50T电动平车设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩摘 要电动平车平车是一种电动有轨厂内运输车辆，用于车间内产品的过跨运输。它具有结构简单、使用方便、容易维护、承载能力大、污染小等特点。广泛用于机械制造和冶金企业的生产车间，作为车间内部运输重物过跨之用。本文即在广泛阅读文献的基础上，从生产实际出发，进行 电动平车样机的设计。T50在本次的设计过程中，针对 电动平车这一设计任务，进行了电动平车车架的设计、车轮的选用、传动系统的设计、行走机构的设计、电缆卷筒的选用等工作。在整个设计过程中，有三个设计重点。第一：车轮的选用。车轮虽是标件，但车轮的选用是进行后面设计工作的基础，所以首先应确定出车轮的相关参数，尤其是车轮的直径。第二：传动系统的设计。在设计过程中，共提出了两种传动系统的设计方案，并利用三维建模对两种传动方案进行了比较，最终根据安装的合理性选择了第二种传动系统的设计方案。第三：行走机构的设计。在这块的设计中，进行了主动轮轴和从动轮轴的设计工作，同时对主动轮轴进行了校核工作。为进一步检验主动轮轴的强度是否符合要求，利用 对主动轮轴进行了有限元分析。Invetor关键词：电动平车 车架 传动系统 行走机构机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩ABSTRACTElectric flat car is an electric transport vehicle in rail factory, used in the workshop of the products across the transportation. It is simple in structure, easy to use, easy to maintain, carrying capacity, low pollution etc. It is widely used in mechanical manufacturing and metallurgical enterprise of the production workshop, as workshop internal transport heavy with a cross. This article is under the widely read and research, and on the basis of production practice from the scene to finish the 50T electric flat car prototype design.In the design process, aim at the electric flat car task to finish the design of the electric flat car, such as its wheel frame, the frame of transmission system, the wheel system, the choice of the cable drum. There are three points include in the design process. First: the selection of the wheel. The wheel is the bid, but the selection of the wheel is the basis of design work behind, so first should determine the related parameters of the wheels, especially the diameter of the wheel. The second: transmission system design. In the design process, there are two transmission design scheme of the system, and compared the two transmission schemes by using 3d modeling, and according to installation, we chose the second. Third: the design of the walk institutions .In this design, we will do the active wheel and driven axle design work, at the same time checkout the stiffness of the active wheel. To further test the strength of the active wheel whether meet the requirements of active wheel of a finite element analysis.Keywords: electric flat car; frame; the transmission system; the walk institutions机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 引 言.11.1 电动平车的相关概念.11.2 电动平车的分类.11.3 电动平车的主要技术参数.22 电动平车的总体设计.33 电动平车车轮的选用.53.1 车轮的材料选用.53.2 车轮的结构选用.53.3 车轮的直径选用.64 电动平车传动系统的设计与计算.74.1 电动机的选用.74.1.1 电动机的类型选用.74.1.2 电动机的功率选用.74.1.3 电动机的转速选用.84.1.4 电动机的型号选用.84.2 计算总传动比和分配各级传动比.94.3 计算传动装置的运动和动力参数.94.3.1 各轴转速.94.3.2 各轴功率.104.3.3 各轴转矩.104.3.4 运动和动力参数列表.104.4 带传动设计.104.4.1 已知条件.104.4.2 设计步骤和方法.104.4.3 V带轮的轮槽.124.4.4 判断带轮的结构形式.134.4.5 选择带轮处的周向定位零件.154.5 减速器的计算与选用.154.6 制动器的计算与选用.164.6.1 制动器的类型选用.16机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩4.6.2 制动器的型号选用.164.7 传动齿轮的计算.164.7.1 已知条件.174.7.2 设计步骤和方法.175 行走机构的设计.225.1 主动轮轴的设计.225.1.1 确定主动轮轴的结构和尺寸设计.225.1.2 主动轮轴的校核.235.2 从动轮轴的设计.266 电动平车车架的设计.286.1 车架的材料选用.286.2 车架的结构选用.287 电缆卷筒的选用.308 三维建模.329 电动平车主动轮轴的有限元分析.359.1 有限元法的概念.359.2 有限元法的计算过程.359.2.1 问题和求解域的确定.359.2.2 域的离散化的求解.359.2.3 状态变量以及控制方法的确定.359.2.4 单元推导.359.2.5 总装求解.359.2.6 联立方程组的求解以及结果分析.359.3 有限元的优势 .369.4 主动轮轴有限元分析的前处理.369.4.1 三维建模即简化.369.4.2 单元选择与网格划分.379.4.3 模型加载和边界条件.379.5 有限元分析结果.389.6 结果分析.3910 结论.40参考文献.41致 谢.42机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩1 引 言在现代厂房，车库内货物转运过程中，电动平车以其装卸方便、承载能力强、易于操作而充当着重要的角色。此种车辆具有结构简单、使用方便、承载能力大、不怕脏、维护容易、使用寿命长等特点。同时，因具有坚固耐用、经济实用和容易清理等诸多优点，成为企业厂房内部短距离定点频繁运载重物的首选运输工具。1.1 电动平车的相关概念电动平车，又称平车、电动平板车、过跨车、台车、地爬车等，是一种厂内有轨电动运输车辆，一般情况下是台面平整无厢盖，特殊情况下是台面非平面但无厢盖，车体无方向盘只能依靠轨道前进、后退和转弯；其次它是使用电力进行驱动的车辆，在减速电机的驱动下自动运行；再次它是一种轨道型运输车辆，为保证平车的正常行驶，需要在地面上铺设轨道，轨道一般采用工字型面接触道轨。1.2 电动平车的分类电动平车可分为以下三大类：低压轨道供电式电动平车、卷筒供电式电动平车和蓄电池供电时电动平车。低压轨道供电式电动平车，运行轨道兼作导电轨，滑触线连接轨道进行供电。地面降压变压器控制柜将单相或三相交流 电压降至单相或三相 电压，经与轨道V380V36相接触的滑触线馈送给平车，再经车载升压变压器控制柜将 单向或三向电压升为单相或三相交流电。给平车用单相电容电机或三相 起重冶金用电机提供电力。V380 YZ由于此车不用电缆，故安全可靠、不怕脏、不怕烫，不妨碍交叉运输，易实现遥控和自动化，给厂区的运输布置以很大的方便。但平常轨道施工要求较高，须保证轨道绝缘，超过一定的运行距离后轨道应加铜排补偿线。运行距离较长时必须增加降压变压器个数。由于轨道供电式电动平车启动时流经轨道的启动电流非常大，可达 ，此时A10在轨道的末端存在很大的电压降，造成单相电容电机启动困难，故在最大载重吨位为以下时，低压轨道供电式电动平车使用单相 低压轨道供电，使用单向电容电T50 V36机。最大载重吨为 以上时，采用 低压轨道供电，使用 起重冶金用电机。T50 YZ卷筒供电式电动平车，直接以电缆卷筒供给 交流电。电缆卷筒为磁滞耦合式，80确保电缆受力均匀且不易拉坏。 交流电给电动平车上的 起重冶金用电机提供380电力，电机拖动平车运行。平车运行时电缆卷筒自动将电缆卷起或放出，受卷线筒供电长度影响，一般平车的最大运行距离小于 。m2机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩蓄电池供电式电动平车，以蓄电池供电。蓄电池给直流牵引电机提供电力，直流电机拖动电动平车运行。与交流电机相比，直流电机具有不易烧损，起动力矩大，过载能力强的优点。和低压轨道供电式电动平车、卷筒供电式电动平车相比，它具有更大的机动性灵活性和安全性能，且运行距离不受限制，对轨道无绝缘要求，因此施工方便费用低廉。1.3 电动平车的主要技术参数轨道电动平车的主要技术参数有七项：供电方式、载重吨位、台面尺寸、台面高度、轨道长度、轨道间距、操作方式，其中最主要的技术参数为供电方式和载重吨位，轨道电动平车一供电方式确定其型号，一载重吨位确定其规格。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2 电动平车的总体设计平车主要由电气控制系统、传动系统、导电系统、车体和车轮组组成。平车的电控系统主要包括：配套变压器、回转警示灯、限位开关装置等。在本设计过程中，由于专业的限定，主要进行了传动装置、车体和车轮的设计及导电系统的选用工作。而对于电气系统设计工作，可由机电专业方向的同学来完成。平车的传动装置由减速器、带轮、电机、制动轮、制动器组成，用于驱动平车行走。在本次设计中共设计了两种传动系统方案，分别如图 2.1 和 图 2.2 所示。通过对安装合理性的对比后，选用了第二种传动方案。传动装置放置在平车下部的一侧，为了方便对平车的传动装置进行检修，台面设置检视孔。平车的车体为钢结构，台面平铺钢板，焊接的车架。车架由型钢工字钢和钢板焊接而成。而平车的供电系统，则直接以电缆卷筒供给 交流电。电缆卷筒为磁V360滞耦合式，确保电缆受力均匀且不易拉坏。图 2.1 传动方案 11制动器；2电机；3带传动；4减速器；5联轴器；6车轮机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩、图 2.2 传动方案 21制动器；2电机；3带传动；4减速器；5齿轮；6车轮机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3 电动平车车轮的选用车轮是起重机的行走部件，用来支承整电动平车重量并使其行走的装置，可分为有轨运行和无轨运行的车轮，本处采用的是有轨运行车轮。3.1 车轮的材料选用车轮的材料应根据驱动方式和起重的工作级别等因素来确定。对机械驱动而且速度大于 时，中级及中级以上的工作类型，建议采用不低于 的铸钢，并min/30 5ZG进行表面淬火（火焰淬火或高频淬火） ，硬度不低于 ，淬火深度不小于30HB，这有助于提高车轮表面的耐磨度和寿命。对人力驱动或机械驱动轻级工作类型，5速度小于 时，可采用铸铁车轮，表面硬度为 。i/ 2418在本设计中，由任务书和传动方案的拟定及查阅起重机械设计手册知，电动平车的驱动方式为机械驱动，工作级别为中级，运行速度为 ，综合这几大因min/30素，选定车轮材料为 的铸钢，并进行表面淬火，淬火要求表面硬度5ZG，淬火深度不少于 （距离踏面 深处硬度不小于30HBm202） 。24183.2 车轮的结构选用车轮按轮缘形式可分为双缘的、单缘的和无缘的三种。通常情况下，大车车轮采用双轮缘，小车车轮多采用单轮缘。轮缘的作用是导向和防止脱轨。车轮的踏面可做成圆柱形、圆锥形和鼓形三种，大多数起重机采用前两种。由设计任务书知，车轮组运行要求不是很高,而且为了降低电动平车制造成本,所以采用单轮缘式小车车轮,代号为 。其结构简图如图 3.1 所示。 DL机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 3.1 单缘车轮3.3 车轮的直径选用车轮的大小主要根据轮压来决定，轮压增加直径变大，但过大，则设备费用增大，同时车轮转速变低使传动机构复杂。因此，当车轮直径不能再增大时，常用增加车轮数目来使车轮的轮压降低。为了使各轮轮压平均分布，在车轮数目超过四个时，须采用铰链均衡架装置。初步将车轮的数目设计为 ，电动平车自重为 ，则由上所述，根据设计4nTm8要求和载重量知最大轮压为： TnmMP5.1480（3.1）通过查阅8表 6-1 及表 6-2，选踏面为圆柱形的单缘车轮，选定 ，数mD50目为 。4n机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩4 电动平车传动系统的设计与计算如上所述，选择第二种传动方案。传动方案的简图如图 4.1 所示。图 4.1 传动方案1制动器；2电机；3带传动；4减速器；5齿轮；6车轮设计参数：1运输重量： T02轨距： m3行走速度： ,行走距离：in/3m404. 台面尺寸： 254.1 电动机的选用4.1.1电动机的类型选用冶金及起重用三相异步电动机是用于驱动各种型式的起重机械和冶金设备中的辅助机械的专用系列产品。它具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时或断续周期运行、频繁启动和制动、有时过负荷及有显著地振动与冲击的设备。系列为绕线转子电动机， 系列为笼型转子电动机。冶金及起重用电动机大YZRYZ多采用绕线转子，但对于 以下电动机以及在启动不是很频繁而电网容量又许可满kw30压启动的场所，也可采用笼式转子。所以选择 、 系列冶金及起重用三相异步电RYZ动机4.1.2 电动机的功率选用电动机的功率用额定功率 表示，所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作机edP机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩所需的电动机输出功率 。功率小于工作要求则不能保证工作机正常工作，或使电动dP机长期过载，发热大而过早损坏；功率过大，则增加成本，且由于电动机不能满载运行，功率因素和效率较低，能量不能充分利用而造成浪费。工作机所需电动机输出功率应根据工作机所需功率和中间传动装置的效率等确定。工作机所需功率为：kwgvmMSFvPw 63.15108.9)5(.10)(10 （4.1）式中： 安全系数，其值为 ；.S摩擦系数，其值为 ；05平车的载重量，其值为 ；T平车自重，其值为 ；mm8行走速度，其值为 ；v in/3v重力加速度（ ） ，其值为 。gkgN/ kgN/8.9工作机所需电动机输出功率为：wPwd 76.1.098.60153321（4.2）式中： 带传动效率； 滚动轴承效率； 齿轮传动效率。查2表 1-12 37 的 、 、 。96.08.29.03查2表 12-7 选择电动机额定功率为 。w24.1.3 电动机的转速选用具有相同额定功率的同类电动机有几种不同的同步转速。低转速电动机级数多，外轮廓尺寸较大，质量较重，价格较高，但可使总传动比及传动装置的尺寸减少，高转速电动机则相反，应综合考虑各种因素选取适当的电动机转速。根据负荷的不同性质，电动机常用的工作制分为 S2(短时工作制)、S3(断续周期工作制)、S4（包括启动的断续周期性工作制） 、S5(包括电制动的断续周期工作制)四种。电动机的额定工作制为 S3，每一工作周期为 ，即相当于等效启动 6 次/h。电动min10机的基准负载持续率为 ， 工作时间 /一个工作周期：工作时间包括起动%40FC和制动时间。如前所述，选择电动机 为 S3(断周期 )工作制（即 6h/次） ，电动机的825MYZR基准负载持续率 的转速，其值为 。in/71r4.1.4 电动机的型号选用机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩根据电动机额定功率 和转速 ，由2表 12-7 确定电动kwPed76.18min/715rnd机型号为： 。25MYZR4.2 计算总传动比和分配各级传动比总传动比为 ，带传动的传动比为 ，高速级齿轮传动的传动比为 ，低速级齿轮i 0i 1i传动的传动比为 。2根据如前所述的在已知总传动比要求时，合理选择和分配各级传动机构的传动比应考虑以下几点计算传动比。车轮的转速： min/1.950631106rDvnw （4.3）式中： 车轮直径，其值为 ；Dm行走速度，其值为 。v in/3v总传动比： ， 4.71.95wmni（4.4）取带传动的传动比 ， 8.0i（4.5）则减速器低速级传动比 78.3.14.102 ii（4.6）减速器高速级传动比 ；取 。29.578.34.21i 14i式中： 电动机满载转速，其值为 ；mn mn/1rn车轮转速，其值为 。w i/.w4.3 计算传动装置的运动和动力参数机械传动装置的运动和动力参数主要是指各轴的转速、功率和转矩，它是设计计算传动件的重要依据。为进行传动件的设计计算，需先计算出各轴的转速、功率和转矩。一般按电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。4.3.1 各轴转速机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩 轴 ： = ； 0inmIin/35.827.1r（4.7） 轴 ： = ； 1inI i/.29.5r（4.8） 轴 ： = 。 2inI min/1.78.3r（4.9）4.3.2 各轴功率 轴： ； kwPdI 20.1896.718（4.10） 轴： ； PI .0.632（4.11） 轴： 。 kw27.1698.97.18232 （4.12）4.3.3 各轴转矩 轴： = ； IInPT950mN58.43.8201（4.13） 轴 = ； IIn95098.612.7（4.14） 轴 = 。 IInPT950mN49.8162.9（4.15）4.3.4 运动和动力参数列表表 4.1 运动和动力参数列表轴名 运动和动力参数机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩转速 min/r功率 kwP/转矩 mNT/轴 382.35 18.20 454.58轴 72.28 17.12 2261.98轴 19.12 16.27 8126.494.4 带传动设计4.4.1 已知条件工作机实际需要的电动机输出功率 ，小带轮转速为电动机的满载转速kwPd76.18，传动比为 ，每天工作 小时，载荷变动大，重载启动。min/715rn87.10i4.4.2 设计步骤和方法 确定计算功率计算功率 是根据传递的功率 P 和带的工作条件而确定的 caP PKcaA（4.16）式中： 计算功率， ；kw工作情况系数，见1表 8-7；AK所需传递的额定功率， ；P则 。 kca14.2876.51（4.17） 选择 V 带的类型由1查表 8-7 可得工作情况系数 。根据计算功率 和小带轮5.AKkwPca805.的转速 ，由1P157 图 8-11 选取 V 带的类型为普通 C 带。min/7151rn 确定带轮的基准直径 并验算带速dv1）初选小带轮的基准直径 。1根据 V 带的带型，参考查1图 8-6 和1 表 8-8 确定小带轮的基准直径。d2012）验算带速 v参考查1，按式（ 8-13）计算带的速度。带速不宜过低或过高，一般应使,最高不超过 30m/s。smv/5sm/30验算带的速度snd/49.71652106（4.18）满足要求，故此带速合适。 计算大带轮的基准直径机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩由 计算大带轮的基准直径 。 102ddi mdid 374108.102 （4.19） 验算传动比实际传动比87.120341di（4.20）误差 ，符合要求%5015.287%0 iw 确定中心距 ，并选择 V 带的基准长度 。adL1) 根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距，结合式1（8-20）初定中心距 。0a故有 即代入数据得 ，现取初定)(2)(7. 21021 dd 148.400a中心距 0=410mm2) 计算相应的带长 0dL由1式（8-22）有 maaLddd 10.74104)237()20(4124)()(2012210 （4.21）由带的基准长度系列见1表 8-2，选定带的基准长度 。mLd1803) 计算中心距 a 及其变动范围传动的实际中心距近似为， Lad 95.47210.841020 （4.22）取整为 ；m8mLad 453180.48015.in （4.23）。 dxma 93.3. （4.24） 验算小带轮上的包角 1由1式 8-7 可知，小带轮上的包角 小于大带轮上的包角 。又由1式 8-6 可知，1 2机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力。因此，打滑只可能在小带轮上发生。为了提高带传动的工作能力，应使 903.57)(18012ad由此知 23.59.7480231（4.25） 确定带的根数LArcaKPz)(0（4.26）为了使各根 V 带受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于 5 根。否则，应选择横截面积较大的带型，以减少带的根数。查表 8-4a（见1 ）由插值法得 ；查表 8-4b（见1）由插值法得kwP8235.0；查表 8-5（见1）由插值法得 ；查表 8-2（见1）有kwP215.0 9268.0K。于是得：8LK2.4.5.)1.8235.(4)(r0 LcaKcz（4.27）取 z=5 根 计算单根 V 带的初拉力由式（8-26 ） （见1） ，并计入离心力和包角的影响，可得单根 V 带所需的最小初拉力为 20)5.2(qvzKPFca（4.28）由1表 8-3 查的 ， mkg/30.（4.29）故有 。 NF 81.6549.73049.759268.1)(5 20 （4.30）4.4.3 带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选用的 带的型号相对应。由前面的内容知，选用的为带型为VB 型带。轮槽的界面形状如图 5.2 所示：机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 4.2 轮槽的界面形状轮槽的截面尺寸：表 4.2 轮槽的界面尺寸 d与 相对应的d槽型 dbminahinfeminf324368min取 ；bd19； ； ； ； ，与 相对应的mha8.4hf3.4me26f16md2011d为 ； ，与 相对应的 为 。31d72d384.4.4 判断带轮的结构形式V 带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮 （ 为安装带轮的轴的直径，d5.）时，可采用实心式；当 时，可采用腹板式；当 ，同时d30d30时，可采用孔板式；当 时，可采用轮辐式。mdD101 md判断大带轮的结构形式安装大带轮的轴径 ，大带轮的基准直径 。很明显，8d742，且 ，故大带轮采用轮dd 953.25.3742 d302辐式。其结构形式如图 5.3 所示。尺寸计算如下：，取 。 m)764.8()8.1().(1 71（4.31）hdaa .32.3742（4.32）fezB166)15()1( 机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩（4.33），取 。 mdL)7648(3)25.1().(L76（4.34），即 。 29.57.90290331anzPh h29.541（4.35）。 m4.2.58.12（4.36）。 hb7.19.40.11（4.37）38.2.8.12（4.38）图 4.3 大带轮结构形式判断小带轮的结构形式安装小带轮的轴径 ，小带轮的基准直径 。很明显，md65md201，且 ，故小带轮采用md .12.2.201 3腹板式。其结构形式如图 5.4 所示。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 4.4 小带轮的结构形式尺寸计算如下：，取 。 mdd )1307(65)28.1().(1 md125（4.39）。 hada .9.402（4.40）。 fezB13626)15()1( （4.41）， mdL)5.97(.25.（4.42）取 。 m10，取 。 C)34.1(36)47()47( mC32（4.43）4.4.5 选择带轮处的周向定位零件大带轮处的键的选择由 ，查得键的md38810hb长度 , mLl )24()4(2)104(（4.44）按键的长度系列取 ml5即选键 8hb小带轮带轮处的键的选择由 ，查得键的md651hb长度 , mLl )726()04(76)104(（4.45）机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩按键的长度系列取 ml70即选键 18hb4.5减速器的计算与选用由前面的计算知减速器总的传动比为 ，查阅机械设计手册中的减（变）速器、20电机与电器后知道，可以选用 ZLY 型标准减速器。减速器的承载能力受机械强度和热平衡许用功率两方面的限制。因此选用减速器必须经过以下两个步骤。选用减速器的公称输入功率 应满足 NPNRSAmPK2查减（变）速器、电机与电器表 15-2-8、表 15-2-9、表 15-2-10 分别得工况系数 ，启动系数 ，可靠度系数 。25.1AK12.SK1由前面的计算结果