建筑工地多功能营救小车的设计

建筑工地多功能营救小车的设计
摘要:本文主要设计了一种建筑工地多功能营救小车，对传动装置选型以
及传动链设计，希望能为建筑工地人员提供参考和借鉴。

关键词：船舶维修；营救小车；传动方案
1小车工作任务以及基本结构设计
建筑工地多功能营救小车设计是采用子母机结构，两车各自发挥自己的特长，相互配合来完成本次营救任务。

母机采用越野车原理，底盘沉重以及车轮三排，
每排车轮都有一个驱动轮。

这样可以使其顺利通过狭窄的小道。

母机抓手也做了
特殊改进，结合了铲子和夹子，可以抓取多种物品，大到轴承，小到垫圈。

但其
笨重，动作缓慢，抓取物品后很难在短时间内运出。

所以我们采用一个体积小动
作灵敏的子机来辅助它完成运输、装配等问题。

子机采用一个升降底盘，使其方
便的与母机完成对接以及在工件上装配。

子机还在运输平台上采用三角形角平分
线原理使其更好地定位。

本文研究的主要问题包括：（1）多功能营救小车总体
设计；（2）营救小车运动机构的设计及分析计算；（3）小车各功能机构的布局
设计及分析计算；（4）设计一套机械手臂能分别抓取多种型号的滚动轴承、垫
圈和螺母。

所设计的船舶维修使用的小车能实现将承、垫圈依次套放到指定位置
并最终拧上相应的螺母的功能。

具体工作任务如图1所示：
图1 多功能小车工作任务图
本设计的在于提供一种结构简单、质量轻便、造价低廉和可靠性高，同时机
构具有可重用性的多功能机器，使其能帮助人们依次完成装配轴承、垫片、螺母
等单调、枯燥或是危险的工作。

多功能营救小车整体设计简图如图2所示：
图2 营救小车整体设计结构图
2传动方案的设计与选用
子母机的升降平台以及抓手的伸缩可以选择链传动、齿轮齿条传动带传动以
及丝杠传动。

方案一：链传动
链传动优点有：（a）没有弹性滑动和打滑现象发生，能保准准确的平均传
动比；（b）承载能力大，传动效率高（η=0.95~0.98）[1]；（c）链传动的张
紧拉力不大，因而作用在轴以及轴承上的载荷较小；（d）在相同的使用条件下，链传动结构较为紧凑，可在高温、油污等恶劣环境中正常工作。

链传动的缺点：链传动有其自由的安装条件，安装所占用的体积较大，不能
在任何一种场合下都适用。

另外，其费用相对较高。

综上所述链传动可以得知链传动主要应用于中远距离，对传动比要求比较高
的传动中。

其传递功率通常在100Kw以下，链速在15m/s以下，传动比i≤7。

方案二：齿轮齿条传动
齿轮齿条传动的优点：（a）有恒定的传动比，工作时运载平稳，传动准确
且可靠；（b）适用的功率和速度范围比较广泛[2]；（c）与其它的机械传动相比，齿轮齿条传动的效率相对较高；（d）结构紧凑，使用寿命长。

齿轮齿条传动的缺点：（a）制造及安装的精度要求较高；（b）成本相对
也比较高；（c）较远距离传送时很难保证其运动轨迹不偏离原定路线。

综上所述齿轮齿条传动可以得知齿轮齿条传动主要应用于精度高、短距离的
传动。

方案三：丝杠传动
丝杠传动的优点：（a）将很小的旋转力矩转变为较大的轴向力；（b）能
达到较高的传动精度，通过回转的角度能转化为较为精确的直线运动距离；（c）丝杠（螺纹）传动比较平稳，并且有自锁性；（d）结构比较简单，装配起来比
较方便。

（e）想要得到快速传动还可以选用多头丝杠[3]。

丝杠传动的缺点：摩损比较快，传动效率不高；
综上所述丝杠传动可以得知丝杠传动主要运用在升降机上，它是把旋转运动
变为直线运动的部件，你去看下车床的进给丝杠就知道了。

对上述三种方案，从
传动效率、传动速度、传动比、自身的自锁性等方面的综合考虑，本设计课题的
传动方案采用方案三，即采用丝杠传动。

3传动装置的设计和计算
3.1选择电动机的系列
按工作要求及工作条件，选用直流电机，电压为12V和24V
3.2电动机转速的选择
（1）母机：①根据设计要求，小车的行驶速度应≥0.5km/h，本设计小车轮
子的直径设计为37mm，想要达到设计要求，电机的转速选为125r/min的直流电
动机，所以母机行驶驱动电机选为：
n=125r/min F=35N P=8w U=12V。

②根据设计要求，母机升降平台速度要越快越好，也要考虑其自锁性，丝杆最大选为4头导程8mm。

又由于有尺寸限制，只能选蜗轮蜗杆电机，查手册得符合尺寸的蜗轮蜗杆电机最大速度n=240r/min、P=18w 、U=24V。

③根据设计要求，母机升降平台下要装一个回转电机，这个电机要功率大，转速低，由于装在底盘下面，所以其高度有要求，要求尺寸不得大于25mm，所以选用蜗轮蜗杆电机。

经过比较选择12v直流涡轮蜗杆电机JGY-370-530，电机参数：额定电压 12V（DC），无负荷转速11rad/min，额定电流230mA，转矩
5.5Kg•㎝，功率2W。

④根据设计要求，子母机分离合并时经过母机上的梯子，驱动梯子放下、合拢的电机选用与回转电机相同的电机。

选择依据，这个电机要求不高，为符合机械配件尽量相同原则。

（2）子机：①根据设计要求，小车行驶速度应≥0.5km/h，本设计小车轮子的直径设计为34mm，但子机要在母机上爬上爬下，所以需要的功率要大于7W,所以选择8W。

所以选择12V直流电机：
n=125r/min F=35N P=8w U=12V
②根据设计要求，驱使六角套筒拧螺母的电机应该按最大螺母来算，经估算扭矩T=0.4 N·m，n=130r/min左右，根据转速和扭矩以及功率三者的关系式：
，所以选的电机为12V直流电机，转速n=125r/min 扭矩
T=0.5 N·m功率P=2w
参考文献：
[1]李建功编著.机械设计 [M]. 北京：机械工业出版社，2007
[2] 王春燕，陆凤仪编著.机械原理 [M]. 北京：机械工业出版社，2001.1
[3] 翟志恒编著.丝杆螺母驱动平行四杆升降机构的设计与分析 [M]. 陕西：陕西科技大学学报，2006
[4] 孙恒，陈作模，葛文杰编著.机械原理 [M]. 北京：高等教育出版社，2006
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