铸件搬运机械手结构及液压控制系统设计

发布时间：2020-03-28 13:19

【摘要】：铸件搬运是铸造生产过程中的关键工序之一,铸件产量的快速增长推动了自动化铸造生产线的普及和应用,传统的依靠人工完成铸件搬运的方式已经远远不能满足现实需要。由于铸件重量大、质量要求高、环境恶劣、存在危险等原因,也急需一种效率高、稳定可靠、出件质量高的铸件搬运机械手代替人工完成铸件搬运工作。虽然有关机械手国内已面世多年,但性能不稳定,可靠性差,关键部件容易失效,影响生产,因此并未得到大范围普及和推广,人们对该型机械手以及相应的自动化生产线认识也不足。近年来,国内通用机械手性能提升迅猛,产品也得到大量普及。但是目前国内针对这种专用机械手的研究相对较少,且多数人员分布在企业之中,侧重于实际使用,对机械手技术的研究不够深入,对其机械结构尤其是关键部件内在的力学性能分析欠缺,液压控制系统不稳定,缺乏必要的理论设计,对现代设计方法使用不足。本文以铸件搬运机械手为研究对象,以典型的缸体铸件为例,设计了包含该专用机械手的自动化铸造生产线总体布局、机械手的结构以及液压控制系统,完成了关键核心部件前动臂的力学分析和改进。首先,设计了典型的缸体铸造生产线以及静压造型线总体布局,介绍了工艺流程和结构组成。根据实际生产情况,布置了缸体铸件搬运机械手的最佳工作位置,介绍了其工作原理。得出铸件搬运机械手取代人工是必要的。其次,对缸体铸件搬运机械手结构进行了设计,介绍了其总体方案、结构组成、工作原理和基本参数,对手爪、手腕、上动臂、回转装置、前动臂等主要部件进行了设计计算。针对关乎机械手的整体性能和使用寿命的典型关键部件前动臂完成了设计和计算,对其进行了强度校核。根据常见且易出现的失效类型,有针对性地改进应力集中处的结构。然后,选取前动臂在举升至最高位置的典型工况,根据有限元理论,借助现代仿真设计方法,对改进前后的前动臂分析了静动态特性。利用SolidWorks完成三维建模,利用SolidWorks Simulation有限元建模,同时完成网格划分。通过刚度、强度仿真分析,表明前动臂结构满足静强度设计要求,且改进后的前动臂所受最大von Mises应力减小26.1%,最大合位移减小31.1%,改进效果明显。完成模态与谐响应分析,运用Direct Sparse求解器获得前6阶的固有频率并得出振型云图,深入认知其动态特性,改进提升后的动态特性,有助于认识机械手的动力频率。最后,设计了机械手的液压控制系统,计算了关键数据。对液压和电气系统进行了设计分析,论述了基本组成和原理,重点介绍了液压伺服控制系统。经过准确的计算,能够保证机械手的稳定运行。
【图文】：

依靠人工使用吊钩在落砂机出件部位取放和搬运铸件。随着社会和时代的进步，逡逑对高质量铸件的需求不断提升，，选取典型的、最具代表性的缸体铸件为例，过逡逑去普遍使用的铸件生产形式严重落后于实际生产的诉求。常见的缸体如图１－１逡逑所示。逡逑（ａ）

续快速上升，２０１７全年我们国家的销售和生产分别达到２８８７．８９万辆和２９０１．５４逡逑万辆，如表１－２所示。２０１７年我国的汽车领域无论在生产数量还是销售数量都逡逑排在全球前十名国家的第一位，并且比第二位有较大领先程度，如图１－２和１－３逡逑所示…２］。逡逑自２０００年以来，中国凭借着巨大的人力资本和资源优势，铸件产品的总生逡逑产数量持续位列第一邋［３１。逡逑表１－１邋２０１０年？２０１７年全世界的汽车产销状况（单位：万辆）逡逑年份逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑销量逦７５００．５１逦７８１９．７６逦８２１６．６４逦８５６４．１６逦８７９２．０１逦８９６７．８０逦９３８５．６４逦９６８０．４４逡逑产量逦７７５８．３５逦７９８８．０９逦８４２３．６２逦８７３５．４逦８９７７．６５逦９０６８．３１逦９４９７．６６逦９７３０．２５逡逑表１－２２０１０年？２０１７年我国汽车的生产和销售状况（单位：万辆）逡逑年份逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑销量逦１８０６．１９逦１８５０．５１逦１９３０．６４逦２１９８．４１逦２３４９．１９逦２４５９．７６逦２８０２．８１逦２８８７．８９逡逑产量逦１８２６．４７逦１８４１．８９逦１９２７．１８逦２２１１．６８逦２３７
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG231.1;TP241

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本文编号：2604503