电动葫芦的设计计算电动起重机械毕业设计论文Word格式文档下载.docx
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由于新材料、新工艺、新设备和以计算机为基础的信息和控制技术的发展和应用,物料搬运系统的改进已成为这些国家进一步提高生产率和降低生产成本十分重要的方面,越来越引起重视。
我国起重运输机械行业要向大型化、节能化、智能化和成套化方向发展。
我国有关部门出台的起重运输机械行业的“十五”发展规划,对该行业的技术发展趋势,优先发展的重点产品以及建议淘汰的产品,作了详细规定。
1.2.1技术发展趋势1.向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。
目前,世界上最大的浮游起重机起重量达6500吨,最大的履带起重机重量为3000吨,最大桥式起重机起重量为1200吨。
带式输送机最大带宽达3.2米,输送能力最大为3.7万吨/时,单机最大距离超过30公里。
自动化立体库堆垛机最大运行速度达240米/分。
2.向自动化、智能化、集成化和信息化发展。
将机械技术和电子技术相结合,将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统,实现自动化和智能化,以适应多批次少批量的柔性生产模式。
目前已出现了能自动装卸物料、有精确位置检测和有自动过程控制的桥式起重机用于自动化生产线。
起重机上还装有微机自诊断监控系统,对自身的运行状态进行监测和维护。
3.向成套化、系统化、综合化和规模化发展。
将各种起重运输机械的单机组合为成套系统,加强生产设备与物料搬运机械的有机结合,提高自动化程度,改善人机系统。
通过计算机模拟与仿真,寻求参数与机种的最佳匹配与组合,发挥最佳效用。
重点发展的有港口散料和集装箱装卸系统、工厂生产搬运自动化系统、自动化立体仓库系统、商业货物配送集散系统、交通运输部门和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。
4.向模块化、组合化、系列化和通用化发展。
许多通用起重运输机械是成系列成批量的产品,为了降低制造成本,提高通用化程度,可采用模块组合的方式,用较少规格的零部件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列产品,充分满足各类用户的需要。
也可使单件小批量生产起重运输机械的方式改换成具有相当批量和规模的模块生产,实现高效率的专业化生产。
5.向小型化、轻型化、简易化和多样化发展。
有相当批量的起重运输机械是在一般的车间和仓库等处使用,用于代替人力和提高生产效率,但工作并不十分频繁。
为了考虑综合效益,要求这部分起重运输机械尽量减少外形尺寸,简化结构,降低造价和使用维护费用,按最新设计理论开发出来的这类设备比我国用传统理论设计的同类产品其自重轻60%。
由于自重轻、轮压小、外形尺寸小,使厂房建筑结构的建造费用和起重机运行费用也大大减少。
6.采用新理论、新方法、新技术和新手段提高设计质量。
进一步应用计算机技术,不断提高产品的设计水平与精度。
开展对起重运输机械载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究,开展对可靠性的试验研究,全面采用极限状态设计法、概率设计法、优化设计和可靠性设计等,利用CAD提高设计效率与质量,与计算机辅助制造系统相衔接,实现产品设计与制造一体化。
7.采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。
结构方面采用薄壁型材和异型钢,减少结构的拼接焊缝,采用各种高强度低合金钢新材料,提高承载能力,改善受力条件,减轻自重和增加外形美观。
在机构方面进一步开发新型传动零部件,简化机构,以焊代铸,采用机电仪一体化技术,提高使用性能和可靠性。
在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统。
今后还会更加注重起重运输机械的安全性、重视司机的工作条件。
1.2.2产品发展趋势起重运输机械行业优先发展的重点产品,应具备产品的性能指标高、性能稳定和运行效率高等特点。
为适应时代需求,这些产品还必须达到环保效能好、节能、机电一体化程度高和操作性能好等要求,是用户优先选择的技术水平高的产品或是新型的国内空白产品。
这些产品包括:
1.港口散料装卸成套设备,包括:
(4000~6000t/h)连续装船机、(1250~2400t/h)桥式抓斗卸船机、(4000~6000t/h)悬臂斗轮取料机、(4000~6000t/h)大跨度门式取料机、双车三车不摘钩翻车机、散粮码头装卸系统机电总体设计及控制技术、(500~1000t/h)夹带式卸船机及(1000~1500t/h)波状挡边带式提升机等。
2.大型露天矿连续、半连续开采工艺运输成套设备,包括:
(4000~6000t/h)大型排土机、带宽B=3000mm胶带输送机、机电总体设计技术及压带式大倾角胶带输送机等。
3.混匀料场成套设备,包括:
1500t/h刮板式混匀取料机、1500t/h滚筒式混匀料机、1500t/h摇臂式混匀堆料机等。
4.固体垃圾分拣处理系统,包括:
给料机、圆筒式筛分机、堆肥倒堆机、垃圾压装机和自动化垃圾搬运起重机等。
5.集装箱装卸运输成套设备,包括:
轮胎式集装箱起重机、超大箱大伸距岸边起重机、集装箱叉车及铁路集装箱起重机等。
6.仓储及自动化运输成套设备,包括:
标准系列自动化立体仓库、自动化立体停车库、无轨巷道堆垛机系列、自动搬动车系统、大规模流水生产线电控及管理系统、积放式悬挂输送机(单车吊重50~1250kg,速度10~20m/min)、重型板式输送机(单件载荷500~2000kg、速度0.5~5.5m/min)和各种型式货架储存系统等。
7.三峡工程及其他重点工程有关设备开发,包括:
起重量1.15万吨、提升高度113米的升船机可靠性研究及设备研制、大型火电站中的输煤、给煤设备、堆取料设备和专用起重机设备、核电站用高精度定位、高可靠性的环形起重机、装卸料机及其他核级要求的起重设备等。
8.具有发展前景、市场看好的特色产品,包括:
1)DX型钢丝绳芯带式输送机;
2)自移可转式胶带输送机;
3)耐腐蚀的螺旋输送机;
4)超高温埋刮板输送机;
5)各种旅游与货运索道;
6)容器式管道输送系统;
7)工业自动灌装、码垛成套设备;
8)垃圾处理专用抓斗起重机;
9)轻小型起重设备;
10)大型冶金起重机;
防爆起重机;
高速行李输送系统;
柔性启制动装置;
称量与配制样系统;
大规格垂直挡边输送机;
多用途门座起重机;
集装箱式包装机;
气垫式皮带机电子秤等。
9.重要基础零部件,包括:
1)硬齿面减速器;
2)液力减速器;
3)高速大功率耦合器;
4)液压缓冲器;
5)索道专用新型抱索器,脱挂器;
6)盘式制动器;
7)集装箱吊具;
8)自锁式夹轨器;
9)液粘传动装置等。
1.3国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向钢丝绳电动葫芦作为一种轻小型起重设备,广泛用于国民经济各个领域,而国内钢丝绳电动葫芦的发展却比较缓慢。
上世纪60年代到70年代初,我国从前苏联引进了TV型钢丝绳电动葫芦,70年代初我国自行设计了CD1型钢丝绳电动葫芦取代TV型钢丝绳电动葫芦,至目前为止CD1型钢丝绳电动葫芦在国内生产制造、使用已达30多年的历史。
其间,曾有一些厂家引进国外先进的生产制造技术,但均未获得广泛的推广应用。
钢丝绳电动葫芦技术水平在国内发展迟缓,其原因是多方面的:
1)国内钢丝绳电动葫芦企业生产、制造水平及配套的机械、电气及标准件技术基础较低;
2)近20年来,国内经济体制由计划经济转向市场经济,许多国营企业在转制初期不可能将大量的资金投入到产品开发上;
3)CD1型钢丝绳电动葫芦目前仍有一定的市场占有率。
然而,随着技术的成熟完善和用户对产品的性价比的越来越挑剔,国内钢丝绳电动葫芦已开始不再适应人们的要求。
图1.3-1CD型电动葫芦1.3.1CD1型钢丝绳电动葫芦存在的不足1.系列化问题、品种少、规格不齐:
CD1型钢丝绳电动葫芦起重量只有0.5t、1t、2t、3t、5t、10t,6种,起升高度的覆盖范围为6-30m,起升速度:
1-5t单速为8m/min,双速为8/0.8m/min,10t单速7m/min,双速为7/0.7m/min。
虽然国内一些厂家在10t基础上发展看了16t、20t扩充系列的大吨位电动葫芦,但仍不能形成较完整的钢丝绳电动葫芦产品系列,与国外的起重量范围0.25-80t及多种起升高度和起升速度组合相比存在很大的差距。
2.工作级别:
CD1型钢丝绳电动葫芦没有进行工作级别的划分,不适应实际使用工况,多数情况下造成使用不合理。
按新的工作级别划分规则,CD1型钢丝绳电动葫芦的工作级别为M3,而国外的钢丝绳电动葫芦能适应的工作级别范围为M3,M6。
3.基型的变换:
CD1型钢丝绳电动葫芦滑轮组结构形式及倍率单一(0.5t-5t滑轮组倍率为2/1;
10t倍率为4/2)。
安装方式只有悬挂和固定式2种,变化少,可开发功能低。
而国外钢丝绳电动葫芦滑轮组结构及倍率组合方式多样,安装方式除悬挂与固定式外,还有低净空安装、双吊点形式及其他特殊用途的钢丝绳电动葫芦。
而CD1型钢丝绳电动葫芦在这些方面基本是空白。
4.结构设计:
CD1型钢丝绳电动葫芦的结构设计虽然较TV型钢丝绳电动葫芦有了较大改进,但其外形美观性差,圆形结构不便于安装、运输,外形的局限性严重阻碍了基型的变化。
而国外的钢丝绳电动葫芦,多为方形结构设计,既美观便于安装、运输,还能很好地适应模块化设计,便于基型的组合和变换,大大拓宽了钢丝绳电动葫芦的使用范围。
5.配套电动机:
CD1型钢丝绳电动葫芦配套的锥形转子电机,单速为4极,双速为1/10的子母机,而国外钢丝绳电动葫芦电机采用2极电机,双速采用双绕组和变极式,这样结构简单、体积小、自重轻,有利于降低制造成本。
另外,CD1型钢丝绳电动葫芦配套电机在绝缘等级和防护等级及噪声方面与国外葫芦相比差距仍很大。
6.减速器:
CD1型钢丝绳电动葫芦减速器制造精度和传动效率低,噪声大,齿轮参数设计不甚合理,特别反映在有效提高承载能力和各级齿轮与齿轮副之间的强度均等方面。
7.安全保护措施:
CD1型钢丝绳电动葫芦只有上、下限位保护,超载保护。
而国外钢丝绳电动葫芦除有上述保护功能,还具有错相、缺相、过热、多制动系统保护等。
8.电气控制:
CD1型钢丝绳电动葫芦电控箱外观协调性差,电气元件的使用寿命较低,故障率高。
9.零部件设计:
CD1型钢丝绳电动葫芦的吊钩、电动小车装置等关键零部件,成组设计及互换性较差,且结构较笨重。
1.3.2国内钢丝绳电动葫芦发展方向1.系列设计合理化:
推荐参数:
起重量从0.25-80t,起升高度6-63m,利用较少的基型覆盖整个系列。
起升速度多样化推荐值:
单速8m/min、10m/min、12.5m/min;
双速1/10、1/3、1/4速比变化。
双速方案应考虑子母机、双绕组及变极式,或采用变频无极调速技术。
设计时参考GB3811-1983《起重机设计规范》工作级别划分,将工作级别覆盖范围扩充到M3-M6。
2.结构形式应能满足多种工况如:
低净空、双吊点等多种安装固定方式;
可遥控操纵、绝缘型、防腐防潮、耐高温高热、防爆等多种功能的产品。
3.外形设计改变传统的圆形设计,采用方形结构形式,模块化设计,增加零部件的通用性:
布置方式由原来的电机一中间轴一减速器一卷筒的形式,改为电机一减速器一卷筒的布置方式,既有利于有效地提高钢丝绳电动葫芦起升高度,又避免高速轴长轴传动,可提高运行的平稳性和可靠性,降低制造成本。
增加滑轮倍率范围,提高单机使用范围。
4.采用优质高强度钢丝绳:
按GB3811—1983标准要求,在满足抗拉强度安全系数的前提下,尽可能减小钢丝绳直径,采用相适应的卷筒直径与钢丝绳直径之比及滑轮直径与钢丝绳直径之比,以利于缩小整机结构和自重。
5.优化齿轮设计提高齿轮的承载能力:
齿轮可采用40Cr或42CrMn、40MnB材质,调质和表面淬火处理或氮化,原采用的20CrMnTi或20MnTiB材质虽然在齿轮的抗弯强度和接触强度方面较理想,但是受国内基础加工水平影响,齿轮加工精度低,渗碳淬火热处理变形量难控制,后序又无磨齿工艺,难免存在齿轮噪声大、效率低等缺点。
新材质及热处理方法已在国内许多厂家推广。
此外,采用硬齿面与中硬齿面配对啮合的齿轮副,高速级齿轮采用剃齿工艺,齿轮螺旋角选在12度左右,这些都是提高齿轮传动平稳性的有效途径。
齿轮传动箱体、箱盖结构设计应有利于噪声的吸收与减振,传动轴承应提高精度等级。
6.电机采用2、4、6极锥形转子电机以适用各种不同工:
电机绝缘等级应提高至F级和11级,防护等级提高至IP54;
电机设置过热保护元件;
电机的设计应考虑有效提高有用功率,降压能力和起、制动能力;
提高电机设计温升,充分发挥电机的潜能;
电机的降噪除了在设计、加工、制造精度上要提高外,还应从设计上考虑降低电磁噪声和风道涡流噪声的措施。
电机的设计也应遵循工作级别划分原则,提高单机使用用途。
7.增加电气保护措施:
除上下限位保护外,还应增加超载保护(个别情况下考虑欠载保护);
错相、缺相、失压保护;
吊钩防脱绳保护。
开发多制动功能机型如:
双制动(电机锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动);
三制动(锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动+卷筒上安全闸)。
根据用户需要增加起升高度、负载数字显示功能。
8.高耐磨、高强度导绳器材料及导绳器导绳性能一直是国内许多生产电动葫芦的企业探讨的课题,目前,国内已掌握了一部分成功经验。
9.其他零部件如吊钩、小车等设计要考虑成组性和通用性。
10.提高配套件如钢丝绳、轴承等标准件质量。
11.提高接触器、变压器等电控元件的机械寿命和电寿命,电控箱的外形设计应考虑与葫芦塞体的协调。
12.注重整机的油漆,包装等外观品质。
1.4本课题的主要研究内容本课题的主要研究内容本课题将首先分析目前国内外起重机的发展现状与电动葫芦的特点,针对10吨电动葫芦减速器原方案进行改进设计,完成改进后进行电动葫芦变速器的结构设计和关键零部件设计计算,并进行结构改进。
根据以上思想,毕业设计主要完成工作如下:
1.通过调研了解国内外电动葫芦的发展现状以及其结构特点;
2.分析比较各种传动方案的利弊,根据改进的思想,最终选定环锥行星无级变速器的传动方案。
3.参考上届同学的电动葫芦原方案进行改进设计,对其进行校验修改,并在其基础上提出改进。
具体修改和增加如:
4.完成毕业论文。
2传动方案的拟订传动方案的拟订2.1.分析各种传动方案的利弊分析各种传动方案的利弊2.1.1齿轮传动齿轮传动是一种最常用的机械传动方式具有可靠性好、传动平稳、传动效率高等优点,但目前所具有的各种形式的齿轮传动而言,传动比相对固定,无法实现转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转。
2.1.2机械无级变速机械无级变速器有摩擦式、链式、带式和脉动式四大类,约30多种结构型式。
(1)摩擦式无级变速器摩擦式无级变速器是指利用主、从动刚性元件(或通过中间元件)在接触处产生的摩擦力和润滑油膜牵引力进行传动,并可通过改变其接触处的工作半径进行无级变速的一种变速器。
摩擦式无级变速器由三部分组成:
传递运动和动力的摩擦变速传动机构;
保证产生摩擦力所需的加压装置;
实现变速的调速机构。
它具有各种不同的结构类型,一般可分为:
①直接传动式,即主、从动摩擦元件直接接触传动;
②中间元件式,即主、从动元件通过中间元件进行传动;
③行星传动式,即中间元件作行星运动的传动机构。
目前,国内应用较广或已形成系列进行生产的主要有:
锥盘环盘式(干式、湿式)、多盘式(Beier型、转环直动式、钢球锥轮式、菱锥式、行星锥盘式(DISC型)和行星环锥式(RX型)无级变速器等。
(2)链式无级变速器链式无级变速器是一种利用链轮和钢质挠性链条作为传动元件来传递运动和动力的机械变速装置。
它属于开发较早#应用较多的一种通用型变速器。
链式无级变速器由链轮和链条构成的传动机构、调速机构和链条张紧加压机构三部分组成。
它是通过主、从动链轮的两对锥盘的轴向移动实现调速的。
按链条结构形式可分为以下几类:
滑片链无级变速器、滚柱链无级变速器、套环链无级变速器、摆销链无级变速器等几种。
前两种变速器发展比较成熟,应用广泛,后两种变速器体现了链式无级变速器的发展方向。
(3)带式无级变速器它与链式变速器相似,其变速传动机构是由作为主、从动带轮的两对锥盘及张紧在其上的传动带组成。
其工作原理是利用传动带左右两侧面与锥盘接触所产生的摩擦力进行传动,并通过改变两锥盘的轴向距离以调整它们与传动带的接触位置和工作半径,从而实现无级变速。
它由于具有结构简单,工作平稳等优点,在机械无级变速器中可以说是应用最广的一种!
带式无级变速器根据传动带的形状不同:
可分为平带无级变速器和V带无级变速器两种类型。
(4)脉动式无级变速器变速传动机构主要由3~5相连杆机构组成,或者是连杆与凸轮和齿轮等机构的组合,其工作原理和连杆机构相同,但需配置输出机构。
脉动式无级变速器也是由传动机构、输出机构和调速机构三个基本部分组成的!
。
与摩擦式无级变速器相比,由于其传动机构采用几何封闭的低副机构,故具有工作可靠,承载能力高、变速性能稳定的特点,此外还具有结构简单、体积较小、制造方便和成本较低等优点。
由上分析可知,机械式无级变速器结构简单,价格低廉,维修方便,传动效率高,适应性强,转速稳定,传动比好,工作特性可以是恒功率的,也可以是恒转矩的,适用于条件恶劣的应用工况。
可以实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转,而且向自动化、智能化、集成化和信息化发展的趋势。
2.2拟订传动方案拟订传动方案根据电动葫芦短期间歇工作方式的特点,以及改进思想要求的结构紧凑,体积小,质量轻,减速器传动比大,实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转等特点。
据[5]P5表1-4中的各传动类型的工作特点可知,环锥行星无级变速器传动形式较适于短期间断的工作方式,并且结构紧凑,传动比大实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转等特点。
其传动简图如下所示:
图2.2-1环锥行星无级变速器传动简图3设计计算设计计算3.1钢丝绳的选
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