电极自动夹具的设计与分析

摘要：文章叙述了电极自动夹具及其自动机构的运动、工作原理，夹具受力分析及安全系数计算，确保了夹具具有足够的夹持力，为夹具可靠地工作提供了理论依据和有力保障。

关键词：夹具；自动机构；电极；安全系数

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0015-03

1 概述

电极自动夹具是电极生产厂用于电极搬运的专用设备，设计、制造出性能好、工作可靠、操作简便的电极夹具，对提高生产效率、保障生产顺利进行、减轻工人劳动强度，有着重要的

意义。

图1为某碳素厂生产的电极规格，其中，图1（a）系打捆后吊运，图1（b）为单根吊运，从图1可知，被吊运电极的宽度尺寸在585～1119之间，高度尺寸在508～889之间。

要求设计的电极自动夹具需满足以上各种规格的电极夹持吊运，且具有自动夹紧与释放功能，即在夹紧与释放电极时，不需要外加动力，而是利用夹具自身的重量和所夹持的电极的重量自动地夹紧与释放。

2 夹具的组成及工作原理

电极自动夹具的组成如图2所示，它是由左、右拉杆，左、右夹板，左、右连杆，导向杆，导向架，吊挂，自动机构，限位块，支承板，定位板，手轮，横梁等组成。左、右拉杆，左、右夹板，左、右连杆分别铰接于A、C两点，左、右夹板与支承板分别铰接于E、G两点，左、右连杆与导向架分别铰接于D、F两点，左、右拉杆铰接于B点，导向杆、限位块固定于支承板上，导向架可沿导向杆升降，定位板通过手轮来调节高度，自动机构固定于横梁上。工作时，张开左、右夹板的夹具从电极上方放下，定位板接触电极后，夹具整体停止向下运动，在左、右夹板和左、右拉杆等构件的重力作用下，左、右夹板分别绕A、C两铰点转动，夹板开度继续增大，同时，自动机构亦随之向下运动，当自动机构的触杆与限位块接触后，由于上述重力的作用，自动机构继续向下运动，触杆被压缩，夹板开度增至最大，这时，自动机构动作，夹板张开的锁定条件被取消，随后，当吊起夹具时，由于左、右夹板和拉杆的重力作用，左、右夹板反向转动，夹板开度逐渐减小，直至夹紧电极从而将电极吊起。释放电极时，电极首先接触支承物停止向下运动，在左、右夹板和左、右拉杆等构件的重力作用下，左、右夹板分别绕A、C两铰点转动，夹板张开，同时自动机构向下运动，直至自动机构的触杆被限位块压缩、夹板开度增至最大，这时，自动机构动作，锁住左、右夹板，使左、右夹板在重力作用下不能转动，左、右夹板不能合拢，随后，可吊起夹具，使夹板保持张开状态，进行下一电极的搬运工作。夹持吊运不同高度尺寸的电极时，调节定位板的高度，使夹板开度合适即可。

3 自动机构的工作原理

如图3（a）所示，自动机构由触杆、转动销、上凸轮齿、下凸轮齿、弹簧、弹簧座、钢球、固定架组成。工作时当触杆头的挂钩处于图3（a）的横置状态时，挂钩钩住限位块，使夹具夹板在重力作用下不能转动，固定架下降时，由于限位块底部的限制，触杆被压入固定架，这时，转动销由位置A垂直向上运动到位置B，固定架继续下降时，转动销由位置B升至位置C，同时，绕自动机构中心线旋转了45°，当固定架上升时，触杆在弹簧力的作用下，转动销由位置C垂直向下运动到位置D，固定架继续上升时，触杆在弹簧力的作用下，转动销由位置D下降到位置E，同时，转动销再次转动45°，使触杆头的挂钩处于图3（b）所示的状态，这时，继续升起固定架（吊起夹具）挂钩不能钩住限位块而运动至图3（c）位置，这时夹具将吊起电极。当触杆由图3（b）状态再次被压入固定架，转动销经F、G、H运动到位置I，即转动销转动了90°，使触杆挂钩再次处于图3（a）位置状态，这时上升固定架（吊起夹具），挂钩挂住限位块，夹板在重力作用下不能转动，达到释放电极的目的。反复上述过程，即可不断进行电极的夹持与释放操作。

4 夹具的受力分析及安全系数计算

如图4所示，由于夹具的重量主要集中在杆L3、L4、L5上，为计算方便，不计杆L1、L2及连杆、导向架的重量，将L1、L2视为二力杆，因连杆、导向架在夹持过程中不受力（仅起导向作用），因此夹具杆系所受外力有：拉力P1，电极正压力F1、F2，摩擦力f1、f2，杆L3、L4、L5的重力G1、G2、G3（点H、I、J分别为杆L3、L4、L5的

重心）。

以上仅以一种规格的电极计算为例，对其他规格的电极计算相同，其计算结果同样满足生产要求。

5 结语

（1）由于夹持吊运的电极规格较多、夹持宽度相差较大，随着夹持宽度的变化，α、β等计算参数亦随之变化，在进行结构设计时，对接触电极的夹板弧线要进行合理设计，才能满足各种电极规格的要求。

（2）由于结构设计的原因，导向杆设计为两件，两导向杆实为同一导向，因此对两导向杆的平行度等要作严格要求。另外，在作自由度计算时，两导向杆亦只能算作同一个约束。

（3）连杆与水平面的夹角要合适，如该夹角过小，会导致导向不灵活，如该夹角过大，会导致夹具结构尺寸过大。

（4）定位板的设置，解决了夹持吊运不同高度电极的要求，调节定位板高度，可使夹持吊运不同高度电极时有较合理的安全系数。