搬运机器人设计毕业设计论文

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊[9]。位置精度要求高一般来说，直角和圆柱坐标式机械手位置精度要求较高；关节式机械手的位置精度最难控制，故精度差；在手臂上加设定位装置和检测结构，能较好地控制位置精度，检测装置最好装在最后的运动环节以减少或消除传动、啮合件间的间隙。总结：除此之外，要求机械手的通用性要好，能适合多种作业的要求；工艺性好，便于加工和安装；用于热加工的机械手，还要考虑隔热、冷却；用于作业区粉尘大的机械手还要设置防尘装置等。以上要求是相互制约的，应该综合考虑这些问题，只有这样，才能设计出完美的、性能良好的机械手。5.2手臂的典型机构以及结构的选择5.2.1手臂的典型运动机构常见的手臂伸缩机构有以下几种：双导杆手臂伸缩机构；手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层液压缸空心结构；双活塞杆液压缸结构；活塞杆和齿轮齿条机构。5.2.2手臂运动机构的选择通过以上，综合考虑，本次设计选择液压缸伸缩机构，使用液压驱动,水平伸缩液压缸选用伸缩式液压缸；竖直伸缩液压缸选用双作用活塞缸。5.3手臂直线运动的驱动力计算首先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构图。作水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力，应根据液压缸运动时所要克服的摩擦力和惯性力等几个方面的阻力进行确定。液压缸活塞的驱动力的计算公式可表示为：F=F摩+5.3.1手臂摩擦力的分析与计算摩擦力的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况进行估算。图5-1机械手臂部受力示意图计算如下：得F得F(5.2)式中G总参与运动的零部件所受的总重力（含工件）（NL手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（m）,参考上一节的计算；a导向支撑的长度（m）；μ´当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关对于圆柱面：μμ摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：钢对青铜：取μ=0.1～0.15钢对铸铁：取μ=0.18～0.3选取：μ´=0.20×1.5=0.3，G=500N，L=1.49-0.028=1.21m,导向支撑a设计为将有关数据代入进行计算：5.3.2手臂惯性力的计算本设计要求手臂平动是V=83mm/s；假定：在计算惯性力的时候,设置启动时间∆t=0.2s，启动速度(5.3)5.3.3密封装置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用O型密封，当液压缸工作压力小于10Mpa。液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为：F封经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力：F5.4液压缸工作压力和结构的确定经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力F=1243.8N，根据表3-1选择液压缸的工作压力P=2MPa。确定液压缸的结构尺寸：液压缸内径的计算，如图5-2所示图5-2双作用液压缸示意图当油进入无杆腔：F=F1η=pπD当油进入有杆腔中：F=F2η=pπ(D其中：η为机械效率。液压缸的有效面积：S=故有：D=4Fπp1η=1.13D=4Fπp1η+d2（有杆腔）F=6210N，p1=2×将有关数据代入：根据表4-1（JB826-66），选择标准液压缸内径系列，选择D=65mm。液压缸外径的设计：根据装配等因素，考虑到液压缸的臂厚在7mm，所以该液压缸的外径为80mm。5.5活塞杆的计算校核一、活塞杆强度校核活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算：σ=Fπd24≤设计中活塞杆取材料为碳钢，故σ=100～120Mpa，活塞直径d=35mm,L=1300mmσ结论：活塞杆满足强度要求。活塞杆刚度校核图5-3刚度校核示意图现按照伸出液压缸的最小直径进行校核,为便于计算把伸出的液压缸简化成一悬臂梁。取:载荷F=400N,悬臂L=1730mm。梁转角：θmax=FL22EI梁挠度：ωmax=FL3其中：E为材料的弹性模量：E=210GpaI为转动惯量：取I=πEI=24×∴θmax结论:悬臂活塞杆满足刚度要求。5.6本章小结本章设计了搬运机器人的手臂结构，手臂采用液压驱动伸缩机构，对驱动的液压缸的驱动力进行了计算。并对液压缸的基本尺寸进行了设计，同时对液压缸活塞杆的强度和刚度进行了校核，校核结果均满足要求。

第6章机身结构设计及计算机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。机身根据设计要求是可以行走的的。所以将臂部的升降和回转装置安置在机身部位。6.1机身的整体设计按照设计要求，机械手要实现手臂1800的回转运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑分析。机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身结构有以下几种：回转缸（摆动液压缸）置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，结构较为复杂。蜗杆传动装置的结构。这种结构是指蜗轮与机身固定，蜗杆由电机通过减速器带动，由电机提供机身回转的动力。此结构冲击载荷小，传动平稳，噪声低。活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现：齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。分析：经过综合考虑，本设计选用蜗杆传动装置的结构。本设计机身包括两个运动，机身的回转和升降。蜗杆传动的回转机构置于升降缸之下的机身结构。手臂部件与带有蜗轮的机身不见相连接，蜗杆由电机通过减速器带动，由电机提供机身回转的动力。具体结构见图6-1。主视剖面图俯视剖面图图6-1回转缸位于升降缸之下的机身结构示意图6.2机身回转机构的设计计算6.2.1蜗杆传动驱动力矩的计算手臂回转缸的回转驱动力矩M驱，应该与手臂运动时所产生的惯性力矩M惯及各密封装置处的摩擦阻力矩MM驱=M惯+M惯性力矩的计算：M惯=J0ε=J0∆ω∆t式中：——回转部件角速度变化量rad/s，在起动过程中=；t——起动过程的时间(s)；J0——手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量kg∙若手臂回转零件的重心与回转轴内壁的距离为ρ=100mm，J0=Jc+Ggρ式中：Jc——Jc=mL2+3R2/12(6.4)回部件可以等效为一个长1200mm，直径为60mm的圆柱体，质量为159.2Kg设置起动角度=180，则起动角速度=0.314JJ0M密封处的摩擦阻力矩可以粗略估算下M阻经过以上的计算M驱6.2.2电机和减速器的选择根据设计的要求机身再带动臂部旋转的过程中不需要较高的转速，以保证臂部在转动的过程中，其加持的稳定性。所以选定机身的转速n=6r/min。即是与机身相连接的蜗轮的转速。此时还必须要求电机的体积和重量较小。根据以上的要求选择的电机(JB/T9616-1999)，其参数为表6-1表6-1电机参数型号额定功率(KW)满载时转动惯量（kg/m2重量（kg）额定电流（A）转速（r/min）效率（%）Y90S-67.52.391072.50.009221则可以计算得出：M=9500×Pn=78.71N.m(6.5由：M>所以选择的电机符合设计的要求。i总选择的ZDY-80-6.3减速器（JB/T8853--1999）的传动比为i=6.3可得：i蜗=i由表6-2表6-2蜗杆头数z1与蜗轮齿数zi=z1/zzi=z1/zz≈5629~3114~30329~657~15429~6529~82129~82可以得知：z1=3z2=61m=3蜗杆的分度圆直径：d1蜗杆的齿顶圆直径：da1蜗杆的齿底圆直径：d蜗杆齿底高：h蜗杆齿顶高：ha1=1蜗轮的分度圆直径：d2蜗杆齿底高：h蜗杆齿顶高：ha2=m(蜗轮喉圆直径：d蜗轮齿根圆直径：d蜗杆轴向齿厚：s6.2.3蜗轮蜗杆的校核蜗轮齿面接触疲劳强度:σH=ZEZρKT蜗轮弯曲疲劳强度校核：m2d1≫1.53KT2式中ZEZK载荷系数a中心距T所受力矩YFa2Yβ其中在1式中有：σH=93≪210单位：在2式中有：YFa2取2.4[σ结论:涡轮蜗杆的选取满足要求。6.3.1手臂偏重力矩的计算图6-3手臂各部件重心位置图(1)、零件重量G工件G现在对机械手手臂做粗略估算：G爪和G腕G臂=16.2G（2）、计算零件的重心位置，求出重心到回转轴线的距离ρ。=1720mm=6mm=0.88mm(6.8)=1500mm所以，回转半径ρ=1500mm（3）、计算偏重力矩M偏=G总ρ=6086.3.2升降不自锁条件分析计算手臂在G总的作用下有向下的趋势，而立由力的平衡条件有：FFR1h=G总ρ即：F所谓的不自锁条件为：G总即：Gh取f=0.16则：h>0,32ρ当ρ=1500mm时，0.32ρ=480mm，因此在设计中必须考虑到立柱导套必须大于480mm6.3.3手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算F=F惯+式中：F摩--摩擦阻力，参考图F摩=2G--零件及工件所受的总重。(1)、F惯F惯=G总∆vg∆t(6.11)设定速度为V=4mmin；起动或制动的时间差t=0.02s；GF(2)、F摩FFF摩（3）、液压缸在这里选择O型密封，所以密封摩擦力可以通过近似估算F密=0.03F当液压缸向上驱动时：F=5000N当液压缸向下驱动时：F6.4轴承的选择分析对于升降缸的运动，机身回转受轴承的影响。因此，这里要充分考虑这个问题。对于本设计，采用一支点，双向固定，另一支点游动的支撑结构。作为固定支撑的轴承，应能承受双向轴向载荷，故内外圈在轴向全要固定。本设计采用两个不同的轴承，一个是深沟球轴承，一个是角接触球轴承的组合结构，这种结构可以承受轴向载荷，又可以兼顾径向载荷。6.5本章小结本章对机械手的机身进行了设计，分别对机身的回转机构和升降机构进行设计计算。同时，也计算了升降立柱不自锁的条件(这是机身设计中不可缺少的部分)。最后，根据计算结果选用合适的轴承。第7章搬运机器人自行走设计7.1机器人自行走分析根据设计要求得知该搬运机器人可以在水平的导轨上移动，移动距离不小于1.6米，移动的速度为0.4米/秒。选择该搬运机器人的自行走方式为机械传动式，考虑有几种方式可以满足以上要求。（1）搬运机器人的支承轴与电机的传动轴平行，这种传动方式结构紧凑，传动直接。传动的过程是加速器直接通过齿轮传动将动力传递给支承轴。（2）搬运机器人的支承轴与电机的传动轴垂直，这种传动方式结构较为宽松，传动更加稳定，这种传动方式是指动力通过减速器之后再通过蜗杆传动将旋转方向改变。经综合考虑，本设计选用搬运机器人的支承轴与电机的传动轴垂直的方式。这种传动方式的空间安排更具自由行，为机箱内其他设备的安装留下了更加合适的空间。具体的结构可以见图7-1.图7-1.搬运机器人的自行走蜗杆传动示意图7.2机器人自行走数据计算7.2.1数据计算过程搬运机器人的运动速度v=0.4m/s，设定搬运机器人的轮子直径D=200mm，轮子转动的角速度为ω,由此可以计算得知：v=r2t=60s得出蜗杆的传动轴的转速n=38.22r/min根据以上的要求选择的电机(JB/T9616-1999)，其参数为表7-1表7-1电机的参数型号额定功率(KW)满载时转动惯量（kg/m2重量（kg）额定电流（A）转速（r/min）效率（%）Y90L-67.52.391072.50.009221I选择的ZDY-80-2.8减速器（JB/T8853--1999）的传动比为i=2.8可得：i蜗=i由表7-2表7-1蜗杆头数z1与蜗轮齿数zi=z1/zzi=z1/zz≈5629~3114~30329~657~15429~6529~82129~82可以得知：z1=4z2=50蜗杆的分度圆直径：d1蜗杆的齿顶圆直径：da1=蜗杆的齿底圆直径：d蜗杆齿底高：h蜗杆齿顶高：ha1=1蜗轮的分度圆直径：d2=93蜗杆齿底高：h蜗杆齿顶高：ha2蜗轮喉圆直径：d蜗轮齿根圆直径：d蜗杆轴向齿厚：s7.2.2蜗轮蜗杆的校核蜗轮齿面接触疲劳强度:σH=ZEZρKT蜗轮弯曲疲劳强度校核：m2d1≫1.53KT2式中ZEZK载荷系数a中心距T所受力矩YFa2Yβ其中在1式中有：σH=103≪210单位：在2式中有：YFa2取2.4[σF结论:涡轮蜗杆的选取满足要求。7.2.3对搬运机器人自行走支承轴的强度校核按弯扭合成强度条件计算：做出弯矩图做出扭矩图如下图示：M=M轴的载荷分析图校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩之后，可针对危险截面（即受力为F3σca=σ2+4τ对于直径为d=24mm的圆轴，弯曲应力为σ=MW，扭转切应力为σ式中：σca轴的计算应力，M轴所受的弯矩，N.mmM=78750N.mmT轴所受的扭矩，N.mmT≈787.1N.mmW轴的抗弯截面系数，mm3W=0.1d3WT--轴的抗扭截面系数，mm3WT=0.2得：σca=轴的主要材料是碳钢和合金钢，对于应用最为广泛的材料就是45号钢，通过查找资料可以得到[σ-1结论:搬运机器人自行走支承轴的选取满足要求。7.3本章小结本章的主要内容是对搬运机器人的自行走装置进行了分析计算，选出了其自行所需要的动力部分，传动部分，执行部分，并对以上部分进行了详细的计算和校核，证明设计所列举的设备与结构符合设计所要求的内容。第8章搬运机器人液压回路及控制电路分析8.1搬运机器人液压回路元件的选择（1）液压泵液压缸在整个工作循环中最大的工作压力为8.0MPa,如果取进油路上的压力损失为0.8MPa,则液压泵的最大工作压力为：p=（8.0+0.8）MPa=8.8MPa根据设计所给出的液压缸及液压马达所需要的流量，其中最大的流量需求分别是是手臂部分的伸缩液压缸V1=4.11L；腕部的旋转和手部的加持液压缸V2=2.24L；机身的升降液压缸V3=2.51L。要求系统在一分钟之内完成所有的动作，所以液压泵所需要的流量q≥(4.11+2.24+2.51)L/min=8.86L/min根据以上压力和流量的数值，查找机械设计手册最后确定选取CBB-6型齿轮泵，其排量为6mL/r,若取液压泵的容积效率为ηV=0.9。则当液压泵的转速为n=2000r/minQ=（6×2000×0.9/1000）L/min=10.8L/min液压泵的最高工作压力为8.8MPa,流量为10.8L/min。取泵的总效率为ηP=0.75P=pQηP=8.8×10.860×0.75根据此数值按JB/T9616—1999，查电动机为Y90L—2，其额定功率为Pn=2.2kW,额定转速为2840r/min（2）阀类元件及其辅助元件表8-1元件说明表序号元件名称估计通过流量（L/min）额定流量（L/min）额定压力(MPa）额定压降(MPa）型号1油箱————2过滤器8106.18<Xu-10×3变量齿轮泵—10.814—CBB-64溢流阀8<630.5~6.3—YF3-10L5减压阀8<15<2.5/7.5<0.5DR10DP1-56三位四通换向阀815<25<0.54WE5G6-OFW220-507减压阀8<15<2.5/7.5<0.5DR10DP1-58三位四通换向阀815<25<0.54WE5G6-OFW220-509减压阀8<15<2.5/7.5<0.5DR10DP1-510三位四通换向阀815<25<0.54WE5G6-OFW220-5011行程阀8≤30≤21<0.3ZT-03-1.012减压阀8<15<2.5/7.5<0.5DR10DP1-513三位四通换向阀815<25<0.54WE5G6-OFW220-5014行程阀8≤30≤21<0.3ZT-03-1.015单向阀8≤16≤25<0.5CIT-02-04-508.2搬运机器人液压回路分析图8-1液压回路其中5、7、9、12号减压阀的设定压力为1.2MPa、8MPa、9MPa、12MPa,溢流阀的设定压力位10MPa。在液压回路工作的过程中3号变量液压泵始终处于工作状态。具体液压元件动作分析：（如表格2）表格8-2动作液压元件动作分析手部加持动作加持动作：液压油从液压泵流出，经15号单向阀、5号减压阀、6号换向阀左路进入液压缸，实现加持动作。放开动作：液压油经6号换向阀右路进入液压缸，实现放开动作。保持动作：6号换向阀中路接入油路，实现卸荷，实现保持动作。腕部回转动作正向回转动作：液压油从液压泵流出，经15号单向阀、7号减压阀、8号换向阀左路进入液压缸，实现加持动作。反向回转动作：液压油经8号换向阀右路进入液压缸，实现放开动作。保持动作：8号换向阀中路接入油路，实现卸荷，实现保持动作。手部伸缩动作手部伸动作：液压油从液压泵流出，经15号单向阀、9号减压阀、10号换向阀左路进入液压缸，实现加持动作。手部缩动作：液压油经10号换向阀右路进入液压缸，实现放开动作。保持动作：10号换向阀中路接入油路，实现卸荷，实现保持动作。机身升降动作机身升动作：液压油从液压泵流出，经15号单向阀、12号减压阀、13号换向阀左路进入液压缸，实现加持动作。机身降动作：液压油经13号换向阀右路进入液压缸，实现放开动作。保持动作：13号换向阀中路接入油路，实现卸荷，实现保持动作。8.3搬运机器人控制电路分析图8-2控制电路搬运机器人电气元件符号与功能说明符号名称及其用途符号名称及其用途M1行走电机SB0总停按钮M2回转电机SB1行走电机正向启动点动按钮M3液压泵用电机SB2行走电机反向启动点动按钮KM1行走电机正转接触器SB3回转电机正向启动点动按钮KM2行走电机反转接触器SB4回转电机反向启动点动按钮KM3回转电机正转接触器SB5液压泵用电机启动点动按钮KM4回转电机反转接触器FU1-FU3执行部分熔断器KM5液压泵用电机启动接触器FU4控制部分熔断器QS隔离开关FR1-FR3过载保护热继电器8.4本章小结本章主要内容为搬运机器人的液压传动所需要的元件进行了选取，给出了选取的详细过程，并画出了液压传动的路线图并作了一定的分析。第9章总结我的毕业设计题目是“搬运机器人的设计”，本课题要求根据参数要求，设计一种搬运机器人。9.1主要任务a)、了解搬运机器人的功能、结构、用途以及发展状况；b)、选择并分析搬运机器人的整体设计方案；c)、根据设计参数和设计要求，进行机器人运动系统的设计计算；d)、进行机器人运动学和静学分析计算，完成主要零部件强度校核验算；e)、绘制装配图及关键零件工作图。9.2技术要求a)、根据任务要求，进行搬运机器人结构与传动系统总体方案设计，确定传动及执行系统的组成，绘制系统方案示意图。b)、根据设计参数和设计要求，通过计算确定手部、腕部以及臂部的主要结构参数。c)、绘制装配图及关键零件工作图。9.3设计步骤本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统和机械系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸、蜗杆组件等。通过液压缸和蜗杆组件的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。设计过程的具体步骤如下：9.3.1搜集资料根据任务书的主要任务和技术要求，分析在做毕业设计的过程中所用到的具体的理论知识，同时在王玉玲老师的指点下，通过各种渠道开始准备工作通过网络、图书馆搜集相关学术论文、核心期刊、书籍等。通过三个星期的深入学习，搜集了一大堆与毕业设计相关的资料。并把一些对课题有关的知识记在了工作日志上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于说明书的撰写。在这一过程中我了解到了搬运机器人的机械结构，并分析了不同的传动方案之间的优缺点为下一步总体方案的确定打下了基础。最后，根据搜集的资料写出了文献综述。9.3.2计算根据所给的原始数据大致想清楚了自己设计的搬运机器人的总体结构，即确定了搬运机器人设计的总体方案，随后进行了初步的设计计算。根据总体方案并结合原始数据对搬运机器人的各个部件展开了详细的设计计算，具体设计计算过程包括：a)、传动机构的设计计算：考虑到机构的可行性及操作的简便性选择的传动机构为液压传动和机械传动相结合的形式。b)、手部、腕部及臂部的设计计算：根据原始数据中夹持工件的重量200N，首先计算手部所需的夹持力，然后根据该夹持力计算所需的液压缸直径选取手部液压缸。之后，根据手部的总重计算它的偏心力矩，选取腕部的回转液压缸。臂部为水平方向的伸缩臂和竖直方向的伸缩臂；水平方向的伸缩臂选取伸缩式液压缸作为其驱动的动力源，竖直方向的伸缩臂选择双作用单活塞液压缸作为其驱动的动力源。9.3.3装配图及零件图的绘制使用计算的数据绘制出搬运机器人大的整体装配图，并手绘出该装配图（A0图）；8张CAD零件图。9.4设计感想在整个毕业设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事半功倍。此次论文的完成既为大学四年划上了一个完美的句号。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，会对我未来的学习和工作有很大的帮助。也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。

参考文献孙树栋主编.工业机器人技术基础[M].西安：西北工业大学出版社，2006.[日]森•政弘主编.机器人竞赛指南[M].北京：科学出版社，2002.谢存禧张铁主编.机器人技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2008.吴振彪主编.工业机器人[M].武汉：华中科技大学出版社，2004.[俄]IO•M•索罗门采夫主编.工业机器人图册[M].北京：机械工业出版社，1993.臧克江主编.液压缸[M].北京：化学工业出版社，2009.张利平主编.液压传动系统及设计[M].北京：化学工业出版社，2005.范印越主编.机器人技术[M].北京：电子工业出版社，1988.丛明徐晓飞撰写.玻璃基搬运机器人的设计[J]（23-25）.组合机床与自动化加工技术.大连：大连理工大学，1001-2265（2008）10-0023-04.李成伟朱秀丽撰写.码垛机器人机构设计与控制系统研究[J](81-84).机电工程.北京：北京航空航天大学，1001-4551（2008）12-0081-04.李长春孟宇撰写.基于机器人装卸物料的研究[J]（19-21）.现代制造技术与装配.济南：济南大学，2007.陆祥生杨秀莲主编.机械手理论及应用[M].北京：中国铁道出版社，1983.杜祥瑛主编.工业机器人及应用[M].北京：机械工业出版社，1986.马香峰主编.机器人机构学[M].北京：机械工业出版社，1991.张建民主编.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社，2007.毛平淮主编.互换性与测量技术基础[M].北京：机械工业出版社，2008.杨惠英王玉坤主编.机械制图[M].北京：清华大学出版社，2002.刘鸿文主编.材料力学(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2004.濮良贵纪名刚主编.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.成大先主编.机械设计手册(第五版)[M].北京：化学工业出版社，2002.致谢感谢王玉玲老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给我的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。在最后阶段，王老师耐心的帮助我检查图纸绘制过程中出现的错误，以及论文在书写的过程中应注意的一些问题，再次感谢王老师的帮助。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！附件1韩国报废汽车的管理及其粉碎性处理的特点摘要一辆报废的汽车（ELV）是经过拆除回收循环再造可重复使用的零件，然后再剩余的部分运到金属粉碎厂做进一步的金属回收而，剩余的汽车粉碎残渣（ASR）的将被视为废弃物品进行热处理和填埋处理。总体来说ELVs在韩国经营状况，包括回收再利用在拆除过程所产生的有用的金属，利用问券调查的方式来咨询拆解工人或用其他可行的方法得到一些有用的信息，对未来EVLs的处理做好规划.在拆解阶段的平均回收率为整车价值的44%，然后剩余的EVLs残渣将会被压缩打包用送到金属粉碎厂进行经一部的回收，一辆新车38.7%贴的含量为这一部分回收的。如铜，锑，锌，铝等这样的有色金属仅占1.5％。粉碎后的粉尘（SDS）是由或轻或重的絮状物和土壤/灰尘组成的，这几乎是新车质量的15.8%。然后将这些絮状物和一些无机残留物进行填埋，但是在欧洲一些国家和日人已经出台了新的法规，将这一部分的填埋量控制在整车的5%以下。韩国人对SDs的特性进行了详细的调查和研究，以提供给他们在将来更好的解决SDs的方法。1.简介废物的处理以及解决在生产过程中的浪费现象已经成为了当下很严重的问题，这些问题已经相对于进一步的发展别强调优先解决。EVLs的浪费也是最经才被指出，现在需要存在一个可以实现最大程度的回收再利用以减少废物排放的方法。执行这些无害于环境的措施一方面是为了环境的保护，另一方面也是为了提高汽车行业的整体形象。另外还有些措施将要被实施，例如：延长车辆的寿命，降低废气的排放量，在汽车这个行业中改进生用的材料以便于跟好的进行材料回收利用(BMW,2000;JAMA,1999)。然而这些最终产生的废弃物在像垃圾填埋场一样的永久性废物处置设施进行最终处理之前还要有某种特种方式来进行处理。向欧洲的一些国家和日本，这些土地有限制的国家，已经开始为ELV推出一些管理条例，来指引一个拥有最先进技术的回收系统的使用，以较少最终排放废物的数量。他们的最终目标是以在2015年（欧共体，2000年）以前实现再循环率为95%，不到5%的废物被排放。然而，首先应当解决重复利用率和技术手段，以减少浪费，韩国需要了解有关于ELV管理和汽车粉碎残渣的可持续发展的现状，以便于更好的规划下一步的方案。在2001年，韩国生产了300万辆汽车，其中150万辆用来对外出口。目前韩国每年会有14000万辆汽车注册，而长生50万辆报废汽车。这其中8000辆汽车用于二手车交易，其余的则堆积于垃圾处理厂内(KAMA,2003;KASA,2003)。这些报废的车辆首先进行拆解和回收部分可用的零件，然后再压缩运送到金属粉碎工厂。在粉碎的过程中差生的汽车粉碎残渣一般包括黑色和有色金属粉末，粉尘包括有絮状物和灰尘等。大部分的金属粉末会被循环利用，粉尘在会被填埋掉。将来，我们不希望填埋有机废物，而粉尘中的絮状物就是有有机物构成的。因此，粉尘将会被用其他方法进行进一步的处理，以尽可能的循环利用，减少浪费。目前正在利用的一些传统和改进的技术包括：压实，固化，焚化。当然也想到了利用这些回收物利用高炉通过热解或者气化的方式生成热资源，着一些都是一些新的技术(RoyandChaala,2001;Galvagnoetal.,2001;Dayetal.,1999;HoriiandIida,2001;Mirabileetal.,2002)。但是到目前为止着一些国家还没具体行之有效的方法来解决汽车粉碎残渣（ASR）(KusakaandIida,2000;Dasetal.,1995;Davis,1997;Dayetal.,1993)。韩国目前也没有具体关于ASR现状的调查资料。在这项研究过程中，对在目前的拆解阶段中的报废汽车（ELVs）的重复利用率和管理状况进行了调查分析，以便通过这些资料可以援助韩国进行ELVs管理政策的制定。通过分析粉碎处理后的回收率和絮状物的特征，在粉碎工厂采用了一种物质平衡法，以便更好的解决粉碎后的粉尘的问题，达到期望的高回收率。2.方法和材料为了探究报废汽车（ELVs）目前的管理经营状况，超过250多种问券调查被发放的拆解工人手中，这些问券涉及的内容包括：这一进一出报废汽车的重量变化，拆解再回收零件的价格等等像这样在拆解的过程中出现的各个方面。为了分析拆解设备中系统的平衡问题，我们将报废车辆分为两大部分，一部分是在韩国占较大比重的的乘用型报废车辆，另一部分是排气量为1.5升及以上的小型或大型车辆。这两大部分的报废车辆在经过压缩之后分别用送的粉碎工厂按顺序进行粉碎和分类处理。在实验中使用的小型和大型的报废车辆的数量分别是24辆和20辆，这两种车型的质量分别为13350千克和13370千克。这是在韩国最大一个粉碎工厂的设备流程图，这个工厂的月处理量为20000吨，如图1所示。在图1中可以看到，最后收集到的金属粉末是一些废气金属物，如铝，锌，铜和一些循环使用的不锈钢，由轻绒毛，重绒毛，沙土构成的粉碎后的粉尘则被进行填埋处理。每次都把经过在图1中显示双线框所示设备的金属粉末进行取样和称重。尺寸大小，分部组成，工业分析，绒毛的热值大小等都要进行一系列的测定和标注，以供分析制定下一步的处理方法。其中热衷分析实验是指利用热分析仪(TGA;LECO-601)分析在焚烧热处理下粉碎后粉尘的气化熔融状态。大约5克的样品放置到充满氮气的热重分析仪（TGA）中一每分钟10摄氏度的加热速度加热到700摄氏度。观察残留在但其中的物质后迅速调高热重分析仪（TGA）的温度并保持在900摄氏度。粒度分布和热值的测定分别采用MalvernMasterSizer2000andLECO-AC-350的方法和标准。3.结果与分析3.1报废车辆（ELVs）的管理系统相对于其他国家，如德国，荷兰和日本(Zoboli,1998;Sauertetal.,2001;JohnsonandWang,2001;FunazakiandTaneda,2001)来说，在韩国每一辆报废汽车的车主需要交付117美元的报废处理费用，当然这些车主能够发现车辆中有价值的部件，并在汽车拆解的过程中获得一些应有的利益。这些报废的车辆有一些是直接被带到拆解厂的，而有一些是通过代理机构移交到拆解厂的。在开始拆解报废汽车之前，一些危险的物品，如燃料和液体材料将被移除，收集到如图2所示的回收站中，在图2中总结了报废汽车的整个拆解和粉碎过程。第一阶段的拆解是指分解和回收可重复使用的部件，这些部件中包括了轮胎。ASR的构成物的百分组成比表1小型汽车大型汽车平均值铁69.7368.5569.14非铁类金属铝0.570.660.61锌0.280.280.28铜0.060.050.06不锈钢0.050.060.06发动机0.150.230.19导线1.311.651.48小计72.1571.4871.82SDs分类过程轻绒毛19.5621.3520.45重绒毛4.732.903.81沙土3.564.273.92共计27.8528.5228.18物理分类橡胶2.341.732.04纺织品8.969.229.09海绵1.614.713.16塑料6.067.036.54木料0.140.010.07纸张0.330.270.30沙土4.882.603.74玻璃0.800.570.69其他2.732.391.71小计27.8528.5228.18总共100.00100.00100.00汽车管理法地十二条规定将在第一阶段拆除的过程中，可重复回收利用的部件被视为强制拆除项目。其他可重复使用或可循环再造的部件，如电池和电线也被回收利用。一般的不能够循环利用的非可燃的部分则会进行化学阶段的回收，但是其中很大一部分怎会被送到焚化进行焚烧。然而，这些焚烧炉通常是一些没有空气污染控制设备的小型的焚化炉，因为必须严格的遵守废气排放法规，这些焚化炉将来会被严格的限制使用。像发动机和变速器这样的有金属构成的部件将会在第三阶段进行拆解和回收。像一些塑料制品，如保险杠，座椅等等，通常也是需要回收的，这一个过程通常是在拆解过程的末尾部分，这一部分的东西需要进行压缩后再送到粉碎工厂。在粉碎工厂对报废车辆进行车体分解的整个过程，如图1所示。铁磁性金属是通过磁体分离器进行收集。而其他的非金属性材料则是通过手工进行进一步筛选。3.2汽车粉碎残渣（ASR）的特性从一个从两个不同群体的压缩车每辆汽车平均重量粉碎工厂介绍，在回收费率拆除阶段可估算和发现范围从43％至46％的平均增长率为44％。ASR的特性资料是通过13吨的报废车辆（ELV）测试组得到的。在工厂里，经过了压缩和运输之后，这两个组的报废车辆平均重量分别是557和668公斤，与此对应的新车的重量分别为969和1231公斤。表格1和图3显示了对汽车粉碎残渣的成分的估计，这些数据是通过收集如图1所示的分解过程中流动的残渣得到的。其中大约69%的汽车粉碎残渣是铁，非铁类金属只占到2.7%。因此，经过粉碎和分类之后，回收的到的金属占总的ASR总重的71.8%。通过铁和金属的回收率显示，其分别约占一辆新车总重的38.7%和40.2%。粉碎后的粉尘（SDs）通常是由绒毛、泥土和沙子组成的，通过数据显示其平均是ASR的28.2%和一辆新车的15.8%。这些数据与结果的其他国家的类似（Davis,1997;Dayetal.,1993;DiazandFernandez,2001;RCO,1999）。大型的车辆可能会产生略多的粉尘（SDs）。粉尘的主要成分（约占整个ASR的20%）是由轻绒毛和土壤/沙组成，大约占ASR的4%。在SDs发现的材料包括纺织，塑料，以便土壤/沙，海绵和橡胶。图4是以一辆新车的组成为基础构成的，由其显示在拆解阶段的回收率、在粉碎阶段的金属回收率、粉碎后的粉尘分别所占的平均重量为44%、40.2%和15.8%。从以上的结果可以得到，大约15%的回收率可以通过利用粉碎处理和分类处理的优化操作或者任何的常规方法，比如焚烧来得到。因此在2006年一些严格限制ASR的发达国家提出了第一阶段减排的目标。此外，由于SDs大部分都是绒毛，在经过热处理之后汇产生几个百分点的残留灰。详细的减排率可以通过估算经过热处理之后SDs的减少量来得到。在粉碎后的粉尘中主要的实体部分为纺织品和塑料，它们分别占所产生ASR总量的9%和6.5%，这一些数据可以通过表1得到。在汽车中发现的塑料大多数是脂聚合物，如聚丙烯（PP）、聚氨酯（PUR）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。由于绒毛的成分非常的复杂，所以其很难回收。但是经过使用的主要塑料分拣技术，更有效，更统一的部分可以得到妥善处理，如使用热解，气化和液化一化学回收方法。表2粉碎后分成的材料成分材料轻绒毛重绒毛沙土共计小型车辆大型车辆小型车辆大型车辆小型车辆大型车辆小型车辆大型车辆金属1.701.001.000.201.900.201.580.78橡胶4.003.8027.3022.207.105.808.065.85纺织品39.6037.5012.7016.702.506.4030.8331.15导线3.002.909.7020.104.207.404.225.14海绵6.6020.602.801.502.700.305.5415.92塑料16.1024.1040.2033.8021.3013.6020.5923.55木料0.400.0301.100.0200.300.100.490.03纸张0.801.001.802.002.500.000.490.03沙土21.606.402.201.8022.6013.602.741.92玻璃0.000.000.000.007.5026.3016.808.77其他6.202.701.301.8027.5026.508.015.99共计100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.003.3粉碎后粉尘（SDs）的材料组成SD是在粉碎的过程中产生的废物，主要有三部分组成，第一个是轻绒毛从一个旋流器流顶黑色金属及之后产生，非铁金属收集;沉重的绒毛产生;和沙子/泥土是从主要用重型振动筛几个阶段绒毛分离。它们进行分类之后，其中仍然含有金属、橡胶、纺织品、海绵、塑料、木材、纸张、土壤/沙,这一些都可以在表2中看到。粉碎后粉尘（SDs）包含纺织品（31％），塑料（20-24％），玻璃（9-17％），海绵（6-16％），橡胶（6-8％），土壤/沙（2-3％），接线（4-5％）及其他（6-8％）。SDs的大部分是轻绒毛，其大约是75%，这个数字可以从表意的数据中可以估计得到（轻绒毛：20.45%、重绒毛：3.92%、土壤/沙伴随整个过程），其中纺织品和塑料又占到SDs的60%。SDs所包括的13%的重绒毛和橡胶塑料大约占到70%左右。由于在整个过程中，分类效率的较低，土壤/沙仍然有一些塑料和橡胶的成分。从这个结果的材料可达到较好的分离使用诸如光学和物理方法，这可能需要进一步发展技术先进的分拣。表3对粉碎后粉尘的分析水分(%)可燃物(%)灰尘(%)堆积度（km/m³）小型汽车轻绒毛0.7762.9436.30161重绒毛0.4570.6828.87244沙土0.5648.9350.51677大型汽车轻绒毛0.6182.8516.54142重绒毛0.4966.3533.17258沙土0.4751.8747.66493表4粉碎后粉尘的颗粒分布粉尘<2mm（%）2-5mm(%)5-9.5mm(%)>9.5mm(%)平均尺寸(mm)小型车辆轻绒毛12.39.911.166.7~34.6重绒毛0.00.00.0100.0~50沙土6.519.416.158.1~13.5大型车辆轻绒毛19.011.911.957.1~30.0重绒毛0.00.00.0100.0~50.0沙土22.312.816.048.9~11.63.4绒毛的特性如表3可以知道，水分大约占粉碎后粉尘（SDs）的1%。轻绒毛和重绒毛的燃烧损失（可燃烧的部分）分别占到总量的63-83％和66-71％，这是由于这两种绒毛的主要组成部分为海绵、橡胶和塑料等都是可燃物。经过燃烧处理的土壤/沙也明显的出现了50%的损失，这是由于一些可燃物的分类效果不是好。松散的轻绒毛的密度大约为140-160