【《某粮食翻垛机器人的结构设计案例》6000字】

某粮食翻垛机器人的结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u21568某粮食翻垛机器人的结构设计案例 1314751.1机械结构设计 1104561.1.1底盘结构设计 172611.1.2履带车结构设计 2247411.1.3翻垛系统结构设计 5133021.1.4耙平系统结构设计 790771.2电动机选型 81.1机械结构设计粮食翻垛机器人的总体方案提出采用履带式移动机器人作为搭载平台，上面安装翻垛装置和耙平装置。所以本章将对底盘和各个装置进行分别的以及详细的结构设计，如果存在多种设计方案，需要进行对比分析之后，选择最合适合理的实施方案。经过设计之后可以得到各个部分的结构图，并可以进行整体装配。1.1.1底盘结构设计图1.1图1.1履带式移动机器人底盘设计行车架式的底盘作为一个良好的搭载平台，在能够维持履带式移动机器人的前进、转向等操作的同时，还能把保证位于中间的装置能够不受其他条件的影响。粮食翻垛机器人的底盘设计很重要，这将决定着整个机器能否正常的完成工作。该底盘在设计时参考汽车底盘的横梁设计，在尽可能减少整体质量的同时，还要保证底盘的强度能够满足要求。为了保证粮食翻垛机器人能够正常的行走，底盘的整体布局以及各个装置与之安装时的配合都很重要，在设计时需要全面考虑到。1.1.2履带车结构设计图1.2图1.2履带式移动机器人结构履带式移动机器人的设计是通过对载物平台的研究和分析的扩延，使得载物平台能够很好的完成运动功能，进行添加轮子的设计。履带式移动机器人很好的符合了这一特点，通过单独的控制系统使得机器能够很好的完成行进任务，并且该机器具有较大的装载能力，能够很好的完成与翻垛装置的结合。为了尽可能的减少重量，底盘的材料整体为铝合金，履带采用橡胶履带，减少与粮食接触过程中对粮食产生的损害，这些措施都不会影响履带式移动机器人整体强度，但能够减少整个粮食翻垛机器人的整体质量，既能减轻对粮食谷物的损失，又能够减少行进电机的功率消耗。通过对履带式移动机器人图1.3履带式移动机器人侧视图图1.3履带式移动机器人侧视图确定各安装总成结构元件的基本结构主体形式和主要安装履带位置；初步设计确定各总成部件的主要安装尺寸长度参数，其中主要特点是初步确定安装履带的主要尺寸长度参数。这样一来整个行驶驾驶体系的安全性能就可以有所谓的保证；各个零部件间就可以能合理地互相配合可以协调正常工作；而在设计时也可以有明确的设计方向和性能要求。确定负重轮个数及其直径，负重轮个数与车辆的总重、负重面的长度及负重轮的直径。现代军用履带车辆的发展趋向表明，采用有托带轮的型式已逐渐取代无托带轮的型式。这种不同型式的履带式使用的拖带有下列几个优点：在两个履带所连接地的全长相当于同长的条件下它亦可同时布置较多的负重轮。这样做就可以有效改善履带对高于地面的最大压强压力分布，使压力分布更为均匀以从而降低履带行驶时的阻力，从而大大提高通过时的性能；同时降低每个履带负重轮的承载负荷以从而提高其履带使用寿命；同时增加履带弹性元件孔的个数以从而提高负载缓冲器的性能。有托带轮后，上侧履带振动损耗的功率减少，提高了行驶系的效率。在同样车底距地高的情况下，可采用较长的平衡轴和较大的负重轮动行程以改善悬架性能。由于负重轮直径减小及上侧履带位置提高，使减振器(尤其是简式减振器)布置较为有利。负重轮的直径应考虑橡胶轮的承载能力和工作寿命，也要考虑系列化，通用化及标准化。确定负重轮的型式：单轮缘或双轮缘。以往，中、重型车辆多采用双轮缘，轻型车辆多采用单轮缘。现代轻型车辆的发展趋向也采用双轮缘。此外双轮缘配用的单诱导履带板的重量也较轻。确定各负重轮的布置位置。当负重轮直径、车底距地高确定后，即可确定负重轮平稳时的中心高。此时可初步确定平衡时的长度及倾角。第一负重轮应尽可能向前布置，后负重轮应尽可能向后布置以增大履带的接地长度，并保证较大的接近角和离去角。中间负重轮的布置应考虑：使车辆重心和弹性中心一致，各负重轮负荷基本相等，且车体基本保持水平。各负重轮在运动范围内彼此不发生干涉，也不和诱导轮、主动轮、托带轮、减振器、限制器等发生干涉。履带应尽可能宽些，以保持对地面较低的压强和较高的通过性。但受车辆总宽度及车体宽度的限制，履带侧面距离至少20mm。叶子板与履带间应有足够间距，否则车辆高速行驶时上支履带上下跳动会撞击叶子板，无托带轮的履带车间距应适当增大。履带初步确定后则可布置减振器及限制器，检查在运动过程中是否与相邻部件发生图1.4图1.4履带式移动机器人1.1.3翻垛系统结构设计翻垛装置是整个机器的主要工作环节，所以对于这一部分的设计需要具有足够的强度和能量。粮食翻垛机器人的翻垛装置是由驱动电机、减速齿轮箱和两根螺旋输送杆组成。驱动电机是整个翻垛装置的动力来源，需要能够带动两个螺旋输送机的转动，控制箱能够控制驱动电机的输出功率，来满足不同谷物的翻仓需要。由于粮仓的大小有限，所以驱动电机的电源可以直接通过足够长外接线连接在家用交流电上。齿轮箱的设计主要是为了改变螺旋输送杆的旋向，以及起到一个减速器的作用。齿轮箱为单输入双输出结构，并且两个输出轴的距离是固定，所以从齿轮箱的内部结构就需要重新设计计算，整个计算过程将会在第四章进行完成介绍。两根螺旋输送杆的旋线不同通过齿轮箱与驱动电机相连接，两根螺旋输送杆之间产生的不平衡力一部分可以抵消，一部分可以转化为也有用的力。并且根据粮库的大小，螺旋输送杆的长度也可以进行更换，来满足不同工作要求下的使用。本次设计要求的翻垛深度为三米，所以在设计过程中就根据三米的图1.5翻垛装置结构要求来指定螺旋输送杆的长度。翻垛装置结构设计如图图1.5翻垛装置结构粮食翻垛机器人的翻垛装置为可拆卸装置，平时不用时电机和齿轮箱安装放置在履带式移动机器人的横梁上，两根螺旋输送杆是单独存放运输的。在使用时需要在粮食表面上进行安装使用。由于安装时位于水平面的状态上，如果直接进入粮食具有较大的阻力，所以通过控制箱先使得机器在小功率下进行转动，在竖平面内整体转动翻垛装置，使得两根螺旋输送杆能够较为容易的进入粮食，当到达竖直状态时就可开启工作状态的功率来进行作业。翻垛装置是整个机器的最重要的作业功能，所以对于该装置的设计和操作需要弄得清清楚楚。螺旋输送设备能否保持良好的运行状态和较长的使用寿命，不仅取决于设备的制造质量和安装质量，还取决于长期的运行管理和维护,因此为了管好、用好设备，应根据下列要求，制订完善的管理制度。企业必须要设有一个分管企业设备的专门领导及企业组织工作机构，负责组织制订和制定贯彻落实执行企业设备生产管理的各项规章制度、维修计划、备品备件消耗和储备定额，及对操作、维修人员进行安全、技术教育和考核，提高操作、维修人员的素质，统一组织调度维修力量。必须合理的配置使用安全设备，严禁机械超载运作和违背安全操作章程运行，严格执行按计划维修，不断提高设备完好率。建立健全岗位责任制，其内容包括：岗位分工制、岗位操作法、交接班制及安全责任制。不断推广采用新设备技术、新设备管理和旧方法，延长企业设备正常使用寿命,缩短设备检修工作时间，降低企业运行和设备维修中的费用。须有专职人员负责电子技术设备、计量仪表、检测设备的管理，保持各类仪表、计量设备经常处于灵敏、准确、稳定的状态。建立较为完善的科学仪器设备技术档案，保存设备的技术资料、图纸，收集图1.6图1.6螺旋输送机一般结构螺旋输送设备的安装、维修和使用，必须符合安全规程要求，应采取有效的措施，减少或消除一切事故的发生，设备的操作和管理人员，必须熟悉和严格遵守下列有关规定。螺旋输送机的设备必须是由经过专业培训且合格的从业人员进行操作，其他从业人员不得擅自进行操作。对有爆炸性的、易燃的及其它有危害性的物料，如果未采取特殊的安全措施，不能使用螺旋输送设备输送。制造厂一般不提供电器控制设备，使用单位应按电器规范要求，配置螺旋输送设备的电器控制设备，并应有电器保护措施。在设备超载-定延时不能恢复或有一相断开的情况下，能自动切断电源。当设备发生故障时，应能在现场立即切断电源，因此需要在设备附近，装有紧急切断电源开关。为了使操作人员了解设备运行情况，应在设备附近，装有信号装置，当设备起动时，发出音响信号，设备运行时有灯光显示信号。为了保证螺旋输送设备起动后才能供料，停机前即停止供料的要求，应设置电器联锁装置。当螺旋输送设备停机检查或检修时，必须采取防止设备意外起动的安全控制措施。设备装置在潮湿地区较长时间不使用时，电器设备须经检查后，才能再次起动。螺旋输送设备外露的转动部件，如联轴器、带轮、螺旋管输送机托轮等，都需有防护罩。螺旋管输送机转动的机体两侧，应设有围栏，以保护工作人员安全通行。螺旋输送设备所有部件应连接严密盖板、检视门应加垫用螺栓拧紧，防止物料泄漏、粉尘溢出，污染工作环境。1.1.4耙平系统结构设计图1.7图1.7齿耙结构图1.8齿1.2电动机选型机器人的主要机械驱动控制方式都是具有采用液压机械驱动、气动机械驱动和液压电机机械驱动的三种最基本的机械驱动控制方式。由于真空液压动力驱动两种方式和真空气压动力驱动两种方式对工作环境的特性要求都比较高，由于粮食翻垛过程中会产生大量的粉尘，所以不适合在这种环境中进行使用。对于各种电机式的驱动这种方式比较容易直接实现各种电机的机械密封和驱动机器人的旋转速度自动控制，所以这里的各种电机都可以选择采用电机式的驱动方式来直接完成各种粮食翻垛机器人的综合动力系统。（1）行进电机的选型：通过三维软件建模对相应的材料进行分析，得到粮食翻垛机器人的总体质量M大概为200kg，此外履带式移动机器人在粮仓上的最大移动速度为v为1m/s（只进行移动不进行翻垛作业），粮库的上粮食表面比较平稳，所以不存在爬坡、越障等工作，履带式移动机器人在粮食表面的最大加速度为a为0.2m/s2。代入电机公式：T已知驱动轮的半径值r为0.05m，传动比i为24，摩擦力作用系数f为0.1，机械效率η为0.86，最终计算得出所需要的电机转矩TmN=其中N为电动机最大转速，求得N=4586rpm。P=经计算所需电机功率P为279W。电机的转速、功率和扭矩考虑一定的多余量，最终选择而定功率为360W、额定转矩为0.5Nm、而定转速为6000rpm，额定电压为24V的无刷直流电机。根据选择的无刷直流电机，履带式移动机器人可采用24V电压、60AH容量的磷酸铁锂电池作为履带式移动机器人的动力电源。图1.图1.9无刷直流电机（2）螺旋输送机动力电机的功率选型：以往采用螺旋驱动输送机作为驱动动力电机的工作功率的选型计算，是在我们假设一台螺旋驱动输送机采用空载高速起动、填充材料系数功率小于0.5的一种理想操作工作情况下设计进行的。其常用计算公式为：P=W∗式中：Ｐ：所选驱动电机功率，单位：千瓦；Ｗ：螺旋输送机的送料量，单位：吨/小时；K0Ｌ：螺旋输送机的工作长度，单位：米；Ｈ：螺旋输送机处于倾斜状态下时，工作的长度在垂直平面上的影射的高度，单位：米；k：电机安全系数；η：传动装置效率。但是，在许多实际生产应用中的场合，螺旋驱动输送机的实际工作运行条件很难完全符合上述技术要求。并且，不同类型螺旋物料输送机的不同螺旋物料直径、螺距各不相同；不同螺旋物料的机械摩擦阻力系数也不尽相同；进料口处理的物料快速堆积时的压力对不同螺旋物料输送机的机械启动、运行性能影响也很大。而在上式中，对这些实际情况均未完全给予明确充分考虑。因此，在进行设计功率计算时，常常有人会把这种螺旋驱动输送机用于驱动高压电机的额定功率位置选择得太小，从而容易导致在实际使用时容易发生驱动电机电路堵塞或难