大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄1緒論.21.1課題來(lái)源及研究的目的和意義.21.2同類設(shè)備目前的發(fā)展著狀況.21.3設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和擬解決的主要問(wèn)題.62.1初始參數(shù)的擬訂.72.2機(jī)構(gòu)的選擇及各部分形式的確定.72.3H鋼翻轉(zhuǎn)過(guò)程分析.102.4大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機(jī)的布置.112.5本章小結(jié).113.1電動(dòng)機(jī)的選擇.123.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì).133.3本章小結(jié).194.1鏈條的選擇及鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算.204.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核.234.3液壓缸的設(shè)計(jì)及計(jì)算.274.4本章小結(jié).335.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).345.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).375.3系統(tǒng)工作過(guò)程.405.4本章小結(jié).41參考文獻(xiàn).40致謝.41黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2第1章緒論1.1課題來(lái)源及研究的目的和意義隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大型工業(yè)與民用建筑不斷的出現(xiàn)，以至使得像大型H鋼這樣的鋼材有著大量的市場(chǎng)需求。2005年推出的鋼鐵新政確立了一個(gè)重要的的產(chǎn)業(yè)政策是注重鋼材的節(jié)約使用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。同時(shí)還明確指出H型鋼材是綠色環(huán)保產(chǎn)品，要大力推廣應(yīng)用。因此可以說(shuō)，H鋼遠(yuǎn)期需求依然很大。在H鋼的價(jià)格方面有利好因素，首先，板材價(jià)格持續(xù)上漲，自2005年以來(lái)，以冷軋為帶動(dòng)，中厚板，熱卷以及螺紋等的價(jià)格都有不同程度的上漲。尤其寶鋼調(diào)價(jià)以來(lái)，板材價(jià)格在此帶動(dòng)下持續(xù)高漲。鋼市場(chǎng)逐步回暖也給H型鋼市場(chǎng)形成了一個(gè)比較穩(wěn)定的外部環(huán)境。其次，國(guó)外H型鋼市場(chǎng)行情較好，為我國(guó)H型鋼出口創(chuàng)造了一個(gè)有利環(huán)境，日本，美國(guó)及歐洲等地H型鋼市場(chǎng)逐步回暖，價(jià)格均有不同程度的程度的回升，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)進(jìn)口H型鋼與國(guó)產(chǎn)H型鋼價(jià)格差距已經(jīng)消失，對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不再構(gòu)成威脅，反而有利于國(guó)內(nèi)鋼材的出口。大型H鋼提升翻轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)構(gòu)在在這個(gè)經(jīng)濟(jì)背景下產(chǎn)生。H鋼雖然可以用熱軋的方法制造，但只能在端面高度為400600mm范圍內(nèi)取得最佳經(jīng)濟(jì)效果，小于或大于這個(gè)范圍，用其它焊接方法制造更為有利。同時(shí)，在焊接生產(chǎn)加工中，當(dāng)H鋼完成組對(duì)并進(jìn)行一面的焊接后，需要將其翻轉(zhuǎn)，以便焊接另一面。但由于H鋼體積大、重量重，人工很難翻轉(zhuǎn)，所以需要專用的設(shè)備，尤其是在大批量生產(chǎn)中，就更需要一種翻轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)來(lái)完成這一操作，以提高生產(chǎn)效率。大型H鋼翻轉(zhuǎn)提升機(jī)就是應(yīng)用在這種場(chǎng)合下的設(shè)備。1.2同類設(shè)備目前的發(fā)展著狀況對(duì)于翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在已有很多的形式。如有框架式、頭尾架式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式、推舉式等。并已在實(shí)際生產(chǎn)中用于各種工件的翻轉(zhuǎn)。目前國(guó)內(nèi)還未對(duì)各種形式的翻轉(zhuǎn)機(jī)制訂出系列標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)已有廠家生產(chǎn)頭尾架式的翻轉(zhuǎn)機(jī)，并成系列。另外，配合焊接機(jī)器人使用的框架式、頭尾架式翻轉(zhuǎn)機(jī)，國(guó)內(nèi)外均有生產(chǎn)。它們都是點(diǎn)位控制，控制點(diǎn)數(shù)以使用要求而定，但多為2點(diǎn)(每隔180)、4點(diǎn)（每隔90）、8點(diǎn)（每隔45）控制，翻轉(zhuǎn)速度以恒速的為多，但也有變速的。翻轉(zhuǎn)機(jī)與機(jī)器人聯(lián)機(jī)按程序動(dòng)作，載重量多在203000kg之間。例如我國(guó)汽車、摩托車等制造行業(yè)使用的弧焊機(jī)器人加工中心，已成功地采用了國(guó)產(chǎn)頭尾架式和框架式的焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)，由于是恒速翻轉(zhuǎn)，點(diǎn)位控制，并輔以電磁制動(dòng)和汽缸錐銷強(qiáng)制定位，所以多采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、普通齒輪副減速，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的制造精度比軌跡控制的低1到2級(jí)，造價(jià)便宜。提升機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械式和液壓式兩種，且各種提升設(shè)備已形成標(biāo)準(zhǔn)系列。機(jī)械式提升機(jī)構(gòu)通常是以省力的鋼絲繩滑輪組作為執(zhí)行構(gòu)件的，所以可以有較大的提升范圍，滑輪組一般使用定滑輪、定滑輪和動(dòng)滑輪、雙聯(lián)滑輪組（四分支）、雙聯(lián)滑輪組（八分支）等幾種黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3形式。另外在機(jī)械式提升機(jī)構(gòu)中，也有采用齒輪和齒條進(jìn)行提升，但采用這種機(jī)構(gòu)的設(shè)備一般只適用于小型貨物、輕載情況下的提升作業(yè)。液壓式提升機(jī)構(gòu)也是常用提升機(jī)構(gòu)中的一種。它采用液壓作為動(dòng)力源，包括有使用液壓馬達(dá)，其執(zhí)行提升的機(jī)構(gòu)同機(jī)械式。由于液壓缸的行程有限，對(duì)于較大行程的提升都設(shè)計(jì)有增加行程的裝置，如X形的支架。因此，液壓式提升機(jī)構(gòu)多用于升降臺(tái)、汽車翻斗等不需要很大行程，但卻有較大載重的設(shè)備中?？紤]液壓傳動(dòng)具有在同樣的驅(qū)動(dòng)功率下，液壓裝置的重量更輕、體積更小及耐沖擊的特點(diǎn)。選用液壓式提升機(jī)構(gòu)作為H鋼的提升裝置。由于系統(tǒng)不需要較大的提升行程，所以使用液壓缸直接推動(dòng)翻轉(zhuǎn)架進(jìn)行提升即可，這樣做，雖然要使用較多的液壓缸，但可以簡(jiǎn)化提升機(jī)構(gòu)，所有翻轉(zhuǎn)架的液壓缸都由一個(gè)泵源提供動(dòng)力，即可保證液壓缸的同步動(dòng)作，也可以減少空間的使用。我國(guó)研制的液壓提升機(jī)，因具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝靈活、操作簡(jiǎn)單及良好的防爆性能與容積調(diào)速和恒扭矩輸出特性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，并已在在各種金屬、非金屬礦山和現(xiàn)代工程施工、建筑等領(lǐng)域作非防爆提升設(shè)備也得一定程度的推廣應(yīng)用，并仍有較大市場(chǎng)前景。隨著技術(shù)的發(fā)展，在液壓提升機(jī)的使用市場(chǎng)受到挑戰(zhàn)的條件下，對(duì)液壓提升機(jī)動(dòng)性的動(dòng)態(tài)品質(zhì)與綜合性能提出了更高的要求?，F(xiàn)有液壓提升機(jī)的液壓系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)加簡(jiǎn)單的手動(dòng)操作比例式減壓閥控制方式，液壓泵為直接反饋排量調(diào)節(jié)變量控制結(jié)構(gòu)，這很難滿足對(duì)液壓提升機(jī)的高品質(zhì)要求。在現(xiàn)有液壓提升機(jī)基礎(chǔ)上，如何調(diào)整液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)控制策略，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制程度更高、安全可靠性更好、運(yùn)行效率更高、滿足乘坐舒適性要求的高品質(zhì)液壓提升機(jī)成了目前液壓提升機(jī)研究與生產(chǎn)廠家的當(dāng)務(wù)之急。液壓提升機(jī)按傳動(dòng)系統(tǒng)有全液壓傳動(dòng)的液壓提升機(jī)和液壓機(jī)械傳動(dòng)兩大類。液壓提升機(jī)由于采用液壓傳動(dòng)，減小了產(chǎn)生電火花的元件，空載直接啟動(dòng)，完全由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，電氣控制設(shè)備簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)防爆，安全可靠性好，液壓系統(tǒng)傳遞動(dòng)力均勻平穩(wěn)，而且通過(guò)液壓變量泵能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，起動(dòng)換向平穩(wěn)低速動(dòng)轉(zhuǎn)性能好，電控制提升機(jī)在啟動(dòng)和低速提升時(shí)電阻器消耗能量，在低速重載下放時(shí)靠制動(dòng)間摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。而液壓提升機(jī)調(diào)節(jié)速時(shí)無(wú)電阻器消耗電能，且在下放重載時(shí)向電網(wǎng)反饋電能。液壓提升機(jī)不象電控制提升機(jī)那樣頻繁啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，與同功率的電控防爆提升機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，占用用室小、運(yùn)輸、安裝費(fèi)用低；安全保護(hù)設(shè)施齊全。從控制理論角度來(lái)講，提升機(jī)液壓系統(tǒng)是典型的非線性、變載荷、變參數(shù)的系統(tǒng)，工作效率更高、安全可靠性更好、乘坐更為舒適性等技術(shù)要求又對(duì)液壓提升機(jī)的平層位置精度、速度、加(減)速度的動(dòng)態(tài)控制指標(biāo)提出了更高的要求。到目前為止，防爆液壓提升機(jī)控制系統(tǒng)主要是容積調(diào)速控制，即司機(jī)操作減壓式比例控制閥向變量控制系統(tǒng)的比例油缸輸入逐漸變化的壓力油，比例油缸位移控制伺服閥閥芯位移，伺服閥又通過(guò)差動(dòng)油缸控制擺動(dòng)缸體，改變變量泵的斜盤傾角大黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4小，改變液壓泵拾出流量的大小和方向，進(jìn)而改變液壓馬達(dá)的速度大小和旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升箕斗或雄籠的升降。液壓提升的電液比例控制和電液伺服控制方式正處于研究和研制階段。根據(jù)國(guó)家計(jì)委等三部委發(fā)布的“提升設(shè)備產(chǎn)品市場(chǎng)總需求表”獲悉，礦用提升設(shè)備產(chǎn)品“九五”期間總需求量比“八五”期間增加38%,“十五”期間的總需求量也有增無(wú)減，其中大中型礦用提升設(shè)備全國(guó)每年平均需求量約為3250臺(tái)。同時(shí)，據(jù)不完全統(tǒng)汁，目前我國(guó)約有1.22.5m井下提升設(shè)備近15000臺(tái)，大部分為非防爆型。隨著電控防爆技術(shù)的發(fā)展，、液壓防爆提升機(jī)的井下市場(chǎng)的受到挑戰(zhàn)。但因液壓防爆提升機(jī)具有電控提升機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，特別是隨著液壓伺服控制技術(shù)的發(fā)展，各種液壓伺服控制策略如PID控制、自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在液壓提升機(jī)中的應(yīng)用，液壓提升機(jī)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)、綜合性能必將得到大幅度的提高，液壓防爆提升的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。液壓提升機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)除原有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝靈活、操作簡(jiǎn)單及良好的防爆性能與容積調(diào)速恒扭矩輸出特性外，各種液壓伺服控制策略的應(yīng)用必將使其具有新的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)液壓提升機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要在于液壓伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，具體可歸納為大功率液壓伺服控制系統(tǒng)與電氣伺服控制系統(tǒng)相比，仍將保持體積小、重量輕、慣性小。一般電氣元件的動(dòng)作是基于電磁作用，已知的各種鐵磁物質(zhì)在很低的磁通下便飽和了，這意味著一定體積的電動(dòng)機(jī)不可能獲得更大的力矩。電磁鐵每平方厘米能產(chǎn)生的最大力大致71.6N左右，即使昂貴的坡莫合金，每平方厘米面積的力也不超過(guò)215.7N、而采用作動(dòng)筒的液壓伺服系統(tǒng)在lcm2能產(chǎn)生力372.92059.4N的力是很普遍的，45000N/cm2及以上壓力的液壓系統(tǒng)也在發(fā)展之中，由此看出與電氣元件同樣大小的液壓元件所產(chǎn)生的力要比電氣元件大得多，采用液壓馬達(dá)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約為相應(yīng)功率電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的1%左右，液壓伺服控制系統(tǒng)的力矩慣性比，比電氣伺服系統(tǒng)大十幾倍到幾十倍，對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，元件的質(zhì)量及慣量的降低減輕了系統(tǒng)的重量和體積外更重要性的是由于慣性小，變化速度與反向控制容易，其快速性可以大大提高，這在大功率的液壓提升機(jī)上將更明顯。靜、動(dòng)態(tài)控制精度對(duì)現(xiàn)代化的液壓提升設(shè)備來(lái)說(shuō)已是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，由于液壓伺服系統(tǒng)特別是電液伺服系統(tǒng)可以允許較大的放大倍數(shù)，功率放大倍數(shù)可達(dá)106，因而可以獲得較高的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度，液壓伺服系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)在0.110-3s，而電動(dòng)系統(tǒng)一般在0.510-2s；液壓伺服系統(tǒng)的壓力放大倍數(shù)大，故系統(tǒng)受負(fù)載變化的影響相對(duì)小，對(duì)反操作的抑制能力強(qiáng)；液壓伺服所表現(xiàn)的這種負(fù)載剛性大的另一個(gè)原因是液壓油本身帶來(lái)的油的體積的變化很小。電動(dòng)