机械模块范文

机械模块范文（精选9篇）

机械模块 第1篇

AP1000是我国从美国西屋公司引进的第3代压水堆核电站, 其特点是采用非能动安全措施和模块化设计。因为模块化设计可以提高电站施工质量和加工、安装效率, 所以模块化设计被广泛的应用在AP1000电厂中, 模块主要有结构模块, 机械模块, 电气模块, 和模块互连管道。机械模块是各类模块中比较重要的一类模块, 包含各类设备和工艺管道, 甚至钢结构, 通风结构和电气, 仪表等, 因为其结构复杂, 形式多样, 涉及的接口众多, 故其在设计时需要考虑很多方面的内容。此外, 在后期的制造和安装过程中, 机械模块可能出现的问题也需要在其设计阶段就考虑进去, 以尽量避免制造和安装时的问题, 减小制造安装难度。因此, 模块的具体设计成为了最重要的环节。以下本文将对机械模块设计时需注意的问题进行分析。

1 机械模块的概述

1.1 模块化设计的概念

模块化即采用模块式设计, 之后将模块部件在工厂建造, 成为独立的运输单元, 以便后期在现场由螺栓或者焊接连接。在被安装到相应区域之前, 模块中所有的系统部件都要装配好。采用模块化方式, 电厂可以在设计时将同一系统的一部分物项设计在同一区域内, 或者将不同系统和功能的物项划分在同一区域, 这些物项都预装集成在同一结构框架上, 作为一个整体单元运到现场, 在现场被拼装成更大的模块或者直接安装到电厂中。

1.2 机械模块的定义

机械模块内包含如泵、换热器、风机、空气处理机组、过滤器等设备, 这些设备和与之相连接的管道、阀门、风管、托盘、仪表、电缆和支架等安装在一个共同的钢结构框架上。预先布置并组装在一起后, 作为一个整体单元安装到厂房的指定区域。按照设计, 模块有一定的系统功能, 是工艺系统的一部分。模块内材料和部件应该尽量在加工制造阶段把测试和试验做好, 以便尽可能减少现场试验。

1.3 机械模块的分类

1.3.1 设备模块

设备模块包含工艺设备, 例如:泵、换热器、风机、空气处理机组、过滤器、箱罐、阀门、仪表、泵等。

1.3.2 管道模块

管道模块不含泵、箱罐以及热交换器等主要工艺设备, 管道模块主要包括管道、阀门、风管、托盘、仪表管以及相应的支撑, 与结构钢架结合在一起形成永久支撑。

1.4 机械模块安全分级和抗震分类

1.4.1 安全分级

机械模块包含安全相关和非安全相关的机械模块。从设计、材料选择、制造加工、试验、质保、吊装要求, 安全模块与非安全模块均不相同。安全相关承压边界部件 (承压容器管道) 的设计、加工、试验应满足ASME“锅炉和压力容器规范”第III卷、第1册的要求。非安全相关承压容器应满足ASME“锅炉和压力容器规范”第VIII卷的要求。

1.4.2 抗震类别

AP1000核电厂中模块抗震类别有三种, 抗震I类、抗震II类及非抗震类。

抗震I类的模块是核安全类模块。这些模块应设计成可以抵抗SSE安全停堆地震的影响, 并维持支撑系统的设计功能以及支撑系统的完整性。

抗震IIA类和IIB类模块是非核安全类结构, 在SSE地震下它的失效可能会导致核安全类结构、支撑、管道、组件或设备丧失功能。这些模块应设计成在SSE期间能维持结构完整性。抗震类模块用于支承非抗震类管道应按抗震IIB类设计。

非抗震类模块是非核安全类的结构, 它们的失效不会造成核安全相关结构、管道和设备的支撑或支架或设备等物项的功能的损坏。它们支撑非核安全、非抗震类管道及设备。

2 机械模块设计分析

机械模块的设计应考虑结构、设备、管道、电气、暖通及其他系统建造的可行性、可操作性、可维护性。在布置设计过程中, 应注意模块布置需要满足模块内所有部件在安装过程中和完成后的通道和维修空间要求。同时, 选择适当的材料, 进行部件标准化设计, 优先安装顺序, 并进行放射性与非放射性区域以及系统的一体化建造。

设计初期, 模块化布置需考虑选定模块的位置和空间范围, 与电厂中其他结构和硬件设施的关系, 以及其他相邻模块接口的关系等。

因此, 机械模块的设计应遵循以下准则和步骤:

2.1 机械模块的设计准则

因为机械模块包含结构支撑、工艺设备、工艺管道、通风和电气设备等, 所以模块的设计是工艺系统设计的必要组成部分, 模块的设计必须要符合系统的设计原则并满足系统功能。此外, 还要满足模块本身的受力要求, 满足工厂加工制造, 现场组装的一般要求, 以及模块的吊装、维护和运输的要求。

机械模块中的设备模块基于以下准则:

1) 模块布置应满足通道及模块内所有的部件的维修空间要求, 应提供吊耳或者吊轨用于移动较重的组件。

2) 总的来说, 重设备应放在模块中比较低的位置, 如有要求, 在某些重设备下面还需要做抗震加固。

3) 仪表板应设在模块中便于操作员监控的一侧, 接线盒、端子板、压缩空气、电源等应靠近仪表板设置。

4) 应注意日常维修保养和操作员的可达性, 支撑柱应尽量做到最少。

5) 如果两个或者多个模块运到施工现场需要连接到一起, 这些模块应在制造装配过程中进行相应的测试, 以确保运输到现场后能够顺利连接, 连接处的管道现场焊接时应保证公差在1/8英寸内。

机械模块中的管道模块基于以下准则:

1) 管道支撑应在模块结构上, 管道锚固应位于模块之外。

2) 除特殊说明, 所有的现场管道连接均采用焊接方式。

3) 在建造、运输、安装过程中施加在结构支撑部件上的吊装力应在设计中考虑。

2.2 机械模块的设计步骤

2.2.1 综合布置

进行模块设计时, 首先应完成模块综合布置图, 显示模块中的所有管道, 设备/零部件, 通风系统管道以及电缆托盘。综合布置图还应表示出模块边界, 特殊接口要求和管道支撑。

把设备和不同系统组合到一起并确定合理的模块分界, 要注意考虑安全、冗余、防火以及防水等方面的合理分界要求。用详细的布置图或者3D模型来分析和确定各组件的详细分界。模块的尺寸与重量也是影响边界选择的因素, 模块的重量不能超过起重机的最大载荷, 外形尺寸不能超过规定的限值, 重量和尺寸还要根据运输的限制要求进一步调整。

2.2.2 初步应力分析

综合布置完成后, 进行初步应力分析, 分析模块吊装、运输以及建造过程中可能产生的载荷组合。

2.2.3 模块本身的总体布置

在初步应力分析的基础上, 进行模块本身的总体布置。

模块需要经过组装、运输、检验、测试、安装就位、连接、清洗、启用、维护, 这些环节都要在布置设计阶段考虑进去。由于与临近的模块连接时可能有多个接口, 所以公差要比传统布置设计的公差要求更严格, 并考虑各组件的局部安装公差。

2.2.4 最终应力分析

以上完成后进行最终应力分析及分析报告。

2.2.5 施工制造图

确定模块总体设计无误, 力学分析结果合格后, 将机械模块中的结构框架和管道分开进行编制详细的制造图以便于工厂加工。

2.3 设计后续环节的经验反馈

完成设计后, 在工厂加工、包装、运输和现场安装过程中产生的问题需要反馈到设计中, 通过经验的反馈修改设计, 不断提升设计水平, 使设计日臻完善。

3 结论

机械模块 第2篇

(1)对模块进行划分。在对电梯产品进行模块划分的时候，参照模块划分的原始层次，即参照其需求、结构和功能对电梯产品的模块进行划分。对产品的需求即是按照客户的需求划分。在客户需求的基础上对产品功能进行划分，又在产品功能的基础上对产品结构划分，就如同将需求、结构、功能这三个集合中共同包涵的集合提取出来就是模块的最终划分。

(2)对模块进行编码。模块编码的意义在于对整个模块的规格、属性、参数和模块之间的相互关系进行有组织的整合管理，并且标注名称。对电梯产品的模块进行编码，便于产品分类管理，从而建立统一的标准规范，利于产品生产研发。对模块进行编码时应注意其独特性、完整性、合理性、易操作性以及通用性和开放性。

(3)模块数字化。模块数字化指的是将模块进行数字编码表达。数字编码符合了模块编码的唯一性原则，并且不会引起误解，便于计算机化操作。可以节省电梯产品中人力财力成本，并且迎合了现代社会科技化的需求。

5 结语

机械模块 第3篇

【关键词】模块化设计；机械设计；设计特点

一、模块化的设计方法

机械设备由众多零件组成，设计阶段也是分类进行的，应用模块化设计理念，能够在短时间内完成工作任务，设计结果也更具有可行性。模块化设计需要考虑各部件投入使用后是否能够实现功能，这与模块之间的配合有很大联系，将设备主体分开设计，彼此之间相互独立又能够共同配合实现功能。设计期间要考虑部件如果发生损坏是否便于更换，以此来保障运行过程稳定可靠，此类设计理念是通过整体细分来实现的。设计期间外形也能得到很好的优化，拥有完善的设计流程，并不是逐次完成设计任务的，先将主体设计完成后，再进行细致的划分，这种设计理念下，机械设备功能更完善，使用期间如果发生故障，检修任务也更容易进行。掌握设计方法才能够优化完成任务，机械设备使用安全性也因此得到了保障。

二、模块设计的内涵及特点

1、模块化设计内涵

设计任务可以从多个层面共同进行，并且这一特征是传统设计方法中所不具备的。先对产品的框架进行设计，在逐层开展内容完善，这样机械设计任务开展形式拥有更多的选择，并且不会出现设计形式混乱的情况。机械设计需要将参数完善记录，方便对设计图形进行审核，完全达到安全标准才能够投入到生产环节中。通常情况下是同横向与纵向两方面来探讨设计形式，将数据依次填写到框架中，对比分析是否存在误差。设计期间结合使用需求可以随时对模块进行改变，确保工作任务能够高效开展。

2、设计的特点。2.1便于维修。模块化设计理念与传统设计方法相比较，拥有很多新的特点。首先是使用阶段发生故障更便于维修，修理任务也可以在局部进行，节省时间的同时在维修效率上也有明显提升。各模块均可灵活拆卸，故障严重时，通过调试很难使之恢复正常，此时直接将木块更换，快速完成维修任务。由此可见，无论是设计还是使用，该种设计理念都有很多突破，解决了机械设备使用中遇到的问题。2.2简化包装设计。包装是设计工作中的重要内容，同时也十分复杂。要根据设备的外形对包装进行设计，保护运输安全也要合理利用空间，这些标准很难同时实现，但通过模块化设计，包装环节更简单便于实施。传统包装方法中，工作人员要根据不用零件的设计形式探讨包装方案，对基层工作人员相关专业知识要求严格，并且在包装过程中会浪费大量时间，并不利于机械生产加工高效进行。应用模块化设计理念后，包装工程中所面对的产品也都是划分后的，并不需要基层工作人员了解机械设计原理，对控制成本支出及提升生产效率都有很大的帮助。加强模块化设计理念应用后，工作人员可以更高效的完成包装任务，为机械设备使用阶段提供便捷性。2.3模块化包装的成本低。应用模块化设计方法后，在机械生产包装流程中有明显的简化，同时成本支出也得到有效控制。传统的设计理念中，存在很多不确定因素，因此预算的成本支出也很容易发生变化，在工作任务开展过程中，包装所用材料通过计算可以得到准确结果。这样管理人员更明确不必要的成本支出，严格控制资金使用，这也是模块化设计理念中节约成本的依据。虽然资金支出得到了控制，但产品使用质量并不会因此受到影响。

三、模块化设计机械设计中的应用

1、模块化技术和成组技术的共同点。它们提出的依据都是现代产品的多样化。进行成组的时候都是依据零件特点等因素，主要是利用物體之间的相似性，并且将这些相似的事物进行组合，通过对相似零件规范化的处理，达到小批产品也具有流水作业的情况。而模块化追求的是小产品和中产品以及大批量零件之间的效果，也是利用它们之间的相似度，把一些零件划分，最后制成模块。它们之间的共同点主要表现是，对相似的零件进行集中处理；

2、模块化技术的应用。模块化设计理念需要计算机设备支持才能完成设计任务，应用该技术也需要全面的方案规划，明确机械生产的使用方向，这样在模块划分时才更具有科学性。设计任务通常是先整体再局部，以实现使用功能为目标。不断完善设计方案，借助计算机软件对使用功能进行检测，确保能够达到检验标准，才可以投入到生产环节中。数控机床对模块化的划分是指对机床运动分析和结构分析得出的结构，将具有同样功能的结构进行合理的划分。模块化划分的好坏之间影响着模块化设计的成败。

3、数控机床在进行模块划分时的原则。（1）将具有独立功能的单位作为模块，也就是说对已经分解的单元结构上的划分尽可能的做到其独立性，这样方便不同模块之间的进行组合，能够拼凑出多种产品；（2）部件作为模块。在进行划分的时候，以部件作为模块，这样能够保证模块的完整性，而且也能够保证拼凑的产品的质量；（3）利用组件的方式作模块。设计人员对模块分解之后，还可以将模块进行组件，通过不断的试验更换某些零件，可以使部件的用途增加，这样比更换整个零件更具有经济效益；（4）在进行模块划分的时候，还要考虑到机床中大件的划分，保证其规范性，还要使其便于分离和结合。同时也要考虑到模块的发展空间，定时的进行升级。

4、数控机床的功能分解。机械生产是通过数控机床来完成控制任务的，模块化设计理念应用后，控制任务也要细致划分，以实现使用功能为目标，对生产环节进行分层次控制，这样功能划分更科学合理。机械设备使用阶段的科学性是对设计方案最好的评估，如果不能确定方案可行性，可以通过试验检测进行判断。当然，设计人员进行分解时，首先应该考虑的就是用户需求。由于用户之间的条件存在差异，所以会所在确定机床规格时候也要不同，也就是说在模块的组成中也会存在差异。对单柱的数控来说，其总功能是车削。在将其进行划分的时候，可以讲车削的沟槽和旋转面等方面进行。还要将其的铣镗功能进行划分，这些功能可以按其的执行功能和监测等方面进行划分。

小结

模块化可以说是迄今为止机械包装中最好的设计方法，其开创了机械包装的设计的开放化和标准化。从而提高了机械制造商在竞争如此激烈的市场中的竞争力，同时也推进了我国机械化的水平。

参考文献

[1]蔡燕华.分析模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].科技传播，2014（02）.

AP1000机械模块工艺系统冲洗 第4篇

AP1000是电功率为1000MWe级的先进压水堆 (Advanced Passive Light Water Reactor) , 是美国西屋公司推出的第三代核电站堆型;采用了模块化的设计与建造技术, 模块化施工是将“先土建、后安装”的串联式传统施工方法, 改变为“工厂化预制和现场组装”的并联式施工, AP1000模块化的设计、制造是第一次在中国实施, 在生产、制造中不断总结经验, 将有利于后续项目制造, 并提高经济效益。

机械模块是核电站系统的功能段, 主要分布于反应堆厂房、辅助厂房和汽轮机厂房, 涉及BDS/CAS/CCS/CFS/CVS/DWS/FPS/FWS/PCS/PGS/PXS/RCS/RNS/SFS/SWS/VWS/VYS/

WGS/WLS/WRS/WWS 21个工艺系统。

2 机械模块工艺系统冲洗

模块作为设备在现场整体就位后, 现场施工配管将模块和现场其他设备组成系统。根据业主系统冲洗要求, 需要对核电站系统进行冲洗, 以确保系统清洁度要求。

根据工艺要求及设备运行维护要求等, 工艺系统冲洗过程中部分设备需要隔离, 其中机械模块涉及隔离项约为161项。

3 工艺系统冲洗原则及方法

3.1 工艺系统冲洗原则

对冲洗工艺系统中涉及的泵、过滤器、热交换器、止回阀、安全阀、阻尼器 (稳流器) 、孔板流量计、温度元件、压力元件需进行隔离, 不能参与系统冲洗。

3.2 工艺系统冲洗临措简图

4 工艺系统冲洗临措方法

4.1 拆除系统中的孔板流量计或阀门用垫片替代

此方法用于孔板流量计或阀门不参与工艺系统冲洗, 在工艺系统冲洗过程中要求工艺管道连通, 连接方式为法兰连接的情况。当设备连接长度较短, 无法在两法兰间利用法兰短接进行连接时, 可选用与管道相同材质的钢板, 机械加工一片临时垫片代替设备。临时垫片内径、外径尺寸依据管道法兰垫片尺寸加工;临时垫片需两面加工凸台和密封水线, 其加工尺寸按照管道法兰的凸台和水线尺寸进行加工;垫片厚度按照设备长度进行加工, 加工好的临时垫片按照正式设备安装方式进行安装, 将上下游管道连通。

4.2 拆除系统中设备使用短接或软管将上下游管道连通

此方法用于设备不参与工艺系统冲洗、工艺系统冲洗时工艺管道连通的情况, 包含下述三种情况:

法兰连接设备不参与工艺系统冲洗, 设备长度满足法兰短接的长度要求时, 选用与正式管道、法兰相同规格, 相同材质的法兰、弯头和管段的法兰短接代替设备, 法兰短接按照正式设备安装方式进行安装, 将上下游管道连通。

焊接连接设备不参与工艺系统冲洗, 选用与管道相同规格、材质的管段和弯头的焊接短接代替设备, 采用焊接形式将上下游管道连通。

焊接连接设备不参与工艺系统冲洗, 且WEC要求使用机械连接时, 使用管箍、生料带、软管将上下游管道连通。

拆除系统中设备将管道端部使用盲板、管帽或FME封堵

此方法用于设备不参与工艺系统冲洗、在工艺系统冲洗过程中工艺管道不需要连通和排水的情况, 包含下述两种情况:

法兰连接设备不参与工艺系统冲洗, 参与冲洗的管道末端使用盲板封堵, 不参与冲洗一端使用FME封堵;

焊接连接设备不参与工艺系统冲洗, 冲洗管道末端使用管帽封堵, 不参与冲洗一端使用FME封堵;

注:FME封堵可以使用塑料管帽, 也可使用三防布和胶带将管口包扎起来, 防止杂物、灰尘的进入管道内。

拆除系统中设备并安装软管排水

此方法用于设备不参与工艺系统冲洗、工艺系统冲洗过程中工艺管道不要求连通, 但需要排水的情况, 包含下述两种情况:

法兰连接设备不参与工艺系统冲洗, 冲洗管道末端使用相同规格、材质的法兰、软管接头加管箍、生料带、软管将冲洗水引至污水排放处, 不参与冲洗一端使用FME封堵;

焊接连接设备不参与工艺系统冲洗, 冲洗管道末端使用相同规格、材质的软管接头加管箍、生料带、软管将冲洗水引至污水排放处, 不参与冲洗一端使用FME封堵;

拆除系统中阀门使用临时阀门代替正式阀门

此方法用于拆除阀门后工艺管道要求连通、且WEC规定要用临时阀门代替正式阀门的情况, 临时阀门按照正式设备安装方式进行安装, 将上下游管道连接起来。

拆除系统中过滤器内芯

此方法用于过滤器已安装在系统上, 且过滤器的过滤芯可拆除的情况, 工艺系统冲洗时拆除过滤器滤芯。

移动已安装泵

此方法用于泵已安装, 且与泵连接的上下游管道已安装, 工艺系统冲洗过程中要求隔离泵的情况, 移动泵的安装位置, 给上下游管道预留出短接安装空间的情况。

机械模块工艺系统冲洗经验总结反馈

总结反馈此次工艺系统冲洗工作经验, 明确后续项目系统冲洗隔离物项对于机械模块制造的重大意义。对工艺系统冲洗时必须隔离的设备, 在制造中不安装或安装但不与管道连接, 从而减少因为系统冲洗带来的重复工作, 提高产品质量、节约材料, 缩短核电站建造周期。

设备隔离后工艺系统要求连通

法兰连接设备的隔离

在制造过程中参照正式设备加工临时垫片或法兰短接代替正式设备, 待现场工艺系统冲洗后拆除临时件安装正式设备。

焊接连接设备的隔离

在制造过程中设备暂不安装, 设备上下游管道下料时直接连通, 待现场工艺系统冲洗后切割管道安装正式设备。

泵、过滤器、热交换器的隔离

因为泵、过滤器、热交换器等设备体积、重量均较大, 不利于现场运输、安装, 所以在制造时可先将泵、过滤器、热交换器等设备安装到模块上, 但不应与进出口管道做最终装配, 且应保留临时连通管道的安装空间 (过滤器滤芯可以拆除的可直接安装并连接) , 待现场工艺系统冲洗后拆除临时件, 并做最终装配连接。

设备隔离后工艺系统不需要连通

设备隔离后工艺系统不需要连通和排水

法兰连接的设备或焊接连接的设备均不安装, 管道法兰安装后加盲板封堵, 对于焊接管道保留管道下料余长, 并焊接管帽封堵, 待现场工艺系统冲洗后拆除临时盲板或切割焊接的管帽 (包含管道余长) 安装正式设备。

设备隔离后工艺系统不需要连通但需要排水

法兰连接的设备或焊接连接的设备均不安装, 法兰口或管口厂内采用FME封堵, 现场工艺系统冲洗时使用软管连接排水, 工艺系统冲洗后拆除软管连接安装正式设备。

结语

AP1000模块化的设计、制造是非常先进的施工工艺, 模块化建造施工在沸水堆建设和化工领域都获得了良好的发展势头, 它所带来的有利之处和经济效益也是有目共睹的, 但在核电领域其工艺还需不断优化改进, 总结正在施工的工程项目, 反馈施工经验, 促使核电模块化设计、制造工艺的完善, 对缩短施工周期, 提高质量和经济效益具有重大意义。

参考文献

[1]ASMEⅢ1998版2000增补。

[2]ASME B31.1-1989版和1989增补动力管道。

[3]ASME NQA-1-1994核设施的质保大纲要求。

[4]APP-GW-K9-100/101/102/103机械模块总说明

[5]CPP-GW-Z0-120核岛机械模块技术规格书

机械模块 第5篇

术语“制造”是指为了安装, 用切割、弯曲、成型和焊接以及随后的热处理和无损检测等方法把单个的管件形成为一个单元 (管道部件) 。术语“安装”是指为了把管道部件、阀门和其他特殊元件安置在相对于泵、热交换器、透平、锅炉和其他设备等所要求的位置, 并用焊接或其他机械方法装配起来, 最后进行无损检测、热处理、密封试验以及安装完成之后的清洗和吹扫等。根据特定的经济情况, 制造过程可在管道制造厂或现场制造车间完成, 在那里管道系统的一部分被制成组件运送到最终安装位置。管道制造厂具备安装现场所没有的专用弯曲和热处理设备, 也具备各种自动焊接设备。这些设备与现场多采用的固定支架、手工电弧焊相比, 使焊接过程的效率更高, 经济性更好。

2 规范和标准依据

核1、2、3级管道应根据ASME第Ⅲ卷及其他相关技术文件的要求进行设计、制造、安装、检查和试验。其余非ASME第Ⅲ卷的动力管道应按ASME B31.1及相关技术文件的要求进行设计、制造、安装、检查和试验。ASME B31.1管道是非核安全级管道。制造商或安装方必须十分熟悉所应用的规范。所有ASMEⅢ管道材料的制造必须符合ASME第Ⅱ卷的要求。ASME第Ⅲ卷核1级承压材料, 必须满足ASME第Ⅲ卷NB-2000适用要求和相关技术条件的要求。ASME第Ⅲ卷核2级承压材料, 必须满足ASME第Ⅲ卷NC-2000适用要求和相关技术条件的要求。ASME第Ⅲ卷核3级承压材料, 必须满足ASME第Ⅲ卷ND-2000适用要求和相关技术条件的要求。ASME B31.1非核级管道材料应该符合ASME B31.1适用要求和相关技术条件的要求。

3 管道制造图纸

管段图应该包括 (但不限于) 以下信息:管道等轴图编号和版本;管段编号;制造要求的所有必要尺寸;焊接端口制备详细资料;焊缝位置及所有车间焊缝的识别;管道尺寸、管线编号、管道等级;设计、操作、试验压力及温度;清洁度等级;无损检测和焊后热处理要求;焊接附件和焊接开孔补强/直管详细资料。

4 管道切割

管道切割方法一般分为机械切割和热切割。机械切割报考用锯、磨盘、车床和管道切割机或切割工具。热切割方法是氧炔焰切割、电弧切割或等离子切割, 但切割后应该消除热影响区。管道切口质量应达到下列要求:切口表面平整, 不得有裂纹、重皮;毛刺、凸凹、缩口、熔渣、铁削等应予以消除;切口表面倾斜偏差应为管径的1%, 但核1级管道不得超过2.0mm, 核2、3级管道不得超过2.5mm, 非核级管道不得超过3.0mm。切割后的管道应做好标识移植工作。

5 坡口加工

管道坡口也可以用前面描述的机械切割或热切割的方法来准备。两种方法都可以用来开多数管道场合中应用的V形坡口。对复杂坡口和U形坡口或包含镗孔要求的坡口, 用卧式镗刀最为合适, 当然也可以选用专用管道坡口加工机。

6 管道弯曲

对于碳管和低合金钢管, 在温度低于1300℉ (704℃) 时管道的弯制定义为冷弯, 在温度从1650℉ (899℃) 至最高2000 (1093℃) 时管道的弯制定义为热弯。对于300系列不锈钢, 在温度低于800 (427℃) 时管道的弯制定义为冷弯, 在温度超过800 (427℃) 时管道的弯制定义为热弯。

下列管道弯曲情况需要热处理:300系列不锈钢管道当管道设计温度大于等于200℉ (93℃) 且弯曲半径小于20倍名义管道尺寸时弯后须进行热处理;所有热弯成型的300系列不锈钢管道;所有低铬-钼钢管热弯的须进行热处理;管道公称直径大于等于DN100或者管道壁厚大于等于12.7mm的低铬-钼钢管冷弯后需要热处理;壁厚大于等于19.05mm冷弯的碳钢管须进行热处理。

7 管道弯曲后检查

对弯曲后的弯管要进行目视检查, 以确保在弯管上无表面裂纹、划痕、皱褶或其它有害的质量现象。弯曲后管道的相邻两个最大波峰直径的平均值与该波峰间管道的最小波谷直径的差值不应超过管道名义外径的3%, 详见图1。

弯管的椭圆度不应超过规范要求的椭圆度要求, 如果规范没有要求, 弯曲后管道的椭圆度不应超过下式所确定的8, 即:

100%× (Dmax-Dmin) /Do<8%

Do—管道名义外径

Dmax—弯曲后管子的最大外径

Dmin—弯曲后管子的最小外径

弯管的管端面轴线与设计中心线的偏差为△1, 每米直管长度允许偏差为±3;管端面垂直度允许偏差为△2, 为管子外径的1%且补超过±3, 如图2。

规范要求弯曲后弯头外侧的壁厚至少应等于直管所要求的最小壁厚, 因此由于这个效应制造商必须保证定制壁厚有足够的余量。

8 管道制造公差

为了确保系统安装后在合适的精度以内, 制造时有关构件的尺寸都必须控制在系统长度的某尺寸公差范围以内。B16.34给出了阀门尺寸公差, B16.9给出了焊接构件的尺寸公差, B16.5给出了法兰的尺寸公差, 组件装配后会产生公差累积, 对整体尺寸会有重要的影响, 特别是对紧密配合系统。管道制造公差应符合FPI ES-3和FPI ES-24, 通常情况下最终尺寸控制在±1/8in, 经过制造商同意后可以控制在更小的范围以内。为确保公差累积在最小的范围之内, 多个管嘴组装时如果按照中心对中心确定尺寸, 可能导致比较大额尺寸偏差, 最好的方法就是选择一个基准点, 所有的管嘴都参照该位置确定尺寸, 这样就确保了所有管嘴到基准点的公差, 参见图3。

9 焊接和NDE检测

焊工培训和焊工, 操作工的资格评定应参考ASMEⅨ、ASME B31.1、ASMEⅢ及相关管理程序。对于焊接ASMEⅢ核级焊缝的焊工, 还必须按照《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定》 (HAF603) 的规定取得相应的焊接资格。焊接实施过程中应根据焊缝信息表或者焊缝布置图, 来确定每条焊缝所使用的WPS。产品焊前预热及焊后热处理应按照相应程序执行, 热处理参数应该满足ASME B31.1及ASME第Ⅲ卷相应分卷的要求。管道系统焊缝NDE检测应满足ASME B31.1和ASME第Ⅲ卷NX-5000的要求。

1 0 安装

在安装管道系统时做好计划是非常重要的, 必须考虑很多因素, 其中有安装位置的可达性、与其他工作的协调性、合适的焊接和热处理设备的可得性和可达性、焊工和焊接程序的可得性及资质问题、起重设备、脚手架和末端设备的可得性等等。系统组件中的每一项也应仔细检查确保正确无误。阀门和其他特殊的专业设备应仔细检查确保标注了流向箭头, 手轮或马达启动器正确就位, 要焊接的材料与管道材料相匹配。开始安装的理想方式是自某些主要设备或带有多个出口的母管开始, 若可能的话安装永久支架。如果可能的话, 在任何焊接开始之前, 系统的主要构件应在其最终安装的大约位置就位, 这样就会使由于可能的设备错位、制造错误或误差积累形成的任何较大的偏差显露出来, 然后就能进行调整或更正。长的、多平面系统不需要更改任何部件就能吸收相当大的误差累积;短的刚性系统就不能容纳任何公差累积, 可能必须重做一个或多个部件。

1 1 泄露试验

对于ASME第Ⅲ卷核1, 2, 3级管道系统, 水压试验压力为设计压力的1.25倍, 气压试验压力为设计压力的1.1倍;对于ASME B31.1非核级管道系统, 水压试验压力为设计压力的1.5倍, 气压试验压力既不应小于1.2倍设计压力, 也不应大于1.5倍设计压力。当系统的试验压力值超过系统中任一部件 (例如容器、泵或阀门) 的最大试验压力时, 该部件在压力试验过程中需要被隔离。管线必须保持试验压力至少10min直至试验结束, 但是当应用规范许可时可以缩短该时间。

参考文献

[1]ASME锅炉及压力容器委员会无损检测分委员会.中国《ASME规范产品》协作网 (CACI) 编译.ASME锅炉及压力容器规范[S].北京:第Ⅲ、Ⅴ卷, 中国石化出版社出版, 2001.

[2]B31.1/美国机械工程师协会动力管道委员会.中国ASME规范产品协作网 (CACI) 译.ASME压力管道规范[S].北京:中国石化出版社, 2005.

机械模块 第6篇

AP1000是美国西屋公司推出的第三代先进压水堆 (Advanced Passive Light Water Reactor) 核电站;其采用了模块化的设计与建造技术, 模块化施工是将“先土建、后安装”的串联式传统施工方法, 改变为“工厂化预制和现场组装”的并联式施工。AP1000模块化的设计、制造是第一次在中国实施, 需要在生产、制造中不断总结经验, 才能改进、提高我们的制造水平, 减少后续项目中的错误, 提高经济效益。

本文就AP1000机械模块现场施工中遇到的关于风管和管道保温的问题进行了叙述, 以期能够引起相关人员的注意, 在后续项目的设计、制造中得以改进。

2 机械模块风管保温现场施工遇到的问题

2.1 工厂内制作的风管保温层损坏。

按照AP1000的设计原则, 机械模块是在工厂内制造的, 然后将完成的模块再运到现场进行安装就位。作为机械模块部分工作的风管保温, 在工厂制造阶段已经完成, 但是模块运抵现场安装就位后, 模块所在的房间不会立即封顶, 模块还会在长时间内会受到雨水的影响, 再加上现场保护不利, 以及交叉施工等人为破坏, 风管保温存在大量的失效或者损坏。保温层需要在现场进行修补或重新制作。如此, 在工厂内制作保温层这一安排就失去了AP1000机械模块原有设计意义。

根据现场的实际情况, 工厂内制作好的风管保温在现场不可避免的会遇到雨水天气、人为破坏等因素的影响, 如将风管保温的工作从工厂内制作改为现场施工, 并在周围环境满足施工要求后再开始风管保温, 可以避免保温层被破坏, 减少大量的重复性工作。

2.2 现场制作风管保温层时空间狭小。

由于各种原因, AP1000机械模块的制作不能很好的按照“工厂化预制”这一原则完成, 部分工作会遗留在现场安装就位后实施。机械模块的风管保温工作也是如此。在现场完成风管保温工作时, 发现存在人员施工空间不足的问题。以机械模块R151风管保温为例。

如图1所示, 机械模块R151需保温风管截面尺寸为305mm×203mm, 长22m, 保温厚度50mm。风管顶部与其上方障碍物的距离约203mm, 其靠近斜撑梁的一面距工字钢梁最东面约116mm, 风管底面距工字钢梁顶面距离约45mm, 风管侧面与斜撑梁之间的间隙约46mm。工字钢梁最东面是钢板墙壁, 距离大约20mm。保温材料要求使用玻璃棉板, 现场施工。

由以上条件可知, 风管靠近斜撑梁一边是人手不可到达区域, 在此区域是无法用玻璃棉板完成作业的。在现场施工时, 使用玻璃棉毡来部分替代玻璃面板, 部分地方的保温层会受到压缩。保温层固定时也存在一定的困难。

个人认为造成风管保温施工空间狭小的原因是, 在模块设计时钢结构、管道安排的太密, 没有考虑风管保温层的后续维修工作。

3 机械模块管道保温问题

3.1 管道保热。

机械模块的管道保温工作需要在管道压力试验完成并检查合格之后进行。由于工厂预制的不完全和机械模块出厂后大量的变更, 机械模块存在大量的现场安装管道。机械模块的管道保温工作也只能放在现场实施。

保热管道内的介质温度比环境温度高, 凝结水不会出现在管道的外壁, 管道锈蚀的几率会大大降低。管道热保温保证保温棉完全覆盖管道, 防止热量的流失。

现场施工时, 需要保温的管道与其他管道、结构的距离比较近, 部分地方出现“人上不去, 手够不着”的情况, 这些地方的保温作业难度较大。个人认为, 造成管道保温施工空间不够, 存在“人上不去, 手够不着”的主要原因是, 管道安排的太密集, 在模块设计时没有给现场维修、更换保温材料留下足够的人员操作空间。

3.2 管道保冷。

机械模块中保冷管道内流通的介质, 其温度低于环境的漏点。在没有保温层的情况下, 空气中的水气会凝结在管道外壁, 长时间的情况下会导致管道锈蚀, 使管道的使用寿命缩短。需保冷管道中介质冷量的流失, 会影响整个系统的工艺性能, 所以对于管道保冷需要特别注意。

保冷管道在制作保温层时要尽可能的将管道与外界空气隔离开, 尽可能避免水气与保冷管道接触, 形成凝结水。

按AP1000技术说明书要求, 保冷管道支架处的保温范围是管道边界的300mm内均需做好保温工作。部分保冷管道在“人上不去, 手够不着”的区域, 这部分管道支架的保温工作是一大挑战。部分机械模块的管道支架由型钢焊接而成的, 这种地方的保温作业需要将支架整体包覆。

结语

AP1000机械模块风管保温工作中的主要问题是风管保温的施工空间不足, 设计风管位置时没有为保温层的现场维修更换留下足够的空间。管道保温的问题是管道设计的太密集, 未考虑现场管道保温时人员施工空间问题;管道支架的设计也未考虑保温工作是否方便易行。

摘要：机械模块是AP1000机组核电站系统功能段重要的承载体, 其结构复杂, 包含物项众多, 集成化程度较高。本文介绍了机械模块在现场施工过程中遇到的关于风管和管道保温的问题, 为后续核电堆型的模块化设计、制造提供经验。

关键词：机械模块,风管,管道,保温,保冷

参考文献

机械模块 第7篇

模块化教学是将内在逻辑联系紧密、学习方式要求和教学目标相近的教学内容整合在一起, 构成模块化教学内容[2]。多层次教学是将教学内容按照一定的标准, 比如难易程度等, 分成若干层次进行教学。与传统的章节式教学内容相比, 模块化、多层次教学内容可以自主选择内容模块和不同层次内容, 具有一体化、柔性化的特点, 能更好地适应不同专业的人才培养目标和学生个体差异以及科技迅猛发展的要求。

1 教学内容体系的构建及特色

根据模块化课程特点[3], 结合人才培养目标和《机械基础》课程自身特点, 将课程教学内容整合优化为机械工程材料、常用机构、机械传动、通用机械零部件4个知识模块, 每个知识模块又分为基础、提高、拓展3个进阶式教学层次 (见第36页表1) 。

《机械基础》教学内容设计主要体现三大特点, 第一, 综合化。淡化专业性, 将传统的机械工程材料、机械设计基础、机械制造基础等课程进行精选综合、模块化组合, 教学内容体现基础性、通识性、系统性和综合性[4]。对机械基础理论、基本原理及其应用进行整合, 突出其内在联系, 便于学生对比、归纳和同化, 提高学习效率。第二, 层次化。每个模块的教学内容都设置3个不同要求的教学层次, 满足不同知识水平和兴趣爱好的学生需求。基础层次内容强调基本概念、基本原理和应用, 以必须、够用、管用为原则, 体现“宽口径、厚基础”的培养目标;提高层次内容有一定的宽度和深度, 以实现不同专业方向人才的分流培养为原则, 突出学生专业素质能力的培养目标。拓展层次的教学内容中, 增加新兴交叉学科、边缘学科以及新技术、新方法等内容, 适应科学技术迅猛发展要求, 突出时代感[5]。第三, 柔性化。不同专业可以根据专业特点自由选择不同内容模块以及同一模块的不同层次, 实现了教与学的针对性和灵活性, 利于教学目标的实现和学生能力培养。

2《机械基础》内容体系的实施

2.1 设计规划3个层次《机械基础》课程

根据不同专业的特点, 将《机械基础》课程分为A、B、C 3个不同层次。《机械基础》A, 包含全部模块内容, 理论学时60, 实践学时1.5周, 适合机械专业选用。《机械基础》B, 对基础知识模块拓展层次内容作部分删减, 理论学时50, 适合近机类专业选用。《机械基础》C, 删除知识模块拓展层次内容, 对知识模块提高层次内容作部分删减, 理论学时40, 适合非机类专业选用。

2.2 编写模块化教材

根据模块化《机械基础》课程内容体系的设计框架, 编写课程标准和教材。教材内容将机械工程材料、机械原理、机械设计以及机械制造基础等课程内容进行优化整合, 模块化组合, 内容力求广而深, 层次分明, 便于教员组织教学和学员自主学习。

不同专业根据人才培养目标和后续课程需求, 确定课程模块与各模块中不同层次的教学内容。表2以机械工程及其自动化、土木工程、通信工程为例, 详细说明模块化《机械基础》教学内容的组织情况。

2.3 实施分层次和柔性化教学

专业大类 (机械类、近机类以及非机类) 选择不同层次 (A、B、C) 的《机械基础》课程, 实行分层教学。同一层次的《机械基础》课程, 也可以根据不同专业的培养目标和后续课程需求, 选择不同内容模块和内容层次进行组合。同专业的学生, 按照基础—提高—拓展的教学层次实行进阶式教学。在掌握基础层次教学内容的基础上, 其他层次的教学内容再设置了解、理解 (熟悉) 、掌握几个层次的教学要求, 保证不同知识水平的学生有针对性地选择不同层次的内容进行自主学习。

3《机械基础》课程改革后的教学效果

从2006年开始课程组对《机械基础》课程教学内容进行改革以来, 经过几年的探索实践, 初步形成了模块化、多层次内容体系, 并已编写完成模块化《机械基础》讲义, 相应的教材编写即将完成。实施模块化、多层次《机械基础》课程教学, 不仅满足了不同专业、不同知识水平学生的需求, 教师可以更加专注于教学方法、教学模式研究, 极大提高了课程组教师的教学水平, 在各类教学竞赛中1人次获全国一等奖、1人次获省二等奖、4人次获校级一等奖, 多人次获校级二、 (下转第40页) 三等奖。课程建设、教学研究和教学质量都达到了质的飞跃, 目前, 《机械基础》课程被评为校级优质课程, 正在进行军队优质课程建设, 与此相关的教学研究课题以及教学成果也多次获得校级教学成果一等奖。学生创新实践和动手能力明显提高, 2006—2012年参加国家级及省级大学生创新大赛获得包括全国一等奖在内的奖项40余项。

摘要：文章以“学为主体、能力为本”为导向, 对《机械基础》课程内容进行综合优化、模块组合和多层次划分, 将教学内容设计为4个知识模块, 每个模块又分为3个进阶层次。构建突出基本知识与基本理论、适应不同专业需求的实用、先进、科学的课程教学内容体系。以此突出“以学生为中心”的教学理念, 以更好地实现教学目标。

关键词：教学内容,模块化,多层次

参考文献

[1]侯宇, 孔建益, 邹光明.面向专业定制的机械设计基础模块化教学体系研究与实践[J].高教论坛, 2012, 4 (4) :30-32.

[2]侯继红, 蔡敬民.德国高校模块化教学对应用型德语专业建设的启示[J].中国大学教学, 2011 (2) :95-96.

[3]丁爱琴, 孙芹英.应用型本科院校基础化学实验模块化教学的思考和实践[J].中国大学教学, 2008 (9) :78-79.

[4]胡国军.构建基于创新能力培养的机械基础系列课程新体系[J].绍兴文理学院学报, 2006, 26 (10) :99-101.

机械模块 第8篇

1 包装机械的最新设计要求与国内现状

包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序, 以及与其相关的前后工序, 如清洗、堆码和拆卸等。此外, 包装还包括计量或在包装件上盖印等工序。使用机械包装产品可提高生产率, 减轻劳动强度, 适应大规模生产的需要, 并满足清洁卫生的要求。包装机械是随着新包装材料的出现, 和包装技术的不断革新而发展的, 发展到目前的第三代包装机械融合了“机械电子”概念, 采用伺服系统和简单的机械装置, 达到执行复杂动作的目的。包装机械在结构上包括机架及动力装置, 包装材料、容器的供送及整理装置, 被包装产品的计量及供送系统, 包装执行机构, 传动系统, 控制系统等。

包装机械按功能可分为装盒机、装箱机、灌装机、封盖机、贴标机、托盘机、充填机、封口机、裹包机、清洗机、干燥机、杀菌机、捆扎机、集装机、多功能包装机等。包装机械的特点是种类繁多, 专业性强;工序多, 结构复杂;效率较高, 功率小;更新换代快。目前我国包装机械行业发展潜力巨大, 但竞争也相当激烈。

目前国内包装机械生产厂家较多, 但整体行业水平与发达国家相距甚远, 行业基本停留在测试仿制阶段, 自行开发能力弱, 缺少科研生产中试基地, 大部分企业还在用二维做设计。产品质量差距表现在产品性能低、稳定性和可靠性差、外观造型不美观等, 缺少设计的验证。对国内包装机械生产厂家来说, 如何快速进行新产品的创新设计以满足市场, 并在最短的时间内以低成本将新产品投放市场是亟需解决的问题。

2 Solid Works软件及其插件在机械设计中的应用

Solid Works是一款基于Windows/NT/2000/XP的三维造型软件, 通过它可以进行三维零件设计和三维虚拟装配[1]。使用Solid Works软件进行设计, 可以降低项目设计的出错率。其具有逼真的3D绘图能力, 将3D图纸转化成2D设计图纸简单快捷, 并能够提供完善的项目实施图纸;在项目设计过程中运用Simulation等插件, 有利于对方案进行直观的讨论, 以在设计阶段对设计方案进行修改, 提高设计水平和效率, 降低设计成本。因此, 该软件被广泛应用于产品开发中, 已经发展成为三维机械造型的主流设计工具[2]。

3 包装机械的模块化设计

包装机械的传统设计流程如图1所示。这种方法设计周期长、设计成本高, 有一定的局限性。

模块化设计是在对一定范围内不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上, 划分并设计出一系列功能模块, 通过模块的选择和组合来构成不同的产品, 以满足市场需求。包装机械采用模块化的设计方法, 其优势在于:简化包装机械设计过程, 缩短设计周期;产品更新换代快, 柔性程度高;产品便于维修;便于实现包装机械的标准化、系列化、通用化;模块化包装机械的质量高, 成本低。包装机械模块化设计的流程如图2所示。

包装机械模块化具有的4种基本型谱:

(1) 横向系列模块设计:不改变产品主参数, 利用模块发展变形产品。

(2) 纵向系列模块化设计:在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。

(3) 跨系列模块化设计:改变某些模块便能得到其他系列产品。

(4) 全系列模块化设计:包括横向和纵向系列设计。

如选择以参数化方法进行产品族设计, 则提炼各模块的主要参数, 建立主要参数和其他参数的约束关系, 通过参数驱动实现通用模块变异, 从而在市场需求变化时, 通过模块升级和变型实现相应模块的更换, 进而实现产品的快速可适应设计, 以响应市场需求变化[3]。

4 包装机械的Solid Works模块化设计实例

从包装机械的模块化设计流程可见, 设计模块系列产品, 先要建立模块系列型谱;接着, 以功能分析和划分模块为核心来构建模块库和零件库;然后, 根据用户需求确定设计参数, 按功能分析法建立功能;选择基本、辅助、特殊和调整模块及其结合部位要素, 进行排列组合与编码, 设计基本型和扩展型产品, 对结合部位和形体设计有特殊要求的设备进行特殊设计。

在进行包装机械的初步设计时, 可以运用Solid Works进行草图块的设计, 并利用Solid Works Animator查看设计是否达到要求。其优点在于设计灵活性高, 可以减少错误的发生, 提高设计效率。以“DC4A半自动包装机”为例, 其布局草图如图3所示。

在进行模块化设计时, 可以利用Solid Works的三维建模和装配功能, 对已有模块进行选择和拼装, 来完成新产品的设计与验证。“DC4A半自动包装机”模块化设计如图4所示。

5 结语

把模块化设计方法与Solid Works的虚拟设计功能相结合, 应用在包装机械的设计中, 可大大提高设计效率, 有利于更快地推出适应市场需求的新产品。

摘要：介绍基于SolidWorks的包装机械的模块化设计。

关键词：SolidWorks软件,包装机械,模块化设计

参考文献

[1]李大磊.Solidworks高级功能与工程应用[M].北京:北京邮电大学出版社, 2009

[2]秦爱中, 徐广勋, 等.SoiidWorks环境下产品设计实例[J].机床与液压, 2005, (3) :111-112

模块化技术在机械手设计中的应用 第9篇

1 模块化的含义

模块化设计是指对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析、划分并设计一系列功能模块,通过模块的选择和组合构成不同的产品,以满足市场的不同需求的现代设计方法。新产品的设计过程不再是传统的自下而上的基于规则和经验知识的过程,而是采用自上而下的任务驱动的方式即模块化技术,主要包含2个方面的内容:一是模块的合理分解;二是模块的有效组合。其概念及特点如下图1所示。

2 机器手系统的模块化分解

如何合理划分工业机器手模块,是工业机械手模块化设计的关键问题。模块种类少、通用程度高、加工批量大对降低成本较有利,但从满足产品的各项功能和性能、提高整个模块化系统的柔性考虑,又希望模块种类多些,一般而言模块的划分可遵循以下五个基本原则:

(1)功能单元分解化。功能单元之划分,可大可小,可粗可细,它决定于用户对产品发展的要求及技术经济分析的结果。

(2)功能单元独立化。对于分解的功能单元在结构上尽可能做到独立化,这样的模块易于拼装、组合和搭配,以便构成多种变型品种。

(3)部件模块化。以部件作为模块是最常见的模块类型。模块的结构和性能取决于用户的要求和经济性。

(4)组件模块化。功能分解细化后,尚可进一步将部件中的某些组件模块化。通过更换或取舍组件或一些零件,可以使部件具有不同的用途和性能。

(5)基础件模块化。基础件往往是机械产品的大件,其模块化的目的是扩大产品工作空间,使产品的规格在保证刚度前提下具有变化的可能性。

典型的机器手系统如图2。由抓取机构1抓取工件,经过转位机构2和推进机构3后送达指定的工位。可以看出其主要有由抓取模块、转位模块和推进模块组成。

(1)抓取机构:主要有二指平动抓取机构以及三指定心抓取机构。其抓取重量从数克至数百公斤不等。抓取机构的动力源分气动和液压两种。在大部分规格中设有夹持力保险装置,用以防止在失去动力源时被抓取重物自行脱落。

(2)转位机构:转位机构的任务是将抓取的重物绕给定转动轴转动一定角度,使其准确而迅速地到达给定位置。其中一般使用了可以有效地吸收冲击能量的阻尼器。

(3)推进机构:推进机构在自动抓取系统中起着执行直线运动的作用,与抓取模块、转位模块相结合,可完成自动化工程中所要求的一系列复合运动。

3 机器手系统模块的选择

经过对系统的模块化分解,需要根据具体的设计要求选择合适的功能模块,现在很多公司如沈阳的力拓和德国的schunk等专业生产机器手系统模块,这些模块都经过严格的检验,载荷、尺寸大小、精度等相关参数都有明确的说明,使用起来十分便捷,本文就以schunk公司的模块选择为例。

3.1 抓取模块的选择

3.1.1 两指平动抓取模块的选择

德国schunk公司生产的两指平动机械手常见的型号与技术指标如表1所示。

表中所示的机械手结构主要有两种类型:楔式结构和双气缸结构。其中楔式结构有:MPG、PGN-plus、PGN、PGB、PGF、DKG、DPG系列;双气缸结构有:KTG、KGG、PFH、PSH、SPG系列。楔式结构两指平动是通过一个气缸推动楔式驱动件,将气缸的垂直运动转化为抓手手指的水平运动。双气缸结构两指平动抓手的两个手指分别由两个气缸直接驱动,两个气缸之间有一个同步机构,保持两个手指同步运动,实现高精度的夹持。与双气缸型结构相比,楔式结构抓手夹持力大,抓取重量大,重复运动精度高,但它的手指运动行程小。如图3所示的PGN-plus普通型两指平动机械手采用楔式结构,最大夹持重量能达到80.5kg(PGN-plus380型),最大手指长度380,抓取力到达21800N,单指行程达到45mm,重复运动精度0.02mm。PDG-plus为PGN的改进型,它与PGN系列机械手的区别在于导轨部分,PGN-plus采用更加坚固的多齿型导槽,PGN系列机械手采用一般的T型导轨槽,因此PGN-plus比PGN具有更大的夹紧力和夹紧范围。PGB型机械手与PGB型结构类似,但中间有通孔,中间的通孔可用于安装微型照相机、传感器、喂送工件,适用与长工件抓取场合。DKG、DPG系列机械手带有密封结构,可以用于工作环境相对恶劣的场合。

MPG、PGF型两指平动抓手的楔式驱动件与前面的楔式结构不同,如图4所示。其手指是分成两片将楔式驱动件夹在中间,两片手指中间采用导向滚子减少摩擦,这类机械手结构更加紧凑,适用于小尺寸元件抓取场合。如MPG20型抓手,长宽高尺寸仅为20mm16mm24mm(不含手指),自重仅为0.038kg,单指行程为2mm,夹持力为28N,推荐抓取重量为0.14kg。

PFH、PSH系列两指平动抓手采用双气缸结构,如图5所示。双气缸结构两指平动抓手的两个手指分别由两个气缸直接驱动,两个气缸之间有一个同步机构,保持两个手指同步运动,实现高精度的夹持。这类抓手适用于要求单指长行程的场合。

3.1.2 三指平动抓取模块的选择

常见的三指自定心气动机械手一般采用楔式结构,其主要的型号及其技术指标如表2所示。表中MPG型机械手适用于小尺寸元件的抓取;PZN-plus系列普通型三指定心机械手抓取力(6bar压缩空气)可达到38000N(PZN-plus300型),采用坚固的齿型导轨槽,能承受大的力矩,适用于要求长手指的场合。

PZB系列带有中间通孔,可用于安装传感器、喂送工件,适用于长工件抓取场合。DPZ-plus型带有密封结构,适用于略微恶劣工作环境的长,该系列机械手采用坚固的齿型导轨槽,能承受大的力矩。

选择抓取模块要考虑夹持力、单指行程、推荐的抓取重量、手指的重复运动精度,此外,还要根据手指的长度计算手指根部的力和力矩,使其不超过样本给出的数值。

3.2 推进模块:主要是直线运动单元如图6示

主要包括FST系列迷你滑块直线运动滑块,PHE、SLE系列行程模块,MLD系列直线驱动电机的直线运动导轨、HSB系列直线运动导轨系统、PLS伺服电机驱动的直线运动导轨。

抓取模块的选择要考虑行程和运动的重复精度的大小、以及负载能力和物理尺寸,总体而言一般的推进模块只有一个自由度,因此推进模块的多少取决于系统对自由度需要的多少。

3.3 旋转模块:根据旋转的角度不同主要有90度、180度、360度等不同类型。如图7所示

Schunk旋转模块按驱动方式分包括气动旋转模块、电-气复合转位模和电动旋转模块。气动模块主要包括SFL系列转位模块、MRU型微型转位模块、

SRU系列普通型转位模块;电动模块

主要包括MRD系列微型转位模块、PR系列普通型转位模块、PW系列旋转倾斜模块;电-气复合转位模块主要包括SRU-MD型转位模块。

旋转模块的选择应注意模块可旋转角度的大小、可承载的轴向载荷以及力矩等。

4 总结

机械手系统是一种常用的装置,它有不同的结构,具体的设计应根据具体的要求进行模块的合理分解和组合,从而能迅速提高设计的速率和效率。

参考文献

[1]张铁,谢存禧.机器人学[m].广州:华南理工大学出版社,2003.

[2]朱文坚,刘小康.机械设计方法学[m].广州:华南理工大学出版社,2006.