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重载浇注机器人执行系统设计与研究

徐成克  
【摘要】:新工艺、新技术的不断发展对铸造生产方式提出了新的要求。针对现阶段铸造生产设备存在自动化、智能化程度低等的问题,为改善铸造生产中浇注作业的工作方式和生产环境,提高铸件产品质量,迫切需要开发先进的铸造生产装备,提高铸造生产装备的自动化、智能化水平。论文基于TRIZ理论和传统机械装备设计方法,提出一种300 kg级重载浇注机器人的设计方案,采用并联机构作为执行装置的执行机构;基于TRIZ理论,结合浇注设备的设计要求,给出了重载浇注机器人方案设计的具体思路;采用2UPR-2RPU并联机构作为重载浇注机器人执行装置的拓扑结构,设计了一种倾倒浇注液的执行装置;运用物-场模型、矛盾矩阵以及标准解等方法,分析执行装置设计中存在的机械干涉、并联支链空间位置布置、静平台尺寸设计等问题并提出了相应问题的技术方案。基于机构拓扑结构和空间机构学理论,判定执行装置具有3个运动自由度,建立执行装置的位置反解方程、支链速度方程,分析各个支链运动特性和执行装置工作空间大小,为执行装置设计提供理论基础。并运用ADAMS软件和MATLAB软件相互印证了执行装置支链杆长、速度和运动行程等运动学参数与设计参数之间的一致性。分析了执行装置的静力学受力情况。由于在倾倒浇注液过程中,浇包内浇注液质量不断减少。因此,论文给出了浇包内剩余浇注液质量随浇包旋转角度的关系,从而求解变载荷下,并联支链L1、L3受力大小与浇包旋转角度之间的关系,其中支链最大受力为11250 N。运用ANSYS Workbench软件模块校核执行装置的支链刚度与强度,完成执行装置结构尺寸的优化设计。针对定点浇注问题,分析了执行装置的浇注机理,建立了定点浇注时浇注液流线模型,分析了定点浇注过程中浇注液出流速度与浇包转角的关系;运用ANSYS Fluent软件模拟对流线模型进行仿真实验,研究浇包旋转时,浇注液的出流速度特性,为执行装置的浇注速度控制提供参考。图[75]表[11]参[82]。


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