【正文】 中提到的設(shè)計依據(jù)。 （ 3）在設(shè)計中應(yīng)注意的問題 車體在回轉(zhuǎn)過程中，機械臂處于最高位置。 沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 6 第 3 章 機械臂及液壓系統(tǒng)設(shè)計 機械臂的設(shè)計 根據(jù)設(shè)計的要求，另外參照挖掘機及鑿巖臺車等機械的機械臂的結(jié)構(gòu)，初步確定機械臂的結(jié)構(gòu)如 圖 31： [34] L 2L 1123 1機械臂與回轉(zhuǎn)平臺連接位置 ， 2機械臂位置調(diào)節(jié)液壓缸與回轉(zhuǎn)平臺鉸接位置 ， 3機械臂與機械頭鉸接部分鉸接位置。 以上敘述的四個主要結(jié)構(gòu)部分將在以后的章節(jié)中詳細(xì)闡述它們的設(shè)計過程。 總體方案的確定 根據(jù)課題提供的構(gòu)思圖，另外參照鑿巖臺車及起重機 等典型相關(guān)機械的結(jié)構(gòu)，初步確定鋁電解槽打殼機的結(jié)構(gòu)如 圖 22： [2] 87654321 4回轉(zhuǎn)機構(gòu)減速齒輪組 ， 5回轉(zhuǎn)平臺 ， 6機身底座 ， 7車輪 ， 8軸 圖 22 打殼機機構(gòu) 示意 圖 本次設(shè)計的打殼機主要機構(gòu)包括機械臂部分、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)四大部分，其中各部分的主要功能如下： （ 1）機械臂部分：機械臂主要是帶動機頭部分（包括沖擊器導(dǎo)軌及機頭沖擊器）運動，以使其能實現(xiàn)空間位置的變化，能夠徹底清理槽底的殘渣 。 課題提供的資料 （ 1）總體構(gòu)思圖 ，如圖 21： 圖 21打殼機總體結(jié)構(gòu)圖 沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 4 （ 2）車間現(xiàn)場環(huán)境：車間內(nèi)部空間寬闊，所以打殼機的運行及回轉(zhuǎn)在空間方面所受限制較小。由于駕駛室玻璃的防腐問題和能適合于電解車間環(huán)境的高可靠性的空調(diào)機尚無法解決，機組作業(yè)時，駕駛室處于煙氣和熱輻射中，司機的視場很不好（高位機組更差），靠地面人工引導(dǎo)作業(yè)，嚴(yán)重影響操作和生產(chǎn)效 率的提高。法國 ECL 公司推出了 ECL 版型的PTM,德國 NOELL 公司推出了 NOELL 版型的 PTM,都能實現(xiàn)上述 功能 ,并且兩公司在世界上都占有較大的份額 ,目前 ECL 是全球最大的 PTM 供應(yīng)商。 沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 2 電解多功能機組普遍采用橋式起重機的橋架作 為機組機構(gòu)，在橋架上配置有多個工具機構(gòu)的工具小車、出鋁小車、電葫蘆等。駕 駛室操縱機組按駕駛室及工具的配置位置又有高位機組和低位機組之分。目前，橫向配置多用于新建鋁廠；縱向配置國外多見。 鋁電解多功能機組是預(yù)焙陽極鋁電解生產(chǎn)的專用、關(guān)鍵設(shè)備。機械臂和液壓系統(tǒng)的設(shè)計是本次設(shè)計的基礎(chǔ) ， 其中液壓系統(tǒng)由于主要是為大臂及機頭部分的運動提供動力，所以把機械臂設(shè)計及液壓系統(tǒng)設(shè)計作為一個整體來設(shè)計。目前普遍使用人力與氣動打殼機共同完成打殼作業(yè) ， 但是鋁電解槽的溫度高達 960 度，不便于人工作業(yè)，所以迫切需要實現(xiàn)全機械化的打殼作業(yè)。鋁電解槽用打殼機的設(shè)計過程 I 鋁電解槽用打殼機的設(shè)計過程 摘 要 眾所周知，鋁合金在人們的日常生活中及工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用。 本論文主要討論了鋁電解槽用打殼機的 設(shè)計過程 ， 其主要包括：機械臂部分、液壓系統(tǒng)部分、回轉(zhuǎn)機構(gòu)部分 以及 行走機構(gòu)四大部分。 通過 前 一段時間的計算和校核，確定了機構(gòu)的主要參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，初步繪制鋁電解槽用打殼機的 結(jié)構(gòu)草圖 ， 草圖繪制完成后，又進行了一系列的校核，包括：機械臂的強度校核、齒輪的 校核 以及車體的傾覆穩(wěn)定性計算，計算完這些，打殼機的整體機構(gòu)設(shè)計就基本完成了，最后 再完成圖紙，圖紙全部采用 CAD 繪制 ， 到此電解槽用打殼機的設(shè)計全部結(jié)束。它能完成預(yù)焙陽極鋁電解槽的 打殼和覆蓋氧化鋁 、 更換陽極 、 出鋁 及 輔助提升陽極母線 等工藝操作。 根據(jù)工藝配置和電解槽進電方式的需要，鋁電解多功能機組可分成電解多功能機組和地面小車兩大類。 地面小車有：打殼換極車、加料車、出鋁車等。 電解多功能機組是大型預(yù)焙陽極鋁電解生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備 ,隨著大型預(yù)焙陽極電解槽的日趨發(fā)展 ,電解槽操作設(shè)備 PTM 即鋁電解多功能機組也逐步發(fā)展并得到廣泛的應(yīng)用。 [1] 由于橫向配置預(yù)焙槽可以提高單位面積產(chǎn)量，具有綜合經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，目前國內(nèi)在建的鋁廠大多選用 200KA 以上的槽型，多點進電。 因而，未來最有發(fā)展前途的鋁電解多功能機組的品種應(yīng)是：高可靠性、高運轉(zhuǎn)率、減輕操作工勞動強度、輕而小的多功能機組。 （ 3）本次設(shè)計的打殼機的應(yīng)用范圍：本打殼機應(yīng)用于長 9m，寬 3m，深 的鋁電解槽的殘渣清理工作，電解槽槽底殘渣厚度為 300～ 450mm。 （ 2）液壓系統(tǒng)：其主要功能是 為機械臂的舉升機頭整體角度的調(diào)整以及為機沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 5 頭沖擊器提供壓緊力 。其中液壓系統(tǒng)由于主要是為大臂及機頭部分的運動提供動力，所以把機械臂設(shè)計及液壓系統(tǒng)設(shè)計作為一個整體來設(shè)計。 圖 31機械臂的結(jié)構(gòu) 示意 圖 機械臂設(shè)計 的 依據(jù) （ 1）車間環(huán)境：工廠車間內(nèi)空間寬闊， 故 機械臂的長度及高度受限制非常小，所以設(shè)計過程中可 以 不 予 考慮，只要 機械臂的長度及 高度能夠 滿足工作的要求，并且充分考慮到經(jīng)濟性及 加工裝配的合理性即可。應(yīng)確保機 頭沖擊器的最低位置高于鋁電解槽的槽面，以 避免 機頭與槽面發(fā)生碰撞。驗證該尺寸是否合理。 15003000L 圖 33 在 xy 平面的機械臂尺寸 （ 3） 經(jīng)過計算及繪制草圖 ， 可以知道該機械臂的長度尺寸，可以確保機械臂在工作時，機械臂與平臺 間 不會發(fā)生碰撞。 據(jù) 此，機械臂的質(zhì)量經(jīng)計算 得 出： 1141 ?m kg； 機頭部分的質(zhì)量為 ： 5002 ?m kg。其位置在以 O 為原 點，水平方向為 X軸，豎直方向為 Y 軸的坐標(biāo)系中。 沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 11 機械臂的強度校核 由機械臂的受力分析可以看出。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得： ][2765010275921 bsbs M P a ?? ???? 因為 ][ bsbs ?? ? ， 所以需要改進該點結(jié)構(gòu)。作 2L 段的彎矩圖 如 圖 36： XMGNA BE 圖 36機械臂外力及彎 矩 圖 沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 12 在 圖 36 中 N 為 B 點所 的 受力，通過 對 機頭變幅缸受力分析 ， 可以得出NN 8850? 。 [5] 沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 14 M 作用下的端截面的轉(zhuǎn)角 ： EIMl??1? 在 N 與 G 的合力 P 的作用下 ： EIpl2 22 ??? 則 A 點的轉(zhuǎn)角為 ： 0 0 2 4 5 0 3 8101 9 62 1 6 3 02 7 5 9 2 11 6 3 07 9 5 6222 39 2221 ????? ????????? ?EI plMl??? A 點的撓度 ???Av （ 36） 0 0 4 3 0 2 ???Av 液壓系統(tǒng)設(shè)計 在本次設(shè)計的打殼機中，液壓系統(tǒng)的主要功能是調(diào)整機械臂及機頭導(dǎo)軌和沖擊器部分的位置，以滿足工作要求。 初步確定液壓系統(tǒng)壓力為 MPa10 ，以下將詳細(xì)進行液壓系統(tǒng)的設(shè)計工作。 1) 機頭壓力缸行程的確定： 在課題提供的資料中，電解槽槽底殘渣厚度為 300～ 450mm，故壓力缸的行程 S 應(yīng)取 mmS 450? ，以保證在沖擊器部分工作的過程中始終能為其提供壓緊力。 3) 缸筒 壁 厚的驗算： 液壓缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全。 根據(jù)以上的驗算可以看出，當(dāng)系統(tǒng)壓力為 MPa10 時， nP 值處于安全范圍內(nèi) 。 將以上各數(shù)據(jù)代入 上式，得： KNnFkK ?? KNFKNnF kK 151 35 ??? 至此，機頭壓力缸的計算完成。 0 0 54])([ 222 ??????? dDD mmD 31? 根據(jù) 書 提供的液壓缸規(guī)格尺寸，選取 mmD 40? ， mmd 25? 的液壓缸。 根據(jù)以上驗算可以看出，當(dāng)系統(tǒng)壓力為 MPa10 時，機頭變幅缸各方面參沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 19 數(shù)合理。 mFdDPDP ??4)( 22221 ??? 3 7 9 34])([ 222 ??????? dDD mmD 79? 參照的液壓缸規(guī)格，選取 mmD 100? ， mmd 63? 。 5) 由于機械臂舉升缸 10(?BL ～ d)15 ，所以應(yīng)對其活塞桿進行彎曲穩(wěn)定性驗算 ： 沈陽工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 21 222BK LKEJF ?? KNLKEJFBK6 0 7 6 4 0101 0 1 3162692222???????????? NFNnF KK 43797173611 ??? 此活塞桿尺寸滿足穩(wěn)定性要求 。 泵的額定流量： m in/1 4 2 2 4 3cmq ??? 所以油箱容積 ： 328 44 9014 22 452 cmV ??? （ 3） 驅(qū)動電動機的選擇 1）電動機電壓選擇 由于工廠車間內(nèi)有 380V 的供電系統(tǒng)，故選取電動機電壓 V=380V。 （ 2） 實現(xiàn)機械臂及機頭部分在水平面內(nèi)的 360176。 在此次設(shè)計的打殼機回轉(zhuǎn)機構(gòu)中， fM 和 pM 可以不計算，忽略 。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得： KWnMN xj 5 5 0 4 9 5 29 5 5 0 ?????? ? 考慮到機械起動的影響，選用較大功率 jdd NKN ? （ 44） 其 中： dK 為 安全系數(shù)，查表 取 ， ?dK 。 （ 2）齒輪部分的減速比 1812 ??iii 。 初步設(shè)計 按接觸強度進行設(shè)計 22211 ][)(1965HRRm u KTCd ?????? （ 46） 其 中： mC 為 配對材料修正系數(shù)，查表得， 1?mC ； K 為 載荷系數(shù)， ?K ； u — 齒數(shù)比， 12 ?? ZZu ； R? — 齒寬系數(shù)， ?R? ； 1T 為 轉(zhuǎn)矩 ， mKNnPT ???????? 4 0 01 4 0 5 5 01879 5 5 01； ][ H? — 許用 接觸應(yīng)力系數(shù)， M P aHH ][ lim ?? ?? 。 將以上各數(shù)據(jù) 代入上式，得 M P a3 6 7 0 1 8 7 6 1F ????????????? Xre lTF m imSTFF YYS Y ??? ??? lim][ （ 413） 其 中 ： limF? 為 齒根彎曲疲勞極限，查 表 得 MPaF 500lim ?? ； FmimS 為 最小安全系數(shù) ， 查 表 得 ?FmimS ； STY 為 修正系數(shù) ， 2?STY ； relTY? 為 壽命系數(shù) ，?relTY? ； XY 為 尺寸系數(shù) ?XY 。 齒數(shù)選擇： 183?Z 、 1554 ?Z 按齒面接觸強度設(shè)計 3 213 )][(HEdt ZuuTKd ?? ???? （ 414） 其 中： tK 為 載 荷 系 數(shù) ， ?tK ； 1T 為 小 齒 輪 傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩 ，mKNT ?? ； d? 為 齒寬系數(shù)， ?d? ； EZ 為 材料的彈性影響系數(shù)， MPaZE ? ； ][ 1H? 為 接觸疲勞強度極限， lim1 ][ HH ?? ? ； u 為 齒輪齒數(shù)之比， ?u 。 將以上各數(shù)據(jù) 代入上式，得 M P a1 0 5 ][ F ???????? M P aM P a FF 1 0 5 8][9 2 7 ??? ?? 所以滿足使用要求。 將以上各數(shù)據(jù) 代入上式，得 NF 3175)( 0 0 0 0 ???? 電動機功率 ：