塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設計,塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設計,縱向,焊縫,焊接,升降,平臺,設計 青島農業(yè)大學海都學院 本科生畢業(yè)論文（設計） 題 目： 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設計 姓 名： 系 別： 工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 學 號： 指導教師： 呂寶君 2011 年 6 月 18 日 畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作 及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確 標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及 已獲得青島農業(yè)大學或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。與我一同 工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了 謝意。 論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書 本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論 文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。本人授權 青島農業(yè)大學可以將本畢業(yè)論文（設計）全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進 行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設 計） 。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設計）或與該論文（設計）直接 相關的學術論文或成果時，單位署名為青島農業(yè)大學。 論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 目 錄 摘要 .I ABSTRACT .II 1 緒論 .1 1.1 課題研究的目的和意義 .1 1.1.1 世界風塔發(fā)展狀況 .1 1.1.2 中國風力發(fā)電發(fā)展狀況 .1 1.1.3 課題研究的意義 .3 1.2 升降平臺的研究與使用現(xiàn)狀 .3 2 升降平臺型式分析與方案選定 .5 2.1 升降平臺的的設計要求 .5 2.2 升降平臺的總體布置 .5 2.3 升降平臺型式綜合分析與方案優(yōu)選 .6 2.3.1 升降平臺型式的綜合分析 .6 2.3.2 升降平臺的結構設計 .7 2.3.3 升降平臺的工作原理 .8 3 傳動系統(tǒng)的設計 .9 3.1 電動機的選擇 .9 3. 2 鏈傳動設計 .10 3.3 傳動軸的設計及校核 .11 3.4 滾輪的設計 .17 3.5 聯(lián)軸器選擇 .19 3.6 平衡配重的設計 .20 4 總體支架的設計 .22 4.1 支架立柱設計 .22 4.2 平臺的結構設計及校核 .24 5 結論 .27 參考文獻 .28 致謝 .29 I 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設計 摘要 風能是一種清潔的可再生能源，風力發(fā)電逐漸成為世界各國重點發(fā)展的能源之一，風力發(fā)電機的 制造業(yè)也隨之成為新興的制造產業(yè)。通過對風塔制造過程的研究和學習，完成了風塔縱縫焊接升降平 臺的設計，包括平臺升降系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、配重平衡機構及支架等部分。設計中采用了鏈傳動的機械 升降系統(tǒng)，通過升降裝置實現(xiàn)平臺高度的調節(jié)，滿足了不同直徑塔筒的縱縫焊接施工要求。設有配重 裝置，減小了平臺升降時的動力消耗，增加了運動平穩(wěn)性。采用單側支架結構，減小了所占用的車間 生產面積。本設計對于提高產品的質量、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及提高經(jīng)濟效益等都 具有十分重要的意義。 關鍵詞：塔筒；埋弧自動焊；縱縫焊接；升降平臺 II Design of Lifting Platform Which Used for Welding Longitudinal Seam on Wind Turbine Towers Drum Abstract The wind energy is one kind of clean renewable energy source, the wind power generation becomes one kind of key development points all over the world. And wind generators also become the new developing parts of the manufacturing industries.Through the research of wind turbine towers manufacturing process,I have completed the design of the platform lifting which used for welding the longitudinal seam on wind turbine towers.It includes platform lifting system,electric driving system, counterweight system and support. In the design，the platform hight can be adjust by the chain drive system to satisfie the construction request of the longitudinal seal welding on different diameter tower tubes. The counterweight device reduced the power consumption when the platform rises and falls, increase the smoothness of motion of the platform.The unilateral bracket structure reduced the occupied area of theworkshop.This design can improve the quality of products ,reduce the working hours and labor intensity, enhance the econmic effciency and so on. Key words: wind turbine towers drum； submerged arc welding；longitudinal seam welding； lifting platform 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 1 1 緒論 1.1 課題研究的目的和意義 1.1.1 世界風塔發(fā)展狀況 在自然界中，風能是一種可再生、無污染而且儲量巨大的能源。 風力發(fā)電逐漸成為世界各國重點發(fā)展的能源之一，風力發(fā)電機的制造業(yè)也隨之成為 新興的制造產業(yè)。 一、世界風電裝機容量快速發(fā)展 1.世界風能資源儲量豐富 世界風能資源儲量十分豐富。有關人員經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：按在 80 米高度處 6.9 米/秒的 風速來計算，全球風能可利用資源量為 72 萬億千瓦。即使只成功利用了其中的 20%，依 然相當于世界能源消費量的總和。因此，風力發(fā)電具有很大的潛力。 2.世界風電裝機容量快速增長 1 )風電技術持續(xù)發(fā)展，成本持續(xù)下降 通過產業(yè)技術進步，風電的成本也持續(xù)下降。目前，在各種可再生能源之中，風電 的成本最低。國內的風電平均成本為 0.50 元/( kWh)，總成本費用已經(jīng)接近新投資的水 電和火電。 最近，世界風能理事會對進一步降低風電成本問題進行了分析研究后，認為風電成 本下降，60%依賴于規(guī)?；l(fā)展，40%依賴于技術進步。過去的風電成本下降更多的是依 據(jù)技術進步，以后風電成本進一步下降則更多的是依賴于規(guī)?；?、系列化和標準化。世 界風能理事會估計到 2020 年，陸上風機的總體造價還可以下降 20%-25%，海上風機的造 價可以降低 40%以上，發(fā)電成本可以同幅下降。 2)世界風電裝機容量快速增長 風力發(fā)電在可再生能源中是技術相對成熟、成本相對較低的一種，受到各國的普遍 重視，裝機容量快速增長。從 1996 年起，全球累計風電裝機連續(xù) 12 年增速超過 20%， 平均增速達到 28.33%。 1.1.2 中國風力發(fā)電發(fā)展狀況 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 2 一、我國的風電資源豐富 我國風能資源及其分布 我國位于亞洲大陸東部，瀕臨太平洋，季風強盛，內陸還有 許多山系，地形復雜，加之青藏高原聳立我國西部，改變了海陸影響所引起的氣壓分布 和大氣環(huán)流，增加了我國季風的復雜性。冬季風來自西伯利亞和蒙古等中高緯度的內陸， 那里空氣十分嚴寒干燥，冷空氣積累到一定程度，在有利高空環(huán)流引導下，就會爆發(fā)南 下，俗稱“寒流 ”，在此頻頻南下的強冷空氣控制和影響下，形成寒冷干燥的西北風侵襲我 國北方各?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)） 。每年冬季總有多次大幅度降溫的強冷空氣南下，主要影 響我國西北、東北和華北，直到次年春夏之交才消失。 夏季風是來自太平洋的東南風、 印度洋和南海的西南風，東南季風影響遍及我國東半壁，西南季風則影響西南各省和南 部沿海，但風速遠不及東南季風大。 青藏高原地勢高亢開闊，冬季東南部盛行偏南風， 東北部多為東北風，其他地區(qū)一般為偏西風，夏季大約以唐古拉山為界，以南盛行東南 風，以北為東至東北風。 我國幅員遼闊，陸疆總長達 2 萬多公里，還有 18000 多公里的 海岸線，邊緣海中有島嶼 5000 多個，風能資源豐富。 二、我國風力發(fā)電機組設備制造業(yè)前景廣闊 1、國際國內差距正在縮小 風力發(fā)電機組設備制造行業(yè)是一個進入壁壘較高的行業(yè)。所以行業(yè)集中度非常高， 全球十大風電設備商累計占全球市場 96%的份額。僅 4 家最大風力發(fā)電機組設備制造商就 掌控了全球市場 75%的份額。 國內市場的風力發(fā)電機組產品供應商也主要以國際廠商為主，2004 年、2005 和 2006 年，國際廠商產品占國內市場份額的比例分別為 75.35%、70.59%、58.80%。 根據(jù)國家發(fā)展改革委員會關于風電建設管理有關要求的通知 ，風電設備國產化率 要達到 70%以上，不滿足設備國產化率要求的風電場不允許建設。因此，國際風機產業(yè)巨 頭紛紛在中國設立總裝廠、配件工廠或是研發(fā)中心。隨著未來國內廠商對外方技術的吸 收，以及風機制造經(jīng)驗的增加、相關政策的實施、行業(yè)標準的制定，可以預期我國風電 產業(yè)大環(huán)境將得到較大改善，技術研發(fā)實力將得到提高，技術工人將增加，與國際先進 技術的差距將縮小。 2、市場供求狀況 在未來很長一段時期內，我國對風力發(fā)電設備的需求將持續(xù)保持強勁增長態(tài)勢。自 2003 年以來，我國風電裝機容量增長迅速，據(jù)預測，2011 年中國風電裝機總量將可能達 到 1740 萬千瓦。 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 3 隨著國家產業(yè)政策的大力扶持，以及能源短缺和環(huán)境保護壓力的持續(xù)增大，風力發(fā) 電技術的逐步成熟和成本的降低，風電行業(yè)將保持持續(xù)增長態(tài)勢。 供給方面，風力發(fā)電機組整機制造進入壁壘較高，從進入到形成穩(wěn)定的批量生產能 力的時間較長，生產能力的擴大比較緩慢，而且先行的整機制造商已與零部件供應商結 成了戰(zhàn)略合作伙伴，穩(wěn)定的訂單占據(jù)了一定的制造資源，給后來的整機廠進入市場帶來 了一定的困難，因此形成了暫時的市場供不應求的局面。預計 2010 年以前，我國風力發(fā) 電機組市場供給的增長總體上將落后于需求的增長。2010 年以后，有可能出現(xiàn)供求基本 平衡、略有短缺的局面。 1.1.3 課題研究的意義 風力發(fā)電機的制造過程中，塔筒的焊接是影響進度和質量的一個重要因素。如何能 提高風塔的塔筒的焊接速度及質量，是迫切需要解決的重要問題。因此，本課題對于塔 筒縱向焊縫焊接升降平臺的研究具有重要意義。 本課題涉及風塔塔筒縱向焊縫焊接升降平臺的設計問題。對于塔筒是圓柱形并且直 徑很大（3-4 米）的這一情況，焊工在焊接時會有很大的不便。在縱縫焊接過程中，由于 其結構的特殊性，在以前有好多廠家在對鋼板卷制后的筒體縱縫外進行埋弧自動焊接時， 需要先將焊縫轉到上面， 然后在其上搭設臨時架子， 在架子上安放埋弧自動焊接小車， 由小車的運動來完成對其下面的縱縫外的焊接。這種方法的缺點是搭架子費工費時， 工效低不方便流水作業(yè)， 而會導致焊接之后焊縫質量不過關，焊接效率太低，工作人員 進行焊接時也具有很大的危險性。 課題要求設計出一臺風塔塔筒縱縫焊接平臺裝置，以滿足多種不同規(guī)格的風塔制造 要求，生產出不同尺寸要求的風塔塔筒，滿足企業(yè)的生產需要。這對于保證產品的質量 要求、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及降低生產成本、提高經(jīng)濟效益等都具有 十分重要的意義。 1.2 升降平臺的研究與使用現(xiàn)狀 風力發(fā)電塔的焊接工藝設計必須以簡潔、實用、可靠為原則，并具有良好的可操作 性，才能保證施工順利進行及產品焊接質量。因此，對焊接的輔助設備要求很高。 在以前，有好多廠家在對鋼板卷制后的筒體縱縫外進行埋弧自動焊接時需要先將焊 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 4 縫轉到上面，然后在其上搭設臨時架子，在架子上安放埋弧自動焊接小車，由小車的運 動完成對其下面的縱縫外的焊接。這種方法的缺點是搭架子費工費時、工效低，不方便 流水作業(yè)，而縱縫焊接升降平臺克服了上述缺點，它的升降功能可以適應直徑大小不同 的筒體，且人員在平臺上操作埋弧自動焊接小車，既安全、又方便。使用這種工裝有利 于組織流水作業(yè)，提高工效。 現(xiàn)在，在激烈的市場競爭要求下，雖然各個廠家基本上都采用了不同的焊接裝備來 輔助焊接，但是大體上都是采用升降平臺來完成焊接輔助。 升降臺目前比較成熟的種類有（1）液壓缸斜置驅動的剪叉式升降臺;（2）絲杠剪叉 式升降臺（3）垂直絲杠傳動的機械式升降平臺（4）采用氣液聯(lián)動系統(tǒng)，利用 PLC 控制 技術，用于物品在垂直方向疊放的氣液聯(lián)動升降平臺以及鏈輪控制的升降平臺?，F(xiàn)在 國內絕大部分縱縫焊接裝置都具有可移動懸臂架、升降平臺、電控系統(tǒng)等部分。 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 5 2 升降平臺型式分析與方案選定 2.1 升降平臺的的設計要求 本課題擬設計一種用于風塔塔筒焊接的專用設備，風力發(fā)電機的塔筒為圓筒形焊接 結構，是在鋼板卷筒后采用埋弧自動焊完成縱向焊縫的焊接，然后用環(huán)縫埋弧自動焊對 接組合成不同長度的塔筒。在縱向焊縫的焊接過程中，由于焊件結構的特殊性，需采用 平臺裝置進行焊接。所以要求縱縫焊接用升降平臺能夠實現(xiàn)垂直移動，能夠滿足直徑 1000d4000mm，長度 13 m 范圍內各種尺寸規(guī)格塔筒的焊接施工要求，能夠生產出不 同尺寸要求的風塔塔筒來滿足企業(yè)的生產需要。 初步計劃由升降機構、平臺、平臺護欄、扶梯及電控系統(tǒng)等組成。根據(jù)塔筒的焊接 施工要求，所設計的設備應達到以下幾點要求： 1) 平臺的面積要足夠大，滿足筒體能在下面進行焊接的要求； 2)平臺上升的距離應滿足塔筒直徑的變化范圍。 3)運行平穩(wěn)可靠，故障率小，平均升降速度:0.017m/s； 在已經(jīng)有上述設計條件的前提下，對縱向焊縫升降平臺的可用程度有著決定性影響 的因素有: 電機及減速機的選擇；立柱采用的結構形式；為承受住平臺運行所需舉升臺面 的重量，斷面尺寸為多少；立柱的高度；平臺的面積，平臺可上升的高度，上升下降活 動實現(xiàn)的方式等。 對以上問題進行綜合分析與計算，確定升降平臺的優(yōu)化目標為: 第一、保證平臺運行時的平穩(wěn)性。 第二、使機構尺寸合理，最大限度利用空間。 第三，保證產品的經(jīng)濟性。 2.2 升降平臺的總體布置 初步設計升降平臺總體布置由支撐平臺的支架、驅動系統(tǒng)、升降機構、平臺、平臺 護欄、扶梯及電控系統(tǒng)等組成。平臺下面應有足夠的空間放置筒體，進行焊接。 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 6 2.3 升降平臺型式綜合分析與方案優(yōu)選 2.3.1 升降平臺型式的綜合分析 工程設計制造中任何機構或傳動形式存在正反兩方面的特性，工程技術人員正是在 這兩個方面尋求平衡點，使有利的優(yōu)秀的特性發(fā)揮的淋漓盡致，同時最大限度克服不利 因素。 方案一：地軸絲杠傳動升降臺。 立柱結構為四立柱徑向對稱形成兩門架，門架上安裝承重定滑輪，由配重系統(tǒng)通過 承重定滑輪將雙層桁架體懸掛在兩門架之間;絲杠通過螺母及支承架與雙層桁架聯(lián)接，絲 杠上端與門架固定，垂直吊掛，下端從 90換向減速器中獲得扭矩。此結構有效隔離了 高速地軸對雙層桁架體的振動影響，降低了高速地軸的理論計算難度。同時絲杠又起到 對升降臺導向、鎖定的作用，簡化了其它傳動形式對導向、鎖緊等司服系統(tǒng)的要求，提 高整套設計的可靠性。 絲杠垂直的站立，將旋轉運動轉換為垂直升降運動，具有傳動剛性好，速比、定位 精確，可自鎖等特點。但絲杠加工難度大， 加工工藝復雜; 根據(jù)絲杠升降臺對垂直絲杠 的使用要求，需要改造普通車床為專業(yè)長絲杠車床，車出的絲杠才能達到使用要求，還 要配合相應的安裝規(guī)范，使垂直長絲杠傳動達到工業(yè)應用水平。而且 4 根絲杠安裝調試 難度大等因素又制約機構傳動的實現(xiàn)。高速地軸傳動，傳遞扭矩小，經(jīng)濟性高。但參數(shù) 選定不易把握。 方案二：液壓缸斜置驅動的剪叉式升降臺 剪叉式升降升降臺：是用途廣泛的高空作業(yè)專用設備。它的剪叉機械結構，使升降 臺起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺和較高的承載能力，使高空作業(yè)范圍更大、并 適合多人同時作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，安全更保障。 剪叉式結構的升降臺，在實際使用中存在一些不足: 1.剪叉式結構的升降臺結構特殊，平臺下面是交叉結構，無法放入筒體，不適合筒體 焊接。 2.剪叉式升降臺負載不能過大，液壓油缸(內設密封圈) 超載的問題目前仍未解決好; 3.大部分液壓升降臺面都因液壓元件長時間受載引起泄漏，導致臺面下沉，有的在 24 小時內就下沉 20 毫米左右; 4.起動力矩與負載比偏大，從文獻 11中可以看出，其驅動力與負載比變化曲線坡度很 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 7 陡，起動力很大，能源浪費，當起升角 = 10時，起動力約為負載的 3 倍，而當起升 角達到 = 60 以后，起動力才接近于負載; 5.起始高度較高，機構較為龐大，地坑較深，占用空間較多。 方案三：液壓升降機 甘銳等 7設計了一種液壓升降機。平臺上升時,其速度可用調速器設定，因調速器的 速度負載特性較好,因而確保了上升的平穩(wěn)性和安全性。設計還采用了液壓單向閥的鎖緊 回路，當換向閥處于中位時，其 H 型的中位機既能使泵在不停機的狀態(tài)下卸載來減少功 率消耗，又能使液控單向閥的控制油口接油箱，這樣可以利用液壓鎖的良好密封性能阻 止立式液壓缸及平臺不致因自重或泄漏而下滑，但是液壓系統(tǒng)地油路在車間焊接時，容 易受到焊接時產生的火花的影響，有很多不安全因素，因此，不宜選取。 方案四：鋼絲繩滾筒升降臺 鋼絲繩滾筒升降平臺由 T 形焊接平臺，方形立柱，橫梁箱組成，動力系統(tǒng)放置在方 形立柱內，“ T”形焊接平臺實現(xiàn)升降時，正反轉電機帶動蝸輪蝸桿減速機，減速機帶動 卷筒正反轉卷繞鋼絲繩，鋼絲繩正反轉通過滑輪組實現(xiàn)對平臺的升降。電機轉速，經(jīng)過 減速后使平臺得到的升降速度。 此設計的缺點是沒有設置配重，增大了電機的驅動功率。下降運動一啟動，會造成 平臺突然下降的情況，平臺運動不穩(wěn)定。 方案五：鏈傳動升降臺 鏈傳動升降臺由 T 形焊接平臺，四根方形立柱，傳動系統(tǒng)組成， “T”形焊接平臺實 現(xiàn)升降時，正反轉電機帶動蝸輪蝸桿減速機轉動，使得鏈輪旋轉，鏈條升降，并通過增 設配重機構，減小驅動機功率。 以鏈輪取代絲杠，以框式結構取代剪叉式結構的新型升降臺，采用鏈輪結構避免了 絲杠加工難度大，加工工藝復雜;多根絲杠安裝調試難度大等問題。框架結構取代剪叉式 結構，增強了平臺的負載能力，避免了剪式平臺機構無法放置平臺的缺陷，也沒有液壓 油路，是施工現(xiàn)場十分干凈，避免了焊接時火花接觸油路的危險。 由上面綜合分析可得，采取鏈傳動式升降臺，比較適合進行塔筒縱向焊縫焊接。 2.3.2 升降平臺的結構設計 一、初步設計方案 根據(jù)升降臺的工作性質，以及升降臺的各種功能要求，初步設計采用鏈傳動升降臺 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 8 的形式，但是計劃如下： 1.受到車間空間的限制，所以決定采用單排支架的形式； 2.受到筒體直徑的要求，平臺的伸出長度應至少達到 2.2 米； 3.為使平臺升降輕便，增設配重平衡機構，并設計在平臺與支架之間采用滾輪連接的 方式； 4.電機、減速器、均設在鏈輪軸處，電機經(jīng)減速機減速后，通過鏈輪旋轉，帶動平臺 運動。 5.選擇可正反轉的電機，實現(xiàn)平臺上升或下降不同方向的運動。 二、具體設計方案 具體設計工作如下: 兩根槽鋼立柱代替方案五中的四根方形立柱，徑向組成左右兩個門架，兩門架通過 承重軸加上鏈輪將配重及升降臺本體掛起。這樣整個升降臺與另一邊的配重通過門架組 成一個可上下相對運動的體系，由于電動機可以正反轉，電動機經(jīng)過減速機減速， 再由 減速機帶動主軸轉動，使得鏈輪轉動，使得鏈條實現(xiàn)上下運動，從而實現(xiàn)平臺的升降運 動。 2.3.3 升降平臺的工作原理 上述的設計方案中，縱縫焊接升降平臺的工作原理如下： 將需焊接的筒體放在臺車的滾架上使其縱縫在上面， 由軌道推入“T”形焊接平臺 下面， 將“ T”形焊接平臺升降到合適的位置上使焊接自動小車焊頭與縱縫對正， 焊接 小車縱向運動便可完成對縱縫的埋弧自動焊接。重復操作便可流水作業(yè)。 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 9 3 傳動系統(tǒng)的設計 3.1 電動機的選擇 電機采用正反轉電機， 可以實現(xiàn)正反轉，可以改變主軸的旋轉方向。從而改變平臺 的上升和下降。減速機采用蝸輪蝸桿減速機具有傳動比大， 適于低速重載， 傳動平穩(wěn)， 具有自鎖性等優(yōu)點。 驅動機選擇 設備傳動功率流由圖 3-1 表示 圖 3-1 設備傳動系統(tǒng)原理圖 1. 電機; 2. 聯(lián)軸器; 3. 減速機; 4. 聯(lián)軸器; 5. 減速機; 6. 聯(lián)軸器; 7. 軸承 8. 鏈輪 9. 軸承 1. 計算傳動效率 傳動總效率: （3 1）123456789 式中： 1電動機傳動效率 0.775 2聯(lián)軸器傳動效率，1 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 10 3減速機傳動效率，0.605 4聯(lián)軸器傳動效率，1 5減速器傳動效率，0.605 6聯(lián)軸器傳動效率，1 7軸承 1 傳動效率，0.99 8軸承 2 傳動效率，0.99 9滾子鏈傳動效率，0.97 經(jīng)計算得：= 0.115 2. 計算電機功率 上升臺面所需舉升力: （3 2）123fFGK : 平臺自身重量,8370N1G : 外加載荷的重量, 3300N2 ：配重的重量, 9835N3 ：摩擦力, 2425NfF : 動荷系數(shù)，按 1.5 估算K 計算得： = 6390 (N ) 電機功率 P = （3 3）FV310 式中： =0.0173m/sV 經(jīng)計算得：P = 0.961(kW ) 因此選用 Y100L-6 電機，其額定功率 P 電=1. 5 kW，轉速 n = 940 r/min， 3. 2 鏈傳動設計 1.確定計算功率 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 11 查文獻 9 中表 9-6，選擇工況系數(shù) =1.4，圖 9-13，主動鏈輪齒數(shù)系數(shù) Kz=1.44AK 選取 Kp=1(單排鏈) = （3 4）caPAZp P = 0.961(kW ) 經(jīng)計算得： =0.242 kWca 2. 選擇鏈條型號并確定鏈輪齒數(shù) 根據(jù) Pca 和 n=1.56 r/min 查文獻 9中圖 9-11，可選 20-A，查表 9-1，鏈條節(jié)距為 p=31.75mm 由于設計時規(guī)定平臺移動速度為 0.0173m/s， 所以根據(jù)公式 （3 5）601znpV 得出鏈輪齒數(shù) z=21 比較合適 3.確定潤滑方式 由 V=0.0173m/s，和鏈條號為 20-A，查文獻 9圖 9-14 可知應采用滴油潤滑 4.計算壓軸力 Fp 有效圓周力為： Fe=1000 （3 6）PV P = 0.961(kW ) V=0.0173m/s 經(jīng)計算得 Fe =6937(N) 鏈輪垂直布置，KFp=1.05， 則壓軸力為 Fp= KFp Fe （3 7） 經(jīng)計算得：Fp =7284（N） 取安全系數(shù) K=8 查文獻 9 中表 9-1 得 20A 型號鏈條，抗拉載荷為 86.7KN Fmax=Fp 8=58.270(KN)0.07d，故取-段軸徑取 d=42mm， 長度初定為 55mm，在鏈輪左端和軸承之間采用套筒進行定位。 在-段上，軸肩高度 h0.07d，故取- 段軸徑取 d=45mm，長度初定為 120mm， 并且要放置一對軸承。 軸承選擇：由于軸徑選擇為 45mm，帶座外球面球軸承有底座，比較好固定，從而選擇 UCP209。 軸承校核： 因為鏈輪不承受軸向力，只承受徑向力，即 =0Far 初步計算當量動載荷 P: P=fp(XFr+YFa) （3 12） 按照表 13-6，fp=1.2 所以 P=1.2 Fr=6045 (N) L =20 300 24=144000(h)h C=P （3 13） 601nLh 經(jīng)計算得：C =14.26(KN) 查文獻10中 515 頁和 522 頁 根據(jù)軸徑 d=45mm，C=14.26(KN) 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 15 選取型號 UCP209，帶座外球面球軸承有底座，比較好固定， 在-段上，軸肩高度 h0.07d，故取- 段軸徑取 d=50mm，長度初步確定為 665 mm。 在-段上，為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，需要在右端制出一軸肩，軸徑的大小 需要由聯(lián)軸器的計算轉矩來決定。 聯(lián)軸器的選擇： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計算得： T =553(N.m) T = T （3 14） CaAK 查文獻9中表 14-1，取 =1.3AK 經(jīng)計算得：T =718.9(N.m)Ca 查文獻12 1920 頁 公稱轉矩可以選 1000 N.m 選取型號 YL11 聯(lián)軸器孔徑 d=45mm，聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L=84mm 為了保證兩軸在相連時不會緊靠在一起，所以要留有一定縫隙，避免引起摩擦，所以取 軸的長度為 82 mm。 5.軸上零件周向定位 鏈輪，聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。 鏈輪處的平鍵選擇 由于 d=42mm，查表 6-1 得 選擇 12 8 長度選擇 50 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為保證鏈輪與軸配合有良好的對中性，故 選擇鏈輪輪轂與軸的配合為 76Hn 聯(lián)軸器處的平鍵選擇 由于 d=45mm，查表 6-1 得 選擇 14 9 長度選擇 70 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性， 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 16 故選擇聯(lián)軸器與軸的配合為 76Hk 6.軸的強度校核: 由于主軸既承受扭矩又承受扭矩，需要按照彎扭合成強度條件進行計算。 從圖 3-3 中 看出：1F圖 + = （3 15） 1NHF2t = (0.0825+0.0975)- 0.0975 （3 16）2NHFM1F 解之得： =2598.75 (N)1NHF =2198.95(N)2 并做出彎矩圖 。最大彎矩為 214.4 N.mHM 從圖 3-3 中 看出：2F圖 + = （3 17）1NVF2r = (0.0825+0.0975)- 0.0975 （3 18）2NHFr 解之得： =2728.7(N)1NVF =2308.9(N)2 并做出彎矩圖 . 最大彎矩為 225.1 N.mVM 做出總彎矩圖，最大彎矩為 311.03 N.m ca= （3 18）224 = 2()MW 取 =0.3 W=0.1 =0.1 =7408.83d3423m 查文獻 9 表 15-1 得： 40Cr 許用用力 =70 Mpa1 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 17 經(jīng)計算得： ca=42.03 Mpa 0.68，1NFa 初步計算當量動載荷 P: P=fp (XFr+YFa) 按照表 13-6，fp=1 所以 P= 0.67Fr+1.41Fa=4970 (N) L =20 300 24=144000(h)h C=P （3 13） 601nLh C =13.8(KN) 查文獻 10中 602 頁，選定型號 7206AC，額定動載荷為 22KN，能滿足要求。 試選擇平臺下部滾輪中的軸承，初選為雙列角接觸球軸承 =3.040.68，2NFa 初步計算當量動載荷 P: 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 19 P=fp (XFr+YFa) （3 19） 查文獻 10 中表 13-6，fp=1 X=0.67 Y=1.4 所以 P=4839 (N) L =20 300 24=144000(h)h C=P （3 13） 601nLh C =13.4(KN) 查文獻 10中 602 頁，型號 7206AC 的額定動載荷為 22KN，符合要求。 圖 3-4 滾輪的內部結構圖 3.5 聯(lián)軸器選擇 1.選擇電動機與一級減速機之間的聯(lián)軸器 公稱轉矩的計算： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計算得: T =15.2(N.m) T = T （3 20）CaAK 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 20 查文獻 9表 14-1，取 =2.3AK T =35(N.m)Ca 查文獻 11 1920 頁 公稱轉矩可以選 63 N.m 因為已知電動機輸出軸直徑為 28mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL5，孔徑 d=28mm， 一級減速機輸入軸直徑為 30mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL5，聯(lián)軸器孔徑 d=30mm， 2.一級減速機與二級減速機之間的聯(lián)軸器選擇 公稱轉矩： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計算得: T = 131.2(N.m) T = T （3 20）CaAK 查文獻 9表 14-1，取 =1.3AK T =170.5(N.m)Ca 查文獻 11 中 1920 頁 公稱轉矩可以選 250 N.m 一級減速機，輸出軸直徑為 30mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL8，孔徑 d=30mm， 二級減速機輸入軸直徑為 45mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL8，聯(lián)軸器孔徑 d=45mm， 3.6 平衡配重的設計 一、配重的作用 “ T”焊接平臺相當于外伸懸臂梁，為了減輕滾輪的負荷及對立柱的彎矩，在平臺 尾部加適當?shù)钠胶馀渲匾云胶庖徊糠滞馍斓闹亓俊＿@樣，在起升中就降低了電機的負荷。 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 21 相對于無配重系統(tǒng)的升降臺而言，當采用配重系統(tǒng)時，減速箱的最大驅動扭矩和電機的 最大驅動功率遠遠小于無配重的驅動系統(tǒng)。因此，采用配重驅動系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： 1.減小了減速箱的驅動扭矩，降低了電機的驅動功率； 2.驅動功率的降低，減小了制動器的制動扭矩，有利于減小制動器工作時的噪音，提 高了升降臺的噪音水平； 3.減速箱型號的減小，可以大大降低升降臺在運行過程中的不安全因素。 二、配重的重量確定 理論上，G 配=G 自+G 外時，機構達到了平衡狀態(tài)，此時，所需要的驅動力小。但 是，外部載荷,包括工作人員，以及帶到上面的焊條重量，可能會因為操作的進行而變化。 配重的防晃動設計： 在配重的上梁的兩側分別焊上一段角鋼，如圖 3-5 所示，使角鋼的兩頭正好與兩側 的槽鋼立柱內側留有一段較小的間隙，大約一厘米的間隙，既不影響配重的自由的上升 下降，又防止配重劇烈晃動。 圖 3-5 配重示意圖 1.防晃動角鋼 2.配重梁 3.配重箱體 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 22 4 總體支架的設計 4.1 支架立柱設計 由經(jīng)驗得，槽鋼經(jīng)常被用來做立柱，因為其抗彎能力等比較強，不易變形。因此初 選立柱為槽鋼，地上長度為 7.7mm。當平臺上升到最高的位置時，立柱受到的彎矩最大。 但在實際中，平臺受到整機結構的限制，例如在支架右側有三根槽鋼，它們用來焊接爬 梯的，受到它們的位置限制，平臺不能運行到最上方，以在最上方位置計算得到的彎矩 來選擇的立柱型號，必然滿足本設計的實際需要。因此，選擇立柱型號時，要以平臺運 行到最上方時受到的彎矩作為計算依據(jù)。 圖4-1 立柱受力圖 1. 由圖 41，立柱前后方向載荷受力情況分析得： N2-N1-Fx=0 （4 1） Fy+ 槽=0 （4 2）G A= N2 7.7- N1 6.2-M=0 （4 3）M 解之得： Fx=195.235（N） 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 23 Fy=2670（N） M=2674.625（N ） 在 BC 段， 在 B 點， M=1757N.m 在 A 點，M=2967.6 N.m 校核： ca= （4 4）24 = 2MW = 查文獻11附錄 中 W=46.5 ca =63.8 Mpa =125Mpa 圖4-2 立柱彎矩圖 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 24 4.2 平臺的結構設計及校核 1.平臺的結構初步設計： 采用槽鋼，角鋼焊接成“T”形框架平臺結構，上面鋪上 5mm 的花紋鋼板，將此平 臺垂直焊在小立柱上，為了增加強度，在小立柱與平臺之間，焊接上加強梁。在此，各 焊接件均初選為 10 號槽鋼，見圖 4-3。 為了使工人在平臺上工作時，有更安全的保障，于是在平臺左右兩側以及后側均用 10 號在此鏤空的位置可以在上面放置埋弧焊機。埋弧焊機的放置需要專門技術人員對槽 鋼相互焊接，焊成一圈護欄，并在平臺前頭向前探出去，另外焊接一圈圍欄。車間情況， 及焊機精度等等諸多問題進行綜合分析之后，確定出放置小車的具體位置。大致放置方 式見圖 4-4，（埋弧焊機的位置，及其軌道安置不屬于平臺設計范圍，在此不再詳細論述） 圖4-3 平臺受力分析圖 2.平臺的剛度分析 平臺受到自身重力，載荷重力，配重減輕了一部分重力。 經(jīng)過分析得：單側受力情況：G=0.5 （G 自+G 外-G 配）=917.5 N 如圖 4-3 平臺受力分析圖所示； 僅對平臺進行受力分析： F1cos +Fx=0 （4 5）30 Fy- + F1sin =0 （4 3） 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 25 = F1sin 1.125-M=0 （4 7）M30 M=G 1.2 （4 8） 解之得： Fx=1695（N） Fy=-61.175（N ） F1=1957.35（N） M=1101（N.m） 所以彎矩非常小，對平臺的梁的影響十分小。 ca= （4 9）24 查文獻 11中附錄中 W=7.8 經(jīng)計算得： ca =8.45 Mpa =125Mpa 平臺上的彎矩很小，影響很小，10 號槽鋼完全符合要求。 圖4-3 平臺的結構圖 1.平臺上滾輪處的焊接緊固槽鋼 2.平臺花紋板 3.埋弧焊的焊接導軌 4.平臺下滾輪處的焊接緊固槽鋼 3.平臺的穩(wěn)定性分析及設計 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 26 T 形平臺由于尺寸較大且懸臂外伸，工作時焊接小車和人員的移動都屬于活動載荷， 故在提高平臺本身剛度的同時還采取如下措施: 將旋轉系統(tǒng)分成兩部分且將鏈輪盡量分開布置，在結構上提高了平臺的穩(wěn)定性。 在滾輪與立柱的配合上應做到間隙盡量小。為做到這一點首先要在焊制立柱時應采 取措施保證立柱的直線度和兩槽鋼主肢的平行度。其次，在與同一水平面的兩滾輪相連 的平臺支架上，焊接一根槽鋼，用來保證滾輪在上下運行時，兩滾輪之間的平行度，見 圖 4-2 中的標號 1 和 4。 4.平臺與支架的連接方式分析： 平臺與支架之間采用滾輪進行連接， 兩滾輪一前一后安置在槽鋼的兩側，通過分別 給槽鋼的彎矩來支撐平臺的平衡。由于滾輪是大小不同的圓柱臺，圓柱臺的臺階以槽鋼 的邊緣為軌道行走，保證了滾輪運行的直線度。見圖 4-4。 圖4-3 支架滾輪位置示意圖 1.滾輪 2.槽鋼立柱 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 27 5 結論 風能是一種清潔的可再生能源，風力發(fā)電逐漸成為世界各國重點發(fā)展的能源之一， 風力發(fā)電機的制造業(yè)也隨之成為新興的制造產業(yè)。我國的風力資源十分豐富，近年來， 隨著不可用資源的消耗，環(huán)保意識的增強，中國的風力發(fā)電機的制造業(yè)在國家的大力提 倡下迅猛發(fā)展。通過對風塔制造過程的研究和學習，對風塔塔筒縱縫焊接平臺裝置的工 作要求進行分析，初步確定平臺由升降機構、平臺、及電控系統(tǒng)等組成。 對高速地軸絲杠傳動升降臺，液壓缸斜置驅動的剪叉式升降臺，鋼絲繩滾筒升降臺， 鏈傳動升降臺等多個方案的進行優(yōu)選之后，確定了風塔塔筒縱縫焊接平臺裝置的最終方 案；并完成了風塔縱縫焊接升降平臺的設計，包括平臺升降系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)，配重平衡 機構及支架等部分。 1.設計中采用了鏈傳動的機械升降系統(tǒng)，通過鏈傳動的升降裝置實現(xiàn)平臺高度的調節(jié)， 滿足了不同直徑塔筒的縱縫焊接施工要求； 2.設有配重裝置，減小了平臺升降時的動力消耗，增加了運動平穩(wěn)性； 3.采用單側支架結構，減小了所占用的車間生產面積。根據(jù)剛度要求，確定了單側支 架立柱的型號； 4.根據(jù)運動功能要求，對平臺的結構形式進行了設計，確定了滿足塔筒焊接工藝的平 臺長度、寬度等，并根據(jù)埋弧焊運動形式，焊機體積等確定了焊接圍欄的形式及具體值； 5. 根據(jù)焊接升降平臺的運動參數(shù)，確定了驅動電機的功率； 6.根據(jù)整體結構的需要，確定了各個零部件的具體值。 本課題設計出的風塔塔筒縱縫焊接平臺裝置，可以滿足多種不同規(guī)格的風塔制造要 求，生產出不同尺寸要求的風塔塔筒，滿足企業(yè)的生產需要。這對于保證產品的質量要 求、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及降低生產成本、提高經(jīng)濟效益等都具有十 分重要的意義。 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 28 參考文獻 1趙煒，李濤.國外風力發(fā)電機的現(xiàn)狀及前景展望.電力需求側管理，2009，11（2）：77- 80 2王鐸. 理論力學 . 高等教育出版社，2002， 155223 3薛成志. FL1500 型風機塔筒制造技術. 重工與起重技術，2008， （3）：2122 4韓學成，賈玉林.縱縫焊接升降平臺的開發(fā)及利用.中國化工裝備，2002，4（2）： 3841 5王宏武，魏發(fā)孔.垂直絲杠高速地軸升降臺的設計與研制. 機械研究與應用， 2007，20（3）：4243 6張宇. 一種新型升降臺的設計研究. 機械， 2007，27(6):6-7 7甘銳，胡英英.液壓升降機設計論述. 液壓與氣動，2003， （7）：2728 8張英彥.氣液聯(lián)動升降平臺設計. 液壓與氣動，2007， （3）：3941 9濮良貴.紀名剛 . 機械設計. 北京：高等教育出版社，2006，160-383 10張松林. 軸承手冊. 南昌：江西：科學技術出版社，2004，255-542 11劉鴻文. 材料力學. 北京：高等教育出版社，2004 12趙明生. 機械設計工程師手冊第二版.機械工業(yè)出版社，2000，19002100 青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)論文（設計） 29 致謝