【正文】 至鍛錘前料臺(tái)；從鍛錘前料臺(tái)取料，送至成品堆放區(qū)等一系列動(dòng)作。由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中所述：裝、出料機(jī)的覆蓋范圍為： 25m 10m。繪制車(chē)間布局圖如圖 所示。 圖 裝、出料機(jī)機(jī)構(gòu)圖 總體方案 由機(jī)構(gòu)圖的分析得出兩套方案 ： 圖 方案一 1齒條 2機(jī)械臂套筒 3支腳 4液壓馬達(dá) 5 液壓缸 6液壓馬達(dá) 7蝸輪殼 8液壓缸 9工作室 10液壓泵 11配電箱 12電動(dòng)機(jī) 13油箱 14工作平臺(tái) 15大車(chē)輪 16小車(chē)輪 17平板加強(qiáng)筋 18液壓馬達(dá) 19回轉(zhuǎn)支承 20滑環(huán) 21電動(dòng)機(jī) 22大車(chē) 23機(jī)械臂 24斜鍵 25鉗爪 圖 方案二 1鉗爪 2機(jī)械臂 3液壓缸 4軌道 5減速器 6電動(dòng)機(jī) 7配重鐵 8油箱 9液壓馬達(dá) 10絲杠 方案詳解 在此兩種總體方案中， x 方向的運(yùn)動(dòng)由大車(chē)的行駛完成。同時(shí)需要其 運(yùn)行平穩(wěn)，載重大。經(jīng)過(guò)研究采用車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成。在機(jī)加工車(chē)間里都有轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)這種設(shè)備，是依照地面上的軌道移動(dòng)的，車(chē)輪是金屬制成的，其載重大，運(yùn)行平穩(wěn)，所以裝、出料機(jī)應(yīng)選擇這種軌道式的運(yùn)動(dòng)，車(chē)輪由金屬制成，不但可以克服環(huán)境惡劣的條件，還可以滿足運(yùn)行平穩(wěn)的要求。在此方向的論證中 提出了兩個(gè)方案， 方案一：使用車(chē)輛方案來(lái)完成， 如圖 所示 。 圖 車(chē)輛方案 圖 絲杠方案 從兩種方案的的特點(diǎn)和工作條件來(lái)論證。從調(diào)研的結(jié)果來(lái)分析選用絲杠，需要上部覆蓋防護(hù)蓋，尤其 是在鍛造 車(chē)間這樣的環(huán)境中，同時(shí)運(yùn)動(dòng)部件還需要在基座上放置軌道。由此決定采用車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的方案?？紤]到當(dāng)機(jī)械臂猛然受力，會(huì)導(dǎo)致上端傾覆，所以采用封閉式軌道解決此問(wèn)題。同時(shí)在小車(chē)的從動(dòng)輪的軸承座安裝孔應(yīng)銑成長(zhǎng)孔，在安裝的時(shí)候與其旁邊的防傾覆的軸承座間的斜鍵配合 ，調(diào)節(jié)輪軸的平行度，同時(shí)還可以起到拉緊鏈條的作用。 將外齒式回轉(zhuǎn)安放于小車(chē)平板和臺(tái)架平板之間。有外齒試回轉(zhuǎn)支承與臺(tái)架上的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行星齒輪配合完成。如圖 所示。如圖 。 方案一中的機(jī)械臂可以伸縮、俯仰、鉗爪還可以旋轉(zhuǎn)。俯仰運(yùn)動(dòng)則是依靠套筒上的兩個(gè)支點(diǎn)來(lái)完成。此方案參考車(chē)載起重機(jī)的形式而來(lái)。其截面如圖示。方案一：在機(jī)械臂前端安放 齒輪，通過(guò)齒輪的傳動(dòng)來(lái)完成旋轉(zhuǎn)；方案二：將機(jī)械臂設(shè)計(jì)為空心，由中 間穿入的軸來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。 最終決定采用方案二。 經(jīng)過(guò)再一次的調(diào)研與研究決定將用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩的軸設(shè)計(jì)為空心，將拉桿從軸中穿過(guò)。 圖 機(jī)械臂截面 對(duì)于機(jī)械臂在臂筒中的伸縮提出以下兩個(gè)方案。由于方案一中液壓缸需要的行程比較長(zhǎng)，安裝與連接存在較大的技術(shù)難題；相比之下，方案二中所涉及到的齒條安裝在機(jī)械臂的一側(cè)，易于安放。 圖 機(jī)械臂方案 1機(jī)械臂 2機(jī)械臂套筒 與此同時(shí)對(duì)機(jī)械臂套筒的支腳進(jìn)行了論證。方案一中，機(jī)械臂完全俯下后機(jī)械臂前端所能覆蓋到的區(qū)域減小 L；而方案二中，機(jī)械臂完全俯下后機(jī)械臂前端所能覆蓋到的 區(qū)域并沒(méi)有減小。 結(jié)合方案一支腳如圖 左所示，方案二支腳如圖 右所示。如圖 所示，支腳的安裝 點(diǎn)跨距 L 越大，支腳就越靠近臺(tái)架中心，這樣就會(huì)減小支腳對(duì)工作平臺(tái)的載荷。 通過(guò)上述研究，決定采用方案二。 圖 機(jī)械臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 圖 支腳 圖 支腳安放圖 在總體設(shè)計(jì)方案二中，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)則相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用，首先考慮到鍛錘平臺(tái)高 800mm，爐口高度 1200mm，那么機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)最低限位為800mm，最高限位為 1600mm 即可完成工作。 工作臺(tái)上安放立柱，立柱為半圓空心體，在開(kāi)口一側(cè)安放軌道與機(jī)械臂上的軌道配合，機(jī)械臂的升降則由立柱中的絲杠來(lái)帶動(dòng)。 機(jī)械臂 16秒內(nèi)行程 800mm，由 GB78465選擇絲杠，公稱直徑 100mm，螺距 20mm。 液壓控制方案論證 在方案一中有三個(gè)液壓馬達(dá)和兩個(gè)液壓缸 。關(guān)于多路換向閥的選用提出了三個(gè)方案。 方案一：并聯(lián)式多路換向閥的特點(diǎn)是從進(jìn)油口來(lái)的壓力油可以直接進(jìn)入各聯(lián)換向閥的進(jìn)油口，各聯(lián)的回油口直接匯集到多路換向閥的總回 油口，液壓泵同時(shí)向多個(gè)換向閥所控制的執(zhí)行元件供油，每聯(lián)換向閥獨(dú)立操縱，也可以幾個(gè)換向閥同時(shí)操縱，但這時(shí)總是負(fù)載小的執(zhí)行元件先動(dòng)。 (a) 并聯(lián)式 (b) 串聯(lián)式 (c) 串并聯(lián)式 圖 多路換向閥 方案二：串聯(lián)式多路換向閥的工作特點(diǎn)是最后一聯(lián)換向閥的進(jìn)油口和前一聯(lián)換向閥的回油口相連，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作，并且各個(gè)工作機(jī)構(gòu)的工作壓力是疊加的，即液壓泵的出口壓力是各個(gè)工作機(jī)構(gòu)工作壓力的總和。 方案三：串并聯(lián)式多路換向閥的工作特點(diǎn)是各聯(lián)換向閥的進(jìn)油口都與前一聯(lián)換向閥的中位通道相連，而各聯(lián)換向閥的回油口則直接與總回油口相連，操縱前一聯(lián)換向閥，后一聯(lián)換向閥不能 工作，它保證前一聯(lián)換向閥優(yōu)先動(dòng)作。 經(jīng)過(guò)研究決定采用串并聯(lián)式多路換向閥。也就是串并聯(lián)式多路換向閥。 油箱在系統(tǒng)中的功能主要是儲(chǔ)油和散熱，也起著分離油液中的氣體及沉淀污物的作用。 通過(guò)多路換向閥的選擇論證以及對(duì)液壓控制系統(tǒng)的調(diào)研，液壓系統(tǒng)由圖 所示。支腳高 800mm，總長(zhǎng) 5800mm，其中包含鉗爪，蝸輪殼，液壓缸。如圖 ： 圖 機(jī)械臂參數(shù) 機(jī)械臂受力計(jì)算 考慮到該裝出料機(jī)的設(shè)計(jì)載荷為 2 噸，則機(jī)械臂最前端受力為：1 kN= 校核機(jī)械臂的強(qiáng)度時(shí)還應(yīng)該考慮機(jī)械臂的自身重量即載荷，由于機(jī)械臂上除了臂筒之外還有鉗爪、蝸輪、中間還有一根空心軸和一個(gè)實(shí)心軸等部件，計(jì)算煩瑣，現(xiàn)為計(jì)算方便把臂筒假設(shè)為一個(gè)實(shí)心的方鋼，長(zhǎng)寬高為 5800mm 300mm 300mm 其體積為： 335 . 8 0 . 3 0 . 3 5 2 2 0 0 0 0 0 0 0 . 5 2 2v h b l m m m m m m? ? ? ? ? ? ? ? (21) 鐵的密度為 337 .8 5 1 0 /kg m? ?? ,則 37. 85 10 0. 52 2 47 97 .7m v k g k g?? ? ? ? ? (22) 1 6 .9 3 /5 .8F m gq K N ml ?? ? ? (23) 如下圖 所示的簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)圖，根據(jù)靜力平衡方程，求出支反力： 0BM ?? , 221 1 3 13 . 3 3 . 3 0 . 5 1 . 6 2 . 5 0 . 5 0F q F q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (24) kNF ? 0CM ?? , 221 1 2 14 . 9 4 . 9 0 . 5 1 . 6 0 . 9 0 . 5 0F q F q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (25) kNF ? 考慮分析機(jī)械臂在呈水平狀時(shí)最大承載的力 kNF ? （ 1）剪力和彎距計(jì)算 在梁的 AB， BC， CD 等三段內(nèi)，剪 力和彎距都不能由同一個(gè)方程式來(lái)表示，所以應(yīng)分三段考慮。 在 AB 段內(nèi)， ? ? 11 1 9 . 6 6 . 9 3SF x F q x x? ? ? ? ? ? ? ? ?0 ?? (26) ? ? 22111 1 9 . 6 3 . 4 6 52M x F x q x x x? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0 ?? (27) 在 BC 段內(nèi)， ? ? 1 2 1 9 0 . 6 6 7 5 6 . 9 3SF x F F q x x? ? ? ? ? ? ?= x? ? ? ?? (28) ? ? ? ? 21 2 113 . 3 2M x F x F x q x? ? ? ? ? ? ? (29) = 21 9 . 6 1 1 0 . 2 6 7 5 ( 3 . 3 ) 3 . 4 6 5x x x? ? ? ?? ? ?? 在 CD 段內(nèi)， ? ? 1 2 3 1SF x F F F q x? ? ? ? ? ?= ? ? ? ?? (210) ? ? ? ? ? ? 21 2 3 113 . 3 4 . 9 2M x F x F x F x q x? ? ? ? ? ? ? ? ? (211) = 21 9 . 6 1 1 0 . 2 6 7 5 ( 3 . 3 ) 5 0 . 4 7 3 5 ( 4 . 9 ) 3 . 4 6 5x x x x? ? ? ? ? ? ? ? ?? 圖 受力圖 圖 剪力圖 圖 彎距圖 機(jī)械臂用 30調(diào)質(zhì)鋼，材料的屈服極限 s? 為 215MPa ，一般塑性材料的安全因數(shù) sn 為 — ，脆性材料為 — 。 機(jī)械臂套筒強(qiáng)度校核 套筒是空心，套筒中間套著機(jī)械臂，套筒的長(zhǎng)、寬、高為內(nèi)臂 11 hbl ??為 mmmmmm 3 8 04 0 01 6 0 0 ?? ，外臂 22 hbl ?? 為 mmmmmm 3 4 03 6 01 6 0 0 ?? 其體積為： 312 0 .0 4 7 3 6V V V m? ? ? 鐵的密度為： 337 .8 5 1 0 /kg m? ?? ，可得 ： 2 2 . 2 8 K N /m1 . 6 1 . 6G m g v gq l ?? ? ?? ? ? ? (217) （ 1）剪力和彎距計(jì)算 如下圖