【《某便携式车载起重机的控制和装配设计案例》4500字】

某便携式车载起重机的控制和装配设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u29770某便携式车载起重机的控制和装配设计案例 1321031.1起重机的基本形式和总体结构组成 1101381.2起重机起升机构方案 2174901.液压马达1.减速机3.棘轮停止器4.卷筒5.钢丝绳 26246图1.2起升机构 226852图1.3常见的前倾式变幅机构 3283931.4起重机回转机构方案 375071.5起重机液压系统方案 471282便携式车载起重机的控制和装配 4249382.1起重机的控制 429184第一方面要理解和满足被控对象的各项要求。 428236第二方面要求控制系统安全可靠。 514706第三方面要求控制系统力求经济简单、方便维护。 5310592.2车载起重机的装配 61.1起重机的基本形式和总体结构组成经过分析设计要求，本设计它属于小型车载起重机，或者叫随车起重机，所以它的主要结构包括：载重汽车、起升机构、起重臂、变幅机构、回转机构、液压系统等组成。如下图1.1所示。载重汽车1.起升机构3.起重臂4.变幅油缸5.回转机构6.液压系统图1.1结构组成1.2起重机起升机构方案在起重机当中起升机构可以说是它的核心组成部分。起升机构用于实现货物的升降，起升机构主要由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置与制动装置等组成。起升结构采用液压马达一减速机一卷筒的传动方案。卷筒与开式大齿轮用沿满圆周布置的螺栓相连接。减速机的低速轴带动卷筒，使钢丝绳绕进或放出。这种结构紧凑、易于实现。起升时，马达逆时针旋转，摩擦片被松开，卷筒顺时针旋转放下货物；制动时，马达停止旋转，卷筒依靠自重顺时针旋转，使二级齿轮轴顺时针旋转，摩擦片被压紧，棘爪顶住棘轮，卷筒停止转动，重物悬吊不动。吊动的升降靠马达改变转向来达到。起升机构如下图1.2所示。1.液压马达1.减速机3.棘轮停止器4.卷筒5.钢丝绳图1.2起升机构1.3起重机变幅机构方案变幅机构是决定起重机参数的重要因素。变幅机构通过改变动臂的角度和升降重物来增加吊重的范围和高度。变幅机构的三铰点至关重要，分别为吊臂下铰点、变幅上铰点、变幅下铰点。变幅机构的选择设计上要尽量做到在变幅过程中使吊钩的运动轨迹保持在水平线上。本文选用前倾式变幅机构，其优点是动臂上的作用力臂较长，变幅油缸的推力较小，因此油缸直径较小，由于臂的悬臂长度较短，有利于臂的受力。如下图1.3所示图1.3常见的前倾式变幅机构1.4起重机回转机构方案回转机构是起重机的主要工作机构之一，它的作用是使已被升在空间的货物绕起重机的垂直轴线作圆弧运动。回转机构的动力是液压马达通过齿轮齿圈传动来实现回转。回转机构与变幅机构相结合工作，可使服务面积扩大到相当宽的环形面积；与运行机构相结合，可使服务范围扩大到与桥架形起重机一样。如下图1.4所示。1齿圈2齿轮3液压马达图1.4回转机构1.5起重机液压系统方案液压系统是当代起重机普遍采用的动力源，也是目前发展最为完善、可靠的动力源系统。便携式起重机液压系统一般来说，含有：支腿回路、回转回路、起升回路、伸缩回路和变幅回路等。液压系统的工作原理概括来说就是：动力源——控制机构——执行机构三个部分，其中动力源就是我们常说的液压泵，传动控制装置主要是油管和各种阀门之间的连接机构，执行机构就是各种不同功用的液压缸。这三大部分不同的组合也就构成了不同的液压回路，其综合起来便构成便携式起重机的液压系统。如下图1.5所示图1.5简单液压回路示意图2便携式车载起重机的控制和装配2.1起重机的控制作为本课题研究的这种小型车载式起重机，它的控制方法其实也比较多，可以使用工控机，也可以说PLC，也可以使用单片机。面对现在如此丰富的控制方法，我们到底该如何选择，具体要从以下几个方面入手：第一方面要理解和满足被控对象的各项要求。在选型机械设备控制系统设计控制方案的时候，首先要对被控对象，也就是我们所设计的机器要进行深入的了解，如果机器不是本人设计，那么要跟直接设计它的工程师相对接沟通，对机器的结构原理，以及工程师提出的各项需要满足的控制要求都要仔细消化，逐字逐句的理解，一条一条的对号入座。比如被控对象要求控制精度高，因此必须要采用闭环系统，那么如果你采用一个开环或者半闭环的系统，显然是不能满足要求的。所以控制系统理解和满足被控对象的控制需求是基础条件。第二方面要求控制系统安全可靠。这一条也是硬性基本要求，不论什么样的控制系统，安全可靠必须保障。尤其机器在工作不正常的状态下，控制系统也要保证机器的安全，比如当下很多企业都是被限电的，所以突发断电的情况必须要考虑到，如果机器断电控制系统要及记录下机器断电瞬间的工作状态，以便对来电以后继续为机器的安全工作提供保障。因为有的安全性差的控制系统，机器一旦停电重新启动以后，它就会恢复到最初的状态，他完全不会考虑断电时机器没有完成的工作，而是硬生生的直接回到最初状态，而在这一过程中往往机器就会出现各运动部件之间运动干涉，甚至是激烈的碰撞以及其他危险情况。另外机械的操作者难免要发生错误，特别对于新手来说，第一次使用新设备按错控制按钮的概率还是比较高的，所以在设计控制系统选择控制方式时这个也必须要考虑到。比如有的机器控制系统安全性就很低，就好像人一样太死板，不知道转弯，这样的机器一旦按错控制按钮，就会发生意想不到危险。但有的机器控制系统就比较人性智能，一旦检测到有可能是异常的操作时，会有多次提醒确认的过程，以便提醒操作者操作错误，方便他及时改正。因此机器控制系统在安全保障方面必须要多留一手，多转几个弯，以保障控制可靠、操作安全。第三方面要求控制系统力求经济简单、方便维护。这一点也可以理解成为控制系统的经济性要求，比如设计一台售价低廉的农机，只要求主轴稳定旋转即可，本来使用普通异步电动机加上一般继电器就能实现的功能，偏偏使用了精密的伺服电机加上了高端的PLC。以为是锦上添花，其实是画蛇添足，徒增了无用的成本。导致单单控制系统的费用就足以购买数台同类型的机器。这种行为完全没有考虑到控制系统对经济性的要求，将原本可以简单经济的控制系统变的复杂化。所以这一点在控制系统设计和控制方式选择时，是完全不可取的，而是应该在满足控制要求的同时就应力求经济简便。经过上述分析，同时结合车载起重机具体的要求，最终我们选用PLC进行控制。因为PLC控制非常的稳定可靠，抗干扰能力也强，而且非常重要的一个就是PLC特别适合对起重机这种有固定动作顺序的设备进行控制。我们控制系统的核心采用西门子S7200PLC。图2.1西门子S7200PLC图2.2基于PLC控制起重机简易流程图2.2车载起重机的装配首先我们在进行车载起重机的装配之前，车载起重机它是安装在车架上面的，车架是车辆的主体车身结构，因为它非常的结实，所以起重机必须也之只能安装在车架上。首先先安装起重机的底板，底板和车架之间通过螺栓进行连接，在底板上面安装回转台，千万不能直接将回转台就安装到了车架上，因为它是需要转动的，如果直接将它和机架固定在了一起，那么它就没法转动了，所以中间要有一个底板作为衔接部分，相对底板进行转动。回转台在它安装到底板上之前，首先要把回转台的一些部件全部装配好，然后把它看成自己的独立的组件进行装配。而不是将回转台的部件依次的装配底板上，这样的话在实际装配操作时就不是很方便了，因那样操作的话就要人要站在车架上操作了，那样肯定没有把部件放在地面上或者专门的装配台上面操作要来的方便。回转台的装配主要部件包括回转台主体、电动机、液压马达的安装架以及齿轮和齿圈，因为起重机回转它是通过液压马达带动齿轮齿圈机构实现转动的。在具体装配时，首先我们要把液压马达架安装在回转台的主体上，然后将液压马达固定在液压马达架上，同样的也是通过螺栓固定，安装时孔对孔要对齐了。然后这个时候我们要把齿圈装到回转台上，齿圈它并不是一个完整的圈，它是由几部分拼接而成的，这样是为了方便装配。在安装时需要把齿圈和齿轮主体部分连接起来，连接是通过螺栓固定上就行，这个固定不难，但是难的是要对齐的，尤其是接缝部分要保证缝隙均匀。因为它的外圈还要有个齿轮与之进行啮合，如果在拼接时齿与齿之间的缝隙过大或不均，那么后期在运转时就会就会出现啮合问题，或者是噪音过大的情况。就好比是以前的铁轨是一节一节拼起来的，当车轮行驶至铁轨接缝处就会发生咔哒一声，所以以前的火车在跑起来的时候就会出现咔哒咔哒的响声，同样的道理齿轮传动也是如此。只有把齿圈均匀的安装好，保证接缝缝隙均匀才能够满足。有人肯定会问为什么不直接做成严丝合缝式的，这样装配会更加方便一些，这话是没错，但是起重机在室外工作有温差，齿圈会热胀冷缩，如果做成了严丝合缝，那么就没有膨胀空间了。齿圈固定好以后，把小齿轮装到液压马达上，这时要注意小齿轮和齿圈之间的啮合要求，至少要保证同时有两到三个齿处于啮合状态，当然了小齿轮和齿圈之间也不能嵌入的过深以免影响传动。回转台的侧面还需要安装收卷机构，它是由电动机、减速器以及卷筒等部分组合成的。这其实也是一个独立的组件，在很多机器上这个部件被称为卷扬器，在很多机器上这一部分都是可以直接采购现成的，买来的时候液压马达、减速器以及卷筒都是安装好的，都不用自己装配，在选购时只需要注意它的牵引力、液压马达的功率等基本参数就可以了。把回转台组件装好之后，再将这一整体安装到底座上。回转台的上部装有一个连接板或者叫固定板，这个连接板它是将来要安装起重臂的。这个连接板与回转台的相对位置并没有固定死，因此这一部分是不能直接焊接到回转台上的，因为后期还要有液压缸撑着起重臂进行俯仰。如果这里直接焊死了，那么后期就没法进行俯仰动作了，因此连接板与回转台之间只能通过螺栓和销轴进行连接，既要保证它们之间的连接路径，同时也要让连接板能够绕轴进行转动。液压缸它是通过两点铰接的形式进行安装的，液压缸体铰接在回转台上，液压活塞杆则是通过销轴与连接板进行固定的。这时当液压缸伸缩时它就可以推动连接板进行俯仰，而连接板上面是安装的起重臂，那么起重臂自然就实现了俯仰动作。而起重机的安装也是作为一个独立的组件，起重臂按照直径的大小分为大中小三节，三节是各自套在一起的，就好像是俄罗斯套娃一样。这些大的部件装好了之后就有很重要的一个环节绕钢索，大家都知道钢索它是缠绕在卷筒上的，但是这里要注意的是，缠绕在卷筒上没错，但是这个缠绕是有固定方法要求的，不是说随便一绕就行的。它是按照一定的方向一定顺序，一圈挨着一圈，紧密又不混乱的缠绕着的。而且刚开始缠绕时，钢索的头要牢牢的固定在滚筒上，而不是单纯的只是绕在上面，这个固定方法一般是滚筒表面开有孔，钢索头穿过孔打个结，然后通过U形螺栓固定住。端头固定好之后才开始绕地一圈，然后依次一圈挨着一圈缠绕，一层绕完以后再绕第二层，每层之间都非常紧实。钢锁在