天车模型的设计与制作毕业设计.doc

石家庄邮电职业技术学院毕业设计天车模型的设计与制作 2012 届 邮 政 通 信 管 理 系专 业 机电设备维修与管理（邮政设备维修与管理方向） 学 号 30901100206 姓 名 高凯林 指导老师 马记 完成日期 2011年11月 19石家庄邮电职业技术学院毕业设计（论文）任务书姓 名高凯林学号30901100206专 业机电设备维修与管理班 级通09102班毕业设计题目天车模型的设计与制作-安装调试指导教师姓名马记职称或职务高工工作单位邮政通信管理系毕业设计（论文）内容、基本要求、重点研究问题、主要设计方法（或步骤）：内容：天车模型的设计与制作基本要求：根据所学知识，结合课外所学知识及市场调研结果，在指导老师的带领下，完成毕业设计（报告）。要求理论应用于实际，设计（报告）结构层次清楚，语言通顺，规范；严格按照学院的书写规范和要求，按时完成毕业论文；重点研究问题：项目的安装与调试，工艺结构要求，组装步骤：1、通过网络或其它途径了解天车的结构和用途；2、市场调研；3、结合课内外知识和考察调研结果，确定设计思路和方案；4、根据上述结果撰写论文，指导老师审阅，并提出修改意见；5、学生修改后指导老师再次修改；6、学生按照规定装订论文，交指导老师。主要参考文献、资料：机械设计手册第五版 成大先主编 和起重机构造与使用维修手册 王晓件 张瑞军主编 计划进度：1.10月20日前后收集相关资料，做市场调研；2.11月1日之前确定论文内容及基本思路；3.11月10前和老师沟通论文基本思路和框架；4.11月15日前形成初稿并交给老师审阅；5.11月17日前后确定全部格式；6.11月20日前结束论文，打印并准备答辩。指导教师签字： 年 月 日石家庄邮电职业技术学院毕业设计评定书姓 名康 智学 号30901100214专 业机电设备维修与管理班 级通0910-2毕业设计（论文）题目交通信号系统设计制作指导教师评语：指导教师建议成绩（60）指导教师签字： 年 月 日答辩小组建议成绩（40）组长签字： 年 月 日答辩委员会最后审定成绩主任签字： 年 月 日备注摘要本模型是严格按照物流仓储中得大型物流运输设备制作，在一定比例的基础上实现天车的全部功能，即在仓库内任意位置抓取物品或邮件然后按照需要放到任意指定位置。可以实现三方向上的控制，上下、左右、前后。而在此毕业设计里，将更详细的把天车模型的加工工艺和安装调试展示出来。关键字：机架连接 螺栓 紧固件 焊接 安装 调试目录1 概述1 1.1 功能分析 12 天车模型结构组成 22.1 起升机构 2 2.2 运动机构 3 2.3 支撑结构 33 制造工艺43.1机架部分各组件的链接及其装配4 3.1.1 角钢与角钢之间的链接4 3.1.2 角钢与槽钢之间的链接5 3.1.3 角钢与地面脚轮之间的链接5 3.1.4 角钢和槽钢材料上面钻孔7 3.2 电气部分各组件的链接 8 3.2.1 电动葫芦与电动跑车之间的链接8 3.2.2 电动跑车与槽钢之间的链接装配93.3 轨道部分各组件的连接 9 3.3.1 槽钢之间的焊接9 3.3.2 地上轨道与脚轮之间的啮合94 天车模型的安装调试 11 4.1 天车机架安装步骤114.2 调试125 运行注意事项及其防范措施 136 结论 141 概述天车也叫桥式起重机，桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。1.1 功能分析天车的功能要求需要实现空间三维方向的移动，以实现货物在空间的转移。因此本次天车模型在三个方向分别用运了不同的轨道设计使其能够在不同环境下正常的工作，在左右方向通过控制小车在轨道上滚动实现物体左右方向的运动，而在竖直方向，通过电动葫芦用绳索使重物上升或下放，在前后方向，设计了两套方案，方案一：通过定向脚轮在铺地导轨上传动整个机架前后运动，从而实现天车模型的前后方向运动。图1-1 天车模型方案一设计图方案二：在地面不铺设轨道，即将天车直接放于硬地上，实现前后方向的运动。2天车模型的主要结构2.1 起升机构起升机构包括电动机、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。先启动起升电动机，把重物起升到适当的高度，再启动运行电动机把重物运到指定的位置，运行小车在行走时，为防止重物下降，在起升机构上设置了一个电磁制动器。制动是依靠弹簧的压力把内、外盘压紧，原理与摩擦离合器相似，松开时利用电磁铁通电以后吸住外盘而使内、外盘松开。电磁制动器的电路与起升电机的电路并联，因此只要起升电机一启动，电磁制动器松开，使重物上、下升降自如；当电动机关闭时，图2.1 电动葫芦则电磁制动器也断电，电磁吸引力消失，在弹簧的压力作用下，内外盘紧紧压住，起到制动的作用。2.2 运行机构运行机构一般只用四个主动和从动车轮，必须使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；运行小车在单工字钢梁的下缘行走。行走时采用一个电动机驱动运行小车图2-2 运动小车两边的车轮。由于行走速度比较小，因此运行小车一般不设制动机构。2.3 支撑结构小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。但是考虑到运费方便和在校展览室易于移动位置，在本次天车模型的设计中采用了紧固件的链接，（一会对此详细介绍），主粱采用双桥梁结构，主梁上焊有背靠背的槽钢轨道轨道，供起重小车运行。如图2.3：图2-3 支撑机构3 制造工艺 3.1 机架部分各组件的链接及其装配3.1.1 角钢与角钢之间的链接 机架是用来支撑小车运行机构和升降机构，所以必须保证在最大载荷下依然毫无变形，经过严格选择材料，最终确定选用40*40mm的角钢，相互之间的链接在考虑到运输成本和搬运时的方便采用紧固件连接，如图3.1.1：图3.1.1 角钢之间的连接示意图3.1.2 角钢与工字钢钢之间的链接 工字钢钢是跨与机架上面为小车提供运行的轨道，实质上是双槽钢结构焊接而成，故两端还是有足够的空间来钻空，从而与角钢应用紧固件链接，这样做在稳定轨道在机架上面的同时还稳固了双槽钢结构，有了两端的紧固件链接，槽钢之间的焊接会更加稳固。从而使产品延长寿命。如图3.1.2图3.1.2 角钢与槽钢之间的连接图3.1.3 角钢与地面脚轮之间的链接机架与地面脚轮是固定在一起的，而且整个天车上面的的载荷都将传递到脚轮上，所以脚轮与机架之间的固定必须严格要求，所以选用焊接。在本天车模型设计中本工序是委托专业的加工工厂完成，但是作为设计者，这部分知识还是需要了解。在焊接中采用的是平焊：钢结构电弧焊接：选择合格的焊接工艺，焊条直径，焊接电流，焊接速度，焊接电弧长度等，通过焊接工艺试验验证。清理焊口：焊前检查坡口、组装间隙是否符合要求，定位焊是否牢固，焊缝周围不得有油污、锈物。图3.1.3 角钢与脚轮之间的焊接示意图角焊缝起落弧点应在焊缝端部，宜大于10mm，不应随便打弧，打火引弧后应立即将焊条从焊缝区拉开，使焊条与构件间保持24mm间隙产生电弧。对接焊缝及时接和角接组合焊缝，在焊缝两端设引弧板和引出板，必须在引弧板上引弧后再焊到焊缝区，中途接头则应在焊缝接头前方1520mm处打火引弧，将焊件预热后再将焊条退回到焊缝起始处，把熔池填满到要求的厚度后，方可向前施焊。焊接速度：要求等速焊接，保证焊缝厚度、宽度均匀一致，从面罩内看熔池中铁水与熔渣保持等距离（23mm）为宜。焊接角度：根据两焊件的厚度确定，焊接角度有两个方面，一是焊条与焊接前进方向的夹角为6075；二是焊条与焊接左右夹角有两种情况，当焊件厚度相等时，焊条与焊件夹角均为45；当焊件厚度不等时，焊条与较厚焊件一侧夹角应大于焊条与较薄焊件一侧夹角。收弧：每条焊缝焊到末尾，应将弧坑填满后，往焊接方向相反的方向带弧，使弧坑甩在焊道里边，以防焊锡堆积。焊接完毕，应采用气割切除弧板，并修磨平整，不许用锤击落。清渣：整条焊缝焊完后清除熔渣，确无问题后，方可转移地点继续焊接。同样， 在整个天车机架设计部分，电动小车的轨道只有在左右方向上，在对材料的选择方面既要保证载重又要考虑牢固结实。所以原计划选用工字钢，然市场上工字钢不作为常见的建筑或机械材料，比较难找，如果直接加工工字钢成本又太高，所以我们巧妙地将常见的槽钢代替工字钢，用两根槽钢背靠背焊接，这样既降低了成本还达到了预期效果。3.1.4 角钢和槽钢材料上面钻孔 在选用紧固件链接的前提是在链接表面上必须有适合螺栓的孔，所以在角钢和槽钢结构上钻孔是紧固件链接必须的步骤，为了提高产品的自主知识产权，同时也为了提高我们的动手能力，学校选购了钻床，所以这方面的任务还是由我们自己完成。钻孔是用钻头在实体工件上钻出孔的方法，常用的钻头是麻花钻。钻孔时，首先根据孔径大小选择钻头。一般，当孔径小于30 mm时，可一次钻出; 大于30 mm时，应先钻出一小孔，然后再用扩孔钻将其扩大。而在天车模型加工中由于角钢的宽度为40mm，所以孔径一定要小于30mm才能保证它的刚度，在此，我们选择了20mm的孔径，所以可 图3.1.4b以一次性钻出。 注意：1 选用麻花钻长度时，应使麻花钻螺旋槽部分略长于孔深 图3.1.4 2 钻孔前工件的端面要平，中心部位不许有凸台。 3 找正尾座。 4 小直径钻头刚性差，钻头横刃接触端面时钻头产生摆动，容易使钻头折断。可用装在刀架上的挡铁板挡住钻头头部防止摆动，然后慢慢进给钻削。3.2 电气部分各组件的链接3.2.1 电动葫芦与电动跑车之间的链接 上面为电动跑车，经过两根角钢与电动葫芦连起来，如图，在角钢上沿，用了两根轴，串了运动小车两端的机架上，然后两端用用螺母和垫片固定。 而在两角钢的另一边上，分别钻了两个10mm的孔，同样在图3.2.1 电动跑车电动葫芦的上表面上钻了与之相匹配的四个孔，然后用螺栓将两个运动部件链接起来。3.2.2 电动跑车与槽钢之间的连接装配电动跑车就是所谓的小车运行机构，在单工字钢梁的下缘行走。如图所示 行走时采用一个电动机驱动运行小车两边的车轮。图3.1.2 动跑车与双槽钢的组合3.3 轨道部分各组件的链接3.3.1 槽钢之间的焊接焊机选用直流弧焊机。焊条采用e4315碱性焊条，直径为3.2mm、4 .0mm,焊前经400c烘干。焊件为q235-a低碳槽钢，尺寸为635010mm。采用碱性焊条时，焊前经350400c烘2h；焊前必须将槽钢表面焊接部位20mm宽的范围内的油、锈、水分及其他污物打磨干净，至露出金属光泽为止。采用划线定位进行焊接，焊接时注意焊点大小，保证美观。 3.3.2 地面轨道与脚轮之间的啮合（方案二中使用） 如图为该天车模型中使用的机架脚轮，为定向脚轮。图3.3.2 脚轮由于脚轮是在要在固定轨道里运行的，所以选取的是定向脚轮，如图 天车模型的最大载重量为100千克，运动小车和升降方向的电动葫芦总计20千克，机架为长2m 宽0.75m 高1.5m的钢架结构，角钢厚度均为5mm。 查阅资料可知，等边角钢的重量计算公式为： w（kg/m）0.00875边厚（2边宽边厚） 0.008755（2405） 3.28125kg而在整个机架结构里，角钢用量与分布为四条腿1.5m*4 左右2m*2 前后方向0.75m*2 其余还有四个辅助杆0.3*4 总计13.7m。市场上售卖的角钢是以跟为单位，每根6m，所以本次天车机架的材料购置上选购了3跟50mm的热轧角钢结构。另外机架上面还有两根背靠背的槽钢结构 2*2m查阅资料可知，63*40*5mm型号的槽钢结构重量单位为6.63kg/m. 故，机架的总质量为： w=（1.54+22+0.752+40.3） 3.28125+226.63kg71.47kg整个天车模型在最大载重的情况下总重为： w=100+20+71.47kg=191.47kg 所以在脚轮的选取上必须的考虑到载重的问题，虽说是四个脚轮，平均受力下来，每个脚轮承受的重量为: w=191.47kg/4=47.87kg为了保证安全，在选择脚轮上，每个脚轮的最大承受重量必须在100kg以上，所以选择了载重为145kg的脚轮。在地面轨道的选择材料上同样考虑到载重的问题，由于轨道不是单点受固定的力，而且材料一般都为刚，所以选择起来比较容易，在此天车模型中，选择的地面轨道为50*30*10mm的槽钢结构，这样既保证了机架在轨道上自由运行，又确保了天车不会偏离轨道。图3.3.2b4 车模型的安装调试4.1 天车机架安装步骤：第一步：在市场上选好预先确定规格的角钢两根，12m，由于实验室当前设备的限制和考虑到运输的问题，整根的角钢需要切割成机架所需长度的若干节，这部分工作交由专业工厂加工。与此同时，将脚轮与机架的焊接、槽钢与槽钢之间的焊接工作一并交由其加工。 第二步：切割完成，在实验室自己加工，如打磨、钻孔等工作。第三步：组装机架将切割好并钻好孔的角钢对应组装。注意螺栓的使用，合适最好。第四步：校正平衡度机架安装完成后安放于水平地面，观察四角是否均与地面完全接触、机架是否会发生摆动。如有松动，只能从新返厂进行切割。所以，切割时必须注意这点。第五步：运动跑车与升降机构（电动葫芦）的组装 将电动跑车和电动葫芦按图中所画的链接方式组装起来，注意紧固件的链接，不一次性固定。第六步：测试电气部分的工作分别给电动跑车和电动葫芦加电，观察其是否运行正常，即电动跑车的主驱动轮是否正常转动和电动跑车的卷扬机是否正常上升下降吊钩。第七步：在机架上安装运行机构和起升机构根据双槽钢结构的尺寸，相应的调节运行小车两轮之间的距离使其能够正常在双槽钢轨道上运行，并且保证不偏移。4.2 调试将电动开关打开，让电动小车在轨道上运行，观察其运动轨迹，是否发生偏移或者减速距离不当。若发现问题就加以改正，直至运行正常。起升机构以同样的方式校正，在挂钩上负载情况下使其提升或下放重物，观察其运行情况和制动情况，有问题加以该进，直至完美运行。此时，天车模型的整个组装和调试阶段已完成,做好资料保存，一备以后维修或改造使用。5 运行注意事项及其防范措施天车模型属于机动设备，所以在使用过程中必须谨慎操作，其中有以下几点值得注意：（1） 启动、制动及与槽钢轨道处卡端相碰撞（2） 槽钢轨道的主要焊缝，如发现有裂纹应立即停止使用，并及时修理。（3）机架有维度变形时应