磨機換襯板專用機械手的拓撲優(yōu)化設計.pdf

1、對于整個磨機系統(tǒng)而言，襯板是數(shù)量最大的零部件之一，也是受磨損破壞量最多的零部件之一。傳統(tǒng)采用人工的方式更換襯板耗時長，工人的勞動強度也大且還存在安全隱患，這嚴重影響磨機的作業(yè)效率。因此，研制出性能穩(wěn)定、工作可靠的磨機換襯板專用機械手對解決礦山磨機襯板更換問題，將產(chǎn)生重大意義。本文以某礦山選礦廠筒體直徑為4.8m的球磨機為對象，針對初期設計的磨機換襯板專用機械手撓度過大的問題，采用連續(xù)體拓撲優(yōu)化的方法對其進行拓撲優(yōu)化設計，得到的磨機換襯板

2、專用機械新手結(jié)構(gòu)，并通過仿真分析進行驗證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析磨機換襯板專用機械手的原理及組成，設計其運動系統(tǒng)的主要技術參數(shù)與最大負載下四個不同工況。對比分析各工況，并針對其中三個相對較危險工況做了結(jié)構(gòu)靜力分析，以確定危險工況。同時，為確定對整機撓度變形影響較大的零部件，對主要組成部件吊臂與爪具體也進行了具體的撓度變形分析。結(jié)果表明：安裝離機械手最遠且俯仰角最小位置的襯板時對應的工況3的應力與變形都是最大的，即確定工況

3、3為危險工況；危險工況下，整機最大變形量為7.713mm，即撓度變形過大、剛度不足；且吊臂與爪具體單部件獨的變形量都大，則知它們對整機的撓度變形影響度很大。由此得到的結(jié)論為后文磨機換襯板專用機械手拓撲優(yōu)化設計指明了方向。⑵在Hyperworks軟件的優(yōu)化模塊Optistruct中，基于SIMP方法的拓撲優(yōu)化模型,以體積分數(shù)為約束、最小柔度為目標的方法，對磨機換襯板專用機械手的吊臂與爪具體分別做了拓撲優(yōu)化設計，得到新結(jié)構(gòu)。最后針對危險工況

4、做了整機的剛度驗證。結(jié)果表明：經(jīng)拓撲優(yōu)化設計后，整機的撓度變形減小到4.228mm，且應力仍小于材料許用應力值，機械手準確抓取并對位安裝襯板的可靠性得到提高。⑶針對危險工況，對拓撲優(yōu)化后的磨機換襯板專用機械手做模態(tài)分析與瞬態(tài)分析，并與優(yōu)化前的分析結(jié)果作對比；同時在Solidworks Motion插件中做工作過程運動仿真。結(jié)果顯示：拓撲優(yōu)化后的磨機換襯板專用機械手的前兩階固有頻率得到提高，更好地避免低頻干擾共振的發(fā)生；在瞬態(tài)沖擊載荷作用