课题名称

YZ12吨压路机车架装焊接胎具设计

学生姓名

 

专业班级

 

课题类型

工程设计

指导教师

 

职称

讲师

课题来源

工程实际

1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1.1 国内外研究动态

20世纪60年代，国外大中型压实机械已采用液压技术；20世纪70年代推出的全液压振动压路机，使得压路机结构简单、布置方便、操纵简便省力，特别是液压传动实行走系统无级变速，使振动系统根据施工要求在较大范围内调频和调幅，振动压路机使用性能和应用范围大大改善和提高，同时，液压化为机器自动检测和控制提供了条件。近年来，液压技术逐步应用于小型振动压路机和振动平板夯，而且非常重视液压系统的污染控制。  

系列化为满足不同施工条件的要求，压实机械产品系列不断扩大和完善，就振动压路机而言，从300kg的手扶振动压路机到自重20t的大型振动压路机，都按不同的系列进行生产。  根据用户的使用要求，一种产品又派生出多种变形产品，如瑞典戴纳帕克(Dynapac)公司CA系列产品为轮胎驱动振动压路机，包括CA10、CA21、CA30、CA51等，自重从4—16t；CC系列产品包括CC11、CC21、CC41等自重从4—10t；其中CA25S型振动压路机派生出压实粘性土用的CA25P、双轮驱动的CA25D、双轮驱动压实粘土用的CA25PD和压实面层的CA25R等型号。德国韦帕麦克（Vibromax）公司在其15t重的小型振动压路机W152基础上派生出W152K型振动压路机。德国宝马（Bomag）公司在BW90S手扶式振动压路机的基础上派生出带有转向和司机座椅的BW90SL型振动压路机。 

电子化、智能化测试技术和微电子技术在压实机械上的应用可以提高生产率，确保压实质量和机器正常工作。电子化主要表现在机器状态和参数的检测处理和显示以及密实度计。密实度计可以自动记录被压实材料的密实度值；电子化的另一个表现是：测试压路机可以在工程施工过程中提供压实质量控制依据；而电子化的最高表现是智能压路机，智能压路机可以自动调节自身状态，使之与周围环境压实材料想适应，优化压实过程，智能压路机代表着发展方向。 

标准化、模块化设计标准化包括两方面的内容：一方面，为了适应施工工艺，产品性能参数尽可能标准化，例如，振动轮尺寸、静线压力、激振频率、振幅、行驶速度等；另一方面，为了简化加工工艺，减低成本，生产厂家尽力使本公司的各类产品零件标准化。例如，瑞典德纳帕克(Dynapac)公司正在改进CA15、CA25、CA30、CA51机型的设计，使其零件在一定范围内尽可能通用，如分动箱、变速箱、减速箱、驱动桥等，便于组织大批量生产。另外标准化有利于采用模块组合设计方法，将一台机器分成不同的模块提高新产品开发速度，满足多途的需要。该公司在同一机器上可方便地更换各种振动轮，变型为CA25P型。宝马公司设计了一种特殊凸块装置，可在很短时间内嵌固在光滑振动轮表面上。

人性化、安全化为了提高生产率，延长机器使用寿命，振动压实机械均在减振降噪方面作了大量的工作，可满足ISO2631-1978(E)《人体承受整体振动的评价指南》中司机连续工作8小时不疲劳的要求。德国ABG公司生产的8t组合振动压路机，在减振和隔音处理方面都达到了相当高的水平。采用双方向盘、可动方向盘、旋转座椅，并且将操纵手柄设计在座椅扶手上，尽可能减少操纵失误和减轻司机的疲劳强度，满足操纵方便性。如瑞典德纳帕克(Dynapac)公司生产的CC42型振动压路机，只有两个操纵手柄，而且方向盘可以到侧面，减少了操纵过失和司机疲劳。  一些压实机械制造商在其产品上装有倾翻驾驶室和防降重物驾驶室，适应特殊施工条件的要求，保障驾驶员的人身安全，德国韦伯麦克公司在手扶振动压路机手柄上装有自动停车装置，一旦司机滑倒，手脱离手柄，立即停车，确保人身安全。 

特殊用途压实机械例如：斜坡压路机、水下压路机、垃圾压路机、RCC（碾压混凝土）专用振动压路机、回填挖压路机等专用压路机的开发得到重视。  7、应用压实新技术例如：振荡压实技术、垂直震动压实技术、调频调幅技术、橡胶压实轮技术被逐步应用于工程施工中。 

面向产品生命周期的设计现代化管理带来的收益是潜在的和巨大的，现代化管理包括产品设计、制造、销售、使用、维修各个环节，特别是售前、售后服务的实时化和规范化。

传统压实度检验通常采取随机抽样的方法，在碾压后取样测密度、测静态弹性模量来反映压实质量。依靠人工操作，既花时间，费用也高，且属抽样检验，容易漏检。随着机械施工的土方工作量越来越大，采用传统的压实度检测方法已经很难满足施工需求并及时指导施工作业。  针对上述问题，国外重点开展了新检测方法的研究。瑞典Geodynamik公司、德国Bomag公司相继设计成功压实度检测仪。其原理是：在压实初期，填料比较疏松、密实度低，路基弹性刚度较小、阻尼较大，振动轮的响应较小。随着压实遍数的增加，填料被逐渐压实，路基的弹性刚度变大、阻尼变小，振动轮的响应不断增大。  国内在压实度连续检测装置方面开始研究，几个单位曾开发了机载压实度检测仪，最早采用数码管显示，后来采用单片机控制技术，尽管成本低，但在实际应用中效果不理想，仪器显示值与实测压实度不能很好的对应，在工程实践中无法广泛使用。提高其测量准确性已成为研究的重点问题之一。  在压实度连续检测技术的基础上，将自适应技术引入压实控制中，压路机根据频率、振幅、遍数、压实度等参数，不断改变自身的参数，自动适应作业工况，实现压实作业的最优控制。还可通过对工作过程的检测，进行报警、故障诊断和分析。德国Bomag公司设计的智多星压实控制系统，其原理是根据被压实材料的密度变化自动选择适当的振幅，以优化激振力的输出。单钢轮振动压路机采用控制振幅的Variocontrol系统，其设有5个垂直振幅挡位，供驾驶员手动操作。  双钢轮振动压路机采用控制振幅及振向的Variomatic系统，可根据前、后钢轮对被压实材料不同的响应信号来自动调整相应的振幅及振向，优化激振力的输出。Ingersoll-Rand、Caterpillar等公司也在各自的产品上配置了可监测压实工况及数据处理的电子控制系统。  2.压实过程计算机仿真技术:  在压实理论和技术的研究中，试验研究与计算机仿真技术的结合将成为更加重要的研究手段。计算机辅助设计、辅助试验、辅助制造、辅助管理以及辅助工程将使压实机械的设计过程从构思、设计、制造、试验到使用、维护、管理的全过程成为高度自动化和现代化的过程。  3.压实机械辅助选择技术:  Bomag公司最近向用户推出了一种名为CARE（Computer Aided RollerSelection In Earth-works）的土方压实机械辅助选择软件，作为选择压实设备的辅助工具。它可以帮助用户根据压实过程的工作量、现场条件、材料特性、葡氏压实曲线以及所要求的压实度来选择该公司的三种压实机械配置方案，对每种方案均可提供各种使用参数的选用建议，包括压轮类型、振幅和频率、铺层厚度和铺层数、每层压实带的安排、碾压速度和遍数以及压实生产率和压实时间的确定。  4.压实过程全球定位技术:  通过全球定位，能确定压实的位置和保证压实质量。通过精确无误地跟踪压路机所处的位置，特别是当压路机偏离出压实区域的范围时，可以帮助驾驶员在保持行走状态下纠正错误，使压实质量得到保证。Bomag公司己将网络传输和卫星定位系统（GPS）应用于相应的产品上。它通过安装在压路机上的GPS脉冲装置，将整机的工作情况如整机的工作区域、工作轨迹、碾压密实度的色彩比较等信号，经空间卫星发送到安装在压路机上的GPS接收装置上并在PC机上显示，并可启动自动调幅机构，随时调节工作激振力的大小，以达到路面规定的密实度要求。 

多功能、系列化、特种用途的压实机械将增加：  在同一种压路机上，可装置光轮、凸块轮、橡胶轮及推土铲等，使压路机一机多用。在液压系统中设置一些接口和快速接头，用于连接冲击镐或凿岩机等。在发展多功能的同时，开发一些特种用途机型，如压实管道和电缆埋设沟槽的压路机、斜坡压路机、垃圾压实机、盐厂压实机等。

1.2选题的依据和意义

    焊接是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业。焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，一般工业先进国家，钢产量的50%左右需采用焊接工艺才能形成产品，在石油化工、矿山冶金、金属结构、起重运输、水陆交通、航天航空、桥梁建筑、电力能源等机械设备制造部门，焊接都有着广泛的应用。许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构。现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着超大型，高容量，高参数，耐磨，耐低温，耐动载的方向发展，这就不仅需要为焊接生产提供质量更高，性能更好的各种焊机，焊接材料和焊接工艺，而且要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量，改善焊工劳动条件，提高生产率，促进文明生产的目的。但是，焊接生产是综合性生产，在焊接制造过程中，除了焊接工序本身外，前后还有很多工序的配合，如备料、输送、装配、检验、校正等工序。因此，焊接生产的机械化自动化不仅仅局限于焊接工序本身，而且包括了与焊接工序相衔接的上下各工序的机械化，自动化。只有各工序实现了机械化，自动化，才能实现焊接生产的综合机械化，自动化。

 

2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题

   设计的主要内容有：  1.整机总体方案设计：型式和主参数 2.总体布置和结构设计： 3.技术参数设计： 4 产品的制造 

    分析毕业设计题目参数和设计技术要求，查阅文献资料，开展调查研究。分析设计产品工艺方案，制定毕业设计题目设计方案，进行方案比较，优化设计方案，确定方案。 装配图结构设计，整机的运动参数计算，相关零部件结构参数选择、校核及尺寸计算。根据装配图，进行各个零件结构设计，绘出部分零件结构设计图纸。按照要求的毕业设计说明书内容、格式及要求，撰写毕业设计说明书。

 

3. 研究步骤、方法及措施

（1）根据路机车架装焊胎具设计的要求，查找国内外路机车架装焊胎具设计研究现状和资料，并完成总体方案的设计；

（2）根据机构运动要求，完成路机车架装焊胎具设计系统设计；

（3）综合设计方案，画出有关装配图和零件图；

  （4）结合图纸和设计方案写出说明书。

4. 研究工作进度

（1）第四周~第五周：调研查阅文献资料，完成开题报告。

  （2）第六周~第八周：进行方案设计，完成总体设计。

  （3）第九周~第十三周：进行技术设计，完成各部分结构设计（装配图）。

  （4）第十四周~第十五周：设计计算完成论文说明书和外文翻译。

  （5）第十六~第十七周：准备和参加答辩。

5. 主要参考文献

[1]  陈焕明主编. 焊接工装设计.北京：航空工业出版社，2006  

[2]  李庆华主编. 材料力学 （第二版）.成都：西南交通大学出版社，2002 

[3]  成大先主编. 机械设计手册 （第四版）.北京：化学工业出版社，2002 

[4]  朱孝录主编. 机械传动装置选用手册 .北京：机械工业出版社，1999 

[5]  何鸣新、钱可强主编. 机械制图 （第四版）.北京：高等教育出版社，2001 [6]  刘艳革. 焊接用自调式滚轮架设计 .化工机械，第2期P103，1998  

[7]  王政、朱亮. 焊接滚轮架的合理使用及其功率计算 .成都大学学报1994年6月17日 

[8]  陈秀宁主编. 机械设计基础 （第二版）.杭州：浙江大学出版社，1999  

[9]  王政主编. 焊接工装夹具及变位机械—性能、设计、选用.北京：机械工业出版社，2001 

[10] 唐金松主编. 简明机械设计手册.上海：上海科学技术出版社，1992  

[11] 王政、刘萍编著. 焊接工装夹具及变位机械图册.北京：航空工业出版社，1992 

[12] 陈秀宁主编. 机械设计课程设计.杭州：浙江大学出版社，1999 

[13] 何镜民主编.  公差配合使用指南.北京：机械工业出版社，1990  

[14] 唐保宁、高学满主编.机械设计与制造简明手册.上海：同济大学出版社，1993 

[15] 甘永立主编. 几何量公差与检测. 上海：上海科学技术出版社，2005 

[16] Mechanical design and systems handbook. New York: McGraw-Hill Book Co., 1985 

[17]Weifang Chen, Peihuang Lou, Zhenghua Shen．Case-based Reasoning and Intelligent Approach in Fixture Design．Second International Symposium on  

[18]J Sylvain Laporte， Jean-Yves K’Nevez，Olivier Cahuc ，et al. Phenomenological model Int J Adv Manuf Technol (2009) 40:1–11