大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機構(gòu)設(shè)計

論文摘要本文闡述了大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計包括了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計兩局部。機械結(jié)構(gòu)局部采用了鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)、液壓提升的結(jié)構(gòu)組合。包括傳動系統(tǒng)設(shè)計、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的具體設(shè)計、液壓缸的設(shè)計等。控制系統(tǒng)采用了液壓和機電結(jié)合的方式，利用液壓控制系統(tǒng)的提升，機電控制系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)操作。為了降低系統(tǒng)的本錢，控制系統(tǒng)采用的是繼電器控制而不是現(xiàn)在比擬流行的PLC控制。關(guān)鍵詞：H鋼翻轉(zhuǎn)機構(gòu)提升機構(gòu)AbstractThistextelaboratedthelargeHsteelinsideoutpromotethedesignofthemrvhsnidm,thedesignincludedthemachinestructuredesignandthesystemdesigntwofractionsofcontrol.Themachinestructurefractionadoptedthetypeofchaininsideout,thestructureassemblethatliquidpressestopromote.Theconcretedesign,liquidthatdesignsthecontentstoincludethedrivesystemdesign,insideoutmrvhsnidmpressesdesignetc.oftheurn.Controlthesystemadoptstheliquidtopressandthemodeofthemachineelectricaltwinning,makeuseoftheliquidtopresstocontrolthesystemtopromote,insideoutoperationofthemachineelectriccontrolsystem.Forthesakeofthestep-downcostofthesystem,controlwhatsystemadoptionisarelaycontrolbutisnotnowthanpopularofcontrolofPLC.Keyword:HsteelInsideoutmrvhsnidmPromotethemrvhsnidm目錄TOC\o"1-3"\h\z論文摘要2Abstract3目錄4第1章緒論11.1課題來源及研究的目的和意義11.2同類設(shè)備目前的開展?fàn)顩r1第2章系統(tǒng)總體設(shè)計62.1初始參數(shù)的擬訂62.2機構(gòu)的選擇及各局部采用形式確實定6翻轉(zhuǎn)機構(gòu)6提升機構(gòu)92.3H鋼翻轉(zhuǎn)過程分析92.4大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機的布置10第3章傳動系統(tǒng)零件的選擇及設(shè)計123.1電動機的選擇123.2帶傳動設(shè)計及計算13皮帶傳動的計算133.2.2V帶輪設(shè)計及計算15皮帶傳動的張緊17第4章翻轉(zhuǎn)和提升裝置零件設(shè)計194.1鏈條的選擇及鏈輪的設(shè)計計算19鏈條的選擇19鏈輪的設(shè)計及計算20滑輪的設(shè)計21鏈條的潤滑224.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及各局部的校核23軸的設(shè)計及計算234.2.2滾動軸承的校核26鍵的強度校核264.3液壓缸的設(shè)計及計算27液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計27液壓缸緩沖、排氣和密封防塵裝置設(shè)計及選擇34第5章控制系統(tǒng)設(shè)計375.1液壓系統(tǒng)設(shè)計375.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計425.3系統(tǒng)工作過程45結(jié)論47致謝48參考文獻(xiàn)49第1章緒論1.1課題來源及研究的目的和意義隨著經(jīng)濟的不斷開展，大型工業(yè)與民用建筑不斷的出現(xiàn)，以至使得像大型H鋼這樣的鋼材有著大量的市場需求。H鋼雖然可以用熱軋的方法制造，但只能在端面高度為400~600mm范圍內(nèi)取得最正確經(jīng)濟效果，小于或大于這個范圍，用其它焊接方法制造更為有利。同時，在焊接生產(chǎn)加工中，當(dāng)H鋼完成組對并進行一面的焊接后，需要將其翻轉(zhuǎn)，以便焊接另一面。但由于H鋼體積大、重量重，人工很難翻轉(zhuǎn)，所以需要專用的設(shè)備，尤其是在大批量生產(chǎn)中，就更需要一種翻轉(zhuǎn)提升機構(gòu)來完成這一操作，以提高生產(chǎn)效率。大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機就是應(yīng)用在這種場合下的設(shè)備。1.2同類設(shè)備目前的開展?fàn)顩r對于翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，現(xiàn)在已有很多的形式。如有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式、推舉式等。并已在實際生產(chǎn)中用于各種工件的翻轉(zhuǎn)。目前國內(nèi)還未對各種形式的翻轉(zhuǎn)機制訂出系列標(biāo)準(zhǔn)，但國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)頭尾架式的翻轉(zhuǎn)機，并成系列。另外，配合焊接機器人使用的框架式、頭尾架式翻轉(zhuǎn)機，國內(nèi)外均有生產(chǎn)。它們都是點位控制，控制點數(shù)以使用要求而定，但多為2點(每隔180°)、4點〔每隔90°〕、8點〔每隔45°〕控制，翻轉(zhuǎn)速度以恒速的為多，但也有變速的。翻轉(zhuǎn)機與機器人聯(lián)機按程序動作，載重量多在20～3000Kg之間。例如我國汽車、摩托車等制造行業(yè)使用的弧焊機器人加工中心，已成功地采用了國產(chǎn)頭尾架式和框架式的焊接翻轉(zhuǎn)機，由于是恒速翻轉(zhuǎn)，點位控制，并輔以電磁制動和汽缸錐銷強制定位，所以多采用交流電動機驅(qū)動、普通齒輪副減速，機械傳動系統(tǒng)的制造精度比軌跡控制的低1到2級，造價廉價。提升機構(gòu)主要有機械式和液壓式兩種，且各種提升設(shè)備已形成標(biāo)準(zhǔn)系列。在這里就不在做詳細(xì)的闡述。機械式與液壓式起升機構(gòu)的應(yīng)用：主要介紹了機械式和液壓式起升機構(gòu)的根本分類，以及這兩種機構(gòu)在實際工程中的應(yīng)用。一．起升機構(gòu)的組成：起升機構(gòu)可分為機械式和液壓式兩種。機械式起升機構(gòu)包括：〔1〕嚙合式驅(qū)動裝置a〕用于主要為提升件貨的繩索卷繞式起升機構(gòu)b〕用于雙繩或四繩抓斗的繩索卷繞式起升機構(gòu)c〕鏈條卷繞式起升機構(gòu)。d〕螺桿或針齒條以及齒條起升機構(gòu)〔2〕驅(qū)繩輪起升機構(gòu)的摩擦式驅(qū)動裝置液壓式起升機構(gòu)壓缸起升機構(gòu)壓馬達(dá)驅(qū)動的繩索卷繞起升機構(gòu)二．機械式起升機構(gòu)的應(yīng)用TDR-80型單晶爐是一種生產(chǎn)半導(dǎo)體的專用設(shè)備，該設(shè)備中就使用了一種新型的軟軸卷揚提升機構(gòu)。如圖1圖1新型軟軸卷揚提升機構(gòu)主箱體1起支撐和密封作用，旋轉(zhuǎn)動力通過減速機傳遞給傳動軸2，帶動卷揚輪旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)軟軸的提升。為了消除傳動卷揚提升機構(gòu)中軟軸鋼絲繩的偏移和堆壓，傳動軸2設(shè)計為精密滾動花鍵副結(jié)構(gòu)，在傳遞旋轉(zhuǎn)動力的同時，有可以作相對移動。卷揚輪5、牽引螺紋套6與傳動軸2的滾動花鍵套聯(lián)接在一起。當(dāng)滾動花鍵副帶動卷揚輪旋轉(zhuǎn)時，牽引螺紋套也同時旋轉(zhuǎn)，由于牽引螺母7固定不動，這樣卷揚輪就由牽引螺紋套帶著一起移動。將牽引螺紋套的螺紋距與卷揚輪的繩槽螺距設(shè)計為相等，這樣就能保證在卷揚輪旋轉(zhuǎn)提升軟軸鋼絲繩時，伴隨著卷揚輪的水平同步移動?？朔塑涊S鋼絲繩的堆壓與偏移，確保了軟軸鋼絲繩始終在調(diào)定的回轉(zhuǎn)中心上。圖1所示提升機構(gòu)是對傳統(tǒng)軟軸卷揚提升機構(gòu)的一種改良形式，通過這種改良解決了傳統(tǒng)軟軸卷揚提升機構(gòu)在卷揚提升時會產(chǎn)生軟軸鋼絲繩的堆壓或偏移，產(chǎn)生爬行，抖動及提升誤差。新型軟軸提升機構(gòu)主要是以卷揚提升工作原理來實現(xiàn)軟軸的提拉工作，與傳統(tǒng)的卷揚提升機構(gòu)最大的區(qū)別是，新型軟軸提拉機構(gòu)的卷揚輪在卷揚提升的同時，伴隨有卷揚輪的水平移動，以便保證軟軸鋼絲繩的對中性，實現(xiàn)軟軸在旋轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性。圖2為火力發(fā)電廠冷卻水塔施工專用設(shè)備EGI.TM提模系統(tǒng)。它由假設(shè)干個結(jié)構(gòu)相同的單元組成，每個單元都通過軌道依附在已澆注混凝土的水塔筒壁上，并隨著水塔筒壁升高而升高。圖2提模系統(tǒng)主框架結(jié)構(gòu)簡圖該系統(tǒng)提升機構(gòu)由電動機、蝸輪減速器、提升絲桿、滑動套架、平安螺帽等組成。滑動套架兩側(cè)通過“V〞滑槽與主架弦桿相連，前部通過勾輪與軌道相連，后部與提升絲桿鉸接。蝸輪減速器的蝸輪外圓輪齒與蝸桿嚙合，內(nèi)孔通過梯形牙與提升絲桿嚙合，下端通過彈性平安銷與平安螺帽相連。平安螺帽具有防止主架下墜和系統(tǒng)過載保護功能。當(dāng)蝸輪內(nèi)牙被剪斷時，平安帽可以防止主架突然墜落；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過載時，平安銷被剪斷，平安螺帽與蝸輪抱死，提升機構(gòu)不能動作。以下圖所示為一新型底下垃圾桶，它不但解決了普通垃圾桶占用地上空間且桶體易粘掛垃圾，夏天有惡臭味，不能防止人掏撿垃圾，造成垃圾外溢，影響市容市貌的缺點，而且機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、耐用、本錢低。同時可以降低環(huán)衛(wèi)工人的工作強度。圖3地下垃圾桶提升機構(gòu)簡圖該提升機構(gòu)分三局部:省力機構(gòu)、減速機構(gòu)、附件。在提升機構(gòu)中兩邊有兩股鋼絲繩分別纏繞在兩組動滑輪上，一滾筒軸與一輸出軸通過一對鏈輪連接，垃圾工清理垃圾時，用手柄轉(zhuǎn)動輸出軸帶動鏈輪1轉(zhuǎn)動，鏈輪1通過鏈傳動，帶動鏈輪2轉(zhuǎn)動，鏈輪2再帶動同軸的滾筒5轉(zhuǎn)動，滾筒5將鋼絲繩絞起來，鋼絲繩通過一滑輪組4;拉動底板3向上運動，底板上放一垃圾桶，進而把垃圾桶提升上去。三．液壓式起升機構(gòu)的應(yīng)用平行四邊形機構(gòu)能按比例放大工作行程，廣泛使用在各類液壓升降設(shè)備中，但工作方式都是頂升，如液壓升降工作臺。圖4為長江航標(biāo)2.44.浮筒清洗裝置，該裝置就是利用平行四邊形機構(gòu)設(shè)計的一套工作臂液壓提升機構(gòu)。圖4長江航標(biāo)浮筒清洗裝置圖5機構(gòu)運動簡圖工作臂上有多把旋轉(zhuǎn)的清洗刷，通過刷的擺動和工作臂在垂直軌道中的上下運動清洗浮筒外表，工作臂的上下運動由液壓缸通過提升機構(gòu)驅(qū)動。工作臂聯(lián)結(jié)在滑塊6上〔見圖5〕，由10個鉸接的平面運動構(gòu)件構(gòu)成四個平行四邊形。整個裝置由滑輪引導(dǎo)在垂直軌道中運動，相當(dāng)于滑塊在垂直中心線上運動，從而使兩液壓缸實現(xiàn)機械同步，機構(gòu)的提升行程約為液壓缸行程的6倍。平行四邊形提升機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊.構(gòu)造簡單，運動可靠的優(yōu)點。在實際中還可采用單個液壓缸垂直安裝拉動鉸鏈B及絲桿傳動等其他驅(qū)動方式，是一種比擬實用的液壓提升機構(gòu)形式。四．兩種機構(gòu)的比擬由以上兩種機構(gòu)的實際應(yīng)用可以看出機械式提升機構(gòu)根本上用于有很大提升行程要求的系統(tǒng)中，整個提升機構(gòu)較為復(fù)雜。液壓式提升機構(gòu)的運行比擬平穩(wěn)，容易實現(xiàn)無級調(diào)速及過載保護，且裝置的使用壽命較長。但液壓提升機構(gòu)中的油液較易受溫度變化的影響，同時油液還有泄露的問題。另外，機械式提升機構(gòu)大多都是采用提拉的方式提升重物，而液壓式提升機構(gòu)主要采用推舉的方式提升重物。所以具體采用那種提升構(gòu)就要根據(jù)具體的環(huán)境情況、工作要求、以及人員狀況等。所以機械式提升機和液壓式提升機之間都存在缺乏之處，同樣他們之間也各有自己的優(yōu)點。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計2.1初始參數(shù)的擬訂翻轉(zhuǎn)的H鋼最大尺寸為：高1200mm、寬600mm、長18000mm，可承受的最大載荷為10噸。每個翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置1臺翻轉(zhuǎn)電機，要求機構(gòu)能實現(xiàn)正反方向任意角度的翻轉(zhuǎn)。提升機構(gòu)的最大提升高度為800mm。整個系統(tǒng)由3個翻轉(zhuǎn)提升架組成，分別編號為Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號。Ⅰ號與Ⅱ號之間相距4m，Ⅱ號與Ⅲ號之間相距7m。各翻轉(zhuǎn)提升架之間放置輸送輥道。2.2機構(gòu)的選擇及各局部采用形式確實定根據(jù)對題目“大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機構(gòu)設(shè)計〞可知，該機構(gòu)主要有兩局部組成，即翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和提升機構(gòu)，現(xiàn)分別對這兩種機構(gòu)進行討論。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)是將工件沿水平軸轉(zhuǎn)動或傾斜，使之處于有利于加工位置的變位設(shè)置機構(gòu)。最為常見的有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)健h(huán)式、推舉式等翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。它們的使用場合見下表。表2-1翻轉(zhuǎn)變位機構(gòu)形式變位速度驅(qū)動方式使用場合框架式恒定機電或液壓板結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)等較長焊件的傾斜變位頭尾架式可調(diào)機電軸類和橢圓形焊件的環(huán)形焊縫，外表堆焊時的旋轉(zhuǎn)變位鏈?zhǔn)胶愣C電裝配定位焊后，自身剛度很強的梁住型的翻轉(zhuǎn)變位環(huán)式恒定機電裝配定位焊后，自身剛度很強的梁住型的翻轉(zhuǎn)變位。在大型構(gòu)件的組對與焊接應(yīng)用中較多推舉式恒定液壓各類構(gòu)件的傾斜變位。裝配和焊接在同一工作臺上進行根據(jù)各種機構(gòu)的使用場合可知，對于大型H鋼的翻轉(zhuǎn)可以采用鏈?zhǔn)?、環(huán)式和推舉式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)?，F(xiàn)對這三種機構(gòu)加以比擬，以確定最終采用的機構(gòu)形式。1．鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)機構(gòu)鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式如以下圖圖2-1鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)機構(gòu)由圖可知，鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)比擬簡單，因為采用鏈條支撐，對箱形斷面的角接焊縫也同樣適用，其缺點是焊縫對中較費時，焊接是在自由狀態(tài)下焊接，不便于用夾具控制焊接變形。2．環(huán)式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)環(huán)式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式如以下圖圖2-2環(huán)式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)在翻轉(zhuǎn)同等體積的H鋼時環(huán)式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)整體尺寸較大，機構(gòu)上配有加緊裝置，因此，相對與鏈?zhǔn)蕉裕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。但特別適合與超大型工件的翻轉(zhuǎn)。3．推舉式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)推舉式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)如以下圖圖2-3推舉式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)推舉式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)也比擬簡單，且能翻轉(zhuǎn)的工件類型也較多，但這種結(jié)構(gòu)一次最多只能翻轉(zhuǎn)90°，翻轉(zhuǎn)后工作臺需要復(fù)位。對于大角度的翻轉(zhuǎn)效率低下。根據(jù)以上三種機構(gòu)的特點，考慮結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和工作效率，選用鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)機構(gòu)做為大型H鋼的翻轉(zhuǎn)裝置。鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)機構(gòu)主要由電機、鏈條、鏈輪、張緊輪及架體等組成。在起重機械中應(yīng)用的鏈條主要有環(huán)形焊接鏈和片式關(guān)節(jié)鏈。使用環(huán)形焊接鏈條具有撓性好、可用較小直徑的鏈輪和卷筒，且傳動機構(gòu)外形尺寸小，鏈條本身耐腐蝕。缺點是可靠性差、有突然斷裂的可能、不耐沖擊、質(zhì)量大、不易用于高速提升設(shè)備中，鏈條本身運動中常產(chǎn)生滑移和摩擦。片式關(guān)節(jié)鏈的撓性比焊接鏈更好，比擬可靠、運動平穩(wěn)。缺點是有方向性、橫向無撓性、本錢高、對灰塵和銹蝕較為敏感。由于設(shè)備在運動中有沖擊，出于平安和運動穩(wěn)定性的考慮，選用片式關(guān)節(jié)鏈作為翻轉(zhuǎn)用鏈條。電機通過窄V帶將功率傳遞給翻轉(zhuǎn)裝置，因為翻轉(zhuǎn)提升架的翻轉(zhuǎn)過程不需要準(zhǔn)確的速比，且翻轉(zhuǎn)過程中對系統(tǒng)有沖擊，所以優(yōu)先選用帶傳動的形式。另外在各種帶中，窄V帶具有普通V帶的所有特點外，不但壽命長、傳動功率大、費用低而且可以減少帶輪的寬度和直徑。提升機構(gòu)提升機構(gòu)分為機械式和液壓式兩種，現(xiàn)對這兩種機構(gòu)進行比擬，以確定最終采用的機構(gòu)形式。機械式提升機構(gòu)通常是以省力的鋼絲繩滑輪組作為執(zhí)行構(gòu)件的，所以可以有較大的提升范圍，滑輪組一般使用定滑輪、定滑輪和動滑輪、雙聯(lián)滑輪組〔四分支〕、雙聯(lián)滑輪組〔八分支〕等幾種形式。另外在機械式提升機構(gòu)中，也有采用齒輪和齒條進行提升，但采用這種機構(gòu)的設(shè)備一般只適用于小型貨物、輕載情況下的提升作業(yè)。液壓式提升機構(gòu)也是常用提升機構(gòu)中的一種。它采用液壓作為動力源。包括有使用液壓馬達(dá)，其執(zhí)行提升的機構(gòu)同機械式。還有采用液壓缸進行提升。由于液壓缸的行程有限，對于較大行程的提升都設(shè)計有增加行程的裝置，如X形的支架。因此，液壓式提升機構(gòu)多用于升降臺、汽車翻斗等不需要很大行程，但卻有較大載重的設(shè)備中?？紤]液壓傳動具有在同樣的驅(qū)動功率下，液壓裝置的重量更輕、體積更小及耐沖擊的特點。選用液壓式提升機構(gòu)作為H鋼的提升裝置。由于系統(tǒng)不需要較大的提升行程，所以使用液壓缸直接推動翻轉(zhuǎn)架進行提升即可，這樣做，雖然要使用較多的液壓缸，但可以簡化提升機構(gòu)，所有翻轉(zhuǎn)架的液壓缸都由一個泵源提供動力，即可保證液壓缸的同步動作，也可以減少空間的使用。2.3H鋼翻轉(zhuǎn)過程分析在H鋼被提升起后，在鏈條上處于圖2-4所示狀態(tài)，當(dāng)鏈條順時針旋轉(zhuǎn)時，H鋼將會以B點為中心逆時針方向翻轉(zhuǎn)。圖2-4翻轉(zhuǎn)過程當(dāng)A點到達(dá)最低點后，如圖2-5。假設(shè)H鋼要繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，就要以A點為中心，此時如果重心在支點A的左側(cè)如圖2-5〔a〕，那么它產(chǎn)生的力矩將會使H鋼繼續(xù)翻轉(zhuǎn)。如果重心在支點A的右側(cè)如圖2-5〔b〕，它產(chǎn)生的力矩將會阻止H的翻轉(zhuǎn)，此時要求H鋼的慣性足以克服重力產(chǎn)生的力矩使H鋼繼續(xù)翻轉(zhuǎn)到重心移動到A點的左側(cè)，否那么H鋼翻轉(zhuǎn)到此位置時將停止翻轉(zhuǎn)且在鏈條上打滑。H鋼是否會打滑主要取決于H鋼與鏈條摩擦力的大小，即如果摩擦力足夠大，將出現(xiàn)圖2-5〔a〕的狀態(tài)，此時不會發(fā)生打滑現(xiàn)象。如果摩擦力不夠大，出現(xiàn)圖2-5〔b〕的狀態(tài)就要求H鋼有足夠的翻轉(zhuǎn)速度以保證不出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。由于鏈條的外表有明顯的凹凸不平，所以H鋼與鏈條之間的摩擦力不能簡單的用平面之間的靜摩擦進行計算，所以這里不對H鋼是否打滑進行理論計算。圖2-5H鋼翻轉(zhuǎn)過程簡圖2.4大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機的布置整個系統(tǒng)由3個翻轉(zhuǎn)提升架組成，分別編號為Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號。要求三個翻轉(zhuǎn)提升架成一排放置，三個翻轉(zhuǎn)提升架的中心線保持在一條直線上，且Ⅰ號與Ⅱ號之間相距4m，Ⅱ號與Ⅲ號之間相距7m。各翻轉(zhuǎn)提升架之間放置輸送輥道。控制臺放置在Ⅱ號架的一側(cè)。見圖2-6。第3章傳動系統(tǒng)零件的選擇及設(shè)計3.1電動機的選擇翻轉(zhuǎn)局部的結(jié)構(gòu)簡圖如以下圖圖3-1翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡圖設(shè)計鏈速為0.5m/s，單個翻轉(zhuǎn)架承受重力為50000N。受力分析如圖圖3-2鏈條受力水平分力F’=F·cosα=34295×cos52°=23477NP=Fv=34295×0.5=17147.5W=1.72475KWP電=式中：η鏈——鏈條傳動效率，取η鏈=90%η皮——皮帶傳動效率，取η皮=80%根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第5卷，表22-1-82選取電動機YZ160L-8，轉(zhuǎn)速705r/min，額定功率7.5KW。電動機YZ160L-8是起重設(shè)備專用電機，這種電動機具有啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小的特點，且能夠頻繁、重載啟動。因此選用這種類型的電機作為系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)電機。3.2帶傳動設(shè)計及計算皮帶傳動的計算原始設(shè)計資料：傳遞的功率P=2.3KW，窄V帶傳動，每天工作小于10小時，重載啟動且有載荷沖擊。1．確定計算功率PcaPca=KAP〔3-1〕式中：Pca——計算功率KA——工作情況系數(shù)。查《機械設(shè)計手冊》第3卷表13-1-16得KA=1.4P——傳遞的額定功率Pca=1.4×2.3=3.22KW2．選擇帶型根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速n1=705r/min，Pca=3.22KW，由《機械設(shè)計手冊》第3卷圖13-1-2選用窄V帶SPZ。3．確定帶輪的基準(zhǔn)直徑〔1〕初選小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1根據(jù)V帶截形，參考《機械設(shè)計手冊》第3卷表13-1-11選取dd1=63mm，那么da1=67mm?！?〕計算帶速〔3-2〕式中：v1——主動輪的圓周速度n1——主動輪的轉(zhuǎn)速〔3〕計算從動輪基準(zhǔn)直徑dd2設(shè)計傳動比i=1：5根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第3卷表13-1-11圓整到dd2=315mm，da2=319mm。4．確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld初定中心距a0(3-3)0.7×(63+315)<a0<2×(63+315)264.6<a0<756初選a0=550mm。基準(zhǔn)長度(3-4)==1622.212mm根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第3卷表13-1-6選取Ld=1600mm。(3-5)考慮安裝調(diào)整和補償預(yù)緊力的需要，中心距的變動范圍為：5.驗算主動輪上的包角根據(jù)對包角的要求，應(yīng)保證：(3-6)包角滿足要求。6．確定帶的根數(shù)〔3-7〕式中：Kα——包角系數(shù)KL——長度系數(shù)P0——單根V帶的根本額定功率根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第3卷表13-1-21查得Kα=0.92，表13-1-22查得KL=1.16，表13-1-19查得P0=0.68。取z=5根7．確定帶的預(yù)緊力〔3-8〕式中：m——V帶單位長度質(zhì)量v——帶速z——帶的根數(shù)Kα——包角系數(shù)Pca——計算功率查《機械設(shè)計手冊》第3卷表13-1-23得m=0.07kg/m。8．計算傳動作用在軸上的力〔3-9〕式中：z——帶的根數(shù)F0——單根帶的預(yù)緊力α1——主動輪上的包角V帶輪設(shè)計及計算根據(jù)V帶輪的轉(zhuǎn)速和功率，V帶輪采用材料HT150鑄造1．小帶輪設(shè)計計算由于小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd≤2.5d，所以小帶輪采用實心式，結(jié)構(gòu)形式如圖3-3：圖3-3小帶輪結(jié)構(gòu)表3-1小帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)數(shù)值(mm)計算公式d32d158d1=(1.8～2)ddd63da67B64B=2f+4eL83L=(1.5～2)dψ36°式中：f——第一槽對稱面至端面距離e——槽間距2．大帶輪設(shè)計大帶輪采用孔板式，結(jié)構(gòu)形式如圖3-3：圖3-3大帶輪結(jié)構(gòu)表3-2大帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)數(shù)值〔mm〕計算公式d45d190d1=(1.8～2)ddd315da319B64B=2f+4eL64B<1.5d時，L=BC’11(1/7～1/4)BD1259D0174.5D0=0.5(D1+d1)d050d0=(0.2～0.3)(D1-d1)ψ36°式中：f——第一槽對稱面至端面距離e——槽間距皮帶傳動的張緊由于V帶不是完全的彈性體，在預(yù)緊力的作用下，經(jīng)過一段時間的運轉(zhuǎn)后，就會由塑性變形而松弛，使預(yù)緊力降低。因此，為了保證皮帶能夠正常的工作，必須要有一種裝置使得皮帶始終處于一種張緊的狀態(tài)。圖3-4擺架式張緊裝置常見的張緊裝置有定期張緊裝置〔滑道式和擺架式〕、自動張緊裝置和采用張緊輪的裝置。在接近水平和垂直的皮帶傳動中適合采用定期張緊的方法，本設(shè)計采用擺架式張緊的方法，結(jié)構(gòu)如圖3-4。當(dāng)要調(diào)節(jié)帶的預(yù)緊力時只要調(diào)整電動機下方的螺母即可。第4章翻轉(zhuǎn)和提升裝置零件設(shè)計4.1鏈條的選擇及鏈輪的設(shè)計計算鏈條的選擇1．鏈條的選擇根據(jù)第2章鏈條的受力分析可知，鏈條工作時拉力為39.984KN。由《機械設(shè)計手冊》第2卷表8-1-73選擇LH0866型板式起重鏈條。根本參數(shù)如下：公稱節(jié)距P12.7mm板數(shù)組合6×6極限拉伸載荷Q66.7KN2．鏈條的長度鏈條的布置形式如圖4-1：圖4-1鏈條的布置形式根據(jù)鏈條的布置形式初步確定鏈條長度考慮到鏈輪局部的鏈條長度沒有算入，所以取L=6200mm3．確定鏈條的節(jié)數(shù)〔4-1〕取Lp=490節(jié)式中：Lp——鏈條的節(jié)數(shù)L——鏈條的長度P——鏈條的節(jié)距鏈輪的設(shè)計及計算鏈輪采用整體式鋼制小鏈輪，結(jié)構(gòu)形式如圖4-2：圖4-2鏈輪結(jié)構(gòu)表4-1鏈輪根本參數(shù)名稱數(shù)值〔mm〕計算公式配用鏈條節(jié)距P12.7根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表8-1-73查得配用鏈條的滾子外徑d15.12配用鏈條的排距Pt6.25Pt=3b0分度圓直徑d68齒數(shù)z17取z=17dk35齒頂圓直徑da77齒根圓直徑df63分度圓旋齒高h(yuǎn)a5輪轂厚度h11.5輪轂長度l36輪轂直徑dh58齒寬bf3.7表中：v——設(shè)計鏈速n——鏈輪轉(zhuǎn)速k——常數(shù)50＜d＜100時k=4.8b0——鏈板厚度見《機械設(shè)計手冊》第2卷表8-1-73LH0866型b0=2.08mm滑輪的設(shè)計因為鏈條的布置形式特殊〔鏈條的布置形式見圖4-1〕，所以要設(shè)計一個滑輪將下側(cè)的鏈條拉緊，以防止上下兩側(cè)的鏈條在工作的時候發(fā)生接觸?；喌慕Y(jié)構(gòu)形式見以下圖：圖4-3滑輪的結(jié)構(gòu)表4-2滑輪設(shè)計參數(shù)名稱數(shù)值〔mm〕計算公式d80輪槽直徑D1140輪緣直徑D2160輪緣間寬b30滑輪寬B50表中：P——鏈條節(jié)距P=12.7mmb——鏈條銷軸長度b=27.99mmh1——鏈條通道高度h1=12.32mmd2——鏈條銷軸直徑d2=5.09mm鏈條的潤滑由于鏈條采用的是開式傳動，且鏈條較長、布置形式特殊，不易采用手工潤滑。所以要求定期將鏈條拆下，放入煤油中清洗，枯燥后，浸入70～80℃潤滑油中，待鉸鏈間隙中充滿油后安裝使用。潤滑油采用牌號為L-AN46的全損耗系統(tǒng)用油，潤滑油中參加添加劑WS2。4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及各局部的校核軸的設(shè)計及計算系統(tǒng)中有主動軸一根，空場鏈輪軸一根、滑輪軸一根及電動機采用擺架式張緊安裝時使用的銷軸一根?，F(xiàn)僅對主動軸做精確的設(shè)計計算。1．求輸出軸上的功率P軸、轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T鏈條的傳動效率為η=0.98那么P軸=1.9992/0.98=2.04KW2.求作用在鏈輪上的力由第2章鏈條的受力分析可知Fr=25000NFt=23477N3．初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第2卷表6-1-19取A0=112于是得〔4-2〕軸的最小直徑處為安裝鏈輪處，此處有一個鍵槽，軸徑應(yīng)放大6%，即取。4．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計〔1〕擬定軸上零件的裝配方案裝配方案如圖4-4?！?〕根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度①為了使鏈輪軸向定位，Ⅰ處右側(cè)制有螺紋，Ⅰ-Ⅱ處長70mm，Ⅱ處右側(cè)制出一軸肩，dⅡ-Ⅲ=50mm。②初選滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，應(yīng)選用深溝球軸承。參照工作要求，并根據(jù)dⅡ-Ⅲ=50mm，選用深溝球軸承6410，其尺寸為d×D×B=50×110×31?？紤]到Ⅱ-Ⅲ處端蓋的厚度及軸的伸出長度，?、?Ⅲ處長51mm。③Ⅲ處右側(cè)制出一軸肩dⅢ-Ⅳ=55mm，Ⅲ-Ⅳ長550mm。dⅣ-Ⅴ=50mm，考慮到此處安裝有軸承、皮帶輪和端蓋，?、?Ⅴ長30mm,Ⅴ-Ⅵ長100mm。Ⅴ處右側(cè)制有螺紋M42，Ⅵ-Ⅶ長50mm。〔3〕軸上零件的周向定位皮帶輪、鏈輪的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。查《機械設(shè)計手冊》第2卷表5-3-18，鏈輪與軸的定位選用鍵b×h×l=10×8×28。皮帶輪與軸的定位選用鍵b×h×l=14×9×50。選用皮帶輪、鏈輪與軸的配合為H7/r6，以保證良好的對中性。滾動軸承的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6?！?〕確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角2×45°，各軸肩處的圓角半徑為R2。5．求軸上的載荷根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)簡圖作出軸的計算簡圖、彎矩圖和扭矩圖。圖4-5軸的載荷分布從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出B處是危險截面?，F(xiàn)將計算出截面B處的MH、MV及M的值列于下表：表4-3截面B處的載荷計算載荷水平面H垂直面V支反力FNH1=21608NFNH2=2409NFNV1=22435NFNV2=2565N彎矩MMH=1385NmMV=1475Nm總彎矩扭矩TT=138Nm6．按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度現(xiàn)只校核軸的危險截面B處的強度〔4-3〕式中：d——軸的直徑M——軸所受的彎矩T——軸所受的扭矩Ψ——校正系數(shù)，雙向旋轉(zhuǎn)Ψ=1σ-1p——軸的許用彎曲應(yīng)力查《機械設(shè)計手冊》第2卷表6-1-1取σ-1p=207MPa危險截面B處軸的強度滿足要求滾動軸承的校核選用的滾動軸承為深溝球軸承6410，設(shè)計工作壽命為1000h?！?-4〕式中：C——根本額定動載荷P——當(dāng)量動載荷fh——壽命因數(shù)fn——速度因數(shù)fm——力矩載荷因數(shù)，fm=1.5～2fd——沖擊載荷因數(shù)fT——溫度因數(shù)Cr——軸承徑向根本額定動載荷因為軸承只承受徑向力，故P=Fr=25KN。查《機械設(shè)計手冊》第2卷表7-2-8得fh=1.26，表7-2-9得fn=0.62，表7-2-10得fd=1.2，表7-2-11得fT=1.0。查《機械設(shè)計手冊》第2卷表7-2-5滾動軸承6410的Cr值為92.2KN。C＜Cr，故滾動軸承6410滿足動載荷要求。鍵的強度校核軸上共有兩個鍵，由于鏈輪處的鍵所受的應(yīng)力最大，故對此處的鍵做強度校核。1．?dāng)D壓強度校核〔4-5〕式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h=0.5×8=4mml——鍵的工作長度，圓頭平鍵l=L-b=28-10=18mmd——軸的直徑[σp]——鍵連接的許用擠壓應(yīng)力查〈〈機械設(shè)計手冊〉〉第2卷表5-3-17有沖擊載荷的情況下[σp]不大于120MPa。σp＜[σp]故鍵擠壓強度滿足要求。2．鍵的剪切強度校核〔4-6〕式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩d——軸的直徑b——鍵的寬度l——鍵的工作長度，圓頭平鍵l=L-b=28-10=18mm查〈〈機械設(shè)計手冊〉〉第2卷表5-3-17有沖擊載荷的情況下τp=90MPa。τ＜τp故鍵的剪切強度滿足要求。4.3液壓缸的設(shè)計及計算液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計目前，液壓與氣壓傳動分別在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、長壽命、高度集成化、小型化與輕量化、一體化、執(zhí)行件柔性化等方面取得了很大的進展。同時，由于它與微電子技術(shù)密切配合，能在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以準(zhǔn)確地控制，從而更使得它在各行各業(yè)中發(fā)揮出了巨大作用。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，是把液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置，主要用于實現(xiàn)機構(gòu)的直線往復(fù)運動，也可以實現(xiàn)擺動。液壓缸的種類有：單作用液壓缸、雙作用液壓缸、組合液壓缸。其中單作用液壓缸又分為拄塞式液壓缸、單活塞桿液壓缸、伸縮液壓缸等。柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)：(1)它是一種單作用式液壓缸靠液壓力只能實現(xiàn)一個方向的運動,柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重;

(2)柱塞只靠缸套支承而不與缸套接觸,這樣缸套極易加工,故適于做長行程液壓缸;

(3)工作時柱塞總受壓,因而它必須有足夠的剛度;

(4)柱塞重量往往較大,水平放置時容易因自重而下垂,造成密封件和導(dǎo)向單邊磨損,故其垂直使用更有利.單活塞桿液壓缸的活塞僅單向液壓驅(qū)動，返回行程是利用自重或負(fù)載將活塞推回。雙活塞桿液壓缸的活塞的兩側(cè)均裝有活塞桿，但只向活塞一側(cè)供給壓力油，返回行程通常利用彈簧力，重力或外力。伸縮液壓缸是以短缸獲得行程，用壓力油從小到大逐節(jié)排出，靠外力由大到小、逐節(jié)縮回；雙作用液壓缸又分為單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、伸縮液壓缸。單活塞桿液壓缸的單邊有活塞桿，雙向液壓驅(qū)動，兩向推力和速度不等。雙活塞桿液壓缸雙邊有活塞桿，雙向驅(qū)動，可實現(xiàn)等速往復(fù)運動。伸縮式液壓缸具有二級或多級活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小,而空載縮回的順序那么一般是從小到大.伸縮缸可實現(xiàn)較長的行程,而縮回時長度較短,結(jié)構(gòu)較為緊湊.此種液壓缸常用于工程機械和農(nóng)業(yè)機械上.擺動式液壓缸是輸出扭矩并實現(xiàn)往復(fù)運動的執(zhí)行元件,也稱擺動式液壓馬達(dá).有單葉片和雙葉片兩種形式.圖中定子塊固定在缸體上,而葉片和轉(zhuǎn)子連接在一起.根據(jù)進油方向,葉片將帶動轉(zhuǎn)子作往復(fù)擺動.；組合液壓缸又分為彈簧復(fù)位液壓缸、串聯(lián)液壓缸、增壓缸、齒條傳動液壓缸。彈簧復(fù)位液壓缸是單向液壓驅(qū)動，由彈簧里復(fù)位。串聯(lián)液壓缸用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得大得推力。增壓缸是由大小油缸串聯(lián)組成，由低壓大缸驅(qū)動，使小剛獲得高壓。齒條傳動液壓缸的活塞往復(fù)運動，經(jīng)齒條傳動使與之嚙合的齒輪獲得雙向回轉(zhuǎn)運動。液壓缸的五個部件是1-缸筒和缸蓋2-活塞和活塞桿3-密封裝置4-緩沖裝置5-排氣裝置，壓缸的工作原理是：每種缸的工作原來幾乎都是相似的,我就拿一個手動千斤頂來說它的工作原來吧,千斤頂其實也就是個最簡單的油缸了.通過手動增壓稈(液壓手動泵)使液壓油經(jīng)過一個單項閥進入油缸,這時進入油缸的液壓油因為單項閥的原因不能再倒退回來,逼迫缸桿向上,然后在做工繼續(xù)使液壓油不斷進入液壓缸,就這樣不斷上上升,要降的時候就翻開液壓閥,使液壓油回到油箱.這個是最簡單的工作原來了,其他的都在這個根底上改良的。油缸和氣缸的優(yōu)缺點：〔1〕由于氣動系統(tǒng)使用壓力一般在0.2-1.0Mpa范圍,因此氣缸是不能做大功率的動力元件.液壓缸就可以做比擬大的功率的元件,使用液壓系統(tǒng),

〔2〕從介質(zhì)講空氣是可以用之不竭的,沒有費用和供給上的困難,將用過的氣體直接排入大氣,處理方便,不會污染.液壓油那么相反了,呵呵.

〔3〕空氣黏度小,阻力就小于液壓油

〔4〕但空氣的壓縮率遠(yuǎn)大于液壓油所以它的工作平穩(wěn)性和響應(yīng)方面就差好多了1．原始數(shù)據(jù)H鋼重10t，翻轉(zhuǎn)架重2t。單個液壓缸承受負(fù)載=〔10/2+2〕/4=1.75t=17500N行程L=800mm提升速度0.08m/s2．初步設(shè)計液壓缸為雙作用單活塞桿液壓缸，此液壓缸的雙邊都有活塞竿，雙向液壓驅(qū)動，可實現(xiàn)等速往復(fù)運動。根據(jù)負(fù)載大小和液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積，再根據(jù)液壓缸的不同結(jié)構(gòu)形式計算出缸筒的內(nèi)徑。圖4-6液壓缸結(jié)構(gòu)形式3．選擇液壓缸的工作壓力為2.5Mpa〔根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷GB/T7938-1987選取〕?！?〕計算液壓缸的牽引力FF=F壓+F密+F慣+F背〔4-7〕一般取F密=〔0.01～0.1〕F壓F密=0.1×17500=1750NF慣=〔4-8〕式中：G——運動部件的總重力g——重力加速度△v——啟動、制動時的速度變化量△t——啟動、制動時所需的時間△t=〔0.01～0.5〕SF慣==1429NF背=0F=17500+1750+1429+0=20679N〔2〕計算液壓缸內(nèi)徑、活塞直徑D===0.105m=105mm〔4-9〕根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-2選擇D為125mm〔3〕活塞桿直徑在受壓時P≤5MP情況下：d取〔0.5～0.55〕Dd=125×0.5=62.5mm根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-2選取d=63mm4．缸筒長度L以及其它部位尺寸圖4-7液壓缸結(jié)構(gòu)最小導(dǎo)向長度：H≥+=+=102.5mm〔4-10〕取H=103mm活塞寬度B=〔0.6～1.0〕D，取B=0.8×125=100mm導(dǎo)向套滑動面長度A，當(dāng)D＞80mm時A=〔0.6～1.0〕d取A=0.6×62.5=37.5mm隔套C=H－0.5〔A+B〕=103-0.5〔100+37.5〕=34.25mm取C=35mm5．缸筒壁厚及其驗算〔1〕根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-9選取缸筒外徑為146mm。δ=〔146-125〕=10.1mm〔2〕壁厚校核==0.081mm=0.08～0.3可用以下公式校核δ≥〔4-11〕式中：Pmax——缸筒內(nèi)最高工作壓力Pmax=1.5×2.5=3.75MPa[δ]——缸筒材料的許用應(yīng)力，[δ]=δb/n，δb為材料的抗拉強度，n為材料的平安系數(shù)n=3.5～5缸筒材料選為35號缸，δb=540MPan取4[δ]=540/4=135MPa==0.0017m=1.7mmδ＞1.7mm壁厚強度合格6．缸底、缸蓋設(shè)計及計算〔1〕缸底采用焊接方式，如圖4-8圖4-8缸底連接方式δ1≥0.433D2〔4-12〕式中：D2——計算厚度處直徑，取D2=105mmδ1≥0.433×105×=6.2mm焊縫應(yīng)力計算公式為：δ=MPa〔4-13〕式中：F——缸內(nèi)最大推力D1——缸筒外徑d1——焊縫直徑η——焊接效率取η=0.7δb——焊條材料的抗拉強度n——平安系數(shù)取n=4δ==13MPaMPa＞δ焊接強度可靠〔2〕缸蓋采用外螺紋連接，如圖4-9圖4-9缸蓋連接方式螺紋處拉應(yīng)力：δ=N/mm2〔4-14〕螺紋處剪應(yīng)力：τ=N/mm2〔4-15〕式中：F——缸筒端部受最大推力D——缸筒內(nèi)徑d0——螺紋外徑d1——螺紋底徑K——擰緊螺紋的系數(shù)，不變載荷取K=1.25～1.5K1——螺紋連接的摩擦因數(shù)，K1=0.07～0.2,平均取K1=0.12螺紋使用M140×4普通螺紋，查《機械設(shè)計手冊》第2卷表5-1-3得d1=135.670mmδ=12.45N/mm2τ=4.2N/mm2合成應(yīng)力δn=14.42N/mm2許用應(yīng)力：δp=〔4-16〕式中：δs——缸筒材料的屈服極限35缸為320MPan0——平安系數(shù)取n0=1.2～2.5δp=320/2=160MPaδp＞δn螺紋強度滿足要求7．活塞桿穩(wěn)定性計算當(dāng)活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時有壓桿穩(wěn)定性問題，即壓縮力F超過某一臨界Fk值時活塞桿就會失去穩(wěn)定性。活塞桿穩(wěn)定性按下式進行校核

式中，nk—平安系數(shù)，一般取nk=2~4。

當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時，

當(dāng)活塞桿的細(xì)長比，且時，式中，l—安裝長度rk—活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；

ψ1—柔性系數(shù)α—系數(shù)，E—活塞桿材料的彈性模量，鋼材：；

J—活塞桿橫截面慣性矩；

A—活塞桿橫截面積；

f—由材料強度決定的試驗值〔1〕活塞桿強度校核δ=≤δpMPa〔4-17〕式中：F——活塞桿的作用力d——活塞桿的直徑δp——材料的許用應(yīng)力35鋼為135MPaδ==6.5MPa＜δp活塞桿強度足夠〔2〕活塞桿彎曲穩(wěn)定性校核液壓缸采用腳架方式兩端固定，那么LB=900mm由于活塞桿受力F完全在軸線上，所以按下式驗證F≤〔4-18〕式中：FK——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力nK——平安系數(shù)，通常取3.5～6〔4-19〕式中：E1——實際彈性模數(shù)，取E1=1.80×105MPaK——液壓缸安裝導(dǎo)向系數(shù)，查《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-17得K=2I——活塞桿截面慣性矩F=20233N＜9.4×104N活塞桿有足夠的彎曲穩(wěn)定性。液壓缸緩沖、排氣和密封防塵裝置設(shè)計及選擇1．緩沖裝置是利用活塞或缸筒移動到接近終點時，將活塞和缸蓋之間的一局部液體封住，迫使液體從小孔或縫隙中擠出，從而產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件制動，防止活塞和缸蓋的相互碰撞。常見的緩沖裝置如圖4.13所示。圖4.13a〕所示為節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置，當(dāng)活塞上的凸臺進入端蓋凹腔后，圓環(huán)形回油腔中的液體只能通過針形節(jié)流閥流出，這就使活塞制動。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，可以改變制動阻力的大小。這種緩沖裝置起始緩沖效果好，隨著活塞向前移動，緩沖效果逐漸減弱，因此它的制動行程較長。圖4.13b〕所示為節(jié)流口變化式緩沖裝置，它在活塞上開有變截面的軸向三角節(jié)流槽。當(dāng)活塞移近端蓋時，回油腔油液只能經(jīng)過三角槽流出，因而使活塞受到制動作用。隨著活塞的移動，三角槽通流截面逐漸變小，阻力作用增大，因此，緩沖作用均勻，沖擊壓力較小，制動位置精度高。當(dāng)液壓缸帶動質(zhì)量較大的部件做快速往復(fù)運動時，由于運動部件具有很大的動能，因此當(dāng)活塞運動到液壓缸終端時，會與端蓋碰撞，由此產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)局部的損壞，而且會引起其他相關(guān)機械的損傷。為了防止這種危害，保證平安，采取緩沖措施，對液壓運動速度進行控制。但是根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷液壓缸緩沖裝置局部可知，當(dāng)活塞運動速度在0.1m/s以下時，不必采用緩沖裝置。由于本設(shè)計中活塞運動的速度僅為0.08m2．由于液體中混有空氣或液壓缸停止使用時空氣侵入，由此就會引起活塞運動時的爬行和振動，產(chǎn)生噪音，甚至使整個液壓系統(tǒng)都不能正常工作。所以排氣閥是用來排除油缸內(nèi)的空氣，使油缸穩(wěn)定工作。根據(jù)液壓缸的安裝形式，將排氣閥放置在缸底上，選用整體式。在液壓缸的最高部位常會聚積空氣，假設(shè)不排除就會使缸的運動不平穩(wěn)，引起爬行和振動，嚴(yán)重時會使液體氧化腐蝕液壓元件。排氣裝置就是為解決此問題而設(shè)置的，排氣閥和排氣塞都要安裝在液壓缸的最高部位。

應(yīng)當(dāng)指出，并非所有的液壓缸都設(shè)置排氣裝置，對于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門的排氣裝置，而是將通油口布置在缸筒兩端的最高處，使缸中的空氣隨油液的流動而排走。對于速度穩(wěn)定性要求較高以及較大型的液壓缸，那么必須設(shè)置。由此就會引起活塞運動時的爬行和振動，產(chǎn)生噪音，甚至使整個液壓系統(tǒng)都不能正常工作。所以排氣閥是用來排除油缸內(nèi)的空氣，使油缸穩(wěn)定工作。根據(jù)液壓缸的安裝形式，將排氣閥放置在缸底上，選用整體式。3．液壓缸中的密封是指活塞、活塞桿和缸蓋等處的密封。它是用來防止液壓缸內(nèi)部和外部的泄漏。液壓缸中密封設(shè)計的好壞，對液壓缸的性能有著重要影響。為了防止泄露，提高液壓系統(tǒng)的工作能和效率，在可能發(fā)生泄漏的部位需要安裝密封裝置。密封裝置的種類很多，最常用的是橡膠密封圈，它既可用于靜密封，也可用于動密封。根據(jù)形狀，密封防塵件一般分為O形、Y形、V形、U形及三角形等。O型密封圈截面為圓形，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝尺寸小，使用方便，摩擦阻力小，價格低，所以它的應(yīng)用十分廣泛。Y形密封圈在工作壓力超過20MPa時，應(yīng)加擋圈，當(dāng)工作壓力波動大時要加支撐環(huán)，此密封圈摩擦力小、壽命長，磨損后能自動補償，適用于運動速度較高的場合，工作壓力可達(dá)20MPa。V形密封圈是由壓環(huán)，密封環(huán)和支撐環(huán)組成的，當(dāng)工作壓力高于10MPa時，可增加密封環(huán)的數(shù)量，安裝時開口應(yīng)面向高壓側(cè)。此類密封耐高壓，但密封處摩擦阻力大，適用于相對運動速度不高的場合。其他密封圈在這里就不在作一一說明。參照各種密封防塵元件的適用形式，選擇情況如下：活塞與活塞桿之間選用O形密封圈D=65mm，d1=55mm。活塞與缸體之間選用U形夾織物密封圈D=125mm，Dz=100mm活塞桿與缸蓋之間選用U形夾織物密封圈D=85mm，Dz=60mm。選用J形防塵圈d=65mm，d3=59mm。缸蓋與缸體之間選用O型密封圈D=145mm，d1=135mm。第5章控制系統(tǒng)設(shè)計5.1液壓系統(tǒng)設(shè)計1．技術(shù)要求根據(jù)前幾章設(shè)計可知，液壓系統(tǒng)的工作情況為：慢速提升→維持提升位置不動→慢速下降。提升下降速度均為0.08m/s，起升的總重量為120000N，上升的最大行程800mm。系統(tǒng)中共有15個液壓缸，其中3個制動液壓缸由于額定壓力和流量都較小，不予單獨計算，將其壓力和流量計入到損失中去。每次提升時，僅有8個提升液壓缸在工作，故A1=8A=8×0.0123=0.0984㎡取缸的機械效率η=91%。2．編制工況圖系統(tǒng)提升時，依靠液壓泵提供動力，下降時依靠負(fù)載的重力，故下降階段不需要系統(tǒng)提供動力?，F(xiàn)將液壓缸提升時各階段的壓力和流量列于下表：表5-1液壓缸提升時各階段的壓力和流量工作階段計算公式受力F/N工作腔壓力P/MPa輸入流量q/cm3·s-1/L·min-1未帶負(fù)載200000.227872131帶負(fù)載1200001.37872→0131→0各個階段的功率計算如下：未帶負(fù)載工作時帶負(fù)載工作時根據(jù)以上分析與計算結(jié)果，可繪出液壓缸的工況圖圖5-1液壓缸工況圖3．?dāng)M定液壓系統(tǒng)草圖系統(tǒng)中有三個翻轉(zhuǎn)提升架，每次工作任選其中的兩個架。所以依靠單向閥和2位2通閥來完成翻轉(zhuǎn)提升架液壓缸的選擇。液壓缸的通斷依靠一個3位4通閥控制，機架下降時，液壓缸靠負(fù)載和架體的重量返回?；赜吐飞系牧髁靠刂崎y保證回油流量一定，架體和負(fù)載有較穩(wěn)定的下降速度。液壓系統(tǒng)原理見圖5-2。圖5-2液壓系統(tǒng)原理〔1〕液壓油中往往含有顆粒狀雜質(zhì)，就會造成液壓元件相對運動外表的磨損，滑閥卡滯，節(jié)流孔口堵塞，以致影響液壓系統(tǒng)正常工作和壽命，就需要我們利用過濾器。過濾器的作用是過濾掉液體中的雜質(zhì)，降低液壓系統(tǒng)中油液污染度，保證系統(tǒng)正常工作?！?〕在液壓傳動系統(tǒng)中使用的液壓泵是容積式的，液壓泵的輸出流量取決于密封工作腔容積變化的大小，泵的輸出壓力取決于油液從工作腔排出時所遇到的阻力。從工作原理上來說大局部的液壓泵是可逆的，也就是向容積泵中輸入壓力油，就可使泵傳動，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，成為液壓馬達(dá)，但具體的結(jié)構(gòu)有些不同。〔3〕在液壓系統(tǒng)中，用來控制油液壓力來控制油路通斷的閥統(tǒng)稱為壓力控制閥。這類閥的共同特點是利用液壓力和彈簧力相平衡的原理進行工作的。壓力控制閥主要有溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。溢流閥的作用是控制系統(tǒng)中的壓力根本恒定，實現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓。常用的溢流閥有直動型和先導(dǎo)性型兩種。直動型溢流閥結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但壓力受溢流量較大，不適于在高壓和大流量下工作。因為當(dāng)溢流量的變化引起閥口開度即彈簧壓縮量變化發(fā)生時，彈簧力變化較大，溢流閥進口壓力也隨之發(fā)生較大的變化，故直動型溢流閥調(diào)壓穩(wěn)壓的性能差。而先導(dǎo)型溢流閥的導(dǎo)閥局部結(jié)構(gòu)尺寸較小，調(diào)壓彈簧不必很強，因此壓力調(diào)整比擬輕便。但是先導(dǎo)型溢流閥要先導(dǎo)閥和主動閥都運動后才能起到控制的作用，因此反響不如直動型溢流閥靈敏；減壓閥的主要作用是用在降低并穩(wěn)定系統(tǒng)之某一支路的油液壓力，常用于夾緊、控制、潤滑等油路中；順序閥的作用是利用油液壓力作為控制信號控制油路通斷；壓力繼電器是利用油液壓力來啟閉電氣觸點的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。壓力繼電器在油液壓力到達(dá)其調(diào)值時，發(fā)出電信號，控制電氣元件動作，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。根據(jù)我們的需要選用直線型溢流閥?！?〕換向閥用于接通切斷或改變液壓系統(tǒng)中油液的流動方向，種類很多，應(yīng)用廣泛。按閥芯相對閥體運動的方式分，有轉(zhuǎn)閥式換向閥和滑閥式換向閥兩類；按操作方式分，手動、機動、電磁、液動、電液動等多種；按閥芯在閥體內(nèi)工作位置數(shù)分，有二位閥、三維閥等；按閥體上主油口數(shù)目分，有二通、三通、四通和五通閥。閥體uhe閥芯是換向閥的主體結(jié)構(gòu)，在閥體上有多個通路，各個油口之間的通斷取決于閥芯的不同工作位置，閥芯在外力作用下移動可以停留在不同的工作位置上。二位二通的使用場合是控制油路的接通與切斷，相當(dāng)于一個開關(guān)?！?〕減壓閥的作用是降低并穩(wěn)定系統(tǒng)中某一支路的油液壓力，常用于夾緊、控制、潤滑等油路中。減壓閥也有直動型和先導(dǎo)型之分，直動型較少單獨使用先導(dǎo)型的應(yīng)用較多。它的工作過程如下：壓力油由閥的進油口流入，減壓閥樓減壓后由出油口流出，出口壓力油經(jīng)閥體預(yù)斷蓋上的通道及主閥芯上的尼阻孔流到主閥芯的上腔和下腔，并作用在先導(dǎo)閥芯上。當(dāng)出口油液壓力低于先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力時，先導(dǎo)閥芯關(guān)閉，主閥芯上、下兩腔壓力相等，主閥芯在彈簧的作用下處于最下端，減壓口開度為最大，閥處于非工作狀態(tài)。當(dāng)出口壓力到達(dá)先導(dǎo)閥調(diào)定壓力時，先導(dǎo)閥芯移動，閥口翻開，主閥彈簧腔的油液便由外泄口流回油箱，由于油液在主閥芯尼阻孔內(nèi)流動，使主閥芯兩端產(chǎn)生壓力差，主閥芯在壓差作用下，克服彈簧力抬起，減壓閥口減小，壓降增大，使出口壓力降到調(diào)定值。當(dāng)減壓閥出口處的油液不流動時，此時仍有少量油液通過減壓閥口經(jīng)先導(dǎo)閥和外泄口流回油箱，閥處于工作狀態(tài)，閥出口壓力根本上保持在調(diào)定值上?！?〕單向閥有普通閥和液控單向閥兩種。普通單向閥簡稱單向閥，它的作用是使油液只能沿一個方向流動，不許反向倒流。它的工作流程是：壓力油流入時，克服彈簧作用在閥芯上的力，使閥芯向右移動，翻開閥口，油液就從一端流向另一端。當(dāng)壓力油從方方向流進時，液壓力和彈簧力將閥芯壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，液壓油不能通過。單向閥的彈簧主要用來克服閥芯的摩擦阻力和慣性力，使閥芯可靠復(fù)位，為了減小壓力損失，彈性剛度小，一般單向閥的開啟壓力為0.03MPa～0.05MPa。如換上剛度較大的彈簧，使閥的開啟壓力到達(dá)0.2MPa～0.6MPa，便可當(dāng)被壓閥使用。〔7〕調(diào)速閥不僅是使進入液壓缸的流量保持恒定，而且還使泵的供油量和供油壓力根本上保持不變，從而變量泵和進入液壓缸的流量匹配?！?〕液壓缸是液壓系統(tǒng)中常用的一種執(zhí)行元件，是把液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置，主要用于實現(xiàn)機構(gòu)的直線往復(fù)運動，也可以實現(xiàn)擺動。液壓缸的種類分為單作用液壓缸、雙作用液壓缸、組合液壓缸。4．液壓元件選擇由液壓的工況圖可以看出液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在帶負(fù)載提升階段，p=1.3MPa。估取進油路壓力損失為△p=0.5MPa。那么泵的最高工作壓力為pp=p·△p=1.3+0.5=1.8MPa液壓泵的最大供油量qp按液壓缸的最大輸入流量進行估算，取泄露量系數(shù)K=1.1，那么qp=K·qp1.1×131=144.1L/min根據(jù)以上計算結(jié)果，查《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-5-6選取BB-B125內(nèi)嚙合齒輪泵，其額定壓力為2.5MPa，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，排量為125ml/r。由工況圖可知，最大功率出現(xiàn)在帶負(fù)載提升階段，由此時的液壓缸工作壓力和流量可算出此時液壓泵的最大理論功率。Pt=pp·qp=1.8×144.1=259.8W=0.2598KW取泵的總效率為ηp=0.85，那么液壓泵的實際功率，即所需電動機功率為查《機械設(shè)計手冊》第5卷表22-1-28選用規(guī)格相近的Y801-4型三相異步電機，其額定功率為0.55KW，額定轉(zhuǎn)速為1390r/min。按所選電動機的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵的最大理論流量為qt=nv=1390×125=173750ml/min=173.75L/min大于計算所需流量144L/min，滿足使用要求。根據(jù)選擇的液壓泵及系統(tǒng)的工作情況，將選擇的系統(tǒng)其它液壓元件列入下表表5-2翻轉(zhuǎn)提升機液壓系統(tǒng)元件型號規(guī)格序號元件名稱額定壓力MPa額定流量L/min型號規(guī)格說明1過濾器0.07〔損失)160XU-A160X30FS通徑為40mm2齒輪泵2.5125BB-B125額定轉(zhuǎn)速1500r/min電機功率0.55KW3溢流閥25200BG-06通徑為16mm42位4通電液換向閥1618024DF3B-E16B通徑為16mm5減壓閥31.560DR6DP3-50通徑為15mm6，9單向閥31.5175S20P通徑為20mm72位4通電磁換向閥168024DF3-E10B通徑為10mm83位4通電液換向閥281604WEH16G通徑為16mm10單向調(diào)速閥32100QA-H20通徑為20mm11液壓缸自行設(shè)計12液壓缸外購表中所列元件均查自《機械設(shè)計手冊》第4卷5．油管及油箱液壓系統(tǒng)中常用的油管的種類有兩種，分別是硬管和軟管；硬管又分為鋼管和紫銅管兩種；軟管又分為尼龍管、塑料管、橡膠管。他們的特點是：鋼管的特點和適用場合是能承受高壓，價格低廉，耐油、抗腐蝕、剛性好，但裝配時不能任意彎曲。常在裝拆方便處用作壓力管道中，高壓用無縫管，低壓用焊接關(guān)。紫銅管是易彎曲成各種形狀，但成壓壓力一般不超過6.5～10MPa，抗振能力較弱，又易使油液氧化。通常用在液壓裝置內(nèi)配接不便之處。尼龍管是乳白色半透明的，加熱后可以隨意彎曲成形或擴口，冷卻后又能定型不變，承壓能力因材質(zhì)而異，自2.5MPa至8MPa不等。塑料管是質(zhì)輕耐油，價格廉價，裝配方便，但承壓能力底，長期使用會變質(zhì)老化，只宜用做壓力低于0.5MPa的回油管、泄油管等。橡膠管的特點和適用場合：高壓管由耐油橡膠夾幾層鋼絲編制網(wǎng)制成，鋼絲望層數(shù)越多，耐壓越高，價格也就越高。常用做中、高壓系統(tǒng)中兩個相對運動件之間的壓力管道。低壓管由耐油橡膠夾帆布制成，可用做回油管道。各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出油管按輸入、排出的最大流量計算。當(dāng)油液在壓力管中流速取5m/min時，油管的內(nèi)徑為：〔5-1〕根據(jù)GB/T8163油管選用內(nèi)徑25mm，外徑34mm的無縫鋼管。油箱容積按下式估算〔5-2〕式中：V——油箱的有效容積；ε——與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗數(shù)字；低壓系統(tǒng)ε=2～4——液壓泵的額定流量V=3×173.75=521.25L根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-8-160選用AB40-01/0630油箱。5.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計1．控制要求翻轉(zhuǎn)電機要求能夠正反轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動液壓泵由電機M4拖動翻轉(zhuǎn)過程由三臺翻轉(zhuǎn)電機中的任兩臺完成，通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)選擇電動機型號翻轉(zhuǎn)電機M1、M2、M3YZ160L-8380V18A705r/min液壓泵電機M4Y801-4380V1.5A1390r/min2．電氣控制線路設(shè)計〔1〕主回路設(shè)計根據(jù)電氣傳動要求，由接觸器KM1、KM2實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，由接觸器KM3控制液壓泵的電機。系統(tǒng)的三相電源由電源引入開關(guān)Q引入，電機Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和液壓泵電機設(shè)短路保護——熔斷器FU2、FU3、FU4、FU5。電機Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ由于是短時工作，不設(shè)過載保護。液壓泵電機的過載保護由熱繼電器KR實現(xiàn)?！?〕控制電路設(shè)計開關(guān)SB1負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的關(guān)閉，開關(guān)SB2用于啟動液壓泵電機。旋轉(zhuǎn)開關(guān)S負(fù)責(zé)選擇要使用的翻轉(zhuǎn)提升架組合，即接通要使用的翻轉(zhuǎn)提升架的液壓回路，同時切斷未被選中的翻轉(zhuǎn)提升架的電機電路。開關(guān)SB3、SB4負(fù)責(zé)翻轉(zhuǎn)架的提升和下降，同時設(shè)置限位開關(guān)ST1、ST2用于限制提升、下降的位置。開關(guān)SB5、SB6、SB7負(fù)責(zé)電機的制動、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)?！?〕電機啟動、制動回路設(shè)計電機的啟動一般有直接啟動和降壓啟動兩種方法。降壓啟動包括：電阻或電抗器降壓啟動、Y-△降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動、延邊三角形啟動等幾種方法。但電阻或電抗器降壓啟動、Y-△降壓啟動時，要求電機輕載或空載。自耦變壓器降壓啟動不能用于頻繁啟動的回路中。延邊三角形啟動又對電機出線有特殊的要求。所以采用降壓啟動并不適合本系統(tǒng)對電機頻繁啟、制動，重載啟動的要求?？紤]到選用的翻轉(zhuǎn)電機YZ160L-8是起重行業(yè)專用電機，具有啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小的特點，因此采用直接啟動的方法。根據(jù)供電部門規(guī)定，采用直接啟動時，在有獨立變壓器供電的情況下，假設(shè)電動機啟動頻繁時，那么電動機功率小于變壓器容量的20%時允許直接啟動。如果沒有獨立變壓器的情況下，電動機啟動頻繁，那么滿足以下關(guān)系可直接啟動：〔5-3〕直接啟動的電動機有兩臺，功率共為15KW。當(dāng)采用專用電源時，需要供電變壓器的容量不少于100KVA。當(dāng)電源動力與照明混用時：即電源總?cè)萘看笥?61KVA時可直接啟動電動機。在電動機停機時，系統(tǒng)中有專門的器件進行制動，所以不對電動機設(shè)計制動回路。〔3〕繪制電氣原理圖電器原理圖見附圖紙。3．選擇電氣元件〔1〕電源引入開關(guān)QQ主要作為電源隔離開關(guān)用，并不用它來直接起停電動機，可按電動機額定電流來選。根據(jù)4臺電機的額定電流，選用HZ5-60/10L02型，額定電流60A，三極組合開關(guān)?！?〕熱繼電器KR電機M4額定電流為1.5A，所以KR應(yīng)選用JR15-10/2型熱繼電器，選用6號元件，熱元件電流為2.4A，刻度電流調(diào)節(jié)范圍是1.5～2.0～2.4A，工作時將額定電流調(diào)整為1.5A。〔3〕熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4和FU5FU1是對控制電路進行保護，選用RL1-15型熔斷器，配用熔斷體2A。FU2、FU3、FU4是對翻轉(zhuǎn)電機M1、M2、M3進行保護的熔斷器，熔體電流為〔5-4〕可選用RL1-60型熔斷器，配用熔斷體40A。FU5是對液壓泵電機進行保護的熔斷器，熔體電流為〔5-5〕可選用RL1-15型熔斷器，配用熔斷體5A。〔4〕接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5和KM6根據(jù)電機M1、M2、M3的額定電流18A，控制回路電源220V，KM1、KM2需主觸點3對，動合輔助觸點1對，動斷輔助觸點2對，KM4、KM5和KM6需主觸點3對，根據(jù)上述情況，選用CJ0-20A型交流接觸器，控制電壓為220V。KM3選用CJ0-10A型交流接觸器，控制電壓為220V。〔5〕控制變壓器TC變壓器最大負(fù)載時是KM3、KM4、1YA、4YA、6YA同時工作，根據(jù)〔5-6〕式中：PT——所需變壓器容量KT——變壓器容量儲藏系數(shù)，KT=1.1~1.25∑PST——控制線路最大負(fù)載時工作的電器所需的總功率選擇BK-200型控制變壓器，容量為200VA，電壓等級380V/220V其它元件的選用見表5-3：表5-3大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機電氣元件表符號名稱型號規(guī)格數(shù)量M1、M2、M3異步電動機TZ160