桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 1 頁 共 24 頁 帶式輸送機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展 M. A. AlspaughOverland Conveyor Co., Inc. MINExpo 2004 拉斯維加斯 , 內(nèi)華達(dá)州，美國(guó) ， 9， 27, 2004 摘要 粒狀材料運(yùn)輸要求帶式輸送機(jī)具有更遠(yuǎn)的輸送距離、更復(fù)雜的輸送路線和更大的輸送量。為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，輸送機(jī)需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析、數(shù)值仿真領(lǐng)域向更高層次發(fā)展。 傳統(tǒng)水平曲線和現(xiàn)代中間驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用改變和擴(kuò)大了帶式輸送機(jī)發(fā)展的可能性。本文回顧了為保證輸送機(jī)的可靠性和可用性而運(yùn)用數(shù)字工具的一些復(fù)雜帶式輸送機(jī)。 前言 雖然 這篇文 章的 標(biāo)題表明在皮帶輸送機(jī)技術(shù) 中 將提出 “新 ”發(fā)展， 但是提到的 大多 思想和方法都已存在很長(zhǎng)時(shí)間了 。 我們 不 懷疑被提出 一些部件 或想法將是 “新 ”的對(duì) 你們大部分人來說 。 所謂的“新”就是利用成熟的技術(shù)和部件組成特別的、復(fù)雜的系統(tǒng)； “新”就 是 利用 系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具和方法 ， 匯集 一些部件組成 獨(dú)特的 輸送機(jī)系統(tǒng)，并 解決 大量粒狀原料的裝卸問題；“新”就是 在第一次系統(tǒng)試驗(yàn) (委任 )之前 利用日益成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行 準(zhǔn)確節(jié)能計(jì)算機(jī)模擬。 同樣，本文的重點(diǎn)是特定復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)及滿足長(zhǎng)距離輸送的要求。 這四個(gè)具體課題將覆蓋： 托輥?zhàn)枇?節(jié)能 動(dòng)力分 散 分析與仿真 節(jié)能 減小設(shè)備 整體電力消費(fèi)是所有項(xiàng)目的一個(gè)重要方面，皮帶輸送機(jī)是 也不例外 。 雖然與其他運(yùn)輸方法比較皮帶輸送機(jī)總是運(yùn)輸大噸位高效率的手段， 但是減少帶式輸送機(jī)的功率消耗的方法還是很多的 。 皮帶輸送機(jī)的主要 阻力 組成 部分有： 托輥?zhàn)枇?托輥與皮帶的摩擦力 材料或輸送帶彎曲下垂引起的阻力 重力 這些阻力加上一些混雜阻力組成輸送材料所需的力。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 2 頁 共 24 頁 在一臺(tái)輸送長(zhǎng)度 400 米的典型短距離輸送機(jī)中 ,力可以分為如圖 1 所示的幾個(gè)部分，圖中可以看出提升力所占比例最大，而阻力還是占絕大部分。 圖 1 在高傾斜輸送帶中 如礦用露天傾斜輸送帶，所受力可分解為圖 2 所示的幾個(gè)部分，其中提升力仍占巨大比例。由于重力是無法避免的，因此沒有好的方法減少傾斜式輸送機(jī)所受力。 圖 2 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 3 頁 共 24 頁 但是在長(zhǎng)距離陸上輸送機(jī)中，所受力更趨向圖 3 所示的幾個(gè)部分，不難看出摩擦力幾乎是所受力的全部。這種情況下考慮主要受力才是最重要的。 圖 3 力量演算具體是超出本文的范圍之外，但是 值得一提的是 ，在過去幾年對(duì)所有四個(gè)區(qū)域橡膠凹進(jìn)、對(duì)準(zhǔn)線和材料或者傳送帶彎曲 等方面的重要研究都在進(jìn)行 。 并且，雖然 在 處理每特定區(qū)域 時(shí)大家有不同意見 ，通常對(duì)整體項(xiàng)目經(jīng)濟(jì) 是必要和 重要的 是 被大家被接受 的。 在 2004 個(gè) SME 年會(huì)上， MAN Takraf 的 Walter Kung 介紹了題為“ Henderson 粗糙礦石輸送系統(tǒng) 回顧組裝、起動(dòng)和操作” 2。 這個(gè)項(xiàng)目在 1999 年 12 月被實(shí)施并且包括一個(gè) 24 公里 (3 飛行 )陸上轉(zhuǎn)達(dá)的系統(tǒng)替換地下礦碾碎路軌貨車使用系統(tǒng)。 圖 4 Henderson PC2 到 PC3 調(diào)動(dòng)站 最長(zhǎng)的傳動(dòng)機(jī)在這個(gè)系統(tǒng) (PC2)是 16.28 公里長(zhǎng)與 475m升距。最重要的系統(tǒng)事實(shí)是桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 4 頁 共 24 頁 提供的功率 (4000千瓦在 1783 mtph 和 4.6 m/s)的 50% 被要求用來轉(zhuǎn)動(dòng)一條空載的帶子，因此輸送系統(tǒng)的效率是很重要的。需密切注意托輥、傳送帶蓋子橡膠和對(duì)準(zhǔn)線。用文件說明有關(guān)的效率的差別是的一種方法， 使用 相等的摩擦系數(shù) f的 22101 標(biāo)準(zhǔn)定義作為比較主要抵抗的總數(shù)的另一種方法。過去，象這樣典型輸送裝置的綜合設(shè)計(jì)噪音系數(shù)大約是 0.016f。 MAN Takraf 正估計(jì)他們對(duì)力的敏感達(dá)到到 0.011 的 f，超過 30%的削減。這在減少設(shè)備建造成本上做出了重大貢獻(xiàn)。通過六次的實(shí)際動(dòng)態(tài)測(cè)量顯示價(jià)值是0.0075，甚至比期望值低 30%。 Kung 先生強(qiáng)調(diào)這將在僅僅用電費(fèi)用一項(xiàng)上每年減少費(fèi)用 10 萬美元。 線路優(yōu)化 圖 5 中國(guó)天津 水平適應(yīng)性 當(dāng)然最高效率的材料運(yùn)輸方式是從一點(diǎn)到下一點(diǎn)的直線輸送。 但是，由于自然和認(rèn)為障礙的存在，我們?cè)陂L(zhǎng)距離輸送過程中直接直線輸送的可能性越來越小。第一臺(tái)水平彎曲輸送機(jī)已在很多年前安裝使用，但它今天似乎關(guān)于安裝的每臺(tái)陸上傳動(dòng)機(jī)在方向至少有一個(gè)水平變化。并且今天的技術(shù)允許設(shè)計(jì)師相對(duì)地容易地調(diào)整這些曲線。 圖 5 和圖 6 顯示的是把煤從蘊(yùn)藏地運(yùn)輸?shù)街袊?guó)天津港口管理處的陸上輸送裝置。這套運(yùn)輸機(jī)由 E.J. ODonovan & Associates 設(shè)計(jì)，由 Continental Conveyor Ltd of Australia 公司承建，長(zhǎng)達(dá) 9 千米的輸送距離 4 臺(tái) 1500 千萬電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸能力達(dá) 6000 mtph 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 5 頁 共 24 頁 圖 6 天津輸送線平面圖 Wyodak 礦位于美國(guó)懷俄明州粉河流域，是記錄中最古老的連續(xù)經(jīng)營(yíng)的煤礦，自 1923年運(yùn)營(yíng)至今。它一般運(yùn)用坡面 (圖 7)從新的礦坑到裝置 756m (2,482 ft)與 700m (2,300 ft)水平的半徑。 這表明由于水平輪的應(yīng)用輸送機(jī)不需要設(shè)計(jì)太長(zhǎng) 3。 圖 7 Wyodak 煤礦 隧道式 如通過沒有水平曲線線路，另一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，隧道挖掘，就不能使用帶式輸送機(jī)了。 隧道就想象廢水和運(yùn)輸那樣的基礎(chǔ)設(shè)施在全世界有。 移動(dòng)隧道糞肥的最有效率的方法通過把推進(jìn)的輸送裝置和隧道機(jī)器的后部連結(jié)起來。但是這些隧道極少是直的。 這里有一個(gè)例子，西班牙 10.9m 直徑隧道的在巴塞羅那之下作為地鐵 (火車 )引伸項(xiàng)目一部分。大陸輸送機(jī)機(jī)有限公司安裝了前 4.7km傳動(dòng)機(jī)如圖 8 和 9 所顯示和最近接受桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 6 頁 共 24 頁 合同安裝第二臺(tái) 8.39 公里輸送機(jī)。 圖 8 巴塞羅那隧道平面圖 圖 9 隧道內(nèi)部 另一個(gè)例子， 肯珀建設(shè)邊境 時(shí)，建設(shè)一個(gè)直徑 3.6 米長(zhǎng) 6.18 公里的隧道作為大都市圣路易斯的下水道區(qū)。鮑姆加特納隧道 (圖 10)將裝有 600 毫米寬的用 4 個(gè)中間運(yùn)動(dòng)用帶子系住的 6.1 公里輸送裝置。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 7 頁 共 24 頁 圖 10 鮑姆加特納隧道平面圖 管狀輸送裝置 如果常規(guī)輸送機(jī)不能滿足必須的輸送要求，帶式輸送機(jī)的一種管狀輸送機(jī)會(huì)是不錯(cuò)的選擇。 圖 11 管狀輸送裝置 它最簡(jiǎn)單的描述，管狀輸送機(jī)就是由管狀橡膠管和空轉(zhuǎn)輥組成。這種設(shè)計(jì)具有其他傳送方式的優(yōu)點(diǎn)，更有自己的特點(diǎn)。 托輥可以在各個(gè)方向傳力允許更復(fù)雜的曲線輸送。這些曲線可以是水平或垂直或混合形式。 這樣的輸送機(jī)輸送帶與托輥之間的重力和摩擦力保證原料在輸送管道內(nèi)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 8 頁 共 24 頁 圖 12 管狀輸送機(jī)的另一個(gè)好處可以輸送粉狀原料并且可以減少溢出浪費(fèi)，因?yàn)椴牧鲜窃诠艿纼?nèi)部。一個(gè)典型的例子是環(huán)境效益和適應(yīng)性特好的美國(guó)猶他州地平線礦（圖 12）。這個(gè)長(zhǎng) 3.38 公里的管狀輸送機(jī)由 ThyssenKrupp Robins 安裝通過一個(gè)國(guó)家森林并且橫斷了 22 個(gè)水平段和 45 個(gè)垂直段。 Metso 繩索輸送機(jī) 另一種由常規(guī)衍變來的是 Mesto 繩索輸送機(jī)（ MRC），通常以纜繩傳送帶著名。這個(gè)產(chǎn)品以長(zhǎng)途輸送著名，在距澳大利亞 30.4 公里 的沃斯利鋁土礦上應(yīng)用的輸送帶是最長(zhǎng)的單個(gè)飛行輸送機(jī)。在鋼繩輸送機(jī)上，驅(qū)動(dòng)裝置和運(yùn)載媒介是分離的。 圖 13 MRC-平直的部分 這種驅(qū)動(dòng)與輸送裝置的分離允許輸送有小半徑的水平彎曲，這種設(shè)計(jì)優(yōu)于根 距張緊力和地勢(shì)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 9 頁 共 24 頁 圖 14 MRC 與常規(guī)輸送機(jī)水平曲線的不同 圖 15 位于加拿大 Line Creek 的 MRC 圖 15 顯示的是位于加拿大 Line Creek 河畔的一條長(zhǎng) 10.4 公里水平半徑 430 米的纜繩輸送帶 立式輸送裝置 有時(shí)材料需要被提升或下降而常規(guī)輸送機(jī)被限制在 16 18 度附近的傾斜角度內(nèi) 。但是帶式輸送機(jī)的非傳統(tǒng)衍變不管是在增加角度還是平直方面都是相當(dāng)成功的。 大角度輸送機(jī) 第一臺(tái)大角度輸送機(jī)由 Continental Conveyor & Equipment Co.公司生產(chǎn)，非常利用常規(guī)輸送機(jī)零部件（圖 16）構(gòu)成。當(dāng)原料在兩條帶子之間輸送時(shí)，被稱為三明治輸送裝置。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 10 頁 共 24 頁 圖 16 Continental 公司的第 100 套大傾角輸送裝置采用獨(dú)特的可平移式設(shè)計(jì)，作為Mexican de Canenea 的堆過濾墊（圖 17）。 圖 17 垂直式輸送裝置 第二種立式輸送裝置展現(xiàn)的是一種非常規(guī)的 帶式裝置，它可以實(shí)現(xiàn)垂直輸送（圖18）。 這種 Mesto 垂直輸送機(jī)， 2001 年由 Frontier Kemper 安裝在白縣煤礦 Pattiki 2 礦（圖19），將煤由 273 米深的礦井輸出并達(dá)到 1,818 mtph 的輸送能力。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 11 頁 共 24 頁 圖 18 圖 19 Pattiki 2 礦 動(dòng)力分散 在最近過去的一段時(shí)間里，一種最有趣的發(fā)展是電力沿輸送道路的分配。看到輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置安裝在收尾末端，讓尾端驅(qū)動(dòng)完成輸送帶的拉緊輸送工作。但是現(xiàn)在的發(fā)展觀念是把驅(qū)動(dòng)安裝在任何需要的位置。 在帶式輸送機(jī)上多個(gè)位置安裝動(dòng)力源的想 法已經(jīng)存在很長(zhǎng)一段時(shí)間了。第一次應(yīng)用是 1974 年安裝在美國(guó) Kaiser 煤礦。緊接著是在地下煤礦中得到應(yīng)用，而且長(zhǎng)臂開采法也越來越體現(xiàn)它的優(yōu)越性。采礦設(shè)備的效率和能力也得到巨大改善。礦工們也開始尋找大的礦區(qū)從而減少移動(dòng)大型采礦設(shè)備的次數(shù)及時(shí)間。礦井寬度和礦井分格長(zhǎng)度都得到增桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 12 頁 共 24 頁 加。 當(dāng)?shù)V井分格長(zhǎng)度增加后，輸送問題開始出現(xiàn)。接近 4-5 千米的輸送長(zhǎng)度所需要的電力和輸送帶的強(qiáng)度比以前地下煤礦需要的大很多。問題是大號(hào)的高電力驅(qū)動(dòng)裝置安裝及移動(dòng)困難。雖然膠帶技術(shù)能夠滿足膠帶所需強(qiáng)度要求，它意味著需要比鋼鐵更重要的強(qiáng)度及加 硫處理。由于長(zhǎng)臂開采法的盤區(qū)傳動(dòng)機(jī)經(jīng)常推進(jìn)和后退，礦工需要經(jīng)常增加或取消滾筒的正傳與逆轉(zhuǎn)。而且硫化結(jié)合需要長(zhǎng)期維護(hù)以保證強(qiáng)度，因而失去的產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間在一個(gè)完全盤區(qū)中是很嚴(yán)重的。現(xiàn)在需要超過風(fēng)險(xiǎn)，并且中間驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用限制了輸送帶的伸長(zhǎng)及張緊這樣就允許纖維膠帶在長(zhǎng)距離輸送機(jī)中應(yīng)用。 現(xiàn)今，中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)被很好的接受并越來越廣泛的應(yīng)用于地下煤礦中。世界范圍內(nèi)的許多礦把這項(xiàng)技術(shù)整合到現(xiàn)在和未來礦業(yè)計(jì)劃當(dāng)中來增加他們的整體采礦效率和效益 6。 表 20 所示的張緊圖顯示了中間驅(qū)動(dòng)的重大好處。這種平面前驅(qū)的輸送機(jī)有簡(jiǎn)單的皮帶張 力分布如黑色線條所示。雖然平均皮帶張力在每個(gè)周期期間只約為最大值的40%，但必須圍繞最大估量值附近。黑色線條的急劇回落表示頂頭滑輪要求的總扭矩和力量來啟動(dòng)輸送機(jī)。 將受力分解到兩個(gè)地點(diǎn)（紅線），當(dāng)總功率基本相同的情況下，皮帶張力差不多減少 40%。因此更小的輸送帶和更小的電源組可以得到運(yùn)用。為了進(jìn)一步擴(kuò)展這種方式，增加第二中間驅(qū)動(dòng)（綠線），皮帶峰頂張力進(jìn)一步下降。 隧道產(chǎn)業(yè)也迅速采用這種技術(shù)并且把這項(xiàng)技術(shù)提高到更好的水平，更復(fù)雜更先進(jìn)。但挖隧道最需要的是水平曲線的進(jìn)步。 通過中間驅(qū)動(dòng)（圖 21）的一種應(yīng)用 例如 Baumgartner 隧道如前圖 10 所描述，皮帶張緊力可以通過在重要的地點(diǎn)安裝戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)來控制，從而實(shí)現(xiàn)輸送帶的小曲線換向。 圖 20 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 13 頁 共 24 頁 圖 21 在圖 22 中，綠色投影區(qū)域代表彎曲結(jié)構(gòu)的地點(diǎn)。藍(lán)色線條代表輸送帶運(yùn)載面，粉紅色線條代表輸送帶返回面。可以發(fā)現(xiàn)在彎曲半徑最小 750 米時(shí)輸送帶運(yùn)載面和返回面所受張緊力均達(dá)到最小。 圖 22 盡管到目前為止，這項(xiàng)技術(shù)陸上輸送機(jī)中沒有廣泛的應(yīng)用，一些傾向于水平曲線的技術(shù)卻得到發(fā)展。圖 23 顯示了南美洲的一條長(zhǎng) 8.5 千米硬巖層輸送帶，它需要 4 個(gè)中間驅(qū)動(dòng)來 實(shí)現(xiàn) 4 段 2000 米半徑的曲線轉(zhuǎn)向。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 14 頁 共 24 頁 圖 23 平面圖 圖 24 顯示在彎曲段有與沒有驅(qū)動(dòng)時(shí)輸送帶的張緊力比較。 分散驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在 MRC 纜繩輸送帶中也得到應(yīng)用。然而張緊運(yùn)載的繩索有別于負(fù)載傳送帶，安裝中間驅(qū)動(dòng)更加容易，輸送的原料不用離開運(yùn)載輸送帶的表面。張緊運(yùn)載的繩索與輸送帶分開足夠的距離，便利在安裝中間驅(qū)動(dòng)后繼續(xù)工作。 圖 24 張緊曲線 分析與仿真 許多人在爭(zhēng)論我們建造以上描述的復(fù)雜輸送機(jī)的能力時(shí)，歸因于許多分析和仿真工具的發(fā)展。組件制造商可以通過測(cè)試他的產(chǎn)品以保證符合規(guī)格；然而系統(tǒng)工程師很少能測(cè)試完 成的系統(tǒng)，知道它在站點(diǎn)完成。所以計(jì)算方法和工具在模仿各種各樣不同學(xué)科和組分上的作用是絕對(duì)重要的。 動(dòng)態(tài)開始和停止 當(dāng)進(jìn)行開始和停止試驗(yàn)時(shí)，假設(shè)所有的質(zhì)量單元同時(shí)加速；也就是把輸送帶看做一個(gè)剛體（非彈性體）。實(shí)際上，推進(jìn)扭矩通過滑輪產(chǎn)生的壓力波傳遞給輸送帶，并通過桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 15 頁 共 24 頁 壓力波的傳播帶動(dòng)輸送帶運(yùn)行。壓力在輸送帶上傳播時(shí)發(fā)生由阻礙輸送帶運(yùn)行的阻抗產(chǎn)生的縱波引起的變化。 7 從 1959 開始許多出版物都指出彈性輸送帶的大輸送量、長(zhǎng)距離輸送機(jī)在停止和啟動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置的選擇等錯(cuò)誤。對(duì)彈性瞬變響應(yīng)的疏忽可 能導(dǎo)致不精確的后果： 輸送帶最大壓力 滑輪上的最大壓力 輸送帶的最小壓力及原料泄漏 提升壓力要求 提升行程和速度要求 驅(qū)動(dòng)輪 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 各驅(qū)動(dòng)間的負(fù)載分擔(dān) 原料在斜面上的穩(wěn)定性 為了長(zhǎng)期應(yīng)用，通過數(shù)學(xué)模型對(duì)彈性輸送帶在開始和停止時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行模擬是非常重要的。 一部完整輸送機(jī)系統(tǒng)的模型可通過劃分輸送機(jī)為一系列的有限元素來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)元素由一個(gè)質(zhì)量和一個(gè)流變彈簧組成，如圖 25 所示。 圖 25 許多分析輸送帶無力性能的方法都在研究，如把它看做一個(gè)流變彈簧，而且大量的技術(shù)也被用來這方面的研究 。一個(gè)合適的模型需要包含以下幾個(gè)方面： （ 1） 傳送帶縱向拉伸量的彈性模數(shù) （ 2） 對(duì)從屬運(yùn)動(dòng)的阻抗 （ 3） 凹陷處的粘彈性損失 （ 4） 由于輸送帶的下垂引起的輸送帶模數(shù)變動(dòng) 因?yàn)榧償?shù)學(xué)解決這些動(dòng)態(tài)問題是非常復(fù)雜的，它的目標(biāo)不是詳述基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)理論分析。相反，它的目的是讓長(zhǎng)距離輸送、水平彎曲、分散驅(qū)動(dòng)在輸送機(jī)上更普遍，對(duì)傳送帶停止和開始進(jìn)行彈性動(dòng)態(tài)分析的重要性是開發(fā)適當(dāng)?shù)目刂扑惴ā?轉(zhuǎn)運(yùn)站的質(zhì)流 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 16 頁 共 24 頁 運(yùn)用中間驅(qū)動(dòng)和鏈板輸送能長(zhǎng)期使用的一個(gè)原因就是消除轉(zhuǎn)運(yùn)站。許多最困難的問題在帶式輸送機(jī)裝貨和卸載附近集中。傳送溜槽通常 選在輸送機(jī)高效維護(hù)區(qū)域，同時(shí)重大生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)在這里集中。 堵塞 輸送帶和滑道損傷和磨蝕物質(zhì)退化 粉塵 裝貨 /溢出偏心 過去，沒有分析工具，反復(fù)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)是設(shè)計(jì)工程師唯一可用的設(shè)計(jì)方法；現(xiàn)在，數(shù)值仿真方法的存在允許設(shè)計(jì)師在制造之前測(cè)試他們的設(shè)計(jì)。 數(shù)字仿真是根據(jù)一個(gè)實(shí)際的物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型，并在計(jì)算機(jī)上模擬和分析結(jié)果。仿真體現(xiàn)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)的精神。為了了解現(xiàn)實(shí)及其復(fù)雜性，我們?cè)谟?jì)算機(jī)上建立虛擬物體并動(dòng)態(tài)的觀察它們間的相互作用。 分離元素法是解決工程學(xué)和應(yīng)用科學(xué)如粒狀材料流等不連續(xù)的機(jī)械行為問題的一種數(shù)字模擬 技術(shù)。值得注意的是，由非連續(xù)行為引起的行為不能依靠傳統(tǒng)基基于計(jì)算機(jī)的連續(xù)流塑造方法例如有限元素分析、有限差規(guī)程和甚而計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD)的來進(jìn)行模擬。 DEM 系統(tǒng)模仿每個(gè)部件或微粒的動(dòng)態(tài)行為和機(jī)械互作用，并提供分析期間每個(gè)部件和微粒的位置、速度、和力量的詳細(xì)描述。 8 在分析過程中，微粒被塑造成有形狀的物體，這些物體之間及于界限表面、運(yùn)載表面互相作用，這些物體接觸和碰撞形成他們之間法向、切向力 . 正常接觸分力在碰撞過程中引起一個(gè)線性有彈性恢復(fù)的組分和一個(gè)粘阻力來模擬能量損失。線性有彈性組分系數(shù)根據(jù)自身 屬性確定，正常粘滯系數(shù)可以根據(jù)一個(gè)等效恢復(fù)系數(shù)的彈簧來塑造（圖 26）。 圖 26 圖 27 顯示顆粒下落通過傳送帶溜槽。圖示中顆粒的顏色代表他們的速度。紅色代表零速度，而綠色代表最高速度。也許這些工具的最大好處就是一位老練的工程師能通桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 17 頁 共 24 頁 過形象化表示設(shè)計(jì)施工前有個(gè)行像的表現(xiàn)。有了這個(gè)形象的感覺在施工過程中可以盡量減少不必要的工作。 其他定量數(shù)據(jù)也可能被隱藏包括在輸送帶或滑道墻壁的沖擊和剪切力。 圖 27 前景 更大的帶式輸送機(jī) 本文提到了一臺(tái)最長(zhǎng)的唯一飛行常規(guī)輸送機(jī)，長(zhǎng) 16.26 公里的 Henderson PC2。但一臺(tái) 19.1 公里的輸送機(jī)在美國(guó)正在建設(shè)中，并且一臺(tái) 23.5 公里的飛行式輸送機(jī)在澳洲被設(shè)計(jì)。其他長(zhǎng) 30-40 公里的輸送機(jī)在世界其他地區(qū)討論研究。 當(dāng)定量凹進(jìn)的方式為人所知，輸送帶制造商開發(fā)了低輾壓抗壓儲(chǔ)力 10-15%的橡膠輸送帶。與改進(jìn)的設(shè)施方法和對(duì)準(zhǔn)線一起作用，節(jié)能是可以實(shí)現(xiàn)的。 地下煤礦和隧道承包商將繼續(xù)使用已經(jīng)證明對(duì)他們有好處的分散驅(qū)動(dòng)方式；至少有兩種在表面輸送機(jī)中安裝中間驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)在 2005 年運(yùn)行。 在德國(guó)， RWE Rheinbraun 使煤礦用輸送機(jī)輸送量達(dá)到 30,000 tph ，并且 其他表面煤礦也在有計(jì)劃的接近這個(gè)輸送量。隨著輸送兩的增加，輸送帶的速度也在增加，這樣就要求更好的設(shè)備、工藝公差、阻力和動(dòng)力分析。 我們希望輸送機(jī)能夠更遠(yuǎn)、更寬、更高、更快，采用所有分析工具來分析系統(tǒng)性能。因?yàn)槊颗_(tái)輸送機(jī)都是獨(dú)特的，我們唯一的預(yù)見方式就是外面的數(shù)據(jù)分析和模仿工具。因此由于外面的目標(biāo)越來越大，我們有必要改進(jìn)設(shè)計(jì)工具。 機(jī)械手簡(jiǎn)介 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè) 機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu) 造和桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 18 頁 共 24 頁 性能上兼有人和機(jī)器 各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè) 的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展 , 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心 ,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí) , 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見的上下料工序 , 通常仍采用人工操作或 傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低 ； 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜 , 需較 多繼電器 ,接線繁雜 , 易受車體振動(dòng)干擾 ,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問 題。可編程序控制器 PLC 控制的上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、 具有較強(qiáng)的抗干擾能力 , 保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 ,降低了維修率 , 提高了工作效 率。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù) 和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機(jī)械手的概述 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多 個(gè)自由度， 可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 在工資水平較低的中國(guó)， 塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)力密集型，機(jī)械手的使用已經(jīng)越來越普及。那些電子 和汽車業(yè)的歐美跨國(guó)公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國(guó)的工廠中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。 但現(xiàn) 在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國(guó)本土塑料加工廠也開 始對(duì)機(jī)械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及為工人 交工傷費(fèi)帶來的挑戰(zhàn)。 隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展， 特別是改革開發(fā)以后， 自動(dòng)化程度的迅速提高， 實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操作釬焊、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作 業(yè)自化，已愈來愈引起我們重視。 機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定的程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、 搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。 在現(xiàn)實(shí)生活中，你是否會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問題。在機(jī)械工廠里，加 工零件裝料的 時(shí)候是不是很煩的，勞動(dòng)生產(chǎn)率不高，生產(chǎn)成本大，有時(shí)候還會(huì)發(fā)生一些人為事故，導(dǎo)致加工者受傷。 想想看用什么可以來代替呢， 加工的時(shí)候只要有幾個(gè)人巡視一下， 且可以二十四個(gè)小時(shí)飽和運(yùn)作， 人行嗎？回答是肯定的， 但是機(jī)械手可以來代替它。 生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率 ；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng) 度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其是在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易 爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中能夠代替人進(jìn)行正常的工作。想到這里我就 很想設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手，來用于生產(chǎn)實(shí)際中。 為什么 選著設(shè)計(jì)機(jī)械手用氣動(dòng)來提供動(dòng)力：氣動(dòng)機(jī)械手是指以壓縮空氣為動(dòng)力 源驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。用氣壓驅(qū)動(dòng)與其他能源驅(qū)動(dòng)比較有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.空氣取之不竭， 用過之后排入大氣，不需要回收和處理，不污染環(huán)境。 （環(huán)保的概念） 2.空氣的沾 性很小，管路中壓力損失也很小（一般氣路阻力損失不到油路的千分之一） ，便于 遠(yuǎn)距離輸送。 3.壓縮空氣的工作壓力較低 (一般為 4 8 公斤 /每平方厘米 )，因此對(duì) 動(dòng)元件的材質(zhì)和制造精度要求可以降低。 4.與液壓傳動(dòng)相比， 它的動(dòng)作和反應(yīng)都快， 這是氣動(dòng)突出的優(yōu)點(diǎn)之一。 5.空氣介質(zhì)清潔，亦不會(huì)變質(zhì) ，管路不易堵塞。但是也 有它美中不足的地方： 1.由于空氣的可壓縮性，致使氣動(dòng)工作的穩(wěn)定性差，因而造 成執(zhí)行機(jī)構(gòu)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 19 頁 共 24 頁 運(yùn)動(dòng)速度和定為精度不易控制。 2.由于使用氣壓較低，輸出力不可能太 大，為了增加輸出力，必然使整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸加大。 用氣壓驅(qū)動(dòng)與用其他能源驅(qū)動(dòng)比較有以下優(yōu)點(diǎn)： 空氣取之不竭，用過之后排入大氣，不需回收和處理，不污染環(huán)境。偶然的或 少量的泄漏不致對(duì)生產(chǎn)發(fā)生嚴(yán)重的影響。 空氣的粘性很小，管路中壓力損失也就很小，便于遠(yuǎn)距離輸送。 壓縮空氣的工作壓力較低，因此對(duì)氣動(dòng)元件的材質(zhì)和制造精度要求可以降低。 一般說來，往復(fù)運(yùn)動(dòng)推力在 12 噸以下采用氣動(dòng)經(jīng)濟(jì)性較好。 與液壓傳動(dòng)相比，它的動(dòng)作和反應(yīng)都快，這是氣動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)之一。 空氣介質(zhì)清潔，亦不會(huì)變質(zhì)，管路不易堵塞。 它可安全地應(yīng)用在易燃、易爆和粉塵大的場(chǎng)合。又便于實(shí)現(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù) . 二機(jī)械手的組成 機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡(jiǎn)單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形 式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。 1. 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類 似動(dòng)作。手腕是連接手指與手臂的 元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。簡(jiǎn)單的機(jī)械手可以沒有手腕。支柱用來支 撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)。 2. 傳動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要由傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓 傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。 3. 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn) 行動(dòng)作，簡(jiǎn)單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控 制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作動(dòng)作復(fù)雜的 機(jī)械手則要采用 可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 三 機(jī)械手的分類和特點(diǎn) 機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立 的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的 操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī) 械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過 操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工 業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng) 機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為 “ Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序 一般是固定的，因此是專用的。 主要特點(diǎn)： (1) 機(jī)械手（上下料機(jī)械手、裝配機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、堆垛機(jī)械手、助力機(jī) 械手、真空搬運(yùn)機(jī)、 真空吸吊機(jī)、省力吊具、氣動(dòng)平衡器等）。 (2) 懸臂起重機(jī)（懸臂吊、電動(dòng)環(huán)鏈葫蘆吊、氣動(dòng)平衡吊等） (3) 導(dǎo)軌式搬運(yùn)系統(tǒng)（懸掛軌道、輕型軌道、單梁起重機(jī)、雙梁起重機(jī)） (4) 工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā) 展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域 內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知 疲勞、不怕危險(xiǎn)、桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 20 頁 共 24 頁 抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門 的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如： (1) 機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。 (2) 在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行 業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī) 械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。 (3) 可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。 (4) 可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。 (5) 宇宙及海洋的開發(fā)。 (6) 軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 助力機(jī)械手 :又稱平衡器、平衡吊、省力吊具、手動(dòng)移載機(jī)等，是一種無重力 化手動(dòng)承載系統(tǒng)，一種新穎的、用于物料搬運(yùn)時(shí)省力化操作的助力設(shè)備 ,屬于一種 非標(biāo)設(shè)計(jì)的系列化產(chǎn)品。針對(duì)客戶應(yīng)用需求，量身定制的個(gè)案創(chuàng)作。 一種模擬人手操作的自 動(dòng)機(jī)械，它可按固定程序抓取搬運(yùn)物件或操持工具完 成某些特定操作。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動(dòng)條件，保證人 身安全。 20 世紀(jì) 40 年代后期，美國(guó)在原子能實(shí)驗(yàn)中，首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性 材料，人在安全室操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。 50 年代以后，機(jī)械手逐步推廣 到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機(jī)床 的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫(kù)中取 放刀具 并按固定程序更換刀具等操作。機(jī)械手主要由手部機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手 部機(jī)構(gòu)隨使用場(chǎng)合和操作對(duì)象而不同，常見的有夾持托持和吸附等類型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由液壓氣動(dòng)電氣裝置驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手可獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)伸縮旋轉(zhuǎn)和昇降等運(yùn) 動(dòng)，一般有 2 3 個(gè)自由度。機(jī)械手廣泛用于機(jī)械製造冶金輕工和原子能等部 門。 能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具 的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害 環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子 能等部門。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也 常稱為機(jī)械手。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。 機(jī)械手是在自動(dòng) 化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化 裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著 電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi) 迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地 實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、 重復(fù)枯燥的工作， 減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行 業(yè)中它可桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 21 頁 共 24 頁 用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、 組合機(jī)床 上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單 元 FMC 中一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔 性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊， 而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新 適銷對(duì)路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。而目前我國(guó)的工業(yè) 機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平 低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng) 濟(jì)上、技術(shù) 上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。 簡(jiǎn)易機(jī)械手及控制 隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快 ,人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善 ,使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展 ,其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡(jiǎn)便以及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn) ,已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門 ,在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動(dòng)機(jī)械手有氣控機(jī)械手、 XY 軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī) 械部件的搬運(yùn)工作 ,能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中 ,使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷、便利。 一 .四軸聯(lián)動(dòng)簡(jiǎn)易機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過程 機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖 1 所示 ,有氣控機(jī)械手 (1)、 XY 軸絲杠組 (2)、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu) (3)、旋轉(zhuǎn)基座 (4)等組成。 圖 28 機(jī)械手結(jié)構(gòu) 其工作過程為：當(dāng)貨物到達(dá)時(shí) ,機(jī)械手系統(tǒng)開始動(dòng)作 ；步進(jìn)電機(jī)控制開始向下運(yùn)動(dòng) ,同時(shí)另一路步進(jìn)電機(jī)控制橫軸開始向前運(yùn)動(dòng) ；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到達(dá)正好抓取貨物的方位處 ,然后充氣 ,機(jī)械手夾住貨物。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱軸上升 ,另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫軸開始向前走 ；轉(zhuǎn)盤直流電機(jī)轉(zhuǎn)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（譯文）用紙 第 22 頁 共 24 頁 動(dòng)使機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng) ,轉(zhuǎn)到貨物接收處 ；步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動(dòng)縱軸下降 ,到達(dá)指定位置后 ,氣閥放氣 ,機(jī)械手松開貨物 ；系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動(dòng)作。 二 .控制器件選型 為達(dá)到精確控制的目的 ,根據(jù)市場(chǎng)情況 ,對(duì)各種關(guān)鍵器件選型如下： 1.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 機(jī)械手縱軸 (Y 軸 )和橫軸 (X 軸 )選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的 42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī) ,步距角為 0.9 /1.8 ,電流 1.5A。 M1 是橫軸電機(jī) ,帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮 ；M2 是縱軸電機(jī) ,帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。 所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是SH-20403 型 ,該驅(qū)動(dòng)器采用 10 40V 直流供電 ,H 橋雙極性恒相電流驅(qū)動(dòng) ,最大 3A的 8 種輸出電流可選 ,最大 64 細(xì)分的 7 種細(xì)分模式可選 ,輸入信號(hào)光電隔離 ,標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口 ,有脫機(jī)保持功能 ,半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境 ,提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計(jì)