1、广西科技大学毕业设计 广西科技大学 普通本科毕业设计（论文）说明书 课题名称 焊接移动小车的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 广西科技大学毕业设计 目录 1.绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.1.1 装载机的发展现状 . 1 1.1.2 课题研究背景 . 1 1.2 国内外的发展概括 . 1 1.3 课题研究内容 . 3 2.小车设计方案 . 4 2.1 焊接小车方案的 确定 . 4 2.2 焊接技术的简介 . 4 2.3 自动焊接的种类 . 4 3.动臂夹具的设计 . 5 3.1 动臂加工工艺分析 . 5 3.1.1
2、 动臂简介 . 5 3.1.3 动臂加工工艺分析 . 5 3.2 动臂夹具设计 . 6 3.2.1 夹具设计的基本要求 . 7 3.2.2 选择夹紧方案 . 7 3.3 动臂的定位 . 8 3.3.1 定位原理 . 8 3.3.2 定位装置的设计 . 9 3.3.3 定位误差的分析与计算 . 9 3.4 动臂的夹紧设计 . 9 3.4.1 校核螺栓所能提供的预紧力是否合适 . 10 4. 翻转机构的设计 . 11 4.1 翻转机构 . 11 4.2 齿轮的设计 . 13 4.2.1 设计准则 . 13 4.2.2 齿轮的精度选择 . 13 4.2.3 材料的选择和热处理 . 14 4.3 确定
3、齿轮的设计公式和校核 . 15 4.3.1 疲劳强度和应力 . 15 4.3.2 计算过程 . 16 4.3.3 确定主要参数 . 19 4.3.4 校核弯曲疲劳强度 . 20 4.4 翻转电机的选择 . 21 5. 小车的行走设计 . 25 5.1 行走方式的确定 . 25 5.2 轨道材料的选择 . 25 5.2.1 行走轨道的材料选择 . 25 5.2.2 小车行走的定位 . 26 5.3 小车的行走计算 . 26 5.3.1 小车传动方案的选择 . 26 广西科技大学毕业设计 5.3.2 电动机的选择 . 26 5.3.3 传动比分配 . 27 5.3.4 动力运动参数计算 . 27
4、5.4 齿轮的设计计算 . 28 5.4.1 齿轮材料及热处理的选择 . 28 5.4.2 齿轮的几何尺寸设计 . 28 5.4.3 齿轮几何尺寸的计算 . 30 5.4.4 设计齿轮的结构 . 31 5.4.5 齿轮的校核 . 31 5.5 轴承的选择以及校核 . 32 5.6 键的计算以及校核 . 32 5.7 减速器的基本结构尺寸和密封的选择计算 . 33 5.7.1 密封形式 . 33 5.7.2 减速器的其他部件选择 . 33 6、小车设计的总结 . 34 结束语 . 35 致谢 . 36 参考文献 . 37 广西科技大学毕业设计 摘要 本次设计，主要是设计一款焊接移动小车 来完成对
5、动臂圆搭的自动焊接。 随着现在制造业的快速发展，一些传统的人工焊接技术已经不能满足工业对高技术产品制造的质量、数量要求了，自动化焊接流水线成为了现在制造业的一个主流趋势。根据目前工厂对装载机动臂板的焊接，虽然已经逐步使用焊接机器人去焊接，但是并没有形成流水线生产，因为缺乏有效的夹紧运输工装来对工件进行定位、运输 。 本文主要是根据对装载机动臂板的焊接，设计一款焊接移动小车。论文首先提出小车的整体设计方案，再根据方案计算动臂板的定位误差，然后设计夹具以及如何实现对动臂板的翻转机构，行走方式，最后选用驱动电机以及部分感应器。 本次设计的焊接移动小车，不仅具有对工件的定位加紧，翻转，而且可实现自动行
6、走和自动感应定位停止。其功用可降低工人劳动强度，提高焊接效率，同时对工件的焊接精度要求，焊接质量方面也大幅度提高，从而可实现工厂自动化焊接流水线的运行。 关键词：装载机，自动焊接，工装定位，移动小车 广西科技大学毕业设计 Abstract This design, mainly is to design a welding mobile car to complete the automatic welding of the moving arm round. With the rapid development of modern manufacture industry, some tra
7、ditional manual welding technology has been unable to meet the industry of high technology products manufacturing quality and quantity requirements, improve and develop new automatic welding technology has become a main trend of modern manufacture industry. According to the welding of the loading mo
8、tor, the welding robot has been gradually used in the factory, but there is no effective clamping and transporting tool to locate and transport the workpiece. This paper is mainly based on the loading of the motor arm of the welding, the design of a welding moving car. Firstly proposed cars overall
9、design scheme, according to the program to calculate the dynamic positioning error of the arm plate, and fixture design and how to realize the arm plate turnover mechanism of moving, walking mode, the final selection of drive motor and sensors. The design of the welding mobile car, not only has to s
10、tep up the positioning of the workpiece, flip, but also to achieve automatic walking and automatic induction positioning stop. The utility can reduce the labor intensity of workers, improve the welding efficiency, and also greatly improve the welding quality and the welding quality of the work piece
11、, so as to realize the operation of the automatic welding production line of the factory. Key words: loader, automatic welding, tooling positioning, moving car 广西科技大学毕业设计 第 1 页 1.绪论 1.1 课题背景 1.1.1 装载机的发展现状 装载机在机械领域中发挥着巨大的作用，它主要用于公路、铁路、水电、港口、建筑、矿山等建设工程的土石方施工，主要作用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散物状物料，也可对矿石、硬土等进行轻度铲挖作业
12、。 经过改革开放以来，我国装载机行业发展了近 50 年，特别在最近 10 年的超高速发展，国产轮式装载机正在慢慢的从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高 水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从原来的仿制仿造向自主开发过渡。目前，各大主要厂家不断投入技术进行研究，采用不同的技术工艺路线，在重要的关键部件及系统上发展创新技术，摆脱产品设计出现雷同，不具备自己特色和优势的现状，从原来低水平的无序竞争的怪圈中逐渐脱颖而出，成为装载机行业的领先者。 在我国经济进行产业结构转型的大背景下，工程机械的未来需求将会变得越来越大，伴随着社会的快速发展，各类技术行业的创新，机械制造将趋向于满足客户多元化的需要
13、的发展方式。在这个发展趋势的前提下，企业就需要能够根据客户的 需求导向来设计开发产品。 1.1.2 课题研究背景 由于装载机在基础工业建设中，发挥着举足轻重的位置，而 动臂是装载机的重要核心部件之一，也是装载机上的一个大型结构件。在进行铲装的过程中，承担着整个铲斗容量和自身重力的力量。它是一个结构件，在工程机械中，结构件是其重要的组成部分，也是工程机械上的一个加工难点。结构件主要是由不同规格的板材经过下料焊、拼答、焊接、机加工、涂装而制成。 传统的动臂制造主要是：动臂板和动臂圆搭下料、动臂横梁制造、动臂板与动臂横梁拼搭及机器人焊接、动臂圆搭与动臂板人工 拼搭及人工焊接，动臂机加及涂装。这种制造
14、模式，操作简单，但是工人强度大。因为动臂板和横梁自身重量大，工人进行夹紧、翻转过程中，不仅需要花费大量的时间，生产效率低，而且人工焊接出来的产品，质量不可靠，存在焊缝不均匀、粗糙等现象。同时，对工人来说，也有一定的安全隐患。 因此，自动化、智能化的焊接生产线是未来工程机械制造模式的方向。现在，某些工厂已开始逐步运用焊接机器人对其进行自动焊接，但是，由于动臂比较大，有些部位并不能很好的采用焊接机器人去自动焊接。对于动臂的自动焊接，要保证焊接的速度、质量，就需要对其同时进 行三个位置的焊接。但是，动臂的准确定位、装夹、自动翻转、运输一直是个问题，也没有有效的工装来承接这一步。 1.2 国内外的发展
15、概括 移动小车的出现是为了更好的对货物进行运输和装夹。随着现在发展的趋势，目前移动小车主要分为 AGV 小车和 RGV 小车。 1953 年诞生了第一辆 AGV，它主要是由一辆牵引式拖拉机改造而成的，带有车兜，在一间杂货仓库沿着里面的布置在空中的导线运输货物。到了 20 世纪五六十年代初期，已经有多种不同类型的牵引式 AGV 应用于工厂和仓库。 广西科技大学毕业设计 第 2 页 随着不断的技术革新， AGV 系统已经发展成为生产物流系统中不 可或缺的一个部分了，同时出现了产业化的发展。在我国，随着物流系统的迅猛发展， AGV 的应用范围不断的扩大，对于如何才能满足目前市场上客户不同的个性化需要
16、是我们现在及未来必须面对的一个问题。国内许多小车生产企业意识到了其在各个领域上的需求，现在正致力于研究和开发适合中国国情的 AGV小车。目前，我国 AGV应用于生产上的基本情况是 1000台，其中大约 60%是国内厂家提供的，剩下的 40%是国外厂家提供。在国内 AGV 的技术来源采用两种方式：一种是通过引进先进的技术，另一种是自主研发、自有的知识产权技术。这两种方式都包含 着目前 AGV 的所有技术，对于实现国家未来研发出更好的 AGV来说有着重要的意义。 与发达国家相比较，我国 AGV 的研究和应用起步相对比较晚。在引进国外技术的同时，也试着自主研发。在国内有着许多企业正在自主研发着这些小
17、车，比如家顺伟业，主营 AGV 无人搬运车、移载机器人以及 AGV 的各种配件等产品，在 AGV 领域我们不仅拥有着较为先进的研发实力和技术，同时也有着广阔的市场，在这个领域上一直都处于领先水平。从 1976 年北京起重机械研究所研制出我国第一台 AGV 开始，我国就在这个领域上不断的前进。 1992 年天津理工学院研制了 核电站用光学引导 AGV。同时，昆明船舶设备研究所、吉林大学、清华大学、天津师范大学、北京易享集团等也对 AGV 进行了研究开发。 当然，与一些发达国家相比，我国的技术发展还是比较不足的。 AGV 小车是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而
18、产生并发展起来的，日本人认为 1981 年是柔性加工系统元年。这样计算 AGV 小车大规模应用的历史也只有 15至 20 年。但是，其发展速度是非常快的。例如 :美国通用公司 1981 年开始使用 AGV 小车， 1985 年 AGV 小车保有量 500 台， 1987 年 AGV 小车保 有量 3000 台。资料表明欧洲 40%的 AGV 小车用于汽车工业，日本 15%的 AGV 小车用于汽车工业，也就是说 AGV小车在其他行业也有广泛的应用。这些发达国家的快速发展，其实也是对我们技术的一种提升。 虽然现在都向着智能化发展了，但是，随着不同的工业需求以及成本的限制，并不能在所有工厂和企业应用
19、，很多小工厂和企业依旧使用的是 RGV 小车，这种小车加速移动快，有导轨，行走平稳，制造成本较低，比较满足于中小企业的使用。随着各类行业的需求，一些焊接工装也开始改变传统的装夹、运输工装了。不仅仅只是移动小车的智能化发展，焊接 技术也是同步发展，走向了自动焊接、自能焊接的发展历程。而这两者之间的结合也越来越密切了，小车完成对工件的装夹运输，焊接机器人完成对工件的焊接。 当然，单个的焊接机器人并不能完全满足目前各类工业的复杂需要，配套的焊接设备也在逐步被研究应用。比如对工件的自动化定位，装夹和运输等设备，可以与焊接机器人相互呼应。为了更好的对工件进行作业，很多这种装夹有工件的移动 小车也不断被广
20、西科技大学毕业设计 第 3 页 研发着，它们所具备的功能也越来越倾向智能化，而不是单一的移动小车。 这些设备的配套使用，可以更好的控制焊接之间的精度，也使得更加准确。 相 比其他国家，我国的焊接技术和通用焊接设备起步比较晚。 20 世纪 50 60 年代，我国大部分重点工业企业采用的大型焊接设备基本上都是由原苏联引进的，部分设备由使用厂自己研发设计。直到 90 年代，一批专门去生产焊接设备的制造厂才慢慢的被组建起来。近年来，在国家的大力支持之下，许多科研人员致力于研究和发展新的焊接技术，所以，我国的焊接技术也快速的发展着，技术水平也在不断的提高，在自动焊接方面也取得不错的研究成果。 从 20世
21、纪 70 年代末开始，清华大学的潘际銮院士对电弧传感焊缝技术做了大量研究。 80 年代末，潘院士在电弧传感 器结构及控制方面再次进行了新的研究，研制开发出一种空心马达式高速旋转扫描电弧传感器，并且成功的对一种无轨道的智能移动进行跟踪控制，并应此获得了专利。从这来看，我国的焊接技术方面的研究确实取得了不错的研究成果，并在某些应用中取得了成功。这些技术的研究开发，促进了各种技术之间的结合， 1.3 课题研究内容 现在，根据企业的需要，在现有的工装的基础上进行重新设计。设计出一种能保证加工效率高、加工精度能满足设计要求及能具备一定加工柔性的工装夹具。使其能满足以下的设计要求： 根据工厂现状和企业的需
22、求，为了提高焊接节 拍，成功实现自动化焊接流水线的运行，设计一款焊接移动小车，使其能满足以下的设计功能： （ 1）可快速、方便的夹紧工件； （ 2）可自动行走，自动感应定位停止； （ 3）移动小车可使工装可自动翻转，同时进行动臂板双面焊接； 广西科技大学毕业设计 第 4 页 2.小车设计方案 2.1 焊接小车方案的 确定 （ 1） 可快速、方便的夹紧工件； 通过设计快速夹紧，符合六点定位原则的夹紧工装，来完成对动臂板的装夹。 （ 2）可自动行走，自动 感应定位停止； 通过设计以一边为导向轮，一边为支撑轮的行走方式，并且安装有感应装置的小车。 （ 3）移动小车可使工装可自动翻转，同时进行动臂板双
23、面焊接； 设计可旋转的机构，带动夹紧工装进行翻转。 由于此次需要运输的工件质量较大，装夹工件以及对焊接工件的难度较大，所以为了便于生产的需要，减轻成本以及工人简单的操作，本次设计的焊接小车主要是以有轨小车的形式设计。设计的小车，需要行走的路程并不是很远，并且是定位行走的，在行走的轨道上完成定点定位，实现工件在加工区内完成焊接。 2.2 焊接技术 的简介 焊接主要通过加热、加压，或两者同时并用，使同性或者异性两工件产生原子间相结合的加工工艺和联接方式。焊接技术应用广泛，既可用于金属与金属之间，也可用于非金属和非金属之间。 随着金属的广泛应用，焊接技术也随之诞生。刚开始的时候，焊接方法主要是铸焊、
24、钎焊、和锻焊。这些焊接方法，使用的热源主要是炉火，温度较低，能量不够集中，不能够用于大截面、长焊缝工件间的焊接，只能用来制作简单的工具或者装饰品。由于工业革命的到来，迅速加速了工业的变革，使得焊接技术也迅猛发展，简单的人工焊接只能满足于人们日常的生活， 但是不能够焊接出符合工业的需求。由于技术的创新，焊接技术也从手工电弧焊慢慢转变为自动电弧焊，而在如今，焊接技术也广泛将机器人用于焊接，形成焊接机器人，使它具备多种焊接工艺方法，这也大大满足了工业焊接的要求。 2.3 自动焊接的种类 自动焊接主要分为明弧和埋弧两种。明弧焊是一种能够在产生自保护气体的药芯与焊件产生电弧之后，在高温下把焊丝熔合在磨辊
25、上的一种焊接方法。埋弧焊是利用电弧作为热源的焊接方法。明弧自动焊接，大约能提高生产效率的两倍左右，而埋弧自动焊接却可以提高 5-10 倍的生产效率。埋弧焊是利用焊 剂层下面的电弧，用来加热并融化焊丝、周围的焊剂以及母材，而进行焊接的一种工艺方法，同时又叫做焊剂层下电弧焊。即电弧在焊剂层下面燃烧，自动焊头将焊丝自动传送到电弧区，以保证选择定好的电弧长度，电弧依靠焊机的控制，均匀的向前慢慢的移动，进行焊接作业。 本设计为了配合焊接机器人，设计的焊接移动小车，应保证能够使焊接圆搭在动臂板的时候，焊缝应质量均匀，焊层间连接光滑。 广西科技大学毕业设计 第 5 页 3.动臂夹具的设计 3.1 动臂加工工
26、艺分析 3.1.1 动臂简介 在装载机整个车体中，动臂的主要作用就是支撑铲斗进行作业和连接前车架，使铲斗能 够进行上下的支撑，所以，对于动臂的加工要求是比较高的。 通过一段时间在柳工实习，对装载机动臂结构图进行分析和对企业相关技术人员进行咨询请教，可以了解到，不同型号的装载机，使用的动臂板也是不一样的。虽然在尺寸要求方面不一样，但是，总体的材料，精度要求和结构设计基本上没有太大的变化。动臂的整体构成，依旧是两块动臂板，中间用横梁连接以及动臂板和圆搭拼接。动臂板与圆搭的拼接在目前工厂里面，主要是人工焊接，这就造成了焊缝的不均匀，焊接精度不高等问题。 图 3-1 图（ 1）为动臂板与圆搭拼接的三维
27、图 由图（ 1）可知道，动臂板上主要有三个拼接圆搭的孔，动臂需要加工的也主要是这三个孔的精度。不同的动臂板，长度不一样，意味着孔的距离也有所不同。但是，最两边的两个孔的距离范围是 2820 4035mm，而中间孔作为一个主要定位孔，它与两边孔的中心线上下浮动，范围为上 45mm 到下 185mm。 3.1.3 动臂加工工艺分析 装载机动臂由横梁、动臂板、圆搭等零件拼搭焊接而成，由于焊接变形大，动臂板上的孔系和圆搭的内孔留有 2mm 左右的加工余量，留给动臂焊 接完成后的镗孔精加工，以便满足图纸上的设计要求。 在动臂装配图中可以看到，要加工的孔系材料有：动臂板为 Q345，圆搭为 Q235。主要的加工面为 2-80、 2-87、 2-104(大部分的动臂系列要加工的尺寸均为这三个尺
