鋁電解槽用打殼機(jī)的設(shè)計(jì)過程畢業(yè)論文

鋁電解槽用打殼機(jī)的設(shè)計(jì)過程摘要眾所周知，鋁合金在人們的日常生活中及工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用。目前鋁的生產(chǎn)是用鋁電解槽。其在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生殘?jiān)?，需要定時(shí)進(jìn)行清除。目前普遍使用人力與氣動(dòng)打殼機(jī)共同完成打殼作業(yè)，但是鋁電解槽的溫度高達(dá)960度，不便于人工作業(yè)，所以迫切需要實(shí)現(xiàn)全機(jī)械化的打殼作業(yè)。本論文主要討論了鋁電解槽用打殼機(jī)的設(shè)計(jì)過程，其主要包括：機(jī)械臂部分、液壓系統(tǒng)部分、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分以及行走機(jī)構(gòu)四大部分。主要以調(diào)整沖擊器位置的機(jī)械臂部分以及為機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力的液壓系統(tǒng)為核心展開設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)查閱的資料，參照鑿巖車及起重機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，首先初步確定鋁電解槽打殼機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)械臂和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其中液壓系統(tǒng)由于主要是為大臂及機(jī)頭部分的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，所以把機(jī)械臂設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一個(gè)整體來設(shè)計(jì)。通過前一段時(shí)間的計(jì)算和校核，確定了機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，初步繪制鋁電解槽用打殼機(jī)的結(jié)構(gòu)草圖，草圖繪制完成后，又進(jìn)行了一系列的校核，包括：機(jī)械臂的強(qiáng)度校核、齒輪的校核以及車體的傾覆穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算完這些，打殼機(jī)的整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)就基本完成了，最后再完成圖紙，圖紙全部采用CAD繪制，到此電解槽用打殼機(jī)的設(shè)計(jì)全部結(jié)束。關(guān)鍵詞：打殼機(jī)；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核AbstractItiswellknown,thealuminumalloyhasaveryimportantroleinpeople'sdailylifeandtheindustrialproduction.Atpresent,aluminumcellisusedtoproducethealuminum.Itcanproducetheresiduaintheprocessofproduction,sotoclearawayresiduaisneededatfixedtime.Atpresent,thewidespreadusingofhumanandaerodynamicShellercompletesShelleroperations.Butwhenthetemperaturereachesashighas960degreecentigrade,itisinconveniencetooperation.Thereforeitneedstoachievefullmechanizationtohittheshellwork.Thisthesismainlydealswiththedesigningofaluminumshell-breakingmachineusedinaluminumelectrobaths.Thisprojectmainlyconsistsofthedesignofmachinearms,hydraulicsystem,gyrationsystemandhoofsystem,ofwhichthelasttwocomposethefoundationofthisproject.Mainlyitisdesignedbythecoreoftakingadjuststheimpactpositionthemechanicalarmtobepartialaswellasprovidesthepowerasthemechanicalarmmovementthehydraulicsystem.Intheprocessofdesign,accordingtothereferencematerials,therockdrillingvehicleandthehoistcranemechanismisconsidered.Firstlythealuminumcellthrasherthemechanismisdetermined,theneachorganizationisdesigned.Thebasicofdesignisthemechanicalarmandthehydraulicsystem.Becausehydraulicsystemmainlyprovidesthepowerforthebigarmandthenosesectionmovement,itisawholetodesignthemechanicalarmandthehydraulicsystem.Mostparametersofthemachineweredeterminedbycalculationandexamination.Onthisbasis,theinitialstructuremapofectrolytictankshellwascompleted.Afterthat,adequateexaminationsweredoneincludingtheintensitycheckofthemachinearms,themoduluscheckingcomputationofthegears,andthestabilitycheckingcomputationofthebodywork.Thenitwasroughlyfinished.AtlasttheblueprintprotractionwasmappedbyCAD.Alltheaforementionedworkofthisprojectwasfinished.Keywords:aluminumshell-breakingmachine；organizationdesign；intensitycheck目錄摘要 IAbstract II第1章引言 1第2章設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案 32.1設(shè)計(jì)任務(wù) 32.1.1課題提供的資料 32.1.2課題提出的設(shè)計(jì)要求 42.2總體方案的確定 4第3章機(jī)械臂及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 63.1機(jī)械臂的設(shè)計(jì) 63.1.1機(jī)械臂設(shè)計(jì)的依據(jù) 63.1.2機(jī)械臂尺寸的確定 73.1.3機(jī)械臂的受力分析 93.1.4機(jī)械臂的強(qiáng)度校核 113.1.5剛度校核 133.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 143.2.1液壓缸部分 153.2.2泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 21第4章回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 234.1電動(dòng)機(jī)的選取 234.1.1選擇電動(dòng)機(jī)系列 234.2減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 254.2.1確定總傳動(dòng)比 254.2.2減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25第5章行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 315.1行走機(jī)構(gòu)介紹 315.2驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及減速系統(tǒng)的選擇 315.2.1驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 315.2.2減速機(jī)構(gòu)與車輪 32第6章結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36第1章引言目前國(guó)內(nèi)鋁行業(yè)發(fā)展如雨后春筍般突飛猛進(jìn)，老企業(yè)也不斷地改造擴(kuò)大生產(chǎn)能力，特別是大型預(yù)焙電解槽的出現(xiàn)，對(duì)鋁電解多功能機(jī)組的要求也越來越高，各企業(yè)都視先進(jìn)的設(shè)備為第一生產(chǎn)力，作為企業(yè)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)的首要優(yōu)勢(shì)。鋁電解多功能機(jī)組是預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解生產(chǎn)的專用、關(guān)鍵設(shè)備。它能完成預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的打殼和覆蓋氧化鋁、更換陽(yáng)極、出鋁及輔助提升陽(yáng)極母線等工藝操作。[1]

預(yù)焙槽在電解車間的配置方式有橫向配置和縱向配置兩種，預(yù)焙槽按進(jìn)電方式可分為兩點(diǎn)進(jìn)電槽和大面多點(diǎn)進(jìn)電槽。合理設(shè)計(jì)的多點(diǎn)進(jìn)電槽具有較好的三場(chǎng)分布，生產(chǎn)指標(biāo)好，因而得到了廣泛應(yīng)用。目前，橫向配置多用于新建鋁廠；縱向配置國(guó)外多見。

根據(jù)工藝配置和電解槽進(jìn)電方式的需要，鋁電解多功能機(jī)組可分成電解多功能機(jī)組和地面小車兩大類。

電解多功能機(jī)組按功能的配備可分為全功能電解多功能機(jī)組和簡(jiǎn)易電解天車兩大類，其區(qū)別主要在于前者具有全自動(dòng)更換陽(yáng)極裝置和自己配備有打殼動(dòng)力源，而后者只有陽(yáng)極提升、下降機(jī)構(gòu)，同時(shí)兼作出鋁用。

鋁電解多功能機(jī)組按操縱方式可分為駕駛室操縱機(jī)組和遙控機(jī)組兩種形式。駕駛室操縱機(jī)組按駕駛室及工具的配置位置又有高位機(jī)組和低位機(jī)組之分。

地面小車有：打殼換極車、加料車、出鋁車等。

打殼機(jī)構(gòu)目前國(guó)內(nèi)大部分鋁廠使用的打殼機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率高，但本世紀(jì)初在云南、焦作鋁廠使用的打殼機(jī)構(gòu)為全液壓結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)力量大，頻率低，但對(duì)低位天車來說不易采用，對(duì)回轉(zhuǎn)和擊頭懸掛主架破壞性較大。

盡管我國(guó)在鋁電解生產(chǎn)實(shí)踐中研究開發(fā)了一系列專用設(shè)備，如多功能聯(lián)合機(jī)組、地爬打殼機(jī)、筒式下料器等，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，機(jī)械化裝備水平尚需進(jìn)一步提高。電解多功能機(jī)組普遍采用橋式起重機(jī)的橋架作為機(jī)組機(jī)構(gòu)，在橋架上配置有多個(gè)工具機(jī)構(gòu)的工具小車、出鋁小車、電葫蘆等。

電解多功能機(jī)組是大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備,隨著大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽的日趨發(fā)展,電解槽操作設(shè)備PTM即鋁電解多功能機(jī)組也逐步發(fā)展并得到廣泛的應(yīng)用。由于電解作業(yè)是在高溫、多粉塵、多腐蝕性氣體、強(qiáng)磁場(chǎng)等極為惡劣的環(huán)境下進(jìn)行打殼、更換陽(yáng)極、下料、出鋁及計(jì)量、陽(yáng)極母線轉(zhuǎn)接等工作,所以必須進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)。國(guó)外的電解技術(shù)主要集中在歐美等國(guó)。法國(guó)ECL公司推出了ECL版型的PTM,德國(guó)NOELL公司推出了NOELL版型的PTM,都能實(shí)現(xiàn)上述功能,并且兩公司在世界上都占有較大的份額,目前ECL是全球最大的PTM供應(yīng)商。[1]由于橫向配置預(yù)焙槽可以提高單位面積產(chǎn)量，具有綜合經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)在建的鋁廠大多選用200KA以上的槽型，多點(diǎn)進(jìn)電。這就給鋁電解多功能機(jī)組發(fā)展起到推動(dòng)作用。

車間的特殊環(huán)境對(duì)電解多功能機(jī)組在可靠性及運(yùn)轉(zhuǎn)率等方面提出了更高要求。由于駕駛室玻璃的防腐問題和能適合于電解車間環(huán)境的高可靠性的空調(diào)機(jī)尚無法解決，機(jī)組作業(yè)時(shí)，駕駛室處于煙氣和熱輻射中，司機(jī)的視場(chǎng)很不好（高位機(jī)組更差），靠地面人工引導(dǎo)作業(yè)，嚴(yán)重影響操作和生產(chǎn)效率的提高。

因而，未來最有發(fā)展前途的鋁電解多功能機(jī)組的品種應(yīng)是：高可靠性、高運(yùn)轉(zhuǎn)率、減輕操作工勞動(dòng)強(qiáng)度、輕而小的多功能機(jī)組。

電解多功能機(jī)組的技術(shù)發(fā)展方向?yàn)椋狠p型化、小型化；功能擴(kuò)大化；功能機(jī)構(gòu)全液壓化；電子化；電氣化；調(diào)速方式采用變頻調(diào)速，調(diào)速性能好；控制方式采用PLC、LOGO，可以減少中間繼電器，降低故障率，提高機(jī)組的可靠性和運(yùn)轉(zhuǎn)率

；操縱方式采用無線電遙控；設(shè)備集中潤(rùn)滑。第2章設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)由于本次設(shè)計(jì)的鋁電解槽打殼機(jī)是提供給鋁廠的鋁電解槽車間現(xiàn)場(chǎng)使用，所以設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要盡量合乎車間的使用要求。2.1.1課題提供的資料（1）總體構(gòu)思圖，如圖2-1：圖2-1打殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖（2）車間現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境：車間內(nèi)部空間寬闊，所以打殼機(jī)的運(yùn)行及回轉(zhuǎn)在空間方面所受限制較小。（3）本次設(shè)計(jì)的打殼機(jī)的應(yīng)用范圍：本打殼機(jī)應(yīng)用于長(zhǎng)9m，寬3m，深1.6m的鋁電解槽的殘?jiān)謇砉ぷ鳎娊獠鄄鄣讱堅(jiān)穸葹?00～450mm。2.1.2課題提出的設(shè)計(jì)要求機(jī)頭壓緊力：10～15KN。車體移動(dòng)速度：8～10m/min。2.2總體方案的確定根據(jù)課題提供的構(gòu)思圖，另外參照鑿巖臺(tái)車及起重機(jī)等典型相關(guān)機(jī)械的結(jié)構(gòu)，初步確定鋁電解槽打殼機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-2：[2]1、2、3、4-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速齒輪組，5-回轉(zhuǎn)平臺(tái)，6-機(jī)身底座，7-車輪，8-軸圖2-2打殼機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖本次設(shè)計(jì)的打殼機(jī)主要機(jī)構(gòu)包括機(jī)械臂部分、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)四大部分，其中各部分的主要功能如下：（1）機(jī)械臂部分：機(jī)械臂主要是帶動(dòng)機(jī)頭部分（包括沖擊器導(dǎo)軌及機(jī)頭沖擊器）運(yùn)動(dòng)，以使其能實(shí)現(xiàn)空間位置的變化，能夠徹底清理槽底的殘?jiān)＃?）液壓系統(tǒng)：其主要功能是為機(jī)械臂的舉升機(jī)頭整體角度的調(diào)整以及為機(jī)頭沖擊器提供壓緊力。（3）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：其主要作用是帶動(dòng)回轉(zhuǎn)平臺(tái)及其上的機(jī)械臂部分回轉(zhuǎn)。（4）行走機(jī)構(gòu)：是打殼機(jī)車身移動(dòng)必不可少的部分，主要作用是帶動(dòng)打殼機(jī)整體在電解槽槽面導(dǎo)軌上運(yùn)行。以上敘述的四個(gè)主要結(jié)構(gòu)部分將在以后的章節(jié)中詳細(xì)闡述它們的設(shè)計(jì)過程。其中液壓系統(tǒng)由于主要是為大臂及機(jī)頭部分的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，所以把機(jī)械臂設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一個(gè)整體來設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)草圖2-2中，沒有體現(xiàn)出機(jī)械臂部分、液壓系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分，其中機(jī)械臂及液壓系統(tǒng)布置在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上方，行走機(jī)構(gòu)布置于車身底座下部，具體布置方法將在設(shè)計(jì)過程中確定，體現(xiàn)在裝配圖中。另外，機(jī)頭沖擊器及機(jī)頭導(dǎo)軌部分將由課題給出不作為設(shè)計(jì)任務(wù)，課題提供的機(jī)頭沖擊器參數(shù)為：沖擊器長(zhǎng)度；沖擊器質(zhì)量。第3章機(jī)械臂及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1機(jī)械臂的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，另外參照挖掘機(jī)及鑿巖臺(tái)車等機(jī)械的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)，初步確定機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)如圖3-1：[3-4]1-機(jī)械臂與回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接位置，2-機(jī)械臂位置調(diào)節(jié)液壓缸與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接位置，3-機(jī)械臂與機(jī)械頭鉸接部分鉸接位置。圖3-1機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖3.1.1機(jī)械臂設(shè)計(jì)的依據(jù)（1）車間環(huán)境：工廠車間內(nèi)空間寬闊，故機(jī)械臂的長(zhǎng)度及高度受限制非常小，所以設(shè)計(jì)過程中可以不予考慮，只要機(jī)械臂的長(zhǎng)度及高度能夠滿足工作的要求，并且充分考慮到經(jīng)濟(jì)性及加工裝配的合理性即可。（2）使用該打殼機(jī)的鋁電解槽的尺寸為：長(zhǎng)9m、寬3m、深1.6m，槽底殘?jiān)暮穸葹?00～450mm，所以對(duì)機(jī)械臂的工作要求為：機(jī)械臂位于最低位置時(shí)，應(yīng)保證機(jī)頭沖擊器能夠擊打到電解槽槽底的殘?jiān)?，即機(jī)頭沖擊器的最低位置應(yīng)低于電解槽底。機(jī)械臂在機(jī)器工作時(shí)，帶動(dòng)機(jī)頭部分回轉(zhuǎn)，應(yīng)確保沖擊器能夠沖擊到電解槽邊緣部分的殘?jiān)?。?）在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題車體在回轉(zhuǎn)過程中，機(jī)械臂處于最高位置。應(yīng)確保機(jī)頭沖擊器的最低位置高于鋁電解槽的槽面，以避免機(jī)頭與槽面發(fā)生碰撞。機(jī)械臂處于最低位置時(shí)，不能與回轉(zhuǎn)平臺(tái)發(fā)生碰撞（平臺(tái)寬度初定為1.5m）。3.1.2機(jī)械臂尺寸的確定在經(jīng)過系統(tǒng)的計(jì)算和比較后，選擇機(jī)械臂的長(zhǎng)度尺寸如圖3-2：、、、、γ=133°、1-機(jī)械臂的最高位置，2-機(jī)械臂的最低位置，3-回轉(zhuǎn)平臺(tái)，4-行走底座圖3-2在xz平面的機(jī)械臂動(dòng)作根據(jù)圖3-2中提到的設(shè)計(jì)依據(jù)。驗(yàn)證該尺寸是否合理。（1）為保證機(jī)頭沖擊器能夠清理到電解槽底部的殘?jiān)瑧?yīng)滿足：（3-1）其中：為機(jī)頭沖擊器的長(zhǎng)度，mm；為導(dǎo)軌的長(zhǎng)度，mm。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：滿足上面提到的條件，所以該機(jī)械臂尺寸可以使機(jī)頭沖擊器沖擊槽底殘?jiān)?。?）在打殼機(jī)回轉(zhuǎn)的過程中，為使機(jī)頭沖擊器能夠清理到鋁電解槽邊緣的殘?jiān)?，?yīng)滿足如下的條件：mm所以該長(zhǎng)度尺寸可以保證在回轉(zhuǎn)過程中，機(jī)頭沖擊器能夠清理電解槽邊緣的殘?jiān)?。圖3-3在xy平面的機(jī)械臂尺寸（3）經(jīng)過計(jì)算及繪制草圖，可以知道該機(jī)械臂的長(zhǎng)度尺寸，可以確保機(jī)械臂在工作時(shí)，機(jī)械臂與平臺(tái)間不會(huì)發(fā)生碰撞。至此，機(jī)械臂的長(zhǎng)度尺寸以全部確定。3.1.3機(jī)械臂的受力分析機(jī)械臂的質(zhì)量：機(jī)械臂采用雙側(cè)板焊接箱形結(jié)構(gòu)，側(cè)板使用厚度為10mm的鋼板制成，用厚度為10mm的鋼板焊接成箱形。材料選用45號(hào)鋼。據(jù)此，機(jī)械臂的質(zhì)量經(jīng)計(jì)算得出：kg；機(jī)頭部分的質(zhì)量為：kg。以下將分別對(duì)機(jī)械臂處于最高及最低位置時(shí)的情況進(jìn)行受力分析。（1）機(jī)械臂處于最高位置時(shí)的受力分析，如圖3-4：圖3-4處于最高位置的機(jī)械臂經(jīng)過計(jì)算，圖3-4中，當(dāng)時(shí)即可滿足工作需要，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行受力分析。另外，為機(jī)頭變幅缸所受的重力，；為機(jī)頭部分的整體質(zhì)量，；為機(jī)械臂的質(zhì)量。其位置在以O(shè)為原點(diǎn)，水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸的坐標(biāo)系中。其位置坐標(biāo)P(x,y)經(jīng)計(jì)算為：（3-2）其中：為L(zhǎng)1段機(jī)械臂的質(zhì)量，kg；為L(zhǎng)2段機(jī)械臂的質(zhì)量，kg；為L(zhǎng)1與L2重心位置，、、、。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：根據(jù)水平方向受力平衡以及各力對(duì)O點(diǎn)的彎力矩平衡，列出如下方程組：解此方程組，得：(2)當(dāng)機(jī)械臂處于最低位置時(shí)，其受力分析如圖3-5：圖3-5處于最低位置的機(jī)械臂與（1）中的計(jì)算方法相似，首先計(jì)算出P′(x,y)的坐標(biāo)位置：x=1164、y=-102。根據(jù)水平方向的受力平衡以及各力對(duì)O點(diǎn)的力矩相平衡，列出方程組：由此方程組解，得：、方向如圖3-5所示。3.1.4機(jī)械臂的強(qiáng)度校核由機(jī)械臂的受力分析可以看出。機(jī)械臂與回轉(zhuǎn)平臺(tái)鉸接位置，即圖3-1中B點(diǎn)在機(jī)械臂處于最低位置時(shí)所受力最大，故校核該點(diǎn)的強(qiáng)度。根據(jù)材料力學(xué)中對(duì)擠壓應(yīng)力的計(jì)算方法，有如下力學(xué)公式：[5]（3-3）其中：為擠壓應(yīng)力；為外載荷；為接觸面積。對(duì)該點(diǎn)這類情況，以該點(diǎn)的鉸接孔的平面面積代替公式中,所得的應(yīng)力于實(shí)際應(yīng)力相近故該公式可以寫成：（3-4）其中：t為側(cè)板厚度，t=10mm；D為鉸接孔的直徑，d=50mm。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：因?yàn)?，所以需要改進(jìn)該點(diǎn)結(jié)構(gòu)。改進(jìn)方法：在圖3-2中1、2、3點(diǎn)裝加厚圓盤，厚度均為55mm。算得，滿足其強(qiáng)度的要求。在及段中，段應(yīng)進(jìn)行校核。作段的彎矩圖如圖3-6：圖3-6機(jī)械臂外力及彎矩圖在圖3-6中為點(diǎn)所的受力，通過對(duì)機(jī)頭變幅缸受力分析，可以得出。另外、在段內(nèi)：在段內(nèi)：由彎矩圖3-6可以看出，A點(diǎn)彎矩最大，為危險(xiǎn)截面，故應(yīng)校核A點(diǎn)的強(qiáng)度。彎曲的強(qiáng)度條件為：（3-5）其中：為最大彎矩，；為抗彎截面系數(shù)；對(duì)此種箱形結(jié)構(gòu)，其計(jì)算方法如圖3-7：圖3-7機(jī)械臂的箱形結(jié)構(gòu)機(jī)械臂材料選用45#鋼，其許用應(yīng)力為：～將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：，故滿足強(qiáng)度要求。3.1.5剛度校核將段機(jī)械臂作為一個(gè)懸臂梁來計(jì)驗(yàn)算其剛度，簡(jiǎn)圖如圖3-8：圖3-8外力分析將G和N合成到A點(diǎn)，如圖3-9：圖3-9A點(diǎn)的受力分析其中：，，查閱文獻(xiàn)可以得到機(jī)械臂在此種載荷作用下的變形。[5]作用下的端截面的轉(zhuǎn)角：在與的合力P的作用下：則A點(diǎn)的轉(zhuǎn)角為：點(diǎn)的撓度（3-6）3.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)的打殼機(jī)中，液壓系統(tǒng)的主要功能是調(diào)整機(jī)械臂及機(jī)頭導(dǎo)軌和沖擊器部分的位置，以滿足工作要求。液壓系統(tǒng)的作用主要表現(xiàn)在以下方面：（1）舉升缸：用來控制機(jī)械臂在垂直方向的升降，以帶動(dòng)機(jī)頭沖擊器完成清理電解槽底部殘?jiān)墓ぷ鳌＃?）機(jī)頭變幅缸：用來調(diào)整機(jī)頭與機(jī)械臂間的夾角，一方面保障機(jī)頭沖擊器正常完成清理殘?jiān)墓ぷ鳎硪环矫嬖诨剞D(zhuǎn)過程中保證機(jī)頭沖擊器不會(huì)與電解槽槽面發(fā)生碰撞。（3）機(jī)頭壓力缸：為機(jī)頭沖擊器提供壓緊力F，其大小為10～15KN，以確保在工作過程中沖擊器對(duì)槽底殘?jiān)凶銐虻臎_擊力。初步確定液壓系統(tǒng)壓力為，以下將詳細(xì)進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。3.2.1液壓缸部分（1）機(jī)頭壓力缸部分1）計(jì)算公式：[6]（3-7）其中：為液壓缸工作腔，；為回油腔的壓力，當(dāng)回油路上無閥類阻力直接進(jìn)入油箱時(shí)，的范圍為0.2～0.5??；為液壓缸內(nèi)徑；為活塞桿直徑，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，應(yīng)取d/D=0.5～0.7，所以取d/D=0.6；為最大外負(fù)載，；為液壓缸機(jī)械故障，一般取0.9～0.97。取。將以上各數(shù)據(jù)代入上式中，得：選取，的液壓缸。機(jī)頭壓力缸行程的確定：在課題提供的資料中，電解槽槽底殘?jiān)穸葹?00～450mm，故壓力缸的行程S應(yīng)取，以保證在沖擊器部分工作的過程中始終能為其提供壓緊力。機(jī)頭壓力缸壁厚的確定液壓缸缸筒的計(jì)算與驗(yàn)算方法有以下的公式：[7]當(dāng)即時(shí)（3-8）其中：為最高允許壓力，；為缸筒材料的許用應(yīng)力，選安全系數(shù)計(jì)算出。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：缸筒材料使用45#鋼，其。根據(jù)以上計(jì)算，選取液壓缸臂厚。缸筒壁厚的驗(yàn)算：液壓缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全。（3-9）其中：為缸筒外徑，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：為避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形,液壓缸額定壓力值應(yīng)與塑性變形壓力值有一定的比例范圍：～。所以～。根據(jù)以上的驗(yàn)算可以看出，當(dāng)系統(tǒng)壓力為時(shí)，值處于安全范圍內(nèi)?；钊麠U的強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)活塞桿端和負(fù)載的連接點(diǎn)到液壓缸的支承點(diǎn)間的距離～時(shí)，活塞桿須進(jìn)行彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算，其公式如下：（3-10）其中：為活塞桿材料彈性模數(shù)；為活塞桿橫截面慣性矩。；為安全及導(dǎo)向系數(shù)，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：（3-11）其中：為活塞桿最大工作負(fù)荷，；為安全系數(shù)，一般取。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：至此，機(jī)頭壓力缸的計(jì)算完成。（2）機(jī)頭變幅缸設(shè)計(jì)機(jī)頭變幅缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與壓力缸計(jì)算方法相同。1）首先，確定機(jī)頭變幅缸的最大外負(fù)載，通過對(duì)機(jī)頭部分的受力分析，可以得。各數(shù)值均與計(jì)算機(jī)頭壓力缸過程中取值相同，即；；；；。根據(jù)書提供的液壓缸規(guī)格尺寸，選取，的液壓缸。機(jī)頭變幅缸行程的確定行程。機(jī)頭變幅缸壁厚的確定取。缸筒壁厚的驗(yàn)算為保證工作安全：為避免在工作過程中缸筒發(fā)生塑性變形：～所以～～。根據(jù)以上驗(yàn)算可以看出，當(dāng)系統(tǒng)壓力為時(shí)，機(jī)頭變幅缸各方面參數(shù)合理?；钊麠U強(qiáng)度計(jì)算所以活塞桿的彎曲穩(wěn)定性經(jīng)驗(yàn)算滿足穩(wěn)定條件。（3）大臂舉升缸的設(shè)計(jì)行程S的計(jì)算參照下圖3-10，圖中為大臂支點(diǎn)與舉升缸間的距離，，、分別為機(jī)械臂位于上極限位置與下極限位置時(shí)，機(jī)械臂舉升缸的長(zhǎng)度、舉升缸的行程與、關(guān)系為，、的計(jì)算過程如圖3-10：圖3-10液壓缸的行程利用圖3-10中的幾何關(guān)系，可以推導(dǎo)出與的計(jì)算公式：所以。缸徑的確定在對(duì)機(jī)械臂的受力分析過程中，可以看出，機(jī)械臂舉升缸的最大外負(fù)荷。參照的液壓缸規(guī)格，選取，。舉升缸壁厚δ的確定取。舉升缸的驗(yàn)算為保證工作的安全：為避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，值應(yīng)滿足：～。所以～～由以上的設(shè)計(jì)及計(jì)算可以看出，舉升缸參數(shù)比較合理。由于機(jī)械臂舉升缸～，所以應(yīng)對(duì)其活塞桿進(jìn)行彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算：此活塞桿尺寸滿足穩(wěn)定性要求。至此，液壓缸部分設(shè)計(jì)完成。3.2.2泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇（1）液壓泵流量的確定在此液壓系統(tǒng)中，三個(gè)液壓缸可以同時(shí)工作，按照多液壓缸同時(shí)動(dòng)作的情況來計(jì)算泵的流量，其公式為：（3-12）其中：為泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3之間，在此系統(tǒng)中選??；為同時(shí)工作的三個(gè)液壓缸的最大總流量，。將以上各數(shù)據(jù)代入式（3-26），得：根據(jù)液壓泵規(guī)格，選取CB—98型齒輪泵，其各種參數(shù)見表3-1：表3-1齒輪泵基本參數(shù)型號(hào)排量額定轉(zhuǎn)速額定壓力容積效率驅(qū)動(dòng)功率質(zhì)量%CB—9898.1145010≥9027.118.3（2）油箱容量及尺寸的確定以泵的總額定流量為依據(jù)，充分考慮到介質(zhì)循環(huán)過程中散熱、沉淀、排氣等需要，按2～7總?cè)莘e流量設(shè)計(jì)油箱，本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)屬低壓系統(tǒng)，取2～4泵的額定流量。泵的額定流量：所以油箱容積：（3）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇1）電動(dòng)機(jī)電壓選擇由于工廠車間內(nèi)有380V的供電系統(tǒng)，故選取電動(dòng)機(jī)電壓V=380V。2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定的，在確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，一般需考慮減速裝置傳動(dòng)比，兩者相互配合，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)全面比較才能確定，但對(duì)一些不需調(diào)速的高、中速機(jī)械可以選用相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)不需機(jī)械減速裝置而直接傳動(dòng)。根據(jù)以上選取方法，綜合考慮泵的轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)功率，選取Y180L-4三相異步電動(dòng)機(jī)。[7]第4章回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，回轉(zhuǎn)部分的主要作用是帶動(dòng)機(jī)械臂及機(jī)頭部分的回轉(zhuǎn)，其功能體現(xiàn)在以下幾方面：（1）在打殼機(jī)工作過程中，控制機(jī)械臂及機(jī)頭部分的回轉(zhuǎn)，以擴(kuò)大沖擊器的工作范圍。（2）實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂及機(jī)頭部分在水平面內(nèi)的360°回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖4-1：1-電動(dòng)機(jī)，2-減速器圖4-1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.1電動(dòng)機(jī)的選取4.1.1選擇電動(dòng)機(jī)系列按工作要求及工作條件選用三相異步電動(dòng)機(jī)電壓380V，Y系列。4.1.2計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率（1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)時(shí)所要克服的總旋轉(zhuǎn)阻力矩：（4-1）其中：為旋轉(zhuǎn)支承裝置中的摩擦阻力矩；為風(fēng)力阻力矩；為由道路坡度造成的旋轉(zhuǎn)阻力矩。在此次設(shè)計(jì)的打殼機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，和可以不計(jì)算，忽略。（4-2）其中：為徑向軸承中的摩擦阻力矩；為止推軸承中的摩擦阻力矩；為水平滾輪支承的摩擦阻力矩。參照起重機(jī)械旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算，可以求出。（2）功率的計(jì)算首先計(jì)算靜功率（4-3）其中：為打殼機(jī)每分鐘旋轉(zhuǎn)速度，按課題要求，機(jī)頭部分回轉(zhuǎn)線速度為，據(jù)此可求出=；為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：考慮到機(jī)械起動(dòng)的影響，選用較大功率（4-4）其中：為安全系數(shù)，查表取，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：所以選取Y90S-4電動(dòng)機(jī)。4.2減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1確定總傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比可根據(jù)下式計(jì)算得出：（4-5）其中：為電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，；為工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，根據(jù)課題提供的要求，機(jī)頭的沖擊器部分的旋轉(zhuǎn)角速度應(yīng)該為。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：4.2.2減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）由于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速比比較大，故選用減速器與齒輪減速共同作用的結(jié)構(gòu)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸出功率，選擇直聯(lián)型二級(jí)針輪減速機(jī)，其型號(hào)為ZLED0.75-63-187，其傳動(dòng)比。（2）齒輪部分的減速比。根據(jù)傳動(dòng)比的分配方法，并綜合考慮本機(jī)構(gòu)的具體情況，確定圖4-1中各齒輪的齒數(shù)。確定齒數(shù)及傳動(dòng)比：；；；；；；。1）直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核選材料、熱處理方法、定精度等級(jí)[8]大小齒輪材料均為20Cr，滲碳淬火，56～62HRC，由表查得，，，精度等級(jí)為8級(jí)，即8CGB11365。初步設(shè)計(jì)按接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)（4-6）其中：為配對(duì)材料修正系數(shù)，查表得，；為載荷系數(shù)，；—齒數(shù)比，；—齒寬系數(shù)，；為轉(zhuǎn)矩，；—許用接觸應(yīng)力系數(shù)，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得幾何尺寸計(jì)算分錐角：（4-7）模數(shù)：（4-8）其中：為分度圓直徑，；為齒數(shù)，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得：取。分度圓直徑：（4-9）外錐距：（4-10）齒寬：（4-11）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核[9]（4-12）其中：為齒寬中點(diǎn)周向力，；為有效齒寬，；為齒寬中點(diǎn)模數(shù)，；為工況系數(shù)，查表得，；為動(dòng)載系數(shù)，查表得，；為齒間載荷的分布系數(shù)，查表得，；為齒向載荷的分布系數(shù)，通過計(jì)算得出；為展成齒輪的齒輪修正系數(shù)，；為齒頂加載時(shí)應(yīng)力修正系數(shù)，；為重合度系數(shù)，查表得；為螺旋角系數(shù)，；為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的錐齒輪系數(shù)，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得（4-13）其中：為齒根彎曲疲勞極限，查表得；為最小安全系數(shù)，查表得；為修正系數(shù)，；為壽命系數(shù)，；為尺寸系數(shù)。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得所以該齒輪滿足使用要求。2）直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核精度等級(jí)及齒輪、材料的選擇：因?yàn)槠錇橐话愎ぷ鳈C(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度。材料選擇：40Cr滲碳淬火，硬度為56HRC，，。齒數(shù)選擇：、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（4-14）其中：為載荷系數(shù)，；為小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，；為齒寬系數(shù)，；為材料的彈性影響系數(shù)，；為接觸疲勞強(qiáng)度極限，；為齒輪齒數(shù)之比，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得取，所以，。按齒輪彎曲強(qiáng)度的校核（4-15）其中：為分度圓的圓周力，；為工作齒寬，mm；為法面模數(shù)，mm；為工況系數(shù)，查表得，；為動(dòng)載系數(shù)，查表得，；為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)，查表得，；為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)，；為齒形系數(shù)，；為應(yīng)力修正系數(shù)；；為重合度系數(shù)，；為螺旋角系數(shù)，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得（4-16）其中：為壽命系數(shù)，查表得，；為材料齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，；為安全系數(shù)，查表得，；為相對(duì)齒輪圓角敏感系數(shù)，查表得，；為尺寸系數(shù)，查表得，；為應(yīng)力修正系數(shù)，查表得，；為相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)，查表得，。將以上各數(shù)據(jù)代入上式，得所以滿足使用要求。第5章行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1行走機(jī)構(gòu)介紹在此打殼機(jī)中，行走機(jī)構(gòu)是車體運(yùn)行必不可少的部分，主要作用是帶動(dòng)打殼機(jī)整體在槽面導(dǎo)軌上運(yùn)行，帶動(dòng)沖擊器，使機(jī)頭沖擊器能夠全面徹底地清理槽底殘?jiān)?，如圖5-1所示。圖5-1行走機(jī)構(gòu)5.2驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及減速系統(tǒng)的選擇與車輪5.2.1驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（1）選擇電動(dòng)機(jī)系列按工作要求及工作條件選用三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓380V，Y系列。