新型揭盖及清扫机械人结构分析与导轮预紧力计算

发布时间：2020-09-11 19:26

　　 随着我国炼焦工业的飞速发展,炼焦机械设备也迎来了更高的挑战,那就是如何提高工作效率、减少成本、改善操作环境、降低劳动强度等。尤其是焦炉顶盖的加揭盖与炉顶清扫作业,操作环境恶劣,维修困难,急需设计一种启盖—清扫—闭盖的自动化,揭盖与清扫作业一体化的新型焦炉炉顶加煤口揭盖及清扫机装置。本文针对某新型焦炉炉顶加煤口揭盖及清扫机械人在复杂工况下的弯曲变形、扭转变形和结构振动等复杂静动态力学问题,采用Pro/E、HyperMesh和ANSYS联合建模分析方法,建立了该机械人系统的有限元模型。考虑接触非线性,数值计算了该机械人结构的强度、变形、应力、导轮预紧力和振动模态。讨论了不同导轮预紧力对机械人的弯曲变形、扭转变形和接触应力,以及受载导轮与轨道间的接触状态。最后,通过计算得到的机械人振动模态特征,分析了机械人的振动特性。本文研究得到了如下结论：(1)该机械人的运动系统和液压传动系统符合横移、升降、旋转等运动与力的传递要求,结构型式合理。(2)该机械人存在弯曲振动模态和扭转振动模态。机械人工作频率为0.5Hz-1Hz,远离最小固有频率14.88Hz,因此,整体不存在共振现象,运行状态平稳。(3)在无导轮预紧力工况下,该机械人的变形方式主要为弯曲变形,同时伴随有轻微扭转变形；机械人整体最大应力为98.6MPa,无明显的应力集中现象；导轮与轨道间存在不接触的不利状态,接触状态不稳定,因此,需要施加导轮预紧力。(4)综合考虑不同预紧力工况下该机械人弯曲变形、扭转变形和受载导轮与竖直轨道间的接触状态,计算出导轮合理的预紧力为15KN。(5)在导轮预紧力为15KN时,该机械人的变形方式主要为弯曲变形,同时伴随有轻微扭转变形；机械人最大应力为152MPa,无明显的应力集中现象；在揭盖和空载状态下,四对导轮均与轨道接触,接触状态稳定,运行平稳。本文研究有如下创新点：(1)得到了该机械人变形和应力分布分析和量值,评估了该机械人强度和刚度性能。(2)揭示了导轮的接触状态,指出了导轮存在不接触的不利状态。(3)提出了根据变形幅值、应力幅值和导轮接触状态设计导轮预紧力的方法。(4)计算得出该机械人不仅存在弯曲模态,也存在扭转模态,发现第一阶模态就为扭转模态,频率为14.886Hz,为该机械人的进一步改进提供了动力学依据。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ520.5;TP242

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本文编号：2817077