钢管提升机设计.docx

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钢管提升机设计

2016届

分类号:

　　　　　　　　　　　　　　　　　单位代码:

10452

毕业设计

钢管提升机设计

姓名　　　　　　　　　　

　　　　　学号　　　

　　　　　年级　2012　　　

　　　　　专业　机械设计制造及其自动化

　　　　　系　（院）　　机械工程学院

　　　　　指导教师　

　2016年3月30日

摘要

本次毕业设计主要是完成一种钢管提升机的结构设计及部分零件的力学分析。

首先对提升机设计的应用做了一个简要的介绍；接着分析了提升机结构设计的使用场合以及结构特点；然后根据这些设计准则与选型方法，按照给定参数要求进行选型设计；接着对所设计的提升机结构设计各主要零部件进行了校核。

提升机结构由三个主要部分组成：

送料系统、传动系统、卸料装置。

最后，提出了钢管提升机结构设计过程中存在的不足之处，为今后的改进提供依据。

本次以钢管提升机的设计来体现机械设计的一般过程，对今后的设计工作进行一次良好的预演，是以后工作的参考。

关键词：

钢管；提升机；设计；分析；校核

ABSTRACT

Thedesigniscompletedforgraduationthesteeltubewindingmachinedesign.Firstly，Theapplicationofsteeltubewindingmachineisintroduced.Secondly，thesteeltubewindingmachineselectionprincipleandmethodofcalculationareanalyzed.Thencalculationbasedonthesedesigncriteriaandselectionmethodofparametersinaccordancewiththerequirementsofagiventypedesignaredone.Thendesignedmachineonthemaincomponentsarechecked.Thesteeltubewindingmachineconsistsofthreemainparts:

 feedsystem，drivesystem，dumpingdevice.Finally，thesteeltubewindingmachinedesignprocessproposed，inordertofacilitatethefuturedesignimprovements.Thesteeltubewindingmachinedesignrepresentsofthegeneralprocessofdesign，selectionofdesignworkonthefutureofsomereferencevalue.

Keywords:

Steeltube;Windingmachine;Design;Analyzed;Checked

1绪论

1.1课题研究的背景

钢管生产过程中，有时需要将钢管由低位提升到一定高度，以进入下一道工序。

目前钢管生产中，解决钢管由低位向高位提升大部分采用拨料举升和斯惠顿装置，但是前者提升高度有限，一般不超过200mm，而后者设备复杂，占地多，造价高。

针对这些问题，公告号为CN203449066U的中国专利公开了一种轮式钢管提升装置，该轮式钢管提升装置在转轴上固定设置若干圆形钢板轮，每个圆形钢板轮上安装2~5个L形料钩，轴与电动机连接，通过电动机带动轴转动，使轴上钢板轮转动，从而带动钢板轮上料钩悬挂钢管由低位提升到高位，实现钢管由低工作平台向高工作平台移动。

上述轮式钢管提升装置虽然结构简单，且在增大钢板轮直径的前提下可以达到增大提升高度的效果，但这种结构的钢管提升装置在提升距离较大的场合其钢板轮的生产成本以及占地面积也会大大增加，且使用时会增大电机的负荷，其使用范围也由此大大受限。

本课题来源于生活实际，就是在上述背景下提出的，目的在于研究一种钢管提升机结构，在很多场合下都用到了提升机结构，特点是应用于工业生产当中，将钢管由低位提升到一定高度，以进入下一道工序。

因此对于钢管提升机的研究是将理论应用于实践的的一个重要体现。

1.2研究的目的和意义

目前，钢管不仅大范围应用于输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器，而且它还是一种经济钢材，产品易购而且价格便宜。

用钢管搭建建筑结构网架、支柱和机械支架，不仅可以减轻重量，节省金属20%～40％，而且可以实现工厂化、机械化施工。

现在用于钢管输送的装置，结构较为复杂，不便于控制，耗能多。

本课题涉及到学生在大学期间所学的工程制图、机械设计、机械原理等基础知识，经过本次毕业设计，训练学生把握单独进行科学研究的方法，熟练掌握文献查询并能综合分析，提升发观并解决问题的技能。

此次设计的机械就是为了促进机械创新低发展，按照这一理念，为了提高工作的速度与效率而设计的，通过此次设计可以检测我们大学几年所学过的理论知识，提高创新能力，很有意义。

1.3研究现状和发展趋势

专门的钢管提升机研究资料非常少见，但是钢管提升机与一般提升机在工作原理上是一致的，因此通过研究矿井提升机的现状，就可以对钢管提升机有一个大概的了解。

国外矿井提升机的现状：

（1）晶闸管一电动机（SCR—D）直流低速直联拖动系统 

在部分发达国家，晶闸管一电动机（以下简称SCR―D）系统已经逐步取代了先前的交流提升机，并逐步完善了该系统。

比如德国、美国等国家已有绝大部分采用直流提升机，传动系统90%以上采用低速直联式（省去减速机），极大地简化了传动系统。

AEG公司已经熟练的掌握了该项技术，他采用低速直联的SCI—D系统，电机功率3000kW，额定转速55．8r/min，滚筒直径6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200m，而且他还建立了一套完善的保护系统；采用磁场反并联，有平波电抗器及卧式深度发送装置：

采用积分给定与行程给定相结合的双重给定信号；主回路采用两组三相桥组成12脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。

再入SIEMENS（西门子）公司、ABB公司、CEGELEC公司以及ASEA公司等都有相同类型的产品，其产品性能基本相同。

此类系统的优点在于：

体积很小，具有较轻的重量，很小的占地面积，方便安装，建筑费用低；不需要配备减速器系统，较高的总效率，消耗的电能少；维护工作量小，备件少，处理事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现最佳控制和自动化，安全可靠；节电显著，5—8年可回收设备投资，是矿井节电的有效方式。

其缺点在于：

功率因数较传统系统低，如三相桥平均功率因数只有一半左右；无功冲击大，高次谐波对电网影响大。

为了将系统的缺点控制在技术允许的范围内，这些缺点一般可应用顺序控制和多脉冲整流的方式以及在电网上加谐波滤波器等相关举措使其控制在一定的技术要求准许范围内。

（2）交流变频调速同步机驱动提升系统

SCR—D直流拖动系统逐步变得成熟，虽然该系统采用了顺控技术等举措来提高功率因数，但其功率因数仍然提升并不明显，所以从电网吸收大量的无功功率，并且对电网品质因数产生严重的影响，提升容量越大，问题越突出，浪费了很大的能源。

再则，直流电机制造成本高，电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且整流子，碳刷易磨损，因而产品的故障率极高，极大地增加了后期维护、修理的难度以及工作量。

因此换相整流子是整个系统中最为薄弱的设计环节。

由于存在上述两个问题，工程人员又将目光重新转移到交流拖动系统。

自80年代初以来，交流变频供电的同步机拖动猛然崛起，在大型提升机中发展成为技术先进、经济节约的拖动方式。

在此领域掌握了先进的技术，比如SIEMENS公司1979年投运的2³4200kW、1³2650kw，额定转速55.8r/min； CEGELEC公司1983年投运的l³5480kw，额定转速69.5r/min；AEG公司1985年投运的l³3000kW，额定转速55．8r/min，ABB公司投运的l³4200kW额定转速45．86r/min；SIEMAG公司投运的2³4600kw等变频调速同步机拖动的提升机，经过多年的运行，掌握了先进的技术，并在运行上取得了成功。

国内提升机的现状与发展趋向：

（1）我国自主提升机电气传动系统状况

在大型矿井提升机中，很大一部分应用晶闸管变流器—直流电动机传动控制系统与同步电动机矢量控制交一交变频传动控制系统，两种系统均拥有很大的应用范围。

这两种系统绝大部分都是应用数字控制方式实现操控系统的高自动化运行，极大地提高了效率，而且制动和定位功能也相当准确，运行可靠性高，但是由于造价昂贵，中小矿井难以承受，因此只在大型矿井中应用。

在中、小型提升机中，受成本的制约，大多数采用交流绕线式电动机转子切换电阻调速的交流电气传动系统，也就是TKD电控系统。

这种电气传动系统因为设备简单，但属于有级调速，所以提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，尤其是在负载变动时很难实现恒加减速控制，经常会造成过放或过卷的工程故障。

提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，另外转子串电阻调速控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等相当容易损损毁坏，增大维修护理成本，减小其生产效益。

（2）研制与发展

1）国产大型直流提升机及电控系统技术日趋成熟，正在逐步完善和推广。

2）在国内高压变频器运用范围内，国产厂家虽然占总供应商的绝大多数，但国产产品的应用基本集中在300KVA—3000KVA容量段，因而竞争力较小。

在较大的容量段中，比如5000KVA以上超大功率产品大部分被ABB、西门子、东芝、三菱等跨国公司所控制，难以突破市场。

近期智光电气成功研制7000KVA级超大功率高压变频器，将会对未来市场竞争格局进行很大的冲击。

图1国外某提升机

图2国内某斗式提升机

1.4设计目标

（1）介绍该装置的总体设计方案，为了满足工作需求，介绍钢管提升机的主要构成组件及所实现的功能。

（2）对研究过程中可能出现的问题以及现实中存在的问题进行分析。

（3）进行市场调查，完成钢管提升机的方案论证，以表格的形式列举出各种钢管提升机的优缺点。

（4）简要阐述目前国内外提升机的特点，分析国外的先进技术。

（5）简要介绍了钢管提升机的辅助装备在提升机构中的应用。

（6）对钢管提升机的辅助装备进行相关的研究工作，为完善钢管提升机的性能提供依据。

具体的说，就是要完成以下几个方面的任务：

（1）钢管提升机总体方案设计，

（2）传动机构的选型，包括传动方案的确定；

（3）勾料装置的设计；

（4）卸料装置的设计；

（5）完成外观的三维效果设计；

（6）绘制装配图和主要零部件的零件图，完成论文说明书。

2钢管提升机设计的关键技术

2.1提升机构的分类及特点

在物流系统中，应用于升降设备的类型众多，如：

手动升降、气动升降、电动升降等，各有利弊。

手动升降对一般较小量的物品垂直吊运。

如在建筑工地上运输泥瓦工具、泥灰桶等。

气动升降和电动升降，一般采用减速电机带动丝杠螺母，并靠设置丝杠螺母一端的挤压块，利用杠杆原理挤压升降叉的方式实现升降，由于其扭力大，可使丝杠螺母易损坏，从而降低了设备使用年限。

而且上述设备只能单一使用，没有通容性。

在当代社会，我国的升降平台的种类比繁多，如果以动力传递形式来分类，主要分为电动机机械传动和液压传动两种，它们因为结构不同而各有优缺点。

电动机机械传动方式的主要特点