1.5T锻造无轨装取料机的设计说明书

.5T锻造无轨装取料机的设计目录摘要 5前言 7第一章选题背景 8第二章主要结构的设计 102.1钳头夹紧和放松 102.2夹钳旋转马达的选用 102.3其余三个动作 10第三章主要结构的计算确定 113.1连接筒强度计算 113.2长拉杆强度计算 113.3倾覆力矩计算 113.4夹臂的计算 123.5技术参数 13第四章液压系统 144.1确定液压系统的基本方案 144.2钳头回转马达的计算 144.2.1偏心力矩M偏 154.2.2惯性力矩M惯 154.2.3摩擦力矩 154.3夹紧缸的计算 15第五章维护保养 17第六章总结 18第七章图纸明细 19参考文献 20致谢 21摘要本课题为一种锻造辅助装取料机的设计，由叉车改造而成。本文设计的取料机是按照工作中实际工作的标准来完成设计的，而且明确的解释了其基本结构、参数、强度及受力计算、工作原理。本装取料机以平衡重载式柴油机液力传动叉车为载体，加入机械手执行系统而成。该机共有五个动作：车体行走，钳杆平行升降，钳杆仰俯，钳口夹紧，夹头旋转。其中钳杆平行升降，钳杆仰俯和车体行走为叉车原有动作。可夹持1.5吨以内的锻造件，重点为钳头夹爪夹臂的强度以及夹持力矩的计算。关键词：锻造辅机、叉车改造、液压系统控制。

Designofthe1.5TForgingTracklessLoadingandReclaimerAbstractThistopicisthedesignofaforging-assistedloaderandreclaimer,whichisreformedbyforklifttruck.Thereclaimerdesignedinthispaperisdesignedaccordingtotheactualworkingstandards,anditsbasicstructure,parameters,strength,forcecalculationandworkingprincipleareclearlyexplained.Theloader/reclaimerisformedbytakingabalancedheavy-dutydieselenginehydraulictransmissionforkliftasacarrierandaddingamanipulatorexecutionsystem.Themachinehasfiveactions:thecarbodymoves,theclamprodsmoveupanddowninparallel,theclamprodsleanupanddown,thejawsclamp,andthechuckrotates.Inwhichthepincersriseandfallinparallel,andthepincerspitchupanddownandthecarbodywalkaretheoriginalactionsoftheforklift.Itcanholdforgedpartslessthan1.5tons,withtheemphasisonthecalculationofthestrengthandclampingtorqueoftheclampingarmofthejaw.Keywords:forgingauxiliarymachinery,forkliftmodification,hydraulicsystemcontrol.

第一章选题背景锻造是一种利用锻造机械对坯料加压力而产生塑性变形从而获得具有一定的机械性能、一定的形状和尺寸锻件的一种加工方法。它是锻造和冲压的两个主要部件之一。经过锻造可优化组织、消除冶炼过程中的金属的缺陷。同时，因为保持了完整金属流线，锻件其力学性能普遍相比相同材料的铸件更优。对于相关机械中负荷大、工作条件恶劣的重要零件，除钢板、型材或焊件形状简单外，通常采用锻件。工业机器人是面向工业领域，多关节机械手或着多自由度机械装置。它能自动工作，是一种靠自身的控制能力和动力从而实现各种功能的机器。能够接受人的指令，按照预先安排好的程序运行。现代的工业机器人也能根据人工智能技术制定的原理程序来工作。本设计属于工业机器人，用于锻压工件的装卸、工件从地面到锻压机的抓取和放置，或从锻压机上取下锻压工件。要求设备灵活、灵活，适合在锻造等恶劣环境下工作，性能稳定可靠，后期维护保养良好，确保高性能、高质量、低运行成本和耐用性于一体。特种设备是指危险性较大、涉及生命安全的锅炉、压力容器、电梯、压力管道、客运索道、起重机械、大型的游乐设施和场内专用的机动车辆这八大类特种设备。为保障工人安全以及便于更好的完成一些特定的工作，本设计是一种可以方便灵活的辅助锻造操作机的辅助机器，能够更好的完成所需锻件的装取工作，很大程度提高了工作效率以及对锻造材料的精确放置。技术创新不仅会影响货物运输设备。自19世纪末以来，人们开始使用手推车和移动式平台装载机。20世纪初，出现了机械控制设备。在第一次世界大战中，由于劳动力严重缺乏，装有电动机和牵引电池的手推车被广泛使用。起重平台不立即转移到电气牵引系统，电气牵引系统不仅可以运输货物，还可以进行起重作业。直到第一次世界大战结束，机械设备的设计者才认识到堆垛比简单的水平移动货物更具优势，从而提高了仓库作业的生产率，进而创造了一种“高扬程”的平台车。在那些年里，仍然没有一个工程解决方案允许柴油叉车使用差速器，一个在车轮之间分配扭矩的系统。最终，上一款产品装配了一个汽油发动机和三个轮子。由于转向系统的缺陷，转盘很窄，叉车本身不方便，也不安全。要左转，操作员将方向盘向右和从右向左转动。叉车没有配备制动器，在遇到第一个合适的障碍物时会以最简单的方式自动停止。尽管有这些缺点，叉车仍然表现良好。参观工厂的人很快意识到了产品的潜在价值，并开始为他们的公司订购叉车。应该指出的是，在第一次世界大战前的几年里，平台手推车是最常见的。随着军官的到来，情况发生了变化。警官们认为这是电动三轮铲车上理想的炸药运输工具。当时，军队的仓库里都使用电动汽车。一般来说，仓库位于煤仓的底部，这是一条很长的路。在驾驶过程中，电池经常出现故障，而危险品则留在露天，这是完全不能接受的。克拉克的技术人员通过增加带内燃机的叉车来解决这个问题。同事们，他们看到用电动三轮叉车运输炸药，是一种相当理想的工具。已知最早的工业机器人是由格里菲斯P.泰勒于1937年在《麦卡诺》杂志上发表的。Meccano的部件和动力几乎全部由电动机通过类似起重机的装置产生。可移动五个轴，包括抓斗和抓斗旋转。自动化是通过穿孔纸给螺线管通电来实现的，这将有助于起重机控制杆的移动。1997年，克里斯·舒特制作了一个完整的机器人复制品。随着我国的锻压装取机产品产量不断扩大和市场快速发展，国家的产业政策鼓励锻压装填机产业逐渐向高技术产品方向发展，国内的企业新增投资项目逐渐增多。投资者对锻压装料和回收机械市场的关注度越来越高，使得锻压装料和回收机械市场越来越受到各方的关注。

第二章主要结构的设计2.1钳头夹紧和放松钳头的夹紧和放松动作的执行元件为液压缸。当液压缸的有杆腔进油时，由活塞杆拉动夹钳的拉杆带动钳臂连杆，使工件夹紧；当液压缸无杆腔进油时为钳头的放松动作，为了防止在夹紧工作过程中油路稍有泄漏，造成夹紧力下降，从而设有蓄能器，不断向液压缸补充液压油，保持夹紧力。夹爪的夹紧力时按静摩擦来设计的，当工件和夹爪之间由于油质或其他因素造成摩擦系数下降时，工件有可能脱落，特别是在夹头刚刚夹住工件行车颠簸的时候。首先考虑了两种夹爪，一种带锁紧机构的另一种不带锁紧机构，中间分别加钢筋条加大摩擦力，经试验，不加锁紧机构并不影响夹持允许载重范围内的重物，所以在考虑节约成本的情况下，选用没有锁紧机构的夹爪。2.2夹钳旋转马达的选用夹钳的旋转由液压马达驱动齿轮轴，回转支撑机构，从而实现夹头带动工件进行旋转动作，可以进行360度的旋转，从而实现工件不同方位的进行锻压操作。经过计算所需力，选择合适的马达。2.3其余三个动作钳杆的平行升降、钳杆的仰俯，以及车体的行走动作，均由原叉车自带。

第三章主要结构的计算确定3.1连接筒强度计算连接筒的危险截面在如图所示A-A处，截面如右图所示，则抗弯截面强度系数为W=1598921根据设计，着重计算A-A处的弯矩以及应力，计算公式如下：A-A处的弯矩为M=15000*2402+7600*1301+3600*246=46803200弯曲应力为46803200/1598921=29.3MPa根据计算所得，连接筒的材质为Q345,S=345/29.3=11.8。3.2长拉杆强度计算长拉杆作为夹钳的与夹紧油缸之间的连接，需要对其进行强度计算：A=3.14*（D2-d2）/4=3.14*（892-532）/4=4015则正应力为296285/4015=73.8MPa材质为20#，屈服强度为215MPa，则安全系数为S=215/89=2.9。3.3倾覆力矩计算3640为空载时的后轮压计算空载时叉车本身的重心，设距离前轮的距离为A，根据样本查得空载时后轮压为3640，则63700*A=36400*2000=72800000计算得叉车本身的重心距离前轮的距离为A=1335.7.夹1.5吨锻件的情形：计算稳定性，负载时对前轮取矩为15000*3695+7600*2595+3600*1540=80691000；叉车稳定性为72800000/80691000=0.902，需增加配重；假设配重的重心同后轮在同一竖直线上，（72800000+G配*2000）/80691000=1.27G配=14838N需要增加1484kg的配重方能达到安全系数1.27而增加1000kg的安全系数为：（72800000+10000*2000）/80691000=1.15。夹1吨锻件的情形：计算稳定性，负载时对前轮取矩为10000*3695+7600*2595+3600*1540=62216000叉车稳定性为72800000/62216000=1.17，需增加配重假设配重的重心同后轮在同一竖直线上，（72800000+G配*2000）/62216000=1.27G配=3107N需要增加310.7kg的配重方能达到安全系数1.27而增加1000kg的安全系数为：（72800000+10000*2000）/62216000=1.492。（4）选择增加1吨配重，分为两块500kg的钢块，可拆卸。3.4夹臂的计算钳头水平状态为特定工况：通过前面计算得知：夹持力F1=15000/0.18=83333N单面的夹持力F1’=F1/2=41666.5N单个半圆滑块处的受力F2=（F1/2）*1092/309=235596N对于截面A：抗弯截面系数WX1=772*207/6=204550.5mm3力矩M1=F1’*795=33124867.5N.mm弯曲应力=M1/Wx1=161MPa；则安全系数为750/161=4.6。对于截面B：抗弯截面系数Wx2=812*94/6=102789mm3力矩M1=F2*183=235596*183=43114068F*mm弯曲应力=M1/Wx1=419MPa；对于截面B，弯曲屈服强度=600*1.5=900MPa；则安全系数为900/419=2.14。3.5技术参数综上计算结果，技术技术参数如下表：

第四章液压系统4.1确定液压系统的基本方案表3-1执行元件简要说明表名称特点简要说明柱塞式油缸结构简单，工艺性好常用于行程长的设备活塞式油缸形体简便应用广泛摆动式油缸结构紧凑输出转矩大密封性较差齿轮式马达流量可调节主要用于快速推力小，慢速推力大的工作机构叶片式马达体积小，动作灵敏转动惯量小，易启动制动柱塞式马达可变量易变形磨损，油封区尺寸小，易泄漏，应用极少螺杆式马达结构紧凑输出油液均匀，噪声小制作困难，成本高4.2钳头回转马达的计算液压马达可分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其他类型。高速液压马达的主要特点是转速高、转动惯量小、启动和制动容易、调节灵敏度高。通常，高速液压马达也被称为高速低扭矩液压马达，因为它们的输出扭矩不大。低速液压马达的基本类型是径向柱塞型。另外，轴向柱塞式、叶片式和齿轮式也有低速结构类型。低速液压马达的主要特点是转速低、排量大、体积大，因此可以直接与工作机构连接。不用减速装置，这样很大程度简化了传动机构。低速液压马达具有比较大的输出扭矩，所以也称为低速高扭矩液压马达。根据所需夹持力，夹持G=15000N重物，允许偏心为200mm；4.2.1偏心力矩M偏转动所需偏心力矩M偏=15000*0.2=30000N.M4.2.2惯性力矩M惯三维导出设备转动惯量I1=1446.5N.M2工件的转动惯量I2=15000*0.2=3000N.M2总的转动惯量I=I1+I2=4446.5N.M2钳头回转速度为3.2r/min，按照启动时间为1s，则角加速度a=【（3.2*360/60）*3.14/180】/1=0.335rad/s2。则惯性力矩M惯=4446.5*0.3=1333.95N.M;4.2.3摩擦力矩摩擦力矩M摩忽略不计。大小齿圈减速比i=80/13，则马达转速=3.2*i=19.7r/min。所需马达驱动扭矩M需=1.33*（M偏+M惯+M摩）/i=936N.m马达角加速度a’=a*i=2rad/s2.对于精度无要求。马达：在压力10MPa情况下，所能提供扭矩：M出=1968N.M安全系数N=1968/936=2.14.3夹紧缸的计算液压马达可分为叶片式、齿轮式、柱塞式等。据其压力等级，可以分为16Mpa、25Mpa、31.5Mpa等。高速液压马达的主要特性是转动惯量较小、转速较高、启动和制动都比较容易、调节灵敏度较高等。一般的情况下，高速液压马达称为高速低扭矩液压马达，因为它的输出扭矩低。液压缸的类型有多种结构形式，分类方法也有很多种:据其运动方式分为旋转摆动运动型和直线往复运动型；据其液压作用，可以分为双作用式和单作用式。据其结构形式，可以分为多级伸缩套筒式、柱塞式、活塞式、齿条式等。根据安装形式，可分为铰轴、拉杆、耳环、脚等。要夹持G=15000N重物，按照摩擦系数为0.2计算：夹持力F1=15000/0.2=75000N单个半圆滑块处的受力F2=（F1/2）*1092/309=13252N则长拉杆受力F3=F2*cos27.7*2=234671N按照传递效率0.9计算，则所需夹紧油缸有杆腔输出力F出’=F3/0.9=260746N。夹紧范围为50-900，要求夹紧速度控制在6s以内，则夹紧速度为28.3mm/s；松开速度控制在8s内，则油缸松开速度=21.25mm/s；对于精度和加速度无要求。夹紧油缸选用：缸径180/杆径63/行程170，系统压力P=16MPa，夹紧油缸有杆输出力F出=3.14/4*（D2-d2）*p=35727NZ则安全系数n=F出/F出’=1.3。机械手部分与叉车共用叉车自带的一个液压站，该机的五个动作除了车体行走以外其他四个动作通过四位多路阀进行控制。叉车原有两片，控制机械手的升降和仰俯，现在原有的基础上再加上两片，控制机械手的其余两个动作。由于液压动作比较多，管接头和液压元件也比较多，因此在使用过程中，液压油的泄漏是个大问题。1.四路多路阀都是摩擦副，有时会出现轻微的泄漏，必要时，可在其下方放置一个铁皮的接油盘。2.四路阀体上需要扭入8个管接头体，又在这接头上扭入8个管接头，在拆卸这些管接头的时候，注意不要将接头体松动。液压系统的故障百分之九十五都是出自油液的污染，因此保持液压油的清洁度十分重要。夹紧油缸设有蓄能器，在夹持动作过程中能够弥补渗漏，使夹紧系统不会因为其他机构的同时动作，而使压力有所波动，进而保证了夹紧力的稳定，规定蓄能器的最大工作压力为16MPa，充氮气压力P=8MPa，在日常使用中如发现钳口经常松动，则可能是蓄能器氮气压力过低，或者是夹紧系统有泄漏现象，必须及时进行检修。在夹紧油缸的回油路上设有过载保护阀，避免夹紧过程中产生过大压力而损坏机械装置或将工件夹坏。

第五章维护保养定期的维护和保养，对于设备的安全有效工作是必不可少的，否则设备将提前造成损坏，并有发生危险的可能性。液压站的过滤网，油箱过滤网，吸油过滤网都应该注意定期检查、清洗，并及时更换过滤芯子，以保持油箱的清洁，方能保证正常的工作。定期更换油箱的油液，并且彻底的清洗油箱，添加新油时必须通过过滤器加入，注意油液中是否含有水。定期向齿轮箱加油或者更换润滑油。主要的压力阀（溢流阀）应定期校正，如果有压力表失灵应及时更换，不得随意升高压力，以免造成机构损坏。不得随意拆开油泵，油缸，油马达等压力件，如果确实需要拆卸，则拆卸前须了解其内部构造以及功能原理。应严格按照设备的润滑表进行可靠的手动润滑，设备的使用可靠性和使用寿命在很大情况下取决于设备的润滑状况。应定期检查螺栓的松动，震动异常等情况。

第六章总结本文主要设计完成对异形体进行抓取及搬运任务的工业机器人。对于物体不易拆卸、抓取、搬运及材料比较特殊的特点，提出了抓取的方案，并且对于设计出来的物体抓取机器人进行分析，本设计的主要结论有以下几点：1.在力学分析设计方面，主要是包括了动力学的分析和静力学的分析。在考虑重力的情况之下，进行动力学和静力学的分析，从而求出连接关节所需要驱动力和驱动力矩，并且验证正确性。2.在机构形式设计方面，根据物体尺寸、形状、材料和抓取所要求的基本功能，确定驱动方案以液压传动的方式为主、以及机器人的主体结构，材料构成以铝合金和结构钢为主体，重点对手爪形式和抓取方案进行了设计，并且完成了连接筒、钳头、夹爪、夹臂的设计以及对其进行三维建模；3.在可靠性分析设计方面，主要是针对机器人整体结构进行了静态的分析，得到了各个部件的应力分布并且对应力比较大的部位提出了优化方案；重点对机器人夹爪以及螺纹联接位置进行了理论计算，从而证明了所设计的方案可靠安全；对机器人的整体进行了模态分析，并且对各种工作的形态进行了研究，从而为理论的设计向实际应用过渡做好铺垫。

第七章图纸明细1.总装结构图：1张；2.夹头体：1张；3.液压原理图：1张；4.夹爪：1张；5.夹臂：1张；6.回转支撑：1张；7.回转支撑护罩：1张；8.连接面板：1张；9.连接筒：1张