Обгрунтування параметрів модернізованого портального маніпулятора
Автор: Бойко Роман Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Дипломна робота присвячена аналізу та модернізації портального маніпулятора GUDEL. В даний час акцент робиться на автоматизації виробничих процесів і пов’язаної з ними обробки матеріалів. Для автоматизації технологічної лінії транспортування матеріалу, виробу між верстатами для подання на наступну технологічну операцію, піднімання виробів у вертикальній площині, без спеціальних роботів неможливо обійтися. Кожна технологічна лінія вимагає індивідуального проєктування елементів маніпулятора. Тому розроблення розроблення та виробництво модернізованого портального маніпулятора з поліпшеними кінематичними і динамічними параметрами, - є актуальною задачею та становить науковий інтерес. У роботі розглядається конструкція телескопічної осі Z. Сучасне конструктивне рішення не дозволяє використовувати весь хід осі Z. Причина – обмеження стелі. Об’єкт дослідження: навантаження на конструкцію телескопічної вертикальної осі. Предмет дослідження: телескопічна вертикальна вісь за статичного та динамічного навантаження й напруження та деформації які виникають в ній за переміщення виробу. Мета дослідження: розроблення конструкції ланки маніпулятора для вертикальної осі переміщення об’єкту. У першому розділі на основі аналізу маніпуляторів-роботів розроблена їх класифікація. Наведена характеристика портального маніпулятора GUDEL FP-3. Проаналізовано конструкцію портального робота з аналізом особливостей його систем. 5 Для реалізації поставленої мети магістерської роботи поставлені задачі. У другому розділі розглянуто два варіанти модернізації конструкції шляхом розроблення телескопічної осі Z. Проведено конструктивне компонування проєктованого обраного варіанту. Розраховані навантаження, які будуть діяти на конструкцію. Також розраховано реакції, які виникають. Дані розрахунку враховують прискорення переміщення ланок. На основі розрахованих параметрів розроблена конструкція вертикального піднімального механізму портального маніпулятора. Корисне навантаження 250 Н. Варіанти навантажень базуються на аналітичних розрахунках сил і реакції. Інерційні та гравітаційні навантаження, що діють у центрі тяжіння, визначалися за допомогою відповідних прискорень. Виняток становлять лише завдання тотального контакту, де необхідно було диференціювати прискорення в напрямку Z для верхньої та нижньої частини ланок. У третьому розділі була створена модель в програмі Autodesk Inventor, а потім промодельована з використанням методу кінцевих елементів для перевірки значень деформації та напружень. Несучі профілі виготовлені з алюмінієвого сплаву. Лінійні напрямні виготовлені зі сталі. Вхідний вузол для розрахунку сумарного контактного навантаження складається з компонентів для нижнього та верхнього ланок. Контакт між рейками та профілями визначали, де коефіцієнт статичного тертя встановлювався 0,6 (сталь – алюміній). Так само визначали контакт між пластиною та профілем, де коефіцієнт статичного тертя встановлювали 0,9 (алюміній - алюміній). Болти попередньо натягнуті за допомогою «Попереднього навантаження болта» для нижньої ланки із силою 1364 Н і для верхньої ланки із силою 2691 Н. Значення деформацій для нижнього і верхнього ланок становлять: по X відповідно 0,142 мм і 0,138 мм; по Y – 0,391 мм і 0,343 мм. Значення деформацій за контактних деформацій становить: по X відповідно 0,086 мм і 0,079 мм; по Y – 0,232 мм і 0,203 мм. 6 При порівнянні значень, визначених контактним завданням, зі значеннями для самих профілів було виявлено, як і очікувалося, що при врахуванні впливу рейок жорсткість збільшиться, а деформації досягнуть менших значень. В четвертому розділі роботи здійснено економічну оцінку отриманого проектного рішення. Термін розробки та впровадження проектного рішення триватиме 89 днів, а витрати на його розробку і впровадження складатимуть 51971,18 грн. Дане проектне рішення матиме термін використання – 5 років. Річні витрати на експлуатацію проектного рішення становитимуть 43595,0 грн. Проектне рішення матиме ціну споживання для організації-розробника 166,17 грн. за день та для організації-покупця – 168,05 грн. за день протягом усього терміну використання. Отримані в роботі проектні рішення та відповідні досліджень вказують на їх тьактуальніс та доцільність використання на практиці. Ключові слова: робот портальний, вісь вертикальна, маніпулятор, CAD система, напруження максимальне, деформація максимальна, метод скінченних елементів.