基于 ADAMS 及 ANSYS 的层码垛设备的设计.pdf

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1、2014年11月机械设计与制造工程NOV．2014第43卷第11期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．11DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．11．009基于ADAMS及ANSYS的层码垛设备的设计刘江，秦宝荣，王淑华(浙江工业大学特种装备制造和先进加工技术教育部重点实验室，浙江杭州310014)摘要：切割成型后的陶粒增强加气砌块需要码垛搬运至特殊场地进行养护。结合该物料的自身特殊性，设计了一种层码垛机设备。首先用Solidworks建立了三维模型，确定了结构方案的可行性；然后用A

2、DAMS对其进行了运动仿真和受力分析，为层码垛机选择合适的运动方案；最后借助ANSYS有限元法对层码垛设备整体进行了静动态特性分析，评价了其性能并进行结构改进，提高了其动态特性性能，得到了满意的结果。关键词：层码垛机；砌块物料；运动仿真；受力分析；静动态分析中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)11—0038—06砌块物料即陶粒增强加气砌块是一种新型建筑节能自保温材料，具有质量轻、强度高、保温性能好、吸水率低等特点lLlJ。现有的生产工艺中要求陶粒增强加气砌块码垛并搬运至特殊场地进行养护，而水平驱动装码垛机器人成本较高且适用于精度要求较

3、高的场合，不适合中小型企业。本文结合砌块物料自身材旋转装料结构特殊性，设计了一种专用于陶粒块状物料的升降框架装码垛机设备，借助ADAMS对该设备进行运动分析，验证了整体过程运动规律的合理性；用有限元分析方法对其进行了静动态特性分析，并根据其整机动夹持装态特性性能的不足对整机进行了改进，提高了其动态特性性能，得到了满意的结果。砌块成1砌块物料码垛设计要求待码垛砌切割后的砌块从低位进料，码垛好的砌块总共图1码垛机的总体方案结构模型有6层，尺寸是1200mm×1200mm×1200ram。物料码垛要求：对砌块物料完整性损坏小，夹持稳定；行上下运动，待移动到一定高度后，水平驱动装置

4、码垛机的码垛速度为8rnin／循环，最大码垛效率为驱动夹持装置和物料移动到出料处正上方，再由升26t／h；砌块每层交叉叠放，排列整齐。降框架装置驱动夹持物料装置下降至指定高度，松开物料，完成一层砌块的码垛，夹持物料装置再回2总体方案设计及工作原理到初始位置等待下一层的码垛。其中旋转装置可根据砌块物料码垛设计的要求，通过多种方案以驱动夹持装置旋转90。。的对比，得出最佳方案，其整体模型结构如图1所示。3码垛机的运动学仿真砌块物料在码垛指定位置等待码垛，码垛机升3．1码垛机的初始参数设置降框架装置驱动夹持装置完成夹持物料动作并进根据设计要求，将仿真时间设置为80s，步数收稿13

5、期：2014—11—04作者简介：刘江(1989一)，男，贵州江口人，浙江工业大学硕士研究生，主要研究方向为机械设计及理论。·38·2014年第11期刘江：基于ADAMS及ANSYS的层码垛设备的设计(Steps)1500。反复分配时间并进行计算，将每层码垛工作分解成8个动作行程，时间分配见表1，过程图如图2所示。表1码垛设备一层码垛时间分配时间／0图4升降驱动装置位移曲线300．0250．0200．00150．0100．050．00．O·0时间／s水平移动驱动装置图5升降驱动装置速度曲线升驱动力最大需要62kN，这为电机的选型以及各传递构件的设计提供了依据。从图4可以看出

6、，升降驱动装置位移最大为1800mm，位移设置平稳，初步判断位移设置比较合理。从图5可以看出，最大速度为270mm／s，该设备运动过程中速度没有突变现象，上下运动过程比较稳定。3．2．2水平移动装置运动学仿真图2砌块码垛运动过程图水平横向移动装置驱动旋转夹持装置进行横向移动，仿真得出其驱动力、位移以及水平移动速3．2关键部件装置运动学仿真分析度曲线，如图6～8所示。ADAMS／View中提供了多种时间函数，可以通过这些时间函数来定义运动j，本文采用ADAMS提供的STEP阶跃函数来控制各部件的驱动。3．2．1升降框架装置运动学仿真升降框架装置驱动夹持旋转装置一起上下运动，通

7、过仿真得出其驱动力、位移以及升降速度曲线，如图3～5所示。图6水平移动装置位移曲线g-．曲●ggl水#动姨置☆速鹰}＼，，时间／s。一_图3升降驱动力曲线时间／s从图3可以看出，升降框架装置上升和下降的图7水平移动装置速度曲线·39·2014年第43卷机械设计与制造工程3000N·m，这就要求旋转电机或者旋转油缸输出3000N·m的力矩，为旋转电机选型和旋转轴等部件的设计提供了依据。3．2．4夹持装置运动学仿真对夹持装置夹取砌块的运动情况做分析，主要目的是研究夹持装置液压缸的运动状况及其输出力的大小，为液压缸的选型