发布时间 : 星期日 文章机械臂设计毕设计说明书 - 图文更新完毕开始阅读32109976bb68a98270fefa6c
中南林业科技大学本科毕业设计 基于Solidworks集材机机械臂的设计
备的频繁使用不同程度的造成森林生态损伤和破坏，在此基础上，提供一种可以集中完成多种林地作业的多功能林地作业机械，使林业工人进行安全、高效的工作，并减少对林木和林地的生态破坏是未来林业机械应用发展的主要趋势。
1.4 林业集材机的概述
林区的木材收集运输车，该车被广泛使用在欧洲和美国等发达国家，由于操作简单、灵活，作业效率高，在发达国家被广泛使用。机械臂控制系统安装在前驾驶室内，工人不需要下车，转身即可操作。在寒冷，潮湿多余的地区适用性更强。也可安装在机械臂立臂上方，视野开阔，适合使用在南部的热带地区。机械臂的液压抓头可以360旋转，第三节臂可伸缩，抓取木材极为方便。依托拖拉机后传动轴作为动力输出，驱动液压泵，作为液压动力来源。通用性强。使用成本低廉。还可以配备柴油动力站。为了适应林区运输要求，该车应用了专用山地轮胎，轮胎较宽，不易下陷，承载能力大，防滑性能好，经久耐用。装备有效地解决了林区采伐时木材装卸与运输的安全性和人工装卸效率低的问题。集材机的整体轮廓图如图1-1所示。
图1-1 集材机
1.5 国内外研究现状及发展趋势
1.5.1 国内发展动态及研究现状
我国大型林业设备的发展一直处于落后状态，大部分的技术和产品都停留在二十世纪七八十年代的水平，如目前仍在生产和使用的哈尔滨拖拉机厂的J50、J80等型号集材机均是上世纪五十年代的产品。大多数林区使用的仅仅是在原有汽车、工程机械及拖拉机上加装液压抓具、铰盘机等林业作业装置改装的林业机
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械。上个世纪我国进口过国外联合采育机，并在南部地区进行生产实验，并组织科研单位进行了技术探索，但在不同条件的影响下，许多研究都没有进一步的细化。近年来，随着机械制造技术的快速发展，相关领域的汽车技术、液压技术、自动化控制技术等的飞速发展，特别是人工林的大面积的增加，原有的以人工作业为主的作业模式，效率己经很难满足林业产业发展的市场需求。
虽然国内己经有一部分企业开始开发新的专用多功能林业装备，比如江苏常林股份有限公司研发和批量生产的ZL3OM系列轮式原木装载机，在北部和南部的林区都有投入大量的使用，另外有一些企业也已经在尝试引进和仿制国外的现代化林业装备。然而，由于受到各方面的影响，当前国内正在开发和生产的林业装备仍然有工作效率低，功能单一的缺点，不能满足日益增长的人工林采育作业的效率要求。
1.5.2 国外发展动态及研究现状
世界各主要林业国家的森林采运机械化是在二十世纪五十年代末期前后开始实现。主要是在生产工序上把手工作业用机械代替，可是大量繁重的手工劳动依然存在。美国、瑞典、芬兰、加拿大和苏联等国自二十世纪六十年代开始，在继续改进传统单工序机械作业的同时，加强了伐区联合作业机的研究工作，并取得了很大的进步，高新技术、智能技术得到更广泛的应用。
1．现代化的试验设备和训练手段
原来新产品开发过程比较缓慢，如集材机样机必须进行2000一8000 h野外现场试验来评估结构件的可靠度。此外，获取数据、处理数据、发现问题、解决问题的过程是一个昂贵和费时的过程，需要几个月甚至一年时间。Timberjack公司推出的野外试验数据获取装置，所有设备可以装在一个手提箱内，携带方便，现场安装时间不超过三十分钟。整个装置可以放置在机器上，这样就省去了远距离测量系统，操作起来非常方便。该装置由50Mat公司的试验控制软件(TCS)控制，可以运行在一台笔记本电脑上，能自动完成数据采集、处理、分析、提示等功能，操作很简单。整个装置坚固、可靠，可在恶劣的工作条件下正常操作。
2．林业机械操作系统实现自动化，智能化
原Timberjack公司在127OB型伐区联合机和121OB型原木自装集运机上就装备TMC整机程控系统，降低了工人的劳动程度。系统自动控制柴油机、起重
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臂和液压传动系统，以及所有有关功能，可确保平稳而无级地传递动力，准确控制和监控整机运行。
3．节能与环保
世界性能源危机使节能作为一个产业发展的主题。林业集材机是一种大功率设备，其能源效率直接影响设备使用的可靠性和经济性。为了提高产品的能源效率，满足日益严苛的环保要求，国外的林业集材机均采用各种节能控制系统，取得了很好的节能效果。节能技术的应用，可以减少液压系统的功率损耗，提高发动机的功率利用率，更好地匹配动力系统与负载所需功率，降低发动机和液压元件的工作强度，提高了联合机的生产效率和使用的可靠性，同时可以减少排放量，降低燃料消耗，减小工作时的振动和噪声的影响，也改善了操纵者的工作环境。Ponsse公司OPtiConirolTM控制系统结合了现代化柴油机的可靠性、节能、环保的技术。该控制系统每时每刻监控设备的功能，调节发动机功率与当前负载相匹配，减少功率损耗，节省燃料，提高发动机寿命，降低运行成本。
4．人机工程学研究取得实效
自二十世纪九十年代以来，发达国家很重视研究人机工程学，加拿大林业工程研究所研究之后，提出了关于伐区作业的机械的人机功效学特性的6项评价指标，包括操作方便性、上下车方便性、操作人员视野、乘坐舒适性、机器噪声和机器维修方便性。各大公司在二十世纪九十年代生产的林业机械，均对人机工效学特性的改进给予极大的关注。原Timberjack对600系列换代产品850型和950型伐木归堆机，均在驾驶室上作了显著的改进：增加尺寸，前面采用巨大的曲面玻璃，并配备了一个特殊的后视镜，视野大大改善；改用符合人机工效学的手柄，司机座椅可全方位调整，脚踏板的角度也可调整；安装立体声音响和双向通话装置；采暖、空调和通风设备也得到了提高，在密封的驾驶室内安装有空气过滤防尘装置，并设有排气装置；驾驶室内的噪声降到小于77dB(A)；驾驶室有橡胶的振动隔离装置，可消减振动。此外，为了保证驾驶人员的安全，驾驶室还普遍装有倾翻保护装置。
1.6 论文主要研究内容
本论文意在设计在林区作业时用于集运木材的集材机的液压驱动式机械臂，要求其易于控制、结构灵活、定位准确。论文研究涉及机械设计、机械原理、三
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维实体建模、有限元分析、计算机辅助设计等方面的相关内容。
机械臂的机械部分是整个系统执行机构。机构形式好坏，直接影响整个系统。主要研究以下几个方面：
1．查阅资料，并进行收集和整理，调研机械臂结构。
2．在机构设计时选用合理的运动副形式并合理配置，选择运动的最佳传递路线和驱动速比。
3．据设计要求和工作需要，要求机械臂应能达到工作范围内的各个位置。 4．在确定机械臂自由度的同时要兼顾机构的灵活性、可操纵性、控制性和机构的复杂程度。
设计方案确定后，经过理论计算后再利用SolidWorks软件进行机构造型设计并进行装配；在此基础上，通过进行应力分析发现问题，改进和完善设计。
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