大中型棒料重载运输机械臂的设计与研究

发布时间：2020-09-07 12:51

　　 某电力设备公司主要采用龙门吊上料方式,将大型棒料(长5-13米,重2-12吨)运送至机床上进行绝缘材料的缠绕,缠绕过程中车间灰尘及温度极大影响了产品品质,因此企业将车间升级为封闭式恒温无尘化车间,原上料方式不再适用。本文根据企业实际需求,开发了一款大中型棒料重载运输机械臂,对其进行机械总体方案设计,借助ADAMS进行多体系统动力学分析及耐久性分析,最后对其关键部位进行参数化建模与优化、结构轻量化设计以及振动分析,进一步提升机械臂的性能。具体工作如下:1)重载运输机械臂总体方案设计。为确保重载机械臂运行安全,本文以最大承重16吨为设计目标。根据车间布局及生产要求,确定重载运输机械臂整体设计方案,构建两自由度机械臂。比较不同机械臂轴向伸缩传动方案的优劣,最终选择滚珠丝杠传动方式。机械臂负载较大,对运行过程中稳定性和安全性要求较高,针对机械臂受力较大部位进行刚度校核,为B级机械臂设计加强筋,确保其满足刚度要求;2)基于ADAMS的重载机械臂的建模与仿真。根据重载机械臂总体设计方案,建立机械臂动力学仿真模型。利用ADAMS/Flex模块对机械臂关键部位柔性化,建立刚柔耦合模型,运行显示该机械臂工作可靠,无翻转现象。在ADAMS/Durability模块中获得重载机械臂关键部位在运动过程中的应力与变形云图,并与上述刚度计算结果进行比较。由仿真结果可知,设计的重载机械臂能够保证运动精度,且满足强度设计要求;3)基于ADAMS的重载机械臂的分析与优化。根据仿真结果,对B级机械臂加强筋形状进行优化,通过仿真迭代确定板厚20mm时在加强筋两端各削去相同形状的直角三角形(400mm×60mm)。此外,在A级机械臂底板上挖八个矩形孔(120mm×80mm)对其进行轻量化设计。最后,借助Adams/Vibration模块获取机械臂模态振型图和对应频率,根据最低固有阶频率得出机械臂不会与电机产生共振。基于ADAMS的重载运输机械臂的设计研究,能有效提升机械臂的强度和刚度,节约原材料以及减少惯性力,为后续物理样机的设计和制造提供了一定的参考。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP241;TH22
【部分图文】：

重载机械臂作业示意图

图 2.2 滚珠丝杠传动原理图珠丝杠具体选型步骤[44]，如图 2.3 所示。决定使用条件运输棒料的重量、进给速度、运行模式、丝杠轴转速、行安装方向、使用寿命和定位精度等。

简支梁受力分析简图

【参考文献】

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本文编号：2813368