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高空固定缆道除垢,清理装置设计,高空,固定,除垢,清理,装置,设计
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太原理工大学现代科技学院 开题报告 太原理工大学现代科技学院毕业设计（论文）开题报告题 目： 高空固定缆道除垢,清理装置设计 专业班级： 机电2班 姓 名： 郭亚东 学 号： 2011100162 指导教师： 成建平 2015年 4月 8日1.课题名称： 高空固定缆道除垢,清理设置计设2.课题研究背景20世纪70年代,随着水文系统技术新活动的开展,水文测验设施,设备去得很大的进步,水文缆道测流被逐渐推广，成为最主要测流方法之一，不同跨度、跨数、手动、电动的水文测流缆道在水文测站广泛使用，代替了测船、缆车及其他测流方式。由于水文测流缆道设在野外，极易锈损，特别是随着近年来酸雨的增多，给缆道运行带来极大安全隐患，；缆索加油保养成为了保护缆索的关键。水文缆道测验规范（SL443-2009）:中养护涂油部分规定：“主索应每1年，工作索每年不应少于2次”。但据调查，在实际工作中，多次水文测站队缆索每年上油保养一年一次火两年一次，甚至长期不保养，导致在洪水测报中出现缆索损断事故。3.课题研究意义：（1）提高了缆道使用寿命（2）提高了缆道维护的效率（3）解决了人工清洁带来的安全和清洁质量不稳定问题（4）降低了缆道清理的人工成本4.文献查阅概况：高空固定缆道除垢，清理装置设计董建，董立丰，刘津轩摘要: 缆道测流方法是最广泛、最成熟的测流方法。水文测验缆道作为水文测报工作中重要的基本设施之一，随着水文现代化的发展，原始的手摇缆道逐渐实现了自动化，但是测试缆道架高空缆索保养仍靠人工实现，危险性大、作业难度大、遥控自动除垢加油的研制成功，实现了除垢与加油自动同步进行，提高了缆索保养的效率和质量，延长了缆索的使用寿命。5.设计（论文）的主要内容和方案：自动除垢加油器运行时动力依赖内置的电机， 可以通过无线接收装置控制电机的启动、关闭及其正反转， 从而实现操作人员只需在地面操作遥控器控制电机的运行， 达到遥控加油器的目的。具体流程见图示:根据应用现场的实际需求确定主要性能和参数指标如下:(1)操作简便， 节省人力。(2)传统的架空缆索保养， 无论是缆索落地或悬空人力操作， 都要投入大量的人力， 如跨度在400m 左右的缆索需要56 个人同时紧张工作一天。(3)使用自动除垢加油器只需12 人3 h 内完成， 同步完成除垢加油。(4) 主要技术参数指标如表图26.缆道清理装置使用注意事项：通过对缆道除垢方面进行大量调研和分析, 总结得出要研制出能成功并且适合高空作业的除垢装置, 必须考虑以下几方面的工况情况:(1)保证遥控器和无线接收器能在操作运行的范围之内(2)如何加热黄油，保证黄油的温度达到最佳涂到缆道上(3)选用什么样的电机来驱动清理装置保证稳点效率工作(4)根据缆道的直径来选取配套的刮垢齿跟换使用7.方案的设计思和总体思路想：7.1.1遥控器的工作原理图发射机单元主要是由编码模块级发射频模块所组成.当按下发射机上的按钮或扳动开关时,编码模块即可繁殖哪个按钮,是在1速或2速位置?并将此按键之数据结合识别码及汉明码给与编码成数控数据后传至发射机频模块之调变器用以调变射频载波,调变器输出的调频信号再经频放大器放大,地通滤波器滤波后送到无线发生发射信号.7.1.2单片机的红外遥控器解码电路图解码器硬件以AT89C51 单片机为核心, 如图5 所示,图中只给出接收红外遥控信号的部分电路。红外遥控信号经过红外接收模块接收后, 解调为遥控信号的编码脉冲由输出端A 输出, 其波形如图3 和图4 所示, 此信号经过反相器74LS04 输出到AT 89C51 的外部中断INT0 输入端。单片机通过运行程序对面外遥控器TC9021 所发出的编码脉冲进行接收和译码。7.1.3单片机程序设计单片机程序主要解决的问题就是如何对接收到的9021 型红外遥控器所发射的信号进行解码, 编码脉冲信号是由引导码、用户码、和功能码等部分组成, 我们只对获取其功能码过程进行分析。在单片机设置中, 将单片机AT89C51 内部定时器/计数器T 0 设为定时方式1 , 定时时间为1 ms ;设外部中断INT 0 为下降沿中断触发方式, 由于在接收时将编码脉冲信号进行反相, 因此, 每当INT0外管脚信号下降沿到来时, 外部中断INT 0 发生中断, 启动定时器T0 , 定时器每次中断定时时间为1 ms 并累加到定时计数器中, 在下一次外部中断INT 0 发生中断时读取定时计数器中的时间, 通过对两个脉冲之间的定时时间的析来对遥控器功能码进行解码如图7.2信号接收器的工作原理本设计中采用PHILIPS公司LPC2000系列ARM处理器为核心, 实现了与绝对式编码器的通信、译码、显示等功能.在接收器内部有控制模块(用于向绝对式编码器发送控制信号)、时钟模块(用于向绝对式编码器发送同步时钟信号)、接收模块(用于接收绝对式编码器发送的数据)、译码模块(用于对绝对式编码器发送的数据进行译码)、显示模块(用于让接收到的绝对式编码器发送的数据在LED显示器上显示出来) 5 .接收器硬件框图如图首先由P0.0和P0.1引脚向编码器发送控制信号(P0.0传送方向控制信号, P0.1传送零位设置信号), 然后由P0.3引脚向编码器发送同步时钟信号(同步时钟信号由ARM内部的定时器产生中断, 然后调用中断子程序在P0.3引脚上输出时钟信号, 时钟信号的周期由定时器设定).在发送同步时钟信号给编码器的同时将此信号输入P0.7(EINT2), 作为接收数据时的时钟信号(由外部中断引脚P0.7(EINT2)引起中断, 调用中断子程序在每个时钟脉冲信号下降沿采样数据传输引脚P0.2).编码器在同步时钟信号的控制下向ARM传送数据(编码器在每个时钟脉冲的上升沿传输一位数据, ARM通过引脚P0.2 接收).ARM接收完数据以后对其进行解码(得到一个由度、分、秒构成的绝对角度位移量), 然后通过GPIO引脚控制LED显示器显示从编码器接收到的数据信息(P0.10 P0.17控制段选码接口, P0.18 P0.24控制位选码接口) 6 .软件流程如图7.3机械结构的选择与确定 方案一：参考电机驱动轮式机器人是韩国Sooslmg机械有限公司研发的炮管自动清洗机器人(韩国专利号：10-20060033030，欧洲专利号：EPl845330AI)。该机器人由80a和80b两个紧贴管壁的轮子旋转驱动整体前进和后退，其中m为驱动电机，通过减速器100减速后驱动80a和80b，同时通过行星转系驱动500绕着中心轴200旋转，在500上装有刷子，并由610提供清洁油实现对管内壁的清洗。电机驱动轮式机器人这种机器人原理简单，但机构较为复杂，不太适合口径小的火炮使用。对不同的口径适应能力不强方案二：爬行式考虑到炮管擦洗机器人要同时实现炮管内壁擦洗功能和管内前后运动功能，分别通过清洗刷回转运动和机器人本体的步进伸缩机构实现，其总体结构如图l所示。机器人主要由清洗刷、前复合驱动机构、后复合驱动机构和伸缩机构组成。其中，清洗刷安装在前复合驱动机构上，前复合驱动机构和后复合驱动机构结构类似，均可由一个步进电机带动凸轮转动600顶出圆周均匀分布的三组橡胶张紧机构，此步进电机也用来驱动清洗刷来回转动。同时，复合驱动机构外圆周上还有三组与橡胶张紧机构间隔600均布的支撑轮机构，用来支撑机器人的自重并辅助机器人在炮管内的前后运动。前复合驱动机构和后复合驱动机构中间装有由步进电机2驱动的丝杠螺母机构。其用来实现前复合驱动机构和后复合驱动机构之间的相对前后运动。炮管清洗机器人总体结构基于此基本结构，炮管擦洗机器入在炮管内的工作原理如下：(1)设定机器人的初始运动速度，控制后复合驱动机构上的张紧橡胶块伸出并顶住炮管内壁；前复合驱动机构上的张紧橡胶块收缩，由前复合驱动机构上的三个支撑轮支撑在炮管内壁；(2)控制前复合驱动机构上的清洗刷开始转动。同时步进电机2开始转动，驱动丝杠螺母机构推动整个前复合驱动机构向前运动，实现清洗刷边前进边旋转的复合擦洗运动；(3)在前复合驱动机构向前擦洗一段设定距离后，停止清洗刷的转动；控制前复合驱动机构上的张紧橡胶块伸出并顶在炮管内壁上；控制后复合驱动机构松开其上的张紧橡胶块，让后复合驱动机构上的三个支撑轮支撑在炮管内壁；(4)然后，再次控制步进电机2按设定方向转动，拖动后复合驱动机构向前移动一段设定距离后，控制机器人的后复合驱动机构上的张紧橡胶块伸出并顶在炮管内壁上，而前复合驱动机构上的张紧橡胶块收缩。机器人又恢复到初始状态可以重复进行下一段距离的炮管内壁擦洗。如上所述，采用步进式前后运动和回转运动相结合的复合擦洗方式，可对炮管内壁火药残留物进行有效擦洗。符合驱动结构三维结构炮管擦洗机器人机械结构可分为复合驱动机构和直线驱动机构。其中，复合驱动机构要求实现两个功能：配合步进驱动机构实现步进式前后运动的功能和驱动擦洗刷回转实现擦洗炮管内壁的功能。其主要由橡胶块、顶杆、弹簧、凸轮以及棘轮等组成，凸轮通过轴承与电机轴相连，棘轮通过键与电机轴相连，当凸轮旋转到其轮廓最高点与顶杆接触时，顶起橡胶块并顶住炮管内壁，复合驱动机构与炮管内壁相对同定；这时再反向旋转棘轮。反转到其上的凸起部分与凸轮内孔凸起部分相接触，然后再反转直到其凸起部分与凸轮内孔凸起部分又重新接触为止，这样棘轮往复旋转，带动清洗刷进行同样的往复回转运动，来对炮管内壁进行擦洗。机器人的直线驱动机构主要由步进电机2、丝杠螺母和导杆构成，如图3所示。其中，丝杠螺母固定连接在后复合驱动模块上，当步进电机2驱动丝杠回转，会驱动丝杠螺母并使得机器人前后两部分相互分开或者靠拢，在复合驱动机构橡胶块伸缩运动的配合下可以实现步进式前后运动。基于上述结构，开发的炮管擦洗机器人样机及复合驱动机构如图直线驱动机构的三维结构这种机器人进给结构也较为复杂，且不易控制方案三: 菅径自适应式管道机器人下图为上海交通大学研制的管径自适应管道机器人。该机器人由成120度的三组平行四边形转腿机构驱动川，该三组轮腿紧贴管壁，在实现驱动机器人运动的同时能根据管道内径变化进行自动调整，目前该机器人已用于煤气管道的探测和维护管径自适应式机器人这种进给方式相比第一种提高了对不同管径的适应能力，但结构上更为复杂。不易实现方案四：无线贴壁螺旋式机器人下图为比利时布鲁塞尔自由大学根据东京工业大学航空机械系的研究成果所研制的无线贴壁螺旋机器人。该机器人由前后两部分组成，中间通过万向节连接。前部分为驱动单元，由三个互成120度的支撑脚组成，每个支撑脚上各有一个具有倾斜角的轮子。后部分为支撑部分，通过中间的电机驱动使前部分在管内旋转，从而带动机器人运动。前部分轮子的倾斜角可咀随着阻力大小的改变而改变，当机器人的负载较大时，轮子的倾斜角将产生变化，从而减小行走速度增加推进力。机器人的前端可阻转载清洗刷，实现对管道的清洗贴壁螺旋式机器人这种机构较为简单，易于在狭小的地方实现同时可以在不调节电机转速的情况下，通过调节轮子倾斜的角度调节进给速度。通过对比，觉定采用此方案。7.4方案改进：本设计中的装置，与固定缆有所区别，固定缆可以采用套入的方式，即将装置套在固定缆上，这样有效的保证支撑。只需在这个基础上解决清洗，前进等功能。本设计中参考上述机构的传动结构，加以改进。利用固定缆自身的结构特点来保证装置的移动。具体方案如下：7.5高空固定缆道除垢清理装置设计及可行性论证： 由上述方案，对装置的结构进行初步设计，结构下图7.6刷洗结构设计清洗部分是软材质，其套在缆索上面，旋转可以对缆索进行清洗7.5.1驱动机构结构上下轮锁紧锁链，摩擦前进7.5.2减速器设计选用：减速部分初定为使用行星减速器，该减速器具有结构简单，输出扭矩大，可以多级使用，有较大减速比的特点，经查阅资料的出下表某厂行星减速器参数减速器级数可选减速比（范围内可定做）一级1:3,1:4,1:5,1:8,1:10二级1：12（订货）1：16（订货）1:15,1:20,1:25,1:32,1:40,1:64三级60 80 100 120 160 200 256 320 5127.6电机选用： 表ZZD2 直流电机技术数据型号电压（V）电压（V）电压（V）功率（W）转速（r/min）励磁电杻励磁电杻ZZD2-01串励1107.05003000ZZD2-02串励2203.55003000ZZD2-03它励320.7611.52502300100ZZD2-04串励32122502100100ZZD2-05并励2200.1162.03003000100表ZZD2 直流电机技术数据（续）转矩（Nm）工作方式外围尺寸总长外径轴径1.5881min219.585141.5881min219.585141.039持续率50219.585141.137持续率50219.585140.926连续219.58514由上表可以看出，现有电机完全可满足设计要求，同时，经过减速器也可以得到合适的转速。此设计方案可以实现。8.设计（论文）提交形式（1）外文资料及中文翻译各一份（字数要求10000印刷符号）（2）毕业设计（论文）开题报告一份（3）装配图一套（约2-3张A0图纸）（4）设计计算说明书一份9.进度安排第四周 查找有关外文资料并翻译成中文第五周 查阅资料并撰写开题报告第六周 基本参数计算第七周 零部件和总体结构设计第八周 毕业实习，完成实习报告第九周 零部件和总体结构设计第十周 刷洗部分设计计算第十一周 驱动部分设计计算第十二周 电机设计计算第十三周 计算机绘图，编写设计说明书第十四周 计算机绘图，编写设计说明书第十五周 审查和修改图纸及整理毕业设计说明书第十六周 准备毕业答辩答辩第十七周 毕业答辩10. 指导教师意见签名： 年 月 日第3期1概述1.1研制背景20世纪70年代， 随着水文系统技术革新活动的开展， 水文测验设施、 设备取得了很大进步， 水文缆道测流被逐渐推广， 成为最主要测流方法之一， 不同跨度、 跨数、 手动、 电动的水文测流缆道在水文测站广泛使用， 代替了测船、 缆车及其他测流方法。 由于水文测流缆道架设在野外， 极易锈损， 特别是随着近年酸雨的增多， 给缆道运行带来极大安全隐患， 缆索加油保养成为保护缆索的关键。水文缆道测验规范（SL443-2009） 中养护涂油部分规定：“主索应每年1次， 工作索每年不应少于2次”。 但据调查， 在实际工作中， 多数水文测站对缆索每年上油保养一次或两年一次， 甚至长期不保养， 导致在洪水测报中出现缆索损断事故。1.2研制成果为切实解决水文缆道架空缆索加油保养问题， 笔者经过长期试验研究， 于2006年研制成功第一台缆索除垢加油器， 实现缆索除垢和加油同步进行， 效果良 好 ，研 制 成 果 取 得 国 家 专 利（ 专 利 号 为ZL2007.20039419.3）。 近期又研制成功遥控自动除垢加油器， 进一步改进了其性能， 具有加油均匀、 自动运行、 重量轻、 操作简单等优点。2关键技术2.1实现加油与除垢同步架空缆索加油保养不能简单理解为在缆索表面抹一层黄油即可， 只有清除油垢才能起到加油保养的效果， 如何实现除垢与加油同步成为关键的技术问题。涂油器是除垢加油器的主要部件， 确保除垢和加油的同步进行。 涂油器是由两个半圆筒组成， 见图1。使用时通过弹簧使两个半圆筒夹紧在缆索上， 筒的前端镶有能自由转动的刮垢齿 （刮垢齿可根据缆索的粗细配套更换使用）， 筒的后端镶有橡皮挡油圈。涂油器一侧设有进油孔， 可通过油管与油箱连接，涂油器在前进中， 其前端的刮垢齿随缆索绳纹转动摘要： 缆道测流方法是应用最广泛、 最成熟的测流方法。 水文测验缆道作为水文测报工作中重要的基本设施之一， 随着水文现代化的发展， 原始的手摇缆道逐渐实现了自动化， 但测流缆道架空缆索保养仍靠人工实现， 危险性强、 作业难度大， 遥控自动除垢加油器的研制成功， 实现除垢与加油自动同步进行， 提高了缆索保养的效率和质量， 延长了缆索的使用寿命。关键词： 水文测验； 缆道； 自动除垢加油器中图分类号：P335+.2文献标识码：A文章编号：1000-0852（2012）03-0069-02收稿日期：2011-12-20作者简介： 董建（1985-）， 男， 江苏丰县人， 大学学历， 从事水文水资源勘测工作。E-mail:架空缆索遥控自动除垢加油器的研制董建， 董立丰， 刘沂轩（江苏省水文水资源勘测局徐州分局，江苏 徐州221006）图1除垢涂油器内部结构Fig.1 Theinteriorofdescalinglubricator水 文JOURNAL OF CHINA HYDROLOGY第32卷第3期2012年6月Vol32 No3Jun, 2012刮 垢 齿Sacrapingdirtgear挡油封Profileseal第32卷水 文水 文Development of Remote Control Automatic Descaling Oiler for Hydrometric CablewayDONG Jian，DONG Lifeng，LIU Yixuan（XuzhouHydrologyandWaterResourcesSurveyBureauofJiangsuProvince，Xuzhou221006，China）Abstract：Hydrometriccablewayisoneofthemostpopularfacilitiesforhydrologicdataacquisition.Withthedevelopmentofmodernhydrology，theoriginalhandcablewayhasbeengraduallyautomated.However，themaintenanceofaerialcablestillreliesonmanualimplementation，whichisdangerousanddifficult.Thesuccessfuldevelopmentoftheremotecontrolautomaticdescalingoilermakesitpossiblethatdescalingandrefuelingsimultaneously，whichimprovestheefficiencyandqualityofcablemaintenanceandextendsthecablesservicelife.Keywords：hydrometry；cableway；automaticdescalingoiler图2操作流程图Fig.2Operationflow并刮走绳纹中的污垢， 其后端的橡皮挡油圈保证了上油均匀， 并防止上油器溢油， 从而达到边除垢边加油的作用。2.2黄油稀释由于在自然状态下黄油呈软体， 无法通过输油管进入涂油器筒内， 通过增加一个电加热装置， 加热黄油呈粘性稠体状态， 使其顺利通过油管进入涂油器筒内， 在运行过程中是黄油均匀涂在缆索表面并渗入缆索绳纹内， 最后自然冷却， 达到注油保养效果。2.3运行动力除垢加油器的运行动力采用了汽车刮雨器直流电机， 电机电源采用12V直流电瓶， 将电机原配套的刮水器传动件直接带动运行轮轴， 使压在缆索上的运行轮带动除垢加油器前进或后退。2.4技术参数自动除垢加油器已经过不同水文站运用， 性能稳定， 为节省成本， 遥控装置直接从市场购买。 主要技术参数指标如表1。2.5运行操作自动除垢加油器运行时动力依赖内置的电机， 可以通过无线接收装置控制电机的启动、 关闭及其正反转， 从而实现操作人员只需在地面操作遥控器控制电机的运行， 达到遥控加油器的目的。 具体流程见图2。3效益分析3.1直接效益操作简便， 节省人力。 传统的架空缆索保养， 无论是缆索落地或悬空人力操作， 都要投入大量的人力， 如跨度在400m左右的缆索需要56个人同时紧张工作一天。 使用自动除垢加油器只需12人3h内完成， 同步完成除垢加油。涂抹均匀， 节省油耗。 传统人工用手抹油， 用油量很大， 且不均匀， 按直径14 mm缆索估算， 每百米约耗油4kg。 使用自动除垢加油器， 缆索被包围在涂油器内的粘性稠体黄油中滑行， 缆索绳纹均能注满油， 且涂油器挡油橡皮圈可控制抹油量均匀涂抹。 试用中对直径14 mm的缆索进行加油保养， 百米油耗约为1.5kg。3.2间接效益自动除垢加油器实现先除垢后涂油， 且涂油均匀， 渗入绳纹， 提高了保养质量； 由于操作简单方便、 成本较低， 极大降低劳动强度、 安全隐患， 从而提高保养积极性， 增加保养频率。自动除垢加油器不局限于水文测验缆道架空缆索加油保养， 也可用于其它行业的架空缆索的保养， 如被广泛推广效益明显。表1主要技术参数指标Table1Themaintechnicalparameters注：重量不含电瓶项目速度/ms-1）电压/V装油量/kg耗油量/kgm-1）使用缆索直径/mm重量/kg参数指标0.1671240.0112-2613遥控器无线信号接收器注油控制开关电 机加油器油加热涂油器除垢涂油70太 原 理 工 大 学毕 业 设 计（论文）任 务 书 第1页 毕业设计（论文）题目：固定缆绳清洁装置设计 毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：要求：水文缆道系统在水文监测中占有重要地位，而这种缆道不同于常见的缆车缆道，在这种缆道系统中，钢索一经安装就始终保持静止，长期暴露于外界，必须定期对其进行养护工作，主要是对钢索进行去污清洁和涂油（钙质润滑脂），。目前主要是依靠工作人员乘坐吊车手工作业进行去污清洁涂油，具有较大的危险性。本题目要求研究设计一套自动清洁装置。1、自动清洁装置在需涂油前进行去污清洁，为进行自动涂油做准备工作。它悬挂于单根揽道上，所以该装置应与揽道系统相对独立，能较方便地进行安装和拆卸。2、自动清洁装置的基本原理是，在巡回缆索的牵引下，通过专用的金属刮垢环和旋转式清洁毛刷，对缆绳进行清洁自动清洁。3、考虑到揽道太长，刮垢环在刮垢时可能出现堵塞和卡别现象，要求分多层次进行，便于排泄。4、清洁刷围绕缆绳圆周以一定的速度旋转，进行清扫。5、自动清洁装置应结构简单，重量轻，在材料选用上应尽可能选用铝合金或工程塑料。6、行走轮与缆索之间采用加大摩擦阻力的方法，通过调整行走轮与缆索的接触预紧力，来调整输送装置的工作力矩。7、应考虑缆绳有翘凸不整的现象，设计时应考虑清洁装置采用第2页径向自动调整结构。 8、行走和机架设计时，考虑与涂油装置的结构相近，在公用的基础部分进行部分改装。原始数据:缆索长度为650m，缆索直径32mm；速度应在10m/分钟左右；第3页毕业设计（论文）主要内容：1、 根据设计要求，查阅相关的资料，确定结构方案；2、系统原理和结构设计，受力分析和估算； 3、刮垢环结构设计；4、清洁刷类型选择和结构设计；5、齿轮、链轮等关键零件的设计计算和强度验算；6、选择轴承类型，计算轴承强度和使用寿命；7、动力转换机构及动力轮预紧机构结构设计;8、行走和机架设计时，考虑与涂油装置的结构相近，在公用的基础部分进行部分改装。结合本课题查阅并翻译2万印刷符号的英文资料；编写设计说明书。 学生应交出的设计文件（论文）：1. 设计计算说明书1份。（按太原理工大学学生毕业设计撰写规范写）2. 整机结构装配图1张（A0）。3. 机架零件图1张（A1）。4. 刮垢环组件图1张（A1）。5. 清洁刷组件图1张（A1）。6. 主要零件图若干张（A3）。7. 2万印刷符号的英文资料翻译文件。（以上内容全部采用计算机制作。） 第4页 主要参考文献（资料）：1机械设计手册，机械设计手册编写组，机械工业出版社，1982。2现代机械设备设计手册，机械工业出版社，19963机械零件设计手册。 4、起重机械设计手册 专业班级 机电0602 班 学生 李 斌 要求设计（论文）工作起止日期 2010.3.22 - 6.20 指导教师签字 成建平 日期 2010.4.10 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期 分 类 号 密 级 宁毕业设计(论文)高空固定缆道除垢清理装置设计进设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级11机自x班姓 名学 号指导老师 2015 年 3 月 31 日摘 要缆索的发展方向将是向高科技化方向发展，制造出适用性强的缆索很有发展市场，对不同地区开发出不同的缆索是很有发展前途的。由此，相应的制造出高性能的缆索是国外的发展概况。该缆索缆索可一次性完成、缆索、分离和装袋作业。该机体积小、重量轻，操作灵活，通过性与适应性好，较好地解决了大、中型缆索在丘陵、山区和水田难以的难题。缆索适用于航空航天、石油化工、机械制造、金属材料及制品、电线电缆、橡塑胶、纸品及彩印包装、胶粘带、箱包手袋、纺织纤维、食品、制药等行业。可测试各种材料及成品、半成品的拉、压、弯、剪等物理性能，选购各种不同的夹具可做抗拉、抗压、持拉、持压、抗弯、撕裂、剥离、黏着力、剪力等试验。试验是指在承受轴向载荷下测定材料特性的试验方法。利用试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、强度、屈服点、屈服强度和其它性能指标。从高温下进行的试验可以得到蠕变数据。金属试验的步骤可参见ASTM E-8标准。塑料试验的方法参见ASTM D-638标准、D-2289标准（高应变率）和D-882标准（薄片材）。ASTM D-2343标准规定了适用于玻璃纤维的试验方法；ASTM D-897标准中规定了适用于粘结剂的试验方法；ASTM D-412标准中规定了硬橡胶的试验方法。1.准备试件。用刻线机在原始标距范围内刻划圆周线（或用小钢冲打小冲点），将标距内分为等长的10格。用游标卡尺在试件原始标距内的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算术平均值作为该处截面的直径，然后选用三处截面直径的最小值来计算试件的原始截面面积A。（取三位有效数字）。2.调整。根据低碳钢的抗拉强度b和原始横截面面积估算试件的最大载荷，配置相应的摆锤，选择合适的测力度盘。开动，使工作台上升10mm左右，以消除工作台系统自重的影响。调整主动指针对准零点，从动指针与主动指针靠拢，调整好自动绘图装置。3.装夹试件。先将试件装夹在上夹头内，再将下夹头移动到合适的夹持位置，最后夹紧试件下端。4.检查与试车。请实验指导教师检查以上步骤完成情况。开动，预加少量载荷（载荷对应的应力不能超过材料的比例极限），然后卸载到零，以检查工作是否正常。5.进行试验。开动，缓慢而均匀地加载，仔细观察测力指针转动和绘图装置绘出 图的情况。注意捕捉屈服荷载值，将其记录下来用以计算屈服点应力值S,屈服阶段注意观察滑移现象。过了屈服阶段，加载速度可以快些。将要达到最大值时，注意观察“缩颈”现象。试件断后立即停车，记录最大荷载值。6.取下试件和记录纸。7.用游标卡尺测量断后标距。8.用游标卡尺测量缩颈处最小直径d1。关键词：缆索缆索；缆索； 改进设计23Abstract The development direction of harvester will be to high-tech direction, making out the applicability of harvester is the development of the market, is very promising for different regions developed different harvester. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Key Words: rice thresher threshing; improved design;目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V第1章 绪论1第2章 总体方案确定22.1 缆索工作状况22.2缆道清洗车32.2.1缆索的定位类型32.2.2 缆索的整机结构及选择32.2.3 缆索缆索的工作流程3第3章 缆索清洗装置结构设计43.1 原理43.2 缆索类型选择4第4章 动力的选择64.1 整机消耗的功率计算64.1.1 缆索的功率消耗的计算64.1.2 撑板强度计算64.2 电机的选择7第5章 轴的设计与计算155.1 轴的材料选择155.2 轴的最小直径确定155.3 轴的结构设计155.4 轴的校核16第6章 键连接选择196.1撑板的设计246.1.1 撑板类型的确定246.1.2 撑板直径的确定246.2 撑板与滚筒之间间隙的确定25第7章 传动装置设计87.1 传动路线87.2 确定传动装置的传动比87.3 传动装置动力参数的计算87.4 皮带轮的设计与计算97.5 验算小带轮的包角107.6 确定V带根数107.7 单根V带预紧力的计算107.8 计算压轴力11第8章 齿轮的设计与计算128.1 材料的选择及许用应力的确定128.2 按轮齿接触强度的计算128.3 按齿根弯曲强度设计13结论26参考文献27致 谢28第1章 绪论缆索的发展方向将是向高科技化方向发展，制造出适用性强的缆索很有发展市场，对不同地区开发出不同的缆索是很有发展前途的。由此，相应的制造出高性能的缆索是国外的发展概况。该缆索缆索可一次性完成、缆索、分离和装袋作业。该机体积小、重量轻，操作灵活，通过性与适应性好，较好地解决了大、中型缆索在丘陵、山区和水田难以的难题。缆索适用于航空航天、石油化工、机械制造、金属材料及制品、电线电缆、橡塑胶、纸品及彩印包装、胶粘带、箱包手袋、纺织纤维、食品、制药等行业。可测试各种材料及成品、半成品的拉、压、弯、剪等物理性能，选购各种不同的夹具可做抗拉、抗压、持拉、持压、抗弯、撕裂、剥离、黏着力、剪力等试验。试验是指在承受轴向载荷下测定材料特性的试验方法。利用试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、强度、屈服点、屈服强度和其它性能指标。从高温下进行的试验可以得到蠕变数据。金属试验的步骤可参见ASTM E-8标准。塑料试验的方法参见ASTM D-638标准、D-2289标准（高应变率）和D-882标准（薄片材）。ASTM D-2343标准规定了适用于玻璃纤维的试验方法；ASTM D-897标准中规定了适用于粘结剂的试验方法；ASTM D-412标准中规定了硬橡胶的试验方法。1.准备试件。用刻线机在原始标距范围内刻划圆周线（或用小钢冲打小冲点），将标距内分为等长的10格。用游标卡尺在试件原始标距内的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算术平均值作为该处截面的直径，然后选用三处截面直径的最小值来计算试件的原始截面面积A。（取三位有效数字）。第2章 总体方案确定2.1 缆索工作状况缆索整机选用一台电机和一台鼓风机，电机，风扇转动和倒开关控制停止。电机顺时针饲料玉米棒，CCW主要用于启动玉米棒和故障排除的球迷吹掉产生的碎片缆索，渣。通过皮带轮，皮带轮无级变速器，同步齿滑轮，所以切割器电动机，玉米棒形的旋转切削工具，在工作中调整转向手柄，可以增加或减少切割器的速度;另一种传输线从两三角皮带轮，蜗杆三套鼓转动。缆索装在滚筒压缩弹簧，橡皮辊，塑料辊，橡皮辊，它们旋转两组（棒送入玉米），无论是从橡胶辊夹紧作用，而且还棒运送玉米的功能，玉米上的穗轴弹簧直径，可以进行按照适当调节两辊之间的距离，以适应不同直径的棒缆索要求。一组塑料滚筒可以是玉米芯保持器，输送到废液箱。工具和刀具润滑使用滴灌杯油，用橄榄油润滑油。为紧凑，内置切刀塑料轴承。塑料轴承上旋转的轴。 机器润滑蜗轮，蜗杆，塑料轴承，蠕虫的主要部分，该蠕虫使用开放带动，润滑黄油;当运行塑料轴承需要润滑，使用标准的针型油杯，在200毫升的体积，而对于此配备有滴液管，管路端用螺栓固定在油杯，轴承上的槽连接的另一端。滴水管的情况下可见油杯调节工作的大小。橄榄油的润滑油最好的选择，考虑到可供测试的其他食用油的价格。缆索被切断通过机械方式送料缆索由入口进入缆索缆索滚筒和凹印在很短的提取凹印通过明确粮食清洁屏幕和球迷清洗网格状的缆索进入由打击和擦的;长萃取到分离缆索以分离茎和种子，以及一个长阀杆排出机外，粮食等短提取通过所述分离缆索的筛子进入洁净清洗设备之下;风扇和下清洗筛子，稻壳和其它小碎屑的联合作用被吹到机光，干净的食物聚集晶粒外面成可经由粒收集缆索的设备。2.2缆索缆道清洗车这种设计是一个小稻田根据南方丘陵区缆索是小而设计，结合缆索可以完成，缆索，分离和装袋操作。本机体积小，重量轻，操作灵活，通过良好的和适应性，在山上大，中型缆索更好的解决方案，山脉和缆索难的问题，双季稻区南部，泥脚不深更大的超过20厘米就可以正常稻田。2.2.1缆索的定位类型整机形式为：悬挂式、全喂入割台形式为：带搅龙输送器式卧式割台缆索形式为：轴流式2.2.2 缆索的整机结构及选择台悬挂在框架悬架，后悬架缆索的柴油，配置在左侧缆索中间槽的前方，前部和后部端部连接到切割台和缆索部。有关资产负债割台，割台被放置到合适的档位。为收获后留缆索设备布局，风选设置在右侧，而粮袋放置在右侧的缆索缆索部背面的平衡缆索。由柴油机，柴油后动力输出轴提供动力的收获部分提供整体前进的动力。2.2.3 缆索缆索的工作流程 当缆索进行操作，先卷分配到作物刀，砍下一刀切割后的作物，然后滔滔不绝的产量下降到割台，割台螺旋输送器，以削减产量倒下预留伸展左侧是指向机构，组织放下以高速发送回槽抛物线手指螺旋钻作物，槽作物的手指后该机构发送从所述塔底物流连续加入到释放机构抓取，作物后入轴流缆索机制，因为它是受高速战斗以及作物为螺旋运动不断击中凹版屏的结果期间辊掺入，使得晶粒把它关闭，并落在通过在凹组螺旋钻筛板。第3章 缆索设计3.1 缆索原理 1）冲击缆索：对对方缆索元素冲击作用秒杀头和缆索。较高的冲击速度，缆索越强，但也越大裂解速率。2）摩擦缆索：由组件和之间，以及和缆索缆索离去之间的摩擦。缆索缆索间隙的大小是至关重要的。3）梳刷缆索：缆索由拉力缆索部件进行。4）滚动缆索：打缆索通过施加压力的元素进行粮食。在这种情况下，力作用在主要沿晶面的法向力。5）振动缆索：由缆索元件用于施加高频振动进行缆索。缆索是的几种方法在长期的生产实践过程中总结而来去壳大米储存。如果裸存储，则存储时间短。米粒脆，易折断。因此，本设计采用梳刷缆索，主要针对与缆索缆索完成补充两者。3.2 缆索类型选择在根据不同子类型的不同的方式，根据本馈送模式缆索可分为：全喂入和半喂入6;通过缆索齿可分为：1）剪切流纹杆缆索滚筒单元，它由粮食倾杆，网格状凹雕，间隙调整缆索等组成。擦缆索为主，影响，缆索和分离能力的能力，小关穗率补充。但饲养不均匀种子湿度，缆索质量下降。2）切流尖刺滚筒缆索，其中包括牙齿和指甲美甲齿凹版。强劲飙升使用强烈的影响，以及内部的差距，擦缆索缆索。能够抓取不均匀，湿饲料作物具有较强的适应性。不过关的秆高，分离较差。3）双滚筒缆索，使用两个辊协同工作。较低的第一鼓的速度，你可以把一个很好的成熟，丰满的内核先行。第二滚筒的较高的速度，较小的间隙，不能完全缆索前滚脱净。4）轴向缆索滚筒单元，轴向辊功率的较大的作物的物理和机械特性消耗，比传统型更敏感，影响饲料作物的长度，水分含量都较大。5）弓齿滚筒缆索缆索缆索，小麦可以和起飞。仅第一缆索穗到滚筒，以确保缆索后的干完好;小凹版屏幕分离含杂率有利于后续的清洗;大部分晶粒的可以从凹印筛，颗粒破碎和损坏很少被分离，功率消耗小。但是，只有接穗尖适应不适应矮作物，作物适应性差缆索作物。考虑到因素，如成本和农村的稻田，本设计采用了弓齿半喂入缆索。缆索方式进入关，关，下侧断三种形式，如图关上分离，低辊位置，喂养表现不佳的影响;下关分离性能差，少掉穗叶柄，一般夹持半喂入缆索和缆索缆索;一边脱分离更好的性能和水平缆索喂养表现。本设计采用一个下胶式。考虑到成本和农村稻田等因素，本设计采用的是弓齿滚筒半喂入缆索。缆索方式分为上脱、下脱和侧脱三种形式，如图4上脱式分离效果好，滚筒位置低，喂入性能差；下脱式分离性能差，断穗和带柄少，适用于一般夹持式半喂入缆索和缆索；侧脱式分离性能和喂入性能较好，适用于卧式缆索。本设计采用的是下脱式。 第4章 动力的选择4.1 整机消耗的功率计算4.1.1 缆索的功率消耗的计算 缆索在工作时，在运转稳定性较好（保障缆索滚筒运转稳定性的条件：有足够的转动惯量；发动机有足够的储备功率和较灵敏的调速器）的条件下，其功率总耗用N 由两部分组成：一部分用于克服滚筒空转而消耗的功率（占总功率消耗的5%-7%），一部分用于克服缆索阻力而消耗的功率（占总功率消耗的93%-95%），所以 缆索的功率消耗为： N =+ （kW ） (4) 1)其中空转功率消耗: =+ 式中：系数，为克服轴承及缆索的摩擦阻力的功率消耗， B系数，为克服滚筒转动时的空气迎风阻力而消耗的功率， . 2)其中缆索功率消耗:这个过程比较复杂，缆索首先是以较低的速度进入缆索入口处，与高速旋转的缆索滚筒接触，然后被拖入缆索间隙进行缆索，既有梳刷也有打击，研究的依据是动量守恒定律： 冲量转换为动量： ， （5) 单位时间喂入的量； 综合搓擦系数，0.7-0.8； 滚筒的切向速度，15m / s。 将数据代入N =+ 得： N= 0.52+1.5=2.02（）4.1.2 撑板强度计算 缆索消耗的功率由下式可求得： (6) 其中：单位时间进入缆索的脱出物质量（）； 单位脱出物质量筛所需的功率（），上筛：0.4-0.5，下筛：0.25-0.3； 选别能力系数，0.8-0.9。 代入数据可得消耗的功率： 1.75（）4.2 柴油机的选择通过上面的计算，可以知道整个缆索消耗的功率，其消耗的总功率为： 0.043+2.02+1.75+1=4.813（）第5章 轴的设计与计算5.1 轴的材料选择 缆索在工作时，缆索轴的转速很高，而且传递的扭矩很大，综合考虑，轴的材料选择45钢调质处理，硬度为195-290，其接触疲劳强度极限，弯曲疲劳极限取。5.2 轴的最小直径确定 由公式 (17) 其中 该轴传递的功率，； 该轴的转速，； 指轴的材料和承载情况确定常数。 已知 =2.02，查机械设计手册21可得C=128，代入上式可得 选。5.3 轴的结构设计 为了便于轴上零件的拆卸，经常把轴做成阶梯形。轴的直径从轴端逐渐向中间增大，可依次将齿轮和带轮等从轴的上端装拆，为了使轴上的零件便于安装，轴端及各轴的端部应有倒角。轴上磨削的轴段应有砂轮越程槽，车制螺纹轴段应有退刀槽。各段轴的直径，如有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，安装轴承、齿轮等标准件的轴径，应符合各标准件的内径系列规定。采用的套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应把装零件的轴段长度做的比零件轮毂短，以确保螺母等紧靠零件端面。缆索轴结构初定如图7所示：图7 轴的结构图5.4 轴的校核5.4.1 轴上载荷的计算 求轴承上的支反力 垂直面内： 水平面内： 画受力简图与弯矩图，如图8所示： 据第四强度理论且忽略键槽影响 表4 受力分析载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T 轴安全。图8 受力简图和弯矩图5.4.2 按弯扭合成应力校核轴强度进行校核时，只校核轴承上承受弯矩和扭矩最大的截面强度，取=0.6,轴的计算应力为： 前已选定轴材料为45号钢,调质处理,由机械设计23表15-1查得=60Mpa 因此S=1.5 故安全第6章 键连接选择 键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。 平键按用途分有三种：普通平键、导向平键和滑键。平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因而应用广泛。本设计采用的是平键连接 。查表机械设计手册21表4-1分别选择轴1、2段平键bhL=6mm6mm20mm、bhL=10mm8mm22mm。材料为45钢，其许用挤压应力，取其平均值，。 在本设计中缆索轴传递的扭矩最大，根据要求，需对缆索轴的键连接进行强度校核，因载荷均匀分布，根据平键连接的挤压强度公式： (19) 式中：T为转矩（Nmm）； 为轴径（mm）； 为键的高度（mm）； 为键的工作长度（mm）； 为许用挤压应力（MPa）； 代入数据得 30mm）则滚筒抓取作物的能力和撑板前端的分离能力减弱。取入口的间隙为30mm，则出口的间隙为10mm，缆索间隙从喂入口到出口从30mm逐渐减至10mm，在缆索区为3-8mm，取6mm。第7章 传动装置设计7.1 传动路线 主传动轴脱粒滚筒第2传动轴风机 第1传动轴曲柄摇杆7.2 确定传动装置的传动比 总传动比 (7) 式中 柴油机满载转速，1500r/min,则 那么V带的传动比，处于24之间，符合要求。 分配各级传动比 1) 取V带传动传动比为 ， 2)取第1传动轴传动比为0.6， 3)第2传动轴传动比。7.3 传动装置动力参数的计算 柴油机输出轴额定转速为, 脱粒装置满负荷作业时,输出轴转速稳定在0.8-0.9倍额定转速状态下运行。 1）各轴转速主传动轴转速,。主轴与动力输出轴直联。 第1传动轴转。传动比为， 带传动按92%效率计算, 则 脱粒滚筒转速。带传动按92%效率计算,则 第2传动轴转速为，传动比为1。带传动按92%效率计算，则 风机的转速，风机直接安装在第2传动轴上，则 2）各轴功率 主传动轴 第1传动轴 式中 -带传动效率；查表19取值0.92。 3）各轴转矩 第1传动轴 第2传动轴 7.4 皮带轮的设计与计算7.4.1 带型的选定 根据总体方案的选择，查机械设计手册19的工况系数。可得计算功率为： (8) 根据计算功率和柴油机的转速，查手册19选择采用SPZ型皮带。7.4.2 带轮直径与带速的确定 小带轮的直径通过查机械设计手册19，有，其中是V带的最小基准直径，过小，会降低皮带的使用寿命。；反过来，虽然可以延长皮带的使用寿命，但是带传动的外形尺寸随之增大。V带的最小基准直径参考值如下表所示。表3 V带轮的最小基准直径 类型 Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E 20 50 63 75 90 125 140 200 224 355 500 选取小带轮的直径。 大带轮的基准直径，取。 上式中是V带传动的滑动率，值很小，在计算中可以忽略不计。 带速的计算： 代入数据的 对于普通的V带，太小传递的功率小，太大则离心力过大，计算的结果在合理范围内，符合设计要求。7.4.3 带的基准长度和轴间距的确定 由公式 （9) 代入数据得 。 所需带的基准长度为： 代入数据得 则实际的轴间距为 代入数据的实际的轴间距为 。7.5 验算小带轮的包角 由下式可求带轮包角： 一般，最小不低于，小带轮包角合适，不需要使用张紧轮。7.6 确定V带根数 V带根数可由以下公式计算： (10) 其中 功率增量，考虑传动比时，在大带轮上的弯曲应力较小，在寿命相同的条件下，可以增大传递的功率。 包角修正系数，考虑包角不等于时对传动能力的影响。 带长修正系数，考虑包角不为特定长度时对传动能力的影响。 单根V带的基本额定功率。 查机械设计手册20可得：，=0.99，=0.97，= 圆整后取V带根数7.7 单根V带预紧力的计算 根据公式 (11) = =7.8 计算压轴力 根据公式 (12) (13) 其中 为正常预紧力的1.5倍。 代入数据 第8章 齿轮的设计与计算8.1 材料的选择及许用应力的确定根据设计方案，本设计采用的是直齿圆柱齿轮传动，考虑到脱粒装置功率较大，故大、小齿轮都选用硬齿面。选取大、小齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需要磨削，故初选7级精度。8.2 按轮齿接触强度
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