大型H钢翻转提升机构方案文档格式.docx

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机械式起升机构包括：

<

1）啮合式驱动装置

a）用于主要为提升件货的绳索卷绕式起升机构

b）用于双绳或四绳抓斗的绳索卷绕式起升机构

c）链条卷绕式起升机构。

d）螺杆或针齿条以及齿条起升机构

2）驱绳轮起升机构的摩擦式驱动装置

液压式起升机构

a）压缸起升机构

b）压马达驱动的绳索卷绕起升机构

二．机械式起升机构的应用

TDR-80型单晶炉是一种生产半导体的专用设备，该设备中就使用了一种新型的软轴卷扬提升机构。

如图1

图1新型软轴卷扬提升机构

主箱体1起支撑和密封作用，旋转动力通过减速机传递给传动轴2，带动卷扬轮旋转，实现软轴的提升。

为了消除传动卷扬提升机构中软轴钢丝绳的偏移和堆压，传动轴2设计为精密滚动花键副结构，在传递旋转动力的同时，有可以作相对移动。

卷扬轮5、牵引螺纹套6与传动轴2的滚动花键套联接在一起。

当滚动花键副带动卷扬轮旋转时，牵引螺纹套也同时旋转，由于牵引螺母7固定不动，这样卷扬轮就由牵引螺纹套带着一起移动。

将牵引螺纹套的螺纹距与卷扬轮的绳槽螺距设计为相等，这样就能保证在卷扬轮旋转提升软轴钢丝绳时，伴随着卷扬轮的水平同步移动。

克服了软轴钢丝绳的堆压与偏移，确保了软轴钢丝绳始终在调定的回转中心上。

图1所示提升机构是对传统软轴卷扬提升机构的一种改进形式，通过这种改进解决了传统软轴卷扬提升机构在卷扬提升时会产生软轴钢丝绳的堆压或偏移，产生爬行，抖动及提升误差。

新型软轴提升机构主要是以卷扬提升工作原理来实现软轴的提拉工作，与传统的卷扬提升机构最大的区别是，新型软轴提拉机构的卷扬轮在卷扬提升的同时，伴随有卷扬轮的水平移动，以便保证软轴钢丝绳的对中性，实现软轴在旋转过程中的稳定性。

图2为火力发电厂冷却水塔施工专用设备EGI.TM提模系统。

它由若干个结构相同的单元组成，每个单元都通过轨道依附在已浇注混凝土的水塔筒壁上，并随着水塔筒壁升高而升高。

图2提模系统主框架结构简图

该系统提升机构由电动机、蜗轮减速器、提升丝杆、滑动套架、安全螺帽等组成。

滑动套架两侧通过“V”滑槽与主架弦杆相连，前部通过勾轮与轨道相连，后部与提升丝杆铰接。

蜗轮减速器的蜗轮外圆轮齿与蜗杆啮合，内孔通过梯形牙与提升丝杆啮合，下端通过弹性安全销与安全螺帽相连。

安全螺帽具有防止主架下坠和系统过载保护功能。

当蜗轮内牙被剪断时，安全帽可以防止主架突然坠落；

当系统出现过载时，安全销被剪断，安全螺帽与蜗轮抱死，提升机构不能动作。

下图所示为一新型底下垃圾桶，它不但解决了普通垃圾桶占用地上空间且桶体易粘挂垃圾，夏天有恶臭味，不能防止人掏捡垃圾，造成垃圾外溢，影响市容市貌的缺点，而且机构结构简单、耐用、成本低。

同时可以降低环卫工人的工作强度。

图3地下垃圾桶提升机构简图

该提升机构分三部分:

省力机构、减速机构、附件。

在提升机构中两边有两股钢丝绳分别缠绕在两组动滑轮上，一滚筒轴与一输出轴通过一对链轮连接，垃圾工清理垃圾时，用手柄转动输出轴带动链轮1转动，链轮1通过链传动，带动链轮2转动，链轮2再带动同轴的滚筒5转动，滚筒5将钢丝绳绞起来，钢丝绳通过一滑轮组4。

拉动底板3向上运动，底板上放一垃圾桶，进而把垃圾桶提升上去。

三．液压式起升机构的应用

平行四边形机构能按比例放大工作行程，广泛使用在各类液压升降设备中，但工作方式都是顶升，如液压升降工作台。

图4为长江航标2.44.浮筒清洗装置，该装置就是利用平行四边形机构设计的一套工作臂液压提升机构。

图4长江航标浮筒清洗装置图5机构运动简图

工作臂上有多把旋转的清洗刷，通过刷的摆动和工作臂在垂直轨道中的上下运动清洗浮筒表面，工作臂的上下运动由液压缸通过提升机构驱动。

工作臂联结在滑块6上<

见图5），由10个铰接的平面运动构件构成四个平行四边形。

整个装置由滑轮引导在垂直轨道中运动，相当于滑块在垂直中心线上运动，从而使两液压缸实现机械同步，机构的提升行程约为液压缸行程的6倍。

平行四边形提升机构，具有结构紧凑.构造简单，运动可靠的优点。

在实际中还可采用单个液压缸垂直安装拉动铰链B及丝杆传动等其他驱动方式，是一种比较实用的液压提升机构形式。

四．两种机构的比较

由以上两种机构的实际应用可以看出机械式提升机构基本上用于有很大提升行程要求的系统中，整个提升机构较为复杂。

液压式提升机构的运行比较平稳，容易实现无级调速及过载保护，且装置的使用寿命较长。

但液压提升机构中的油液较易受温度变化的影响，同时油液还有泄露的问题。

另外，机械式提升机构大多都是采用提拉的方式提升重物，而液压式提升机构主要采用推举的方式提升重物。

所以具体采用那种提升构就要根据具体的环境情况、工作要求、以及人员状况等。

所以机械式提升机和液压式提升机之间都存在不足之处，同样他们之间也各有自己的优点。

第2章系统总体设计

2.1初始参数的拟订

翻转的H钢最大尺寸为：

高1200mm、宽600mm、长18000mm，可承受的最大载荷为10吨。

每个翻转机构设置1台翻转电机，要求机构能实现正反方向任意角度的翻转。

提升机构的最大提升高度为800mm。

整个系统由3个翻转提升架组成，分别编号为Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号。

Ⅰ号与Ⅱ号之间相距4m，Ⅱ号与Ⅲ号之间相距7m。

各翻转提升架之间放置输送辊道。

2.2机构的选择及各部分采用形式的确定

根据对题目“大型H钢翻转提升机构设计”可知，该机构主要有两部分组成，即翻转机构和提升机构，现分别对这两种机构进行讨论。

2.2.1翻转机构

翻转机构是将工件沿水平轴转动或倾斜，使之处于有利于加工位置的变位设置机构。

最为常见的有框架式、头尾架式、链式、环式、推举式等翻转机构。

它们的使用场合见下表。

表2-1翻转变位机构

形式

变位速度

驱动方式

使用场合

框架式

恒定

机电或液压

板结构、桁架结构等较长焊件的倾斜变位

头尾架式

可调

机电

轴类和椭圆形焊件的环形焊缝，表面堆焊时的旋转变位

链式

装配定位焊后，自身刚度很强的梁住型的翻转变位

环式

装配定位焊后，自身刚度很强的梁住型的翻转变位。

在大型构件的组对与焊接应用中较多

推举式

液压

各类构件的倾斜变位。

装配和焊接在同一工作台上进行

根据各种机构的使用场合可知，对于大型H钢的翻转可以采用链式、环式和推举式翻转机构。

现对这三种机构加以比较，以确定最终采用的机构形式。

1．链式翻转机构

链式翻转机构结构形式如下图

图2-1链式翻转机构

由图可知，链式翻转机构结构比较简单，因为采用链条支撑，对箱形断面的角接焊缝也同样适用，其缺点是焊缝对中较费时，焊接是在自由状态下焊接，不便于用夹具控制焊接变形。

2．环式翻转机构

环式翻转机构结构形式如下图

图2-2环式翻转机构

在翻转同等体积的H钢时环式翻转机构整体尺寸较大，机构上配有加紧装置，因此，相对与链式而言，结构复杂。

但特别适合与超大型工件的翻转。

3．推举式翻转机构

推举式翻转机构结构如下图

图2-3推举式翻转机构

推举式翻转机构结构也比较简单，且能翻转的工件类型也较多，但这种结构一次最多只能翻转90°

，翻转后工作台需要复位。

对于大角度的翻转效率低下。

根据以上三种机构的特点，考虑结构的复杂程度和工作效率，选用链式翻转机构做为大型H钢的翻转装置。

链式翻转机构主要由电机、链条、链轮、张紧轮及架体等组成。

在起重机械中应用的链条主要有环形焊接链和片式关节链。

使用环形焊接链条具有挠性好、可用较小直径的链轮和卷筒，且传动机构外形尺寸小，链条本身耐腐蚀。

缺点是可靠性差、有突然断裂的可能、不耐冲击、质量大、不易用于高速提升设备中，链条本身运动中常产生滑移和摩擦。

片式关节链的挠性比焊接链更好，比较可靠、运动平稳。

缺点是有方向性、横向无挠性、成本高、对灰尘和锈蚀较为敏感。

由于设备在运动中有冲击，出于安全和运动稳定性的考虑，选用片式关节链作为翻转用链条。

电机通过窄V带将功率传递给翻转装置，因为翻转提升架的翻转过程不需要准确的速比，且翻转过程中对系统有冲击，所以优先选用带传动的形式。

另外在各种带中，窄V带具有普通V带的所有特点外，不但寿命长、传动功率大、费用低而且可以减少带轮的宽度和直径。

2.2.2提升机构

提升机构分为机械式和液压式两种，现对这两种机构进行比较，以确定最终采用的机构形式。

机械式提升机构通常是以省力的钢丝绳滑轮组作为执行构件的，所以可以有较大的提升范围，滑轮组一般使用定滑轮、定滑轮和动滑轮、双联滑轮组<

四分支）、双联滑轮组<

八分支）等几种形式。

另外在机械式提升机构中，也有采用齿轮和齿条进行提升，但采用这种机构的设备一般只适用于小型货物、轻载情况下的提升作业。

液压式提升机构也是常用提升机构中的一种。

它采用液压作为动力源。

包括有使用液压马达，其执行提升的机构同机械式。

还有采用液压缸进行提升。

由于液压缸的行程有限，对于较大行程的提升都设计有增加行程的装置，如X形的支架。

因此，液压式提升机构多用于升降台、汽车翻斗等不需要很大行程，但却有较大载重的设备中。

考虑液压传动具有在同样的驱动功率下，液压装置的重量更轻、体积更小及耐冲击的特点。

选用液压式提升机构作为H钢的提升装置。

由于系统不需要较大的提升行程，所以使用液压缸直接推动翻转架进行提升即可，这样做，虽然要使用较多的液压缸，但可以简化提升机构，所有翻转架的液压缸都由一个泵源提供动力，即可保证液压缸的同步动作，也可以减少空间的使用。

2.3H钢翻转过程分析

在H钢被提升起后，在链条上处于图2-4所示状态，当链条顺时针旋转时，H钢将会以B点为中心逆时针方向翻转。

图2-4翻转过程

当A点达到最低点后，如图2-5。

若H钢要继续翻转，就要以A点为中心，此时如果重心在支点A的左侧如图2-5<

a），则它产生的力矩将会使H钢继续翻转。

如果重心在支点A的右侧如图2-5<

b），它产生的力矩将会阻止H的翻转，此时要求H钢的惯性足以克服重力产生的力矩使H钢继续翻转到重心移动到A点的左侧，否则H钢翻转到此位置时将停止翻转且在链条上打滑。

H钢是否会打滑主要取决于H钢与链条摩擦力的大小，即如果摩擦力足够大，将出现图2-5<

a）的状态，此时不会发生打滑现象。

如果摩擦力不够大，出现图2-5<

b）的状态就要求H钢有足够的翻转速度以保证不出现打滑的现象。

由于链条的表面有明显的凹凸不平，所以H钢与链条之间的摩擦力不能简单的用平面之间的静摩擦进行计算，所以这里不对H钢是否打滑进行理论计算。

图2-5H钢翻转过程简图

2.4大型H钢翻转提升机的布置

要求三个翻转提升架成一排放置，三个翻转提升架的中心线保持在一条直线上，且Ⅰ号与Ⅱ号之间相距4m，Ⅱ号与Ⅲ号之间相距7m。

控制台放置在Ⅱ号架的一侧。

见图2-6。

第3章传动系统零件的选择及设计

3.1电动机的选择

翻转部分的结构简图如下图

图3-1翻转结构简图

设计链速为0.5m/s，单个翻转架承受重力为50000N。

受力分析如图

图3-2链条受力

水平分力F’=F·

cosα=34295×

cos52°

=23477N

P=Fv=34295×

0.5=17147.5W=1.72475KW

P电=

式中：

η链——链条传动效率，取η链=90%

η皮——皮带传动效率，取η皮=80%

根据《机械设计手册》第5卷，表22-1-82选取电动机YZ160L-8，转速705r/min，额定功率7.5KW。

电动机YZ160L-8是起重设备专用电机，这种电动机具有启动转矩大，启动电流小的特点，且能够频繁、重载启动。

因此选用这种类型的电机作为系统的翻转电机。

3.2带传动设计及计算

3.2.1皮带传动的计算

原始设计资料：

传递的功率P=2.3KW，窄V带传动，每天工作小于10小时，重载启动且有载荷冲击。

1．确定计算功率Pca

Pca=KAP<

3-1）

Pca——计算功率

KA——工作情况系数。

查《机械设计手册》第3卷表13-1-16得KA=1.4

P——传递的额定功率

Pca=1.4×

2.3=3.22KW

2．选择带型

根据小带轮转速n1=705r/min，Pca=3.22KW，由《机械设计手册》第3卷图13-1-2选用窄V带SPZ。

3．确定带轮的基准直径

1）初选小带轮基准直径dd1

根据V带截形，参考《机械设计手册》第3卷表13-1-11选取dd1=63mm，则da1=67mm。

2）计算带速

<

3-2）

v1——主动轮的圆周速度

n1——主动轮的转速

3）计算从动轮基准直径dd2

设计传动比i=1：

5

根据《机械设计手册》第3卷表13-1-11圆整到dd2=315mm，da2=319mm。

4．确定中心距a和带的基准长度Ld

初定中心距a0

（3-3>

0.7×

（63+315>

a0<

2×

264.6<

756

初选a0=550mm。

基准长度

（3-4>

=

=1622.212mm

根据《机械设计手册》第3卷表13-1-6选取Ld=1600mm。

（3-5>

考虑安装调整和补偿预紧力的需要，中心距的变动范围为：

5.验算主动轮上的包角

根据对包角的要求，应保证：

（3-6>

包角满足要求。

6．确定带的根数

3-7）

Kα——包角系数

KL——长度系数

P0——单根V带的基本额定功率

根据《机械设计手册》第3卷表13-1-21查得Kα=0.92，表13-1-22查得KL=1.16，表13-1-19查得P0=0.68。

取z=5根

7．确定带的预紧力

3-8）

m——V带单位长度质量

v——带速

z——带的根数

Pca——计算功率

查《机械设计手册》第3卷表13-1-23得m=0.07kg/m。

8．计算传动作用在轴上的力

3-9）

z——带的根数

F0——单根带的预紧力

α1——主动轮上的包角

3.2.2V带轮设计及计算

根据V带轮的转速和功率，V带轮采用材料HT150铸造

1．小带轮设计计算

由于小带轮的基准直径dd≤2.5d，所以小带轮采用实心式，结构形式如图3-3：

图3-3小带轮结构

表3-1小带轮结构参数

参数

数值（mm>

计算公式

d

32

d1

58

d1=（1.8～2>

dd

63

da

67

B

64

B=2f+4e

L

83

L=（1.5～2>

ψ

36°

f——第一槽对称面至端面距离

e——槽间距

2．大带轮设计

大带轮采用孔板式，结构形式如图3-3：

图3-3大带轮结构

表3-2大带轮结构参数

数值<

mm）

45

90

315

319

B<

1.5d时，L=B

C’

11

（1/7～1/4>

D1

259

D0

174.5

D0=0.5（D1+d1>

d0

50

d0=（0.2～0.3>

（D1-d1>

e——槽间距

3.2.3皮带传动的张紧

由于V带不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的运转后，就会由塑性变形而松弛，使预紧力降低。

因此，为了保证皮带能够正常的工作，必须要有一种装置使得皮带始终处于一种张紧的状态。

图3-4摆架式张紧装置

常见的张紧装置有定期张紧装置<

滑道式和摆架式）、自动张紧装置和采用张紧轮的装置。

在接近水平和垂直的皮带传动中适合采用定期张紧的方法，本设计采用摆架式张紧的方法，结构如图3-4。

当要调节带的预紧力时只要调整电动机下方的螺母即可。

第4章翻转和提升装置零件设计

4.1链条的选择及链轮的设计计算

4.1.1链条的选择

1．链条的选择

根据第2章链条的受力分析可知，链条工作时拉力为39.984KN。

由《机械设计手册》第2卷表8-1-73选择LH0866型板式起重链条。

基本参数如下：

公称节距P12.7mm

板数组合6×

6

极限拉伸载荷Q66.7KN

2．链条的长度

链条的布置形式如图4-1：

图4-1链条的布置形式

根据链条的布置形式初步确定链条长度

考虑到链轮部分的链条长度没有算入，所以取L=6200mm

3．确定链条的节数

4-1）

取Lp=490节

Lp——链条的节数

L——链条的长度

P——链条的节距

4.1.2链轮的设计及计算

链轮采用整体式钢制小链轮，结构形式如图4-2：

图4-2链轮结构

表4-1链轮基本参数

名称

配用链条节距P

12.7

根据《机械设计手册》表8-1-73查得

配用链条的滚子外径d1

5.12

配用链条的排距Pt

6.25

Pt=3b0

分度圆直径d

68

齿数z

17

取z=17

dk

35

齿顶圆直径da

77

齿根圆直径df

分度圆旋齿高ha

轮毂厚度h

11.5

轮毂长度l

36

轮毂直径dh

齿宽bf

3.7

表中：

v——设计链速

n——链轮转速

k——常数50＜d＜100时k=4.8

b0——链板厚度见《机械设计手册》第2卷表8-1-73LH0866型b0=2.08mm

4.1.3滑轮的设计

因为链条的布置形式特殊<

链条的布置形式见图4-1），所以要设计一个滑轮将下侧的链条拉紧，以防止上下两侧的链条在工作的时候发生接触。

滑轮的结构形式见下图：

图4-3滑轮的结构

表4-2滑轮设计参数

80

轮槽直径D1

140

轮缘直径D2

160

轮缘间宽b

30

滑轮宽B

P——链条节距P=12.7mm

b——链条销轴长度b=27.99mm

h1——链条通道高度h1=12.32mm

d2——链条销轴直径d2=5.09mm

4.1.4链条的润滑

由于链条采用的是开式传动，且链条较长、布置形式特殊，不易采用手工润滑。

所以要求定期将链条拆下，放入煤油中清洗，干燥后，浸入70～80℃润滑油中，待铰链间隙中充满油后安装使用。

润滑油采用牌号为L-AN46的全损耗系统用油，润滑油中加入添加剂WS2。

4.2轴的结构设计及各部分的校核

4.2.1轴的设计及计算

系统中有主动轴一根，空场链轮轴一根、滑轮轴一根及电动机采用摆架式张紧安装时使用的销轴一根。

现仅对主动轴做精确的设计计算。

1．求输出轴上的功率P轴、转速n和