機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）鋼管打包捆成型裝置設(shè)計(jì)【全套圖紙】

1、第一章第一章 概述概述 1.11.1 包鋼無縫廠簡介包鋼無縫廠簡介 包鋼無縫鋼管廠是我國唯一采用400 自動(dòng)軋管機(jī)組的大型無縫鋼管重點(diǎn) 生產(chǎn)廠，設(shè)計(jì)能力為 30 萬噸，1971 年投產(chǎn)以來，由于全廠推行質(zhì)量認(rèn)證體系， 不斷進(jìn)行技術(shù)改造，引進(jìn)了大量的先進(jìn)設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)改進(jìn)了生產(chǎn)工藝，使產(chǎn) 品質(zhì)量和產(chǎn)量明顯提高，因此鋼管產(chǎn)量已突破設(shè)計(jì)能力，目前穩(wěn)定在 35 萬噸左 右。 我廠產(chǎn)品規(guī)格180-426x6-40mm,品種有低中壓鍋爐管、高壓鍋爐管、 結(jié)構(gòu)管、流體傳輸送管、液壓支架管、石油套管等。我廠于 1996 年獲得 iso9002-94 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，1997 年獲得美國 api 認(rèn)證，2000 年獲

2、得德國 tuy 認(rèn)證， 具有較強(qiáng)的質(zhì)量保證體系。 我廠主要采用的設(shè)備有：環(huán)形加熱爐、二臺穿孔機(jī)、 自動(dòng)軋管機(jī)、二臺均整機(jī)、步進(jìn)式再加熱爐、三輥定徑機(jī)、矯直機(jī)、水壓機(jī)、 樣傷機(jī)等及套管加工車床及配套設(shè)備。 2001 年該廠結(jié)合引進(jìn)德國技術(shù)裝備，成功的實(shí)施400 機(jī)組大規(guī)模技術(shù)改 造，進(jìn)一步提高了裝備水平，實(shí)現(xiàn)了操作自動(dòng)化,在線質(zhì)量檢測,自動(dòng)更換頂頭。 改造后場頻質(zhì)量和產(chǎn)量都躍上了新的檔次,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)明顯改善。已形成鍋爐用管， 結(jié)構(gòu)用管和石油套管等多條專用管材工藝線，可生產(chǎn)直徑 177.8-426mm，壁厚 6-40mm 的 23 個(gè)品種，120 多個(gè)規(guī)格的無縫管材，并且具備生產(chǎn)大斷面方矩形無 縫管

3、的能力，年產(chǎn)量穩(wěn)定在 35 萬 t 以上，2005 年新增 2 條線套管加工線，年 產(chǎn) 20 萬 t 套管。問來生產(chǎn)能力達(dá) 100 萬 t。 內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司無縫鋼管廠，是我國生產(chǎn)無縫鋼管，石油套 管的重要基地，只生產(chǎn)光管向生產(chǎn)精加工，管家公無縫鋼管轉(zhuǎn)變，建成無縫管 精整線和石油管加工生產(chǎn)線，n80q 鋼級石油套管下井成功，標(biāo)志著包鋼 n80q 石油套管已具備了直銷國內(nèi)油田的全部準(zhǔn)入條件。該廠下設(shè)有三個(gè)作業(yè)區(qū)： 400 作業(yè)區(qū)，180 作業(yè)區(qū) 管加工作業(yè)區(qū)。 180 作業(yè)區(qū)采用的是意大利 innse 公司引進(jìn)的五機(jī)架 mini-mpm 機(jī)組，年 設(shè)計(jì)能力為 20 萬噸，現(xiàn)在年產(chǎn)量已達(dá)

4、 30 萬噸以上。該機(jī)組采用了二級自動(dòng)化 控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)預(yù)設(shè)定，物料跟蹤，生產(chǎn)監(jiān)控等功能，設(shè)置了以在 線監(jiān)測為手段的質(zhì)量保證體系，該機(jī)組無論生產(chǎn)工藝，設(shè)備還是自動(dòng)化等方面 均屬九十年代國際先進(jìn)水平。2004 年180 機(jī)組還配套新建了熱處理生產(chǎn)線， 年處理量為 12 萬噸，其中60.3-114.3mm 油管（包括加厚油管）3 萬噸/年。 114.3-244.5mm 套管 9 萬噸/年，同時(shí)還可以處理低合金鋼，合金鋼等其他品 種鋼級，為用戶提供了 n80,l80,c90,p110,q125 優(yōu)質(zhì)鋼級。 無縫鋼管廠作為國家重要的無縫管生產(chǎn)基地，主要產(chǎn)品有石油套管和油管， 高中低壓鍋爐管，

5、液壓支架管，結(jié)構(gòu)用無縫管，輸送流體用管，管件用管等， 還可以根據(jù)用戶協(xié)議要求提供60-426mm 范圍內(nèi)任何非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的無縫管產(chǎn)品。 1.21.2 180180 無縫鋼管工藝流程介紹無縫鋼管工藝流程介紹 場內(nèi)主要設(shè)備有管坯鋸，加熱爐，穿孔機(jī)，連軋機(jī)，矯直機(jī)等。其生產(chǎn)的 工藝流程為：管坯鋸坯加熱穿孔機(jī)連扎機(jī)脫管再加熱爐 探傷矯直機(jī)管排鋸冷床張減定徑倒棱熱處 理成品包裝。 該廠管坯的尺寸主要有170 和270 兩種，長度均在 3m 左右，其中在管 坯加熱環(huán)節(jié)中最重要的是機(jī)械手，管坯進(jìn)出環(huán)形加熱爐都是靠機(jī)械手來完成的， 機(jī)械手是由 2 根長約 8m 粗 300mm 的空心鋼管并排連接而成，前段個(gè)帶有

6、一個(gè) 管坯，這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是有液壓系統(tǒng)來完成的，而機(jī)械手的前后，上下移動(dòng)則是 靠電動(dòng)下車來實(shí)現(xiàn)的。因此，該機(jī)構(gòu)看起來很簡單，但里面的結(jié)構(gòu)卻是十分復(fù) 雜。管坯出爐后就可以進(jìn)行穿孔了，在穿孔是管坯在頂桿推動(dòng)作用下向穿孔機(jī) 推進(jìn)。穿孔機(jī)是180 機(jī)組主要設(shè)備之一，是軋制無縫管過程中的一道變形工 序，其主軸及傳動(dòng)軸安裝在減速機(jī)與軋輥之間，帶有兩個(gè)萬向節(jié)軸。主要作用 是將加熱好的管坯進(jìn)行初步打孔，打好孔的管坯才能進(jìn)入軋機(jī)進(jìn)行軋制。該廠 采用的是意大利 innse 公司引進(jìn)的穿孔機(jī)此類型的穿孔機(jī)由 2 跟傳動(dòng)軸交叉連 接而成，其中在每一根軸上均有 2 個(gè)電機(jī)串聯(lián)，然后經(jīng)過減速機(jī)傳到軋輥上， 并且 2 根傳動(dòng)

7、軸是交錯(cuò)設(shè)計(jì)的，此項(xiàng)巧妙的設(shè)計(jì)方法能使管坯在穿孔的同時(shí)還 自動(dòng)的向前推進(jìn)。經(jīng)過穿孔的管坯就可以送到軋機(jī)中進(jìn)行軋制了。采用五架連 軋機(jī)組，其中在豎直放置的軋機(jī)有 2 臺，水平放置的軋機(jī)有 3 臺，這樣設(shè)計(jì)的 目的在于能提高軋管的工藝質(zhì)量，而且還能提高生產(chǎn)率，每根鋼管在經(jīng)過五架 軋機(jī)后都已經(jīng)不需要進(jìn)行再軋制，只要經(jīng)過一些工藝上的處理就能得到成品， 比以前的幾次軋制在生產(chǎn)率上提高了很多，而且還很方便。加工好的鋼管經(jīng)打 包成捆運(yùn)出車間。 1.31.3 無縫鋼管發(fā)展中的新工藝無縫鋼管發(fā)展中的新工藝 2121 世紀(jì)世界無縫鋼管生產(chǎn)的三種新工藝世紀(jì)世界無縫鋼管生產(chǎn)的三種新工藝 世界上最近十年才發(fā)展起來的 p

8、qf、cps 和 pam 軋管工藝，將成為 21 世紀(jì) 世界無縫鋼管生產(chǎn)的三種新工藝。這三種新工藝的發(fā)展歷程大體如下 (1)pqf 軋管工藝 意大利 innse 公司 palma 于 1993 年在香港國際會議上正式推出 pqf(premiumqualityfinishing)軋管工藝；2003 年 8 月世界上第一臺 pqf 連軋 管機(jī)組在天津鋼管公司投產(chǎn)。該臺 pqf 連軋管機(jī)是由德國 smsmeersmsdemaginnse 公司與天津鋼管公司共同設(shè)計(jì)。 (2)cps 軋管工藝 cps(conicalpiercerstretchreducing)軋管工藝，即二步軋管工藝，其設(shè) 想是省去軋

9、管工序，穿孔后毛管直接進(jìn)張力減徑機(jī)組；二是連鑄空心坯，連鑄 空心坯直接進(jìn)軋管工序，省去穿孔工序，將傳統(tǒng)三道工序變?yōu)槎拦ば颉?cps 軋管機(jī)早在 1990 年就在南非 tosa 鋼管廠投產(chǎn)，但 16 個(gè)月后宣告停產(chǎn)。 然而 2006 年秋由意大利 innse 在熱軋生產(chǎn)線中間增加了四機(jī)架限動(dòng)芯棒連軋機(jī)， 使其恢復(fù)正常生產(chǎn)，成品管規(guī)格范圍也有所改變。從此之后 cps 軋管工藝才又 時(shí)“新”起來。 (3)pam 軋管工藝 pam(planetaryasselmill)軋管工藝,即把德國發(fā)明的“行星斜軋機(jī)”(psw) 與“阿塞爾軋機(jī)”(asselmill)結(jié)合起來的軋管工藝。 第一臺 psw 軋管機(jī)

10、于 1982 年在德國 esw 廠投產(chǎn)，德國 wengenroth 博士從 研究三輥行星軋管工藝出發(fā)，1998 年在其論文中提出“行星阿塞爾軋機(jī)”的設(shè) 想，這種軋管工藝技術(shù)將在本世紀(jì)有可能取得極大的發(fā)展。 行星軋管機(jī)在鋼管工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用已有 20 年的歷史，但迄今只有德國 鋼管廠采用這種軋管機(jī)生產(chǎn)鋼管(smsmeer 在一篇文章中稱它是生產(chǎn)銅管的設(shè)備。 筆者也曾經(jīng)介紹過我國金龍銅管集團(tuán)也用這種軋管機(jī)生產(chǎn)銅管的情況)。因此， 人們對能否成為一項(xiàng)常規(guī)性持懷疑態(tài)度。但德國 wengenroth 博士卻提出了“行 星阿塞爾軋機(jī)”的設(shè)想，他在一篇論文中談及德國三輥行星軋管工藝的前景時(shí) 認(rèn)為對金屬流動(dòng)

11、阻力施加影響，是未來提高三輥行星軋管機(jī)能力的關(guān)鍵。施 加這種影響的措施就是在三輥行星軋管機(jī)后臺輸出端施以向前拉曳的作用力。 向前拉曳的作用力加大，在軋制過程行將結(jié)束時(shí)，可以不改變軋管孔型而完全 避免荒管出現(xiàn)尾三角，且不出現(xiàn)增厚的管端。這一措施可以使三輥行星軋管機(jī) 超越現(xiàn)存的工藝極限。 在該論文的最后部分，wengenroth 博士提出了“行星阿塞爾軋機(jī)”的概念 “首先要改變?nèi)佨埞艿倪\(yùn)動(dòng)方式，即“采用軋輥張角布置，使軋輥圍繞穿孔 坯旋轉(zhuǎn)，以取代穿孔坯在軋管時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軋出的荒管可以直接進(jìn)張力減徑 機(jī)，而不需要輸出導(dǎo)衛(wèi)裝置，由張力減徑機(jī)來施加向前拉曳力”，這就是“行 星阿塞爾軋機(jī)”的概念。當(dāng)長

12、度為 8 米、s/d(壁厚/管徑)為 0.25 時(shí)，荒管長度 可能超過 60 米，而成品管長度將達(dá)到數(shù)百米；三輥行星軋管機(jī)軋后不產(chǎn)生荒管 端部切損，也不需設(shè)置荒管加熱爐，這是三輥軋管技術(shù)的新概念。一次軋出數(shù) 百米的成品管，可謂奇觀，有人將其稱之為“真正的連續(xù)軋管”。將阿塞爾軋 機(jī)與行星軋管機(jī)相結(jié)合，不僅僅是三輥軋管技術(shù)的新理念，也是一項(xiàng)創(chuàng)舉，是 鋼管生產(chǎn)工藝劃時(shí)代的一項(xiàng)技術(shù)革命。 1.41.4 問題的提出及研究本課題的意義問題的提出及研究本課題的意義 鋼管產(chǎn)品包裝是鋼管產(chǎn)品生產(chǎn)的繼續(xù)，它是保護(hù)鋼管產(chǎn)品在流通過程中質(zhì) 量完好和數(shù)量完整的必要措施。大多數(shù)鋼管產(chǎn)品如管線管、高壓容器用管、液 壓缸用管

13、、流體輸送用管、氣缸用管等，只有加以必要的包裝，才算完成鋼管 產(chǎn)品的生產(chǎn)，才能進(jìn)入流通領(lǐng)域和進(jìn)行銷售，從而完成鋼管產(chǎn)品的價(jià)值和使用 價(jià)值。良好的鋼管產(chǎn)品包裝有利于保護(hù)鋼管產(chǎn)品、美化鋼管產(chǎn)品、吸引顧客、 擴(kuò)大消路和增加售價(jià)。因此，許多國家都把改進(jìn)鋼管產(chǎn)品包裝作為加強(qiáng)對外競 銷的一個(gè)手段。從法律上看，合同中有關(guān)鋼管產(chǎn)品包裝的規(guī)定是產(chǎn)品說明的組 成部分。一方違反這方面的規(guī)定，另一方即有權(quán)拒收貨物或要求損失賠償。由 此可見，鋼管產(chǎn)品的包裝條款，是合同中的主要條款之一。 大約在 70 年以前，鋼管產(chǎn)品的競爭主要靠商標(biāo)，也就是說看一個(gè)公司的 牌子響亮不響亮;到上世紀(jì) 40 年代初，由于生產(chǎn)的發(fā)展，大量鋼管

14、產(chǎn)品擁進(jìn) 市場，這時(shí)一競爭主要靠文字說明;發(fā)展到 60 年代，鋼管產(chǎn)品的競爭就靠產(chǎn)品 本身的質(zhì)量和特色了。隨著競爭的日趨激烈，在 70 年代到 80 年代初期出現(xiàn)了 以鋼管產(chǎn)品包裝定位為特點(diǎn)的包裝即以爭取消費(fèi)者為目的去設(shè)計(jì)的鋼管產(chǎn)品 包裝。 中國的鋼管產(chǎn)品正是由于鋼管產(chǎn)品的包裝質(zhì)量原因在國際上曾留下了“一 等 產(chǎn)品，二等包裝，三等價(jià)格”的名聲，對中國鋼管產(chǎn)品的出口及聲譽(yù)都造成了 不 好的影響。因此，要擴(kuò)大出口，就必須下決心在提高鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，認(rèn) 真解決好鋼份產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和包裝質(zhì)量問題。 目前，國內(nèi)的鋼管打捆包裝主要還是采用人工方式，與國外先進(jìn)的打捆機(jī) 相比，還存左不少的缺點(diǎn): 1)鋼價(jià)

15、捆的成型沒有在專門的成型機(jī)構(gòu)中完成，鋼管捆的外形不能得到保 證。這就很容易使捆扎鋼管捆的各道包裝帶受力不均勻，導(dǎo)致包裝帶的破壞， 甚至造成翎 i 少捆的散捆。 2)打包過程沒有專門的工具，不能保證每道包裝帶的受力基本相同，這也 同樣不能保證包裝質(zhì)量。 3)不能適應(yīng)于惡劣環(huán)境下的鋼管包裝，例如高溫的線管，管線管的打捆包 裝。 4)鋼價(jià)捆打捆各過程都需要手動(dòng)完成，自動(dòng)化水平較低，已經(jīng)嚴(yán)重地不能 滿足現(xiàn)代化鋼管企業(yè)生產(chǎn)的需要。 由于以上存在的缺點(diǎn)以及各種技術(shù)上的問題，國內(nèi)到上個(gè)世紀(jì) 90 年代，才 有企業(yè)和技術(shù)人員對鋼管打捆機(jī)進(jìn)行了一些研制工作。 通過對鋼管打捆機(jī)的研究，可以借鑒和學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的機(jī)械

16、設(shè)計(jì)技術(shù)，自 動(dòng)控制技術(shù)，管理技術(shù)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，保證鋼管捆的 包裝質(zhì)量;可以改變我國目前大量鋼管打捆機(jī)依賴進(jìn)口的局面，填補(bǔ)國內(nèi)的這 一空白。 1.51.5 國內(nèi)外鋼管打捆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外鋼管打捆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 目前世界上生產(chǎn)鋼管打捆機(jī)的國家主要有:美國、日本、德國、意大利。 其中美國是研究鋼管打捆機(jī)歷史較長的國家，目前已經(jīng)形成了獨(dú)立完整的鋼管 打捆機(jī)體系，其產(chǎn)品的品種和產(chǎn)量均居世界之首。其產(chǎn)品以高、精、尖產(chǎn)品居 多，日本緊隨其后。由于近年來微電子、材料、制造等行業(yè)的迅猛發(fā)展，日本 引進(jìn)、吸收和消化了美國的打捆機(jī)技術(shù)，并在打捆工具的制造方面獨(dú)樹一幟。 德國，意大利的打捆機(jī)也具有

17、自己的優(yōu)勢方面。 進(jìn)入上世紀(jì) 8090 年代，各個(gè)發(fā)達(dá)國家為了維護(hù)本國的鋼管打捆機(jī)市場和 擴(kuò)大出口能力，積極采用其它領(lǐng)域的新技術(shù)(如微電子、激光、新材料等)， 開創(chuàng)了鋼竹汀捆機(jī)研究發(fā)展的新局面。歐美國家的鋼管打捆機(jī)研究，已不再太 注重產(chǎn)品的.顯:種，而是注重在原有品種的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究改進(jìn)性能。 作為子川困機(jī)核心部分的打捆頭，美國、日本、德國、意大利都具有自主 的 產(chǎn)品。 我國的包裝機(jī)械起步于 20 世紀(jì) 70 年代。經(jīng)過 30 年的發(fā)展，雖然已初步形 成門類比較齊全、產(chǎn)品比較配套的產(chǎn)業(yè)，但是我們應(yīng)該清楚地看到我國在鋼管 打捆機(jī)技術(shù)方面還是十分薄弱的。目前主要的鋼管生產(chǎn)企業(yè)如上海寶鋼、內(nèi)蒙 古包

18、鋼、天津無縫鋼管公司等使用的鋼管打捆機(jī)都還依賴進(jìn)口。我國目前基本 上沒有或者說沒有專門對鋼管打捆機(jī)進(jìn)行研究與制造。綜合分析我國鋼管打捆 機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，阻礙其發(fā)展的主要原因在于: l)對寸丁捆機(jī)輔助機(jī)械的設(shè)計(jì)知識缺乏研究。打捆機(jī)的輔助機(jī)械是打捆機(jī) 至 關(guān)重要的部分，它設(shè)計(jì)的先進(jìn)與否直接影響到打捆的進(jìn)度和質(zhì)量。 2)對打捆機(jī)的關(guān)鍵部件打捆頭的機(jī)械設(shè)計(jì)知識缺乏研究。在這個(gè)方面同 時(shí)一也暴露出我國在材料、制造等多方面的欠缺與不足。國外同類包裝機(jī)械工 具產(chǎn)品的壽命是國內(nèi)的產(chǎn)品的 2 一 4 倍就是明顯的例證?？梢娺@方面的改進(jìn)還 將 有賴于我國材料、制造等基礎(chǔ)工業(yè)整體水平的提高。 3)主要控制部件與執(zhí)行部

19、件微型機(jī)(plc)的穩(wěn)定性、氣動(dòng)元件及各種執(zhí)行 部件性能與可靠性還有待于提高。這部分元件目前國內(nèi)的產(chǎn)品性能與國 外的產(chǎn)品性能還具有一定的差距。 1.61.6 鋼管打捆機(jī)的相關(guān)技術(shù)鋼管打捆機(jī)的相關(guān)技術(shù) 鋼管打捆機(jī)系統(tǒng)是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī) 械傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。 一、機(jī)械技術(shù) 機(jī)械技術(shù)是鋼管打捆機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)，是連接整個(gè)打捆過程的橋梁，是打捆 機(jī)至關(guān)重要的部分。從打捆機(jī)所采用的機(jī)械技術(shù)就可以清楚的看到打捆機(jī)的先 進(jìn)性如何。因此，需要更新機(jī)械設(shè)計(jì)概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變 更，滿足誠小體積、減輕重量、提高精度、提高剛性、

20、改善性能的要求。 經(jīng)典的機(jī)械技術(shù)借助于計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，以及在此基礎(chǔ)上同時(shí)一采 用 人工督能(artificial eialxntelligenee)與專家系統(tǒng)(experrsystem)等，已經(jīng) 形成新一代機(jī)械制造技術(shù)。 鋼管掃捆機(jī)最關(guān)鍵的機(jī)械部分打捆頭設(shè)計(jì)，尤其體現(xiàn)了機(jī)械技術(shù)的先進(jìn) 性。 二、系統(tǒng)技術(shù) 系統(tǒng)技術(shù)就是以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)。從全局的角度和系統(tǒng) 目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干概念單元，以功能和單元為子系 統(tǒng)進(jìn)行二次分解，生成功能更為單一的子系統(tǒng)功能和單元。這些子功能和單元 同樣可以卯廠賣逐層分解，直到能夠找出一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案。深入了解系 統(tǒng) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

21、和相互關(guān)系，把握系統(tǒng)外部聯(lián)系，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)十分重要。 接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中的一個(gè)重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)部分有機(jī)連接 的保證。按日包括電氣接口、機(jī)械接口、人一機(jī)接口。電氣接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間電 信號的連按:機(jī)械接口則實(shí)現(xiàn)機(jī)械與機(jī)械部分、機(jī)械與電氣裝置部分的連接; 人一機(jī)接口提供人與系統(tǒng)間的交互界面。 三、目功控制技術(shù) 自動(dòng)扛;制技術(shù)范圍廣泛，主要包括:基本控制理論;在此理論的指導(dǎo)下， 對具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)后系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試;最后使研 制的系統(tǒng)能一弓一靠的投入運(yùn)行。由于系統(tǒng)控制對象種類繁多，所以控制技術(shù) 的內(nèi)容及其豐富，例如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正

22、、 補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等等。 由于微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)控制技術(shù)越來越多的與計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 聯(lián)系在一起，成為檢測系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的技術(shù)。 四、傳感及檢測技術(shù) 傳感器與檢測裝置是系統(tǒng)的感官器官，它與系統(tǒng)的輸入輸出相連，并將檢 測到的信號輸送到信息處理部分，傳感器檢測裝置是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 它的功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度越高。隨著自動(dòng)化領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，需要測 量的參量日益增加，對傳感器進(jìn)一步提出數(shù)字化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的緊迫要 求。 五、電、氣、液傳動(dòng)技術(shù) 傳動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置，由微型計(jì)算機(jī)通 過接口與這些傳動(dòng)裝置相連接，控制它們的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工作機(jī)械作回轉(zhuǎn)、直線 及

23、其它各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部 件，對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。常見的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行部件有交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、氣缸等等。 氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì)來傳動(dòng)和控制機(jī)械的一門專門技術(shù)。由于它 具有節(jié)能、龍污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于 各工業(yè)部門現(xiàn)在，氣動(dòng)技術(shù)與微電子、液壓技術(shù)一樣，都是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自 動(dòng)化最有效技術(shù)之一。 六、現(xiàn)場總線技術(shù) 現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)和測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多 點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線最終實(shí)現(xiàn)的是管理的集中化和控制的完全分散 化?，F(xiàn)場總線技術(shù)將專用的微處理器置入傳統(tǒng)的測

24、量控制儀表，使它們各自都 具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等作為總線， 把多控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多 個(gè)微機(jī)化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)傳輸與信息的交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線具有系統(tǒng)開放性、互操作性與互用性、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能 自治性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、對一現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性等技術(shù)特點(diǎn)。正是由 于 具有了以_泊勺特點(diǎn)，使用現(xiàn)場總線可以節(jié)省硬件數(shù)量與投資、節(jié)省安裝費(fèi)用、 節(jié)省維護(hù)升消，同時(shí)給了用戶高度的系統(tǒng)集成權(quán)，也提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可 靠性。 目前世界上主要有 f

25、f(基金會現(xiàn)場總線)、lonworks、profibus、 can 等幾種現(xiàn)場總線，它們已經(jīng)逐步形成影響并在一特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自 己的優(yōu)勢。 基金會現(xiàn)場總線的主要技術(shù)包括 ff 通信協(xié)議，用于完成開放互連模型中 第 2 一 7 層 j 坦信協(xié)議的通訊站(communieationstack);用于描述設(shè)備特征、參 數(shù)、屬性及操作接口的 ddl 設(shè)備描述語言、設(shè)備描述字典;用于實(shí)現(xiàn)測量、控 制、工程華洲專換等應(yīng)用功能的功能塊;實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)度、管理等功能的系 統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)建集成自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。 lonwworks 現(xiàn)場總線采用了 150/051 模型的全部七層通訊協(xié)

26、議，采用了面 向 對象的設(shè)計(jì)方法，以神經(jīng)元芯片為核心、 ，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為 參數(shù)設(shè)置，上琴通信速率從 3oobps 至 1.smbps 不等，直接通信距離可達(dá) 2700m (7skbps，雙絞線);支持雙絞線、同軸電纜，光纖、射頻、紅外線、電力線 等多種通訊介質(zhì)，并開發(fā)了相應(yīng)的本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品。 profibus 是德國國家標(biāo)準(zhǔn) din19245 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) en50170 的現(xiàn)場總線標(biāo) 準(zhǔn)。由 pl 之 ofibus 一 dp，profibus 一 fms，profibus 一 pa 組成了 profibus 系列。dp 型用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動(dòng)化領(lǐng) 域

27、。profibus 一 fms 適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等 領(lǐng)域。pro 廠 ibus 一 pa 是用于過程自動(dòng)化的總線類型，它遵從 iec1158 一 2 標(biāo) 準(zhǔn)。 本系統(tǒng)將采用 profibus 一 dp 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。 1.71.7 本課題的來源和目標(biāo)本課題的來源和目標(biāo) 鑒于鋼管打捆機(jī)相關(guān)技術(shù)的分析，在消化和吸收德國西馬特鋼管打捆機(jī)技 術(shù)的基礎(chǔ)土，根據(jù)國內(nèi)的鋼管生產(chǎn)企業(yè)的特點(diǎn)，研制開發(fā)鋼管打捆機(jī)是可行 的。為此，浙大精益公司就鋼管打捆機(jī)己和天津無縫鋼管公司簽定了合作協(xié) 議。根據(jù)協(xié)議規(guī)定，對方委托我們開發(fā)應(yīng)用于無縫鋼管打捆機(jī)。 我們開發(fā)鋼管打捆機(jī)，希望實(shí)現(xiàn)鋼管打捆機(jī)的

28、國產(chǎn)化，以填補(bǔ)國內(nèi)這一空 白。因此，本文主要將進(jìn)行以下幾方面的工作: 1)通過對德國西馬特公司的鋼管打捆機(jī)采用的機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法的分 析，深入了解了一整套鋼管打捆機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。 2)通過對德國西馬特公司的鋼管打捆機(jī)采用的自動(dòng)控制理論和方法的分 析，深入了解了基于 profibus 一 dp 現(xiàn)場總線的打捆機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。 3)通過對微型機(jī)在工控領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)的分析，初步設(shè)計(jì)了鋼管打捆機(jī)的硬 件和軟件系統(tǒng)。 4)通過對鋼管打捆機(jī)的工藝流程分析，初步設(shè)計(jì)了鋼管打捆機(jī)的機(jī)械和電 氣控制系統(tǒng)。 第二章第二章 鋼管打捆機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)鋼管打捆機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 2.12.1 鋼管打捆包裝機(jī)械的性能

29、要求鋼管打捆包裝機(jī)械的性能要求 2.1.12.1.1 國家對鋼管包裝的要求國家對鋼管包裝的要求 依據(jù)中華人民共和國冶金部 1998 一 02 一 02 一批準(zhǔn): 1、鋼管(鋼管和焊接鋼管)打捆包裝的有關(guān)規(guī)定 根據(jù)鋼管的驗(yàn)收、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量說明書 gb2102 一 88 規(guī)定: 一般鋼管采用捆扎成扎包交貨，每捆應(yīng)是統(tǒng)一批號的鋼管 每捆鋼管不應(yīng)超過 5oookg; 外徑大于 159ll 的鋼管或截面周長大于 8oomm 的異型鋼管，可散裝交 貨; 經(jīng)供需雙方協(xié)議，每捆鋼管的重量可以超過 8000kg，也可小包裝交 貨; 成捆鋼管一端應(yīng)放置整齊; 短尺寸鋼管應(yīng)單獨(dú)包裝交貨; 定尺寸長度交貨的鋼管，

30、其搭交的非尺寸長度鋼管，應(yīng)單獨(dú)交貨; 成捆鋼管應(yīng)用鋼帶或鋼絲捆扎牢固; 每捆鋼管的捆扎道數(shù)應(yīng)符合表 2.1; 鋼管的捆扎包裝形式有如圖 2.1 所示的幾種; 表 2.1 壁厚大于 1.smm 的冷拔或冷軋不銹鋼管，應(yīng)用不少于 2 層的麻袋或塑 料布緊密包奧，鋼帶或鋼絲捆扎(經(jīng)雙方同意也可以裸體捆扎)。每捆最大重 量為 2000kg 鋼管的捆扎包裝件的形式有圓形、矩形、框架式和六角形四種.其中六角 形包裝件比矩形包裝形狀穩(wěn)定，比框架式包裝經(jīng)濟(jì)、簡便易行，比圓形包裝件 外形整齊美觀，堆放時(shí)受力面大，且便于計(jì)算，故在實(shí)際生產(chǎn)中，廠家多采用 六角形包裝件，尤其優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品要求用六角形包裝件。 2、無縫鋼管

31、廠對鋼管打捆的具體要求 鋼管外徑:32.0-168.3mm 鋼管腳厚:3.2-22.2mm 鋼管定尺長度:6- 15m 管的理淪重量計(jì)算:wl= wp*l:其中 wl 一長度為 l 的(kg);wp 一平端鋼管每 米重量(kg/m);l 一測量鋼管的長度。通過鋼管修正量(人工測量獲得)修正長度 (m)。 最大鋼管重量:95okg 鋼管最高溫度:80 打捆方式:手動(dòng)助力式氣動(dòng)打捆機(jī)打捆 捆扎材料:鋼帶 每捆的最大捆徑:85om 打捆形狀:六角形 打捆邁數(shù):鋼管長度7m，最少捆 4 道 鋼管長度10m，最少捆 5 道 鋼管長度1om，最少捆 6 道 打捆周期:20-25 秒/道 生產(chǎn)力: 36t/

32、h 全年工作時(shí)間:6500 小時(shí)。(有效工作時(shí)間 5070 小時(shí)) 2.1.22.1.2 鋼管打捆機(jī)的性能要求鋼管打捆機(jī)的性能要求 鋼管打捆機(jī)應(yīng)以滿足生產(chǎn)使用要求和保證生產(chǎn)率為前提，做到技術(shù)先進(jìn)， 經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。 一套好的鋼管打捆機(jī)設(shè)備應(yīng)具有: 1、良好的使用性能 l)所有的動(dòng)作都要符合打捆的工藝要求; 2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)準(zhǔn)確。具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能保證規(guī)定的運(yùn)動(dòng)精度; 3)可靠性高; 4)使明維修方便，操作簡單安全。 2、合理的技術(shù)性能指標(biāo) l)經(jīng)打捆后的鋼管應(yīng)能保證實(shí)現(xiàn)客戶所提出的包裝要求。例如在運(yùn)輸和 存儲澳坍間不致于松散、受潮、變形和損壞; 2)具有一定的靈活性，能適應(yīng)一定范圍產(chǎn)

33、品規(guī)格、品種變化的要求; 3)具有合理的自動(dòng)化程度。要根據(jù)需要和可能性來綜合考慮，不能脫離 具體的條件盲目的追求先進(jìn)性; 4)創(chuàng)徹標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化; 5)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本底; 6)生產(chǎn)效率高、能耗少; 7)節(jié)約材料。 3、其他 l)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，不污染環(huán)境，講究技術(shù)美學(xué)，創(chuàng)造文 明生產(chǎn)條件: 2)留仃發(fā)展的余地，需要改進(jìn)時(shí)而不致造成全機(jī)廢棄。 2.22.2 鋼管打捆機(jī)系統(tǒng)的工藝流程分析鋼管打捆機(jī)系統(tǒng)的工藝流程分析 鋼管掃捆機(jī)的工藝流程實(shí)現(xiàn)可以有電磁吊式、機(jī)械式。通過對電磁吊式與 機(jī)械式的掃捆工藝的深入研究，我們得出不管哪種方式雖然工藝實(shí)現(xiàn)方式不同， 但其卜要的工作流

34、程都相類似，都是:首先是將鋼管一根根的對齊，這部分我們 稱之為進(jìn)移管機(jī):然后按成型需要分批計(jì)數(shù)后移到成型機(jī)構(gòu)里進(jìn)行鋼管捆成型， 我們稱之為移管成型機(jī)構(gòu);最后是將成型的鋼管捆運(yùn)輸?shù)酱蚶?工位進(jìn)行打捆并輸出，這部分我們稱之為運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。鑒于委托單位的要求 以及我們研發(fā)便利條件等因素，我們參考了德國西馬特的鋼管打捆機(jī)的工藝流 程， 將打捆機(jī)分為步進(jìn)移管機(jī)、水平移管機(jī)、托叉移動(dòng)機(jī)構(gòu)、六角成型機(jī)構(gòu)、小車 運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。 2.32.3 傳動(dòng)方案選擇傳動(dòng)方案選擇 傳動(dòng)方案的選擇對涉及的成敗起到了關(guān)鍵性作用，這一階段也充分體現(xiàn)了 設(shè)計(jì)工作有多樣性的特點(diǎn)。 機(jī)械的功能分析，就是對設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的機(jī)械功能中必須達(dá)到的要

35、求， 最低要求及對希望達(dá)到要求進(jìn)行綜合分析，記這些功能能否實(shí)現(xiàn)，多項(xiàng)功能間 有無矛盾，相互間能否替代等。最后確定出功能參數(shù)，作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。 確定出功能參數(shù)后，即可提出可能采用的方案。尋求方案時(shí)安原動(dòng)部分， 傳動(dòng)部分及執(zhí)行部分分別進(jìn)行討論。從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)構(gòu)部分的傳動(dòng)可以是某 一減速器（它與電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)用連軸相連接） ；也可以是減速器加帶傳動(dòng) （鏈傳動(dòng)，開式齒輪傳動(dòng)等） 。 2.3.12.3.1 方案比較方案比較 方案一：電機(jī)v 帶傳動(dòng)減速器主動(dòng)滾筒輸送鏈 圖 2.2 1電動(dòng)機(jī) 2輸送帶 3主動(dòng)滾筒 4減速器 5v 帶傳送 方案二：電動(dòng)機(jī)運(yùn)輸機(jī)主軸運(yùn)輸機(jī)主動(dòng)星輪鏈輪 圖 2.3 1電

36、動(dòng)機(jī) 2傳動(dòng)系統(tǒng) 3運(yùn)輸機(jī)主動(dòng)星輪 4運(yùn)輸機(jī)主軸 5傳動(dòng)鏈 方案三：電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器減速器聯(lián)軸器鏈子提升裝置 圖 2.4 1提升裝置 2鏈輪 3傳動(dòng)鏈 4減速器 5電動(dòng)機(jī) 方案一中的帶傳動(dòng)用于傳遞的功率不大，結(jié)構(gòu)形式比其他傳動(dòng)形式大，但 傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸收沖擊振動(dòng)，由于摩擦產(chǎn)生靜電，不適用于有瓦斯積灰塵 等危險(xiǎn)場合。常用于高速及傳動(dòng)。由于打捆機(jī)的傳動(dòng)部分功率較大且傳動(dòng)不平 穩(wěn)，所以方案已不適用。方案二是用于水平方向上的傳動(dòng)，而打捆機(jī)部分是垂 直傳動(dòng)，故不適用。方案三中的鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)無打滑現(xiàn)象，因而能保證準(zhǔn)確 的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高，鏈條無張緊力所以作用在軸上的徑向壓力較小， 且鏈傳動(dòng)尺寸小

37、，結(jié)構(gòu)緊湊，能工作在高溫潮濕的環(huán)境中。因此方案三為最佳 方案。 第三章第三章 提升裝置設(shè)計(jì)提升裝置設(shè)計(jì) 3.13.1 選則電動(dòng)機(jī)選則電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)的選擇內(nèi)容包括選擇電動(dòng)機(jī)的種類，電機(jī)的型式，電機(jī)的額定電壓 轉(zhuǎn)速和功率計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)電極的容量等，所選電機(jī)應(yīng)符合工作要求。 電動(dòng)機(jī)的容量主要由運(yùn)行時(shí)發(fā)熱條件的確定，再不變或變化很小的條件下， 長期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，只要其電機(jī)負(fù)荷不超過額定值，電機(jī)則不會過熱，通常 不必校驗(yàn)發(fā)熱和啟動(dòng)力矩。 已知參數(shù)：1.鋼管規(guī)格 外徑60-180mm;長度 6000-14630mm；厚度 2.5- 12mm; 2.生產(chǎn)能力 12 萬噸/年; 捆形 六邊形 3.最該溫度 80

38、； 4鏈速 0.3m/s; 傳動(dòng)方案：1提升裝置 2鏈輪 3鏈傳動(dòng) 4減速器 5電動(dòng)機(jī) 3.1.13.1.1 提升裝置受力分析提升裝置受力分析 圖 3.1 提升裝置受力圖 如圖所示：鋼管受到重力 g，拉力 f，支持力 n (3.1)其 n108.4044 m)10 2 16180 (m) 2 10180 (3.14m101200010mkg7800 ) 2 2d () 2 d gl(mgg 232 3 32 22 中：m，。kg7800 2 /10gsmmmdmmlmm180,12000,8 （3.2） ngn nngf gg 04.113237 2 1 52.5661860cos 48000

39、93.48691 2 3 52.5661860sin 52.5661818.40441414 max 3.1.23.1.2 電動(dòng)機(jī)負(fù)載功率電動(dòng)機(jī)負(fù)載功率 1 4 . 14 1000 3 . 0105 . 3 1000 4 kw fv pe （3.3） 式中 p勻速提升時(shí)所需的牽引功率； 所以電機(jī)所需的功率k 總 電 e p p 其中選聯(lián)軸器的效率；鏈傳動(dòng)的效率9.90 1 ；5.90 2 選減速器的效率。.11k6.90 3 ，取得安全系數(shù)是考慮提升支架的重量； 。功率因素； 。，額定功率；額定轉(zhuǎn)速； ，；型電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速表選 機(jī)械設(shè)計(jì)便覽更具電機(jī)所需功率查表 電 總 89.5% 0.81

40、cos 15kw1460r/min 1500r/min4.-y160m 14.69.11 8.90 14.4 k p p 98 . 0 9.905.906.909.90 1321 e 1321 3.23.2 減速器的選擇減速器的選擇 3.2.13.2.1 常用減速器的選擇常用減速器的選擇 減速器是在原動(dòng)機(jī)(一般為電動(dòng)機(jī))和工作機(jī)間的獨(dú)立傳動(dòng)部件。一般以齒 輪，蝸桿傳動(dòng)等 傳動(dòng)件裝在鑄造或焊接的剛性箱體中而成，有些減速器與電動(dòng) 機(jī)構(gòu)成一個(gè)組合體，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。許多減速器我國已有國家標(biāo)準(zhǔn)，并 在專門的工廠批量生產(chǎn)，可以按樣本選取。選擇減速器一般考慮以下幾個(gè)方面 的問題：根據(jù)傳動(dòng)類型，減速器可

41、分為齒輪，蝸桿，齒輪-蝸桿和行星減速器， 根據(jù)齒輪形狀不同，減速器可分為圓柱，圓錐，圓錐-圓柱齒輪減速器；根據(jù)傳 動(dòng)的級數(shù)，減速器可分為單級，多級減速器；根據(jù)周在空間的位置，減速器可 分為臥式和立式減速器；根據(jù)傳動(dòng)的布置形式，減速器可分為展開式，分流式 和同軸式減速器?？紤]不同工作環(huán)境還可分為在高溫，低溫，高速等條件下工 作的減速器。 3.2.23.2.2 減速器的計(jì)算減速器的計(jì)算 已知參數(shù)；電機(jī)；功率 p=15kw 轉(zhuǎn)速 n1=1460r/min 求總傳動(dòng)比；i= （3.4）21 8.469 1460 n1 電機(jī) n 3.2.33.2.3 選擇減速器選擇減速器 1）由傳動(dòng)比 i=21，選 z

42、l 型減速器； 2)由機(jī)械設(shè)計(jì)便覽表 41-2 查取減速器效率；95 . 0 3 3）查機(jī)械設(shè)計(jì)便覽表 41-5，由 i=21，p=15kw 查選 a=425；核算尖峰載荷， 查機(jī)械設(shè)計(jì)便覽表 41-5，當(dāng) i=21，a=425，且為連續(xù)型，高速軸功率 p1=15kw 時(shí)，選用高速級齒輪精度為 8-8-7-dc，故選用代號為 zl425-10-ii 型 的減速器。 3.33.3 鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)功率./.3m0vkw15sp，鏈速 電 鏈傳動(dòng)的工作條件不同，其失效形式也不同。根據(jù)鏈速不同分為 v0.6m/s 的一般鏈傳動(dòng)，按功率曲線設(shè)計(jì)計(jì)算，當(dāng) v=0.6m/s 的低

43、速鏈傳動(dòng)， 安靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。因?yàn)橐阎湹乃俣?v=0.3m/s0.6m/s，所以本設(shè)計(jì)中的鏈 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)安靜強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，當(dāng) v0.6m/ss 時(shí)，其主要失效形式是鏈的 靜力拉斷，故應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。 3.3.13.3.1 選取鏈輪齒數(shù)選取鏈輪齒數(shù) 鏈輪齒數(shù)的多少對傳動(dòng)平穩(wěn)性和使用壽命有很大的影響。小鏈輪的齒數(shù)少， 可以減小外廓尺寸，但齒數(shù)過少，會增加運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)性和動(dòng)載荷；鏈輪在進(jìn) 入和退出嚙合時(shí)，鏈接間的相對轉(zhuǎn)角增大；鏈傳動(dòng)的圓周力增大，從整體上加 速鉸鏈和鏈輪的磨損?？梢娦δ樰喌凝X數(shù)不宜太少，一般鏈輪的齒數(shù)。9 min z 但小鏈輪的齒數(shù)也不宜太大，在傳動(dòng)比給定時(shí)，小齒輪齒數(shù)增大，大

44、齒輪的齒 數(shù)也相應(yīng)增大，其結(jié)果不僅增大了傳動(dòng)的總體尺寸，而且還容易發(fā)生跳鏈和脫 鏈，從另一方面限制了鏈條的使用壽命。假定鏈速，又下表選取小鏈輪齒數(shù) z1 小鏈輪齒數(shù) z1對鏈傳動(dòng)的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響。尺寸小可減小 外廓尺寸，但齒數(shù)過少，將會導(dǎo)致：傳動(dòng)的不均勻性和動(dòng)載荷增大；鏈條 進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角增大，是鉸鏈的磨損加??；鏈傳遞 的圓周力增大。 從而加速了鏈條和鏈輪的損壞。 所以當(dāng)鏈速 v=0.3/s，取主動(dòng)輪齒數(shù) z1=17。 3.3.23.3.2 確定鏈的額定功率確定鏈的額定功率 由于連的傳動(dòng)啟動(dòng)屬輕微沖擊，查機(jī)械設(shè)計(jì)表 9-6 取 （3.5） kw72 . 6 6

45、.909.90 4 . 146.401 6 1 pk 6 1 p 0.46k139, 1 . 1 2 3 2 1z0 z 電機(jī) ，則鏈的額定功率得查機(jī)械設(shè)計(jì)圖 a a k k 3.3.33.3.3 選擇鏈的型號，確定鏈節(jié)距和排數(shù)選擇鏈的型號，確定鏈節(jié)距和排數(shù) 鏈的節(jié)距 p 越大，承載能力就越高，但總體尺寸增大，多邊形效應(yīng)顯著， 振動(dòng) 沖擊和噪聲也嚴(yán)重。為使結(jié)構(gòu)緊湊和延長壽命，應(yīng)選用較小節(jié)局的單排練， 但當(dāng)速度高，功率大時(shí)，宜選用小節(jié)距的多排鏈。如果從經(jīng)濟(jì)上考慮，當(dāng)中心 距小，傳動(dòng)比大時(shí)，應(yīng)選用小節(jié)距的多排鏈；中心距大，傳動(dòng)比小時(shí)，應(yīng)選大 節(jié)距的單排鏈。 綜合考慮，初選鏈號；24a，雙排鏈 p=

46、38.1 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)，圖 14-2-2 可知，預(yù)使此鏈的額定功 率達(dá)到 。 ，每米質(zhì)量，滾子外徑，排距，滾子鏈的型號 可知；表設(shè)計(jì)手冊第三卷故此鏈可用。查機(jī)械 節(jié)距 小鏈輪齒數(shù) 小鏈輪轉(zhuǎn)速 鏈速，式中 ，根據(jù) 合，則小鏈輪鏈速必須符 雙 單 m/.6kg5q mm3.222dmm4.445p.1mm38pa24 12138213 min/ r9.727 .13817 .30100060 pz v100060 n p z n , 14 100060 nzp v min/ r30n4.33 5.71 p 1t 0 0 v p 3.3.43.3.4 確定中心距和鏈節(jié)數(shù)確定中心距和鏈

47、節(jié)數(shù) 因?yàn)槔Τ尚秃笮螤顬檎呅?，技術(shù)要求每層厚度為 200-1030mm。 由下圖正六邊形特性可知； （3.6） mm adcfbf mmap 892 2 3 1030 2 3 2 3 1030 maxmaxmax max 圖 3.2 正六邊形 據(jù)此可知，提升支架在垂直方向在大活動(dòng)距離不大于 892mm，而提升連接 頭在斜向 120 度方向最大活動(dòng)距離不得低于 1030mm，因而從動(dòng)輪中心距 1030mm，考慮提升連接頭不可以碰撞兩鏈輪，故兩從動(dòng)輪中心距必須適當(dāng)加大， 取提升支架在斜向 120 度方向的運(yùn)行距離為 1170mm。 綜合考慮機(jī)器的工作要求和場地條件，主動(dòng)輪最好的布置位置為從動(dòng)輪

48、 (1)的正下方。另外鏈傳動(dòng)必須安裝張緊裝置，所以主動(dòng)鏈輪的位置相對于從動(dòng) 鏈輪（2）須在鉛垂方向要有適當(dāng)?shù)奶岣?。綜上所述，從動(dòng)輪（1）的正下方與 主動(dòng)鏈輪的中心距 a2=1040mm，下從動(dòng)輪（2）較主動(dòng)鏈輪低 h=230mm?？紤]提 升牽引作用，則兩從動(dòng)鏈輪中心線需與水平方向成 120 度角。那么主動(dòng)鏈輪與 下從動(dòng)鏈輪（2）在水平方向的距離為： (3.7) .734 3 2301040 mml 則：主動(dòng)鏈輪余下從動(dòng)鏈輪的中心距： 。 (3.8)mma 2 . 769230734 22 3 兩從動(dòng)鏈輪的中心距為： 。 (3.9)mma1463 2 3 2301073 1 鏈節(jié)數(shù)為： 75.1

49、05 3 171717 1 . 38 76710401463 3 321321 zzz p a p a p a lp 為了增加鏈輪的嚙合齒數(shù)，提高傳動(dòng)能力。應(yīng)適當(dāng)增加鏈節(jié)數(shù)，這樣可以 在張緊裝置的作用下使鏈輪嚙合數(shù)增加，提高傳動(dòng)能力。取 lp=101。如下圖 圖 3.3 聯(lián)傳動(dòng)簡圖 3.3.53.3.5 軸上力的計(jì)算軸上力的計(jì)算 作用軸上的力： 工作拉力： n (3.10)8333.3 0.3 6 15 1000 v 1000 額 p f 工作平穩(wěn)： (3.11).21f（ 10000n8333.81.2f.31 ） 3.3.63.3.6 鏈傳動(dòng)的潤滑，布置和張緊鏈傳動(dòng)的潤滑，布置和張緊 鏈傳

50、動(dòng)的潤滑：良好的潤滑有利于減少鉸鏈的磨損，提高傳動(dòng)效率，緩和 沖擊從而延長鏈條的壽命。 潤滑方式的選擇：由于鏈條的運(yùn)動(dòng)是在空間的運(yùn)動(dòng)，不宜用潤滑油潤滑， 所以選用人工定期潤滑。 鏈傳動(dòng)的步置：鏈傳動(dòng)的布置合理與否，對傳動(dòng)的工作性能和使用壽命有 很大影響，布置時(shí)，兩鏈輪已處于同一平面內(nèi)，兩軸平行，一般應(yīng)采用水平或 接近 水平布置，并使松邊在下。 鏈傳動(dòng)的張緊：主要是為了避免鏈的垂度過大，嚙合時(shí)鏈條上下顫動(dòng)，同 時(shí)也可以增加嚙合包角。 常用的張緊方法：（1）用調(diào)整中心距來進(jìn)行張緊； （2）附加張緊裝置。 綜上所述設(shè)計(jì)中的鏈傳動(dòng)采用彈簧調(diào)節(jié)張緊。 3.3.73.3.7 設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)結(jié)果 綜上所述，鏈

51、條的設(shè)計(jì)結(jié)果為：滾子鏈型號：24a2110 gb124383 鏈輪齒數(shù)：17 321 zzz 中心距： mmmmaamma767,1040,1463 321 壓軸力：nf10000 潤滑方式：人工定期潤滑 3.43.4 滾子鏈輪的設(shè)計(jì)選擇滾子鏈輪的設(shè)計(jì)選擇 滾子鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸： 基本參數(shù)：鏈條齒數(shù)：z=17； 配用鏈條：節(jié)距 p=38.1mm 排距 mmpt44.45 滾子外徑 mmd23.22 1 主要設(shè)計(jì)尺寸：分度圓直徑 d： 4 . 207 17 180 sin 1 . 38 180 sin z p d （3.12） 齒頂圓直徑 86.22623.22 1 . 38) 17 6

52、 . 1 1 (4 .207) 6 . 1 1 ( 795.23223.22 1 . 3825 . 1 4 .20725 . 1 1min 1max dp z dd dpdd a a （3.13） 分度圓弦齒高 mm14h 94 . 7 48.14 a min max 取 mmh mmh a a 齒側(cè)凸緣； g d mm8.4138 6.70h4.01 t 180 pcotd 2g （3.14） 取mm130dg 鏈輪轉(zhuǎn)速 n 由min/ r270n 2 nv得及 3.53.5 主動(dòng)鏈輪軸的計(jì)算主動(dòng)鏈輪軸的計(jì)算 已知參數(shù)：電機(jī)功率為 15kw，轉(zhuǎn)速為 1460r/min。 3.5.13.5.1

53、 選擇軸的材料選擇軸的材料 選擇軸的材料，應(yīng)考慮下列因素：軸的強(qiáng)度，剛度及耐磨性要求；熱處理 方法；材料質(zhì)量；材料加工工藝性；材料價(jià)格等。 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理 或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸有為廣泛， 其中常用的為 45 號鋼。 合金鋼力學(xué)性能和淬火性能比碳素鋼要好，但對應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià) 格較貴，多用于對強(qiáng)度和耐磨性要求較高的場合。40cr 經(jīng)調(diào)制處理后，綜合力 學(xué)性能很好，是軸最常用的合金鋼。 該軸無特殊要求，因此選用調(diào)制處理的 45#，。mpa b 640 3.5.23.5.2 初步估算軸徑初步估算軸徑 對于機(jī)

54、器中的一般轉(zhuǎn)軸，主要應(yīng)滿足強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的要求；對于剛度要求的 軸（如機(jī)床主軸） ，主要應(yīng)滿足剛度要求；對于一些高速機(jī)械的軸（如高速磨床 主軸，汽輪機(jī)主軸等） ，要考慮滿足振動(dòng)穩(wěn)定性的要求。 在轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)中，其特點(diǎn)是不能首先通過精確計(jì)算確定軸的截面尺寸。因?yàn)?轉(zhuǎn)軸工作時(shí)，受彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用，而彎矩又與軸上載荷的大小及軸上零件 相互位置有關(guān)，所以當(dāng)周的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩，因此 轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時(shí)，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗(yàn)公式估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最 后進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。 對于僅承受轉(zhuǎn)矩或主要承受轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，常采用此方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算， 對既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩作用的軸，在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

55、前，常采用此法做軸的 最小直徑估算，用降低許用應(yīng)力的辦法來補(bǔ)償彎矩對軸強(qiáng)度的影響，對于 t 不太重要的軸，也可作為最后的強(qiáng)度計(jì)算。 軸的強(qiáng)度條件為 10 t 109550 3 t t w n p w t 式中：周所傳遞的轉(zhuǎn)矩，nmm； t 軸的抗扭截面系數(shù)，mm ； t w 3 p軸所傳遞的功率，kw； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min； 軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，mpa。 t 對實(shí)心軸，將中，可 w n p 109550 w t 516 t 3 t t 33 tt dd w 代入 得軸的直徑 3 3 )109550( 5 n p c n p d t 式中：c由軸的材料和承載情況確定的系數(shù)； 按上式求得的直徑

56、，應(yīng)考慮到鍵槽會消弱軸的強(qiáng)度。因此，如軸上有一個(gè) 鍵槽，軸徑應(yīng)增大 5%，有兩個(gè)增大 10%。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸端處的最小軸徑。取 c=120。 作用到軸上的功率： （3.15） kw8.96 9.905.909.9015 2 1 2 1 4112 電 pp 根據(jù)公式： （3.16）mm4.452 270 8.96 120 n p cd 3 3 2 2 min 由于安聯(lián)軸器出有一個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)增加 5%，為使所選軸頸與聯(lián)軸器孔相 適應(yīng)，所以 （3.17）mmdd55%)51 ( minmin 3.5.33.5.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是根據(jù)工作條件確定軸的結(jié)構(gòu)外形和全

57、部結(jié)構(gòu)尺寸， 在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的主要因素有：軸在機(jī)械中的安裝位置及形式；軸 上安裝的零件的類型，尺寸，數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)，大小， 方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu) 形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必 須針對不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，無論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿 足：軸和裝載軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于拆裝和調(diào)整； 周應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要結(jié)局下面幾個(gè)主要問題： （1） 軸上零件的位置 軸上零件布置是否合理，關(guān)系到能否改善軸的結(jié)構(gòu)合理性和裝配工藝 性，有

58、時(shí)甚至關(guān)系到能否改善軸的受力情況，提高軸的強(qiáng)度等問題。因此， 擬定軸上零件的布置方案時(shí)進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提。 鏈輪靠套筒定位，裝拆，傳力均較方便，兩端軸承用統(tǒng)一尺寸，以便 于加工，安裝和維修。 （2） 軸上零件的定位和固定 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向的相對運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有特 殊的結(jié)構(gòu)要求外（如游動(dòng)或空轉(zhuǎn)） ，一般都必須要求定位準(zhǔn)確?？煽?。常用 的周向定位方法有平鍵，花鍵，銷，緊定螺釘以及過硬配合等，其中緊定 螺釘僅用于傳力不大的零件。 鏈輪與軸，半萬向聯(lián)軸與軸的軸向定位均采用平鍵連接。根據(jù)軸的直 徑有機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊查的鏈輪，半萬向接軸處的鍵面尺寸分別為 b*h=22mm*9mm，

59、配合均為 n9/js9，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制， 軸的尺寸公差為 n9。 圖 3.4 軸及軸上零件定位 （3） 直徑和長度的確定 臨界在軸上的布置方案確定后可初步估算軸所需的最小直徑（通常是 min d 軸端段） ，近而初步確定階梯軸各段的直徑，長度和配合類型。軸徑的初步估算 常用下列兩種方法：轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸徑；按經(jīng)驗(yàn)公式估算軸徑 估算出軸的最小直徑后，按軸上零件的布置方案和布置要求，從軸端段起 逐一確定各段的直徑。需要注意的是，當(dāng)軸段有配合需求時(shí)，應(yīng)盡量采用推薦 的標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動(dòng)軸承，聯(lián)軸器等）部位的軸徑尺寸，應(yīng)取為 相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。另外，為了使齒輪，軸承等有配合要求

60、的零件裝拆方便，避免 配合表面刮傷，應(yīng)在配合段前采用較小的直徑，或在同一軸段的兩個(gè)部位上采 用不同的配合公差值。 軸的各段長度主要是根據(jù)和零件與軸的配合部分的尺寸和相鄰零件必要的 空隙來確定。為了保證軸上件軸向定位可靠，如齒輪，鏈輪，聯(lián)軸器等軸上零 件相配合部分的軸段長度一般應(yīng)比輪轂長度短 23mm。 確定各段軸徑和長度，軸上零件較少，安裝定為方便，該軸可設(shè)計(jì)為光軸。 軸長取決于零件的寬度及它們的相對位置，因此設(shè)計(jì)軸80，軸長為 600mm。 （4） 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式便于軸的加工和軸上零件的裝配 并且要求生產(chǎn)率高，成本低。為了便于軸的裝拆和去掉加工時(shí)的毛刺，軸 的