3、方案论证

315自动管焊机热板机构的设计只是一个大课题中的一部分，由三个人共同负责设计，另外两部分别分别是管焊机液压系统的设计和管焊机机架的设计。由于还没有正式着手开始做，大致确定了三个设计方案：

3.1方案①

热板通过连杆和关节，构成曲柄连杆机构，做曲线弧形上下运动，如图所示这时柱塞缸竖直摆放。柱塞缸竖直摆放时，热板的运动幅度增大，便于控制但容易造成撞击。这个方案，虽然热板的运动情况很容易理解，但实际情况却是较为复杂。当热板放下时要确保放下的位置精确以防止管道接口受热不均匀；当加热完成时，为了防止受热的管道冷却，需要热板快速离开以方便更快速地让受热管道连接。这时对于热板的运动要求比较高，整个热板离开的过程需要在1秒内完成，需要液压系统提供一定大小的力，但仅仅让热板快速离开并不能达到要求，因为热板的运动空间有限，较快的速度会产生较大的惯性导致热板归位时造成冲击，以至于损坏其他机械装置。这时要考虑到热板的减速控制，热板在整个的运动过程中速度都是不均匀的。光凭计算几乎无法完成，这个方案并不是首选。

图6 柱塞缸竖直时热板运动简图

3.2方案②

同方案①一样，依然是热板通过连杆和关节，构成曲柄连杆机构，做曲线弧形上下运动，如图所示这时柱塞缸的摆放与水平方向成45°，这时的热板运动的幅度受到了限制，近似于热板放下时与水平方向成45°，当热板抬起时与竖直方向成10°，运动角度近似为145°。但不同的是用Matlab仿真软件模拟做出热板的运动情况。根据热板的形状、大小、质量以及运动空间可以做出一个相对直观的系统模型，可以根据提供不同的力来得到热板的不同的运动情况。何时热板的速度最大，此时的力是多大，以及速度关于时间的曲线图都可以有一个相对直观的了解。也不用对液压设计部分有太多的依赖。这里需要做出详细的解释，曲柄连杆机构连接着热板，而曲柄连杆机构的另一端连接着一个柱塞缸。柱塞缸负责提供动力，且流量一定，通过改变柱塞缸的杆径，可以得到不同大小的压力，这也是本设计需要注意的地方。另外考虑到热板和曲柄连杆机构的质量问题，需要对连杆的强度大小进行简单的计算以确保热板可以正常工作。仅仅通过Matlab仿真软件的相关运用就可以解决热板运动部分的设计。 这是首选方案。

图7 曲柄连杆机构的仿真模型

⑧柱塞缸与焊机机架倾斜时热板运动简图

3.3方案③

热板通过连杆连接，但不做曲线弧形的上下运动，而是直接做上下运动，抬起和放下。很好理解，热板直接做上下运动会比热板做弧线运动简单的多，力和速度的装换也将简单很多，液压缸的上下运动直接带动热板的上下运动，根据热板的形状、大小、质量就可以算出液压缸所需要提供的力的大小，依然要考虑到热板放下时的精度问题和热板抬起时的减速缓冲问题。但由于这个课题提到管焊机是便携式的，考虑到工作空间有限，并没有实际操作，也不确定足够的空间供热板进行上下运动，这个方案有待考虑与证实。

⑨不加曲柄连杆机构时的热板运动简图

3.4方案④

在热板抬起结构设计方面，仍有一种设计方案：根据模仿汽车后备箱打开方式来设计热板的抬起装置。由气压提供动力，当热版放下工作时，气缸压缩保持压力并夹紧，当热板抬起时，夹紧装置松开，由气压的动力将热板抬起，达到设计要求。由于气压并不能将热板完全抬起，仍需要其他装置将热板抬到指定位置。又因为夹紧装置比较复杂，国内外在焊机方面这么做的先例很少，这里方案不加以考虑。