自动铺砖机方案改进及机械部分设计【含6张CAD图】
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自动铺砖机方案改进及机械部分设计【含6张CAD图】
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I自动铺砖机方案改进及机械部分设计摘要：伴随着全国城市化进程的高速发展，城市道路硬化的急剧增加，道路铺设缓慢是一项重大难题。就目前而言，建筑施工和道路铺设中的地面铺砖大多为手工铺设，少数的机械铺设也存在着许多缺陷，而且地面铺砖进度非常缓慢，因此研究一种高效率的结构稳定的自动铺砖机是非常有必要的。根据任务书的要求，设计制定出了一套科学合理的方案，本次的设计包含了图像处理技术、机械结构设计、和系统控制部分，首先是利用重力原理进行铺砖，进而采用图像处理技术对道路的宽度进行采集，并控制调整铺设的宽度。这种设计具有结构简单稳定、操作简便、维护方便、和高效率等特点。通过 creo 进行三维结构设计的建模仿真，并对主要零部件进行计算校核，对典型进行有限元分析，这样有利于提高系统的稳定性。关键词：自动化，系统控制，设计校核IIImprovement of automatic brick laying machine and design of mechanical partAbstract: Along with the rapid development of the urbanization process in the country, the hardening of urban roads has increased dramatically and the slow laying of roads is a major problem. At present, most of the floor paving in building construction androad paving is hand-laying, and a few mechanical pavings also have many defects, and the progress of paving on the ground is very slow. Therefore, a high-efficiency structurally stable automatic shop is being studied. Brick machine is very necessary.According to the requirements of the task book, a set of scientific and rational solutions was designed and developed. This design includes image processing technology, mechanical structure design, and system control. The first is to use the principle of gravity for paving, and then use image processing technology. Collect the width of the road andcontrol the width of the paving. This design has the characteristics of simpleand stable structure, easy operation, easy maintenance, and high efficiency. The threedimensional structural design and simulation through creo, and the main components for calculation and verification, typical finite element analysis, which will help improve the stability of the system.Keywords: Automation；System control ；The design and checking；III目 录摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.1.1 研究的目的 .11.1.2 研究的意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 国内研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .21.3 研究内容 .21.4 预期结果及意义 .31.5 本章小结 .32 自动铺砖机结构设计和改进 .42.1 自动铺砖机方案分析 .42.1.1 方案研究 .42.1.2 方案设想 .42.2 自动铺砖机整体结构设计 .52.3 自动铺砖机方案工作原理 .62.3.1 砖舱 .62.3.2 传送带结构 .62.3.3 宽度调节铺砖结构 .72.4 自动铺砖机零件选用 .82.4.1 轴承选用 .82.4.2 正反牙滚珠丝杠 .82.4.3 电机与驱动选用 .92.4.4 顶推装置动力选用 .102.5 本章小结 .103 关键零部件校核计算及有限元分析 .123.1 关键零部件的校核计算 .123.1.1 轴的结构设计 .123.1.2 轴强度计算 .12IV3.2 联轴器与轴承的选择 .153.2.1 联轴器的选择 .153.2.2 轴承的选择 .163.3 典型零件的有限元分析 .163.3.1 分析软件简介 .163.3.2 直线往复运动部件的受力分析 .173.3.3 顶推装置前段有限元分析 .183.4 本章小结 .194 自动铺砖机系统联调 .204.1 自动铺砖机系统构成 .204.2 自动铺砖机系统工作过程 .214.3 自动铺砖机系统测试 .224.4 自动铺砖机推广评估 .234.5 自动铺砖机系统总评 .244.6 本章小结 .245 展望与评估 .255.1 课题概述 .255.2 自动铺砖机前景展望 .255.3 收获启发 .25参考文献 .27致 谢 .28附录 A 外文文献 .29附录 B 零件三视图 .47附录 C 实物图 .4811 绪论1.1 研究目的及意义 1.1.1 研究的目的随着全国城市化的快速发展，众多地区的公共基础建设逐渐增加，国家建设的过程中一直坚持主张绿色环保无污染，因此把地砖铺设在人行道路上已经成为一种很普遍的现象。但现有的铺砖机在铺筑路面时，基本上都是人工对路面进行排砖，或者是多种车辆相互配合进行铺砖，这些不但费力且而效率不高。并且户外铺设还要受到天气、工地环境等各种不确定因素的影响，工人在进行铺砖工作时大多处于半蹲状态，长时间工作不但容易腰酸腿麻，而且工作效率也会随之慢慢降低，工程的进度就会受到影响而延期。根据相关行业的调查和研究表明，利用自动铺砖机不但可以节约大量的人力财力，而且还能够提高工作效率。所以本课题制定了一套自动铺砖机方案，以及设计了机械结构部分,用来替换人工铺设，提升工作效率，加快工程的进度。本课题侧重的是机械自动化部分的设计，及主要结构的改进进行分析研究。1.1.2 研究的意义（1）自动化铺砖机不但提高了工作效率，而且解决了人工铺设地砖的诸多如体力消耗大，工程进度慢等缺点，并且还节省了大量人力财力，这种新的科技理念，有助于城市化进程的高速发展。 （2）自动化铺砖机的技术不仅为公共基础建设提供了技术支持，而且是低能耗，低成本的一种设计，有助于促进节约可持续型社会的发展。综上可知，自动铺砖机是一种发展潜力极大，实际应用范围极广，并且符合节省人力，高效实用，有提高利用价值的功能。还有一定的不足需要以后深度研发。该课题拥有非常重要的研究意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状2013 年青岛大学公开了一种人行道铺砖机，其特征是，包括底盘，底盘两端2分别有前轮和后，底盘中间设有砖舱，砖舱与铺砖斜轨连接，还有定滑轮，推手等机构。这种方式是把传统的弯腰半蹲式铺砖改为了现在的直立式行走铺砖 1。在 2011 年王怀成提出了一种“智能铺砖机”设计方案，先利用先进传感技术和传感器等装置进行空间定位，再通过机械手臂上电动吸盘将砖块放到指定的位置2。然而现在人行道铺砖基本上还都是人工手工弯腰铺砖。随着各国城市化发展的急剧增强，各个地区基础的建设会慢慢齐全，砖路铺设工作量急剧增加，所以为了不影响发展，设计出一种新的自动铺砖机显得尤为重要。1.2.2 国外研究现状德国 Optimas 公司设计了一系列使用液压为动力的砖石摊铺机，有液压砖石夹钳，液压路沿石夹钳，真空水泥摊铺机，液压砖缝填充机，液压轧制清扫机等。并切具有快速，安全，整洁能轻松的进行大面积的摊铺工作。在荷兰设计了一款名叫“虎石”的自动化铺砖机，“虎石”的秘密在于利用地心引力。施工时只需将砖块填装在一个成角度的斜槽，随着“虎石”前进砖块便自动码放在一起。通过操作虎石，人们便可以铺设出整齐完整的砖路 3。使用砖石铺设的道路不但美观，而且还结实耐用，特别是使用透水砖铺设路面不仅可以减少路面积水问题，还能提高城市地下水位。所以自动化铺砖机的设计不仅节省了大量人力体力，而且简易的操作步骤会让工作变得更加的轻松。1.3 研究内容本次课题是要设计一种自动铺砖机系统，通过利用重力，使得砖块在斜轨上的运动与机器本身产生的运动发生相对运动进行铺设。在此基础上增加图像处理技术，对要进行铺设路面的宽度进行实时采集，与宽度调节装置形成反馈。想比传统人工铺设提高了效率，降低施工成本。课题主要在以下几个方面展开研究：1.机械结构设计：设计出一套能够实现自动铺砖的机械结构方案。2.机械结构优化：在原来的基础结构设计上，对机械结构方案进行改进设计，以达到最完美设计。3.力学性能的分析：用 creo 分析软件对典型零件进行分析，是否设计的合理。4.零件的计算加工：对零件进行计算，绘制零图和三维工程图。5.系统的调试：装配完成后与控制系统进行同步协调。31.4 预期 结果及意义本次自动铺砖机设计经过合理的计算及调试，运行时结构性能稳定、铺砖效率高、并且对施工环境要求低等优点。机器在运行的工作过程中状态稳定，零部件使用时间久。该设备能够缓解一部分人力缺少的现状，而且设备基本上都是自动化的、所以就会节约时间，能够给施工单位节约大量的成本，还可以加快施工进度，缩短了工程的期限。本次自动铺砖机设计采用图像处理技术，并且与宽度调节机构进行了相连接，实现了实时调节，突破了施工环境的限制，做到实时调整，实时铺设，大大提高了铺设效率。通过研究该课题具有较广泛的发展与应用。1.5 本章小结本章明确了本次课题的研究目的和意义，通过查阅分析了国内外有关自动铺砖机的发展现状，对于本次课题研究方案进行了一系列构想和设计。42 自动铺砖机结构设计和改进2.1 自动铺砖机方案分析2.1.1 方案研究自动铺砖机的主要工作地点是人行道和大型广场以及公园的道路块砖铺设，并且借鉴于国内外现在已经有的机器和发表的设计等技术方案，在这些基础上面研后进行改进和创新设计。因此本次课题是要设计出一款能够在图像处理方面并且能够自动化铺砖设备，因此只要设计出能够实现自动化铺砖原理的方案，并搭建简单出模型就算达到设计目第=地。本次设计的选材是用铝合金支架为设备结构的基本框架材料，有机玻璃为设备零件加工主要的材料，并设计独特的宽度调节铺砖装置，砖舱结构，砖块顶推装置，辊压装置以及传送带装置。以上的装置和结构是用来保证自动铺砖机施工时的能够稳定的工作，以及提高工作效率。2.1.2 方案设想本课题为了能够让自动铺砖机受外界因素影响小，并且适应外界工作环境，所以该机器应该具有良好的工作稳定性，并且还要使用到规定的时间，这样就需要充分理解考虑清楚机械结构的力学性能，结构的稳定性和磨损等。现根据要求设计出如下方案，见图 1.1。自动铺砖机的主要结构设计，分为以下六大部分，1 结构主要包括传送带机构；2 砖舱（直线往复机构，储砖机构）；3 宽度调节机构（斜轨铺砖机构，滚珠丝杠）；4 顶推机构；5 滚压结构；6 整体框架。并且每一部分都受系统的控制，并且之间相互协调。本次方案设计出的模型不但要符合自动铺设条件需求，而且还应该具有结构简单稳固、容易操作，易懂可以让新手快速的学会使用、并且其实用性要强、易于检修维护特点。本次设计将提供零件图纸，实物简易模型，并与控制系统相结合进行测试。5图 1.1 自动铺砖机整体方案2.2 自动铺砖机整体结构设计自动铺砖机结构设计的主要机械结构应包括下图中 1 顶推装置、2 传送带机构、3 宽度调节铺砖机构、4 砖舱和 5 辊压装置。这五大部分的主要零部件有 T10同送带、铝合金结构框架、滚珠丝杠、滑砖台、电动机、弹性联轴器、直线往复运动机构、砖箱 、同步带轮、轴、宽度调节挡板、移动轮、圆锥滚子轴承座、和电机支座等。该机械设备工作时稳定性较强、操作简便，而且很好的使用了模块化的设计，这样安装会非常简单，调试也非常容易。该机械结构模型设计的三维装配图如下图 2.1 所示 4 。实物图见附录 A，关键零件三视图纸见附录 B。图 2.1 机械结构模型三维装配图62.3 自动铺砖机方案工作原理2.3.1 砖舱砖舱结构是由直线往复运动机构，砖箱和电机组成，如下图 2.2 所示。砖箱与直线往复运动机构通过螺栓或焊粘连接接。电机、直线往复运动机构两者之间是通过联轴器相连接。当电机通电运行时，直线往复运动机构就把电机的旋转的运动转换为直线运动
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