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1、 大型H鋼翻轉提升機構設計 摘 要 我國現如今的工業(yè)水平不斷地發(fā)展，H鋼運用的領域越發(fā)廣泛，在提升和翻轉那些笨重、體積很大零件不能只靠人力去完成，為了提高生產效率需要設計出一種設備來解決此問題。在設計的同時需要考慮到傳動裝置變松以及潤滑等問題。 本文首先對翻轉機提升類型從其特點進行分析到選擇，選擇出鏈式翻轉機構和液壓式提升裝置，對H鋼翻轉工作進行分析，設計出符合要求的元器件如軸，齒輪，皮帶等，對部分件進行校核，為了元件相互協調配合，設備運行平穩(wěn)。最后設計出液壓與電氣系統(tǒng)組合，從而形成一套完整的工作體系從上升正反翻轉、制動、下降。 提升機構選擇形式為液壓式，優(yōu)點是重量輕、容易實現調

2、速、使用壽命長。缺點是油液對密封裝置要求比較嚴苛容易泄露。翻轉機構使用鏈式傳動，優(yōu)點是摩擦性好、成本低。缺點不耐沖擊、質量大。 關鍵詞 H鋼；翻轉機構；提升機構 建筑內容 Design of Large Scale H Steel Lifting Mechanism Abstract China is now the level of industrial development, H steel used more and more widely in the field, lifting and turning of the heavy and large pa

3、rts can not only rely on manpower to complete, in order to improve the production efficiency we need to design a device to solve this problem. At the same time the design should take into account the loose gear and lubrication problems. Based on the analysis of the types of hoisting machine turn to

4、 choose from its features, choose a chain turnover mechanism and a hydraulic lifting device for H steel turning work analysis, designed to meet the requirements of the components such as shaft, gear, belt and so on, to check the part, as the components of coordination, equipment running smoothly. Fi

5、nally, the hydraulic and electrical system is combined to form a complete system of work, from rising, reverse, braking and descending. The selection of lifting mechanism is hydraulic, with the advantages of light weight, easy realization of speed control and long service life. The disadvantage is

6、that the oil on the sealing device requirements are more stringent, easy to leak. The turnover mechanism adopts chain type transmission, and has the advantages of good friction and low cost. Disadvantages, no impact, high quality. Keywords H steel, turnover mechanism, lifting mechanism 目

7、 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題研究的背景及意義 1 1.2 國內外研究現狀 1 1.2.1 國外發(fā)展現狀 1 1.2.2 國內發(fā)展現狀 2 1.3 本課題的研究內容 4 第2章 翻轉提升機構的總體設計 5 2.1 翻轉和提升機構采用形式的確定 5 2.1.1 翻轉機構的確定 5 2.1.2 提升機構的確定 7 2.2 H鋼翻轉的工作原理 9 2.3 大型H鋼翻轉提升機構的簡圖 9 2.4 本章小結 10 第3章 翻轉提升機構的結構設計 11 3.1 鏈條及鏈輪的選擇設計 11 3.1.1 鏈條的設計選擇 11

8、 3.1.2 鏈輪的設計選擇 12 3.1.3 滑輪的設計選擇 13 3.1.4 潤滑油的選擇 14 3.2 電機的選擇 14 3.3 帶傳動及齒輪的設計及計算 15 3.3.1 皮帶傳動的設計 15 3.3.2 V帶輪的設計 17 3.3.3 皮帶張緊裝置的選擇 19 3.4 軸的結構設計與校核 19 3.4.1 軸的設計計算 19 3.4.2 滾動軸承的校核 21 3.4.3 鍵的校核 22 3.5 本章小結 22 第4章 翻轉提升機構的液壓與電氣的系統(tǒng)設計 23 4.1 機構液壓系統(tǒng)的設計 23 4.1.1 液壓缸的設計及計算 23 4.1.2 液壓系統(tǒng)的

9、原理及元件選擇 27 4.2 機構電氣控制系統(tǒng)設計 29 4.3 機構的系統(tǒng)工作過程 30 4.4 本章小結 31 第5章 三維模型的建立 32 5.1 建立零件 32 5.2 零件圖的裝配 32 5.3 三維模型 34 5.4 本章小結 34 結論 35 致謝 36 參考文獻 37 附錄A 38 附錄B 45 第1章 緒論 1.1 課題研究的背景及意義 現如今社會經濟飛速發(fā)展，國家不斷強調工業(yè)并大力投入工業(yè)設計發(fā)展，建筑業(yè)與大型工業(yè)更是不斷發(fā)展，像大型H鋼這樣的鋼型會用到很多，所以有著大量的。注重鋼材的可持續(xù)發(fā)展經濟與節(jié)約使用是實現鋼材向綠色環(huán)保發(fā)展的

10、必經之路。所以要大力推廣與應用，放長遠的眼光來看H鋼的需求必然很大。 制造業(yè)是國家實現新工業(yè)文化的基礎保證。大型工件的制造體現了國家的工業(yè)文化水平[1]。在生產與制造大型構件中，很多時候都需要大型翻轉機來改變工件的位置。 這些年來由于板材的價格上漲也帶來了很多利好，鋼材的價格也在持續(xù)上漲，同時H型鋼的市場也逐漸回暖，國內與國外在H型鋼的價格差距逐漸變小，有利于國內鋼材對外出口。 例如現有的翻轉機構來說，有CL型、U型、和L型等翻轉機，但是他們都有的缺點就是；承載能力較低，并且翻轉的自由度單一，翻轉的角度也很單一，不能同時滿足生產環(huán)節(jié)中個工序的翻轉要求[2]。被運用到翻轉機構的場合，最常見

11、的就是在焊接生產中，當H鋼一面完成焊接后，這是需要將工件翻轉為了方便加工另一面。但是H鋼重量很大，只靠人力將其翻轉是很困難的，這時就需要專用的翻轉設備，在大量生產時，為了使生產效率提高，就需要這樣的機構。 本次研究的課題大型H鋼翻轉提升機，就是為這種場合下產生的設備。 1.2 國內外研究現狀 1.2.1 國外發(fā)展現狀 自19世紀初期，盧森堡建立了成世界第一個熱軋H鋼生產線，此后H型鋼生產與設備都有了很大的發(fā)展，在50年代和80年代掀起兩次發(fā)展高潮。到了80年代末，世界H鋼產能量可以達到2000萬噸，占世界鋼材總產量的3％~6％，現世界H型鋼軋機有將近100套，存在20多個國家。下面以日本

12、H型鋼生產現狀為重點，初步探討國外H鋼發(fā)展的現狀。 日本是二次世界大戰(zhàn)后經濟發(fā)展最快的國家之一，與經濟發(fā)展同步的H型鋼的發(fā)展過程是值得我國研究與借鑒的。 到1973年日本鋼的總產量就達到1024.8萬噸，其中H鋼產量為554.3萬噸，H鋼占了一半還多，H型鋼結構也因此得到了廣泛的發(fā)展與使用拿輕型H鋼舉例；在日本，輕型H鋼主要用于低層或多層廠房，公共建筑物等。這樣制造可以效率，但是對材料精度和設備自動化也提出了新要求，輕型H鋼最適合建筑這樣的工業(yè)化住宅。 1992年日本鋼生產量為1040萬噸，其中H鋼占57.8％，產量為600.8萬，占型材結構的一半以上，H型鋼運用的領域越來越廣，甚至取代

13、了工字鋼，使得工字鋼產量降為28.8萬，僅占2.8％，這也使H鋼的質量與技術水平得到快速發(fā)展。 1972~1992年日本累計生產H鋼9042.8萬噸（出口2000萬噸）按日本人口11000萬計，累計人均消費為640kg，人均年消耗32kg。 俄國與加拿大的礦產資源非常豐富，日本進口來源多從這兩個國家。日本的企業(yè)用投資或者是買股份的形式這這兩個國家擁有很多資源，這樣也可以彌補一些國家本身的不足，從而的到長遠的發(fā)展。 日本除了對這兩個國家進行投資或者是買股權，還對很多國家分布全球，參股，戰(zhàn)略合作，合資等，這樣能更好的分散風險，降低成本，可以分享世界經濟成長的果實，得到穩(wěn)定發(fā)展。

14、 為了能更好的融入市場，日本也調整了進出口結構，進口一些低檔一般的原料，通過本國先進工業(yè)加工水平進行加工，相當于從毛胚到成品的過程，出口世界各國，從而獲得非常豐厚的利潤。就利用這樣的產業(yè)鏈日本已經處在世界上游，加上前面所說的對各國投資、戰(zhàn)略合作等，達到利潤最大化同時也可以打擊對手的目的。 1.2.2 國內發(fā)展現狀 我國H型鋼的生產起步較晚，直到上世紀90年代馬鋼才能生產出0.2m以下的小型H型鋼，由于生產力不強無法完成量化生產，直到1998年才完成這個目標?，F在通過國家統(tǒng)計句數據來說明04到14年這10年間鋼鐵的發(fā)展如圖1-1。 圖1-1 2004-2014年中國型鋼產量走勢圖

15、 在通過04年到14年這10年我國H型鋼細分品中產量統(tǒng)計如表1-1。 表1-1 2004-2014年我國H型鋼主要細分品種統(tǒng)計（萬噸） 年份 大型H型鋼 中小型H型鋼 鋼型合計 2004年 638.3 3778.0 4016.3 2005年 747.8 2664.6 3412.3 2006年 917.2 2386.1 3303.3 2007年 1014.7 2839.5 3854.2 2008年 894.1 2953.8 3847.9 2009年 947.0 4118.9 5065.9 2010年 946.5 4251.9 51

16、98.4 2011年 1103.8 4573.2 5676.9 2012年 1132.7 4702.1 5834.9 2013年 1274.9 5745.4 7020.3 2014年 1349.5 5620.0 6969.5 從總體這10年來看，雖然在偶然存在今年產量不如往年的現象，但是總的產量還是在穩(wěn)步提升的，對于品種分析可看出，每個時期對于H型鋼種類的需求也是不同的，都是在為市場做調整，總體來說H型鋼的需求在不斷增加。 馬鋼是我國第一個生產H型鋼的企業(yè)，現加以介紹。 馬鋼公司H型鋼廠從國外公司引薦生產技術和設備，一期工程年生產能力60萬噸以生產H鋼為主

17、。在H型鋼的生產中都是由計算機控制，計算機控制系統(tǒng)有三級、一級為基礎控制級、二級為過程控制級、三級為工廠管理控制級?？傮w來說這是一條在我國也可以說是世界上都十分先進的剛型生產線。它的建成也增強了我國生產H鋼的技術水平。圖1-2為馬鋼生產的H型鋼鐵。 圖1-2 馬鋼生產的H型鋼材 就最近幾年來說我國生產剛型的技術與水平離世界先進水平很接近甚至可以說是能達到。對以后來說進步技術，設備提升已經不是主要目的，主要是為了滿足用戶需求才是目的，目前我國剛型型材標準只能滿足工業(yè)生產，國外的標準也無法滿足我國的標準生產。同時尺寸公差，鋼鐵化學成分純凈度，表面質量等各個方面來說，我國與發(fā)達國家相比還是有

18、一定的差距。 1.3 本課題的研究內容 大型H鋼翻轉提升機構，主要就是為了研究大型H鋼的翻轉與提升裝置兩部分。主要內容有； 1. 查閱相關資料，了解大型H鋼翻轉提升機構國內外現狀、特點、差距基本確定研究方法及研究思路，撰寫開題報告； 2. 做出大型H鋼翻轉提升機構的總體方案； 3. 計算出大型H鋼翻轉提升機構的主要參數； 4. 完成大型H鋼翻轉提升傳動系統(tǒng)、電氣與液壓設計。 建筑內容 第2章 翻轉提升機構的總體設計 2.1 翻轉和提升機構采用形式的確定 2.1.1 翻轉機構的確定 翻轉機構的作用是將工件做沿著軸做翻轉運動，使工件變換有利位置更好地進

19、行加工[5]。現在翻轉機構有很多類型可以參考，例有頭尾架式、框架式、鏈式、環(huán)式、推舉式等，如表2-1所示翻轉機構的種類。這些翻轉類型都可以使用在實際不同的生產中，但是在我國還沒有對翻轉機形式制定標準，只有頭尾架式有系列標準。 表2-1 翻轉機構種類 形 式 變位速度 驅動方式 工作特點 頭尾架式 可調 機電 環(huán)形焊縫，運用于軸類和橢圓形焊件，旋轉變位 框架式 恒定 機電或液壓 用于較長焊件，傾斜變位 鏈式 恒定 機電 用于自身剛度強的工件翻轉變位 環(huán)式 恒定 機電 用于自身剛度強的工件翻轉變位，在大型構件的組對與焊接應用中較多 推舉式 恒定 液壓

20、 用于傾斜變位，裝配和焊接在同一工作臺上進行 由工作特點分析，對翻轉種類的最后三種進行重點分析和選擇，作為大型H鋼的翻轉機構。現在分析這三種形式，選擇出最合適的形式。 如下圖2-1為采用鏈式的翻轉機構所示。 1. 鏈輪 2.鏈條 3.H鋼 4.支架 5.張緊輪 圖2-1 鏈式翻轉機構 鏈式翻轉機構由圖看出，其結構形式比較簡單，因為H鋼用鏈條的支撐，其優(yōu)點是價格便宜、來源廣泛且已加工，利用鏈傳動運行平穩(wěn)。缺點就是鏈條之間的焊接很麻煩費時間，對焊接和夾具的都是有要求的。 環(huán)式翻轉機構結構形式如下圖2-2所示。與鏈式翻轉相比環(huán)式翻轉機構得缺點就是在翻轉同樣的

21、H型鋼時，環(huán)式翻轉機構的結構復雜、體積較大。有點就是環(huán)式機構在翻轉大型鋼件的效率高。 1. 拖輪 2.支撐環(huán) 3.鈍齒輪 4.驅動裝備 圖 2-2 環(huán)式翻轉機構 推舉式翻轉機構結構如下圖2-3所示。推舉式翻轉機構的優(yōu)點就是，機構也比較簡單，缺點是這種結構翻轉的自由度單一，每次翻轉都無法回到原來的位置，需要人工操作復位，所以翻轉效率比較低。 1. 翻轉工作臺 2.推拉式軸銷 3.舉升液壓缸 圖2-3 推舉式翻轉機構 綜合分析三種翻轉機構的工作特點，最后選擇用鏈式翻轉。這樣提升機構選擇的問題就解決了。 鏈式翻轉機構組成主要由鏈條

22、、鏈輪、電動機、張緊輪等組成。 鏈條連接方式也是兩種，有片式關節(jié)鏈和環(huán)形焊接鏈。與焊接鏈做對比第一種片式的運動平穩(wěn)且可靠。缺點是片式關節(jié)鏈條的價格比較高、并且容易生銹和近灰。鏈條本身優(yōu)點抗腐蝕性很強，摩擦性能好、且傳動機構尺寸較小。缺點就是鏈條之間相連的剛度強度很低，在有一定的沖擊下容易損壞、不適用于高速提升。由于翻轉機本身在工作中有一定的沖擊，考慮到安全和穩(wěn)定的，最后選用片式關節(jié)鏈。 2.1.2 提升機構的確定 提升機構分兩種；一種為機械式，另一種為液壓式。 1. 機械式起升機構包括： (1) 繩索卷繞式起升機構； (2) 鏈條卷繞式起升機構。 2. 液壓式起升機構 (1)

23、壓缸起升機構； (2) 壓馬達升機構。 2.1.2.1 機械式提升機構的應用 目下圖2-4所示，新型地下垃圾桶就是典型的利用機械式提升機構作為主要提升方式作出的產物[6]。對于普通的垃圾桶來說，垃圾箱的制作存在很多不足，一般垃圾都是在地邊上堆積很占空間，尤其是對于夏天蒼蠅很多更是有異味，對于城市面貌更是大大減分。它的出現恰恰就是解決這一問題的它解決了，它的優(yōu)點就是節(jié)省空間且清理方便、成本低、可以減輕工作人員的工作強度[7]。 該提升機構有附件、省力與減速機構。工作人員在清理垃圾時，搖動手柄使鏈輪1轉動。上升時利用棘輪轉動，2摩擦片不發(fā)生作用；下降時，2摩擦片嚙合，通過摩擦減小沖擊。鏈輪

24、2轉動，鏈輪2再帶動滾筒5轉動，轉動將繩絞起來，拉底板5向上升起，垃圾桶放在底板上，底板上升就可以把垃圾桶提升上去。 （a）新型地下垃圾桶主視圖 （b）新型地下垃圾桶左視圖 1.2.鏈輪 3.滑輪組 4.滾筒 5.底板 圖2-4 地下垃圾桶提升機構主視圖 2.1.2.2 液壓式提升機構的應用 平行四邊形機構在各類液壓升降設備被中廣泛使用，因為其結構可以放大工作，但是頂升的工作方式。如圖2-5就是利用其結構的特性來設計的液壓式提升機構。 1. 提升機構 2.航標浮筒 3.清洗刷 1. 1號液壓缸2. 2號液壓缸 3.提升滑塊

25、 圖2-5 長江航標浮筒清洗裝置 圖2-6 機構運動簡圖 工作臂上有很多刷子，通過刷子的工作臂在軌道上下運動和自身擺動這樣就可以清洗浮筒。工作臂的上下運動由液壓缸的提升機構來帶動。如圖2-6機構運動簡圖可看出，工作臂連接在滑塊，平面運動構型為四邊形，可以穩(wěn)定工作。裝置由滑輪引導在軌道中上下升降，滑塊在垂直中心線上運動，這樣可以使兩液壓缸實現機械同步。 平行四邊形提升機構優(yōu)點就是構造簡單、結構緊湊。液壓提升機構多用此機構實現升降。 1. 兩種提升機構的比較 機械式提升機構的執(zhí)行構件通常選擇鋼絲繩滑輪組，特點為提升范圍比大適用于大型鋼件，缺點是提升結構復雜

26、。也有齒輪齒條組合，但這種組合只適用于提升小型鋼件。 液壓式提升機采用的動力源是液壓，用液壓缸進行提升。其運行平穩(wěn)并且使用壽命很長，但是由于是液壓式需要用到油液，油液容易隨溫度變化并且如果密封不好還容易出現泄露等等一些問題。 機械式提升機構的提升方式為提拉式，而液壓式提升機構的提升方式為推舉式。都有優(yōu)缺點當然還需根據工作環(huán)境及要求選取。從本次研究的課題角度出發(fā)，考慮到液壓式提升機構的裝置重量和體積相對于機械式來說更輕也更小，并且更耐沖擊，結構也簡單。前提是相同功率驅動，還是選擇液壓式提升機構。 2.2 H鋼翻轉的工作原理 工件在鏈條上最開始的狀態(tài)如圖2-7。重心在AB中間，當鏈條轉動的

27、時候。鏈條順時針轉，重心慢慢偏離B點，靠近A點，因為翻轉鋼件與鏈條的接觸點開始發(fā)生變化，B點離開鏈條，向左翻轉。 1. 鏈輪 2.鏈條 圖2-7 翻轉過程 如圖2-8（a）重心G偏在A的右側，如果翻轉H型鋼，就需要一個滾轉力使重心偏在A點的左側，來使H鋼繼續(xù)翻轉。 如圖2-8（b）此時重心G在A的左側，慣性使工件繼續(xù)翻轉，如果想要停止翻轉，需要一個阻止力需要大于慣性力，如果需繼續(xù)翻轉，需要H鋼的慣性力大于阻力矩，這樣使H鋼的重心G逐漸偏向在A點的左側，否則H鋼翻轉將停止轉動。 鏈條的摩擦力如果摩擦力足夠大，就不換產生大話現象，也不會影響H鋼的翻轉。同時要求H鋼有足夠大的翻

28、轉速度來克服打滑現象。但是H鋼與鏈條的摩擦離大小工作量很大而且很復雜，所以這里就不進行計算了。 (a) H鋼重心在右側 (b) H鋼重心在左側 圖2-8 H鋼翻轉過程簡圖 2.3 大型H鋼翻轉提升機構的簡圖 可以翻轉最大的H型鋼尺寸的為：18m6m12m，最大能承受的重量是10噸?，F設計大型H剛翻轉提升機構的布置見圖如下圖2-9。由于到H型鋼重量非常重也非常大，單個機構是無法完成提升與翻轉，需要兩個或者兩個以上工作臺配合完成此過程。每一個工作臺的尺是不同的其中1與2之間的長度為4m，2和3之間的長度為7m。個設備間都設計有輥道，

29、每個設備都是相同的只是間隔不同，都配有制動器來控制工作。 1.Ⅰ號翻轉架 2.Ⅱ號翻轉架 3.Ⅲ號翻轉架 4.輥道 圖2-9 大型H鋼翻轉提升機的布置 2.4 本章小結 本章翻轉提升機構的總體設計就是為了解決翻轉的形式與提升形式的選擇。通過對翻轉機構形式的類型特點與應用的分析最終選擇了鏈式提升形式。提升形式選擇為液壓式，最后對翻轉提升如何運動做以確定，做了一下機構簡圖，做到了主體確定。 第3章 翻轉提升機構的結構設計 3.1 鏈條及鏈輪的選擇設計 3.1.1 鏈條的設計選擇 1. 鏈條的選擇 如下圖3-1，翻轉機構，翻轉機構主要由鏈輪，鏈條，張緊裝置，通過鏈條

30、轉動使H鋼翻轉。 圖3-1 翻轉結構簡圖 最開始定鏈條的轉速為0.5m/s，每一個翻轉架所承受力是50kN，受力分析如圖3-2。 圖3-2 鏈條受力 計算拉力F見式(3-1)： (3-1) 鏈條拉力F為34355N。查手冊，選擇LH0866型板式起重鏈條?；緟等缦卤?-1： 表3-1 LH0866型板式起重鏈條參數 名稱 參數 相見節(jié)距P 12.7mm 板數的組合 66 最大拉伸載荷Q 66.7kN 2．鏈條的長度 初步確定鏈條長度； 考慮到鏈輪部分的鏈條長度沒有算入，所以取L為6200m

31、m。 3．確定鏈條的節(jié)數 計算鏈條節(jié)數見式（3-2）： （3-2） 取Lp=490節(jié)。 式中：Lp 為鏈條的節(jié)數，L為鏈條的長度，P 為鏈條的節(jié)距。 3.1.2 鏈輪的設計選擇 鏈輪采用整體式鋼制小鏈輪，結構形式如圖3-3。 （a）鏈輪主視圖 （b）鏈輪左視圖 圖3-3 鏈輪結構 參照下表3-2鏈輪基本參數。 表3-2 鏈輪基本參數 名稱 數值（mm） 計算公式 配用鏈條節(jié)距P 12.7 查手冊 配用鏈條的滾子

32、外徑d1 5.12 配用鏈條的排距Pt 6.24 Pt=3b0 分度圓直徑d 68 mm 齒數z 17 取z得17 內徑dk 35 / 齒頂圓直徑da 77 齒根圓直徑df 63 分度圓旋齒高ha 5 輪轂厚度h 11.5 輪轂長度l 36 輪轂直徑dh 58 齒寬bf 3.7 表中：v為設計鏈速，n為鏈輪轉速，k-常數，50＜d＜100時 k取4.8，b0為鏈板厚度查機械手冊取2.08mm。 3.1.3 滑輪的設計選擇 滑輪與軸相連接配合，同時滑輪又與鏈輪配合使其轉動從而

33、帶動大型H鋼進行翻轉運動，所以滑輪的設計選擇是很重要的。 因為鏈條特殊的布置形式，要設計一個滑輪，這樣可以將鏈條拉緊，以防鏈條運動的時候發(fā)生接觸，這樣傳動效率會提高很多?；喗Y構形式如下圖3-4，滑輪設計參數見表3-3。 圖3-4 滑輪的結構 表3-3 滑輪設計參數 名稱 數值（mm） 計算公式 D 80 / 輪槽直徑D1 140 輪緣直徑D2 160 輪緣間寬b 30 滑輪寬B 50 / 表中：P為鏈條的節(jié)距，P取12.7mm，b為鏈條的銷軸長，b=取27.99mm，h1為鏈條的通道高度 h1取12.32mm，d2

34、為鏈條銷軸直徑，d2取5.09mm。 3.1.4 潤滑油的選擇 由于鏈條的布置形式比較特殊，選擇傳動的形式為開式，手工潤滑比較困難。需將鏈條拆下，定期清洗，清洗的液體就是煤油，等鏈條的間隙都被煤油充滿后才能安裝使用。 使用潤滑劑可以減少動力傳到過程的動能損失，從而提升傳動效率。潤滑劑必須要有良好的滲透性，不光是潤滑鏈條，還需要潤滑軸與軸套，他們的間隙很小。還需要良好的粘附性，為了防止高速工作是潤滑劑被甩出。 綜上所述選擇潤滑油的牌號為昆侖的L-AN46，全損耗系統(tǒng)用油，因為它的密封性也很好，也可作為封閉循環(huán)系統(tǒng)的潤滑油。 3.2 電機的選擇 由上一節(jié)受力分析得出鏈條的拉力為F為34

35、295N，得選擇出電動機型號見式（3-3）； (3-3) P電= 式中：η鏈為鏈條傳動效率， 取η鏈=90%，η皮為皮帶傳動效率， 取η皮=80%。 根據手冊，選取電動機型號YZ160L-8作為翻轉機構的電動機，它的轉速為705r/min，額定功率為7.5kW。這種電動機具有的有點就是啟動電流小、可以頻繁啟動、轉矩大。 3.3 帶傳動及齒輪的設計及計算 3.3.1 皮帶傳動的設計 由電動機選擇得出電動機功率P為2.3kW，窄V帶傳動，按照每天工作10小時，重載啟動且有載荷沖擊。 1．帶型的選擇 根據電動機的轉速，705r/min，查手冊，選擇V帶形式為窄V帶

36、SPZ。 2. 確定計算功率 Pca 計算功率Pca見式（3-4）： Pca=KAP (3-4) 式中：Pca為計算功率，KA為工作情況系數。查手冊得KA=1.4，P為傳遞的額定功率。 3. 帶輪的基準直徑 (1) 初選小帶輪基準直徑dd1 根據V帶選擇，參考手冊，選取小帶輪準直徑dd1=63mm，則da1=67mm。 (2) 計算帶速 計算帶速見式(3-5）： (3

37、-5) 式中：v1為主動輪的圓周速度，n1為主動輪的轉速。 (3 )計算從動輪基準直徑dd2 設計傳動比i=1：5。 根據手冊第3卷，選取從動輪基準直徑dd2=315mm，da2=319mm。 4. 確定中心距a和帶的基準長度Ld 初定中心距a0，見式（3-6）： (3-6) 0.7(63+315)< a0<2(63+315) 264.6< a0<756 初選a0=550mm。 基準長度見式(3-7)： (3-7)

38、 = =1622.212mm 根據機械設計手冊，選取基準長度Ld=1600mm見式（3-8）： (3-8) 這里還需要考慮補償預緊力所以： 5. 驗算主動輪上的包角 根據對包角的要求見式（3-9）； (3-9) 包角滿足要求。 6. 確定帶的根數 計算帶的根數見式（3-10）： (3-10) 式中：Kα為包角系數，KL 為長度系數，P0 為單根V帶的基本額定功率， 根據《機械設計

39、手冊》，Kα取0.92，KL =1.16，P0=0.68。 取z=5根。 7. 確定帶的預緊力 計算帶的預緊力見式（3-11）： (3-11) 式中：m為V帶單位長度質量，v為帶速，z為帶的根數，Kα為包角系數 Pca為計算功率，查手冊得m取0.07kg/m。 8. 計算傳動作用在軸上的力 計算傳動作用在軸上的力見式（3-12）： (3-12) 式中：z為帶的根數，F0為單根帶的預緊力，為主動輪上的包角。 3.3.2 V帶輪的設計 由上節(jié)V帶輪的轉速以及功

40、率，可得出輪采用材料為；HT150鑄造。 先設計小V帶輪，發(fā)動機帶動小V帶輪轉動，從而帶動皮帶轉動，皮帶將運動傳遞給大帶輪，帶動大帶輪轉動。這里先設計小V帶輪，然后再設計大V帶輪。 1． 小帶輪設計計算 因為內孔與外空的距離很小，查手冊，直徑且小于160mm，所以小帶輪采用的結構形式為實心式，因為小帶輪基準直徑dd≤2.5d，結構形式如圖3-5所示。 圖3-5 小帶輪結構 小帶輪的結構參數如表3-4。 表3-4 小帶輪結構參數 參數 數值(mm) 計算公式 D 32 / d1 58 d1=(1.8～2)d Dd 63 / Da 67 /

41、B 64 B=2f+4e L 83 L=(1.5～2)d ψ 36 / 式中：f 為第一槽對稱面至端面距離，e 為槽間距。 2． 大帶輪設計 大帶輪采用的結構形式是；孔板式。輪槽工作面不能有砂眼，氣孔。各輪槽間距的累積誤差不得超過0.8。結構形式如圖3-5所示。 圖3-6 大帶輪結構 大帶輪的結構參數如表3-5。 表3-5 大帶輪結構參數 參數 數值（mm） 計算公式 D 45 / d1 90 d1=(1.8～2)d Dd 315 / Da 319 / B 64 B=2f+

42、4e L 64 B<1.5d時，L=B C 11 (1/7～1/4)B D1 259 / D0 174.5 D0=0.5(D1+d1) d0 50 d0=(0.2～0.3)(D1-d1) ψ 36 / 式中：f 為第一槽對稱面至端面距離，e 為槽間距。 3.3.3 皮帶張緊裝置的選擇 因為V帶彈性很低且容易變形，運轉一段時間后，在預緊力的作用下，就會產生塑性變形使V帶松弛，這樣預緊力降低，使傳動效率降低。所以，需要一種裝置，使皮帶始終能處于一定的狀態(tài)，這樣的工作效率就會變得很高。這種裝置就是張緊裝置如圖3-7。 圖3-7 擺架式張緊裝置 常

43、見的張緊裝置有定式、自動式或者是采用張緊輪的裝置。 在大型H鋼的翻轉提升設備采用擺架式張緊的裝置，如圖3-7。只要調整電動機下方的螺母就能調節(jié)帶的預緊力。 3.4 軸的結構設計與校核 3.4.1 軸的設計計算 系統(tǒng)中有一根主動軸，一根滑輪軸，一根空場鏈輪軸，現在只對主動軸進行計算。 1． 線求軸的輸出功率P軸 軸的轉速n和軸的轉矩T。鏈條的傳動效率η取0.98則； P軸=1.9992/0.98=2.04kW 2．初步確定軸的最小直徑

44、 選取軸的材料為45鋼。根據《機械設計手冊》取A0=112，計算dmin 見式（3-13）： （3-13） 軸的最小直徑處為安裝鏈輪處，此處有一個鍵槽，軸徑應放大6%，即 取。 3．軸的結構設計 (1) 擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案如圖3-8。 (2) 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑與長度 為了確保鏈輪的軸向定位，Ⅰ處設有螺紋，Ⅱ處設軸肩，Ⅰ與Ⅱ之間的長度設定為70mm，Ⅱ與Ⅲ之間的長度為50mm。 因為軸承承受徑向力作用，滾動軸承選擇深溝球軸承。參照工作要求，

45、由Ⅱ與Ⅲ的距離為 50mm，選擇軸承型號為6410，該型號尺寸為；5011031。由于Ⅱ與Ⅲ處有端蓋又因為厚度的原因，就取其長度為51mm。 Ⅲ設軸肩，Ⅲ與Ⅳ的長度為55mm，Ⅲ與Ⅳ的長度為550mm。Ⅳ與Ⅴ之間的長度為50mm，考慮這有安裝有端蓋、皮帶輪以及軸承，所以?、襞cⅤ之間的長度為30mm，與Ⅵ的長度100mm。Ⅴ處設螺紋 ，M42，Ⅵ與Ⅶ之間的長度為50mm。軸的倒兩個角取45半徑為R2。 圖3-8 主動軸的結構 帶輪、鏈輪的周向定位；選擇平鍵聯接。查手冊的，帶輪、鏈輪與軸的配合；H7/r6。軸的尺寸公差為m6。 4. 分析軸的載荷分布與彎扭校核強度

46、(1) 由圖3-9可以分析載荷分布。 （a）a處的載荷 （b）b處的載荷 （c）c處的載荷 （d）d處的載荷 圖3-9 軸的載荷分布 由上圖看出B處在和最大，現在通過對B截面進行載荷計算如表3-5。 表3-5 截面B處的載荷計算 載荷 水平面H

47、 垂直面V 支反力 FNH1=21608N FNH2=2409N FNV1=22435N FNV2=2565N 彎矩M MH=1385Nm MV=1475Nm 總彎矩 扭矩T T=138Nm (2) 按彎扭合成應力校核軸的強度 現只校核軸的危險截面B處的強度見式（3-14）： (3-14) 式中：d為軸直徑，M為軸受的彎矩，T為軸受的扭矩，Ψ為校正系數，雙向旋轉Ψ取1，σ-1p 為軸許用的彎曲應力。 查手冊，查表得σ-1p=207MPa 危險截面B處軸的強度滿足要求。 3.4.2 滾動軸承的校核 計算額定

48、動載荷與基本額定動載荷的大小見式(3-15）： （3-15） 式中：C為基本額定動載荷，P為當量動載荷，為壽命因數，為速度因數，fm為力矩載荷因數，fm=1.5～2 fd為沖擊載荷因數，ft為溫度因數 Cr為軸承徑向基本額定動載荷。 因為軸承只承受徑向力作用，所以取P和Fr都是25KN。 查手冊得fh 取1.26，fn取0.62，fd 取1.2，ft取1.0。 查手冊，Cr取92.2KN。所以C＜Cr，選擇型號6410符合要求。 3.4.3 鍵的校核 軸上有兩個鍵，鏈輪處的鍵所受力最大，故對此處進行校核。

49、 1. 擠壓強度校核 計算擠壓校核見式（3-16）： (3-16) 式中：T為傳遞的轉矩，k為與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h=0.58=4mm l為的工作長度，圓頭平鍵l=L-b=28-10=18mm，d為軸直徑[p]鍵連接的許用擠壓應力。 查手冊，在有沖擊載荷的情況下，p應小于120MPa。 所以滿足要求。 2. 鍵的剪切強度校核 計算鍵的剪切強度校核見式（3-17）： (3-17) 式中：T

50、為遞的轉矩，d為的直徑，b為的寬度，l為的工作長度，圓頭平鍵l是L和b相減為28-10=18mm。 查手冊和表，有沖擊載荷時p=90MPa。＜p 故滿足要求。 3.5 本章小結 本章主要對翻轉和提升機構做出了具體設計。對傳動系統(tǒng)、軸、鏈條進行了設計與計算，并且也考慮到鏈條的潤滑問題。小帶輪采用實心形式，大帶輪采用孔板式。為了解決V帶變松的問題選擇擺駕式張緊裝置。同時也對軸和鍵進行了校核。 第4章 翻轉提升機構的液壓與電氣的系統(tǒng)設計 4.1 機構液壓系統(tǒng)的設計 4.1.1 液壓缸的設計及計算 液壓傳動系統(tǒng)有很多優(yōu)點，例如：體積小、質量輕容易實現自動化通用化等。廣泛用于工業(yè)領

51、域，當前朝著與計算機、微電子技術的結合，實現高集成化，低噪音的方向發(fā)展。 液壓傳動通過液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作，實現直線往復運動或者是擺動。 液壓缸的分類有很多種下面將其進行分類如表4-1，這樣能更好的對其進行分析選擇。 表4-1 液壓缸分類及工作特點 液壓缸分類 液壓缸的下級分類 工作特點 單作用 單活塞桿式 單向液壓驅動，返回行程是利用自重或負載將活塞推回 栓塞式 適于做長行程液壓缸，只能實現一個方向的運動,柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重，必須有足夠的剛度

52、 伸縮式 以短缸獲得行程，用壓力油從小到大逐節(jié)排出，靠外力由大到小、逐節(jié)縮回 雙作用 單活塞桿式 單邊有活塞桿，雙向液壓驅動，兩向推力和速度不等 雙活塞桿式 雙邊有活塞桿，雙向驅動，可實現等速往復運動 伸縮式 活塞伸出的順序式從大到小,空載縮回的順序相反 組合式 彈簧復位式 單向液壓驅動，由彈簧里復位 串聯式 用于缸的

53、直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得大得推力 增壓式 大小油缸串聯組成，由低壓大缸驅動，使小剛獲得高壓 齒條傳動式 活塞往復運動，經齒條傳動使與之嚙合的齒輪獲得雙向回轉運動 根基工作特點分析初步選擇雙作用單活塞桿液壓缸，液壓缸的結構形式如圖4-1。接下來需要計算出缸筒的內徑。 圖4-1 液壓缸結構形式 原始數據；H 鋼重10t，翻轉架重2t，單個的液壓缸所承受的載荷為（10/2+2）/4=1.75 t，行程L=800mm提升速度0.08m/s。查手冊，擇液壓缸的工作壓力為2.5Mpa。 1.

54、 計算液壓缸的牽引力F 計算液壓缸的牽引力F見式（4-1）： F=F壓+F密+F慣+F背 （4-1） 一般取F密=（0.01～0.1）F壓，F密=0.117500=1750N。 F慣見式（4-2）： F慣= （4-2） 式中：G為總重力，g 為力加速度， △v為度變化量，t 為間變化量，t取（0.01～0.5）秒。 F慣==1429N F背=0 F=17500+1750+1429

55、+0=20679N 2. 計算液壓缸內徑、活塞直徑 計算液壓缸內徑見式（4-3）： D===0.105m=105mm （4-3） 查手冊，D為125mm。 3. 活塞桿直徑 在受壓時 P≤5MP情況下：d取（0.5～0.55）D。 d=1250.5=62.5mm 查手冊，d=63mm。 4． 缸筒長度L以及其它部位尺寸 缸筒長度L以及其它部位尺寸如圖4-2。 圖4-2 液壓缸結構 最小導向長度： H≥+=+=102.5mm 取H=103mm。 活塞寬度B=（0.6～1.

56、0）D 取B=0.8125=100mm。 導向套滑動面長度A ，當D＞80mm時 A=（0.6～1.0）d。 取A=0.662.5=37.5mm。 隔套C=H－0.5（A+B）=103-0.5（100+37.5）=34.25 mm。 取C=35mm。 5．缸筒壁厚及其驗算 (1) 查手冊選取缸筒外徑為；146mm。 δ=（146-125）=10.1mm (2) 壁厚校核 ==0.081mm =0.08 ～0.3 可用下列公式校核見式（4-4）： δ≥ （4-4） 式中：Pmax為最高工作壓力，Pmax=1.52.5=3.75Mp

57、a，δ為許用應力，[δ]= δb/n，δb為拉強度，n安全系數 一般取3.5～5。 缸筒材料選為35號缸，δb=540MPa，n取4。 [δ]=540/4=135MPa ==0.0017m=1.7mm δ＞1.7mm 壁厚強度合格。 6． 缸底、缸蓋設計及計算 (1) 缸底采用焊接方式，如圖4-3。 圖4-3 缸底連接方式 δ1≥0.433D2 (4-5) 式中：D2為計算厚度處直徑，取D2=105mm。 δ1≥0.433105=6.2mm 焊縫應力計算見式（4-6）：

58、 δ=MPa (4-6) 式中：F為缸內最大推力，D1為缸筒外徑，d1為焊縫直徑，η為焊接效率，取η=0.7，δb為焊條材料的抗拉強度，n為安全系數，取n=4。 δ==13MPa MPa＞δ 焊接強度可靠。 （2） 缸蓋采用外螺紋連接，如圖4-4。 圖4-4 缸蓋連接方式 螺紋處拉應力見式（4-7）： δ=N/mm2 (4-7) 螺紋處剪應力見式（4-8）： τ= N/mm2 (4-8) 式中：F為最大推力，D

59、為內徑，d0為紋外徑，d1為紋底徑，K為螺紋系數，一般取1.25～1.5，K1為紋摩擦因數一般取0.07～0.2,選擇K1=0.12。 螺紋使用M1404普通螺紋，查手冊d1=135.670mm。 δ=12.45N/mm2 τ=4.2 N/mm2 合成應力δn=14.42 N/mm2 許用應力見式（4-9）： δp= (4-9) 式中：δs為缸筒材料的屈服極限 35缸為320MPa，n0為安全系數，取n0=1.2～2.5。 δp=320/2=160MPa δp＞δn 螺紋強度滿足要求。 4.1.2 液壓系統(tǒng)的原理及元件選擇

60、 1. 液壓系統(tǒng)的原理圖 系統(tǒng)設計時共有15個液壓缸，有3個液壓缸作用是制動，其他分三組翻轉機構，每次由兩組完成工作，由兩位兩通換向閥來完成翻轉提升液壓缸的選擇。液壓系統(tǒng)原理由圖4-5。 圖4-5 液壓系統(tǒng)原理 為了方便理解液壓系統(tǒng)各部分作用，用其以表格形式分析各部分作用，如表4-2。 表4-2液壓系統(tǒng)各部分作用 序號 名稱 作用 1 過濾器 過濾掉液體中的雜質，降低油液污染，保證系統(tǒng)正常工作 2 液壓泵 向容積泵輸入壓力油，使泵轉動，輸出轉矩，成為液壓馬達 3, 溢流閥 控制系統(tǒng)壓力基本恒定，實現限壓，穩(wěn)壓或調壓 4,7,8 換向閥 控

61、制油路的通與斷，相當于開關 5 減速閥 降低與穩(wěn)定系統(tǒng)中磨一支路的油液壓力 6，9 單向閥 使油液只能延一個方向流動，不許反向倒流 10 調速閥 使液壓缸流量恒定，油液與共有壓力保持不變，使變量泵與液壓缸流量匹配 11，12 液壓閥 執(zhí)行元件，使機構運動 2.液壓元件的選擇 根據系統(tǒng)的工作情況，將液壓元件列入下表4-3。 表4-3 翻轉提升機液壓系統(tǒng)的元件型號 序號 元件名稱 額定 壓力 MPa 額定流量 L/min 型號規(guī)格 說明 1 過濾器 0.07 160 XU-A160X30FS 通徑為40mm 2 齒輪泵 2.5

62、 125 BB-B125 1500r/min 0.55KW 3 溢流閥 25 200 BG-06 通徑為16mm 4 電液換向閥 16 180 24DF3B-E16B 通徑為16mm 5 減壓閥 31.5 60 DR6DP3-50 通徑為15mm 6 9 單向閥 31.5 175 S20P 通徑為20mm 7 電磁換向閥 16 80 24DF3-E10B 通徑為10mm 8 電液換向閥 28 160 4WEH16G / 10 單向調速閥 32 100 QA-H20 通徑為20mm 11 12 液壓缸

63、 / / 自行設計 / 表中所列的元件都是查機械設計手冊，第四卷。 4.2 機構電氣控制系統(tǒng)設計 1. 控制要求 (1) 翻轉電機要求能夠正反轉； (2) 系統(tǒng)采用液壓驅動； (3) 液壓泵由電機M4拖動； (4) 翻轉過程由三臺翻轉電機的任兩臺完成，通過旋轉開關選擇電動機型號。 翻轉與液壓泵電機的選擇如表4-4 電機名稱 型號 額定電壓 額定電流 額定轉數 翻轉電機 M1、M2、 M3 YZ160L-8 380V 18A 705r/min 液壓泵電機 M4 Y801-4 380V 1.5A 1390r/min 2. 電氣控制線路設計

64、 (1) 主回路設計 設計開關SB2，控制電路啟動，KM1和KM2實現正反向翻轉，KM3控制液壓泵電動機。 系統(tǒng)設有三組電機Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號電機還有液壓泵電機并設有熔斷器保護電路FU2、FU3、FU4、FU5。 (2) 控制電路設計 開關SB1控制電氣的開關，開關SB3控制提升，開關SB4控制下降，開關SB5控制制動、SB6控制正轉、SB7控制反轉。 (3) 電機啟動、制動回路設計 電機的啟動有兩種方式，這里用直接啟動的方法，另一種就是降壓啟動，與其相比，它更好的適應翻轉電機啟動轉矩大，電流小的特點，啟動條件也沒有其他方式那樣苛刻。在頻繁啟動時要有獨立變壓器供電

65、，如果沒有需要滿足下面條件； （4-10） ，可直接啟動電動機。 (4) 繪制電氣原理圖 電器原理圖見附圖紙。 3. 電器元件的選擇 在電器控制中運用到很多元器件，例如電動機、組合開關、接觸器、控制按鈕、熔斷器等……下面需要對其進行型號及規(guī)格數量的選擇，如表4-4大型H鋼翻轉提升電氣元件選擇。 表4-4 大型H鋼翻轉提升機電器元件的選擇 符號 名稱 型號 規(guī)格 數量 M1、M2、M3 異步電動機 TZ160L-8 7.5KW 380V 705r/min 3 M4 液壓

66、泵電動機 Y801-4 0.55KW 380V 1390r/min 1 Q 組合開關 HZ5-60/10 L02 三極 380V 60A 1 KM1 KM2 KM4 KM5、KM6 交流接觸器 CJ0-20A 額定電流20A 線圈電壓220V 5 KM3 交流接觸器 CJ0-10A 額定電流10A 線圈電壓220V 1 KR 熱繼電器 JR15-10/2 熱元件6號 整定電流1.5A 1 FU1 熔斷器 RL1-15 380V 熔斷體2A 1 FU2、FU3、FU4 熔斷器 RL1-60 380V 熔斷體40A 3 FU5 熔斷器 RL1-15 380V 熔斷體5A 1 TC 控制變壓器 BK-200 200VA 380V/220V 1 S 旋轉開關 LS2-3 10A 1 ST1、ST2 限位開關 LX4A 2 SB1、SB5、 控制按鈕 LA10 紅色 2 SB2、SB3、SB4、SB6、SB7 控制按鈕 LA1