双臂手工程机械转台设计及优化

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1、双臂手工程机械转台设计及优化1绪论1.1工程背景由于全球的地震灾害进入了高发期,仅2010年前4个月,国内外便连续发生了41次6级以上的地震,复杂的地震坍塌现场急需专业、高效的救援机械装备[1]。同时我国也是一个严重自然灾害和安全事故高发的国家,对于各种爆炸、火灾、井喷、矿难、交通和化工等安全事故的排险、救援也迫切需要高效、可靠的救援设备,另外,随着我国现代化基础设施建设和城市化的推进,越来越多的危房、危楼、报废汽车和船舶等大型钢结构件需要快速、高效、低危、低耗地进行拆除、分解、分拣作业。然而,目前我国乃至全球尚没有适宜的专用

2、设备进行上述作业,只能靠传统的工程机械设备和人工来完成这些工作,存在着效率低、能耗高、危险性大等问题和不足,急需专用、高效的特种工程机械产品。在这种情况下,研制高效、低危、快速、低耗的专用抢险救援设备就显得十分的迫切和必要。1.2国内外研究现状双臂转台是双臂手救援工程机械的重要组成部分,是伴随着双臂手救援工程机械应运而生的。双臂在工程机械上的应用,国际上以日本为代表,其它国家的相关研究尚不多见。日本Tmsuk公司分别于2000、2004和2007年研究推出了援龙T-5、T-52、T-53系列救援双臂机器人。其中T-53实体尺寸

3、为140cmX232cmX280cm,总重量为2.95t。该机器人总共有18处自由活动关节,2个机械臂分别有6处活动关节,单臂能够举起100kg的重量。援龙T-53为T-52的改进产品,使用油压方式驱动,邮箱装满燃料后能够提供机器人6小时以上的驱动时间。机器人头部、躯干部、手腕部分都安装了CCD相机。其中在躯干部分的前后左右各配备了广角相机,而头部则配备了一台具有监控功能的38万象素变焦相机。新一代援龙T-53能够同时进行搭乘式操作或远端操作。司机可坐在控制装置中操作援龙T-53。控制装置不大,能够放置在轻型卡车上。控制双臂的

4、装置部分配备了气缸制动装置。使用该制动装置,如果希望移动手臂接近目标的话,比如可固定肩关节或肘关节,仅对手腕和手指的动作进行操控。远程无线遥控装置由控制器,主监视器,2个辅助监视器组成。操作人员使用类似飞行摇杆的控制器来遥控机器人[4]。2.1双臂手救援工程机械转台钢结构设计2.1.1双臂手救援工程机械转台钢结构主梁结构设计转台钢结构主梁是转台结构中关键的受力结构,其主要作用是把外载荷以及转台上?所有部件的自身载荷(包括主臂、副臂、腕部、属具、司机室、发动机、液压油箱、燃油箱等)传递给下车。为保障转台钢结构的强度和刚度要求以及

5、良好的传力性能,主梁一般都做成箱型梁或工字梁焊-接结构。3双臂手救援工程机械转台设计计算143.1双臂手救援工程机械整机及转台性能参数介绍143.2双臂手救援工程机械回转支承选型153.3双臂手救援工程机械转台钢结构设计计算163.4双臂手救援工程机械铰接架设计计算213.5本章小结224基于ANSYS的双臂手救援工程机械转台方案的计算与优化234.1软件介绍234.2有限元计算说明244.3双臂手救援工程机械转台有限元计算264.4双臂手救援工程机械转台结构优化315其它因素对双臂手救援工程机械转台结构设计的影响385.1工

6、艺要求对曲面上油缸耳板固定方式的影响385.2强度和刚度要求对转台结构的影响39本文研究的内容为双臂手抢险救援工程机械转台设计及优化。双臂机器人是基于近年来越来越多的地震、井喷、矿难等自然灾害的发生而专门研发、设计的新型工程机械设备。它克服了传统工程机械设备工作效率低,耗能大,营救时间不及时等缺点,填补了工程机械行业专门的用于抢险救援设备的空白。双臂转台以放置两套臂架系统的特点而区别于传统的转台结构,其受力情况更复杂、整机的稳定性更难控制。本文旨在设计出一套双臂手抢险救援工程机械转台结构。结论如下-(1)通过对双臂手救援工程机

7、械整机和转台的功能要求进行研究分析,同时参考同类型的工程机械,得出了转台钢结构以及铰接架的结构形式;(2)通过对转台模型进行简化解析计算,确定了转台结构的主要尺寸;(3)通过运用ANSYS11.0对转台结构进行有限元计算,得到了转台结构的有限元应力水平,并以得到的有限元应力水平为目的来验证解析计算结果的合理性,并对不合理的结构进行结构优化,最后转台结构的应力水平完全满足要求;(4)通过讨论工艺要求、油缸布置等因素对转台结构设计的影响,完善双了臂转台结构的设计。(责任编辑：jenny)