毕业设计（论文）-简易码垛机的设计（简易升板机设计）.docx

1简易码垛机的现状及特点码垛技术是物流自动化技术领域的一门新兴技术，近年来，国外码垛技术特别是机器人码垛技术获得了前所未有的发展，机器人码垛的柔性、处理速度以及抓取载荷在不断地升级，应用场合在不断地扩大。具有自动化、智能化、高效率、控制可靠、运行平稳、价格低廉的特点，提高了码垛质量和码垛速度，适合于广大企业推广使用。码垛机在混凝土砌块生产企业中是将刚成型的混凝土砌块输送至小叉车或者可旋转升降轨道车的专用设备。码垛机往返托起托板，一个工位最多可以叠七板砖，实现这一环节的机械化，就可以在一定程度上减少破的破损率。国内外已有投入使用的液压式及链条式码垛机，但是由于液压式与生产成本比较高，且一旦机器出现故障，需要维修工人的液压专业素质非常强，维修成本相当高，而链条式成本相对来说也很高，且故障频繁，一些养护和维修都会给企业造成一定的损失。本课题的简易码垛机是针对小型混凝土砌块生产企业而设计的，在满足使用性能的前提下,对液压式与链条式的码垛机做进一步的结构简化，它制造成本低，投资小，并可以稳定、安全，无损的将成型的混凝土砌块由链条送转机送至运输设备上。2码垛机整体的结构2.1设计背景混凝土砌块是目前新型墙体应用最广泛的一种新型墙体材。混凝土砌块生产设备的流程为：上料机一搅拌机一皮带输送机一成型一送科一码垛机一子车一重摆渡车一升养护一成品f出厂。码垛机机械部分的零件加工目前还处于初级阶段，一般加工精度和质量还比较差，因此投产后维修工作量较多，使用寿命较短特别是对动作频繁的专用零部件，还缺少专用设备进行批量加工生产的条件，所以对于一些刚刚起步的小型企业来说,生产混凝土砌块用传统的链条式或液压式码垛机会给企业造成一定的压力，因为链条式或液压式码垛机的生产成本相当的高，而且维护起来要求工人的专业素质非常强。而本文设计的混凝土砌块成型后码垛机的设计具有升降方便、结构简单、性能可靠、无噪音、无振动等优点。即对混凝土砌块生产线上的码垛机进行改进。砌块主机生产一板混凝土砌块时，链式输送机把这板半成品砌块（含托板）输送到码垛机，码垛机提升一个单位高度。码垛机将砌块成品搬运到送垛机，当码好一定层数时，送垛机开始工作，将砌块成品送到叉车搬运地点，等待叉车将砌块成品运送到砌块堆场以便出售。码垛机是由电动机带动带传动将动力传送至蜗杆减速器，通过蜗杆减速器的减速将动力传利用链传动来带动卷筒轴以及卷筒的正反转，从而使钢丝绳带动升降架升降实现往返托板，而托爪的分离与合拢的通过砌块与板对托架的压力来产生的摩擦力实现的。2.2托架的整体结构及尺寸设计2.2.1托架结构与尺寸设计根据设计任务托板尺寸参数要求：托板尺寸(960×530×40)mm；每板垛两排28块，标准砌块尺寸(240×115×53),由托板尺寸可知，托架的长：L二托板的长+(托抓长度T50X2)=960+2(280-150)=1280mm；77(564360v-图11、2、3、4.托架方钢托架上装托爪，托爪的分离与合拢来实现码垛机码放托板的功能。托架在机架的导柱上上下移动时是由4个导轮在行走架上的导柱上移动来实现的。考虑到轮子在此没有承受太大的载荷，而且转速不是很高，所以在设计时可以不考虑强度计算，根据行走架上的导柱尺寸设计导轮和导轮轴的尺寸如下：图2导轮轴的设计尺寸图3导轮设计尺寸2.2.2托爪结构与尺寸设计托爪的设计是本次设计的关键部分。通过托板（含砌块）从链条输送机到托架上撞到行程开关时，码垛机托架带着托板（含砌块）开始下降，同时托板（含砌块）对托架的压力会使得托板与托架之间产生摩擦力，使得托架上的弹簧处于压缩状态。当托架带动托板（含砌块）完全下降到机架的支架上时，托板对托架产生的压力消失，从而弹簧要恢复原来的状态。弹簧恢复原状产生的弹力使得托爪上的分离轴分离。此时，托板（含砌块）就会码放在机架的支架上，码放过程结束。此时，托架会撞到另外一个行程开关，使得电动机反转带动托架上升同时托爪合拢，上升到指定位置后接着下一次循环。设计托爪的结构及尺寸如下：图4托爪托板（含砌块）产生的压力为：砌块的质量M=28×3.5kg=98kg总质量二砌块质量+托板质量=（98+12）kg=110kg所以托板（含砌块）对托架所产生的压力为F=HOkgX10kgN=1100N°托爪在分离与合拢时弹簧所产生的弹力，其受力简化形式如下图所示:图5托爪受力示意图假设分离轴与托架上的套筒在工作过程中的接触面积如下图所示:R12图6摩擦接触面积图中可以看出接触面积为分离轴圆柱面积的1/3因此摩擦接触面积11aS=-×211R×=X2x7rx12x100=2512mm33接3所以轴套与分离轴之间的摩擦力f=F式中为摩擦系数，F即为托板（含砌块）给分离轴的正压力。所以，f=F=0.1X1100N=110N根据摩擦力与弹簧弹力平衡，所以弹簧弹力居单二110N,所以根据鸟单=kx得出X=mm=15mmk7.3即弹簧所要承受的压缩变形量为X=I5mm。此时符合分离轴分离而码放托板的距离。托板与分离轴的摩擦力消失时会使得弹簧在受压缩的状态下产生弹力从而恢复原来的状态，在设计该部分时要考虑到弹簧的选用以及压力和摩擦力的计算。此时，根据弹簧弹力和弹簧压缩变形量来计算弹簧的有关参数。弹簧是用弹性较大的材料制成的特殊形状或结构使之能储存或吸收能量的机械零件。根据已知条件分离轴的直径为24mm,而设计的弹簧要套在分离轴的外圈上，因此设计弹簧的中径I>30mm,由由参考文献表16-7导杆与弹簧间的间隙C=3mmo压缩变形量x=15mmoD根据外载荷选择材料并确定其需用应力因此弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第III类弹簧来考虑。选用碳素弹簧钢丝C级。并根据常用旋绕比C=5,由式口4C-10.6154C-1C04C-10.6154×5-l0.615K=+=+=1.314C-4C4×5-45根据d'L6半=1.6义V团IlOO×1.31×5rjomm=5.4zmm628查得弹簧钢丝直径为6.0则。由表16-3暂选分=1420MPa,则根据表16-2可知r=0.8×0.5×=568MPao2）计算弹簧的有效圈数所谓弹簧是有效圈数Nq是指螺旋弹簧的有效工作圈数。已知负荷F=IlOON,弹性变形量为5二15mm,弹簧材料的弹性模量G=80000MPa,则7GD80000×30x15Na=-=6.558C4F8×54×11002.3机架的结构及传动部分设计2.3.1机架机构及尺寸设计由于托架在机架的导柱上上下滑动，所以机架的宽应设计为770托架的宽+2（120+37.5）=1085mm；机架的高为1240+754+266mm=2260mm；机架长为1567mm；机架上部安装传动部分，如电动机，带传动部分和蜗轮蜗杆减速器，和链传动部分，从而使双排滚子链带动卷筒正反转，使托架升降，设计机架时考虑到安装各部分之间的配合与传动关系，所以根据这些要求设计机架焊接图如下：在机架的上部安装传动部分。传动部分设计与主要计算见下述。2. 3.2主电机的计算（1）电动机功率计算已知卷筒承受圆周力（牵引力）F=IlOON,托板升降速度为0.2ms,升降高度为840mm,两卷筒直径为100mm,卷筒的传动效率（工作效率）心二0.8。选择电动机的内容包括：电动机的类型、电动机的容量和转速、确定电动机的型号等。图7行走架设计尺寸按照设计的要求，因为设计任务书中要求托架升降的速度为0.2ms,以及传动过程中需要改变传动方向，所以传动方案决定采用电机直径通过带传动连接蜗轮蜗杆减速器连接滚子链链轮，从而用钢丝绳带动托架升降。由于托架升降的速度比较缓慢，因此,初定电机为三相异步电机。卷筒转速60×100Ov11d60×1000×0.23.1415×100r/min=38rmin一般常用同步转速为100Ormin或者1500r/min的电动机为原动机，因此传动法案传动比约为26.339.5。卷筒功率（经验公式）PWl=0.035v×L=0.035X0.2X8.4=59w电机功率计算工作机所需功率P（痴）按下式计算(4)4=110°×°2=275"W100O%1000×0.8电动机的输出功率按下式计算: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：电动机所需功率Pd,从电动机到工作机（卷筒）之间总效率为总设小，%，%，分别为带传动,蜗轮蜗杆减速器,链传动的效率。分别为名二0.85,72=0.8,13=0.8则总效率=祐/%-85×0.8×0.8=0.54电机所需功率为=殳=等=3.7kw0.54工作机所需转矩为11O54T=Pw×9.55X'=5.9X9.55×=800N加Nw38（2）确定电机的型号及主要尺寸查参考文献，根据计算数据选择电机参数为：表1Y系列三相异步电动机技术数据（摘自ZBK22007-88）电动机型号额定功率KW满载转速r/min堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩质量kg同步转速100ormin（6极）Y112M-4414402.22.245查参考文献电机安装尺寸值见表2：AD表2电机安装尺寸ABCDEFGHABACADHDBB1901407028608241121902301902651802.3.2带传动的设计本次设计带传动来连接电动机及蜗杆减速器，带传动的基本组成零件为带轮(主动带轮和从动带轮)和传动带。当主动带轮传动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动轮。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中广泛使用。(1)带传动的已知参数所要传动的功率尸二4X0.85=3.4kw,电动机轴的转速1=1440rmin,传动比i=L2。(2)带传动的计算确定计算功率匕Q由参考文献表8-7查得工作情况系数KA=I.0,故Pca=KA尸=LOx3.4=3.4kw(8)选择V带的带型根据匕。、口由参考文献图8-11选用A型。确定带轮的基准直径dd并验算带速V初选小带轮的基准直径"。由参考文献表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径ddl=80mmo验算带速v。由参考文献按式(8-13)验算带的速度ddn×80×1440/八小/V=6.03m/s60×100060×1000因为5ms<v<30ms,故带速合适计算大带轮的基准直径。由参考文献根据式(8-15a),计算大带轮的基准直径dd2-iddl-l.2×80mm=96mm根据由参考文献表8-8,圆整为42。Om网确定V带的中心距Q和基准长度Ld由参考文献根据式(8-20),初定中心距劭二400mmo由参考文献式(8-22)计算所需的基准长度Zdo2+2%+-(ddl+dd2)+("2d0_(10)24a0=2x400+-x(80+100)+(10°80)mm1082.85mm24×400由参考文献表8-2选带的基准长度£厂1000mmo由参考文献按式(8-23)计算实际中心距Q。