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        電瓶車(chē)運(yùn)輸連接裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)

        2016-08-22 04:33:23周鳳敏
        大科技 2016年24期
        關(guān)鍵詞:銷(xiāo)軸電瓶車(chē)推桿

        周鳳敏

        (青島濱海學(xué)院 山東青島 266555)

        電瓶車(chē)運(yùn)輸連接裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)

        周鳳敏

        (青島濱海學(xué)院 山東青島 266555)

        電瓶車(chē)運(yùn)輸連接裝置是一種新型的自動(dòng)連接裝置,運(yùn)用裝置內(nèi)部的連桿等附屬零件實(shí)現(xiàn)兩車(chē)的自動(dòng)連接和斷開(kāi)。該裝置主要由T型桿、滑塊、銷(xiāo)釘、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、V型槽、電磁鐵和部分外部電路組成。主要包括連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、箱體設(shè)計(jì)、零件尺寸設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)反復(fù)斟酌各種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,全面考慮,反復(fù)校核,力求設(shè)計(jì)合理。

        連接裝置;連桿機(jī)構(gòu);仿真設(shè)計(jì);旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

        引言

        隨著社會(huì)的進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們的生活水平有了很大提高??萍歼M(jìn)步也帶來(lái)了工業(yè)的快速發(fā)展,機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械行業(yè)的主要組成部分,是決定機(jī)械性能的主要因素。在2011年德國(guó)諾威工業(yè)博覽會(huì)上,德國(guó)相關(guān)協(xié)會(huì)提出了工業(yè)4.0的初步概念,從此,工業(yè)4.0在全世界興起,2014年工業(yè)4.0進(jìn)入中德合作新時(shí)代,在兩國(guó)簽署的綱要中,重點(diǎn)提出了工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化,這對(duì)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的未來(lái)發(fā)展具有重大意義。

        在加工制造類(lèi)企業(yè)中,由于受到車(chē)間空間的限制,大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間選擇用電瓶車(chē)運(yùn)送車(chē)間里的材料和半成品。目前電瓶車(chē)運(yùn)輸連接裝置使用的是手動(dòng)銷(xiāo)軸連接,如圖1所示。物料車(chē)裝滿貨物后需駕駛員人工用銷(xiāo)軸把電瓶車(chē)和物料車(chē)連接起來(lái),駕駛員把貨物運(yùn)到倉(cāng)庫(kù),手動(dòng)去掉銷(xiāo)軸,斷開(kāi)物料車(chē)和電瓶車(chē)的鏈接,完成一次貨物運(yùn)輸。人工操作占用時(shí)間,增加勞動(dòng)成本。另外銷(xiāo)軸的手動(dòng)操作時(shí)間短,電瓶車(chē)往往不會(huì)熄火,增加額外危險(xiǎn)?;谝陨蠁?wèn)題,設(shè)計(jì)一種電瓶車(chē)自動(dòng)連接裝置,實(shí)現(xiàn)電瓶車(chē)和物料車(chē)的自動(dòng)連接。

        圖1 現(xiàn)有物料車(chē)與電瓶車(chē)連接裝置

        1 確定電瓶車(chē)連接裝置方案

        現(xiàn)有的自動(dòng)鏈接斷開(kāi)裝置,大部分由液壓,氣壓驅(qū)動(dòng),而企業(yè)使用的電瓶車(chē)動(dòng)力、體積小,安裝氣壓液壓設(shè)備,消弱電瓶車(chē)動(dòng)力,影響運(yùn)輸效率。針對(duì)現(xiàn)有情況選擇連桿方式實(shí)現(xiàn)連接。

        在物料車(chē)前方設(shè)計(jì)一活動(dòng)推桿,電瓶車(chē)在倒車(chē)過(guò)程中,物料車(chē)前方的桿件順利進(jìn)入V型機(jī)構(gòu),在V型機(jī)構(gòu)的底端安裝一滑塊,桿件推動(dòng)滑塊前進(jìn),隨著底端的滑塊向前運(yùn)動(dòng),銷(xiāo)軸滑塊貫穿物料車(chē)前方桿件上的通孔,從而實(shí)現(xiàn)電瓶車(chē)與物料車(chē)的自動(dòng)連接。銷(xiāo)軸滑塊末端安裝一電磁裝置,當(dāng)電瓶車(chē)到達(dá)倉(cāng)庫(kù)時(shí),按下按鈕實(shí)現(xiàn)電瓶車(chē)與物料車(chē)的自動(dòng)分離。機(jī)構(gòu)示意圖如圖2所示。

        圖2 連桿滑塊機(jī)構(gòu)示意圖

        由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖中不難看出,此機(jī)構(gòu)共有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件,7個(gè)低副,0個(gè)高副,故機(jī)構(gòu)的自由度為:

        F=3n-(2p1+ph)=3×5-(2×7+0)=1

        機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。

        2 電瓶車(chē)連接裝置主要零部件設(shè)計(jì)

        2.1 連接裝置的基本原理

        電瓶車(chē)自動(dòng)連接裝置連接過(guò)程:連桿機(jī)構(gòu)由原始狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒i定狀態(tài),連桿機(jī)構(gòu)由鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵紶顟B(tài)。改進(jìn)連接裝置原理圖,如圖3所示。

        圖3 改進(jìn)連接裝置基本原理圖

        2.1.1 原始狀態(tài)

        原始狀態(tài)示意圖如圖4所示,原始狀態(tài)是未連接物料車(chē)的狀態(tài),此時(shí)該機(jī)構(gòu)中T型桿1與電磁鐵1有一定距離,電磁鐵1不帶電。銷(xiāo)軸5與電磁鐵2緊密貼合,電磁鐵2帶電。V型槽與銷(xiāo)軸5對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有通孔,利于銷(xiāo)軸的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)構(gòu)為水平放置的,機(jī)構(gòu)受到的重力不對(duì)運(yùn)動(dòng)效果造成影響。

        圖4 原始狀態(tài)示意圖

        2.1.2 閉鎖狀態(tài)

        圖5為機(jī)構(gòu)的閉鎖狀態(tài),鎖定狀態(tài)為電瓶車(chē)與物料車(chē)連接的狀態(tài)。T型桿1與電磁鐵1緊密貼合,電磁鐵1通電。銷(xiāo)軸5穿過(guò)V型槽和物料車(chē)的推桿。

        圖5 閉鎖狀態(tài)示意圖

        2.2 物料車(chē)前端推桿

        現(xiàn)有物料車(chē)的前端推桿,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在裝置的需求,新設(shè)計(jì)的物料車(chē)前端推桿如圖6,具體尺寸見(jiàn)圖紙推桿。當(dāng)推桿受力轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),兩側(cè)彈簧控制推桿恢復(fù)原始位置,方便找正,使推桿能夠順利的進(jìn)入裝置的V型槽。推桿進(jìn)入一定深度,銷(xiāo)軸穿過(guò)通孔,完成鎖定。

        圖6 物料車(chē)推桿示意圖

        2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)桿的設(shè)計(jì)

        2.3.1 材料選擇

        在滿足實(shí)用要求和工藝可行的前提下,應(yīng)盡量選用價(jià)格便宜的和供應(yīng)充足的材料,提倡選用國(guó)產(chǎn)材料。45鋼屬于優(yōu)質(zhì)飛合金結(jié)構(gòu)鋼(中碳鋼),具有一定的塑形和韌性,較高的強(qiáng)度,切削性能良好。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能,用于制造受力較大要求強(qiáng)度、塑形和韌性都較高的機(jī)械零件,連桿材料選用45鋼,毛坯尺寸精度要求為IT7~I(xiàn)T8級(jí)。

        2.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)桿尺寸設(shè)計(jì)

        設(shè)定T型桿向左推進(jìn)60mm完成此過(guò)程。推桿GH長(zhǎng)度是100mm,根據(jù)設(shè)計(jì)需要推桿需要向上推進(jìn)80mm,為了避免運(yùn)動(dòng)到死點(diǎn)位置,假定原始位置如圖7所示,經(jīng)過(guò)仿真模擬分析此位置,運(yùn)動(dòng)速度較快,可以滿足要求。

        圖7 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析圖

        如圖7實(shí)線為初始狀態(tài),虛線為最終狀態(tài)。原則上線段OE和線段OB均與T型桿一桿平行,為了方便觀察畫(huà)成圖示樣式。作輔助線AC、DF分別與OB、OE垂直。即:AC=GH=60mm、DF=QP=80mm。連桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)a度。

        有以上已知條件可知:

        T型桿水平移動(dòng)距離:

        設(shè)桿件OD=140mm,則有上述式子可得OB=105mm,即連桿的兩桿在初始位置垂直的情況下,如果滿足設(shè)計(jì)要求需要連接T型桿的長(zhǎng)度為105mm,連接銷(xiāo)軸分支的桿的長(zhǎng)度為140mm。

        滑桿長(zhǎng)度分析。

        AG桿:

        AG桿上滑塊在整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的上下距離為BC。

        BC=OB-OAcosa=OA-OAcosa=OA(1-cosa)

        我們?cè)O(shè)計(jì)滑桿的長(zhǎng)度為189.8mm>35.55mm。所以說(shuō)滿足要求。EP桿:

        EP桿上滑塊在整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的上下距離為EF。

        EF=OE-ODcosa=OD-ODcosa=OD(1-cosa)

        我們?cè)O(shè)計(jì)滑桿的長(zhǎng)度為120mm>47.40mm,滿足要求。轉(zhuǎn)動(dòng)桿的尺寸設(shè)計(jì)示意圖如圖8。

        圖8 轉(zhuǎn)動(dòng)桿尺寸設(shè)計(jì)示意圖

        2.3.3 驅(qū)動(dòng)方式的選擇

        常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和電磁驅(qū)動(dòng)四種基本類(lèi)型,四種主要的驅(qū)動(dòng)方式比較如表1所示。

        表1 驅(qū)動(dòng)方式的比較

        該機(jī)構(gòu)要求質(zhì)量輕便,體積小,并且不能影響電瓶車(chē)的運(yùn)輸能力。綜合考慮以上驅(qū)動(dòng)方式均不能達(dá)到要求,經(jīng)過(guò)多方比較我們決定用電磁鐵作為該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置。

        2.4 T型桿設(shè)計(jì)

        T型桿整個(gè)裝置中起到傳遞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的作用,物料車(chē)前端推桿推動(dòng)T型桿,T型桿把這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳遞給滑塊,引起滑塊的變速圓周運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變形銷(xiāo)軸的直線運(yùn)動(dòng)。T型桿尺寸圖如圖9所示。

        圖9 T型桿尺寸圖

        2.5 滑塊的設(shè)計(jì)

        滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓周,滑塊管狀通孔與T型桿的下端過(guò)度配合。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,滑塊相對(duì)于T型桿做直線運(yùn)動(dòng)。為了保證運(yùn)動(dòng)的精確,滑塊的尺寸精度要求相對(duì)較高,尺寸如圖10所示。

        2.6 箱體的設(shè)計(jì)

        根據(jù)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)箱體的尺寸,箱體是機(jī)械產(chǎn)品重要組成部件,它是傳動(dòng)零件的幾座,應(yīng)具有強(qiáng)度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造,灰鑄鐵具有很好的鑄造性能和減震性能。為了便于軸系部件的安裝和拆卸,箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱體用螺栓連接成一體。箱體和箱體蓋的立體圖如圖11~12所示。

        根據(jù)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖,設(shè)計(jì)箱體,由于該裝置要求數(shù)量小,考慮到它的經(jīng)濟(jì)性。

        3 運(yùn)動(dòng)仿真

        采用UG軟件建立了實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配,運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真功能進(jìn)行了連桿機(jī)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì),仿真效果如圖13所示。

        圖10 滑塊尺寸圖

        圖11 箱體

        圖12 箱蓋

        圖13 連接裝置運(yùn)動(dòng)仿真圖

        4 結(jié)語(yǔ)

        確定了電瓶車(chē)連接裝置設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行了連接裝置原理分析,完成了推桿、T型桿、滑塊、箱體等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算,并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真,仿真效果良好。電瓶車(chē)自動(dòng)連接裝置的設(shè)計(jì)解決了企業(yè)運(yùn)輸方面的技術(shù)難題,加強(qiáng)運(yùn)輸安全,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

        [1]孫開(kāi)元,駱?biāo)鼐?常見(jiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用圖例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

        [2][日]騰森洋三.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.

        [3]張桂香.機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

        TD524

        A

        1004-7344(2016)24-0309-03

        2016-8-7

        周鳳敏(1977-),女,漢族,山東臨清人,講師,碩士,主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)。

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