淺談運輸車自動交換裝置設計與仿真范文

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摘要：設計輻射環境下鉛罐運輸車交換裝置，從XYZC軸總體設計，型號的選擇及計算，機身框架設計等要求出發，用solidworks軟件繪制三維圖像與仿真來完成此次設計。

關鍵詞：輻射環境；交換裝置；3D建模；仿真

輻射環境下鉛罐運輸車自動交換裝置是靶站的部件之一，由于受輻照對構件材料壽命的影響，該部件需要每5年進行更換一次。更換時，慢化器與反射體需要分段從靶站屏蔽體內的氦容器中吊出，其中插件上段由于活化程度低，可以裝在臨時屏蔽桶內重復使用，而插件中段和下段由于活化程度較高，則需要一塊吊出氦容器，利用輸運屏蔽桶，將其運到熱室上方，然后通過熱室上方的吊裝孔，吊入到熱室的維護工裝臺架上，通過熱室設備和工裝對其進行拆除、分解、封裝和更換。

1設計要求

交換裝置的主要作用是把慢化器管取下來和換上新的裝上去，布局如圖1所示。在遙控維護系統方案設計中，核心部件的維護操作譬如：組裝、拆卸、分解、運輸動作都是在靶站屏蔽體相鄰的維護熱室中使用主從機械手或伺服機械手以及各種工裝夾具透過鉛玻璃屏蔽窺視窗進行的，而非人員直接操作完成。交換裝置的主要工作內容：根據維護系統平臺的功能得出交換裝置的工作組成分析如下幾方面：（1）動力機械手拆卸左托架或右托架零件時，交換裝置用于相關零件的抓取與固定。（2）交換裝置在工具架上取用下慢化器專用吊具（熱室吊車先吊專用吊具，放在交換裝置，自動定位夾緊）。（3）交換裝置將專用吊具靠近下慢化器管道，并實現和下慢化器管道之間的自動連接。（4）交換裝置將廢棄的慢化器及其管線送到切割機處。

2結構設計

X方向根據設計要求在運動方向分為X方向可以直行，Y方向橫行，Z方向升降，C方向旋轉這四個方向的運動。在X方向的設計由于整個空間的限制和布局的關系X方向的直行范圍是3750mm，那么地軌的長度為5000mm。傳動上的設計釆用齒輪齒條傳動，因為齒輪齒條傳動比穩定、工作可靠，壽命長、結構緊湊、傳動效率高η可達95％。這些特點剛好適合設計要求。動力源用上伺服電機，傳動后加上傳感器感應執行行走距離和實際的距離的比較值，這樣的定位比較精確。動力輸出后經過減速器減小速度，讓其達到設計要求速度0.11m/min。為了不超出行程范圍，要在兩邊加上限位開關以確定范圍。Y方向的傳動跟X方向的設計類似，同樣是走直線運動，橫行范圍925mm，速度0.12m/min。只是在齒輪齒條傳動比不一樣，下底輪在設計與限位上與X向相同。Z方向由于要運交換的零件，受力較大，而且要有自鎖功能。升降范圍900mm，速度0.01m/min。這里釆用絲桿傳動。此向運動為與交換零件相接觸的地方，速度與精度要控制得恰好。由電機輸出后經過減速器再通過傳感器反饋輸出的實際值比較與命令的差值，確保定位的準確性。整體的設計圖已完成，如圖2所示。

3零件分析優化與標準件選用

支架在總體裝置中起重要的支起作用，它的結構與重量都影響整的設計質量，因此要對它進行結構分析。這里主要用solidworks的simulation模塊對單個零件在假設整體的條件下分析。支架材料：45碳鋼，在模型上直接測量得活塞推桿的受力面積S為：33664mm2，由設計的最大重量為1.3t則該零件端面的力F為：13000N。所得結果包括。（1）應力。如圖3所示，由應力云圖可知，最大應力為7.1Mpa，而普通碳鋼一般的強度極限為175Mpa~450Mpa，所以靜強度設計符合要求。（2）位移，零件變形導致的最大靜位移為6.407e-2mm。因為本設計定位比較精確，設計要求要達到0.1mm，對比可知符合設計要求。定位支架用于取出零件都有很大的支撐及定位作用。現用solidworks對其進行分析優化。材料選用1：145鋼，屈服強度355MPa；材料選用2：35鋼，屈服強度315MPa；材料選用3：08F，屈服強度175MPa。（1）應力。最大應力為54Mpa，為了設計的裝置更安全和耐用，所以用45鋼，屈服極限為355Mpa，因此靜強度設計符合要求。（2）位移。零件變形導致的最大靜位移為0.3mm。設計要求是要達到不大于0.2mm位移。所以不合理。從圖中可以看出此零件的結構設計不太合鋼度計算容易出現應力集中，而且位移比設計要求大一點。因此在此零件上加上兩加強筋，從而改善以減少應力集中和位移減小。

4總結

結合solidworks三維建模和動畫仿真以及有限元分析是機械設計工程師以及工程設計分析人員的結構分析利器。該繪圖實體造型形功能強大，直觀且嚴格，修改容易，能快速地查錯及快速重定義。利用該軟件能大大地提高產品設計工作人員的工作效率。

參考文獻

[1]陸鳳儀、鐘守炎《機械設計》機械工業出版社2007.

[2]孫桓《機械原理》第七版高等教育出版社2009.

[3]《機械工程材料性能數據手冊》編委會．機械工程材料性能數據手冊．機械工業出版社,1995：805～815.

作者：李榮泳 唐景恒 楊振明 單位：東莞理工學院