河北工业大学2010届本科毕业设计说明书
1 绪论
1．1 概述
随着当今中国汽车产业的发展，一套快捷有效的发动机整机吊装与码盘系统对于汽车发动机制造企业来说变得越来越重要。基于现代生产的需要如何设计出一套行之有效的吊装码盘系统是我们这次毕业设计的主要目的。一套好的设计方案不仅可以在充分保证客户用途的情况下，使整机的性能有很大的改善，而且节省钢材及加工成本，大大减少工人的劳动强度，提高企业的生产效率，还能促进企业整个物流管理系统的优化。这对于企业应对日益激烈的国际市场竞争有着积极而深远的影响。
1．2 本课题国内研究现状和发展趋势
就目前国内的研究现状来看，大部分生产企业的吊装与码盘作业还停留在粗放的范畴内，缺少系统的组织管理与实施规范。极易造成生产调度的杂乱无章及产品过剩堆积。由于人为参与因素比较多所以自动化水平相对较低，容易出现一些人为失误，且工人劳动量比较大，生产效率低，不能与现代化高速高效的生产流程进行匹配衔接，限制了生产自动化进程的推广与实施。
就目前情况来看，该类系统应当向着高效、高速、高安全系数方向发展，逐步提升系统的自动化水平、优化系统结构、提高使用性能，以此与现代化生产要求相适应。本次设计我们将从实用性、先进性、安全性、节约性等方面出发对该系统进行系统研究与设计。
1．3 课题主要研究内容
本课题主要是研究、设计当前汽车发动机制造企业的发动机整机在生产过程中吊装、码盘过程的实现方法。 1.3.1 本课题的研究对象
发动机整机吊装、码盘实现的机械装置及原理。 1.3.2 本课题的研究范围
发动机整机从台车搬运到发动机托盘内的装置所涉及的内容。
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1.3.3 本课题具体内容要求：
设计一套发动机起吊装载系统，完成其结构及控制系统的设计。
(1) 发动机吊装码盘系统具有X、Y和Z三个自由度且每次吊装1台发动机。 (2) 发动机的装料高度不大于400mm。
(3) 发动机从台车上吊起、移动及放入发动机托盘均采用手控电葫芦起吊。 (4) 每个台车载1台发动机；每个托盘载6台发动机；发动机重100kg/台。 (5) 吊装节拍不超出1分钟/台。 1.3.4 工作要求：
(1) 要进行总体方案选择说明；
(2) 对发动机吊装、码盘系统进行方案说明； (3) 对机构有关的尺寸和精度进行计算及说明； (4) 对该装置控制系统进行说明。 1.3.5 最终成果：
(1) 提供一套发动机吊装、码盘系统装配图、部件装配图及重要零件图； (2) 提供零部件明细表及易损件明细表； (3) 给出电气控制原理图； (4) 编写毕业设计说明书一份。
2 设计工作流程
2．1 总体设计
2.1.1 最大起重量的确定
由于在每次只允许吊装1台发动机，并且每台发动机重100kg，所以在确定最大起重重量时T＝100?ｓ其中ｓ为安全系数。查《机械设计手册》得到起重设备的最大起重量安全系数为1.6，即在选择电动葫芦时，其起重量不应当小于150kg。
2.1.2 起升高度的选择
起重机构的起重高度应根据施工现场的情况而定，一般规定起重机起重物件的最低高度要超过一个人的高度2ｍ。根据发动机的外形轮廓尺寸兼顾起吊重物时可能遇到的障碍，设计该起重机构的的起升高度H。
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2.1.3 电动葫芦的选型
由前面确定的最大起重量T和起升高度H进行电动葫芦的主要选型参数。还应将电葫芦的使用场合考虑在内。如果是精密操作的场合则应当采用双速电动葫芦，很显然在该系统结构中，对于电动葫芦的精度要求并不是很高，所以只需采用单速电动葫芦即可。 2.1.4 起重机构的跨距确定
在确定跨距的时候应当充分考虑台车的摆放位置，这充分关系到机构跨距的大小，进而影响到结构的整体尺寸以及轨道梁的力学性能。由于托盘上摆放六台发动机，暂时选定三套方案。方案一：六台小台车一字排开，只摆一行，如图4所示。方案二：将小台车前后摆两行，每行三台，两行之间规则对应，如图5所示。方案三：六台台车三台一行，摆两行且前后小台车呈波浪形排布，如图6所示。方案一跨距较大，但对于吊装人员来说操作简便，效率较高。相比方案一，方案二大大减小了跨距，而且和发动机在托盘上的摆放位置比较接近，缺点是输送节拍变慢，且操作不方便。基于TRIZ理论综合考虑主梁的力学性能和操作的方便性，方案三较优，这一点在第6部分将作重点阐述。 2.1.5 行走机构的传动
行走机构的设计应当充分考虑电动机所带动的运动部件的重量以及工作环境和工作条件来选择电动机、减速器及制动部件。以保证启动和制动时的平稳性，尽量减小冲击，减少惯性力。在该使用条件下行走机构应当能够适应频繁正反转，转动惯量小，制动灵敏。且大车两端的运动一致性要好，尽量避免啃轨现象的出现。
2.1.6 动力输入
吊运的动力输入靠动力电缆随运动主梁和电动葫芦的移动来完成的。电缆绕在电缆卷筒上。用电力驱动卷筒收放电缆，这样可以大大简化整机机构，同时改善电缆的工作条件。 2.1.7 安全装置的设计
现在外购的电动葫芦在设计制造时已经带有高度限制器和超重控制器，可以借鉴外购件的功能不作另行设计；鉴于运动过程中安全性的考虑，在大车和小车轨道梁的两端加设缓冲器和行程限位开关。在电路控制线路中加设过热、过载保
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护模块。
2．2 起重机构主梁的设计
2.2.1 主梁及架体钢结构设计
根据机构的工作条件，确定选则主梁和钢架的钢材种类，以及钢材的组织架构和链接形式。 2.2.2 力学性能分析
对于机构钢结构的力学设计分析是本次设计中的重点问题，为此必须进行机构动力学和静力学特性分析，以使系统满足使用性能要求。
(1) 结构强度，研究其中结构的内力分布状况及数值大小，如自重载荷、惯性载荷等，以校核其强度。
(2) 结构刚度，主要是主梁在额定载荷下，中部的最大挠度，以克服主梁刚度不足时而使葫芦产生爬坡现象。
(3) 结构动刚度，电动葫芦在起吊重物的加速、减速过程中会产生惯性力，此时惯性力增加了构件的负担，应当对此时的受力状况进行校验，以保证钢结构的安全性。
(4) 压杆稳定性校核，设计过程中应当对于立柱结构进行压杆稳定的校验计算，以保证其不被压弯失稳。 2.2.3 载荷计算
(1) 自重载荷，结构自重与各杆件截面长度有关，为均布载荷。考虑到力学模型与实际结构的差异，应根据结构件的类型，乘以一放大系数，以此得到与与结构件的质量基本接近的实际质量。
(2) 起升载荷，额定起重量乘以动载系数。
(3) 运行冲击载荷，由于起重机运行起重速度较低，不考虑因起重轨道接缝产生的运行冲击载荷。
(4) 电动葫芦运行水平惯性力，电动葫芦启动制动时，由结构质量、载荷质量等引起的惯性力。在结构的计算中应当考虑到重力和惯性力同时存在。
2．３ 控制电路的设计
设计吊装码盘系统的控制电路，要求实现手动控制起吊，能够实现对电动葫芦X、Y、Z三个自由度的控制，有过载、过热、限位保护功能。
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2．４ 设计整体思路
设计过程的整体思路如图1所示
发动机吊装与码盘系统 三自由度吊装行走装置 门式 桥式 半门节省空间，不需要搭设架体，但大车行走机构负荷太大，多用于吊装较重物品场合。 空间利用率低，需要搭设大车悬空轨道，但是大车驱动可以采取集中驱动方式。 只需要搭设半边架体，节省部分空间，但大车行走机构的驱动一致性难以保持，易啃轨。 电葫芦选型与电葫芦轨道梁的选型及其校核。 大车驱动设计与大车轨道的选型、设计、校核。 立柱钢结构的支撑形式设计与稳定性校核。 电动葫芦选型 轨道梁强度校核 轨道梁刚度校核 轨道梁尺寸的确定 大车行走机构设计 减速器选型 电动机选型 压杆稳定性校核 摆放形式 固定与连接 图1 设计思路流程图
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