【正文】 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。 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 =。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 。 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 ? 。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 。 行走小車是承載夾料桿在水平方向前進(jìn)的主要裝置。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。 設(shè)計(jì)專題部分 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)行的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。 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。 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。 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。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。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。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。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。 機(jī)械手的組成及分類 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。 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。 3. 臂部 手臂是支承被抓物體、手部、 腕部的重要部件。 2)小型的 —— 搬運(yùn)重量在 10kg 以下。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。 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)。 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)械手稱為智能機(jī)械手 ，它是有發(fā)展前途的 。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。另外，裝料和卸料 由電機(jī)或馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)的小車完成。 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)。 方案二 方案二與方案 一驅(qū)動(dòng)小車的動(dòng)力源有所不同 ， 小車 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，輸出到行走小車主動(dòng)輪， 驅(qū)動(dòng) 小車在水平軌道上前進(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 。 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。即輸入壓力和流量，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。為使 其減速反應(yīng)快速 、 敏捷 ， 還在行走小車上裝有緩沖裝置 — 緩沖器 ， 用以防止車速過(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。 FN （ 4— 7） 圖 4. 12 滾動(dòng)摩阻系數(shù)用實(shí)驗(yàn)測(cè)定，它與滾子和支承面的材料的硬度和溫度有關(guān)，與滾子內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 30 的半徑無(wú)關(guān)。 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(duì)于機(jī)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。 m 功率： P=Tω (6— 2) P=7098 = 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用 軟齒面齒輪 ，其失效形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，先按齒面疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 選擇齒輪材料，確定 許 用應(yīng)力： 兩齒輪均選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理；查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表得：其硬度為 229，查 機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 32 得： δ Flim1=δ Flim2=220Mpa δ Hlim1=δ Hlim2=600Mpa 兩齒輪許用彎曲應(yīng)力： δ FP1=δ FP2，按下式計(jì)算： δ FP=δ FlimYSTSFlimYN (6— 3) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 38 其中： δ Flim— 實(shí)驗(yàn)確定齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 32 可 得 ； YST— 實(shí)驗(yàn)確定的應(yīng)力修正系數(shù)；本次設(shè)計(jì)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給定的計(jì)算時(shí)，取 YST=2； SFlim— 彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，一般傳動(dòng)比取 SFlim=～ ，重要傳動(dòng)取SFlim=～ ； YN— 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，一般取 YN=1，當(dāng)考慮齒輪工作有限壽命 時(shí)，彎曲疲勞許用應(yīng)力可以提高的系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖 5— 34 可以得到 ； 注：對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，用降低 20%的許用彎曲應(yīng)力來(lái)考慮磨損影響 。 吊掛擺動(dòng)液壓缸的選擇 同理：選擇吊掛擺動(dòng)裝置中所用液壓缸， 并作其強(qiáng)度校核，強(qiáng)度合格。若力 F 再增大一點(diǎn)，輪子就會(huì)滾動(dòng)。 圖 同步擺桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)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(shí)，曲柄一的 位置圖，其中 ： FB?? =BF+350=525mm， BA?? =406mm， CB?? =580mm，由圖中幾何關(guān)系知： 580EA525EA FB ??????????? ?? 圖（ a）a 圖（ b） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 25 故： 6 7FBEADA ????????? 綜上可知： AA ?、 兩點(diǎn)在垂直方向上的高度差為 mm245ADDA ???? 。 出料機(jī)械手的循環(huán)動(dòng)作 當(dāng) 管坯 加熱到合適溫度，加熱爐門(mén)打開(kāi)，出料機(jī)械手開(kāi)始動(dòng)作。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 19 行走小車的動(dòng)力源是液壓馬達(dá)。 注： Wt 表示方案在技術(shù)上合適，必須改進(jìn)。 夾料桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)液壓缸配合夾料桿上中間部位的兩個(gè)特殊凸耳來(lái) 實(shí)現(xiàn) 的 ， 通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)使兩個(gè)夾料桿實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn) （ 如圖 所示 ） 。在爐底旋轉(zhuǎn)一周后，坯料剛好經(jīng)過(guò)預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段、均熱段完成對(duì)坯料的均勻加熱最后被送出加熱爐。燒嘴均安裝在內(nèi)外環(huán)墻上。 環(huán)型加熱爐由轉(zhuǎn)動(dòng)爐底和固定爐墻、爐頂組成。 3)能 自動(dòng)避開(kāi)障礙物。 機(jī)械手的靜力和動(dòng)力分析 對(duì)機(jī)器的操作進(jìn)行靜力分析和動(dòng)力分析是機(jī)械手操作機(jī)設(shè)計(jì)，以及其驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 基礎(chǔ)。 4． 智能工業(yè)機(jī)械手 (機(jī)器人 ) 由電子計(jì)算機(jī)通過(guò)各種傳感元件等進(jìn)行控制，具有視覺(jué)、熱覺(jué)、 觸 覺(jué)、行走機(jī)構(gòu)等 。一般可按機(jī)械手的規(guī)格、功能或用途等來(lái)分類。如有特殊要求 (將軸類零件放在頂尖上，將筒類、盤(pán)類零件卡在卡盤(pán)上等 )，手腕還可以有一個(gè)小距離的橫移。 設(shè)計(jì)中包括以下內(nèi)容：介 紹機(jī)械手分類及主要技術(shù)指標(biāo)，確定本設(shè)計(jì)任務(wù)中出料機(jī)械手采用的方案；對(duì)出料機(jī)械手的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；計(jì)算選擇液壓元件及緩沖元件，以及對(duì)主要機(jī)械部件的強(qiáng)度校核。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 位置檢測(cè)裝置 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工件 圖 機(jī)械手組成 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 2 一、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。 三、控制系統(tǒng) 有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。 2．記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手由人工通過(guò)示教裝置領(lǐng)動(dòng)一 遍 ，由記憶 元件 (如磁盤(pán)、磁帶或存儲(chǔ)器 )把程序記錄下來(lái)，以后機(jī)械手就自動(dòng)按 記憶 的程序重復(fù) 進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。 工作空間 即機(jī)械手的工作范圍，通常以手腕中心點(diǎn)在機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的所占有的體積來(lái)表示。目前，世界各 國(guó)正積極研制帶有“視角”和“觸角”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對(duì)所抓取助工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中 定位、定向。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(gòu)均無(wú)很大的差異。 各段的長(zhǎng)度并不固定，例如爐子在低負(fù)荷下工作時(shí)，就可以關(guān)閉一部分加熱段的燒嘴，預(yù)熱段就相對(duì)延長(zhǎng)。 (2)管坯 之間有間隙 ， 爐底面積利用率低，爐底強(qiáng)度只及推送式爐的一半左右 。 本次設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)給定的參數(shù)，利用我們所學(xué)專業(yè)知識(shí)以及制圖知識(shí)，設(shè)計(jì)出合理的夾料出料裝置，完成主要部件框架的組合設(shè)計(jì)以及部分零件的強(qiáng)度校核，最后對(duì)部分零件進(jìn)行壽命預(yù)算，最后畫(huà)出裝配圖及零件圖 。升降驅(qū)動(dòng)用方案一的鏈?zhǔn)酵揭簤焊谆芈穼?shí)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也按方案一的方法控制。 為控制 行走小車在前進(jìn)方向的 啟動(dòng)速度和停止時(shí)間，還專門(mén)設(shè)置了緩沖裝置 — 緩沖器 HX— 400。為使兩夾料桿不會(huì)因徑向竄動(dòng)而引起徑向距離變化 ， 在夾料桿上設(shè)有弧形塊，從 而 避免了夾鉗啟閉用液壓缸行程偏小而無(wú)法夾取坯料， 或 行程偏大，在 夾取坯料時(shí) ， 坯料在徑向受擠壓而產(chǎn) 生變形。 當(dāng)夾取 Φ 270mm坯料時(shí) ， 同理由幾何關(guān)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? 。 圖 4. 11 設(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 29 所示）。 因夾鉗相對(duì)液壓缸旋轉(zhuǎn)角度為 θ =? ，也就是說(shuō)，夾鉗啟閉液壓缸的行程為： L=2 ?? (5— 1) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 32 =2 661 = 查 參考文獻(xiàn) [7]表 2— 53，從液壓缸行程優(yōu)先系列中選擇其行程，?。? L=85mm 故所選液壓缸型號(hào)為 C25WEΦ 80/Φ 56 85 注： C— 差動(dòng)缸 25— 最大工作壓力 WE— 尾部耳環(huán)式 Φ 80— 缸筒內(nèi)徑 Φ 56— 活塞桿直徑 工作壓力 — （取 10Mpa） 主要參數(shù)： 面積比 — 2 活塞面積 — 活塞桿面積 — 環(huán)型面積 — cm2 緩沖長(zhǎng)度 — 30 cm 介質(zhì)為液壓油，油口在上方，兩端緩沖，國(guó)產(chǎn)密封件，外表果綠色，活塞桿材質(zhì)為 45 鋼。 緩