天車總體結構設計-畢業(yè)論文

文檔均為word文檔，下載后可直接編輯使用亦可打印 II9336引言 III106831天車總體結構設計 120111.1功能分析 115101.2天車設計的總體方案 1139361.2.1主梁的設計： 123051.2.2小車的設計： 1307711.2.3端梁的設計： 2316442大車運行機構的設計 3116032.1設計的基本要求和原則: 3226712.1.1機構的傳動方案: 3264982.1.2大車運行機構的具體布置： 36542.2大車運行機構的計算 461662.2.1確定機構的傳動方案 477512.2.2選擇車輪與軌道，并驗算其強度 416692.2.3運行阻力計算 6122312.2.4電動機的選擇 6222102.2.5電動機的發(fā)熱功率條件的驗算 7244462.2.6選擇減速器 7231522.2.7運行速度和實際所需功率的驗算 7162802.2.8起動時間的驗算 835452.2.9起動工況下校核減速器功率 9273482.2.10啟動不打滑條件的驗算 10145112.2.11制動器的選擇 1183562.2.12聯(lián)軸器的選擇 12160222.2.13驗算浮動軸 13103102.2.14選擇緩沖器 14237243端梁的設計 15175073.1端梁的尺寸 15271333.1.1端梁截面尺寸的確定 1549313.1.2端梁總體尺寸 15323473.2端梁的計算 1586043.3計算主要焊縫 18168073.3.1端梁端部上翼緣焊縫 19180633.3.2驗算下蓋板翼緣焊縫的剪應力 19131034端梁接頭的設計 20153514.1確定及計算端梁接頭 2076064.1.1計算腹板和下蓋板螺栓受力 20262854.1.2計算腹板角鋼和上蓋板的連接焊縫受力 21258174.2螺栓和焊縫的強度的計算 2225034.2.1校核螺栓的強度 2292524.2.2校核焊縫強度 22130655無線遙控技術 24150415.1無線遙控技術概述 24165955.2工業(yè)遙控器 245.3工業(yè)遙控器的分類 2420605.4無線電遙控的工作原理 2420605.5德國FST系列無線遙控器 92525.5.1FST系列無線遙控器簡介 2592525.5.2FST系列無線遙控器的控制模式 2592525.5.3FST系列遙控器的選型 26195816天車的遙控改造 27244676.1天車運動形式及主要結構 27153506.2橋式起重機的基本參數(shù) 27290616.3遙控改造整體思想 27109046.4遙控改造的中間接口電路的設計 2876836.4.1遙控的發(fā)射系統(tǒng) 28190026.4.2遙控器接收系統(tǒng)的輸出圖 29摘要本次設計是嚴格按照物流倉儲中的的大型物流運輸設備制作，在一定的基礎上實現(xiàn)天車的全部功能，即在倉庫任何位置用遙控裝置抓取物品放到指定位置，可以實現(xiàn)上下，左右，前后的方向控制，遙控裝置分為遙控發(fā)射機和遙控接收機，通過驅動外圍設備控制天車的運行，實現(xiàn)對天車的遠距離控制，方便了操作。采用無線遙控的方式來控制天車，本次設計的主要難點是接口電路的設計，首先要保證操作室內控制功能不發(fā)生改變，并且天車的控制線路要和遙控器控制線路有安全的連鎖保護功能。改造時還要注意有害氣體，高溫，含塵介質等工業(yè)因素對遙控系統(tǒng)造成的影響。本課題通過對天車的原理進行分析和研究，以天車各部分功能和結構為起點，設計一種型遙控器，并且對西門子s7-200Plc進行改造，解決了工業(yè)上天車存在的一系列難題。關鍵詞：天車；遙控系統(tǒng)；接口電路；PLC Thisdesignisstrictlyinaccordancewiththelarge-scalelogisticsinlogisticswarehousingequipmentproduction,onthebasisofallfunctionsthatarecrown,namelyinthewarehouseanypositiongrabbingitemsinthespecifiedlocation,withremotecontrolcanberealizedupanddown,leftandright,frontandreardirectioncontrol,remotecontroldevicesaredividedintoremotetransmitterandremotecontrolreceiver,bydrivingperipherals,controltheoperationofthecrown,realizetheremotecontrolofthecrown,convenientforoperation.Withthemethodofwirelessremotecontroltocontrolthecrane,themaindifficultiesofthisdesignisthedesignofinterfacecircuit,firstofalltoensurethattheoperatingindoorcontrolfunctionisnotchanged,andthecrownandtheremotecontrolcircuittocontrolcircuithasasafetychainprotectionfunction.Itisalsonecessarytopayattentiontotheinfluenceofindustrialfactorssuchasharmfulgas,hightemperatureanddustymediaontheremotecontrolsystem.Thistopicthroughtheanalysisoftheprincipleofcrownandresearch,witheverypartofthefunctionandstructureofcrownasthestartingpoint,todesignatypeofremotecontrol,andthemodificationoftheSiemenss7-200Plc,industrybasedonaseriesofproblemsaresolved.Remotecontrolsystem：Interfacecircuit；PLC引言天車是一種升降重物的起重機械，它一般在車間，料場使用廣泛。因為它的形狀像橋，一般坐落在金屬架上，所以又被稱作龍門吊和起重機。它的優(yōu)點是使用的范圍廣，而且數(shù)量龐大。它在現(xiàn)代化生產(chǎn)和制造中起到重要作用，對起重，機械化，自動化有著至關重要的意義。天車在軍工企業(yè)，生產(chǎn)制造企業(yè)，運輸行業(yè)，鋼鐵化工，物流等部門得到廣泛的應用。提高了生產(chǎn)效率，對機械自動化起了重要作用，同時也減輕了勞動力，這個機械設備使我們生活中不可或缺的。根據(jù)天車的應用范圍分為三種，冶金天車，通用天車和龍門天車。車間的重物升降和吊運可以通過通用天車來實現(xiàn)；冶金天車主要應用于冶金工藝操作生產(chǎn)；龍門天車主要用于搬運室外的物料。由于天車在用途和取物裝置的不同，因此在作用和構造上也不盡相同。為此，我們對傳統(tǒng)天車進行遙控改造。采用工業(yè)遙控器裝置，利用發(fā)射和接收器，使操作人員可以在遠距離進行非接觸式控制，沒有了操作面板的限制，優(yōu)化了生產(chǎn)，減輕了勞動力提高了工作效率，工作細節(jié)一目了然。尤其在環(huán)境糟糕的工業(yè)現(xiàn)場，有害氣體和塵土多的車間，還有對危險物品的運送，存在巨大的優(yōu)勢，同時減少了工作勞動力，改善了工作人員的工作環(huán)境，提高了生產(chǎn)精度。1天車總體結構設計1.1功能分析天車的功能要求要實現(xiàn)空間上的上下，左右，前后的移動，因此，本次天車模型在三個方向分別運用了不同的軌道設計使其能夠在不同情況下正常工作，在左右方向通過控制小車在軌道上滾動實現(xiàn)重物左右方向上的移動，在豎直方向上，通過電動葫蘆用鋼繩使重物下放或者上升，在大車運動方向上，設計了兩套方案，方案一：通過定向腳輪在鋪地軌道上傳動整個機架前后運動，從而實現(xiàn)天車模型的前后方向的運動。方案二：在地面不鋪設軌道，直接放在地面上。1.2天車設計的總體方案本章主要對箱形天車進行介紹，確定了方案并對方案進行簡單分析。箱形雙梁天車有很多優(yōu)點，它的加工零件比較少，在使用過程中工藝性良好，能夠得到廣泛使用等特點，使其在制造生產(chǎn)中被廣泛使用。我國在5~10噸的小起重量系列產(chǎn)品中主應用這種天車，但天車本身也存在一些缺點：自重比較大、容易下?lián)希谠O計和制造時必須采取一些措施來防止。天車設計的主要參數(shù)如下：起重量10噸，跨度，升降高度為10m，升降速度為8m/min，小車運動速度為40m/min，天車重量16.8t，大車運動速度為，小車重量。根據(jù)以上數(shù)據(jù)確定設計總體方案如下：1.2.1主梁的設計：主梁的結構是由上下兩塊蓋板還有兩塊相互垂直的腹板形成一個封閉箱式截面體，它的橫截面腹板厚度是，主梁的跨度為，主梁的翼緣板厚度是，主梁跨度中部高度為，主梁和端梁之間通過搭接連在一起，連接處的高度取，大車運行機構的尺寸，端梁的長度決定了主梁上走臺的寬度，橫向或縱向加勁板和角鋼來維持腹板的穩(wěn)定性。1.2.2小車的設計：小車主要由起升機構，運動機構和車架構成。采用閉式傳動齒輪的方案來控制小車運動，小車車輪帶有角形軸承箱，車架可以將小車的車輪固定，在車架上安裝固定電動機，設計中車輪軸和電機軸處于上下不同平面，在這里我們選用的減速器是立式三級圓柱齒輪減速器，它的輸出軸和車輪軸之間采用半齒聯(lián)軸器，并帶有浮動軸，輸入軸與電動機軸之間和前者聯(lián)軸器的選取一致。通過查找資料和依據(jù)自己的經(jīng)驗，我們采用粗略的計算方法設計小車架，我們不選擇之前的焊接橫梁，而選用通過鋼板沖壓成型的型鋼起升機構采用閉式傳動方案，選用兩個半齒聯(lián)軸器和一中間浮動軸的連接方式將電機軸和高速軸連接起來，減速器的低速軸和卷筒之間采用圓柱齒輪傳動。1.2.3端梁的設計：端梁的設計對天車起著至關重要的作用，它起著承載平移運輸主要作用，主要由車輪組合端梁架組成，端梁部分主要由上下蓋板和腹板結合而成；端梁通過兩段高強螺栓連接構成。通過主梁的跨度，大小車的輪距來確定端梁的尺寸；采用分別傳動的方式來控制大車運行。在對天車進行裝配時，先將一端端梁與一根主梁連接，之后再將端梁的兩端連接起來。2大車運行機構的設計2.1設計的基本要求和原則:設計大車的運行機構，也要考慮到橋架的設計，主要的設計步驟有：1.確定大車運行機構和橋架的構造2.分析橋架的結構尺寸3.安排大車運行機構的具體位置和尺寸4.綜合考慮二者的關系并完成部分的設計對大車運行機構的基本要求：結構緊湊，重量盡量要輕一些2.和橋架配合要合適，這樣橋架設計容易，機構好布置3.盡可能把主梁的扭轉載荷減少，不能影響橋架的剛度4.機構布置合理，維修檢修方便2.1.1機構的傳動方案:大車的傳動方案常用的有兩種，一是集中傳動，二是分別傳動，本次設計在常用跨度下我們選擇分別傳動的傳動方案。2.1.2大車運行機構的具體布置：軸承位置的安排聯(lián)軸器的選擇軸長度的確定在布置大車運行機構的零部件時注意以幾點：因為大車運行機構要安裝在天車橋架上，橋架運行速度比較高，受扭轉載荷的影響，機構零件在橋架上的安裝可能會有誤差，所以我們?yōu)榱吮３謾C構的運動性能，避免安裝的不準確，在靠近電機軸，減速器軸，車輪軸，我們選用浮動軸。2.我們應該盡量讓機構零件離主梁近一些，離走臺欄桿遠一些。為了端梁能夠支撐零部件的重量，盡量靠近端梁。通過這樣的方法來減少主梁的扭轉載荷。3.參考現(xiàn)有資料，在浮動軸有足夠長時，減小運行安裝機構的平臺，同時為了橋架制造和設計的便利性，需要占用橋架一到兩個節(jié)間的長度。4.在靠近電機的位置安裝制動器，以便運行機構在制動時浮動軸可以產(chǎn)生吸收沖擊動能的作用。2.2大車運行機構的計算天車設計的主要參數(shù)：起重量10噸，跨度，升降高度為10m，升降速度為，機構運行持續(xù)率為，小車運動速度為40m/min，大車運動速度為，小車重量4t，天車的重量噸，工作類型為中級，采用箱形結構的橋架。計算過程如下：2.2.1確定機構的傳動方案天車采用分別傳動的方案如圖2.1圖2.1大車運行機構1—電動機2—制動器3—高速浮動軸4—聯(lián)軸器5—減速器6—聯(lián)軸器7低速浮動軸8—聯(lián)軸器9—車輪2.2.2選擇車輪與軌道，并驗算其強度計算大車的最大輪壓和最小輪壓：滿載時的最大輪壓：Pmax===空載時最大輪壓：P‘max===50.2KN空載時最小輪壓：P‘min===33.8KN公式中e為主鉤中心線離端梁的中心線的最小距離e=1.5m載荷率：Q/G=100/168=0.595查閱資料選擇車輪：大車運行速度為，中級工作類型，時，軌道為P的許用輪壓為150KN，大車的車輪直徑，所以車輪可用。1）.計算疲勞強度疲勞強度計算時的等效載荷：=60000N式中Φ2為等效系數(shù)，查得φ2=0.6車輪的計算輪壓：=KCI·r·Pd式中：Pd—車輪的等效輪壓Pd==r為載荷變化系數(shù),查得當時，Kc1為沖擊系數(shù)，查得第一種載荷當運行速度為時，根據(jù)點接觸情況計算疲勞接觸應力：j=4000=4000r為軌頂弧形半徑，查得，車輪的材料為，當時，[jd]，疲勞強度的計算滿足要求。2）.強度校核最大輪壓的計算：=Kc=2\*ROMANII·==式中Kc=2\*ROMANII為沖擊系數(shù)，查得第=2\*ROMANII類載荷Kc=2\*ROMANII=1.1在點接觸的情況下對接觸應力進行強度校核：jmax==車輪采用ZG55=2\*ROMANII，查得時，[j]=，jmax<[j]所以滿足強度要求。2.2.3運行阻力計算摩擦總阻力距，查得Dc=500mm，車輪的軸承型號為：22220K，軸承內徑和外徑的平均值為：查得滾動摩擦系數(shù)，軸承摩擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)β=1.5代入上式中：當滿載時的運行阻力矩：Mm（Q=Q）=Mm(Q=Q)=()(+)=（）×（×）=N·m運行摩擦阻力：Pm（Q=Q）==空載時：Mm（Q=0）=β×G×（K+μd/2）=Pm（Q=0）=Mm（Q=0）/（Dc/2）2.2.4電動機的選擇電動機靜功率：Nj=Pj·Vdc/（60·m·）式中Pj=Pm（Q=Q）為滿載運行時的靜阻力(Pm（Q=0）=2016N)驅動電機的臺數(shù)m=2，初選電動機功率：N=Kd*Nj=式中Kd-電動機功率增大系數(shù)，查得Kd=1.3選用電動機；，，（GD2）=0.567kgm2，電動機的重量2.2.5電動機的發(fā)熱功率條件的驗算等效功率：Nx=K25·r·Nj==式中K25為工作類型系數(shù)，查得當JC%=25時，K25=0.75r—按照天車工作場所得tq/tg=0.25，估得r=1.3由此可知：,故初選電動機條件通過。因此選擇電動機：YR160M-82.2.6選擇減速器車輪的轉數(shù)：機構傳動比：i。=選用兩臺減速器i=12.5；，當輸入轉速為，可見中級。2.2.7運行速度和實際所需功率的驗算實際運行的速度：V‘dc=·i。/i。‘=誤差：ε=（-V‘dc）/=（=1.6%<15%合適實際所需的電動機功率：N‘j=·V‘dc/=因為N‘j<Ne,所以所選的電動機和減速器合適2.2.8起動時間的驗算起動時間：Tp=式中驅動電動機臺數(shù)m=2==82.9N·m滿載時運行靜阻力矩：（Q=Q）===67.7N·m空載運行時靜阻力矩：（Q=0）===42.4N·m初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩：(GD2)ZL+(GD2)L=0.78N·m機構總飛輪矩:(GD2)1=(GD2)ZL+(GD2)L+(GD2)d=N·m滿載起動時間:t===空載啟動時間:t===起動時間在允許范圍內。2.2.9起動工況下校核減速器功率起動工況下減速器傳遞的功率:N=式中Pd=+Pg=+=3216+= 運行機構中,同一級傳動減速器的個數(shù)m=2因此N==所以減速器的[N]中級=,因此所選減速器功率合適。2.2.10啟動不打滑條件的驗算由于天車室內使用,故坡度和風阻力不考慮在內。按三種情況計算.1.兩臺電動機空載時同時驅動：n=>式中p1==主動輪輪壓p2=p1=84KN從動輪輪壓f=0.2粘著系數(shù)—防止打滑的安全系數(shù).1.05~1.2n==n>,故兩臺電動機空載啟動不會打滑2.事故狀態(tài)當只有一個驅動裝置工作,且小車位于工作中的驅動裝置這一邊時,則n=p1==主動輪輪壓p2=2+=從動輪輪壓一臺電動機工作時空載啟動時間=n==n,故不打滑.3.事故狀態(tài)當只有一個驅動裝置工作,而無載小車遠離工作著的驅動裝置這一邊時,則n=，式中P1==33.8KN主動輪輪壓P2=2=從動輪輪壓=13.47S與第二種工況相同n==故不會打滑結論:根據(jù)上述不打滑驗算結果可知,三種工況均不會打滑2.2.11制動器的選擇取制動時間按空載計算動力矩,令Q=0,得:=式中==-19.2N·mPp==G==制動器臺數(shù)M=2.兩套驅動裝置工作==41.2N·m選兩臺制動器，型號為，查得其制動力矩為200N·m，制動器容易打滑，所以在使用過程中將制動力矩調到3.5N·m以下。2.2.12聯(lián)軸器的選擇根據(jù)傳動方案,各個機構的低速和高速軸均采用浮動軸.1.機構高速軸上的計算扭矩：==N·m式中MI為連軸器的等效力矩.MI==N·m為等效系數(shù)取=2查得Mel=9.75*=N·m查得:電動機Y160M1-8軸端為圓柱形,;查得ZLZ-160-12.5-=4\*romaniv的減速器,高速軸端為,故在靠近電機端選ZLL2聯(lián)軸器（浮動軸端;·m,(GD2)ZL=0.063Kg·m,重量）；在靠近減速器端，選用兩個聯(lián)軸器ZLD，在靠近減速器端浮動軸端直徑為d=32mm;[MI]=630N·m,(GD2)L=0.015Kg·m,重量G=8.6Kg.高速軸上轉動零件的飛輪矩之和為：(GD2)ZL+(GD2)L=0.063+0.015=·m與估算的基本相符，不需要再算。2.低速軸的計算扭矩：=N·m2.2.13驗算浮動軸1）.計算疲勞強度低速浮動軸的等效力矩：MI=Ψ1?Mel?i=N?mΨ1為等效系數(shù)，查得Ψ1=1.4由已取得浮動軸端直徑D=60mm，其扭轉應力為：N/cm2由于浮動軸載荷為循環(huán)變化，所以許用扭轉應力為：=N/cm2材料選用45號鋼，取s=30000N/cm2，b=60000N/cm2，則-1=0.22b=N/cm2；s=0.6s=N/cm2零件幾何形狀的表面狀況應力集中系數(shù)為安全系數(shù)，查得n<[t-1k]所以疲勞強度符合要求。2）.計算靜強度強度扭矩的計算：=Ψ2?Mel?i=N?mΨ2為動力系數(shù)，查得Ψ2=2.5扭轉應力：==3800N/cm2許用扭轉剪應力：N/cm2<[]II,因此強度驗算合格。高速軸所受扭矩強度足夠，故高速軸驗算省去。2.2.14選擇緩沖器1.碰撞時天車的動能W動=G—帶載天車的重量G=168000+100000×0.1=NV0—碰撞時的瞬時速度，V0=g—重力加速度取10m/s2W動==Nm2.緩沖行程內運行阻力和制動力消耗的功W阻=（P摩+P制）S式中P摩為運行阻力，其最小值為=Gf0min=Nf0min—最小摩擦阻力系數(shù)取f0min=0.008P制—按最大制動減速度計算P制==N=0.55m/s2緩沖行程取S=140mm因此W阻=Nm3.緩沖器的緩沖容量一個緩沖器要吸收的能量為：=Nmn為緩沖器的個數(shù)取n=1選擇彈簧緩沖器彈簧3端梁的設計3.1端梁的尺寸3.1.1端梁截面尺寸的確定端梁截面尺寸：頭部下蓋板2=12mm上蓋板1=10mm,中部下蓋板1=10mm車輪組尺寸的確定，首先要將支撐車輪的截面配置好，這樣我們知道了兩蓋板的寬度，端梁的高度之后，就可以確定端梁中間部分的截面尺寸。軌道邊與端梁中部下蓋板的距離為，兩下蓋板內邊與車輪兩側面距離為10mm，上蓋板的底面與車輪的輪緣距之間距離為25mm，所以車輪與端梁之間不容易發(fā)生碰撞。。如圖3.1所示圖3.1端梁截面尺寸圖3.1.2端梁總體尺寸大車輪距的確定：K=（～）L=（～）×取㎜端梁的高度H0=（0.4～0.6）H主取H0=500㎜端梁的總長度3.2端梁的計算1.確定計算載荷設主梁對端梁的作用力相等，則端梁的最大支反力：RA=式中K為大車輪距，為小車輪距，=200cma2為傳動端車輪軸線到主梁中心線的距離，取=所以RA==2.端梁的水平最大彎矩1）.端梁產(chǎn)生的最大水平彎矩：=Sa1式中：S為車輪側向載荷，S=P；為側壓系數(shù)，查得，=0.08；P為車輪輪壓，即端梁的支反力P=RA因此：=RAa1=·cm3.端梁的垂直最大彎矩端梁在主梁支反力作用下產(chǎn)生的最大彎矩為：=RAa1=a1為導電端車輪軸線到主梁中心線的距離，4.端梁的強度驗算端梁中間截面對垂直重心線Y-Y的截面模數(shù)：==1154.4端梁中間截面對水平重心線X-X的截面模數(shù)：==端梁中間截面對水平重心線X-X的慣性矩：=2380.8=端梁中間截面對水平重心線X-X的半面積矩：==端梁中間截面的最大彎曲應力：==N/cm2端梁中間截面的剪應力：==N/cm2端梁支承截面對截面模數(shù)，面積矩和水平重心線X-X的慣性矩的計算如下：先求水平重心線的位置線的距離：C1==cm水平重心線距腹板中線的距離：C2==cm水平重心線到下蓋板中線的距離：C3==8.06cm端梁支承截面對水平重心線X-X的慣性矩：=××13+×1×5.742+××12.73×××1.112+×1.23+×1.2×8.062=cm4端梁支承截面對水平重心線X-X的最小截面模數(shù)：=×=3297×=cm3端梁支承截面水平重心線X-X下部半面積矩：=×+×0.6×/2=cm3端梁支承截面附近的彎矩：=117699×14=N/cm2端梁支承截面的彎曲應力：=/cm2端梁支承截面的剪應力：=N/cm2端梁支承截面的合成應力：=N/cm2端梁材料的許用應力：[d]=2\*ROMANII=(0.80～0.85)[]=2\*ROMANII=N/cm2[d]=2\*ROMANII=(0.80～0.85)[]=2\*ROMANII==N/cm2驗算結果，所有計算應力均小于材料的許用應力，因此端梁的強度合格。3.3計算主要焊縫3.3.1端梁端部上翼緣焊縫端梁支承截面上蓋板對水平重心線X-X的截面積矩：=cm3端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應力：=4878.8N/cm2n1為上蓋板翼緣焊縫數(shù)；hf為焊肉的高度，取hf=0.6cm3.3.2驗算下蓋板翼緣焊縫的剪應力端梁支承截面下蓋板對水平重心線X-X的面積矩：=cm3端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應力：=N/cm2查得[]=9500N/cm2，則焊縫計算應力合格。4端梁接頭的設計4.1確定及計算端梁接頭根據(jù)端梁輪距K的數(shù)值，在端梁的中部放置端梁的安裝接頭。將角鋼做的連接法蘭焊在端梁接頭上蓋板與腹板之間，用連接板和螺栓將下蓋板的接頭連接起來。由于上蓋板被頂部角鋼頂緊，因此頂部角鋼連接的螺栓不受外力。同時要將連接板和下蓋板一同鉆孔。采用M18的螺栓連接下蓋板和連接板，采用M16的螺栓連接角鋼與上蓋板和腹板。接頭的安裝圖如4.1所示圖4.1下蓋板與連接板的連接圖圖4.1連接板和角鋼連接圖4.1.1計算腹板和下蓋板螺栓受力1.腹板最下一排螺栓受力最大，每個螺栓所受的拉力為：N拉===2.下腹板每個螺栓所受的剪力相等，其值為：N剪===n0為下蓋板一端總受剪面數(shù)；n為一側腹板受拉螺栓總數(shù)；N剪為下蓋板一個螺栓受剪面所受的剪力：d1為腹板上連接螺栓的直徑H為梁高；H=500mmM為連接處的垂直彎矩；d0為下腹板連接螺栓的直徑；d0=16mm其余的尺寸如圖4.2所示圖4.2其余的尺寸圖4.1.2計算腹板角鋼和上蓋板的連接焊縫受力1.上蓋板角鋼連接焊縫受剪，其值為：Q===172500N2.腹板角鋼的連接焊縫同時受彎和受拉，其值分別為：N腹===M腹===4.2螺栓和焊縫的強度的計算4.2.1校核螺栓的強度1.螺栓許用抗剪承載力計算：[N剪]===103007.7N2.螺栓許用抗拉承載力計算：[N拉]===查得[]=[]=N/cm2由于,N剪<[N剪]，所以螺栓符合強度要求。4.2.2校核焊縫強度1.計算腹板由彎矩M產(chǎn)生的焊縫最大剪應力：M===15458.7N/cm2I≈=395.4（焊縫的慣性矩）其余尺寸見圖4.3圖4.3其余尺寸圖2.計算由剪力產(chǎn)生的焊縫剪應力：Q===4427.7N/cm2查得[]為17000N/cm2折算剪應力：===N/cm2<[]=N/cm2h為焊縫的計算厚度，取h=6mm3.對上角鋼的焊縫===N/cm2<[]，滿足強度要求。5無線遙控技術5.1無線遙控技術概述無線電遙控技術是在無線電發(fā)明后發(fā)展起來的一門技術。它是按照操作員的要求通過無線電對遠距離目標進行精確的非接觸遙遠控制。在國防，農業(yè)，科研領域得到廣泛的應用。特點是靈活性高，安裝成本低。如今,大部分機械設備可以實現(xiàn)遙控，本次設計是對天車進行的遙控改造。5.2工業(yè)遙控器工業(yè)遙控器是可以對機械設備進行遠距離控制，并通過無線電來傳輸?shù)囊环N裝置，是控制工程設備和工程機械的無線遙控設備。工業(yè)遙控器要求準確度高，抗干擾性強，耐高溫，遙控距離等特點，這些都是工業(yè)遙控器比民用遙控器強的原因。工業(yè)遙控器主要用于機械制造，化工，工業(yè)建筑，采礦，造紙等工業(yè)領域。5.3工業(yè)遙控器分類無線遙控系統(tǒng)的種類和分類方法主要有以下幾種方法：1.按信號的編碼方式分：脈沖編碼和頻率編碼；2.按傳遞的方式分：雷達，超聲波，紅外線；3.按功能傳輸方式分：軟件升級型，固定型；4.按傳輸通道數(shù)分為：多通道和單通道遙控；5.4無線電遙控的工作原理發(fā)射和接收器構成了遙控系統(tǒng)。發(fā)射器主要由發(fā)射，驅動，編碼，調制電路組成。指令編碼信號由指令編碼電路產(chǎn)生，載體通過編碼指令信號被調制，之后通過驅動電路將放大功率，再向外發(fā)射指令編碼信號通過發(fā)射電路。如圖5.1所示圖5.1發(fā)射器電路原理方框圖接收器主要由譯碼驅動電路，解碼器，解調器，接口，接收電路組成。已調制的編碼指令信號通過發(fā)射器發(fā)射，接收電路接收下來，將信號放大后送給解調電路。調制定編碼通過解調器電路解調下來，也就是還原為編碼信號。編碼指令信號通過指令譯碼器進行譯碼，最后通過驅動電路來驅動執(zhí)行電路實現(xiàn)接收。如圖5.2所示圖5.2接收器電路原理方框圖5.5德國FST系列無線遙控器5.5.1FST系列無線遙控器簡介目前國內外有大量的遙控器生產(chǎn)商。描述了德國HBC公司的FST系列無線電遙控器的主要特點，該公司專門生產(chǎn)用于無線電遙控技術的遙控器以及橋式起重機的應用。HBC公司的遠程控制系統(tǒng)是一個完全亞微米功率（≤10mW）高頻無線收發(fā)設備。該公司的遠程控制系統(tǒng)采用先進的實時控制方式（遠程控制系統(tǒng)可分為實時控制和實時控制2），高集成電路和數(shù)字技術，以及優(yōu)越的軟件功能，其安全性和技術性處于領先地位。目前，德國HBC公司生產(chǎn)的FST系列工業(yè)無線遙控系統(tǒng)的地址代碼已增加到24個。每個系統(tǒng)都有其獨特的地址嗎？FST系列工業(yè)無線遙控器按控制方式可分為按鈕式，搖臂式和固定式三種;根據(jù)輸出，可分為數(shù)字輸出和模擬輸出。該產(chǎn)品的核心是一個高頻模塊和一個雙CPU檢測電路。雙CPU實時控制系統(tǒng)每秒可完成128次指令發(fā)送/接收操作20次。雙CPU提供雙解碼冗余和分集技術，使系統(tǒng)在異常工作條件下自動關閉，防止錯誤信號向接收繼電器或通信接口發(fā)送錯誤指示。接收機系統(tǒng)中有四個主管。其中兩個用于校正接收到的信號和記錄的數(shù)字信號，另外兩個用于對CPU進行自檢，從故障查找到保護電路啟動，停止所有操作僅用0.55秒，而接收器系統(tǒng)使用窄FM允許通過所需的頻率HBC已經(jīng)開發(fā)出一種在此階段使用DECT技術的產(chǎn)品。在相同的頻率中斷下，遠程控制系統(tǒng)將自動發(fā)現(xiàn)不間斷的頻點，確保系統(tǒng)的高可靠性。5.5.2FST系列無線遙控器的控制模式工業(yè)無線遙控系統(tǒng)的基本控制模式是一對一模式，即一個發(fā)射機對應一個接收機。根據(jù)不同的應用場合，也可能有一對多和多對一的控制模式。多對一的控制模式意味著多個發(fā)射機對應一個接收機，即多個發(fā)射機控制一個起重機在一個分時控制方式。一對多控制方式是指一臺變送器對應多個接收器，即一臺變送器同時控制多臺起重機。這兩種控制方式在不同的場合有不同的用途。5.5.3FST系列遙控器的選型FST系列無線遙控器有多種類型。除了控制模式和輸出模式之間的差異外，遙控器本身的控制點數(shù)量也是一個重要因素。控制點的正確選擇可以有效降低系統(tǒng)成本。一般情況下，發(fā)射機上的按鍵占用一個控制點;控制的情況下，控制點的數(shù)量是一個用于原始控制位它是數(shù)字加上控制點;開關和鑰匙開關不占用控制點。根據(jù)上述基本原理，發(fā)射機和接收機的具體型號可以參考遠程操作起重機的實際操作要求來確定。在本文中，我們將選擇HBCFST722M3Spectrum1雙鎖柜遙控系統(tǒng)，而不會改變操作習慣和操作員的靈活性。頻譜1的技術參數(shù)：2個最高可達六檔位的搖桿；搖桿可以用三軸搖桿代替;各種單個文件重置按鈕；各種撥動開關或旋轉鎖開關;緊急停止開關;智能鑰匙;應用MRC功能;可充電鎳氫電池，無記憶效應；連續(xù)工作時間約為20小時；硬塑料外殼，IP65防護等級;可增加：AFS功能，一對多功能，多對一功能，紅外啟動功能，防爆功能（ExZone2），LED反饋功能;可選接收器：FSE508（僅用于MRC功能），F(xiàn)SE512，F(xiàn)SE516，F(xiàn)SE524，F(xiàn)SE727，F(xiàn)SE736，F(xiàn)SE770；6天車的遙控改造6.1天車運動形式及主要結構主副鉤，大小車這幾部分構成了天車的橋架。起升機構是由兩個主副鉤構成。大車的運動路線是在車間左右兩側柱子上，大車在軌道上可以實現(xiàn)上下移動;小車的運動軌道建在大車上，則小車可以橫向運動;兩個鉤子裝在小車上，重物可以用大鉤來提升，輕物可以通過小鉤來提升，兩個鉤子不能同時提升兩個物體。每個鉤子獨立工作時提升重量不能超過額定重量;當主、副鉤一起運作時，物件重量要小于主鉤額定起重量。這樣一來，天車可以在大車能夠行走的整個車間范圍內進行起重運輸。6.2橋式起重機的基本參數(shù)天車基本參數(shù)如下表6.1所示表6.1各執(zhí)行機構電機參數(shù)表電機型號電機功率主起升機構YZI2315S-1045KW副起升機構YZR225M-822KW小車行走機構YZR160L-67.5KW大車行走機構YZR200L-82*7.5KW6.3遙控改造整體思想發(fā)射和接收器的型號選好了以后，我們就要對中間接口電路進行設計，遙控系統(tǒng)和天車一同構成中間接口電路，中間接口電路作用是把接收器傳輸?shù)男盘柦?jīng)過信號放大，新的信號被組合模擬后傳輸給天車的控制電路和主電路，駕駛室中的操作電路和遙控電路之間產(chǎn)生必要的聯(lián)鎖。天車改造時容易出現(xiàn)設備故障，所以應該保留之前駕駛室的操作功能，所以設計兩種可以隨時轉換的電路，中間接口電路可以將天車電路和遙控電路相結合，為了將駕駛室和遙控操作進行互鎖，可以控制轉換電路。天車的供電控制保護電路的功能大致相同，在對天車改造之后盡可能的令它們滿足一定條件的情況下，為了實現(xiàn)自保通電，經(jīng)過天車的主接觸器按下啟動按鍵，按下急?；蛘咄Ｖ拱存I來將主接觸器斷電。對遙控電路的設計時，在遙控器上的啟動和停止按鍵滿足的條件不發(fā)生改變，在設計時必須滿足之前駕駛室的啟動和停止互鎖這一條件來進行接口電路設計，在對凸輪和主令控制器進行改造的時候應該還要滿足一個聯(lián)鎖的條件，在遠端遙控時，駕駛室的控制機構要歸零，否則主接觸器會斷電；室控過程中，遙控器的每個按鍵必須始終處于歸零狀態(tài)，否則主接觸器會斷電。整體的改造系統(tǒng)框圖如圖6.1所示：圖6.1天車控制系統(tǒng)圖此次我們對天車進行改造。主要是對發(fā)射，接收器系統(tǒng)和中間繼電器進行改造。發(fā)射器和接收器我們不能改造，是由廠商提供，我們需要改造的就是中間繼電器柜控制部分；它主要有供電電源及保護控制部分、主鉤電機控制回路部分、大車電機和小車電機控制回路部分，副鉤電機控制回路部分，電鈴與照明部分。控制原理為:通過遙控系統(tǒng)發(fā)射器的搖桿對控制器的控制信號在駕駛室中進行模擬，再放大遙控接收系統(tǒng)內部繼電器的輸出信號，模擬中間繼電柜在駕駛室中的工作情況，中間繼電器的觸點通過遙控改造并聯(lián)或串聯(lián)到原天車的控制線路中，其中兩個吊鉤、兩個車都采用三擋平衡切換電阻的控制線路。6.4遙控改造的中間接口電路的設計6.4.1遙控的發(fā)射系統(tǒng)本文選用的遙控器系統(tǒng)為雙搖桿式遙控系統(tǒng)，型號為，系是二十四點控制點輸出，方向搖桿最多四擋。遙控器的發(fā)射系統(tǒng)面板各部件功能及操作示意圖如圖6.2所示：圖6.2發(fā)射系統(tǒng)面板操作示意圖6.4.2遙控器接收系統(tǒng)的輸出圖根據(jù)遙控器接收系統(tǒng)的輸出圖可以看出我們一共用了21個控制點小于24遙控器是滿足我們的要求的，這21個控制點分別為急停按鍵一個、啟動按鍵一個、電鈴按鍵一個、照明按鍵一個、欠壓脫扣按鍵一個這里一共5個按鍵占5個控制點，還有大小車、主副鉤正反對稱的按鍵各4個他們一共16個按鍵占16個控制點。輸出接線方式根據(jù)起重機的實際構造接線，系統(tǒng)使用時還必須可靠的接地，其它的一些要求如圖6.3所示：圖6.3接收系統(tǒng)輸出圖6.4.3遙控和室控的轉換電路的設計要確保遠端操作人員操作中與天車駕駛室操作相同的情況下，設置遙控和室控的轉換功能，使他們二者進行互鎖,這樣即使在無線遙控出現(xiàn)故障時,也可通過開關切換天車室控操作方式進行室控操作。在改造電路中我們將遙控繼電器的常開觸點串在電路中，用其來控制對遙控接收器、PLC和放大電路繼電器的供電。如此天車控制系統(tǒng)的工作線路和特性沒有被改變，又保證了兩種操作方式下，室控和遙控精確性和安全性。S1Y為轉換開關，K1Y、K2Y為上海施耐德的CA2-DN22型的繼電器。改造的具體接線方式如圖6.4所示：圖6.4遙控和室控的轉換電路圖6.4.4保護回路的遙控改造保護回路主要有必要的零位、短路、過載和終端保護等他們一般都在各自的控制回路中。在每個控制電路中，均用熔斷器FR作為短路保護，各臺電動機還有總電源都采用過電流繼電器1GL~10GL實現(xiàn)過載和過流保護。單獨的保護回路一共有兩條；第一條是檢測電壓的電壓欠壓脫扣繼電器，遙控的欠壓脫扣常閉觸點(K5M)必須和原電路的欠壓脫扣常閉觸點(JA)串的一起后在接于原電路中如圖7-5所示，第二條主要是要考慮到維修人員的安全情況，要在駕駛室艙門蓋上安裝的安全開關；在橫梁兩側欄桿門上分別裝有安全開關2MK,3MK這3個限位開關；為了避免發(fā)生緊急情況，避免事故的發(fā)生，必須裝有一只單刀單擲緊急開關QA。以及遙控和室控的轉換開關，遙控系統(tǒng)的急停開關，在電路中上述各開關除了3個限位開關采用常閉觸頭外其它均使用常開觸頭，遙控系統(tǒng)的啟動與緊急急停開關串聯(lián)，室控的啟動與緊急急停開關并聯(lián)，再和三個門限位開關的常閉觸頭串聯(lián)，因此，當駕駛室大門或橫梁欄桿門打開時，主接觸器2ZK線圈不通電，或者在運行過程中也會斷電釋放，這樣天車的所有電機都不能啟動也不能運轉，另一方面加強了遙控操作與室控操作的獨立性與安全性，即當處于室控操作時，遙控操作的按鍵是完全失靈；反之當處于遙控操作時室控的按鍵同樣是失靈的，這樣保證了操作人身的安全。保護回路的具體改造線路圖如圖6.5所示：圖6.5雙重控制保護回路遙控改造線路圖6.4.5行走機構的遙控改造根據(jù)前面的整體改造思想在必要的互鎖和聯(lián)鎖之后，改造后的兩種操作方式對各個機構（大車、小車、主鉤、副鉤）的控制就是兩種操作方式控制信號的并聯(lián)或者串聯(lián)處理，對于運行機構的（大車和小車）正反相時因其負載不變所以原車控制器的主令閉合表是對稱的，而FST系列遙控器的主令閉合表也是對稱的，這樣遙控控制信號通過中間接口電路放大后直接和原電路并接即可。ZC3，F(xiàn)C3分別是大車電機的正反轉繼電器FJC3，F(xiàn)JC41,JSC42分別為短接轉子側一、二、三級電阻的繼電器當其閉合之后切掉轉子側的外接電阻來達到調速的目的，YB5、YB6為斷電式電磁抱閘當出現(xiàn)緊急情況時能使電機迅速停車從而保證人身安全。大車電路原理圖如圖6.6所示圖6.6大車電路原理圖對于行走機構（大車和小車）接口電路的設計；大車相對于小車而言只是多了一個電機，兩個電機的控制原理、方法、基本上都是一樣的，這里我們以大車為例來說明一下其具體改造的步驟方法。對于行走機構（大車和小車）正反相時其原車控制器的主令閉合表是對稱的，為3檔5位。而FST系列起升機構搖桿式主令遙控器閉合表正反相也是對稱的，且僅為3擋4位，只是比原車控制少了一個零位，這里我們只需重點改造一下零位，其他4位可將遙控器的放大輸出直接并聯(lián)在原線路中即可。零位改造時需要將遙控器的正反向1、2、3擋串在一起（即遙控的零位）再串于原車控制器的零位線路中，這里還必須加入駕操繼電器的常開觸點來達到駕操和遙控的聯(lián)鎖與互鎖功能，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。遙控器的輸出放大電路如圖6.7所示，用放大電路的繼電器去改造大車的凸輪控制電路的詳圖如圖6.8所示.在本文的改造中因為我們用了PLC所以一部分繼電器的邏輯功能是在PLC內部用程序來完成的，這樣相對于原來全用傳統(tǒng)的繼電器控制線路來說；不僅提高了系統(tǒng)運行的效率降低了故障率，而且還大大的降低了系統(tǒng)的成本節(jié)約了資源與資金。圖6.7大車遙控輸出放大電路圖圖6.8大車控制回路遙控電路改造詳圖6.4.6升降機構的遙控改造對于升降機構（主鉤和副鉤）正反相時其原車控制器的主令閉合表上升下降線路是不對稱的，主令控制器閉合關系較復雜為3擋11位，通常采用二級反接控制或單相制動控制方式，主鉤的電路原理圖如圖6.9所示。而FST系列起升機構搖桿式主令遙控器閉合表正反相是對稱的，閉合邏輯關系簡單，僅為3擋4位，所以遙控控制信號必須通過中間接口電路進行邏輯組合模擬出等效的信號后再經(jīng)放大處理后才能并聯(lián)或串聯(lián)在原電路中。邏輯組合的具體方式如圖6.10所示，K1Z~K10Z都為上海施耐德CA2-DN22型繼電器。因為加入了PLC所以邏輯組合模擬出等效的信號我們用PLC中的程序去實現(xiàn)。改造的具體步驟是，這里我們以對主鉤的遙控改造為例進行詳細的說明（對副鉤的遙控改造與主鉤的改造方法完全一樣）。首先利用傳統(tǒng)的繼電器控制方法，將遙控器接收輸出繼電器K1一K4進行不同的邏輯組合，得到K1Z一K10Z中間繼電器的輸出，讓他們分別對應原橋式天車的主令（凸輪）控制器的閉合表各對觸頭的閉合關系，使遙控器的4位操作指令完全等效駕駛室控制柜的11位主令（凸輪）控制器。再利用K1Z一K10Z中間繼電器的輔助觸頭代替主令（凸輪）控制器閉合觸點。這樣我們就實現(xiàn)了用遙控器4位操作指令對原駕駛室控制柜的11位主令（凸輪）控制器的改造。改造后的整體詳圖如圖6.11所示：圖6.9主鉤電路原理圖圖6.10邏輯組合模擬的等效信號原理圖圖6.11主鉤控制回路遙控電路改造詳圖6.4.7遙控器的輸出及PLC的外圍電路改造后我們將遙控器的輸出直接可以作為PLC的輸入，輸入的電源采用內部24V電源供電，因為西門子S7-200CPU226CN有24個輸入滿足要求但只有16個輸出而我們需要35個輸出，所以必須加三個數(shù)字輸出（EM222）的擴展模塊.詳細的接線圖如圖6.12所示：圖6.12PLC的外圍電路輸入/輸出端子分配表：1.輸入端子分配表：系統(tǒng)有21個輸人點分別是:遙控啟動、急停、照明、欠壓脫扣和電鈴輸人點5個，主副鉤、大小車調速輸入點各4個點。PLC輸人端子分配見表6.2所示：表6.2PLC輸人端子分配表功能定義輸入地址遙控啟動I0.0遙控電鈴I0.1遙控急停I0.2遙控照明I0.3欠壓脫扣I0.4主鉤上升一速I0.5主鉤下降一速I0.6主鉤二速I0.7主鉤三速I1.0副鉤上升一速I1.1副鉤下降一速I1.2副鉤二速I1.3副鉤三速I1.4小車前行一速I1.5小車后行一速I1.6小車二速I1.7小車三速I2.0大車左行一速I2.1大車右行一速I2.2大車二速I2.3大車三速I2.4輸出端子分配表：系統(tǒng)有35個輸出點分別是:遙控啟動