塑膠運動場地攤鋪機設計【含3張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip
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塑膠運動場地攤鋪機設計
Design of Plastic Sports Site Paving Machine
摘要
塑膠運動地面,包括塑膠跑道、塑膠球類場地等,是 20 世紀 60 年代西方發(fā)達國家首先 研制成功的新技術。我國于 1979 年研制成功,并通過了國家鑒定。塑膠材料的攤鋪是塑膠跑道攤鋪施工中最重要的作業(yè),攤鋪機的作用之一,就是要把人力從繁重的勞動中解放出來。它應該像公路瀝青攤鋪機那樣,機器開過去即可鋪出塑膠地面。設計參考公路瀝青攤鋪機和觀摩手工攤鋪過程,搜集與設計相關資料從而確定攤鋪機的性能。必須具有完整的攤鋪功能,既能攤鋪透氣型顆粒塑膠,也能攤鋪混合型塑膠具有混料的功能。
關鍵詞:攤鋪機的速度 混料裝置 履帶
ii
Abstract
Plastic sports ground, including plastic runways, plastic ball venues, etc., was the first new technology developed by Western developed countries in the 1960s. Our country was successfully developed in 1979 and passed the National appraisal. The paving of plastic materials is the most important operation in the construction of plastic runway paving. One of the functions of the paving machine is to liberate manpower from heavy labor. It should be like a road asphalt paver, and the machine can open up the plastic floor. Design reference highway asphalt paving machine and observing the manual paving process, collect and design relevant data to determine the performance of the paving machine. Must have a complete paving function, not only can spread the breathable granule plastic, but also can spread the mixed plastic has the function of mixing material.
Keywords:Speed of paver Mixing device Track
目錄
摘要 i
Abstract ii
1 引言 1
2.確定攤鋪機的性能方案 3
2.1 主要技術參數(shù)的確定 3
3.機器的部件劃分與總體布局設計 5
3.1 機器的部件設計 5
3.2 機身部件設計及計算 5
3.3 機架主要零件強度計算 7
4.履帶傳動部件設計及計算 15
4.1 .履帶的結構設計 15
4.2 履帶傳動的動力計算 16
4.3 履帶傳動系統(tǒng)設計及主要元件選型 17
4.4 傳動軸強度校核 19
5. 攤鋪部件設計 22
5.1 攤鋪部件的作用與功能 22
5.2 .攤鋪部件的結構 22
5.3 滑座橫向往復運動傳動系統(tǒng) 23
6.混料部件設計及計算 26
6.1 混料機構的技術參數(shù) 26
6.2 混料轉子負載轉矩計算 27
6.3 混料部件傳動系統(tǒng)設計 29
6.4 傳動鏈主要零件強度校核 30
6.5 混料部件設計 33
7.搖臂起吊部件設計及計算 35
7.1 主要技術參數(shù)及技術條件 35
7.2 橫臂受力計算及用料選擇 35
7.3 立柱受力計算及用料選擇 36
7.4 提升傳動機構設計 37
8.總裝配圖的繪制 40
結論 41
致謝 42
參考文獻 43
1 引言
攤鋪機是一種主要用于路面基層和面層各種材料攤鋪作業(yè)的施工設備,是由各種不同的系統(tǒng)相互配合完成攤鋪工作的,主要包含行走系統(tǒng),液壓系統(tǒng),輸分料系統(tǒng)等等,隨著我國等級趨向多元化。等級公路,縣鄉(xiāng)級公路均達到前所未有的規(guī)模,標準和速度向前推進。同時路面施工的速度也在飛速提高,這樣在推動公路施工機械化的同時也對施工機械技術水平施工工藝和路面材料及路面結構設計提出了越來越高的要求。而施工機械技術水平和施工工藝對等級和施工速度有著重要的影響。
現(xiàn)在國內(nèi)使用的攤鋪機:國外的品牌主要有:德國的 ABG、VOGELE、DYNAPAC、美國的 BK、意大利的比泰利、瑪連尼、日本的新瀉等。國內(nèi)主要品牌有:西筑、陜建、徐工、華晨華通、中聯(lián)、三一重工、新筑等。依據(jù)中國的施工現(xiàn)狀和政策機制等因素,歐洲型的低速度、高密實、中大寬度攤鋪施工工藝被廣泛采用,德國 ABG 結構型式的攤鋪更是引導行業(yè)的潮流,但從 20 世紀 90 年代的大型化(即攤鋪寬度大于 9m,甚至到 16m)發(fā)展到了 21 世紀的中型化,即攤鋪寬度合理化回歸到
6~9m 機型占主導地位,使得眾多國內(nèi)廠家重新調(diào)整開發(fā)思路,當前,主要攤鋪機廠家都有百花齊放,百家爭鳴之勢。攤鋪寬度覆蓋 4.5~12.5m,厚度覆蓋 10~350mm,形成了攤鋪寬度大 6~12m、中
4~6m;技術水平高(全液壓、全自動)、中(半機械液壓、半自動)、低(機械);產(chǎn)品售價高(200 萬元以上)、中(80~200 萬元以上)、低(80 萬元以下)三種系列產(chǎn)品,以供施工單位選擇。
現(xiàn)代攤鋪對攤鋪面面強度,剛度,密實性,均勻性。平整度,行車舒適性。高速性,安全性等要求不斷提高。例如近幾年在限制寬大攤鋪后,出現(xiàn)了兩臺甚至于三臺攤鋪機并行作業(yè)的觀點, 近而將來可能出現(xiàn)左右并行攤鋪,再加上前后兩層或三層同時作業(yè)攤鋪,當前我國施工機械而言, 攤鋪機其技術先進性與歐美發(fā)達國家同步,如同時采用數(shù)字式找平裝置,非接觸式平衡梁,瀝青混合料轉運車等,但壽命與國際先進水平相比還有很大差距,這可能我所的施工工藝和路面設計
9
需要很大的改良,而攤鋪機本身的制造加工質(zhì)量和談工藝對眼鋪面的質(zhì)量影響更不可忽視,由于施工工藝對攤鋪機設計制造提出了更高的要求,同時對攤鋪機行業(yè)技術標準提出了更高的要求,但隨著市場準入制度的深入,行業(yè)標準和國家標準只是一個宏觀控制和結果的檢驗。
2.確定攤鋪機的性能方案
攤鋪機的生產(chǎn)效率按相當于一個 15 人的施工隊人工攤鋪的生產(chǎn)效率設定,為 2000m2/日。占用勞力 6 人:駕駛機器 1 人,操縱混料機構 1 人,配料 1 人,供料 2 人,機動 1 人。
1)攤鋪機由兩條履帶支承和驅動,與地面接觸面積較大能使機身能穩(wěn)定行駛,使得攤鋪面的平整度有良好的保證。
2) 兩條履帶由兩臺滑差電動機分別驅動。
3) 設置一個電磁離合器在傳動軸上,可以保證直行時兩履帶同步運行。
4) 為了減少動力消耗將履帶設計成滾動式,與此同時解決滑動履帶容易易磨損的問題。
5) 為了解決攤鋪塑膠的難題,設計料槽和鏟料壓光板。鏟料壓光板在攤鋪時應作與前進方向垂直的橫向往復運動,把攤鋪層從料槽中割出來,并且壓光壓實已攤鋪層表面。
6) 設計標尺,指針,調(diào)節(jié)手柄,方便攤鋪厚度的調(diào)節(jié)。
7) 設計供料混料機構,混料桶的桶底設有閘門,控制排料速度。在料筒的下方安裝滾輪,使料桶能沿料槽移動,以實現(xiàn)均勻布料。
8)行車速度由滑差電動機控制器控制,速度可調(diào),有數(shù)碼顯示,可實現(xiàn)自動恒速行駛。
9)攤鋪機應設有一個工作平臺,供操作人員操作和存放攤鋪用的原材料。
10)設計一個起吊機構,便于清理混料轉子時起吊之用。
2.1 主要技術參數(shù)的確定
1) 攤鋪寬度: 2.44m(2 條跑道寬度);1.22m (1 條跑道寬度)
2) 攤鋪厚度: 5 ~30mm
3) 行駛速度: 0.6~5m/min)
4) 攤鋪速度:1~3m/min
5) 混料效率:100L/min
6) 使鏟料壓光板實現(xiàn)橫向往返運動:頻率: 80 ~ 100 次/min
幅度: 30mm
7) 機器的外形尺寸:長 2600mm ;
寬 2440mm;高 400mm
3.機器的部件劃分與總體布局設計
3.1 機器的部件設計
1.機身部件
機身結構是攤鋪機的主體,其它部件都是安裝在這個主體部件上。機身部件由上下兩層框架結構件組成:下層為是由槽鋼焊接而成的長方形機架;兩側的后端各伸出一個支架,稱為伸臂;上層是由角鋼焊接而成的工作臺。
2. 履帶及其傳動部件
在機架的左右側邊框上分別安裝兩條履帶。履帶的兩套傳動系統(tǒng)分別安裝在機架的長方形框架兩側。
4.攤鋪部件
攤鋪機構安裝在機器的末端即兩伸臂的端部。橫向往復運動的傳動機構安裝內(nèi)部。
5.混料部件
混料部件則由傳動機構,料槽、混料桶組成。料槽由伸臂支承安裝在攤鋪部件的前面?;炝贤暗牡装灏惭b在料槽的正上方,且底部安裝滾輪使混料桶可以沿著料槽移動。混料轉子的傳動機構安裝在混料桶的底板上,可以隨著底板進行移動。
6.起吊部件
為了防止影響機器的駕駛和混料作業(yè),起吊部件安裝在機器的左前角。其立柱套筒的底部固定在機架上,上部固定在工作臺上。
3.2 機身部件設計及計算
1.機身部件的結構
機身部件主要由以下幾部分組成。
(1)機架結合件(見圖 3-1)是由 16#槽鋼焊接而成的長方形框架,長 1600mm,寬 2420mm。其左右邊梁是履帶安裝的位置,下平面是履帶軌道。在距機架中心線 380mm 處的兩側,各焊接一個桁架,用來支撐工作臺的中部。桁架與左右邊梁的底邊用角鋼相連,構成了履帶傳動系統(tǒng)的滑差電動機與減速器的安裝底座。機架為網(wǎng)格式結構,從而具有足夠的剛度完成攤鋪施工工作。在左右邊梁的后部安裝伸臂,用螺栓緊固,用錐銷定位。在前后橫梁的上平面上各焊三件立柱。立柱高 220mm,端面有螺孔,用來緊固工作臺。機架是攤鋪機最重要的部件對保證機器運行的穩(wěn)定性和攤鋪質(zhì)量起著關鍵作用。其加工精度可按比普通機床床身的精度低 2 級來要求。履帶導軌的直 線 度 、 平 面 度 、 兩 導 軌 的 平 行 度 均 按 GB/T 1184 — 1996 的 9 級 精 度 來 要 求 。
圖 3-1 機架結合件
(2)工作臺結合件工作臺是由角鋼焊接而成的長方形網(wǎng)格式框架。工作臺是操作人員的工作場所,也用來存放攤鋪原料。在工作臺的右前角安裝操作臺,并設有座椅和蓬罩,均用螺釘緊固, 必要時可以拆卸。工作臺用 10 個 M12X30 螺釘與機架緊固成一個整體,使機身部件的剛度得到
很大提高。
(3)左、右伸臂左伸臂和右伸臂也是用 16#槽鋼和鋼板焊接而成的,像兩條臂膀向后伸出, 上面安裝料槽和攤鋪部件。其端部 200mm* 227mm 的加工面是攤鋪部件的安裝基準面,并且是調(diào)整攤鋪層厚度的調(diào)整螺桿的安裝位置。所以伸臂安裝時,對兩伸臂的平行度和等高度、定位槽的位置度和平行度等均有較高的要求。在檢測合格后用螺釘緊固,用錐銷定位。
3.3 機架主要零件強度計算
機架采用型鋼焊接件。設計的槽鋼焊接機架如圖 3-2 所示。初步選定的是 16#槽鋼,并且進行機架主要零件的強度計算。
(1) 左邊梁與左伸臂裝配后強度計算經(jīng)過一系列輔助計算,左邊梁與左伸臂在裝配后所承受的載荷數(shù)值、作用點的位置及載荷的來源如圖 3-2 所示。
圖 3-2 左邊梁左伸臂受力圖
1)計算簡圖:
2)求支反力:
由圖可知,左邊梁與左伸臂為簡支梁,其平衡條件為:ΣY=0,ΣMa =0,ΣMb=0。由ΣMb=0 得:
Ra =(9.5x2145+150x2030+29x1840+22.3x1800+117x1750+14.5x1362+40x970+56.7x800+22.6 x
400)/1600=460.048kgf
由ΣMa =0 得
RB={22.6x(1600-400)+56.7x(1600-800)+40x(1600-970)+14.5x(1600-1362)-117x(1750-1600)
+22.3x(1800-1600) +29x(1840-1600)+150x(2030-1600)+9.5x(2145-1600)}/1600=1.552kgf
校核計算值:由 ΣY=0 得:
Σp =(9.5 +150+29+22.3 +117+14. 5 +40+56.7+22.6) kgf =461.6kgf Ra +RS =(460.048 +1.552)
kgf=461.6kgf 。
由上計算可知,幾乎全部載荷都作用在支座 A 上。3)求左伸臂在各受力截面承受的彎矩和剪力,并求出最大彎矩和最大剪力:校核左伸臂的強度。
由圖 3-2,左伸臂安裝到左邊梁上變成懸臂梁。其最大彎矩與最大剪力,產(chǎn)生在左側的緊固螺栓所在的截面。此截面的坐標值為:X=(1600 -15)mm = 1585mm。
求彎矩的一般法則是:彎矩在數(shù)值上等于作用于梁截面左段或右段諸外力對此截面形心的力矩的代數(shù)和。
因此,計算各受力截面的彎矩 M:
X=2145mm 截面:M=0
X=2030mm 截 面 :M=-9.5x(2.145-2.03)kgf?m =-1.09kgf?m X=1840mm 截 面 :M=-9.5x(2.145-1.84)kgf?m-150x(2.03-1.84)kgf?m=-31.4kgf?m X=1800mm 截面:M= -9.5 x(2.145-1.8)kgf?m-150x(2.03-1.8)kgf?m-29 x (L 84 -1, 8)kgf?m
=-38.9kgf?m
X= 1750mm 截 面 M=-9.5x(2.145 - 1.75)kgf?m -150x(2.03-1.75)kgf?m-29x(l.84-1.75)kgf?
m-22.3x(l.8-l.75)kgf?m=-49.48kgf?m
X= 1585mm 截面:M = -9.5x(2.145 -1.585)kgf?m -150x(2.03 -1.585)kgf?m-29x(1.84-1.585)kgf
?m-22.3x(1.8 -1.585)kgf?m-117 x (1.75 -1. 585) kgf?m = -103.56kgf ? m
求剪力的一般法則是:剪力在數(shù)值上等于作用于梁截面左段或右段諸外力的代數(shù)和。 求各受力截面剪力 Q:
X=2030 ~2145mm,Q= -4.5kgf X=1840 ? 2030mm,Q= -(9.5+150)kgf=-159.5kgf X=1800 ~ 1840mm,Q=-(9.5+150+29)kgf= -188.5kgf
X=1750-1800mm,Q=-(9.5+150+29+22.3)kgf=-210.8kgf X=1585 ~ 1750mm,Q=-(9.5+150+29+22.3+117)mm =-327.8kgf
由上述計算可得,左伸臂承受的最大彎矩 M=103.56kgf?m,危險截面在 X =1585mm 處;承受的最大剪力為-327.8kgf,位置在 X= 1585 ~ 1750mm 處。
左伸臂受力圖、彎矩圖、剪力圖,如圖 3-3 所示。
2145 2030 1840 1800 1750
彎矩圖
剪力圖
圖 3-3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Kgf. m
0
50
100
150
200
250
300
350
kgf
左伸臂承受的最大剪力僅為 327. 8kgf,16 號槽鋼可以承受,只校核其抗彎強度即可。
4)左伸臂抗彎強度校核:
19
梁的抗彎強度校核條件:
smax
= M max
W
£ [s]
式中σmax——危險截面的最大彎曲應力;
Mmax 危險截面承受的最大彎矩,MMAX= 103. 56kgf? m = 10356kgf?cm;
W 材料的抗彎截面系數(shù),16#槽鋼 W=117cm3;
[σ]——材料的許用彎曲應力。材料為 Q235A,[σ] =70N/mm2,即[σ] = 714kg/cm2。代入上式得σ= 88. 5kgf/cm2 ?714kgf/cm2
即左伸臂承受的最大彎曲應力遠小于其許用彎曲應力,材料合格。
圖 3-4 左伸臂裝配簡圖,計算簡圖
(2) 左伸臂剛度計算
攤鋪部件安裝在左右伸臂的外端,因此伸臂的剛度對攤鋪的質(zhì)量有很大的影響?;炝喜考┘拥揭粋€伸臂上的作用力最大值為 117kgf,最小值為 7.3kgf。載荷的變化會使伸臂在載荷作用下產(chǎn)生的撓度同時變化,有可能影響攤鋪厚度。需對其進行剛度計算。
撓度方程:
fmax =
(3L - C )
式中 f----A 端撓度的變化值(cm);
P——載荷變化值(kgf),P=(117.4-7.3)kgf =11O.kgf;
E——材料彈性模量(kg/cm2),鋼 E=2xl02kgf/cm2; J----截面慣性矩(cm4), 16#槽鋼 J=935cm4;
C----受力點至危險截面距離(cm),C=345mm =34.5cm;
L——懸臂梁長度(鏟料壓光板邊緣至危險截面的垂直距離,cm), L= 493mm=49.3cm代入上式得
f=0.00132cm =0.0132mm
由此得,伸臂的剛度合格,載荷的變化對撓度的影響非常小,對攤鋪厚度的影響忽略不計。右邊梁、右伸臂的受力狀況與左邊梁、左伸臂相同,因此不需再進行計算。
(3) 后橫梁強度計算
后橫梁的受力狀況復雜。經(jīng)計算,將后橫梁承受的載荷如下: P1——460kgf, 左 邊 梁 傳 遞 的 載 荷 ; P2——455kgf, 右 邊 梁 傳 遞 的 載 荷 ; P3——45.6kgf,工作臺 N2 支點及履帶傳動軸作用力; P4——54.2kgf,工作臺 N8 支點及履帶傳動軸作用力; P5——129.1kgf, 左 桁 架 作 用 力 ; P6——138.3kgf,右桁架作用力;
p7——20kgf, 履 帶 傳 動 軸 作 用 力 ; P8——20kgf, 履 帶 傳 動 軸 作 用 力 ; P9——114.4kgf,后橫梁自重及工作臺支點作用力;
上述各項載荷的作用點的位置,可由機架結合件圖、部件裝配圖、總裝配圖中算出。在受力圖中標 出 。 1)繪受力圖:
后橫梁受力如圖 3-5 所示。
圖 3-5 后橫梁受力圖,彎矩圖,剪力圖
2)求支反力:
在各載荷作用下梁處于平衡狀態(tài),得平衡條件為ΣY= 0,ΣMA=0,ΣMB=o由ΣMB=0 得支座 A 的支反力為
RA={460x(2x1005+140) +45.6x(2x1005+105)+15x(2 x1005-70)
+129.1x(1005+70+230+93)+20x(1005+70+230)+20x(1005+70)
+114.4x1005+20x(1005-70)+138.3x(542+70)
+15x70-54.2x(140-35)-455 x 140}÷(2x1005)=742.5853kgf
同理由ΣMA=0=0 得支座 B 的支反力 RB=744.0147kgf
3)求各受力截面彎矩:
P1 截面:M=0
P2 截面:M=0
P3 截面:M=-460 x0.035kgf?m =-16.1kgf?m
P4 截面:M=-455 x0.035kgf?m=-15.9kgf?m
A 截面:M=(-460x0.14-45.6 xO.105)kgf?m = -69.188kgf?m
P5 截面:M =(-460 x0.752 -45.6 x0.717+742.59 x0.612-15 x0.542)kgf?m = 67.72kgf?m
P6 截 面 :M =(-455 xO.752-54.2x0.717 +744.015 x9.612-15 x0.542)kgf?m = 66.19kgf?m P7 截面:M =(-460 x 1.075 - 45.6x1.04 +742. 59 x0.935 -15 x0.865 - 129.1 x0.323 - 20
x0.23)kgf?m =93.12kgf?m ,
P8 截面 M =(-455x1.075 -54.2x1.04+744.015 x0.935 -15 x0.865 -138.3x0.323)kgf?m = 92.51
kgf?m
P9 截面;M=( -460x1. 145 -45.6x1. 11 +742. 59 x 1005 - 15 x0. 935 - 129.1 x0. 393 -20
x0.3 -20 x0.07)kgf - m=96.85kgf ? m
B 截面:M=(-455x0.14 -54.2x0.105)kgf?m= -69.39kgf?m
4)求受力截面最大剪力:
B—P4 截面 Q=(-234.8 +744)kgf=509.2kgf
5)求最大彎矩和最大剪力:
后橫梁承受的最大彎矩為 96.82kgf?m,位于梁的中心線處。臂承受的最大彎矩(103.56kgf ? m)0 由于兩者所用的材料是相同的, 左伸臂的抗彎強度足夠,后橫梁的抗彎強度也必符合強度條件,故不必再計算。后橫梁承受的最大剪力為 509.2kgf 和 505.6kgf,位置在 A B 兩處,。
6)后橫梁抗剪強度校核:
由于后橫梁承受最大剪力的方向與槽鋼的對稱軸相差 90°,其剪力主要由槽鋼的腹板承 受, 故危險截面的剪應力可由下式得出滿意的近似值:
V
A
tmax =
w
τmax——危險截面最大剪應力;
V 危險截面承受的剪力,V = 509.2kgf;
Aw ——槽鋼腹板面積, Aw =13. 4cm x0. 85cm = 11.4cm2。代入上式得:τmax= =44.7kgf/cm2
許用剪應力[τ]按脈動循環(huán)應力選材料為 Q235A,[τ] =500kgf/cm2。τmax<< [τ],即符合強度條件。
4.履帶傳動部件設計及計算
4.1 .履帶的結構設計
1.攤鋪機攤鋪作業(yè)時是用履帶驅動。因為履帶與路面是剛性的面接觸,使攤鋪機的行駛不受路面局部不平整的影響,可以使攤鋪面達到較高的平面度。
2.履帶強度計算
在履帶傳動中,銷軸承受載荷最大,全部載荷為 2000kgf。在最惡劣的條件下,此載荷只由四節(jié)履帶板來承受,則作用在每件銷軸上的每個受力截面的載荷為
Q=2000÷(4x2x2)=125kgf
銷軸的強度條件為
t= Q £ [t]
A
式中τ——銷軸危險截面承受的最大剪應力; Q——銷軸危險截面承受的最大剪切載荷,Q = 125kgf = 1225N; A——銷軸危險截面面積,A =27. 7mm2;
[τ]——材料的許用剪應力,材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)、淬火),[τ] =80MPa 代人上式得 τ=44. 2MPa< [τ] =80MPa
故設計可行。
3.傳動方式的選擇
選擇滑差電動機一減速器的機械傳動方案:
滑差電動機的速度控制為閉環(huán)控制,其輸出轉速可由測速發(fā)電機檢測,可以對誤差進行自動補償,因此控制精確、穩(wěn)定,其轉速變化率小于 1%,穩(wěn)定精度小于 0.5%。
4.2 履帶傳動的動力計算
(1)攤鋪材料工作阻力的測定攤鋪材料對攤鋪機前進所造成的阻力是攤鋪機動力消耗的主要原因。經(jīng)測定, 顆粒復合型塑膠阻力較大。當環(huán)境溫度為 20 度時, 單位面積的法向阻力為
fn0.06N/mm2,單位面積切向阻力 ft 為 0. 01N/mm2。
(2)鏟料壓光板工作阻力計算,在攤鋪施工中與攤鋪材料接觸并產(chǎn)生工作阻力的零件是鏟料壓光板。
阻力合計:F1 =(666.9 + 170. 4 + 19. 8 +197. 6)kgf = 1055kgf
(3)履帶運行摩擦力計算,在運轉中履帶的摩擦力主要發(fā)生在滾輪與軌道、滾針與銷軸、滾針與滾輪內(nèi)孔間,均為滾動摩擦。
摩擦力為 F2=P(f1+f2)
P——履帶承受的正壓力,設 P=2OOOkgf;
f1——滾輪對軌道的摩擦因數(shù),f1=0.05;
f2——滾針對銷軸、滾輪內(nèi)孔的摩擦因數(shù),f2 =0.008。代入上式得:
F2 = 2000kgf x(0.05 +2 x0.008) = 132kgf
(4)攤鋪施工時機器行駛的動力計算
P =
P——機器的動力消耗(kW);
Fv 1000h
F——機器運動的阻力(N) , F = F1 +F2 =1582kgf+132kgf = 1714kgf = 16797N;
v——機器的最大攤鋪速度(m/s), v = 3m/min = 0. 05m/s;
η——傳動效率,取η =0.9。
代人上式
P=0.933kw
即攤鋪施工時,機器行駛的最大動力消耗約為 0.93kW。
4.3 履帶傳動系統(tǒng)設計及主要元件選型
(1)履帶傳動系統(tǒng)設計及技術特征履帶傳動系統(tǒng)如圖 4-1 所示
圖 4-1 履帶傳動系統(tǒng)
兩條傳動鏈分別由兩臺滑差電動機驅動,經(jīng)減速器、鏈輪、鏈條驅動兩履帶運轉。電動機轉速由兩臺控制器分別控制。當兩電動機速度相同時,攤鋪機直行;當兩電動機速度不同時,攤鋪機轉彎??刂破鲗﹄妱訖C進行閉環(huán)控制:電動機的速度由測速發(fā)電機檢測,可按設定值保持恒定??刂凭葹?1%,穩(wěn)定性精度為 0.5%。此方案保證了兩電動機的同步運行,從而保證攤鋪機沿直線行駛。另外,在攤鋪機直行時,為了確保兩履帶同步,在兩傳動軸 d 的連接處設置一個電磁離合器 C。當電磁離合器吸合時,兩傳動軸連成一體,保證兩履帶同步運行。
(2)滑差電動機和減速器的選型,按攤鋪施工時機器行走的最大動力消耗選擇滑差電動機。計算動力消耗為 P=0.933kW。查滑差電動機樣本,選用 YCT132_4A 型電動機。其額定功率為 1. 1kW,額
定轉矩為 7. 13N ? m。校核額定轉矩:
T = T 1
1 m ih
式中 T1——電動機軸上靜阻負載轉矩(N ? m);
TM——負載轉矩(N ? m), TM= FD/(2x2000) 其中 F 為攤鋪機運動阻力,F(xiàn) = 16797N,
D 為鏈輪 z5 分度圓直徑,初定 d=91.63mm;
i——傳動鏈傳動比,初定 59:1
η——傳動效率,取η =0.9。
代入上式得 T1= 7.24N·m
比電動機的額定轉矩略大(1.6%),故選用可行。選用擺線針輪減速器,有如下優(yōu)點:效率高(η
=0.9~0.95)、傳動比大、體積小、重量輕、運轉平穩(wěn)、噪聲低。減速器的規(guī)格按電動機功率配套選擇,型號為 XW1.1—4—1/59。
(3)傳動系統(tǒng)元件、零件表
a——滑差電動機,型號為 YCT132 一 A,功率為 1. 1kW,調(diào)速范圍為 125 ~ 1250r/min, 額定轉矩為 7. 13N·m。
b——臥式擺線針輪減速器,型號為 XW1. 1—4—1/59,減速比為 1:59,輸出轉矩 490N?m。
C——牙嵌式電磁離合器,型號為 DLY0—16,額定轉矩為 160N?m,電壓為 DC24V。
d——傳動軸。
e——短節(jié)距精密滾子鏈,節(jié)距 p=9.525mm
f—短節(jié)距精密滾子鏈,節(jié)距 p=15.875mm。
g——短節(jié)距精密滾子鏈,節(jié)距 p=19.05mm。
h——滾動履帶(自制)。
j——滾動軸承 1209 (GB/T 281 一 1994)。
Z1——鏈輪,節(jié)距 p=9.525mni,齒數(shù) z=21,分度圓直徑為 63.91mm。
Z2 鏈輪,節(jié)距 p=9. 525mm,齒數(shù) z=21,分度圓直徑為 63.91mm。Z3——鏈輪,節(jié)距 p =15.875mm,齒數(shù) z =18,分度圓直徑為 91.42mm。z4——鏈輪,節(jié)距 p=15.875mm,齒數(shù) z =18,分度圓直徑為 91.42mm。z5——鏈輪,節(jié)距 p =19.05mm,齒數(shù) z =15,分度圓直徑為 91.63mm。z6——鏈輪,節(jié)距 p = 19.05mm,齒數(shù) z =15,分度圓直徑為 91.63mm。 (4)行車速度校核
v =(125 ~ 1250) x
21 x
21
1 x 18 X
59 18
91.63 :x π m/min =0. 6 ~6m/min
1000
符合技術條件 0. 6 ~ 5m/min 的要求。
4.4 傳動軸強度校核
傳動軸 d 承受彎扭組合載荷,其結構圖及計算簡圖如圖所示。a—a 為危險截面,校核其強度:p1、p2 為鏈條傳動作用在軸上的徑向力,兩鏈輪的分度圓直徑相等,傳遞方向相近,因此
P1 =P2=KF Ft
式中 KF——軸的載荷因數(shù),KF= 1.05; Ft——鏈輪 Z5 的圓周力,F(xiàn)t=16797?2=8398.5N
P1 =P2=8398.5 x1.05N= 8818.4N A 點的支反力 RA=15972.1N
截面彎矩:
M =8818.4 x (65 +9.5) N ? mm-15972. 1 x9.5N ? mm = 505235. 85N?mm =505. 2N?m
傳動軸計算簡圖 4-2 傳動軸計算
圖 4-2
-1
初定 a—a 截面軸徑 d=45mm 材料為 45 鋼調(diào)質(zhì),許用彎曲應力.[σ ] =100N/mm2。校核 a-a 截面外徑尺寸(mm):
d = 21.68
M——軸在計算截面承受的彎矩(N?mm),M=505.2N
T——軸在計算截面的扭矩(N?m),T=(Ft ?D5) /2=384.55N?m Ψ——校正因數(shù),Ψ=0.6
代人上式得 d=38.39mm 由于有單鍵槽,增大 5%:
d = 38. 39 x 1.05mm =40.3mm 初定軸徑 d =45mm >40.3mm,設計可行。
9.履帶傳動部件裝配圖設計
(1)兩臺滑差電動機及兩臺減速器體積和重量較大, 將它們安裝在機架的空檔中。這計有
(2)部件裝配圖說明履帶傳動部件
29
3) 履帶的張緊由調(diào)整螺栓 14 控制,調(diào)整后用螺母鎖緊。
4) 左右履帶傳動鏈的元件和零件,除傳動軸 2 和 2'稍有區(qū)別外,其余完全相同。
5) 圖中各代號代表的零件及規(guī)格如下:
1——滾動軸承 1209 (GB/T 281—1994)。
2——左傳動軸。
2,——右傳動軸。
3——電磁離合器,型號為 DLY0—16。
4——軸承座。
5——減速器,型號為 XW1. 1-4—1/59。
6——短節(jié)距精密滾子鏈,p = 15. 875mm。
7——短節(jié)距精密滾子鏈,P =9. 525mm。
8——滑差電動機,型號為 YCT132MA。
9 滾動軸承 1209 (GB/T 270—1994)。
10——張緊鏈輪支架。
11——滾動履帶。
12——履帶驅動鏈輪。
13——履帶張緊鏈輪。
14 調(diào)整螺檢。
5. 攤鋪部件設計
5.1 攤鋪部件的作用與功能
1)割料與壓光功能。
2)為了順利完成割料與壓光工作,鏟料壓光板還要像用刀割肉那樣,沿著與前進 方向垂直的方向左右往復運動,稱為橫向往復運動。運動幅度為 30mm,頻率為 85 次/ min。
3)為了防止攤鋪材料與鏟料壓光板粘結,鏟料壓光板有電加熱的功能,可實現(xiàn)恒溫自動控制。
4)攤鋪厚度在 30mm 范圍內(nèi)可任意調(diào)整,而且調(diào)整方便、控制準確。
5.2 .攤鋪部件的結構
攤鋪部件由以下零件組成: (1)升降橫梁由 4mm 厚鋼板折彎焊接而構成主體。上表面加工成為減速器與立軸等件的安裝
基準面。下表面面經(jīng)過精密加工,作為滾動導軌槽和下導軌的安裝基準面。其兩側端面,也經(jīng)精密加工,作為本部件在左右伸臂上安裝與升降調(diào)整的基準面。在升降橫梁內(nèi)部,安裝橫向往復運動傳動機構。
(2)下導軌下導軌安裝在升降橫梁的下面,從下方托起座椅。 (3)支架也是由鋼板焊接而成。上平面用螺釘緊固安裝在滑座上;下平面安裝爐料壓光板。
電熱板裝在支架下平面與鏟料壓板之間,料壓光板加熱,并安裝溫度傳感器,進行溫控。
(4)鏟料壓光板也是由鋼板焊接而成,其形狀及尺寸如圖 1-22 所示。寬 23mm、角度為 30° 的斜面安裝后伸入到料槽下方的缺口中。在施工時, 隨著攤鋪機前進,鏟料壓光板不停地作著橫向往復運動,由 30°斜面的刃口把料槽中的材料切開,使攤鋪用料按需要的厚度攤鋪在地面上,多余的料沿斜面上移,被料槽中的塑料簾和鏟料壓光板阻擋,從而留在料槽中。
(5)鏟料壓光板鏟料壓光板也是鋼板焊接件,其形狀及尺寸。在左視圖中,寬 23mm、角度為
30°的斜面安裝后伸入到料槽下方的缺口中。在施工時, 隨著攤鋪機前進,鏟料壓光板不停地作著橫向往復運動,由 30°斜面的刃口把料槽中的材料切開,使攤鋪用料按需要的厚度攤鋪在地面上,多余的料沿斜面上移,被料槽中的塑料簾和鏟料壓光板的 a 面阻擋,留在料槽中。
(6)升降調(diào)節(jié)機構是用來完成調(diào)整攤鋪的厚度。松開兩伸臂上的鎖緊螺母,使升降橫梁放松,通過手柄轉動升降螺桿,使升降橫梁帶動鏟料壓光板上升或下降, 從而調(diào)整爐料壓光板下平面與地面的距離,就可調(diào)整攤鋪層的厚度。攤鋪厚度由標尺指針指示
5.3 滑座橫向往復運動傳動系統(tǒng)
滑座運動是在水平面內(nèi)做直線往復運動,與曲柄滑塊運動相同,不同的只是這里的滑塊很長,橫貫攤鋪機的全部寬度,所以采用曲柄滑塊 機構來設計這一傳動系統(tǒng),如圖 5-1 所示。
圖 5-1
a——帶電動機立式擺線針輪減速器。輸出轉速: 85r/min,減速比:1:17。b—— 曲 柄 ( 即 偏 心 套 ), 偏 心 距 為 15mm 。c—— 連 桿 , 長 度 為 150mm 。d——滑座往復運動軸承. e——滾動導軌。f 滾動軸承。
在傳動系統(tǒng)中,帶電動機的減速器的功率和輸出轉矩是未知數(shù),所以設計中的首要問題便是計算傳動系統(tǒng)所需要的功率和轉矩
(1)橫向往復運動的阻力計算
1)攤鋪材料對鏟料壓光板的摩擦力。在攤鋪時攤鋪材料與鏟料壓光板四個工作面,所產(chǎn)生的摩擦力為
F1 = (45 +23 +
4 +80) x2470 x0.OOlkgf = 385.3kgf
sin 30
式中 0.001 是在 20°環(huán)境溫度下測定的單位面積的切向阻力。當溫度降至 8°:時,此數(shù)據(jù)應增大 50%。故,F(xiàn)1=385.3kgfxl.5 =577.95kgf = 5663.9N。
2)滑座運動時導軌的摩擦力 F2 為 F2 = mG
式中 G——運動機構的重量,G = 150kgf = 1471.5N;μ導軌的滾動摩擦因數(shù),取μ=0.005。 代人上式得:
F2 =0.005 xl50kgf = 0。75kgf = 7.35N 3)運動機構的慣性力 P 為
P=-mac
式中 m——運動機構的質(zhì)量,m = 150kg;
ac——滑座在運動中質(zhì)心 C 的加速度。
(2)減速器選型,
橫向往復運動屬于脈動循環(huán)負載??砂簇撦d轉矩的平均值選擇,并有適當余量。計算負載轉矩的平均值:
M = M1 + M 2 + M 3 + M 4 +M 5+M 6 = 52.9N·m
初選的減速器型號為 BLDO. 75—1 一 17,電機功率 N=0.75KW,減速比 i=17,輸出轉速 n=85r/min。
(3)連桿強度校核
橫向往復運動,其作用力都經(jīng)連桿軸傳遞至滑座,該零件承受剪應力危險截面軸徑為 4>25mm,
材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì))。強度條件為
t= Q £ [t]
A
式中 T——危險截面剪應力;
Q——危險截面承受的剪力,Qmax=5702N; A 截面面積,A = 491mm2 ;
[τ] 許用剪應力,[τ]=(0. 6 ~0. 8)[s],取[t] =0.7[s] , [s-1 ] = 60N/mm2, [τ]
= 0.7 x60N/mm2 =42N/mm20 代人上式得 τ =42N/mm2
符合強度條件,故設計可行。
6.混料部件設計及計算
混料部件解決了攤鋪機的供料問題,
6.1 混料機構的技術參數(shù)
1) 混料效率:100L/min。
2) 混料桶容積:100L。
3) 混料桶主要尺寸:內(nèi)徑中 500mm;內(nèi)高 600mm;裝料高度 520mm。
4) 混料轉子轉速:約 15?20r/min。
5) 料槽容積: 200L。
2.混料葉片的設計
混料機構的設計是從混料葉片的設計開始的。首先參考了手工攤鋪中用于混料的攪拌機的結構和工作原理如圖 6-1 所示。
圖 6-1 混料攪拌機結構工作原理
3. 混料轉子的設計如圖 6-2 所示
混料轉子則由 5 片葉片和主軸構成,葉片按順序連接焊成一體,并自下而上焊接在主軸上。 葉片的螺距為 1OOmm,5 片的總高度為 500mm。
圖 6-2 混料轉子
混料轉子的工作原理:當主軸帶動葉片順時針轉動時,桶壁和主軸附近的材料隨葉片上升。由于桶底是封閉的,所以在桶的下部形成負壓,迫使桶上部的材料從三角孔中返回桶底。這樣就使桶中的材料產(chǎn)生了垂直方向的循環(huán)流動,如圖中箭頭所示。同時,葉片的旋轉又使材料產(chǎn)生圓周運動。這兩個運動的合成,會使材料很快被攪拌均勻,其混料的效率很高。又由于葉片與攬拌材料直接接觸,推動其運動,與依靠離心力使材料運動相比節(jié)省能量。
6.2 混料轉子負載轉矩計算
混料轉子轉動時最大的阻力是材料對轉子的阻力, (1)葉片阻力矩計算將葉片分成三個區(qū)域分別計算。
1)Φ (490 -410) mm 區(qū)域:
軸向投影面積: A= 56548. 6mm2。
n n n
軸向阻力:G = l.5Af (f ——攤鋪材料對鋼片運動的單位面積法向阻力,f =0.006kgf/mm2 ,G
= 56548. 6 x0. 006 x 1. 5kgf = 508. 9kgf。
螺旋中徑:d2 = 490mm -40mm = 450mm。
螺旋中徑螺紋升角:λ = arctan
t
pd2
=4.046°
葉片旋轉阻力矩:M1
=F d2
2
= 8099. 2kgf ? mm。
2)Φ =(410-110) mm (輪輻)區(qū)域:
螺旋中徑:d2 =(410+110)/2 mm = 260mm螺旋中徑螺紋升角:λ = = 6. 98。
軸向投影面積:A =40199. 8mm2。
軸向阻力:G =40199.8 x0.006 x 1.5kgf = 361.8kgf。
葉片旋轉阻力矩:M2 = 361. 8 x tan6. 98°x 260/2kgf?mm =5758. 4kgf?mm。 3)Φ= (110-50) mm 區(qū)域:
螺旋中徑:d2 =(110+50)/2mm=80mm。螺旋中徑螺紋升角:λ = 21. 697° 軸向投影面積:A=7539. 8mm2
軸向阻力:G =7539. 8 x0_006 x1.5kgf=67.86kgf。
葉片旋轉阻力矩:M3 =67. 86 x tan21. 697°x80/2kgf?mm = 1080kgf?mm。
每件葉片的阻力矩:M = M1+ M2 + M3 = 8099. 2kgf?mm + 5758.4kgf?m + 1080kgf?mm =14937. 6kgf
?mm = 14. 94kgf?m
5 件葉片的阻力矩:MY=5 x 14. 94kgf?m = 74. 7kgf?m
(2)主軸旋轉阻力矩計算
主軸直徑:D=50mm,裝料高度:H = 520mm,攤鋪材料對鋼片運動的單位面積切向阻力:ft=0.
001kgf/mm2。
主軸旋轉阻力矩:
,
z
M = 1.5pD2 Hf
2 t
= 1.5 px 502 x 520 x 0.001kgf?mm= 3063kgf?mm = 3. 1kgf?m
2
混料轉子阻力矩總和ΣM:
ΣM =ΣMy +ΣMz=74. 7kgf?m +3. 1kgf?m =77. 8kgf?m
6.3 混料部件傳動系統(tǒng)設計
由于帶孔螺旋葉片混料轉子的混料效率較高,要克服的阻力矩也較大,因此其傳動系統(tǒng)的設計,許愿通過傳動鏈來降低轉速,以達到增大轉矩和節(jié)能的目的。
(1)混料機構傳動系統(tǒng)如圖 6-3 所示。傳動系統(tǒng)由兩級鏈輪減速和一級齒輪減速組成。傳動鏈的末級——大齒輪與混料轉子的主軸用螺栓緊固,從而帶動混料轉子轉動。
圖 6-3 混料機構傳動系統(tǒng)
圖中各代號所代表的元件和零件說明如下:
1——三相異步電動機,同步轉速為 1500r/min,功率待定;
2——鏈輪,節(jié)距 9. 525mm,齒數(shù) z=11;
3——短節(jié)距精密滾子鏈,節(jié)距 p = 9. 525mm;
4 鏈輪,節(jié)距 p =9. 525mm,齒數(shù) z =42;
5——鏈輪,節(jié)距 p =9. 525mm,齒數(shù) z = 15;
6——滾動軸承 6006 (GB/T 276—1994);
7——齒輪,模數(shù) m=5mm,齒數(shù) z=14;
8——滾動軸承 6006 (GB/T 276—1994) ;
9 短節(jié)距精密滾子鏈,節(jié)距 p =9. 525mm;
10 鏈輪,節(jié)距 p= 9. 525mm,齒數(shù) z= 3;
11——混料葉片;
12 滑動軸承;
13——混料桶;
14——大齒輪,模數(shù) m=5mm,齒數(shù) z = 120;
15——滾動軸承 7006AC ( GB/T 292—2007);
16——混料轉子主軸。
(2)電動機的選型及混料轉子轉速校核已確定,混料轉子轉速為 15~20r/min, 校核其轉速:
39
n = 1430r/min x 11 x
42
15 x
39
14 = 16. 8r/min 轉速符合設計要求。
120
確定電動機功率:
Nr = k
Mn
b 975h
式中 Nr——傳動系統(tǒng)輸人功率(kW);
kb—計算不準確因數(shù),kb=1~1.6,取 1.6;
M——負載轉矩(kgf?m),M =77. 8kgf?m;
n——混料轉子轉速(r/min),n = 16. Br/min; η ——傳動效率,取 η=0.85。
代人上式得:Nr =2.52kw
選擇電動機:型號為 Y100L2—額定功率為 3kW,轉速為 1430r/min。
6.4 傳動鏈主要零件強度校核
(1)鏈條 9 靜強度校核
傳動鏈中共有兩條鏈條,節(jié)距均為 9.525mm,但鏈條 9 傳遞轉矩較大,故應校核其強度。鏈條 9 承受的最大拉伸載荷:
F =975 x
N x z4 x 2000
max
n z2 d5
式中 N——電動機功率,N= 3kW; n——電動機轉速,n= 1430r/min;
z4——鏈輪 4 齒數(shù),z4=42;
z2——鏈輪 2 齒數(shù),z2=11;
d5——鏈輪 5 分度圓直徑,d5 =45. 81 mm。代人上式得
鏈條靜強度計算式
Fmax = 3341. 5N
n= Q 3 [n]
Ft
式中 n——安全因數(shù); Q——鏈條極限拉伸載荷,Q=8900N;
Ft——鏈輪圓周力,F(xiàn)t=3341.5N; [n]許用安全因數(shù),[n]=3~6。
代入上式得
n= 2. 66
n 接近[n]的下限,故設計可行。
(2) 大齒輪14 的材料選擇和強度校核大齒輪14 的參數(shù)如下:m=5mm,z = 120,分 度圓直徑D=600mm。此零件由于外徑較大,結構為輻輪,適宜采用鑄件,選用材料為 ZG310-570 (ZG45),由于是開式傳動,只校核其齒根彎曲應力,強度條件為
s = 2kM n
£ [s ]
f
W bd mY W
式中 k 載荷因數(shù),k=1.3-1.5,取 1.4;齒輪承受的轉矩
Mn 齒輪承受的轉矩(kgf?m ),最大值 Mmax
= 975 ′ 42 ′ 39 ′ 120 ′ 0.85 kgf?m = 147. 9kgf?m;
b 齒寬(mm), b= 40mm;
df 分度圓直徑(mm), df= 600mm;
m 模數(shù)(mm), m =5mm;
Y 齒形因數(shù),查圖得 Y = 0.302;
1430 11 15 14
w w
[σ ] 許用彎曲應力(kgf/cm2),[σ ] = 1420kgf/cm2代入上式得
w
σ = 1142kgf/cm2
即σw <[σw] ,設計可行。
(3)小齒輪 7 強度校核小齒輪 7 的參數(shù)如下:m = 5mm, z = 14, df = 70mm, b = 40mm,材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì),高頻感應加熱淬火,40~45HRC)。
承受的轉矩:Mn= 975 x
3 ′ 42 ′ 39
kgf?rn =20. 3kgf?m = 20300kgf?mm。
載荷因數(shù):k = 1.4
齒形因數(shù):Y= 0.238。
1430 11 15
-1w
許用應力:[σ ] = 1930kgf/cm2。代人上式得
σw=17. 1 kg£/mm2 = 1710kgf/cm2即σw <[σ-1w] ,設計可行。
(4)混料轉子主軸強度校核主軸局部視圖如圖 6-4 所示。
圖 6-4 混料轉子局部視圖
其危險截面 a—a 直徑為 50mm,材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)),承
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