社《建筑用钢筋标准与规范汇编》推荐品牌 1、采用摆线南昌航空大学科技学院学士学位论文2针轮减速系统 2、单片机控制电器及精度,数显角度 3、独有可靠限位装置 4、增加防止钢屑、螺钉泄漏对设备危害措施 5、附件结构合理,零件更换简单 6、电动安全操控弯曲,工作噪音小,环境清洁 7、设计合理,装备完善,工艺先进,整机寿命长 8、主要型号: GW-50A GW-40C/B GW-25A(28) GW-40B 型钢筋弯曲试验机系根据 GB/T232-1999(eqvISO7438:1985)及 GB1499-1998(neqISO6935-2:1991)的要求,对 GW-40B,GW-40A 进行了改进提高,从而替代原来 GW-40、GW-40A 等机型,该设备符合 YB/T5126-93 钢筋平面反向弯曲试验方法的要求。是一款价歉物美,经济实惠型产品。 (注:GW-40B 型最大弯心轮径为 5XΦ40=200,而 GW-40C 型为7XΦ40=280) 技术参数指标项目 技术指标弯曲钢筋直径范围 随机 ф25-ф40 可选ф6-ф2 钢筋正向弯曲角度 0°—180°内任意设定钢筋反向弯曲角度 0°—180°内任意设定工作盘转速 <2 r/min, 12°/S 辊心距离 205mm 工作盘直径 Ф580mm 电动机功率 1.5kw 随机配标准弯心套 一套(Ф25—Ф40)机器外形尺寸 960×780×1190(mm) 机器重量 1100kg。南昌航空大学科技学院学士学位论文32. 钢筋弯曲机的结构设计2.1 系统性能与参数GW40 型钢筋弯曲机适用于建筑行业弯曲 Φ6—Φ40 钢筋之用。本机工作程序简单,弯曲形状一致,调整简单,操作方便,性能稳定,它能将Q235Φ40 圆钢或 Φ8—Φ32 螺纹钢筋弯曲成工程中所需要的各种形状。弯曲钢筋直径 Φ6-Φ40mm工作盘直径 Φ350mm工作盘转数 7 转/分电动机 Y100L-4-3KW外型尺寸 760×760×685整机重量 4000kg2.2 系统工作原理及框图GW-40 钢筋弯曲及的工作原理框图如图 1、:图 1 工作框图其中减速箱由轴、轴承和齿轮组成。控制设备电动机 带 轮 减 速 箱 工作台南昌航空大学科技学院学士学位论文4GW-40 弯曲机的工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘,如图 2 所示,把钢筋置于图中虚线位置,支承销轴固定在机床上,中心销轴和压弯销轴装在工作圆盘上,圆盘回转时便将钢筋弯曲。为了弯曲各种直径的钢筋, 在工作盘上有几个孔,用以插压弯销轴,也可相应地更换不同直径的中心销轴。 图 2 工作原理图2.3 弯矩计算2.3.1 工作状态1) 钢筋受力情况与计算有关的几何尺寸标记。设钢筋所需弯矩:M t= 式中 F 为拨斜柱对钢筋的作用力;F r为 Fsini0LFr的径向分力;a 为 F 与钢筋轴线夹角。当 Mt 一定,a 越大则拨斜柱及主轴径向负荷越小;a=arcos(L 1/Lo)一定,L o越大。因此,弯曲机的工作盘应加大直径,增大拨斜柱中心到主轴中心距离 L0GW-50 钢筋弯曲机的工作盘设计:直径 Ф400mm,空间距 120mm,L 0=169.7 mm,Ls=235,a=43.8°,其受力情况如图 3 所示。图 3 钢筋受力情况南昌航空大学科技学院学士学位论文52) 钢筋弯曲机所需主轴扭矩及功率按照钢筋弯曲加工规范规定的弯曲半径弯曲钢筋,其弯曲部分的变形量均接近或过材料的额定延伸率,钢筋应力超过屈服极限产生塑性变形。2.3.2 材料达到屈服极限时的始弯矩1) 按 Ф40 螺纹钢筋公称直径计算M0=K1Wσ s式中,M 0为始弯矩,W 为抗弯截面模数,K 1为截面系数,对圆截面 K 1=1.7;对于 25MnSi 螺纹钢筋 M0=373(N/mm 2),则得出始弯矩 M0=3977(N·m)2) 钢筋变形硬化后的终弯矩钢筋在塑性变形阶段出现变形硬化(强化) ,产生变形硬化后的终弯矩:M=(K 1+K0/2Rx)Wσ s式中,K 0为强化系数,K 0=2.1/δ p=2.1/0.14=15, δ p为延伸率,25MnSi 的δ p=14%,R x=R/d0,R 为弯心直径,R=3 d 0, 则得出终弯矩 M=11850(N·m)3) 钢筋弯曲所需距Mt=[(M0+M)/2]/K=8739(N·m)式中,K 为弯曲时的滚动摩擦系数,K=1.05 按上述计算方法同样可以得出 Ф50I 级钢筋(σ b=450 N/mm2)弯矩所需弯矩:Mt=8739(N·m),取较大者作为以下计算依据。4) 电动机功率由功率扭矩关系公式 A0=T·n/9550=2.9KW,考虑到部分机械效率 η=0.75,则电动机最大负载功率 A= A0/η=2.9/0.75=3.9(KW) ,电动机选用 Y 系列三相异步电动机,额定功率为=4(KW),额定转速 =1440r/min。e en南昌航空大学科技学院学士学位论文62.4 电动机选择2.4.1.电动机的介 绍电动机是把电能转换成机械能的设备,分布于各个用户处,电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速) 。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动,这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的,称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大,从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便,具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力,能满足各种运行要求;电动机的工作效率较高,又没有烟尘、气味,不污染环境,噪声也较小。由于它的一系列优点,所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机(又称感应电动机 ) 。它使用方便 、运行可靠 、价格低廉 、结构牢固,但功率因数较低,调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机(见同步电机) 。同步电动机不但功率因数高,而且其转速与负载大小无关,只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器,结构复杂,价格昂贵,维护困难,不适于恶劣环境。20 世纪 70 年代以后,随着电力电子技术的发展,交流电动机的调速技术渐趋成熟,设备价格日益降低,已开始得到应用 。电动机在规定工作制式(连续式、短时运行制、断续周期运行制)下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率,使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配,避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种 :① 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。2.4.2.电机的选择原则电机的选择一般包括选择电动机的类型、电动机的功率及额定转矩等。其具体思路如下:首先,选择电动机的类型,然后比较电动机的机械特性与负载特性,看它们是否吻合,并在此基础上检查是否满足调速范围与精度,顺便考虑一下经济性南昌航空大学科技学院学士学位论文7的问题,如果以上各个方面均满足,接下来,我们便可以开始计算电动机功率,进行起动转矩过载倍数及加速转矩校验、发热校验等。如过发热校验不通过,可以减小功率数或改用 FSN 小的电机。或者,在满足加速度要求下,看能否通过减小加速转矩来满足上述要求。最后,再作出具体决定。步进电机的选择1) 步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速) 。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有 0.36 度 /0.72 度(五相电机) 、0.9 度/1.8 度(二、四相电机) 、1.5 度/3 度 (三相电机)等。 2) 静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的 2-3 倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸) 。3) 电流的选择 静力矩一样的电机,由于电流参数不同,其运行特性差别很大,可依据矩频特性曲线图,判断电机的电流(参考驱动电源、及驱动电压) 4) 力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的,一般只用力矩来衡量,力矩与功率换算如下: P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60 其 P 为功率单位为瓦,Ω 为每秒角速度,单位为弧度,n 为每分钟转速,M 为力矩单位为牛顿·米 P=2πfM/400(半步工作) 其中 f 为每秒脉冲数(简称 PPS) 应用中的注意点1) 步进电机应用于低速场合--- 每分钟转速不超过 1000 转, (0.9 度时 6666PPS),最好在 1000-3000PPS(0.9 度)间使用,可通过减速装置使其在此间工作,此时电机工作效率高,噪音低。 2) 步进电机最好不使用整步状态,整步状态时振动大。3) 由于历史原因,只有标称为 12V 电压的电机使用 12V 外,其他电机的电压值南昌航空大学科技学院学士学位论文8不是驱动电压伏值 ,可根据驱动器选择驱动电压(建议:57BYG 采用直流24V-36V,86BYG 采用直流 50V,110BYG 采用高于直流 80V) ,当然 12 伏的电压除 12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源, 不过要考虑温升。4) 转动惯量大的负载应选择大机座号电机。5) 电机在较高速或大惯量负载时,一般不在工作速度起动,而采用逐渐升频提速,一电机不失步,二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。6) 高精度时,应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决,也可以采用 5 相电机,不过其整个系统的价格较贵,生产厂家少,其被淘汰的说法是外行话。7) 电机不应在振动区内工作,如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。8) 电机在 600PPS(0.9 度)以下工作,应采用小电流、大电感、低电压来驱动。9) 应遵循先选电机后选驱动的原则。综合以上等因素,最后觉定选用 MSM590—502C 型电机2.5 轴承的选择2.5.1 滚动轴承的选择根据拨盘的轴端直径选取轴承,轴承承受的力主要为径向力,因而采用深沟球轴承,选定为型号为 16008 的轴承,其中 16008 的技术参数为:d=40mm D=68mm B=9mm2.5.216008 轴承的配合的选择轴承的精度等级为 D 级,内圈与轴的配合采用过盈配合,轴承内圈与轴的配合采用基孔制,由此轴的公差带选用 k6,查表得在基本尺寸为 200mm 时,IT 6DE 公差数值为 29um,此时轴得基本下偏差 ei=+0.017mm,则轴得尺寸为 mm。外圈与壳04.17体孔的配合采用基轴制,过渡配合,由此选用壳体孔公差带为 M6,IT 6基本尺寸为68mm 时的公差数值为 0.032mm,孔的基本上偏差 ES=-0.020,则孔的尺寸为mm。02.5682.6 控制设备的选择2.6.1 变频器的概述南昌航空大学科技学院学士学位论文9变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。把工频电源(50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类,可以分为 PAM 控制变频器、PWM 控制变频器和高载频 PWM 控制变频器;按照工作原理分类,可以分为 V/f 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。1) 检知异常状态后自动地进行修正动作,如过电流失速防止,再生过电压失速防止。 2) 检知异常后封锁电力半导体器件 PWM 控制信号,使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。 2.6.2 变频器的工作原理目前,通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器,通常尤以电压器变频器为通用,其主回路图,它是变频器的核心电路,由整流回路(交—直交换),直流滤波电路(能耗电路)及逆变电路(直—交变换)组成,当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分。滤波电路 逆变器的负载属感性负载的异步电动机,无论异步电动机处于电动或发电状态,在直流滤波电路和异步电动机之间,总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。同时,三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动,直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。 通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容,通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组,以得到所需的耐压值和容量。另外,因为电解电容器容量有较大的离散性,这将使它们随的电压不相等。因此,电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻,消除离散性的影响,因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。 南昌航空大学科技学院学士学位论文10整流电路通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。它的功能是将工频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。网络的作用,是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器。当电源电压为三相 380V 时,整流器件的最大反向电压一般为 1200—1600V,最大整流电流为变频器额定电流的两倍。逆变电路逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出,所以逆变电路是变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用。 最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件(GTR、IGBT、GTO 等)组成的三相桥式逆变电路,有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断,可以得到任意频率的三相交流输出。 通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。如三菱公司生产的 IPMPM50RSA120,富士公司生产的 7MBP50RA060,西门子公司生产的BSM50GD120 等,内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT 逆变模块及各种检测保护功能。模块的典型开关频率为 20KHz,保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。 逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时,异步电动机的同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆变过程中,寄生电感释放能量提供通道。另外,当位于同一桥臂上的两个开关,同时处于开通状态时将会出现短路现象,并烧毁换流器件。所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路,以保证电路的正常工作和在发生意外情况时,对换流器件进行保护 自 20 世纪 70 年代以来,随着交流电动机调速控制理论、电力电子技术、以微处理器为核心的全数字化控制等关键技术的发展,交流电动机变频调速技术逐步成熟。目前,变频调速技术的应用几乎已经扩展到了工业生产的所有领域,并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中得到了广泛的应用。
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