机械原理课程设计说明书散货自翻车.docx
《机械原理课程设计说明书散货自翻车.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理课程设计说明书散货自翻车.docx（61页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
机械原理课程设计说明书散货自翻车
机械原理课程设计说明书
----散货自翻车
设计者：
学号：
指导老师：
2011年12月2日
1设计题目……………………………………………………2
1.1设计题目简介…………………………………………2
1.2有关数据………………………………………………2
1.3设计要求………………………………………………2
1.4设计任务………………………………………………2
2背景资料……………………………………………………3
3solidworks建模（车体结构）……………………………8
4执行机构的设计……………………………………………9
4.1倾斜结构设计方案及选择……………………………9
4.2ADMAS简化动态仿真…………………………………10
5倾翻机构设计………………………………………………11
5.1倾翻机构设计方案及选择……………………………11
5.2ADMAS简化动态仿真…………………………………12
6、三维造型和运动仿真分析集成…………………………12
7、运动学分析与设计………………………………………16
8、动态静力分析……………………………………………18
1设计题目：
铁路散货自翻车机构综合
1.1设计题目简介
是运输矿石、煤碳、钢渣、建筑材料等比重较大的散粒货物的一种特殊车辆。
该车具有可倾翻的车箱及下开的侧门，采用滚动轴承或滑动轴承。
在车的两侧设有倾翻风缸，当车箱倾翻至45°时，侧门与地板构成一延续面，将货物卸至远离线路一侧。
该车具有倾翻平稳、卸货迅速、操作简便、运输效率高、使用安全可靠的特点.试设计其自翻，自动开、关门机构。
1.2有关数据
载重
60t
自重
33.2t
容积
27m3
商业运营速度
80Km/h
通过最小曲线半径
80m
车辆长度
13234mm
车辆换长
1.2
傾翻缸工作压力
5kg/cm2
傾翻缸数
4
1.3设计要求
自翻车工作状态及原始参数如图所示，设计要求如下：
1.车厢向一侧翻至给定角度时，该侧厢门联动打开成为车厢底面的平行延伸面。
2.车厢向一侧翻时，另一侧厢门不得向内挤压。
3.车厢未倾翻时及恢复水平状态时，两侧厢门联动关闭，厢门不得在散货压迫下自行开启。
4.驱动和传动系统在车厢下面，不超过车厢侧面。
5.采用液压驱动，平面连杆机构传动（不使用高副机构），各传动角不得小于30°。
6.不得发生杆件干涉现象。
不得涉及高副机构，受力合理。
1.4设计任务
1、总体方案设计，将能够实现的方案尽可能列出来，并进行方案比选
2、结合设计要求，比较各方案的优缺点，选定合理的机械运动方案；
3、按给定的传动要求和执行机构运动参数，拟定机械传动方案；
4、画出机械运动方案简图；
5. 用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。
6. 图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。
2背景资料
在货物运输中，有大量的散货（如煤、沙等）是由汽车、火车等运输工具运送，在卸载时，不需要担心货物的破损，但是，却需要大量的人力，而且，由于作业现场会出现大量的粉尘，工人的工作条件极其恶劣。
另据铁道部相关人士透露：
2007年，全国铁路完成煤炭运输15.4亿吨，占总发送量的49.3%。
随着我国基础建设日益发达，对于煤炭需求量也会日益增加。
这不仅要求煤炭资源的开采效率要高，更重要的是要求煤炭运输的效率要高。
煤炭的卸货是关系到煤炭铁路运输效率的一个非常关键的因素。
目前，我国散装货物运输，主要靠通用敞车来完成。
卸车作业在一些大型厂、矿和港口采用翻车机、链斗卸车机具等进行卸货。
但很大一部分中小型厂、矿、站场的卸车作业，还没有比较合适的机械，同时翻车机设备庞大复杂、有一定局限性，且对车辆的损坏严重，链斗卸车机效率低，不能满足成列车卸货的要求。
由此，设计一种高效率的散货卸车车厢十分有必要。
表1：
国内外自翻车生产情况统计表
车型
载重/t
自重/t
容积/m3
制造年份
制造厂
生产情况
KF-60
60
33.5
27
1963
中国哈厂
大批量
KF-100
100
49
44
1967
中国哈厂
批量
KF-70
70
34
29
1972
中国哈厂
一辆
KF-65
65
33
29
1978
中国哈厂
一辆
2BC-95
95
53.6
44.5
前苏联
BC-100
100
49.5
44.6
前苏联
2BC-105
105
48.5
48.5
1972
前苏联
Southerpacific
90
30
38
美国
DIFCO’S
100
46
美国
105
49
捷克
101
48
48
德国
181
59
96
德国
市场上常见的散货自翻车车类型：
常见的自翻车有中国北车集团太原机车车辆厂设计、生产的KF60AK型自翻车；北车集团哈尔滨车辆厂设计、生产的KF-100型液压自翻车、KF-100A型气压自翻车；南车集团株洲车辆厂设计、生产的KF-60型自翻车、KF60A（N）型自翻车。
自翻车所实现的功能及其技术要求：
KF60AK型自翻车是卸车设备与车辆结构结合在一起的专用车辆，适用于标准轨距铁路上运输矿石、剥离岩石、砂砾、煤块、建筑材料等散粒货物。
KF-100型液压自翻车、KF-100A型气压自翻车，适用于矿山、工厂及大型施工工地，用于矿石、岩石、煤及其块粒状货物的运输。
该车具有可倾翻的车箱，装有电控液压倾翻系统，或压缩空气倾翻系统，可使车箱向左右任一侧倾斜，此时该侧的侧门能自动向下开起，当车箱倾翻至26°时，侧门与车箱地板构成一延续面，将货物卸至线路的外侧。
该车由车箱、底架、转向架、制动装置、连结缓冲装置、液压装置或气压装置、电气装置和倾翻机构等部件组成。
其主要承载构件采用低合金钢制造，采用滚动轴承或滑动轴承该车具有以下特点：
倾斜平稳，卸货迅速。
操作简便，运输效率高，使用安全可靠。
KF-60、KF60A（N）型自翻车适用于备有机械化装车设备的工厂、矿山等部门，用来运输矿石、煤块、建筑材料等散粒货物。
全车由车体、底架、倾翻装置、制动装置、车钩缓冲装置、转向架等组成，车体为全钢铆焊结构，其中KF60A（N）车体为耐侯钢结构。
采用13号上作用车钩、ST型缓冲器和2E轴的焊接构架或铸钢转向架。
其特点是装有可倾翻车箱及下开式侧门，车箱在倾翻风缸作用下，可向任一侧倾翻45°，同时随之打开并作为地板面的延续面，将货物卸至远离轨道的一侧。
自翻车实例及其相关参数：
a）KF60AK型自翻车
性能参数：
载重（t） 60
自重（t） 约33.8
容积（m3） 29
商业运营速度（km/h） 120
通过最小曲线半径（m） 145
轨距（mm） 1435
车辆长度（mm） 13652
车箱倾翻角度 45°
倾翻缸工作压力（MPa） 0.49
转向架 K6型转向架
制动装置 120型
车钩缓冲装置 C级钢13A型上作用车钩／MT-2型缓冲器
限界 符合GB146.1-83《标准轨距铁路机车车辆限界》
b）KF5-100自翻车
性能参数：
载重t 100
自重t 49.7
构造速度km/h 100
容积m3 44
通过最小曲线半径m 80
车厢内长m
上部13,958
下部 13,730
车箱内高mm 1,144
车箱内宽mm
上部 2,930
下部 2,770
车箱倾翻最大角度 45°
车辆长度mm 15,446
c）KF-60、KF60A（N）型自翻车
性能参数：
自重/t34
载重/t60
容积/m327
轴重/t25t
构造速度/km•h-180
通过最小曲线半径/m80
车体内长×内宽/mm11.23×2.82
车体倾翻角度/°45
车体侧门全开角度/°45
倾翻缸工作压力/Mpa0.49
根据铁路运输的实际情况，初步调研确定如下准则：
车厢应该能向两侧自动倾翻，为了保证散货能准确运动到目的地，车厢向一侧倾翻时，该侧的车厢门应该自动打开作为车厢底的延展面。
而在运输过程中为了保障散货不遗漏，两侧车厢门在未倾翻时应该严密闭合。
车厢倾翻的动力采用液压传动。
此设计称为自翻车，自翻车设计成功可极大节省人力，减轻劳动强度，提高铁路运输的效率。
1）车箱最大高度
车箱最大高度的选取主要应根据车辆通过平洞溜井时给矿口的位置以及司机瞭望方便等因素来定,一般应小或等于2900mm。
2）车箱最大倾翻角
所谓车箱倾翻角,是指车箱倾翻时,车箱地板面与水平面的夹角
（图1）。
取值主要依据粒状货物的动安息角来定,因为卸货过程系重力克服粒间的磨擦力而滑移的运动过程,因此α选值应按动安息角考虑,并参照国内外部分自翻车的最大倾角（见表2），取
=45°～50°。
图1：
车辆最大倾翻角
与最小卸货距离
示意图
表2：
国内外部分自翻车最大倾翻角
、最小卸货距离
、倾翻缸底部距轨面最小距离
车型
制造年份
制造厂
KF-60
1963
中国哈厂
KF-65
1978
中国哈厂
KF-70
1972
中国哈厂
KF-100
1967
中国哈厂
2BC-105
1972
前苏联
BC-85
1972
前苏联
3BC-50
1955
前苏联
DIFCO
1974
美国
3）最小卸货距离
（图2）的选取应根据道床结构,使其卸出的散粒货物卸到道床边缘外侧。
根据以往设计经验并参照国内外部分自翻车最小卸货距离（见表2）,
n大于或等于2300mm为宜。
4）倾翻缸底部距轨面最小距离
（图2）值的选取应根据矿山移动线路等
级、钢轨型号、轨枕间距、车辆底梁下挠、
弹簧压缩、轮缘磨耗、脱轨后缸底与轨面应
有一定间隙等因素,并参照国内外部分自翻图2：
倾翻缸底部距轨面最小距离
车倾翻缸底部距轨面最小距离（见表2）,
选取300mm～360mm为宜。
倾翻机构设计参考：
1）对倾翻机构的要求
自翻车在倾翻卸货过程中,车箱侧门的开闭,要有一套控制机构,这个机构就是一般所说的倾翻机构。
倾翻机构的设计应满足以下要求:
（1）正位时,两侧门自锁；
（2）倾翻时,非倾翻侧的侧门自锁,倾翻侧的侧门开启速度应满足倾翻稳定的要求；（3）复位时,非倾翻侧的侧门自锁,倾翻侧的侧门应自然复位；（4）具有提前开门和提前卸货功能；（5）安全可靠。
2）倾翻机构发展趋势
国内外自翻车倾翻机构发展趋势大致可分为以下几个阶段:
20年代到50年代,采用端部控制机构（图3）和大折页机构（图4）。
图3 端部控制机构示意图图4大折页机构示意图
1.支撑杆一2.支撑杆二3.杠杆。
1.折页2.抑制肘3.抑制肘弹簧4.环头丝杆
60年代以后,采用端部控制机构和四连杆机构（图5）。
图5 四连杆机构示意图
1.吊板2.长支承杆3.短支承杆
从以上几种情况看,对载重和容积均较小的自翻车倾翻机构选用图5形式,对于大吨位自翻车选用图３、图５形式较好。
3solidworks建模（车体结构）
根据题目要求，散货自翻车能进行两侧倾翻，我在此申明，为了设计操作起来简便，我只设计出一侧的执行机构，只需加在对称侧一相同机构即可实现两侧倾翻。
此外，我未在solidworks中创建执行机构的模型，是因为将车体导入ADMAS后创建更加简便。
车轮车箱体
底座上翻板
连杆装配体（初态）
（末态）
4执行机构的设计
4.1倾斜结构设计方案及选择
方案一（如图7所示）
图7设计方案1示意
联动机构采用液压缸同时驱动厢门机构和厢盖机构。
厢门机构厢盖机构：
采用最简单的四杆机构，其结构简单紧凑，易于实现，且成本低。
联动机构：
采用液压缸直接驱动。
优点：
机构简单紧凑。
缺点：
由于厢门机构和厢盖机构开启有一定的先后的顺序，而此种方案的联动机构是采用同时驱动，
方案二（如图8所示）
图8设计方案2示意
厢门机构厢盖机构：
同方案1雷同。
联动机构：
方案2与1不同之处是没有装置联动机构，采用液压缸分别驱动厢门机构和厢盖机构，能够实现题目中所有的要求。
优点：
机构简单，控制方便。
缺点：
结构不如方案1紧凑，成本高。
最终选择方案：
根据以上各种方案的优劣点，经过从功能、复杂性、成本综合分析后，决定在采用方案1。
4.2ADAMS简化动态仿真
在ADAMS软件中新建目录，创建连杆、移动副、转动副，添加力，设置力的STEP函数等，最终进行动态仿真。
测试上翻板和下翻板的角速度
5倾翻机构设计
5.1倾翻机构设计方案及选择
方案一
优点：
机构简单紧凑，便于拆装，维护，举升平稳，且易于实现。
缺点：
举升杆承受力大。
方案二
优点：
结构简单，容易实现，通过调节角速度，能很好地控制举升过程。
缺点：
尺寸占用空间大，易与车体其他部分形成重叠。
最终选择：
通过比对方案一和二，方案一机构简单紧凑，便于拆装，维护，举升平稳，且易于实现，故最终选择方案一。
5.2ADAMS简化动态仿真
图16箱体速度加速度曲线合成图图17ADMAS中的实体模型
在ADAMS中创建连杆，车体，进行运动仿真，测出箱体速度，加速度。
6、三维造型和运动仿真分析集成
课程设计要求所有的零部件的造型都在Solidworks中完成，然后将造型好的零部件存为ADAMS能够识别的文件格式（例如parasolid格式），通过ADAMS软件模型导入的功能将其导入。
将导入的模型及装配体在ADAMS中进行相应的机构设置及仿真设置，然后对设置好的机构进行运动学及动力学求解，并分析求解结果。
下面以一个简单的实例来说明整个导入过程：
第一步：
将Solidworks中建好的模型存为.x_t格式（或其他ADAMS兼容的文件格式）。
图18零件显示界面
图19零件另存界面
第二步：
在ADAMS中导入solidworks中导出的模型，并重新创建执行机构。
图20为ADAMS的导入界面，图21为导入文件选择及导入设置界面，图22为导入后的模型在ADAMS中的显
示，图23为ADMAS中重新创建联动机构与仿真机构后的效果，图24为机构运动显示界面。
图20ADAMS导入界面
图21导入文件选择及设置界面
图22导入ADMAS效果图
图23在ADMAS中重新创建联动机构与仿真机构
图24机构运动显示界面
7、运动学分析与设计
主要分析构件的位移、速度、加速度，分别对倾斜机构，厢门机构，厢盖机构进行分析。
本项目主要以厢盖机构为例。
1）机构简图（如图25所示）
图25厢盖机构的运动简图
2）相应运动方程
以点G为坐标原点，J点坐标为（0，700）。
位移方程：
速度方程：
加速度方程：
图26及图27描述了在机构运动过程中构件位移、速度、加速度动态变化的情况。
图26构件运动参数动态变化图
（一）
图27构件运动参数动态变化图
（二）
8、动态静力分析
以散货自翻车的厢盖机构为例，进行机构的动态静力分析：
（1）杆JI受力分析：
（如图28所示）
图28杆JI受力分析
受力方程式：
（2）杆IH受力分析：
（如图29所示）
图29杆IH受力分析
受力方程式：
（3）杆GH受力分析：
（如图30所示）
图30杆GH受力分析
受力方程式：
图31反应了铰链点G受到的力（包含合力及三个分力）及力矩（包含合力矩及三个分力矩）的动态变化情况。
图31G点受力（矩）曲线图
图32反应了铰链点H受到的力（包含合力及三个分力）及力矩（包含合力矩及三个分力矩）的动态变化情况。
图32H点受力（矩）曲线图
图33反应了铰链点I受到的力（包含合力及三个分力）及力矩（包含合力矩及三个分力矩）的动态变化情况。
图33I点受力（矩）曲线图
图34反应了铰链点J受到的力（包含合力及三个分力）及力矩（包含合力矩及三个分力矩）的动态变化情况。
图34J点受力（矩）曲线图
原文已完。
下文为附加文档，如不需要，下载后可以编辑删除，谢谢！
施工组织设计
本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。
编制时，我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺，特制定本施工组织设计。
一、工程概况：
西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区，橡胶厂对面。
本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发，银川市规划建筑设计院设计。
本工程耐火等级二级，屋面防水等级三级，地震防烈度为8度，设计使用年限50年。
本工程建筑面积:
27#楼3824.75m2;30#楼3824.75m2。
室内地坪±0.00以绝对标高1110.5m为准，总长27#楼47.28m；30#楼47.28m。
总宽27#楼14.26m；30#楼14.26m。
设计室外地坪至檐口高度18.600m，呈长方形布置，东西向，三个单元。
本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。
外墙水泥砂浆抹面，外刷浅灰色墙漆。
内墙面除卫生间200×300瓷砖，高到顶外，其余均水泥砂桨罩面，刮二遍腻子；楼梯间内墙采用50厚胶粉聚苯颗粒保温。
地面除卫生间200×200防滑地砖，楼梯间50厚细石砼1：
1水泥砂浆压光外，其余均采用50厚豆石砼毛地面。
楼梯间单元门采用楼宇对讲门，卧室门、卫生间门采用木门，进户门采用保温防盗门。
本工程窗均采用塑钢单框双玻窗，开启窗均加纱扇。
本工程设计为节能型住宅，外墙均贴保温板。
本工程设计为砖混结构，共六层。
基础采用C30钢筋砼条形基础，上砌MU30毛石基础，砂浆采用M10水泥砂浆。
一、二、三、四层墙体采用M10混合砂浆砌筑MU15多孔砖；五层以上采用M7.5混合砂浆砌筑MU15多孔砖。
本工程结构中使用主要材料：
钢材：
I级钢，II级钢；砼：
基础垫层C10，基础底板、地圈梁、基础构造柱均采用C30，其余均C20。
本工程设计给水管采用PPR塑料管，热熔连接；排水管采用UPVC硬聚氯乙烯管，粘接；给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外，其余均暗设。
本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。
本工程设计照明电源采用BV－2.5铜芯线，插座电源等采用BV－4铜芯线；除客厅为吸顶灯外，其余均采用座灯。
二、施工部署及进度计划
1、工期安排
本工程合同计划开工日期：
2004年8月21日，竣工日期：
2005年7月10日，合同工期315天。
计划2004年9月15日前完成基础工程，2004年12月30日完成主体结构工程，2005年6月20日完成装修工种，安装工程穿插进行，于2005年7月1日前完成。
具体进度计划详见附图－1（施工进度计划）。
2、施工顺序
⑴基础工程
工程定位线（验线）→挖坑→钎探（验坑）→砂砾垫层的施工→基础砼垫层→刷环保沥青→基础放线（预检）→砼条形基础→刷环保沥青→毛石基础的砌筑→构造柱砼→地圈梁→地沟→回填工。
⑵结构工程
结构定位放线（预检）→构造柱钢筋绑扎、定位（隐检）→砖墙砌筑（＋50cm线找平、预检）→柱梁、顶板支模（预检）→梁板钢筋绑扎（隐检、开盘申请）→砼浇筑→下一层结构定位放线→重复上述施工工序直至顶。
⑶内装修工程
门窗框安装→室内墙面抹灰→楼地面→门窗安装、油漆→五金安装、内部清理→通水通电、竣工。
⑷外装修工程
外装修工程遵循先上后下原则，屋面工程（包括烟道、透气孔、压顶、找平层）结束后，进行大面积装饰，塑钢门窗在装修中逐步插入。
三、施工准备
1、现场道路
本工程北靠北京西路，南临规划道路，交通较为方便。
场内道路采用级配砂石铺垫，压路机压。
2、机械准备
⑴设2台搅拌机，2台水泵。
⑵现场设钢筋切断机1台，调直机1台，电焊机2台，1
台对焊机。
⑶现场设木工锯，木工刨各1台。
⑷回填期间设打夯机2台。
⑸现场设塔吊2台。
3、施工用电
施工用电已由建设单位引入现场；根据工程特点，设总配电箱1个，塔吊、搅抖站、搅拌机、切断机、调直机、对焊机、木工棚、楼层用电、生活区各配置配电箱1个；电源均采用三相五线制；各分支均采用钢管埋地；各种机械均设置接零、接地保护。
具体配电箱位置详见总施工平面图。
3、施工用水
施工用水采用深井水自来水，并砌筑一蓄水池进行蓄水。
楼层用水采用钢管焊接给水管，每层留一出水口；给水管不置蓄水池内，由潜水泵进行送水。
4、生活用水
生活用水采用自来水。
5、劳动力安排
⑴结构期间：
瓦工40人；钢筋工15人；木工15人；放线工2人；材料1人；机工4人；电工2人；水暖工2人；架子工8人；电焊工2人；壮工20人。
⑵装修期间
抹灰工60人；木工4人；油工8人；电工6人；水暖工10人。
四、主要施工方法
1、施工测量放线
⑴施工测量基本要求
A、西夏建材城生活区17#、30#住宅楼定位依据：
西夏建材城生活区工程总体规划图，北京路、规划道路永久性定位
B、根据工程特点及＜建筑工程施工测量规程＞DBI01－21－95，4、3、2条，此工程设置精度等级为二级，测角中误差±12，边长相对误差1/15000。
C、根据施工组织设计中进度控制测量工作进度，明确对工程服务，对工程进度负责的工作目的。
⑵工程定位
A、根据工程特点，平面布置和定位原则，设置一横一纵两条主控线即27#楼：
（A）轴线和
（1）轴线；30#楼：
（A）轴线和
（1）轴线。
根据主轴线设置两条次轴线即27#楼：
（H）轴线和（27）轴线；30#楼：
（H）轴线和（27）轴线。
B、主、次控轴线定位时均布置引桩，引桩采用木桩，后砌一水泥砂浆砖墩；并将轴线标注在四周永久性建筑物或构造物上，施测完成后报建设单位、监理单位确认后另以妥善保护。
C、控轴线沿结构逐层弹在墙上，用以控制楼层定位。
D、水准点：
建设单位给定准点，建筑物±0.00相当于绝对标高1110.500m。
⑶基础测量
A、在开挖前，基坑根据平面布置，轴线控制桩为基准定出基坑长、宽度，作为拉小线的依据；根据结构要求，条基外侧1100mm为砂砾垫层边，考虑放坡，撒上白灰线，进行开挖。
B、在垫层上进行基础定位放线前
升级会员 