軌道小車的機械系統(tǒng)設(shè)計(PDF圖紙和說明書)
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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學生姓名: 學 號:
學 院: 機電工程學院
專 業(yè): 機械設(shè)計制造及其自動化班
設(shè)計(論文)題目: 實驗軌道小車機械系統(tǒng)設(shè)計
指導(dǎo)教師:
年2月 25日
開題報告填寫要求
1.開題報告(含“文獻綜述”)作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下,由學生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成,經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效;
2.開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式(可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載)打印,禁止打印在其它紙上后剪貼,完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見;
3.“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文,并直接書寫(或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi),學生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15篇;
4.有關(guān)年月日等日期,按照如“2012年4月26日”方式填寫。
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻資料,每人撰寫
1500字左右的文獻綜述(包括研究進展,選題依據(jù)、目的、意義)
文 獻 綜 述
1、研究進展
隨著社會的發(fā)展進步,人工作業(yè)已慢慢被智能機械所取代,各行各業(yè)每年都會投入大量的人力、物力用于智能機械的研究,從而減少人力操作,減少勞動力,降低勞務(wù)支出,實現(xiàn)經(jīng)濟利潤的最大化。
軌道小車的應(yīng)用廣泛,現(xiàn)階段在大多數(shù)工廠中軌道小車主要用于運輸傳送物品。
軌道式物流傳輸系統(tǒng)主要優(yōu)點如下:
(1)軌道式系統(tǒng)屬于高端的傳輸系統(tǒng),長期使用可靠性強。
(2)由于傳輸小車的體積較大,系統(tǒng)單次傳輸?shù)膫鬏斄枯^大,可容納量大,且可承載高負荷,避免了人工搬運過程中的危險事故,簡單便捷的實現(xiàn)了大載荷的運輸,傳送。
(3)系統(tǒng)的傳輸效率高,小車可同時運輸,系統(tǒng)的運力擴展性強,且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)傳輸速度。
(4)系統(tǒng)的整體故障率低,故障定位和故障排除都非常方便,維護成本低。
(5)系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性好,國內(nèi)外成功的使用經(jīng)驗已完全能證明軌道系統(tǒng)在應(yīng)用中的可靠性和必要性。
軌道式傳輸系統(tǒng)在醫(yī)療應(yīng)用方面也有著較大的市場。軌道式電動小車傳輸系統(tǒng)可以
用來傳送輸液袋、血液、小型手術(shù)包,各病區(qū)治療包等,消毒物品、大量藥品、實驗組織樣本、X光片、各類文件等[14-16]····
人工運輸存在著很多弊端,像人員流與物品流混雜,患者和遞送員工在電梯、走廊和樓梯跑動,增加了交叉感染或疾病傳播的危險性;由于在電梯等多處排隊等候,使走道擁擠,患者就醫(yī)速度慢,環(huán)境差;人工運輸物流傳輸?shù)乃俣嚷?,甚至影響搶救時間;患者檢驗標本送達不及時,影響檢驗結(jié)果的準確性;醫(yī)護人員的工作量大,遞送人工成本高;人工運輸過程無法保證安全可靠,易出現(xiàn)碰撞,翻倒,丟失等現(xiàn)象。軌道小車傳送的出現(xiàn),使醫(yī)療運輸變得更加安全,可靠,且節(jié)省時間,減少運輸過程的財務(wù)支出。
軌道式傳送的一次性投資較大,但就日常營運情況和實際使用情況,軌道式物流
傳輸系統(tǒng)存在著極大的優(yōu)越性,更能滿足和切合我國在相應(yīng)領(lǐng)域的實際需求并真正解決問題。當然軌道式物流傳輸系統(tǒng)也有一定的不足:①系統(tǒng)的設(shè)計和安裝比較復(fù)雜,需要專門的井道間;②系統(tǒng)造價較高,通常為35~40萬/站點(隨軌道長度,小車數(shù)量及復(fù)雜程度等因素而變)[17]。
軌道小車也普遍應(yīng)用于鐵路軌道的檢測,像德國GEDO-CE軌道檢測小車,用于校準軌道參數(shù),獲取和整理現(xiàn)有的軌道數(shù)據(jù);GEDO CE軌道檢測小車用于無渣軌道鋪設(shè)過程中各項精密指標的控制,主要通過內(nèi)置的高精密傳感器和外置的高精密全站儀測量實現(xiàn)[20]。在鐵路軌道、道路橋梁軌道的測量矯正過程中起到了及其重要的作用。
目前,軌道小車的控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況,最早被應(yīng)用的技術(shù)是基于單片機的控制系統(tǒng)。在單片機的基礎(chǔ)上,通過研發(fā)實現(xiàn)了一種以光電傳感器為敏感元件以AT89C51單片機為控制核心的電動循跡小車的智能控制系統(tǒng);在基于單片機的基礎(chǔ)上,使小車的電動機采用PID算法閉環(huán)調(diào)速,形成了對小車調(diào)速的另一種控制系統(tǒng)。隨著智能控制的不斷發(fā)展,繼而又有人提出了模糊-PID控制算法[19],使控制系統(tǒng)的性能又有了進一步的提升;當然,還有在工業(yè)中被普遍應(yīng)用的PLC控制系統(tǒng)。
針對控制系統(tǒng),PLC 系統(tǒng)在工業(yè)控制中有著非常重要的作用,由于PLC 的功能非常強大,能夠抵抗較強的干擾,可靠性比較高,同時編程簡單,操作方便,因此,在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。目前,隨著科技的不斷進步,自動控制技術(shù)已經(jīng)越來越多的被應(yīng)用于各行各業(yè)中,西門子控制電機, 基于PLC 系統(tǒng)的電機自動控制采用國際標準PROFIBUS 現(xiàn)場總線標準,保證了系統(tǒng)的高效性與實時性,不但能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)采集的獨立完成,同時其抗干擾的能力比較強,可靠性高,具有非常高的控制精度。
2.選題依據(jù)
目前,實驗用軌道小車主要應(yīng)用于鐵路軌道的檢測,校核參數(shù)等。其控制精度越高,檢測數(shù)據(jù)越精確,軌道的參數(shù)越準確,這與我國的鐵路建設(shè)有著緊密的聯(lián)系。近幾年,全國范圍內(nèi),地鐵,高鐵,都在緊鑼密鼓的修建中,城市軌道交通的完善被提上了日程,交通的完善將會減少交通事故的發(fā)生率。并且實驗用軌道小車的完善和進步也間接影響著人們?nèi)蘸蟮纳罟?jié)奏和人身安全。就目前軌道小車的發(fā)展,主要是基于單片機原理的控制,其應(yīng)用范圍存在著巨大的局限性,且對車速的控制精度不高。特別是當車上載有高精密測試儀器時,對軌道小車的車速要求和控制精度的要求明顯要更高。若軌道小車不能及時剎車或車速的控制不精準,車的頭部則會與實驗隧道內(nèi)表面碰撞,會造成巨大的經(jīng)濟損失,同時延誤工程進度。軌道實驗用小車在此過程中有著至關(guān)重要的作用。對它的設(shè)計和改進也成為了我此次選題的依據(jù)。
3.選題目的
中南大學高速鐵路工程實驗室在進行高速列車軌道的檢測項目,為實現(xiàn)軌道檢測需要實驗用軌道數(shù)控小車,通過控制軌道小車的速度來檢測軌道參數(shù)。使實驗用軌道小車不僅能穩(wěn)定的在固定軌道上運行,而且要保證車身重量不得大于350kg。通過PLC調(diào)節(jié)電機電壓實現(xiàn)在一定長度的軌道上的自由調(diào)速。
4.選題意義
針對軌道物流傳送,鐵路軌道實驗檢測發(fā)展的必然趨勢,軌道小車成為了物流運輸、鐵路軌道檢測過程中重要的組成部分之一。如果小質(zhì)量軌道小車的自由調(diào)速可以實現(xiàn),并在醫(yī)療運輸,機械廠房作業(yè),軌道檢測等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,它將減少企業(yè)在運輸過程中的勞動力支出,減少人工作業(yè)過程中人身安全事故的發(fā)生率。且保證傳送物品的安全穩(wěn)定性。降低運輸過程中的意外損耗,節(jié)省運輸時間,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
實驗用軌道小車的運動控制精度的提高將為中國的鐵路事業(yè)做出重大貢獻。列車速度的提升與軌道的精度要求有著密不可分的聯(lián)系,如果在軌道的檢測方面有所突破,列車的速度提升也是指日可待的?!皶r間就是金錢”是當今社會的主流理念,列車速度的提升為人類社會帶來的福音也是不可估量的。
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):
本課題要研究或解決的問題:
數(shù)控軌道小車的設(shè)計要求
(1)整車外形尺寸:<1700*700*670mm;
(1) 整車負載能力:≥350kg;
(2) 整車自重:≤350kg;
(3) 啟動加速段為5米(不含車身長度),最高加速到4m/s;
(4) 在25米長的試驗段內(nèi),數(shù)控電瓶車應(yīng)能在1m/s~4m/s的速度范圍內(nèi)任意設(shè)定并穩(wěn)定運行,運行平穩(wěn)度要求在±0.1m/s內(nèi);
(5) 剎車段長度為≤5米(不含車身長度),數(shù)控電瓶車應(yīng)能在該段內(nèi)完成剎車直至完全靜止;
(6) 車輪直徑偏差不得大于0.1mm;
(7) 兩車軸平行度偏差不得大于0.5mm;
(8) 數(shù)控電瓶車的輪距為575mm;
(9) 控制系統(tǒng)采用PLC為主控元件,觸摸屏為人機交互設(shè)備,觸摸屏可以設(shè)定車速,顯示運行距離,設(shè)定啟動時間,設(shè)定運行距離,設(shè)定剎車位置;
(10) 數(shù)控電瓶車采用電瓶供電,供電電壓96V;
(11) 數(shù)控電瓶車動力采用無刷直流電機,功率為7kw;
(12) 數(shù)控電瓶車控制系統(tǒng)具備緊急停止按鈕,在緊急狀態(tài)時,能在5米內(nèi)完成剎車至靜止狀態(tài)。
主要問題:在30m軌道上,加速段為5m,且在30m的軌道上實現(xiàn)速度的可調(diào)范圍為1m/s~4m/s剎車段長度不大于5m。根據(jù)計算初步確定軌道小車采用幾輪驅(qū)動。在此要求下,計算軌道小車的加速度選定范圍;計算驗證在選定加速度范圍內(nèi)是否滿足原始速度范圍要求。
進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計,保證車身總重量小于350kg,且車輪間距為575mm,車身總長度不得大于1700mm.設(shè)置剎車裝置使小車在允許的軌道范圍內(nèi)完全靜止。
軌道小車示意圖:
前進方向
基本工作原理:電動機通過聯(lián)軸器帶動齒輪的小齒輪運動,通過一對平行軸斜齒圓柱減速,且減速比為10:1,減速齒輪的大齒輪帶動中間軸運轉(zhuǎn),從而帶動1:1換向齒輪的運轉(zhuǎn)最終帶動車輪轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)四輪驅(qū)動。
減速裝置:通過平行軸斜齒圓柱齒輪一級減速,減速比為10:1;
換向裝置:通過兩組1:1錐齒輪實現(xiàn)方向轉(zhuǎn)換;
緩沖裝置:采用彈性緩沖裝置——聚氨脂緩沖器;
執(zhí)行機構(gòu):T型車輪實現(xiàn)在T型軌道上的運行;
控制系統(tǒng)采用PLC為主控元件,觸摸屏為人機交互設(shè)備,觸摸屏可以設(shè)定車速,顯示運行距離,設(shè)定啟動時間,設(shè)定運行距離,剎車位置。采用電瓶供電供電電壓96V。
在滿足要求的情況下,計算設(shè)計機械系統(tǒng):動力元件,傳動構(gòu)件,控制系統(tǒng),執(zhí)行元件
以及輔助元件各部分的具體構(gòu)造。
根據(jù)機械設(shè)計中要滿足的裝配原理,設(shè)計選用各需要標準件。最后計算空載下小車
總重量是否滿足原始設(shè)計、裝配要求。在solidworks空間模擬裝配進行驗證,最后
投入生產(chǎn)加工做出成品。
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[19] http://wenku.baidu.com/view/af991dfa941ea76e58fa0467.html.
[20] http://wenku.baidu.com/view/6f5056126c175f0e7cd137e4.html.
指導(dǎo)教師意見:
1.對“文獻綜述”的評語:
2.對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(論文)結(jié)果的預(yù)測:
指導(dǎo)教師:
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