2777 軌道式電動搬運車及其控制系統(tǒng)設計

2777 軌道式電動搬運車及其控制系統(tǒng)設計,軌道,電動,搬運車,及其,控制系統(tǒng),設計 畢業(yè)設計（論文）任務書汽車與機械工程 系 機械設計制造及自動化 專業(yè) 班題 目 軌道式電動搬運車及其控制系統(tǒng)設計任務起止日期：學 生 姓 名指 導 教 師學 號教研室主任 年 月 日審查院 長 年 月 日批準一、畢業(yè)設計（論文）任務課題內(nèi)容架橋機是架設橋梁時用來提升、移動 T 梁，使其達到指定位置的起重設備，它廣泛應用于橋梁的施工，較好地解決了水上、陸地和高山峻嶺搭設支架施工的難題，并極大地提高了工作效率，縮短了工期，在橋梁的建設中發(fā)揮了巨大作用。其中，設計的軌道式電動搬運車要求可以承載 50 噸重的 T 梁，由電動機驅(qū)動沿導軌同步動作，實現(xiàn) T 梁的運輸。其主要設計參數(shù)為：承載 50t，行走速度 7.5m/min。課題任務要求1、以電動機為原動機的軌道式電動搬運車整體方案的設計；2、軌道式電動搬運車的受力分析與計算；3、確定傳動系統(tǒng)方案；4、軌道式電動搬運車的電氣控制系統(tǒng)設計。5、完成總裝圖和全部零件圖；6、完成畢業(yè)設計論文、開題報告。課題完成后應提交的資料（或圖表、設計圖紙）1.開題報告；2.畢業(yè)設計論文一本：1） 中、英文摘要2） 設計方案論述3） 設計過程說明與計算4） 軌道式電動搬運車的特點及使用方法3.機械設計圖紙：1）2）3）軌道式電動搬運車總體裝配圖軌道式電動搬運車車架結(jié)構(gòu)圖電氣原理圖、其它零件圖主要參考文獻與外文翻譯文件（由指導教師選定）1.陳道南，盛漢中. 起重機課程設計[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，20002.陳道南. 起重運輸機械[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，19973.王官遜，裘為章. 起重機設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，19804.徐灝. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，19955.濮良貴，紀明剛. 機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，20016.鄧星鐘. 機電傳動控制[M]. 武漢：華中科技大學出版社，20017.起重機械有關(guān)的各類書籍和科技文獻同組設計者注：1. 此任務書由指導教師填寫。如不夠填寫，可另加頁。2. 此任務書最遲必須在畢業(yè)設計（論文）開始前一周下達給學生。3. 此任務書可從教務處網(wǎng)頁表格下載區(qū)下載序號畢 業(yè) 設 計（論 文）工 作 任 務工 作 進 度 日 程 安 排周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 201 查閱資料，自學相關(guān)基礎(chǔ)知識 一 一2 完成開題報告 一 一3 確定電動搬運車結(jié)構(gòu)形式及傳動系統(tǒng)方 案 一 一4 理論分析計算 一 一5 傳動系統(tǒng)各元件的選取 一6 總裝圖設計 一 一 一7 繪制零件圖 一8 繪制電氣原理圖 一 一9 整理說明書 一10 畢業(yè)答辯 一二、畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表注：1. 此表由指導教師填寫；2. 此表每個學生人手一份，作為畢業(yè)設計（論文）檢查工作進度之依據(jù)；3. 進度安排請用“一” 在相應位置畫出。時間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段內(nèi)容 組織紀律 完成任務情況 組織紀律 完成任務情況 組織紀律 完成任務情況檢查記錄教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期三、學生完成畢業(yè)設計（論文）階段任務情況檢查表注：1. 此表應由指導教師認真填寫。階段分布由各學院自行決定。2. “組織紀律”一檔應按《長沙理工大學學生學籍管理實施辦法》精神，根據(jù)學生具體執(zhí)行情況，如實填寫。3. “完成任務情況” 一檔應按學生是否按進度保質(zhì)保量完成任務的情況填寫。包括優(yōu)點，存在的問題與建議4. 對違紀和不能按時完成任務者，指導教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出忠告并督促其完成。四、學生畢業(yè)設計（論文）裝袋要求：1. 畢業(yè)設計（論文）按以下排列順序印刷與裝訂成一本（撰寫規(guī)范見教務處網(wǎng)頁）。(1) 封面(3) 畢業(yè)設計（論文）任務書(5) 英文摘要(7) 正文(9) 致謝(11) 附件 1：開題報告（文獻綜述）(2) 扉 頁(4) 中文摘要(6) 目錄(8) 參考文獻(10) 附錄（公式的推演、圖表、程序等）(12) 附件 2：譯文及原文影印件2. 需單獨裝訂的圖紙（設計類）按順序裝訂成一本。3. 修改稿（經(jīng)、管、文法類專業(yè)）按順序裝訂成一本。4.《畢業(yè)設計(論文) 成績評定冊》一份。5．論文電子文檔[由各學院收集保存]。學生送交全部文件日期學生（簽名）指導教師驗收（簽名）畢業(yè)設計（論文）軌道式電動搬運車及其控制系統(tǒng)的設計學生姓名：學班號：級：所在院(系 ):指導教師：完成日期 :軌道式電動搬運車及其控制系統(tǒng)設計摘要架橋機是架設橋梁時用來提升、移動T梁，使其達到指定位置的起重設備，它廣泛應用于橋梁的施工，較好地解決了水上、陸地和高山峻嶺搭設支架施工的難題，并極大地提高了工作效率，縮短了工期，在橋梁的建設中發(fā)揮了巨大作用。軌道式搬運車是架橋機的一個重要組成部分，主要用來搬運T梁，使其達到指定地點的運輸設備，廣泛用于混凝土預制場及野外施工工地，在橋梁及公路建設中發(fā)揮了巨大作用。本設計中，主要涉及兩大塊：機械傳動裝置的設計和電氣控制裝置的設計。機械傳動裝置設計中，主要包括傳動方案的設計、電動機的選型、減速器的選擇、傳動齒輪的設計、傳動軸的設計；在電氣控制系統(tǒng)的設計中，包括工藝流程圖的設計、PLC的選型、外部接線圖的設計、梯形圖和指令語句的設計。關(guān)鍵字：架橋機 ；搬運車；傳動系統(tǒng)；PLC軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計RAIL TYPE ELECTRICAL CARRIER ANDCONTROL SYSTEM DESIGNABSTRACTBridge girder erection machine is used to ascend and remove the T beam. It isa lifting equipment which can remove the T beam to the designated location. It iswidely applied in bridge construction, which has solved the problem of building stentsin water, land and mountain. And bridge girder erection machine greatly improve theworking efficiency, shorten the construction period. It plays a great role in theconstruction of the bridge. Orbital carrier is a important part of bridge girder erectionmachine, which is mainly used to transport T beam to the designated location. Orbitalcarrier plays a important role in the construction of the bridge and highway, which iswidely applied in prefabricated field and wild projects.In this design, mainly involves two sections: One is the mechanicaltransmission device design ， The other is electrical control system design. Inmechanical transmission device design, mainly including the transmission schemedesign, the selection of electromotor, the selection of gear transmission design, thedesign of the transmission shaft, At the electric control system design, includingprocess diagram design, selection of PLC, the design of the ladder-diagram hook andinstruction of statements.Key words: bridge girder erection machine ; carrier ; transmission systems ;PLC軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計目錄1 緒論............................................................................................................................11.1 架橋機和搬運車的現(xiàn)狀...............................................................................11.1.11.1.2架橋機的分類....................................................................................1搬運車的分類....................................................................................21.2 架橋機的主要組成及其功能.......................................................................31.3 架橋機和搬運車的發(fā)展趨勢.......................................................................51.4 本文的主要工作...........................................................................................62 傳動總體方案設計....................................................................................................72.1 電動機選型.....................................................................................................72.1.12.1.2輪壓計算:.......................................................................................... 7電動機的選型....................................................................................82.2 減速器選型...................................................................................................92.2.12.2.2傳動比的分配....................................................................................9齒輪減速器的選擇和校核................................................................93 傳動裝置的設計和計算..........................................................................................103.1 傳動齒輪設計.............................................................................................103.1.13.1.23.1.3選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)..................................10按齒面接觸強度設計......................................................................10按齒根彎曲強度設計......................................................................123.2 軸的設計.....................................................................................................153.2.13.2.2主動軸的設計..................................................................................15從動軸的設計..................................................................................224 搬運車電氣控制系統(tǒng)設計....................................................................................244.1 畫工藝流程圖和動作順序表.....................................................................244.2 PLC 選型 ......................................................................................................254.3 主電路和外部接線圖.................................................................................26軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計4.4 梯形圖.........................................................................................................274.5 指令程序.....................................................................................................285 結(jié)論........................................................................................................................29參考文獻......................................................................................................................30致謝..............................................................................................................................31軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計1 緒論1.1 架橋機和搬運車的現(xiàn)狀1.1.1 架橋機的分類我國目前的公路架橋機雖說形式各異，但概括起來可以分為導梁式架橋設備與專用架橋機兩大類。1 導梁式架橋設備這類架橋設備是利用拼裝成的導粱作為承重移動支架，再配置部分起重裝置與移動機具來實現(xiàn)架梁。根據(jù)導粱結(jié)構(gòu)組成的不同特征．該種設備又可分為以下兩種類型：(1) 用萬能桿件組裝成導梁的架橋設備目前，在日內(nèi)使用也較為普遍。它采用萬能桿件組拼導粱，同樣也配置部分起重與移動機具構(gòu)成，屬于非定型的l臨時設備。其基本桿件輕，加工簡單；采用高強螺栓聯(lián)接，非彈性變形?。徊⒛茉诏B層及加強弦桿后組拼承載能力較大的導梁，可適應較大跨度預制粱的架設。(2) 用戰(zhàn)備軍用桁梁組裝成導梁的架橋設備這種架橋設備是近幾年才出現(xiàn)的，它采現(xiàn)有戰(zhàn)備軍用桁梁組拼成導梁，再配置起吊與移動裝置構(gòu)成，由于這種設備的導梁采用重型結(jié)構(gòu)單元拼裝，導粱的承載能力大，適用于大跨度橋梁的架設。但這種設備自重過大，利用系數(shù)較低f小于O-4)，整機移動困難；而且在架設大跨度橋梁時因?qū)Я磺岸藨冶蹞隙容^大，縱移就位困難。(3) 專用架橋機專用架橋機是在導梁式架橋設備基礎(chǔ)上，通過對其結(jié)構(gòu)與機構(gòu)進行改善而發(fā)展起來的一種定型的橋梁專用施工機械。(4) 雙導梁型公路架橋機雙導粱形式在我國目前公路架橋機中應用最廣，受到外部空間尺寸限制，且更易實現(xiàn)吊梁小車的布置。導粱的承載能力強，整機橫向穩(wěn)定性能也較好但雙導第 1頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計梁型架橋機存在的主要問題是，對架設曲線橋與斜交橋的適應能力較差。2 單導粱型公路架橋機單導梁型公路架橋機具有結(jié)構(gòu)緊湊、利用系數(shù)較高、對曲線及斜交橋梁架設適應能力強．容易實現(xiàn)架設外邊梁等特點。3 鋼索斜拉式公路架橋機該架橋機在中問支腿外的導梁上方設立有一高約20m 的鋼結(jié)構(gòu)塔架．用以安裝斜拉鋼索以降低導梁懸臂撓度。斜拉鋼索有利于降低導梁懸臂狀態(tài)時的應力與懸臂端撓度，可減輕導梁自重。但整機重心提高，橫移時穩(wěn)定性能差；在架設施工中，如遇高壓供電線纜等物．無法實現(xiàn)縱移；現(xiàn)場組裝困難．且斜拉鋼索的預拉力難以控制調(diào)整。4 側(cè)向取梁型公路架橋機用于長大橋梁施工，采用將預制梁片從開行至橋墩側(cè)邊的運輸車輛上提升起來，并吊梁橫向走行至梁位進行落梁。其主要優(yōu)點是：便于多點多機投人架梁施工；架粱作業(yè)程序簡單和效率高；吊梁橫移時，導梁不動，并可與墩臺連接．整機的穩(wěn)定性能好。但整機自重大．利用系數(shù)偏低：縱移時采用放置在前方墩頂上的卷揚機拖拉．因而需配以吊機予以輔助施工。1.1．2 搬運車的分類常用的運梁車有以下幾種：1 軌道式搬運車對于梁長16～60 m ,重16～60 t 的主梁,一般采用軌道搬運車運輸,由卷揚機或軌道拖車頭牽引,但需要在預制場和橋位之間鋪設道軌,修建簡易鐵路,需涉水的還需修建臨時便橋,此外,在預制場還需設置門式吊機或其他大型起重機械,才能把主梁吊起放在軌道搬運車上。2 輪胎式運梁車它由主動車和從動車構(gòu)成，主動車與從動車之間通過預制構(gòu)件相連接；主動車包括車架體，在車架體上設置有驅(qū)動傳動行走機構(gòu)和液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)；從動車包括車架體，在車架體上設置有行走轉(zhuǎn)向機構(gòu)；其中，在主動車和從動車上的車架體上分別設置有縱向連接架和橫向連接架；縱向連接架包括縱梁，在縱梁內(nèi)設置有連接管，連接管一端與縱梁結(jié)合在一起，連接管另一端以彈性連接的方式穿過第 2頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計橫梁并在連接管端部設置有限位件。3 炮桿拖車或平板拖車對梁長6～6 m ,梁重6～16 t 的主梁,一般選用炮桿拖車(目前已禁止使用) 和平板拖車。炮桿拖車運梁是在主車的后面連接炮桿拖車。在主車的貨箱上固定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤,主車拖車掛鉤和后面的拖車用一厚壁的鋼管相聯(lián)(鋼管的長度根據(jù)主梁長度而定) ,后面的拖車和鋼管統(tǒng)稱為炮桿拖車。運輸主梁時,首先在預制場用吊車將主梁吊起放在主車轉(zhuǎn)盤和拖車轉(zhuǎn)盤上,將主梁固定好,由主車牽引炮桿拖車載梁運至橋位處,再用吊車將主梁吊起架設在蓋梁上。使用平板拖車運輸主梁,梁長小于16 m ,可直接用吊車吊起主梁放在平板拖車上,固定好后即可運輸 ;梁長大于16 m時,需在車箱板上設置旋轉(zhuǎn)支架,把梁吊起放在兩個支架上固定好,前后主梁梁頭伸出車身一部分,才能運輸。用這兩種車輛運輸,因河灘上無道路,而運梁車需通過河灘、河床并涉水,行車條件較差,而車輛運輸屬公路運輸,在河灘上運輸長且重的主梁,其牽引能力、通過性能大大降低,保證不了正常運輸,需修建汽車便道和臨時便橋;此外,在預制場還需要起重機械把主梁吊放在車上 ,才能載梁運輸。梁長超過16 m、梁重超過16 t 時,受車輛荷載限制,無法用這兩種車輛運梁。4 低貨位重型運梁扁擔車根據(jù)扁擔挑重物的原理研制的。使用此車運梁造價低、使用方便,不需修建汽車便道和臨時便橋,預制場也不需設置門式吊機或其他起重機械。此車只要稍加改動,換上重型輪胎,加固扁擔梁,既可運輸長30 m ,重45 t 的主梁,是建設大型梁式橋的理想運梁機械,有一定的推廣應用價值。1.2 架橋機的主要組成及其功能架橋機由主體金屬結(jié)構(gòu)、起升系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等部分組成。1 主體金屬結(jié)構(gòu)該機的主體金屬結(jié)構(gòu)由主梁、后車Q型支腿、中車 0型支腿和前支腿等部分組成。主梁采用兩跨連續(xù)雙主梁的結(jié)構(gòu)型式。通過調(diào)整中車的支承高度，可改變中車反力，必要時可減輕架梁時對墩頂?shù)淖饔昧?。主梁采用箱型結(jié)構(gòu)，梁頂設有方鋼軌道供起重小車走行。主梁分4節(jié)制造以方便運輸，各梁節(jié)之間采用節(jié)點板精制螺栓連接。后支腿采用Q形結(jié)構(gòu)形式，分5節(jié)制造，均為箱型截面。過隧道時，后支腿兩第 3頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計側(cè)上曲梁與主梁連接處可繞軸鉸轉(zhuǎn)動90。，下曲梁可向上翻起，減小后車支承處的寬度和高度，以適應隧道的凈空要求。中車支腿采用O形結(jié)構(gòu)形式，分6節(jié)制造，均為箱型截面。中車下橫梁與中車臺車組設有2組連接點，對應的中車軌距分別為6m 和7．5m ，以適應不同梁型的架設要求。過隧道時，拆除支腿上部的馬鞍和下部橫梁，支腿兩側(cè)上曲梁轉(zhuǎn)動90。，下曲梁向上翻起，減小中車支承處的寬度和高度，以適應隧道的凈空要求。前支腿采用平面構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式，由立柱系和聯(lián)結(jié)系組成，通過2個軸鉸分別與2片主梁連接。支腿與主梁共有3個連接點，與不同的連接點連接時可架設不同的梁跨。支腿縱走動作通過電機驅(qū)動軸鉸上部的反抓輪實現(xiàn)。立柱系采用箱形截面，聯(lián)結(jié)系采用H形截面。立柱底部設有鉸座支承在墊石上，保證立柱為中心受壓桿件。為了抵消懸臂過孔時主梁的撓度以及架設不同高度的箱梁，立柱下底部設一伸縮節(jié)，以改變前支腿的高度。立柱的伸縮由立柱側(cè)面的液壓缸實現(xiàn)，伸縮到位后安裝銷軸固定。2 起升系統(tǒng)起升系統(tǒng)由2臺起重小車、4臺卷揚機和2套吊具組成。起重小車采用牽引小車型式，每臺起重小車設2個吊點，額定起重量均為450t 。起升機構(gòu)中4個吊點分別由4套獨立的傳動裝置驅(qū)動，前小車的卷揚機放在主梁最后端，后小車的卷揚機放在前小車卷揚的前部。前小車2個吊點用一根鋼絲繩在主梁的前端由2個游輪和2個均衡輪平衡卷繞，構(gòu)成1個平衡吊點；后小車2個吊點由2根鋼絲繩獨立卷繞，繩端固定在端橫梁上，構(gòu)成2套獨立的卷繞系統(tǒng)，呈2個獨立吊點。2臺起重小車實現(xiàn)4點起吊、3點平衡。定滑輪組上首先繞入的滑輪和最后繞出的滑輪軸線大大高于其它滑輪，這樣可保證從4個卷揚機出來的4根鋼絲繩相互之間沒有任何干擾，并且可使小車至卷揚機問的鋼絲繩保持水平，不必設置托輥，可有效地延長鋼絲繩的使用壽命，提高起升機構(gòu)的安全性。起升機構(gòu)設雙制動裝置，在傳動裝置的高速端(減速機輸人軸)設電力液壓推桿瓦塊式制動器，低速端(卷筒)設失效保護盤式制動器，以達到工作制動和超速安全制動的目的。吊具主要由動滑輪組、吊具橫梁、均衡梁、銷軸、吊軸組等組成。通過吊具第 4頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計橫梁和銷軸，可以實現(xiàn)吊具的左右和前后擺動，從而使吊具在工作過程中始終保持良好的受力狀態(tài)。與小車架上的定滑輪組相對應，每個吊具上裝有2個動滑輪組，每個動滑輪組上有10個動滑輪。為了起吊單箱雙室和單箱單室兩種梁型，架橋機配置了2套吊具，吊點橫向距離分別為6m和3．68m。3 走行系統(tǒng)走行系統(tǒng)包括主機走行機構(gòu)和起重小車走行機構(gòu)。主機走行機構(gòu)分為中、后車走行機構(gòu)，均采用輪軌走行方式。中車軌距6m或 7．5m ，后車軌距7．5m。中車走行機構(gòu)有4組中車臺車組，每側(cè)2組，通過中車均衡梁與中車O 型腿下橫梁連接。中車走行驅(qū)動裝置采用斜齒輪一傘齒輪減速機，制動轉(zhuǎn)矩由減速機制動器提供。架橋機架梁前，利用中車頂升液壓系統(tǒng)將整個中車頂起，使車輪脫離軌道，通過支承墊板使中車臺車架承受架梁工況載荷。后車走行機構(gòu)支承在后車Q 型門架下，采用與中車走行機構(gòu)相同直徑的走行輪，后車臺車組均為從動臺車。起重小車采用雙線雙軌走行形式，每側(cè)軌距1．06m ，兩側(cè)軌道中心距6．2m 。起重小車采用鏈輪驅(qū)動，選用節(jié)距3英寸的鏈條，并在鏈條下設置鏈托，使其始終保持平直。鏈條兩端的固定裝置不限制鏈條的橫向移動，以有效地防止斷鏈現(xiàn)象。為了限制小車縱向走行出現(xiàn)蛇形，在一根主梁上的起重小車走行臺車增設了水平輪，也可以有效地減少運行過程中輪緣與軌道側(cè)面的摩擦阻力。1.3 架橋機和搬運車的發(fā)展趨勢從架橋機的現(xiàn)狀來看．目前已進入中國市場并具有比較大影響力的國外專業(yè)架橋機械制造商有意大利Nicola公司和挪威NRS 公司．此外還有 COMTEC公司和德國KAMAG公司等。國內(nèi)8家企業(yè)的9臺900t級架橋機基本都沒有考慮隧道因素。整體皆無法穿過客運專線雙線隧道，只能部分拆卸、分解穿過，且在隧道口由于沒足夠的施工空間，架橋機的施工也非常不便。由于上述種種客觀條件和現(xiàn)有機械裝備的尺寸限制．使客運專線的施工受到極大的制約．阻礙了施工進度并增加了建設成本。我國目前的公路架橋機概括起來可以分為導梁式架橋設備與專用架橋機兩大類，性能各異。但是鐵路、公路建設條件復雜，大都是野外作業(yè)．有時還需要夜間作業(yè)，作業(yè)工況非常復雜．這就對架橋機的實用性、先進性、可靠性等性能提出了更高的要求。從搬運車的現(xiàn)狀來看，輪胎式運梁車一般用于大噸位箱梁的搬運，且對路面第 5頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計的要求不高。而軌道式搬運車一般用于T梁的搬運，且在搬運過程中需要鋪設軌道，因而對路面有一定地要求。目前，國內(nèi)的電動搬運車一般為卷揚機牽引式，外接電源。日產(chǎn)的電動搬運車采用電機驅(qū)動并配有發(fā)電設備，不用拖掛找電纜，較適用于野外及遠離電源的場合，因此，國內(nèi)的電動搬運車應向這個方向發(fā)展。1.4 本文的主要工作本文主要涉及兩大塊：機械傳動裝置的設計和電氣控制系統(tǒng)設計。機械傳動裝置的設計主要包括傳動方案的確定、電動機的選型、減速器的選擇、傳動齒輪的設計、傳動軸的設計；電氣控制系統(tǒng)的設計包括流程圖的設計、PLC 的選型、外部接線圖的設計、梯形圖和指令語句編寫。本文主要開展以下幾方面的工作：（1）、確立傳動總體方案，根據(jù)給定設計參數(shù)選擇電動機的型號，再根據(jù)總傳動比合理選擇減速器；（2）、各非標準件的設計和校核，主要包括傳動齒輪、主動軸和從動軸的設計和校核；（3）、應用CAD軟件繪制裝配圖、機架圖和各零件圖；（4）、控制系統(tǒng)的設計，并手繪硬件接線圖。第 6頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計2 傳動總體方案設計本文所設計的軌道式電動搬運車是一種簡易的 T 梁運梁車，其結(jié)構(gòu)主要包括電動機、傳動裝置、車輪組、制動裝置和機架，適用于小范圍內(nèi)的搬運。如下圖 2.1所示，為初步擬定的搬運車傳動總體方案。1、電動機3、聯(lián)軸器5、減速器圖 2.12.1 電動機選型傳動總體方案2、車輪4、聯(lián)軸器和制動器6、齒輪2.1.1 輪壓計算:車輪踏面疲勞計算強度 : Pc??G 25000???????? 62.5KN4 4第 7頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計車輪材料采用 ZG340-640??s?? 380MPa,??b?? 700MPa查《起重機課程設計》附表 18，選車輪直徑,查《起重機課程設計》表 5-1，選軌道型號 P38 ，接觸類型為線接觸。線接觸局部擠壓強度公式:P'?? K1Dc lC1C2 (2-1)查《起重機課程設計》表 5-2，許用線接觸應力常數(shù)( N / mm 2 ) K1?? 6.6 ;由車輪轉(zhuǎn)速n c??v 7.5????????? 4.78r / min?D 3.14?? 5查《起重機課程設計》表 5-3，轉(zhuǎn)速系數(shù) C1?? 0.95;查《起重機課程設計》表 5-4，工作級別系數(shù) C2?? 1 ;車輪與軌道的有效接觸長度 l， P38 軌道的 l?? 68mm 。所以P'?? 6.6?? 500?? 68?? 0.95??1?? 213.18KN >62.5KN,故驗算通過。2.1.2 電動機的選型Pw?? F?? V1000 (2-2)Pr?? Pwhw(2-3)所以h w?? h1?? h 2?? h 3?????? h nF?? m?? GPw :工作機需要的輸入功率;F:工作機的阻力;V:工作機的線速度;Pr :工作機實際需要的電動機輸入功率;h w :工作機效率;m:軌道摩擦系數(shù)，G:工作機載重， G?? mg, m?? 25000, g?? 10N / kg ;第 8頁 共 31 頁(2-4)(2-5)|?||?1.46%、為滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段左端需制出一軸肩，故取Ⅴ軸段的的直徑 dⅤ?? 110mm ,Ⅳ軸段直徑 dⅣ?? 118mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為L1?? 167mm ,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸上，故 Ⅴ段軸的長度比 L1 略短，取 LⅤ?? 165mm 。2>、取安裝齒輪處的軸段Ⅳ的直徑為 dⅣ?? 118mm ；齒輪的右段采用鎖緊擋圈進行軸向定位，齒輪左端采用軸肩定位，軸肩高度 h > 0.07d，故取 h = 8mm，故d III?? 130mm , lIV?? 680mm3>、初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接 觸 球 軸 承 。 根 據(jù) d III130mm , 初 選 角 接 觸 球 軸 承 7326B/DT ， 其 尺 寸 為d?? D?? B?? 130mm?? 280mm?? 58mm 。右段滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。故取d II?? 140mm 。（3）、軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器、車輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 d V =110mm 查《機械設計》表 6-1 得平鍵截面 b?? h?? 28mm?? 16mm ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為150mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7K6 。按 d IV?? 118mm,查《機械設計 》表 6-1 得平鍵截面 b?? h?? 28mm?? 16mm ，長為 40mm，為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 H7n6 ；第 16頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計按 d II?? 140mm ,查《機械設計》表 6-1 得平鍵截面 b?? h?? 28mm?? 16mm ，長為 110mm,為保證車輪與軸的配合有良好的對中性，故選擇車輪輪轂與軸的配合為H7n6 ；軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。（4）、計算軸上的載荷根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。FNH1 FNH 2 FtFfM H2M HM H1FNV1FFNV2 Fr第 17頁 共 31 頁載 荷 水平面 H 垂直面 V支反力F5FNH1?? 3.18??10 N5FNH 2?? 3.06??10 N5FNV1?? 6.01?10 N5FNV 2?? 6.38??10 N彎矩M6MH1????4.39?? 10 N?? mm6M H 2?? 4.05?? 10 N?? mm6MV1????8.06?? 10 N?? mm6M V 2?? 8.43?? 10 N?? mm總彎矩 2 2M1?? 4390000?? 806000007? 8.07?? 10 N?? mm2 2M2?? 4050000?? 843000007? 8.44??10 N?? mm扭矩T7T1?? 1.42??10 N?? mm軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計M V2M VM V1T圖 3.3 軸的載荷分析圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 b 是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面 B 出的 M H 、 M V 及 M 的值列于下表。表 3-1 軸的受力情況（5）、按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面 B)的第 18頁 共 31 頁M11)2?(??T (8.44?10)2?(0.6?14200000)2M?2.35?10N?mmT1?1.42?10N?mm軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計強度。根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)應力，取??? 0.6 ，軸的計算應力?ca??2W ?70.1?1402? 56.6MPa前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查《機械設計》表 15-1 得 [??1 ]?? 60MPa 。因為?? ca?? [??1 ] ,故安全。（6） 精確校核軸的疲勞強度1 判斷危險截面從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面 I 和 III 處過盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面 II 上的應力最大。截面 I 的應力集中的影響和截面 III 的相近，但截面 I 不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面 II 上雖然應力最大，但應力集中不大，而且這里軸的直徑最大，故截面 II 也不必校核。因此該軸只需校核截面 III 左右兩側(cè)即可。2 截面 III 的右側(cè)抗彎截面系數(shù) W?? 0.1? d3?? 0.1? 1303?? 219700mm3抗扭截面系數(shù) WT?? 0.2?? d3?? 0.2?? 1303?? 439400mm3截面 III 右側(cè)的彎矩 M 為7（3-29 ）（3-30 ）截面 III 上的扭矩為 7截面上的彎曲應力 M 2.35??107?b???????????????? 62.4MPaW 219700 （3-31 ）截面上扭轉(zhuǎn)切應力 ?T?? T1W?1.42??107??????????? 25.9MPa0.2??1403（3-32 ）軸 的 材 料 為 45 鋼 ， 調(diào) 質(zhì) 處 理 。 查 《 機 械 設 計 》 表 15-1 得 ，?B?? 640MPa,???1?? 275MPa,???1?? 155MPa 。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)??? 及???? ,按《機械設計》表 3-2 查第 19頁 共 31 頁??1.076，經(jīng)插值后查得k?11.821k?11.261軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計取。因 r 3 D 140?????? 0.023,d 130 d 130A???? 2.05,?????? 1.32又由《機械設計》附圖 3-1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為q??? 0.82, q???? 0.85故有效應力集中系數(shù)查《機械設計》附表 3-4 得k???? 1?? q??? (???? 1)?? 1?? 0.82?? (2?? 1)?? 1.82k???? 1?? q???? (???? 1)?? 1?? 0.85?? (1.31?? 1)?? 1.26(3-33)(3-34)查《機械設計》附圖 3-2 的尺寸系數(shù)??? ?? 0.59 ；查《機械設計》附圖 3-3 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)????? 0.77 。軸按磨削加工，由《機械設計》附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為????????? 0.92軸未經(jīng)表面強化處理，即??q?? 1,則按《機械設計》 式（3-12）及式（3-12a)得綜合系數(shù)為k????k????????? 1???????????? 1?? 3.17?????? 0.59 0.92???? 1???????????? 1?? 1.72?????? 0.77 0.92(3-35)(3-36)又由《機械設計》3-1 節(jié)和 3-2 節(jié)得碳鋼的特性系數(shù)???? 0.1?? 0.2, 取??? ?? 0.1???? 0.05?? 0.1, 取????? 0.05于是，計算安全系數(shù) Sca 值，按《機械設計》式(15-6)-(15-8)則得S??? ??1K??????a?????????m275?????????????????? 1.393.17?? 62.4?? 0.1? 0 (3-37）S??? ??1K??????a?????????m155????????????????????????? 3.441.72?? 25.9?? 0.05??17.48?? 2 （3-38 ）第 20頁 共 31 頁S??2?SM?2.35?10N?mmT1?1.42?10N?mmk?k?軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計Sca?? S??? S?2 ? 1.39?? 3.441.392?? 3.442? 1.6?? S?? 1.5 （3-39 ）故知其安全。3、截面 III 左側(cè)抗彎截面系數(shù) W 按《機械設計 》表 15-4 中的公式計算。W?? 0.1? d3?? 0.1? 1403?? 274400mm3抗扭截面系數(shù)WT?? 0.2?? d3?? 0.2?? 1403?? 548800mm3彎矩 M 及彎曲切應力為7?b?? M 2.35??107??????????? 60.6MPaW 274400扭矩 T1及扭轉(zhuǎn)切應力為7T??? T1WT1.42??107??????????? 25.9MPa548800過盈配合處的 k????,由《機械設計》附表 3-8 用插值法求出，并取? 0.8?????????????于是得k????? 3.16 k????? 0.8?? 3.16?? 2.53軸按磨削加工，由《機械設計》附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為????????? 0.92故得綜合系數(shù)為第 21頁 共 31 頁k?11S??S? 1.4?2.3軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計k???? k????1 1????? 1?? 3.16??????? 1?? 3.25?? 0.92k???? ???? 1?? 2.53??????? 1?? 2.62?????? 0.92所以軸在截面 III 左側(cè)的安全系數(shù)為S??? ??1k??????a?????????m275?????????????????? 1.43.25?? 60.6?? 0.1? 0S??? ??1k??????a?????????m155????????????????????????? 2.32.62?? 25.9?? 0.05?? 25.9?? 2Sca?? S??? S?2 2 ? 1.4?? 2.32 2 ? 1.6?? S?? 1.5故該軸在截面 III 左側(cè)的強度也是足夠的。3.2.2 從動軸的設計由于從動軸和主動軸在結(jié)構(gòu)上相似，故不需要再對從動軸進行強度校核，只需要對從動軸的尺寸進行設計。（1）、初步選擇滾動軸承。因軸承同時受徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。根據(jù)主動軸d III?? 130mm , 初 選 角 接 觸 球 軸 承 7326B/DT ， 其 尺 寸 是d?? D?? B?? 130mm?? 280mm?? 58mm ,右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位，故取d II?? 140mm 。（2）、根據(jù)已選??500 的車輪的寬度 B = 130mm，故取 lII?? 126mm 。（3）、軸上零件的軸向定位車輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 d II?? 140mm ,查《機械設計》表 6-1得平鍵截面 b?? h?? 28mm?? 16mm ,長為 110mm,為保證車輪與軸配合有良好的對中性，故選擇車輪輪轂與軸的配合為 H7n6 ;軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。（4）、從動軸的結(jié)構(gòu)圖第 22頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計I II圖 3.4從動軸第 23頁 共 31 頁III步序 輸入條件輸出KM1 KM2軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計4 搬運車電氣控制系統(tǒng)設計4.1 畫工藝流程圖和動作順序表如圖所示流程為搬運車運行的工藝流程。圖中 SB1 為正向啟動開關(guān)，SB2 為反向啟動開關(guān)，SB3 為停止開關(guān)， KM1 為正向接觸器，KM2 為反向接觸器。圖 4.1 搬運車運行工藝流程圖搬運車運行的動作順序表如表 2 所示。在輸出欄中，“+”表示接觸器得電，“—”表示接觸器失電。表 4-1 搬運車運行動作順序表第 24頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計前進停止返回SB1SB3SB2+----+4.2 PLC 選型首先應估計需要的 PLC 規(guī)模，選擇功能和容量滿足要求的 PLC。（1）、PLC 規(guī)模的估算為完成預定的控制任務所需要的 PLC 的規(guī)模，主要取決與設備對輸入輸出點的需求量和控制過程的難易程度。估算 PLC 需要的各種類型的輸入、輸出點數(shù)，并據(jù)此估算用戶的存儲容量，是系統(tǒng)設計中的重要環(huán)節(jié)。1、輸入、輸出點的估算。為了準確地統(tǒng)計被控設備對輸入、輸出點的總需求量，可以把被控設備的信號源一一列出，并認真分析輸入、輸出點的信號類型。一般情況下，PLC 對開關(guān)量的處理比對模擬量的處理簡單、方便，也可靠得多。因此，在工藝允許的情況下，常常把相應的模擬量與一個或多個門檻值進行比較，使模擬量變?yōu)橐粋€或多個開關(guān)量，再進行處理?？紤]到在實際安裝、調(diào)試和應用中，還可能會發(fā)現(xiàn)一些估算中未預見到的因素，要根據(jù)實際情況增加一些輸入、輸出信號。因此，要按估算數(shù)再增加 15%-20%的輸入、輸出點數(shù)，以備將來調(diào)整、擴充使用。2、儲存容量的估算。小型 PLC 的用戶儲存器是固定的，不能隨意擴充選擇。因此，選購 PLC 時，要注意它的用戶儲存器的容量是否夠用。用戶程序占用內(nèi)存的多少與多種因素有關(guān)。因此，在用戶程序編寫、調(diào)試好以前，很難估算出 PLC 所應配置的儲存容量。一般粗略的估算方法是（輸入點數(shù)+輸出點數(shù)）(10--12)= 指令語句數(shù)在按上述數(shù)據(jù)估算后，通常再增加 15%-20%的備用量，作為選擇 PLC 內(nèi)存容量的依據(jù)。（2）、PLC 的選擇PLC 產(chǎn)品的種類、型號很多，它們的功能、價格、使用條件各不相同。選用時，除輸入、輸出點數(shù)外，一般應考慮以下幾方面的問題。第 25頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計1 PLC 的功能。PLC 的功能要與所完成的控制任務相適應，這是最基本的、如果選用的 PLC功能不恰當或功能太強，很多功能用不上，就會造成不必要的浪費。如果所選的功能不強，滿足不了控制任務的要求，也無法順利地組成合適的控制系統(tǒng)。一般機械設備的單機自動控制多屬于簡單的順序控制，只要選用具有邏輯運算、定時器、計數(shù)器等基本功能的小型 PLC 即可。如果控制任務較復雜，包含了數(shù)值計算、模擬信號處理等內(nèi)容，就必須選用具有數(shù)值計算功能、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換的中型 PLC。2 輸入接口模塊PLC 的輸入直接與被控設備的一些輸出量相連。因此，除按前述估算結(jié)果考慮輸入點數(shù)外，還要選好傳感器等。綜上所述，搬運車電氣控制系統(tǒng)選用日本三菱公司的 F-40M 型 PLC。4.3 主電路和外部接線圖圖 4.2 主電路第 26頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計圖 4.3 PLC 外部接線圖4.4 梯形圖如圖 4.4 為滿足圖 4.1 所示工藝流程的梯形圖。圖 4.4 梯形圖搬運車在原位時，按下 SB1，動合觸點 400 閉合，輔助繼電器 100 得電并自保，同時，動合觸點 100 閉合，時間繼電器 450 得電，延時 2 秒后，動合觸點 450閉合，KM1 接通，搬運車前進。到達預定位置后，按下 SB2，KM1 斷開。搬運車第 27頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計停止運行。完成搬運任務后，按下 SB3，動合觸點 401 閉合，輔助繼電器 101 得電并自保，同時，動合觸點 101 閉合，時間繼電器 451 得電，延時 2 秒后，動合觸點 451 閉合，KM2 接通，搬運車返回原位。4.5、指令程序根據(jù)梯形圖寫出指令程序，其指令語句表如下，1、2、LDOR40010012、13、LDOR4011013、4、ANI 401ANI 40214、15、ANIANI4004025、6、ANI 431OUT 10016、17、ANI 430OUT 1017、 LD 100 18、 LD 1018、 OUT 450 19、 OUT 4519、10、KLD245020、21、KLD245111、 OUT 430 22、23、OUT 431END第 28頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計5 結(jié)論電動搬運車主要由電動機、減速器、制動器、齒輪、車輪組和機架等組成。本文設計的是承載50t的軌道式電動搬運車，在設計過程中主要進行以下幾個方面的工作：（1） 傳動總體方案的確定。通過查閱起重機設計相關(guān)的資料文獻，初步擬定總體方案，如圖2.1。本文所設計的搬運車的主要設計參數(shù)為：承載 50t，運行速度為 7.5m/s。根據(jù)搬運車承載為 50t，選用材料為 ZG340-640,直徑為500mm的車輪；根據(jù)給定的設計參數(shù)，確定搬運車電動機的功率，查《機械設計課程設計手冊》選 Y160M-6電動機；確定傳動比，選擇減速器，型號為ZSY-160；根據(jù)電動機軸徑，選擇聯(lián)軸器，電動機與減速器高速級選用 ZLL2型帶制動輪彈性柱銷齒式聯(lián)軸器；根據(jù)高速級采用的聯(lián)軸器的制動輪直徑和制動要求，選擇制動器，型號為JWZ-200 。（2） 傳動裝置的設計和計算。傳動齒輪的設計包括齒輪類型和材料的選擇，齒數(shù)和模數(shù)的設計；傳動軸的設計包括結(jié)構(gòu)的設計，尺寸的設計，強度校核，鍵的設計與強度的校核和軸承的選擇和校核。（3） PLC控制系統(tǒng)的設計。首先根據(jù)控制要求弄清輸入量與輸出量，選擇合適的的PLC 芯片，并繪制流程圖、外部接線圖和梯形圖，寫出指令語句。（4） 裝配圖、機架圖與各零件圖的繪制。應用CAD軟件繪制符合要求的裝配圖、機架圖和各零件圖。（5） 設計論文的成形。按照論文規(guī)范要求整理畢業(yè)設計論文。此次的畢業(yè)設計不僅是對我大學四年專業(yè)課程學習的檢驗，同時它鍛煉了我思考問題和解決問題的能力。通過這次畢業(yè)設計，我對軌道式搬運車有了深刻的認識，積累了大量的設計經(jīng)驗，這對我將來的學習和工作有著重要的影響。第 29頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計參考文獻[1] 陳道南，盛漢中 .起重機課程設計[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.[2] 黃大巍，李風，毛文杰.現(xiàn)代起重運輸機械[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.[3] 王官遜，裘為章 .起重機設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1980.[4] 吳宗澤，羅圣國 .機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2006.[5] 濮良貴，紀明剛 .機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006.[6] 李學罡，蔡明兮 . 材料力學[M].長春：吉林科技出版社，2005.[7] 鄧星鐘.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2006.[8] 徐學林. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].長沙：湖南大學出版社，2008.[9] 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.[10] 郭克希，王建國 .機械制圖[M].北京:機械工業(yè)出版社，2006.[11] 郭克希，袁果 .工程設計與繪圖教程[M].北京：高等教育出版社，2006.[12] 徐灝. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.[13] Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering. Katson Publ.House,1985.[14] Kuehnle M R. Toroidal Drive Combines Concepts. Product Engineering.1979第 30頁 共 31 頁軌道式搬運車及其控制系統(tǒng)設計致謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)設計暫告收尾，這意味著在理工大學四年的大學學習和生活即將結(jié)束。感謝理工大學各位老師給予我學習和生活上的幫助和關(guān)心，感謝各位曾經(jīng)在學習和生活上幫助過我的同學和朋友。本文是在我尊敬的唐宏賓老師的悉心指導下完成的，在論文即將完成之際，對他在大學四年中給予的學習和生活上的關(guān)心和幫助表示衷心的感謝。在畢業(yè)設計的寫作階段，老師傾注了大量心血，從開題報告到最終出圖順利完成畢業(yè)設計，嚴格把關(guān)，循循善誘，老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，使我受益匪淺。在此，謹向唐宏賓老師表示最誠摯的感謝！同時還要感謝在設計中相互幫助的同學們！特別要感謝同組的周韜略和黃玉晟同學，他們在設計中給予了我許多關(guān)心和幫助，在此，也向周韜略和黃玉晟同學表示誠摯的謝意！第 31頁 共 31 頁