【文章內(nèi)容簡介】 時間地工作，在某些特別的情況下，還能滿足防爆、防腐、耐高溫等特殊要求[3]。液壓執(zhí)行元件主要有油缸、馬達等，液壓執(zhí)行元件運動平穩(wěn)，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，能夠傳遞較大的動力，但是需要一個完整的供油系統(tǒng)，還會出現(xiàn)泄漏，液壓元件對精度要求很高，價格貴。氣動執(zhí)行元件不僅可以提供較高的動力，且使用的是空氣無污染，能夠進行集中的供應(yīng)和長距離的傳輸，與液壓執(zhí)行原件和電動執(zhí)行原件相比，同條件下功率較小，而且速度不容易控制，所以多用于對點位控制精度不高的系統(tǒng) [4]。 換向機構(gòu)方案確定 水管兩點布局分布在公司現(xiàn)場測量得出實驗數(shù)據(jù)，計量桶的內(nèi)桶直徑為220mm,計量桶的邊沿距離為30mm，水管外徑為26mm，水管轉(zhuǎn)動點到入水口的距離為600mm，轉(zhuǎn)動點距離計量桶的水平距離為300mm,，通過這些實測數(shù)據(jù)和實際情況，得出水管起始兩點的布局分布圖如圖31。圖 31 水管布局分布圖從圖31可以看出，水管做圓周運動，在計量桶上方以水管原有位置為中心，水管的布局分布方案有兩種，在計量桶兩側(cè)布局分布。在布局分布的過程中考慮到水管入水口距離計量桶的上沿壁有40mm的距離，水在進入到計量桶的過程中有發(fā)散性，為保證水流入到計量桶或直接進入水池的過程中水不會流到計量桶的上沿壁上，同時又要考慮在實驗過程中入水口不能離計量桶的內(nèi)外壁太遠而造成在水管移動過程中的誤差，所以要保證水管的外壁距離計量桶的內(nèi)壁或者外壁有一個8—10mm的距離，在移動中水一直在流出，為了減少水管移動中的帶來的誤差，兩個位置要保證距離內(nèi)外壁的距離是相等的，圖示采用以水管入水口的運動軌跡與計量桶內(nèi)壁邊和外壁邊的交點做圓弧，圓弧的半徑為23mm，在以該圓弧與水管入水口運動軌跡交點為水管入水口的位置，水管外徑為26mm,即半徑為13mm,這樣就可以保證8—10mm的距離，而不會使水流到計量桶巖壁上。布局分布第一方案這一側(cè)有許多不同流量的水管用于不同流量下的水表檢定，空間較小，若需要將換向機構(gòu)安裝在計量桶外側(cè)，即布局分布第一方案的外側(cè)，則會出現(xiàn)空間不足，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。布局分布第一方案水管位置二則正好在水池的上方，當水管入水口處于布局分布第一方案水管位置二，水流進入到水池中，需要采用銜接水管來將水流引入到水池中，銜接水管設(shè)計較為簡單。布局分布第二方案一側(cè)側(cè)是在檢定系統(tǒng)外部，有一個較大的空間，擁有足夠的空間來安裝換向機構(gòu)，但是這一側(cè)在水池外部，當水管入水口處于布局分布第二方案水管位置二時，水流進入到水池外部，需要采用一個水管來銜接將水引到水池中，這銜接水管的設(shè)計和安裝會比較復(fù)雜。 連桿推動方案水管入水口的兩點運動軌跡是一個圓弧，而氣缸的活塞桿運動軌跡為直線，采用連桿機構(gòu)可以實現(xiàn)由直線運動變?yōu)閳A弧運動[5]。其原理圖如圖32所示。圖 32 連桿推動原理圖氣缸和滑塊采用螺紋固定，滑塊與連桿直接是通過轉(zhuǎn)動副連接，連桿與水管則需要通過轉(zhuǎn)動副來連接。氣缸利用活塞桿的伸縮帶動滑塊做直線運動，滑塊帶動連桿動作，從而帶動水管做圓弧運動，從而實現(xiàn)將直線運動轉(zhuǎn)化為圓弧運動。如圖33所示，在布局分布方案中分析到，在布局分布第一方案的一側(cè)還有許多其他口徑的水管，空間不足，無法安裝下整個連桿推動機構(gòu)，故該連桿機構(gòu)只能在布局分布第二方案一側(cè)。該方案在實驗開始前水管處于水管位置二，氣缸處于收縮狀態(tài)，當需要時給予一個信號控制氣缸伸長推動水管入水口到計量桶上方，讓水流入到計量桶內(nèi)。采用該方案能夠很好的將直線運動軌跡變?yōu)閳A弧運動軌跡，且安裝在布局分布第二方案一側(cè)，擁有足夠的空間可以放置機構(gòu)。但是該方案機構(gòu)比較復(fù)雜，需要采用兩個轉(zhuǎn)動副，轉(zhuǎn)動副要求精度較高，在加工過程中增加了難度；同時水管和連桿之間的轉(zhuǎn)動副無法直接在水管上連接，需要從水管焊接一個連接塊和連桿組成轉(zhuǎn)動副，而設(shè)計要求卻不能在水管山焊接；另外對于連桿的長度和氣缸的擺放位置計算要求很高，在設(shè)計中要求滿足水管入水口兩個位置距離計量桶內(nèi)外壁810mm距離要求，在連桿和滑塊之間的角度也要考慮，太大或者太小都會對整個設(shè)計造成很大的影響，角度太小很可能會造成死點，若太大，則對氣缸的選型造成很大影響；采用這個方案的安裝則較為復(fù)雜，需要設(shè)計一個固定方案，固定方案若采用從計量桶伸出固定板塊，則需要做一個支點支撐，若直接做一個固定板塊則高度很高；在設(shè)計中采用氣缸直接推動一個方形塊，還需要考慮由于滑塊和連桿重力造成的氣缸活塞桿產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，若用一個滑軌，則又增加機構(gòu)的復(fù)雜性；當水管入水口在位置二時，下方不是水池，因此在設(shè)計銜接管時也比較復(fù)雜。處于對該設(shè)計的基本要求，用于做實驗，要滿足加工簡便，機構(gòu)簡單，精度要求不高，以及經(jīng)濟效益考慮所以該方案不是很合適。圖 33 連桿推動方案布局分布圖 杠桿推動方案杠桿推動方案采用杠桿原理，通過杠桿的擺動來實現(xiàn)將直線運動轉(zhuǎn)換為圓弧運動，如圖34所示。圖 34 杠桿推動方案布局分布圖杠桿推動方案由于機構(gòu)的復(fù)雜性和空間需要只能在布局分布第二方案一側(cè)。如圖34所示，氣缸推動杠桿的一端，中間采用轉(zhuǎn)動副，另一端與水管連接，杠桿長度取400mm，靠近水管一側(cè)為200mm。該方案較連桿法簡便。但是該方案存在許多不足。杠桿沿中心位置的轉(zhuǎn)動副進行圓周運動，在水管一側(cè)，杠桿的圓弧軌跡和水管運動的圓弧軌跡不一致，在汽缸一側(cè)氣缸直線運動軌跡于杠桿端點運動軌跡也不一樣，存在較大間隙，所以在與氣缸和水管連接的地方需要采用間隙法，但是較大的間隙就會造成在運動過程中較大的沖擊力，從而損壞部件，減少使用壽命；且在設(shè)計安裝上要求較高，需要保證杠桿安裝在水管轉(zhuǎn)動點和水管兩個入水口連線的中心點的連線上這樣才可以保證間隙最小，另外氣缸的安裝則需要保證垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動點和水管兩個入水口連線的中心點的連線上的安裝位置，這給安裝增加了難度；同時汽缸的固定以及銜接水管的設(shè)計會出現(xiàn)和連桿推動法一樣的不足；轉(zhuǎn)動副精度要求高，還要考慮氣缸固定問題。從加工，安裝，經(jīng)濟等各方面綜合考慮出發(fā)，該方案不是很適合。 氣缸擺動推動方案氣缸擺動推動方案采用的是兩個轉(zhuǎn)動副來實現(xiàn)將氣缸的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運動的，在氣缸做伸縮動作時，氣缸依靠第一轉(zhuǎn)動副做小幅度的擺動，如圖35所示。圖 35 氣缸擺動推動方案圖氣缸擺動推動方案采用第一轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副二來輔助完成直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A弧運動，第一轉(zhuǎn)動副固定在氣缸的后支座上，使得氣缸可以擺動，轉(zhuǎn)動副二連接氣缸連接件和水管連接件，在水管做圓弧運動時為保證氣缸的直線運動二不至于卡死，氣缸做小幅度的擺動。為保證轉(zhuǎn)動副一不因氣缸及氣缸連接件的重力作用而產(chǎn)生彎矩力，設(shè)計中添加轉(zhuǎn)動副三，轉(zhuǎn)動副三一方面能夠起到支撐作用，還可進行轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動副二的連接設(shè)計如圖36所示。圖 36 轉(zhuǎn)動副二連接圖水管外表面為圓表面，無法直接和連接轉(zhuǎn)動副，采用一個水管連接件來連接轉(zhuǎn)動副。水管與水管連接件為保證不會轉(zhuǎn)動則需要采取焊接的方式。氣缸擺動推動方案采用兩個轉(zhuǎn)動副能夠很好的將氣缸的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運動，在機構(gòu)設(shè)計上較為簡單，水管的布局分布可以旋轉(zhuǎn)布局分布第一方案和布局分布第二方案，固定支座可以設(shè)計在計量桶上方或者在計量桶外，可選擇性多，且安裝要求比較低。但是采用該方案需要三個轉(zhuǎn)動副，加工精度要求高；在氣缸動作過程中，高速的沖擊會下氣缸要做小幅度的擺動，容易對氣缸造成損壞；同時考慮到氣缸和氣缸連接件的重力，需要設(shè)計轉(zhuǎn)動副三來座位支撐，增加工藝，使得機構(gòu)比較復(fù)雜，同時又增加的摩擦阻礙；水管處無法直接與轉(zhuǎn)動副連接，需要采用一個水管連接件，為保證該連接件在動作過程中和水管不發(fā)生相互旋轉(zhuǎn)，需要采取焊接的方式，這樣就破壞了機臺，是不被允許的。從機臺保護，加工精度，經(jīng)濟等各方面綜合考慮出發(fā)，該方案不是很適合。在前面的杠桿推動法中考慮到間隙，而在布局分布圖中可以發(fā)現(xiàn)，這個距離比較小，考慮是不是可以采用間隙法來推動水管。間隙法指使用一個連接件直接與水管連接，該連接件套在水管上，水管的外壁直徑為26mm，在動作過程中水管則能夠通過間隙來做調(diào)整而不使氣缸卡死。如圖37所示。圖 37 間隙法氣缸直接推動方案圖采用間隙法氣缸直接推動方案機構(gòu)簡單，在機構(gòu)上只需要設(shè)計一個氣缸連接件，氣缸連接件上與水管連接的空留有間隙，保證氣缸能正常動作，不被卡死。該機構(gòu)在水管布局分布的選擇上可以選擇布局分布第一方案和布局分布第二方案，氣缸的安裝固定可以在計量桶上方或者計量桶外，選擇性多。但是采用間隙法氣缸直接推動方案在動作中沖擊力大，誤差較大，如果使用硬性材料加工氣缸連接件則會有很大的沖擊力對零件損傷很大，所以在材料上選用尼龍棒；氣缸的安裝則需要保證垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動點和水管兩個入水口連線的中心點的連線上的安裝位置，這樣可以保證水管在運動過程中的間隙最??；設(shè)計氣缸連接件時需要考慮間隙大小的合理設(shè)計如果間隙取值過小，則無法滿足動作要求，若間隙取值過大，則會有較大的沖擊力產(chǎn)生。該機構(gòu)設(shè)計主要用于公司做實驗，設(shè)計任務(wù)要求結(jié)構(gòu)簡單，零件加工容易，控制精度要求較低。間隙法氣缸直接推動方案機構(gòu)非常簡單，加工容易，能夠滿足設(shè)計要求，故采用間隙法氣缸直接推動水管方案。 在計量桶外固定氣缸方案采用間隙法只需要固定氣缸，因為氣缸連接件采用尼龍棒很輕不要考慮重力給氣缸活塞桿帶來的彎矩。氣缸安裝固定如果采用計量桶外固定則對應(yīng)的布局分布第二方案，在計量桶外有很大的空間可以用來安裝氣缸。但是采用這個方案如果從計量桶上伸出一個懸臂梁來固定氣缸，則懸臂梁需要一個支撐，才能解決懸臂梁彎曲的問題；若直接做一個從地面上架起的架子，則高度非常高，浪費材料，增加加工和安裝的難度；另外當水流不進入計量桶時候，水流的下方不是水池，則銜接水管的設(shè)計比較復(fù)雜。 在計量桶上固定氣缸方案將氣缸直接固定在計量桶上，這個方案簡單，不會出現(xiàn)懸臂情況。而水管的布局分布可以是布局分布第一方案，也可以是布局分布第二方案，考慮到銜接水管設(shè)計的難易度，采用布局分布第一方案。如圖38所示。圖 38 在計量桶上固定氣缸方案圖采用一塊氣缸固定板塊使用三個螺栓固定在計量同上，而氣缸則固定在這塊板塊上，對于中心高度的調(diào)整則采用墊片來進行調(diào)整。圖示水管位置二下方為水池，銜接管的設(shè)計比較簡單；在安裝中需要保證氣缸垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動點和水管兩個入水口連線的中心點的連線，這就在安裝時候需要把水管位置擺在，氣缸活塞桿伸出到一半的位置，增加的安裝的難度。從綜合方面考慮，將氣缸固定在計量桶上方機構(gòu)簡單，加工、安裝容易，可以避免許多不必要的問題，所以采用在計量桶上固定氣缸方案。 機械部份的計算與設(shè)計選型 水管移動速度與所需力的計算水管是鋼材料，外徑為R=26mm，內(nèi)徑為r=25mm，直線長度為l=600mm，加上彎道長度總長約為L=700mm。水的密度為1g/cm3。水管的體積計算公式為： （31）水管的質(zhì)量計算公式為： （32）管道內(nèi)水的質(zhì)量計算公式為： （33） 總質(zhì)量計算公式為： （3