【正文】 ??? 其中： DD FF ?? ， FF FF?? 將 FC= 3 4 5F GGC ?????? ，代入上式，可得： FA= 車(chē)輪驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 車(chē)輪運(yùn)行于鋼質(zhì)導(dǎo)軌上，其驅(qū)動(dòng)力必須考慮到滾動(dòng)摩阻，下面簡(jiǎn)要說(shuō)明這種滾動(dòng)摩阻的形 成 原因及特性 。 夾料桿升降驅(qū)動(dòng)液壓缸負(fù)載壓力計(jì)算 夾料桿 下 降時(shí) ，同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷 必須考慮 到 夾料桿 重量 、 吊掛擺動(dòng)裝置 重量 和 夾料桿內(nèi)部水 的重量 ： ?G1=?G 夾 +?G 吊 +?G 水 (4— 2) 因下降時(shí) 剛 開(kāi)始進(jìn)行水冷 ， 夾料桿內(nèi)部水的重量 可以忽略，故： ?G1≈ ?G 夾 +?G 吊 (4— 3) 將 ?m 夾 =4845kg， ?m 吊 =127kg 代入上式， 得： ?G1=（ 4845+127） = 因?yàn)閵A料桿 在爐內(nèi)下降時(shí)同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷要小于夾料桿夾取管坯上升時(shí)同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷，所以我們可以根據(jù)上升時(shí)同步擺桿機(jī)構(gòu)所承受的載荷計(jì)算出升降液壓缸負(fù)載壓力。 夾鉗在工作過(guò)程中， 鉗口還需反向旋轉(zhuǎn)，故 夾鉗鉗口總擺動(dòng)角度應(yīng)取 α 2θ ，而 2θ = ? ，故取 α =13?。為使 其減速反應(yīng)快速 、 敏捷 ， 還在行走小車(chē)上裝有緩沖裝置 — 緩沖器 ， 用以防止車(chē)速過(guò)高沖出軌道，造成設(shè)備損傷，甚至傷及在場(chǎng)工作人員等事故的發(fā)生。 夾料桿夾 取管坯 時(shí) 的 旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)是由 液壓缸 驅(qū)動(dòng)的 ，即在夾料桿尾部徑向配以液壓缸 ，并在 夾料桿上 設(shè)有 特殊 的凸耳 結(jié)構(gòu)，通過(guò)液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)兩夾料桿旋轉(zhuǎn)。即輸入壓力和流量，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。行走小車(chē)配以?xún)蓚€(gè)后輪，兩個(gè)后下輪，兩個(gè)前輪 和 兩個(gè)導(dǎo)向輪，其動(dòng)作形式就是在水平軌道上前進(jìn)或后退。 We=Hi/H (3— 2) 表 設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)目標(biāo) 方案一 方案二 方案三 生產(chǎn)成本 理想成本 a 經(jīng)濟(jì)價(jià) We=Hi/H We1= We1= We1= 注：一般取 We≤ 意味著實(shí)際成本高于允許生產(chǎn)成本，在經(jīng)濟(jì) 上不合格。 圖 夾料桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 15 方案三 該方案的設(shè)計(jì)與前兩個(gè)方案不同的地方是行走 小 車(chē)運(yùn)行于地面的水平軌道上。 方案二 方案二與方案 一驅(qū)動(dòng)小車(chē)的動(dòng)力源有所不同 ， 小車(chē) 水平驅(qū)動(dòng)是靠一個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速器 ， 經(jīng)減速器調(diào)速后減速，輸出到行走小車(chē)主動(dòng)輪， 驅(qū)動(dòng) 小車(chē)在水平軌道上前進(jìn)后退 ，此處選擇液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)可使整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源一致 。 φ 35m加熱爐是包鋼集團(tuán)無(wú)縫鋼管廠生產(chǎn)工藝流 程中的一個(gè)重要設(shè)備，無(wú)縫鋼管廠主要生產(chǎn)工藝路線：管坯鋸 — 管坯加熱 — 穿孔機(jī) — 連軋機(jī) — 脫管機(jī) — 再加熱爐 — 定徑機(jī) — 冷床 — 管排鋸 — 矯直機(jī) — 探傷 — 倒棱 — 熱處理 — 包裝發(fā)行，管坯鋸斷以后，再將斷坯送入至加熱爐，即裝料，然后在加熱爐里加熱至合適溫度，使得管坯 在 比較適合穿孔的溫度下出料 ，本次設(shè)計(jì)就是針對(duì)其出料結(jié)構(gòu)進(jìn)行的一個(gè)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)。 出料 機(jī)械手 出料 機(jī)械手是生產(chǎn)制造中的一個(gè)重要部分，針對(duì)加熱爐有一個(gè)出料門(mén)和一個(gè)上料門(mén)。 環(huán)型 加熱爐的缺點(diǎn)： (1)機(jī)械設(shè)備復(fù)雜， 占 地面積大，投資費(fèi)用高。另外，裝料和卸料 由電機(jī)或馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)的小車(chē)完成。 環(huán) 型 加熱爐結(jié)構(gòu)上沒(méi)有明顯的分段，主要靠燒嘴的配置和供熱強(qiáng)度來(lái)控制溫度制內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 9 度 。沿爐子圓周方向可分為幾個(gè)段，如預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段、均熱段、清渣段等。 環(huán)型加熱爐是工業(yè)爐中爐型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械化程度和裝備水平較高的一種，一般適用于無(wú)縫鋼管穿孔前的加熱 。 這種具有感知能力并能對(duì)感知 的信息作 出 反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱(chēng)為智能機(jī)械手 ，它是有發(fā)展前途的 。 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向 國(guó)內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒(méi)有“ 視覺(jué) ” 和“觸角 ” 反饋。 在機(jī)械手中，任取兩桿 i 與 i+1，設(shè)作用在桿 i+1 上的力 Fi+1和力矩 Mi+1在坐標(biāo)系i+1 中表示為 Fi+1(i+1)和 Mi+1(i+1)；桿 i 上的重力 Gi在機(jī)座坐標(biāo)系 x0y0z0中表示為 Gi(0)。目前，一般的通用工業(yè)機(jī)械手大多為 5 個(gè)自由度左右，但已能滿足多種作業(yè)的要求。這種機(jī)械手工作對(duì)象不變，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，適用于成批、大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。所以，目 前 這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。 2)小型的 —— 搬運(yùn)重量在 10kg 以下。電動(dòng)式用于小型，機(jī)械式只用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。 3. 臂部 手臂是支承被抓物體、手部、 腕部的重要部件。但從結(jié)構(gòu)形式分析，主要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng) 和 控制系統(tǒng) 所組成，各部分關(guān)系如圖 所示，機(jī)械手的組成示意圖如圖 所示。 parameters design and calculated of the steel ,the choice of hydraulic ponents and buffer ponents ,as well as the strength check of the main mechanical ponents. Keywords: Ringtype furnace。 關(guān)鍵詞： 環(huán)型加熱爐；機(jī)械手；控制；吊掛擺動(dòng)裝置 全套圖紙，加 153893706內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) II Φ 35m Ring of Steel Furnace Manipulator Abstract This article will focus on the discharging manipulator design of Φ35m ring furnace in the seamless steel pipe walking trolley that does a straight line on the pedestal promotes the clip materials bar to the furnace,and then promotes it doing Lifting exercise through synchronous pendulum body driven by the lifting driving hydraulic cylinder, and finally with a rotating hydraulic cylinder drives the clip materials bar to plete the clip materials work. Design includes the following: includuction manipulator classification and the main technical indicators, deternination the design task with a steel manipulator。 機(jī)械手的組成及分類(lèi) 機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)有簡(jiǎn)單的 也 有復(fù)雜的。也有的工業(yè)機(jī)械手沒(méi)有腕部自由度。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。 一、按規(guī) 格 (所搬運(yùn)的工件重 量 )分類(lèi) 1)微型 的 —— 搬運(yùn)重量在 1kg 以下。只適用于程序較簡(jiǎn)單 的 點(diǎn)位控制，但作為一般單機(jī)服務(wù)的 搬 運(yùn)作業(yè)已足夠。 三 .按用途分類(lèi) 1．專(zhuān)用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。自由度越多，就更能接近人手的動(dòng)作機(jī)能，通用性更好，但結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。 靜力分析 機(jī)械手靜力分析的目的是確定機(jī)械手在靜力平衡狀態(tài)下，各關(guān)節(jié)力與末端執(zhí)行器上外力、外力矩間的關(guān)系，為機(jī)械手的設(shè)計(jì)提供初步依據(jù)。與前面平面機(jī)構(gòu)力分析相似，機(jī)械手的動(dòng)力分析可將慣性力視為一 般外力加于產(chǎn)生慣性力的構(gòu)件上，而仍將機(jī)械手視為處于靜力平衡狀態(tài)，然后即可用前述機(jī)械手靜力分析的方法進(jìn)行力的分析。 4)抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 8 第二章 環(huán)型加熱爐及 出料機(jī)械手 環(huán)型加熱爐 隨著鋼鐵工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)高速、高精度連續(xù)軋機(jī)及快鍛、精鍛設(shè)備的要求， 環(huán)型 加熱爐得到了較快發(fā)展。整個(gè)環(huán)型加熱爐看起來(lái)為一個(gè)立體圓環(huán)。 均熱段：在這段里最大限度地消除管坯表面和中心的溫度差，提高管坯的加熱質(zhì)量。爐底一般由若干電機(jī)驅(qū)動(dòng)，目前均實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 10 (6)由于幾乎沒(méi)有什么水冷件，熱耗比較低。而燃料和助燃空氣則經(jīng)各段燒嘴噴入爐膛燃燒，廢氣經(jīng)煙道排除煙囪。 設(shè)計(jì)專(zhuān)題部分 本次設(shè)計(jì)是針對(duì)包鋼集團(tuán)無(wú)縫鋼管廠 φ 35m加熱爐出料進(jìn)行的專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)。 該方案控制的夾料動(dòng)作反應(yīng)快速準(zhǔn)確，特別是選用的同步的回路同步精度很高，伺服閥與換向閥要求有相同的流量，規(guī)格尺寸必須選擇很大 ， 價(jià)格也相當(dāng)昂貴 ，特別是行走下車(chē)車(chē)體上要同時(shí)固定五個(gè)大行程液壓缸 ，因此，行走小車(chē)在體積和材料剛度的選用方面都有特殊的要求，但是其無(wú)論在效率還是在壽命方面的性能都比較好。對(duì)于完成一些控制精度不高，生產(chǎn)效 率一般的生產(chǎn)廠區(qū)比較實(shí)效。 表 3— 1 設(shè)計(jì)方案技術(shù)評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià) 目標(biāo) 加權(quán)系數(shù) gi 方案一 方案二 方案三 P1i P1igi P2i P2igi P3i P3igi 剛度 3 4 精度 4 3 1 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 16 加工 4 4 4 裝配 3 4 4 使用 5 4 Pmax ? P1igi= ? P2igi= ? P3igi= Wt=?iP gi/Pmax Wt1= Wt2= Wt3= 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的目的是求方案的經(jīng)濟(jì)價(jià) We,也就是理想成本與實(shí)際制造成本的比值。 行走小車(chē)是承載夾料桿在水平方向前進(jìn)的主要裝置。液壓馬達(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的元件。冷卻過(guò)程的 控制是通過(guò)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)夾料桿鉗口達(dá) 到 某一溫度 時(shí) ，溫度傳感器獲得信號(hào) 并將信號(hào)傳至給控制器 ， 從而開(kāi)啟進(jìn)水管進(jìn)行冷卻 。 首先，出料機(jī)械手通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)后接的減速器調(diào)速后，驅(qū)動(dòng)行走小車(chē)在水平軌道上前進(jìn)，小車(chē)的啟動(dòng)過(guò)程是一個(gè)勻加速直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)最高速度后開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)快到達(dá)限動(dòng)橫梁時(shí)做勻 減 速直線運(yùn)動(dòng)。 在 圖 （ a） 左半部分為夾鉗的初始位置，右半部分為剛好夾住坯料的位置，根據(jù)圖中的幾何尺寸，可得： ?? 2 ????? 在圖 （ b） 中： G=2F )2/sin(? (4— 1) Φ 180mm 坯料的重量： G=mg=900 =8820N 將 G 及θ的值代入式 (4— 1)得： F= 故 夾取 Φ 180mm 坯料時(shí)，鉗口 所受壓力 為 ， 鉗口擺角為 ? 。 考慮到液壓缸在垂直面內(nèi)的擺動(dòng) 和 其他因素產(chǎn)生 的 冗余伸長(zhǎng) 的影響 ，將其圓整為 250mm。將同步擺桿機(jī)構(gòu)約束除去，用外力 代替施力物體，對(duì)曲柄一、二和連桿進(jìn)行受力分析，如 下圖所示 。 由此可見(jiàn) ，滾 動(dòng)摩 阻力偶矩 Mf的大小介于零與最大值之間，即， 0? M? Mmax （ 4— 6） 實(shí)驗(yàn)證明，最大滾 動(dòng)摩 阻力偶矩 Mmax與支承面的法向反力 FN的大小成正比，即 Mmax=δ 本次設(shè)計(jì)選用液壓馬達(dá)型號(hào) 為 A2F200W2P2 注： A— 馬達(dá)型號(hào) 2— 無(wú)連桿 F— 壓力級(jí) 200— 工程排量 W — 控制設(shè)計(jì)變量 2— 主體設(shè)計(jì)序號(hào) P— 平鍵連接 2 — 裝配形式 主要參數(shù)： 排量： 200ml/r 最大工作壓力 ： 10MPa 最高轉(zhuǎn)速： 1700r/min 液壓缸選擇 夾鉗啟閉 用 液壓缸的選擇 在 節(jié)中已經(jīng)計(jì)算出液壓 缸 最大 負(fù)載工作壓力： F 旋 =。 型號(hào)： C25WEΦ 63/Φ 63 60 主要參數(shù)： 面積比 — 1 活塞面積 — 活塞桿面積 — 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 34 環(huán)型面積 — 緩沖長(zhǎng)度 — 20cm 負(fù)載壓力： F1= F2= 工作壓力：（取 10MPa） 減速器選擇 減速器是指原動(dòng)機(jī) 與工作機(jī)之間獨(dú)立閉式傳動(dòng)裝置，用于降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩 ， 在某些場(chǎng)合，也用作增速裝置，稱(chēng)為增速器。 緩沖器所依據(jù)的工作原理是：當(dāng)物體受到具有一定動(dòng)能的另一物體沖擊時(shí)，將對(duì)受 力 物體做功，則物體的動(dòng)能 E 應(yīng)等于受力物體所做的功，由此可得出下面的計(jì)算式 E= ??? mx02 Fdxg2W (5— 5) 式中： W— 物體的重量， N； G— 物體的重力加速器， g=9800mm/s2； v— 物體的最大位移 mm/s； F— 物體的受力， N。 δ FP1=δ FP2=220 1=338MPa 其中： YST=1， SFlim=， YN=1 齒輪許用接觸應(yīng)力 δ HP1=δ HP2可按下式確定： δ HP=δ HlimSHlinZNZW (6— 4) 式中： δ Hlim— 實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 33 查得 ； SHlim— 接觸疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)，一