《电动大巴车电池抓取装置设计毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电动大巴车电池抓取装置设计毕业设计（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、前 言 所谓抓取装置也就是机械手。机械手是模仿着人的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技
2、术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。本次设计主要完成电池快换真空吸附手整体设计与PLC控制系统设计。本次设计是在杨世强老师的指导下完成的。因为此次设计涉及到真空原理的问题，是我此前从来没有接触过的新领域，因此首先用了一个月的时间进行这些方面的理解与学习，熟悉了真空发生器的特点及原理，并收集了许多相关资料。在四月初开始了机构总体方案的探索性设计，在四月下旬正式开始机构设计。在杨老师的指导下，结合所学机械方面的知识，查阅许多手
3、册，经过不断的改进，最终设计出了此次专用机构。通过这次毕业设计，我在机械CAD、机械原理、机械设计、机械制造工艺、电气控制PLC等方面的知识都受到全面的综合训练，在机电气的结合方面更使我受益匪浅。由于第一次接触类似的大型课题，又有本领域外的真空知识，加之本人知识有限，经验不足，虽有杨老师的帮助，设计中依然存在许多不足之处，错误之处，有待于进一步的完善，恳请各位老师给予批评指正。第1章 电动大巴车的发展概述1.1 形势与需求从国际发展趋势看，随着技术的不断创新与突破，面对金融危机、油价振荡和日益严峻的节能减排压力，2008年以来，以美国、日本、欧盟为代表的国家和地区相继发布实施了新的电动汽车发展
4、战略，进一步明确了产业发展方向，明显加大了政策扶持力度。 从技术层面看，混合动力汽车技术逐步成熟，已进入产品市场竞争期，率先实现产业化，正成为汽车市场销售新的增长点。纯电动汽车电池技术进步加速，整车产品更加接近消费者需求；世界主要汽车制造商加快了纯电动汽车量产步伐；插电式混合动力作为一种具有纯电动和混合动力双重特征的电动汽车技术成为全球新的研发热点；以电池租赁为代表的纯电动汽车商业模式创新取得进展。燃料电池及燃料电池汽车技术近年来取得突破性进展，国际上各大汽车集团持续投入开展燃料电池汽车研发，燃料电池汽车整车成本显著下降，性能指标已接近商业化水平。经多年探索实践，国际汽车产业界达成了电动汽车产
5、业化战略共识：在技术路线上，近期（2010-2015），在依靠传统内燃机汽车技术改进和推进车辆小型化实现降低排放的同时，为满足更为严格的节能减排法规目标要求，应尽快推进混合动力技术的应用，并发展小型纯电动汽车和插电式混合动力电动车；中期（2015-2020），在混合动力技术得到广泛应用的基础上，增加汽车动力系统电气化程度，加大小型纯电动汽车和插电式混合动力汽车推广力度；在2020年之后，纯电驱动技术将逐步占据主导地位，通过发展纯电动汽车和燃料电池汽车，实现大幅度降低排放。在车型应用方面，纯电动、混合动力和燃料电池三种类型的电动汽车技术各自具有最优的适用车型。对短途出行需求，可采用小型纯电动汽车
6、；对长途出行需求，主要采用混合动力汽车、插电式混合动力汽车或者燃料电池汽车。我国高度重视电动汽车技术的发展。经过两个五年计划的科技攻关以及奥运会、世博会、“十城千辆”等示范工程的实施，我国电动汽车从无到有，在关键零部件、整车集成技术以及技术标准、测试技术、示范运行等方面都取得重大进展，初步建立了电动汽车技术体系，已申请专利3000余项，颁布电动汽车国家和行业标准56项，建成30多个新能源汽车技术创新平台。1.2电动大巴运行的作用和意义 2011年10月，武汉市民惊喜的发现：大街小巷随处可见的燃油公交车变少了，取而代之的是一批崭新的“无辫子”电动公交车，外观设计简洁大方，运行平稳舒适，不仅低碳环
7、保，而且安静无污染，受到了驾驶员和广大市民的欢迎。据笔者调查，不只是武汉，全国各大城市都在大力推行电动公交车，各种电动汽车、公交车充电站的投放使用，为未来新能源汽车的畅行铺平了道路。据悉，能源短缺、二氧化碳排放过量、环境持续污染并恶化，这是全球可持续发展面临的三大难题，也是我国经济发展的掣肘。其中，传统燃油汽车的大量使用是造成这些问题的重要诱因之一。在这种大环境下，要实现经济又好又快发展，践行美好清新生活，新能源汽车尤其是电动汽车的开发势在必行。但据业内人士介绍，由于国家还没有出台统一的电动汽车充电标准，虽然很多城市都配备了专业的充电站，但是电池规格、接口不统一，电池性能衰减较快，实际续航能力
8、低于预期等问题，都将严重影响电动汽车的市场拓展。第2章 总体方案设计2.1 机械手基本形式的确定工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。考虑到本次课题中只需在两个坐标方向上移动，这里我选用第一种的直角坐标型。工件为薄板类非金属零件，采用吸附式机械手。2.2 驱动方式的确定按驱动方式的动力源，机械手可分为：A.液压式B.气动式C.电动式液压式：其驱动系统是由液动机、伺服阀、油泵、油箱等组成。通常它具有很大的抓举能力，其特点是结构紧凑，动作平稳，冲击，耐震动，防
9、爆好，但液压组件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。气动式：其驱动系统是由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是电源方便，动作迅速，结构简单，造价较低，维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。电动式：电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机以及交流伺服电机。由于电机速度高，通常必须采用减速机构。根据本课题的技术要求，我选择驱动方式为气动式的动力源。2.3 机械手传动方案的分析传动方式按工作原理可以分为机械传动、流体传动和电力传动，
10、其中机械传动又分为摩擦传动和齿合传动；流体传动分为液力传动和气力传动；电力传动分为直流电力传动和交流电力传动。2.3.1 机械传动靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动等。摩擦传动容易实现无级变速,大都能适应轴间距较大的传动场合,过载打滑还能起到缓冲和保护传动装置的作用，但这种传动一般不能用于大功率的场合，也不能保证准确的传动比。靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动，包括齿轮传动、链传动、螺旋传动和谐波传动等。啮合传动能够用于大功率的场合，传动比准确，但一般要求较高的制造精度和安装精度。2.3.2 流体传动液压传动是在机械传动的基础上诞
11、生的一种新型的传动方式，它以液体为工作介质，通过动力元件（液压泵）将原动机的机械能转换为液体的压力能，然后通过管道控制元件，借助执行元件（液压缸或液压马达）将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。其特点以体积小，传动平稳，性能可靠，能轻松实现很多机械传动不能完成的动作，是现代工业自动化控制系统的最佳选择。尤其在锻压行业有着不可替代的作用。缺点是普遍存在泄露，但只要设计合理，加上高质量的密封装置，这些问题就都会迎刃而解。气压传动的优点：(1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。(2）因空气的粘度很小（约为
12、液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。(3) 与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。(4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。(5）成本低，过载能自动保护。气压传动的缺点：(1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。(2）因工作压力低（一般为MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于1040kN。(3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。(4）气动装置中的
13、气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。2.3.3 电力传动电气传动系统由电动机，控制装置以及被拖动的生产机械所组成。其主要特点是功率范围极大，单个设备的功率可从几毫瓦到几百兆瓦；调速范围极宽，转速从每分钟几转到每分钟几十万转，在无变速机构的情况下调速范围可达1：10000；适用范围极广，可适用于任何工作环境与各种各样的负载。2.4 总体方案的确定方案一：工作原理简介：该方案采用两个气缸的运动来完成整套的上下料过程，竖直方向上的气缸负责物料的抓取、上升和下降，水平方向上的气缸负责物料的水平5m的运动行程。优点：方案简单明了，传动动作迅速、反应快
14、、维护简单、工作介质清洁。缺点：水平方向上的气缸行程达5m，气缸太长，加工困难，生产代价高方案二：工作原理简介：在竖直方向上的气缸，其工作任务与方案一一致，也是负责物料的抓取、提升和下降，但该方案在水平方向上采用了丝杠运动原理来完成水平行程，丝杆右端是一套减速装置，从动力源发动机的转动，通过带传动进行一级减速，再经过齿轮进行二、三级减速，同时丝杠和竖直方向上的气缸又是再一级的减速，这样通过四级减速，可以让物料在水平行程上以较缓慢的速度移动。优点：此方案合理的运用了丝杠的传动原理以及带传动和齿轮传动的减速，其中带传动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动，传动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有过载保护
15、作用，结构简单，成本低，安装要求不高。齿轮传动外廓尺寸小，效率高，传动比恒定，圆周速度及功率范围广。缺点：系统较为复杂，且齿轮长期暴露在外部，寿命会降低，对于带传动来说，有滑动，传动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命较短（通常为3500h5000h），由于带的摩擦起电不宜用于易燃、易爆的地方，轴和轴承上作用力大。而且齿轮传动制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，有噪音。对于以上两种方案的分析，并结合导师的指点，本课题的设计选用第二种方案，即机械手的上升下降通过气动控制的气压缸来实现，水平左右移动通过链轮来实现。2.5 机械手工作过程分析根据设计要求，机械手每次自动抓取一次，并自动
16、释放到固定位置，完成物料输送。为了能顺利完成这次物料输送，我把该机械手的运动过程分析如下：喂料机械手开始工作时,首先打开真空泵：(1) 吸盘支架带动两排吸盘快速下降,可调光电开关检测到零件后,慢速下降,吸盘触及零件,同时吸盘支架触碰限位开关; (2) 两位三通电磁阀开始动作,使吸盘接入真空,时间约12s ,当真空开关检测到真空值为6080 kPa (吸盘样本参数) 时,确认电池已被吸牢;(3) 快速提升,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限位开关,到位停止; (4) 水平移动,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限位开关,到位停止; (5) 快速下降,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限
