【正文】 鑿巖車及起重機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成了鋁電解槽打殼機(jī)機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 本人在設(shè)計(jì)過程中， 查閱了大量的參考 文獻(xiàn)資料。 減速比的確定 車輪轉(zhuǎn)速 ： m in/ in/9 rDmn w ??? ? （ 53） 其 中： D — 車輪直徑， 200?D 。 分度圓直徑： 11 mZd ? （ 49） 17622811 ???? mZd 22 mZd ? 2 0 826822 ???? mZd 外錐距： 11sin2 ?dR? （ 410） in2 176s in2 11 ???? ?dR 齒寬： Rb R??? （ 411） 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 28 0 ????? Rb R? 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 [9] KSaFaFFVAmeF mt YYYYYKKKKmb F ????? ?F （ 412） 其 中： mtF 為 齒寬中點(diǎn)周向 力， NFmt 18761? ； eFb 為 有效齒寬，mmbeF ? ； m 為 齒寬中點(diǎn)模數(shù)， ?? mm m ； AK 為 工況系數(shù)，查表得， 1?AK ； VK 為 動(dòng)載系數(shù)， 查表得， ?VK ； ?FK 為 齒間載荷 的 分布系數(shù)，查表得， ??FK ； ?FK 為 齒向載荷 的 分布系數(shù)， 通過計(jì)算得出 ????? beHHF KKK ??? ； ?FY 為 展成齒輪的齒輪修正系數(shù)，??FY ； ?SY 為 齒頂加載時(shí)應(yīng)力修正系數(shù)， ??SY ； ?Y 為 重合度系數(shù)，查表得 ??Y ； ?Y 為 螺旋角系數(shù)， 1??Y ； KY 為 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的錐齒輪系數(shù)， 1?KY 。 計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率 （ 1） 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)時(shí)所要克服的總旋轉(zhuǎn)阻力矩 ： pfx MMMM ??? （ 41） 12沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 24 其 中 ： xM 為 旋轉(zhuǎn)支承裝置中的摩擦阻力矩 ； fM 為 風(fēng)力阻力矩 ； pM 為由道路坡度造成的旋轉(zhuǎn)阻力矩 。 2) 缸徑 D 的確定 在對(duì)機(jī)械臂的受力分析過程中， 可以看出，機(jī)械臂舉升缸的最大外負(fù)荷沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 20 NF 43797? 。 所以 ?nP ～ 。 剛度校核 將 2L 段機(jī)械臂作為一個(gè)懸臂梁來計(jì) 驗(yàn)算其剛度， 簡(jiǎn)圖如 圖 38： GNA 圖 38外力分析 將 G和 N合成到 A 點(diǎn)， 如圖 39： MANG 圖 39 A 點(diǎn)的 受力分析 其中 ： NG 680? ， NN 8850? ， mNM ???? 5 5 48 1 8 0 查閱 文獻(xiàn) 可以得到機(jī)械臂在此種載荷作用下的變形 。 另外， 2G 為機(jī)頭變幅缸所受 的 重力， kgG 152 ? ； 3G 為機(jī)頭部分的 整體質(zhì)量， kgG 5003 ? ； 1G 為機(jī)械臂的質(zhì)量。 （ 3）在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 車體在回轉(zhuǎn)過程中，機(jī)械臂處于最高位置。 課題提供的資料 （ 1）總體構(gòu)思圖 ，如圖 21： 圖 21打殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 4 （ 2）車間現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境：車間內(nèi)部空間寬闊，所以打殼機(jī)的運(yùn)行及回轉(zhuǎn)在空間方面所受限制較小。駕 駛室操縱機(jī)組按駕駛室及工具的配置位置又有高位機(jī)組和低位機(jī)組之分。目前普遍使用人力與氣動(dòng)打殼機(jī)共同完成打殼作業(yè) ， 但是鋁電解槽的溫度高達(dá) 960 度，不便于人工作業(yè)，所以迫切需要實(shí)現(xiàn)全機(jī)械化的打殼作業(yè)。它能完成預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的 打殼和覆蓋氧化鋁 、 更換陽(yáng)極 、 出鋁 及 輔助提升陽(yáng)極母線 等工藝操作。 [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(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)在建的鋁廠大多選用 200KA 以上的槽型，多點(diǎn)進(jìn)電。其中液壓系統(tǒng)由于主要是為大臂及機(jī)頭部分的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，所以把機(jī)械臂設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一個(gè)整體來設(shè)計(jì)。 15003000L 圖 33 在 xy 平面的機(jī)械臂尺寸 （ 3） 經(jīng)過計(jì)算及繪制草圖 ， 可以知道該機(jī)械臂的長(zhǎng)度尺寸，可以確保機(jī)械臂在工作時(shí)，機(jī)械臂與平臺(tái) 間 不會(huì)發(fā)生碰撞。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得： ][2765010275921 bsbs M P a ?? ???? 因?yàn)?][ bsbs ?? ? ， 所以需要改進(jìn)該點(diǎn)結(jié)構(gòu)。 1) 機(jī)頭壓力缸行程的確定： 在課題提供的資料中，電解槽槽底殘?jiān)穸葹?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。 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。 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(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 1）電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)電壓 V=380V。 （ 2）齒輪部分的減速比 1812 ??iii 。 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。 （ 4）完成了行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了電機(jī)、減速器及車輪的設(shè)計(jì)和選擇。但是，本機(jī)械還是需要由人工在場(chǎng)進(jìn)行操作，工作環(huán)境依然不是很好，所以還需要進(jìn)一步改進(jìn)。 圖 51 行走機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及減速系統(tǒng)的選 擇 與車輪 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) （ 1） 選擇電動(dòng)機(jī)系列 按工作要求及工作條件選用三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓 380V， Y 系列 。 確定齒數(shù)及傳動(dòng)比： 221?Z ； 462 ?Z ； 183?Z ； 1554 ?Z ； 1221 ?? ZZi ； ?? ZZi ； 1843212 ??? iii 。 根據(jù)以上選取方法，綜合考慮泵的轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)功率，選取 Y180L4 三相異步電動(dòng)機(jī)。 3） 機(jī)頭變幅缸壁厚的確定 m a xm a x PDPP ?? ?? mmPDP P 66 6m a xm a x ?????? ????? ?? 取 mm5?? 。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得： 66 36m a x?????? ?????? ?PDPpm z x?? 缸筒材料使用 45鋼，其 MPas 340?? 。算得 MPabs 42?? ， 滿足其強(qiáng)度的要求。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 9 機(jī)械臂的受力分析 機(jī)械臂的質(zhì)量：機(jī)械臂 采用 雙側(cè)板焊接箱形結(jié)構(gòu)，側(cè)板使用厚度為 10mm的鋼板制成，用厚度為 10mm 的鋼板焊接成箱形。 另外，機(jī)頭沖擊器及機(jī)頭導(dǎo)軌部分將由課題給出不作為設(shè)計(jì)任務(wù)，課題提供的機(jī)頭沖擊器參數(shù) 為 ：沖擊器長(zhǎng)度 mmL 1295? ； 沖擊器質(zhì)量 kgm 500? 。 車間的特殊環(huán)境對(duì)電解多功能機(jī)組在可靠性及運(yùn)轉(zhuǎn)率等方面提出了更高要求。合理設(shè)計(jì)的多點(diǎn)進(jìn)電槽具有較好的三場(chǎng)分布，生產(chǎn)指標(biāo)好，因而得到了廣泛應(yīng)用。目前鋁的生產(chǎn)是用鋁電解槽。 電解多功能機(jī)組按功能的配備可分為全功能電解多功能機(jī)組和簡(jiǎn)易電解天車兩大類，其區(qū)別主要在于前者具有全自動(dòng)更換陽(yáng)極裝置和自己配備有打殼動(dòng)力源，而后者只有陽(yáng)極提升、下降機(jī)構(gòu)，同時(shí)兼作出鋁用。 電解多功能機(jī)組的技術(shù)發(fā)展方向 為： 輕型化、小型化 ； 功能擴(kuò)大化 ； 功能機(jī)構(gòu)全液壓化 ； 電子化 ； 電氣化 ； 調(diào)速方式采用變頻調(diào)速，調(diào)速性能好 ； 控制方式采用 PLC、 LOGO，可以減少中間繼電器，降低故障率，提高機(jī)組的可靠性和運(yùn)轉(zhuǎn)率 ； 操縱方式采用無線電遙控 ； 設(shè)備集中潤(rùn)滑。 （ 2）使用該打殼機(jī)的鋁電解槽的尺寸為：長(zhǎng) 9m、寬 3m、深 ，槽底殘?jiān)暮穸葹?300～ 450mm， 所以對(duì)機(jī)械臂的工作要求為： 機(jī)械 臂位于最低位置時(shí)，應(yīng)保證機(jī)頭沖擊器能夠擊打到電解槽槽 底 的殘?jiān)?，即機(jī)頭沖擊器的最低位置應(yīng)低于電解槽底。 以下將 分別對(duì)機(jī)械臂處于最高及最低位置時(shí)的情況 進(jìn)行受力分析 。 另外 NG 680? 、 NF 306252 ? 在 BE段內(nèi) ： xxNM os1 ????? 在 AE 段內(nèi) ： 4 8 95 1 8 110)1 6 3 08 1 5(6 0 0 04 5 8 1 32 ???????? ? xxxM 由彎矩圖 36 可以看出， A點(diǎn)彎矩最大，為危險(xiǎn)截面，故應(yīng)校核 A點(diǎn)的強(qiáng)度。 21221 )(D DDP sn ?? ? （ 39） 其 中 ： 1D 為 缸筒外徑 ， mmD 601 ? 。 5） 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 KNLK EJFBK1 081 241 103 22 692222 ?? ?????? ?? NFKNnF KK ???? 所以活塞桿的彎曲穩(wěn)定性經(jīng)驗(yàn)算滿足穩(wěn)定條件 ?；剞D(zhuǎn) 。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得 1 4 9]1 3 5 0[)( 6 5 2221 ?????? ???d 幾何尺寸計(jì)算 分錐角： u1arctan1 ?? （ 47） ???? r c t a n1a r c t a n1 u? ????????? 12 ?? 模數(shù)： 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 27 11Zdm? （ 48） 其 中： 1d 為 分度圓直徑， 1491?d ； 1Z 為 齒數(shù) ， 221?Z 。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得： KWvFP 1 7 5 ????? ? 綜合考慮到電動(dòng)機(jī)的效率，選取 Y801— 4 型電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為min/1390r 。感謝老師們的精心指導(dǎo)和無私關(guān)懷，在此向各位老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 主要 研究 工作 如下 ： （ 1）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)打殼機(jī)的總體尺寸，特別是機(jī)械的尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以保證其能完成打殼作業(yè)。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得 mmdH)][ ( 3 2l i m3?????? ? 2 53 ??? Zdm 取 7?m ，所以 12633 ?? mZd ， 108544 ?? mZd 。 將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得： KWN d 7 4 ??? 所以 選取 Y90S4電動(dòng)機(jī) 。 至此，液壓缸部分設(shè)計(jì)完成 。 （ 2） 機(jī)頭變幅缸設(shè)計(jì) 機(jī)頭變幅缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與壓力缸計(jì)算方法相同 。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 15 液壓缸部分 （ 1） 機(jī)頭壓力缸部分 1） 計(jì)算公式： [6] mFdDPDP ??4)( 22221 ??? （ 37） 其 中 ： 1P 為 液壓缸工作腔， MPaP 101 ? ； 2P 為 回油腔的壓力 ， 當(dāng)回油路上無閥類阻力直接進(jìn)入油箱時(shí)， 2P 的范圍為 ～ MPa 取 MPaP ? ；D 為 液壓缸內(nèi)徑 ； d 為 活塞桿直徑 ， 當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，應(yīng)取 d/D=～ ，所以 取 d/D=； F 為 最大外負(fù)載 ， KNF 15? ； m? 為 液壓缸機(jī)械故障，一般取 ～ 。機(jī)械臂與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接位置，即圖 31 中B點(diǎn) 在 機(jī)械臂處于最低位置時(shí)所受力 NF 275921? 最大，故校核該點(diǎn)的強(qiáng)度。 （ 1） 為保證機(jī)頭沖擊器能夠清理到電解槽底部的殘?jiān)?，?yīng) 滿足： ??? s i n1 6 0 01 2 0 0)s i n ( 12 ?????