锻造操作机设计
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摘要：.....................................................................1 关键词.....................................................................1 Abstract................................................................... 1
The design on one and half-ton forging manipulator
Student majoring in Mechanical and electrical engineering Tutor Wang Qing Peng Dong
Abstract: Forging manipulator is a important corollary equipment to forging pressure machine. It is also one of the heavy load machinery equipments which compile the machinery, hydraumatic, electric into one organic whole. It has a profound effect to national economic construction and the building up of national defense since it commands core design and manufacture technology of heavy forging manipulator. This article based on Solidworks CATIA and FluidSIM CFX &simulation software. It describes in detail about the whole physical construction of one and half-ton hydrostatic forging manipulator, the movements of each organization, the analysis to optimum clamp force of mechanical arm, hydraulic drive design calculation. It brings further optimization design to structure of manipulator and system principles. To make future forging machine develop in high efficiency, high precision, heavy load and lower energy consumption, this article provide a good reference. s ：Forging manipulator；Mechanical arm；Hydraulic drive Key word ords
参考文献.................................................................. 23 致谢..................................................................... 24
菏泽学院本科生毕业设计（论文）
Key words ...................................................................1
1
绪论...................................................................2
1.1 我国锻压行业的现状.....................................................2 1.2 锻造操作机的发展历史................................................... 2 1.2.1 锻造操作机的起源.....................................................2 1.2.2 大型锻造操作机的国内外研究现状........................................3 1.2.3 大型锻造操作机的技术特征............................................. 3 2 3 4 锻造操作机整机介绍......................................................4 大车行驶系设计......................................................... 4 钳架结构设计........................................................... 5
1
菏泽学院本科生毕业设计（论文）
1 Baidu Nhomakorabea论
建国前,国内仅有少数工厂拥有数量极少的锻压装备及其辅助设备, 它们分布在机械、冶 金、铁路、水电、兵器、船舶等基础工业部门并主要从事那些体积小，形状相对简单的锻件 的 制造工作。目前，我国大锻件锻造行业已有一定规模和水平 , 且拥有的100MN 级大型液压机数 量已跃居世界第三位,但是辅助配套设施还很不齐全。如锻造操作机、大截面切割机、锻件尺 寸测量控制装置、工具操作机、锻造加热炉等都不配套, 从而大大影响了被锻钢锭的材料利用 率和生产效率。然而，随着科学技术的发展和社会的进步，人们对锻件的质量要求越来越高， 显然，传统的锻造设备已不能满足人们使用的需求，为了解决这种现状，所以必须引进技术 革 新。本文在传统锻造操作机的基础上进一步对其进行结构优化设计和传动方式改进，目的是 使 其能够实现高效率、高精度和快响应，对操作机未来的发展提供理论依据。 1.1 我国锻压行业的现状 锻压行业是国际工业化程度的重要标志，作为机械制造业的基础行业，锻压行业对装备 制 造业和国防建设具有重要的影响，也是一个国际工业化程度的重要标志，我国已成为世界锻 压 业大国，但还不能称其为世界锻压业强国，与锻造技术先进的国家相比还存在一定的差距。 我 国锻造行业在"九五"期间有了新的进展， 主要表现在以下方面： 锻造行业独立锻造企业在增多 ， 也就是从全能厂中独立出许多自负盈亏、有独立法人资格的锻造企业；锻造生产向产品专业 化 发展有了明显进步，许多专业生产线已经形成；锻造行业 "九五"期间技术改造最大的特点是填 平补齐，形成了一批利用现有设备生产精密产品的生产线和技术；"九五"期间锻造企业重视市 场运作，已有锻件成批量出口；特种锻造工艺推广应用取得新成效，采用楔横轧机精锻中间 轴 及凸轮轴类生产线约100 条，该技术已受到美国公司的重视；国外锻造企业在中国合资、独 资 锻造企业达17 家；模锻件在锻造行业内的比重进一步提高，约达 60％，这标志着我国锻造业 已进入新的发展阶段；现阶段，国内又成功开发了一批高科技含量的锻造设备及其辅助工具。 尽管我国锻造业取得了一定成绩，但与国外发达国家比，仍存在不少问题。目前，制约 我 国锻造行业发展的因素很多，但淘汰少或不许淘汰则是行业发展受阻的重要因素之一。在我 国 锻件生产过程中，部分骨干企业采用了热模锻压力机及相应的辅助设备，但大多数企业仍采 用 双盘摩擦压力机、空气锤等人工操作生产工艺，使锻件精度，模具寿命，锻件质量稳定性均 受 影响。然而随着时代的发展，工业对锻件的质量要求越来越高，显然传统的锻造方式远远不 能 满足人们使用的要求，所以，要想生产出更好的产品，科技创新和技术投入是必不可少的。 大型锻造操作机属于当前世界体积相对较大的多自由度重载机器人，属于机、电、液高度 一体化的复杂装备，它是万吨锻造压机的重要配套设备，也是国家经济建设急需的重大机械 装 备之一。并且，大型锻件制造业是装备制造业的基础行业，是关系到国家安全和国家经济命 脉 的战略性行业，其发展水平是衡量国家综合国力的重要标志。通过深入开展大型锻造操作机 的 研究工作，将逐步实现大型锻造操作机的国产化，对提升我国大型装备及关键零部件的自主 设 计和制造能力、满足国家经济建设的需求、结束我国不能设计大型锻造操作机的历史都具有 重 要的社会意义和经济效益。 1.2 锻造操作机的发展历史 1.2.1 锻造操作机的起源 锻造操作机最早出现在美国和原苏联，而后在日本、英国、奥地利等国发展起来，并成 为 系列化产品进入工业性生产。最初的操作机多为全机械传动， 60、70 年代出现了混合传动和 全液压传动、结构紧凑、操作灵活的锻造操作机。到了80 年代，各国对锻造操作机的设计、 制造、技术改造方面又有了更高的要求，不断改进结构及生产工艺，促进了锻压技术的发展。 特别是锻造操作机的需求量不断增加，引起了国内外大、中型企业对锻造操作机在生产中作 用 的重视[1]。90 年代中期，国外大型锻造操作机技术已经成熟，大型操作机与30000kN 自由锻
5.1 拉紧装置.............................................................. 8 5.2 夹紧机构最优夹紧力分析................................................. 8 5.2.1 夹持机构夹紧力分析................................................... 8 5.2.2 夹紧力分析计算...................................................... 8 5.2.3 夹持机构的多刚体动力学建模.......................................... 10 5.3 液压夹紧缸设计计算.................................................... 11 6 机械手旋转机构设计.....................................................12 7 操作机液压系统设计......................................................13 7.1 FluidSIM 软件......................................................... 13 7.2 油泵卸荷回路......................................................... 16 7.3 加紧缸控制回路....................................................... 16 7.3.1 节流背压回路....................................................... 16 7.3.2 琐紧回路........................................................... 16 7.3.3 保压回路........................................................... 17 7.4 马达控制回路......................................................... 17 7.4.1 升降马达控制....................................................... 17
1.5T 锻造操作机设计
机械电子工程专业 指导教师 彭东 王 清
摘要：锻造操作机是锻造压力机的重要配套设备，也是汇集机械，液压、电气于一体的重载机械装备之一， 掌握大型锻造操作机的核心设计制造技术，对我国经济建设和国防建设具有深远的影响。本文基 于 Solidworks 三维设计软件和 FluidSIM 流体分析及仿真软件为平台，详细说明了一吨半液压锻造操作机的整 体机械结构、各部分机构的运动、机械手最优夹紧力分析和液压传动的设计计算，进一步对操作机的结构 与 系统原理进行优化设计，为未来锻造操作机向着高效率、高精度、大负载和低能耗的方向发展提供参考依据 。 关键词：锻造操作机；机械手；液压传动
4．1 升降机构............................................................. 6 4.2 转轴滑块机构.......................................................... 6 4.3 平衡装置.............................................................. 7 4.4 5 缓冲装置............................................................. 7 夹紧机械手设计......................................................... 8
7.4.2 机械手旋转马达控制.................................................. 18 8 动力型液压站设计...................................................... 18 8.1 动力型液压站的结构设计................................................ 18 8.2 油泵电机的选型....................................................... 19 8.3 油泵电动机的起动控制.................................................. 19 9 10 变结构PID 在锻造操作机中的应用......................................... 20 总结.................................................................22
摘要：.....................................................................1 关键词.....................................................................1 Abstract................................................................... 1
The design on one and half-ton forging manipulator
Student majoring in Mechanical and electrical engineering Tutor Wang Qing Peng Dong
Abstract: Forging manipulator is a important corollary equipment to forging pressure machine. It is also one of the heavy load machinery equipments which compile the machinery, hydraumatic, electric into one organic whole. It has a profound effect to national economic construction and the building up of national defense since it commands core design and manufacture technology of heavy forging manipulator. This article based on Solidworks CATIA and FluidSIM CFX &simulation software. It describes in detail about the whole physical construction of one and half-ton hydrostatic forging manipulator, the movements of each organization, the analysis to optimum clamp force of mechanical arm, hydraulic drive design calculation. It brings further optimization design to structure of manipulator and system principles. To make future forging machine develop in high efficiency, high precision, heavy load and lower energy consumption, this article provide a good reference. s ：Forging manipulator；Mechanical arm；Hydraulic drive Key word ords
参考文献.................................................................. 23 致谢..................................................................... 24
菏泽学院本科生毕业设计（论文）
Key words ...................................................................1
1
绪论...................................................................2
1.1 我国锻压行业的现状.....................................................2 1.2 锻造操作机的发展历史................................................... 2 1.2.1 锻造操作机的起源.....................................................2 1.2.2 大型锻造操作机的国内外研究现状........................................3 1.2.3 大型锻造操作机的技术特征............................................. 3 2 3 4 锻造操作机整机介绍......................................................4 大车行驶系设计......................................................... 4 钳架结构设计........................................................... 5
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菏泽学院本科生毕业设计（论文）
1 Baidu Nhomakorabea论
建国前,国内仅有少数工厂拥有数量极少的锻压装备及其辅助设备, 它们分布在机械、冶 金、铁路、水电、兵器、船舶等基础工业部门并主要从事那些体积小，形状相对简单的锻件 的 制造工作。目前，我国大锻件锻造行业已有一定规模和水平 , 且拥有的100MN 级大型液压机数 量已跃居世界第三位,但是辅助配套设施还很不齐全。如锻造操作机、大截面切割机、锻件尺 寸测量控制装置、工具操作机、锻造加热炉等都不配套, 从而大大影响了被锻钢锭的材料利用 率和生产效率。然而，随着科学技术的发展和社会的进步，人们对锻件的质量要求越来越高， 显然，传统的锻造设备已不能满足人们使用的需求，为了解决这种现状，所以必须引进技术 革 新。本文在传统锻造操作机的基础上进一步对其进行结构优化设计和传动方式改进，目的是 使 其能够实现高效率、高精度和快响应，对操作机未来的发展提供理论依据。 1.1 我国锻压行业的现状 锻压行业是国际工业化程度的重要标志，作为机械制造业的基础行业，锻压行业对装备 制 造业和国防建设具有重要的影响，也是一个国际工业化程度的重要标志，我国已成为世界锻 压 业大国，但还不能称其为世界锻压业强国，与锻造技术先进的国家相比还存在一定的差距。 我 国锻造行业在"九五"期间有了新的进展， 主要表现在以下方面： 锻造行业独立锻造企业在增多 ， 也就是从全能厂中独立出许多自负盈亏、有独立法人资格的锻造企业；锻造生产向产品专业 化 发展有了明显进步，许多专业生产线已经形成；锻造行业 "九五"期间技术改造最大的特点是填 平补齐，形成了一批利用现有设备生产精密产品的生产线和技术；"九五"期间锻造企业重视市 场运作，已有锻件成批量出口；特种锻造工艺推广应用取得新成效，采用楔横轧机精锻中间 轴 及凸轮轴类生产线约100 条，该技术已受到美国公司的重视；国外锻造企业在中国合资、独 资 锻造企业达17 家；模锻件在锻造行业内的比重进一步提高，约达 60％，这标志着我国锻造业 已进入新的发展阶段；现阶段，国内又成功开发了一批高科技含量的锻造设备及其辅助工具。 尽管我国锻造业取得了一定成绩，但与国外发达国家比，仍存在不少问题。目前，制约 我 国锻造行业发展的因素很多，但淘汰少或不许淘汰则是行业发展受阻的重要因素之一。在我 国 锻件生产过程中，部分骨干企业采用了热模锻压力机及相应的辅助设备，但大多数企业仍采 用 双盘摩擦压力机、空气锤等人工操作生产工艺，使锻件精度，模具寿命，锻件质量稳定性均 受 影响。然而随着时代的发展，工业对锻件的质量要求越来越高，显然传统的锻造方式远远不 能 满足人们使用的要求，所以，要想生产出更好的产品，科技创新和技术投入是必不可少的。 大型锻造操作机属于当前世界体积相对较大的多自由度重载机器人，属于机、电、液高度 一体化的复杂装备，它是万吨锻造压机的重要配套设备，也是国家经济建设急需的重大机械 装 备之一。并且，大型锻件制造业是装备制造业的基础行业，是关系到国家安全和国家经济命 脉 的战略性行业，其发展水平是衡量国家综合国力的重要标志。通过深入开展大型锻造操作机 的 研究工作，将逐步实现大型锻造操作机的国产化，对提升我国大型装备及关键零部件的自主 设 计和制造能力、满足国家经济建设的需求、结束我国不能设计大型锻造操作机的历史都具有 重 要的社会意义和经济效益。 1.2 锻造操作机的发展历史 1.2.1 锻造操作机的起源 锻造操作机最早出现在美国和原苏联，而后在日本、英国、奥地利等国发展起来，并成 为 系列化产品进入工业性生产。最初的操作机多为全机械传动， 60、70 年代出现了混合传动和 全液压传动、结构紧凑、操作灵活的锻造操作机。到了80 年代，各国对锻造操作机的设计、 制造、技术改造方面又有了更高的要求，不断改进结构及生产工艺，促进了锻压技术的发展。 特别是锻造操作机的需求量不断增加，引起了国内外大、中型企业对锻造操作机在生产中作 用 的重视[1]。90 年代中期，国外大型锻造操作机技术已经成熟，大型操作机与30000kN 自由锻
5.1 拉紧装置.............................................................. 8 5.2 夹紧机构最优夹紧力分析................................................. 8 5.2.1 夹持机构夹紧力分析................................................... 8 5.2.2 夹紧力分析计算...................................................... 8 5.2.3 夹持机构的多刚体动力学建模.......................................... 10 5.3 液压夹紧缸设计计算.................................................... 11 6 机械手旋转机构设计.....................................................12 7 操作机液压系统设计......................................................13 7.1 FluidSIM 软件......................................................... 13 7.2 油泵卸荷回路......................................................... 16 7.3 加紧缸控制回路....................................................... 16 7.3.1 节流背压回路....................................................... 16 7.3.2 琐紧回路........................................................... 16 7.3.3 保压回路........................................................... 17 7.4 马达控制回路......................................................... 17 7.4.1 升降马达控制....................................................... 17
1.5T 锻造操作机设计
机械电子工程专业 指导教师 彭东 王 清
摘要：锻造操作机是锻造压力机的重要配套设备，也是汇集机械，液压、电气于一体的重载机械装备之一， 掌握大型锻造操作机的核心设计制造技术，对我国经济建设和国防建设具有深远的影响。本文基 于 Solidworks 三维设计软件和 FluidSIM 流体分析及仿真软件为平台，详细说明了一吨半液压锻造操作机的整 体机械结构、各部分机构的运动、机械手最优夹紧力分析和液压传动的设计计算，进一步对操作机的结构 与 系统原理进行优化设计，为未来锻造操作机向着高效率、高精度、大负载和低能耗的方向发展提供参考依据 。 关键词：锻造操作机；机械手；液压传动
4．1 升降机构............................................................. 6 4.2 转轴滑块机构.......................................................... 6 4.3 平衡装置.............................................................. 7 4.4 5 缓冲装置............................................................. 7 夹紧机械手设计......................................................... 8
7.4.2 机械手旋转马达控制.................................................. 18 8 动力型液压站设计...................................................... 18 8.1 动力型液压站的结构设计................................................ 18 8.2 油泵电机的选型....................................................... 19 8.3 油泵电动机的起动控制.................................................. 19 9 10 变结构PID 在锻造操作机中的应用......................................... 20 总结.................................................................22