全自动翻转式抬板机的机械结构设计及分析(附件)【字数：19081】
摘 要摘 要随着近年来房价的飞速上涨，相关产业，如家具板材行业等行业势头正猛，但是蜂窝板类的板材件的搬运与码垛的问题限制了其进展的步伐。在现阶段的情况下，这些板材件的搬运码堆以及拆卸的工作一般都得依赖于工人来完成。工人搬运不便，效率低下。随着市场需求不断增加后，虽然出现有各种搬运和码堆功能的机械装置，但是缺陷明显，机械结构复杂在，维修不便。针对这种情况，本次设计的是一种全自动翻转式抬板机，要求能简单高效的实现蜂窝板的搬运，翻转与码垛的功能，并且占地面积小。在安全，稳定，经济的前提下，我们将全自动翻转式抬板机实现模块化设计，分别为底部运输平台模块、吸盘架翻转模块以及悬架的上下左右移动模块。每个模块功能独立，互不干涉。运输平台主要是由电机减速器带动圆柱胶辊转动，从而达到运输板材件的目的；吸盘架翻转模块是利用单层吸盘安置于支架上，然后利用支架吸附板材件后，同过旋转轴完成翻转；悬架的上下左右移动模块则是利用滑块导轨限制其自由度，同过齿轮齿条实现传动。在完成机械结构设计后，运用软件进行静力学分析，进一步的优化机械结构，使之更加稳定可靠地实现搬运、翻转与码垛的功能。关键词全自动翻转式抬板机；机械结构设计；模块化；静力学分析
Keywords:?fully automatic tilting lift machine; mechanical structure design; modularization; statics analysis 目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 抬板机的国内外研究现状 1
1.3 课题研究的目的与意义 2
1.4 课题研究的主要内容与关键技术 3
1.5 本章小结 3
第二章 全自动翻转式抬板机的总体方案设计及选择 4
2.1 全自动翻转式抬板机的设计要求 4
2.1.1 全自动翻转式抬板机设计初稿一 4
2.1.2 全自动翻转式抬板机设计初稿二 8
2.1.3 全自动翻转式抬板机设计初稿三 9
2.2 本章小结 10
第三章 全自动翻转式抬板机的机械结构设计及优化 11
3.1 翻转式抬板机的机械结构设计方法及原 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
则 11
3.2 翻转式抬板机机械结构的总体设计 12
3.2.1 翻转式抬板机的运输平台设计 12
3.2.2 翻转式抬板机的翻转吸盘架设计 15
3.2.3 翻转式抬板机的上下左右移动设计 17
3.3 电机选型 20
3.4 本章小结 24
第四章 利用ANSYS分析结构及其优化 25
4.1利用ANSYS对主要结构进行分析 25
4.2主要结构的优化方案 27
4.3 本章小结 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
近年来，随着房价的飞速上涨，也带动相关副产业迅猛推进比如家具工业等。因此，对于板材类零件搬运的需求也在不断的上升。当然，抬板机的定义并非只局限于板材类零件的搬运，也存在于各行各业，比如砌块的自动码垛系统是搬运砖块，在该系统中存在抬板机输送物品；又或是型如蜂窝板，实木板等相关机械产品。尽管存在着这些相关机械产品，但是并不普及。现在市场上大多这类板材类物品的搬运，码垛，装载，拆卸都是靠人力解决。这样不仅效率跟不上，而且工人们也会因为身体原因需要休息，最重要的而是工人们的生命安全得不到保障，出现事故的可能时有发生。对于这些板材的搬运器械无法普及，其主要原因在与大多数功能强大的器械，机械结构复杂，占地面积大，价格昂贵，出现问题维修需要专业人士或是厂家派人维修，这期间就会严重影响生产效率，而且非专业人士维修存在一定的危险性；而那些结构精简的，实现功能单一，24小时工作存在一定压力，会影响机械寿命。对于这些产业的板材搬运码垛问题，很难得到一个较为完善的解决。
1.2 抬板机的国内外研究现状
以往的抬板机机械结构功能过于单一，只是单纯实现抬板至运输装置，如图11所示，或是实现简单的旋转，很难实现功能齐全，兼顾多方面因素。
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图11 全自动抬板机
目前研究抬板机文献挺多，但是全自动翻转抬板机无人涉及。故我们这次翻转式抬板机机械结构设计根据以往的抬板机结构以及码垛机器人的机械结构进行改装，组合，重新设计，实现翻转搬运功能。在罗华青的全自动旋转式抬板机结构设计中，摇臂支撑架、吸盘架、吸盘、电机、同步带、导轨、编码器、行程保护开关、气缸、气泵、气泵接头、轴承、底座及连接件组成该机械结构[1]。该新型机构简洁，成本低，可以全天候自动化生产，省时省工。但是由于机械结构过于简洁，没有考虑到结构刚度问题，存在安全隐患。孙东明、白雪原和许平等人发明的四杆机构抬板装置[2]，用于有色冶金机械技术领域。包括连接轴、板块、抬板机构、上连杆、液压缸Ⅰ、下连杆、液压缸Ⅱ、连接销轴、定位块、机身、固定板 ；液压缸Ⅰ安装在机身上部，固定板通过连接轴安装在机身上部，在固定板上部分别安装上、下连杆的一端，上、下连杆另一端则与抬板机构一端连接，抬板安装在抬板机构Ⅰ另一端上，机身下部安装定位块，定位块通过连接销轴来安装液压缸Ⅱ的一端，而液压缸Ⅱ的另一端与下连杆中部连接。该机械结构简单效率高，精确度高，利用四连杆机构很大程度上可减轻机身的重量 ；易改造可用于其他抬板机构需要 ；容易制造、实用性强。但是由于其实属于有色金属领域，存在局限性。抬板装置过小，不适合市面上大部分家具材料的使用。还有一种由周玉亮发明的PVC结皮发泡板自动抬板机[3]，机械结构包括：上机架，减速箱，提升部装，竖撑，齿条，纵向行程开关，提升机架，提升行程开关、行走部分、吸盘、抓取行程开关和调整地脚。该机械结构性能卓越、操作方便、安全性高。但是由于诸多传感器等检测装置，存在安装复杂，程序繁琐，成本高等缺点。丁英俊、于伟东发明的码垛机器人包括真空吸盘、抓手、平台、直线导轨、滑块、手指、转动杆、机械手臂、转动机构、升降机构和平移机构[4]。该机械机构可根据物体外形自动调整，便于高速码垛。但是依旧难以实现对于物体的翻转，并且成本高。在谢再和的机砖自动抬板机中，机械部分由机架、皮带、砖板架、砖滑条、升降轴、轴套、定位销拨叉、储砖架及杠杆组成[5]。该机械结构虽然有效的降低了工人的劳动强度，效率得以提升，但是其属于半自动化结构，仍需要工人协助。纵观现有文献可以看出，尚无机械结构能够对家装板材同时实现搬运翻转，而本机械设计的关键就在于实现搬运翻译一体化。
1.3 课题研究的目的与意义
本课题研究的主要内容是全自动翻转式抬板机的机械结构设计及分析。在现有家具板材行业，建筑装修行业等领域，各种轻便耐用薄型板材层出不穷；比如蜂窝板、木板材、塑料扣板、工程板方、PVC发泡板、实木板、三合板等。而这些器物搬运码堆以及拆卸的工作一般都得依赖于工人劳动力，因而工作量大，工人的安全性也得不到保障。虽然随着市场需求不断增加后。出现有各种搬运和码堆功能的机械装置，但是该装置基本都是采用了从下往上托举的方式来实现该功能，而且其缺点明显，大部分机械配合结构比较复杂，成本也很高，体积大，不适合于小型的工作场所，有的占地小，却又只能实现简单码堆，搬运，拆卸等，功能较为单一，不能翻转，对其进一步加工。本毕设旨在设计一种简单，经济，可翻转的抬板机机械结构，该机械机构以吸盘的方式快速吸取轻便耐用薄型板材，以实现搬运、翻转和码堆的功能整合，而且方便迅捷。优化的机械结构不仅可以高效的完成任务，而且可以实现占地面积进一步缩小，并且其可靠性，安全性，经济性能得到进一步的提升。
Keywords:?fully automatic tilting lift machine; mechanical structure design; modularization; statics analysis 目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 抬板机的国内外研究现状 1
1.3 课题研究的目的与意义 2
1.4 课题研究的主要内容与关键技术 3
1.5 本章小结 3
第二章 全自动翻转式抬板机的总体方案设计及选择 4
2.1 全自动翻转式抬板机的设计要求 4
2.1.1 全自动翻转式抬板机设计初稿一 4
2.1.2 全自动翻转式抬板机设计初稿二 8
2.1.3 全自动翻转式抬板机设计初稿三 9
2.2 本章小结 10
第三章 全自动翻转式抬板机的机械结构设计及优化 11
3.1 翻转式抬板机的机械结构设计方法及原 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
则 11
3.2 翻转式抬板机机械结构的总体设计 12
3.2.1 翻转式抬板机的运输平台设计 12
3.2.2 翻转式抬板机的翻转吸盘架设计 15
3.2.3 翻转式抬板机的上下左右移动设计 17
3.3 电机选型 20
3.4 本章小结 24
第四章 利用ANSYS分析结构及其优化 25
4.1利用ANSYS对主要结构进行分析 25
4.2主要结构的优化方案 27
4.3 本章小结 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
近年来，随着房价的飞速上涨，也带动相关副产业迅猛推进比如家具工业等。因此，对于板材类零件搬运的需求也在不断的上升。当然，抬板机的定义并非只局限于板材类零件的搬运，也存在于各行各业，比如砌块的自动码垛系统是搬运砖块，在该系统中存在抬板机输送物品；又或是型如蜂窝板，实木板等相关机械产品。尽管存在着这些相关机械产品，但是并不普及。现在市场上大多这类板材类物品的搬运，码垛，装载，拆卸都是靠人力解决。这样不仅效率跟不上，而且工人们也会因为身体原因需要休息，最重要的而是工人们的生命安全得不到保障，出现事故的可能时有发生。对于这些板材的搬运器械无法普及，其主要原因在与大多数功能强大的器械，机械结构复杂，占地面积大，价格昂贵，出现问题维修需要专业人士或是厂家派人维修，这期间就会严重影响生产效率，而且非专业人士维修存在一定的危险性；而那些结构精简的，实现功能单一，24小时工作存在一定压力，会影响机械寿命。对于这些产业的板材搬运码垛问题，很难得到一个较为完善的解决。
1.2 抬板机的国内外研究现状
以往的抬板机机械结构功能过于单一，只是单纯实现抬板至运输装置，如图11所示，或是实现简单的旋转，很难实现功能齐全，兼顾多方面因素。
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图11 全自动抬板机
目前研究抬板机文献挺多，但是全自动翻转抬板机无人涉及。故我们这次翻转式抬板机机械结构设计根据以往的抬板机结构以及码垛机器人的机械结构进行改装，组合，重新设计，实现翻转搬运功能。在罗华青的全自动旋转式抬板机结构设计中，摇臂支撑架、吸盘架、吸盘、电机、同步带、导轨、编码器、行程保护开关、气缸、气泵、气泵接头、轴承、底座及连接件组成该机械结构[1]。该新型机构简洁，成本低，可以全天候自动化生产，省时省工。但是由于机械结构过于简洁，没有考虑到结构刚度问题，存在安全隐患。孙东明、白雪原和许平等人发明的四杆机构抬板装置[2]，用于有色冶金机械技术领域。包括连接轴、板块、抬板机构、上连杆、液压缸Ⅰ、下连杆、液压缸Ⅱ、连接销轴、定位块、机身、固定板 ；液压缸Ⅰ安装在机身上部，固定板通过连接轴安装在机身上部，在固定板上部分别安装上、下连杆的一端，上、下连杆另一端则与抬板机构一端连接，抬板安装在抬板机构Ⅰ另一端上，机身下部安装定位块，定位块通过连接销轴来安装液压缸Ⅱ的一端，而液压缸Ⅱ的另一端与下连杆中部连接。该机械结构简单效率高，精确度高，利用四连杆机构很大程度上可减轻机身的重量 ；易改造可用于其他抬板机构需要 ；容易制造、实用性强。但是由于其实属于有色金属领域，存在局限性。抬板装置过小，不适合市面上大部分家具材料的使用。还有一种由周玉亮发明的PVC结皮发泡板自动抬板机[3]，机械结构包括：上机架，减速箱，提升部装，竖撑，齿条，纵向行程开关，提升机架，提升行程开关、行走部分、吸盘、抓取行程开关和调整地脚。该机械结构性能卓越、操作方便、安全性高。但是由于诸多传感器等检测装置，存在安装复杂，程序繁琐，成本高等缺点。丁英俊、于伟东发明的码垛机器人包括真空吸盘、抓手、平台、直线导轨、滑块、手指、转动杆、机械手臂、转动机构、升降机构和平移机构[4]。该机械机构可根据物体外形自动调整，便于高速码垛。但是依旧难以实现对于物体的翻转，并且成本高。在谢再和的机砖自动抬板机中，机械部分由机架、皮带、砖板架、砖滑条、升降轴、轴套、定位销拨叉、储砖架及杠杆组成[5]。该机械结构虽然有效的降低了工人的劳动强度，效率得以提升，但是其属于半自动化结构，仍需要工人协助。纵观现有文献可以看出，尚无机械结构能够对家装板材同时实现搬运翻转，而本机械设计的关键就在于实现搬运翻译一体化。
1.3 课题研究的目的与意义
本课题研究的主要内容是全自动翻转式抬板机的机械结构设计及分析。在现有家具板材行业，建筑装修行业等领域，各种轻便耐用薄型板材层出不穷；比如蜂窝板、木板材、塑料扣板、工程板方、PVC发泡板、实木板、三合板等。而这些器物搬运码堆以及拆卸的工作一般都得依赖于工人劳动力，因而工作量大，工人的安全性也得不到保障。虽然随着市场需求不断增加后。出现有各种搬运和码堆功能的机械装置，但是该装置基本都是采用了从下往上托举的方式来实现该功能，而且其缺点明显，大部分机械配合结构比较复杂，成本也很高，体积大，不适合于小型的工作场所，有的占地小，却又只能实现简单码堆，搬运，拆卸等，功能较为单一，不能翻转，对其进一步加工。本毕设旨在设计一种简单，经济，可翻转的抬板机机械结构，该机械机构以吸盘的方式快速吸取轻便耐用薄型板材，以实现搬运、翻转和码堆的功能整合，而且方便迅捷。优化的机械结构不仅可以高效的完成任务，而且可以实现占地面积进一步缩小，并且其可靠性，安全性，经济性能得到进一步的提升。
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