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第 1 页 共 45 页1 绪论1.1 设计的主要目的本课题主要完成的是一放线机升降结构设计，包括线圈夹紧.升降机构，实现线圈的夹紧.装卸操作。该放线机用于计算机通讯线缆或类似线缆的裁切的自动供料，以保证线缆切线长度。1.2 设计的主要思路设计研究的主要思路就是想把传统的螺旋式升降改为液压升降，这样就可以大大的节省人力物力，而且也能精准的完成机械的自由升降。以便更好的使用放线机。本人的想法是想用液压驱动不想用陈规的螺杆升降，要解决这些问题必须解决升降系统和驱动系统，在常规的螺杆升降的前提下，要提升很大重量到指定高度是非常困难的，这样会大大的降低工作效率，所以选用液压升降会大大节省人力物力，还有就是因为刚卷质量非常大，单靠钢丝绳的拉力是远远不够的，想要正常的自由旋转就必须要有一个可靠的驱动系统，现在一般用的驱动系统都是电机驱动，因为它有许多优点，可以根据线卷的拉力大小来调节他的转速，还可以进行一般的正反转，还有就是在电机上安装一个变频器，可以无限调速，可以得到任何想要得转速。驱动装置则是用液压驱动，它可以避免由于螺杆滑丝而引起的不必要的工程事故，而且力大可以迅速提升到指定高度。1.3 设计的要求1.夹紧只限于轴向，线绕度不受限制，夹紧力不致使线轴破坏。2.驱动力可采取外驱动力。3 升降过程要求平稳.快捷。4.放线时线圈外径悬空高度 200mm400mm。5.线圈形状尺寸示于图 1.1第 2 页 共 45 页图 1.1 线卷的零件图1.4 放线机发展情况综述科学的发展越来越要求精确的技术，以此同时我们还不能以牺牲效率为代价。现在线路的应用越来越多，相应各种线的切割，也越来越多，这就要求我们有一种设备既有很高的效率又能保证精度要求。所以我们来研究放线机有很好的经济很社会效益。现阶段我国在各项技术中一直处于先进水平，在一些领域还保持着领先。 一种应用于钢帘线及高精度、高性能金属线材生产的现代化关键设备25模多功能智能化高速水箱拉丝机，由江苏泰隆机械集团研制成功，并于4月9日通过了科技成果鉴定。鉴定委员会认为，该设备的研制对推动我国高端金属线材制造技术的发展，扭转我国金属线材产量雄踞世界第一而装备技术却受制于发达国家的被动局面，具有重大现实意义。 这一技术成果的鉴定委员会主任由中科院院士吴宏鑫担任，来自中国航天科技集团、中国冶金设计院、南京航天航空大学、等国家高科技领域的科研院所及高校的权威专家组成鉴定小组。专家组在认真审定江苏泰隆机械集团提供的设计方案、技术资料和制造工序的基础上，参照了国际、国内重点用户的应用结论，一致认定，该项成果采用集成化、立体式传动结构和单侧主动式25道次拉拔技术，第 3 页 共 45 页钢丝拉拔直线性能好，模具消耗低，拉丝效率高；单台设备集拉丝机、收线机、张力柜、配电柜等多种设备功能于一体，结构紧凑，大大节省了金属材料、装配工序和使用空间；以变频技术为依托，采用智能化技术实施动态性集中控制，来进行各种放线机的升降运动。江苏泰隆机械集团几年前开始金属线材设备的开发研制，通过自主开发和引进消化，逐步形成从金属拉丝、高速层绕、重卷、外绕、放线、CO2气体保护焊丝及各类特种金属线材成套设备的开发与制造体系，不仅国内市场占有率达70以上，而且出口10多个国家和地区。企业成为全国最大的金属线材制品设备生产、销售和出口大户。目前，该集团在线材制品设备的工艺技术方面已拥有多项自主知识产权和专利技术。这次通过技术成果鉴定的25模高速水箱拉丝机已申报了7项专利。随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，现代施工项目对升降机要求也越来越高，高、深、尖液压技术在升降机上的应用也越来越广泛，液压系统展示了强大的发展趋势。前最常用的起升液压系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升系统提出了新的要求：节能、高效、可靠以及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。 1.5 放线机升降机构总体设计方案本人的想法是想用液压驱动不想用陈规的螺杆升降，要解决这些问题必须解决升降系统和驱动系统，在常规的螺杆升降的前提下，要提升很大重量到指定高度是非常困难的，这样会大大的降低工作效率，所以选用液压升降会大大节省人力物力，还有就是因为刚卷质量非常大，单靠钢丝绳的拉力是远远不够的，想要正常的自由旋转就必须要有一个可靠的驱动系统，现在一般用的驱动系统都是电机驱动，因为它有许多优点，可以根据线卷的拉力大小来调节他的转速，还可以进行一般的正反转，然而用液压驱动就可以避免由于螺杆滑丝而引起的不必要的工程事故，而且力大可以迅速提升到指定高度。当然这对机架的材料要求又有了第 4 页 共 45 页提高，必须要选一种可以承担大压力的支架材料，要进行校核。1.5.1 液压的工作原理液压油形成一定的压力，经滤油器、隔爆型电磁换向阀、节流阀.液控单向阀、平衡阀进入液缸下端，使液缸的活塞向上运动，提升重物，液缸上端回油经隔爆型电磁换向阀回到油箱，其额定压力通过溢流阀进行调整，通过压力表观察压力表读数值。 液缸的活塞向下运动（既重物下降） 。液压油经防爆型电磁换向阀进入液缸上端，液缸下端回油经平衡阀、液控单向阀、节流阀、隔爆型电磁换向阀回到油箱。为使重物下降平稳，制动安全可靠，在回油路上设置平衡阀，平衡回路、保持压力，使下降速度不受重物而变化,由节流阀调节流量，控制升降速度。 为使制动安全可靠，防止意外，增加液控单向阀，即液压锁，保证在液压管线意外爆裂时能安全自锁。安装了超载声控报警器,用以区别超载或设备故障。 电器控制系统通过防爆按钮 SB1SB6 来控制电机的转动，隔爆型电磁换向阀的换向，以保持载荷提升或下降，且通过“LOGO”程序调整时间延迟量，避免电机频繁起动而影响使用寿命。 1.5.2 夹紧的机构设计放线机的夹紧也一个重要的部分，因为只有夹紧装置作好了，机构才能正常运行。所以我选择采用一边固定顶尖，一边活动顶尖的夹紧方法。当液压缸把线卷升到指定高度时，先将其一端放入固定顶尖，然后在推动活动顶尖将其夹紧。因为滚子的重量比较大，所以在其活动顶尖的一端再加一个液压缸，通过液压来控制它的夹紧程度。机构的结构草图示于图 1.2第 5 页 共 45 页图 1.2 总体设计方案的结构草图2 理论分析及零部件的选用2.1 材料的选用用于要求强度较高，韧性中等的零件，通常在调质或正火状态下使用，表淬硬度在 HRC10-50。用于制造齿条齿轮，链轮，轴，键，销，蒸汽透平机的叶轮，压缩机及泵的零件，轧轮等。可代替渗碳钢做齿轮，轴，活塞销等，但要经过高频或火焰表面淬火。所以根据要求选择 45 号钢。2.2 轴承的选用2.2.1 轴承类型的选择方法选用轴承时，要正确考虑它的主要因素。(1) 轴承的载荷轴承所受载荷的大小，方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。根据载荷的大小选择轴承时，由于滚子轴承中主要元件是先接触，以用于承受较大的载荷，承载后的变形也小。而球轴承中则主要为点接触，以用于较轻的或中等的载荷，故在载荷较小时，应优先选用球轴承。根据载荷方向选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承。较小的载荷可选用推力球轴承，较大的载荷可选用推力滚子轴承。对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承。当轴承在承受径向载荷时，一般选用深沟球轴承，圆柱滚第 6 页 共 45 页子轴承，滚针轴承。当轴承在承受径向载荷 Fr 的同时，还有不大的轴向载荷 Fa 时，可选用深沟球轴承，或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。（2）轴承的转速在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。轴承样本中列入了各类，各种尺寸的极限转速，这个转速是指载荷不太大，冷却条件正常，且为 0 级公差等级轴承时的最大允许转速。但是，由于极限转速主要是受工作时温升的影响，因此，不能认为样本中是一个绝对不能超过的界限。从工作的转速对轴承的要求看，可以确定为以下几点：1球轴承与滚子轴承比较，有较高的极限转速，故在高速运转时应优先选用球轴承。2在内径相同的条件下，外径越小，则滚动体就越小，运转时滚动体加在外圈轨道上的离心惯性力也就越小，因而就更适合于在高速的转动下工作。故在高速时，宜选用同一直径系列中外径较小的轴承，外径较大的轴承，宜用于低速重载的场合。要用一个外径较小的轴承而承载能力达不到要求时，可再装一个相同的轴承，或者考虑选用宽系列轴承。3保持架的材料与结构对轴承转速影响极大。实体保持架与冲压保持架允许高一些的转速，青铜实体保持架允许更高的转速。4推力轴承的极限转速均很低。当工作转速高时，若轴向载荷不十分大，可以采用角接触球轴承。5若工作转速稍微超过了样本中规定的极限转速，可以用提高轴承的公差等级，或者适当的加大轴承的径向游隙。选择循环润滑或油雾润滑，加强对循环油的冷却，等措施来改善轴承的高速性能。若工作转速超过极限转速较多，应选用特制的高速轴承.第 7 页 共 45 页2.2.2 轴承的计算选用此轴承的特点是转速不高，轴向载荷不大，可以代替推力轴承受纯轴向载荷。（1）根据工作条件选用 0300 型轴承。轴向载荷 Fr=5000N轴向载荷 Fa =2500N计算 5.0/25Fr a查表 6-24 知向心轴承的最大 e=0.44(2) 计算当量动载荷 PP=fd(X*FR+Y*Fa) 查表 6-25 知 fd=1.01.2 取 1.2查表 6-24 知 X=0.56 Y 应在型号及 C0 取定后才能最终确定，现暂时取Y=1.5 待以复算。P=1.2*（0.56*5000+1.5*2500）=1.2*（2800+3750）=7860N（3）计算额定动载荷 CC=P 3636105*27810*nl=56680N（4）查表 6-34 重窄系列得知与 56680N 最接近的值为 64100N。所以取 312 号轴承。即型号为 36312 号轴承。第 8 页 共 45 页（5）验算。1）C0=49400N051.492*0Cifa2）查表 6-24 知这时 Y 在 1.81.6 之间，用插值法计算 Y 值。Y=1.8- 7.104.7)5(*)6.18(所以 X=0.56 Y=1.7 3）P=1.2*（0.56*5000+1.7*2500）=8460N4）验算 Lh 值。L h= 33)84601(*257)(*167pcn=5799h预期寿命小于现寿命，所以选 36312 号轴承。(6)在此选用的附表全部来自机械设计制图手册-同济大学出版社出版。2.2.3 轴承的尺寸表 2.2.1 轴承的标准尺寸d D B Tman Tmin r R1 a60 130 31 31 30.5 3.5 2 25.6第 9 页 共 45 页表 2.2.3 轴承的标准载荷 额定动载荷 C 额定静载荷 C0 极限转速 r /min83.0KN 72.5KN 48002.2.4 轴承的标准外形和安装尺寸图图 2.2.1 轴承的外形和安装尺寸 2.3 液压缸的选用2.3.1 液压的研究对象液压传动是研究已有的压流体为能源物质，来实现各种机械的船东和自动控制的科学。液压它是利用各种控制元件组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成能完成一定控制功能的传动系统来进行能量的传递，控制和转换。D1 D2 rg73 117 2第 10 页 共 45 页液压传动所用的工作介质为液压油或其他合成液体，液压传动传递动力大，运动平稳。但由于液体粘性大，在流动过程中阻力损失大，因而不宜作远距离传动和控制。2.3.2 液压的工作原理 现在以液压千斤顶来简述液压传动的工作原理。图 2.3.1 液压千斤顶（1） 力比关系当大
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