【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小 平衡吊本身體積小，占地面積很小，也不受廠房結(jié)構(gòu)型式的限制，對(duì)于簡(jiǎn)易的不能安裝其他型式吊車的廠房尤為適用。平衡吊工作時(shí) 是由鋼管、繩索、皮帶輪、電動(dòng)機(jī)等來(lái)帶動(dòng)的，這些零件在一般工廠中都能制造。 作業(yè)范圍大 平衡吊以立柱為中軸，可以回轉(zhuǎn) ?360 。如果采用懸掛軌道式的平衡吊，一臺(tái)平衡吊可供多臺(tái)機(jī)床上下料用；如果采用固定式的平衡吊，一臺(tái)平衡吊可供一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)床上下料用。總之，根據(jù)需要，可以更換平衡吊的某一零件或是改變其安裝方式，就可更有效地為生產(chǎn)服務(wù)。 操作方便、工作效率高 對(duì)于大批量生產(chǎn)的形狀比較復(fù)雜的零件，可以在平衡吊上裝以專用夾具使用，這就更能減少裝卸零件的輔助時(shí)間，提高效率。由 于平衡吊可以變更其升降速度，又可以按操作者的要求在三度空間內(nèi)自由動(dòng)作，這不但適應(yīng)于吊裝一般的零件，而且對(duì)于產(chǎn)品零部件的組裝都很方便。 研究目的及意義 城軌列車側(cè)窗玻璃安裝是列車總裝之重要環(huán)節(jié)，由于側(cè)窗玻璃較重，且列車車體較高，車身較長(zhǎng)，安裝時(shí)，需要站在可移動(dòng)式平臺(tái)（另行設(shè)計(jì)）利用客車車窗玻璃安裝助力平衡器系統(tǒng)起吊安裝。本設(shè)計(jì)課題是根據(jù)某車輛制造企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)需要而提出。所設(shè)計(jì)客車車窗玻璃安裝助力平衡器制造安裝方便，使 重物全程無(wú)重力化浮動(dòng)，可以精確定位，占地面積小可置于低矮空間確保寬廣的作業(yè)范圍 ， 重量 感知系統(tǒng)適用于可變負(fù)載，控制手柄與夾具集成一體，方便工件定位 。 國(guó)內(nèi)外研究概況 新時(shí)代科技發(fā)展日新月異，由于新材料、新工藝、新設(shè)備和以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的信息和控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，物料搬運(yùn)系統(tǒng)的改進(jìn)已經(jīng)成為國(guó)家進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本和改善人機(jī)工作環(huán)境十分重要的方面。傳統(tǒng)的物料搬運(yùn)設(shè)備（通常是指輔助設(shè)備，如關(guān)節(jié)臂、平衡器、提升器和起重機(jī)等）在人機(jī)工程學(xué)安全性方面雖然具有積極的影響，但它們?cè)谟行?、精確性和安全性方面的作用非常有限。對(duì)于大型物件的搬運(yùn)裝配，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、準(zhǔn)確性差，且會(huì) 對(duì)勞動(dòng)者造成傷害。 第 6 頁(yè) 共 36 頁(yè) 助力設(shè)備智能化在西方國(guó)家已經(jīng)受到助力廠商的普遍重視，同時(shí)，智能輔助設(shè)備作為新興產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)在國(guó)際上也取得了飛快的發(fā)展。在西方國(guó)家，如意大利、德國(guó)、澳大利亞、法國(guó)、美國(guó)等國(guó)家都有生產(chǎn)大型助力設(shè)備的廠家，它們主要生產(chǎn)用于裝配生產(chǎn)線或者其它涉及物料搬運(yùn)、傳遞、打包、碼垛等作業(yè)的各種助力機(jī)械設(shè)備。 美國(guó)英格索蘭 氣動(dòng)平衡吊 物料搬運(yùn)系統(tǒng)結(jié)合我公司設(shè)計(jì)、制造的各種物料抓取夾具，可完成較大區(qū)域內(nèi)的物料搬運(yùn)、裝配和特殊定位工作。平衡吊，又稱助力機(jī)械手、手動(dòng)移載機(jī)，是一種新穎的、用于物料搬運(yùn)時(shí)省力操作的 助力設(shè)備，尤其適用于某些具有精確定位和裝配動(dòng)作要求的應(yīng)用場(chǎng)合。它巧妙地應(yīng)用力的平衡原理，令工件在空中形成一種無(wú)重力化狀態(tài)，即：工件的重力被相應(yīng)的氣控系統(tǒng)所平衡，使操作者在對(duì)工件的實(shí)施搬運(yùn)操作的過(guò)程中，只需很小的操作力。由于重物在提升或下降時(shí)形成浮動(dòng)狀態(tài)，對(duì)于操作者而言，無(wú)需熟練的點(diǎn)動(dòng)按鈕操作，徒手推拉重物，就可以把重物正確地放到空間中的任何位置。利用 “ 平衡吊 ”主機(jī)可以平衡物料重力的特性，再配上相應(yīng)的抓取機(jī)械手和安裝基座，我們就擁有了一套完整的 “ 助力機(jī)械手 ” 系統(tǒng)。籍此，我們可以輕松地自某處抓起任何工件，實(shí)施相 應(yīng)的工藝動(dòng)作之后，再按相應(yīng)要求放置于另一處，實(shí)現(xiàn)省力操作。由于具有無(wú)重力化、精確直觀、操作便捷、安全高效等特點(diǎn)， “ 平衡吊 ” 廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中的物料移載、高頻率搬運(yùn)、精確定位、部件裝配等場(chǎng)合。從接受原材料和物料開(kāi)始，一直到加工、生產(chǎn)、保管及配送等物料流動(dòng)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，平衡吊手動(dòng)移載系統(tǒng)所發(fā)揮的作用是令人矚目的。正確使用相應(yīng)的物料移載方法和手段，對(duì)于各行業(yè)中，重物的移載、搬運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)的操作人員的健康、安全，進(jìn)而其作業(yè)的合理性、勞動(dòng)力的節(jié)省、生產(chǎn)效率的提高、產(chǎn)品品質(zhì)的保障等多方面都將有極大改善。 ZIMMERMAN 公司隸屬于美國(guó)英格索蘭公司，其產(chǎn)品氣動(dòng)式平衡吊移載系統(tǒng)，在各行業(yè)有著廣泛的用途，它經(jīng)濟(jì)而簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)了人機(jī)之間的互動(dòng)式配合。用戶只需告知所操作的工件外形尺寸和工藝要求，美國(guó) ZIMMERMAN 公司將運(yùn)用人體工程學(xué)、動(dòng)力學(xué)原理，依據(jù)其 40 余年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和制造出滿足用戶要求的移載系統(tǒng)和專用夾具，對(duì)減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率起著不可替代的作用。 ZIMMERMAN 公司的平衡吊運(yùn)用氣動(dòng)原理，通過(guò)滾軸絲杠將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼絲繩或鏈條實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。配合不同的控制系統(tǒng)，則可實(shí)現(xiàn)多種平衡 狀態(tài)，滿足各種不同的應(yīng)用。特有的 INTERLOCK、 ZBRAKE 等安全保護(hù)裝置，將平衡吊和夾具頭部系統(tǒng)聯(lián)結(jié)成一體，有效地保證了整個(gè)系統(tǒng)在斷氣和誤操作時(shí)的安全性。 在積極吸取歐美先進(jìn)技術(shù)和制造經(jīng)驗(yàn)上，亞洲的物料搬運(yùn)技術(shù)也得到了飛快發(fā)展。韓國(guó)的 Dongsung Industry Machine 公司，運(yùn)用氣動(dòng)原理，開(kāi)發(fā)了 DSL300，DSB300 等一系列助力產(chǎn)品。 我國(guó)有許多制造商也投入到了智能輔助設(shè)備的研制。上海永乾機(jī)電有限公司作為美國(guó)英格索蘭公司所屬 ZIMMERMAN 公司平衡吊產(chǎn)品在華東地區(qū)的獨(dú)家代理和技術(shù) 服務(wù)商，是一家專業(yè)進(jìn)行各類氣動(dòng)平衡吊搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造生產(chǎn)的工程第 7 頁(yè) 共 36 頁(yè) 公司。通過(guò)幾年來(lái)不懈地開(kāi)拓進(jìn)取，我公司在國(guó)內(nèi)已銷售超過(guò) 500 套平衡吊裝置。公司的主要工作是：根據(jù)用戶的工況和搬運(yùn)要求，采用合理的結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計(jì)、制造相應(yīng)的工裝夾具，配合公司生產(chǎn)的平衡助力器或者英格索蘭的氣動(dòng)平衡吊，選配相應(yīng)的懸掛裝置（軌道或者立柱），以完成用戶所要求的工藝和操作要求。 助力設(shè)備具有廣泛的應(yīng)用范圍和非常大的市場(chǎng)需求，我國(guó)的平衡臂、起重臂性能較西方國(guó)家落后，功能相對(duì)比較簡(jiǎn)單，一般只有重力提升功能，很少具備重力自動(dòng)平衡功能，操作也比 較困難，它們的動(dòng)作比較慢、笨拙、不靈敏、難于合作，很難適應(yīng)需要快速而又準(zhǔn)確的工作場(chǎng)合。為改善公認(rèn)的勞動(dòng)條件、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率，助力設(shè)備的更新?lián)Q代已經(jīng)是大勢(shì)所趨。 從以上分析得出，助力設(shè)備之所以應(yīng)用廣泛，歸納主要原因是它具有以下特點(diǎn)： 輕松搬運(yùn)：“零重力”操作，可完成物料的搬運(yùn)、裝配。 操作簡(jiǎn)單：不需要控制按鈕，人的動(dòng)作即為機(jī)械的動(dòng)作指令。剛性結(jié)構(gòu)，可配合任何形式的夾具系統(tǒng)。 高效安全：人機(jī)合作，減少誤操作，提高安全保障和工作效率。 應(yīng)用范圍廣：從家用電器的生產(chǎn)到工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)、從汽車的生產(chǎn)到機(jī)車的 生產(chǎn)、從化工產(chǎn)品的生產(chǎn)到武器裝備的生產(chǎn)都離不開(kāi)助力設(shè)備。 平衡吊的主要參數(shù)： 負(fù)載能力： 30kg500kg 提升高度： 1m2m 本體重量： 150kg350kg 本體高度： 第 8 頁(yè) 共 36 頁(yè) 第二章 平衡吊設(shè)計(jì)方案及其內(nèi)容 本次課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是針對(duì)城軌列車側(cè)窗玻璃安裝，設(shè)計(jì)與之相配合使用的專用氣動(dòng)平衡吊及其夾具，使工人在安裝的過(guò)程中節(jié)省大量勞動(dòng)力，并且高效、安全的完成安裝操作過(guò)程。通過(guò)設(shè)計(jì)研究，本課題小組設(shè)計(jì)了兩類氣動(dòng)平衡吊供安裝單位選擇使用。 1) 裝備有 ZA 控制器的平衡吊，適用 于可變負(fù)載的精確操作。懸掛載荷后，在行程內(nèi)任何位置的上下一定范圍內(nèi)都處于浮動(dòng)狀態(tài)，便于精確定位。 2) 夾具帶有負(fù)載顯示器，當(dāng)負(fù)載被夾緊并提起后，顯示器變成紅色。 3) 夾具配有防止誤操作的保護(hù)裝置，必須在起吊負(fù)載到達(dá)卸載工作臺(tái)面后，掀下控制開(kāi)關(guān)才能放松工件。 4) 夾具與控制手柄集成為一體，方便操作人員控制所吊持之物件。 5) 系統(tǒng)配備有一個(gè)真空儲(chǔ)能罐，容量 810 升，以防止真空發(fā)生裝置意外故障時(shí)可能導(dǎo)致的安全隱患。 6) 系統(tǒng)有斷氣保護(hù)功能，當(dāng)主供氣源意外斷氣時(shí)，平衡吊及所夾物料不會(huì)突然墜落。 7) 系統(tǒng)配有聲音報(bào)警器，當(dāng)氣路泄漏時(shí)，將有 報(bào)警聲音提示。 8) 四個(gè)真空吸盤均可作簡(jiǎn)便位置調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同規(guī)格的汽車玻璃。 9) 汽車玻璃的水平軸定位垂直系統(tǒng)調(diào)整范圍為 ??? 10~10 ，垂直傾斜度的調(diào)整范圍為 ??? 25~5 。 10) 軌道是由模塊式的裝配夾具吊裝，為用戶在各種場(chǎng)合安裝調(diào)整提供了便利，根據(jù)需要服務(wù)面積可達(dá)到更大。 11) 本系統(tǒng)的額定負(fù)載為 90kg,提升行程為 。 12) 本方案采用單向軌道吊裝結(jié)構(gòu)，行走范圍為 。 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)的要求，我們知道，平衡吊是安裝一臺(tái)移 動(dòng)平臺(tái)上，該平臺(tái)能夠在一臺(tái)固定安裝座上移動(dòng)，地鐵列車在兩平臺(tái)的中間。 該設(shè)備主要具有如下幾個(gè)部分： 助力平衡器； 夾具體； 旋轉(zhuǎn)立柱。第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 主體結(jié)構(gòu)如下圖所示。從圖中可以看出，待安裝的車窗玻璃是從平臺(tái)的外側(cè)由吊具上的夾具吊起后移動(dòng)到平臺(tái)的內(nèi)側(cè)（地鐵側(cè)）在進(jìn)行相應(yīng)的安裝操作。因此，平衡吊具應(yīng)該能夠 360 度旋轉(zhuǎn)，夾具夾載玻璃后能夠在導(dǎo)軌里沿導(dǎo)軌直線移動(dòng)，起吊玻璃后，夾具也能夠上下移動(dòng)。該夾具主要包括如下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2． 3 主要結(jié)構(gòu)功能要求 氣動(dòng) 助力平衡器 氣動(dòng)助力平衡器是本系統(tǒng)的重要組成部分，助力平衡器的作用是起吊重物，同時(shí)在起吊重物后，操作人員能夠方便的微調(diào)重物的位置，以方便玻璃位置的調(diào)整，使得玻璃的安裝得以順利的進(jìn)行。本設(shè)計(jì)初步選擇英格索蘭公司 ZIMMERMAN原裝進(jìn)口，采用 ZA控制閥及專用控制的手柄（上、下操作用）。平衡吊配有 ZBrake剎車裝置及單向閥，當(dāng)負(fù)載意外脫落時(shí)，纜繩不會(huì)飛速上升；當(dāng)供氣突然中斷時(shí)，負(fù)載不會(huì)脫落。安裝誤操作保護(hù)裝置，當(dāng)工件未到卸載位時(shí)，吸盤松開(kāi)按鈕不起作用，可避免誤動(dòng)作導(dǎo)致的意外事故。 軌道系統(tǒng) 導(dǎo)軌系 統(tǒng)主要是保證在助力平衡器裝載玻璃后能夠在此導(dǎo)軌中移動(dòng)，要求移動(dòng)的距離符合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求，同時(shí)要求在承載玻璃后，夾具體能夠移動(dòng)靈活，第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) 使得操作人員操作省力、方便。同時(shí)要保證導(dǎo)軌制造、安裝和維修方便。初步選擇 英格索蘭公司 ZIMMERMAN 原裝鋁合金軌道。 立柱 立柱主要是承載整個(gè)夾具體的重量和玻璃的重量，同時(shí)，由于玻璃是從平臺(tái)外側(cè)起吊然后在轉(zhuǎn)動(dòng) 180 度后再進(jìn)行安裝，因此要求立柱能夠進(jìn)行 360 度旋轉(zhuǎn)。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查并參考以前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)初步采用常用的平衡吊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。 夾具部分 1) 采 用真空吸附式夾具。應(yīng)用 4 個(gè)直徑 250mm 的吸盤，安裝在可伸縮的交叉十字臂端，采用雙螺母空隙安裝。 2) 夾具的垂直傾斜角度調(diào)節(jié)范圍為 ??? 10~10 ，水平軸調(diào)節(jié)范圍為??? 25~5 。 3) 配備一個(gè)真空儲(chǔ)能罐，容量 810 升，以防止真空發(fā)生裝置發(fā)生故障，所可能導(dǎo)致的安全隱患。 4) 配有多個(gè)真空壓力顯示及負(fù)載指示器以監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)。當(dāng)真空儲(chǔ)能罐中的真空度低于設(shè)定值時(shí)，聲音報(bào)警器報(bào)警。 5) 夾具與平衡吊氣路相連，控制手柄與夾具的控制部分集成為一體，分別用左右手控制負(fù)載的上 、下、吸取及松開(kāi)，操縱更為方便。 圖 1 第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè) 可滿足可變負(fù)載的精確操作，懸掛載荷后，在行程內(nèi)任何位置均處于零重力懸浮狀態(tài)，便于精確定位。 針對(duì)最大負(fù)載范圍內(nèi)的任何等級(jí)重量，平衡助力器均可自動(dòng)適應(yīng)至重力平衡狀態(tài)而無(wú)需調(diào)節(jié)。 平衡助力器具有斷氣保護(hù)功能，當(dāng)主供氣源意外斷氣時(shí)，物料不會(huì)突然墜落。 平衡助力器具有全程平衡、運(yùn)動(dòng)平滑、結(jié)構(gòu)剛性等特點(diǎn)，使得物料的移載、裝配等輕松、快捷。 平衡助力器可以維持夾具頭部的水平 ，發(fā)揮高作業(yè)性。 夾具帶有負(fù)載顯示器，當(dāng)負(fù)載被夾緊并提起后，顯示器變成紅色。 夾具與控制手柄集成為一體，方便操作人員控制所吊持之物件。 系統(tǒng)有斷氣保護(hù)