夹持机构

2024-10-17

夹持机构（精选6篇）

夹持机构篇1

黑龙江省是我国亚麻纺织原料的主要产地之一, 亚麻纤维的产量和加工量居全国第一位。目前, 大多数亚麻纤维初加工企业主要以人工打麻和机械剥麻两种加工方式为主。人工打麻劳动强度大, 效率低, 麻质差, 并且对工人的健康和安全都无法保证。机械剥麻生产率高, 劳动环境好, 适合亚麻的机械化生产。但现在的亚麻剥麻机械的夹持带存在丢麻和掉带问题。为使夹持带具有较好的夹持力和运动稳定性, 对夹持带结构进行了改进。

1 现有亚麻机械的夹持带

1.1 链式夹持带

欧洲产的870型亚麻剥麻机的链式夹持带, 结构如图1所示, 工作原理如下。

1.平板带 2.前链节 3.后链节 4.橡胶小带 5.大带底板 6.亚麻 7.大带靠板 8.刮麻辊刃片

链节与平板带铆接在一起, 并依靠链节的凹槽和凹槽内橡胶将亚麻夹在金属链节的凹槽内, 同时整个夹持带夹持着亚麻通过大带靠板定位在大带底板上滑动。

在亚麻的加工过程中, 在刮麻辊刃片的打击和刮削作用下, 将夹持带外面的亚麻的木质化成分同纤维分开。但由于金属链式夹持带的连接结构, 在相邻链节的连接处设有转动间隙, 前后相邻链节出现接缝, 所以在1mm左右间隙处的亚麻纤维没有被夹住, 常被剥麻辊的刃片拉出, 造成出麻率降低。

1.2 橡胶夹持带

俄罗斯产的740型和我国自行研制的B-800型亚麻剥麻机的夹持带, 夹持原理与链式夹持带的原理相同, 只是结构上将大带改为一条环形的带凹槽的橡胶带, 消除了链式夹持带的间隙, 解决了间隙处掉麻的现象, 在一定程度上降低了损失率。但当夹持带内的亚麻厚度在5～10mm时, 小带常在纤维的拉力作用下随同纤维一同从大带的凹槽内滑出, 也会造成出麻率降低, 甚至被迫停机。

2 夹持带需要解决的问题

a.降低损失率。链式夹持带虽夹持力稳定, 坚固耐用, 但相邻链节处存在间隙, 整个夹持带转动一周, 间隙累积可达20～70mm, 加工过程中亚麻损失率高。

b.解决掉带问题。上述两种夹持带内的亚麻厚度控制不好时 (亚麻厚度在5～10mm时) , 就容易掉带, 被迫停机, 影响机械化生产的连续性。

现在的夹持带主要存在以上两方面缺陷, 对此我们在现有夹持带的基础上, 进行了结构改进。

3 改进后的夹持带结构与工作原理

3.1 总体结构

1.平板带 2.前链节 3.后链节 4.橡胶小带 5.大带底板 6.亚麻 7.大带靠板 8.刮麻辊刃片 9.小带限位板

改进后的夹持带如图2所示, 主要是对金属链节和橡胶小带的结构进行了重新设计, 并增加了小带限位板, 主要由平板带、链节、小带、限位板等组成。

3.2工作原理

链节的后端部分延长, 加工成斜形尾翼;链节前端部分与后端对应加工成斜形尾翼的凹槽, 这样相邻两链节便形成相嵌连接, 在整条夹持带的任一截面都保证了链节与小带的连续相嵌, 能将亚麻连续地夹在链节与小带之间。

具有凹形截面的橡胶小带将亚麻紧紧夹在链节的金属凹槽内, 由于金属链节截面尺寸基本不变, 而小带的凹形截面可以产生很大的弹性形变, 可以紧紧地夹住厚度达10mm的麻, 使亚麻在剥麻辊的刃片刮削作用下不至于脱落;同时由于小带凹形截面内的限位板, 起到了轨道的作用, 使得整条夹持带能沿滑道稳定地行进, 不会偏离滑道。

夹持机构篇2

棉秆是我国最丰富的农作物残余物之一,据新疆统计,年产量达600~700万t(湿物质)。全国播种面积最高年份达到684万hm2(1992年),一般年份面积平均在520万hm2,形成了黄淮海流域、长江流域和新疆3大产棉区。与其它软茎秸秆不同,棉秆属于一年生禾本科双子叶植物,其茎秆的组织结构与木材类似,具有木质化程度高,韧皮纤维丰富,容积密度和热值高等特点[1,2,3,4]。棉秆的应用领域非常广泛,可直燃发电、造纸、制气、液化等,棉秆的精深加工利用都离不开棉秆收获机械。近几年来,棉秆收获机械发展迅速,其中以自走式棉秆收获机最具有代表性,本文介绍的就是这种棉秆收获机械中切碎装置前的浮动夹持喂入机构。

1 结构及工作原理

1.1 结构

秸秆切碎前的浮动夹持喂入机构主要由夹持输送齿辊、左摆臂、右摆臂、下导流板、减震垫、拉力调节弹簧和动力传动系统组成。两摆臂一端与机架侧壁上的固定回转轴铰接,另外一端安装带座轴承,齿辊中心的通轴通过带座轴承与左右摆臂相连接。左、右摆臂以切碎器侧壁上减震垫为支撑,限制摆臂向下摆动的极限位置。在左右摆臂上还焊有拉簧挂耳,拉簧另外一端与切碎器机架上的调整螺秆相连。齿辊下方就是一个带坡度的导流板,摆臂处于下极限位置时,齿辊与导流板的间隙为8~15mm。机架侧壁上的过渡链轮通过滚子传动链传动至浮动压料齿辊,结构紧凑、工作可靠性高、噪音低,如图1所示。

1.机架侧壁 2.预紧拉簧 3.链轮 4.减震垫5.链条 6.过渡链轮 7.切碎滚筒 8.固定回转轴 9.摆臂10.导流板 11.调节螺秆 12.带座轴承 13.齿辊

1.2 工作原理

喂入机构的工作原理就是通过外力压实杂乱无章的物料,同时夹紧正在切碎的物料,并主动喂入,以便获得良好的切碎质量和均匀的切碎长度。该机构安装在切碎器机架上,位于切碎滚筒前端,当物料被主动齿辊抓取向里输送时,齿辊受物料向上的作用力,同时也受重力和拉簧向下的作用力,合力决定着齿辊上下运动,在一定的角度内处于浮动工作状态。浮动时传动比不变,齿辊依然保持原有转速,起到压实物料、自调节进料量和主动输送的作用。调节拉簧的预紧力,在一定程度上可以改善物料的进料状况和切碎质量。

1.3 齿辊参数设计

从图1中可以看出,齿辊处于导流板之上,切碎滚筒和定刀的前方,是该机构的主要零部件。棉秆切碎过程是一个抓取、压紧、输送和切碎的连续过程。为了提高切碎质量、减少功率损耗和延长刀具使用寿命,齿辊应尽量靠近切碎滚筒的刀刃,减少秸秆在切碎时末端没有外力夹持而处于自由状态的长度。在切碎器主体结构(切碎滚筒直径、转速和动刀数量)已经确定的情况下,根据实际空间,结合切碎长度的要求,进行齿辊的设计。

齿辊是抓取、压紧和输送物料的主要部件,其结构就是在圆管外壁上沿圆管轴向在圆周方向均匀焊接锯齿状叶片而成。齿辊的内部有过轴,两端通过副盘与圆管内壁定位止口焊接,过轴一端是带键槽的动力输入端,与链轮通过键连接,如图2所示。

1.齿板 2.过轴 3.筒体 4.幅板 5.护圈 6.键槽

该切碎器主要是针对国内生物质秸秆直燃发电项目而设计的。生物质能发电厂水冷震动炉排式秸秆锅炉设备要求秸秆的切碎长度小于50mm[5]。适用于棉秆切碎长度的准确计算公式还没有,只能借鉴切碎原理相似,喂入机构也类似的青饲料收获机的切碎长度计算公式[6]

lp=60000vw/nz (1)

式中 lp—秸秆切碎段长度(mm);

vw—喂入辊的喂入速度(m/s);

n—切碎器的转速(r/min);

z—切碎器上的动刀片数。

已知lp≤50mm,n=1400r/min,z=8,列出不等式

vw=ω·r≤nz/1200=9.33mm/s

其中,ω为齿辊角速度(rad/s),r为齿辊半径(m),n1为齿辊转速(r/min)可得

n1·r≤89.14 (2)

在喂入机构前的过桥输送装置,其最后一级喂入辊的转速为n2=242r/min,半径是r2=0.135m,喂入的线速度3.42m/s。从棉秆的整个输送过程来看,输送速度是逐渐增加的,避免在各级输送辊之间有堆积棉秆和返料的现象。所以式(2)可以完整表达成

n2·r2≤n1·r≤89.14 即

32.67≤n1·r≤89.14 (3)

由于n1和r是两个相互独立的参数,由式(3)求不出r的最大值,因此只能以式(3)为限制条件,n1·r∈(32.67,89.14)。从以上的推导过程可以知道,取值越靠近89.14,则切碎长度越长,输送喂入速度越快;取值越靠近32.67则切碎长度越短,输送喂入速度慢。取值范围比较宽,但是应该尽量接近32.67,因为这样能保证有较高的棉秆切碎合格率。结合实际空间位置,尽量选用直径小的齿辊,减小齿辊与切碎滚筒的中心距。但在实际上,齿辊的直径不可能太小,主要原因是过小的齿辊容易对含水率高的棉秆、韧皮造成缠绕,以至造成“滚雪球”式的膨胀,最终导致卡阻造成停车。另外,为保证一定的线速度,如果齿辊直径过小,则需增加齿辊的转速,但过快的转速会造成其他一些隐性不稳定情况。所以,n1和r应有一个平衡点,即考虑到切碎质量,又注重功能和结构要求。

一般地,对于柔软的小麦、水稻秸秆而言,为了防止其缠绕在筒体上,筒体的周长须大于割下作物的长度。棉花秸秆长径比在6.2~12,远小于小麦和水稻,秆茎粗壮,且在齿辊下输送的秸秆已经成为被压实的料块,不易被缠绕。因此,在齿辊筒体直径选取上棉秆缠绕不是主要考虑的问题。

综合以上分析,考虑该种喂入机构的外形尺寸、运转的平稳性及现有空间的布置,最终选定齿辊参数:筒体ϕ150×4mm,锯齿形叶片高度30mm,齿高15mm,齿辊转速362r/min,n2·r2=38.01,带入式(1)验算得

lp=60000vw/nz=21.28mm≤50mm

符合要求。

1.4 喂入口最大通过量

该浮动夹持喂入机构的齿辊在工作时是处于上下浮动状态,因此其最大通过量,即齿辊上浮至最高位置时,以上述尺寸齿辊在规定转速下的喂入量。喂入口的最大通过量应大于前端输送装置的最大输入量,而小于切碎长度达到最大值时的喂入量。参照青饲料收获机的喂入口通过能力计算公式来计算棉秆切碎喂入口的通过量[6],即

Qt=3600hbvwγ (4)

式中 Qt—切碎器喂入口最大通过量(t/h);

h—齿辊在最高处时的喂入口高度(m);

b—齿辊的有效夹持输送长度(m);

vw—喂入辊的喂入速度(m/s);

γ—作物在齿辊下压缩状态时密度(t/m3)。

已知h=0.05m,b=0.7m,vw=2.84m/s,γ=0.12t/m3,可计算得出

Qt= 42.94t/h

这个最大输送量远大于整机的收获生产率,符合要求。

1.5 切碎长度调节方法

由于各个生物质发电集团所使用的直燃锅炉和上料系统存在着较大差异,对棉秆的切碎长度要求也不一样。因此,本着满足锅炉使用要求、节约切碎能耗的原则,棉秆的切碎长度应可调节。但是棉秆切碎长度是一个受多因素影响的参数,如切碎滚筒的线速度、刀片数和夹持喂入速度。所以,调节切碎长度的方法也有多种。但是在实际应用中,切碎器转速应由其要求的切割线速度和切碎器直径来决定,所以一般来说不采用改变切碎器转速来调节切碎长度;最常用的是通过改变夹持喂入辊的速度和改变刀片的数量来调节切碎长度。在前文的计算过程中可以看出,齿辊的直径和转速可取值范围较广,因此可以通过调换齿辊一端传动链轮来改变喂入速度,从而能改变切碎长度。为了简化操作,甚至可以设置一个进料变速箱,通过调节变速箱上的传动比,即可以获得各种不同的输出转速和各个挡位依次对应着各种切碎长度值。改变刀片数量主要是在切碎滚筒上在对称位置拆除动刀刀片,以获得理想的切碎长度。

2 结论

浮动夹持喂入机构除了适用于棉秆外,还可以适用于其他硬质冠状农作物秸秆(如沙柳、能源林等)的强制喂入,是硬质秸秆收获机中切碎器的一个功能机构,起着把即将切碎物料夹紧和输送的作用。让输入的杂乱无序的物料变成合适喂入幅宽的连续料块,送入切碎器,对秸秆的含水率没有要求。

这种浮动夹持喂入机构的特点是:左右摆臂控制齿辊围绕同一固定点摆动;齿辊在一定角度内根据进料量的不同可以浮动,且浮动时传动比不发生变化,传动平稳;单一夹持辊即可实现对物料的夹紧和主动的输送;输送过程中,无送料死角;整体结构稳定,强度高;采用模块式设计和装配、拆卸、更换、维修方便。实践证明,该机构完全能满足棉秆等硬质冠状秸秆的夹持喂入,切碎质量满足各种使用要求。

摘要：针对棉秆切碎收获机械介绍了一种新型带自调节、夹紧和主动输入功能的喂入机构。同时,对其结构组成、工作原理和关键部件参数设计分别进行了详述,并验算了最大通过量,分析了几种改变切碎长度的方法。实践表明,该机构还可适用于其它硬质冠状秸秆切碎前的强制喂入,具有结构简单、稳定性好、使用维修方便以及使用寿命长等特点。

关键词：棉秆切碎器,浮动,夹持输送,齿辊,机构

参考文献

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[5][荷兰]雅克.范鲁,耶普.克佩耶.生物质燃烧与混合燃烧技术手册[K].田宜水,译.北京:化学工业出版社,2008.

夹持机构篇3

随着社会的不断发展和人民生活水平的不断提高, 医疗外科领域也在不断地进步。传统的腹腔镜手术已经满足不了人们对治疗效果的要求, 由此, 微创外科手术应运而生[1]。近年来以Computer Motion公司的ZEUS和Intuitive Surgical公司的Da Vinci为代表的手术机器人均推动了世界微创手术的进步[2]。这两款手术机器人都拥有3D视觉成像系统, 但是还没有力感知、力反馈功能。对于力反馈的研究国外起步的较晚, 在国内的研究也不成熟[3]。

本文在主从式手术机器人的研究基础上, 重点研究手术机器人从手的力觉感知、力反馈系统, 使手术机器人拥有视觉、力觉双感知系统, 更加完善手术机器人的机能, 使手术操作者更深一层地感知手术环境, 从而完善外科手术的整个过程[4]。

1 微创外科手术机器人结构

1.1 主从手力感知与力反馈控制系统

微创外科手术机器人主要由主操作手、从操作手和控制系统组成。主操作手由手术医生控制, 通过主手控制系统将手术机器人的位姿信号传递给从操作手;从操作手进行手术的直接操作, 通过数据采集卡采集力传感装置测得的夹持信号并传至PC端进行运算生成控制信号, 再把控制信号传递给控制主手运动的驱动器对主手的运动进行力反馈控制[5]。图1为主从手力感知与力反馈系统控制原理图。

1.2 从手夹持手机械结构

微创手术机器人主手的主要功能是把手术医生的模拟操作转化为数字信号并传入控制中心, 而从手机械手实现微创手术操作的执行任务, 所以从手机械手在整个系统中占据着很重要的地位。

手术机器人从手夹持手的总体结构包括4个部分:驱动装置、传动装置、夹持机构和力感知装置。由于微创手术是在病人腹腔中操作完成的, 所以要求从手整体结构尺寸小且紧凑, 而且对人体内组织没有损害, 传动方式采取钢丝绳传动。图2为从手机械结构图。

1.3 力感知方法研究

在微创手术过程中从手夹持手在人体的腹腔内进行操作, 为了直接获得手指夹持力的大小就需要在夹持末端安装载有力感知功能的机构, 此机构应具有整体结构小、耐腐蚀性高等特点。

1-底座;2-电机;3-联轴器;4-钢丝绳;5-底座Ⅱ;6-绳管;7-螺孔;8-手指;9-编码器;10-手指座;11-销轴;12-导辊;13-末端支架

2 力觉传感器设计

2.1 传感器的结构与布置

机构是用来进行运动、力或能量传递或转换的机械装置, 传统刚性机构是由运动副连接的刚性杆件组成的。而柔顺机构也能传递或转换运动、力或能量, 但与刚性机构不同, 柔顺机构不仅由运动副传递运动, 还至少从其柔性部件的变形中获得一部分运动。传感装置的结构主要考虑到以下两点: (1) 能够直接检测到夹持手夹持时与目标体接触力的信息; (2) 不能影响手术操作的各个环节。为此将力传感装置做成柔顺机构并集成在夹持手指的末端, 在柔顺机构上附着应变片以完成力信号的捕捉。图3为力传感装置柔顺机构。

此柔顺机构的上表面与夹持手的手指端直接接触安装在一起, 下表面是粘贴的一层相同材质的薄片, 与上表面的空间距离为3mm, 由于夹持手在夹持物体时多以几何中点为受力点, 所以在薄片的中心粘贴应变片, 图3中的镂空部分是走线用的。图4为柔顺机构手指装配图。

2.2 传感器的材料选择

考虑到微创手术过程中机械装置在患者腹腔内运动并且与病人的内组织相接触, 这就要求材料的耐腐蚀性以及对人体组织的无害性, 因此传感器需要选择耐腐蚀的材料, 经过比较, 选择传感器弹性体的材料为医用不锈钢1Cr18Ni9Ti, 其力学性能参数见表1。

2.3 传感器形变参数校核

之所以选择柔顺机构作为力传感的载体是因为柔顺机构的结构简单并且可以通过应变片的粘贴来实现力信号的采集。将柔顺机构视为一柔性简支梁, L为梁的长度, F为作用在中点的集中力, 图5为中点受力的柔顺机构。

关于微创手术钳在真实手术环境中所需的操作力, Dong-Soo Kwon进行了一系列的分析和研究, 得出微创手术钳对人体器官组织的夹持力不应大于1N[6], 但是为了接下来实验工作的显著性取最大夹持力为10N, 中点受力的简支梁挠曲线方程为:

其中:E为简支梁的弹性模量;I为简支梁的截面惯性矩。由式 (1) 可求出在x=L/2处有最大的挠度:

将相关参数代入式 (2) , 计算出ymax=0.27 mm, 小于柔性机构中间的间隙。

2.4 夹持手驱动方式及驱动设备的选择

本次研究采取电机直驱的方式, 由于减速器中存在回程, 并且在微创手术中的控制精度要求很高, 无论是通过硬件或者是软件减小回程都不足以达到精度的要求, 所以采取电机直接驱动的方式。图6为手指受力图, 其力矩平衡方程为:

其中:Fe×Re为驱动夹持手电机的输入转矩;Fj为柔顺机构受到夹持手夹持人体组织器官的力;Ro为Fj作用点到O点的距离;Mf1为两个手指座的摩擦转矩;Mf2为手指座与末端支架内壁的摩擦转矩。

将相关参数代入式 (3) , 可求出所需最大输入转矩为406N·mm;由于夹持手的运动是在低速的状态下进行, 而有刷电机在低速时拥有良好的刚性, 所以选取驱动电机为Maxon公司的RE50空心杯有刷电机。

3 柔性体瞬态动力学仿真分析

瞬态动力学分析可采用3种方法, 即完全法 (Full) 、缩减法 (Reduced) 及模态叠加法 (Mode Superposition) , 本次分析采用完全法。将三维软件创建的模型导入到ANSYS中, 选择单元类型, 设置材料属性, 同时进行网格划分。柔顺机构的网格划分如图7所示。

设置初始条件时, 将初始位移和初始速度均设为默认值0, 选择分析类型为Transient。设置载荷步结束时间为1.0, 载荷子步数为5, 将图7中的底面进行X, Y, Z向的位移约束, 同时对图7上表面施加压力0.000 134 MPa并在Write LS File命令中将上述载荷步设置作为载荷步1写入载荷文件。重复上述操作, 分别施加0.000 29 MPa、0.000 4 MPa、0.000 53MPa、0.000 7 MPa为2~5步的载荷, 并且写入载荷文件, 最后求解。图8为柔顺机构的位移云图。

拾取形变底表面中线上靠近几何中心的3个节点绘制位移曲线, 如图9所示。其中, 横坐标为长度L。

结果表明, 柔顺机构在受到压力时发生的形变值与理论值相互吻合, 所设计的柔顺机构合理, 而且从图8和图9中可以看出:柔顺机构底表面上的几何中心位置的形变量最大, 而且形变的线性度适合应变片对数据的采集。

4 结论

本文在建立微创手术机器人从手夹持手模型的基础上, 针对末端夹持机构进行研究, 设计了可集成在手指上的力觉传感装置。通过夹持力的计算, 确定了电机的参数及驱动方式, 最后通过有限元瞬态分析表明力觉传感装置的形变量与手指受力的线性度密切相关, 并且确定了应变片粘贴的最佳位置。手指的夹持力作用于柔顺机构并且使柔顺机构的形变趋于线性, 这为确定控制系统中力信号的处理及转换奠定了基础。

摘要：针对微创手术机器人, 研究设计了载有力感知功能的从手夹持手, 介绍了夹持手末端柔顺机构力觉传感器的设计、驱动装置及驱动方式的选择, 并基于ANSYS软件分析了微创手术机器人夹持手在夹持过程中传感器形变与受力的关系。仿真及分析结果表明传感器的形变与受力基本趋于线性关系, 为进一步研究手术机器人夹持手的力感知与力反馈的控制奠定了基础。

关键词：微创手术,柔顺机构,力感知,瞬态学分析

参考文献

[1]杜志江, 孙立宁, 富历新.医疗机器人发展综述[J].机器人, 2003, 25 (2) :182-187.

[2]王国彪, 彭芳瑜, 王树新, 等.微创手术机器人研究进展——“微创手术机器人及器械基础理论与关键技术”双清论坛综述[J].中国科学基金, 2009 (4) :209-214.

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[5]谢琦, 潘博, 付宜利, 等.基于腹腔微创手术机器人的主从控制技术研究[J].Robot, 2011 (1) :53-58.

夹持机构篇4

智能车库车辆搬运器起重夹持机构是拾取车辆的直接承载部件, 起重夹持机构的安全性能直接决定了整个智能车库的安全运营。通过传统方法对起重夹持机构进行设计跟校核虽然有效, 但在实际校核中会随着工况不同导致机构的脆弱部分发生变化, 因此, 所谓合理的假设会造成结果失真的现象。通过采用Abaqus软件进行分析跟校核, 不但能够真实体现受力情况, 而且根据具体情况更能容易调整约束条件。较传统条件更加直白的显示动态效果, 具有很好的高效性和可信度。

2 有限元分析

通过Abaqus软件进行分析要通过模型的建立、约束边界条件并施加载荷、网格的化分、结果分析等步骤。前两步是分析的重点, 最后一步主要是对结果的查看与分析处理。

2.1 模型的建立

(1) 创建模型及属性:通过Solid Works三维软件进行简化建模并导出格式为.sat格式文件, 然后导入到Abaqus软件中 (如图1) 。此图已经做了一些简单化结构处理, 以便于在网格化分得到简化, 如图1左边楔形结构部分。

右侧楔形结构上面装有圆柱形滚轮, 主要功能是夹持起重汽车轮胎进行拾取使其脱离地面, 然后通过小车的行走进行搬运车辆, 在不影响分析结果的前提下简化成如图左侧的结构。左侧是起重夹持伸缩机构, 主要功能是完成夹持块的伸缩与支撑。搬运器起重夹持机构的工况条件是:低速、高负载、要求形变小的环境条件。由于强度较高, 塑性和韧性较好, 属于综合力学性能比较好的钢, 因此, 根据承载能力、安全可靠性选用材料为45号钢 (优质碳素钢) 作为原材料。其中, 经过热处理后能够达到=600MPa、=355MPa、杨氏模量 (E) =210GPa、泊松比 () =0.236、密度 () =7890Kg/m3。

(2) 定义材料属性:车辆搬运器起重夹持机构选用材料为45号钢, 该材料的力学弹性属性是:弹性模量为210GPa, 泊松比为0.269, 弹性类型为各向同性。然后创建截面属性并对起重夹持机构赋予截面属性。

2.2 约束边界条件并施加载荷

(1) 约束边界条件:通过设定边界条件约束, 确定待分析部件因受到外部因素而引起变形以及内外部位的受力情况。根据搬运器起重夹持机构的实际安装情况, 左侧伸缩机构通过导轨以及卡口连接, 右侧畸形结构斜面与汽车轮胎直接接触。通过实际情况转化到静力学分析, 可以确定左侧伸缩机构端面被完全固定, 右侧楔形机构的斜面是受力表面。通过Abaqus软件操作可以确定边界约束情况跟施加载荷情况如图2所示。

2.3 网格的化分

(1) 定义网格单元类型:由于经简化后结构模型并不复杂, 因此, 采用单元类型单元库类型中的standard, 簇采用C3D8R (三位应力) :八结点线性六面体单元。

(2) 网格的化分:在Abaqus中划分网格前首先对装配件设为独立部件才能够进行划分。网格化分包括自由网格化分跟映射网格化分, 因为自由网格较常用在划分形状不规则并且边界形状复杂的区域, 精确度不高。对于映射网格化分具有较高的精确度, 但这种网格化分区域需要一定的拓扑条件, 否则不能采用映射划分网格。对于结构不太复杂的搬运器起重夹持机构简化模型, 虽然满足映射网格化分条件, 但采用以自由网格为主, 映射网格为辅的方式也能够满足要求。采用全局单元网格近似尺寸为5, 先进性网格化分, 然后经检查网格缺陷分析可知, 共划分六面体网格单元数为13826个, 楔形网格单元数为710个, 如图3所示。

2.4 结果分析与后处理

通过创建分析步并提交作业后, 可以得到应力云图S (图4) 和位移云图U (图5) 所示。可以看到在伸缩机构最左端最大应力为69.85MPa, 右端最大位移为1.197mm。一般来说, 最大变形不应超过0.7mm才能满足搬运安装要求。因此, 为了减小位移变形跟右端卡口部位的应力情况, 需要对原有设计进行更改, 增大伸缩直径为70mm, 减小变形程度。修改后的应力云图 (图6) 和位移云图 (图7) 如图所示。从云图结果中可以看出最大位移变形量明显减小, 最大位移变形变成0.4741mm, 满足设计装配要求。

3 结论

经过Abaqus软件分析可以得出, 采用伸缩杆采用直径为70mm时, 起重夹持机构的整体位移变形进一步缩小, 为将来安装定位设备进一步提高了定位精度。

摘要：通过使用Abaqus有限元软件分析智能车库搬运器起重夹持机构的结构强度。分析结果中指出了在最大承载情况下加持机构的受力情况, 从而能够发现设计的不足之处, 并适当的进行结构的强化, 使其满足设计的要求。结果表明, 分析结果与实际情况基本相符。

关键词：有限元,夹持机构,强度

参考文献

[1]张炜.立体车库中自动搬运小车的研究[D].上海:上海交通大学, 2013 (04) .

[2]曲胜.基于TRIZ的立体车库汽车搬运器创新设计与研究[D].山东:山东建筑大学, 2013 (04) .

[3]曹金凤, 石亦平.ABAQUS有限元分析常见问题解答[M].北京:机械工业出版社, 2009.

浅谈夹持车篇5

随着钢管加工行业技术的飞速发展, 大直缝埋弧焊管生产线也在不断增加。大口径直缝埋弧焊管用铣边机组是大口径直缝埋弧焊管机组中必不可少的设备。而夹持车则是大口径直缝埋弧焊管铣边机组中的关键设备。

2. 设备主要组成部分的功能描述

夹持车是用来夹持住被铣削的钢板的前后两端, 将钢板送入铣削单元进行铣削, 与此同时将已经铣削好的钢板经推料装置推出、和将备料台架上的钢板由固定夹钳夹送至铣边机对中台架。

夹持车主要由拖链装置、端挡、固定夹钳、活动夹钳、车体、导轨座、推料装置、车载液压站、电器端子箱组成。

夹持车坐落在导轨座上, 它的车轮采用滚轮轴承, 一边为带有防倾翻的辊轮, 安装位置在夹持车的动力侧。另外一边的车轮装置除带有防倾翻辊轮且还带有钢轨两侧导向轮。车体前端安装有固定夹钳以及车载液压系统, 车体后端安装有固定夹钳, 车体中部安装有活动夹钳, 车体底部安装有夹持车驱动机构。夹持车驱动机构驱动路线为:电机→减速机→消隙齿轮箱→齿轮→齿条。电机带制动器, 采用交流变频控制, 可以实现快速回程以及准确停止在设定位置。减速机采用行星减速机。消隙齿轮箱有2根输出轴, 在输出轴上装有齿轮, 为了使两个齿轮同时与齿条啮合良好, 其中一个齿轮与轴采用涨套式联接, 电机-减速机安装在地坑内。消隙齿轮箱安装在夹持车车体的中央部位, 电机-减速机的输出轴通过联轴器与消隙齿轮箱的输入轴联接;在夹持车车体底部装有齿条, 通过消隙齿轮箱输出动力驱动齿轮, 带动大车在导轨上行走。消隙齿轮箱的2根输出轴中其中有一根输出轴与碟簧缸相连接, 可以在轴向移动, 从而可以消除齿轮与齿条的啮合间隙。

固定夹钳 (见图1) 共有两套, 分别安装在夹持车的前、后两端, 其上装有夹持钢板的上、下钳口, 固定夹钳口相对于夹持车的位置是固定不动的, 上、下钳口夹持、松开板料的动作是由油缸驱动。通过弧形板使上、下钳口按指定的轨迹通过弧形板 (平面凸轮) 和辊子运动, 夹持板料时能保持一定的夹持力。各种规格的板料的夹持力通过调液压系统的进油压力获得。板料松开时使上、下钳口均低于小车上表面, 保证板料顺利通过。

活动夹钳安装在夹持车的中间部位, 上面装有夹持板料的上、下钳口, 钳口的安装位置和结构及动作过程与固定夹钳上的钳口相同。在活动夹钳上配备了两排共8个蝶簧缸, 是用来固定活动夹钳按钢板的长度调整好后的位置。活动夹钳的钳口与靠进铣头的固定夹钳的钳口是面对面安装的, 当钢板在铣削时钢板就被夹持在这两个钳口之间;活动夹钳相对于靠进铣头的固定夹钳的位置是可调的, 以适应不同长度钢板的夹持送料, 所以在活动夹钳上设有电机减速机驱动及

输出轴上的齿轮, 在夹持车内侧装有齿条, 通过齿轮、齿条的啮合传动, 使活动夹钳小车沿钢板长度方向的距离 (靠进铣头的固定夹钳的钳口距离) 可以调整;调整距离时先给蝶簧缸供油, 蝶簧缸将动作使活塞杆下端的拉板松开, 这时驱动电机调整好活动夹钳小车的钳口与靠进铣头的固定夹钳的钳口之间距离位置后, 蝶簧缸断油, 活动夹钳将在蝶簧缸力的锁紧下被固定。减速机采用双输出轴, 在另一端输出轴上装有旋转编码器, 用来检测活动夹钳小车的移动位置, 停止时由电机带有制动器制动, 从而保证活动小车能准确的停止在当前指定位置;活动夹钳上还配备了:两个接近开关、一个光电开关分别用来检测钳口的上下极限位置和活动夹钳上有无钢板。

推料装置位于夹持车的最前端, 它的作用是将铣好的钢板推到成品台架, 也就是说当前在铣钢板的同时, 即推上一次已铣好的钢板至成品台架。该装置由油缸推动一铰接轴上的推板, 进行推钢板, 推钢板时油缸活塞杆伸出, 推完后 (第二张钢板铣完时) 油缸活塞杆缩回至夹持车返回取钢板时推料装置顶面不碰对中台架上的钢板底面。

在夹持车的前、后安装有端挡保护, 用来减轻夹持车运行在失控时的撞击。

车载液压系统为夹持车中所有油缸提供液压源, 液压系统由两台液压泵、蓄能器、压力继电器、液压阀等组成, 其中一台液压泵用于驱动油缸的动作, 另一台液压泵用于保持蓄能器中液压油处于设定压力, 从而保证上、下钳口在夹持钢板时保持一定的夹紧力, 此时驱动油缸的液压泵停止运行, 只有当蓄能器中的压力下降时, 驱动蓄能器的油泵才启动, 当蓄能器的压力达到设定压力后, 液压泵停止运行。

3. 夹钳夹持力计算及运动行程的模拟

3.1 夹钳夹持力计算 (受力分析如图2)

F油缸×L1=F夹紧×L2 (1)

F夹紧×μ1>G板×μ2 (2)

以上方程表达式对上、下钳口均适用

F油缸:油缸无杆腔端产生的压力

F夹紧:板料上、下表面对上、下钳口的作用力

G板:板料重量

μ1:钳口与板料表面之间的静摩擦系数

μ2:板料下表面与辊道上表面之间的滚动摩擦系数

3.2 夹钳运动行程的模拟 (见图3-a、图3-b、图3-c、图3-d)

图3-a为钳口压紧钢板时的状态, 当钳口开始松开钢板时, 起初上钳口围绕轴2做旋转运动 (图3-b) , 当轴3运动到最高点以后, 上、下钳口开始围绕轴1做旋转运动 (图3-c) , 实际上这个所谓的最高点是个圆弧过度) , 直到钳口整体旋转到钢板下平面以下 (图3-d) 。