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随着国家“一带一路”战略的逐步实施,我国同中亚、中东以及东欧等地区的基础建设和能源开发等项目的合作正在逐渐加快。钢管是工业生产的必需品,在“十三五”期间,工业生产中对于钢管的使用量将达到9000万吨。如此巨大的钢管需求量对于钢管的生产过程提出了更高的要求。钢管的生产过程中需要对钢管进行打捆包装,其中钢管打捆的效率以及作业安全性对于钢管行业的整体生产水平有着至关重要的影响。目前,国内的设备存在自动化水平较低、废钢带无法利用等缺陷,而国外的设备采用标准钢带打捆,售价较高,不利与国内企业控制成本。针对上述问题,国内相关企业与天津理工大学开展校企合作,研制出一种可以有效解决现存问题,并满足实际现场使用的非标带钢管打捆设备。本课题的主要研究内容如下:(1)非标带打捆机械手的结构设计从打捆机械手的整体机构要求出发,针对打捆设备的整体要求和动作任务,设计出打捆设备的整体尺寸,并进行了关键部件的结构设计;针对打捆所需额钢带在ADAMS中进行柔性体建模,并与机械手的刚性体模型进行刚柔耦合,建立打捆设备的整体三维模型。(2)非标带打捆机械手的运动学及动力学分析根据设备的设计尺寸进行了机械手运动学及动力学的理论建模,特别针对打捆机械手的柔性体钢带,利用构件变形的旋量理论,建立钢带的变形的动力学模型;最后结合机械手的三维模型和理论模型进行了仿真分析,验证了所建理论模型的正确性。(3)基于ADAMS的机械手杆长优化设计在ADAMS的View模块中进行机械手的参数化建模,根据编制完成的运动学函数,为打捆机械手建立运行时间函数;利用ADAMS中的迭代优化模块,对打捆机械手进行运行时间的优化,优化后运行时间大幅减少,提高了工作效率。(4)非标带打捆机械手的PLC控制系统设计根据机械手的自动化控制要求,制定了机械手的整体方案,对关键部件PLC及其EM253模块进行了分析,设计出打捆机械手控制系统的顺序流程图以及PLC的I/O点分配表,最终完成机械手的PLC控制程序。本课题任务所设计的非标带打捆机械手具有低成本、高自动化的特点,极大地提高了钢管打捆设备的生产效率和作业安全性,改善了国内钢管生产行业设备质量低、较多依赖国外的现状,具有较高的应用推广和实际使用价值。