MacArtney26海洋电动绞车排缆机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 毕 业 设 计（ 论 文 ） 二一五 年 五 月 三十 日 题目 洋电动绞车排缆机构设计 作者 学院 专业 学号 指导教师 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）任务书 机电工程 学院 机械制造 系（教研室） 教研室主任 : （签名） 年 月 日 学生姓名 : 唐沁南 学号 : 1103010120 专业 : 机械 设计制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 车排缆机构设计 2 学生设计（论文）时间：自 2015 年 3月 6日开始至 2015年 5月 30 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： （ 1） 海洋绞车、排缆系统设计相关资料 ； （ 2）机械设计、 机电控制和伺服控制相关资料 ; （ 3） 机械设计手册，戚大先编，化学工业 出版社 ， 2007。 4 设 计（论文）应完成的主要内容： （ 1） 海洋绞车自动排缆系统的设计 目的与意义； （ 2） 海洋绞车自动排缆系统的总体 方案设计和设备选型； （ 3） 海洋绞车自动排缆系统机械结构设计和强度校核 ； （ 4） 海洋绞车自动排缆机构三维图设计 （ 5）海洋绞车排缆机构工程图（装配图、零件图）设计； 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： （ 1） 论文设计说明书； （ 2）海洋绞车自动排缆系统工作 原理图 ； （ 3） 海洋绞车自动排缆机构三维图、装配图 、零件 图； （ 4） 图纸合计不少于 0图，论文不少于 35 页 6 发题时间： 2015 年 1 月 20 日 指导教师： （签名） 学 生： （签名） 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 机电工 程学院毕业设计（论文）指导人评语 主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价 指导人： （签名） 年 月 日 指导人评定成绩： 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 湖 南 科 技 大 学 机电工程学院毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会 下列材料： 1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图 纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： 主要对学生毕业设计 （论文） 的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价 答辩委员会主任： （签名） 委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 答辩成绩： 总评成绩： 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 摘要 近年来，随着社会的不断发展，各种大型提升设备越来越被广泛使用，为提高其安全性，排绳装置也便随之而生，被广泛应用于各种矿山、建筑等领域，它的发展也越来越受到人们的关注。绞车的排缆机构是保证绞车正常工作的关键部件之一，绞车在收放缆绳的过程中，通过驱动排缆机构上排缆轮的周期往复运动，绞车能够将缆绳整齐密实地缠绕在卷筒上，保证绞 车能正常的进行缆绳的收放工作。海洋绞车的排缆系统是保证绞车正常运转的关键部件，在绞车的工作中起着非常重要的作用。为了满足在海洋资源勘查与开发等深海作业中特殊要求，海洋绞车具有缆绳长、缆绳缠绕层数多的特点，易出现缠绕不均、乱绳、咬绳现象，并缠绕过程相互挤压易损坏缆绳，直接影响缆绳使用寿命和作业安全。为此，进行对海洋绞车的排缆机构进行研究，确保排缆机构与储缆卷筒协调运动，通过排缆机构的周期往返运动，绞车能够使缆绳整齐密实地缠绕在卷筒之上，保证绞车能够顺利地进行收放工作。 关键词 ： 海洋绞车 ； 绞车排绳装置 ； 排缆机 构 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 n of a of is in to is in of s is to of is of in of on be is of of of a To in of of of to a on of on to be 文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 录 绪论 . 一 章 海洋绞车概况以及工作原理 . 2 洋绞车性能指标 . 2 车总体方案 . 2 车主要性能参数分析 . 4 第 二 章 排缆结构设计方案的确定 . 错误 !未定义书签。 行排缆结构 . 错误 !未定义书签。 直排缆结构 . 7 洋绞车自动排缆系统总体设计 . 错误 !未定义书签。 缆机构及其原理 . 8 第三章 排缆机构设计 . 15 杠设计 . 15 杠支撑轴承设计校核 . 18 轨的设计 . 20 动电机选择 . 22 缆导向架 . 23 缆轮设计 . 25 缆轮固定板 . 26 右端板 . 27 件选型及选材汇总 . 28 第 四 章 技术路线及实施 . 29 第 五 章 结论 . 30 参考文献 . 31 致谢 . 32 附录 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 1 绪论 海洋绞车排缆装置是一种利用机构学和控制学设计出的机械控制产物，它是一种重复操作和自动化较高的设备。它的出现和发展不但提高了生产的安全性，而且使生产更加人性化，大大节约了人力和物力。 近年来，随着社会的不断发展，各种大型提升设备越来越被广泛使用，为提高其安全性，排缆装置也便随之而生，被 广泛应用于各种海洋钻井、勘探等领域，它的发展也越来越受到人们的关注。 国内外海洋绞车排缆机构的现状 目前丹麦 司、美国 英国的 司、江苏海泰船舶成套设备有限公司、上海劳雷仪器系统有限公司等都生产单卷筒一体化海洋绞车。这种海洋绞车虽然简单易操作，但收放重物的重量直接作用在绞车卷筒和缆绳上，导致绞车卷筒上缆绳的张力、缆绳之间的摩擦和挤压很大，会加剧钢缆磨损，缩短使用寿命等不足 。 本课题设计的目的及意义 绞车的排缆机构是保 证绞车正常工作的关键部件之一，绞车在收放缆绳的过程中，通过驱动排缆机构上排缆轮的周期往复运动，绞车能够将缆绳整齐密实地缠绕在卷筒上，保证绞车能正常的进行缆绳的收放工作。海洋绞车的排缆系统是保证绞车正常运转的关键部件，在绞车的工作中起着非常重要的作用。为了满足在海洋资源勘查与开发等深海作业中特殊要求，海洋绞车具有缆绳长、缆绳缠绕层数多的特点，易出现缠绕不均、乱绳、咬绳现象，并缠绕过程相互挤压易损坏缆绳，直接影响缆绳使用寿命和作业安全。为此，进行对海洋绞车的排缆机构进行研究，确保排缆机构与储缆卷筒协调运动，通过排缆机构的周期往返运动，绞车能够使缆绳整齐密实地缠绕在卷筒之上，保证绞车能够顺利地进行收放工作。 课题来源及本文主要内容 指导老师负责学校的海洋工程项目并管理相关机械，此次设计的海洋绞车排缆器就是置于校工厂的海洋工程机械之一，要详细了解其各个部分，因此开设了此次毕业设计课题。本文主要讲解本生的机构设计思路及排缆器的相关资料，为形成完整的信息网络，本文还将涉及到海洋绞车相关信息。 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 2 第一章 海洋绞车概况以及工作原理 海洋绞车性能指标 适用于 4级以下海况； 安全工作载荷： 138 最大提升速度：第 10 层 100m/底层 60m/ 储缆卷筒容绳量： 2500 m； 缆绳直径： 32 卷筒直径与长度： 1600 1500 驱动方式：交流变频电驱动 ,6台电机同步驱动； 变频电机功率： 6 55 变频器功率： 3 132 绞车重量（无缆绳）： 26吨 绞车总体机械方案 经过以上分析与论证，拟定的绞车总体机械结构方案有如图和图所示两种方案可供选择。 图 拟定的绞车总体机械结构方案 1 三维图 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 3 图 拟定的绞车总体机械结构方案 2 三维图 为了便于进行比较研究，给出了丹麦海洋绞车的总体机械结构简图，如图 图 丹麦 40海洋绞车整体机械结构方案三维图 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 4 图 新拟定机械结构方案 车主要性能参数设计分析 筒尺寸 根据直径 2小弯曲直径 900,确定滚筒直径为 600 按储缆总层数 N=10层缆绳长度达 500m； 滚筒储缆第 10层直径为： 202 7 6 0 0=D 10 （ 计算绞车滚筒长度 4 4 5 0 0646423232 101101 （ 故滚筒长度 500 滚筒底层能存储缆绳列数为： n 列 （ 底层储缆长度为： 11 （ 储缆 10层时的可储存缆绳总长度： 195)( 101 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 5 滚筒法兰直径： 8 取 最终确定滚 筒尺寸如下 : （ 1）卷筒直径： 1600 （ 2）卷筒长度： 2500 （ 3）卷筒法兰直径： 2400 由机械设计手册单行本 选 卷筒类型为 由资料可知，脐带缆直径为 28小弯曲半径为 900以在此，脐带缆的直径为 32取卷筒的直径 d=1600则根据机械设计手册单行本 =16005201 5102 23 6154 4005 2006 07 03 04 所以 ,该卷筒的壁厚为 5 1016 00( （ 机功率 绞车主传动总效率： （ 1 双级行星减速器效率，取 2 开式圆柱齿轮传动效率，取 3 滚子轴承效率，取 4 绞车卷筒效率，取 绞车所需输入总功率： 02 0 0 ； （ 每台电机功率为： P/6= 45 绞车输入总功率为： 45 6=270 电机类型 选：交流变频电机 45台，极对数 4/2,380 电动机额定转速： 500 电机额定输出扭矩： 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 6 71 5 0 0459 5 5 09 5 5 0（ 传动系统传动比 (1)以卷筒底层直径为准，提升速度 72m/筒转速为： 011 （ 传动比： 1 d（ (2) 卷筒中间层（第 5层）直径为： 8 7 0 05 （ 按最大提升速度 v=60m/ 滚筒转速为： 055 （ 总传动比： d（ (3)以卷筒外层直径为准，提升速度 60m/筒转速为： 01010 （ 总传动比： 0010 d（ 综合三种情况 ,总传动比确定为 i=153 车扭矩校核 绞车滚筒最底层承受 200 0 531 （ 绞车滚筒最外层承受 138 5 8 5310 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 7 绞车滚筒的驱动扭矩为： ),m a x ( 766 215 （ 则扭矩满足要求。 绞车滚筒中间层（第 5层）最大承受载荷为： 1022 555 （ 绞车滚筒最外层（第 10层）最大承受载荷为： 1022 5105 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 8 第二章 排缆结构设计方案的确定 平行排缆结构 平行排缆结构，缆绳张力直接作用到了绞车卷筒上，排缆机构只需对缆绳侧向施加一个较小的力，驱动缆绳侧移就可实现排缆动作，因此这种结构的排缆机构受力较小，排缆机构可以做比较小巧，电机、丝杆和导向杆都可以做得很小，因此制造成本较低。但缆绳在绞车卷筒长度方向上来回移动，缆绳与 A 型架的天轮之间的偏角不恒定、会不断变化，对起吊物的收放会产生一定影响。 垂直排缆结构 垂直排缆结构，这种结构的排缆机构起吊物的重量先作用在排缆机构的转轮上，再通过转轮将缆绳张力作用到卷筒上，这样排缆机构所受的拉力和弯矩 非常大，因此这种排缆机构的导向杆和丝杆必须做得很大。这种结构形式因排缆机构的转轮与 此，缆绳与 A 型架的天轮之间不会产生偏角，对起吊物的平稳收放非常有利。 垂直排缆结构又有如下 2种形式： （ 1）导向杆布置在绞车侧边，这种结构形式绞车的排缆机构所承受的较大的拉力只作用在绞车的一侧，致使绞车受力不平衡。且这种结构形式增大了绞车的宽度，但同时也给电器控制柜的安装提供了空间。 （ 2）导向杆布置在绞车中间，这种结构形式绞车的受力相对比较平衡，且可以减少绞车的宽度。 综上分析，考虑到本次设计是研发海洋绞车上的排缆机构，从绞车使用性能角度考虑宜采用垂直排缆的结构方案，且适宜采用导向杆布置在绞车中间的结构形式。 海洋绞车自动排缆系统总体设计 排缆机构及其工作原理 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 9 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 10 第三章 排缆机构设计 此次排缆器设计如下图： 图 排缆器三维图 丝杆设计 单相丝杆副设计 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 11 由卷筒容绳宽度为 2500知，单向丝杆总行程 L 为 2500于本设计载荷较大，故采用牙形角为 30的梯形螺纹。其失效形式主要是螺纹磨损。由于螺母的材料一般比丝杠的材料软，所以，磨损主要发生在螺母的螺纹表面。通常通过限制螺纹表面的压强来进行磨损性计算，即使螺纹工作表面的压强 p。 螺母耐磨性校核公式为： （ 其中： F 为作用于螺纹上的总轴向力（ N）； d 为螺纹中经（ h 为螺纹的工作高度（ 丝杠的材料选用钢，螺母选用 滑动速度 10， (要求 n 1012)，基本满足设计要求，故螺母高度 H 取为 135时，螺纹的工作高度 。 （ 表 钢材强度 丝杠材料 螺母材料 许用压强 p 速度范围 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 12 (N/ （ m/s） 钢 淬火钢 青铜 耐磨铸铁 铸铁 钢 青铜 18 25 11 18 7 10 1 2 6 8 13 18 4 7 13 10 13 低速 速 丝杆传动机构校核 耐磨性验算 丝杆工作压强为： M P p 0 0 （ = 1 8pp p M P a，满足工作压强许用要求，满足耐磨性要求。 螺纹升角 计算及自锁验算 螺纹升角 按公式计算，可得： 2ar c t c t （ 此时，当量摩擦角 为： 0 . 0 8= a r c t a n = a r c t a n = 4 . 7c o s ( 1 5 )c o 螺纹 升角 ，满足自锁要求。 因此，螺纹摩擦扭矩 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 13 tr c t a a a 21 （ 螺杆强度 此时，螺杆受最大载荷下的当量应力为 (： （ 螺杆许用应力， 45钢调制处 理 70， ， 53虑绞车使用频率不高，此处取 4。 p，螺杆强度满足要求。 螺母螺纹强度 梯形螺纹牙底宽度 b 为： b= （ 螺纹剪切强度为 M P 0 0 02 0 （ M p 030 ，螺纹剪切强度满足要求。 螺纹弯曲强度为 1 0 0 02 0 24 1 （ M p 040 ，螺纹弯曲强度满足要求。 表 材料许用应力 项目 许用应力（ N/ 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 14 丝杠材料 螺母材料 钢 青铜 铸铁 耐磨铸铁 钢 53 f f弯曲 W40 60 45 55 50 60 （ 剪切 3040 40 40 图 丝杠三维图 丝杆支撑轴承设计校核 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 15 根据丝杆结构尺寸，确定轴承结构形式为，连接蜗轮蜗杆减速器这边的轴承支撑结构形式为推力球轴承（型号 51415）和深沟球轴承（ 6315）组合结构，另一端选择单个深沟球轴承（ 6315）支撑的结构形式。 丝杆的轴向力由推力球轴承 51415承担，径向力主要由导向杆承受。这里只校核推力球轴承 51415的寿命： 600752200 06010 366 ,不满足要求。 （ 轴承调整为推力调心滚子轴承，型号为 29415。 寿命校核： 6004007200 06010 366 ，满足要求。 （ 轨的设计 导轨按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨的结构是各种 导轨的基本形式。其他各种类型的导轨都是在它的基础上发展起来的。普通滑动导轨面之间是混合摩擦，它与纯液体摩擦和滚动摩擦相比，虽有摩擦系数大、磨损快、低速运动易产生爬行等缺点。但由于它的结构简单、工艺性好、容易保证刚度和精度，故广泛应用于对低速运动平稳性和定位精度要求不高的机械中。 (1) 滑动导轨的截面形状 由导向原理知，直线运动导轨的截面形状应是封闭的多边形。从制造、装配和检验的方便性而言；多边形的边数应尽可能少。因此，常用的直线滑动导轨的截面形状有矩形、三角形、燕尾形和圆形四种。导轨截面的每条 边沿运动方向形成一个导向面。 截面为圆形的圆柱形导轨的结构简单、制造方便。内孔可桁磨、外圆磨削后可与内孔精密配合。本设计采用圆柱形导轨，为防止转动，本排绳装置采用双圆柱导轨组合使用。 (2) 导轨的设计计算 导轨的材料有铸铁，钢，有色金属和塑料等，对导轨的主要要求是：耐磨性高，工艺性好和成本低等。铸铁是一种成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。材料选 45 钢，管材选 3600全系数为 S= 目前， 设计导轨的方法仍然是：首先初步确定导轨的型式和尺寸，然后进行验算。对于滑动导轨，必须验算导轨面上的压强和压强的分布。压强的大小直接影响导轨的耐磨性，压强的分布将影响导轨磨损的均匀性。 对于滑动导轨的验算，首先进行导轨的受力分析，然后计算导轨面上的压强，再与导轨面的许用压强比较。 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 16 导杆的受力分析图 下所示： 图 导杆受力分析图 由图分析可知， 2221 由已经确定的参数， 5 0 0 , 7 1 0a m m b m m， 导轨 它作用在导轨 所受的弯矩最大，此时： 图 受力分析图 （ M P 8 5 0 4 03232 64444 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 17 图 导杆三维图 驱动电机选择 丝杠旋转一圈的螺距 P 为 20么丝杠的角速度（每秒转动的圈数）为 sr a 014( （ r p s 0)60 （ 丝杆轴向支撑摩擦力矩： （ 驱动丝杠所需的功率： 500001991813(9550000 )(9550000 211 （ 电机通过单级蜗轮蜗杆减速器与丝杆连接，单级蜗轮蜗杆减速器效率取 ，滚动轴承效率 ； 则电机所需功率为： 221 1 （ 因此选择电机功率为 22 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 18 由于施耐德（ 司生产的 载能力强等特点，可以实 现高精度位置控制，所以本系统的伺服控制系统选用 流伺服电机，电机驱动器选用与其配套的专用于定位控制的服电机 定转速 1500高转速 3000定转矩 值停止转矩 定功率 20相供电电压 17050/60馈分辨率 1280000量 3出轴直径 35 73键有油封。 单级蜗轮蜗杆减速器的减速比为： （ 减速比选择为 25，减速器型号为： 苏泰隆减速机股份有限公司 ) 。 排缆导向架 向架设计 排缆导向架通过安装在其上面的螺母与丝杠相配合，当丝杠转动的时候，从而带动了整个导向架的横向移动。导向架与安装了导缆轮的固定板相联接，使得固定板可以沿着导向架的水平轴线在垂直平面内转动，同时当导向架移动时，正在进行排缆工作的导缆轮有了水平方向 的移速，从而使得导缆轮完成了整齐排缆的工作。 导向架与导杆配合的两个空心部分为内径 360径 400圆柱体，导向架总长为 820柱体的中心距离为 700材 45 钢。 图 排缆导向架三维图 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 19 图 排缆导向架后侧三维图 向架强度校核 排缆导向架进行有限元强度计算，加载方式按水平 300直 300式加在导向轮上。应力云图如下： 图 应力云图 排缆导向架的最大应力是 变形云图如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 20 图 变形云图 排缆导向架的最大变形是 导缆轮设计 此次设计选用的导缆轮为 1240度为 70间有宽 35度为 67材为塑料，具体可视情况而定。缆绳通过与导缆轮的滑动摩擦实现在卷筒上整齐的排列。 图 导缆轮三维图 导缆轮固定板 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 21 为固定住导缆轮使得导缆轮只实现定心转动，并且完成与排缆导向架的连接使得导缆轮可以水平运动，从而设计了此固定板。选材 45 钢。 图 导缆轮固定装置三维图 图 导缆轮固 定板三维图 左右端板 左右两边的端板需达到固定导杆，与丝杠配合，使得丝杠在电机和减速器的带动下可以正常转动的要求，同时还要有能与机架安装的便捷能力，故设计了此端板。选材 45买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 22 钢。 图 左端板三维图 图 右端板三维图 零件选材及选型汇总 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 23 图 装配图明细栏 1 图 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 24 图 装配图明细栏 2图 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 25 第四章 技术路线及实施 根据上述所确定的海洋绞车排缆机构设计方案，首先通过理论计算确定丝杠与伺服电机型号；然后进行传感器选型 ，确定控制变量与控制算法；设计并加工零部件，装配系统；最后进行排缆机构系统的试验，验证控制算法。具体技术路线如图所示。 收 集 资 料 ， 整 理 设 备 参 数理 论 计 算丝 杠 选 型 伺 服 电 机 / 驱 动 器 选 型传 感 器 选 型确 定 控 制 变 量 与 算 法其 他 机 械 部 件 设 计加 工 制 造 与 装 配排 缆 机 构 系 统 试 验图 自动排缆系统技术路线 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 26 第五章 结论 在罗柏文老师的精心指导下，为期十周的毕业设计即将进入最后答辩阶段。在这十周的时间里，为了能够设计出安全、可靠、实用的海洋绞车排缆装置，此次设计参考了国外的机械及相关资料，但是由于自身的知识的局限性和缺少关于对该装置的实践能力，本设计存有许多不足，但通过对本次排缆装置研 究和设计我们也是收获颇多。 由于绞车排缆装置之类的安全产品，研制开发难度较大，单件产品利润太小，且海洋公司安全产品责任较大，一些厂家不愿涉足而导致一直不能得以开发。所以对于绞车的排