摘 要

高炉冷却壁是高炉内部的冷却设备，置于炉壳与炉衬之间，主要材质为铸铁，铸钢或铜。工业机器人打磨属于先进的铸件清理技术。使用该技术，铸件打磨清理效率将会大幅度提高，工人的劳动强度降低，生产作业环境会得到明显改善，企业安全系数大幅度提高，铸件的打磨质量一致性非常好。针对冷却壁的打磨问题，本文设计了一条自动化打磨生产线。针对在打磨中出现的大型曲面打磨困难的问题，根据柔性并联机构逆向自适应运动原理，提出一种能迅速贴合工件表面的柔顺混联式自适应打磨机构，这种打磨机构在打磨过程中可以实现空间的三个自由度的转动和轴向一个自由度的平移，能够根据工件曲面几何形状的改变而实时改变打磨工具姿态。本文还建立了该打磨机构的运动方程，得出了弹簧与动平台姿态的关系。该机构自适应效果明显，结构简单，能够满足高炉冷却壁表面的加工要求。

关键词：高炉冷却壁；曲面；机器人打磨；自适应机构

Abstract

Blast furnace cooling wall is the blast furnace internal cooling equipment, placed between the furnace shell and lining. Its the main material is the cast iron, cast steel or copper. Industrial robotic grinding is an advanced casting cleaning technology. By using the technology, casting grinding cleaning efficiency will be greatly improved, the labor intensity of workers to reduce the production environment will be significantly improved, greatly improve the safety factor and casting quality uniformity of grinding is very good. Aiming at the grinding problem of cooling stave, this paper designs an automatic grinding production line. Aiming at the problem of large surface grinding in grinding, according to the principle of reverse adaptive motion of flexible parallel mechanism, a kind of flexible mixed sanding mechanism which can quickly fit the surface of the workpiece is put forward. In this process, Can achieve the space of the three degrees of freedom of rotation and axial freedom of a translation, according to the workpiece surface geometry changes in real time to change the grinding tool posture. In this paper, the equation of motion of the grinding mechanism is established, and the relationship between the attitude of the spring and the moving platform is obtained. The mechanism has obvious adaptability and simple structure, which can meet the processing requirements of blast furnace cooling wall surface.

Keywords: Blast furnace cooling stave; Surface; Robot polished; Adaptive mechanism

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究课题的目的及意义 1

1.2 国内外铸件打磨清理方式的发展及现状 2

1.2.1 国内铸件打磨清理方式的发展及现状 2

1.2.2 国外先进的完全自动化打磨系统 3

1.3 课题研究目标和主要内容 5

第2章 高炉冷却壁自动打磨系统总体方案设计 6

2.1 打磨加工对象 6

2.2 上、下料装置设计 7

2.2.1 输送线的分类与选择 7

2.2.2 搬运机器人选择 8

2.3 生产线的布局 9

2.4 打磨机器人选择 10

第3章 自动打磨生产线主要部件三维建模设计 11

3.1 SolidWorks软件的简介 11

3.2 自动辊道线三维建模设计 11

3.2.1 辊道线辊筒三维建模 11

3.2.2 辊道线机架三维建模 12

3.3.3 辊道线主体支架三维建模 13

3.3.4 动力装置三维模型 13

3.3 双工位旋转台三维建模设计 15

第4章 自适应打磨头设计 16

4.1 自适应打磨头机构设计 16

4.2 机构运动分析 18

第5章 总结与展望 21

5.1 本文总结 21

5.2 研究展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 研究课题的目的及意义

冷却壁是高炉内部的冷却设备，置于炉壳与炉衬之间，主要材质为铸铁，铸钢或铜。冷却壁主要用于风口及以下区域，起冷却高炉炉缸内衬的作用。目前，国内生产的高炉冷却壁大多数铸造而成的，材质为球墨铸铁。而我国铸造产品还存在劳动生产率低、能源消耗较大、工作条件恶劣、资源利用率低和环境污染严重等一系列的问题。产生这些问题的主要原因企业存在严重的体制缺陷、企业管理水平较低、生产规模小。毛坯铸造出来后，为了符合使用要求，要进行铸件清理^[1]。而传统的方法多为人工清理，存在以下几大缺陷：1.打磨作业现场的生产环境恶劣，粉尘与火花会对人体伤害，这会造成从业者人数的减少^[2]；2.伴随着我国经济的迅猛发展，工人的薪酬与材料费用不断增加，使成本提升；3.在工作过程中判断加工是否完成基本上是根据工人的经验来判定的，因此加工质量无法得到保证^[3]；4.工作人员无法长时间集中注意力是因为做重复性的工作，导致工作效率低，工作连续性不稳定。

自动生产线是将一组自动加工机床和辅助设备根据工件的工艺顺序依次联结起来，自动完成产品的全部或者部分工艺过程的生产系统，它是由工件传送系统和控制系统构成的，简称自动线^[4]。自动生产线中通常会用到工业机器人，它们在生产线中的主要功能是搬运工件或者加工工件。自动线是在上世纪20年代随着汽车、滚动轴承和电动机等工业发展中开始出现的。采用自动打磨生产线的优点有：提高产品的质量，明显改善工人工作条件，提高企业生产效率，减少生产占地面积，降低生产成本，能够保证生产均衡性。