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柱狀殼體切邊送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
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目前壓縮機(jī)外殼切邊和送料基本上是分開(kāi)加工的，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高而且生產(chǎn)效率低下；隨著全球氣候不斷變暖的趨向和人類(lèi)社會(huì)物質(zhì)生活水平的持續(xù)提高對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行降溫的需求越來(lái)越高，然而空調(diào)的壓縮機(jī)外殼的制造技術(shù)并沒(méi)有顯著的提高從而導(dǎo)致壓縮機(jī)加工的生產(chǎn)效率十分低下。
論文研究的主要內(nèi)容如下：
對(duì)切邊送料機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行細(xì)致的研究，主要研究了在滿足自動(dòng)化要求前提下，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理及整體結(jié)構(gòu)；通過(guò)基本的被輸送零件殼體的外形分析，故本設(shè)計(jì)采用四轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)循環(huán)送料，四轉(zhuǎn)臂采用可更換設(shè)計(jì)方便輸送不同尺寸的零件，根據(jù)具體的被輸送零件切換四轉(zhuǎn)臂的尺寸大小，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析。
運(yùn)用 SolidWorks 軟件對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了三維仿真設(shè)計(jì)和模擬裝配，并解決裝配過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題并進(jìn)行改進(jìn)。
本設(shè)計(jì)方案對(duì)其他機(jī)械零件的切邊送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的參考應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：送料；切邊；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；四轉(zhuǎn)臂；液壓缸
VI
ABSTRACT
The compressor casing cutting and feeding basically is processed separately, high labor intensity and low production efficiency; with the continuous improvement of the global climate warming trend and the human society material life level of the air conditioning system to cool the increasingly high demand, but the manufacturing technology of air conditioning compressor shell was not significantly to improve the resulting compressor processing efficiency is very low.
The main contents of this paper are as follows:
A detailed research on the overall design scheme of the feeding mechanism of the cutting edge, is mainly discussed in this paper can meet the demand of automation under the premise of the mechanism movement principle and overall structure; through the basic shape of the shell is conveying parts analysis, so this design using four arm rotary feeding cycle, four rotating arms can be replaced by the design of convenient transportation different size of the parts according to the conveying parts switch four rotating arms the size of concrete, and the state of motion analysis.
SolidWorks software is used to carry out the 3D simulation design and simulation assembly of the whole structure design, and to solve the problems that may be encountered during the assembly process and to improve them.
This design has certain reference value for the design of the cutting edge feeding mechanism of other mechanical parts.
Key Words：Feeding; cutting edge; mechanism design; four arm; Hydraulic cylinder
目
錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒 論 1
1.1 課題選擇的意義 1
1.2 課題選擇的必要性 1
1.3 壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)的工作原理 1
2 總體方案 4
2.1 柱狀殼體切邊送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
2.2 主體機(jī)構(gòu)圖 5
2.3 壓縮機(jī)殼體外形 5
3 整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.1 夾緊機(jī)構(gòu) 6
3.2 循環(huán)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7
4 電機(jī)的選擇 10
4.1 電機(jī)的選擇 10
5 主軸的設(shè)計(jì)和校核 11
5.1 主軸的設(shè)計(jì) 11
5.2 主軸壽命的校核 14
5.3 鍵的校核 15
5.4 軸的配合 16
6 三維建模裝配 20
6.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)建模 20
6.2 切邊機(jī)構(gòu)建模 22
6.3 主體結(jié)構(gòu)總裝建模 22
7 結(jié) 論 25
參 考 文 獻(xiàn) 26
附錄 1：外文翻譯 27
附錄 2：外文原文 41
致 謝 47
- I -
柱狀殼體切邊送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 課題選擇的意義
機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的主要標(biāo)志之一，我國(guó)加入世界貿(mào)易組織以后，對(duì)于我國(guó)的機(jī)械工業(yè)的發(fā)展既是一個(gè)很好的機(jī)遇，又是一個(gè)十分嚴(yán)峻且困難的挑戰(zhàn)。要達(dá)到節(jié)省勞動(dòng)動(dòng)力降低生產(chǎn)成本的目的，只有實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)，增快制造速度，才能使我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度得到有效的提升，增加我國(guó)的人均收入，只有提速社會(huì)主義現(xiàn)代化的建設(shè)，才能從根本上減小我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。
壓縮機(jī)的用量成逐年上升的趨勢(shì)，我國(guó)的壓縮機(jī)從九十年代的 90%不怎么暢銷(xiāo)，而今年已經(jīng)擁有了龐大的生產(chǎn)線，而且產(chǎn)量是九十年代的幾十倍。雖然有產(chǎn)量有了大幅度的提高，但是我們的壓縮機(jī)還是供不應(yīng)求。所以，我們要求擁有自動(dòng)的生產(chǎn)線，使機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)的外殼切邊送料機(jī)構(gòu)就是實(shí)現(xiàn)了外殼切邊的自動(dòng)化。
1.2 課題選擇的必要性
由于國(guó)內(nèi)民眾生活質(zhì)量水平的不斷提高，所以民眾對(duì)高水平生活品質(zhì)的需求也就越來(lái)越高。民眾在追求舒適的生活環(huán)境的同時(shí)，空調(diào)電器的需求也就逐漸增大了。壓縮機(jī)是空調(diào)電器的心臟，則壓縮機(jī)的需求量也就增大了。
在國(guó)外制造商先進(jìn)的制造技術(shù)和制造設(shè)備的劣勢(shì)下，國(guó)外的產(chǎn)品對(duì)我們的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境造成非常巨大的影響。只有提升國(guó)內(nèi)整體的機(jī)械制造的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，才能在與國(guó)外制造商互相競(jìng)爭(zhēng)中取得長(zhǎng)久的立足之地。
柱狀殼體切邊送料機(jī)構(gòu)的作用：
（1） 實(shí)現(xiàn)柱狀殼體制造加工的自動(dòng)送料功能。
（2） 大幅度降低工人作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)降低大量的生產(chǎn)成本。
（3） 實(shí)現(xiàn)了本機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化。
從發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展歷程可以看出，完成機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)制造，尤其是實(shí)現(xiàn)具有現(xiàn)代高靈敏度的現(xiàn)代化機(jī)械，不僅指出了現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展方向，同時(shí)也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)的工作原理
1.3.1 壓縮機(jī)
- 9 -
壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷劑的作用，相當(dāng)于制冷系統(tǒng)的“心臟”是一個(gè)非常重要
的零件；壓縮的機(jī)原理是壓縮機(jī)從電網(wǎng)吸收電能，將外部空氣轉(zhuǎn)化為高溫高壓空氣，并且壓縮機(jī)在進(jìn)入和排出的過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生相位變化[1] 。
即：低壓、低溫氣體?壓?縮?機(jī)? 高溫、高壓氣體
1.3.2 冷凝劑
冷凝劑是一個(gè)換熱設(shè)備。其作用是吸收壓縮機(jī)所排出的高壓過(guò)熱氣體的熱能進(jìn)而使其液化。在冷凝過(guò)程中，制冷劑發(fā)生的物理變化過(guò)程如下：
過(guò)熱氣體?(?來(lái)自?壓縮?機(jī)? 飽和空氣 ?? 氣液兩相共存 ??
飽和液體 ?? 過(guò)冷液體（進(jìn)入儲(chǔ)液器）
1.3.3 蒸發(fā)器
蒸發(fā)器也是一種交換熱量的機(jī)構(gòu)。液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中通過(guò)吸收被冷卻區(qū)域內(nèi)的熱能，從而冷卻需要被冷卻的區(qū)域，降低目標(biāo)區(qū)域溫度。所以蒸發(fā)器通常是被放在被降溫區(qū)域中。
飽和液體 ?? 飽和液體和氣體 ?? 飽和氣體 ?? 過(guò)熱氣體
1.3.4 膨脹閥
膨脹閥有很多種類(lèi)，現(xiàn)在主要運(yùn)用的是熱力膨脹閥，它的原理是通過(guò)感溫包感應(yīng)蒸發(fā)器制冷劑的蒸汽過(guò)熱度大小，來(lái)改變膨脹伐的開(kāi)啟度，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷劑的流量調(diào)節(jié)。通過(guò)其調(diào)節(jié)作用，使流入蒸發(fā)器的制冷劑流量始終與負(fù)荷相匹配，保證制冷劑蒸發(fā)器有合適的過(guò)熱度。這樣既能充分利用蒸發(fā)器的傳熱面積，又防止壓縮機(jī)吸氣帶液造成壓縮機(jī)高溫現(xiàn)象。
在膨脹閥內(nèi)部流動(dòng)過(guò)程中，制冷劑沒(méi)有物理變化，但是壓力降低，因此其過(guò)程可表示為：
高壓液體?節(jié)?流?
低壓液體（含少量蒸發(fā)氣體）
以上四部分，是構(gòu)成制冷系統(tǒng)的基本元件，因此稱為制冷系統(tǒng)的四大部件。在各個(gè)部件之間，配上連接管道 和閥門(mén)等，就構(gòu)成一個(gè)最基本的制冷系統(tǒng)。在最基本的制冷系統(tǒng)中，制冷劑經(jīng)過(guò)兩次物相變化，又分別經(jīng)過(guò)高、低壓的轉(zhuǎn)換。
1.3.5 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)
滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)主要由滾動(dòng)轉(zhuǎn)子、氣缸、滑動(dòng)片及背部的彈簧、偏心曲軸、軸承、排氣消音器、電動(dòng)機(jī)定子、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、殼體、進(jìn)氣管、氣液分離器、平衡塊、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子等組成。在氣缸 4 的空腔，與柱面相切的柱狀滾動(dòng)轉(zhuǎn)子 3。裝置于氣缸體內(nèi)的滑片 7
其中一端和轉(zhuǎn)子 3 直接接觸。從而劃分出 l,h 相互封閉的空腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子與氣缸的切點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)吸氣口 1 時(shí)，L 空間與吸氣口相通即開(kāi)始吸氣。它的容積隨著轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)而增大，氣體由吸氣口不斷地吸入；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與氣缸頂部相切時(shí)，即達(dá)到圖 1.1 中 V 點(diǎn)時(shí)，滑片 7 斷面上升至最高點(diǎn)，L 空間容積達(dá)到最大值。吸氣過(guò)程結(jié)束。隨著轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)，L 空間的氣體轉(zhuǎn)變 H 空間中。當(dāng)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)過(guò)β角，即越過(guò)吸氣口時(shí)，H 空間容積隨著轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)而減下氣體開(kāi)始受到壓縮而壓力上升，直到超過(guò)排氣腔內(nèi)的壓力，并足以克服排氣閥片 5 的彈力時(shí)，便開(kāi)啟排氣閥，氣體開(kāi)始排出氣缸。從開(kāi)始?jí)嚎s氣體到開(kāi)始排氣，即為壓縮過(guò)程。當(dāng)轉(zhuǎn)子與氣缸切點(diǎn)到達(dá)排氣口 D 點(diǎn)γ角范圍內(nèi)的氣體持續(xù)不斷的膨脹，且不斷向吸騎腔流去，氣缸內(nèi)的整體壓力持續(xù)降低到吸氣壓力?？梢缘贸觯瑵L動(dòng)轉(zhuǎn)子式的壓縮機(jī)在完成吸氣、排氣、膨脹的過(guò)程中，偏心轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 720 度在滑片兩側(cè)，容積的工作過(guò)程
相差 360 度，因此，氣流的流動(dòng)速度較為緩慢，壓力損失小[2] 。
1-吸氣口 2-壓縮機(jī)偏心軸 3-滾動(dòng)轉(zhuǎn)子 4-氣缸 5-排氣閥片 6-排氣口 7-滑片
圖 1.1 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)工作原理
2 總體方案
2.1 柱狀殼體切邊送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之前,必須考慮到場(chǎng)合與需求,對(duì)于本文的外殼切邊自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)需要考慮以下幾點(diǎn):
（1） 必須和電源和壓縮空氣管連接。
（2） 電源須用截面至少四平方厘米的三相電纜加地線。
（3） 電壓為 380V。
（4） 壓力大于 0.6MPa。
2.1.1 工作過(guò)程
方位 1:初始方位
方位 2：從初始方位下降，下降到夾緊機(jī)構(gòu)能夠夾緊殼體的的方位 2，并通過(guò)四懸臂夾緊機(jī)構(gòu)夾緊殼體。
方位 3:從方位 2 上升到方位 1，然后四懸臂旋轉(zhuǎn) 90 度到達(dá)方位 3。
方位 4:從方位 3 下降到方位 4，置于卡盤(pán)上后夾緊機(jī)構(gòu)放開(kāi)殼體，并在此位置進(jìn)行切邊。
方位 5:完成切邊后夾緊機(jī)構(gòu)重新將殼體夾緊，然后上升至方位 1，四懸臂旋轉(zhuǎn) 90 度，夾緊機(jī)構(gòu)放開(kāi)完成送料。
自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)我采用油壓驅(qū)動(dòng)的四轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。并采用油壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得本機(jī)構(gòu)傳動(dòng)更加的平穩(wěn)。無(wú)論是升降還是回轉(zhuǎn)都需要較高的精度，而且本機(jī)構(gòu)對(duì)液壓控制部件的密封性由較高的要求。
2.2 主體機(jī)構(gòu)圖
圖 2.1 主體機(jī)構(gòu)圖
2.3 壓縮機(jī)殼體外形
壓縮機(jī)殼體外形及加工部位如下圖：
圖 2.2 壓縮機(jī)外殼
3 整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)是要實(shí)現(xiàn)外殼切邊的自動(dòng)送料，所以我采用四轉(zhuǎn)臂的循環(huán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，整體機(jī)構(gòu)主要分為夾緊機(jī)構(gòu)和循環(huán)機(jī)構(gòu)兩部分，本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的夾緊機(jī)構(gòu)和循環(huán)機(jī)構(gòu)都是靠電機(jī)帶動(dòng)液壓泵作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精確和正常工作。整體機(jī)構(gòu)具體的設(shè)計(jì)與計(jì)算如下：
3.1 夾緊機(jī)構(gòu)
3.1.1 夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
夾緊機(jī)構(gòu)也是通過(guò)液壓缸進(jìn)行工作的，首先液壓缸后面的進(jìn)油孔進(jìn)油推動(dòng)活塞向夾緊方向移動(dòng)，前進(jìn)中帶動(dòng)夾塊移動(dòng)，夾住壓縮機(jī)的外殼，但是油的壓力不要
1. 定位螺母 2.夾塊 3.內(nèi)六角螺釘 4.端蓋
5.活塞 6.液壓缸 7.雙頭六角螺栓 8.六角鎖緊螺母
圖 3.1 夾緊機(jī)構(gòu)
過(guò)大，以免夾緊過(guò)大損傷了壓縮機(jī)的外殼；夾住后將通過(guò)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將外殼移動(dòng)到加工位置，油缸旁邊的后退油管開(kāi)始進(jìn)油，使活塞向后退方向移動(dòng)。這樣夾緊機(jī)構(gòu)就完成了一個(gè)工作過(guò)程。結(jié)合壓縮機(jī)外殼的形狀（圖 2.2），夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3.1。
夾緊機(jī)構(gòu)在夾緊過(guò)程中，一定要控制好夾緊力的大小，夾緊力不能過(guò)大夾傷壓縮機(jī)外殼，則夾塊選擇聚合類(lèi)材料。此類(lèi)材料有如下特點(diǎn)：
（1） 摩擦系數(shù)大，熱固性好，尺寸穩(wěn)定性好。
（2） 韌性高，剛性差，吸水性差，沖擊強(qiáng)度高。
（3） 耐腐蝕，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不導(dǎo)電，抗老化。
（4） 強(qiáng)度高、硬度高、耐熱性好。
3.2 循環(huán)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是外殼切邊自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響到整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作，所以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)將直接影響到以后生產(chǎn)中的進(jìn)程。
外殼切邊自動(dòng)送料的循環(huán)機(jī)構(gòu)是由油壓缸推動(dòng)的每推動(dòng)一次旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)過(guò) 90 度的角
度，循環(huán)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 90 度是靠氣缸的活塞伸出的長(zhǎng)度和前面的調(diào)整螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
3.2.1 機(jī)構(gòu)的循環(huán)過(guò)程
機(jī)構(gòu)的整體循環(huán)過(guò)程都由液壓控制，其過(guò)程是：首先由液壓缸和旋轉(zhuǎn)板聯(lián)結(jié)并推動(dòng)旋轉(zhuǎn)板，旋轉(zhuǎn)板和爪聯(lián)結(jié)并帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，然后爪和切除板一起轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)六角螺釘將切除板固定，從而帶動(dòng)循環(huán)臂做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)切除板運(yùn)動(dòng) 90 度之后，液壓缸反向進(jìn)油做反向運(yùn)動(dòng)，液壓缸活塞重新回到初始狀態(tài)。
1. 支撐面板 2.軸 3.爪 4.切除板 5.可調(diào)螺母 6.液壓缸 7.支撐銷(xiāo)釘
圖 3.2 循環(huán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
柱狀殼體切邊送料循環(huán)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算如下：
循環(huán)機(jī)構(gòu)的心軸距離液壓缸定位銷(xiāo)釘 565.7mm，液壓缸連接處距離心軸 109.6mm， 初始時(shí)候油缸和支撐板的夾角為 6°，回轉(zhuǎn)板兩個(gè)連接出之間的夾角為 140°，旋轉(zhuǎn)板與液壓缸相夾角度為 140°
根據(jù)公式計(jì)算出液壓缸的長(zhǎng)度為：
(a2 + b2 - c2 )
液壓缸的初始長(zhǎng)為：
cosa=
c =
2ab
a 2 + b2 - 2ab cos a
（3-1）
（3-2）
帶入數(shù)據(jù)得出： c = 470mm
循環(huán)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 90°之后，a、b 長(zhǎng)不變，α角增大 90° a:循環(huán)機(jī)構(gòu)心軸至液壓缸定位銷(xiāo)釘?shù)拈g距
b:液壓缸連接處至循環(huán)機(jī)構(gòu)心軸的間距c:連接處至定位銷(xiāo)釘?shù)拈g距
α：a、b 之間的夾角
旋轉(zhuǎn) 90 度之后：
a= 180° - 140° - 6° + 90° = 124°
c 長(zhǎng)度為：
c￠ =
（3-3）
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： c￠ = 551.35mm
液壓缸外伸長(zhǎng)度 l 為：
l = c￠ - c
代入數(shù)據(jù)得： l = 551.35mm - 470mm = 81.35mm
因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中的外伸長(zhǎng)度可能和計(jì)算的外伸長(zhǎng)度有一些誤差，因此可以用調(diào)整螺母進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)中的微調(diào)。由液壓行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制液壓缸的外伸長(zhǎng)度，這樣一來(lái)使得循環(huán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能保證比較高的運(yùn)動(dòng)精度。
如圖 3.2 循環(huán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由液壓缸、旋轉(zhuǎn)板，爪、切除板等部分構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)板：旋轉(zhuǎn)板是聯(lián)結(jié)液壓缸和爪的零件，對(duì)其加工精度有較高的要求。
圖 3.3 旋轉(zhuǎn)板
爪：爪與旋轉(zhuǎn)板聯(lián)結(jié)，然后旋轉(zhuǎn)板和液壓缸相連，通過(guò)液壓缸推動(dòng)爪，從而帶動(dòng)切除板運(yùn)動(dòng)。
圖 3.4 爪
切除板：切除板和旋轉(zhuǎn)臂連接，通過(guò)爪傳遞過(guò)來(lái)的機(jī)械能使旋轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)臂通過(guò)內(nèi)六角螺釘和切除板相固定。
圖 3.5 切除板
4 電機(jī)的選擇
4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)選取
三 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 是 一 種 能 將 電 能 轉(zhuǎn) 換 成 機(jī) 械 能 設(shè) 備 ， 在 液 壓 驅(qū) 動(dòng)運(yùn) 動(dòng) 過(guò) 程 中 通 常 用 三 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 作 為 動(dòng) 力 源 ， 而 且 三 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī)具 有 易 于 控 制 、 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 、 慣 量 大 的 特 性 。
首先需要估算電機(jī)的機(jī)械負(fù)載，使電機(jī)滿足功率和扭矩的要求。三相異步電動(dòng)機(jī)的計(jì)算過(guò)程如下：
殼體被夾緊機(jī)構(gòu)夾緊時(shí)，殼體的最大質(zhì)量為4kg ，殼體與夾塊之間的摩擦系數(shù)為
m= 0.4 ，所以?shī)A緊力計(jì)算得：
- 20 -
F = 9.8M = 9.8′ 4 = 98N
μ 0.4
夾緊機(jī)構(gòu)中，油缸活塞直徑為φ = 25mm ，則所需要油的壓力為：
P = 4F
pf2
= 4 ′ 98
3.14 ′ 0.0252
= 199KPa
液壓油管直徑為： D = 10mm
三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速為： n = 3000r / min
由此電機(jī)功率計(jì)算公式如下：
p = psv = 199 ′p′ 0.0052 ′ 500 = 7.8kw
當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)油缸給回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的力為：
F = T
123
= 18400 = 149.6N 123
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，油缸活塞直徑為φ = 25mm ，則所需要油的壓力為：
P = 4F
1 pf
= 4 ′149.6 = 304KPa
0.0252
已知油管直徑
D = 10mm ，電機(jī)轉(zhuǎn)速n = 3000r / min ，故計(jì)算電機(jī)功率得：
2
P = PSV = 304 ′p′ 0.0052 ′ 500 = 12KPa
因?yàn)閮蓚€(gè)部分共用一個(gè)電機(jī)，所以電機(jī)的功率應(yīng)以較大的為主。由于在機(jī)械傳動(dòng)中有一部分的能量要被損耗掉，所以電機(jī)的功率應(yīng)選擇的比計(jì)算的大一些約 10%到 15%則電機(jī)的功率應(yīng)為：
P = 1.15 ′ P2 = 1.15 ′12 = 13.8kw
由于本機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)都是由油壓泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，則本機(jī)構(gòu)采用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)楸緳C(jī)構(gòu)對(duì)電機(jī)無(wú)調(diào)速的要求，又選出鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)，又因?yàn)楸緳C(jī)構(gòu)的功率大于3kw ，所以電動(dòng)機(jī)采用三角形聯(lián)結(jié)。
結(jié)合計(jì)算結(jié)果保證電機(jī)滿足機(jī)械性能要求，以及電機(jī)本身運(yùn)行穩(wěn)定、使用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，查閱相關(guān)資料選取的電機(jī)型號(hào)如下：
表 4.1 選取電機(jī)數(shù)據(jù)
型號(hào)
功率（kw）
轉(zhuǎn)速(r/min)
效率（%）
工作電流(A)
Y160M2 - 2
15
2930
89
29.4
壓縮機(jī)外殼小的時(shí)候所需要電機(jī)功率要比大的外殼的電機(jī)功率小，所以在加工小的壓縮機(jī)外殼時(shí)候需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，來(lái)達(dá)到小外殼時(shí)的夾緊力。
5 主軸的設(shè)計(jì)和校核
5.1 主軸的設(shè)計(jì)
（1） 主軸材料的選擇
本設(shè)計(jì)選取的材料是進(jìn)行調(diào)制處理的 45#鋼。
sb = 590MPa,ss = 295MPa,s-1 = 255MPa,t-1 = 140MPa
（2） 擬定主軸軸端直徑
T
W
tt =
t
9550000 P
? n
0.2 ′ d 3
(5-1)
其中，[τt]：許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位 MPa） T：軸受的扭矩（單位N · MM）
d：計(jì)算截面處軸的直徑（單位：mm）
P：軸傳遞的功率（單位：KW） T：軸所受扭矩（單位： N · MM） τt：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位：MPa）
Wt：軸抗扭截面系數(shù)（單位： mm3 ）
表 5.1 軸常用材料的[τt]和 A0
軸的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
[tt ]/MPa
15-25
20-35
25-45
35-55
A0
149-126
135-112
126-103
112-97
根據(jù)表 5.1 選取軸A0 =126
又由公式： T = 9550000P/n
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： P = 0.62kW
Pd = 0.62 × 0.93 = 0.58kw ，
d = A0
= 1263
0.58
10
= 48.774mm
考慮到鍵槽會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，取軸端直徑增大5%?7% ，所以取用軸的直徑至少為
60mm 。
軸承利用軸肩固定的方式進(jìn)行軸向固定，,軸肩定位的長(zhǎng)度 h 通常取用為：
h = (0.07 ~ 0.1)d ，d 為與零件相配合處的軸的直徑。由于主軸是固定在機(jī)體上的所以主軸的形狀為上細(xì)下粗。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖表示：
圖 5.1 主軸
（3）按照扭合成強(qiáng)度條件的方式進(jìn)行計(jì)算
軸在做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)收到的扭矩非常小，所以可以直接忽略不計(jì)。畫(huà)出扭矩圖如下所示：
圖 5.2 受力簡(jiǎn)圖
圖 5.3 扭矩圖
殼體與軸的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為： μ = 0.3
殼體與軸的接觸面積為S = A × H
其中， H：接觸處長(zhǎng)度
A：接觸底面周長(zhǎng)
軸上所受的力： Fr
= SN μ = 736N
其中， m：滑動(dòng)摩擦系數(shù)
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖以及扭矩圖中可以看出軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算出的危險(xiǎn)截面 T 的值列于下表 5.2
表 5.2 危險(xiǎn)截面數(shù)據(jù)
載荷
危險(xiǎn)截面
扭矩 T
18400 N·mm
對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核：公式如下：
s = (5-2)
W
其中，W：軸的抗彎截面系數(shù)（單位： mm3 ） T：主軸所受的扭矩（單位： N · mm ） W：主軸的抗彎截面系數(shù)（單位： mm3 ）
s：主軸的計(jì)算應(yīng)力（單位： MPa ）
pd3 3 3 a
截面為圓形的軸， W =
32
? 0.1d
= 1562.5mm
，當(dāng)折合系數(shù)
取用 0.7 時(shí)，帶入
數(shù)據(jù)計(jì)算得：s = 11.77MPa ，s < s0 ? 102MPa ，故滿足要求。
5.2 軸承壽命的校核
由上面扭矩的計(jì)算可以知道，軸承受最大的徑向力為Fr = 736N ；機(jī)器微震動(dòng)，軸向力最大為 Fa = 100 N ，預(yù)計(jì)計(jì)算壽命為L(zhǎng)￠ = 8000h
（1） 求比值
Fa/Fr = 100/736 = 0.133 (5-3)
根據(jù)表 13-6[濮良貴,紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)[M] ．北京：高等教育出版社，2001]，查
表得出滾針軸承 e 值最大值是 0.44，所以： Fa
Fr
< e 。
（2） 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P，由公式：
P = f P (XFr + YFa )
(5-4)
根據(jù)表 13-6， f P = 1.0 ~ 1.2 ，選用fp = 1.2
表 5.3 載荷系數(shù) fp
載荷性質(zhì)
fp
舉例
無(wú)沖擊或微沖擊
10.～1.2
電機(jī)、水泵
根據(jù)表 13-5， X = 1 , Y = 0 ，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：
P = 1.2 × (1× 736 + 0 ×100) = 883.2N
（3） 計(jì)算軸承基本額定動(dòng)載荷值，公式如下：
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： C = 883.2 ′
60nL`
C = Pe ?h
106
= 5299.2N
（4）根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)相關(guān)設(shè)計(jì)要求，選取C = 6000N 的軸承。該軸承的基本額定靜載荷為： C0 = 2200 N 。該軸承的驗(yàn)算過(guò)程如下所示：
按照公式（13-5），驗(yàn)算該軸承的壽命，如下所示：
106
Lh = 60 ′ n
( C )e
P
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： Lh
= 10
60 ′ 600
′ ( 6000 )3 = 8306h > 8000h 。故滿足設(shè)計(jì)要求。
900
5.3 鍵的校核
5.3.1 鍵的校核:
鍵的強(qiáng)度也要滿足要求，如果強(qiáng)度不夠，可以采用雙鍵，這時(shí)應(yīng)考慮鍵的合理布置； 兩個(gè)鍵最好相隔 180 度；雙鍵的強(qiáng)度大概為單鍵的 1.5 倍。如果輪轂允許也可以適當(dāng)加長(zhǎng)，也可以相應(yīng)地加長(zhǎng)鍵的長(zhǎng)度，以提高單鍵的連接承載能力。但是一般采用的鍵長(zhǎng)不宜超過(guò)（1.6~1.8）d.必要是加大軸徑或改用其他的連接方式。
選用的是 A 型平鍵（GB/T 1096-1979）,與帶輪聯(lián)接處鍵的尺寸為
b ′ h ′ L = 18 ′11′ 50 。因主軸對(duì)稱，所以選擇傳遞扭矩的一端校核。鍵聯(lián)接強(qiáng)度校核按表 5-3-16 公式計(jì)算，式中各參數(shù)為：
采用鍵連接所傳遞的扭矩 T 計(jì)算得：
鍵的工作面壓強(qiáng)計(jì)算如下：
T = 9550 ′ 0.58600 ? 9.2N · m
a
p = 2000T dkl = 2000 ′ 9.215 ′ 2.5 ′13 = 37.7MP
所以：
37.7MPa < [p]
其中， k：輪轂和的接觸高度（單位：mm） l：鍵的長(zhǎng)度（單位：mm）
d：軸的直徑（單位：mm） T：負(fù)載的扭矩（單位：N.mm）
故鍵連接強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。
5.3.2 鍵的特點(diǎn):
鍵的特點(diǎn)有：沒(méi)有軸向的固定作用，方便使用時(shí)的拆裝維護(hù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常使用螺釘將其固定在軸上。中間的螺紋孔用于起出鍵。常用于軸上零件沿軸移動(dòng)量不大的情況，比如變速箱中的滑移齒輪。
5.4 軸的配合
各軸段配合及表面粗糙度選擇如下[13] ：
孔的最大尺寸為50.075mm ，最小為50.030mm 。軸的基本尺寸為φ50 ，最小尺寸
49.980mm ，最大尺寸50.025mm 。軸配合公差[Tf] 計(jì)算過(guò)程如下：
[Tf ] ≥ | [Xmax]-[Xmin]|=| (ES- ei) - (EI - es)
f
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： [T ]= 95 - 5 = 90mm
所以可得： [Tf ] ≥ [TD ] + [Td ]
其中，[TD ]：與孔配合所允許公差[Td ] ：與軸配合所允許公差
由標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表 GB1800-79，查閱得出：
IT7 = 30
II8 = 46
IT9 = 74
與軸配合相關(guān)的計(jì)算過(guò)程如下所示[14] ： 殼體與主軸上端配合的計(jì)算
殼體孔和主軸之間的過(guò)度配合
已知孔的基本尺寸為φ50 最大尺寸為：
如果孔、軸公差都選 7 級(jí)，則配合公差Tf
= 2 × IT7 = 60mm＜90mm ，雖然沒(méi)有超過(guò)
其要求的允許尺寸值，但是不符合 6、7、8 級(jí)的孔與 5、6、7 級(jí)的軸相配合的規(guī)定。如果孔選 IT9,軸選 IT8 其配合公差為 Tf=IT9+IT8
=74+46
=120＞90μm
已超過(guò)了配合公差的允許值，故不符合配合的要求。
若選孔 IT8，軸選 IT7 其配合公差Tf
Tf
= 46 + 30
= 76＜90mm
雖然距離允許值減少較多給加工帶來(lái)一定的困難，但是配合精度有一定的儲(chǔ)備，而且選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公差等級(jí)。即：
TD = IT8 = 45mm Td = IT7 = 30mm
由于本設(shè)計(jì)采用的是基孔制，所以其公差帶號(hào)為φ50H8 、EI = 0 、ES = 46mm 。由于本設(shè)計(jì)采用基孔制且為間隙配合，因此需要從 a~h 之間選用基偏差作為軸的上偏差， 且軸的基本偏差必須滿足以下要求：
Xmin = EI - es ≥ [Xmin]
Xmax = ES- ei ≤ [Xmax]
Xmax = ES- ei ≤ [Xmax]
其中， [Xmin]：最小間隙允許量[Xmax]：最大間隙允許量
由以上式子解得：
es ≤ EI - [Xmin]
es ≥ ES+ IT7 - [Xmax]
由已知量ES、 EI、IT7、[Xmax]、[Xmin]帶入上述公式解得：
es ≤ 0 - 5 = -5mm
es ≥ 2 × IT7 - 95 = 60 - 95 = -35mm
所以 - 35 ≤ es ≤ -5
根據(jù)基本尺寸φ50 與- 35mm ≤ es ≤ -5mm ，查閱表GB1800 - 79 得出軸的基本偏差代號(hào)為 f，所以軸的公差代號(hào)為φ50f7
軸承與軸或銷(xiāo)的配合如下：
已知孔的基本尺寸為φ20 最大尺寸為 20.020mm，最小為 20.000 mm。軸的最大尺寸為 20.020mm，最小尺寸為 20.000mm 基本尺寸為φ20。
配合公差[Tf ] 的允許量計(jì)算過(guò)程如下所示：
[Tf ] ≥| [Xmax]-[Xmin]|=| (ES- ei) - (EI - es)
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： [Tf ] = 40mm 20 + 20 = 40mm
所以： [Tf ] ≥ [TD ] + [Td ]
其中，[TD ]：和孔配合允許的公差[Td ] ：和軸配合允許的公差
查閱表GB1800 - 79 得出：
IT6 = 13
II7 = 21
IT8 = 33
如果孔、軸公差都選 7 級(jí)，則配合公差Tf = 2 × IT7 = 42mm＞40mm ，超過(guò)其要求的
允許尺寸值，是不符合要求的，同時(shí)也違背 5、6、7 級(jí)軸和 6、7、8 級(jí)孔的配合要求。
（1） 如果選 IT9 的孔，選 IT8 的軸，其配合公差為：
Tf = IT8 + IT7
計(jì)算得： Tf = 33 + 21 = 54
所以 Tf = 54mm＞40mm
所以不符合配合要求。
（2） 如果選 IT7 的孔，選 IT6 的軸，計(jì)算出配合公差為：
Tf = 13 + 21 = 34＜40mm
即使距離允許值減少較多給加工帶來(lái)一定的困難，然而配合精度有一定的儲(chǔ)備，加之公差等級(jí)是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。所以：
TD = IT7 = 21mm
Td = IT6 = 13mm
因?yàn)椴捎玫氖腔字?，所以基?zhǔn)孔的公差帶號(hào)是： φ50H8 、EI = 0 、 ES = 46mm 。由于采用的是間隙配合，因此須從 a~h 之間取用的基本偏差作為上偏差，而且軸的基本偏差必須滿足一下要求：
Xmin = EI - es ≥ [Xmin]
Xmax = ES- ei ≤ [Xmax]
Es - ei = Td = IT7
其中，[Xmin]：最小間隙允許量；
[Xmax]：最大間隙允許量； 由上式解得：
es ≤ EI - [Xmin]
es ≥ ES+ IT7 - [Xmax]
把已知量ES、EI、IT7、[Xmax]、[Xmin] 的具體數(shù)值帶入上式解得：
es ≤ 0 - 20 = -20mm
es ≥ 2 × IT7 - 40 = 42 - 40 = -35mm
所以 - 20mm ≤ es ≤ -2mm
根據(jù)基本尺寸必須滿足φ50 以及- 35mm ≤ es ≤ -5mm 的要求，查表GB1800 - 79 得出軸的基本偏差代號(hào)為 f，然而滾動(dòng)軸承容易損壞，而且軸承的內(nèi)外圈都非常薄，況且在大多數(shù)機(jī)構(gòu)中其內(nèi)圈是同軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，殼體和軸承的外圈是相互固定的，為滿足軸承內(nèi)圈和軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且保證接觸面之間不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)而使軸承磨損，軸徑和內(nèi)圈的裝配必須要求有一定的過(guò)盈量，同時(shí)還要保證之間的過(guò)盈量不能過(guò)大或者過(guò)小，來(lái)保證日后方便維護(hù)，以及內(nèi)圈不會(huì)因?yàn)樗軕?yīng)力過(guò)大從而使軸承損傷和變形。為兼顧傳遞扭矩和方便日后方便維護(hù)的目的，在標(biāo)準(zhǔn)中將軸承的上偏差取用為 0，下偏差取用為負(fù)數(shù)， 同時(shí)將軸承的內(nèi)圈平均直徑的公差帶設(shè)置在 0 以下。這時(shí)所需的軸徑公差帶從基孔制的標(biāo)準(zhǔn)中選取，這樣以來(lái)，軸承內(nèi)圈與軸的配合要緊一些即一些過(guò)度配合在這里變成過(guò)盈配合有些間隙配合變?yōu)檫^(guò)度配合則軸的基本偏差應(yīng)為 g，故軸承的公差代號(hào)為φ20g6 。本機(jī)構(gòu)的其它配合可以依此類(lèi)推。
6 三維建模及裝配
6.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)建模
循環(huán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是完成殼體自動(dòng)切邊的重要機(jī)構(gòu)，主要功能是：夾持殼體并做上升和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將殼體放在切邊機(jī)構(gòu)的卡盤(pán)上，在切邊機(jī)構(gòu)完成切邊和去毛刺之后，再將殼體夾持再一次通過(guò)上升和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將加工完成的殼體放在送料的裝置上，循環(huán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)貫穿整個(gè)切邊送料的過(guò)程。
主要包括的零件有：四轉(zhuǎn)臂、夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)軸、爪、切除板、旋轉(zhuǎn)板、液壓缸、液壓缸固定座、定位軸等，該部分機(jī)構(gòu)的裝配圖如下圖所示:
圖 6.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
- 26 -
圖 6.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
圖 6.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
6.2 切邊機(jī)構(gòu)建模
切邊機(jī)構(gòu)是對(duì)殼體進(jìn)行切邊，由液壓系統(tǒng)控制兩組刀具，一組刀具進(jìn)行切邊，另一組刀具負(fù)責(zé)去毛刺，從而保證殼體高質(zhì)量的加工，同樣切邊機(jī)構(gòu)也是自動(dòng)化完成，節(jié)省了大量的勞動(dòng)力，降低生制造成本。
組成切邊機(jī)構(gòu)的主要零件有：兩組刀具、刀具固定座，定位軸、液壓缸、液壓缸固定座、機(jī)床卡盤(pán)等。
其三維建模如下圖所示：
圖 6.4 切邊機(jī)構(gòu)裝配圖
6.3 主體結(jié)構(gòu)總裝建模
主體結(jié)構(gòu)總裝結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖 6.5 主體結(jié)構(gòu)
圖 6.6 主體機(jī)構(gòu)
圖 6.7 主體結(jié)構(gòu)
7 結(jié) 論
本文闡述了外殼切邊送料機(jī)構(gòu)的工作原理，并簡(jiǎn)要介紹了壓縮機(jī)的工作原理，提出了基于液壓驅(qū)動(dòng)的具有自動(dòng)功能的外殼切邊送料機(jī)構(gòu)，并做了機(jī)械部分的設(shè)計(jì)以及主要零件的檢驗(yàn)和校核計(jì)算，保證設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)正確性。
本文分別對(duì)柱狀殼體切邊送料機(jī)構(gòu)的循環(huán)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)計(jì)算，而且對(duì)重要部分零件進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)。電動(dòng)機(jī)是本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，用于支持液壓缸的正常工作，液壓缸則是本設(shè)計(jì)的直接動(dòng)力用于驅(qū)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)和循環(huán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確工作，并配有完善的液壓控制系統(tǒng)。
運(yùn)用三維建模軟件 solidworks 進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)建模，對(duì)其進(jìn)行裝配，并在裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)可能會(huì)遇到的問(wèn)題，通過(guò)分析出現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題的原因，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容不斷的完善，最終得到比較完備整體設(shè)計(jì)方案。
本機(jī)構(gòu)有如下的特點(diǎn)：
（1） 采用液壓作為本機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源，保證了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精確性。
（2） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，四轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)一周完成四個(gè)工位。
本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)，在將來(lái)的機(jī)械工業(yè)發(fā)展中，可以取代一些高強(qiáng)度勞動(dòng)力的機(jī)械工作，使我國(guó)工業(yè)在一定程度上得到進(jìn)一步的完善發(fā)展。
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附錄 1：外文翻譯
選擇基于零件特征的裝配線進(jìn)料策略
摘 要
本文探討了零件特征（即單位尺寸和成本）對(duì)總交貨量的影響組裝線工作站的材料成本，被視為直接選擇進(jìn)料的標(biāo)準(zhǔn)，每種零件類(lèi)型采用的方法。建立不同物料進(jìn)料成本模型后進(jìn)程進(jìn)行參數(shù)化分析，了解在可用的供應(yīng)替代品之間是否存在經(jīng)濟(jì)盈虧平衡點(diǎn)由零件的相關(guān)屬性假設(shè)的值。這可以映射每個(gè)送料策略的區(qū)域更方便，并且在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的情況下還允許一種快速的方法為每個(gè)部分選擇最佳的進(jìn)料方式。
關(guān)鍵詞：物料搬運(yùn)錯(cuò)誤，起重，裝配線，零件進(jìn)給，線路存儲(chǔ)，及時(shí)。
1 緒論
在工作站供應(yīng)零件是主要的裝配線設(shè)計(jì)師面臨的問(wèn)題經(jīng)理。有幾種方法可用，每種都是具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，配件是經(jīng)常采用的方法將零件運(yùn)送到裝配線。在一個(gè)配套策略組裝一個(gè)單位所需的所有部件產(chǎn)品被放置在一個(gè)或多個(gè)試劑盒容器中。套件是在儲(chǔ)存室準(zhǔn)備并交付給裝配線，在行的開(kāi)始（旅行套件概念）或到具體工作站（固定工具包），根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃。作為連續(xù)群帶供應(yīng)政策也普遍存在，每個(gè)不同的部分編號(hào)在單獨(dú)的容器中提供給組件線。這允許每個(gè)的股票需要的部件類(lèi)型在工作站上連續(xù)保持。小時(shí)間的集裝箱可能會(huì)在及時(shí)（JIT）中移動(dòng)時(shí)尚從超市存儲(chǔ)區(qū)通過(guò)拖輪列車(chē)在工作站之間進(jìn)行牛奶運(yùn)行。否則大容納大量數(shù)量的容器簡(jiǎn)單地儲(chǔ)存在該容器中，線路并定期補(bǔ)充（線性儲(chǔ)存，LS）。每政策提出利弊，所以不可能一般說(shuō)明進(jìn)料政策明顯優(yōu)于其他方式。成本問(wèn)題，個(gè)案具體要求和約束可能在組裝系統(tǒng)中有利于其他選項(xiàng)。因此，選擇最佳零件進(jìn)料方式是 a 相關(guān)決策問(wèn)題。這往往是一個(gè)問(wèn)題定性判斷，受產(chǎn)品和生產(chǎn)的影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 操作限制，公司具體實(shí)踐和傳統(tǒng)，但它強(qiáng)烈影響組裝系統(tǒng)的表現(xiàn)。其實(shí)，雖然是基本的權(quán)衡是勞動(dòng)力成本與空間占用和 WIP 持有成本，甚至額外的因素，如質(zhì)量控制程度和組裝支持，流量控制和可見(jiàn)性問(wèn)題，人體工程學(xué)，材料安全，淘汰，兼容性產(chǎn)品種類(lèi)繁多，混合變化頻繁，易于使用的實(shí)施等，可能有利于一個(gè)政策方面另一個(gè)在具體的制造環(huán)境中。不過(guò)，華和約翰遜（2010）指出，進(jìn)料政策文獻(xiàn)，選擇令人困惑，研究顯示對(duì)比導(dǎo)致類(lèi)似的制造環(huán)境。因此，許多行業(yè)都不確定每一個(gè)地點(diǎn)和時(shí)間應(yīng)使用系統(tǒng)類(lèi)型，
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并可以切換多次從連續(xù)供應(yīng)，不確定哪個(gè)是最適合他們的環(huán)境。標(biāo)準(zhǔn)之間進(jìn)行選擇已經(jīng)開(kāi)發(fā)了替代零件送料方法文學(xué)，但現(xiàn)有的方法不是窮盡的或者是很難在車(chē)間應(yīng)用，經(jīng)常依據(jù)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法。 布德和馬克（1992）開(kāi)發(fā)了一個(gè) Kitting vs LS 描述模型。法西奧
（2014）比較了肯庭和 JIT 解決方案，甚至考慮混合政策，而 Sali 等人（2015）比較肯庭，LS 和測(cè)序解決方案。 巴尼等人（2009）比較手推車(chē)到工作站，托盤(pán)到工作臺(tái)和工具箱裝配線方法。卡普特和普拉格（2011）建議采用基于 ABC 類(lèi)的方法開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力進(jìn)料策略包括肯庭，JIT 和 LS。線性 Caputo 等人已經(jīng)使用了編程（2015c）至為其分配不同的饋送策略（即肯庭，LS 或 JIT）每個(gè)單一項(xiàng)目，以盡量減少總運(yùn)輸成本，和由黎曼等人（2012）在 Kitting 和 LS 之間進(jìn)行選擇。根據(jù)詳細(xì)的成本模式（包括所有政策選擇）選擇材料供應(yīng)系統(tǒng)的一種系統(tǒng)方法，并且不夠適用于車(chē)間應(yīng)用。
為了給這個(gè)問(wèn)題提供一個(gè)更實(shí)際的解決方案，在本文中，通過(guò)開(kāi)發(fā)合適的經(jīng)濟(jì)模型來(lái)探討相關(guān)和可測(cè)量部件特征（即單位體積，重量和成本）對(duì)零件進(jìn)料成本的影響。這樣可以根據(jù)基本零件屬性來(lái)確定成本盈虧平衡點(diǎn)，以便映射每個(gè)飼料政策更方便的區(qū)域其他選擇。因此，只有在不利用復(fù)雜的全局優(yōu)化程序的情況下，才能依靠對(duì)相關(guān)零件特征的檢查，即時(shí)快速地進(jìn)行供貨政策的選擇。本文的結(jié)構(gòu)如下：首先針對(duì)三種考慮的政策制定了基于其相關(guān)屬性估算每種零件類(lèi)型的進(jìn)料成本的經(jīng)濟(jì)模型。然后，通過(guò)改變每個(gè)部分屬性的值來(lái)進(jìn)行參數(shù)分析，以便確定替代策略之間的成本盈虧平衡點(diǎn)（如果有的話）。還對(duì)容器尺寸變化的影響進(jìn)行了考察，并提供了多維度決策空間的樣本圖，以評(píng)估每個(gè)方案直接選擇供方政策的方便區(qū)域，結(jié)果討論結(jié)束。
1. 部分送料策略的成本建模
在本文中，我們假設(shè)單個(gè)模型裝配線必須供給部件，以獲得預(yù)定義的日常生產(chǎn)量 D
（單位/天）。成本估算的時(shí)間范圍是一天。我們計(jì)算將零件類(lèi)型提供給使用該倉(cāng)庫(kù)的通用工作站的總體成本，該位置距離倉(cāng)庫(kù)一定距離。如果配套套件從位于的起落區(qū)域交付倉(cāng)庫(kù) I / O 站到線路的第一站，然后它們與組裝的產(chǎn)品一起行進(jìn)（旅行工具包）。在 JIT 政策材料中，使用專(zhuān)用于每個(gè)組件類(lèi)型的單獨(dú)容器中的提前期 LT 進(jìn)行重新配置。所需的容器數(shù)量，取決于零件的日常消耗量和補(bǔ)充量 LT。在線放養(yǎng)每個(gè)車(chē)站每個(gè)不同的組件都使用獨(dú)立的容器（通常為一個(gè)），按照所采集的容器容量和零件消耗率的時(shí)間間隔定期補(bǔ)充。恒速車(chē)輛或步行操作員用于運(yùn)輸工具包和組件容器。然而，不同類(lèi)型的車(chē)輛和集裝箱尺寸可用于不同的送料方式?？杖萜鞣祷刂醒雮}(cāng)庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)貨。包括在模型中的成本項(xiàng)目是人員成本（這包括運(yùn)營(yíng)商分批散裝紙箱和拾取倉(cāng)庫(kù)中的組件，將材料運(yùn)送到工作站，以及工作人員在線準(zhǔn)備和揀選時(shí)間），投資成本（集裝箱，儲(chǔ)物架和運(yùn)輸車(chē)輛）， WIP 持有成本（與車(chē)站平均庫(kù)存水平成比例）和與工作站累積庫(kù)存所占用的占地面積和具體樓面面積成本。我們定義 CM p 等效勞動(dòng)力成本（€/天），CE p 等效投資成本（€
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/天），C WIP p 工作持有成本（€/天），CS p 占空間占用成本（€/天），當(dāng)策略 p 被選擇以遞送組件時(shí)，p = [1,2,3]策略標(biāo)識(shí)符。即，在 kitting 策略中，在 LS 策略 p = 2 和JIT 策略 p = 3 中 p = 1。
1.1 人力成本計(jì)算
1.1.1 配套政策
在配套政策中，相當(dāng)數(shù)量的套件容器要求持有單位最終物品的零件
取決于容器體積（V C）或其允許重量（p max）以及單位重量（p），體積（v）和所考慮部件類(lèi)型的每單位最終產(chǎn)品的零件消耗量（n）。管理零件進(jìn)行日常生產(chǎn)所需的總?cè)萘浚刻焓褂靡淮危┛倲?shù)為 d。工作人員必須在倉(cāng)庫(kù)的倉(cāng)庫(kù)位置挑選部件，以供應(yīng)接頭區(qū)域，放置各個(gè)部件進(jìn)入套件容器，并將容器移動(dòng)到線路的起點(diǎn)。到達(dá)零件存儲(chǔ)位置并返回到起動(dòng)區(qū)域的平均時(shí)間為（t r / s）。達(dá)到存儲(chǔ)位置，操作人員可以選擇足夠多的部件來(lái)完成 Q 單獨(dú)的套件（Q 整數(shù)和≥1），或者檢索存儲(chǔ)在附近位置的 Q 個(gè)不同的零件類(lèi)型，以避免多次跳閘。選擇和組裝一個(gè)零件類(lèi)型的單位所需的平均時(shí)間是 t pick， 包括零件的計(jì)數(shù)/加權(quán)，以確保套件中包含正確的數(shù)字;在插入試劑盒之前（即切割測(cè)量， 包裝去除，清潔和質(zhì)量控制）中部件的準(zhǔn)備;套件準(zhǔn)備（以正確的順序插入零件，并在正確的外殼插槽中，包括正確的定位控制）。零件類(lèi)型的相當(dāng)數(shù)量的每日移動(dòng)（從倉(cāng)庫(kù)到具有完整容器的線和從空行到倉(cāng)庫(kù)的空容器）的日移動(dòng)量為 2 n cont D /ω。 （ω= V L
/ V C，其中 V L 是車(chē)輛的裝載體積，V C 是容器容積），ω是由物料搬運(yùn)車(chē)輛同時(shí)輸送
的容器的數(shù)量。我們假設(shè)每個(gè)行程涉及 k 個(gè)操作員，并且單程行程時(shí)間是 L / VV，基于工廠布局估計(jì)（L 是起落區(qū)域和第一個(gè)工作站之間的距離）和物料搬運(yùn)車(chē)輛平均速度
（VV ）。在工作站上通過(guò)線路操作員選擇組件所需的時(shí)間（n D）2 L WSK / V O 也可以根據(jù)物料搬運(yùn)政策而變化。在這種情況下，V O 是操作員行走速度，需要將 2 次行程L WSK 從組裝位置行進(jìn)到工作站的工具箱存儲(chǔ)點(diǎn)。搜索正確部分的時(shí)間被忽略，因?yàn)椴考呀?jīng)訂購(gòu)并正確提交給選擇器。根據(jù)上述假設(shè)，假設(shè)每個(gè)操作員每天工作時(shí)間為 h 小時(shí)，并具有效率ηop，則可以計(jì)算準(zhǔn)備和移動(dòng)考慮部分所需的等效數(shù)量套件所需的日常工作人員的等效數(shù)量。那么工人的工資時(shí)間 C op（€/天）就可以計(jì)算總體人力成本。
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這里，零件屬性，即單位體積和重量在相關(guān)情景參數(shù)是容器體積和運(yùn)輸距離的同時(shí)，扮演角色確定對(duì)象。
1.1.2 線路存儲(chǔ)策略
在 LS 或 JIT 策略中，專(zhuān)用于零件類(lèi)型的容器從倉(cāng)庫(kù)或 JIT 策略中的超市區(qū)域移動(dòng)到使用該零件的工作站。主要區(qū)別是容器的大小和由此產(chǎn)生的處理頻率。在這兩種情況下，適合容器的零件的等效數(shù)量為 Z = min（V C / v; p max / p）。顯然，對(duì)于任何給定的零件類(lèi)型，根據(jù)與每個(gè)策略相關(guān)聯(lián)的容器尺寸和重量限制，Z 會(huì)發(fā)生更改。因此，在JIT 或 LS 中每天向車(chē)站移動(dòng)的等效容器的數(shù)量（零）緩沖液儲(chǔ)備變?yōu)椋― n / Z）。因此，
（D n /ωZ）是每日補(bǔ)充旅行的當(dāng)量數(shù)。在 LS 通常為ω= 1 的情況下。單程行程時(shí)間到達(dá)距離倉(cāng)庫(kù)距離 L WS 的工作站為 L WS / V V。我們假設(shè)需要一個(gè)時(shí)間 t fr 來(lái)對(duì)倉(cāng)庫(kù)中的散裝容器進(jìn)行分段，以便將要處理的零件容器填滿該行。如果整個(gè) SKU 或托盤(pán)被移