开题报告-高杆灯提升装置设计.doc

中国海洋大学本科毕业设计开题报告题 目_ 高杆灯提升装置设计_院、 系 工程学院 专 业 机械制造设计及其自动化(年级) 2011级 学生姓名 学 号 指导教师 教务处制表 2015年 4 月2 日一、选题依据1、课题来源、选题依据和背景情况；在工业、科技发展的今天，人们的工作量也随之不断的增加。以至于，在工作效率相似的情况下，工作时间也相对应的不断增加。我们进入了快节奏的生活，人们更加的相信“一寸光阴，一寸金”。于是乎，广场、公路、机场等场所，直到黑夜也是人流涌动。在人们总体作息时间往后调整的今天，大面积的照明设施显得尤为的重要。因此高杆灯的应用也受到了很高的重视。高杆灯，一般指15米以上钢制锥形灯杆和大功率组合式灯架构成的新型照明装置。它由灯头、内部灯具电气、杆体及基础部分组成。灯头造型可根据用户要求、周围环境、照明需要具体而定；内部灯具多由泛光灯和投光灯组成,光源采用NG400高压钠灯,照明半径达60米。杆体一般为棱锥形独体结构,用钢板卷制而成,高度为1540米。由于在高杆灯有强力应用前景的今天。由于高杆灯的高度，关于高杆灯的安装与维修，将是高杆灯的重要问题。关于高杆灯的安装与维修，有两种可行性的方案。（1）将杆体整体放倒，进行安装维修。这种方法存在巨大的劣势，由于杆体总体较重，且长度长达15米以上，因此在放倒过程中，将产生巨大的力矩，对杆体质量以及提升装置等有较大的载荷，易出现破损变形等；考虑到杆体尺寸，若要放倒，则会占据非常大的一块面积，妨碍到工作出行等；此方法会用到大量的人力物力，耗时耗力，对于如今的效率至上的时代并不符合。（2）将灯具沿杆体提升与降落，进行安装维修。此方法，对比于上种方法，所需的人力物力较少，而且并不会占用过大的面积。由于是沿着杆体轴向运动，产生的力矩也将很小。有较好的应用意义。本设计就是针对第二种方案进行高杆灯提升装置的设计。2、课题研究目的、学术价值或实际应用价值对于高杆灯，总体高度达到20米以上。若要维修，工人要上到20米以上的高空进行作业，工人的生命安全将会产生威胁。本文拟对高杆灯的提升装置进行设计，高杆灯的维修借助此升降装置，将灯盘或部分灯盘降低至地面再进行修理。在修理之后，再次将灯盘提升上去进行安装。这种方法省时省力，工人的安全得到了保障。因此，本设计具有重要的理论意义和实际应用价值。二、文献综述国内外研究现状、发展动态国际照明委员会(CIE)定义高度在20m或以上者为高杆照明系统,高杆照明系统通常在国内称为高杆灯。高杆灯广泛用于城市广场、车站、码头、货场、公路、体育场、立交桥等户外大面积照明场所1。灯杆的整体设计时,必须以风荷载计算为依据。参照高杆灯安装现场所在地区的最大风速下, 所经受到的最大风载荷作用 (个别地方,还须考虑周围气雾的影响)复核计算拟定的高杆灯杆根处应承受的总风荷载弯矩(也叫倾覆力矩)及各分节杆体的力学特征, 同时应该测算高杆灯底板的直径和底板上地脚紧固螺栓孔的个数, 以及螺栓孔中心圆的直径。固定式高杆照明灯，灯头固定于灯杆顶部，维修时必须借助钢架、高架车等把人运送到灯头处，目前港口使用的升降式高杆灯有效的避免了这一难题。目前国外发明了倾倒式高杆灯，这种高杆灯在恶劣天气时可以倾倒，便于维修的同时，也能很好的避免事故的发生。港口高杆灯一般为30米40米，由于港口发展的需要，监控和通讯设备也被应用于高杆灯，不少港口在高杆照明装置上安装监控或者广播等，保障港口照明需求的同时，也方便了港口的管理，为确保港口的安全起到了重要作用2。对于灯盘的升降，可用到卷扬机。可升降灯架在卷扬机的驱动下可以沿灯杆轻便地升降,并可停留在任意位置。灯具的安装、维修和照明覆盖面的调整均可在地面上进行,既保证了操作人员的安全,减轻了劳动强度,又省去了昂贵的高空升降车。为确保使用安全,升降灯架上设有防坠制动系统。当悬吊钢丝绳(l根主绳,3根副绳)脱扣或拉断时,制动系统能立即实现缓冲式制动,从而可确保地面人员的安全和灯架灯具等设备不受严重损坏3。许多的升举系统大多都与滑轮或类似于滑轮机构的滚筒有着或多或少的关系。为了对这类升举系统进行运动学、动力学分析，并得到关键部件的运动特性，在一些产品的开发初期就对其进行系统仿真、优化，设计研究人员对类似于滑轮组机构的仿真已迫在眉睫4。ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)软件是美国MDI公司开发的机械系统动力学仿真分析软件。其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等5。吊重滑轮组平衡式抽油机由前置式游梁驴头、吊重滑轮组平衡机构、曲柄连杆驱动机构、曲肘提升游梁摆动机构、底座、支架、悬绳器及动力装置、刹车装置、电气控制装置等部件组成。游梁以铰链支座固定在支架上,可上下往复摆动。平衡吊重的吊绳一端固定在托架上,经一组滑轮对游梁前端总是施加与载荷力矩反向的平衡力矩。曲柄轮安装在减速器输出轴上,推拉杆(1组)与曲柄轮用曲柄销装置联接,上下曲肘分别与游梁、底座以及三杆汇交轴均以铰链方式联接6。为了保证绳子与滑轮始终同步运行并在接触点处相切， 需要在每段绳子与动、定滑轮接触点处使用Gear Joint7。文献中也有提到海洋自升式平台的升降系统。自升式海洋平台具有定位能力强、移动作业效率高、用钢量少以及造价低等特点，在近海石油开发中发挥着巨大作用。升降装置是自升式海洋平台的核心装置之一，对平台的整体安全性能具有重要影响。齿轮齿条式升降装置主要由安装在每个桩腿上的齿轮齿条传动机构组成，由于其具有工作连续升降速度快控制简单等优点，得到了广泛的工程应用8.高杆灯在每个机场都有着广泛的应用,这些高杆灯大都由机场中不同的配电室手动控制。这种人工分散控制成本高、效率低,控制质量也难以保证。由于分布范围广,沿途路径复杂,许多机场高杆灯升级改造面临许多困难。因而我们提出了一种新型的高杆灯照明管理系统,该系统采用Zigbee无线远程通讯技术,将高杆连接成一个可控的系统,具有本地、遥控等控制功能。工业级的硬件,使系统更加稳定，国际通用的无线2.4GHz的免费频段,系统保密性强、传输距离远,不会对机场其他的无线通讯产生任何干扰和数据误传9。高杆灯的设计制作是多门学科交错渗透的综合体, 其深刻的机理自有着它的严密性和科学性10。参考文献1梁富文. 高杆灯灯杆设计的力学分析 J . 机电工程技术. 2013. 42 ( 5 ) : 114 - 1162丁晨. 关于港口固定式高杆照明灯的改造技术分析 J . 天津市南港工业区港务有限公司. 2005. 02: 47 - 513陈汝延, 袁立. G30型升降高杆灯防坠制动系统的设计 J . 北京农业工程大学学报. 1993. 13( 2 ) : 104 - 1104侯勇俊, 艾志, 久仁杰. 自走式修井机游动系统仿真模型 J . 石油学报 2002. 23( 4 ) : 90 - 925杜红勇, 艾志久. 滑轮组系统动力学仿真 J 机电工程技术. 2005. 34( 3 ) : 73 - 756杨帆. 吊重滑轮组平衡式抽油机研制与节能分析 J . 石油机械. 2004. 32( 7 ) : 31 - 347Mechanical Dynamic Ins .ADAMS Applications manual Z 8 徐长航, 苑思敏. 自升式平台齿轮齿条升降装置动力学行为分析 J 石油机械. 2013. 41( 3 ) : 49 - 539Zigbee Document 053474r06, Version 1.0: Zigbee Specification10 石听安. 高杆灯总体设计概论 J . 灯与照明. 2003. 27( 1 ) : 13 - 16三、研究内容1.构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术）高杆灯是一种室外大面积照明设备，可以为广场、港口、机场、体育场馆、立交桥等场所提供照明。高杆灯照明占地面积小，美化环境，照明效率高，照明面积大，随着城市建设的发展，高杆灯的使用越来越广泛。高杆灯的维修为了安全起见通常是通过起重装置将灯具降落到地面，维修后再通过同一套起重装置将灯具提升到灯杆顶部。这种方法操作方便，占地面积小，应用最广泛。本课题的主要研究内容：设计一套高杆灯提升装置，用于灯具的提升和降落。拟解决的关键问题有：（1）卷扬机系统的设计。设计制作的指导思想为:整机装置主杆体内, 小巧玲珑, 提升灯盘时力所能及且运输自如。电动机宜选择慢转速的, 因输出力矩相对快, 转速电动机大。在选择功率上避免“大牛拉小车”现象, 有些高杆灯在初次提升灯盘时就发生冲顶的可怕事故, 这除电器控制设置欠妥或失灵外, 跟电动机功率过大也不无关系。卷扬机的各组成机械间的动力传递则应符合传递力学的原理。即前级机械输出的力和力矩必须大于后级机械正常运作的力和力矩,以及损耗。利用动滑轮省力不省功的原理, 在许可的灯盘提升时间、减速机能承受的输出力矩之内可大幅度锐减电动机的输出功率选择具有自锁功能的减速机, 使升降系统在运行过程中, 因突发意外或保证灯盘在杆体的任何高度稳妥稳定便于杆体外围实施防护处理时, 减速机能迅速自行锁定。（2）滑轮组的设计。由于灯盘较重，所以滑轮组的设计首先要尽可能的提高滑轮的承重能力。再者，需要考虑到滑轮组省力的问题，希望用到较少能源达到最佳效果。可查找有关吊重滑轮组的相关论文。（3）灯盘的自动挂、脱钩装置的设计。国内外的高杆灯, 灯盘在杆顶处的自挂、脱钩始终是高杆灯技术中的一大难题, 因灯盘上升至杆顶时, 由于高空的气流或风速的影响, 使灯盘产生的不平衡而导致三只挂钩未能同时顺利返转, 使挂钩难以成功。在灯盘下降前的脱钩过程中, 因挂钩部位受风雨侵蚀, 又不需同时脱钩。为此, 不得不反复启动灯盘以求达到灯盘挂、脱钩的目的。2拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析研究方法利用文献调研和市场调查对市场上已有产品进行分析，比选实现本课题目标的最佳技术途径和机械机构方案，以此为基础，对使用中发现的问题进行改进设计。技术路线确立设计背景期刊检索市场调研专利检索修改完善初步设计原理设计强度校核结构草图装配图零件图设计说明书实施方案 查阅相关的文献资料，搜集、整理基础数据； 完成对高杆灯提升装置的原理方案设计； 完成传动系统、执行系统的机械结构设计，以及所有有零部件的选取； 完成装配图、主要零部件的CAD图纸绘制； 撰写毕业设计说明书。可行性分析高杆灯提升装置有大量的应用实例，设计中课充分参考这些实际应用中的结构根据使用中发现的问题进行改进设计，保证设计可行的基础上提高设计水平。四、论文（设计）进度安排起止时间主要内容预期目标3.93.22查阅相关资料，撰写文献综述，翻译外文资料，确立方案设计