塊機結(jié)構(gòu)設(shè)計核心探索

張曉洲

摘要：本文基于碎屑金屬壓塊機結(jié)構(gòu)整體功能要求展開分析，結(jié)合碎屑金屬壓塊機結(jié)構(gòu)設(shè)計核心，內(nèi)容包括做好尺寸計算工作、進行機械臂設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計、壓餅系統(tǒng)設(shè)計等，通過研究機械臂運動仿真實驗要點，其目的在于優(yōu)化碎屑金屬壓塊機結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，提高碎屑金屬壓塊機工作效率。

關(guān)鍵詞：碎屑金屬壓塊機;機械臂;液壓系統(tǒng)

在機械加工制造中會產(chǎn)生大量的金屬碎屑，如果依靠人工對金屬屑進行裝卸，那么也會投入大量的人力成本，所帶來的經(jīng)濟效益較低。同時金屬廢料的邊緣也比較鋒利，如果不注意也會給人體帶來傷害。如果隨意棄置這些廢舊金屬，不僅會造成環(huán)境污染，還浪費了有限的金屬資源。若可以將這些金屬屑進行回收并循環(huán)利用，將促進資源的可持續(xù)發(fā)展，并帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

1碎屑金屬壓塊機結(jié)構(gòu)整體功能要求

在碎屑金屬壓塊機結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，其主要是由行走裝置、抓取裝置和壓塊裝置三部分組成。設(shè)備在具體工作中，設(shè)備也會在車間中指定區(qū)域內(nèi)待命，等待使用者下達清理指令后，設(shè)備也會按照既定程序和軌跡路徑來走到既定位置，等待設(shè)備到達既定位置后，安裝在履帶車上的機械臂可以按照既定指令將金屬碎屑進行抓取，隨后再轉(zhuǎn)向?qū)⑵浞胖迷诼膸к嚭蠖说膲簤K倉，隨后重復(fù)此操作，直到槽車內(nèi)多個標記點被覆蓋后，開始下一階段操作。在兩個液壓缸結(jié)構(gòu)的驅(qū)動下，壓塊會按照垂直向下的方向進行運動，并且壓縮到一定密度后停止繼續(xù)沖壓，將碎屑進行壓塊處理，隨后設(shè)備繼續(xù)上升并實現(xiàn)復(fù)位，隨后將得到的金屬碎屑塊退出到外界。

2碎屑金屬壓塊機結(jié)構(gòu)設(shè)計核心分析

2.1做好尺寸計算工作

在對碎屑碎屑金屬壓塊機展開結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首要任務(wù)便是做好尺寸計算工作，這也是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)條件。在具體實踐中，第一，對于結(jié)構(gòu)工況情況展開分析，注意系統(tǒng)運行時是否存在特殊性要求，根據(jù)得到的基礎(chǔ)資料來展開產(chǎn)品設(shè)計。第二，對于機床運動軌跡、每日工作時間、機床作用力等內(nèi)容進行整理，同時在仿真模型的輔助下，順利完成壓塊機動力參數(shù)、傳動模式、空間結(jié)構(gòu)等內(nèi)容進行合理設(shè)計，不斷提升結(jié)構(gòu)緊湊性，同時也需要做好安全性、可靠性、綜合強度校核，以提碎屑金屬壓塊機應(yīng)用狀態(tài)的可靠性與實用性。

2.2進行機械臂設(shè)計

在具體設(shè)計中也需要做好機械臂設(shè)計工作，基于實際應(yīng)用情況，在對機械臂結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，需要確保結(jié)構(gòu)便捷性、經(jīng)濟性，多選擇舵機驅(qū)動六自由度機械臂來作為主要結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中也具備以下應(yīng)用優(yōu)勢：第一，應(yīng)用結(jié)構(gòu)相對簡單，使用到的結(jié)構(gòu)件容易加工，具體尺寸可根據(jù)舵機參數(shù)進行設(shè)計，以滿足相應(yīng)的使用需求。第二，零件主要通過板材進行加工，這樣可以減少材料成本支出，以確保結(jié)構(gòu)的綜合強度。第三，舵機扭矩使用到的板材質(zhì)量較輕，并且其載荷相對較小，在應(yīng)用中也具備了良好的可行性。

2.3液壓系統(tǒng)設(shè)計

在對液壓系統(tǒng)展開設(shè)計時，也需要注意以下幾點：（1）根據(jù)壓塊機的整個動作狀態(tài)，會使用單活塞雙作用液壓缸來作為主要液壓系統(tǒng)，在系統(tǒng)進油工作時，壓塊機的工作部件也會順利回到原位，以確保系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定性。（2）在實際應(yīng)用中，機會使用液壓缸展開往返行走，同時利用電磁換向閥來完成液壓操作，確保系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。（3）在主液壓缸運行過程中，也會設(shè)置某一應(yīng)用支路，并使用節(jié)流閥來對液體流量進行控制，以滿足系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性[1]。（4）完整的液壓系統(tǒng)中不能缺少溢流閥，其也起到了良好的保護作用，另外在設(shè)計中也需做好油箱、電動機和液壓泵的設(shè)計工作，從而確保系統(tǒng)工作狀態(tài)的安全性與穩(wěn)定性。

3機械臂運動仿真實驗分析

3.1建立位姿矩陣

展開機械臂運動仿真實驗時，首要任務(wù)便是建立位姿矩陣，這也為后續(xù)分析工作的展開奠定良好基礎(chǔ)。基于以往應(yīng)用經(jīng)驗可以得知，機械手會由許多連桿組成，其中每個關(guān)節(jié)都屬于一個相對獨立的坐標系，為便于仿真實驗的分析，也會使用齊次變化矩陣對相對位置與姿態(tài)進行確定，如使用4×4齊次變換矩陣作為初始矩陣，建立矩陣集合，記作U，U={U1，U2，U3...UN}，各矩陣也保持著相對獨立性和關(guān)聯(lián)性，并且在矩陣相乘的狀態(tài)下，可以得到更加準確的分析結(jié)果，以便于后續(xù)處理活動的有序展開。

3.2坐標系簡化設(shè)計

為了便于后續(xù)計算工作的展開，在實際應(yīng)用中也需做好坐標系簡化設(shè)計，加快坐標系的計算速度。假定O-XYZ是機械臂工作期間的基礎(chǔ)坐標系，而其他關(guān)節(jié)位置都會建議一個相對坐標系，而桿件之間也會使用連接操作臂進行連接，用θ（記作θ1，θ2，θ3等）來表示各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角角度。假定在初始狀態(tài)下所設(shè)立的基坐標系 XYZ 中，θi是第i桿件結(jié)構(gòu)在 XOY 面內(nèi)的轉(zhuǎn)角，隨后對于桿件長度進行設(shè)計，建立相應(yīng)的位姿齊次變換矩陣，并且對坐標體系進行整理設(shè)計，以此來提高所計算結(jié)果的準確性與可靠性[2]。

3.3仿真坐標值輸出

完成上述工作后，進入到仿真坐標值輸出工作，在具體實踐中也需要根據(jù)位姿矩陣來完成MATLAB 仿真程序的編寫，隨后在程序的各個關(guān)節(jié)位置處，對于各個轉(zhuǎn)角位置的坐標值進行計算，搭配著相應(yīng)的應(yīng)用圖形來對其進行客觀表達。而且為了更加直觀地表達仿真結(jié)果，在具體的仿真實驗中也會使用單一變量法進行處理，以提高所得數(shù)據(jù)分析結(jié)果的目的性。另外，在結(jié)構(gòu)參數(shù)與仿真環(huán)境保持不變的狀態(tài)下，每次進行實驗時只需要轉(zhuǎn)動某一個自由度，隨后按要求展開圖形仿真設(shè)計，在對比其他關(guān)節(jié)位置的機械臂狀態(tài)后，會基于自由度協(xié)同運動情況來展開仿真設(shè)計，得到的仿真數(shù)據(jù)和預(yù)期要求數(shù)據(jù)進行對比，從而提高分析結(jié)果的準確性與適用性[3]。

結(jié)束語

綜上所述，從實際應(yīng)用情況來看，碎屑金屬壓塊機具備良好的應(yīng)用價值，為了更好地發(fā)揮出壓塊機應(yīng)用價值，需要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，這樣不僅可以積累相應(yīng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化壓塊機設(shè)計質(zhì)量，而且可以有效提升碎屑回收效率，帶來更高的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]李海龍，武世龍，石壯.金屬屑壓塊機液壓系統(tǒng)設(shè)計[J].機床與液壓，2021，49（19）：85-87.

[2]杜思玉，王昆，劉世勇.金屬切削廢屑處理再生自動壓塊機[J].能源與節(jié)能，2020（08）：155-157.

[3]杜春超.基于PLC的金屬壓塊機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件，2020（07）：7-8.