随着经济的发展和科技的进步,液化天然气(LNG)在汽车领域被广泛使用。目前在LNG气站中,对汽车加注LNG仍需要人工来完成,此方式自动化程度低,人工成本高且不利于劳动者的身心健康。急需采用自动化设备取代传统的人工操作方式,提高工作效率,增强市场竞争力。为解决此问题,本文的研究工作如下:首先,从LNG气站专用自动加液机的功能需求出发,设计了一套自动加注流程。通过常见车型的加注要求分析,确定了自动加液机为5自由度、工作空间为1m×1m×1m以及负载能力为35KG等设计指标。根据设计指标采用比较法对不同的加注方式、构型方案、传动方式等进行分析和对比,确定了最优的LNG气站专用自动加液机总体设计方案。其次,按照功能将自动加液机的结构划分为:末端执行器模块、X/Y/Z轴传动模块、转动模块、偏转模块四大部分。在对各模块进行功能分析的基础上,完成了各模块的详细结构设计,建立了自动加液机的三维模型。主要的结构设计为:(1)末端执行器模块是按照手动操作加液枪和回气枪的标准结构进行设计的,采用蜗轮蜗杆模组与滚珠丝杠模组的配合,完成了加液枪和回气枪两者间相对位置的自动调整,实现了自动加液机对多种车型的加注要求。通过设计夹具和被动柔顺结构,实现了末端执行器模块的快速拆装和柔性定位功能;(2)X/Y/Z轴传动模块的设计,采用滚珠丝杠模组搭建了悬臂式直角坐标结构,实现了自动加液机X/Y/Z轴方向的快速直线移动,满足了自动加液机的高执行效率要求;(3)转动模块和偏转模块采用齿轮传动的结构设计,实现了自动加液机绕X/Z轴方向旋转的要求。再次,通过理论分析了自动加液机的受力特性,确定其薄弱位置为X轴悬伸量最大的位置。采用ANSYS Workbench仿真软件,模拟自动加液机的操作过程,并在薄弱位置下进行动静态特性分析。通过对薄弱零部件进行增大壁厚和增加加强筋的优化设计,使得整机结构的应力和变形得到了明显改善,与之前的结构相比,最大应力值减少5.4%,最大变形量减少77.3%,大大提高了自动加液机的运行精度。通过整机结构的模态分析,得出自动加液机的固有频率远离伺服电机等振源的频率,避免了自动加液机在操作过程中的共振现象,保障了整机结构的稳定性。最后,根据LNG气站专用自动加液机的动作和功能要求,确定了自动加液机基于PC机+DMC3800运动控制卡的控制方式,完成了满足功能要求的硬件选型和软件设计方案。