2t装、出料机的研制——总体设计毕业设计论文(编辑修改稿)

2t装、出料机的研制——总体设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

套筒上的两个支点来完成。 后支点由液压缸的伸缩运动来驱动套筒的俯仰从而实现机械臂的俯仰。 此方案参考车载起重机的形式而来。 钳爪旋转依靠机械臂臂筒中的空心轴来传递给前端扭矩完成的。 其截面如图示。 在钳爪旋转的讨论中提出以下两个方案。 方案一：在机械臂前端安放 齿轮，通过齿轮的传动来完成旋转；方案二：将机械臂设计为空心，由中 间穿入的轴来传递转矩。 首先，从受力来讨论，将动力源安放于前端无疑增加了机械臂的承载能力，而将动力源安放于后端还可以起到平衡的作用；其次，由于钳爪要进出加热炉，其环境条件要求较为苛刻，不利于机构的正常工作。 最终决定采用方案二。 方案决定后，机构的安排成为一时的难点，钳爪的拉杆如何安放。 经过再一次的调研与研究决定将用来传递转矩的轴设计为空心，将拉杆从轴中穿过。 由图 所示为机械臂截面图。 图 机械臂截面 对于机械臂在臂筒中的伸缩提出以下两个方案。 方案一：由安装于机械臂筒后端的液压缸的伸缩运动来带 动来机械臂伸缩；方案二：由齿轮齿条带动机械臂运动，将齿条装于机械臂一侧，在机械臂筒所处的相应位置开设方孔，可供安装于机械臂筒外部的齿轮齿齿条啮合。 由于方案一中液压缸需要的行程比较长，安装与连接存在较大的技术难题；相比之下，方案二中所涉及到的齿条安装在机械臂的一侧，易于安放。 同时联系到钳爪要进行抓紧和旋转等动作的机构设计条件，最终决定采用方案二。 图 机械臂方案 1机械臂 2机械臂套筒 与此同时对机械臂套筒的支脚进行了论证。 方案一：运动中心位于臂筒支脚的顶端 ,图 上所示；方案二：运动中心 位于臂筒支脚的末端，图 下所示。 方案一中，机械臂完全俯下后机械臂前端所能覆盖到的区域减小 L；而方案二中，机械臂完全俯下后机械臂前端所能覆盖到的 区域并没有减小。 臂筒的支脚设计也有两种。 结合方案一支脚如图 左所示，方案二支脚如图 右所示。 在两个方案中支脚的跨距 1L 与 2L 相比，方案二中的支脚可以有更多的增加空间，而方案一中的支脚跨距如进一步的增加则会增大运动中心轴的载荷。 如图 所示，支脚的安装 点跨距 L 越大，支脚就越靠近台架中心，这样就会减小支脚对工作平台的载荷。 在方案二中支脚的斜向受力还可以保证台架在旋转的过程中机械臂的稳定。 通过上述研究，决定采用方案二。 关于机械臂的俯仰的原动力，经过调研考察并结合起重机等设备决定采用在臂筒后端安放液压缸来实现。 图 机械臂俯仰运动机构图 图 支脚 图 支脚安放图 在总体设计方案二中，机械臂的运动则相对简单实用，首先考虑到锻锤平台高 800mm，炉口高度 1200mm，那么机械臂的运动最低限位为800mm，最高限位为 1600mm 即可完成工作。 同时料场和成品堆放区要垫高到 800mm 以满足机械臂的最低限位。 工作台上安放立柱，立柱为半圆空心体，在开口一侧安放轨道与机械臂上的轨道配合，机械臂的升降则由立柱中的丝杠来带动。 在后端放置配重铁，可根据工件的重量适量安放。 机械臂 16秒内行程 800mm，由 GB78465选择丝杠，公称直径 100mm，螺距 20mm。 计算出丝杠转速为 150r/min。 液压控制方案论证 在方案一中有三个液压马达和两个液压缸。 这样在液压系统中就有五个液压回路，由一个多路控制阀来控制。 关于多路换向阀的选用提出了三个方案。 方案一：并联式多路换向阀；方案二：串联式多路换向阀；方案三：串并联式多路换向阀。 方案一：并联式多路换向阀的特点是从进油口来的压力油可以直接进入各联换向阀的进油口，各联的回油口直接汇集到多路换向阀的总回 油口，液压泵同时向多个换向阀所控制的执行元件供油，每联换向阀独立操纵，也可以几个换向阀同时操纵，但这时总是负载小的执行元件先动。 见图 (a)所示。 (a) 并联式 (b) 串联式 (c) 串并联式 图 多路换向阀 方案二：串联式多路换向阀的工作特点是最后一联换向阀的进油口和前一联换向阀的回油口相连，可实现两个以上执行元件同时动作，并且各个工作机构的工作压力是叠加的，即液压泵的出口压力是各个工作机构工作压力的总和。 见图 (b)所示。 方案三：串并联式多路换向阀的工作特点是各联换向阀的进油口都与前一联换向阀的中位通道相连，而各联换向阀的回油口则直接与总回油口相连，操纵前一联换向阀，后一联换向阀不能 工作，它保证前一联换向阀优先动作。 见图 (c)所示。 经过研究决定采用串并联式多路换向阀。 因为多路一起工作需要系统的压力还有流量满足压力与流量的总合，但设备的油箱处于台架上， 不能设计的太大，所以选用单动多路换向阀。 也就是串并联式多路换向阀。 这样泵的功率也会很小。 油箱在系统中的功能主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀污物的作用。 油箱必须有足够大的容量，以保证系统工作时能够保持一定的液位高度；为满足散热要求，对于管路比较长的系统，还应考虑停车维修时能容纳油液自由流回油箱时的容量；油箱的体积也很 小，因为油箱是在台架上移动的，不易设计太大。 通过多路换向阀的选择论证以及对液压控制系统的调研，液压系统由图 所示。 图 液压原理图 1压力表 2压力表开关 3液压泵 4电动机 5液位计 6滤油器 7油箱 8空气滤清器 9液压马达 10液压缸 11液压马达 12液压马达 13液压缸 14压力表开关 15压力表 16蓄能器 17液控单向阀 18多路换向阀 第 2 章 装、出料机参数确定 机械臂参数确定 方案一中由于大车端距加热炉尚有一段距离则机械臂 的伸出后应伸进炉内，才能完成工作，结合大车距炉的距离以及机械臂支脚的位置，机械臂伸出支脚长 4m。 支脚高 800mm，总长 5800mm，其中包含钳爪，蜗轮壳，液压缸。 宽和高为 300mm，机械臂伸缩速度 40 /minm。 如图 ： 图 机械臂参数 机械臂受力计算 考虑到该装出料机的设计载荷为 2 吨，则机械臂最前端受力为：1 kN= 校核机械臂的强度时还应该考虑机械臂的自身重量即载荷，由于机械臂上除了臂筒之外还有钳爪、蜗轮、中间还有一根空心轴和一个实心轴等部件，计算烦琐，现为计算方便把臂筒假设为一个实心的方钢，长宽高为 5800mm 300mm 300mm 其体积为： 335 . 8 0 . 3 0 . 3 5 2 2 0 0 0 0 0 0 0 . 5 2 2v h b l m m m m m m        (21) 铁的密度为 337 .8 5 1 0 /kg m  ,则 37. 85 10 0. 52 2 47 97 .7m v k g k g     (22) 1 6 .9 3 /5 .8F m gq K N ml    (23) 如下图 所示的简支梁简图，根据静力平衡方程，求出支反力： 0BM  , 221 1 3 13 . 3 3 . 3 0 . 5 1 . 6 2 . 5 0 . 5 0F q F q          (24) kNF  0CM  , 221 1 2 14 . 9 4 . 9 0 . 5 1 . 6 0 . 9 0 . 5 0F q F q          (25) kNF  考虑分析机械臂在呈水平状时最大承载的力 kNF  （ 1）剪力和弯距计算 在梁的 AB， BC， CD 等三段内，剪 力和弯距都不能由同一个方程式来表示，所以应分三段考虑。 列出剪力方程和弯距方程，方程中 x 以 m 为单位， ()SFx以 kN为单位， ()Mx以 mkN 为单位。 在 AB 段内，   11 1 9 . 6 6 . 9 3SF x F q x x        0  (26)   22111 1 9 . 6 3 . 4 6 52M x F x q x x x         0  (27) 在 BC 段内，   1 2 1 9 0 . 6 6 7 5 6 . 9 3SF x F F q x x      = x    (28)     21 2 113 . 3 2M x F x F x q x       (29) = 21 9 . 6 1 1 0 . 2 6 7 5 ( 3 . 3 ) 3 . 4 6 5x x x      在 CD 段内，   1 2 3 1SF x F F F q x     =     (210)       21 2 3 113 . 3 4 . 9 2M x F x F x F x q x         (211) = 21 9 . 6 1 1 0 . 2 6 7 5 ( 3 . 3 ) 5 0 . 4 7 3 5 ( 4 . 9 ) 3 . 4 6 5x x x x         图 受力图 图 剪力图 图 弯距图 机械臂用 30调质钢，材料的屈服极限 s 为 215MPa ，一般塑性材料的安全因数 sn 为 — ，脆性材料为 —。 故取 sn =，所以 215[ ] 1 0 7 . 52 . 0。