自动铺砖机方案改进及机械部分设计【含6张CAD图】
自动铺砖机方案改进及机械部分设计【含6张CAD图】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下:
充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸I自动铺砖机方案改进及机械部分设计摘要:伴随着全国城市化进程的高速发展,城市道路硬化的急剧增加,道路铺设缓慢是一项重大难题。就目前而言,建筑施工和道路铺设中的地面铺砖大多为手工铺设,少数的机械铺设也存在着许多缺陷,而且地面铺砖进度非常缓慢,因此研究一种高效率的结构稳定的自动铺砖机是非常有必要的。根据任务书的要求,设计制定出了一套科学合理的方案,本次的设计包含了图像处理技术、机械结构设计、和系统控制部分,首先是利用重力原理进行铺砖,进而采用图像处理技术对道路的宽度进行采集,并控制调整铺设的宽度。这种设计具有结构简单稳定、操作简便、维护方便、和高效率等特点。通过 creo 进行三维结构设计的建模仿真,并对主要零部件进行计算校核,对典型进行有限元分析,这样有利于提高系统的稳定性。关键词:自动化,系统控制,设计校核 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸IIImprovement of automatic brick laying machine and design of mechanical partAbstract: Along with the rapid development of the urbanization process in the country, the hardening of urban roads has increased dramatically and the slow laying of roads is a major problem. At present, most of the floor paving in building construction androad paving is hand-laying, and a few mechanical pavings also have many defects, and the progress of paving on the ground is very slow. Therefore, a high-efficiency structurally stable automatic shop is being studied. Brick machine is very necessary.According to the requirements of the task book, a set of scientific and rational solutions was designed and developed. This design includes image processing technology, mechanical structure design, and system control. The first is to use the principle of gravity for paving, and then use image processing technology. Collect the width of the road andcontrol the width of the paving. This design has the characteristics of simpleand stable structure, easy operation, easy maintenance, and high efficiency. The threedimensional structural design and simulation through creo, and the main components for calculation and verification, typical finite element analysis, which will help improve the stability of the system.Keywords: Automation;System control ;The design and checking; 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸III目 录摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.1.1 研究的目的 .11.1.2 研究的意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 国内研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .21.3 研究内容 .21.4 预期结果及意义 .31.5 本章小结 .32 自动铺砖机结构设计和改进 .42.1 自动铺砖机方案分析 .42.1.1 方案研究 .42.1.2 方案设想 .42.2 自动铺砖机整体结构设计 .52.3 自动铺砖机方案工作原理 .62.3.1 砖舱 .62.3.2 传送带结构 .62.3.3 宽度调节铺砖结构 .72.4 自动铺砖机零件选用 .82.4.1 轴承选用 .82.4.2 正反牙滚珠丝杠 .82.4.3 电机与驱动选用 .92.4.4 顶推装置动力选用 .102.5 本章小结 .103 关键零部件校核计算及有限元分析 .123.1 关键零部件的校核计算 .123.1.1 轴的结构设计 .123.1.2 轴强度计算 .12 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸IV3.2 联轴器与轴承的选择 .153.2.1 联轴器的选择 .153.2.2 轴承的选择 .163.3 典型零件的有限元分析 .163.3.1 分析软件简介 .163.3.2 直线往复运动部件的受力分析 .173.3.3 顶推装置前段有限元分析 .183.4 本章小结 .194 自动铺砖机系统联调 .204.1 自动铺砖机系统构成 .204.2 自动铺砖机系统工作过程 .214.3 自动铺砖机系统测试 .224.4 自动铺砖机推广评估 .234.5 自动铺砖机系统总评 .244.6 本章小结 .245 展望与评估 .255.1 课题概述 .255.2 自动铺砖机前景展望 .255.3 收获启发 .25参考文献 .27致 谢 .28附录 A 外文文献 .29附录 B 零件三视图 .47附录 C 实物图 .48 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸11 绪论1.1 研究目的及意义 1.1.1 研究的目的随着全国城市化的快速发展,众多地区的公共基础建设逐渐增加,国家建设的过程中一直坚持主张绿色环保无污染,因此把地砖铺设在人行道路上已经成为一种很普遍的现象。但现有的铺砖机在铺筑路面时,基本上都是人工对路面进行排砖,或者是多种车辆相互配合进行铺砖,这些不但费力且而效率不高。并且户外铺设还要受到天气、工地环境等各种不确定因素的影响,工人在进行铺砖工作时大多处于半蹲状态,长时间工作不但容易腰酸腿麻,而且工作效率也会随之慢慢降低,工程的进度就会受到影响而延期。根据相关行业的调查和研究表明,利用自动铺砖机不但可以节约大量的人力财力,而且还能够提高工作效率。所以本课题制定了一套自动铺砖机方案,以及设计了机械结构部分,用来替换人工铺设,提升工作效率,加快工程的进度。本课题侧重的是机械自动化部分的设计,及主要结构的改进进行分析研究。1.1.2 研究的意义(1)自动化铺砖机不但提高了工作效率,而且解决了人工铺设地砖的诸多如体力消耗大,工程进度慢等缺点,并且还节省了大量人力财力,这种新的科技理念,有助于城市化进程的高速发展。 (2)自动化铺砖机的技术不仅为公共基础建设提供了技术支持,而且是低能耗,低成本的一种设计,有助于促进节约可持续型社会的发展。综上可知,自动铺砖机是一种发展潜力极大,实际应用范围极广,并且符合节省人力,高效实用,有提高利用价值的功能。还有一定的不足需要以后深度研发。该课题拥有非常重要的研究意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状2013 年青岛大学公开了一种人行道铺砖机,其特征是,包括底盘,底盘两端 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸2分别有前轮和后,底盘中间设有砖舱,砖舱与铺砖斜轨连接,还有定滑轮,推手等机构。这种方式是把传统的弯腰半蹲式铺砖改为了现在的直立式行走铺砖 1。在 2011 年王怀成提出了一种“智能铺砖机”设计方案,先利用先进传感技术和传感器等装置进行空间定位,再通过机械手臂上电动吸盘将砖块放到指定的位置2。然而现在人行道铺砖基本上还都是人工手工弯腰铺砖。随着各国城市化发展的急剧增强,各个地区基础的建设会慢慢齐全,砖路铺设工作量急剧增加,所以为了不影响发展,设计出一种新的自动铺砖机显得尤为重要。1.2.2 国外研究现状德国 Optimas 公司设计了一系列使用液压为动力的砖石摊铺机,有液压砖石夹钳,液压路沿石夹钳,真空水泥摊铺机,液压砖缝填充机,液压轧制清扫机等。并切具有快速,安全,整洁能轻松的进行大面积的摊铺工作。在荷兰设计了一款名叫“虎石”的自动化铺砖机,“虎石”的秘密在于利用地心引力。施工时只需将砖块填装在一个成角度的斜槽,随着“虎石”前进砖块便自动码放在一起。通过操作虎石,人们便可以铺设出整齐完整的砖路 3。使用砖石铺设的道路不但美观,而且还结实耐用,特别是使用透水砖铺设路面不仅可以减少路面积水问题,还能提高城市地下水位。所以自动化铺砖机的设计不仅节省了大量人力体力,而且简易的操作步骤会让工作变得更加的轻松。1.3 研究内容本次课题是要设计一种自动铺砖机系统,通过利用重力,使得砖块在斜轨上的运动与机器本身产生的运动发生相对运动进行铺设。在此基础上增加图像处理技术,对要进行铺设路面的宽度进行实时采集,与宽度调节装置形成反馈。想比传统人工铺设提高了效率,降低施工成本。课题主要在以下几个方面展开研究:1.机械结构设计:设计出一套能够实现自动铺砖的机械结构方案。2.机械结构优化:在原来的基础结构设计上,对机械结构方案进行改进设计,以达到最完美设计。3.力学性能的分析:用 creo 分析软件对典型零件进行分析,是否设计的合理。4.零件的计算加工:对零件进行计算,绘制零图和三维工程图。5.系统的调试:装配完成后与控制系统进行同步协调。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸31.4 预期 结果及意义本次自动铺砖机设计经过合理的计算及调试,运行时结构性能稳定、铺砖效率高、并且对施工环境要求低等优点。机器在运行的工作过程中状态稳定,零部件使用时间久。该设备能够缓解一部分人力缺少的现状,而且设备基本上都是自动化的、所以就会节约时间,能够给施工单位节约大量的成本,还可以加快施工进度,缩短了工程的期限。本次自动铺砖机设计采用图像处理技术,并且与宽度调节机构进行了相连接,实现了实时调节,突破了施工环境的限制,做到实时调整,实时铺设,大大提高了铺设效率。通过研究该课题具有较广泛的发展与应用。1.5 本章小结本章明确了本次课题的研究目的和意义,通过查阅分析了国内外有关自动铺砖机的发展现状,对于本次课题研究方案进行了一系列构想和设计。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸42 自动铺砖机结构设计和改进2.1 自动铺砖机方案分析2.1.1 方案研究自动铺砖机的主要工作地点是人行道和大型广场以及公园的道路块砖铺设,并且借鉴于国内外现在已经有的机器和发表的设计等技术方案,在这些基础上面研后进行改进和创新设计。因此本次课题是要设计出一款能够在图像处理方面并且能够自动化铺砖设备,因此只要设计出能够实现自动化铺砖原理的方案,并搭建简单出模型就算达到设计目第=地。本次设计的选材是用铝合金支架为设备结构的基本框架材料,有机玻璃为设备零件加工主要的材料,并设计独特的宽度调节铺砖装置,砖舱结构,砖块顶推装置,辊压装置以及传送带装置。以上的装置和结构是用来保证自动铺砖机施工时的能够稳定的工作,以及提高工作效率。2.1.2 方案设想本课题为了能够让自动铺砖机受外界因素影响小,并且适应外界工作环境,所以该机器应该具有良好的工作稳定性,并且还要使用到规定的时间,这样就需要充分理解考虑清楚机械结构的力学性能,结构的稳定性和磨损等。现根据要求设计出如下方案,见图 1.1。自动铺砖机的主要结构设计,分为以下六大部分,1 结构主要包括传送带机构;2 砖舱(直线往复机构,储砖机构);3 宽度调节机构(斜轨铺砖机构,滚珠丝杠);4 顶推机构;5 滚压结构;6 整体框架。并且每一部分都受系统的控制,并且之间相互协调。本次方案设计出的模型不但要符合自动铺设条件需求,而且还应该具有结构简单稳固、容易操作,易懂可以让新手快速的学会使用、并且其实用性要强、易于检修维护特点。本次设计将提供零件图纸,实物简易模型,并与控制系统相结合进行测试。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸5图 1.1 自动铺砖机整体方案2.2 自动铺砖机整体结构设计自动铺砖机结构设计的主要机械结构应包括下图中 1 顶推装置、2 传送带机构、3 宽度调节铺砖机构、4 砖舱和 5 辊压装置。这五大部分的主要零部件有 T10同送带、铝合金结构框架、滚珠丝杠、滑砖台、电动机、弹性联轴器、直线往复运动机构、砖箱 、同步带轮、轴、宽度调节挡板、移动轮、圆锥滚子轴承座、和电机支座等。该机械设备工作时稳定性较强、操作简便,而且很好的使用了模块化的设计,这样安装会非常简单,调试也非常容易。该机械结构模型设计的三维装配图如下图 2.1 所示 4 。实物图见附录 A,关键零件三视图纸见附录 B。图 2.1 机械结构模型三维装配图 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸62.3 自动铺砖机方案 工作原理2.3.1 砖舱砖舱结构是由直线往复运动机构,砖箱和电机组成,如下图 2.2 所示。砖箱与直线往复运动机构通过螺栓或焊粘连接接。电机、直线往复运动机构两者之间是通过联轴器相连接。当电机通电运行时,直线往复运动机构就把电机的旋转的运动转换为直线运动的,并且带动砖箱来回运动,砖箱利用惯性和重力使的砖块从砖箱下的漏孔中落到滑台上。图 2.2 砖舱结构图该砖舱结构搭建于铝合金结构框架上,通过螺栓把直线往复运动机构周向固定,砖箱在框架上面能够随电机驱动直线往复运动机构来回回晃动,以此来实现工作目的。2.3.2 传送带结构传送带结构是由 T10 同步皮带、滚筒、电动机、轴、深沟球轴承、弹性联轴器等组成。电机和轴两者之间通过联轴器连接,轴和滚筒两者之间通过螺栓紧接,滚筒和同步带之间是通过齿相互配合。电机提供动力通过轴带动滚筒转动,同而使同步带运动,同步带上的挡板把储砖舱中的砖运送到相应铺设的位置。传送带结构图如下图 2.3 所示。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸7图 2.3 传送带结构图该传送带机构结构简单,搭建于结构框架上,主要是轴与带轮的配合,带轮与同步带的齿合。其特点有;1. 同步带与带轮精度高,稳定性好,2. 可以保证精准的把砖运转到指定的位置。3. 可以由电机自动控制调,体现应该铺设的宽度。2.3.3 宽度调节铺砖结构宽度调节机构与斜轨铺砖机构两大部分组成了宽度调节铺砖结构。它们由正滚珠丝杠、宽度调节档板、步进电机、深沟球轴承、摄像头和滑块斜轨、侧板等构成。正反牙滚珠丝杠上的滑块与宽度调节挡板用螺栓连接,宽度调节板紧贴在斜轨上。摄像头在设备的前段将所采集的道路宽度信息反馈给控制系统,在由控制系统进行相应的处理后调节步进电机的旋转量,进而来实现宽度调节。砖块在斜轨上实现砖块铺设工作是由于受到重力的作用发生相对运动。其结构图如图2.4 所示。图 2.4 宽度调节铺砖结构图该机构结构简单,依附于结构框架上,并且直流电机和车轮直接连接,所以 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸8在直流电机驱动安装于底部的轮子使设备前行时避免传动误差。宽度调节机构的核心关键是滚珠丝杠和宽度调节挡板与图像处理系统之间的相互配合。其优点有:1.滚珠丝杠的精度非常的高,而且稳定性良好,因此可以保证摄像头所提取的道路宽度能够精准调节;2.可以实现自动化的宽度调节;3.直流电机驱动时的转速转速较低,有较大的扭矩,能够提高动力;4.设备转弯时可以利用差速控制原理实现;5.斜轨的模块化设计便于调节斜轨宽度;2.4 自动铺砖机零件选用2.4.1 轴承选用在自动铺砖机结构设计中,如图 2.3 所示,步进电机驱动带动滚筒轴转动,依据轴的设计尺寸要求以及承受的载荷力来计算,跟据设计的需求选用深沟球轴承,用立式轴承座安装于轴的两端,使轴能够平稳转动,降低在旋转中所受到摩擦力,承受径向的载荷,并且并保证转动的精度。轴承实物图如图 2.5 所示。图 2.5 深沟球轴承座图2.4.2 正反牙滚珠丝杠滚珠丝杠是应用于各种行业的工业设备和精密仪器上的一种传动元器件。它的主要功能是将旋转的运动转化成为直线运动,而且传动精度高,具有摩擦阻力小,传动效率高和具有可逆性等特点,是将旋转运动转化为直线运动的最理想的 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸9结构 5。特别是最近几年来,滚珠丝杠副作为数控机床上面的直线驱动工作单元,在机床这行业获得了普遍应用,这极大的鞭策了机床这个行业的数控化高速发展。这些都是因为其具有高传动效率、高的定位精度、传动性能可逆、使用时间长、而且其同步性能非常好。实物图如下图 2.6 所示。图 2.6 滚珠丝杠图2.4.3 电机与驱动选用因为自动铺砖机结构的转动控制装置要非常精准并且稳定,所以找到一种精准控制的动力源就非常的重要。然而步进电机恰好能够依据给出的脉冲信号来实现精准的转动控制,而且也一定的制动转矩,所以步进电机的这些特性能够满足自动化铺砖机的工作要求。而且由于自动铺砖机的宽度调节机构需要有精准的位移,所以需要电动机能够随时的利用单片机对其他部件进行控制,并且要具有较大的静力矩。综上可得,应该选用的电机是步进电机 6。如图 2.7 所示。电步进电机的控制还需要配合专用驱动器才能工作。如图 2.8 所示,本次结构设计通过查阅资料选用的是集成驱动器,该驱动工作时所允许的最大电流是3A ,通过拨码可以进行多级调控,并且和单片机的连接性能非常好。电机和驱动器之间的相互配合使得电机的转矩较小,而且在低速运行时非常平稳且噪音低,步进电机的定位非常准确而且还有较大的力矩。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸10图 2.7 步进电机 图 2.8 集成驱动器2.4.4 顶推装置动力选用顶推装置是由电动推杆和耙块构成,推杆与耙块两者之间焊接,能够实现对传送带上砖块的起到推动作用。电机推杆如图 2.8 所示。顶推装置具有以下几个优点:1.能够精确地控制且误差较小。能够长时间使用,并且没有累积误差,而且精准控制的控制系统,可以实现对砖块进行精准稳定推动。2.控制系统操作方便。该装置本质上为控制电机,因此控制简单高效,而且方便调试。3.种类型号较多,便于选择。还可依据推力的大小推动的距离等要求选型,实用范围极广。 图 2.8 直流电机推杆2.5 本章小结本章主要叙述的是铺砖机零部件结构的分析,包括宽度调节铺砖机构、砖舱、 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸11传送带结构等部分,明确了各个部件的机械结构和安装方法以及工作原理。并且知道了各个零部件之间相互协调配合过程,同时对于部分零件进行研究分析。通过查阅资料和文献对一些零件进项选用说明。通过分析可以更好的对整个系统进行研究和充分的理解,为了下一步的制作和装配与系统联调奠定了坚定的操作基础。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸123 关键零部件校核计算及有限元分析3.1 关键零部件的校核计算3.1.1 轴的结构设计1)轴零件的定位,固定和装配是采取非对称方式将滚筒放于轴右端,滚筒的左端采取的是轴肩定位,另一端面采用套筒固定,使用得润滑方式是脂润滑。阶梯轴通常采用的倒角是圆角(12)。为了便加工方便,安装与拆卸维修简单,所以两端轴承通常采用同一尺寸,为便于装拆轴承,轴承上轴肩不宜过高。2)确定轴的各段直径和长度(由左至右),初选轴径轴长为 20cm,安装滚筒轴径为 12mm,长为 7cm,初选 30110 型号的轴承,内径为 10mm,外径为20mm,宽度 10mm。如图 3.1 所示。图 3.1 轴的结构图3.1.2 轴强度计算已知:输出功率 P=0.0029kw , 转速 n=3.62min/r ,转矩 T=6.435N/m。同步带轮分直径 ,md74按照弯扭合成的强度条件进行校核:力学模型图 3.2 如下所示。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸13图 3.2 力学模型图转矩 , 圆周力: ,mNT/435.6 NFt92.173径向力: , 轴向力: , F82r a45水平支反力: .8,.8521NHNH垂直支反力: VV07弯矩: 9.6,.9063421M总弯矩: 7.1838585H,根据上述做出轴的载荷分布图 3.3 如下。图 3.3 轴的载荷分布图M 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸14取 , ,0.6a246.0caMP材料 45 钢调质 , ,可得出强度安全。1p1c精确的校核轴疲劳强度:如图 3.2 所示,分析得滚筒安装的右截面为危险截面。截面的右侧:抗弯曲截面的系数为:,333m4.05271.d.0W抗扭转截面的系数为: ,333m8.10472.0d.TW右侧的弯矩为: ,NM/89截面上的扭矩; ,/435.6截面上的弯曲应力, ,Mpab10.42扭转的切应力 : ,paWT079.已知 45 钢的材料 7参数为: 抗拉强度极限 ,640B弯曲疲劳强度 ,1275剪切疲劳强度 ,在轴肩部位而发生的理论应力集中系数,用插值法可得: ,3.19.;材料敏感系数为: ,850;2q所以有效应力集中系数按式:7.1)(1k28q根据附图查得: ,5.0.;磨削加工,表面质量系数: ,9未经表面强化处理: ,1q 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸15得综合系数为: 59.168.2K碳钢的特性系数:取 ,0.,.于是,计算安全系数 值:caS25.81mak46.1S5.32ca由上可得出右截面安全。同理可计算的左截面 ,m12d5.189caS故左截面安全 8。3.2 联轴器与轴承的选择3.2.1 联轴器的选择已知;功率 ,转速 ,转矩 ,kw029.pr/min67.3435.6T1)初选弹性柱销联轴器;载荷计算:转矩: N/m,435.6T查得: ,1AK所以, , mN.9ca2)类型选择:从 GB/T5014-1995 中,查得用 GL7 型弹性柱销联轴器,其许用转矩为 630Nmm。允许最大转速为 100r/m。配合轴径为 12mm,轴孔长度为10mm。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸163.2.2 轴承的选择根据根据条件,轴承预计寿命: 小时。192083hL1)计算轴承,已知: 转矩: , 转速: , 功率: m/435.6NTmin/67.3rn。kwp029.滚筒分度圆直径为 74mm,滚筒上圆周力: NFt92.173滚筒上的径向力: r68滚筒上的轴向力: a4.58.0rF与联轴器相连,选取最小轴径为 10mm,选用 30110 型号轴承其中:C=73200, ,d=12,D=22,B=10.92DC判断系数为 0.35。2)初步计算当量动载荷 p:根据参考文献表 13-6 得: ,0.1fd根据参考文献表 13-5 得:X=0.56 ,Y=1.3 。则 : 。9.235P3)根据参考文献313-6,求轴承应有的额定动载荷值:.81C4)根据参考文献,及 和 C 的值,选 30110 轴承,其中:mindC=73200, ,d=12,D=22,B=10. 920D5)验算如下:在此次验算中得到轴承的使用寿命为 19325 小时与预设计寿命 19200 相比得到结果可知:此轴承合格。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸173.3 典型零件的有限元分析3.3.1 分析软件简介本此设计中所采用的分析软件是工程三维绘制模拟中常用的 CREO 软件。该软件不但能够模拟仿真结构发生受力(应力/位移)形变等问题,而且还能够模拟如质量扩,热电偶分析散,热传导等别的工程领域中的许多问题。本次课题应用了其结构分析功能,分析了自动铺砖机中典型的关键零部件的受力后所产生的变化情况。3.3.2 直线往复运动部件的受力分析自动铺砖机设备中的直线往复运动机构的零部件如图 3.4 所示,该零件受到砖箱的压力和电机运动时所受到的推拉力,因此对该零件进行有限元分析。直线往复运动机构有限元分析参数如表 3.1 所示。表 3.1 直线往复运动机构有限元分析参数材料 弹性模量(N/m2)泊松比 质量密度(kg/m3)拉力(N)重力(N)AL2014 2.12E+11 0.288 7.86E+03 90 50图 3.4 直线往复运动机构 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸18经过有限元分析得到如图 3.5 所示,可知直线往复运动机构在 T 型接口处受力形变较大,在加工时是此处应该加厚。其余各处无较大的形变,所以能满足设计要求。图 3.5 直线往复运动机构有限元分析图 3.3.3 顶推装置前段有限元分析自动铺砖机设备中的顶推装置前段的零部件图如图 3.6 所示,该部件承受电机的推力和和砖块的压力并且还有自身的重力。因此需进行有限元分析。有限元分析参数如表 3.2 所示。表 3.2 顶推装置前段有限元分析参数图 3.6 顶推装置前段图材料 弹性模量(N/m2)泊松比 质量密度(kg/m3)推力(N) 重力(Nm)Q235-A 2.11E+11 0.266 6.86E+03 60 30 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸19经过有限元分析得到结果如图 3.7 所示,由图可知顶推装置各个部分的受力形变较小也无应力集中和形变,能够满足设计要求。图 3.7 顶推装置前段有限元分析结果3.4 本章小结本章对自动铺砖系统中的重要零部件进行了设计算校核,并且对关键的部件利用限元软件进行分析,验证零件设计的合理性。通过查阅机械设计书籍,学习巩固了相关校核的方法和计算公式。有限元分析很有效的检验了方案设计零件的安全合理科学性,保障了整个系统在工作中的稳定性。通过查阅相关资料文献在进行有限元分析的过程中,懂得了有限元分析处理后的结果图。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸204 自动铺砖机系统联调4.1 自动铺砖机系统构成本课题在自动铺砖机结构方案设计完成之后,将会对自动铺砖机进行加工和装配,组装完成后将会安装控制系统并与图像处理系统进行同步联调测试。自动铺砖机上安装的系统主要分为,顶推装置机构系统和宽度调节铺砖系统、单片机控制系统及传送带系统、图像采集系统这五大系统 9。控制系统之间相互的关系网络框架图如图 4.1 所示。图 4.1 自动铺砖机控制系统结构图像采集系统:该系统是利用摄像头采集道路宽度图像数据然后传输给 Qt客户端模块(人机交互部分)并且实时显示出来,Qt 客户端调用机器的视觉库(OpenCV)对图像进行一系列如:灰度转换、高斯滤波、图像二值化处理、基尔霍夫变换等等处理。提取出图像中需要的宽度数据,通过提取的信息反馈给 STM32单片机控制系统部分,控制铺砖的宽度。单片机控制系统:该系统采用 STM32 单片机进行控制,在芯片中写入控制算法程序,实现对采集信号的处理, 驱动步进电机 1,从而实现对道路宽度的实时调节。通过驱动电动机 2 实现了对传送带机构系统的控制,通过驱动电动机 3 实现对顶推装置系统的控制。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸21宽度调节铺砖系统:该系统利用电机驱动正反牙滚珠丝杠滑块运动,图像采集系统将宽度信息传递给 STM32 单片机系统,单片机发出信号脉冲给驱动器,电机 1 接受到定量脉冲,实现宽度调整。传送带机构系统:该系统的运行是通过 STM32 单片机给出信号控制驱动电机2 转动同步带,把砖块运送到指定位置,实现运砖功能。顶推装置系统;该系统通过 STM32 单片机驱动电机 3 运动,把耙块推出进而把砖块推送到斜轨上,实现了顶推作用 10。4.2 自动铺砖机系统工作过程 自动铺砖机结构设计吐如图 4.2 所示,包括电机 1 电机 2,滚压棒 4 与机体8 通过螺栓连接在后面,机体 8 底部设置有四个电机驱动轮 15 通过螺栓连接,机体后半部分有斜轨 5 和宽度调节机构的调节板 6 和滚珠丝杠 7,中间部设置有储砖舱 9 和滑台 10,储砖舱下连接传送带机构 16,传送带机构边上有顶推装置 3,机体 8 前端有砖箱结构 11,砖箱 11 下端与直线往复运动机构 12 相连接,直线往复运动结构与电机 13 相连接。摄像头 14 在机体 8 前部。摄像头连接图像处理单元,图像处理单元连接单片机控制器,单片机控制器连接传送带机构、顶推装置装置、宽度调节机构和驱动电机。图 5.2 自动铺砖机结构图1.2.13 电机,3 顶推装置,4 滚压棒,5 斜轨,6 宽度调节板,7 滚珠丝杠,8 机体,9 储砖舱,10 滑台,11 砖舱,12 直线往复运动机构,14 摄像头,15 电机驱动轮,16 传送带机构 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸22自动铺砖机的工作控制方法包括以下步骤:第一步,摄像头提取预铺道路宽度的信息,并将预铺道路宽度信息传送到图像处理系统;第二步,图像处理系统将预铺道路的宽度信息经过一系列的转化变成脉冲信号;步骤三,图像处理系统将所需轮廓的长宽度发送至单片机处理中心;步骤四,单片机处理单元控制正反牙滚珠丝杠滑台 7 调整挡板 6 间的间距,使挡板 6 间的间距与预铺道路同宽;并且控制传送带机构 16 转动相应的圈数,使砖块的宽度相加与道路宽的宽的相等;步骤五,同时,电机 13 带动通过直线往复运动机构 12 使得砖舱 11 晃动,工程砖通过滑台 10 落入储砖舱 9 中,让传送带把砖带到相应的位置。步骤六,这是单片机给出一个人信号,使得顶推装置把砖推到斜轨上,通过光流算法得出当前砖块在铺砖斜轨 5 上的运动速度,单片机处理单元控制机体 8前进,完成铺砖 12。4.3 自动铺砖机系统测试在自动铺砖机系统方案设计完成之后,进行图像处理部分与控制部分联调测试,通过 CAM 摄像头采集图像数据传输给 Qt 客户端模块并实时显示出来如图 4.3所示,Qt 调用机器视觉库(OpenCV)对图像进行例如:图像二值化处理、灰度转换、基尔霍夫变换、高斯滤波等。提取出图像中需要的宽度轮廓数据如图 4.4 所示,通过提取的轮廓信息反馈给 STM32 单片机控制部分,实现控制铺砖的宽度 11。图 4.3 人机交互界面 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸23图 4.4 宽度采集4.4 自动铺砖机推广评估不管什么机器或者设备在推广中都要进行一些市场调查,都要解决一些成本问题。对于自动铺砖机在推广应用的过程中,可能存在单价成本过高的问题,本课题针对于单价成本问题在社会上进行了市场调查,现将调查结果整理如下表4.1 所示。现在假设一条人行横道为 3000x3m 为例,进行了一系列的预设,总面积为9000 。路砖一般使用的规格为 200x50x50mm,单块面积为 0.01 。2m 2m表 4.1 道路铺设成本分析表由上表可以看出,由于自动铺砖机设备费用高,在铺设时间段,工程量小的铺路中,总成本会比人工铺设的总成本高出许多。但是如果是长期进行路砖的铺设的公司或者大型的公路工程就可购买自动铺砖机,在长时间进行铺路工作施工项目可以大大的降低成本,缩减建设费用节约了成本。铺设方式 成本人工 工价 日均成本 完成时间总成本人工铺设 0 10 80 元/天 800 元 12 天 7600 元自动铺砖机 5 万 2 80 元/天 300 元(含电费) 5 天 51500元 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸244.5 自动铺砖机系统总评经过系统测试的结果表明,本次设计的系统可以达到设计要求,并且工作过程中状态稳定、运行良好。总体而言,此模型具有最超前的想法、造价便宜,并且实现了图像处理技术和宽度调节铺砖机构两者之间的结合。该系统的推广使用将能为以后的设计研究提供技术支持,成为以后研究的基石,具有及其重要意义。4.6 本章小结本章主要是对自动铺砖机系统的同步联调进行了阐述,明确了图像处理技术在设备中的重要作用,以及控制系统部分的工作流程,并对次设计搭建的模型的推广进行说明。虽然在进行调试的过程中碰到了一些困难,但是通过不懈努力,我们逐个攻破困难,终于完成了各部分的调试与整体的联调工作,并且对后期发展进行了系统评估。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸255 展望与评估5.1 课题概述本次设计为自动铺砖机方案设计及机械部分的改进,经过对任务书的分析、以及查阅相关资料文献、对方案进行研究选择、对自动铺砖机结构开展设计、零部件进行加工装配以及对控制系统联调等过程,通过我们不懈的努力,终于让本课题达到了设计的要求。本课题设计并且组装出了自动铺砖机模型装设备,是依照现代化铺砖的需求提出超前思路。并且在通过对自动铺砖机测试结果的分析研究,可以得出该装置能够在对于提高铺砖工作效率,降低施工成本以及节省劳动力方面有重要的意义。通过对该设备的评估可知,该机械设备具有使用简单、结构性能稳定、工作效率快等优点,而且还可以适应较为复杂工作环境,对于缩短施工期期,和降低劳动力成本具有及重要意义。本次研究该课题,是对于科技进步很好的一种体现,设计出来能够替代人力的设备,可以提高工作的效率。并且具有较高的科学含义和以及市场使用价值。5.2 自动铺砖机前景展望我国在 21 世纪,人力市场早已经出现用工难,成本高的现象,而且像路砖的铺设基本上依靠纯手工作业,对于这一现象,德国、荷兰等国发明了几种铺砖机,但这些机器对自动化这方面的利用也不是很高。这些铺砖机工作时大都需要其它小型铲车进行配合使用,而且还需要人工进行码砖,而且还要人工进行宽度调节铺设。由于这些因素,使得铺砖机的推广受到限制,对于施工也没有起到改善。本次设计的自动铺砖机设备是一种在工作运行中非常稳定的、并且具有高效率的铺砖机器,在未来的城市化建设中将发挥出举足轻重的作用。而且由于其容易操作,维护检修方便等的优势,能够为施工单位缩短施工周期,节省施工成本,减少了对周围环境的影响。并且随着我国机械化进程的不断发展,对于人行道铺设需求量急剧加大。由此可知国内的铺砖机市场潜力巨大,得出自动铺砖机发展前景明朗 13。5.3 收获启发本课题经过查阅大量文献与资料,合理的运用学过了专业知识,终于完成了任务书上的设计要求,并且从中获益颇丰。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸26从一开始的选题直到到完成这一整体的过程中,不仅要查阅资料文献,回顾以学的专业知识,还要学习各种新的软件。这是对大学四年学习的一次很好的复习与应用,这将对我们以后工作时提供了相应的经验。通过对本次设计的认真研究,我们巩固自己所学的专业内容,而且还对自主学习与独立解决问题的能力得到提升。当然,收获更多的是自己能力的提高,在本次课题研究中,提高专业素养和提高综合能力,这远远比掌握专业知识重要,但是这些只有建立在学习专业知识基础上才能体现出来。总而言之,通过本次毕业设计,提高了自己的专业素养,锻炼了团队合作能力,并且收获友谊,同时也深刻认识到自己的缺陷,这将受益无穷。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸27参考文献1 王清华,向鸿宇,成瑞芝,张继忠,郭文军.人行道铺砖机J.实用新型专利,2013,(12):1.2 王怀成.智能铺砖机J. 发明申请专利,2011,(12):1.3 鲍肯内德.荷兰发明自动铺砖机J. 砖瓦世界,2010,(12):51.4 詹友刚.Creo2.0 机械设计教程M.机械工程出版社,2016:176-197.5 陈烨妍.精密滚珠丝杠副可靠性试验方法研究及试验装置设计D.南京理工大学,2014:23.6 刘宝志.步进电机的精确控制方法研究D.山东大学,2010:78.7 赵忠国. 机械设计中的材料的选择和应用J. 科技风,2011,(17):58.8 濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计D.高等教育出版社,2013:374-379.9 花勇,赵刚,一种室内分体式自动铺砖机的控制系统设计J. 信息与(电脑理论版),2016,(16):117-119.10 彭刚,徐庆江,张崇金.基于 STM32 单片机的 RS485 总线分布式数据采集系统设计J.伺服控制, 2011,(2):64-67.11 陈爱萍,陈建良,童水光.计算机辅助工程在化工机械中的应用J.化工机机械,2005,(06):340-345. 12 鞠红香.机械设计制造及其自动化发展方向分析J.装备制造技术,2015,(5):216-262*272.13 黄玲,魏开云,论园林铺砖在城市文化传承上的运用与发展J.安徽农学通报(下半月刊),2009,(10):208-209+263. 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸28致 谢大学生活一晃而过,回首走过的岁月,心中倍感充实,当我写完这篇毕业论文的时候,有一种如释重负的感觉,感慨良多。首先诚挚的感谢我的论文指导老师张艳丽老师。她在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文。还有教过我的所有老师们,您们严谨细致、一丝不苟的教学作风一直是我工作、学习中的榜样,他们循循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。在这最美好也最迷茫的年华里,我有幸结识了诸位良师益友,通过与你们的交流使我逐步明确了方向,懂得了“行是知之始,知是行之成”的道理,更加珍惜时间,认真学习提高自身能力。再次感谢张老师在对我的个人发展和各项大赛中的辛勤指导,其中的受益已无法用三言两语述清,仅铭记在心,砥砺奋进,不辜负老师的期盼与自己的理想。感谢四年中陪伴在我身边的同学、朋友、感谢他们为我提出的建议和意见,有了他们的支持、鼓励和帮助,我才能充实的度过了四年的学习生活。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸29附录 A 外文文献Design of an Autonomous Agricultural Robot Dept. of Industrial Engineering and Management, Ben Gurion University of the NegevAbstract. This paper
收藏