水泥电杆搬运栽杆机设计说明书

12设计项目 计算与说明 结果1.1 水泥电杆的搬运起立方法和技术现状1.2 本设计成果的优点第 1章 前言1.1水泥电杆的搬运起立方法和技术现状目前水泥电杆的搬运栽杆方法很多，技术水平参差不齐。这里主要介绍一下目前电力公司大批量搬运栽杆的实际情况，在长距离、大批量搬运电杆中主要用大型运输车辆，在小距离移动和栽杆中主要运用汽车起重机。目前的主要栽杆技术是首先固定电杆上端，然后进行吊运移动对准电杆坑进行栽杆。传统的技术方法中，主要是起重机吊运栽杆的方法，这种方法的优点是运用了大型机械化设备，减少了体力劳动，并且极大的提高了工作效率，适用于大部分工作场地和工作环境，但是传统方法有一定的缺陷 1：1、所需施工人员多。包括吊车操作人员、负责杆洞人员、负责前后照应人员、其他人员，至少需要 6 人以上。2、易受城市环境干扰。易受道路、线路旁其他设施限制。若吊车无法就位，或吊臂无法架起，则立杆工作难以进行。3、校正电杆困难。由于施工方法固有的缺陷，导致校正电杆十分不便。4、安全性差。若吊点选择不当，很可能导致电杆突然倾倒，造成人员伤亡。5、施工效率低。由于以上种种困难与不便，导致施工效率低下。1.2本设计成果的优点本设计成果提高了工程质量和效率，水泥电杆搬运栽杆机是主要由叉车的机身和专用的栽杆工作装置组成，以叉车机身为驱动3设计项目 计算与说明 结果1.3 机械工业在现代化建设中的作用装置控制专用的栽杆工作装置来完成搬运栽杆工作。主要工作过程由装夹、提起、水平移动、提高、旋转、对准、扦插、掩埋等独立工作步骤组成。利用它施工时仅需机器操作人员、回填土夯实杆基人员，大大减少施工人员数量；机器的工作装置结构紧凑，机器机动性好，受环境限制小；机器具有专门的垂直度调整机构，方便校正电杆。同时该机器能大大提高施工的安全性与效率。这种机器的应用将是对立杆作业的重大革命。1.3机械工业在现代化建设中的作用机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志。这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们所以要广泛使用机器，是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。同时，不论是集中进行大量生产还是迅速完成多品种、小批量生产，都只有使用机器才便于实现产品的标准化、系列化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自动化。因此机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的作用。所以通过大量设计制造和广泛应用各种各样先进的机器，就能大大加强促进国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。70 年代以来工程机械发展的特点可以概括为以下几个方面：1工程机械品种，产量剧增，并向多功能高效发展。2液压4设计项目 计算与说明 结果1.4 我国机械工业发展的情况2.1 概述机械迅速发展。3普遍重视产品的标准化、系列化、通用化，以及新技术、新工艺、新结构和新材料的应用。4.专业化程度不断提高，重视质量、管理。5重视实验与研究工作，提高科技人员的比例。1.4我国机械工业发展的情况我国的工程机械行业，如机械制造业等在不太长的时间内有了较快的发展，但由于我国的工业基础薄弱以及工作中的缺点错误等原因致使行业的发展尚存在一系列的问题有待解决，如：1）品种和数量不能满足建设的需要。供需之间矛盾较大。2）产品性能较落后，质量亦有待提高。由于生产管理、工艺水平以及材质等影响，产品质量较差、使用寿命较短。3）新产品研制及老产品更新周期长，影响发展与供求。4）研究和试验基础薄弱、条件较差，影响行业水平的提高。可以预期，随着四个现代化总方针实施，工程机械行业必将得到高速度地发展，为国民经济部门和国防建设提供足够铁、优质的矿山、工程机械，为实现四个现代化的宏伟目标做出贡献。第 2章 总体设计2.1概述总体设计是机械设计中非常关键的环节，它是对所设计机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。总方案一旦确定,5设计项目 计算与说明 结果即成为详细设计的指导文件。总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究。收集国内外同类机械的有关资料，了解当前国内外装载机的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析比较，制定总的设计原则。设计原则应当保证所设计机型符合有关的方针、政策。在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。总体设计的原则大致包括 3 个方面：总体设计原则：1.遵守“三化”：零件标准化、产品系列化、部件通用化。2.采用“四新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。3.满足“三好”：好制造、好使用、好维修。（1）系统性原则 即是要把所设计的机械产品看作是一个系统的一部分，总体设计时要充分考虑系统的特性，这些特性包括产品与人、工作环境、运输安装条件、其它机器、相关法律法规以及产品本身各组成部分的关系。（2）合理布局原则产品的总体布局是总体设计的重要环节，对后面的零部件的详细设计以及产品的制造和运行有重大影响。总体设计应遵循便于发挥功能、结构紧凑、层次分明、比例协调的原则。（3）全面评价原则最后优选总体方案要坚持全面评价的原则。不仅要评价整体功能，也评价局部功能，6设计项目 计算与说明 结果2.2 主要工作装置的结构和工作特点不仅评价基本功能也要评价附属功能。评价信息中定量信息的比例应尽可能提高，定性信息应尽可能地减少，难以量化的定性信息应尽可能具体化。评价的准则不仅包括技术方面的要求，也应包括经济和社会方面的内容。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。2.2主要工作装置的结构和工作特点水泥电杆搬运栽杆机的工作过程由装夹、提起、水平移动、提高、旋转、对准、扦插等组成，主要装置有夹持装置、旋转盘、提升机构（门架装置） 、垂直度调整机构，要求其具有安全性好，精准快速，适应范围广的特点，具有一定的叉车基础技术支持，易于投入生产和普遍推广。其基本构造和工作特点叙述如下：（1）夹持装置夹持装置用来夹抓电杆、控制电杆的装置，它的工作平稳与否决定了整个夹抓过程的成功与否。夹持装置要求有足够的夹紧力，以免电杆在竖立时松脱，又要保证电杆不被夹坏。这需在设计时进行校核计算。机器能对倒放在地面上的电杆进行夹持，同时在立好电杆后，夹持装置能方便的松开退出（能通过倒车来实现） 。除此之外目前电杆多为拔梢杆。综上，夹持装置的结构需仔细考虑。（2）旋转盘旋转盘主要作用是将提升到一定高度的电杆从水平状态旋转到垂直状态，它与叉架连接，而夹持装置与其连接。7设计项目 计算与说明 结果2.3 确定总体设计方案2.3.1 性能要求的确定2.3.1.1 所能起（3）提升机构（门架装置）提升机构的主要功能是提高电杆的装置，它不仅是主要工作装置之一，而且是其他工作装置的整体支架。它借用叉车的门架机构。（4）垂直度调整机构垂直调整装置是在电杆旋转竖起以后进行微调，使其垂直于地面，保证准确插入电杆坑。要实现机器操作人员一人在驾驶室里就能对电杆的垂直度进行判断并对其进行方便有效的调整，这需结合立杆作业要求的垂直度精度进行合理的设计。纵向垂直度调整利用门架结构的倾斜油缸进行；横向垂直度调整利用旋转盘的慢速旋转进行。（5）叉车车身水泥电杆搬运栽杆机采用的是叉车车身，水泥杆的重心位于四个车轮所围成的支撑平面之外，有稳定性问题；其底盘系统与汽车、拖拉机、运输车辆相比，有前轮驱动、后轮转向、车速较低、爬坡度大、机动性强、结构紧凑、自重较大等特点。叉车由发动机、轮式底盘、和门架系统组成。叉车底盘与工程机械的地盘相仿，也采用刚性悬架，由传动系统、制动系统、转向系统和行走支撑装置组成，门架是叉车的工作装置，门架系统的工作需要液压系统的支持。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。2.3确定总体设计方案8设计项目 计算与说明 结果立电杆的长度、直径及最大重量的确定2.3.1.2 最大起升高度的确定2.3.1.3 垂直度调整精度的确定查供配电线路作业培训教材 2，得常用混凝土电杆的技术数据：常用混凝土电杆的长度为 1015m，直径为 150390mm 不等，最大质量为1780kg。由此拟定栽杆机所能起立的电杆长度范围为 1015m，夹持装置所能夹持电杆的直径范围为 150400mm，最大起重量为1800kg。起升高度与电杆重心位置有关。混凝土电杆重心的简便计算方法可采用以下公式 2：(m)0.4()0.5重 心 杆 身 长混凝土电杆重心计算结果如下：（1）10m 混凝土电杆的重心在距杆根的 4.5m 处。（2）12m 混凝土电杆的重心在距杆根的 5.3m 处。（3）15m 混凝土电杆的重心在距杆根的 6.5m 处。由此拟定最大起升高度为 6.6m。混凝土电杆的垂直度精度要求为：直线杆的倾斜不应大于梢径的 1/2；耐张杆、转角杆应向外预偏不大于 1 个梢径 3。如图 2-1 所示，有以下关系式： 2dl图 2-1 电杆垂直度分析9设计项目 计算与说明 结果2.3.2 产品设计要求通过对各型号电杆数据的计算，拟定栽杆机垂直度调整机构的精度为 0.5。综合考虑各方面因素，参考现有叉车性能 4，如表 2-1 所示：表 2-1 栽杆机性能要求性能要求 值所能起立电杆长度h(m) 1015夹紧机构所能夹持电杆的直径 d(mm) 150400最大起升高度H(mm) 6600（续表 2-1）性能要求 值最大起重量 M(kg) 1800最大起升速度 v(mm/s) 300铅垂面旋转速度（快速） (/s) 10铅垂面旋转速度（慢速） (/s) 0.5倾斜机构转动速度 (/s)0.51）该机器适用于电力公司在市区和城镇内进行大规模栽水泥电杆工程；2）能够完成水泥电杆搬运栽杆中的装10设计项目 计算与说明 结果2.3.3 设计思路夹、提起、水平移动、提高、旋转、对准、扦插等主要工作过程；3）要求装夹牢固，有足够的摩擦力并且不会因为装夹力过大而损坏水泥电杆；4）要求提起、水平移动、提升过程工作平稳、高效，采用液压推动方式；5）要求旋转过程中转矩足够，机器主体稳定，能够实现顺时针和逆时针转动；6）在对准和扦插过程实现驾驶员可视性，要求安装反光装置；7）实现单人操作，占空间小、使用维护简单；8）设计寿命为正常使用状态下 10 年。1、提升机构（门架装置）参考大连叉车总厂生产的 FD250 叉车的门架装置进行设计。FD250 叉车的门架装置最大起升高度6600mm，最大起升速度 300mm/s。门架倾角 前/后 3/10 ，门架高度（货叉落地）4490mm，为二级门架。车身质量为43700kg，额定起重量是 22000kg，载荷中心距 1220mm。2、旋转盘参考叉车属具回转叉的回转机构进行设计 5。即液压马达后接一级蜗轮蜗杆减速、一级圆柱齿轮减速。3、夹持装置采用工业机器人夹持器的一种典型结构：滑槽式手爪 6。通过油缸活塞杆推动滑槽，滑槽通过销子推动手爪合并，产生加紧动作和加紧力，当活塞杆回退时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，方便松开退出。4、纵向垂直度调整利用门架结构的倾斜油缸进行；横向垂直度调整利用旋转盘的11设计项目 计算与说明 结果2.4 设计目的3.1 提供动力的机械的选用慢速旋转进行。5、增加可视机构，通过镜面反射使驾驶员能够看见电杆扦插入电杆坑的情况，吊重垂线以用于调整电杆的垂直度。总体设计简图如图 2-2 所示。倾倾图 2-2 总体设计简图1夹紧油缸； 2齿圈； 3蜗杆（与液压马达相连） ； 4链轮； 5起重链； 6轮架； 7起升油缸； 8内门架； 9外门架； 10倾斜油缸；2.4设计目的1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。3培养学生调查研究，查阅技术文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。第 3章 动力与传动设计机器的组成部分是动力机部分、传动部分、执行部分、控制系统和辅助系统。本章主要完成动力机的选用，传动机构的设计，12设计项目 计算与说明 结果3.1.1 提供动力的机械选用原则3.1.2 选用叉车做为提供动力的机械3.2 传动方案的选择3.2.1 传动方案的选用原则实现动力机的运动形式、机械特性及输出的空间位置，以及传动系统与最终工作装置的完全适合。3.1提供动力的机械的选用1）与工作现场和能源条件相适应。室内工作或者近距离移动式的产品，应选用体积小的二次电动机械。野外工作或者远距离移动式的产品应选用体积稍大的一次动力机械（如柴油机、汽油机、汽轮机驱动的工程机械等）2）与工作终端机机械特性相匹配主要是指由动力机械-传动装置-工作机构组成的系统在运行时实现以下三个目标：动力机械和工作机处于最佳工况；动力机械和工作机的工作地点稳定；动力机械和传动装置符合工作机的起动、制动、调速等方面的要求。3）适应产品的工作制度4）工作可靠、操作与维修简便5）费用低廉，动力机械满足产品工作现场的特殊要求，如防蚀、防水等。本设计的工作地点主要在市区或是城镇的电力架设现场，工作环境比较恶劣,所以采用柴油机叉车。由于水泥电杆搬运栽杆机与叉车有部分工作过程相似，所以采用叉车的门架装置作为设计的基础，然后经过增加一些特殊的机构来适应本设计的工作要求。采用此方案符合机械设计的“三化” （零件标准化、产品系列化、部件通用化） “四新” （新技术、新结构、新材料、新工艺） “三好” （好制造、好使用、好维修）原则。13设计项目 计算与说明 结果3.2传动方案的选择传动的类型有许多种。按工作原理分为机械式、电力式、流体式、磁力式；按运动速度分为固定传动比、变传动比，变传动比又分为有级与无级以及周期性规律变化；按能量传动方向分为单流式、分流式、汇流式以及混流式等；传动方案的选用是比较繁杂的工作，需要对传动的各类型有广泛的知识，并掌握它们各自的特点以及相互关系，才能选择出最好的方案。选择方案的基本原则有以下 9 点：1）电气传动用做动力机的驱动和控制系统；机械传动是传动装置中支撑性的部件，用做传动比和精度要求较高的场合；液压传动不仅担负传动功能同时也适用于实现工作部分的执行机构。2）功率是方案选择的重要因素对于一些小功率的传动装置，在满足工作性能的前提下应选用结构简单，初始费用低廉的方案。对于大功率的传动系统，为了节省和降低成本，在选择方案时应着重考虑传动效率。3）工作机变速的要求若动力机本身的调速性能能够适应工作机的要求，可选用直联方式的固定传动比的传动装置；若动力机调速性能不能满足要求，应选用有级变速传动。4）标准化5）固定传动比的传动应优先选用机械14设计项目 计算与说明 结果3.2.2 传动方案的确定4.1 概述式传动装置。6）有级变速传动变速比较频繁而精度要求高时宜采用直齿圆柱齿轮变速装置，如机床主轴箱、进给箱等。7）无级变速传动机械、电力和流体传动等都可实现无级调速。8）按能量流动方向选择9）考虑起动、制动、逆向、过载空载的工况下的要求，在各种情况下制动装置、过载保护等的安装设置。根据以上的选用原则考虑到本设计机械的工作要求特做出以下选择：动力输出的叉车部分仍采用叉车自身的传动系统；对于设计内容中主要的门架装置、旋转盘和夹持装置部分则采用液压传动。具体的工作顺序为：夹持装置打开对准电杆，调整夹持装置的高度使电杆进入钳口，夹持装置夹紧，提供足够的压力使钳口夹紧电杆，门架装置起升，当平稳后液压马达旋转机构在工作机械动力的驱动下旋转带动夹持装置竖起电杆，根据现场情况用旋转盘和叉车门架的倾斜油缸调整垂直度，调整完毕后门架下降将电杆扦插到电杆坑内。第 4章 提升机构（门架装置）的设计 54.1概述门架是装卸车或堆垛机工作机构的主体部件，其重量占整机自重相当大的比例。它15设计项目 计算与说明 结果4.2 门架结构设计4.2.1 立柱截面的选择的设计好坏，直接关系到整车的稳定性、自重的减轻、视野的改善等重要指标。门架是起升机构的骨架，也是叉架运动的导轨。为了使货物能达到一定的起升高度，并且还要减少外形尺寸，叉车门架做成可以上下伸缩的形式。大部分叉车的门架是两级式门架，通常外侧的一节是不升降的，称为外门架；内侧的一节可以沿着外门架上下伸缩，称为内门架。外门架以下横梁铰接在车架上或前桥上，形成门架倾斜动作的铰接支撑；外门架的另一支点通过倾斜机构在与车架铰接。门架倾斜机构的核心装置是倾斜油缸，倾斜油缸的伸缩即实现门架前倾和后倾，亦即实现货叉的前倾、后倾。起升机构由起升油缸、链轮及轮架、起重链和叉架等组成。起升油缸安装在外门架的下横梁上。而油缸活塞杆的上端与轮架相连，链轮装在轮架上，在链轮上绕有起重链，其一端固定在外门架上，另一端绕过链轮与叉架相连接。起升油缸顶起链轮，通过链轮带动起重链，起重链牵引叉架，使叉架升降。由于货叉或其他取物装置是安装在叉架上的，从而实现货叉和货物的升降动作 7。4.2门架结构设计本设计采用两级式门架，最大起升高度6600mm，其结构简图如图 4-1 所示。16设计项目 计算与说明 结果图 4-1 门架结构简图1倾斜油缸； 2外门架； 3内门架； 4起升油缸； 5轮架； 6起重链； 7链轮； 8叉架；成批生产的装卸车其门架立柱多由冲压和轧制成形，小批生产可用钢板焊接而成，其截面形状和排列形式见图 4-2，可归纳为三大类：(a) 重叠式；(b) 并列式；(c) 综合式。目前，门架立柱截面的排列形式多为综合式，尤其适合于多级门架。其优点是提高了门架的刚度和强度；使滚轮的间距加大减小轮压；运动阻力比重叠式的小等。17设计项目 计算与说明 结果4.2.2 导向滚轮形式的选择(a) 重叠式； (b) 并列式； (c、d、e) 综合式。图 4-2 门架立柱断面和排列形式鉴于综合式门架的优点，本设计采用(e)的形式。查小型搬运装卸机械设计 5附录十七，由起重量选择外门架与内门架立柱截面尺寸。门架截面形式如图 4-3 所示图 4-3 门架截面导向滚轮包括侧向滚轮和纵向滚轮（正滚轮） 。为了增大滚轮间距，减小轮压，使结构紧凑，可将正滚轮和侧滚轮做成一体，称为综合式导向滚轮，见图 4-4。图 4-4 综合式导向滚轮实践表明，滚轮与导向槽的间隙通常为1 毫米，过大或过小均是不利的。滚轮的间距对于小型装卸车通常为门架高度的 1/6 左右。在允许的情况下（即在门架总高度不增加时） ，滚轮间距越大越好。18设计项目 计算与说明 结果4.3 门架强度刚度校核4.3.1 门架的外载荷整个门架的结构参照现有门架进行设计，安装尺寸按标准尺寸设计。门架结构的效果图如图 4-5，4-6 所示：图 4-5 门架（前面）图 4-6 门架（后面）4.3门架强度刚度校核根据门架的受力状况，其强度计算时的受力状态作如下考虑：货物升至最大高度；载荷的重心 Q 偏离装卸车纵向轴线的距离 e等于最大叉间距的 1/4；门架最大前倾 角；考虑路面不平和侧滚轮与立柱的间隙而引起19设计项目 计算与说明 结果1、滚轮-的轮压1) 载荷重量Q2) 叉架和货叉的重量G3) 滚轮间距 2d4) 货重重心至立柱中心的距离a5) 叉架和货叉的重心至立柱中心的距离b6) 滚轮-的轮压2、滚轮-的框架相对纵向平面倾角 ，如图 4-73所示。叉架滚轮以成对的水平集中力偶传给内门架立柱。一组（正滚轮）垂直作用于门架平面的立柱上，另一组（侧滚轮）则作用于门架平面内的立柱上。因此，要分别计算这两个方向上框架的内力和应力。现在将叉架上的正滚轮命名为、。内门架上的正滚轮命名为、。叉架上的侧滚轮叫做1，2，3，4。内门架上的侧滚轮叫做5，6，7，8。见图 4-7。滚轮上的压力按力矩平衡来确定。图 4-7 门架外载荷受力分析180Qkg75Gk180Qkg75Gk2.dcm50ac43.8bcm791Pkg -20设计项目 计算与说明 结果的轮压1) 滚轮间距 1d2) 滚轮-的轮压3、滚轮 1 的轮压1) 叉架上侧滚轮间距 2d2) 叉架侧滚轮与正滚轮中心距 3b3) 货重重心至叉架下侧滚轮中心距 K4) 门架相对纵向平面倾角 5) 门架最大前倾角 6) 滚轮 1 的轮压 P4、滚轮 4 的轮压27.cm50a43.8bcm21805743.8.QaGbPkgd -176.35dcm1805743.8.6QaGbPkg -27.dcm30b20Kcm176.35dcm94Pkg -27.dcm30b20Kcm3169Pkg21设计项目 计算与说明 结果1) 叉架重心至叉架下滚轮中心距 c2) 滚轮 4 的轮压 P5、滚轮 5 的轮压1) 内门架侧滚轮间距 1d2) 叉架重心至内门架上滚轮中心距 n3) 内门架侧滚轮与正滚轮中心距 2b4) 滚轮 5 的轮压 P6、滚轮 8 的轮31 323cos()sin()in805s1807.(2)si7(3)incos3QeKbdGbkg35cm4 23231cos()sin()in805s180(7.7.)si(7.3)sinco3PQeKdbdGkg176.35dcm28.9n35cm486Pkg176.35dcm28.9nc20b590Pkg894Pkg22设计项目 计算与说明 结果压 8P4.3.2 门架强度刚度校核1、应力图解2、变形图解20b5123243( ) )69(7.58.90.)235)Pdncbdkg81342()69(8.07.350)7.5)Pnbdcdkg在门架计算时，重点放在内门架。应为它的受力情况复杂且两立柱间的连接没有外门架那样牢固，尤其是叉架的滚轮间距要小得多。因此，内门架承受的集中载荷比外门架要大，这对强度和刚度都是不利的。所以，重点应对内门架进行内力分析和强度计算。利用 SolidWorks 软件建立门架的三维模型，材料为 16Mn 合金钢，利用SimulationXpress 插件进行有限元分析。输入以上得出的各轮压，得最低安全系数3.53462e+006。强度足够。变形很小，刚度足够。23设计项目 计算与说明 结果4.4 由接触强度校核滚轮直径1、许用接触应力 K2、综合当量弹性模量 PE3、滚轮-直径校核1) 滚轮踏面宽度 b2) 直径校核最大应力 ，屈服力2175./Nm826.10/Nm最大位移 52.610m4.4由接触强度校核滚轮直径接触应力校核公式为： 0.418PKEbRA接 触270/Kkgm42.1/PE30bm542R -接触强度足够。24设计项目 计算与说明 结果4、滚轮-直径校核5、滚轮 1-8 直径校核4.5 起重链及其固定螺栓、链轮、链轮轴承的选择4.5.1 起重链的选择 61、链类型的选择2、链条最大工作载荷 maxF3、安全系数 S1) 速度 v2) 安全系数S4、破断载荷 pF5、选链的型号4.5.2 选链的固定螺栓1、许用应力由上式得： 20.418PKERb26/kgm取 70K钢制滚轮时， 422.10/PEkg30bm224.4180.0791273PKEbm -224.4180.096273PKEbm -224.4180.092.673PKEbm54.5起重链及其固定螺栓、链轮、链轮轴承的选择542Rm 1. 接触强度足够。 2.546Rm1-8接触强度足够。片式链 max90FN3/1/vs6S540pFN选 LH162220lpMPa25设计项目 计算与说明 结果lp2、螺栓公称直径 d4.5.3 链轮尺寸的确定1、轮直径 1D1) 链节距 p2) 轮直径 12、轮缘间宽 13b1) 销轴长度b2) 轮缘间宽 133、轮缘直径 2D1) 链条通道高度 1h2) 销轴直径 2d3) 轮缘直径 2D4.5.4 链轮轴承的校核1、径向荷载 rF2、基本额定动荷载 rC3、基本额定静荷载 0r4、载荷系数片式链较环形链工作更为可靠。选片式链。 max/2180/2FQgN3/vs查6表 31.1-45max906pFSN根据 ，查6表 31.1-47。p2401.slpMPanmax93.420lpFm查标准 GB/T 6074-199525.4pm1in25.417m2.3b13min.051.2.34.07bm7.5dm取 825.4pm取 18D2.34bm取 13124.38hm29.5d取 216D180rFN45.rCk08.r1.pf26设计项目 计算与说明 结果pf5、当量动荷载P6、链轮转速 n7、寿命计算 10hL4.6 起升油缸的设计 91、油缸内外径的计算1) 油缸类型的选择2) 外荷载 W3) 工作压力p4) 油缸机械效率 m5) 油缸内径D6) 油缸外径 7) 柱塞直径d2、柱塞杆按强度校核1) 许用应力2) 强度校核124.38hm29.5dmin1284.3956.Dhd180rFN所选轴承为 N2206E，查6表 28.2-8查6表 28.2-8查8表 12.9 180rPFN6/23/2min.47vnr106310 5.08rhCLhP4.6起升油缸的设计 9因油缸行程较大，选柱塞式油缸 180WQkg选定工作压力为 6.3pMPa180PN23/minr10548hL满足要求。柱塞式油缸 180Wkg6.3pMPa.95m63D7m50d210/kgcm强度足够。27设计项目 计算与说明 结果3、柱塞杆按稳定性校核1) 惯性半径i2) 长细比 3) 临界推力 jP4) 安全系数n5) 稳定性校核5.1 概述初估 0.95m1801.3.6.23.95mWDcmp查9表 4-1，取 6查9表 4-1，得 7，取1035d50d普通碳钢，取 210/kgcm48.33.21.50Wm4225061Idi mA38.10li22642.4.03.58jEIPkgl取 n4287180j kgWkg第 5章 旋转盘的设计5.1概述12.5i04287jPkgn安全。28设计项目 计算与说明 结果5.2 旋转盘传动计算1、选择液压马达1) 工作机最大转矩 maxT2) 工作机最大功率 wmaxP3) 传动装置总效率 a4) 最大输出功率 dmaxP5) 选择液压马达旋转盘在本设计中是很重要的一部分工作结构，它连接着夹持装置与门架装置，联系着电杆水平提起与竖直扦插的工作过程，旋转盘工作的稳定与否决定着整个栽杆工作能否顺利进行，也决定着本设计的成功与否。旋转装置的设计方案是采用液压马达作为旋转的动力装置，后接一级蜗杆传动减速，一级圆柱斜齿轮传动减速。蜗杆传动还能起到自锁作用，保证电杆在任一角度能可靠停留。液压马达旋转的角度是用阀来直接控制的。首先接通阀，驱动马达带动电杆旋转，当电杆旋转到左右垂直方向时，马达停止旋转，然后调整前后垂直度，先接通阀推动前后调整油缸，达到前后垂直后，进行扦插。旋转盘结构简图如图 5-1 所示：图 5-1 旋转盘简图1蜗杆（与液压马达相连） ； 2齿圈；5.2旋转盘传动计算max450TNAwmax81PWa0.42dmax198P选 YM-B102B输出转矩 d6.9TNA转速 mn27r/in额定压力 .3pMPa理论排量29设计项目 计算与说明 结果2、分配传动比1) 工作机的转速 wn2) 传动装置的总传动比 ai3) 低速级传动比 2i4) 高速级传动比 1i3、计算传动装置运动和动力参数1) 各轴转速n, 2) 各轴输入功率 w,P 3) 各轴输入转矩，e 为电杆最大max0.2518TeGNmA中心偏距。 maxaxw3.40180.96PW2a.9.7.45联 齿 蜗轴 承 回 转 支 承wmaxdax810.2P由最大输出功率 ，查6表dax94W376-20w601nr/min3ma279.i查10表 2-1， a1267.4i93.6r/minqwn1.67r/ina.i24.i139.8in279r/mi .01n 6/i 1928.5WP 6 .0 wd6.9NmTA01230设计项目 计算与说明 结果dwT, mn279r/in 1/ii3.8 2n70r/ini4. dmax01dax9480.WP 联225.45W 蜗轴 承2389.1600.97P 齿轴 承w5.0 轴 承dT6.9NmA1928.5.5.Nn7PA .69.0T 825.5.Nmn17PA w6.0T9.T170.468NmAw.92将所算数据填入表 5-1表 5-1 运动和动力参数轴号 功率 P/W 转矩T/(Nm) 转速 1n/(rmi)A传动比 i 效率 液压马达 1948.00 66.900 279 1 0.9931轴轴 1928.52 66.012 27939.8 0.45轴 859.16 1170.468 7.014.2 0.96轴 825.05 4718.100 1.67工作机轴 816.80 4670.922 1.67 1 0.99设计项目 计算与说明 结果4、计算高速级蜗杆传动5) 类型与材料6) 几何尺寸a) 模数 mb) 蜗杆头数 1zc) 蜗轮齿数 2d) 实际中心距 ae) 齿顶高系数 *ahf) 顶隙系数 *ncg) 蜗杆分度圆直径 1dh) 蜗杆齿顶圆直径使用普通圆柱蜗杆传动设计软件。过程如下：1.开始。2.输入传动参数，确定传动齿数。蜗杆类型：ZI蜗杆材料：45、淬火蜗轮材料：铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，离心铸造，轮芯用灰铸铁 HT1005m1z24015am*ah*n0.2c19dma1032设计项目 计算与说 明 结果a1di) 蜗杆齿根圆直径 f1j) 蜗轮分度圆直径 2dk) 法面模数 nml) 蜗轮喉圆直径 a2dm) 蜗轮齿根圆直径 f2n) 蜗轮齿顶圆弧半径 a2Ro) 蜗轮齿根圆弧半径 f2p) 蜗轮顶圆直径 e2dq) 导程角 r) 轴向齿形角 s) 法向齿形角 nt) 蜗杆轴向齿厚 1asu) 蜗杆法向齿厚 n1v) 蜗杆分度圆齿厚 2sw) 蜗杆螺纹3.选择蜗轮蜗杆材料。4.蜗轮强度校核。5.几何尺寸计算，最终完成设计。f178dm20n4.9ma210df28a240Rmf251e20dm3.18n2017.854asmn1.227.854s33设计项目 计算与说 明 结果长 1b5、计算低速级斜齿轮传动1) 选材，初步确定参数a) 选材小齿轮大齿轮b) 初选参数小齿轮齿数 3z大齿轮齿数 4齿宽系数 d初估小齿轮分度圆直径 3估初选螺旋角 齿宽 b齿轮圆周速度 v估精度等级2) 确定许用应力应力循环次数 N寿命系数 NY查8表 8-1查8表 8-1423.1zi查8表 8-730.612dm查8表 8-8336017.02hnt446查8图 8-26查8表 8-6查8图 8-22(a)167bm45 钢调制 230HBS35 钢调制 190HBS31z40.6d12m3估 672bm0.4/vs估9 级 635.01N4234.NY34设计项目 计算与说 明 结果尺寸系数 xY接触疲劳极限 limF安全系数S许用弯曲应力 F3) 分析失效并确定设计准则4) 按齿面弯曲疲劳强度公式设计a) 小齿轮转矩 3Tb) 确定载荷系数 K使用系数 A动载系数 v齿向载荷分布系数K齿间载荷分配系数 ,HF查8表 8-6lim332201.4FNxYMPaSli44 5.Fx本设计的齿轮传动是开式软齿面传动，其主要失效形式为轮齿折断。查8表 8-2查8图 8-8查8图 8-11查8表 8-3 6321.2570/8.54/0/AtFKTNmbdNm341xYlim120FMPa5.4S31FPa429设计准则：按齿面弯曲疲劳强度公式设计。 361.70TNmA1.25AK.0v1.8.2HFK35设计项目 计算与说 明 结果载荷系数Kc) 齿形系数 FaY当量齿数 vz齿形系数 FaYd) 应力修正系数 Sae) 重合度系数 Y纵向重合度 端面重合度 端面压力角 t基圆螺旋角 b当量齿轮端面重合度 n重合度系1.251.02.816AvHAvFKK33cos16vz433vz查8图 8-20查8图 8-2130.631tantan4dz341.82cos. 16ztantan20rcrcosos16t tarctn16c20.74bt1.62K34.9vz17532.45FaY163.Sa481.70.6820.74t15.b.80n36设计项目 计算与说 明 结果数 Yf) 螺旋角系数 g) 比较 3FaSY、 4FaS的大小h) 模数 nmi) 中心距 aj) 螺旋角 k) 分度圆直径 34,dl) 齿宽 b6、选择联轴器1) 初算轴径a) 选择联轴221.68cos50nb.7.70.5.n查8表 8-3132.45160.3FaSY4.8.49FaS2336232cos21.670s1.6840.7.839.5n FaSdKTYzm 34.53coscos161.9nzm34arcos21.75nz33.cos23nmzm44.751nd取 4,357bm0.67Y.8应按大齿轮的弯曲疲劳强度进行计算。取 3.75nm圆整 315am23120.56dm49380bm47537设计项目 计算与说 明 结果器材料b) C 值c) 初算轴径d估2) 选联轴器a) 工况系数 AKb) 计算转矩 caTc) 选择联轴器类型d) 选择联轴器型号7、润滑1) 传动件润查10表 3-13315%.927PCm 估 n33150.89%7Pd 估 n33150.8267dCm 估 n3315%0.867wPdw估 n查8表 14-11.5602caAKTNmA 查6表 222-2，考虑所选液压马达输出轴径。45 钢 15C23.0dm 估 6 估 95. 估 1w估1.5AK9.08caTNm平键套筒联轴器轴孔直径 28d套筒外径 045Dm38设计项目 计算与说 明 结果滑a) 润滑方式b) 蜗轮浸油深度 sh2) 滚动轴承润滑8、轴系部件设计1) 选择轴承2) 轴的设计校核轴：a) 作用在蜗杆上的力切向力 1tF轴向力 1a径向力 1rFb) 轴上荷载空间受力图 -aV 面受力图 b求得支座反力及力偶考虑齿轮圆周速度，润滑所需油量，参考10表 4-3，确定以下参数。查6表 282-14在以上所得数据基础上，综合考虑，对轴进行结构设计。轴的材料为 45 钢调制。以下对轴的校核。 126029tTNd 27481tan05tan2.r N套筒长度 80Lm浸油润滑 12.5sh脂润滑轴轴承：7310E轴轴承：7214E轴轴承：4181467tFN05a12r147NVF239设计项目 计算与说 明 结果12,NVaFM画 V 面弯矩图 -cH 面受力图 -d求得支座反力 12,NHF画 H 面弯矩图 -e叠加弯矩图 -f扭矩图 -gc) 弯扭合成应力校核许用应力1求 值ca轴：Fa1rt0 -NVNV2M b面 图 1 c面 NHNH2Ft -d图 eM1图 f2T图 -g查8表 13-115267aMNmA48V2173NHF241743HMNmA18256012TNmA160MPa安全。40设计项目 计算与说 明 结果a) 作用在蜗轮上的力切向力 tF轴向力 aF径向力 rb) 轴上荷载空间受力图 -aV 面受力图 b求得支座反力及力偶 123,NVaFM画 V 面弯矩图 -cH 面受力图 -d求得支座反力 12,NHF画 H 面弯矩图 -e22223148560.9.7caMTWPaP21705taFN34682.tTd217atFN3n94tan1523t N216r3tata09417coscos523nrF 21705tFN3942167aF35N24r370F13847NVF206aMmA3147V25N309A486Vm17NHF20153HMmA2417N289350A41设计项目 计算与说 明 结果叠加弯矩图 -f扭矩图 gc) 弯扭合成应力校核抗弯截面系数 W(有键槽)求 值ca3) 轴承的校核轴上轴承的校核：a) 径向荷载 rFb) 基本额定动荷载 rCc) 基本额定静荷载 0rd) 载荷系数 pfe) 当量动荷载 PFa2tr860a31 -MNV134 b c面 图H面 图M图T图 Ft2H d -e f g134查10表 14-26425137MNmA068T433.68710Wm安全。1479rFN281.3rCk092.rN1.pf1278PN542设计项目 计算与说 明 结果f) 寿命计算 10hL轴上轴承的校核：a) 径向荷载 rFb) 基本额定动荷载 rCc) 基本额定静荷载 0rd) 载荷系数 pfe) 当量动荷载 P22422415370.673880.4caMTWMPaP222117341rNHVFN22r查6表 28.2-14查6表 28.2-14查8表 12-9轴承 2：轴向荷载 0,1AFXY22.4790prPf N轴承 1：轴向荷载 15Aa1075.392ArF查8表 12-8，得.tan.ta12570.3e，则175348Ar eF1067hL满足要求。 143976rFN25.rCk092.3rN1.pf14837PN2643设计项目 计算与说 明 结果f) 寿命计算 10hL齿圈上轴承的校核：a) 径向荷载 rFb) 基本额定动荷载 rCc) 基本额定静荷载 0rd) 载荷系数 pfe) 当量动荷载 Pf) 寿命计算 10hL0.4,.cot0.4ct1257017XY1.048.705prAPfFN106631012978rhCLhnP22211473918rNHVFN22064r查6表 28.2-14查6表 28.2-14查8表 12-9轴承 2：轴向荷载 0,1AFXY22.530prPf N轴承 1：轴向荷载 13214678AaF086.09rC查8表 12-8，得1.5tan.ta12570.3e，则13860497ArFe,XY10837hL满足要求。 3196rFN47.rCk0158.rN.pf35108PN747197h10hL满足要求。44设计项目 计算与说 明 结果4) 键的设计校核键的选择和计算（键位于轴上）a) 选择键的类型，材料，确定键的尺寸b) 校核键联接的强度工作长度 l键与轮毂键槽接触高度 k值p键的选择和计算（键位于轴上，连接蜗轮）a) 选择键的类型，材料，确定键的尺寸b) 校核键联接的强度工作长度 l键与轮毂键槽接触高度 k11.439760prAPfXFYN6101106327.48rhCLnh2332(7018)9417rrtFQFN查6表 28.2-6查6表 28.2-14查8表 12-91.396prPfFN6101364790.58rhCLnh选 A 型普通平键，键的材料为 45 钢。查8表 3-2， 。查8表 3-1，确10pMPa定键的尺寸为宽 b=8mm，高 h=7mm，长L=32mm。24lm3.5k安全。 36lmk安全。45设计项目 计算与说 明 结果值p键的选择和计算（键位于轴上）a) 选择键的类型，材料，确定键的尺寸b) 校核键联接的强度工作长度 l键与轮毂键槽接触高度 k值p5.3 固定架与转盘螺栓连接的校核6.1 概述(328)lLbm0.5.7kh3216012.54805ppTMPakldMPa选 A 型普通平键，键的材料为 45 钢。查8表 3-2， 。查8表 3-1，确10pMPa定键的尺寸为宽 b=20mm，高 h=12mm，长L=56mm。 (5620)lLbm0.1kh3270468106ppTMPakldMPa选 A 型普通平键，键的材料