自動伸縮式防雨晾衣架的研究_壽宏曉

1、!參數(shù)繼續(xù)進行仿真,獲工序調(diào)整及生產(chǎn)班次的具體安排。達到線內(nèi)工位最有效組合和利用,進而實現(xiàn)“精益”生產(chǎn)方式。使得生產(chǎn)效益最大化,并在特殊情況下能實現(xiàn)加工效率最大化,加工線節(jié)拍可根據(jù)不同加工條件進行調(diào)整,實現(xiàn)加工線針對多型號轉(zhuǎn)向節(jié)加工都具有較高生產(chǎn)效率,從而讓柔性的加工特征更具有實際應(yīng)用價值。其仿真過程如圖4。6技術(shù)特征與技術(shù)優(yōu)勢6.1技術(shù)特征(1根據(jù)毛坯件的結(jié)構(gòu)特征,采用特殊的多爪可調(diào)節(jié)粗基準(zhǔn)定位,外臂夾緊,定位準(zhǔn)確,夾緊可靠,有效地解決了粗基準(zhǔn)定位困難、加工尺寸不穩(wěn)定、加工振動等以往轉(zhuǎn)向節(jié)加工中常見的技術(shù)難點。(2將數(shù)控加工和傳統(tǒng)加工的優(yōu)點有效融合,既發(fā)揮了數(shù)控加工柔性好、可實現(xiàn)復(fù)雜加工步驟

2、、重復(fù)加工尺寸穩(wěn)定的優(yōu)勢,又發(fā)揮了傳統(tǒng)加工在大批量生產(chǎn)中成本低、加工步驟簡單的特長,大幅度提高了設(shè)備的實用性和可維護性,降低了加工成本。(3首次實現(xiàn)在一條加工線可進行多品種轉(zhuǎn)向節(jié)加工,并可進行混流生產(chǎn)。(4首次將線內(nèi)物流分析和零件加工進行有效結(jié)合,可根據(jù)產(chǎn)品加工批量和供貨周期的不同,動態(tài)調(diào)節(jié)加工參數(shù),實現(xiàn)可變加工節(jié)拍,實現(xiàn)最大加工效率與最優(yōu)加工效率之間的轉(zhuǎn)換。同時也可根據(jù)不同型號轉(zhuǎn)向節(jié)的加工特性和工藝要求,自動調(diào)整加工步驟和加工參數(shù),充分發(fā)揮自動線的柔性加工能力。6.2技術(shù)優(yōu)勢(1加工過程控制自動化。加工階段專用機床的線內(nèi)檢測系統(tǒng)、自動補償功能、自動換刀、PLC 控制系統(tǒng)和系統(tǒng)信號互鎖技術(shù)能準(zhǔn)

3、確實現(xiàn)加工的復(fù)雜動作,有效保證了尺寸要求、精度要求、位置要求,零件加工質(zhì)量穩(wěn)定。(2線內(nèi)節(jié)拍平衡最優(yōu)化。加工過程中采用了EM-PLANT 等物流軟件進行線內(nèi)分析,平衡生產(chǎn)節(jié)拍,正常生產(chǎn)時候?qū)で笞畲笊a(chǎn)效益,生產(chǎn)需求緊迫時實現(xiàn)最大加工效率。實現(xiàn)生產(chǎn)效益和加工效率可以調(diào)節(jié)。大幅度提高了轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)的自動化程度,也降低了勞動工作強度,提升企業(yè)的市場適應(yīng)能力。參考文獻1曉強.中國機械資訊網(wǎng)http :/ ,2008.2胡家富.簡明機加工生產(chǎn)線工手冊M .上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2009.3王先逵,等.機械加工工藝手冊M .北京:機械工業(yè)出版社,2007.4章國華,蘇東.典型生產(chǎn)線原理、安裝與調(diào)試M .

4、北京:北京理工大學(xué)出版社,2009.5朱華炳,吳文濤.基于UML 的橋殼生產(chǎn)系統(tǒng)仿真建模研究J .制造技術(shù)與機床,2009(12:151-154.(編輯明濤作者簡介:盛英泰(1952-,男,工程師,研究方向為機電一體化。收稿日期:2010-04-14基金項目:浙江省新苗人才計劃項目(2008R40G2060050;浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項目;浙江理工大學(xué)重點實驗項目!自動伸縮式防雨晾衣架的研究壽宏曉,林利棟,毛曉捷,毛曉靖(浙江理工大學(xué),杭州310018現(xiàn)有晾衣架類型主要有固定型、折疊伸縮式1、手動升降型2和自動升降型四種,這些裝在戶外的晾衣架為人們在晴天晾曬衣物提供了方便,但也會帶來人們在外出

5、時室外晾曬衣物被突降雨水淋濕的煩惱。為此,本文對具有自動防雨功能的智能晾衣架進行了研究,研制了一種自動伸縮式防雨晾衣架。1自動伸縮式防雨晾衣架的工作原理和結(jié)構(gòu)特點1.1工作原理在晾衣架的外端裝濕度傳感器和光強傳感器,雨布軸上卷繞防水雨布。濕度傳感器和光強傳感器感應(yīng)外界天氣變化,當(dāng)大氣濕度達到80%以上,或光強弱到一定數(shù)值,傳感器發(fā)出信號,通過控制電路控制電機的轉(zhuǎn)動,通過傳動機構(gòu)使晾衣橫桿縮回,同時電機帶動雨布軸,將雨布伸出打開,包裹整個晾衣架;當(dāng)天晴或天亮?xí)r,晾衣橫桿伸出,雨布縮回,繼續(xù)晾曬衣物。摘要:針對現(xiàn)有市場上晾衣架缺少自動防雨裝置的不足,提出一種自動伸縮式防雨晾衣架;介紹該晾衣架的結(jié)構(gòu)

6、特點和工作原理,運用ANSYS 軟件對晾衣架主要構(gòu)件進行強度分析,對晾衣架整體進行抗風(fēng)能力分析,樣機試驗結(jié)果表明該晾衣架方案是可行的。關(guān)鍵詞:晾衣架;自動防雨;強度;穩(wěn)定性中圖分類號:T H122文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1002-2333(201007-0027-0327機械工程師2010年第7期學(xué)術(shù)交流理論/研發(fā)/設(shè)計/制造ACADEMIC COMMUNICATION圖7螺釘組受力圖2040F xF y404019050準(zhǔn)166250240圖6截面圖圖FA BBCC xxMA 圖5支撐架的剪力及彎矩圖770F ABCD100275圖4支撐桿的受力圖531234圖1自動伸縮式防雨晾衣架1.晾

7、衣架主體2.晾衣橫桿3.上側(cè)雨布組件4.兩側(cè)雨布組件120012501300q圖2晾衣橫桿受力圖A B C FxMA B C x圖3晾衣橫桿的剪力及彎矩圖1.2結(jié)構(gòu)特點圖1是自動伸縮式防雨晾衣架三維結(jié)構(gòu)模型圖。在晾衣架機構(gòu)的最上層兩側(cè)裝有雨布軌道,兩根雨布軌道的一端與墻體固定,并與上層電動雨布箱相連,另一端向外延伸并稍向下傾斜。雨布軌道上裝傳送帶。雨布纏繞在雨布軸上,兩端與傳動帶固定,雨布軸轉(zhuǎn)動時,通過傳送帶帶動雨布打開或縮回。兩根雨布軌道下面是晾衣架的主體晾衣軌道桿,兩個晾衣軌道桿的內(nèi)部是滑槽,在滑槽內(nèi)裝有傳動晾衣橫桿的滑車、傳動帶或鋼絲,滑車部分是由滑車殼體、滑輪以及滑輪軸組成,晾衣橫桿支

8、撐在滑車上面裝的凸耳上,滑車由電機驅(qū)動。電子感應(yīng)箱裝在一根軌道桿的外端。在兩根軌道桿外側(cè)面分別裝有左、右電動雨布箱,左、右電動雨布箱兩端下面分別裝有雨布軌道;雨布軌道末端用水平的連接桿相連。電動雨布箱的結(jié)構(gòu):雨布纏繞在滾軸上,滾軸一端裝有滾輪,滾輪上繞有拉繩,在滾輪外側(cè)的滾軸上裝有電機,電機由固定環(huán)固定在雨布箱內(nèi),電機外裝有電路接線盒,在滾軸的另一端裝有固定環(huán),在雨布箱下端開有雨布出口。2晾衣架主要構(gòu)件的設(shè)計及力學(xué)分析2.1晾衣桿的受力分析及強度校核晾衣桿選用長度為1300mm 、直徑為30mm 、壁厚為3mm 的不銹鋼管。假設(shè)衣物總重為30kg ,衣物重量在晾衣橫桿均勻分布。圖2是晾衣桿受力

9、圖。剪力圖和彎矩圖如圖3所示。根據(jù)彎矩圖和晾衣桿的截面尺寸,在B 截面處彎矩最大,為危險截面,對其進行校核:max =M max W =32M maxD 3(1-4=3248.8(3010-331-(26304=41.9MP a=180MPa因此,晾衣桿滿足強度要求。2.2支撐桿的受力分析及強度校核兩側(cè)支撐桿是對稱布置的。只需對一側(cè)支撐桿進行分析、校核,受力圖如圖4所示。支撐桿選用KQJ50402的矩形空心鋼(許用應(yīng)力=200MPa 。橫桿AC 得到的剪力圖和彎矩圖如圖5所示。根據(jù)彎矩圖和橫桿的截面尺寸,在B 截面彎矩最大,為危險截面,對其進行校核。B 處的截面圖如圖6所示。求得慣性矩:I z

10、 =BH 312-bh 312=4010-3(5010-3312-3610-3(4610-33+2810-3(210-3312=12.510-8mm由于均勻載荷在縱向?qū)ΨQ面內(nèi),則上頂端受到最大拉應(yīng)力,下端受到最大壓應(yīng)力。max 拉=M max y 2I z=45.5(50-19.610-312.510-8=11.1MPa=200MPamax 壓=M max y 2I z =45.519.610-312.510-8=7.1MPa=200MPa所以,該橫桿是安全的。2.3固定螺釘?shù)氖芰Ψ治黾皬姸刃：酥Ъ芄潭葆斀M受力分析如圖7所示。經(jīng)受力分析后得:F x =365N ,F y =124N傾覆力矩(

11、逆時針方向:M =F L =365105=3.8104N mm在軸向力F x 的作用下,各螺釘?shù)墓ぷ骼?F a =F x z =3653=121N由傾覆力矩可得最大載荷:F max =ML maxzi =1L 2i=3.810440402+402=475N 故最上面螺釘所受的軸向工作載荷為:F=F a +F max =121+475=596N在橫向力F y 的作用下,根據(jù)底板合面不滑移的條件:f (zF 0-C m C b +C mF x K s F y取接合面的摩擦系數(shù)f =0.16,并取C b C m +C b=0.2,防滑系數(shù)K s =1.2,則螺釘所需的預(yù)緊力為:機械工程師2010

12、年第7期28ACADEMIC COMMUNICATION學(xué)術(shù)交流理論/研發(fā)/設(shè)計/制造 圖 10樣機圖 圖8桿件模型有限元劃分局部圖圖9總體應(yīng)力及變形圖F 01z (K s F y f +C m C b +C m F x =13(1.21240.16+0.8365=407N 。求得總拉力:F 2=F 0+C b b mF=407+0.2596=526N 選用材料Q235、性能等級為3.6的螺釘,材料屈服極限s =180MPa ,安全系數(shù)S =1.5,故螺釘材料的許用應(yīng)力:=s =180=120MP a 。確定螺釘危險截面的最小直徑:d 41.3F 2姨=41.35263.141120姨=2.7

13、mm16mm所以該螺釘滿足強度要求。3可靠性分析為確保產(chǎn)品的使用壽命,利用ANSYS 軟件對自動伸縮式防雨晾衣架進行受力模擬和抗風(fēng)能力分析。3.1支撐桿的ANSYS 模擬分析在ANSYS 軟件中建立晾衣架主要構(gòu)件的三維實體建模,并對其進行有限元的單元劃分,單元劃分后的支撐桿模型如圖8所示。當(dāng)曬衣服晾衣桿伸出到最外端時,整個支撐架的支撐部分所承受的力是最大的,所以在有限元單元劃分好以后,在晾衣導(dǎo)軌桿外端的晾衣桿停留位置施加300N 向下的力,相當(dāng)于承受曬衣量為30kg 時的狀態(tài)。在該支撐桿重心位置施加其重力。ANSYS 模擬分析結(jié)果如圖9所示。由模擬結(jié)果知該支撐桿可以滿足承重量為30kg 曬衣服

14、量的要求。3.2抗風(fēng)能力分析對于晾衣架結(jié)構(gòu),本文用計算穩(wěn)定風(fēng)力的伯努利方程來分析5。當(dāng)它在同一水平線上運動時,伯努利方程為:W a v +mv 2/2=const (1整理后為:W a +pv 2/2=const (2由自由氣流的風(fēng)速提供的單位面積上的風(fēng)壓力為:w =pv 2/2=1/2(3取r =0.01208kN/m ,g=9.8m/s 2。代入式(3,得w =v 2/1630kN/m 2(4為了反映陽臺結(jié)構(gòu)上平均風(fēng)壓受到各種因素影響,同時又能計算晾衣架的抗風(fēng)能力,則P=k 2uw 2(5取k =1.3,u =1.2,代入式(4,計算出風(fēng)壓的大小為263Pa 。晾衣架上懸掛一塊長方形的雨布

15、,這塊雨布是晾衣架受風(fēng)載荷影響的主要因素。前側(cè)雨布為長1.3m 、寬0.75m ;兩側(cè)雨布為長0.61m 、寬0.75m ,采用纏繞的方式固定在晾衣桿上。根據(jù)式(5,可以計算出風(fēng)壓為:P =1.01.31.2263=410Pa則前側(cè)雨布所受的等效力為:F 前=PA =4101.30.75=400N ;兩側(cè)雨布所受的等效力為:F 側(cè)=PA =4100.610.75=187.6N 。簡化到每個節(jié)點的力,前側(cè)為:F 前/4=100N ;兩側(cè)為:F 側(cè)/4=46.9N引入計算懸臂梁公式:=u l /i(6其中,u =2,i =I 姨/A =1/4(D 2+d 2姨。代入式(6,得:=40p =100利

16、用拋物線公式計算出懸臂梁的壓應(yīng)力:cr =a-b =427.4MPa兩側(cè)晾衣架軌道桿所受的壓力產(chǎn)生于其自重、雨布軸及雨布的重力,故有:=(G 軌道+G 軸+G 雨布/A 軌道19.6MPa cr由穩(wěn)定性校核公式得:n =F cr /F n st ,其中F 為工作壓力。由于晾衣桿主要受風(fēng)載荷和重力作用,即F 很小,所以安全系數(shù)n st 遠大于n ,因此晾衣架桿件的穩(wěn)定性符合要求。4樣機研制及試驗本文根據(jù)上述設(shè)計方案研制了物理樣機,樣機照片如圖10所示。通過在物理樣機上模擬試驗,初步試驗結(jié)果驗證了本設(shè)計方案是可行的。5結(jié)語由于本文物理樣機的研制是基于對設(shè)計方案可行性驗證的設(shè)計,若該設(shè)計方案用于產(chǎn)品生產(chǎn),在部分構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和材料選取上還需重新設(shè)計,并需對晾衣架整體被雨布包裹后的抗風(fēng)能力進行ANSYS 模擬分析。但本文的分析方法和結(jié)果對該產(chǎn)品的研制具有重要的實際意義。參考文獻1壽宏曉,張國鳳,彭來湖.自動感應(yīng)伸縮的雨布晾衣架:中國,CN101158108P .2008-04-09.2李佳.折疊式晾衣架:中國,CN2552985P .2003-05-28.3余成波.自動晾衣架:中國,CN2541496