基于单片机控制的太阳能尾托成型机设计及应用_开题报告

设计及应用

A. 文献综述

一、国内研究现状

随着我国综合国力的不断提高和国民经济各行业的快速发展，对新型高效节能环保材料的要求越来越高。此外，随着我国钢铁产量的不断增长，国家对钢铁产品深加工和提高钢材使用效率提出了许多鼓励政策。现在，国家提出了“发展循环经济，创建节约型社会”的政策要求，使各种高效节能的新材料得到了快速发展。冷弯型钢是典型的代表。冷弯型钢是一种经济型钢，具有断面均匀、产品质量高、能耗低、经济效益高等优点，受到许多行业的青睐。表面光滑，重量轻，尺寸精度高，特别是截面经济合理，节省材料。具有很高的通用性和安全性。它还可以根据用户的需要设计各种型材，通过优化型材来提高产品性能，而不是简单地改变材料或增加材料消耗，它对材料要求很高，但又不想增加材料的使用，是许多行业的最佳选择。

北京科技大学朱树东对冷弯成形的基本理论进行了全面的研究，得到了冷弯成形过程中四种基本变形模式的应变表达式和变形功的数学表达式，对冷弯型钢的设计和生产具有普遍的指导意义。张乐乐等北方交通大学采用基于更新拉格朗日法的弹塑性大变形样条法，结合流动模型，对普通槽钢成形过程中变形带的位移场、应变场和应力场进行了分析和模拟，对具体的设计和生产具有重要的指导意义。

不足：（1）现有的一些技术设备难以适应多品种、高质量产品的生产需要。虽然我国引进了一批技术水平先进的冷弯型钢集团设备，但大多数企业的许多单位设备水平较低，配套设施不够完善，不能满足多品种、高质量产品的生产要求。（2）加快旧冷弯型钢机组改造。目前，许多设备已投入使用多年，有些设备投入使用时比较简单，根本不能满足高质量、多品种的生产需要。因此，为了满足市场需求，对这些设备进行技术改造是必要的。（3）目前，我国还没有自己先进的冷弯成形技术。虽然国内一些厂家不同程度地引用了国外先进的冷弯成形技术，如计算机辅助轧辊设计软件，在一定程度上解决了个别厂家的一些问题，但总体上投资较大，目前还不能完全解决我国的问题，由于冷弯薄壁型钢生产厂家普遍存在的问题，因此需要加快发展自己的冷弯薄壁型钢计算机辅助设计技术。

二、国外研究现状

国外辊弯成形技术已有100多年的历史，大致可分为三个阶段。

第一阶段（1838-1909）是勘探和试生产阶段。现阶段，对辊弯成形理论和冷弯型钢的研究进展缓慢。随着工业运输的快速发展，采用辊弯成形工艺生产的冷弯型钢已不能满足用户的要求。

第二阶段（1910-1959）是建立并逐步推广辊冷弯工艺的阶段。

第三阶段（1960年至今）是辊弯成形生产快速发展的阶段。

20世纪60年代以来，国外冷弯型钢产量迅速增长，这是大势所趋。据多年来各国冷弯薄壁型钢的统计，冷弯薄壁型钢的产量与钢材产量的比例相对稳定，一般在1.5:100到4:100之间。国外对辊弯冷弯理论、工艺和设备的研究比较深入，在冷弯型钢的实际应用方面取得了一系列进展。自1910年美国成功研究轧辊冷弯成形工艺以来，经过几十年的改进和完善，成形工艺日趋成熟。随着人们对冷弯薄壁型钢在实际应用中的技术经济效果的日益认识，冷弯薄壁型钢在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。

1931年，由康奈尔大学George winter教授资助的美国钢铁研究所（1232）对冷弯薄壁型钢的设计理论进行了研究，并做了大量实验。

日本东京大学木内学提出了采用形状函数描述冷弯成形过程中的曲面形状，采用优化变形功的方法确定冷弯空间曲面。

英国的King T.E.和Powell i.j等人根据塑性增量和残余应力理论，提出了一种用数学方法确定成形过程应力应变的设计方法。

随着冷成形理论的发展，冷弯型钢的成形工艺得到了改进。开发了四辊成形、柔性冷弯成形、CTA成形和辊冲孔加工等新的冷弯工艺。

三、本课题研究的内容

太阳能水箱支架主要用于支撑太阳能水箱和安装在水箱上的集热管，一般呈三角架结构。现有技术中，在生产该支架时，原材料为窄幅的金属带卷，金属带卷在放卷后通过校平机进行校平，校平后利用切断机进行定长切断，之后人工将单块切断的金属板运送到冲压机上进行冲孔加工，最后把金属板放入成型机中，磙压成型。成形后的支架，经工人再用螺钉连接后形成整体的水箱支架。这种加工支架的方式较为传统，全过程均为工人手动操作，加工速度慢，不能满足企业生产的需求；工人在对金属板冲压安装孔的时候，难免会出现误差，导致组装的支架不标准，甚至不能使用，会产生一定废品。

本课题的目的是提供一种太阳能热水器尾托支架生产线，解决现有技术中存在生产太阳能集热管尾托支架时加工生产不连续，加工速度慢，次品率高的问题。

本课题的技术方案是：一种太阳能热水器支架生产线，由放卷架、校平牵引机、冲孔机、辊轧成型机、定长切断机和落料支架构成；放卷架后端安装有校平牵引机，在校平牵引机上水平安装有上下两组校平辊；冲孔机上部安装有冲压气缸，在冲压气缸活塞杆端头安装有上模座，上模座下设置有冲头，上模座通过导向柱与压模连接；在压模正下方的机台上安装下模，在下模上加工有冲孔，冲孔与冲头相匹配；辊轧成型机的前部安装有成型装置，后部安装有侧边的折边装置，成型装置上安装多组位置相互对应的压轮和垫轮，垫轮之间用链条连接，其中一个垫轮的转轴一端与辊轧电机连接，在压轮和垫轮上加工有逐级加深的成形槽；折边装置安装在最未一级压轮和垫轮的中部侧面，由左右对称的一组侧边磙边轮组成；冲孔机连接在校平机后端，在冲孔机的后端安装有金属板材的牵引装置，牵引装置的上部安装有压紧辊，下部安装有牵引辊，牵引辊的转轴一端通过皮带轮与牵引电机连接；定长切断机的机架中部设置有台阶形刀座，上部安装有切刀气缸，在切刀气缸活塞杆端头安装有固定板，固定板上安装有压料板和切刀，切刀与台阶形刀座的外边缘相配合；定长切断机连接在牵引装置后端，在定长切断机前端安装有金属板材的长度感应器，长度感应器、牵引电机、冲压气缸和切刀气缸的控制阀通过导线与定长切断控制器连接；在定长切断机的后面安装有输送轨，输送轨上安装的滚筒之间用链条连接，在其中一个滚筒的转轴外端通过皮带轮与输送轨电机连接。

从原料卷上牵引出固定长度的金属条带，冲压机对其进行固定位置的冲孔，冲孔结束后由辊轧成型机入口牵引输送到辊轧成型机，专用于金属板条的凹槽压制成型，辊轧成型机从前到后，压轮和垫轮之间的成形槽宽度和高度逐步增加大，整个压制过程循序渐进，压制的精度高，确保后续组装支架准确无误。辊轧成型后的原料用输送轨直接输送到定长切断机，由于在定长切断机前端安装有长度感应器，长度感应器、牵引电机、冲压气缸和切刀气缸的控制阀通过导线与定长切断控制器连接，定长切断控制器可控制牵引电机的转动量，固定长度输送到定长切断机进行精准无误的定长切断，实现标准化连续生产，降低次品出现的几率。切断后的成品输送到落料支架，落料支架由辊轴输送段传送尾托，位于生产线末端，作为生产线的最后一个环节，以确保生产线的连续。

采用本课题的技术方案，生产线从金属条带放卷到最后冲压成型，全过程均为连续的自动控制，生产效率大幅提高。

B. ^范文提纲格式

一、成型机总体设计

（一）钢带卷料开卷装置

（二）钢带牵引装置

（三）钢带冲孔机构

（四）钢带机械成型装置

（五）成品裁剪装置

（六）落料支架

（七）系统控制方式的确定

（八）成型机整体方案和主要技术指标的确定

二、成型机机械部分设计

（一）钢带送料、牵引和冲孔部分的设计

（二）尾托成型部分的设计

（三）尾托裁剪和落料部分的设计

三、成型机电气部分设计

（一）控制系统总体方案设计

1．电气控制系统原理图

2．控制系统的功能

（二）PLC的选型与I／O分配

1．PLC基本单元的选型

2．PLC的I／O存储地址分配

2.1 输入端口

2.2 输出端口

（三）触摸屏的选型与通信

1．触摸屏选型和性能介绍

2．PLC与触摸屏的通信连接

四、成型机软件部分设计

（一）PLC程序设计

1．PLC应用程序设计

2．牵引速度和冲压程序设计

3. 成型机电机和裁剪程序设计

4. 通信程序的设计

（二）触摸屏组态

1．触摸屏画面的组态

2．触摸屏变量的组态

C. 参考文献

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