矿山支护用桁架自动成型及焊接设备的研发设计

论文摘要

金川公司镍矿是我国最大的地下有色金属矿山,该公司的镍产量占国内总量的90%,因此,金川公司所坐落的金昌市有中国镍都的美称。但是,在公司进一步扩大生产量规模的时候,却受到了桁架生产低效率的制约。在对该公司的实际考察,发现该矿具有地应力高,围岩破碎的特点,因此,在开采矿石的过程中需要用到大量的支护桁架,目前,金川集团公司针对此类桁架采用的全是人工焊接的方法,不仅工人的劳动强度大、工作环境恶劣,而且对原材料和能源的浪费也比较大,特别是对焊条和电能的浪费十分惊人;其次,由于桁架的焊接质量参差不齐,给桁架的后续使用工作带来极大的不便。基于以上的原因,拟采用一种自动成型和焊接的方法来实现此类桁架的工业化生产,从而使焊接过程和焊接质量能够达到一种比较理想的目标。本课题所设计的桁架自动焊接设备重点解决了顺序通电焊接防止电网污染及非直长筋料自动送进和准确定位问题,完成了矿山支护用桁架的自动焊接生产线的研制。它将机械设计、单片机技术、PLC技术、焊接自动化技术、气(液)压技术和上位机组态技术等集成在一起,实现了桁架焊接的自动化,很大程度上降低了工人的劳动强度;抛弃了手工电弧焊的方法,减少了对环境的污染,改善了工人的工作环境;由于采用电阻点焊和电阻对焊的方法,在生产过程中节约大量的焊条和电能,降低了桁架的生产成本;采用自动化焊接设备后也为公司节约了大量的劳动力,提高了公司的科学技术水平,从而增强了公司产品的市场竞争力。本文从桁架成型焊接生产设备机械部分的设计出发,阐述了桁架成型焊接设备研发设计的全过程,其机械部分设计方案定为一条小型的焊接生产线。包括一台底环成型焊接设备和一台组装成型焊接设备。控制部分采用可编程控制器(PLC),焊接电源变压器的控制采用单片机控制(电阻点焊控制器),并且要实现单片机和可编程控制器的良好衔接。最后,本文在实际设计及现场调试的基础上,利用MATLAB软件做机械手定位系统的仿真,其仿真目的是使机械手理想的定位过程可以在理论上实现。并在理论上可确定控制器中的参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的来源
• 1.2 国内外生产桁架的现状
• 1.3 研究本课题的意义及目标
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.5 本课题的主要创新点
• 第2章 桁架焊接设备机械部分的设计
• 2.1 桁架焊接设备的设计原则和思想
• 2.1.1 设计原则
• 2.1.2 设计思想
• 2.2 桁架焊接设备的组成
• 2.2.1 钢筋上料机构
• 2.2.2 机械手机构
• 2.2.3 底环成型与焊接机构
• 2.2.4 三角环和锚杆成型与焊接机构
• 2.2.5 桁架放架机构
• 第3章 桁架自动焊接设备控制系统的设计
• 3.1 桁架生产工艺及控制系统的设计要求
• 3.1.1 桁架生产工艺流程介绍
• 3.1.2 控制系统性能要求
• 3.1.3 控制系统的设计思想
• 3.2 控制系统硬件的设计
• 3.2.1 控制系统的硬件组成
• 3.3 控制系统软件设计
• 3.3.1 PLC介绍
• 3.3.2 PLC输入/输出点分配
• 3.3.3 软件流程图
• 3.3.4 软件编程
• 3.4 控制系统安装与调试
• 3.4.1 系统的安装
• 3.4.2 PLC的输入输出调试
• 3.4.3 控制系统的程序调试
• 3.5 控制系统的抗干扰技术
• 3.5.1 控制系统的干扰来源分析
• 3.5.2 控制系统的抗干扰措施
• 第4章 桁架焊接设备监控系统的设计
• 4.1 MCGS组态软件简介
• 4.1.1 MCGS组态软件概述
• 4.1.2 MCGS系统构成
• 4.1.3 MCGS的主要特点和功能
• 4.2 建立系统工程
• 4.2.1 建立新工程的一般方法
• 4.3 系统控制工程的设计
• 4.3.1 系统控制界面的设计
• 4.3.2 MCGS实时数据库的概念
• 4.3.3 定义数据变量
• 4.3.4 脚本程序
• 4.3.5 动画连接
• 4.4 设备在线调试
• 4.4.1 设备窗口的概念和作用
• 4.4.2 设备连接
• 第5章 机械手定位控制系统仿真
• 5.1 Simulink过程控制系统的仿真
• 5.1.1 过程控制系统仿真概述
• 5.1.2 过程控制系统仿真的基本过程
• 5.1.3 Simulink与过程控制系统仿真
• 5.2 问题的描述与目标的建立
• 5.2.1 问题的描述
• 5.2.2 目标的建立
• 5.3 数学模型的建立
• 5.3.1 基于矢量控制异步电机的数学模型及其矢量控制方程
• 5.3.2 基于矢量控制异步电机定位控制系统仿真模型
• 5.4 基于矢量控制的异步电机定位控制的仿真
• 5.4.1 定位控制系统仿真结果
• 5.4.2 仿真结果分析
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文