自动刷墙装置系统设计

一、设计题目：自动刷墙装置系统设计二、设计的主要内容本科毕业设计第1章绪论1.1毕业设计背景毕业设计题目：自动刷墙装置的系统设计本毕业设计题目涉及建筑、装饰领域。目前市场上的墙壁粉刷工作，大部分都由人工操作完成。由于人工粉刷受环境以及时间的限制，不仅成本高，效率低，粉刷涂料还会对人体造成一定的伤害，且不能保证墙壁粉刷的平整度。所以本设计为一种自动刷墙装置的系统设计，能够代替人工完成墙壁粉刷工作，提高效率，降低成本，减少粉刷涂料对人体的伤害。1.2综述1.2.1基本情况1.自动刷墙装置的地面运动主体当前市场上，墙壁粉刷工作除人工作业外，也有着自动刷墙装置。自动刷墙装置的地面运动主体一般有履带式行走装置、轮式行走装置和腿式行走装置。履带式行走装置履带式行走装置主要由“四轮一带”和驱动马达，履带张紧装置和履带架组成。“四轮一带”分别为：托链轮、驱动轮、引导轮、支重轮和履带。履带式行走装置重心低，附着系数大，同时还具有良好的抵抗翻倾能力和坡地稳定性，履带式行走装置还具有很强的机动性，爬坡能力强的越野性，对于环境恶劣的地面，有着更好的适应性，尤其是配装橡胶履带后，可以进行全地形的作业。图1履带式行走装置轮式行走装置轮式行走装置是一种最为普遍的行走装置。其主要由车轮，驱动马达和装置主体构成。轮式行走装置具有行驶阻力小，行驶效率高，速度快，机动性好的优点轮式行走装置工作可靠性高，寿命长，噪声小。此外，轮式行走装置通用程度极高，生产成本低，维护和管理相对较为方便。图2轮式行走装置腿式行走装置腿式行走装置是一种模拟双腿运动的行走装置，一般分为双足、四足、六足和多足行走装置。腿式行走装置与其它传统行走装置相比，能够适应更大范围的区域。腿式行走装置可以模拟动物的腿，在崎岖、多障碍的地形提供更好的移动性。机械腿可以使用支撑和牵引力分离的立足点进行移动，避免了传统行走装置所必须的连续支撑路径。另外，腿式行走装置具有主动悬架，使其主体的路径与腿的路径能够分离，在面对地形的明显变化时，仍可有效的平稳前进。图3腿式行走装置2.自动刷墙装置的墙面运动机构自动刷墙装置的墙面运动机构主要分为伸缩连杆机构、臂架伸缩机构和机械臂。伸缩连杆机构伸缩连杆机构是由若干相对运动的构件以低副连接组成的机构。由于机构中的多数构件呈杆状，所以常称杆状构件为杆。低副之间的连接关系是面接触，其具有耐磨损的优点。由于转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，所以伸缩连杆机构拥有制造简便，成产成本低的优势，易于获得较高的制造精度。图4伸缩连杆机构臂架伸缩机构臂架伸缩机构一般具有三节或三节以上的节臂，各节臂的伸缩方式一般有三种，分别为：顺序伸缩、同步伸缩和独立伸缩。臂架伸缩机构的驱动形式一般分为机械式和液压式。机械式驱动装置构造相对简单，一般只能在吊钩空负荷时的情况下，使用机械式驱动党的臂架伸缩机构。液压式驱动是臂架伸缩机构的主要驱动形式，臂架伸缩机构通过液压控制，可以实现臂架的各种伸缩方式。图5臂架伸缩机构机械臂机械臂是当今智能制造领域中，实际应用最广泛的一种自动化机械装置，在工业制造、娱乐服务、医学医疗、军事和太空探索等领域都应用得十分广泛。虽然各类机械臂的结构、构造都大不相同，但是它们都有一个共同的特点，那就是能够接收指令，精确地定位到三维空间上的某一点，然后进行作业。机械臂拥有承载能力大、强度高的优点，机械臂的研究一直致力于模仿我们人的手臂运动，故其运动灵活，可靠性高，安全系数高、且具有较高的定位精度。图6机械臂1.2.2设计方法1.计算机辅助设计（CAD、Sliodworks）2.类比设计3.组合设计1.2.3相关装置结构本设计所设计的自动刷墙装置，包括地面运动机构、墙面运动机构、喷刷机构以及智能控制部分。地面运动机构上安装有障碍物感应器，墙面运动机构安装在地面运动机构上。墙面运动机构上接喷刷机构。喷刷机构上装有障碍物感应器，判断墙顶距离。智能控制部分负责地面运动机构和墙面运动机构的移动控制。1.2.4技术特点本设计的自动刷墙装置由地面运动装置，墙面运动装置，喷刷装置和智能控制部分组成。地面运动装置可以灵活地在地面上进行运动，替代了人力行走。相对于墙壁粉刷人工作业而言，地面运动装置可以高速高效地完成墙面粉刷时的移动工作。墙面运动装置可以灵活地在墙面上进行运动，面对较高墙体时，通过调节该装置的行程，能够比人工更轻松的完成墙壁粉刷，达到作业要求。1.2.5市场分析现阶段，市场上的墙壁粉刷工作，仍以人工墙壁粉刷作业为主。人工作业，无法适应高强度、高精度、长时间的粉刷工作，且粉刷涂料对人体有一定程度的伤害。自动刷墙装置，不受环境的局限，可以完全代替人工进行作业，不仅提高了墙壁粉刷的效率，还能保证墙面粉刷的平整度，也避免了粉刷涂料对人体所造成的伤害。所以，自动刷墙装置市场前景广阔，极大地提高了墙壁粉刷的效率，降低了人工成本，具有极高的经济效益。1.3结论通过调研可知，本毕业设计选题可行。采用自动刷墙装置代替人工作业，能够提高效率、降低成本，更具可靠性和安全性。地面运动装置不受地形和环境的限制，可以代替人工实现各种强度的作业。墙面运动装置拥有更大的行程和自由度，不受墙体高度限制，能够无死角的进行墙壁粉刷。随着自动化的不断普及，自自动化装置将在人们的日常生产生活中扮演着越来越重要的角色。所以，自动刷墙装置在未来会有广阔的适用空间。第2章方案设计及可行性论证2.1设计目的随着自动化设备的不断发展，自动化设备已经在人类日常生产生活中扮演者越来越重要的角色。在墙壁粉刷作业中，自动刷墙装置已经逐渐取代人工墙壁粉刷作业，目前市面上的自动刷墙装置多数为半自动化，需要人工给料，效率低下，且不能很好地保证墙面平衡度。所以本设计为一种自动刷墙装置，可以很好的完成墙壁粉刷的作业需求。2.2方案论证本设计主要从自动刷墙装置的地面运动主体的选择，主控制器的选择，墙面运动机构的选择，升降机构的选择和喷刷机构的选择进行论证。2.2.1地面运动主体的方案论证自动刷墙装置的地面运动主体有多种，现主要讨论四轮式运动、履带式运动、腿式运动这三种地面运动方式。方案一：四轮式运动装置在装置前端板安装超声波传感器，平台主体采用重量轻、强度高、不变形的硬质铝合金材料。平台动力输出类型为四轮式驱动，小车两个后轮安装有安装有直流电机，能够使机器人轻松地完成避障测试。利用电机的转速差完成小车的各项控制动作。减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合自动刷墙装置地面运动主体的各项要求。该装置轮胎采用优质弹性橡胶，具有减震、耐磨、抓地力强等优点，能完美地适应光滑路面和崎岖路面。图7四轮式运动装置结构简图方案二：履带式运动装置履带式运动装置采用履带式结构，上架压克力材料板用于固定控制板，整体采用塑料制材料加工。下层基板安装双H桥直流电机驱动板、激光传感器。履带式运动装置具有重心低，附着系数大，有良好的抵抗翻倾和下滑的坡地稳定性的优点，同时还具有转弯半径小的机动性，爬坡能力强的越野性，对于环境恶劣的地面，有着更好的适应性。图8履带式运动装置结构简图方案三：腿式运动装置腿式运动装置采用六腿式结构，在六腿式运动装置的每个腿上有安装直流电机和超声波传感器。六腿式运动装置有着强大的越障能力，可以适应各种地形，有着良好的自由度，动作自如、灵活、稳定。图9六腿式运动装置结构简图结论：墙壁粉刷作业，一般都为在平整地面的作业，且在人工干预的情况下，基本不存在有障碍物的情况。四轮式运动装置与履带式运动装置和腿式运动装置相比，操作更加灵活简便，且成本相对较低。四轮式运动装置使用的硬质铝合金材料更轻便，更结实耐撞。综合以上分析，自动刷墙装置的地面运动主体选用四轮式运动装置。2.2.2主控制器的方案论证自动刷墙装置的主控制器有多种选择，现以PLC控制器和单片机控制器这两种主控制器进行方案论证方案一：PLC控制器可编程逻辑控制器（简称PLC），是一种数字电子设备，其具有微处理机，可编程逻辑控制器是一种自动化控制的数字逻辑控制器，它可以将控制指令随时加载内存内存储与执行。PLC控制器综合了计算机灵活方便和快速运算的优点。PLC控制器具有体积小、功能强、抗干扰能力强、程序设计简单等优点。方案二：单片机单片机是指集成在芯片上的一个完整的计算机系统，单片机属于一种集成电路芯片，单片机是采用超大规模集成电路技术，把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块芯片上构成一个小而完善的微型计算机系统。结论：PLC控制器使用时灵活方便，具有快速运算的优点。PLC控制器具有体积小、功能强、抗干扰能力强、程序设计简单等优点。故选用PLC控制器作为主控制器2.2.3墙面移动机构的方案论证自动刷墙装置的墙面移动机构是为配合喷涂机构在水平的墙面上完成移动工作，墙面移动机构有多种，现主要讨论伸缩连杆机构，臂架伸缩机构，和可移动机械臂进行方案论证。方案一：伸缩连杆机构连杆机构是使用最广泛也是最基本的一种形式，是若干相对运动的构件用低副联接组成的机构。一般为多组剪刀式的连杆，呈上下堆叠布置，并且上下相邻的两组剪刀式的连杆彼此铰接，由控制装置进行控制升降。所述连杆机构有两个，两个伸缩连杆机构沿靠墙侧和靠墙侧对侧间的中心连线方向并排布置，两个伸缩连杆机构之间通过若干横杆连接。图10伸缩连杆机构机构简图方案二：可移动机械臂可移动机械臂是一个高精度、具有多个输入输出、强耦合的一个复杂系统。可移动机械臂可以通过计算机建模，规划机械臂关节空间的运动轨迹。可移动机械臂的机动性和灵活性都极高，可以通过编程来控制可移动机械臂来完成各种预期的作业，它的构造和性能上兼有人和机械手的优点。图11可移动机械臂机构简图结论：自动刷墙装置的墙面移动机构主要是为了配合喷涂机构，在水平墙面上进行位移。水平墙面上的粉刷工作不属于高精度的作业，不适合采用成本昂贵的可移动机械臂。伸缩连杆机构具有灵活性好，操作便捷易于控制，成本低的特点，十分适合作为自动刷墙装置的墙面移动机构。综合以上分析，采用伸缩连杆机构作为自动刷墙装置的墙面移动机构。2.2.4举升系统的方案论证控制伸缩连杆升降的升降系统多种多样，现主要讨论气动系统、液压系统和导轨滑块这三种方式。方案一：气动系统气动系统是利用撞击作用，利用产生的气压使运动部件运动或做功，它是以压缩空气来作动力源，带动运动部件完成伸缩动作。气动系统利用空气具有压缩性的特点，吸入空气并进行压缩和储存，然后用控制元件控制其方向，带动运动部件完成伸缩。气动装置控制动作迅捷、方便，使用的元件和工作介质的成本价格低廉，但是气动装置运动不平稳，有噪音[5]。方案二：液压系统液压系统的工作原理是通过改变压强来增大作用力，液压系统一般由五部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质[5]。动力元件即液压泵，其职能是将原动机的机械能转换为液体的压力动能，是系统的动力源[5]。执行元件指液压缸或液压马达，其职能是将液压能转换为机械能对外做功[5]。控制元件则是各种阀门，利用这些元件可以控制和调节液压系统中液体的压力、流量和方向等[5]。辅助元件包括油箱、滤油器、管路及接头、冷却器、压力表等。工作介质是指传动液体，通常称为液压油。液压系统重量轻，体积小，运动惯性小，反应速度快，操作控制方便，可实现大范围的无极调速[5]。但是液压系统由于液体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低，还容易造成污染。液压元件制造精度要求较高，因而成本较高[5]。方案三：导轨滑块导轨滑块机构是由钢珠在滑块和导轨之间无限滚动循环，从而使负载平台沿着导轨轻易的进行高精度线性运动，并将摩擦系数降至传统滑动的五十分之一，可以轻易的达到很高的定位精度[5]。使用丝杠螺母机构与导轨滑块连接，将电机的转动转换为滑块的线性运动。导轨滑块机构的工作精度和效率很高，噪音小，防尘密封能力强，安装方便，互换容易且成本较低。结论：导轨滑块机构与气动系统和液压系统相比，具有噪音小，密封能力好的优点，且具有很高的工作效率，成本也相对较低[5]。导轨滑块机构的工作精度完全可以满足墙壁粉刷的精度需求，所以控制伸缩连杆升降的升降装置选择导轨滑块机构[5]。2.2.5喷刷装置的方案论证喷刷装置的喷料装置采用若干个喷头，现主要讨论刷料装置，围绕刷子和滚筒这两种装置进行方案论证。方案一：刷子刷子刷料是一种古老而又被普遍采用的一种施工方法。刷子刷漆易于修补细节，对涂料的损耗也较少，涂料可以依靠涂刷的外力，可以更好的渗透到墙面内，增加了涂料对墙面的附着力[15]。但是，使用刷子单次涂刷面积较少，工作效率低，且容易产生刷痕，流挂，刷涂不均匀等缺陷[15]。方案二：滚筒滚筒厚度均匀，覆盖性好，还可以制作各种花纹图案。滚筒粉刷面积大，范围广，工作效率高。滚筒可以设计纹理，制作各种花纹图案，美观度高，灵活性较强[15]。结论：滚筒与刷子相比，粉刷面积更大，范围更广，效率更高。由于现在越来越多的墙壁粉刷要求艺术性和美观性，滚筒独特的花纹图案更能适应当前市场的墙壁粉刷需求，所以喷刷装置选择涂料喷头和滚筒装置。2.3最终设计方案综上所述，自动刷墙装置的地面运动主体采用四轮式小车，障碍物感应器采用超声波传感器，墙面移动机构采用伸缩连杆机构，主控制器选用PLC控制器，驱动电机为直流电机。该自动刷墙装置的四轮式小车，在其靠墙侧和靠墙两端相邻侧均安装有超声波传感器，后两个车轮安装有直流电机，电机与PLC系统连接。伸缩连杆机构和导轨滑块机构均安装在四轮式小车上，所述连杆机构有两个，两个伸缩连杆机构沿靠墙侧和靠墙侧对侧间的中心连线方向并排布置，两个伸缩连杆机构之间通过若干横杆连接，两个伸缩连杆机构均由控制装置控制升降，控制装置包括导轨滑块机构，丝杠螺母机构和驱动电机。导轨滑块机构的导轨竖向布置在两个伸缩连杆机构旁且安装在四轮式小车上，丝杠螺母机构的螺母固定在导轨滑块机构的滑块上并且导轨滑块机构的滑块与接近伸缩连杆机构下端的横杆固定连接，驱动电机与PLC系统连接。喷刷机构包括抽料泵、机架、滚筒和喷头，滚筒和喷头安装在机架上，滚筒位于喷头两侧，抽料泵放置于四轮式小车上。车体；2-蓄电池；3-导轨滑块；4-滚珠丝杠；5-伸缩连杆；6-喷头；7-滚筒图12自动刷墙装置结构图2.4结论本章用过对自动刷墙装置的地面运动主体、主控制器、墙面移动机构、升降机构和喷涂机构的不同方案进行对比分析，确定了最终的设计方案。四轮式小车操作灵活简便，转向性好，成本低；PLC控制器快捷方便，可靠性好，抗干扰能力强；伸缩连杆机构灵活性好，操作简单，价格低廉，实用性强；导轨滑块机构效率高，噪音小，成本低；滚筒粉刷面积大，范围广，可以设计独特花纹，所以该自动刷墙装置可以满足目前市场上的墙壁粉刷工作。第3章设计计算3.1计算基础参数所粉刷墙壁面积：10000×2800mm定位精度：1mm滚珠丝杠长度：3000mm该自动刷墙装置适用于普通住宅室内（墙高2.8m）的墙壁粉刷，粉刷环境应保证墙面平整，地面平坦无障碍物。3.2整体结构与计算顺序的确定本设计所设计的自动刷墙装置主要由滚珠丝杠、导轨滑块机构，驱动电机，伸缩连杆装置，四轮式小车，滚筒等组成。计算顺序采取由上至下的分布方式，先对滚珠丝杠、导轨滑块机构和其驱动电机部分进行设计、选型和计算，其次是对四轮式小车和其驱动电机部分进行设计、选型和计算。3.3滚珠丝杠副的选择滚珠丝杠副是由丝杠、丝杠螺母与滚珠共同组成的一个机构。它的主要作用是把直线运动与旋转运动进行互相变换。丝杠和螺母之间通过滚珠滚动来相互运动，丝杠转动时就能带动滚珠运动。滚珠丝杠竖直安装，并且承载丝杠副以及元件的重量。已知纵向最大行程为3000mm，快速进给速度为6m/min。估算丝杠副加元件总重量为5kg。3.3.1选定丝杆精度设计要求的精度为，换算为3000mm时的允许误差为所以，为了满足设计要求的定位精度，我们只能选择误差低于的导程精度，查阅机械设计手册可得，选择标准公差等级8级，能够满足精度要求。3.3.2导程确定电机与丝杆轴之间通过联轴器相连接，所以其传动比i=1,选择步进电机的最高转速，丝杠的导程为取。3.3.3确定丝杆的公称直径查阅机械设计手册可知，导程为4mm的丝杆公称直径，选择。3.3.4确定丝杆等效轴向负载根据结构分析，因为丝杠为垂直安装，轴向最大负载为加速向上运动，加速时间为，计算该情况下的最大轴向载荷。加速度为式中——丝杆快速进给速度6m/min，换算得=0.1m/s最大轴向载荷为3.3.5确定丝杆等效转速基本公式为式中v——丝杠快速进给速度，6m/min——丝杠导程，4mm进给速度是丝杆的转速，即3.3.6确定丝杆最大动载荷式中——载荷性质系数，（查资料，取=1.0）；——精度系数（查资料，取=1）；——可靠性系数（查资料取=1）；——等效负载，54N；——等效转速，1500r/min；——工作寿命，取丝杆的工作寿命为20000h。由上式计算得=752N3.3.7估算滚珠丝杠的底径式中a——支承方式系数，一端游动而另一端固定时为0.078；——导轨静摩擦力，N；L——滚珠丝杠两边轴承支撑点之间的距离，L=3000mm。得。3.3.8选择滚珠丝杆型号计算得出Ca=Car=752N，则=(2~3)Fm=（1503.88~2255.85）N，公称直径=16mm。选择FFZD型内循环浮动式返向器，双螺母垫片进行预紧的滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD1604—3。表3-1滚珠丝杠参数规格代号公称直径公称导程丝杆外径钢球直径丝杆底径FZZD-1604-316415.32.38114.843.3.9计算预紧力式中——等效载荷，54N；计算得N。3.3.10滚珠丝杠压杆稳定性验算因为丝杆的支撑方式对刚度的影响很大，本次设计采用一端游走而一端固定的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中——临界压缩载荷，N；——安全系数，垂直时安装取1/2；——支承系数，查资料，取K2=0.25；——丝杠最大受压长度，两端固定取=；——滚珠丝杠副能承受最大的轴向压缩载荷，54N。计算得1427.1kN。可见临界压缩负荷满足要求。3.3.11丝杆轴拉压强度验算式中——丝杠轴许用拉压应力。计算得出远大于。3.3.12电机的选择选择混合式刹车步进电机，由于丝杠不能自锁，所以必须选择混合式刹车式步进电机，使滚珠丝杠可以再固定位置停止。3.3.13电机轴的转动惯量轴向运动件的转动惯量为式中d——直径,丝杆外径d=15.3mm。经计算得。联轴器的转动惯量查阅机械设计手册可知，。因此。3.3.14电机扭矩计算折算至电机轴上的最大加速力矩为式中=3000r/min，=0.00095；——加速时间。经计算得。折算至电机轴上的摩擦力矩为式中——导轨摩擦力，=Mf，而f=摩擦系数为0.003，=Mgf=0.147N；P——丝杆螺距P=0.004m；η——传动效率，η=0.90；I——传动比，I=1。经计算得。折算到电机轴上，由丝杆预紧力所引起的摩擦力矩为式中——滚珠丝杆预加载荷；——滚珠丝杆未预紧时的传动效率为0.9。经计算得=0.0002N·m。所以空载快速启动时所需要的最大扭矩为根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择FL86BYG65混合式刹车步进电动机，其额定转矩为3.5。表3-2混合式刹车步进电机参数表型号步距角最大静扭矩（N·m）额定相电流（A）长度（mm）转动惯量(g·cm2)重量（kg）FL86BYG651.83.546510001.7图13混合式刹车步进电机示意图3.4轴承的选型及计算3.4.1轴承的选取选用704C型角接触球轴承，采用油润滑。3.4.2轴承寿命的校核计算滚动轴承寿命的校核条件为式中——轴承的基本额定动载荷，C=5.42kN；——轴承所受的载荷，P=54N；——轴承的转速，单位为r/min，n=1500r/min；——轴承预期计算寿命，单位为h，=15000h；——寿命指数，对于球轴承。得N=1.98kN本设计所选用的轴承基本额定动载荷是5.42kN，因而满足使用要求。3.5键的选用3.5.1键联接的分类本设计中的键全部选用圆头普通平键。基本尺寸如下：5×5×15mm5×5×11mm3.5.2键联接的强度计算平键联接的强度计算公式为：式中——传递的转矩，T=2.98N·m；——键和轮毂键槽接触的高度，单位mm，k=1.5h=6mm，h是键的高度；——键工作的长度，单位mm，圆头平键=8mm，是键的公称长度，是键的宽度；——轴的直径，d=12mm；——键材料的许用挤压应力，单位Mpa，Mpa。得=10.34MPa所以，本设计中的键满足强度要求。3.6联轴器的选型及计算联轴器是根据负荷情况、计算转矩、轴端直径、工作转速来选择的。计算转矩由下式求出：式中：——公称转矩，；——计算转矩，；——理论转矩，；——驱动功率，即电动机额定功率，，；——工作转速，即电机输出转速，，；——工况系数，。代入数据：查阅机械设计手册，选取ZL型弹性柱销齿式联轴器。，其基本参数和主要尺寸如表3-3所示：表3-3ZL型弹性柱销齿式联轴器基本参数和主要尺寸型号公称扭矩许用转速轴孔直径轴孔长度主要尺寸转动惯量质量6304000286244118656930.0095.5923.7导轨的选型及计算因为导轨垂直安装，无特殊设计要求，初选GB/T-20标准型滚动直线导轨，导轨滑块：长150mm，宽50mm，高50mm3.8滚筒的选型及计算滚筒材料选择易吸附、可设计纹理的毛毡材料。滚筒形状为圆柱形，设计滚筒高度H=200mm，底径r=5mm，总重2kg。3.9车体的选型及计算3.9.1车体的设计根据实际情况考虑，设计车身长度为1m，宽度为0.5m，高度为0.2m，重量为40kg。3.9.2轮胎的设计根据设计小车的车轮所受压力，是小车在托运负载时的摩擦阻力。V是小车的速度，因为小车的自重是40Kg，额定载荷200Kg，，又因为小车采用四个轮子驱动，最少三个轮子着地，所以S是安全系数，这里取S=3。式中——为小车的自重和额定载荷之和，240kg；K——安全系数，取3；计算得，故选用车轮直径D=160mm，车轮宽度l=44mm，轮毂厚度L=35mm，承载等级选用C级，支耳式孔径d=44mm，额定载荷为4000N。表3-4小车尺寸参数表车身长度（mm）车身宽度（mm）车身高度（mm）车轮直径（mm）车轮宽度（mm）轮毂厚度（mm）重量（kg）10005002001604435403.9.3电机的选型由于直流无刷待机的特点：1、体积小、重量轻、出力大；2、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；3、无级调速，调速范围广，过载能力强；4、软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；5、效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%~60%。6、可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；7、耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；8、不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型；而小车在运动行驶方便需要可靠性，稳定性较好，所以选择直流无刷电机作为小车的驱动装置。运动参数：由设计要求的参数可知自动导引车的最大行走的速度为0.5m/s。已知小车轮子的直径为160mm，可以得到自动导引车的行进时的最大转速n，式中v——小车的速度，0.5m/s；d——车轮的直径，160mm；计算得，n=59.7r/min在行进中主要受到滚动摩擦力的作用：由于小车自重40kg，估算小车所受负载为200kg。查阅资料可知，，橡胶轮胎在混凝土和沥青路面上的滚动摩擦系数根据车轮的磨损情况不同而介于0.010-0.022之间，此处取滚动摩擦系数为0.020。表3-5车轮和路面摩擦系数路面滚动摩擦系数滑动摩擦系数新的旧的新的旧的混凝土0.0100.02010.6沥青0.0120.0220.90.6则在正常行驶中所受到的阻力为：式中μ——滚动摩擦系数，0.020——小车的压力，=2400N；计算得，=48N由于摩擦力产生的力矩：式中d——小车车轮直径，160mm；——小车正常行驶中所受到的阻力，48N；计算得，小车克服滚动摩擦力做功的功率：式中——小车的转速，59.7r/min；——摩擦力产生的力矩，3.84。计算得=3.84，n=59.7r/min，=240W启动时的能够启动所需的最小转矩，设定小车经过位移S=1.0m=1m/s；由静止开始加速，=0，则小车的加速度a为：此时的静摩擦力提供动力加速阻力：式中——小车总质量，kg；——小车的加速度，。M=40kg，=0.5，=120N在保证不打滑情况下，车轮能提供的最大静摩擦力为：式中——小车总质量，kg。因此满足车轮不打滑的条件。启动时的力矩：式中——小车静摩擦力，N；d——小车车轮直径，mm。解得启动时所需要的最大功率：式中——滚动轴承的效率，，取——联轴器的效率，，取电机所输出的功率为由计算所得小车启动功率60.1W，启动转矩为10。所以初选选用直流无刷电机，型号57BL75S10-230，电机额定参数如表3-6所示。表3-6电机参数产品类型额定电压V额定电流A额定转速r/min额定转矩N.m额定功率W直流无刷电机245.930000.32100图14直流无刷电机示意图3.10伸缩连杆的选型及计算伸缩连杆选用不锈钢材料，行程范围为20mm—3000mm。3.11每小时刷墙面积计算刷墙方式：以墙体左上角顶点为粉刷起点，小车向右水平移动，先进行水平方向的粉刷，进而通过滚珠丝杠和伸缩连杆机构，降低滚筒位置，小车向左水平移动，进行水平方向的粉刷，直至完成粉刷作业。小车最大行走速度为0.5m/s计算小车向右位移10000mm所用时间式中，S——墙体长度，10000mm；v——小车最大速度，0.5m/s；计算得，=20s由于滚筒高度为200mm，故需要丝杠向下位移200mm，将滚筒定位到下一次粉刷位置。丝杠快速进给速度为6m/min，计算丝杠向下位移200mm所用时间式中，——丝杠位移长度，200mm；——丝杠快速进给速度6m/min；计算得，=2s经计算得，粉刷墙壁尺寸为10000×2800mm，小车位移需10次，丝杠位移200mm需13次。计算粉刷尺寸为10000×2800mm的墙壁所用时间式中——小车位移10000mm所用时间，20s；——丝杠位移200mm所用时间，2s；计算得，T=226s故该自动刷墙装置每小时可粉刷墙壁面积为446.023.12环境保护和可持续发展方面的思考3.12.1环境保护方面的思考环境保护对于加工生产以及工作过程是目前社会一个极为严峻的问题，必须要严格按照国家或地方的环境质量标准和污染物排放标准[15]。在设计过程中选择电动机作为动力源，以保证在保护环境前提下，正常工作，电动机的工作效率较高，又不产生污染烟尘、污染气味，不会污染环境，同时噪音也比较小[15]。3.12.2可持续发展方面的思考在全球都在走可持续发展道路的时候，伴随着国外对新型环保绿色材质的开发利用以及节能环保想法的不断提高，鉴于我国综合情况，为了有利于安全生产、节约资源、维护环境、具有可持续发展的广阔前景，因此，室内墙壁粉刷行业以后将朝着轻薄、安全、环保、节能、节材的趋势发展[15]。在此次设计中尽量更多采用了标准件，例如减速器、电机、联轴器等[15]。标准件方便采购，为维修维护和保养提供了很大的便利，对不能完成相应功能的某一些部件进行统一回收，防止其污染环境，确保最大化的能源利用率[15]。在传统机械产品的废弃后，零部件的回收成本高，并且回收工作难以进行，导致不能循环利用从而对环境产生污染，在本次设计中采用大多数为钢铁等回收性能好的金属，符合可持续发展的要求[15]。第4章产品使用与维护4.1产品使用将自动刷墙装置放置于平坦的地面上，至于墙壁最左端，滚筒紧贴所要粉刷的墙壁。通过PLC控制器，控制混合式刹车步进电机正反转，使滚珠丝杠运转，将滚筒升至墙壁最顶端。通过PLC控制器控制直流无刷电机，小车平稳的向右移动进行粉刷。粉刷到墙壁右侧尽头时，调整滚筒高度，到达下一粉刷点位，小车平稳向左移动，继续进行粉刷，直至整面墙壁粉刷完毕。4.2产品维护4.2.1自动刷墙装置的安装规范（1）用人工检查转动部件是否顺利转动[19]；（2）检查所有螺栓是否松动[19]；（3）检查驱动装置的电机、减速器及联轴器等是否达到图纸要求[19]；（4）检查所有需润滑机件的润滑油是否加足，油种是否正确，是否有漏油现象[19]；（5）检查安全装置是否完备，有否漏装、错装[19]。4.2.2自动刷墙装置的维护自动刷墙装置的维护是十分必要的，特别是所有电力设备、传动部件、转动部件及有特殊要求的部件更应定期检查并作必要的处理，可以延长设备使用寿命，保证安全、舒适的工作环境[19]。自动刷墙装置的维护主要在以下几个方面：（1）减速器、联轴器等：要注人规定的润滑油,每月动作1-2次，每次不少于30min，每6个月涂一次防锈油，每次开动时应注意检查各部件运转是否正常，发现问题及时解决[19]；（2）各种轴承，轮等：在安装试运转前应清洗润滑油，换上现场实际使用的润滑油种类[19]；（3）电动机：每隔三个月检查一次绝缘情况；电机应按临时要求保持干燥[19]；结论本自动刷墙墙装置可以代替传统的人工墙壁粉刷作业。其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便，可实现连续粉刷作业。它的设计符合工业要求，在设计中的过程中能不断的发现一些方法和新的思路，是不断发展自动刷墙装置的重点。本次设计的内容包括：自动刷墙装置的类型、应用、发展状况、工作原理、整体结构；自动刷墙装置的主要零部件的常规设计计算和主要零部件的强度校核，主要包括滚珠丝杠和移动小车计算和校核；本次设计采用经典的设计方法和基本理论为基础，充分选用参考书中的设计方法及基本理论；充分采纳了具有代表性的设计用图、设计用表、及设计步骤和方式等。通过计算各个部分的主要参数和对主要部件的校核得出自动刷墙装置机构的布置合理，驱动稳定，可以实现自动刷墙装置的运行标准，从而实现了本次设计方案的可行性。本次设计对于自动刷墙装置的试运转、产品调整、安全操作、安全安装规范以及维护做了透彻的说明。让自动刷墙装置不仅实现了预期的安全运行过程，而且严格遵守了保护环境的措施和可持续发展战略，在产品的使用过程中，将在环保节能的前提下进行工作运行，也使工作效益得到了提高。参考文献[1]李露莎.浅析机电一体化系统中智能控制的应用[J].河南建材，2016.

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