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宽幅摆臂式上料机设计及关键问题研究

赵佳兴  
【摘要】:作为自动化生产线必不可少的设备,上料机是否性能稳定、工作效率高会直接影响工厂的生产效率。本文在对玻璃纤维无纺布分切作业流程进行研究和分析的基础上,设计灵感来自于旋臂式起重机,设计了一种专用于分切机上料的旋臂式上料机。上料机由底座、十字轴、手臂等结构组成,可在9s内完成一次150kg的玻璃纤维无纺布物料的上料任务。本文从上料机设计的技术难点出发,以各部件机构为研究对象,对结构及轻量化设计、有限元动态特性分析、十字轴装配间隙消除以及控制系统设计等关键问题研究,具体内容如下:针对上料机的上料流程,根据质量功能展开(Quality Function Deployment,简称QFD)方法和面向装配的设计(Design for Assembly,简称DFA)提出上料机的整体结构设计方案以及关键零部件的设计方法,完成上料机结构设计。对上料机的关键零部件进行模态分析,评估设备的动力学特性。针对上料机装配间隙消除问题进行研究,合理选择间隙消除方式和间隙消除材料,利用ANSYS显示动力学模块Explicit Dynamics进行仿真。对上料机的关键部件进行了轻量化研究,面向危险工况,以手臂的重量和最大变形量为优化目标,首先对手臂进行拓扑优化,然后根据拓扑优化结果对关键尺寸进行尺寸优化,最后完成对上料机手臂的轻量化设计。完成了上料机的硬件配置和软件系统开发,编写了上料机的PLC运行程序,设计了基于威纶通触摸屏的人机交互界面,实现了上料机的自动控制。本文对宽幅摆臂式上料机进行结构设计和关键部件轻量化设计,进一步对关键零部件进行动态特性分析,研究了装配间隙消除方法和仿真分析,最终完成了控制系统设计,为宽幅摆臂式上料机的产品化奠定了技术基础。


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