電極自動夾具的設計與分析

柳盛飛

摘要：文章敘述了電極自動夾具及其自動機構(gòu)的運動、工作原理，夾具受力分析及安全系數(shù)計算，確保了夾具具有足夠的夾持力，為夾具可靠地工作提供了理論依據(jù)和有力保障。

關(guān)鍵詞：夾具；自動機構(gòu)；電極；安全系數(shù)

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）08-0015-03

1 概述

電極自動夾具是電極生產(chǎn)廠用于電極搬運的專用設備，設計、制造出性能好、工作可靠、操作簡便的電極夾具，對提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)順利進行、減輕工人勞動強度，有著重要的

意義。

圖1為某碳素廠生產(chǎn)的電極規(guī)格，其中，圖1（a）系打捆后吊運，圖1（b）為單根吊運，從圖1可知，被吊運電極的寬度尺寸在585～1119之間，高度尺寸在508～889之間。

要求設計的電極自動夾具需滿足以上各種規(guī)格的電極夾持吊運，且具有自動夾緊與釋放功能，即在夾緊與釋放電極時，不需要外加動力，而是利用夾具自身的重量和所夾持的電極的重量自動地夾緊與釋放。

2 夾具的組成及工作原理

電極自動夾具的組成如圖2所示，它是由左、右拉桿，左、右夾板，左、右連桿，導向桿，導向架，吊掛，自動機構(gòu)，限位塊，支承板，定位板，手輪，橫梁等組成。左、右拉桿，左、右夾板，左、右連桿分別鉸接于A、C兩點，左、右夾板與支承板分別鉸接于E、G兩點，左、右連桿與導向架分別鉸接于D、F兩點，左、右拉桿鉸接于B點，導向桿、限位塊固定于支承板上，導向架可沿導向桿升降，定位板通過手輪來調(diào)節(jié)高度，自動機構(gòu)固定于橫梁上。工作時，張開左、右夾板的夾具從電極上方放下，定位板接觸電極后，夾具整體停止向下運動，在左、右夾板和左、右拉桿等構(gòu)件的重力作用下，左、右夾板分別繞A、C兩鉸點轉(zhuǎn)動，夾板開度繼續(xù)增大，同時，自動機構(gòu)亦隨之向下運動，當自動機構(gòu)的觸桿與限位塊接觸后，由于上述重力的作用，自動機構(gòu)繼續(xù)向下運動，觸桿被壓縮，夾板開度增至最大，這時，自動機構(gòu)動作，夾板張開的鎖定條件被取消，隨后，當?shù)跗饖A具時，由于左、右夾板和拉桿的重力作用，左、右夾板反向轉(zhuǎn)動，夾板開度逐漸減小，直至夾緊電極從而將電極吊起。釋放電極時，電極首先接觸支承物停止向下運動，在左、右夾板和左、右拉桿等構(gòu)件的重力作用下，左、右夾板分別繞A、C兩鉸點轉(zhuǎn)動，夾板張開，同時自動機構(gòu)向下運動，直至自動機構(gòu)的觸桿被限位塊壓縮、夾板開度增至最大，這時，自動機構(gòu)動作，鎖住左、右夾板，使左、右夾板在重力作用下不能轉(zhuǎn)動，左、右夾板不能合攏，隨后，可吊起夾具，使夾板保持張開狀態(tài)，進行下一電極的搬運工作。夾持吊運不同高度尺寸的電極時，調(diào)節(jié)定位板的高度，使夾板開度合適即可。

3 自動機構(gòu)的工作原理

如圖3（a）所示，自動機構(gòu)由觸桿、轉(zhuǎn)動銷、上凸輪齒、下凸輪齒、彈簧、彈簧座、鋼球、固定架組成。工作時當觸桿頭的掛鉤處于圖3（a）的橫置狀態(tài)時，掛鉤鉤住限位塊，使夾具夾板在重力作用下不能轉(zhuǎn)動，固定架下降時，由于限位塊底部的限制，觸桿被壓入固定架，這時，轉(zhuǎn)動銷由位置A垂直向上運動到位置B，固定架繼續(xù)下降時，轉(zhuǎn)動銷由位置B升至位置C，同時，繞自動機構(gòu)中心線旋轉(zhuǎn)了45°，當固定架上升時，觸桿在彈簧力的作用下，轉(zhuǎn)動銷由位置C垂直向下運動到位置D，固定架繼續(xù)上升時，觸桿在彈簧力的作用下，轉(zhuǎn)動銷由位置D下降到位置E，同時，轉(zhuǎn)動銷再次轉(zhuǎn)動45°，使觸桿頭的掛鉤處于圖3（b）所示的狀態(tài)，這時，繼續(xù)升起固定架（吊起夾具）掛鉤不能鉤住限位塊而運動至圖3（c）位置，這時夾具將吊起電極。當觸桿由圖3（b）狀態(tài)再次被壓入固定架，轉(zhuǎn)動銷經(jīng)F、G、H運動到位置I，即轉(zhuǎn)動銷轉(zhuǎn)動了90°，使觸桿掛鉤再次處于圖3（a）位置狀態(tài)，這時上升固定架（吊起夾具），掛鉤掛住限位塊，夾板在重力作用下不能轉(zhuǎn)動，達到釋放電極的目的。反復上述過程，即可不斷進行電極的夾持與釋放操作。

4 夾具的受力分析及安全系數(shù)計算

如圖4所示，由于夾具的重量主要集中在桿L3、L4、L5上，為計算方便，不計桿L1、L2及連桿、導向架的重量，將L1、L2視為二力桿，因連桿、導向架在夾持過程中不受力（僅起導向作用），因此夾具桿系所受外力有：拉力P1，電極正壓力F1、F2，摩擦力f1、f2，桿L3、L4、L5的重力G1、G2、G3（點H、I、J分別為桿L3、L4、L5的

重心）。

以上僅以一種規(guī)格的電極計算為例，對其他規(guī)格的電極計算相同，其計算結(jié)果同樣滿足生產(chǎn)要求。

5 結(jié)語

（1）由于夾持吊運的電極規(guī)格較多、夾持寬度相差較大，隨著夾持寬度的變化，α、β等計算參數(shù)亦隨之變化，在進行結(jié)構(gòu)設計時，對接觸電極的夾板弧線要進行合理設計，才能滿足各種電極規(guī)格的要求。

（2）由于結(jié)構(gòu)設計的原因，導向桿設計為兩件，兩導向桿實為同一導向，因此對兩導向桿的平行度等要作嚴格要求。另外，在作自由度計算時，兩導向桿亦只能算作同一個約束。

（3）連桿與水平面的夾角要合適，如該夾角過小，會導致導向不靈活，如該夾角過大，會導致夾具結(jié)構(gòu)尺寸過大。

（4）定位板的設置，解決了夾持吊運不同高度電極的要求，調(diào)節(jié)定位板高度，可使夾持吊運不同高度電極時有較合理的安全系數(shù)。

（責任編輯：秦遜玉）