轨道式电动搬运车及其控制系统设计
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毕业设计(论文)任务书汽车与机械工程 系 机械设计制造及自动化 专业 班题目轨道式电动搬运车及其控制系统设计任务起止日期:学 生 姓 名指 导 教 师学 号教研室主任年月日审查院长年月日批准一、毕业设计(论文)任务课题内容架桥机是架设桥梁时用来提升、移动 T 梁,使其达到指定位置的起重设备,它广泛应用于桥梁的施工,较好地解决了水上、陆地和高山峻岭搭设支架施工的难题,并极大地提高了工作效率,缩短了工期,在桥梁的建设中发挥了巨大作用。其中,设计的轨道式电动搬运车要求可以承载 50 吨重的 T 梁,由电动机驱动沿导轨同步动作,实现 T 梁的运输。其主要设计参数为:承载 50t,行走速度 7.5m/min。课题任务要求1、以电动机为原动机的轨道式电动搬运车整体方案的设计;2、轨道式电动搬运车的受力分析与计算;3、确定传动系统方案;4、轨道式电动搬运车的电气控制系统设计。5、完成总装图和全部零件图;6、完成毕业设计论文、开题报告。课题完成后应提交的资料(或图表、设计图纸)1.开题报告;2.毕业设计论文一本:1) 中、英文摘要2) 设计方案论述3) 设计过程说明与计算4) 轨道式电动搬运车的特点及使用方法3.机械设计图纸:1)2)3)轨道式电动搬运车总体装配图轨道式电动搬运车车架结构图电气原理图、其它零件图主要参考文献与外文翻译文件(由指导教师选定)1.陈道南,盛汉中. 起重机课程设计M. 北京:冶金工业出版社,20002.陈道南. 起重运输机械M. 北京:冶金工业出版社,19973.王官逊,裘为章. 起重机设计手册M. 北京:机械工业出版社,19804.徐灏. 机械设计手册M. 北京:机械工业出版社,19955.濮良贵,纪明刚. 机械设计M. 北京:高等教育出版社,20016.邓星钟. 机电传动控制M. 武汉:华中科技大学出版社,20017.起重机械有关的各类书籍和科技文献同组设计者注:1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写,可另加页。2. 此任务书最迟必须在毕业设计(论文)开始前一周下达给学生。3. 此任务书可从教务处网页表格下载区下载二、毕业设计(论文)工作进度计划表注:1. 此表由指导教师填写;2. 此表每个学生人手一份,作为毕业设计(论文)检查工作进度之依据;3. 进度安排请用“一”在相应位置画出。序号毕 业 设 计(论 文)工 作 任 务工 作 进 度 日 程 安 排周次12345678910111213141516171819201查阅资料,自学相关基础知识一一2完成开题报告一一3确定电动搬运车结构形式及传动系统方案一一4理论分析计算一一5传动系统各元件的选取一6总装图设计一一一7绘制零件图一8绘制电气原理图一一9整理说明书一10毕业答辩一三、学生完成毕业设计(论文)阶段任务情况检查表注:1. 此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。2. “组织纪律”一档应按长沙理工大学学生学籍管理实施办法精神,根据学生具体执行情况,如实填写。3. “完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点,存在的问题与建议4. 对违纪和不能按时完成任务者,指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。时间第 一 阶 段第 二 阶 段第 三 阶 段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字签字 日期签字 日期签字 日期四、学生毕业设计(论文)装袋要求:1. 毕业设计(论文)按以下排列顺序印刷与装订成一本(撰写规范见教务处网页)。(1) 封面(3) 毕业设计(论文)任务书(5) 英文摘要(7) 正文(9) 致谢(11) 附件 1:开题报告(文献综述)(2) 扉 页(4) 中文摘要(6) 目录(8) 参考文献(10) 附录(公式的推演、图表、程序等)(12) 附件 2:译文及原文影印件2. 需单独装订的图纸(设计类)按顺序装订成一本。3. 修改稿(经、管、文法类专业)按顺序装订成一本。4.毕业设计(论文)成绩评定册一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期学生(签名)指导教师验收(签名)毕业设计(论文)开题报告题目:轨道式电动搬运车及其控制系统设计课 题 类 别:学 生 姓 名:学班号:级:专业(全称):指 导 教 师:2010 年 3 月一、本课题设计(研究)的目的:1、通过本设计了解架桥机的结构及其工作方式,同时检验应用相关知识的能力;2、掌握轨道式搬运车结构的分析和设计,进一步提高分析问题解决问题的能力;3、学会查阅相关参考文献,了解国内外架桥机的现状和发展趋势。二、设计(研究)现状和发展趋势(文献综述):在我国目前的桥梁施工方法中,主要采用将工厂预制的桥梁构件,通过专用设备在桥墩上进行架设安装,这也是现代桥梁施工方法的发展趋势。一 架桥机与搬运车的现状在我国目前的桥梁施工中,主要通过专用设备在桥墩上进行架设安装,这也是现代桥梁施工方法的发展趋势。我国目前的公路架桥机虽说形式各异,但概括起来可以分为导梁式架桥设备与专用架桥机两大类。1 导梁式架桥设备这类架桥设备是利用拼装成的导粱作为承重移动支架,再配置部分起重装置与移动机具来实现架梁。根据导粱结构组成的不同特征该种设备又可分为以下两种类型:11 用万能杆件组装成导梁的架桥设备目前,在日内使用也较为普遍。它采用万能杆件组拼导粱,同样也配置部分起重与移动机具构成,属于非定型的l临时设备。其基本杆件轻,加工简单;采用高强螺栓联接,非弹性变形小;并能在叠层及加强弦杆后组拼承载能力较大的导梁,可适应较大跨度预制粱的架设。12用战备军用桁梁组装成导梁的架桥设备这种架桥设备是近几年才出现的,它采现有战备军用桁梁组拼成导梁,再配置起吊与移动装置构成,由于这种设备的导梁采用重型结构单元拼装,导粱的承载能力大,适用于大跨度桥梁的架设。但这种设备自重过大,利用系数较低f小于O-4),整机移动困难;而且在架设大跨度桥梁时因导粱前端悬臂挠度较大,纵移就位困难。13专用架桥机专用架桥机是在导梁式架桥设备基础上,通过对其结构与机构进行改善而发展起来的一种定型的桥梁专用施工机械。14双导梁型公路架桥机双导粱形式在我国目前公路架桥机中应用最广,受到外部空间尺寸限制,且更易实现吊梁小车的布置。导粱的承载能力强,整机横向稳定性能也较好但双导梁型架桥机存在的主要问题是,对架设曲线桥与斜交桥的适应能力较差。2 单导粱型公路架桥机单导梁型公路架桥机具有结构紧凑、利用系数较高、对曲线及斜交桥梁架设适应能力强容易实现架设外边梁等特点。3 钢索斜拉式公路架桥机该架桥机在中问支腿外的导梁上方设立有一高约20m的钢结构塔架用以安装斜拉钢索以降低导梁悬臂挠度。斜拉钢索有利于降低导梁悬臂状态时的应力与悬臂端挠度,可减轻导梁自重。但整机重心提高,横移时稳定性能差;在架设施工中,如遇高压供电线缆等物无法实现纵移;现场组装困难且斜拉钢索的预拉力难以控制调整。4 侧向取梁型公路架桥机用于长大桥梁施工,采用将预制梁片从开行至桥墩侧边的运输车辆上提升起来,并吊梁横向走行至梁位进行落梁。其主要优点是:便于多点多机投人架梁施工;架粱作业程序简单和效率高;吊梁横移时,导梁不动,并可与墩台连接整机的稳定性能好。但整机自重大利用系数偏低:纵移时采用放置在前方墩顶上的卷扬机拖拉因而需配以吊机予以辅助施工。常用的运梁车有以下几种:1 轨道式搬运车对于梁长1660 m ,重1660 t 的主梁,一般采用轨道搬运车运输,由卷扬机或轨道拖车头牵引,但需要在预制场和桥位之间铺设道轨,修建简易铁路,需涉水的还需修建临时便桥,此外,在预制场还需设置门式吊机或其他大型起重机械,才能把主梁吊起放在轨道搬运车上。2 轮胎式运梁车它由主动车和从动车构成,主动车与从动车之间通过预制构件相连接;主动车包括车架体,在车架体上设置有驱动传动行走机构和液压转向机构;从动车包括车架体,在车架体上设置有行走转向机构;其中,在主动车和从动车上的车架体上分别设置有纵向连接架和横向连接架;纵向连接架包括纵梁,在纵梁内设置有连接管,连接管一端与纵梁结合在一起,连接管另一端以弹性连接的方式穿过横梁并在连接管端部设置有限位件。二 架桥机与搬运车的发展趋势从架桥机的现状来看目前已进入中国市场并具有比较大影响力的国外专业架桥机械制造商有意大利Nicola公司和挪威NRS公司此外还有COMTEC公司和德国KAMAG公司等。国内8家企业的9台900t级架桥机基本都没有考虑隧道因素。整体皆无法穿过客运专线双线隧道,只能部分拆卸、分解穿过,且在隧道口由于没足够的施工空间,架桥机的施工也非常不便。由于上述种种客观条件和现有机械装备的尺寸限制使客运专线的施工受到极大的制约阻碍了施工进度并增加了建设成本。我国目前的公路架桥机概括起来可以分为导梁式架桥设备与专用架桥机两大类,性能各异。但是铁路、公路建设条件复杂,大都是野外作业有时还需要夜间作业,作业工况非常复杂这就对架桥机的实用性、先进性、可靠性等性能提出了更高的要求。从搬运车的现状来看,轮胎式运梁车一般用于大吨位箱梁的搬运,且对路面的要求不高。而轨道式搬运车一般用于T梁的搬运,且在搬运过程中需要铺设轨道,因而对路面有一定地要求。目前,国内的电动搬运车一般为卷扬机牵引式,外接电源。日产的电动搬运车采用电机驱动并配有发电设备,不用拖挂找电缆,较适用于野外及远离电源的场合,因此,国内的电动搬运车应向这个方向发展。三、设计(研究)的重点与难点,拟采用的途径(研究手段):重点: 1、以电动机为原动机的轨道式电动搬运车整体方案的设计;2、传动系统方案;3、总装图和零件图的设计。难点:轨道式电动搬运车的受力分析与计算;途径:1 根据设计要求确定搬运车整体方案和传动方案;2 根据已确定的方案进行受力分析,理论计算和校核;3 根据理论计算结果进行总装图和零件图的设计;四、设计(研究)进度计划:第一、二周查阅资料,自学相关基础知识。第三、四周完成开题报告。第五、六周确定电动搬运车结构形式及传动系统方案。第七、八周理论分析计算。第九周传动系统各元件的选取。第十、十一、十二周总装图设计。第十三周绘制零件图。第十四、十五周绘制电气原理图。第十六周整理说明书。第十七周毕业答辩。五、参考文献:1 毛乾亚,于文涛.国内外架桥机的现状与展望J.科技信息,2008,72吴普成.公路架桥机的现状及其发展趋势J. 建设机械技术与管理, 2001,33黄耀怡.我国架桥机的现状与展望J. 铁道建筑技术,1997,124柴俊彦.谈电动运梁平车J. 山西建筑,2003,125 张志华,熊春奎. DZY300 型组合式运梁车的设计J. 建筑机械, 2003,26唐智奋我国公路架桥机的现状与发展趋势J工程机械,1996,lO指导教师意见签名:教研室(学术小组)意见教研室主任(学术小组长)(签章):月月日日毕业设计(论文)轨道式电动搬运车及其控制系统的设计学生姓名:学班号:级:所在院(系):指导教师:完成日期 :轨道式电动搬运车及其控制系统设计摘要架桥机是架设桥梁时用来提升、移动T梁,使其达到指定位置的起重设备,它广泛应用于桥梁的施工,较好地解决了水上、陆地和高山峻岭搭设支架施工的难题,并极大地提高了工作效率,缩短了工期,在桥梁的建设中发挥了巨大作用。轨道式搬运车是架桥机的一个重要组成部分,主要用来搬运T梁,使其达到指定地点的运输设备,广泛用于混凝土预制场及野外施工工地,在桥梁及公路建设中发挥了巨大作用。本设计中,主要涉及两大块:机械传动装置的设计和电气控制装置的设计。机械传动装置设计中,主要包括传动方案的设计、电动机的选型、减速器的选择、传动齿轮的设计、传动轴的设计;在电气控制系统的设计中,包括工艺流程图的设计、PLC的选型、外部接线图的设计、梯形图和指令语句的设计。关键字:架桥机 ;搬运车;传动系统;PLC轨道式搬运车及其控制系统设计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轨道式搬运车及其控制系统设计目录1 绪论.11.1 架桥机和搬运车的现状.11.1.11.1.2架桥机的分类.1搬运车的分类.21.2 架桥机的主要组成及其功能.31.3 架桥机和搬运车的发展趋势.51.4 本文的主要工作.62 传动总体方案设计.72.1 电动机选型.72.1.12.1.2轮压计算:.7电动机的选型.82.2 减速器选型.92.2.12.2.2传动比的分配.9齿轮减速器的选择和校核.93 传动装置的设计和计算.103.1 传动齿轮设计.103.1.13.1.23.1.3选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数.10按齿面接触强度设计.10按齿根弯曲强度设计.123.2 轴的设计.153.2.13.2.2主动轴的设计.15从动轴的设计.224搬运车电气控制系统设计.244.1 画工艺流程图和动作顺序表.244.2 PLC 选型.254.3 主电路和外部接线图.26轨道式搬运车及其控制系统设计4.4 梯形图.274.5 指令程序.285结论.29参考文献.30致谢.31轨道式搬运车及其控制系统设计1 绪论1.1 架桥机和搬运车的现状1.1.1架桥机的分类我国目前的公路架桥机虽说形式各异,但概括起来可以分为导梁式架桥设备与专用架桥机两大类。1导梁式架桥设备这类架桥设备是利用拼装成的导粱作为承重移动支架,再配置部分起重装置与移动机具来实现架梁。根据导粱结构组成的不同特征该种设备又可分为以下两种类型:(1) 用万能杆件组装成导梁的架桥设备目前,在日内使用也较为普遍。它采用万能杆件组拼导粱,同样也配置部分起重与移动机具构成,属于非定型的l临时设备。其基本杆件轻,加工简单;采用高强螺栓联接,非弹性变形小;并能在叠层及加强弦杆后组拼承载能力较大的导梁,可适应较大跨度预制粱的架设。(2) 用战备军用桁梁组装成导梁的架桥设备这种架桥设备是近几年才出现的,它采现有战备军用桁梁组拼成导梁,再配置起吊与移动装置构成,由于这种设备的导梁采用重型结构单元拼装,导粱的承载能力大,适用于大跨度桥梁的架设。但这种设备自重过大,利用系数较低f小于O-4),整机移动困难;而且在架设大跨度桥梁时因导粱前端悬臂挠度较大,纵移就位困难。(3) 专用架桥机专用架桥机是在导梁式架桥设备基础上,通过对其结构与机构进行改善而发展起来的一种定型的桥梁专用施工机械。(4) 双导梁型公路架桥机双导粱形式在我国目前公路架桥机中应用最广,受到外部空间尺寸限制,且更易实现吊梁小车的布置。导粱的承载能力强,整机横向稳定性能也较好但双导第 1页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计梁型架桥机存在的主要问题是,对架设曲线桥与斜交桥的适应能力较差。2单导粱型公路架桥机单导梁型公路架桥机具有结构紧凑、利用系数较高、对曲线及斜交桥梁架设适应能力强容易实现架设外边梁等特点。3钢索斜拉式公路架桥机该架桥机在中问支腿外的导梁上方设立有一高约20m的钢结构塔架用以安装斜拉钢索以降低导梁悬臂挠度。斜拉钢索有利于降低导梁悬臂状态时的应力与悬臂端挠度,可减轻导梁自重。但整机重心提高,横移时稳定性能差;在架设施工中,如遇高压供电线缆等物无法实现纵移;现场组装困难且斜拉钢索的预拉力难以控制调整。4侧向取梁型公路架桥机用于长大桥梁施工,采用将预制梁片从开行至桥墩侧边的运输车辆上提升起来,并吊梁横向走行至梁位进行落梁。其主要优点是:便于多点多机投人架梁施工;架粱作业程序简单和效率高;吊梁横移时,导梁不动,并可与墩台连接整机的稳定性能好。但整机自重大利用系数偏低:纵移时采用放置在前方墩顶上的卷扬机拖拉因而需配以吊机予以辅助施工。1.12搬运车的分类常用的运梁车有以下几种:1轨道式搬运车对于梁长1660 m ,重1660 t 的主梁,一般采用轨道搬运车运输,由卷扬机或轨道拖车头牵引,但需要在预制场和桥位之间铺设道轨,修建简易铁路,需涉水的还需修建临时便桥,此外,在预制场还需设置门式吊机或其他大型起重机械,才能把主梁吊起放在轨道搬运车上。2轮胎式运梁车它由主动车和从动车构成,主动车与从动车之间通过预制构件相连接;主动车包括车架体,在车架体上设置有驱动传动行走机构和液压转向机构;从动车包括车架体,在车架体上设置有行走转向机构;其中,在主动车和从动车上的车架体上分别设置有纵向连接架和横向连接架;纵向连接架包括纵梁,在纵梁内设置有连接管,连接管一端与纵梁结合在一起,连接管另一端以弹性连接的方式穿过第 2页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计横梁并在连接管端部设置有限位件。3炮杆拖车或平板拖车对梁长66 m ,梁重616 t 的主梁,一般选用炮杆拖车(目前已禁止使用) 和平板拖车。炮杆拖车运梁是在主车的后面连接炮杆拖车。在主车的货箱上固定旋转转盘,主车拖车挂钩和后面的拖车用一厚壁的钢管相联(钢管的长度根据主梁长度而定) ,后面的拖车和钢管统称为炮杆拖车。运输主梁时,首先在预制场用吊车将主梁吊起放在主车转盘和拖车转盘上,将主梁固定好,由主车牵引炮杆拖车载梁运至桥位处,再用吊车将主梁吊起架设在盖梁上。使用平板拖车运输主梁,梁长小于16 m ,可直接用吊车吊起主梁放在平板拖车上,固定好后即可运输;梁长大于16 m时,需在车箱板上设置旋转支架,把梁吊起放在两个支架上固定好,前后主梁梁头伸出车身一部分,才能运输。用这两种车辆运输,因河滩上无道路,而运梁车需通过河滩、河床并涉水,行车条件较差,而车辆运输属公路运输,在河滩上运输长且重的主梁,其牵引能力、通过性能大大降低,保证不了正常运输,需修建汽车便道和临时便桥;此外,在预制场还需要起重机械把主梁吊放在车上,才能载梁运输。梁长超过16 m、梁重超过16 t 时,受车辆荷载限制,无法用这两种车辆运梁。4低货位重型运梁扁担车根据扁担挑重物的原理研制的。使用此车运梁造价低、使用方便,不需修建汽车便道和临时便桥,预制场也不需设置门式吊机或其他起重机械。此车只要稍加改动,换上重型轮胎,加固扁担梁,既可运输长30 m ,重45 t 的主梁,是建设大型梁式桥的理想运梁机械,有一定的推广应用价值。1.2 架桥机的主要组成及其功能架桥机由主体金属结构、起升系统、走行系统和电气控制系统等部分组成。1主体金属结构该机的主体金属结构由主梁、后车Q型支腿、中车0型支腿和前支腿等部分组成。主梁采用两跨连续双主梁的结构型式。通过调整中车的支承高度,可改变中车反力,必要时可减轻架梁时对墩顶的作用力。主梁采用箱型结构,梁顶设有方钢轨道供起重小车走行。主梁分4节制造以方便运输,各梁节之间采用节点板精制螺栓连接。后支腿采用Q形结构形式,分5节制造,均为箱型截面。过隧道时,后支腿两第 3页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计侧上曲梁与主梁连接处可绕轴铰转动90。,下曲梁可向上翻起,减小后车支承处的宽度和高度,以适应隧道的净空要求。中车支腿采用O形结构形式,分6节制造,均为箱型截面。中车下横梁与中车台车组设有2组连接点,对应的中车轨距分别为6m和75m,以适应不同梁型的架设要求。过隧道时,拆除支腿上部的马鞍和下部横梁,支腿两侧上曲梁转动90。,下曲梁向上翻起,减小中车支承处的宽度和高度,以适应隧道的净空要求。前支腿采用平面构架的结构形式,由立柱系和联结系组成,通过2个轴铰分别与2片主梁连接。支腿与主梁共有3个连接点,与不同的连接点连接时可架设不同的梁跨。支腿纵走动作通过电机驱动轴铰上部的反抓轮实现。立柱系采用箱形截面,联结系采用H形截面。立柱底部设有铰座支承在垫石上,保证立柱为中心受压杆件。为了抵消悬臂过孔时主梁的挠度以及架设不同高度的箱梁,立柱下底部设一伸缩节,以改变前支腿的高度。立柱的伸缩由立柱侧面的液压缸实现,伸缩到位后安装销轴固定。2起升系统起升系统由2台起重小车、4台卷扬机和2套吊具组成。起重小车采用牵引小车型式,每台起重小车设2个吊点,额定起重量均为450t。起升机构中4个吊点分别由4套独立的传动装置驱动,前小车的卷扬机放在主梁最后端,后小车的卷扬机放在前小车卷扬的前部。前小车2个吊点用一根钢丝绳在主梁的前端由2个游轮和2个均衡轮平衡卷绕,构成1个平衡吊点;后小车2个吊点由2根钢丝绳独立卷绕,绳端固定在端横梁上,构成2套独立的卷绕系统,呈2个独立吊点。2台起重小车实现4点起吊、3点平衡。定滑轮组上首先绕入的滑轮和最后绕出的滑轮轴线大大高于其它滑轮,这样可保证从4个卷扬机出来的4根钢丝绳相互之间没有任何干扰,并且可使小车至卷扬机问的钢丝绳保持水平,不必设置托辊,可有效地延长钢丝绳的使用寿命,提高起升机构的安全性。起升机构设双制动装置,在传动装置的高速端(减速机输人轴)设电力液压推杆瓦块式制动器,低速端(卷筒)设失效保护盘式制动器,以达到工作制动和超速安全制动的目的。吊具主要由动滑轮组、吊具横梁、均衡梁、销轴、吊轴组等组成。通过吊具第 4页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计横梁和销轴,可以实现吊具的左右和前后摆动,从而使吊具在工作过程中始终保持良好的受力状态。与小车架上的定滑轮组相对应,每个吊具上装有2个动滑轮组,每个动滑轮组上有10个动滑轮。为了起吊单箱双室和单箱单室两种梁型,架桥机配置了2套吊具,吊点横向距离分别为6m和368m。3走行系统走行系统包括主机走行机构和起重小车走行机构。主机走行机构分为中、后车走行机构,均采用轮轨走行方式。中车轨距6m或75m,后车轨距75m。中车走行机构有4组中车台车组,每侧2组,通过中车均衡梁与中车O型腿下横梁连接。中车走行驱动装置采用斜齿轮一伞齿轮减速机,制动转矩由减速机制动器提供。架桥机架梁前,利用中车顶升液压系统将整个中车顶起,使车轮脱离轨道,通过支承垫板使中车台车架承受架梁工况载荷。后车走行机构支承在后车Q型门架下,采用与中车走行机构相同直径的走行轮,后车台车组均为从动台车。起重小车采用双线双轨走行形式,每侧轨距106m,两侧轨道中心距62m。起重小车采用链轮驱动,选用节距3英寸的链条,并在链条下设置链托,使其始终保持平直。链条两端的固定装置不限制链条的横向移动,以有效地防止断链现象。为了限制小车纵向走行出现蛇形,在一根主梁上的起重小车走行台车增设了水平轮,也可以有效地减少运行过程中轮缘与轨道侧面的摩擦阻力。1.3 架桥机和搬运车的发展趋势从架桥机的现状来看目前已进入中国市场并具有比较大影响力的国外专业架桥机械制造商有意大利Nicola公司和挪威NRS公司此外还有COMTEC公司和德国KAMAG公司等。国内8家企业的9台900t级架桥机基本都没有考虑隧道因素。整体皆无法穿过客运专线双线隧道,只能部分拆卸、分解穿过,且在隧道口由于没足够的施工空间,架桥机的施工也非常不便。由于上述种种客观条件和现有机械装备的尺寸限制使客运专线的施工受到极大的制约阻碍了施工进度并增加了建设成本。我国目前的公路架桥机概括起来可以分为导梁式架桥设备与专用架桥机两大类,性能各异。但是铁路、公路建设条件复杂,大都是野外作业有时还需要夜间作业,作业工况非常复杂这就对架桥机的实用性、先进性、可靠性等性能提出了更高的要求。从搬运车的现状来看,轮胎式运梁车一般用于大吨位箱梁的搬运,且对路面第 5页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计的要求不高。而轨道式搬运车一般用于T梁的搬运,且在搬运过程中需要铺设轨道,因而对路面有一定地要求。目前,国内的电动搬运车一般为卷扬机牵引式,外接电源。日产的电动搬运车采用电机驱动并配有发电设备,不用拖挂找电缆,较适用于野外及远离电源的场合,因此,国内的电动搬运车应向这个方向发展。1.4 本文的主要工作本文主要涉及两大块:机械传动装置的设计和电气控制系统设计。机械传动装置的设计主要包括传动方案的确定、电动机的选型、减速器的选择、传动齿轮的设计、传动轴的设计;电气控制系统的设计包括流程图的设计、PLC 的选型、外部接线图的设计、梯形图和指令语句编写。本文主要开展以下几方面的工作:(1)、确立传动总体方案,根据给定设计参数选择电动机的型号,再根据总传动比合理选择减速器;(2)、各非标准件的设计和校核,主要包括传动齿轮、主动轴和从动轴的设计和校核;(3)、应用CAD软件绘制装配图、机架图和各零件图;(4)、控制系统的设计,并手绘硬件接线图。第 6页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计2 传动总体方案设计本文所设计的轨道式电动搬运车是一种简易的 T 梁运梁车,其结构主要包括电动机、传动装置、车轮组、制动装置和机架,适用于小范围内的搬运。如下图 2.1所示,为初步拟定的搬运车传动总体方案。1、电动机3、联轴器5、减速器图 2.12.1 电动机选型传动总体方案2、车轮4、联轴器和制动器6、齿轮2.1.1轮压计算:车轮踏面疲劳计算强度:Pc =G 25000= = 62.5KN4 4第 7页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计车轮材料采用 ZG340-640 s = 380MPa, b = 700MPa查起重机课程设计附表 18,选车轮直径,查起重机课程设计表 5-1,选轨道型号 P38 ,接触类型为线接触。线接触局部挤压强度公式:P = K1Dc lC1C2(2-1)查起重机课程设计表 5-2,许用线接触应力常数( N / mm 2 ) K1 = 6.6 ;由车轮转速n c =v 7.5= = 4.78r / minD 3.14 5查起重机课程设计表 5-3,转速系数 C1 = 0.95;查起重机课程设计表 5-4,工作级别系数 C2 = 1 ;车轮与轨道的有效接触长度 l, P38 轨道的 l = 68mm 。所以P = 6.6 500 68 0.95 1 = 213.18KN 62.5KN,故验算通过。2.1.2电动机的选型Pw =F V1000(2-2)Pr =Pwh w(2-3)所以h w = h1 h 2 h 3 h nF = m GPw :工作机需要的输入功率;F:工作机的阻力;V:工作机的线速度;Pr :工作机实际需要的电动机输入功率;h w :工作机效率;m:轨道摩擦系数,G:工作机载重, G = mg, m = 25000, g = 10N / kg ;第 8页 共 31 页(2-4)(2-5)轨道式搬运车及其控制系统设计Pw =F V 0.2 25000 10 7.5= = 6.125kw1000 1000 60h w = h1 h 2 h 3 h 4 h 5 = 0.99 0.98 0.98 0.98 = 0.913所以Pr =Pwh w6.125= = 6.71kw0.913查机械设计课程设计手册,选用电动机的型号为 Y160M-6,额定功率为P0 = 7.5kw ,满载转速 n 0 = 970r / min 。2.2 减速器选型2.2.1传动比的分配i =n 0n c970= = 202.934.78(2-6)因为 i = i减 i齿 且一对标准圆柱齿轮的传动比在 3-10 之间,所以取齿轮传动比i齿 = 4 ,i减 =ii齿=202.934= 50.72.2.2齿轮减速器的选择和校核由 i减 = 50.7 故查机械设计手册表 8-424,选用型 ZSY160 型三级圆柱齿轮减速器,其传动比为 i减 = 50 .所以车轮实际转速n =n 0i减 i齿970= = 4.85r / min4 50(2-7)误差为e =|n c nn c4.78 4.854.78故所选用的电动机和减速器都合适。第 9页 共 31 页|=|=1.46%= 2.32 3k T1 (u 1) ZE 2d u H 2(3-1)进行试算:1、确定公式内的各计算数值:(1)、试选载荷系数 K t = 1.3。(2)、计算小齿轮传递的转矩:T1 = 9.55 106 7.59704(3-2)(3)、查机械设计表 10-7,选取齿宽系数 d = 0.6 。1(4)、查机械设计表 10-6,取材料的弹性影响系数 ZE = 189.8MPa 2 。(5)、查机械设计图 10-21d,按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限H lim1 = 600MPa ,大齿轮的接触疲劳强度极限 H lim 2 = 550MPa 。(6)、由机械设计公式,计算应力循环次数:N1 = 60 n1 j Lh = 60 970 1 (2 8 300 15) = 4.19 109第 10页 共 31 页(3-3)=7.3810N/mm轨道式搬运车及其控制系统设计N 2 =4.19 1094= 1.05 109(3-4)(7)、由机械设计图 10-19,取疲劳寿命系数 K HN1 = 0.90, K HN 2 = 0.94(8)、计算接触疲劳许用应力:取失效概率为 1%,安全系数 s=1,由机械设计式(10-12)得:1计算:H 1 =H 2 =K HN1 lim1sK HN 2 lim 2s= 0.90 600 = 540= 0.94 550 = 517(3-5)(3-6)(1)、试算小齿轮分度圆直径 d1t ,代入 H 中较小的值:d1t = 2.32 3= 2.32 3d u H 2 0.6 4 517 2= 69.54mm(2)、计算圆周速度 V0V0 = = 3.53m / s60 1000 60 1000(3-7)(3)、计算齿宽:模数b = d d1t = 0.6 69.54 = 41.7mm(3-8)m t =d1tZ169.54= = 3.66mm19(3-9)齿高h = 2.25 m t = 2.25 3.66 = 8.235mm(3-10)b 69.54= = 8.44h 8.235(4)、计算载荷系数根据 V=3.53m/s,7 级精度,查机械设计图 10-8,得动载系数 K v = 1.12 ,第 11页 共 31 页KtT1(u1)ZE21.37.381045189.82d1tn13.1469.54970轨道式搬运车及其控制系统设计直齿轮 K H = KF= 1。由 机 械设 计 表 10-4 用 插值 法查 得 7 级 精度 ,小 齿轮 做悬 臂布 置时, K H = 1.351,由bh= 8.44, K H = 1.351,查机械设计图 10-13 得 K F = 1.26故载荷系数:K = K A K V K H K H = 11.12 11.351 = 1.513(5)、按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径:d1 = d1t 3K 1.513= 69.54 3K t 1.3= 73.15mm(3-11)(6)、计算模数 m.m =d1Z173.15= = 3.84mm19(3-12)3.1.3 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为:m =32 K T1 YFa YSad Z12 F (3-13)1确定公式内的各计算值:(1)、由机械设计图 10-20c,查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1 = 500MPa ,大齿轮的弯曲强度极限 FE2 = 380MPa ;(2)、由机械设计图 10-18,取弯曲疲劳寿命系数 K FN1 = 0.85, K FN 2 = 0.88 。(3)、计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,F 1 =F 2 = = 303.57MPaS 1.4= = 238.86MPaS 1.4(3-14)(3-15)(4)、计算载荷系数 KK = K A K V K F K F = 1 1.12 1 1.26 = 1.41第 12页 共 31 页(3-16)KFN1FE10.85500KFN2FE20.88380轨道式搬运车及其控制系统设计(5)、查齿形系数:由机械设计表 10-5 查得 YSa1 = 2.85, YSa 2 = 2.23 。(6)、查取应力校正系数:由机械设计表 10-5 查得 YSa1 = 1.54, YSa 2 = 1.76 。(7)、计算大、小齿轮的YFa YSaF 并加以比较。YFa1 YFa 2F 12.85 1.54= = 0.01445303.57(3-17)F 2 238.86故大齿轮的数值大。= = 0.0164(3-18)2设计计算:m =32 K T1 YFa YSad Z12 F =32 1.41 7.38 104 0.01640.6 192= 2.51对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值 m=3。按接触强度算得的分度圆直径 d1 = 73.15mm ,算出小齿轮齿数Z1 = = 25m 3(3-19)大齿轮齿数Z2 = 4 25 = 1003几何尺寸计算:(1)、计算分度圆直径d1 = Z1 m = 25 3 = 75mmd 2 = Z2 m = 100 3 = 300mm第 13页 共 31 页(3-20)(3-21)YFa2YSa22.231.76d173.15轨道式搬运车及其控制系统设计(2)、计算中心距:a = = 187.5mm2 2(3-22)(3)、计算齿轮宽度:b = d d1 = 0.6 75 = 45mm取 B2 = 45mm, B1 = 50mm 。(3-23)4结构设计及绘制齿轮零件图 3.1 大齿轮第 14页 共 31 页d1+d275+300轨道式搬运车及其控制系统设计3.2 轴的设计3.2.1主动轴的设计1、计算输出轴上的功率 P1 、转速 n1和转矩 T1根据传动总体方案,P1 = P0 h1 h 2 h 3 = 7.5 0.99 0.98 0.98 = 7.2kwn1 = 4.85r / min(3-24)T1 =9.55 106 P1n19.55 106 7.2 7= = 1.42 10 N mm4.85(3-25)2、计算作用在齿轮上的力由已知低速级大齿轮的分度圆直径为d 2 = m Z2 = 3 100 = 300mm2 T1 2 1.42 107Ft = = = 94667Nd 2 300(3-26)3、确定轴的最小直径先按下式估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢,调质处理。查机械设计表 15-3,取 A 0 = 103所以d min = A0 3P1n137.24.85(3-27)输出轴的最小直径显然为安装联轴器处的直径,为了使所选轴的直径与与联轴器的孔径相适应,故同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩 Tca = K A T ,查机械设计表 14-1,考虑到转矩变化很小,故取 K A = 1.3,则7(3-28)按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查机械设计课程设计手册表 8-7,选型号为 LX9 的弹性柱销联轴器。半联轴器的孔径为 d1 = 110mm ,半联轴器的长度 l = 212mm 毂孔长度为 L1 = 167mm 。第 15页 共 31 页=103=109mm1TcaA1=1.31.42107=1.8510Nmm=KT轨道式搬运车及其控制系统设计4 、轴的结构设计(1)、拟定轴上零件的装配方案IIIIIIIVV图 3.2主动轴(2)、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1、为满足半联轴器的轴向定位要求,轴段左端需制出一轴肩,故取轴段的的直径 d = 110mm ,轴段直径 d = 118mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度为L1 = 167mm ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴上,故段轴的长度比 L1 略短,取 L = 165mm 。2、取安装齿轮处的轴段的直径为 d = 118mm ;齿轮的右段采用锁紧挡圈进行轴向定位,齿轮左端采用轴肩定位,轴肩高度 h 0.07d,故取 h = 8mm,故d III = 130mm , lIV = 680mm3、初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角接 触 球 轴 承 。 根 据 d III130mm , 初 选 角 接 触 球 轴 承 7326B/DT , 其 尺 寸 为d D B = 130mm 280mm 58mm 。右段滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。故取d II = 140mm 。(3)、轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器、车轮与轴的周向定位均采用平键连接。按 d V =110mm 查机械设计表 6-1 得平键截面 b h = 28mm 16mm ,键槽用键槽铣刀加工,长为150mm,半联轴器与轴的配合为H7K6。按 d IV = 118mm,查机械设计表 6-1 得平键截面 b h = 28mm 16mm ,长为 40mm,为保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7n6;第 16页 共 31 页轨道式搬运车及其控制系统设计按 d II = 140mm ,查机械设计表 6-1 得平键截面 b h = 28mm 16mm ,长为 110mm,为保证车轮与轴的配合有良好的对中性,故选择车轮轮毂与轴的配合为H7n6;轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直
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