【正文】 — 30 cm 介質(zhì)為液壓油，油口在上方，兩端緩沖，國產(chǎn)密封件，外表果綠色，活塞桿材質(zhì)為 45 鋼。表 4— 1 是 幾種 常見材料的滾動摩阻系數(shù)的值。 圖 4. 11 設在水平面上有一滾子， 半徑為 R，重為 P， 在 其中心 O 加一水平力 F（如圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 29 所示）。 夾料桿 在爐內(nèi) 上升時也必須考慮夾料桿 重量 、 吊掛擺動裝置 重量 以及水冷時管內(nèi)水 的重量 和管坯重量 ，故： ?G2=?G 夾 +?G 吊 +?G 水 +?G 管坯 (4— 4) 其中： ?m 夾 =4845kg， ?m 吊 =127kg， ?m 水 =V 水 ρ 水 ， ?m 管坯 =2030kg 下面計算 夾料桿內(nèi) 冷 水 的 質(zhì)量 ： 夾料桿 內(nèi) 圓 橫截面面積 ： S=π 當夾取 Φ 270mm坯料時 ， 同理由幾何關系可得擺角： ?? ????? Φ 270mm規(guī)格的坯料的最大重量： G=mg=2030 =19894N 將 G 及θ的值代入式 (4— 1)得： F= 即夾取 Φ 270mm坯料口 所受壓力 為 ，鉗口擺角 取 α =17? 。 當出料機械手運行至坯料上方時，水平運動快速平穩(wěn)停止，液壓 缸 一 收縮 調(diào)節(jié)同步擺桿機構下降至可以夾取坯料的位置后停止，然后通過液壓缸二配合吊掛擺動裝置中的液壓缸三的協(xié)作運動使夾料桿的夾取鉗口打開，夾取坯料，接著通過液壓缸一的伸出 使夾料桿連同所夾取的坯料上升至 之前的 高度 ， 液壓馬達再次驅(qū)動行走 小 車水平內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 21 動作后退至運料軌道正上方，液壓缸一 收縮 運動使夾料桿下降；最后，通過液壓缸二 、三的協(xié)作運動使夾料桿鉗口打開， 管坯 脫開停放在了運料軌道上。為使兩夾料桿不會因徑向竄動而引起徑向距離變化 ， 在夾料桿上設有弧形塊，從 而 避免了夾鉗啟閉用液壓缸行程偏小而無法夾取坯料， 或 行程偏大，在 夾取坯料時 ， 坯料在徑向受擠壓而產(chǎn) 生變形。液壓馬達后接減速器，經(jīng)減速器調(diào)速后輸出至行走小車的主動輪，驅(qū)動行走小車前進。 為控制 行走小車在前進方向的 啟動速度和停止時間，還專門設置了緩沖裝置 — 緩沖器 HX— 400。 式中： H— 實際制造成本，包括材料費用，工資費用和一般管理費用等。升降驅(qū)動用方案一的鏈式同步液壓缸回路實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運動也按方案一的方法控制。 行走小車夾料 桿的升降驅(qū)動是由一個液壓缸和一個特殊的同步擺桿機構共同來控制（如圖 所示）， A、 B 和 C 三點均固定在車體上，該機構雖然可以實現(xiàn)夾料桿升降方面的同步性，但是 D、 E 兩點做的是圓周運動， F 點也是圓周運動，也就是說， D、E 兩點在做上下運動時也要在水平方向上做前后運動，因此就必須存在一個補償運動，所以對此還專門設計了一個吊掛擺動裝置，來補償其水平垂直方向的微動。 本次設計主要是根據(jù)設計給定的參數(shù)，利用我們所學專業(yè)知識以及制圖知識，設計出合理的夾料出料裝置，完成主要部件框架的組合設計以及部分零件的強度校核，最后對部分零件進行壽命預算，最后畫出裝配圖及零件圖 。有的加熱爐僅有一個門，集出料和上料于一體。 (2)管坯 之間有間隙 ， 爐底面積利用率低，爐底強度只及推送式爐的一半左右 。 環(huán)型加熱爐的優(yōu)缺點 環(huán) 型 加熱爐具有以下的優(yōu)點： (1)爐子的轉(zhuǎn)速和 管坯 之間的間隔距離可以準確地控制，各段的溫度可以根據(jù)需要通過調(diào)整供熱量及利用中間 煙道 實行控制。 各段的長度并不固定，例如爐子在低負荷下工作時，就可以關閉一部分加熱段的燒嘴，預熱段就相對延長。段與段之間用隔墻隔開，有些段采用水冷隔墻。根據(jù)加熱管坯尺寸的不同，環(huán)型加熱爐的直徑也有所不同，但基本結(jié)構均無很大的差異。 現(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替 人 從事 繁重的工 作和危險的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯。目前，世界各 國正積極研制帶有“視角”和“觸角”的工業(yè)機械手，使它能對所抓取助工件進行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進而精確地在機器中 定位、定向。再 設桿 i 上 Si點和 Oi點在坐標系 xiyizi中的位置矢量為 rsi和 ri+1。 工作空間 即機械手的工作范圍，通常以手腕中心點在機械手運動的所占有的體積來表示。 2．通用機械手 具有獨立 控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣的機械手。 2．記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手由人工通過示教裝置領動一 遍 ，由記憶 元件 (如磁盤、磁帶或存儲器 )把程序記錄下來，以后機械手就自動按 記憶 的程序重復 進行循環(huán)動作。 3)中型的 —— 搬運重量在 50kg 以下。 三、控制系統(tǒng) 有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。手臂的作用是帶動手指去抓取物件， 并按預定要求將其搬運到 給定 的位 置。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 位置檢測裝置 執(zhí)行機構 工件 圖 機械手組成 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 2 一、執(zhí)行機構 執(zhí)行機構由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構等運動部件組成。 manipulator。 設計中包括以下內(nèi)容：介 紹機械手分類及主要技術指標，確定本設計任務中出料機械手采用的方案；對出料機械手的參數(shù)進行設計計算；計算選擇液壓元件及緩沖元件，以及對主要機械部件的強度校核。而且機械手機構學乃是機器人的主要基礎理論和關鍵技術，也是現(xiàn)代機械原理研究的 重要內(nèi)容。如有特殊要求 (將軸類零件放在頂尖上，將筒類、盤類零件卡在卡盤上等 )，手腕還可以有一個小距離的橫移。液 動式的出力人，臂力可達 1000N 以上， 且 可用電液伺服機構，可實現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機械手的用 途 和通用性更廣，定位精度一般在 1mm 范圍內(nèi)。一般可按機械手的規(guī)格、功能或用途等來分類。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 4 這 種機械手多為氣動或 液 動，結(jié)構簡單，價格便宜，改變程序較容易。 4． 智能工業(yè)機械手 (機器人 ) 由電子計算機通過各種傳感元件等進行控制，具有視覺、熱覺、 觸 覺、行走機構等 。自由度是反映機械手的通用性和適應性的一項重要指標。 機械手的靜力和動力分析 對機器的操作進行靜力分析和動力分析是機械手操作機設計，以及其驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)設計的 基礎。 動力分析 當考慮慣性力的影響時，對機械手進行的力分析即為動力分析。 3)能 自動避開障礙物。 然而，利用機械手或類似機械設備節(jié)省人力和 實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術方面和 價格方面存在的問題獲得解決，機械手的應用必將會飛躍發(fā)展。 環(huán)型加熱爐由轉(zhuǎn)動爐底和固定爐墻、爐頂組成。 二加 熱段：是供熱的主要段，也是提高質(zhì)量的主要段。燒嘴均安裝在內(nèi)外環(huán)墻上。 (5)爐子可以排空，避免停軋時 管坯 在爐內(nèi)長期停留，便于更換 管坯 規(guī)格。在爐底旋轉(zhuǎn)一周后，坯料剛好經(jīng)過預熱段、一加熱段、二加熱段、均熱段完成對坯料的均勻加熱最后被送出加熱爐。液壓缸的選取全選自江蘇無錫液壓缸廠，控制精度難度中下級別，而對于天津大無縫的 出料 機械手中所用到的是德國力士樂公司用到的液壓缸，控制精度相對比較高，其控制基于 ST— 200PLC 控制，在國內(nèi)處于領先水平，但其設計也是針對加熱內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 11 爐出料機進行的專項設計。 夾料桿的旋轉(zhuǎn)運動是由一個液壓缸配合夾料桿上中間部位的兩個特殊凸耳來 實現(xiàn) 的 ， 通過液壓缸的伸縮來使兩個夾料桿實現(xiàn)正反轉(zhuǎn) （ 如圖 所示 ） 。 該方案對于夾料 桿 運動控制較好，設備的制造，除液壓馬達和液壓缸之外，都可以從本廠直接獲取坯料并進行加工。 注： Wt 表示方案在技術上合適，必須改進。 ● 行走小車： 在車架上做直線運動， 后裝 夾料桿和吊掛擺動裝置，在水平方向 帶動 夾料桿 移動 至加熱爐門前，其上還設同步擺 桿機構，配合液壓缸完成垂直升降運動。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 19 行走小車的動力源是液壓馬達。 在這個過程中，不僅 對夾鉗有很好的冷卻作用， 對于工作 在較高 溫度下的夾料 桿桿 臂也有較好的冷卻作用 。 出料機械手的循環(huán)動作 當 管坯 加熱到合適溫度，加熱爐門打開，出料機械手開始動作。 旋轉(zhuǎn)用液壓缸負載壓力 圖 夾鉗受力圖 圖 環(huán)型加熱爐 管坯 分布簡圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 23 當夾取 Φ 180mm管坯 時 ， 根據(jù)理論力學 知識對坯料 進行受力分析 ， 如圖 所示 。 圖 同步擺桿機構尺寸計算圖 如圖 所示，在圖 （ a） 中 ， 由條件 AB=406mm， BC=580mm， DE=BF=175mm 知 ： 580AE175AEBF ????? 故： AD=AEDE== 圖（ b ）為夾料桿在爐內(nèi)下降 350mm 時，曲柄一的 位置圖，其中 ： FB?? =BF+350=525mm， BA?? =406mm， CB?? =580mm，由圖中幾何關系知： 580EA525EA FB ??????????? ?? 圖（ a）a 圖（ b） 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 25 故： 6 7FBEADA ????????? 綜上可知： AA ?、 兩點在垂直方向上的高度差為 mm245ADDA ???? 。 圖 4. 7 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 27 根據(jù)上圖，同步擺桿機構下裝設備的 水平 重心為： 管坯水吊夾管坯管水水吊吊夾夾總 mmmm mxmxmxm xx ??? ???????? ? ? ??2 0 306531274 8 45 2 0 307 5 306534 2 581271 8 004 8 453 7 51 ??? ???????? =4764mm 列平衡方程： 2GC GFF ???? = 04 7 6 4G1 8 0 0F 2G ????? 解得： GC ????? ， 同步擺桿機構中的連桿通過兩個鉸鏈與兩個曲柄相連，為一二力桿。若力 F 再增大一點，輪子就會滾動。液壓馬達按結(jié)構可分為齒輪式 、 葉片式和柱塞式。 吊掛擺動液壓缸的選擇 同理：選擇吊掛擺動裝置中所用液壓缸， 并作其強度校核，強度合格。 m 輸出齒輪： m=12,z=18,b=70mm 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 35 緩沖裝置簡介及其選用 機器在很大沖擊載荷的作用下，將受到損壞甚至可能造成人身事故， 減少 機器產(chǎn)生過大的 沖擊載荷的裝置稱為緩沖裝置。 m 功率： P=Tω (6— 2) P=7098 = 根據(jù)設計要求，選用 軟齒面齒輪 ，其失效形式主要是疲勞點蝕，先按齒面疲勞強度設計： 選擇齒輪材料，確定 許 用應力： 兩齒輪均選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理；查機械設計教材表得：其硬度為 229，查 機械設計教材圖 5— 32 得： δ Flim1=δ Flim2=220Mpa δ Hlim1=δ Hlim2=600Mpa 兩齒輪許用彎曲應力： δ FP1=δ FP2，按下式計算： δ FP=δ FlimYSTSFlimYN (6— 3) 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 38 其中： δ Flim— 實驗確定齒根的彎曲疲勞強度，由機械設計教材圖 5— 32 可 得 ； YST— 實驗確定的應力修正系數(shù)；本次設計采用國家標準給定的計算時，取 YST=2； SFlim— 彎曲強度的最小安全系數(shù)，一般傳動比取 SFlim=～ ，重要傳動取SFlim=～ ； YN— 彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)，一般取 YN=1，當考慮齒輪工作有限壽命 時，彎曲疲勞許用應力可以提高的系數(shù)，查機械設計教材圖 5— 34 可以得到 ； 注：對于開式齒輪傳動，用降低 20%的許用彎曲應力來考慮磨損影響 。 由上式可知，當受力物體的位移量最大時，則物體所受的力較小，根據(jù)這一原理設計的緩沖器將大大減少機器的沖擊載荷；同時，由于緩沖器利用彈性元件，流體和氣體等消耗的阻力功使具有蓄能和阻止能量傳遞的作用，從而達到緩沖的目的。 減速器按用途分為通用減速器和專用減速器兩大類，依據(jù)齒輪軸線相對于機體的位 置固定與否，又可分為定軸齒輪減速器和行星齒輪減速器。 查 參考文獻 [7]表 2— 51 和表 2— 52，選擇 液壓缸內(nèi)徑 D=80mm， 活塞桿直徑d=56mm，滿足要求 。 FN （ 4— 7） 圖 4. 12 滾動摩阻系數(shù)用實驗測定，它與滾子和支承面的材料的硬度和溫度有關，與滾子內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 30 的半徑無關。 根據(jù) 受力分析 列平衡方程 （其中 ?5?? ） ： 圖 曲柄一受力 分析圖 圖 曲柄二受力分析圖 圖 連桿受力分析圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書 28 曲柄 一： ?Fx=0， ?? cosFF DBx =0 ?Fy=0， 0FFFs inFACByD ????? ?MB=0， FA 387FD 552=0 曲柄二 ： ?Fx=0， 0cosFF FEx ??? ?Fy=0， 0FsinFF GFEy ???? ?ME=0， FF 552=0 連桿： FD FF