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一種智能化便捷式起重裝置的設(shè)計與研究

2019-03-24 10:11:50單永瑞魏立展陳書超張光飛王鳳娟魏富港
時代農(nóng)機 2019年11期
關(guān)鍵詞:設(shè)備分析設(shè)計

單永瑞,魏立展,李 彬,陳書超,張光飛,王鳳娟,魏富港

(齊齊哈爾大學(xué) 機電工程學(xué)院,黑龍江 齊齊哈爾161006)

基于當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展形勢而言,發(fā)展形勢整體呈上升狀態(tài),與工業(yè)發(fā)展相關(guān)的工業(yè)設(shè)施也隨之得到發(fā)展[1]。截至目前而言我國工業(yè)當(dāng)中所用的起重設(shè)備按型號大體可分為電動單、雙梁,單主梁、雙主梁龍門,懸臂,電動單梁懸掛等等[2]。以上起重設(shè)備多用于大型工廠,操作空間較大的場地,而針對小型生產(chǎn)制造行、糧油超市等可操作空間較小的場所,現(xiàn)有的起重裝置則沒有辦法正常使用[3]。

該裝置則是將傳統(tǒng)的起重設(shè)備與現(xiàn)有的運輸裝置進行結(jié)合,并與現(xiàn)代信息技術(shù)進行結(jié)合,實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備與現(xiàn)代控制技術(shù)的結(jié)合。該裝置以氣壓為起重動力,通過控制中心對起重裝置數(shù)據(jù)的處理反饋調(diào)節(jié)設(shè)備工作狀態(tài),實現(xiàn)設(shè)備的效率最大化。

1 裝置數(shù)據(jù)概述

一種智能化適于小空間作業(yè)的便捷式起重裝置整體寬度為1500mm;長度為2000mm;機體整體高度為1250mm;材料Q345彈性模量E=260GPa;材料屈服強度σ為172.5MPa,依據(jù)設(shè)計理念將設(shè)備的最大載重量設(shè)定為500Kg;所以由F=P*A計算承重達到1000kg時所需要的氣壓為P=F÷A=(4×5000÷為200mm;氣壓頂桿為圓筒結(jié)構(gòu)所以由應(yīng)力狀態(tài)分析σx=(P×D4)÷(4×δ);σy=(P×D4)÷(2×δ)。所以根據(jù)σx、σy計算得δ4=((σx、σy)max)=0.189mm;為保證設(shè)備的最大安全性,認為的將壁厚增大到2mm;此時d4的直徑為196mm;因為氣壓頂桿連接桿件之間存在突出的邊緣,邊緣寬度為3mm。所以d3=203mm、D3=207mm再由應(yīng)力狀態(tài)公式校正此時壁厚理論值為0.1914mm可見2mm壁厚符合頂桿3的強度要求;同理d2=210mm,D2=214mm,壁厚理論值為0.198mm;d1=217mm,D1=221mm其壁厚理論值為0.2mm。所以δ=2mm滿足氣壓頂桿各節(jié)桿的要求。

設(shè)計其各節(jié)桿的長度:設(shè)定安選系數(shù)N為2,F(xiàn)cr=F/N=10000/2=5000N;由壓桿穩(wěn)定公式計算氣壓頂桿單桿長度,氣壓頂桿的約束形式為單側(cè)約束[4],所以μ=2;由公式FCR=(π2×E×I)÷(μ×L)2;以L4為例計算,L4的理論值為27.97m,所以當(dāng)L小于27.97m時氣壓頂桿保持其穩(wěn)定性,故另L4=500mm、L3=504mm、L2=508mm,L1=512mm。

表1 氣壓頂桿的設(shè)計尺寸數(shù)據(jù)(單位:mm)

2 裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

本裝置由車體,履帶,設(shè)備箱,儲氣室,取景攝像頭以及氣壓頂桿組成。車體采用輕質(zhì)合金結(jié)構(gòu),保證強度的前提下減輕裝置整體的質(zhì)量提高設(shè)備的靈活性。車體內(nèi)部裝有輸氣管以及信號傳輸線[5]。設(shè)備箱內(nèi)設(shè)有動力裝置、空氣壓縮機以及自動控制系統(tǒng)。

本裝置分為兩個部分,一部分為自動化的控制部分另一部分為機械部分。其中自動化部分由編譯系統(tǒng)控制安放于圖1中的(3)控制箱中,主要包括三個模塊:數(shù)據(jù)處理模塊、圖像處理模塊、控制模塊。其中數(shù)據(jù)處理模塊連接于圖1中的(4)儲氣室上的壓力傳感器和(5)氣壓頂桿上的重力傳感器,數(shù)據(jù)處理模塊通過對傳感器上數(shù)值的處理轉(zhuǎn)化將其傳遞至控制模塊,再由控制模塊對圖1中(3)設(shè)備箱中的空氣壓縮機和圖1中(5)氣壓頂桿進行工作運轉(zhuǎn)。而圖像處理模塊負責(zé)與圖1中(7)取景攝像頭相連接,其作用是將取景攝像頭中的場景轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)系并電信號的形式傳至控制模塊當(dāng)中,再由控制模塊進行轉(zhuǎn)換將圖像信息呈現(xiàn)于圖1中(2)設(shè)備顯示屏上,由操作人員通過對圖1中的(1)設(shè)備操控板的操作實現(xiàn)對起重裝置的起始點的設(shè)定。

將設(shè)備至于相對工作空間較小的環(huán)境中如超市等地啟動設(shè)備,操作人員通過圖1中(1)設(shè)備操控板打開(7)取景攝像頭和(6)履帶的運轉(zhuǎn)裝置,由操縱人員以工作環(huán)境內(nèi)任意一點為基準啟動設(shè)備,開啟設(shè)備取景攝像頭的旋轉(zhuǎn)功能,實現(xiàn)對工作場景的掃描識取,當(dāng)遇到阻隔時需操作人員將其推至與其他地帶,繼續(xù)進行空間掃描直至將環(huán)境掃描完畢。當(dāng)環(huán)境讀取完畢后操作人員可將設(shè)備移至貨物裝運點并通過圖1中的(1)設(shè)備控制板來設(shè)置貨物的起始點,圖像處理模塊和控制模塊共同運轉(zhuǎn),自動設(shè)計一條最優(yōu)的行進路線。此時操作人員只需將貨物放置起重裝置上由數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊共同調(diào)整裝置實現(xiàn)設(shè)備的自動運轉(zhuǎn)。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

3 設(shè)備氣壓頂桿應(yīng)力應(yīng)變分析

圖2 氣壓桿應(yīng)變分析圖像

圖3 氣壓桿應(yīng)力分析圖像

采用ANSYSWorkbench軟件,對設(shè)備的氣壓頂桿部分利用有限元軟件進行應(yīng)力應(yīng)變分析。

(1)等效應(yīng)變分析:圖2是起重裝置氣壓頂桿的應(yīng)變分析的分布云圖的結(jié)果,應(yīng)變值范圍處于0-0.12739mm,起重最大變形量集中在氣壓頂桿頂部,其穩(wěn)定強度符合設(shè)備的使用要求。

(2)等效應(yīng)力分析:圖3是起重裝置氣壓頂桿的應(yīng)力分析的分布云圖的結(jié)果,經(jīng)分析應(yīng)力值最大為216.55MPa,小于選用材料的最大屈服極限應(yīng)力值320MPa,滿足設(shè)計使用要求。

4 結(jié)語

本文通過設(shè)計一種智能化適于小空間作業(yè)的便捷式起重裝置解決現(xiàn)有的起重機缺陷,創(chuàng)新點在于將傳統(tǒng)的機械裝置于控制系統(tǒng)結(jié)合,在保證設(shè)備的靈活性的前提使其能夠在小空間的環(huán)境中進行操作下進一步創(chuàng)新,增加其工作效率,有效的解決當(dāng)前起重設(shè)備的笨拙體積大等缺點,并引入信息化技術(shù),實現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)與現(xiàn)代計算機控制技術(shù)的結(jié)合,為人們開發(fā),設(shè)計新型的智能起重機提供了一個好的設(shè)計思路和方向。隨著科技技術(shù)的革新,在未來起重裝置的自動控制部分模塊將隨之進行革新,使其具備更多的功能和更高的效率。

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