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機(jī)械手的給定工作區(qū)內(nèi)的一種 6 自由度并聯(lián)關(guān)鍵點(diǎn)三維設(shè)計(jì)方法
摘要：本文提出了在給定工作區(qū)內(nèi)一種6自由度的新三維設(shè)計(jì)新方法 。許多關(guān)鍵特性已經(jīng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和拉格朗日乘數(shù)法。此外，在整個(gè)機(jī)械手的直接幾何關(guān)系中導(dǎo)出了參數(shù)。提出了設(shè)計(jì)方法，關(guān)于這些關(guān)鍵點(diǎn)特性具有很高的效率和準(zhǔn)確性。此外，避免了復(fù)雜機(jī)械手的工作空間和無(wú)量綱化推導(dǎo)分析從而可能讓這種方法的廣泛應(yīng)用。
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1 .導(dǎo)言
對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的關(guān)注主要是發(fā)現(xiàn)他們有更好的承載能力，更好的剛度，和比串聯(lián)機(jī)器人更好的精度[1-4]。因此并聯(lián)機(jī)器人的研究已成為一個(gè)熱門(mén)的國(guó)際機(jī)器人研究領(lǐng)域?[5-9]。并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程是機(jī)械產(chǎn)品中最具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。設(shè)計(jì)機(jī)器人[10-12]的配置，機(jī)械臂的幾何參數(shù)應(yīng)由三維設(shè)計(jì)決定。引用?[13，14]?中提出的參數(shù)設(shè)計(jì)方法分別用于6 自由度歌賦型機(jī)器人和3自由度并聯(lián)機(jī)器人。
一般來(lái)說(shuō)，最重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是讓機(jī)器人在給定工作區(qū)工作。到目前為止，有主要有兩種方法，根據(jù)給定的工作區(qū)的并聯(lián)機(jī)器人的幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一次使用多點(diǎn)來(lái)描述給定工作區(qū)，然后檢查機(jī)械手的每個(gè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求是否符合參數(shù)[15-17]，與另一個(gè)邊界的機(jī)械手之間建立參數(shù)和工作區(qū)中的函數(shù)，然后確保給定工作區(qū)是機(jī)械手的工作空間邊界內(nèi)[18-22]?；谖覀?cè)谶@項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，本文試圖探索給定的工作區(qū)6自由度并聯(lián)機(jī)器人新的三維設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法是快速的，它的結(jié)果是準(zhǔn)確的。
在我們以前的工作中，這種新型的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中用到了?3-3'-PSS?配置。
與傳統(tǒng)?6-SPS?并聯(lián)機(jī)器人相比這?3-3'-PSS?并聯(lián)的機(jī)械臂性能允許更高的各向同性的、更大的旋轉(zhuǎn)范圍移動(dòng)平臺(tái)，減少了身體慣性。
若要開(kāi)始設(shè)計(jì)，應(yīng)清楚的描述所需的工作區(qū)。因?yàn)椴荒芤詧D形方式表示?6 維工作區(qū)，以人類(lèi)可讀的方式，沒(méi)有一般的方法來(lái)分析確定的?6-D?工作區(qū)的邊界6 自由度并聯(lián)機(jī)器人，大多數(shù)文獻(xiàn)?[23-27]?將?6-D?區(qū)劃分為工作區(qū)的位置和方位工作空間。工作區(qū)的位置是指機(jī)械手的移動(dòng)平臺(tái)可以達(dá)到一定的取向的空間。它可以容易地描述。方位工作空間是移動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)在某一時(shí)刻的所有方向的集合。然而，由于旋轉(zhuǎn)角度的復(fù)雜性，方位工作空間很難確定和代表?？紤]到我們并聯(lián)機(jī)械手的對(duì)稱(chēng)性，簡(jiǎn)明描述?6-D?區(qū)找到了種的三維設(shè)計(jì)。
本文的結(jié)構(gòu)如下。第二節(jié)介紹了建模的設(shè)計(jì)問(wèn)題及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。第3節(jié)介紹如何找到關(guān)鍵點(diǎn)特征。第4節(jié)中，討論了設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。最后，第5節(jié)中總結(jié)發(fā)言。
2．模型的設(shè)計(jì)問(wèn)題和力學(xué)分析
新的PSS '3-3并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由一個(gè)移動(dòng)的平臺(tái)，一個(gè)固定基座，
和六個(gè)具有相同的幾何結(jié)構(gòu)支撐臂組成。四肢編號(hào)從1到6的每個(gè)肢體由一個(gè)棱柱形接頭，一個(gè)球形接頭和聯(lián)合空間綜合信息網(wǎng)絡(luò)球系列連接到固定基地到所述移動(dòng)平臺(tái)。一個(gè)線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的棱柱沿著固定軌道各肢的關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)Bi和關(guān)節(jié)Ai之間是長(zhǎng)為L(zhǎng)i的剛性連桿（I =1，...，6）
1，2，和3被設(shè)置成位于一水平面的PB它們的軸線四肢的三個(gè)線性致動(dòng)器，且當(dāng)這些軸不交于一點(diǎn)時(shí)它們的軸之間的夾角為120°。這些軸與操縱器的對(duì)稱(chēng)軸之間的距離是相同的，在這里我們使用一個(gè)參數(shù)來(lái)表示該距離。其他三個(gè)線性執(zhí)行器四肢4,5，和6被設(shè)置成垂直的軸線。關(guān)節(jié)的移動(dòng)平臺(tái)A1?A6分布在中心對(duì)稱(chēng)的半徑為a的一個(gè)圓上。這種操縱器的中心在平面PB的交叉點(diǎn)和操縱器的對(duì)稱(chēng)軸上，在其上連接有固定笛卡爾參考幀-O {X，Y，Z}。固定框架y軸和z軸都在平面PB上，并且與操縱器的對(duì)稱(chēng)軸的X軸重合。移動(dòng)框架O'{X'，Y'，Z'}連接移動(dòng)平臺(tái)O點(diǎn)“，這是指向位于圓心上的A1?A6。關(guān)于機(jī)械手是軸對(duì)稱(chēng)的事實(shí)，移動(dòng)臺(tái)處于初始位置時(shí)讓點(diǎn)O'與點(diǎn)O重合，從而操縱器的工作空間相對(duì)于固定框ò也是軸對(duì)稱(chēng)。
設(shè)計(jì)的操縱器的幾何參數(shù)前，所需的工作空間應(yīng)明確說(shuō)明。從前面的討論中可以看出，簡(jiǎn)明地描述所需6-D的工作區(qū)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。在這個(gè)研究中，對(duì)移動(dòng)臺(tái)的方向的說(shuō)明，僅指示向量（顯示在圖2中），而不是繞其對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)而言。事實(shí)上，這是許多機(jī)床有著的同樣的情況。在此基礎(chǔ)上，我們使用一組特殊的歐拉角來(lái)表示的移動(dòng)平臺(tái)的方向。移動(dòng)平臺(tái)的首先由一個(gè)角度φ固定x軸，然后由角度θ固定z軸，最后由角φ固定x軸（圖2）。我們可以把旋轉(zhuǎn)矩陣簡(jiǎn)單的寫(xiě)成這種情況：
3.在給定的工作空間機(jī)器人的關(guān)鍵特征
在這項(xiàng)研究中，通過(guò)大量的計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)在qi最大范圍內(nèi)，盡管給定的工作區(qū)和操縱器的尺寸在改變，αBi和αAi總是發(fā)生在一定位置。這一特點(diǎn)對(duì)尺寸設(shè)計(jì)非常有幫助，所以我們稱(chēng)這些位置為關(guān)鍵點(diǎn)。本節(jié)將證明理論上使用拉格朗日乘子的方法，建立關(guān)鍵點(diǎn)。
為了推廣，我們做了三維設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)量通過(guò)讓他們每個(gè)人用鋼筋混凝土進(jìn)行劃分。因此，工作空間汽缸的無(wú)量綱半徑為1，并且其無(wú)量綱高度為2H。其中，H= HC / Rc。因此，基于該無(wú)量綱工作空間的尺寸設(shè)計(jì)的結(jié)果不能被直接當(dāng)作操縱器的幾何參數(shù)，除非由RC乘以它們所有（應(yīng)當(dāng)注意的是，在此過(guò)程中角度不影響）。由于機(jī)械手的配置兩肢體的人群有不同的關(guān)鍵特征。因此，兩肢組的特性，應(yīng)分別研究。
4.基礎(chǔ)的三維設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵點(diǎn)及其應(yīng)用
在上一節(jié)找到對(duì)應(yīng)的工作空間內(nèi)操縱的一些重要關(guān)鍵點(diǎn)的特征。其要點(diǎn)是極端位置，這將導(dǎo)致在給定的工作空間中操縱器的最壞運(yùn)動(dòng)學(xué)條件。如果操縱器可在關(guān)鍵點(diǎn)達(dá)到所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能，那么這個(gè)運(yùn)動(dòng)性能將在給定的工作空間中保證每個(gè)點(diǎn)。這些特性可以被用于確定所述操縱器的幾何參數(shù)，從而在三維設(shè)計(jì)將具有非常高的效率和準(zhǔn)確性。對(duì)于這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法的主要步驟如下：
1.描述所需的工作空間。研究了操縱器的工作任務(wù)，并計(jì)算出所需要的空間和方向。然后選擇與可以只達(dá)到要求的給定的工作空間有一定指向靈巧指數(shù)缸。如果所需的工作空間是復(fù)雜的，它可以被描述為多個(gè)同軸圓柱體具有不同指向靈巧指數(shù)與圖4所示。在這種狀態(tài)下，下面的設(shè)計(jì)步驟2-5，對(duì)于每個(gè)氣缸都應(yīng)進(jìn)行，其結(jié)果應(yīng)結(jié)合作為最終的解決方案。
2.給定的工作空間量綱。對(duì)于每個(gè)氣缸，讓其半徑和高度由它自己的半徑進(jìn)行劃分。
3.明確額外的設(shè)計(jì)要求和使用表1中找到所有需要的關(guān)鍵點(diǎn)。如果關(guān)節(jié)角的范圍沒(méi)有限制，可以與工作區(qū)保證的關(guān)鍵點(diǎn)或相應(yīng)的直接關(guān)系建立所述幾何參數(shù)的約束關(guān)系。（參考表1）。如果接頭角度是有要求限制的，應(yīng)與最大αBi和最大αAi的關(guān)鍵點(diǎn)或相應(yīng)的直接關(guān)系建立所述幾何參數(shù)的約束關(guān)系。（參考表 1）
4.確定的幾何參數(shù)。找到能滿(mǎn)足前面建立的步驟中的約束關(guān)系的適當(dāng)?shù)膮?shù)。這些約束關(guān)系，a和Li有許多可能的解決方案可以找到。一般最小的a和Li將導(dǎo)致操作者的最小量應(yīng)被選擇。應(yīng)當(dāng)注意的是，只有一個(gè)肢需要被確定給每個(gè)組，因?yàn)椴僮髡呤菍?duì)稱(chēng)。在一些情況下，a和Li可能有具有因工作任務(wù)的額外的限制，并且步驟可用于進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束關(guān)系。
5.獲得的a和Li應(yīng)應(yīng)乘以圓柱的半徑得到維數(shù)。然后他們可以作為機(jī)器人的幾何參數(shù)。
6.確定其余的幾何參數(shù)。
如果有多于一缸用于工作區(qū)說(shuō)明，在第?5?步中得到的結(jié)果應(yīng)該作為一個(gè)相結(jié)合
解決方案。那就是，選擇的最大值和李之間所有氣缸的結(jié)果作為最后的解決辦法。因此，聯(lián)合解決方案：
能滿(mǎn)足各種約束關(guān)系的每個(gè)氣缸。在那之后，αBi?和?αAi?的范圍應(yīng)當(dāng)重新計(jì)算與最終解決方案的關(guān)鍵點(diǎn)船帆齊和最低氣或?（請(qǐng)參閱表?1）?的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以確定李和練習(xí)場(chǎng)。應(yīng)當(dāng)指出：所有氣瓶必須檢查在此過(guò)程中，其結(jié)果應(yīng)作為最后的結(jié)果相結(jié)合。
在這里，我們的項(xiàng)目用來(lái)證明該設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用。我們所需的工作區(qū)可以用描述
筒?（缸?1）?與半徑為?600?毫米，高度為?800?毫米和?0 °?時(shí)，指向靈巧和氣缸（缸?2）?與半徑
200?毫米、?高度為?400?毫米和?30 °?的指點(diǎn)靈巧。各關(guān)節(jié)角度被限制為小于?45 °。此外，參數(shù)
需求大于?350?毫米將在移動(dòng)平臺(tái)放置對(duì)象的尺寸和接頭的尺寸。為缸?1，與最大值?αBi?和最大值?αAi?的關(guān)鍵點(diǎn)，可以獲得參數(shù)的最小的解作為L(zhǎng)i=1050?毫米?（i?=?1 2、 3）?和Li?=?850?毫米?（i?=?4,5,6）?而不是參與。油缸2，最小的解的參數(shù)可以作為發(fā)現(xiàn)?a=?350?毫米，Li=?1050?毫米?（i?=?1 2、 3）?和Li=?1000?毫米（i=?4,5,6）?與要點(diǎn)船帆?αBi?和最大值?αAi。結(jié)合這兩項(xiàng)結(jié)果，可以得到該機(jī)械手的最終解，作為?a=?350?毫米，Li=?1050?毫米?（i=
1 2、 3）?和Li=?1000?毫米?（ia=?4,5,6）。最后，為每個(gè)氣缸帶有計(jì)算的?αBi、αAi?和駕駛中風(fēng)最后的范圍相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)，然后結(jié)合。設(shè)計(jì)結(jié)果如表?2?所示。和與該機(jī)械手的原型
這些設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)如圖?5?所示。
為了驗(yàn)證這些設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，設(shè)計(jì)的機(jī)械手性能在給定工作區(qū)中有
已檢查。我們采取了一系列圓筒截面和離散他們成均勻離散點(diǎn)。每個(gè)這些離散點(diǎn)的取向也進(jìn)行離散化處理。
然后聯(lián)合角度的值記錄在移動(dòng)平臺(tái)達(dá)到每個(gè)位置和方向。
為清楚起見(jiàn)，都會(huì)選擇一些典型的數(shù)據(jù)并繪制在這部分中。當(dāng)設(shè)計(jì)的機(jī)械手工作缸?2?頂塊、?分布的?αBi?和?αAi組?1?所示圖?6?和?7分別。圖?8?和圖?9?顯示了同樣的情況，αBi?和?αAi?2?組。可以觀察到所有關(guān)節(jié)角度都小于45 °，并只是接近?45 °?腿各關(guān)節(jié)角度的最大值出現(xiàn)在的關(guān)鍵點(diǎn)。所有這些結(jié)果都是一致的。
本文分析研究并滿(mǎn)足要求
5.結(jié)論
本文對(duì)此提出了新的三維設(shè)計(jì)方法，為我們的新?' 3-3'-PSS?并聯(lián)機(jī)構(gòu)根據(jù)給定提出了工作區(qū)。這種方法基于幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，避免了機(jī)械手的復(fù)雜分析自己?6-D?區(qū)實(shí)際上并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的描述人類(lèi)可讀的方式。關(guān)鍵點(diǎn)建立簡(jiǎn)單的關(guān)系機(jī)械臂的幾何參數(shù)與工作區(qū)的要求。在此基礎(chǔ)，提出的設(shè)計(jì)方法已
非常高的效率和準(zhǔn)確性。
很多關(guān)鍵點(diǎn)特征已發(fā)現(xiàn)并在表?1?中列出。
要點(diǎn)是極端的立場(chǎng),將導(dǎo)致最嚴(yán)重的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件給定的工作區(qū)。運(yùn)動(dòng)學(xué)性能可以保證在整個(gè)工作區(qū),讓機(jī)械手實(shí)現(xiàn)性能的關(guān)鍵點(diǎn)。此外,一些直接運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何參數(shù)之間的關(guān)系已經(jīng)建立的空間設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)明地描述6 d工作區(qū),使設(shè)計(jì)要求很明顯,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了對(duì)稱(chēng)描述給定的工作區(qū)。這個(gè)描述很容易理解和接近機(jī)械手的操作條件。因此,這種方法可以很容易地用在許多不同的情況。關(guān)鍵點(diǎn)是會(huì)導(dǎo)致極端的立場(chǎng)。
機(jī)械手在給定工作區(qū)中的最差運(yùn)動(dòng)學(xué)條件。運(yùn)動(dòng)學(xué)性能可以保證內(nèi)
給定工作區(qū)，讓整個(gè)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)性能的關(guān)鍵點(diǎn)。此外，一些直接的關(guān)系
之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何參數(shù)已經(jīng)被為三維設(shè)計(jì)建造。
簡(jiǎn)要描述?6-D?區(qū)和清楚的設(shè)計(jì)要求，對(duì)稱(chēng)的描述找到了給定工作區(qū)。此描述是機(jī)械手的非常容易理解和接近工況。其結(jié)果是，這種方法可輕松用于許多不同的情況。這種方法推導(dǎo)了特定類(lèi)型的并行機(jī)制，但找到關(guān)鍵點(diǎn)的想法可能會(huì)用于其它并聯(lián)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型。核心問(wèn)題是找到其職位訂明的工作區(qū)中是獨(dú)立的關(guān)鍵點(diǎn)。
隨著規(guī)模的訂明的工作區(qū)和機(jī)制。這通常需要訂明的工作區(qū)的形狀和機(jī)制的工作區(qū)有一些相似的特征如本例中的軸向?qū)ΨQ(chēng)。在此研究中，任何其他軸對(duì)稱(chēng)的形狀可以用于描述形狀的除了氣缸的給定工作區(qū)。重寫(xiě)的約束方程拉格朗日方法，以及這些形狀的關(guān)鍵點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)與本文類(lèi)似的程序?？赡芎茈y找到關(guān)鍵點(diǎn)，但三維設(shè)計(jì)的并行機(jī)制會(huì)變得非常方便一旦它做了。如果機(jī)制是不對(duì)稱(chēng)的,那么它應(yīng)當(dāng)指出的關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)分別為每個(gè)肢體找到。
提出的設(shè)計(jì)方法基于運(yùn)動(dòng)學(xué)。其實(shí)，關(guān)節(jié)角?αBi?和?αAi，本文主要研究有直接
雅可比矩陣，然后動(dòng)態(tài)的關(guān)系?；谶@項(xiàng)工作，在不久的將來(lái)，將研究基于動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)方法。
確認(rèn)
這項(xiàng)工作部分支持主要國(guó)家基本研究中國(guó)的發(fā)展計(jì)劃?（973?計(jì)劃）
（第?2013CB035501?號(hào)），和國(guó)家自然科學(xué)基金?（批準(zhǔn)號(hào)：?51335007）。
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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
前言
帶式運(yùn)輸機(jī)是一種連續(xù)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械，別廣泛的應(yīng)用在港口、電廠、鋼鐵企業(yè)、水泥、糧食以及輕工業(yè)的生產(chǎn)線，即可以運(yùn)送散狀物料，也可以運(yùn)送成件物品。本次運(yùn)送的對(duì)象是散狀的紅棗，對(duì)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)機(jī)械化對(duì)其越來(lái)越重要了，也離不開(kāi)機(jī)械化了，即省錢(qián)又省力，可見(jiàn)機(jī)械化對(duì)農(nóng)業(yè)的重要性。
在紅棗的運(yùn)輸過(guò)程中，帶式輸送機(jī)的作用至關(guān)重要，其性能的好壞直接影響紅棗的效益。因此研究帶式輸送機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)類(lèi)有著非常重要的意義。帶式輸送機(jī)的工作環(huán)境一般都比較惡劣，對(duì)帶式輸送機(jī)的性能要求也很高，在研究的同時(shí)，對(duì)其性能的分析與提高也是目前輸送行業(yè)不可缺少的重要部分。在本次設(shè)計(jì)中的帶式輸送機(jī)采用可調(diào)式的結(jié)構(gòu)，對(duì)帶式輸送機(jī)的工作環(huán)境惡劣的方面進(jìn)行了一些改進(jìn)。
帶式輸送機(jī)制造以其優(yōu)質(zhì)、高效、工藝適應(yīng)性廣的技術(shù)特色，深受制造業(yè)的重視，在農(nóng)業(yè)、煤礦業(yè)、工程運(yùn)輸?shù)雀呒夹g(shù)領(lǐng)域一直有著廣泛的應(yīng)用。近些年，帶式輸送機(jī)又在其他一些產(chǎn)業(yè)部門(mén)表現(xiàn)出具有巨大的潛力和廣闊市場(chǎng)應(yīng)用前景。
12屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
帶式紅棗上料和卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
日 期
塔里木大學(xué)教務(wù)處制
帶式紅棗上料和卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)小論文
摘要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是關(guān)于礦用固定式帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)。首先對(duì)膠帶輸送機(jī)作了簡(jiǎn)單的概述；接著分析了帶式輸送機(jī)的選型原則及計(jì)算方法；然后根據(jù)這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與計(jì)算選型方法按照給定參數(shù)要求進(jìn)行選型設(shè)計(jì)；接著對(duì)所選擇的輸送機(jī)各主要零部件進(jìn)行了校核。普通型帶式輸送機(jī)由六個(gè)主要部件組成：傳動(dòng)裝置，機(jī)尾和導(dǎo)回裝置，中部機(jī)架，拉緊裝置以及膠帶。最后簡(jiǎn)單的說(shuō)明了輸送機(jī)的安裝與維護(hù)。目前，膠帶輸送機(jī)正朝著長(zhǎng)距離，高速度，低摩擦的方向發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)的氣墊式膠帶輸送機(jī)就是其中的一個(gè)。在膠帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用方面,目前我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有較大差距,國(guó)內(nèi)在設(shè)計(jì)制造帶式輸送機(jī)過(guò)程中存在著很多不足。
本次帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)代表了設(shè)計(jì)的一般過(guò)程, 對(duì)今后的選型設(shè)計(jì)工作有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；選型設(shè)計(jì)；主要部件
Abstract
The design is a graduation project about the belt conveyor used in coal mine. At first, it is introduction about the belt conveyor. Next, it is the principles about choose component parts of belt conveyor. After that the belt conveyor abase on the principle is designed. Then, it is checking computations about main component parts. The ordinary belt conveyor consists of six main parts: Drive Unit, Jib or Delivery End, Tail Ender Return End, Intermediate Structure, Loop Take-Up and Belt. At last, it is explanation about fix and safeguard of the belt conveyor. Today, long distance, high speed, low friction is the direction of belt conveyor’s development. Air cushion belt conveyor is one of them. At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of wastes in the design of belt conveyor.
Keyword: belt conveyor; Lectotype Design;main parts.
1輸送機(jī)張緊裝置的分類(lèi)
張緊裝置可分為固定式張緊裝置和自動(dòng)式張緊裝置兩大類(lèi)。
(1)固定式張緊裝置。固定式張緊裝置分重錘式張緊裝置和剛性張緊裝置。重錘式、水箱式都屬于重力張緊裝置。重歷式張緊裝置始終使輸送帶初拉力保持恒定，在啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生上下振，但慣性力很快消失。剛性張緊裝置有螺旋張緊、手動(dòng)或電動(dòng)張緊裝置等幾種，它們的張緊力是固定不變的，不能自動(dòng)調(diào)整，在安裝后，張緊一次可運(yùn)行一段時(shí)間，但還要收緊一次，以消除蠕變。
(2)自動(dòng)式張緊裝置。自動(dòng)測(cè)力張緊裝置以張緊力作為反饋信號(hào)隨時(shí)間變化設(shè)定拉力，進(jìn)行比較，并隨時(shí)調(diào)整張緊裝置的該向滾筒的位移。如啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)加大張緊力，運(yùn)輸時(shí)恢復(fù)恒定拉力，對(duì)延長(zhǎng)輸送帶壽命十分有利。
2帶式輸送機(jī)膠帶跑偏的原因與治理
帶式輸送機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，并且維護(hù)方便，可以實(shí)現(xiàn)不同距離運(yùn)送物料的要求等特點(diǎn)，因此，被廣泛應(yīng)用在礦山、冶金、電力、港口、煤炭等部門(mén)，是生產(chǎn)工程中最常用的一種輸送機(jī)械。但帶式輸送機(jī)在工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同情況的問(wèn)題，其中以膠帶在運(yùn)行中跑偏最為常見(jiàn)。所謂膠帶跑偏，就是帶式輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中膠帶中心線脫離輸送機(jī)的中心線而偏向一邊的現(xiàn)象稱(chēng)之為膠帶跑偏。
膠帶跑偏可能造成物料撒落和浪費(fèi)，使膠帶的邊緣與機(jī)架相互磨損，使膠帶過(guò)早損壞，從而大大降低膠帶的使用壽命。膠帶又是輸送機(jī)的重要組成部分，其用量大價(jià)格較高，在整個(gè)輸送機(jī)的成本中占了很大的比重大約為50%。當(dāng)膠帶跑偏嚴(yán)重時(shí)膠帶將脫離托輥掉下來(lái)，或者發(fā)生膠帶劃破等嚴(yán)重事故，使帶式輸送機(jī)不能正常工作。由于生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性和設(shè)備之間的聯(lián)鎖性，如果其中一條帶式輸送機(jī)發(fā)生故障，就會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的瓦解，因此，分析和研究帶式輸送機(jī)輸送膠帶跑偏的機(jī)理和原因，找出減小和消除膠帶跑偏現(xiàn)象的方法，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中具有重要意義。
在帶式輸送機(jī)中，由于輸送機(jī)膠帶既是牽引構(gòu)件，靠它來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，又是承載件，用來(lái)支承物料載荷。而在帶傳動(dòng)中，傳動(dòng)帶只是牽引構(gòu)件，用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。在實(shí)際工作中，根據(jù)不同的工作條件，可以選用不同質(zhì)地的傳送帶，常用的傳送帶類(lèi)型有：鋼絲芯帶、強(qiáng)力尼龍芯帶、橡膠帆布帶等。此處以平皮帶為例加以分析，圖1為平帶傳動(dòng)原理圖。
傳送帶不工作時(shí)，由于傳送帶張緊在兩滾筒上，故傳送帶兩邊的拉力應(yīng)相等，都等于初拉力F0。當(dāng)傳送帶以順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，緊邊拉力為F1，松邊拉力為F2。則傳送帶工作時(shí)的有效拉力Fe為
Fe=F1-F2。
如果近似地認(rèn)為傳送帶工作時(shí)的總長(zhǎng)度保持不變，則傳送帶的緊邊拉力的增量，應(yīng)等于傳送帶松邊的減少量，
即 F0=(F1+F2)/2。
由上兩式可得 F1=F0+Fe/2，
F2=F0-Fe/2。
將柔韌體摩擦的歐拉公式F1= F2efa代入上式得
Fe0=2F0(efa-1)/(efa+1)。
式中： F0——輸送帶的初拉力；
F1——輸送帶的緊邊拉力；
F2——輸送帶的松邊拉力；
f——輸送帶與帶輪之間的摩擦系數(shù)；
a——帶在帶輪上的包角；
Fe0——帶所能傳遞的最大有效拉力。
由此可知：輸送帶的最大牽引力是與初拉力F0成正比的；最大牽引力隨著包角A的增大而增大；最大牽引力隨著摩擦系數(shù)的增大而增大。通常帶式輸送機(jī)膠帶的寬度較寬，這是由帶式輸送機(jī)的工作所決定的。因此，帶式輸送機(jī)的牽引力和初拉力在帶寬上的分布比較復(fù)雜，如果載荷在帶寬上分布不均勻，就會(huì)使輸送帶跑偏。因此，在其他參數(shù)一定的情況下，輸送膠帶是否跑偏，主要由輸送機(jī)的牽引力或初拉力在帶寬上的分布狀況決定。所有使力在輸送膠帶帶寬方向上發(fā)生偏載的因素，都是使輸送膠帶跑偏的原因。
3 帶式輸送機(jī)膠帶跑偏的原因
造成膠帶跑偏的原因很多，但其根本原因就是使膠帶的受力沿帶寬方向分布不均造成的，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，找出膠帶跑偏的主要原因有以下幾個(gè)方面。
(1) 輸送帶自身的質(zhì)量或制造質(zhì)量問(wèn)題。如：邊緣成波紋狀，帶厚不均勻，或有小缺口等弊病。
(2) 輸送機(jī)的安裝方面存在問(wèn)題。如：輸送機(jī)頭、尾部滾筒、托輥的軸線不平行；所有滾筒和托輥的軸線與輸送機(jī)機(jī)架的中心線不垂直；各落料點(diǎn)不在膠帶中心，使膠帶承載面上受力不均。
(3) 在粘接膠帶接口時(shí)，由于膠帶接頭不正，即接口與膠帶中心線不垂直造成膠帶受力不均而導(dǎo)致跑偏現(xiàn)象的發(fā)生。
(4) 托輥轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，托輥太稀或連續(xù)缺托輥，使膠帶兩側(cè)受力不等。
(5) 清掃器不能充分發(fā)揮作用，造成物料粘結(jié)在托輥和改向滾筒上，使其形成了錐形或凸凹形狀，從而膠帶受到側(cè)向水平分力，發(fā)生跑偏。
其自動(dòng)糾偏機(jī)理為：在膠帶跑正的情況下，A，B段鋼絲繩與拉緊小車(chē)架構(gòu)成了等腰三角形結(jié)構(gòu)，且A，B段鋼絲繩受力相當(dāng)。假如尾部膠帶向左側(cè)跑偏，膠帶中心線就會(huì)偏移拉緊滾筒長(zhǎng)度上的中心線，拉緊小車(chē)因受膠帶相對(duì)偏斜力的反作用，而相應(yīng)產(chǎn)生順時(shí)針角偏斜趨勢(shì)，而由A，B段鋼絲繩及小車(chē)架構(gòu)成的等腰三角形就會(huì)遭到破壞，A段鋼絲繩(因增長(zhǎng)的趨勢(shì))成為緊邊，B段鋼絲繩(因縮短的趨勢(shì))成為松邊，重錘力G在A段繩上分力大于B段，即G1>G2，即產(chǎn)生一對(duì)令拉緊小車(chē)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)的力偶。因此，在重錘與膠帶拉力的共同作用下，小車(chē)就會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針角偏轉(zhuǎn)，并向正中的趨勢(shì)發(fā)展，皮帶隨之跑正，A，B段鋼絲繩受力相當(dāng)，如圖2所示。
4 防止膠帶跑偏的主要措施
根據(jù)以上列舉的影響膠帶跑偏的眾多因素，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右苑乐埂?
(1) 邊緣成波紋狀，帶厚不均勻等膠帶自身制造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，只有在選購(gòu)膠帶時(shí)，選擇質(zhì)量好的產(chǎn)品。
(2) 提高安裝質(zhì)量，把膠帶跑偏控制在一定的范圍。
帶式輸送機(jī)安裝的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：
?頭尾機(jī)架中心線對(duì)輸送機(jī)縱向中心線不重合度不應(yīng)超過(guò)3mm。
?頭尾機(jī)架(包括拉緊架)安裝軸承座的2個(gè)平面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其偏差不應(yīng)大于1mm。
?中間架支腿不垂直度或?qū)ㄖ锏孛娴牟淮怪倍炔粦?yīng)超過(guò)0.3%。
?中間架在鉛垂面內(nèi)的不直度應(yīng)小于1%。
?中間架接頭處，左右、高低的偏移均不超過(guò)1mm。
?中間架間距的偏差不應(yīng)超過(guò)±1.5mm，相對(duì)標(biāo)高差不應(yīng)超過(guò)間距的0.2%。
?托輥橫向中心與帶式輸送機(jī)縱向中心線的不重合度不應(yīng)超過(guò)3mm；托輥架的軸線應(yīng)與輸送機(jī)中心線垂直，有凹凸弧的膠帶應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求緩慢變向。
?帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)軸中心線與機(jī)架的中心線應(yīng)垂直，使傳動(dòng)滾筒寬度的中心與機(jī)架的中心線重合，減速機(jī)的軸線與傳動(dòng)軸線平行，同時(shí)，所有軸線和滾筒都應(yīng)找正，根據(jù)帶式輸送機(jī)的寬窄，軸的水平誤差可以在0.5至1.5mm。
(3) 對(duì)于膠帶接口不正的問(wèn)題，除了加強(qiáng)人員的技術(shù)培訓(xùn)外，改善膠帶的粘接工藝，由過(guò)去的冷粘方式改為采用熱硫化膠階梯斜角形接頭方式。因?yàn)椋苯切谓宇^的接觸面積隨截?cái)嘟嵌鹊臏p小而增大，且斜角接頭在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受應(yīng)力不會(huì)集中在同一橫截面上，因此不易發(fā)生接頭開(kāi)裂現(xiàn)象，同時(shí)易于對(duì)合準(zhǔn)確，并能較好地保證接頭處中心線和膠帶中心線保持一致，使其內(nèi)部受力均勻，防止運(yùn)行中跑偏。
(4) 在管道卸料點(diǎn)處增加一緩沖調(diào)整板，該裝置不但可以對(duì)卸料點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，還可以有效地將輸送的物料均勻堆卸在膠帶上，防止物料下落時(shí)對(duì)膠帶產(chǎn)生不均勻的側(cè)向力而導(dǎo)致膠帶跑偏。
(5) 對(duì)于輸送機(jī)由于托輥出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致膠帶跑偏的，除了及時(shí)更換、安裝、修理?yè)p壞的托輥外，還可以用以下措施進(jìn)行糾正。即側(cè)托輥向輸送帶運(yùn)行方向前傾防跑偏法。
5 使用中如何調(diào)整膠帶跑偏
在實(shí)際使用中，由于影響膠帶跑偏的因素很多，隨著各種情況的變化，仍可能會(huì)出現(xiàn)輸送膠帶的跑偏。膠帶跑偏的規(guī)律是：當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)軸線與膠帶運(yùn)行方向垂直時(shí)，膠帶向緊邊跑，即膠帶向滾筒直徑增大的方向跑；當(dāng)滾筒或托輥旋轉(zhuǎn)軸線與膠帶運(yùn)行方向不垂直時(shí)，膠帶向滾筒或托輥先接觸的那邊跑。
掌握好了這個(gè)規(guī)律，工作中出現(xiàn)膠帶跑偏現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)首先分析其原因，找出主要原因后，再動(dòng)手調(diào)整，不要盲目行事。
調(diào)整膠帶跑偏的工作應(yīng)在空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行，一般從輸送機(jī)頭部卸載滾筒開(kāi)始，沿著膠帶運(yùn)行方向先調(diào)整回程段，后調(diào)整承載段，切忌多人同時(shí)動(dòng)手，每調(diào)整一次以后都要讓膠帶運(yùn)行幾圈后才能決定是否需要再調(diào)整。在滾筒處跑偏，可以調(diào)整滾筒，在其他地方跑偏，就調(diào)整托輥。調(diào)整托輥應(yīng)在一側(cè)，切勿兩側(cè)同時(shí)調(diào)，調(diào)整換向滾筒和托輥時(shí)的一般原則如圖3所示。在換向滾筒處膠帶往哪邊跑即調(diào)緊哪邊。
如圖3a所示；在托輥處膠帶往哪邊跑就在哪邊將托輥朝膠帶運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，但一次不能調(diào)得太多，要根據(jù)膠帶運(yùn)動(dòng)情況適當(dāng)調(diào)整，如圖3b所示。
6 結(jié)束語(yǔ)
以上綜述了有關(guān)膠帶跑偏的機(jī)理、產(chǎn)生的原因、防止跑偏的措施以及使用者如何調(diào)整膠帶跑偏，在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中如能對(duì)這一問(wèn)題引起足夠的重視，并能認(rèn)真地在日常的維護(hù)中做好膠帶跑偏工作，則對(duì)提高帶式輸送機(jī)的設(shè)備完好率和使用壽命都會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。輸送機(jī)時(shí)橡膠和纖維織品兩者復(fù)合而成的制品，在應(yīng)用中的重錘張進(jìn)裝置，在運(yùn)行一段時(shí)間后，重錘會(huì)自動(dòng)下降一段距離，使輸送帶變長(zhǎng)。這說(shuō)明輸送帶發(fā)生了蠕變，在啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。此時(shí)張緊裝置就必須進(jìn)一步收縮才不會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象。
由此可見(jiàn)，張緊裝置是保證帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的重要部件。該論文主要介紹了帶式輸送機(jī)的自動(dòng)張緊裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程，詳細(xì)的介紹了各個(gè)液壓元件的選取。自動(dòng)張緊裝置的設(shè)計(jì)是張緊裝置的設(shè)計(jì)的一個(gè)重大變革。