【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)外的發(fā)展情況目前國內(nèi)裝取料機(jī)已經(jīng)初步形成了統(tǒng)一的成型產(chǎn)品，從形式上主要可以分為兩大類：無軌裝取料機(jī)和軌道裝取料機(jī)。國產(chǎn)無軌裝取料機(jī)目前以叉車改造形式為主，即以標(biāo)準(zhǔn)叉車為基體，去除前部料叉，安裝裝取料機(jī)專用機(jī)械手及執(zhí)行系統(tǒng)，使其能完成以下七個動作：整體行走、轉(zhuǎn)彎、鉗頭夾緊、鉗頭旋轉(zhuǎn)、鉗頭擺動、鉗頭平行升降、鉗頭俯仰升降。軌道式裝取料機(jī)主要結(jié)構(gòu)形式采用整體走盤式，可以完成 78 種運動；大車固定在地面的軌道上行走；小車在其軌道上前后行走，其整體形式類似于行車；小車面板上裝有回轉(zhuǎn)裝置，機(jī)械手部分可隨小車做回轉(zhuǎn)運動，俯仰運動，還可以做平移運動。機(jī)械手隨鉗桿可以做前后收縮運動，加大機(jī)械手的活的范圍，使料件方便的送入加熱爐和方便的從加熱爐中取出；機(jī)械手的回轉(zhuǎn)可以方便的夾取各種姿態(tài)的料件；夾頭夾持，可根據(jù)實際生產(chǎn)中料件形狀方便的更換不同鉗口形式。國內(nèi)外的加熱爐不僅在加熱質(zhì)量上更重要的是要求其生產(chǎn)環(huán)境要進(jìn)行改善，因為在傳統(tǒng)的加熱爐周圍的環(huán)境是非常惡劣的，溫度高，粉塵大。工作人員一般很難長時間在那里進(jìn)行操作，特別是爐口的裝取料機(jī)的操作人員，一旦爐內(nèi)壓力沒有控制好的話很可無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6能引起爐火外竄，而使?fàn)t口溫度急劇上升，可能還有燙傷操作人員的危險，但是又因為當(dāng)今國內(nèi)外的技術(shù)力的限制，很難去完全控制住加熱爐的爐壓，所以裝取料機(jī)的遠(yuǎn)程操控和自動化控制便是當(dāng)今發(fā)展的一個主要方向．我在實習(xí)的時候去工廠參觀，在我看到的企業(yè)中，無論好壞的企業(yè)，均沒有用電腦操作的裝取料機(jī)，均是有人進(jìn)行裝取料的。而環(huán)形爐進(jìn)出料機(jī)利用的就是遠(yuǎn)程控制，通過電腦將程序?qū)懭?PLC 中，然后通過 PLC 控制電路來實現(xiàn)對進(jìn)出料的控制，這樣的話，就只需要一個控制人員在一旁的控制室內(nèi)對裝取料機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣不僅可以使操作人員遠(yuǎn)離爐口從而改善工作環(huán)境，避免由于不規(guī)范的操作而導(dǎo)致的人員傷亡，而且對操作工人的身體健康沒有危害；并且從長遠(yuǎn)利益來講，這樣也就等于降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了勞動力；提高了勞動生產(chǎn)率；況且，遠(yuǎn)程自動化操作也是當(dāng)今社會的一個發(fā)展趨勢，即節(jié)省人力又節(jié)約時間，而且改善了工作環(huán)境。在實際的運用中不斷改進(jìn)遠(yuǎn)程自動化操作的方式、方法，可以更好的推動遠(yuǎn)程自動化生產(chǎn)的發(fā)展。無論是對于裝出料機(jī)的設(shè)計還是在其他設(shè)計制造當(dāng)中，都是有很大的益處的，其前景是無限寬廣的。以下是 3 張國內(nèi)的裝出料機(jī)的圖片，可以看出都是由人工來操作的，這與我在工廠看到的是一樣的。如圖示 、圖 裝出料機(jī)環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真7圖 裝出料機(jī)圖 裝出料機(jī)無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文82 裝取料機(jī)的設(shè)計說明及工作原理 裝取料機(jī)的設(shè)計說明及工作原理根據(jù)現(xiàn)場的情況，由于加熱爐的爐門口下沿高度與鉗桿夾料處高度一致，且爐門并不是垂直于水平面的，而是與水平面成 88 度角的，所以為了避免在裝料過程中發(fā)生坯料與爐口相撞的情況，所以我們在設(shè)計鉗桿裝夾坯料時在鉗桿的尾步連接了氣動裝置，這樣就可以實現(xiàn)鉗桿的落下和抬起，當(dāng)鉗桿落下時，夾鉗將坯料夾起，然后通過升降氣缸的運動使鉗桿抬起，送入加熱爐中，鉗桿落下，夾鉗松開，坯料被放置在指定的坯料加熱位置，最后，鉗桿抬起，退出爐門回到初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行第二次裝夾．因為坯料在一開始的時候是平放在放料處的，所以當(dāng)鉗桿降下，夾鉗把坯料夾住，鉗桿抬起時，在坯料被提起的同時原本與水平面平行放置的坯料還會與水平面形成一個夾角，因為鉗桿在進(jìn)出加熱爐時與水平面是垂直的，所以這個夾角同時也就是鉗桿落下的角度，為了保證坯料在進(jìn)出時，坯料的最上端低于爐口的上沿，胚料的最下端要高于爐口的下沿，且要有足夠的上下空間的剩余量，經(jīng)過對鉗桿長度擬定和對坯料長度的計算，取落下角度為4 度夾角符合以上介紹的情況 [12]。雖然把角度再取大一點也是可以符合上述條件，但是為了避免做過多的無用功，從合理的利用和節(jié)約能源的角度來考慮，選取 4 度角是比較合理的．由于坯料被夾住抬起時并不是與鉗桿平行的，所以為了使夾鉗能夠完全的夾住坯料，在鑄造夾鉗的過程中，夾鉗的下沿也應(yīng)被設(shè)計成與水平面成 4 度的角度，如圖 所示，這樣在裝夾時，夾鉗的下沿就會與坯料平行，從而可以完整的將坯料夾住，使坯料被裝夾的位置各部分受力均勻，避免了一些由于受力不均勻而導(dǎo)致的坯料松動和滑脫問題，加大了夾鉗的夾緊能力 [10]。夾鉗的夾緊部分圓弧的半徑則是根據(jù)可裝夾的最大坯料的半徑來定的，這臺裝取料機(jī)可裝夾的最大坯料的半徑是 ，所以我們就把夾鉗的夾緊部分的半徑為．而夾鉗的厚度，我們以其能抓緊坯料，不使其搖晃為標(biāo)準(zhǔn)，初定為400mm．兩夾鉗分別焊接在兩鉗桿之上，如圖 。 3 坯料圖 結(jié)構(gòu)圖環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真9 圖 夾鉗夾鉗要裝夾坯料就必須獲得一個夾緊力，由這個夾緊力來夾緊坯料，提供這個夾緊力的正是裝配在鉗桿上的夾緊氣缸，氣缸活塞桿的端頭部分與氣缸的另一端分別與左右擺臂用軸進(jìn)行連接，這樣可以保證當(dāng)活塞在進(jìn)行往返運動時，左右擺臂可以根據(jù)各自的連接軸繞軸做轉(zhuǎn)動運動，左右擺臂的另一端焊接在鉗桿上，當(dāng)擺臂在做繞軸的轉(zhuǎn)動運動時，擺臂的另一端就會帶動鉗桿轉(zhuǎn)動，由于夾鉗是焊接在鉗桿上的，所以當(dāng)鉗桿在轉(zhuǎn)動時，夾鉗也就跟著張開和閉合，從而達(dá)到夾緊和松開的目的 [3]。根據(jù)所需的夾緊力和要裝夾的胚料的最大和最小規(guī)格來選定夾緊氣缸的規(guī)格，然后根據(jù)夾緊氣缸的初始總長度、行程，夾鉗所需的最大張口和最小裝夾坯料來進(jìn)行擺臂的設(shè)計、安裝和焊接。夾鉗的最大開口與最小開口，如圖 所示。 一、松開 二、裝夾最大胚料 三、裝夾最小胚料圖 夾鉗的狀態(tài)圖示分別是夾鉗在松開、裝夾最大坯料、裝夾最小坯料時氣缸活塞桿的行程，在氣缸處于初始位置時要預(yù)先給夾鉗空開足夠的松開余量，便于以后裝夾。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10 帶動鉗桿做抬起、降下運動的是裝配在鉗桿末端的升降氣缸，由氣缸控制的鉗桿位置我們可以將其看成是一個點，當(dāng)鉗桿只有一個端點在運動時是不能帶動另一個端點做抬起、降下運動的，所以我們在鉗桿上為其設(shè)置一個支點，讓鉗桿可以圍繞這個支點做轉(zhuǎn)動，這樣當(dāng)鉗桿的一頭被抬起時，鉗桿的另一頭就會被降下，相反的如果一頭被降下，另一頭就會被抬起．為了讓鉗桿要跟著小車前進(jìn)和后退，所以我們把升降氣缸和支點都裝配在小車上，因為支點是裝配在小車上的，所以鉗桿是被支點在上面吊著的而不是在下面頂著的，然后將升降氣缸和支點的另一端與吊架連接，在連接過程中，由于鉗桿要圍繞支點做轉(zhuǎn)動，而且當(dāng)氣缸去頂拉鉗桿時，鉗桿也會產(chǎn)生傾斜，所以我們這里與吊架連接采用的是軸連接，這樣就不會對鉗桿的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生影響。因為鉗桿其本身還要做轉(zhuǎn)動運動，所以不能把吊架與鉗桿直接用螺釘連接或焊接，我們這里采用雙軸承座，先用雙軸承座將兩鉗桿固定后再把軸承座與吊板用螺釘進(jìn)行連接，這樣既可以不影響兩鉗桿自身的轉(zhuǎn)動，又可以使兩鉗桿始終保持平行狀態(tài)。在鉗桿與軸承座相配合的部分，鉗桿的外徑要小于鉗桿其它部分的外徑，這樣當(dāng)將軸承座裝配上去時，軸承座不僅只限制鉗桿前后，上下的自由度，并且連鉗桿的左右自由度也限制住了，如圖 所示。 圖 示意圖為了使兩鉗桿保持同步轉(zhuǎn)動，不出現(xiàn)裝夾中線偏移坯料中心線，我們在鉗桿的末端安裝一對齒輪，使用齒輪傳動保持兩鉗桿同時向相對方向轉(zhuǎn)動，同時帶動夾鉗運動。 由于鉗桿要在高溫條件下連續(xù)進(jìn)行工作，即使使用再好的耐熱材料也是會由于溫度太高達(dá)到極限值而發(fā)生鉗桿軟化變形等一系列的問題，所以對鉗桿的冷卻在這里就非常重要了，我們在這里采用的是水冷，就是利用冷水的流動來對鉗桿進(jìn)行冷卻，由于鉗桿是空心的，我們在鉗桿的中心部安裝了水冷管，水冷管的設(shè)計是按照相類似產(chǎn)品的水冷管設(shè)計來完成的，在鉗桿后雙軸承座左右，也就是與升降氣缸相連接部分的鉗桿左右分別鉆空，用來安裝進(jìn)出水管．但是由于我的設(shè)計不包括這個部分，所以只是在這交代一下。 小車的主要作用就是帶動鉗桿做進(jìn)給運動，同時裝配在小車上的升降氣缸給鉗桿提環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真11供一個升降運動。由于升降氣缸要帶動鉗桿做升降運動，所以升降氣缸裝配處的鋼板受力較大，我們采用了異型筋板來加強(qiáng)裝配氣缸處的鋼板強(qiáng)度。小車的車體，大部分都是由鑄件直接焊接而成，當(dāng)中的橫梁部分所采用的是工字鋼，通過計算，所選工字鋼的強(qiáng)度符合要求，且工字鋼相對于其它形狀的鋼材的優(yōu)勢就是較節(jié)省成本的，車身的豎梁是用鋼板焊接而成的形狀類似于工字鋼的鋼條所組成，在強(qiáng)度條件足夠的情況下也節(jié)約了成本，同時這樣還可以減輕車身的負(fù)擔(dān)，減輕其自身的重量。我們?yōu)樾≤嚪謩e設(shè)計了前輪和后輪，這兩對輪子的主要是起支撐車體和減小小車移動時所產(chǎn)生的摩擦力的作用，在后輪下面我們還設(shè)計了一對后下輪，后下輪與機(jī)架導(dǎo)軌的下沿接觸，而后輪與機(jī)架導(dǎo)軌的上沿相接觸，兩對輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從而利用導(dǎo)軌來限制了小車的上下自由度，當(dāng)然后下輪采用的還是滾動摩擦，目的還是為了減小摩擦所帶來的阻力，在車身的一旁，我們還設(shè)計了兩對導(dǎo)向輪，兩對導(dǎo)向輪分別與導(dǎo)軌左右兩端接觸，將導(dǎo)軌夾在當(dāng)中，自然是為了限制小車左右的自由度，讓小車可以沿著軌道進(jìn)行直線運動，不會出現(xiàn)搖晃和偏出軌道等事故，采用輪子而非滑塊自然也是考慮到了摩擦力問題。如圖 所示，小車的前輪和后輪分別通過各自的軸與小車裝備在一起，前軸和后軸用螺栓連接在小車車體的鋼板上。而導(dǎo)向輪是直接通過筋板用螺栓連接固定在小車車體上的。 圖 小車導(dǎo)輪導(dǎo)軌為了防止因違規(guī)操作或小車減速過慢而導(dǎo)致的小車超過極限行程沖出機(jī)架，我們在機(jī)架上安裝了擋板，但是即使安裝了擋板，也是經(jīng)不住小車一次又一次的沖擊的，所以我們在小車的后下輪周圍安裝了由橡膠制成的緩沖器，如圖 ，通過橡膠的張力伸縮性來減緩小車對擋板和機(jī)架的沖擊力，從而既保護(hù)了機(jī)架和擋板，使他們不會因為小車的沖擊而崩壞，也保護(hù)了小車，使小車在受到?jīng)_擊時，有一個緩沖的過程，如圖 所示 [7]。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12 圖 緩沖器 為了要讓小車連接鉗桿支點部，所以在小車前部用螺栓連接長筋板，使其與吊板相連接，這樣小車通過升降氣缸、長筋板和兩塊吊板與鉗桿連接，就可以帶動鉗桿做平動。裝取料裝置的機(jī)架主要是由 2 根橫梁，4 根連接梁和 6 根立柱裝配而成的，其中 2 根橫梁是工字型鋼板，在橫梁上分別焊接兩條導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與小車的前輪和后輪直接接觸，在提供小車支撐點和運行方向的同時還與小車的導(dǎo)向輪相配合，限制了小車左右的自由度。由于小車是用電動機(jī)驅(qū)動的，當(dāng)電動機(jī)運行時，帶動安裝在電動機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動，所以為了要使小車被齒輪驅(qū)動，我們在右橫梁上裝配了與小車齒輪可以嚙合的齒條，齒條是通過螺栓和銷連接在右橫梁上的，齒輪轉(zhuǎn)動時，由于齒條是被固定的，所以與裝配了電動機(jī)的小車就被齒輪帶動開始做進(jìn)退運動。關(guān)于變速操作問題，裝取料機(jī)的的小車以及升降汽缸等相對要求速度高些，可以提高效率，但是為了加料的準(zhǔn)確以及減少由于速度大而帶來的慣性，速度又不宜太高，所以裝取料機(jī)的動作最好是變速操作，即慢慢啟動，快行，慢慢停止，至于怎么控制是用轉(zhuǎn)換開關(guān)，控制電磁換向閥實現(xiàn)的，在這里我不用做控制的部分，故不在敘述。由于右橫梁在安裝齒條時，會多出齒條與橫梁相連接的部分，而后下輪正好是與那部分鋼板相連接的，但是由于左橫梁沒有安裝齒條，所以后下輪的左輪與左橫梁就會空出那部分的余量，為了使小車在運行時保持平穩(wěn)我們就在左橫梁上焊接一根鋼條，來填補(bǔ)左橫梁上的那個空余量，使小車的左下輪也可以和左橫梁相接觸如圖 所示。環(huán)形加熱爐的設(shè)計與仿真13 圖 橫梁橫梁上在小車行程的極限位置上焊接擋板兩塊，準(zhǔn)備承受小車的沖擊力，擋板用鋼板在后加固。 4 根連接梁的主要作用就上將兩根橫梁連接起來，提高機(jī)架整體的的強(qiáng)度，其中后上連接梁是比較特殊的，主要是因為其位置的特殊性所造成的，因為后上連接梁被裝配在小車的緩沖器的同一個平面內(nèi)，所以當(dāng)小車后退時，小車緩沖器是有很大的可能與后上連接梁相接觸的，所以后上連接梁除了起到連接橫梁和加固作用外，還起到一個后擋板的作用，用來擋住緩沖器。所以我們在后上連接梁上焊接了兩塊鋼板，以提高后上連接梁自身的強(qiáng)度。6 根立柱的作用自然就是支撐裝取料機(jī)整體結(jié)構(gòu)，承載小車、橫梁以及鉗桿和料。在計算強(qiáng)度允許的前提下，我們考慮了材料的節(jié)約，所以我們使用兩根槽鋼當(dāng)中用鋼板焊接在一起的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成立柱，立柱的上下部分別在焊接帶孔方型鋼板，以便于立柱與橫梁和地面進(jìn)行螺栓連接，周圍再分別焊接鋼板對連接板進(jìn)行加固。無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文143 裝取料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及設(shè)計計算 整體的設(shè)計通過對設(shè)計要求的認(rèn)識，以及安裝現(xiàn)場的位置要求，可以把整個機(jī)構(gòu)分成三部分：鉗桿、小車、整體機(jī)架，大概的運動就是移動小車帶動鉗桿在機(jī)架上運動。機(jī)架由焊接構(gòu)件裝配而成，并以其六根支柱支承在基礎(chǔ)上。機(jī)架上部為焊接架結(jié)構(gòu)，以增加橋架鋼度，橋架兩個梁板上有小車前后輪導(dǎo)軌．后輪設(shè)計了后下輪與機(jī)架導(dǎo)軌的下沿接觸，而后輪與機(jī)架導(dǎo)軌的上沿相接觸，兩對輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從而利用導(dǎo)軌來限制了小車的上下自由度。在車身的一旁，我們還設(shè)計了兩對導(dǎo)向輪，兩對導(dǎo)向輪分別與導(dǎo)軌左右兩端接觸，將導(dǎo)軌夾在當(dāng)中，自然是為了限制小車左右的自由度，讓小車可以沿著軌道進(jìn)行直線運動。小車是用電動機(jī)驅(qū)動帶動安裝在電動機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動，所以為了要使小車被齒輪驅(qū)動，我們在右橫梁上裝配了與小車齒輪可以嚙合的齒條，齒條是通過螺栓和銷連接在右橫梁上的，齒輪轉(zhuǎn)動時，由于齒條是被固定的，