机械臂设计论文
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机械臂设计论文范文第1篇
关键词：超大型平头塔式起重机；平衡臂；优化设计；有限元
中图分类号：TH2文献标识码：A
Abstract：Taking the counterjib of T3000160 super large flattop tower crane as the research object，the structure is optimized. Firstly，the finite element simulation model of the counterjib is established. Then，the APDL algorithm language and parametric technique in Ansys are used to parameterize the design dimensions of the counterjib structure. Through the structural optimization，the optimal crosssectional dimension of the main structure of the counterjib is obtained，The results show that the overall strength and rigidity of the counterjib meet the design requirements，and the parametric design can improve the design quality of the construction machinery.
Key words：super large flattop tower crane，counterjib，optimized design，finite element
1引言
S着有限元技术的不断发展，计算机辅助设计在塔式起重机关键组成部件的优化分析设计中得到了广泛应用。计算机辅助设计及有限元分析技术的引进使用，使得塔机产品使用起来更加安全和高效。超大型平头塔式起重机作为塔机发展的方向，其结构复杂，工况多样，仅仅对其进行整体的综合系统设计是不够的，更应该关注其细节结构设计分析，关注计算机优化设计。
本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机作为研究对象，利用计算机辅助设计技术对平衡臂结构进行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂结构的优化设计，达到降本增效的目的。
2Ansys有限元分析优化设计的有关概念121设计变量设计方案完成后，其中的设计元素可以用一组基本参数数值来表示，这一组参数数值就是所谓的设计变量。
22目标函数
在产品结构设计中，可以利用一些设计指标衡量一项设计方案的好坏，通过把设计指标参数化得到相关函数来表示这些指标，这些相关函数即是优化设计的目标函数。
计算技术与自动化2017年6月第36卷第2期郭纪斌等：基于Ansys的超大型平头塔式起重机平衡臂优化设计23约束性条件
所谓约束性条件是在对与目标函数相关的设计变量进行取值时加入的限制性条件。约束类型按照目标函数中设计变量的不同性质可分为边界性约束和性能性约束。
24合理性设计
所谓合理性设计是指满足设计方案所有给定约束条件（包括设计变量的约束和状态变量的约束）的设计。倘若给定约束条件中的任一条未满足，该设计就被认为是不合理的。而最优设计就是既能满足所有约束条件同时目标函数值又是最小的设计。
3超大型平头塔机平衡臂优化设计的步骤
在Ansys软件中可以用两种方式进行结构优化设计：图形交互式或者数据批处理来完成。在本论文中，选用数据批处理方式来进行平衡臂结构优化设计，以期提高优化设计效率。
由于用户采用优化方式的差异（批处理或GUI方式），Ansys优化设计步骤会有些许差别。本论文中平衡臂优化设计步骤如下：
31分析文件的生成1311参数化建立模型通过Ansys软件/PREP7命令把设计方案中的设计变量参数化建立数据模型的工作完成。对于本论文选定的T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂，设计变量是拉杆和臂架弦杆的尺寸，如表1所示。
表1设计变量
设计变量1初值（mm）1变量含义X112001平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X21361平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X31651平衡臂拉杆圆钢Φ130的半径
312计算求解
Ansys中的求解器主要是对分析类型和分析选项在优化过程中进行定义，并完成载荷的施加，及对载荷步的指定，最后进行有限元分析计算，同时在分析过程中需要的数据都要在计算求解过程中指出。
在本论文平衡臂的优化分析中，solution 部分输入如下：
/SOLU
PREP7，
…
BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…
Acc1，0，10000，0，
AUTO CP，0，0.65*2，
SOLVE，
FINISH。
313提取参数化分析结果
对分析结果进行提取并给相应的参数赋值，这些参数通常情况下包括目标函数和状态变量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是与数据的存储、加减或者其他操作相关时，而对数据的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）来完成。
在本论文研究中，设置平衡臂总重量为目标函数。因为重量和体积成比例关系，对产品总体积的减小就相当于总重量的减少，因此把总体积设计为目标函数。在优化研究中，把轴向应力、节点位移设置为状态变量。这些参数的设定可以用下面的方法进行定义：
/POST1
ETABLE，evolume，VOLU，
QR SSUM
*GET，VOLUME，SSUM，DEFORMED，EVOLUME
…
QR，SMAX_E，LS，0，1
CP，ETAB，SMAX_E，0，1，
*GET，SMAX_E，SORT，MAX
…
*GETT，DYMAX1，NODE，1528，Z，Y
…
32对计算结果优化分析
建立完成分析文件之后，就可以利用计算机进行优化分析。在优化处理器中，这些相关参数的值被假定为一个设计序列，所有参数会在Ansys数据库中被自动设置为设计序列1。
4超大型平头塔机平衡臂优化设计结果
通过10次迭代计算完成对模型参数的优化，目标函数与设计变量的变化如图1―图3所示。
图1设计变量X1优化示意图图2设计变量X2优化示意图图3设计变量X3优化示意图通过上面的优化示意图可以看出，三个设计变量都是平衡臂主结构件的截面尺寸，经过优化计算，截面尺寸都得以减小，而与其相关的目标函数（平衡臂总体积）有总体减小的趋势。
在优化计算时不仅要减少平衡臂体积，同时其结构对强度和刚度的设计要求也要满足，所以本研究增设状态变量1（平衡臂端部位移）和状态变量2（截面危险节点的应力值）为研究对象，其优化过程如图4―图5所示。
图4状态变量1优化示意图图5状态变量2优化示意图从两个状态变量的优化过程可以看出，在经过多次迭代优化后各状态变量值变量均在设定值范围内变化，变化非常小。
目标函数的最优解在Ansys优化设计过程可以自动选出，在本论文中得出的最优解见表2。
由优化计算结果可以看出，平衡臂总质量由18.87吨优化到了17.13吨，p少了1.74吨，减重百分比为9.22%。与初始设计方案相对比，优化后主体结构件截面尺寸减小，从而降低了平衡臂总质量，达到了减轻平衡臂总重量的优化设计目标。通过对优化模型有限元分析结果的检查，其结构刚度、强度均符合设计要求，如表2所示。
本论文选用Ansys一阶优化方法对以平衡臂总质量为目标函数的方案进行计算优化，优化后平衡臂结构强度刚度均在设计允许值范围内。通过定义主要结构件尺寸的优化，平衡臂总重量减少1.74吨，降幅9.22%。
5结论
本论文以T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂的优化设计为研究对象，采用现代设计理论和方法，使用主流有限元分析软件Ansys完成对平衡臂结构的优化分析，其过程主要如下。
（1）建立T3000160塔机平衡臂有限元分析模型，选用BEAM188，MASS21等作为模型分析单元，确保有限元模型结构、重量等参数的设置符合实际情况。
（2）各项参数满足设计方案要求。通过优化分析，得到平衡臂主体结构件的最优截面尺寸，同时有限元分析结果表明整体结构强度和刚度满足设计方案需求。
（3）本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机的平衡臂进行有限元分析优化设计，为超大型平头塔式起重机平衡臂及其他相关部件结构的强度分析和设计提供一个理论性的支撑，同时提高工程机械设计质量，缩短设计周期，促进优化设计法在起重机设计中的应用。
参考文献
[1]张洪信.ANSYS基础与实例教程[M].北京：机械工业出版社.2013.
[2]周宁. ANSYS APDL高级工程应用实例分析与二次开发[M].北京：中国水利水电出版社. 2007.
[3]起重机设计规范GB/T38112008[S].中华人民共和国质量监督检验检疫总局.2009.
[4]马东辉，赵东.基于ANSYS和MATLAB的结构优化设计[J].制造业自动化.2013.35（10）：106-108.
[5]李新华，张毅，戴琳.塔式起重机起重臂的模糊优化设计[J].机械与电子.2010（9）：92-93.
[6]孙运见，孙乐.基于Jaumin的等参单元算法框架设计[J].计算机辅助工程.2015（1）：63-67.
机械臂设计论文范文第2篇
关键词：苗圃除草 机械除草 机器人 履带式底盘
中图分类号：S765.1文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（a）-0000-00
1引言
杂草影响着林业苗圃苗木的生长，而传统的除草方法主要是靠人工除草或者化学药剂除草。人工除草工作量大、耗时费力、工作效率低，化学药剂除草会给苗木、土壤、生态环境甚至人体健康造成损害[1，2]。随着现代科学技术的进步和现代高效农林业的发展、农业劳动力的提高[3]，国内外的很多科研机构已经广泛开展了除草机器人的研究。日本开发了一种履带式除草机器人用来去除稻田中的杂草。该机器人改采用电子装置作为引擎稳定前进，拨动土壤后对其施压并将杂草翻动出来。荷兰研究设计了一种自动除草机器人，采用柴油发动机作为动力，具有独立转向系统，可实现四轮转向。南京林业大学[4]设计了一种基于机器视觉导航和杂草识别的农田除草机器人，但该机器人采用喷药除草技术，但处于试验阶段。本文旨在设计一种适应林业苗圃作业环境的履带式智能除草机器人。履带式智能除草机器人的机械结构由履带式底盘、除草机械臂及除草执行器组成，底盘部分驱动整车在苗圃垄沟间行进，机械臂及除草执行器可通过控制器定位苗床和垄间的杂草从而完成除草工作。
2林业苗圃除草机器人机械结构分析
林业苗圃除草机器人的结构分为履带式底盘、机械臂和除草执行器三个部分，其中除草执行器为除草铲，如图1所示。实验苗圃根据机器人尺寸确定苗床、垄沟宽度，故该机器人能横跨宽度约为750mm苗床进行除草作业。在林业苗圃中除草作业时，机器人横跨在苗床的垄沟间，沿着垄沟行走。机械臂平台在苗床上方三维空间内移动，除草执行器安装在机械臂的末端。
图1机器人整体结构图
1、履带式底盘 2、机械臂 3、除草执行器 4、驱动模块
2.1 林业苗圃除草机器人底盘结构设计
本设计采用三角式履带式底盘结构，能使其在地况复杂的苗圃中能够稳定有效的进行除草作业。林业苗圃除草机器人所利用的是履带轮式行走机构，具有更好的适应性、高性能性和稳定性。驱动模块置于除草机器人的顶部，底部的两个履带轮为从动轮，这样使得其行走部分变得更加轻巧简单。底盘作业平台高度可以上下调节，如图1中所示，使除草机器人作业可以适应不同时期、不同高度的苗木，以达到更好的除草效果。
2.2 驱动模块设计
由于整机重量较大，采用履带式底盘结构，也增加了与地面的摩擦。驱动模块的结构是直流电机与驱动轮轴用梅花联轴器相连，如图1所示。该款机器人履带式底盘主要重量在于组成履带行走结构的轮重和底盘自身重量，因此驱动电机采用MAXON DC motor 148867直流电机。选用MLDS 3610-B型号明朗驱动器为直流电机的驱动器。
2.3机械臂
除草机械臂的结构是由位于除草作业三个坐标轴方向的移动丝杠模块组成，安装在底盘平台底部。其结构如图1中的机械臂模块可看出，机械臂的x方向为垄沟间移动方向，y方向是机器人行走方向，z是除草作业方向。x、y、z三个方向的有效行程分别为300mm、100mm、100mm，移动精度为0.01mm，可以除草执行器实现在苗床上的精确定位。该机构总的来说，能够较为容易的达到预定的目标，并且易于安装。
2.4除草执行器
机械除草设备中，除草执行器的结构对于除草效率、结构设计等方面影响至关重要。基于以上因素综合考虑其除草机构的结构设计。林业苗圃除草机器人的除草执行器采用的则就是除草铲。驱动除草执行器作业的电机通过L形连接板固定于z轴丝杠平台末端上，除草铲通过一方形连接块与电机相连，如图1中除草执行器部分所示。此种除草方式除草效率较高，伤苗率低，精确定位从而减少能耗。这种除草方式可以根据不同的苗木杂草情况更换不同型号的除草铲，更换方便，适用于不同苗木的苗圃除草作业环境。
3 实验
在实验室环境下进行了模拟除草实验。除草机器人从初始位置出发，到达实验指定位置，控制机械臂定位到杂草位置，利用末端除草铲除去杂草，如下图2所示。
（a） 机器人初步定位除草位置 （d） 机器人除去杂草
图2 除草机器人除草动作序图
通过模拟除草实验得出，该苗圃除草机器人行走机构易于控制，能准确的到达指定位置，从而到达精确除草的效果。
4 结论
本文提出并阐述了一种林业苗圃除草机器人的结构设计与实现，具体分析了该款机器人底盘、机械臂和除草执行器的结构。与同类机器人相比，该款机器人具有更好的地面自适应功能，精确定位，除草效率高。实验也证明了该机器人具有很好的环境适应能力和精确除草功能，可广泛应用于林业苗圃。
参考文献
[1] 李江国，刘占良，张晋国，等.国内外田间机械除草技术研究现状[J].农机化研究，2006（10） ：14～16
[2] 马超.浅谈我国田间机械除草现状及发展趋势[C].中国农业机械学会第四届青年学术年会论文集，2007：132～135.
机械臂设计论文范文第3篇
摘 要：后臂式；立体车库；研究
中图分类号：TH218 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0100-02
1 绪论
1.1 立体车库的背景及意义
立体车库的定义：用来存取储放车辆的机械或机械设备系统。
机械式立体停车设备是市场经济发展的结果，在市场需求的迫切影响下应运而生了。这种新型的设备一改传统的停车场单层平面停放方法，将空间扩展至空中和地下；在土地资源紧张，汽车越来越多的状况下，将车辆多层存放，可以大大缓解都市停车难的问题。
1.2 立w车库分类
鉴于立体车库市场价值和实用性，国内已经有诸多研究，选取如下四种进行对比分析，如表1所示。
虽然立体车库有很多的优点，但是立体车库在现阶段还是存在一些问题，这主要存在于下面几个方面：
（1）停车、取车不方便。虽然目前我国已有多个厂家在生产各种机械式立体停车库，但现实中却都未出现预期的效果。
（2）停车消费者对立体停车仍未认可，地面泊车仍是停车首选。其中最为主要的原因就是不少消费者对停车有个习惯，一般情况下，喜欢停在地上，不愿停在地下，而立体停车就更不受欢迎了，车主往往会产生一种恐惧感，进车和倒车都比地上停车要麻烦。
（3）有些立体停车场在使用的时候很不方便。这个主要是由于其设计和规划没有做好，有的时候车难找，而且也难行，安全性较差，倒车的时候还容易产生刮碰等事故。
（4）现行的收费标准需要再次进行考量。
（5）立体车库的运行成本也较大。
2 立体车库的功能分解与方案提出
2.1 立体车库的功能
为了解决立体车库存车取车难，等待时间较长，建造维护成本高等问题，我们选取了悬臂式立体车库为改造的对象，通过改造达到简易使用的目的，我们将车库设计为两层到三层，这样易于实现车的入库和出库，车位需有的功能如下：（1）易于升降。（2）对环境要求低，适应性好。（3）底层能够水平移动，易于取车或者采用整体上下移动方便上层取车。
为实现上述功能，新式立体车库需要实现如下功能：升降功能，横移功能，自锁功能。
2.2 方案对比评价
2.2.1 升降方案选择（表2）
综上的评价，对比连杆机构、钢丝驱动、齿轮齿条、螺母丝杠，齿轮齿条的可靠性最差，因此排除该方案，根据使用需求可在稳定性较好的连杆机构和螺母丝杠结构中做出选择。
2.2.2 横移方案选择（表3）
根据评价，最后选择链传动，在这里主要实现的功能就是方便顶层的用户取车，因此在这里也可以选择整排升降来实现功能。最终选择的是实现起来比较方便的整排升降方案。
2.2.3 自锁方案选择（表4）
根据上面的评价，最后选择外部自锁作为初选自锁方案。
3 构建三维实体模型
立体车库的主要参数：（表5）。
4 结语
一个产品的设计过程一般需要：产品功能描述，对现有类似产品进行调查，对方案进行原理设计，方案设计并提出候选方案，最后对方案进行评价并选择最佳方案，构造实体模型并进行仿真，试制模型等程序，最后得到最终产品。本论文立体车库的设计只是粗略设计，没有具体考虑太多的细节，也没有对方案进行细致的校核，因此还需继续完善。
参考文献：
[1]机械设计手册编委会.机械设计手册 [M].北京：机械工业出版社，2007.
机械臂设计论文范文第4篇
论文关键词：机械设计制造；毕业设计；教学改革
机械类本科毕业设计是具有总结性的综合性工程训练，是学生在系统学习机械专业知识及各种训练的基础上，按照规范化的设计程序与方法所进行的实践活动。它是一种研究性学习与工程训练，也是学生一次解决机械专业工程技术问题的具体实践，是锻炼学生运用所学知识分析解决问题能力、培养创新精神，进一步提高综合素质和工程实践能力的重要环节。通过毕业设计有利于提高学生的综合素质和培养他们的调查研究能力、设计能力、初步科研能力和创新能力，使学生受到设计、生产、管理第一线所必需的岗位能力训练，便于学生向工作岗位过渡。目前机械类本科毕业设计中存在的问题不容忽视，而且牵涉到学生、教师等多个方面。
针对目前高等教育的形式和机械类专业社会需求的状况，指导机械类本科毕业设计紧紧围绕着培养学生的工程实践能力和提高综合素质来进行。充分发挥好学生在毕业设计中的主体作用和教师的指导作用，加强毕业设计的过程管理工作，提高教师的自身业务能力，严把质量关，使学生在本科毕业设计这个过程中，实践能力和综合素质都得到进一步提高。
一、毕业设计指导过程
在指导毕业设计的过程中，严格遵守学校规定的各项政策，按照学校颁布的《毕业设计工作规程》和机电工程系制定的《机械制造专业毕业设计（论文）教学大纲》的要求进行。指导的毕业设计做到观点明确、论据充分、推理严密、计算准确、层次分明、条理清楚、语言简练、有一定量的相关资料和图表等。
每年毕业设计开始阶段，都会根据已经确定的毕业设计题目给学生下达毕业设计任务书，这是学生在指导教师指导下开展毕业设计工作的依据，也是检查、考核学生毕业设计完成情况与评分的重要依据之一。毕业设计任务书中指定了学生毕业设计题目、设计参数、设计要求、设计时间安排和学生结合本题目需要查询的中外文献，并列出了学校图书馆对应参考书籍的中文图书号，方便学生查阅指定文献。学生进入毕业设计环节后，在第1周安排了完成毕业设计开题工作，规定了他们完成的进度。
设计过程中，对学生情况全面了解，分析了他们的条件与特长，全程指导学生进行调查研究、实验等。随时了解学生毕业设计情况，对学生毕业设计中的问题及时给予指导。以身作则，教书育人，重视对学生独立工作能力、分析问题能力、解决问题能力和创新能力的培养。毕业设计期间，要求学生每周至少2次集中，每次需汇报一下具体学习情况，检查学生毕业设计的进度和质量，并进行答疑，认真填写了《毕业设计（论文）检查指导情况记录》。
毕业论文撰写过程中，认真指导了学生拟定论文写作计划和写作提纲，审阅论文初稿，要求学生严格按《毕业设计（论文）规范要求》正确撰写毕业设计。审核学生毕业设计完成情况，同时对学生进行答辩资格预审，对学生的答辩申请提出意见。答辩前督促并指导学生做好各项准备工作，如准备验收、组织预答辩等。
毕业设计完成后，按学校要求撰写了毕业设计指导教师评语，在规定表格中写出技术性评价和学术性评价并签字，向答辩委员会报告学生毕业设计的任务、要求、完成情况、质量及应用价值，指出存在和应注意的问题等，同时根据评分表给出成绩。答辩结束后，对学生的毕业设计进行整理并归档。同时对毕业设计指导工作进行总结，提出改进意见。
二、加强过程管理，提高毕业设计（论文）质量的具体做法
由于机械类专业是与机械产品设计制造紧密相关的专业。在指导本科毕业设计的过程中历来重视毕业设计指导工作，立足机械类专业的特点，贯彻“以产品生产为主线”的指导思想，坚持采用校企联合、真题真做、强化过程管理、完善评价体系等方法和手段，严格要求学生的图纸图量和毕业论文的内容，取得了良好的效果。
（一）结合平时的科研实际，将企业需要解决的生产实际问题作为学生毕业设计选题毕业设计的选题质量直接影响和关系到今后毕业设计的质量。选题时根据科研项目、实验室的建设、学科发展方向、工业企业生产等多方面科学设计切合学生实际的毕业设计题目，以求达到使学生获得综合训练的目的。另外还考虑学生毕业后的工作实际，灵活根据学生的实际水平调整确定毕业设计的题目，对于已确定工作去向的学生，尽量帮其选择一个与其将来工作相关的课题；对于考研的学生，帮其选择具有一定理论性的研究型课题，为将来攻读硕士学位的研究工作打下基础。另外还有一部分学生的毕业设计直接在已签订就业协议的企业完成，让学生在收集资料、解决问题、设计的过程中充分体验实际工作的程序，了解企业生产运作等最真实的情况，多积累“实战”经验和技巧，从而解决好学生就业和单位招聘后的后顾之忧。只有让学生切实地感受到毕业设计对未来工作的帮助，才能使学生自觉地、积极主动地参与到毕业设计中来。如2011年指导学生的毕业设计题目是“推土机铲臂右支架加工工艺及钻床夹具设计”，该题目结合了抚顺挖掘机厂实际生产的需要，要求该生利用所学的金属工艺学、互换性测量技术、机械制造技术基础等多门课程的知识，解决工程中推土机右支架的实际加工工艺以及针对其中钻孔的工序设计专门的钻床夹具，为该生毕业后从事机械产品的工艺设计打下了很好的基础。 （二）结合学校规定，要求每个学生必须独立完成各自的毕业设计，做到一人一题
每年指导的毕业设计如果需要合作完成的课题，每个学生必须独立进行某一方面的研究工作，独立完成自己的毕业设计。今年指导7名毕业设计，每个学生的毕业设计题目都不一样，而且每一年的毕业设计题目也不相同，这样避免学生之间互相抄袭和雷同。
（三）全程参与学生的毕业设计过程，并确保充足的指导时间
从毕业设计任务书下达开始，明确要求学生每周至少集中两次，每次集中都要求学生汇报每周工作情况，对各设计环节经常督促检查，对学风不正、设计不认真或者经常不到岗的学生，一经发现及时纠正。从根本上杜绝了凭感觉指导，凭经验检查，凭感情给分的行为。对学生毕业设计要严格把关，从论文质量、工作态度、文本格式、图纸质量等方面进行全面考核。对于达不到要求的毕业设计必须坚决整改，确保质量要求不降低。
（四）具有强烈的责任感和良好的职业道德，本着对每一位学生负责的态度，兢兢业业地做好毕业设计指导工作，做好学生的引路人
在毕业设计指导过程中，当学生遇到困惑时，耐心的启发和引导；当学生提出问题时，热情地引导学生独立地查阅文献，找到获得解决方案的途径；当学生在寻找解决方案时，主动地引导学生对各种方案进行比较，从中找出最佳的方案，从而培养学生独立分析问题、解决问题的能力。
（五）合理安排毕业设计进程，加强毕业设计的过程检查
根据每个学生毕业设计题目的特点，指导学生制定毕业设计的方案和进度计划每周定时、定点检查执行情况，实事求是地做出检查记录，填写检查意见并签字。在方案设计确定以后，定时到毕业设计室进行指导，随时答疑，发现问题及时解决，避免返工。设计过程中进行检查，主要检查设计进度和质量，通过强化中间阶段的过程控制来规范整个毕业设计的工作以提高毕业设计的质量。
（六）建立学生考勤制度，确保毕业设计质量
要求学生对自己的设计首先进行自审，然后小组同学之间互校，最后由指导教师审定。只有经过三审并按审查意见修改以后的设计文件才算最后的毕业设计成果。每次指导后填写指导日记，记录指导情况，包括学生提问情况、出勤情况、主要问题分析、指导内容等，为学生的成绩评定提供必要的依据。同时要求学生每天填写毕业设计活动记录，记载出勤情况、日工作记录、完成情况和下一步工作安排等，便于教师的过程管理，加强了对毕业设计的过程控制和监督。明确毕业设计完成的进度和时间安排并加以落实，做到每一位学生有章可询、责任明确，整个设计过程任务清晰、环环相扣、依次进行，确保毕业设计工作的规范和有序。
三、毕业设计改革效果
每年经过精心准备和认真指导，学生的毕业设计质量完成都非常好，缩短了学生就业的适应期，同时扩大了毕业设计的选题范围，达到了学校、企业和学生都满意的效果。在每年指导的学生毕业设计中，都有学生获得优秀成绩。具体改革的教学效果如下：
（一）提高了毕业设计的质量
一人一题，真题真做，使学生从事毕业设计的责任心大大增强。学生从事毕业设计期间，能够亲身体验到科研工作直接应用效果，能够强烈地体会到企业的科技需求。因而有关毕业设计工作非常认真，毕业设计的质量明显提高。一些学生毕业设计能被应用于企业生产实践和产业化生产。
（二）缩短了学生就业的适应期
由于毕业设计题目多数来源于企业生产，学生在毕业设计中，得到了难得的工程实践以及了解、熟悉和适应企业的机会，使就业后的企业工作适应期大大缩短。
（三）提升了学生综合能力
在毕业设计全过程的训练中，提升学生的应用知识能力、沟通协作能力、团队合作精神、工作责任感和职业操守，以及把握社会需求的能力和适应职业需要的能力，尽快缩短与用人单位实际需求之间存在的差距。
（四）丰富了平时课堂讲解的知识
通过指导学生毕业设计，增加了实践知识，在实践经历中为教学提供新颖、鲜活的第一手案例素材，在教学中及时补充企业生产或实践设计等的新科技、新工艺，丰富了实践案例，使得课堂更加生动，知识传授更加有效，教学质量和学生们的学习积极性都得到了提高。
机械臂设计论文范文第5篇
论文摘要:限速器一安全钳系统是电梯中重要的安全装置,介绍了限速器一安全钳系统的工作原理,结合电梯现场检验发现的问题,分析了该系统的失效原因,指出了该系统的保养方法。
关键词:限速器 安全钳 失效原因 保养
电梯是载人的垂直交通工具,必须将安全运行放在首位。为保证电梯安全运行,从设计、制造、安装等各个环节都要充分考虑到防止危险的发生,并针对各种可能发生的危险,设置专门的安全装置。限速器一安全钳系统是电梯必不可少的安全装置,当电梯超速、运行失控或悬挂装置断裂时,限速器一安全钳装置迅速将电梯轿厢制停在导轨上,并保持静止状态,从而避免发生人员伤亡及设备损坏事故。限速器一安全钳系统在电梯生产过程中已进行安全试验,应能够满足性能要求,但是电梯的安全技术性能不仅取决于设计制造质量,很大程度上还取决于安装调试质量,特别是在电梯经过一段时间的使用后,限速器一安全钳系统将会因磨损、锈蚀、疲劳等情况引起参数改变或功能减弱、丧失等。因此,分析限速器一安全钳系统失效的原因,并在日常对该系统进行合理的维护保养就显得特别重要,这是电梯安全管理的重要环节。
1限速器一安全钳系统工作原理
限速器是限制电梯运行速度的装置,当轿厢上行或下行超速时,通过电器触点使电梯停止运行。当下行超速,电器触点动作仍不能使电梯停止,速度超过电梯额定速度115%以后,限速器机械动作,拉动安全钳夹住导轨将轿厢制停;当断绳造成轿厢或对重坠落时,也可由限速器的机械动作拉动安全钳,使轿厢制停在导轨上。限速器按动作原理可分为摆捶式和离心式两种,限速器一般安装在机房。安全钳按结构和工作原理分为瞬时安全钳和渐近式安全钳,安全钳一般安装在轿架的底梁,成对地同时作用在导轨上。
2限速器一安全钳系统检验中发现的问题
在对限速器一安全钳系统的检验中,发现部分电梯由于维护保养不善,致使该安全装置根本达不到正常的工作要求,主要存在下列问题。
(1)因限速器弹簧长期处于反复伸缩状态,使其整定动作速度改变。
(2)转动部件长期缺油,阻力增大致使离心甩动部分动作不灵活。
(3)由于钢丝绳自身的变化延伸,造成张紧装置触地,使钢丝绳张力不够,发生打滑。
(4)安全钳的连杆拉臂传动部分缺油、锈蚀,致使提升力大大超过300n。
(5)主动杠杆末端与安全钳联动开关距离过大,拉臂提起时,开关不能同时动作。
(6)楔块与导轨侧工作面间隙过大,在连杆提起时,楔块卡不住导轨。
(7)楔块内油污过多,松开拉臂后楔块不能复位,造成导轨受损。
这些问题的存在不仅使限速器一安全钳系统成了摆设,而且容易使人产生心理麻痹,潜在危害更大。
3限速器一安全钳系统失效原因分析
(1)限速器绳与轮磨擦力不够,当限速器动作时,限速器钢丝绳在限速器轮槽内打滑提不动安全钳,造成失效。
(2)在用的电梯,由于限速器轮槽的磨损,限速器钢丝绳的位置有所下降,使限速器的夹绳钳接触不到钢丝绳或制动力不够,造成限速器钢丝绳在轮槽内打滑而失效。
(3)新安装的电梯,限速器安装方向错误。当电梯向下运行时,限速器夹绳钳不能够夹住限速器钢丝绳;反之,当电梯向上运行时,夹绳钳反倒夹住钢丝绳造成失效。
(4)限速器动作时,由于弹簧张力大以及机械部件的卡壳等原因,导致限速器的动作速度大于电梯额定速度的115%。
(5)限速器轮轴的油污增加了阻力,影响其动作速度。
(6)安全钳钳口内有沙子、灰尘、油泥等异物,安全钳楔块夹不住导轨,轿厢在导轨上继续向下滑动造成失效。
(7)安全钳提拉机构结构尺寸不正确,提拉杆行程不够,提拉不到位,使楔块接触不到导轨工作面上,造成失效。
(8)安全钳提拉机构不到位,导致限速器钢丝绳拉力无法克服连杆机构连接处的阻力,造成失效。
(9)安全钳楔块间隙较大。当安全钳提拉机构提拉到极限最大位置时,安全钳楔块还不能与导轨工作面接触,造成失效。
4限速器一安全钳系统的保养
限速器一安全钳系统要勤于检测,还要善于维护保养,才能发挥应有的保护作用。
4.1 限速器保养
限速器旋转轴销、张紧装置轮轴与轴套每周应挤加钙基脂一次。对于铅封处不得撤卸,每年现场清洗换油一次。限速器张紧装置滑动槽每月应涂钙基脂一次,旋转轴应每周加机油一次。整个装置每年清洗一次。
4.2 安全钳保养
连杆机构每月应加机油一次,同时紧固,调整松动的弹簧、螺钉、销轴等零件;楔块、钳座每月涂少量凡士林一次。
5结语
限速器一安全钳系统是电梯中重要的安全装置,它能够在电梯超速和失控时发挥安全保障的重要作用。但是由于它的故障原因复杂多变,而且促发其误动作的因素也很多,所以存在一定的安全隐患。这就不仅要求特种设备检验人员对限速器一安全钳系统工作原理及失效原因全面了解,而且要求在定期检验时严格按照操作规范、标准对电气、机械装置的进行细致检验,并告知电梯维护人员如何进行维护保养,做到消除隐患,不留死角,确保电梯高校安全运行。
参考文献
[1] 姜国进．关于电梯安全钳动作受力分析及失效问题讨论[j]．中小企业管理与科技,2008,17(19):196～197．
机械臂设计论文范文第6篇
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机械臂设计论文范文第7篇
关键词：半固态,浆料制备,研究方向
1 引言
所谓金属半固态加工 [1 , 2] 就是将凝固过程中的合金进行强力搅拌，使其预先凝固的树枝状初生固相破碎而获得一种由细小、球形、非枝晶初生相与液态金属共同组成的液、固混合浆料，即流变浆料，将这种流变浆料直接进行成型加工的方法称为半固态金属的流变成形(rheoforming)；而将这种流变浆料先凝固成铸锭，再根据需要将此金属铸锭分切成一定大小使其重新加热至固液相温度区间而进行的成型加工称为触变成形(thixforming)，流变成形和触变成型合称为半固态加工(semi-solidprocessing method)，简称SSM.
2半固态浆料制备工艺的研究
半固态加工的第一步，也是非常重要的一步就是制备合金半固态浆料，浆料质量的好坏对后续工序以及铸件质量的影响很大。最早使用的浆料制备方法是机械搅拌法，经过30年发展，陆续出现了诸如电磁搅拌、SIMA、SCR、喷射沉积、液相线铸造等制备方法 [3] 。下面对一些应用较为广泛，目前研究较多的制备方法进行介绍和分析。
(1) 机械搅拌法 [4]
机械搅拌法是最早用于半固态浆料制备的方法。其原理是在合金凝固过程中，使用搅拌器对合金熔体进行强烈的机械搅拌，树枝晶由于剪切力的作用而断裂成为颗粒状结构。免费论文参考网。机械搅拌分间歇式和连续式两种，如图1. 1所示：
(a) 间歇式(b) 连续式
图1.1 两种机械搅拌装置示意图
1.搅拌器 2.合金熔体 3.加热线圈
搅拌时产生的剪切速率一般为100～300S － 1 。剪切速率受搅拌器结构，材料耐腐蚀、耐高温磨损性能的制约。浆料的质量主要由搅拌温度、搅拌速度以及冷却速度这三个参数控制。然而，由于这些工艺参数不易控制，容易发生卷气等缺陷；搅拌器和合金熔体是直接接触的，因而容易造成污染；另外搅拌器与容器间存在搅拌死角，影响浆料的质量。机械搅拌法在工业生产中应用较少。
最近几年，华中科技大学和英国Brunel大学分别采用一种新型的搅拌方法——双螺杆机械搅拌 [5] 制备出了初生 相细小、圆整的镁合金和Sn-Pb合金半固态浆料。采用双螺杆结构的搅拌器大大增大了搅拌的效率，具有强烈的搅拌效果，其剪切速率可以达到1000～15000S －1 。免费论文参考网。但是该方法不适合于铝合金半固态浆料的制备，因为搅拌器会受到熔体的腐蚀。
(2) 电磁搅拌法 [6,7]
电磁搅拌法是应用最为广泛的一种方法。它利用旋转磁场使金属液内部产生感应电流，并在洛伦兹力的作用下发生强迫对流，从而达到搅拌的目的。产生旋转磁场的方法有两种，一种是在感应线圈中通入交变电流，另一种则采用旋转永磁体的方法。电磁搅拌所引起的对流是三维对流，剪切速率在500S －1 左右，搅拌效果较好。它最大的优点是对合金熔体没有污染，卷入的气体量少，合金不易氧化。使用该方法可以实现连铸，生产效率高。但是，电磁搅拌设备昂贵，且工艺也比较复杂。
(3) 应变诱发熔化激活法 [8]
应变诱发熔化激活法(SIMA)是对铸锭加压进行一定量的预变形，使其组织具有强烈的拉伸形变机构，然后将其加热到半固态温度保温一段时间，熔化的部分液相渗入到小角度晶界中，使固相粒子分开，树枝晶破碎，从而得到半固态组织。预变形量、保温温度以及保温时间是SIMA法中的三个最重要的工艺参数。增加预变形量以及等温温度都可以促进铸锭中 相由枝晶组织向半固态颗粒状组织转化，但是过度提高预变形量以及等温温度会使晶粒明显长大。
SIMA法主要适合于各种高、低熔点的合金系列，尤其在制备高熔点合金的半固态铸锭方面具有独特的优越性。迄今为止，该方法已经成功的应用于不锈钢、工具钢和铜合金等。然而它也存在缺点，比如需要一道额外的变形工序，而且制备的半固态坯料尺寸较小。
(4) 超声波处理法 [9]
超声波处理法由V.I. Dobatkin 等人提出，其原理为在液态金属中加入细化剂，并使用超声波处理，由于超声波的空化作用，使得枝晶组织变为半固态组织。
超声波在介质中传导的时候，产生周期性的应力和声压变化，在局部产生周期性高温高压效应，使液体产生空化和搅动。一般认为，超声波可以产生气蚀作用，促进形核，且可以使枝晶臂断裂，成为新的形核核心，促进半固态颗粒状初生相的生长，而抑制树枝晶的发展。超声波处理法的优点在于对熔体污染较小，但是其工艺较为复杂，设备投资大。
(5) 液相线铸造法 [10]
液相线铸造法是将合金熔体冷却至液相线温度附近保温一段时间后进行浇注，获得所需要的半固态组织。日本的Toshio等人利用图1.2所示的装置制备半固态铝合金浆料，装置中的水冷斜板用于降低合金熔体的过热度。实验结果表明，在A356型铝合金的流变成形过程中采用低的过热度(10℃)和低于50％固相率就可以获得较为理想的半固态组织。
图1.2 液相线法制备半固态合金浆料
然而，液相线铸造法要求严格控制工艺条件，否则得到的半固态浆料组织不均匀，一部分初生 相容易长大成为粗大的枝晶，导致浆料组织恶化。液相线铸造法具有工艺简单，适用合金范围广，生产效率高等优点，尤其对变形铝合金半固态浆料的制备具有极其重要的意义，对流变铸造的应用及发展将起到积极地推动作用。
3 前景与展望
虽然现有的半固态制浆技术在工业中有一定的应用，而且在制造业具有一定的地位和优势，但它们仍存在许多的缺陷，如工艺复杂、成本高等，制约了它们在工业中进一步的推广。我们正探索一种新的半固态浆料制备工艺---机械振动法，振动可以使处于半固态温度区间的合金熔体产生强迫对流，改变晶粒的生长方式，从而获得晶粒圆整的半固态浆料。与其它制备工艺相比，具有以下优点：
(1) 机械振动属于无接触扰动方式，因而熔体受到的污染较小；
(2) 对工艺条件要求不是特别严格，工序简单，易于操作。免费论文参考网。
(3) 设备简单，易于设计维护，成本相对较低。
如果我们能够研究探索出振动制浆的规律，制备出晶粒细小、圆整的半固态浆料，那么我们就开辟了一条半固态浆料制备的新途径，必将为降低工业生产成本作出一定的贡献。
参考文献
[1] 谢水生,黄声宏.半固态金属加工技术及其应用[M].北京:冶金工业出版社,1999.
[2] 毛卫民.半固态金属成形技术[M]. 北京：机械工业出版社, 2004, 6.
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[5] 李东南．半固态镁合金材料及其制备技术的研究[D]．武汉：华中科技大学图书馆，2005．
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[8] W. Lapkowski．Some studies regardingthixoforming of metal alloys[J]．Journal of MaterialsProcessing Technology，1998，80-81：463-468
[9] 刘政，赵素，雷蕾等．金属半固态加工技术的应用与进展[J]．上海有色金属，2005，26(2)：150-156
机械臂设计论文范文第8篇
【关键词】泵车支腿;自动调平;最优控制;动态规划
混凝土泵车【1】是一种用于输送水泥混凝土的移动设备，同时也是在公路上行驶的工程机械，其操作使用，如行驶、作业等都有其特殊性。一般情况下，作业前须将泵车按规定要求支撑到位，然后遥控臂架到作业工作，再后才是泵送作业。作业前必须将各支腿伸出支撑车体（含臂架）以确保车体平稳，须保证整机处于水平状态，整机前后左右水平最大偏差角度不超过3°，即必须对支腿进行找平以防止倾翻。
现行做法是人工操作，通过人为观察水平检测仪或类似偏角检测显示仪的偏差数值，然后根据经验进行支腿升降调整，如此反复操作，在四支腿中找到基本水平面。由于是人工操作，且泵车四支腿分布比较分散，对操作手业务技能需要比较高（重复劳动、可能造成倾翻）；一般情况，只有经过严格训练的熟练的操作手能快速、稳定确定水平位置。同时，当支撑面发生变化时，泵车支腿不能及时做出动作响应，也可能造成倾翻。
在其它工程机械如起重机械、路面机械上也有类似运用。沥青摊铺机【2】为确保平整度，一般采用专用控制器及其控制系统，成本相对比较昂贵、且技术不公开；在铁道养护机械如轨检仪上，采用倾角传感器检测，然后进行系统的数据分析处理的办法来检测轨道面的水平情况。
摊铺机、轨检仪仅采用角度检测，对前者采用了多位置检测、系统诊断的处理办法，对后者采用检测技术加信号放大再用专用编程软件进行分析；其共同点有：1）控制对象均为活动物体；2）被控对象要求控制精度（指标）比较高；3）找平技术设计比较专业，专业化的控制器或专业分析软件。
对泵车支腿找平系统而言，与上述有下述区别：1）泵车定位后为固定状态，基本不存在动态变化过程；2）找平系统同时可用于防倾翻控制；3）作为非泵送作业技术，控制成本越低越好。
一种起重机支腿调平装置【3】提出了用于起重机调平的一种控制实现结构，侧重于对硬件结构的描述；自动调平系统的控制算法【4】、一种底盘电业自动调平系统【5】中，均给出了一种自动调平控制方法，但其实现方法、步骤均存在一定难度，且控制策略非最优。
1.控制方案
基于以上分析，需要解决以下问题：
1）如何简单、快速而准确进行四点确认平面问题；2）如何确认支腿动作顺序并进行优化调节；3）如何进行支腿调节；4）如何和现有系统简单切合。
为解决上述问题，本论文一种利用简单检测+控制算法的找平系统；实现既可降低购置找平系统产品或专业开发所需成本，又可增加产品附加性能并对竞争对手形成技术优势的找平功能方案：
1）.自动找平法。调整步骤可描述为：
①以某一支腿为参考对象，控制该支腿伸出动作，直至压力检测或重力检测到该支腿受力，延时停止；启动为手动，动作延续和停止自动；系统自动记录油缸动作时间t0；
②切换到自动状态，系统按与预定支腿同样的控制方式，即时间t0对余下支腿进行动作控制；
--如果支撑平面水平，则支腿到位，直接跳到第⑥步；
③系统自动将未装检测单元支腿收回，至对应检测信号消失；系统自动记录油缸动作时间t4；
--如果其余三点水平，直接跳到第⑤步；
④系统根据倾角传感器检测到的情况，根据控制逻辑（图4）进行确定需要调整的支腿，按照调整公式?t=t0*(1-cosα)（公式1）分步进行水平找平；
⑤系统自动将未装检测单元支腿按原时间t4进行伸出，然后按照调整公式?t=t0*(1-cosα)（公式1）将该支腿调平；
⑥系统调平，各支腿均受力。结束。
2）.最优控制算法确定主要调节的支腿：
利用最优控制算法中的动态规划法【6】（逆向思维法）查找最需要调节的支腿，以确保每一步调节的最优—算法最少、效果最佳，来实现系统调整的最优；利用双闭环的控制方案（如图1所示），减少系统调整的波动；
3）.利用时间调整油缸动作快速进行定位：通过对结构和油缸动作特性的分析，建立简单的时间调整算法（公式），智能进行支腿运动；
4）.建立和泵车控制系统并行的设计方案，易于简单和现有系统配合动作。
2.具体实施
为实现上述找平系统控制，本论文着重阐述1）如何进行检测和控制？2）如何确定调整支腿对象？3）如何进行支腿调整等方案。
2.1 检测方法
实现的方式如图2所示：
即：采用倾角传感器检测+模拟量模块采集：在车体下部中心位置的左右（横向）水平方向、前后（纵向）水平方向各安装一个倾角传感器；在支腿垂直伸缩动作中，将倾角传感器检测的模拟量信号分别采集进泵车控制器模拟量单元。压力检测用于判断支腿伸缩时是否处于受力状态，也可采用重力检测的判断方式。
2.2 控制方法
相应地，需要增加倾角传感器及相关连接、固定单元各2套，增加相应的模拟量单元（SYMC如有剩余，不用增加）；对应的控制系统组成如下图3所示：
为有效快速实现找平，控制方式分为手动和自动：在手动粗调定位（如第4）支腿期间，事先预定支腿稳定大致位置如80%伸缩量（压力检测单元给出允许状态指示灯），然后切入自动：系统通过PLC运算自动确定剩余（如第1/2/3）支腿动作控制。
控制方法详细描述如下：
1）粗调时，定位（如第4）支腿调整时，支腿伸缩量须能满足泵车支撑（采用支腿压力检测开关检测，当支腿受到压力时延时自动停止；同时须考虑现场场地实际情况，以最高点（油缸伸出量最小）为最佳，避免后续调整时支腿出现完全伸出仍不能调节的情况。
定位后，转入自动粗调，系统自动调整余下支腿至相同位置。
2）粗调后，如传感器检测到车体存在非水平情况，系统自动进行细调整：首先预先将第4（非检测）支腿降低（收回）一点，然后按控制规律自动查找最优调整支腿，自动按照调整算法对第1/2/3（检测）支腿进行找平，最后再次调整第4（非检测）支腿。
3）在泵车找平过程（手自动）中，系统给出动态偏差信息、调整方向信息及报警信息；在泵车作业过程中，还可对支腿位置状态进行动态预警。出现严重报警时，须对找平工作重新进行。
2.3 调整算法
算法推导
本论文设计的具体的调整算法可分析如下图5所示：
调整算法可如下公式1所示：
t= t0 *(1-cosα) …调整公式
--- t0：定位腿动作时间 …系统自动计算
--- α：倾斜角度（0） …传感器检测
--- t：油缸动作时间（0.1s） …控制参数
公式1—时间调整算法
即，根据上述变量很容易将当前的偏差（倾斜角度）通过简单的时间算法进行调整。
油缸速度
为减少系统波动情况，支腿油缸动作（即线速度，由液压回路确定）越小越有利于系统快速稳定；可在液压回路设计时增加对支腿油缸节流设计。
液压控制采用开关量时间控制或将时间转化为相应为比例电磁阀调节控制都是易于实现的。
3. 结论
本论文提出的制动调平算法具有以下特点：
1）利用简单检测技术和智能控制算法，实现支腿的自动找平控制和自动放倾翻控制，降低人工操作、提高泵车稳定性。
2）具备手自动找平功能，在找平过程中动态给出找平指示，便于操作和及时人工干预；在泵送过程中，给予及时预警和控制；
3）定位支腿任意确定（最高位—油缸伸出量最小最佳）可确定粗调整；细调整时采用最优控制理念实现最小步骤的高效支腿确定方案，避免调整对象不确定的反复操作性，确保系统稳定性。
4）利用简单的时间控制算法进行开关量液压电磁阀动作，稳定将支腿调节至设计平衡状态；液压支腿速度可设置节流装置进行调节。同时，也可将时间关系转换为采用比例阀控制的模式；