鋁電解槽用打殼機的設計過程畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 3 在 xy 平面的機械臂尺寸 （ 3） 經過計算及繪制草圖 ， 可以知道該機械臂的長度尺寸，可以確保機械臂在工作時，機械臂與平臺 間 不會發生碰撞。 至 此 ， 機械臂的長度尺 寸以全部確定。 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 9 機械臂的受力分析 機械臂的質量：機械臂 采用 雙側板焊接箱形結構，側板使用厚度為 10mm的鋼板制成，用厚度為 10mm 的鋼板焊接成箱形。材料選用 45號鋼。 據 此，機械臂的質量經計算 得 出： 1141 ?m kg； 機頭部分的質量為 ： 5002 ?m kg。 以下將 分別對機械臂處于最高及最低位置時的情況 進行受力分析 。 （ 1） 機械臂處于最高位置時的受力分析 ，如圖 34： G 3G 2PG 1F 2F 1Yθ 1φ 圖 34 處于最高位置的機械臂 經過計算，圖 34 中 ?? ? ，當 ?? ? 時即可滿足工作需要，以 此為基礎進行受力分析。 另外， 2G 為機頭變幅缸所受 的 重力， kgG 152 ? ； 3G 為機頭部分的 整體質量， kgG 5003 ? ； 1G 為機械臂的質量。其位置在以 O 為原 點，水平方向為 X軸，豎直方向為 Y 軸的坐標系中。其位置坐標 P(x,y)經計算為： 212211212211mmymymymmxmxmx?????? （ 32） 其 中 ： 1m 為 L1 段機械臂的質量 ， 461?m kg； 2m 為 L2 段機械臂的質量 ， 682 ?m kg； )(),( 2211 yxyx 為 L1 與 L2 重心位置 ， 3951?x 、 14902 ?x 、4211?y 、 8422 ?y 。 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 10 將以上各數據代入上式，得： 6 446846 8 42684 21469 746846 1 49 0683 9546?? ?????? ????yx 根據水平方向受力平衡以及各力對 O 點的彎力矩平衡，列出如下方程組： ????? o s47s in 21 FF 3212 2 8 3 52 0 1 79 7 44 2 7 GGGF ??? 解此方程組 ， 得： NF 183881 ? NF 365252 ? (2)當機械臂處于最低位置時，其受力分析如 圖 35： F 2G 1PG2 G 3yF 1x 圖 35 處于最低位置的機械臂 與（ 1）中的計算方法相似，首先計算出 P′ (x,y)的坐標位置： x=116 y=102。 根據水平方向的受力平衡以及各力對 O點的力矩相平衡 ， 列出方程組： ????? o s8s in 21 FF 3212 2 0 8 32 2 4 01 1 6 42 9 3 GGGF ??? 由此方程組解 ， 得： NF 2759211 ? NF 437972 ? 1F 、 2F 方向如圖 35 所示。 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 11 機械臂的強度校核 由機械臂的受力分析可以看出。機械臂與回轉平臺鉸接位置，即圖 31 中B點 在 機械臂處于最低位置時所受力 NF 275921? 最大，故校核該點的強度。 根據材料力學中對擠壓應力的計算方法，有如下力學公式： [5] ][bsbsbs AP ?? ?? （ 33） 其 中： ][ bs? 為 擠壓應力； P 為 外載荷； bsA 為 接觸面積。 對該點這類情況 ， 以該點的鉸接孔的平面面積代替公式中 bsA ,所得的應力于實際應力相 近 故該公式可以寫成： tdPbs?? （ 34） 其 中 ： t為 側板厚 度 ， t=10mm； D 為 鉸接孔的直徑 ， d=50mm。 將以上各數據代入上式，得： ][2765010275921 bsbs M P a ?? ???? 因為 ][ bsbs ?? ? ， 所以需要改進該點結構。改進方法：在 圖 32 中 3點裝 加 厚圓盤，厚度均為 55mm。算得 MPabs 42?? ， 滿足其強度的要求。 在 1L 及 2L 段 中， 2L 段 應進行校核。作 2L 段的彎矩圖 如 圖 36： XMGNA BE 圖 36機械臂外力及彎 矩 圖 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 12 在 圖 36 中 N 為 B 點所 的 受力，通過 對 機頭變幅缸受力分析 ， 可以得出NN 8850? 。 另外 NG 680? 、 NF 306252 ? 在 BE段內 ： xxNM os1 ????? 在 AE 段內 ： 4 8 95 1 8 110)1 6 3 08 1 5(6 0 0 04 5 8 1 32 ???????? ? xxxM 由彎矩圖 36 可以看出， A點彎矩最大，為危險截面，故應校核 A點的強度。彎曲的強度條件為： ][m a xm a x ?? ?? WM （ 35） 其 中 ： maxM 為 最大彎矩， mNM ?? 7956m a x ； W 為 抗彎截面系數； mbdaH bdaHe )1016016020(2 10)1016016020()(2 6922221 ?????? ???????? ?? meyHe ????? 3933333231101 4 5 0 3 810)(31)(31?? ????????????? bha e yB e yI Z 對此種箱形結構 ， 其計算方法如 圖 37： e2e1a/2bHhB 圖 37機械臂的箱形結構 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 13 32m in 104 ???? eyIW Z 機械臂材料選用 45鋼 ，其許用應力 ][? 為： 1 3 ~ 3 4 0][ ??? Ss?? ～ MPa227 將以上各數據代入上式，得： ][ 7956 3m a x ?? ???? ? M P a ][??? ，故滿足強度要求。 剛度校核 將 2L 段機械臂作為一個懸臂梁來計 驗算其剛度， 簡圖如 圖 38： GNA 圖 38外力分析 將 G和 N合成到 A 點， 如圖 39： MANG 圖 39 A 點的 受力分析 其中 ： NG 680? ， NN 8850? ， mNM ???? 5 5 48 1 8 0 查閱 文獻 可以得到機械臂在此種載荷作用下的變形 。 [5] 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 14 M 作用下的端截面的轉角 ： EIMl??1? 在 N 與 G 的合力 P 的作用下 ： EIpl2 22 ??? 則 A 點的轉角為 ： 0 0 2 4 5 0 3 8101 9 62 1 6 3 02 7 5 9 2 11 6 3 07 9 5 6222 39 2221 ????? ????????? ?EI plMl??? A 點的撓度 ???Av （ 36） 0 0 4 3 0 2 ???Av 液壓系統設計 在本次設計的打殼機中，液壓系統的主要功能是調整機械臂及機頭導軌和沖擊器部分的位置，以滿足工作要求。 液壓系統的作用主要表現在以下方面： （ 1）舉升 缸：用來控制機械臂在垂直方向的升降，以帶動機頭沖擊器 完成 清理電解槽底部殘渣的工作。 （ 2） 機頭變幅缸：用來調整機頭與機械臂間的夾角，一方面保障機頭沖擊器正常完成清理殘渣的工作，另一方面在回轉過程中保證機頭沖擊器不會與電解槽槽面發生碰撞。 （ 3） 機頭壓力缸：為機頭沖擊器提供壓緊力 F，其大小為 10～ 15KN，以確保在工作過程中沖擊器對槽底殘渣有足夠的沖擊力。 初步確定液壓系統壓力為 MPa10 ，以下將詳細進行液壓系統的設計工作。 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 15 液壓缸部分 （ 1） 機頭壓力缸部分 1） 計算公式： [6] mFdDPDP ??4)( 22221 ??? （ 37） 其 中 ： 1P 為 液壓缸工作腔， MPaP 101 ? ； 2P 為 回油腔的壓力 ， 當回油路上無閥類阻力直接進入油箱時， 2P 的范圍為 ～ MPa 取 MPaP ? ；D 為 液壓缸內徑 ； d 為 活塞桿直徑 ， 當活塞桿受壓時，應取 d/D=～ ，所以 取 d/D=； F 為 最大外負載 ， KNF 15? ； m? 為 液壓缸機械故障，一般取 ～ 。 取 ?m? 。 將以上各數據代入上式中， 得 ： )]([ 22 ????? DDD mmD 46? 選取 mmD 50? ， mmd 32? 的液壓缸。 1) 機頭壓力缸行程的確定： 在課題提供的資料中，電解槽槽底殘渣厚度為 300～ 450mm，故壓力缸的行程 S 應取 mmS 450? ，以保證在沖擊器部分工作的過程中始終能為其提供壓緊力。 2) 機頭壓力缸壁厚 ? 的確定 液壓缸缸筒的計算與驗算方法有以下的公式 ： [7] 當 ?? D? 即 154 ??? 時 66 36m a x?????? ?????? ?PDPpm z x?? （ 38） 其 中 ： maxP 為 最高允許壓力， M PaPP a x ?? ； P? 為 缸筒材料的許沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 16 用應力 ， 選安全系數 ?n 計算出 M Pansp 136?? ??。 將以上各數據代入上式，得： 66 36m a x?????? ?????? ?PDPpm z x?? 缸筒材料使用 45鋼，其 MPas 340?? 。 根據以上計算，選取液壓缸臂 厚 mm5?? 。 3) 缸筒 壁 厚的驗算： 液壓缸的額定壓力值應低于一定的極限值，保證工作安全。 21221 )(D DDP sn ?? ? （ 39） 其 中 ： 1D 為 缸筒外徑 ， mmD 601 ? 。 將以上各數據代入上式，得： M P aP n 10)5060(103 4 62 6226 ?? ?????? ? 為避免缸筒在工作時發生塑性變形 ,液壓缸額定壓力 nP 值應與塑 性變形壓力值有一定的比例范圍 ： (?nP ～ PLP) M P aDDP sPL 62lo 1 ?? ? 。 所以 ?nP ～ 。 根據以上的驗算可以看出，當系統壓力為 MPa10 時， nP 值處于安全范圍內 。 4) 活塞桿的強度計算 當活塞桿端和負載的連接點到液壓缸的支承點間的距離 10(?BL ～ d)15時，活塞桿須進行彎曲穩定性驗算，其公式如下： 沈陽工業大學 工程學院 本科生畢業設計 （ 論文 ） 17 222BK LKEJF ?? （ 310） 其 中： E 為 活塞桿材料彈性模數 ； J 為 活塞桿橫截面慣性矩 。6434 103 0 )1032( ?? ?????? dJ ? ； K 為 安全及導向系數 ， 1?K 。 將以上各數據代入上式，得： KNF K 4 7 103 0 0 22 692 ?? ????? KKnFF?