畢業(yè)設計（論文）一種風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置1

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1、 一種風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置 學 校： 院系專業(yè)： 指導教師： 姓 名： 2010.11.20 摘 要 本設計說明書主要是關于一種風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法中配重臂裝卸裝置的設計思路和設計過程。 目前在風力發(fā)電變槳回轉軸承性能測試中，采用配重臂模擬槳葉，配重模擬作用在槳葉上的風載，通過配重臂與輪轂的連接來進行變槳回轉軸承的性能測試，但配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸是依靠吊車實現的，其缺點是每次只能裝配或拆卸一個配重臂，需要多人參與裝配，生產效率和自動化水平低、安全性差。因此開發(fā)

2、一種高效、安全的自動化的變槳配重臂裝卸裝置是亟待解決的問題。 在科技飛速發(fā)展、自動化程度高速發(fā)展的今天，提高風力發(fā)電變槳回轉軸承性能測試中配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸效率顯得尤為重要，本課題就如何提高這一工作效率作出了設計及論證，采用液壓系統(tǒng)驅動控制平行四連桿機構，其進退控制閥組可實現進退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同步馬達、升降缸閥組可實現升降缸的位置保持、升降缸的二級壓力切換及同步升降控制，具有自動化程度高、安全性好的優(yōu)點。 關鍵詞：風力發(fā)電變槳回轉軸承 配重臂設計 液壓系統(tǒng) 平行四連桿機構 ABSTRACT

3、 This design guide is mainly about a handing device of wind turbine pitch bearing’s weight balance system and design ideas, design process of weight balance arm system in assemble and disassemble methods. Currently in tests of wind turbine pitch bearing, using the weight balance arm to simulate

4、blades. Weight balance arm simulate the wind load on the blade, and make performance testing by connect the weight balance arm and the hub. But the assemble and disassemble between weight balance arm depends on cranes to realize, the drawback is that you can only assemble or disassemble one counterw

5、eight arm, several people are needed to participate in assemble, the production efficiency and the automation level are low, security is also not good. Therefore to develop an efficient and secure automated turbine pitch bearing weight balance arm handling device is a problem to be solved. With th

6、e rapid development of technology and automation today, to improve assemble and disassemble efficiency between hubs in wind turbine pitch bearing system is particularly important. This issue made design and demonstrate on how to improve the work efficiency in this area, use hydraulic to drive and co

7、ntrol a parallel four-connecting-rod organization. The advance and retreat control group can realize position keep and floating control. However, maintain of position, the secondary pressure’s control switch of lifting cylinder and synchronization lifting control can be realized by lift control grou

8、p, synchronous motors and lifting cylinder groups, with advantages of high automation degree and security. Key words: wind turbine pitch bearing weight balance arm hydraulic system four-connecting-rod organization 目 錄 第一章 概述 1 1.1本課題的研究背景 1 1.1.1風力發(fā)電機國內外研究應用現狀及發(fā)展趨勢 1 1.1.2風力發(fā)電機的組成及

9、變漿軸承 2 1.2 課題來源及其意義 3 1.3 課題內容及設計思想 3 1.3.1 課題研究內容 3 1.3.2 具體內容及設計思想 3 1.4技術路線與可行性分析 5 1.4.1技術路線 5 1.4.2可行性分析 5 1.4.3本實用新型裝卸裝備優(yōu)點: 6 第二章 配重臂裝卸裝置的總體方案設計 7 2.1 配重臂裝卸裝置概述 7 2.1.1 配重臂裝卸裝置簡介 7 2.1.2配重臂裝卸裝置的工作原理 7 2.2 配重臂裝卸裝置部件的設計要求及參數確定 8 2.2.1 設計要求 8 2.2.2 配重臂裝卸裝置的整體結構尺寸確定 8 第三章 液壓支架主要零

10、部件的設計與計算 10 3.1整機鋼結構的選型 10 3.2 液壓缸的選擇 10 第四章 整機重要部件的受力校核 22 4.1 左側頂桿支架校核 22 4.2對拉桿2做強度校核 24 4.3右側頂桿支架校核 24 4.3銷釘校核 26 第五章 結論與展望 28 謝 辭 29 參考文獻 30 大連交通大學2006屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第一章 概述 1.1本課題的研究背景 本課題主要是設計一款風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，目的是服務于現在正蓬勃發(fā)展的風力發(fā)電行業(yè)。 目前風電技術及其設備研制剛剛處于起步階段，中國的風力發(fā)電技術及其應用相

11、對落后于歐美，風電設備在設計選型時應關注的主要技術經濟指標還沒有較好的評價和分析方法。技術來自實踐也應用于實踐，通過對市場的調研和對現有設備的分析和評價，來找到一種最合理的方案。本文正是通過上述分析，提出了風電設備設計選型設計的一種新型有效、實用簡單的評價方法和分析途徑，并設計出了實際設備供實際生產參考使用。 1.1.1風力發(fā)電機國內外研究應用現狀及發(fā)展趨勢 近年來由于環(huán)境和能源問題日趨緊張，風電作為一種可再生綠色能源越來越受到世界關注，尤其是近十年．全球風電累計裝機容量的年均增長率接近30％，到2009年底世界總的風能發(fā)電容量將突破12億萬Mw。據歐洲《風力十二》的規(guī)劃和預測，到2020

12、年全世界風能裝機容量將達到123.1萬Mw，這一水平是2005年的21倍，年平均增速高達20％，屆時風電將占世界電力供應的12％。國外液壓支架設計的自動化程度總體較高。液壓支架的設計主要包括三個步驟:首先，根據要開采煤礦的地質環(huán)境確定液壓支架的工作阻力，然后，根據工作阻力，在三維CAD軟件中修改己經成型的液壓支架的參數，再在CAE軟件中對修改后的CAD模型進行結構分析，最后，在虛擬樣機軟件中對液壓支架進行動力學及運動學分析。 近十幾年中國風電裝機容量迅猛增加，從1995年至今，我國風電裝機容量年增長率超過46％。按照國家《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃>提出的目標到2010年我國風電裝機容量將達O

13、.5萬Mw，到2015年我國風電裝機容量達1.5萬Mw，到2020年我國風電裝機容量達3.0萬Mw?，F在2010年的目標已提前三年完成，按照目前發(fā)展速度，預計到2020年我國風電裝機容量將達8.O萬MW，在2030年后風電將成為我國繼煤炭、石油之后的第三大能源。 圖1-1 我國西部的風力發(fā)電群 風電能源的需求拉動風電產業(yè)的發(fā)展，長期以來國內風電產品大多依賴進口，市場一直被丹麥、德國、美國、西班牙等歐美國家把持。近年來，在市場的誘導和政策的促進下國內涌現出了一批優(yōu)秀企業(yè)，從市場份額看，國產機組比例也在上升，目前國內葉片、齒輪箱、發(fā)電機等零部件已基本能實現自主生產，但軸承、控制系統(tǒng)等

14、還是主要依賴進口。 1.1.2風力發(fā)電機的組成及變漿軸承 風力發(fā)電機組中的軸承包括偏航系統(tǒng)軸承變槳距系統(tǒng)軸承和傳動系統(tǒng)軸承 (圖 1)。變槳軸承安裝于葉片和輪轂之間,為保證不同風速條件下風力發(fā)電機組正常工作,要保證葉片可以相對其軸線旋轉以達到變槳的目的。變槳軸承目前大 圖1-2 風力發(fā)電機上的一種變漿軸 量采用四點接觸球轉盤軸承,依據風機的功率級數差異,單排、雙排的四點接觸球轉盤軸承目前均有采用。轉盤軸承工作時一般為低速的回轉運動或間歇擺動,主要失效形式是溝道與鋼球失效連接螺栓或輪齒失效。 1.2 課題來源及其意義 目前在風力發(fā)電變

15、槳回轉軸承性能測試中，采用配重臂模擬槳葉，配重模擬作用在槳葉上的風載，通過配重臂與輪轂的連接來進行變槳回轉軸承的性能測試。輪轂固定把合在車間地面的底座上，配重臂放置在輪轂前面的兩個固定鞍座上，配重臂的數量根據葉輪的結構有兩個或三個不等。配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸是依靠吊車實現的，其缺點是每次只能裝配或拆卸一個配重臂，需要多人參與裝配，生產效率和自動化水平低、安全性差。因此開發(fā)一種高效、安全的自動化的變槳配重臂裝卸裝置是亟待解決的問題。 本設計的一種風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，采用液壓系統(tǒng)驅動控制平行四連桿機構，其進退控制閥組可實現進退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同

16、步馬達、升降缸閥組可實現升降缸的位置保持、升降缸的二級壓力切換及同步升降控制，具有自動化程度高、安全性好的優(yōu)點。 每個變槳配重臂的裝卸效率由原來的1小時減少到5分鐘，大大提高了試車效率和生產安全性，滿足了風電批量化生產的要求。 1.3 課題內容及設計思想 1.3.1 課題研究內容 本實用新型涉及一種風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，課題內容包括試驗方案的選擇與確定，試驗材料與結構的選擇，結構的校核等幾大具體內容，目的是設計配重臂裝卸裝置的設計，按其原理要求在滿足強度和剛度的條件下實現功能 1.3.2 具體內容及設計思想 本設計的目的是提供一種高效、安全的、自動化的風電變槳

17、軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法。 本設計的技術解決方案是這樣實現的：一種風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，包括配重臂裝卸裝置和液壓控制系統(tǒng)，配重臂裝卸裝置由底座和兩套對稱布置的走行輪、驅動臂、升降液壓缸、拉桿、擺動臂、進退液壓缸等組成，其特征在于所述的走行輪、安裝在固定軌道上，左邊走行輪軸上裝有一個驅動臂，另一個走行輪軸上裝有一個擺動臂，驅動臂、擺動臂與車輪軸之間由滾動軸承支撐，驅動臂、擺動臂的一端與底座相連，另一端與拉桿相連，驅動臂、拉桿、擺動臂組成平行四邊形機構，底座和驅動臂之間裝有升降液壓缸，進退液壓缸通過耳軸安裝在基礎上的固定支座上，液壓缸頭部與底座相聯；液壓控制系統(tǒng)由

18、油箱組件、供油系統(tǒng)、進退油缸液壓系統(tǒng)、升降油缸液壓系統(tǒng)組成，其特征在于所述的油箱組件為供油系統(tǒng)提供油并接受進退油缸液壓系統(tǒng)和升降油缸液壓系統(tǒng)的回油，供油系統(tǒng)為進退油缸液壓系統(tǒng)和升降油缸液壓系統(tǒng)提供壓力油并組成系統(tǒng)保壓、卸荷回路，進退油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂的進退并與二位四通電磁換向閥Ⅰ共同作用控制進退液壓缸的浮動，升降油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂裝卸裝置的升、降和保壓，保證兩升降液壓缸的同步動作，實現抬升過程中低壓和系統(tǒng)壓力的二次切換。配重臂裝卸裝置的機構簡圖如圖1-3所示 1、底座，2、 走行輪Ⅰ，3、 驅動臂，4、 升降液壓缸，5、 拉桿， 6、 走行輪Ⅱ，7、 擺動臂，8. 進退液壓缸

19、 圖1-3 配重臂裝卸裝置結構簡圖 如附圖所示，風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，包括配重臂裝卸裝置和液壓控制系統(tǒng)，配重臂裝卸裝置由底座1和兩套對稱布置的走行輪2、驅動臂3、升降液壓缸4、拉桿5、走行輪6、擺動臂7、進退液壓缸8等組成，走行輪2、走行輪6安裝在固定軌道上，走行輪2軸上裝有一個驅動臂3，走行輪6軸上裝有一個擺動臂6，驅動臂3、擺動臂7與車輪軸之間由滾動軸承支撐，驅動臂3、擺動臂7的一端與底座1相連，另一端與拉桿5相連，驅動臂3、拉桿5、擺動臂7組成平行四邊形機構，能夠保證在配重臂升、降過程中始終保持平行移動。底座1和驅動臂3之間裝有升降液壓缸4，該液壓缸用于實現

20、底座的升降運動。進退液壓缸8通過耳軸安裝在基礎上的固定支座上，液壓缸頭部與底座1相聯當進退液壓缸8動作時可實現底座的水平移動，從而帶動配重臂的進退。由走行輪2、驅動臂3、升降液壓缸4、拉桿5、走行輪6、擺動臂7組成的升降機構共有前后兩套，對稱布置。在兩個升降液壓缸4的共同作用下完成變槳配重臂的抬升工作。 1.4技術路線與可行性分析 1.4.1技術路線 圖1-4 配重臂裝卸裝置技術路線分析 1.4.2可行性分析 目前在風力發(fā)電變槳回轉軸承性能測試中，采用配重臂模擬槳葉，配重模擬作用在槳葉上的風載，通過配重臂與輪轂的連接來進行變槳回轉軸承的性能測試。輪轂固定把合在車間地面的底座

21、上，配重臂放置在輪轂前面的兩個固定鞍座上，配重臂的數量根據葉輪的結構有兩個或三個不等。配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸是依靠吊車實現的，其缺點是每次只能裝配或拆卸一個配重臂，需要多人參與裝配，生產效率和自動化水平低、安全性差。隨著科技是發(fā)展，社會的進步，自動智能化得到了進一步的發(fā)展，所示實現風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法的自動化已不是難題，通過本論文的設計，每個變槳配重臂的裝卸效率由原來的1小時減少到5分鐘，大大提高了試車效率和生產安全性，滿足了風電批量化生產的要求。 1.4.3本實用新型裝卸裝備優(yōu)點: 1、配重臂裝卸過程的高效、安全； 2、可實現進退缸的位置保持及浮動控制，保證

22、配重臂與輪轂間的螺栓把合力矩； 3、可實現升降缸的位置保持、二級壓力切換及同步升降控制； 4、可實現系統(tǒng)壓力自動補償及卸荷功能。 第二章 配重臂裝卸裝置的總體方案設計 2.1 配重臂裝卸裝置概述 2.1.1 配重臂裝卸裝置簡介　 本設計的配重臂裝卸裝置為風電變槳軸承試驗用的典型配套設備，主要特點是： （1）、專業(yè)性強，設計的主要用途是為該實驗用，別的場合用途很??； （2）、設計應該在滿足要求的情況下盡量的簡潔，降低成本； （3）、操作要方便、易于維護。 2.1.2配重臂裝卸裝置的工作原理

23、 a b a—推進千斤頂 、b—抬舉千斤頂 圖2-1 配重臂裝卸裝置工作原理 （a豎直提升、b水平推進） 該風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，包括配重臂裝卸裝置和液壓控制系統(tǒng)，走行輪安裝在固定軌道上，其中一個走行輪軸上裝有一個驅動臂，另一個走行輪軸上裝有一個擺動臂，通過拉桿與底座組成平行四邊形機構，底座和驅動臂之間裝有升降液壓缸B，推進液壓缸A通過耳軸安裝在基礎上的固定支座上，其頭部與底座相聯；液壓控制系統(tǒng)由油箱組件、供油系統(tǒng)、進退油缸液壓系統(tǒng)、升降油缸液壓系統(tǒng)組成，進退油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂的進退并實現裝卸裝置的浮動，升降油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂裝卸裝置的升、降

24、和保壓，保證兩液壓缸的同步動作，實現抬升過程中低壓和系統(tǒng)壓力的二次切換。本實用新型具有配重臂裝卸過程高效、安全、自動的優(yōu)點。 2.2 配重臂裝卸裝置部件的設計要求及參數確定 2.2.1 設計要求 在本次畢業(yè)設計中，我主要負責機械部分的設計工作。其中最主要的設計計算為整體尺寸的設計和材料的選擇，以及液壓千斤頂的選擇上。 主要設計要求及參數： 設計參數 承載重量（kg） 提升高度（mm） 推進距離(mm) 數據 1000 300 500 表2-1 主要設計參數 根據現場實際需要初步確定裝置的平臺為2000*1050兩軸距離初定1400mm。 接下來確定其他部

25、件的尺寸大小，首先要做的是為了保證提升高度桿7和3的尺寸，由于他兩尺寸一致，所以確定完一個就可以 2.2.2 配重臂裝卸裝置的整體結構尺寸確定 為本課題我們初期論證階段做了三套設計方案，并對這三套方案做了周密的比較和權衡，最終得到了合理的選擇。 方案一： a 方案二： b 方案三： c 圖2-2 初期三種方案對比 三種方案的初步比較： 方案1：桿7于平臺連接處的部分較長（400mm），轉動角度較小，力矩加大，需要液壓缸提供很大的推力，而且為保證強度各桿件的厚度也要加厚，不實用。 方案2：縮短了方案一中桿7的長度（200mm），有利于節(jié)省材料，但要達到工

26、作要求的提升高度需很大的轉動角度（大約為97度），這就意味著對液壓缸的行程要求很大，一般難以滿足要求。 方案3：在對以上2種方案的比較和權衡中，選擇適當的各桿件的長度，液壓缸滿足各項要求，同時可以達到用料最省的目的，所以有了方案3 第三章 液壓支架主要零部件的設計與計算 所要用到的材料主要考慮到實際常用到的，而且符合設計要求的，這里沒有硬性的規(guī)定，可以選用槽鋼、H型鋼或焊接鋼結構，但考慮到本設計有很多的鉸接點和焊接處，所以選擇了矩形冷彎空心型鋼料，具體尺寸如下圖所示： 3.1整機鋼結構的選型 本裝置根據具體的設計特點選擇了矩形冷彎空新型鋼料，符合GB/T6728—2002。除

27、拉桿外選擇60x40x4規(guī)格以外，其他均選擇100x50x5規(guī)格，截面如下圖所示： 圖3-1 選用的兩種鋼材截面 3.2 液壓缸的選擇 液壓千斤頂的選擇要考慮很多因素： 第一，根據物體重量和工作的用途，選用工程液壓缸普遍用的16MP壓力 第二，工作時液壓缸要求可以雙向運動產生推拉力。故此我們選用單活塞桿雙作用液壓缸，安裝方式兩端鉸接，剛性導向。 第三，本裝置的液壓系統(tǒng)與采煤機械中的液壓支架基本類似，因此在技術成熟的基礎上選擇采煤液壓支架類液壓缸 初步選擇的兩個液壓缸的參數如下表所示： 推力（kN） 內徑（mm） 工作壓力（Mpa）

28、 工作行程（mm） 提升千斤頂 80.43 80 16 400 推進千斤頂 125.66 100 16 700 表3-1 液壓千斤頂技術參數 提升缸選擇采煤液壓支架用ZFB—20如圖；推進缸選擇采煤液壓支架用ZFB—31如圖 a．提升液壓缸 b. 推進液壓缸 圖3-2 選用的兩種液壓缸 3.3 液壓缸的設計計算 1）液壓缸設計計算步驟 1） 根據主機的運動要求，按表選擇液壓缸的類型。根據機構的結構要求，按表選擇液壓缸的安裝方式。 2） 根據主機的動力分析和運動分析，確定液壓缸的主要性能參數和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時間

29、、內徑、行程和活塞桿直徑等。 3） 根據選定的工作壓力和材料進行液壓缸的結構設計。如缸體壁厚、缸蓋結構、密封形式、排氣與緩沖等。 4） 液壓缸性能的驗算。 2) 液壓缸的主要性能參數---推進液壓缸設計 液壓缸的主要尺寸為缸筒內徑、活塞桿直徑和缸筒長度等。 1、 缸筒的內徑D的計算 根據載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內徑D 計算公式為 式中 D---液壓缸內徑（m） F---液壓缸推力（KN） P---選定的工作壓力（MPa） 根據求出的已知數據 F=125.7KN P=16MPa 按公式代入數據，求得 D

30、=1.00m 2、 活塞桿的直徑d，液壓缸輸出拉力 根據速度比的要求來計算活塞桿的直徑d 式中 d---活塞桿直徑（m） D---液壓缸直徑（m） ---速度比 液壓缸的往復運動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25和1.15等幾種。根據下表選取速度比。表3-3 和P的關系 工作壓力p/MPa ≦10 12.5~20 ≧20 速度比 1.33 1.46；2 2 表3-2 和P的關系 由于工作壓力16MPa，選取速度比=2.0。 按公式代入數據，求得

31、d=70mm 計算液壓缸輸出拉力 3、 液壓缸行程s的確定 液壓缸行程s，主要依據機構的運動要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，按標準系列值選取s=700mm。 3) 液壓缸結構參數的計算 1、 缸筒壁厚的計算 缸筒的材料：45號鋼 當D/δ<10時為厚壁，δ按下式校核 —試驗壓力，當缸的額定壓力pn≤16MPa時，=1.5pn 按公式代入數據，求得 =0.07m=7mm 取=13.5mm 缸體外徑的計算 式中 ---缸體外徑（m） 按公式代入數據，求得 =127mm 2、 缸底厚度的計算

32、 平行缸底，當缸底無油孔時 式中 h---缸底厚度（m） D---液壓缸內徑（m） ---試驗壓力（MPa） ---缸底材料的許用應力（MPa） 已知： 按公式代入數據，求得 h=15.6mm 4) 液壓缸的聯接計算 1、 缸蓋聯接計算 缸蓋聯接采用焊接聯接： 液壓缸缸底采用對焊時，焊縫的拉應力為 式中 F---液壓缸輸出的最大推力（N） D---液壓缸直徑（m） P---系統(tǒng)最大工作壓力（Pa） ---液壓缸外徑(m) ---焊縫

33、底徑（m） ---焊接效率，通常取=0.7 已知： 按公式代入數據，求得 =56.8MPa 2、 銷軸、耳環(huán)的聯接計算 銷軸的聯接計算： 銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑d應按下式計算 式中 d---銷軸直徑（m） F---液壓缸輸出的最大推力（N） ---銷軸材料的許用切應力（Pa），對于45鋼，=70MPa。 已知： F=125.7KN; =70MPa 按公式代入數據，求得 d=34mm 耳環(huán)的聯接計算： 耳環(huán)寬度為 式中 d---銷軸直徑（m）

34、 EW---耳環(huán)寬度（m） ---耳環(huán)材料的許用壓應力（Pa），通常取=（0.2~0.25） ---耳環(huán)材料的抗拉強度(Pa) 已知： F=125.7KN;d=0.034m; =70MPa 按公式代入數據，求得 EW=52mm 5) 活塞桿穩(wěn)定性驗算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當活塞桿直徑d與活塞桿的計算長度l之比大于10時，應校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。 1、 無偏心載荷 由材料力學知，受壓細長桿，當載荷力接近某一臨界值時，桿將產生縱向彎曲。且其撓度值隨壓縮載荷的增加而急劇增大，以至屈曲破壞。 對于沒有偏

35、心載荷的細長桿，其縱向彎曲強度的臨界值，可按等截面法和非等截面法計算。 等截面計算法： 當細長比時，可按歐拉公式計算臨界載荷。此時 式中 ---活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷（N） n---末端條件系數 E---活塞桿材料的彈性模量，對于鋼，取為 J---活塞桿截面的轉動慣量（） 實心活塞桿 d---活塞桿直徑（m） l---活塞桿計算長度，即活塞桿在最大伸出時，活塞桿端支點和液壓缸安裝點間的距離（m） k---活塞桿斷面的回轉半徑（m）

36、 實心活塞桿 A---活塞桿截面積（）I 實心活塞桿 m---柔性系數 若活塞桿為實心桿，并用鋼鐵材料制造時，上式可以簡化為 已知： 按公式代入數據，求得 6) 液壓缸的主要性能參數---提升液壓缸設計 液壓缸的主要尺寸為缸筒內徑、活塞桿直徑和缸筒長度等。 1、 缸筒的內徑D的計算 根據載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內徑D 計算公式為 式中 D---液壓缸內徑（m） F---液壓缸推力（KN） P--

37、-選定的工作壓力（MPa） 根據求出的已知數據 D=0.08m 式中 ---液壓缸油口直徑（m） D---液壓缸內徑（m） v---液壓缸最大輸出速度（m/min） ---油口液流速度（m/s） 已知： 按公式代入數據，求得 =0.015m=15mm 2、 活塞桿的直徑d，液壓缸輸出拉力 根據速度比的要求來計算活塞桿的直徑d 式中 d---活塞桿直徑（m） D---液壓缸直徑（m） ---速度比 液壓缸的往復運動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.2

38、5和1.15等幾種,根據表3-2選取速度比,由于工作壓力16MPa，選取速度比=1.46。 按公式代入數據，求得 d=45mm 計算液壓缸輸出拉力 3、 液壓缸行程s的確定 液壓缸行程s，主要依據機構的運動要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，按標準系列值選取s=400mm。 7) 液壓缸結構參數的計算 液壓缸的結構參數，主要包括缸筒壁厚、油口直徑、缸底厚度、缸頭厚度等。 1、 缸筒壁厚的計算 缸筒的材料：45號鋼 按厚壁筒計算 按公式代入數據，求得 =0.056m=56mm 取=11mm 缸體外徑的計算

39、 式中 ---缸體外徑（m） 按公式代入數據，求得 =102mm 2、 缸底厚度的計算 平行缸底，當缸底無油孔時 式中 h---缸底厚度（m） D---液壓缸內徑（m） ---試驗壓力（MPa） ---缸底材料的許用應力（MPa） 已知： 按公式代入數據，求得 h=12.5mm 8) 液壓缸的聯接計算 1、 缸蓋聯接計算 缸蓋聯接采用焊接聯接： 液壓缸缸底采用對焊時，焊縫的拉應力為 式中 F---液壓缸輸出的最大推力（N） D---液壓缸直徑（m）

40、 P---系統(tǒng)最大工作壓力（Pa） ---液壓缸外徑(m) ---焊縫底徑（m） ---焊接效率，通常取=0.7 已知： 按公式代入數據，求得 =40.2MPa 2、 銷軸、耳環(huán)的聯接計算 銷軸的聯接計算： 銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑d應按下式計算 式中 d---銷軸直徑（m） F---液壓缸輸出的最大推力（N） ---銷軸材料的許用切應力（Pa），對于45鋼，=70MPa。 已知： F=80.43KN; =70MPa 按公式代入數據，求得 d

41、=27mm 耳環(huán)的聯接計算： 耳環(huán)寬度為 式中 d---銷軸直徑（m） EW---耳環(huán)寬度（m） ---耳環(huán)材料的許用壓應力（Pa），通常取=（0.2~0.25） ---耳環(huán)材料的抗拉強度(Pa) 已知： F=80.43KN; d=0.027m；=70MPa 按公式代入數據，求得 EW=42mm 9) 活塞桿穩(wěn)定性驗算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當活塞桿直徑d與活塞桿的計算長度l之比大于10時，應校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。 1、 無偏心載荷 由材料力學知，受壓細長桿，

42、當載荷力接近某一臨界值時，桿將產生縱向彎曲。且其撓度值隨壓縮載荷的增加而急劇增大，以至屈曲破壞。 對于沒有偏心載荷的細長桿，其縱向彎曲強度的臨界值，可按等截面法和非等截面法計算。 等截面計算法： 當細長比時，可按歐拉公式計算臨界載荷。此時 式中 ---活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷（N） n---末端條件系數 E---活塞桿材料的彈性模量，對于鋼，取為 J---活塞桿截面的轉動慣量（） 實心活塞桿 d---活塞桿直徑（m） l---活塞桿計算長度，即活塞桿在最大伸出時，活塞桿

43、端支點和液壓缸安裝點間的距離（m） k---活塞桿斷面的回轉半徑（m） 實心活塞桿 A---活塞桿截面積（）I 實心活塞桿 m---柔性系數 若活塞桿為實心桿，并用鋼鐵材料制造時，上式可以簡化為 已知： 按公式代入數據，求得 對選好的部件先進行安裝得到整機效果圖如下： 圖3-3 整機效果 第四章 整機重要部件的受力校核 當工作平臺靜止時，整體受力（不

44、考慮機構的自身重量）如下圖所示。其中承載物體的重量為G，兩輪軸受到地面豎直向上的力F1、F2，有以下關系式G= F1+F2，且F1+F2=G/2。作用在單側軸A、D處的力分別為F1/2、F2/2。 圖4-1 整機受力 4.1 左側頂桿支架校核 首先對左側頂桿支架做受力分析，并校核。其中收力如下圖所示： 圖4-2 左側頂桿支架做受力分析 由FA+ Fy=0、FC+ Fx=0可知FA=-Fy、FC=-Fx，對A點起距，得AB段的力矩如下式： 其中FA的方向始終豎直向上，大小為G/4。FC的方向始終水平，大小和桿的轉動角度有關。a為桿AB段與水平方向的夾角。由上式

45、可知a越小桿件承受的力矩越大。當AB段達到水平時，力矩最大MAB=750N.m，FC=1250N。固對此時的受力進行強度校核。 桿件選用矩形鋼，其截面尺寸如下圖： 圖4-3 100X50X5矩形鋼截面尺寸 支架的主要失效形式是彎曲變形，因此對其彎矩應力進行校核，彎矩圖如下表示： 圖4-4 彎矩圖 由于截面對稱，中性軸即為中心軸，所以最大拉應力應產生在上表面；最壓應力產生在下表面處。由材料力學公式可得： 式中：l為上表面至中性軸的距離，I為慣性矩158.155cm4（機械設計手冊）。 代入數據可得： 同理可得最大壓應力為23.7Mpa 本設計選用的鋼

46、材為Q235，其最大許用應力為158~235MPa（機械設計手冊）。所以滿足設計使用要求。 4.2對拉桿2做強度校核 拉桿2僅受軸向的拉伸應力，且FC的方向始終水平，大小和桿的轉動角度有關。由上一步得到的危險工作狀況可得FC=1250N。并可以判定此力也是整個工作范圍的最大拉力。查機械設計手冊可知道拉桿的截面（如下圖），截面積S=6.947cm2。 圖4-5 60X40X4矩形鋼截面尺寸 由材料力學中的拉應力公式可得： 拉桿選用的鋼材為Q235，其最大許用應力為158~235MPa（機械設計手冊）。所以滿足設計使用要求。 4.3右側頂桿支架校核 對右側頂桿支架做

47、受力分析，并校核。其中受力如下圖所示： 圖4-6 右側頂桿支架做受力分析 計算整桿受力，并對D點起距得： FE .sin（c）.lDE+FF.lDF+ FHy.lDH=0。 式中c=68度，可知FF=-1250N、FHy=1071N、FHx=2321N、 FE=3862N。 桿件選用矩形鋼，其截面尺寸如下圖： 圖4-7 100X50X5矩形鋼截面尺寸 支架的主要失效形式是彎曲變形，因此對其彎矩應力進行校核， 彎矩圖為以下所示： 圖4-8 彎矩圖 由于截面對稱，中性軸即為中心軸，所以最大拉應力應產生在上表面；最壓應力產生在下表面處。由

48、材料力學公式可得： 式中：l為上表面至中性軸的距離，I為慣性矩158.155cm4（機械設計手冊）。 代入數據可得： 同理可得最大壓應力為11.9Mpa 本設計選用的鋼材為Q235，其最大許用應力為158~235MPa（機械設計手冊）。所以滿足設計使用要求。 4.3銷釘校核 對桿1與平臺間的銷釘進行計算校核，其裝配如下圖： 圖4-9 銷釘安裝示意圖 受力簡圖為： 圖4-10 銷釘受力示意圖 其中F1 = F2 + F3=2500N，銷釘的直徑為26mm，截面積為A=0.00053m2。單側截面受力F=1250N，其端面上的剪切應力為： 本設

49、計選用的鋼材為Q235，其最大許用剪切應力為20~60MPa（機械設計手冊）。所以滿足設計使用要求。 第五章 結論與展望 通過本次的畢業(yè)設計，使我對大學五年所學的知識進行了一次全面綜合的復習和鞏固，對我畢業(yè)后的發(fā)展有很大的幫助。本設計是一種風電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，采用液壓系統(tǒng)驅動控制平行四連桿機構，其進退控制閥組可實現進退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同步馬達、升降缸閥組可實現升降缸的位置保持、升降缸的二級壓力切換及同步升降控制，具有自動化程度高、安全性好的優(yōu)點。大大提高了試車效率和生產安全性，滿足了風電批量化生產的要求。本裝置利用四個液壓

50、千斤頂作為主要動力，來驅動整機做豎直和水平運動，且運動平穩(wěn)精確。豎直提升范圍在0~356mm，水平行程0~700mm，驅動力也完全滿足設計使用要求。經過我的的細心設計，使得該機構性能出色，結構緊湊，且加工制造成本低廉，經濟實用。由于初次進行一個完整機構的設計與計算，在設計過程中難免會存在不足甚至是錯誤，還請諒解。 近年來由于環(huán)境和能源問題日趨緊張，風電作為一種可再生綠色能源越來越受到世界關注，尤其是近十年．全球風電產業(yè)飛速發(fā)展，我國風電裝機容量更是迅猛增加，預計在2030年后風電將成為我國繼煤炭、石油之后的第三大能源。目前風電技術及其設備研制剛剛處于起步階段，我國的風力發(fā)電技術及其應用相對落

51、后于歐美，風電設備在設計選型時應關注的主要技術經濟指標還沒有較好的評價和分析方法。風電產業(yè)在未來的很長一段時間里都會成為我國著重發(fā)展的產業(yè)，如何提高風電產業(yè)的生產效率，有效利用資源將會是一個十分重要的問題，希望我國能在新能源和新技術領域取得巨大的成就。 31 大連交通大學2006屆本科生畢業(yè)設計（論文） 謝 辭 在老師和同學的幫助下，經過了數個月的努力，我終于完成了人生中的第一份畢業(yè)設計，此刻我心中充滿了激動與自豪，這是我對五年所學知識的完全應用，看著自己做出的成果，心中有一種說不出的成就感。通過畢設階段的學習與實踐為我們將來的工作與發(fā)展奠定了良好的基礎。隨著畢設

52、的結束，我的大學生活也將在這個學期即將劃上一個句號，在這五年里我學到了許多，成長了許多。在這里我要向培育了我五年的母校表示感謝，感謝學校對我的培養(yǎng)與教育，感謝學校為我們創(chuàng)造了這么好的學習與生活環(huán)境。感謝我的指導教師邵萬珍老師，感謝邵老師對我的悉心指導與教育，感謝她對我不遺余力的講解與傳授，她認真求實的態(tài)度深深的感染了我，在她的關懷與指引下我才能順利的完成此次設計。同時也感謝所有機械教研組的老師們，感謝你們這五年來對我的教導。最后感謝這五年里陪我度過每個日日夜夜的同學們，祝交大的明天更加輝煌 參考文獻 [1] 何

53、元庚.機械原理與機械零件.高等教育出版社,1998. [2] 孫志禮.機械設計.沈陽：東北大學出版社,2000.9. [3] 程嘉佩.材料力學.高等教育出版社； [4] 胡仰磬.理論力學.高等教育出版社； [5] 成大先.機械設計手冊.北京:化學工業(yè)出版社,2004.1. [6] 陳立德.機械設計基礎.機械工業(yè)出版社； [7] 孫恒.機械原理.北京：高等教育出版社,2000.8. [8] 孫鐵軍.機械設計基礎.東北大學出版社,2000.9. [9] 許德珠.金屬工藝學.高等教育出版社,1992.9. [10] 機械設計手冊 第三版.北京:化學工業(yè)出版社,1993. [11] 黃治國,中文版AutoCAD2006機械設計實例與操作[M].中國科學技術大學出版社,2000. [12]