毕业设计（论文）-球场划线机的设计

塔里木大学毕业设计球场划线机的设计前 言随着体育运动的迅速发展与普及，人们对标准化正规化的运动场地需求越来越大。运动场地的划线由手工完成效率低，误差大。延迟球场投入使用的时间，增加成本，且划线精度低，影响运动时的准确性。球场划线机与人工相比，工作效率高，划线误差小，充分利用能源，减小能耗，适于单人操作，其必将代替手工划线，广泛应用于运动场的划线中，有很大的市场价值。划线机按行走方式可分为:手扶式、自行式、车载式。手扶式又称手推式,一般又分两种形式,即有发动机作为行驶动力,而人仅控制行驶和划线方向;或无发动机作为行驶动力1,而需靠人力推动及控制行驶和划线方向。主要运用于城区和特种图形的划线,由于其功率及容量较小,只适用于某些小范围的划线工作,但价廉,且灵活机动。故目前仍受到青睐,广泛使用。冷漆(常温油漆)划线机该种机械有两种类型,即有气喷涂式和无气喷涂式。(1)有气喷涂式划线机有气喷涂是靠压缩空气将漆雾化,然后通过喷枪嘴喷涂于地面。这种喷涂方式喷涂效率低,需在喷枪两侧增设滚动挡板,否则喷涂出的标线不规范。划线时涂料内要加入较多的稀释剂喷枪才能达到流畅,因此喷涂出的漆膜相对来说较薄(漆膜厚度小于0.3mm),消耗稀释溶剂材料也较多。(2)无气喷涂式划线机无气喷涂式划线机是利用专用高压泵对漆施加10-15MPa的压力,然后通过喷枪喷涂于地面,高压泵的加压方式有柱塞式和隔膜式两种。此种设备所喷涂出的标线整齐、美观,由于压力较大,不受涂料漆粘度的影响,无需稀释溶剂,因此喷涂出的标线较厚且均匀,故使用较为广泛。手扶式冷喷无式划线机机结构简单,质量轻,体积小,机动性好，线整齐美观,喷涂均匀,宽度可调。造价低，可靠性好，减轻劳动强度，提高工作效率。最为适合球场划线的使用。全套图 纸加扣 301225058214目 录1绪论11.1球场划线机在现实中的应用11.2.1划线机的种类及其特点11.2.2划线机按标线所使用的材料来分11.3划线机的主要结构12 整机总体设计方案22.1实现原理介绍22.2球场划线机的设计方案22.3汽油机的选择32.3高压无气喷涂设备的设计关键42.4喷枪的选择53球场划线机主要部件的设计63.1机架部分的设计64划线机的计算以及柱塞泵的选用105总结12致谢13参考文献141球场划线机的发展现状1.1球场划线机在现实中的应用随着体育运动的迅速发展与普及，人们对标准化正规化的运动场地需求越来越大。运动场地的划线由手工完成效率低，误差大。延迟球场投入使用的时间，增加成本，且划线精度低，影响运动时的准确性。球场划线机与人工相比，工作效率高，划线误差小，充分利用能源，减小能耗，适于单人操作，其必将代替手工划线，广泛应用于运动场的划线中，有很大的市场价值。1.2划线机的种类及其特点划线机按行走方式可分为:手扶式、自行式、车载式。手扶式又称手推式,一般又分两种形式,即有发动机作为行驶动力,而人仅控制行驶和划线方向;或无发动机作为行驶动力1,而需靠人力推动及控制行驶和划线方向。主要运用于城区和特种图形的划线,由于其功率及容量较小,只适用于某些小范围的划线工作,但价廉,且灵活机动。故目前仍受到青睐,广泛使用。自行式即有专用底盘,也有通用底盘。一般为四轮,驾驶员和操作员分别操作。因其功率及容量较大,且行驶速度和划线速度均较快,故可用于大范围的划线工作。车载式的特点是所有划线设备均设置在一辆大型卡车上,故储料箱容量比自行式大,而且转移工地迅速,适用于工地离基地较远的情况。划线机按标线所使用的材料来分：冷漆(常温油漆)划线机该种机械有两种类型,即有气喷涂式和无气喷涂式。(1)有气喷涂式划线机有气喷涂是靠压缩空气将漆雾化,然后通过喷枪嘴喷涂于地面。这种喷涂方式喷涂效率低,需在喷枪两侧增设滚动挡板,否则喷涂出的标线不规范。划线时涂料内要加入较多的稀释剂喷枪才能达到流畅,因此喷涂出的漆膜相对来说较薄(漆膜厚度小于0.3mm),消耗稀释溶剂材料也较多。(2)无气喷涂式划线机无气喷涂式划线机是利用专用高压泵对漆施加10-15MPa的压力,然后通过喷枪喷涂于地面,高压泵的加压方式有柱塞式和隔膜式两种。此种设备所喷涂出的标线整齐、美观,由于压力较大,不受涂料漆粘度的影响,无需稀释溶剂,因此喷涂出的标线较厚且均匀,故使用较为广泛。热塑划线机是将热熔油漆或热熔塑料(有颗粒状和块状两种)在热熔罐中加热至使用温度后,再通过划线装置划于地面的。其划线装置采用的划线方式一般有刮涂式、挤压式、喷涂式三种。其中喷涂式即喷枪式,其喷涂方式类似于冷漆划线机2;刮涂式则是通过10cm宽的硬质刮涂板来划线;而挤压式则是通过可调节宽度的挤压器来划线的。热塑划线机其主要装置热熔罐的种类和形式很多,按其加热方式的不同可分为直接加热和间接加热(导热油加热)两种,熔化温度通常为180-200。热熔罐的熔化罐有单个和多个不等。为使温度均匀,设有机械或液压驱动的搅拌器。加热材料多为丙烷气或液化石油气,加热温度控制为自动控制。即当罐内温度达到所设定温度后,温控开关即将丙烷气关掉。当罐内温度低于设定的温度后即自动点火,重新加热。这样,既节约了能源,又可保证被熔材料不会被烤焦、变色。1.3划线机的主要结构无论是冷漆划线机还是热塑划线机,其主要结构一般包括专用发动机、空压机、高压柱塞泵、装漆容器、油漆搅拌器反光玻璃珠容器、清洗容器、操作控制台、电子控制仪器等。热塑划线机配套有热熔罐,在热熔罐上还设有自动温控装置,另外配有加热装置以及液化丙烷气罐等。此外,划线机下部还设有油漆喷涂器(喷枪或刮涂料斗和划线装置)、反光玻璃珠撒布器、自动断线器(机械式或电子控制式)等。无论是小型,还是大、中型冷热划线机,其前方均设有可收放的划线用导杆及导轮和可伸缩的清扫刷。通过对该装置的控制,可得到多种划线方位、左或右、划线宽度等。在旧线上划新线时,为了避免新旧标线产生错位,间断线控制部分采用了各种各样的电子控制装置。有的采用数控技术,把划线机行走的距离信号变成电脉冲信号,对此信号加以处理,使新标线准确地覆盖到原来的旧线上。有的采用电视监控技术,把摄像机所摄取的原有路面线的位置,通过图象处理以后,把有关信号传给执行机构,进行准确无误的划线。2 整机总体设计方案2.1实现原理介绍该机的主要原理是利用汽油机作为动力，通过高压泵驱动活塞作往复运动。泵的上部为空气缸，内有压缩空气换向机构，使气缸上下交替进入压缩空气，活塞上、下运动带动高压部分上、下运动，使涂料吸入并加压至7.5-30MPa，通过高压软管、喷枪，最后经过一个特殊的喷嘴喷出，此时，高压涂料立即剧烈膨胀，雾化成极细小的液粒，喷射到工作物表面，形成均匀的涂膜，达到喷涂的目的。喷出的涂料不仅具有很高的压力，而且不混有压缩空气，因此，它具有生产效率高、喷涂速度快、涂层质量好等优点，适用于大面积的施工涂装。高压柱塞泵实际上是一个双作用的、以气泵换向机构为先导的气控二位四通滑阀。联轴器带动一偏心轴高速旋转后，活塞移动到气缸上下端部时，顶开装设在气缸上下两端的二位二通阀(先导阀)，以防止气流产生冲击，并推动气控二位四通阀换向，从而使气缸中的活塞往复运动。由于活塞杆与涂料泵的柱塞是连成一体的，因而气缸活塞上下的力，就作用于涂料泵中的柱塞上。涂料泵由一个柱塞和两个单向阀组成，当柱塞从下止点向上移动时，涂料缸下腔体积增大，产生局部真空，下面的单向阀开启，涂料桶中的涂料在大气压力作用下，进入涂料缸下腔3;同时上面的单向阀关闭，涂料缸上腔体积缩小，上腔中的涂料被压出泵体，通过高压软管进入喷枪，喷枪喷嘴将涂料雾化为极细微的颗粒，喷涂到工件上。当柱塞从上止点向下移动时，下面的单向阀关闭，涂料缸下腔体积缩小，压力增加，当达到一定值时，涂料就被压出泵体。通过控制阀的高速换向，使气缸活塞在两个极限位置的换向时间极短，这样在涂料泵内的压力降是微不足道的，且该设备上附有蓄气结构，因此，喷涂时压力的波动很小。如图1-1所示图2-1 喷的原理示意图2.2球场划线机的设计方案（1）要求整机结构简单,质量轻,体积小,机动性好。（2）要求划线整齐美观,喷涂均匀,宽度可调。（3）要求划线机造价低，可靠性好，减轻劳动强度，提高工作效率。故在此，我设计的主要方向是手推式无气喷涂划线机4。既能满足球场划线所需的划线整齐美观，喷涂均匀的要求，又有质量轻，体积小，机动性好的优点，适合与室内外作业，单人即可操作。图2-2球场划线机2.3汽油机的选择根据高压无气喷涂机械行业标准以及对压力和流量的要求，有GH-433和GH533两种汽油引擎式喷涂机可供参考，具体参数见表2-2表2-1 两种汽油引擎喷涂机型号功率最高压力（MPa）最大流量（L/min)GH-4333.5kw308.8GH-5335.5kw317.8考虑到减小能耗又不影响效率的因素，故选本田GX165F汽油机，其技术参数见表2-32.3高压无气喷涂设备的设计关键 在涂装过程中，由于涂料的品种繁多，涂料特性之间的差异很大，他们对喷涂膜厚要求各不相同。粘度低的涂料选用低压力比的无气喷徐机;有的用户出于携带或施工方便，要求轻巧。故一般根据涂料的品种、粘度、喷涂压力、流量(吐出量)、空气压力(电动机功率)、涂装对象、施工场所等因素来设计合理的高压无气喷涂机和相应的辅助部件5，人们普遍关注以下几个关系。（1） 高压无气喷涂机的能力由喷涂压力和喷涂流量来决定能力=喷涂压力喷涂流量喷涂压力是指喷枪入口处的涂料压力。若进气的压力为0.5MPa，高压无气喷涂机的压力比为48:l，则该机的输出压力为24MPa。表2-2汽油机的技术参数项目技术参数汽油机型号GX165F汽油机型式单缸、四冲程、强制空气冷却气缸直径（mm）65活塞直径（mm）45排量（mL）163标定转速(r/min)3600最大功率（ps）3.5旋转方向逆时针方向（面向输出轴）化油器型式横置蝶阀式 点火系统晶体化，无触点火花塞编号NGK：BPR6ES起动方式手拉反冲起动外形尺寸（长宽高）（mm）3123623353调速器型式离心重锤式燃油箱容量（L）0.6净重（kg）15但喷涂压力总是低于输出压力6，因为必须将损耗压力计算在内。喷涂流量是指每分钟从喷嘴喷出涂料的体积。式中 流量(吐出量)，; 涂膜厚，； 每分钟喷涂面积，; 涂着效率，质量%; 稀释后涂料固体成分含量，质量%。高压无气喷涂机不可能同时输出其最高喷涂压力和最大的喷涂流量。当喷涂流量为零时，喷涂机输出压力为最高;随着喷涂流量的逐渐增加6，喷涂机的输出压力也逐渐降低。（2）涂料的粘度和喷涂压力的关系不同粘度的涂料，所需的喷涂压力也不同。粘度越大，在高压软管中阻力越大，压力损失越大，需要选择能力大的高压无气喷涂机或者加入稀释剂调整粘度。（3）涂料软管的长度、内径与压力的关系在高压无气喷涂机输出端的涂料压力与喷枪进口处的涂料压力是不一致的，这是因为涂料在高压软管内流动时受到阻力，从而产生压降。式中 压降，Pa; 软管长度，m; 涂料粘度，Pas;流量，L/min;软管内径，mm。压降大小与高压软管的内径、长度、流量有关，如图2-4和表2-5图2-3 涂料压降与高压软管长度的关系（内径为6mm）表2-3 软管内径与压降的关系软管内径压降（Pa）69(l)介质为焦油环氧涂料(粘度1.15Pa.5);(2)当软管长度为10m时。2.4喷枪的选择按喷枪工作原理分三类： 同时采用涂料重力及前端真空吸力的重力式； 只用前端真空吸力的吸上式； 涂料泵把涂料压送到喷嘴前端部的压送式。 另外，根据使用不同类型的涂料，还可分为底漆喷枪、面漆喷枪及小型喷枪。 按照涂料供给方式、涂料喷嘴口径、空气使用量、喷雾图形等的差别划分,分为吸上式、重力式和压送式三种吸上式喷枪。 吸上式喷枪：原理是利用高速气流而令喷枪局部真空，因而产生吸力把油漆从壶中吸到喷咀加以雾化喷出，主要作大面积喷涂，好处是油漆的雾化较佳，可以达到漆膜的厚度及光泽度要求。 吸上式喷枪的涂料罐位于喷枪的下部，涂料喷嘴一般较空气帽的中心孔稍向前凸出，压缩空气从空气帽中心孔，即涂料喷嘴的周围喷出，在涂料喷嘴的前端形成负压， 将涂料从涂料罐内吸出并雾化。吸上式喷枪的涂料喷出量受涂料粘度和密度的影响较明显，而且与涂料喷嘴的口径有密切关系。吸上式喷枪适用于一般非连续性喷涂作业场合。 重力式喷枪：利用重力把油漆从上面的壶中引至下面之喷嘴，再用风力加以雾化喷出，以前的设计是针对小面积修补用，现在已发展至全面喷涂，好处是作小面积修补时可节省油漆。 重力式喷枪的涂料罐位于喷枪的上部，涂料靠自身的重力与涂料喷嘴前端形成的负压作用从涂料喷嘴喷出，并与空气混合雾化7。喷枪的基本构造与吸上式喷枪相同，但在相同喷涂条件下，涂料喷出量比吸上式大。 重力式喷枪用于涂料用量少与换色频繁的喷涂作业场合。当涂料用量多时，可另设高位涂料罐，用胶管与喷枪连接。在这种场合，可通过改变涂料罐的高度调整涂料喷出量。 压送式喷枪：压送式喷枪是从另设的涂料增压罐（或涂料泵）供给涂料，提高增压罐的压力可同时向几支喷枪供给涂料。这种喷枪的涂料喷嘴与空气帽心孔位于同一平面，或较重力式喷枪的涂料罐位于喷枪的上部，涂料靠自身的重力与涂料喷嘴前端形成的负压作用从涂料喷嘴喷出，并与空气混合雾化。喷枪的基本构造与吸上式喷枪相同，但在相同喷涂条件下，涂料喷出量比吸上式大。 重力式喷枪用于涂料用量少与换色频繁的喷涂作业场合。当涂料用量多时，可另设高位涂料罐，用胶管与喷枪连接。在这种场合，可通过改变涂料罐的高度调整涂料喷出量。 压送式喷枪：压送式喷枪是从另设的涂料增压罐（或涂料泵）供给涂料，提高增压罐的压力可同时向几支喷枪供给涂料。这种喷枪的涂料喷嘴与空气帽心孔位于同一平面，或较空气帽中心孔向内稍凹，在涂料喷嘴前端不必形成负压。压送式喷枪适用于涂料用量多且连续喷涂的作业场合。 内混式喷枪：内混式喷枪本体内有两个供气系统，即用涂料混合雾化的压缩空气系统与用于在涂料容器内给涂料加压的压缩空气系统，涂料供给方式是采用压送式。空气帽的中心孔呈长橄榄形，因而喷雾图形为椭圆形。这种喷枪没有侧面空气孔和辅助空气孔，不能任意调整喷雾图形，喷雾图形是由空气帽的中心孔的形状决定的，要改变喷雾图形的幅宽，必须更换空气帽，因此，内混式喷枪没有喷雾图形调节机构，其他调节机构与外混式喷枪相似。 所以应选用压送式高压喷枪R-818，技术参数如表2-6表2-4 喷枪的技术参数项目技术参数型号R-818供给方式压送式标准口径(mm)517等效口径（mm）0.43喷涂距离（mm）300工作压力（MPa）6.1-313球场划线机主要部件的设计3.1机架部分的设计（1）机架材料是低合金结构钢Q345做成的结构用冷弯空心型钢，并和HT100材料制成的挡板焊接组成主要的工作平台，起到支撑和安放的功能。挡板上的挡圈是直径为350mm，高15mm由HT100材料制作而成的，用于放置料筒，方式在行驶中料筒翻到。右侧空位用来放置高压管线，由于喷涂的不同需要，会需要很长的高压管，故左侧留出位置，放置高压管。前端安放汽油机和柱塞泵，考虑到汽油机和柱塞泵的重量较大，在挡板上钻有4个10mm的孔，与汽油机上的基座配合，用螺栓固定，使汽油机和柱塞泵牢固的安装在划线机上。图3-1 挡板挡板上有4个直径10mm的孔，用了和螺栓装配，固定汽油机。后焊接一个直径35mmHT100材料制成高10cm的挡圈，用了放置涂料桶图3-2 机架部分（2）指示标杆的设计 指示标杆位于机架前端，与喷枪的喷头竖直对齐，指示引导线方向，和标杆套配合，标杆套焊接与机架前端，标杆又旋紧螺丝固定，长度可调，用HT100灰铸铁作为材料。图3-3 标杆（3）喷枪支架的设计喷枪套与固定架在机身左侧，用于固定喷枪并可条件高度，固定架与固定架套配合，固定架套焊接于机身，由旋紧螺丝固定，高度可调。喷枪套与固定架配合，由旋紧螺丝固定，高度同样可调，用HT100灰铸铁作为材料。图3-4 喷枪支架（4）万向轮的设计以及角度的调节图3-5 行走机构球场划线机行走轮的设计，根据工业脚轮和工业车轮的设计理念，考虑到喷涂过程中行驶速度低，行走轮材料采用聚甲醛POM材料选择依据：聚甲醛耐磨性和刚性高于尼龙，尤其是弹性模量高、硬度高，这事其他塑料所不能比的；聚甲醛自润滑性能好，耐磨性好，摩擦因数为0.15-0.35，极限值为；聚甲醛有较小的蠕变性和吸湿性，故其尺寸稳定性好；长期使用温度为-40100；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可显著降低米擦因数，提高耐磨性极限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用来制作相对强度有一定要求的一般结构零件，适用于在轻载荷、雾润滑或少润滑条件下工作的各种耐磨受力传动零件，以及制作间摩擦自润滑零件。万向轮的外径是，其具体形状参照机械设计手册中工业脚轮的形状和尺寸支架材料选用HT200，与支架焊接。万向轮上接角度调节器，起到控制万向轮角度的作用，使划线机划线跟精确。 角度调节器的主要特征是护套内固定有大齿板，并装有可在护套中转动的小齿板;双联齿轮中心孔内有双偏心轮，双偏心轮的轴心孔中有带一凸台的转动轴，转动轴的凸台置于偏心轮轴心孔中的凸台槽中;双偏心轮装有伸张时使其偏心距增加的弹簧;双联齿轮的大、小两圈阶梯外齿分别可与大、小齿板的内齿相啮合，转动轴转动时可以拨动偏心轮一起转动，从而带动双联齿轮、小齿板形成行星齿轮传动。此调节器不但角度可无级调节，传动平稳，强度高，通用性强，并且传动比适中，调节速度快，座椅靠背顶端间隙小，操作平顺性好。是一种小间隙、小扭矩、高承载能力的座椅角度调节装置。一种座椅角度调节器核心传动装置，其特征在于:护套1内固定有大齿板2，并装有可在护套1中转动的小齿板6;双联齿轮3中心孔内有双偏心轮7，双偏心轮7的轴心孔中有带一凸台的转动轴4转动轴4的凸台置于偏心轮轴心孔中的凸台槽中;双偏心轮7 装有伸张时使其偏心距增加的弹簧8;双联齿轮3的大小两圈阶梯外齿分别可与大、小齿板2, 6的内齿相啮合。根据权利要求1所述的核心传动装置，其特征在于:大齿板2、双联齿轮3、转动轴4,钢球5、小齿板6、偏心轮7、弹簧8经护套1固联为一体。根据权利要求1所述的核心传动装置，其特征在于:所说的小齿板6外圆通过钢球5与护套1下台阶内圆相配合。图3-6 角度调节器的结构根据权利要求1所述的核心传动装置，其特征在于:转动轴4与偏心轮7)、大、小齿板2. 6的内孔滑配合。3.2高压软管及其接头的选择 （1）高压软管高压软管是用来将高压泵中排出的涂料输送到喷枪处，对高压软管的要求是:耐高压25MPa以上，耐油、耐强溶剂腐蚀，特别是涂料中的苯类、酯类和酮类等溶剂，尽可能轻便、柔软，以便于携带和操作。目前，常用的高压软管有尼龙和聚四氟乙烯二种。在管的外层编织不锈钢丝或锦纶丝，以提高管子灼耐压强度。管子的工作压力为15-30MPa,破坏压力为50-80MPa.管子内径有5、6、9和12mm等规格，常用的为6和9mm。在喷涂厚浆型涂料或涂料粘度较高时，应尽量选用管径较大的高压软管。故选用9mm高压软管。（2）扁压软管接头高压软管接头有固定式和可卸式二种。固定式接头安装时须在胎模上用压力机压紧连接，可卸式接头可用扳手连接。 上述两种接头又可按照用途分为端接头和中间接头。前者用于高压软管端头，后者用于高压软管按一沐。 固定式中闻接头是利用带有凹陷槽沟的圆柱形芯子与加加强肋的套筒结合，并将软管压装在中间。使用时，须注意使芯子上槽沟与套筒上加强肋对准8，再用压力机在胎模上压合，使套筒紧紧箍在软管上。 可卸式中间接头不但压紧内管，而且直接压紧中间钢丝层，防止内管松动以及软管与接头脱离。 端接头是将软管装入带有内梯形螺纹和外部成锥度螺纹的接头休内，再用专用工具将芯子旋入软管，直至与接头体内表面贴合，并旋紧接头体上的螺母。这种端接头拆装较方便。 有些端接头须先剥掉软管外层，装入套筒孔内，再将内接头插入软管，旋紧螺母，使套筒紧紧将软管压在内接头9，软管内表面与内接头的圆锥面紧紧接触，保证密封性，这种端头压紧力大，调整方便。4划线机的计算以及柱塞泵的选用 根据根据高压无气喷涂机械行业标准以及汽油引擎式喷涂机参考可以得知，涂料吸入高压泵中加压至30MPa，又流量的计算公式为10根据高压无气喷涂典型工艺JB/T 91881999得喷枪移动速度为 0.31.5 m/s。所以喷涂速度为18m/min90m/min，以18m/min来计算，线宽为5cm根据GB/T 17231993漆料粘度可知 30-50计算可得=8.37L/min喷嘴喷出压力=13.46MPa根据流量计算以及行业标注规定11，可选择SCP034RN-I4-AFM-Z13型号柱塞泵，其工作压力、流量、转速等都能满足划线机的工作需求。技术参数如表4-1表4-1 柱塞泵的技术参数项目技术参数品牌瑞典凡胜型号SCPO34RN-I4-AFM-Z13工作压力30MPa材质铸钢类型高压柱塞泵叶轮数目多级流量12（m3/h）转速3000（r/m）叶轮结构封闭式叶轮5总结随着体育运动的迅速发展与普及，人们对标准化正规化的运动场地需求越来越大。运动场地的划线由手工完成效率低，误差大。延迟球场投入使用的时间，增加成本，且划线精度低，影响运动时的准确性。球场划线机与人工相比，工作效率高，划线误差小，充分利用能源，减小能耗，适于单人操作，其必将代替手工划线，广泛应用于运动场的划线中，有很大的市场价值。标准化机械化的行业规范，必使其迅速发展。致谢对于这次毕业设计的完成，首先感谢母校塔里木大学的辛勤培育，感谢学校给我