毕业设计（论文）开题报告-路锥自动装车摆放装置的设计.doc

上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 路锥自动装车摆放装置设计 学 院 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 BJ1106 学 号 姓 名 指导教师 定稿日期： 2015 年 03月3 日11路锥自动装车摆放装置设计1 选题背景及其意义 高速公路建设体现了一个国家的交通发达程度和经济发展的整体水平。它不仅方便了人们的出行，同时也加强了城市之间的联系和合作，带动了当地的经济发展。改革开放以来，我国经济高速发展，尤其现在是中国全面建设小康社会的关键时期，十二五规划期间，高速公路的建设与发展也将迎来一个历史发展时期。 高速公路建设发展的同时，也对其相关的配套设施提出了新的要求。例如德国具有世界上最先进的公路系统，其中相当一部分的高速公路已经配备了先进的后续维护设备，不仅可以方便车辆快速通行，甚至还有路况监控系统，反馈到中央系统进行及时处理，更加人性化。 任何事物都有其安全保障期限，高速公路也是一样的。我们在不断提高高速公路建造工艺及耐久性的同时：也需要对高速公路进行不断的养护。随着道路的不断损害及自然侵蚀，高速公路的使用功能不断下降。高速公路建设飞速发展，但是其养护管理工作却相对落后，两者的矛盾已经不断凸显。合理解决两者之间日益尖锐的矛盾，显得特别的重要。 高速公路养护管理就是对公路的保养与维护，保养侧重于从建成通车就开始的全过程养护，维护侧重于对破坏的部分进行修复，是指通过管理数据库和有效的道路、桥梁评价预测系统，不断采用新的技术工艺，以最实用的方式保证路面平整、畅通以及各种设施完好，提高高速公路的耐久性和抗灾能力，使高速公路养护维修达到高标准、高效率、高机动性的要求，保持高速公路经常处于完好状态，防止其使用质量下降，并向高速公路使用者提供良好的服务所进行的作业。由此可见道路的养护管理是一项艰巨而又复杂的工作。中国自古就有养护公路的优良传统，西周时期就设有“司空”一职，负责按季节整平道路，并规定“列树以表道，立鄙食以守路”。同时养护工作应该按照“预防为主，防治结合”的原则进行开展。采取适当的工程技术措施，坚持日常保养及时修复，保证公路畅通、整洁、完好，延长公路的使用时间。公路维修养护时部分路段要封闭管制交通，即在作业区外放置交通标志，引导车辆的行驶。在维修养护作业时，必须要保证行车和作业区的安全，在作业区外摆放交通路锥或设置路障以引导车辆的行驶，特别是在高速公路上作业时，由于行车速度快，车流量大，更有必要摆放路锥等来引导交通。2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）2.1国内外路锥自动装车摆放装置的应用2.1.1我国路锥自动装车摆放装置应用情况国内公路养护机械处于起步阶段，虽然已经有一些知名企业大力开发相关配套产品，如三一重工、中联：重科等都有了自己自主研发的公路系列产品，如路面修补设备、沥青调质设备、大型路面铺设装置及挖掘设备等在不断增加及完善，但是仍然缺乏一些更加适用和人性化的公路养护机械。同时产品的数量和品种也都相对有限，不能完全适应道路建设发展需求，因此公路养护机械的研发具有广阔的发展平台。显而易见，目前国内在公路维修作业时，用于指导交通，完成车辆分流工作的交通路锥的摆放与回收仍然是采用人工方式，国内目前仍然没有相应的比较完善的机械产品，但是已经有人在这一领域进行积极的探索，并取得一定成效。 2010年8月，山东省潍坊市的刘庆亮先生发明了“一种用于高速公路快速摆放锥形标的摆放机”，并申请了国家专利，在其发明中，由一名工作人员在拖车里往滑道板上放置路锥，路锥在重力的作用下沿滑道滑下，再通过拨叉的作用使得路锥滑落，自动摆放在适当的位置。该发明从一定程度上减轻了工人手动铺设路锥的工作量和使得施工安全系数大大提高，工人只需在拖车里往滑道板上放置路锥，不必将路锥摆放至路上，但是相对于国外的自动收放装置，工人的工作量和工作环境及安全系数还是有待提升的，最关键的是，该发明只是半自动的摆放机，而不能完成交通路锥的回收功能。 2011年12月，北京联洁达公路养护工程有限公司的王彦涛等五人对其发明“路锥自动收放装置”申请了国家专利，另外该装置还包括有监控子系统，这个发明相比之前的有了明显的改进，增加了自动回收的功能，同时还实现了通过语音装置的实时交流和通过摄像装置的实时操作。但是本装置中需要施工人员始终站在车上将交通路锥安放在滑板上，才能顺利完成下一步动作，即与上一个发明一样，这个发明在整个施工过程中也始终需要人工辅助才能完成。 2.1.2国外路锥自动装车摆放装置应用情况 美国加利福尼亚州于1990年，在有关路锥手动铺设受伤索赔中赔付了36000美元。截止到1994年，四年内索赔额增长了10倍，高达321000美元。据当时的统计资料表明，这种成本增加的趋势将持续下去。当时，路锥是由站在改装后车上的人进行人工部署的。卧式堆叠的路锥由传送带送给一名工人去摆放或回收，此人通常是站在卡车车尾的一个篮子里或坐在定制的锥体卡车靠近地面的水平车轴之间，上述方法铺设路锥需要相当大的人力，工人暴露于危险的交通环境中，作业速度慢、安全系数低、路锥放置间隔不统一，特别是在交通流量大的城市快速路上作业时上述问题尤为突出。在看到手动铺设路锥是多么危险，并经历这一过程造成的长时间延误之后，人们认为这个“石器时代”技术必须适应于二十一世纪。 2.2国内外路锥自动装车摆放装置研究现状 AHMCT【3】中心已研发出一种可以自动存储、放置和回收路锥的机械设备，该设备所有的操作都在驾驶室内部由司机或另外一个人控制，在向前行驶时依次向路面整齐摆放交通路锥；正向或反向的方向行驶时以最高可达10英里小时的速度自动回收路锥。该机械设备不需要进行现场设置，机构的部署和存放也快速简单。目前使用的手动操作，在出现异常情况的时候方便快速解决。英国的SafeTcone是一个独特的有国际专利的路锥自动存储、放置和回收系统，该系统已经实现完全自动化，在驾驶室内通过人性化的触摸屏菜单驱动软件来操作控制，其驱动程序在出厂前已经预先编好，并记忆保存在控制系统中。该设计采用了液压与气动相结合，使得操作更加平稳，同时使用了强度大，重量轻，耐腐蚀和耐冲击材料，增加车辆使用寿命。另外，不得不提的是，该系统与AHMCT路锥机相比有了明显的发展，该系统有发声指示功能，从个人电脑中发出有声指示给操作人员，操作人员可以通过摄像系统看到正在进行的每项工作。 对比国内外的发展现状，我们可以明显看出该技术在国外的发展已经很成熟了，不仅实现了路锥自动输送、存储、放置和回收系统的完全自动化，而且通过语音装置和摄像装置实现了实时交流与实时监控，再反观国内的发展现状，可以看出国内人士在路锥的自动放置及回收装置上的研究已经有所成效，通过人工将交通路锥放置在上述装置上可以很快实现交通路锥自动放置目标，但是本着节约人力、减少劳动量及以人为本的原则，对路锥自动输送装雪的研究十分有必要。3 研究内容 3.1工作原理工作人员将路锥从仓库取出摆放到皮带输送机上，皮带输送机会自动将路锥自动输送到车上，同时车上设一机械手，当需要摆放路锥在指定的维修区域时，机械手会将路锥从车上取下并摆放在车上应该放置的位置，以备路段维修时使用。当路段维修好后，路锥会返回到车上原先位置，这时如需要将路锥取下时，也可通过机械手将路锥送回地面，实现轻松移载。 3.2分析路锥规格 对路锥的规格尺寸分析，以便设计相应的输送和摆放机构。 3.3设计路锥输送机构根据路锥的尺寸大小，设计合理的输送机构。 3.4设计路锥摆放机构采用机械手、收放箱等机构，将路锥自动取下并摆放。4 研究方案 4.1路锥规格 目前常用的路锥有塑料交通路锥、橡胶反光路锥、伸缩路锥等。考虑到人工取锥等问题，路锥制定为由上海路桥公司生产的H70反光橡胶路锥，如图所示，该路锥规格：424424x700mm，整锥重量为4.8kg。 图4-1-1 路锥 4.2路锥输送机构4.2.1皮带输送机（如图4-2-1）主要由输送带、驱动滚筒、从动滚筒、上托辊、下托辊、机架、调平脚杯等组件组成【9】，其中驱动滚筒和从动滚筒大小形状一样。传送时，驱动滚筒旋转并利用摩擦力带动皮带和从动滚筒做同方向运动，从而将路锥输送上车。从宏观方便考虑，此种机构是比较理想的。 （a）（b）图4-2-1 皮带输送机4.2.2胶带输送机（如图4-2-2） 图4-2-2 胶带输送机此机构主要应用于家电、电子、电器、机械、烟草、注塑、邮电、印刷、食品等行业，不适应用在工业施工方面。4.3路锥摆放机构 4.3.1机械手机构（如图4-3-1） 图4-3-1 机械手结构相对简单，成本也较低，对于此本装置比较有益。 4.3.2收放箱机构（如图 图4-3-2 此机构机构复杂，成本也高，因此不宜采用。4.4总体方案 综上所述，路锥输送机构选取皮带机机构，路锥摆放机构选取机械手机构，即路锥从仓库取出通过皮带机输送到车上，再通过机械手将路锥摆放整齐。大致结构如图： 图4-4-15 进度计划2014.12 调研，开题，拟定总体设计方案2015.01.012015.03.10 修改、完善开题文档，并进行相关设计计算2015.03.112015.03.31 完成总装图2015.04.012015.05.10 完成部件图、零件图 2015.05.112015.05.20 撰写设计说明书，准备答辩。参考文献1张卿公路养护机械及其发展方向J中国水运2008(4)：122白志强，崔志勇浅析公路机械化养护J工程机械文摘2007：23THOMAS HWEST；STEVEN AVELINSKY，BAHRAM RAVANIAdvancedHighwayMaintenance andConstructionTechnologyApplications；TRNews1995(176)4朱文天交通工程新设备：路锥摆放与回收J交通世界(建养机械)2011(10)：50-515庄文许中文版Solidworks2009经典学习手册M北京希望电子出版2009：2-46美伯尔机械分析与机械设计汪一麟，等译北京：机械工业出版社19887卜炎螺纹联接设计与计算北京：高等教育出版社19938吴宗泽，罗圣国机械设计课程设计手册第二版北京：高等教育出版社19999李霞皮带机输送安装和调试技术探讨J企业技术开发20122，3 1(4，7)：104-10510刘建勋，电动滚筒设计与选用手册M北京市：化学工业出版社2000：5-711徐寄蓉DTII型固定式带式输送机设计选用手册北京：冶金工业出版社199412王永岩理论力学M科学出版社200713濮良贵，纪名刚机械设计M第八版高等教育出版社2006：146-15014MOTEC Q系列交流同步伺服系统使用手册J15岑军健，赵菊初，南文海非标准机械设计手册第一版国防工业出版社2008，20816BatheK JFinite Element ProceduresPrenticeHall Inc1 99617赵腾龙ABAQUS66在机械工程中的应用中国水利水电出版社2007，1418王助成，邵敏有限单元法基本原理和数值方法D川清华大学出版社1997319蒋孝煌有限元法基础清华大学出版社第2版199220LoganD LA First Course in the Finite Element MethodUsing AlgorPWS 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DECEMBER2003 V0112539DouglasEAdams Professor,Discrete FrequeneyModels：ANewApproachtoTemporalAnalysisJournal of Vibrationand Acoustics JANUARY2001，V0112340HDwell andDTangJAPPlMechMultiscale，Multiphenomena ModelingandSimulationat the Nanoscale：OnConstructingReduced-Order Models for NonlinearDynamical SystemsWithMany Degreesof-Freedom2003，70：32841Karube，S(DeptofMechSystemsEngineering，Faculty ofEngineering，Utsunomiya University)；Hoshino，W；Soutome；Thenon-linearphenomenain vibrationcutting system-Theestablishmentofdynamic modelApril，2001：541-56442李以农，米林，杨城踏板式摩托车振动实验分析J重庆大学学报，2003，26(2)：90-9343陈家瑞汽车构造上册第二版机械工业出版社20081：4144张先刚，朱平，韩旭摩托车车架的动态特性分析及减振优化研究J中国机械工程，2005，16(12)：1114111745闻邦椿，李以农，韩清凯非线性振动理论中的解析方法及工程应用沈阳：东北大学出版社200046Zhang Yimin，Chen Suhuan，Liu Qiaoling，Liu TieqiangStochastic perturbationfiniteelementsCOMPUTSTRUCT,1996，59(3)：42542947MeirovitchLEle。ments of VibrationAnalysisNewYork：McGraw-Hill，197548傅志方，华宏星模态分析理论与应用M上海交通大学出版社，200049FENGHuihua,ZUO Zhengxing，LIAO Ridong，LONGKaiModal 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