可旋转升降轨道车用摆渡车的设计毕业论文.doc

毕业设计（论文）可旋转升降轨道车用摆渡车的设计
1 可旋转升降轨道车用摆渡车概括
1.1 可旋转升降轨道车用摆渡车的设计背景
2000年6月1日起，沿海城市和其他土地资源稀缺城市，禁止使用实心黏土砖，代之以新型墙体材料，其中混凝土砌块是目前新型墙体应用最广泛的一种，混凝土砌块成型叠放后，由于小型叉车的震动，使刚成型的砌块破碎或裂纹，造成大量废品；小型叉车人工在地面上拖拉，不仅劳动强度大，小型叉车车轮磨损快，而且20mm厚的混凝土地面在这种情况下只能用3年又需要重新打地平。
本课题的可旋转升降轨道车用摆渡车就是解决企业现存这一问题中的一个重要的环节，它的功能是自动，准确地将可旋转升降轨道车由升板机工作位置送至料场各个轨道上，因此本课题旨在通过对已有的摆渡车进行改进设计，达到实现送车到位、对轨准确、运行平稳、与生产环节配套以及提高企业生产效率，降低工人劳动强度的目的。
1.2 可旋转升降轨道车用摆渡车的概括
可旋转升降轨道车用摆渡车，顾名思义，就是给可旋转升降车配用的摆渡车，用来运送可旋转升降车的。升降轨道车载着刚成型的砖块，要运送到各个储藏的轨道上。在运送中用摆渡车来载旋转升降车，在运送中实现摆渡车的自动控制，变速控制是摆渡车适时的变速，应运行平稳，安全的将旋转升降车规定的轨道。
下图是可选装升降轨道车用摆渡车的工作基地图：

图1-1 摆渡车工作及地图
摆渡车未工作时，在零号轨道上。工作时，可旋转升降轨道车载满砖块后，通过它所在的轨道行走到摆渡车上，摆渡车再根据事实情况，把旋转升降车运送到各个轨道上，摆渡车会在对应的轨道前准确停止，精确对轨，旋转升降车在行走进那个轨道，将砖块安放好。这就是摆渡车的主要工作情况。
摆渡车在工作过程中，即运送升降车到各个轨道时，最主要的是要求送车到位、对轨准确、并且运行平稳。送车不到位，或者对轨不准确，可旋转升降车都没法达到轨道送砖块；运行不稳就童谣会像小型叉车的震动，使刚成型的砌块破碎或裂纹，造成大量废品。这就给设计提出了一定的要求。
另外，摆渡车的稳速运行速度也有一定的要求，速度不能太慢，太慢虽然影响企业的效率；也不能太快，太快同样易造成砌块破碎或裂纹。那么，最好是在摆渡车启动的时候慢速，启动后改为快速行驶，快要到达轨道时再换成慢速，这样就又经济又平稳。
2 摆渡车车架的设计
摆渡车的车架选择了用槽钢焊接而成。槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。槽钢分普通槽钢和轻型槽钢。槽钢主要用于建筑结构、车辆制造和其它工业结构，槽钢还常常和工字钢配合使用。
摆渡车的框架结构如下图：

图2-1 摆渡车框架图
摆渡车是运送将可旋转升降车的，上面必须附有可旋转升降车的轨道，轨道的宽度和旋转升降车的相同，长度和摆渡车的轨道相同。摆渡车需要有电机提供动力，要有减速器改变速度，将电动机的速度转变成小车的速度。摆渡车是用电路控制车的行进、变速、停止。车上安有开关，以及安装开关支架，支架上安有行程开关。
综合起来，可估算摆渡车的总体大小：车架2800×2300mm；车架中间是子车旋转升降车的轨道，轨道长是720×2300mm；车架上要安放减速器，电动机等部件，分别在车架和轨道中间用槽钢加固。
3 摆渡车行走部分的设计
可旋转升降轨道车用摆渡车行走部分包括电动机、减速器、连接的链轮，和车轴车轮等部件。对行走部分设计主要包括：电动机的选择；减速器和链轮传动别的分配；减速器的设计；链轮的设计；车轴车轮的设计。
行走部分的在工作情况为：电动机提供动力，由于转速较高，电动机的输出轴和减速器的输入轴由联轴器连接，经二级减速器减速后，减速器的输出轴再由链轮和摆渡车车轴链接，同时也是第三级减速，链轮带动车轴的转动。车轴由轴承和轴承座和车架链接在车架上，车轴转动使摆渡车行进。按照摆渡车行走部分的工作情况分别设计各个部分。
3.1 电动机、联轴器的选择
3.1.1 电动机的选择
选择电动机时要算出车的承重，查出钢与钢的滚动摩擦系数，算的摩擦力，进而的出电动机提供的最小动力，最后由电动机的传递效率的出电动的的功率。
每块砖的重量是3.5kg，每层砖的重量是210kg,7层砖的重量是1470kg。砖的总重量
小车的重量为2954N，则摆渡车承受的总重量G=17360N，钢与钢的摩擦系数=0.05，压力F=G=17360N，则
摩擦力f=17360×0.05=668N
工作机所需功率按下式计算
(3.1)
电动机的输出功率按下式计算：
(3.2)
式中，为电动机轴至滚筒轴之间传动装置的总效率，其值按下式计算：
(3.3)
电动机所需功率Pd,从电动机到车轴之间总效率为
设, , ,分别为链传动的效率。分别为=0.85，=0.85，=0.8
则总效率
电机所需功率为:
型号Y160M-6。功率7.5kW，电动机的转速960r/min。
3.1.2 联轴器的选择
根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点：
（1) 所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。
（2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。
（3）两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。
（4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器此较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。
（5）联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足便用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器(例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等)，由于具有良好的综合能力，广泛适用于一般的中、小功率传动。
本次设计中的联轴器是连接电动机车减去气的输入轴，转速较大，选用了GYH3凸缘联轴器。
3.2 传动比的分配
因为摆渡车母车车轴外径d=200mm，周长C=0.628m。要求摆渡车行进速度V=8米/分，R=12.74r/min，
需要的总传动比为，链传动分为3，减速器分为25。
3.3 减速器的设计
电动机由联轴器直接和减速器的输入轴相连接，减速器的传动比分为25。设计成二级减速器，两级的传动比分别为5.5和 4.57，每级的传动效率约为85%。减速器设计成展开式，这种样式结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。用于载荷比较平稳的场合。并假设预定寿命为10000小时来设计减速器。
3.3.1 齿轮材料的选择
齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。在齿轮的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。
常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。摆渡车所用的减速器上的两个齿轮选用了45钢和40Cr材料。
另外，大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30-50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。
3.3.2 齿轮结构的设计
对于第一级减速,减速器输入轴直接和电动机相连转速为960r/min，效率为95%.减速器的输入轴的传递功率为5.225kw，由减速器的输入轴和中间传动轴来完成第一级减速。则
传递功率 P=5.22500000(kW)
传递转矩 T=51.97242 (N.m)
齿轮1转速 n1=960 (r/min)
传动比 i=5.50017
齿轮2转速 n2=174.54 (r/min)
有公式计算出:
齿轮1齿数 Z1=20
齿轮1分度圆直径 d1=50.05 (mm)
齿轮1齿顶高 ha1=2.25000 (mm)
齿轮1齿根高 hf1=2.81250 (mm)
齿轮1全齿高 h1=5.06250 (mm)
齿轮2齿数 Z2=110
齿轮2分度圆直径 d2=253.25000 (mm)
齿轮2齿顶高 ha2=2.25000 (mm)
齿轮2齿根高 hf2=2.81250 (mm)
齿轮2全齿高 h2=5.06250 (mm)
模数 m=2.5
中心距 A=146.950000 (mm)
齿数比 U=5.5

图3-1 第一级传动齿轮
对于第二级减速,是中间轴和输出轴来完成，输入功率为5.225kw，传递效率为85%，输出功率为4.44kw。则传递转矩 T=242.91028 (N.m)
齿轮1转速 n1=174.54 (r/min)
传动比 i=4.56791
齿轮2转速 n2=38.21 (r/min)
齿轮1齿数 Z1=28
齿轮1分度圆直径 d1=69(mm)
齿轮1齿顶高 ha1=2.5 (mm)
齿轮1齿根高 hf1=3.125 (mm)
齿轮1全齿高 h1=5.625 (mm)
齿轮2分度圆直径 d2=328 (mm)
齿轮2齿数 Z2=130
齿轮2齿顶高 ha2=2.50000 (mm)
齿轮2齿根高 hf2=3.12500 (mm)
齿轮2全齿高 h2=5.62500 (mm)
模数 m=2.5
实际中心距 A=197 (mm)
齿数比 U=4.64

图3-2 第二级传动齿轮
3.3.3 减速器轴的材料的选择
轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素： 
    （1）轴的强度、刚度及耐磨性要求； 
    （2）轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； 
    （3）轴的材料来源和经济性等。　　 
  轴的常用材料是碳钢和合金钢。碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。 
  合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。 
  值得注意的是：由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多，因此当其他条件相同时，如想通过选用合金钢来提高轴的刚度是难以实现的。低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韧性要求较高或转速较高的轴。 
  轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强度较好，因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。
3.3.4 估算轴的最小直径  
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算。 
设轴在转矩T的作用下，产生剪应力τ。对于圆截面的实心轴，圆轴扭转的强度条件为：
（3.4）
由上式可得轴的直径计算公式：
（3.5）
式中A—计算常数，与轴的材料和承载情况有关。由上式求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%—5%，如有两个键槽可增大7%—10%。 
对于输入轴，由联轴器直接和电动机相连，由上面公式（3.4）可算出输入轴的最小直径为30mm。而设计出的第一级传动的小齿轮分度圆较小，无法和轴装配，所以设计成齿轮轴的形式。

图 3-3减速器输入轴
对于传动轴，减速器的中间传递者，一端安有大齿轮和减速器的输入轴啮合，本身作为第二级传动配有小齿轮。由上面的公式（3.4）计算出传动轴的最小直径为35mm.第二级传动小齿轮的分度圆直径为69，同样要做成齿轮轴的形式，以防强度不够或无法装配。

图3-4 减速器传动轴
对于输出轴承是重要的传动部分，轴的一端装有链轮，通过链和摆渡车车轴相连，传载的动力较大。由上面的公式（3.4）计算出传动轴的最小直径为45mm.
3.4 摆渡车轴的设计
摆渡车的车轴，其长度远远大于车轴的直径，是细长轴，且带有键槽，结构上不完全对称。车轴上装有轴承，轴承按在轴承座上并通过轴承座固定在车架上，轴的两端安有车轮。下面就对车轴上选配的轴承和车轴进行设计。
3.4.1 车轴轴承的选择
由于深沟球轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。所以，车轴上选用的是深沟球轴承，代号为6215GB/T276-1994。
下面校核滚动轴承的寿命：

KM4线圈得电，电动机慢速反转，摆渡车慢速行驶。KM4动断触点闭合自锁，动合触点断开互锁。当到达零号轨道时触碰行程开关SQ5，电路断开，电动机停转，摆渡车停止。
与四号轨道相对应的六号轨道也是同样的控制方法，只是方向相反，在电路的控制上相对四号轨道的控制来说，就是先让电动机慢速反转，到达轨道后停止，返回时让电动机正转，到达零号轨道停止。
4.2.2 一号轨道电路分析
一号轨道距离零号轨道较远，要有变速过程。变速是由时间继电器来控制的，摆渡车慢速启动时时间继电器同样开始计时，时间到了自动切换到快速运行。下如是摆渡车往返一号轨道的控制电路图：

图4-4 摆渡车往返一号轨道控制电路
如上图所示，按下SB1 ，电路接通， KM2线圈得电,电动机慢速正转，摆渡车车慢速行驶。KM2动断触点闭合自锁，动合触点断开互锁，同时KT1线圈得电，开始计时。延迟时间到后KT1延时断开触点断开，延迟闭合触点闭合。KM2线圈失电， KM1线圈得电，动断触点闭合自锁，动合触点断开互锁电动机快速正转，摆渡车快速行驶。当快要到达第一轨道碰到行程开关SQ1，KM1线圈失电，线圈断开，KM2线圈得电，电动机变成慢速正转，摆渡车慢速行驶。直到碰到行程开关SQ2，KM2线圈失电，电路断开，电动机停转，摆渡车到达一号轨道停止。
返回时，按下SB2 ，电路接通， KM4线圈得电,电动机慢速反转，摆渡车车慢速行驶。KM4动断触点闭合自锁，动合触点断开互锁，同时KT2线圈得电，开始计时。延迟时间到后KT2延时断开触点断开，延迟闭合触点闭合。KM4线圈失电， KM3线圈得电，动断触点闭合自锁，动合触点断开互锁电动机快速反转，摆渡车快速行驶。当快要到达零号轨道碰到行程开关SQ3，KM3线圈失电，线圈断开，KM4线圈得电，电动机变成慢速反转，摆渡车慢速行驶。直到碰到行程开关SQ8，KM4线圈失电，电路断开，电动机停转，摆渡车返回零号轨道停止。

结束语
完成了任务书所要求的任务，实现了摆渡车的基本性能，满足工作的要求；电气控制方式也实现了变速，使摆渡车能够平稳运行，达到预期的目的；改进了电气控制的方式，用电液联合控制的方式控制纵向推动机构，达到了预期的目的。
但是设计中还存在一些问题可以继续改进。由于车架简单，外形看起来缺少一定的美观；本次电路控制简单，没有考虑周全，可根据今后实际的使用情况加以改进；另外，今后可在摆渡车上添加纵向的导向机构，和纵向自动推动机构，进一步实现摆渡车的自动化。

参考文献
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