畢業(yè)設(shè)計（論文）一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置

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1、 一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置 學(xué) 校： 院系專業(yè)： 指導(dǎo)教師： 姓 名： 2010.11.20 摘 要 本設(shè)計說明書主要是關(guān)于一種風(fēng)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(shè)計思路和設(shè)計過程。 目前在風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)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(fēng)載，通過配重臂與輪轂的連接來進(jìn)行變槳回轉(zhuǎn)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(xiàn)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(chǎn)效率和自動化水平低、安全性差。因此

2、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。 在科技飛速發(fā)展、自動化程度高速發(fā)展的今天，提高風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)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(shè)計及論證，采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動控制平行四連桿機(jī)構(gòu)，其進(jìn)退控制閥組可實現(xiàn)進(jìn)退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同步馬達(dá)、升降缸閥組可實現(xiàn)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(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)軸承 配重臂設(shè)計 液壓系統(tǒng) 平行四連桿機(jī)構(gòu) Abstra

3、ct This design guide is mainly about the pitch of a wind with a weight bearing test device and loading method for loading and unloading arm in arm with weight handling equipment design ideas and design process. At present wind power performance test pitch bearings, using the blade counterweight

4、 arm simulation, simulation of the role of weight in the wind load on the blade, and arm weight through the connection hub for the performance of pitch bearings test However, the weight between the arm and wheel assembly and disassembly is to rely on the cable car to achieve, the drawback is you can

5、 only assembly or disassembly of a counterweight arm, people need to participate in assembly, production efficiency and the low level of automation, poor security. Therefore the development of an efficient and secure automated pitch is the counterweight arm handling device problems to be solved. R

6、apid development in technology, the rapid development of automation today, to improve pitch bearings of wind power performance test weight between the arm and wheel assembly and disassembly Xiaoshuai is particularly important, the issue on how to improve the efficiency of the design Zuochu and demon

7、stration, the use of hydraulic drive control system of parallel four-bar linkage, the advance and retreat retreat cylinder control valve position can be achieved to maintain and floating control; lift control valve, synchronous motor, a lifting cylinder valve position can be maintained to achieve li

8、fting cylinder, lift cylinder pressure switch and synchronous lifting the secondary control, high automation, security and good benefits. Key words: wind power pitch arm bearings dialog weight parallel four-bar linkage hydraulic system 大連交通大學(xué)2006屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘 要 I 目 錄

9、 I 第一章 概述 1 1.1本課題的研究背景 1 1.1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.1.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成及變漿軸承 2 1.2 課題來源及其意義 3 1.3 課題內(nèi)容及設(shè)計思想 3 1.3.1 課題研究內(nèi)容 3 1.3.2 具體內(nèi)容及設(shè)計思想 3 1.4技術(shù)路線與可行性分析 5 1.4.1技術(shù)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(shè)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

10、裝卸裝置部件的設(shè)計要求及參數(shù)確定 8 2.2.1 設(shè)計要求 8 2.2.2 配重臂裝卸裝置的整體結(jié)構(gòu)尺寸確定 8 第三章 液壓支架主要零部件的設(shè)計與計算 10 3.1整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的選型 10 3.2 液壓千斤頂?shù)倪x擇 10 第四章 整機(jī)重要部件的受力校核 13 4.1 左側(cè)頂桿支架校核 13 4.2對拉桿2做強(qiáng)度校核 15 4.3右側(cè)頂桿支架校核 15 4.3銷釘校核 18 結(jié) 論 19 謝 辭 20 參考文獻(xiàn) 21 附 錄 22 中文翻譯 23 第一章 概述 1.1本課題的研究背景 本課題主要是設(shè)計一款風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置

11、及裝卸方法，目的是服務(wù)于現(xiàn)在正蓬勃發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。 目前風(fēng)電技術(shù)及其設(shè)備研制剛剛處于起步階段，中國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用相對落后于歐美，風(fēng)電設(shè)備在設(shè)計選型時應(yīng)關(guān)注的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還沒有較好的評價和分析方法。技術(shù)來自實踐也應(yīng)用于實踐，通過對市場的調(diào)研和對現(xiàn)有設(shè)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(fēng)電設(shè)備設(shè)計選型設(shè)計的一種新型有效、實用簡單的評價方法和分析途徑，并設(shè)計出了實際設(shè)備供實際生產(chǎn)參考使用。 1.1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)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(fēng)電作為一種可再生綠色能源越來越受到世界關(guān)注，尤其是近十年．全球風(fēng)電累計

12、裝機(jī)容量的年均增長率接近30％，到2009年底世界總的風(fēng)能發(fā)電容量將突破12億萬Mw。據(jù)歐洲《風(fēng)力十二》的規(guī)劃和預(yù)測，到2020年全世界風(fēng)能裝機(jī)容量將達(dá)到123.1萬Mw，這一水平是2005年的21倍，年平均增速高達(dá)20％，屆時風(fēng)電將占世界電力供應(yīng)的12％。國外液壓支架設(shè)計的自動化程度總體較高。液壓支架的設(shè)計主要包括三個步驟:首先，根據(jù)要開采煤礦的地質(zhì)環(huán)境確定液壓支架的工作阻力，然后，根據(jù)工作阻力，在三維CAD軟件中修改己經(jīng)成型的液壓支架的參數(shù)，再在CAE軟件中對修改后的CAD模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，最后，在虛擬樣機(jī)軟件中對液壓支架進(jìn)行動力學(xué)及運(yùn)動學(xué)分析。 近十幾年中國風(fēng)電裝機(jī)容量迅猛增加，從19

13、95年至今，我國風(fēng)電裝機(jī)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(biāo)到2010年我國風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)O.5萬Mw，到2015年我國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1.5萬Mw，到2020年我國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)3.0萬Mw。現(xiàn)在2010年的目標(biāo)已提前三年完成，按照目前發(fā)展速度，預(yù)計到2020年我國風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)8.O萬MW，在2030年后風(fēng)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(fēng)力發(fā)電群 風(fēng)電能源的需求拉動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，長期以來國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)品大多依賴進(jìn)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(dǎo)和政策的促進(jìn)下國內(nèi)涌現(xiàn)出

14、了一批優(yōu)秀企業(yè)，從市場份額看，國產(chǎn)機(jī)組比例也在上升，目前國內(nèi)葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等零部件已基本能實現(xiàn)自主生產(chǎn)，但軸承、控制系統(tǒng)等還是主要依賴進(jìn)口。 1.1.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成及變漿軸承 風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)速條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常工作,要保證葉片可以相對其軸線旋轉(zhuǎn)以達(dá)到變槳的目的。變槳軸承目前大 圖.1-2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的一種變漿軸 量采用四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承,依據(jù)風(fēng)機(jī)的功率級數(shù)差異,單排、雙排的四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承目前均有采用。轉(zhuǎn)盤軸承工作時

15、一般為低速的回轉(zhuǎn)運(yùn)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(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)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(fēng)載，通過配重臂與輪轂的連接來進(jìn)行變槳回轉(zhuǎn)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(shù)量根據(jù)葉輪的結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(chǎn)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。 本發(fā)明的一種風(fēng)電變槳軸承試驗

16、用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動控制平行四連桿機(jī)構(gòu)，其進(jìn)退控制閥組可實現(xiàn)進(jìn)退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同步馬達(dá)、升降缸閥組可實現(xiàn)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(chǎn)安全性，滿足了風(fēng)電批量化生產(chǎn)的要求。 1.3 課題內(nèi)容及設(shè)計思想 1.3.1 課題研究內(nèi)容 本實用新型涉及一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，課題內(nèi)容包括試驗方案的選擇與確定，試驗材料與結(jié)構(gòu)的選擇，結(jié)構(gòu)的校核等幾大具體內(nèi)容，目的是設(shè)計配重臂裝卸裝置的設(shè)計，按其原

17、理要求在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下實現(xiàn)功能 1.3.2 具體內(nèi)容及設(shè)計思想 本發(fā)明的目的是提供一種高效、安全的、自動化的風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法。 本實用新型的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的：一種風(fēng)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(qū)動臂、升降液壓缸、拉桿、擺動臂、進(jìn)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(qū)動臂，另一個走行輪軸上裝有一個擺動臂，驅(qū)動臂、擺動臂與車輪軸之間由滾動軸承支撐，驅(qū)動臂、擺動臂的一端與底座相連，另一端與拉桿相連，驅(qū)動臂、拉桿、擺動臂

18、組成平行四邊形機(jī)構(gòu)，底座和驅(qū)動臂之間裝有升降液壓缸，進(jìn)退液壓缸通過耳軸安裝在基礎(chǔ)上的固定支座上，液壓缸頭部與底座相聯(lián)；液壓控制系統(tǒng)由油箱組件、供油系統(tǒng)、進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)退油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂的進(jìn)退并與二位四通電磁換向閥Ⅰ共同作用控制進(jìn)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(xiàn)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(jī)構(gòu)簡圖如圖1-3所

19、示 1、底座，2、 走行輪Ⅰ，3、 驅(qū)動臂，4、 升降液壓缸，5、 拉桿， 6、 走行輪Ⅱ，7、 擺動臂，8. 進(jìn)退液壓缸 圖.1-3 配重臂裝卸裝置結(jié)構(gòu)簡圖 如附圖所示，風(fēng)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Ⅰ2、驅(qū)動臂3、升降液壓缸4、拉桿5、走行輪Ⅱ、擺動臂7、進(jìn)退液壓缸8等組成，走行輪Ⅰ2、走行輪Ⅱ6安裝在固定軌道上，走行輪Ⅰ2軸上裝有一個驅(qū)動臂3，走行輪Ⅱ6軸上裝有一個擺動臂6，驅(qū)動臂3、擺動臂7與車輪軸之間由滾動軸承支撐，驅(qū)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(qū)

20、動臂3、拉桿5、擺動臂7組成平行四邊形機(jī)構(gòu)，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(qū)動臂3之間裝有升降液壓缸4，該液壓缸用于實現(xiàn)底座的升降運(yùn)動。進(jìn)退液壓缸8通過耳軸安裝在基礎(chǔ)上的固定支座上，液壓缸頭部與底座1相聯(lián)當(dāng)進(jìn)退液壓缸8動作時可實現(xiàn)底座的水平移動，從而帶動配重臂的進(jìn)退。由走行輪Ⅰ2、驅(qū)動臂3、升降液壓缸4、拉桿5、走行輪Ⅱ6、擺動臂7組成的升降機(jī)構(gòu)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(shù)路線與可行性分析 1.4.1技術(shù)路線 圖.1-4 配重臂裝卸裝置技術(shù)路線分析 1.4.2可行性分析 目前在風(fēng)力發(fā)電變

21、槳回轉(zhuǎn)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(fēng)載，通過配重臂與輪轂的連接來進(jìn)行變槳回轉(zhuǎn)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(shù)量根據(jù)葉輪的結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(chǎn)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(jìn)步，自動智能化得到了進(jìn)一步的發(fā)展，所示實現(xiàn)風(fēng)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(shè)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(chǎn)安全性

22、，滿足了風(fēng)電批量化生產(chǎn)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(xiàn)進(jìn)退缸的位置保持及浮動控制，保證配重臂與輪轂間的螺栓把合力矩； 3、可實現(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)壓力自動補(bǔ)償及卸荷功能。 第二章 配重臂裝卸裝置的總體方案設(shè)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(shè)計的配重臂裝卸裝置為風(fēng)電變槳軸承試驗用的典型配套設(shè)備，主要特點是： （1）、專業(yè)性強(qiáng)，設(shè)計的主要用途是為該實驗用，別

23、的場合用途很??； （2）、設(shè)計應(yīng)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(hù)。 2.1.2配重臂裝卸裝置的工作原理 a b a—推進(jìn)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(jìn)） 該風(fēng)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(qū)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(jī)構(gòu)，底座和驅(qū)動臂之間裝有升降液壓缸B，推進(jìn)液壓缸A通過耳軸安裝在基礎(chǔ)上的固定支座上，其頭部與底座相聯(lián)；液壓控制系統(tǒng)由油箱組

24、件、供油系統(tǒng)、進(jìn)退油缸液壓系統(tǒng)、升降油缸液壓系統(tǒng)組成，進(jìn)退油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂的進(jìn)退并實現(xiàn)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、降和保壓，保證兩液壓缸的同步動作，實現(xiàn)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(shè)計要求及參數(shù)確定 2.2.1 設(shè)計要求 在本次畢業(yè)設(shè)計中，我主要負(fù)責(zé)機(jī)械部分的設(shè)計工作。其中最主要的設(shè)計計算為整體尺寸的設(shè)計和材料的選擇，以及液壓千斤頂?shù)倪x擇上。 主要設(shè)計要求及參數(shù)： 設(shè)計參數(shù) 承載重量（kg） 提升高度（mm） 推進(jìn)距離(mm) 數(shù)據(jù) 1000

25、 300 500 表.2-1 主要設(shè)計參數(shù) 根據(jù)現(xiàn)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(jié)構(gòu)尺寸確定 為本課題我們初期論證階段做了三套設(shè)計方案，并對這三套方案做了周密的比較和權(quán)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(zhuǎn)動角度較

26、小，力矩加大，需要液壓缸提供很大的推力，而且為保證強(qiáng)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(dá)到工作要求的提升高度需很大的轉(zhuǎn)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(quán)衡中，選擇適當(dāng)?shù)母鳁U件的長度，液壓缸滿足各項要求，同時可以達(dá)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)

27、，但考慮到本設(shè)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(jī)鋼結(jié)構(gòu)的選型 本裝置根據(jù)具體的設(shè)計特點選擇了矩形冷彎空新型鋼料，符合GB/T6728—2002。除拉桿外選擇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 液壓千斤頂?shù)倪x擇 液壓千斤頂?shù)倪x擇要考慮很多因素： 第一，考慮到物體重量不是很大，所以壓力可以采用6~10MPA 的中低壓力，這樣對于日后系統(tǒng)維護(hù)及安全操作等有相當(dāng)大的好處。 第二，有了壓力就可以根據(jù)F=N（P*S）來求液壓

28、缸的缸徑桿徑了，這里默認(rèn)液壓缸無桿腔充油，物體被舉起或被推進(jìn)，這樣就可以選擇了，并且液壓缸的缸桿螺紋是設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，也可以讓油缸生產(chǎn)廠根據(jù)設(shè)計要求制作。 第三，由于需要選擇的兩個液壓千斤頂均是是往復(fù)運(yùn)動，所以要在回路上加裝平衡閥，這一點相當(dāng)重要 初步選擇的兩個液壓千斤頂?shù)膮?shù)如下表所示： 推力（kN） 內(nèi)徑（mm） 工作壓力（Mpa） 工作行程（mm） 提升千斤頂 80.43 80 16 400 推進(jìn)千斤頂 125.66 100 16 700 表.3-1 液壓千斤頂技術(shù)參數(shù) 本裝置的液壓系統(tǒng)與采煤機(jī)械中的液壓支架基本類似，因此在技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上提升千斤頂

29、選擇采煤液壓支架用ZFB—20如圖；推進(jìn)千斤頂選擇采煤液壓支架用ZFB—31如圖 a．提升千斤頂 b. 推進(jìn)千斤頂 圖3-2 選用的兩種液壓千斤頂 3.3 液壓缸的設(shè)計計算 1）液壓缸設(shè)計計算步驟 1） 根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動要求，按表選擇液壓缸的類型。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，按表選擇液壓缸的安裝方式。 2） 根據(jù)主機(jī)的動力分析和運(yùn)動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時間、內(nèi)徑、行程和活塞桿直徑等。 3） 根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等。 4） 液壓缸性能的驗算。 2）液壓

30、缸類型及安裝方式的確定 工作時液壓缸要求可以雙向運(yùn)動產(chǎn)生推拉力。故此我們選用單活塞桿雙作用液壓缸。根據(jù)液壓缸工作壓力的大小，選用拉桿型液壓缸。安裝方式兩端鉸接，剛性導(dǎo)向。 3) 液壓缸的主要性能參數(shù)---推進(jìn)液壓缸設(shè)計 液壓缸的主要尺寸為缸筒內(nèi)徑、活塞桿直徑和缸筒長度等。 1、 缸筒的內(nèi)徑D的計算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑D 計算公式為 式中 D---液壓缸內(nèi)徑（m） F---液壓缸推力（KN） P---選定的工作壓力（MPa） 根據(jù)求出的已知數(shù)據(jù) F=125.7KN P=16MPa 按公式代入數(shù)

31、據(jù)，求得 D=1.00m 2、 活塞桿的直徑d 根據(jù)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(fù)運(yùn)動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25和1.15等幾種。根據(jù)下表選取速度比。 表3-3 和P的關(guān)系 工作壓力p/MPa ≦10 12.5~20 ≧20 速度比 1.33 1.46；2 2 由于工作壓力16MPa，故選取速度比=2.0。 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 d=70mm 3、 液壓

32、缸行程s的確定 液壓缸行程s，主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，按標(biāo)準(zhǔn)系列值選取s=700mm。 4) 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算 液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，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 對于中高壓系統(tǒng)，液壓缸厚度一般按厚壁筒計算。 當(dāng)缸體材料由脆性材料制造時，缸筒厚度應(yīng)按第二強(qiáng)度理論計算 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =0.0135m=13.5mm 缸體外徑的計算 式中 ---缸體外徑（m） 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =127mm

33、2、 液壓缸油口直徑的計算 液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動速度v和油口最高液流速度而定 式中 ---液壓缸油口直徑（m） D---液壓缸內(nèi)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(shù)據(jù)，求得 =0.02m=20mm 3、 缸底厚度的計算 平行缸底，當(dāng)缸底無油孔時 式中 h---缸底厚度（m） D---液壓缸內(nèi)徑（m） ---試驗壓力（MPa） ---缸底材料的許用應(yīng)力（MPa） 已知：

34、 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 h=15.6mm 5) 液壓缸的聯(lián)接計算 1、 缸蓋聯(lián)接計算 缸蓋聯(lián)接采用焊接聯(lián)接： 液壓缸缸底采用對焊時，焊縫的拉應(yīng)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) ---焊縫底徑（m） ---焊接效率，通常取=0.7 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =56.8MPa 2、 銷軸、耳環(huán)的聯(lián)接計算 銷軸的聯(lián)接計算： 銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑d應(yīng)按下式計

35、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(yīng)力（Pa），對于45鋼，=70MPa。 已知： F=125.7KN; =70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 d=34mm 耳環(huán)的聯(lián)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(yīng)力（Pa），通常取=（0.2~0.25） ---耳環(huán)材料的抗拉強(qiáng)度(Pa) 已知： F=125.7KN;d=0

36、.034m; =70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 EW=52mm 10) 活塞桿穩(wěn)定性驗算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當(dāng)活塞桿直徑d與活塞桿的計算長度l之比大于10時，應(yīng)校核活塞桿的縱向抗彎強(qiáng)度或穩(wěn)定性。 1、 無偏心載荷 由材料力學(xué)知，受壓細(xì)長桿，當(dāng)載荷力接近某一臨界值時，桿將產(chǎn)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(xì)長桿，其縱向彎曲強(qiáng)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(dāng)細(xì)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）

37、 n---末端條件系數(shù) E---活塞桿材料的彈性模量，對于鋼，取為 J---活塞桿截面的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù) 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：

38、 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 3) 液壓缸的主要性能參數(shù)---提升液壓缸設(shè)計 液壓缸的主要尺寸為缸筒內(nèi)徑、活塞桿直徑和缸筒長度等。 1、 缸筒的內(nèi)徑D的計算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑D 計算公式為 式中 D---液壓缸內(nèi)徑（m） F---液壓缸推力（KN） P---選定的工作壓力（MPa） 根據(jù)求出的已知數(shù)據(jù) D=0.08m 式中 ---液壓缸油口直徑（m） D---液壓缸內(nèi)徑（m） v---液壓缸最大輸出速度（m/m

39、in） ---油口液流速度（m/s） 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =0.015m=15mm 1、 缸底厚度的計算 平行缸底，當(dāng)缸底無油孔時 式中 h---缸底厚度（m） D---液壓缸內(nèi)徑（m） ---試驗壓力（MPa） ---缸底材料的許用應(yīng)力（MPa） 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 h=12.5mm 4) 液壓缸的聯(lián)接計算 1、缸蓋聯(lián)接計算 缸蓋聯(lián)接采用焊接聯(lián)接： 液壓缸缸底采用對焊時，焊縫的拉應(yīng)力為 式中 F---液壓缸輸出的最大推力（N）

40、 D---液壓缸直徑（m） P---系統(tǒng)最大工作壓力（Pa） ---液壓缸外徑(m) ---焊縫底徑（m） ---焊接效率，通常取=0.7 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =40.2MPa 1、 銷軸、耳環(huán)的聯(lián)接計算 銷軸的聯(lián)接計算： 銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑d應(yīng)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(yīng)力（Pa），對于45鋼，=70MPa。 已知： F=80.43K

41、N; =70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 d=27mm 耳環(huán)的聯(lián)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(yīng)力（Pa），通常取=（0.2~0.25） ---耳環(huán)材料的抗拉強(qiáng)度(Pa) 已知： F=80.43KN; d=0.027m；=70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 EW=42mm 6) 活塞桿穩(wěn)定性驗算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當(dāng)活塞桿直徑d與活塞桿的計算長度l之比大于10時，應(yīng)校核活塞桿的縱向抗彎強(qiáng)度或穩(wěn)定性。

42、 1、 無偏心載荷 由材料力學(xué)知，受壓細(xì)長桿，當(dāng)載荷力接近某一臨界值時，桿將產(chǎn)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(xì)長桿，其縱向彎曲強(qiáng)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(dāng)細(xì)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(shù) E---活塞桿材料的彈性模量，對于鋼，取為 J---活塞桿截面的轉(zhuǎn)動慣量（） 實心活塞桿 d---活塞桿直徑（m） l

43、---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(zhuǎn)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(shù) 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(shù)據(jù)，求得 對選好的部件先進(jìn)行安裝得到整機(jī)效果圖如下： 圖3-3 整機(jī)效果 第四章 整機(jī)重要部件的受力校核

44、 當(dāng)工作平臺靜止時，整體受力（不考慮機(jī)構(gòu)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(guān)系式G= F1+F2，且F1+F2=G/2。作用在單側(cè)軸A、D處的力分別為F1/2、F2/2。 圖.4-1 整機(jī)受力 4.1 左側(cè)頂桿支架校核 首先對左側(cè)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(cè)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(zhuǎn)動角度有

45、關(guān)。a為桿AB段與水平方向的夾角。由上式可知a越小桿件承受的力矩越大。當(dāng)AB段達(dá)到水平時，力矩最大MAB=750N.m，F(xiàn)C=1250N。固對此時的受力進(jìn)行強(qiáng)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(yīng)力進(jìn)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(yīng)力應(yīng)產(chǎn)生在上表面；最壓應(yīng)力產(chǎn)生在下表面處。由材料力學(xué)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(jī)械設(shè)計手冊）。 代入數(shù)據(jù)可得： 同理可得

46、最大壓應(yīng)力為23.7Mpa 本設(shè)計選用的鋼材為Q235，其最大許用應(yīng)力為158~235MPa（機(jī)械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。 4.2對拉桿2做強(qiáng)度校核 拉桿2僅受軸向的拉伸應(yīng)力，且FC的方向始終水平，大小和桿的轉(zhuǎn)動角度有關(guān)。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(jī)械設(shè)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(xué)中的拉應(yīng)力公式可得： 拉桿選用的鋼材為Q235，其最大許用應(yīng)力為158~235MPa（機(jī)械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。

47、 4.3右側(cè)頂桿支架校核 對右側(cè)頂桿支架做受力分析，并校核。其中受力如下圖所示： 圖.4-6 右側(cè)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(yīng)力進(jìn)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

48、最大拉應(yīng)力應(yīng)產(chǎn)生在上表面；最壓應(yīng)力產(chǎn)生在下表面處。由材料力學(xué)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(jī)械設(shè)計手冊）。 代入數(shù)據(jù)可得： 同理可得最大壓應(yīng)力為11.9Mpa 本設(shè)計選用的鋼材為Q235，其最大許用應(yīng)力為158~235MPa（機(jī)械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。 4.3銷釘校核 對桿1與平臺間的銷釘進(jìn)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?shù)闹睆綖?6mm，截面積

49、為A=0.00053m2。單側(cè)截面受力F=1250N，其端面上的剪切應(yīng)力為： 本設(shè)計選用的鋼材為Q235，其最大許用剪切應(yīng)力為20~60MPa（機(jī)械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。 結(jié) 論 通過調(diào)查和分析以及現(xiàn)場的設(shè)計要求，設(shè)計了一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置。本裝置利用四個液壓千斤頂作為主要動力，來驅(qū)動整機(jī)做豎直和水平運(yùn)動，且運(yùn)動平穩(wěn)精確。豎直提升范圍在0~356mm，水平行程0~700mm。驅(qū)動力也完全滿足設(shè)計使用要求。經(jīng)過本人的細(xì)心設(shè)計，使得該機(jī)構(gòu)性能出色，結(jié)構(gòu)緊湊，且加工制造成本低廉，經(jīng)濟(jì)實用。

50、 謝 辭 五年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。本研究及學(xué)位論文是在邵萬珍老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，邵老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。X教授不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向X老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 感謝所有教育過我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本論文的基礎(chǔ)。 感謝和我一起做設(shè)計

51、的同學(xué)，因為這篇論文的實踐工作是我們大家一起完成的，同時也要感謝我的舍友，你們的支持與鼓勵給了我莫大的動力，使我順利完成此次設(shè)計。 參考文獻(xiàn) [1] 何元庚.《機(jī)械原理與機(jī)械零件》.高等教育出版社； [2] 濮良貴.《機(jī)械設(shè)計》.高等教育出版社； [3] 程嘉佩.《材料力學(xué)》.高等教育出版社； [4] 胡仰磬.《理論力學(xué)》.高等教育出版社； [5] 曾宗福.《機(jī)械基礎(chǔ)》.化學(xué)工業(yè)出版社； [6] 陳立德.《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》.機(jī)械工業(yè)出版社； [7] 邱宣懷.《機(jī)械設(shè)計》.高等教育出版社； [8] 全

52、沅生.《工程力學(xué)》.華中科技大學(xué)出版社； [9] 榮輝、楊夢辰.《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》.北京理工大學(xué)出版社； [10] 許德珠.《金屬工藝學(xué) 》.高等教育出版社； [11] 機(jī)械設(shè)計手冊委員會.《機(jī)械設(shè)計手冊》新版.機(jī)械工業(yè)出版社。 附 錄 五年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。本研究及學(xué)位論文是在我的老師XX教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，X老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。X教授不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向X老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 感謝所有教育過我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本論文的基礎(chǔ)。 感謝和我一起做設(shè)計的同學(xué)，因為這篇論文的實踐工作是我們大家一起完成的，同時也要感謝我的舍友，你們的支持與鼓勵給了我莫大的動力，使我順利完成此次設(shè)計。 中文翻譯