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壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 摘 要 隨著時代不斷的發(fā)展鋼鐵行業(yè)向著高速、重載、運載能力的跨越式發(fā)展。好多生產車間的工作量以及效率在不斷加大和提高，這樣對車間的物流速度要求也有了進一步提升。先前靠單一的天車來搬動工件已經完全不能滿足現(xiàn)代高效率的生產要求，同時這種大馬拉小車的搬運方式也成為了一種典型的浪費。因此車間內需要這種具有結構簡易、承載能力大、使用方便、、容易保養(yǎng)、使用壽命長得料斗小車來保證搬運的暢通，我所設計的料斗移動小車就完全適應社會的需求。 我設計的料斗移動小車又叫過跨電動平車，在經過大量閱讀料斗小車書本的基礎上，我從小車生產需求方面出發(fā)，設計了50T的電動平板車樣機。 關鍵詞：平板車 強度 軌道車輪 壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 Abstract With the development of the era constantly steel industry towards high speed, overload, leapfrog development capacity. A lot of work and efficiency of production workshop in growing and improving, so logistics speed requirements of workshop has a further increase. Prior to move the workpiece by a single crown has been completely can not meet the requirement of the modern high efficient production, at the same time the large mara car handling way has also become a kind of typical waste. So the workshop need this has simple structure, convenient use, large carrying capacity, easy maintenance, long service life of the hopper electric flat car to ensure smooth handling of so I designed hopper electric car was completely adapt to the demand of the society. I've designed hopper car is primarily a cross electric flat car, after extensive reading on the basis of related literature, I based on actual production demand, the 50 t electric flat car prototype design. I have mainly introduced the cross in the design of electric flat car overall design theory and design process, including a across the overall design of electric flat car running mechanism and transmission mechanism, across to the layout of the electric flat car body, car running mechanism calculation. Calculation in the design of shaft and bearing selection, the selection and design of the bearing, gear motor selection, the design of the shaft. Keywords：Flat carb?strength Rail wheels 壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 目錄 摘 要 III Abstract IV 1緒 論 1 2料斗移動小車設計綜述 2 2.1料斗移動小車概況 2 2.2料斗移動小車的類型 2 3料斗移動小車的控制系統(tǒng) 3 3.1PLC控制系統(tǒng)示意圖 3 3.2開關量I/O模塊 3 3.3元器件的選用 3 3.4料斗移動小車的工作流程 4 4料斗移動小車電氣控制系統(tǒng)設計 6 4.1 I/O端口分配： 6 4.2資源詳細分配： 6 4.3變頻器的端子接線： 7 4.4 PLC控制程序設計 7 5料斗移動小車車輪類型的選用 11 5.1車輪的材料選用 11 5.2車輪的結構選用 11 5.3車輪的直徑選則 11 6料斗移動小車傳動系統(tǒng)結構的設計與計算 13 6.1設計參數： 13 6.2電動機的類型選用： 13 6.3電動機的功率選用 13 6.4電動機轉速的選用 14 6.5電動機型號的選用 14 6.6 計算總傳動比和分配各級傳動比 14 6.7?計算傳動裝置的運動和動力參數? 15 6.8減速器的計算與選用 15 7行走機構的設計 17 7.1主動輪軸的設計 17 7.2?從動輪軸的設計? 19 8車架的設計 21 8.1材料選用 21 8.2結構選用 21 9三維建模 22 10.結論 24 參考文獻 25 致 謝 27 VIII 壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 1緒 論 我設計的料斗小車，它在使用過程中比較便利、整個機器的結構比較簡單、使用以后的維修和維護既方便又容易、而且這個車不怕臟不怕砸、使用壽命比較長，而且它對提高生產能力，保證產品質量，減輕勞動強度，降低成本，提高運輸效率，加快物資周轉、流通等方面有著重要影響，尤其能提高安全生產的能力，減小事故的發(fā)生，因此車具有的便利、耐實、經濟、實用、好清理等優(yōu)點，因而在廠里應用廣泛。 28 壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 2料斗移動小車設計綜述 2.1料斗移動小車概況 料斗移動小車簡稱平車，是一種廠內搬運類型小車，通常情況下它的臺面平整而且是沒有箱蓋的，只有在特殊的情況下臺面是不平整但是沒有箱蓋，車體主要靠軌道前進，后退和拐彎，它主要是通過電力作用進行驅動小車，靠減速電機自動運行，因為它是通過軌道運行所以需要在地面上鋪設軌道，此次我采用工字型面接觸類型的軌道。 2.2料斗移動小車的類型 低壓軌道供電式電動平車：主要運行的軌道當做導電軌來使用，它是通過滑觸線連接軌道從而進行供電，不用電纜，提高了安全性，對環(huán)境要求不高但是對軌道施工要求較高，必須保證軌道絕緣，所以成本較高。 卷筒供電式電動平車：主要是電纜提供380V的交流電，由于電纜是磁滯耦合式，所以電纜受力均勻，不容易拉壞掉，但是卷線筒長度不是無限長，所能行走的最大運行距離要小于100m，受到限制。 蓄電池供電式電平車:它無需電纜，所以安全性好，不怕砸，不怕燙，因而對軌道要求不高，軌道不需要絕緣，但是蓄電池供電式不能長時間連續(xù)工作，要是長時間工作，中間要充電，而且充電時間比較長，只適合在工作強度不高的環(huán)境下。 拖鏈電纜供電式：它噪聲小，使用裝拆方便，可靠性高,維護少，節(jié)省空間，成本也比較低，還可以防止沖擊，主要適用于運行速度高，往返運行頻率高以及工作環(huán)境條件差的地方。 所以本文中我所選的就是拖鏈電纜供電式。 料斗移動小車的控制系統(tǒng) 3料斗移動小車的控制系統(tǒng) 3.1PLC控制系統(tǒng)示意圖 圖3.1 PLC控制系統(tǒng)示意圖 3.2開關量I/O模塊 開關量模塊的輸入輸出信號分為兩種，一種是接通，另外一種是斷開。電壓等級有交流110V，220V和直流5V，12V，24V，48V等。開關量I/O模塊可能4，8，16，32，64點。 3.3元器件的選用 3.3.1變頻器 變頻器就是可以通過頻率和電壓固定不變的交流電從而轉化為頻率或者電壓可變的交流電。 變頻器可以啟動重載負荷，也可以達到節(jié)能調速的目的，另外變頻器還有的優(yōu)點就是過載保護、過壓、過流等其他的功能。它應用了現(xiàn)代的技術，雖然內部結構復雜但是使用起來很方便，所以用途廣泛。 3.3.2可編程控制器 三菱生產的PLC 特別事FX2N系列在我國應用很多，該系列PLC的運算速度快，編程簡單，可以擴展模塊，質量可靠，價格也比較能讓人接受，所以我選擇FX2N系列繼電器輸出的PLC。 3.3.3元器件選型表 需要增加的元器件如表1所示。 表3.7.1.元器件選型 名稱 品牌 型號（規(guī)格） 數量 備注 可編制控制器 三菱 FX2N-32MT 1 傳感器 TRUCK AP6X-BI30 4 變頻器 ABB AC550-01-246A-4 1 繼電器 歐姆龍 MY2J 9 24V 開關電源 施耐德 ABL2REM24150H 1 24V 其他一些元器件就保留利用原系統(tǒng)已有的，如交流接觸器，電流表，電壓表等，要做到物盡其用，節(jié)約成本的目的。 3.4料斗移動小車的工作流程 料斗移動小車裝滿貨物向目的地以30m/min的速度運行，在離目的地還有3m處感應到減速接近開關則電動平車減速為10m/min運行，當電動平車感應到停車接近開關則電動平車剎車，然后電動平車停車，卸貨后的電動平車空載以50m/min速度返回，在距啟運地還有2m處感應到減速接近開關則電動平車減速為15m/min運行，當電動平車感應到停車接近開關則電動平車剎車，電動平車停車，裝貨，由此進行一個裝貨與卸貨的循環(huán)。電動平車運行途中如遇緊急情況，按下急停按鈕，電動平車在空載時立即變頻器與機械同時剎車停車，電動平車在滿載時變頻器剎車2秒內停車。變頻器內的停車參數設為積分停車。對于容量比較大的交流電動機，我們使用的是Y-△降壓啟動。它的工作流程如下：在電動機開始啟動時使用的是△形連接，通過一定的時間后，它會自己切換到Y形連接，然后開始工作。Y-△的轉換是通過兩個接觸器相互之間的切換來完成，它主要是由PLC的輸出點來控制。在正轉的時候，當我們只有按下正轉開關的時候它才會有反應，按下其他開關沒任何反應，當我們按下停止的開關時，電動機停止工作，按下反轉按鈕，啟動Y形連接，此時如果我們按下正轉按鈕的時候，系統(tǒng)是沒有任何反應的，從而達到連鎖保護的作用。 圖3.8.2 料斗電動平車工作流程圖 料斗移動小車電氣控制系統(tǒng)設計 4料斗移動小車電氣控制系統(tǒng)設計 4.1 I/O端口分配： 輸入端口如下表所示。 表4.1.2輸入端口分配 端口名稱 序號 端口名稱 序號 端口名稱 序號 急停按鈕 X0 復位按鈕 X4 返回到達接近開關 X10 啟動按鈕 X1 前進減速接近開關 X5 變頻器故障輸入 X11 前進按鈕 X2 前進到達接近開關 X6 卸料 X12 返回按鈕 X3 返回減速接近開關 X7 . 輸出端口如下表所示。 表4.1.3輸出端口分配 端口名稱 序號 端口名稱 序號 端口名稱 序號 報警輸出 Y0 滿載轉速 Y3 空載減速 Y6 變頻器啟動 Y1 空載轉速 Y4 剎車 Y7 前進（返回） Y2 滿載減速 Y5 卸料 Y10 4.2資源詳細分配： 如下表所示： 表4.2.4資源分配 4.3變頻器的端子接線： 如圖3所示 KA4 KA6 KA2 KA1 24V GND COMM DI1 DI2 輔助電壓輸出+24V 輔助電壓輸出公共端 所有數字輸入公共端 電動平車得電啟動 電動平車得電反轉 U1 V1 W1 PE U2 V2 W2 L1 L2 L3 3 ~ M 變頻器接線端 R03C R03A R03B COM X11 變頻器故障輸出 KA3 DI3 DI4 DI2 電動平車滿載速度 電動平車空載速度 電動平車滿載減速 電動平車空在減速 DI2 KA5 圖4.3.3變頻器的端子接線圖 程序控制：實現(xiàn)簡單的裝料向前，到達后卸料，然后再返回裝料。 4.4 PLC控制程序設計 裝料完成后（在不超重的情況下）按下X1啟動按鈕，變頻器通電，按下X2前進按鈕，復位Y2,Y2=0不輸出信號，變頻器為前進狀態(tài)，置位M2，M2=1，變頻器以滿載速度運行，小車以30m/min的速度前行。 當小車在前進到達處3M感應到前進減速接近開關時，置位M4,M2,M4=1,M2=0則Y3=0,Y3常閉觸點閉合，Y5=1，變頻器減速，小車以10m/min的速度前行。 當小車感應到前進到達接近開關時，復位M4,M4=0,Y5=0,同時置M10,M10=1,小車剎車，按下卸料按鈕，小車開始卸料。卸料完成，按下復位按鈕SB4，小車剎車松開，準備返回然后開始循環(huán)工作。 料斗移動小車車輪類型的選用 5料斗移動小車車輪類型的選用 料斗移動小車通過車輪的旋轉來實現(xiàn)前后的移動，因而車輪不僅僅支持了整個料斗小車的運行，更加承受了料斗小車的自重和小車上物品的重量，車輪一般有有軌運行的車輪和無軌運行的車輪，本設計我采用的是有軌運行的車輪。 5.1車輪的材料選用 我們一般根據驅動方式和工作級別來確定車輪的材料。當車輪用于機械驅動且速度大于等于30m/min時，我們選擇中級及中級以上的工作類型，采用不低于ZG55的鑄鋼，并進行表面淬火（高頻淬火或火焰淬火），硬度需大于等于HB=300-350，淬火深度不得小于5mm，這樣有助于提高車輪表面的耐磨性和延長它的使用壽命。當車輪需要人力驅動或機械驅動，并且工作類型屬于輕級的時候，速度小于30m/min時，可采用鑄鐵車輪，表面硬度為HB=180-240。 在我的這次設計中，通過翻閱《起重機械設計手冊》，我所涉及的料斗小車通過機械進行驅動，運行速度為30m/min，工作級別為中級。所以本設計中，我采用的車輪材料為ZG55的鑄鋼，并且對他進行表面淬火，淬火要求表面硬度HB=300-350，淬火深度不少于20mm（距離踏面20mm深處硬度不小于HB=180-240）。 5.2車輪的結構選用 車輪按輪緣形式可分為雙緣的型式、單緣的型式的和無緣的型式。雙輪緣一般用于大車中，單輪緣一般用于小車中。輪緣的作用是導向和防止脫軌。車輪的踏面主要有圓錐的形式、圓柱的形式和鼓形，大多數的大型的起重機采用圓錐和圓柱形。因我設計的料斗小車的車輪組運行速度不是很高，所以在設計中采用單輪緣式小車車輪,代號為DL這是為了降低成本，其結構簡圖如圖5.2.4所示： 圖5.2.4單輪緣式 5.3車輪的直徑選則 當車輪直徑不能變大的時候，因為輪壓與車輪數目成反比，所以我們通常采用增加車輪數目的方法來降低輪壓。為了使各輪的輪壓能夠均衡分布，我們在車輪數目超過四個時，設計時就采用鉸鏈均衡架裝置。 初步設置料斗小車自重為m=8T，車輪的數目n=4，據設計要求和載重量可得知輪壓最大值為： 查[8]表6-1及表6-2得知，此料斗小車的車輪直徑D=500mm，車輪的數目n=4，踏面為圓柱形的單緣車輪。 料斗移動小車傳動系統(tǒng)結構的設計與計算 6料斗移動小車傳動系統(tǒng)結構的設計與計算 6.1設計參數： （1）運輸重量：50t （2）軌距： 1436mm （3）滿載行走速度：30m/min,空載行走速度50m/min,行走距離：40m （4）臺面尺寸：5000mmX2000mm 6.2電動機的類型選用： 電動機，顧名思義，是一種通過電力然后旋轉從而進行工作的機器，它的作用是把電能轉變?yōu)闄C械能。一般用在冶金及起重行業(yè)的三相異步電動機具有較高的機械強度和較大的過載能力,適用于頻繁啟動和制動、短時間或者斷續(xù)周期運行的場合。此次設計我選擇YZR、YZ系列的冶金及起重用的三相異步電動機。 6.3電動機的功率選用 工作機所需電動機輸出功率應根據中間傳動裝置的效率和工作機所需功率等確定。通過以下計算，可知 公式中：S------表示為安全系數，等于1.1 ------表示為摩擦系數，等于0.05 M--------表示小車的承載重量，等于50T m---------表示小車的自重，等于8T V---------表示小車行走速度，等于30m/min= g---------重力加速度（N/kg），等于9.8N/kgm 電動機的輸出功率為： 公式中： 3-----表示齒輪傳動效率 2-----表示滾動軸承效率 1-----表示帶傳動效率 翻閱書本1-7：=96.01=、=98.02=、=98.03=。? 查[2]表12-7得，電動機額定功率為22W。 6.4電動機轉速的選用 根據負荷的性質，電動機常用的工作制:S2(短時工作制)、S3(斷續(xù)周期工作制)、S4（包括啟動的斷續(xù)周期性工作制）、S5(包括電制動的斷續(xù)周期工作制)。電動機的額定工作制一般均為S3，每一工作的周期是10min，它就相當于等效啟動6次/h。電動機的基準負載持續(xù)率FC=40%，F(xiàn)C=工作時間/一個工作周期，工作時間包括起動和制動的時間。? 因而我選擇的電動機為S3(斷續(xù)周期工作制)即相當于是等效啟動6次/h，電動機的基準負載持續(xù)率FC=40%的轉速,大概等于715r/min。 6.5電動機型號的選用 根據電動機額定功率=18.76kw和轉速=715r/min，我們由[2]表12-7確定電動機型號為：YZR225M-8 6.6 計算總傳動比和分配各級傳動比 總傳動比為，低速級齒輪傳動的傳動比為，高速級齒輪傳動的傳動比為，帶傳動的傳動比為。 已知總傳動比要求的時候，當我們合理選擇和分配各級傳動機構的傳動比時應考慮以下幾點傳動比。 車輪轉速： 公式中：------車輪直徑D=5OOmm； -------行走速度v=30m/min。 總傳動比： 取帶傳動的:=1.87 則減速器低速級傳動比: 減速器高速級傳動比:=1.4 =1.4x3.78=5.29 取=1。 公式中：-------電動機滿載轉速等于715r/min?；? -------車輪轉速等于1.19r/min=。 6.7?計算傳動裝置的運動和動力參數? 1各軸轉速 ①?Ⅰ軸?：=??????????????????????????????? ② Ⅱ軸?： =??????????????????????????????? ③?Ⅲ軸?： 2各軸功率?? ①Ⅰ軸?： =??????????????????????????????? ② Ⅱ軸?： ③ Ⅲ軸 ： 3各軸轉矩：? ①?Ⅰ軸?： =??????????????????????????????? ② Ⅱ軸?： =??????????????????????????????? ③?Ⅲ軸?： 6.8減速器的計算與選用 已知減速器總的傳動比為20，查參考文獻[7]得，選用ZLY型標準減速器。? 減速器承載能力的大小受機械強度和熱平衡許用功率的影響。 選用減速器考慮以下兩點：? ①公稱輸入功率應滿足?通過查參考文獻[7]中的表15-2-8、表15-2-9、表15-2-10分別得工況系數，啟動系數，可靠度系數。? 由以上可知，負載功率，機械強度功率。由此我選用ZLY180-20-II，公稱輸入功率，從而滿足要求。 ?②校核熱平衡許用功率的時候需保證。由表15-2-11和表15-2-13從而得到載荷率系數、環(huán)境溫度系數以及公稱功率利用系數。綜上有減速器的熱平衡功? 減速器ZLY180-20-II的，很明顯。因此可以選定ZLY180-20-II減速器。? 行走機構的設計 7行走機構的設計 眾所周知，一輛料斗小車主要由車輪以及車輪軸組成從而實現(xiàn)車的移動，此外，軸上還按裝軸承，軸套以及鍵等零件。我們在設計軸時不僅僅需要設計它的外形以及尺寸，而且還要始終滿足以下幾點：軸的方面就是使軸要具有良好的制造工藝性能，軸上零件應便于安裝和拆卸，軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置。 7.1主動輪軸的設計 7.1.1確定主動輪軸的結構和尺寸設計 由豎直方向力平衡得? 由 得 聯(lián)立式子,得,，則? ④垂直面內受力分析如下： 圖7.1.12?垂直面內的受力情況 由豎直方向力平衡得 由得 聯(lián)立式子有,, ⑤總彎矩 ⑥計算扭矩? 則 ⑦根據計算結果我們制出了如下的幾張圖： 圖7.1.13水平面彎矩圖 圖7.1.14垂直面彎矩圖 圖7.1.15扭矩圖 ⑧判斷危險截面? 截面D是危險截面， ?⑨按照彎扭合成強度校核軸的強度。? 我們在校核時只校核該軸承受最大彎矩和扭矩的截面，即校核危險截面D的強度，其中扭轉切應力是脈動循環(huán)變應力，而且也是對稱循環(huán)變應力，由[1]P373知折合系數，從而算的軸的計算應力 查[1]表有.因此，故安全。 7.2?從動輪軸的設計? 從動輪軸上安裝有從動輪組、支座。軸與從動輪組通過鍵為連接，在從動輪上與支座的連接為軸承連接，且軸承需要在軸向設置定位軸肩。輪組跨距為1436mm，車架寬度約為3000mm。從動輪軸結構如下圖： 圖7.2.16?從動輪軸 從動輪軸上裝有圓錐滾子軸承和軸套，選用的軸承型號為23022C/W33；軸與滾動軸承為過渡配合,選軸的直徑尺寸公差為 m6；車輪和軸為間隙配合,采用 H7/h6 配合；為了使軸與車架安裝合理, 約束軸的總長為 1940mm，軸承各段的直徑值和長度如圖。段和段的鍵同主動輪軸一樣。 車架的設計 8車架的設計 8.1材料選用 料斗小車車體使用最常用的材料主要是鋼材，有的小車也采用鋁合金。但是因為鋁合金比鋼的延伸率大，比重小，彈性模量僅僅是鋼的三分之一，而且造價高，所以我為了節(jié)省成本，在料斗小車的車體設計中并未采用鋁合金，因鋼由于具有可焊性的特點，特別是普通碳素鋼Q235，Q235根據化學成分和脫氧方法的不同主要分為 、、、四個質量等級，而B級它是制造料斗小車金屬結構最常用的材料，同時料斗小車金屬結構的主要承載構件與Q235性能滿足，因其力學性能適中，所以采用Q235B。其具體的性能如下所示： 表8.1.8 Q235B鋼的特性 鋼號 密度 屈服強度 抗拉強度 沖擊功 8.2結構選用 車架三種型式：鑄造，焊接和鉚接。 鑄造優(yōu)點：架子堅固、工作時軸承座不易移動和變位。由于焊接的發(fā)展，現(xiàn)在已被焊接車架取代。焊接的車架一般是由型鋼和鋼板焊接而成，主要因為型鋼的剛度較好。 根據本次的設計要求，選用焊接的車架。它由型鋼和鋼板焊接而成。該種車架結構簡單，自身輕便且加工方便。 三維建模 9三維建模 圖9.18?制動器 ? 圖9.19?主動輪軸裝配 圖9.20?從動輪軸裝配 ? 圖9.21車架 結論 10.結論 隨著時代的不斷發(fā)展，生活水平的不斷提高，生活需求日益提高，產量的嚴重需求，這就要提高產品的生產效率，因而機械也向著自動化，輕便化在發(fā)展，所以我們要活到老學到老，增加自己的創(chuàng)新意識，努力使用自己的大腦來幫助機械走向更快更好的自動化發(fā)展，就像我設計的料斗移動小車，由于人類的創(chuàng)新由原先的半自動化齒輪傳動，到現(xiàn)在的PLC程序自動控制，不僅僅給人們帶來了許多便利，而且給廠家節(jié)約一大筆資源還提高了生產效率，大大加快了世界經濟的發(fā)展。 參考文獻 參考文獻 [1] 濮良貴,紀名剛等.機械設計.8版.北京：高等教育出版社,2006.5. 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