刘 科 蔡玉强
（华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063210）
摘 要：设计了一种自动拧松球磨机磨盖上螺栓的装置，包括定位装置、导轨、机械手臂、驱动装置等。定位装置用于识别确定磨盖上需要松动的螺栓位置，三自由度机械手臂将拧松装置运送到球磨机上方，驱动装置带动中心齿轮带动拧松装置实现将螺栓拧松的功能。并运用Ansys Workbench对中心齿轮及行星齿轮进行有限元分析，结果表明，依靠齿轮传动可以提供足够的力以拧松螺栓，且齿轮运行情况良好，不会损伤。
关键词：球磨机；拧松装置；有限元分析；齿轮传动
引言
现有球磨机是由工人手动开启磨盖。因为工作环境空气灰尘大，磨盖重达93kg，所以工人操作起来困难，更重要的是，在球磨机磨碎矿料的时候会产生大量的热，磨盖温度较高，工人在开启磨盖的时候容易发生危险。
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现有的人工拆卸磨盖，是在球磨机上方设置二层平台，平台上设置孔洞用于人工拆装磨盖作业，以及安装下料漏斗，实现输送皮带下料口与装磨口的对接。工人用扳手等工具分别松开螺母，使磨盖与底座脱脱离，借助吊装工具将磨盖起开。为保障操作工人的人身安全、提高工作效率、减少现场环境给工人带来的危害，现设计了自动化装置，实现无人化操作替代人工开启球磨机磨口盖。
1 方案设计
1.1螺栓目标的确定与定位白羊歌词是什么意思
磨盖上方安装四个螺栓呈圆形分布，螺栓间距相等，装置在拆卸螺栓的时候，首先要对磨盖上的螺栓进行精确识别，而且能够使用套筒精确定位螺栓所在的位置，涉及到视觉目标识别与定位。目标的识别与定位系统是装置中最重要的环节，其精确度与自动化水平直接关系到生产的效率。
人眼识别螺栓是依靠螺栓与工作平台不同的颜以及轮廓特征，但是利用机器视觉识别螺栓的时候不仅仅要考虑识别螺栓的精度，还要考虑到识别螺栓的速度。机器视觉是一个逆向问题，利用获取的二维灰度图像进行计算机计算，最终得到螺栓在空间中的几何分布位置。一般机器人完整的机器视觉系统分为五部分：照明光源，摄像机镜头，图像采集卡，显示器，计算机。照明光源：合适的光源可以清晰展示探测物体，提高图片的清晰度，降低图像处理的难度，加快系统的运行速度，是整个视觉应用的第一步。在设计中为了配合远心镜头的选择，采用点光源。大功率LED，体积小，发光强度高。
摄像机镜头：影响到图片的分辨力，对比度，畸变等各项质量参数，合适的镜头将图片拍的更加清晰。本设计中采用的摄像机是大恒图像推出的智星（PALLAS）系列。镜头同样采用大恒图像的远心镜头Myutron VTL0513，采用C接口。摄像机与镜头的搭配能够检测较小的物体，且图像中产生的畸变较小。
1.1.1特征相似度融合规则
本文设计的的装置依据颜特征和轮廓特征进行物体识别，当两个特征识别相似程度都满足基本要求范围后，通过加权融合方式将两种相似度进行融合，组成自己的物体融合相似度函数，融合规则如下：
D TC = w c D c+w T D T
式中 D TC——轮廓与颜特征融合相似度
D T——轮廓特征相似度
D C——颜特征相似度
wc——颜相似度的权重
w T——轮廓相似度的权重
只有当D C，D T同时满足大于0.5的时候，W c，W T才存在，若存在某一相似度小于0.5，则说明识别物体与存储样本的图像数据存在差异。颜特征和轮廓特征同时达到规定值，即D C，D T同时满足大于0.5的时候，识别物体与样本物体才存在相似性。而D TC 的取值越接近1，其相似程度越高。
1.2
梦醒之后整体装置
图1
整体方案设计
1 套筒
2 工作平台
3 扩散架
4 滑键
5 万象杆
6 行星齿轮
7 中心齿轮
爱隶图 2 拧松装置设计
总体方案设计如图1所示，主要包括运动导轨，机械手臂，螺栓拧松装置，将运动导轨安装在球磨机上方的工作平台，通过电机驱动，整个装置可以在多个球磨机之间运行。这时通过机械手臂的多个自由度运动将球磨机盖开启机构运送到机盖上方，再利用机器视觉系统对机盖上的螺栓进行特征识别，保证螺栓套能够正确套住螺栓。为了能够适应不同磨盖对应的螺栓分布位置，将可伸缩杆安装在中心齿轮所在的连接轴上，与各个安装在滑槽内的滑块连接，通过控制滑块在滑槽中的位置，根据螺栓之间的距离对套筒的覆盖圆进行改变。将套筒正确套在螺栓之后，通过外在机械手臂中电机旋转带动中心齿轮旋转，进一步带动周边齿轮旋转，通过万象杆将力传递到套筒上，同时拧松四个螺栓。
使用开盖装置的优点：
（1）能够同时拧松多个螺栓，简化机械手的运动；
（2）套筒的整体范围可调整，适合不同的球磨机盖类型；
（3）避免工人在高温环境操作，减少了危险事件发生的概率。
2 对拧紧装置中齿轮传动的有限元分析
因为行星齿轮传动因其体积小、传动比大、传动平稳、承载能力高等优点，所以作为拧松装置的动力传递机构。建立行星齿轮系统模型，分析了在扭矩作用下齿轮变形，中心齿轮与周边行星齿轮是拧紧装置进行运动的关键部位，其寿命是评价整体机构的关键性能指标，在其正常工作时，会受到圆周方向的扭矩的作用，此时中心齿轮容易造成疲劳损伤，降低寿命，因此对于齿轮传动的分析对于整个装置极其重要。
2.1齿轮的参数
表1 齿轮参数表
材料种类密度/kg·m-3
弹性模量
/GPa泊松比
抗拉强度
/MPa
屈服强度
/MPa
40Cr79282100.31000800
（下转第131页）
甄嬛传 演员表对生态环境造成相应污染问题的办法，自从上世纪90年代开始，我国就随着全球工业产业结构调整的机遇，已经日益意识到需要治理机械制造业中造成的环境污染问题，并由此掀起了一个绿生产的浪潮。这样，在这股浪潮的催动下，则有许多设计师或工程师，他们都在具体的设计过程中，以一种相对理性或冷静的思辨，来思考我国机械设计制造及自动化工业的设计流程，通过他们这样的必要思考，认为机械制造业需要加大资源回收力度，保护资源，维护生态环境，要坚持绿制造和绿生产，并将这样的理念，确定为我国未来机械设计制造及自动化的一个发展方向，以示对环境保护问题的重视。当然，坚持绿设计、绿制造或绿生产，必须以绿设计为基础。这样，就需要设计师在设计过程中，要充分考虑环境效益问题，从资源利用上，尽可能减少对环境的破坏。想要做到这一点，就需要在产品和工艺设计方面，坚持可持续发展观坚持绿设计理念，综合考虑消费者心理、使
用环境、造型、工艺、材料或环境等各种因素，实现机械设备或产品使用的合理性、环境的亲和性和消费者心理的满足性。
5 机械设计制造及自动化趋向虚拟化方向发展
信息技术在不断地快速发展，原来以模拟试验用来寻工程机械制造过程中所潜在的一些运行隐患，在信息技术、计算机技术和智能化技术的支持下，已然变成了一种现实。目前，依据工程机械制造设备所设计的产品生产流程，可建构相关产品生产模型，然后，再依靠这种模拟式的产品生产模型，构成一个虚拟式的产品生产过程形态，从资源的虚拟形态中，依靠相关技术，挖掘工程机械设备在产品生产过程中，可能出现的产品生产管理重点与产品生产难点，这就使相关的产品生产技术管理与维修人员，在相对具有一定思想准备的前提下，在对机械设备运行的时刻防范工作中，可实现对工程机械设备出现的一些故障，做一些有条不紊的维修处置与处理，能保证机械设备在较短时间内，快速恢复运转，以此提高机械设备产品生产的效率。但仅就目前而言，虚拟化技术还不尽成熟，需要进行进一步探索与研究。由此可见，未来机械设计制造及自动化技术的发展方向，将趋向虚拟化方向发展。
6结束语
伴随新技术的发展，机械设计制造及自动化并不是要趋向某一各方向去发展，而是根据相关技术的应用，趋向综合性发展走向，一个较大的发展趋向是在人性化方面的智能化方向发展，但这又是需要机
械设计制造及自动化，必须要体现一种融合环境保护化、网络化、人工智能化和模块化等的综合方向发展，用以增强机械设计制造及自动化产品的实用性和可靠性，尤其需要关注趋向环境保护化发展方向问题，以利为我国推动先进的机械制造业发展，提供相对广阔的发展空间。这也是为了实现满足我国可持续发展的社会经济建设与发展的需要，也是新时代对机械设计制造及自动化获得新发展的要求。
参考文献：
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2.2网格的划分
齿轮虽然本身属于较为规则的零件，但是齿轮间接触面较小，划分网格较为困难，所以对齿轮进行简化。采用四面体进行网格的划分，能够保证网格的划分较为精准，如图3所示
白百何现任老公张思麟。
图 3 网格划分图
2.3施加边界条件
为了对中心齿轮的磨损变形更加精准，对中心齿轮和行星齿轮施加边界条件，行星齿轮设定为固定约束，中心齿轮与行星齿轮设置为摩擦接触，且中心齿轮受到40000N ·mm 的扭矩，其结果显示如图4所示
。
图4 模型加载和边界条件图
2.4结果分析
如图5分析结果显示，齿轮的最大应力为 182.21MPa ，远小于齿轮的屈服强度800MPa ，所以能够完成力的传递，让拧松装置成功运行，且齿轮不发生明显损伤
。
图5 最大应力分布图
3 结语
通过对整体机械结构的创新，自主设计了一种新型的自动开盖装置，可以代替工人进行安全生产，减少了危险事故发生的几率，并对拧松装置的齿轮传动部分进行了有限分析，得出相关结论，齿轮传动能够支持足够大的力来扭转螺栓，而且并不会发生太大的磨损。
参考文献：
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作者简介：
蔡玉强（1967-），男，河北唐山人，教授，博士，从事计算机辅助设计研究。
河北省教育厅项目：2019G J J G216；河北省教育厅项目：K CJSZ2019094；华北理工大学博士启动基金项目BS2017094；唐山市科技局项目：20130210b 。
（上接第129页）
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