一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置设计【11张CAD图纸+毕业论文】

一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置设计50页 13000字数+论文说明书+任务书+11张CAD图纸【详情如下】一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置总装图.dwg一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置设计论文.doc右顶杆支架A2.dwg左顶杆支架A2.dwg平台支架A0.dwg拉杆A3.dwg推进千斤顶A2.dwg提升千斤顶A2.dwg衬垫26A4.dwg衬垫30A4.dwg销钉26A3.dwg销钉30A3.dwg摘要本设计说明书主要是关于一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法中配重臂装卸装置的设计思路和设计过程。目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试，但配重臂与轮毂之间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。因此开发一种高效、安全的自动化的变桨配重臂装卸装置是亟待解决的问题。在科技飞速发展、自动化程度高速发展的今天，提高风力发电变桨回转轴承性能测试中配重臂与轮毂之间的装配和拆卸效率显得尤为重要，本课题就如何提高这一工作效率作出了设计及论证，采用液压系统驱动控制平行四连杆机构，其进退控制阀组可实现进退缸的位置保持及浮动控制；升降控制阀组、同步马达、升降缸阀组可实现升降缸的位置保持、升降缸的二级压力切换及同步升降控制，具有自动化程度高、安全性好的优点。关键词：风力发电变桨回转轴承  配重臂设计 液压系统 平行四连杆机构AbstractThis 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 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 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. Rapid 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 demonstration, 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 lifting 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  目  录摘要I目  录I第1章  概述11.1本课题的研究背景11.1.1风力发电机国内外研究应用现状及发展趋势11.1.2风力发电机的组成及变浆轴承21.2 课题来源及其意义31.3 课题内容31.3.1 课题研究内容31.3.2 具体内容及设计思想41.4技术路线与可行性分析61.4.1技术路线61.4.2可行性分析61.4.3本实用新型装卸装备优点:7第2章配重臂装卸装置的总体方案设计82.1 配重臂装卸装置概述82.1.1 配重臂装卸装置简介82.1.2配重臂装卸装置的工作原理82.2 配重臂装卸装置部件的设计要求及参数确定92.2.1 设计要求92.2.2 配重臂装卸装置的整体结构尺寸确定9第3章 液压支架主要零部件的设计与计算113.1整机钢结构的选型113.2 液压千斤顶的选择11第4章 整机重要部件的受力校核144.1 左侧顶杆支架校核144.2对拉杆2做强度校核164.3右侧顶杆支架校核164.3销钉校核18第6章 结论20参考文献21致谢22第1章  概述                                              1.1本课题的研究背景本课题主要是设计一款风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，目的是服务于现在正蓬勃发展的风力发电行业。目前风电技术及其设备研制刚刚处于起步阶段，中国的风力发电技术及其应用相对落后于欧美，风电设备在设计选型时应关注的主要技术经济指标还没有较好的评价和分析方法。技术来自实践也应用于实践，通过对市场的调研和对现有设备的分析和评价，来找到一种最合理的方案。本文正是通过上述分析，提出了风电设备设计选型设计的一种新型有效、实用简单的评价方法和分析途径，并设计出了实际设备供实际生产参考使用。1.1.1风力发电机国内外研究应用现状及发展趋势近年来由于环境和能源问题日趋紧张，风电作为一种可再生绿色能源越来越受到世界关注，尤其是近十年全球风电累计装机容量的年均增长率接近30，到2009年底世界总的风能发电容量将突破12亿万Mw。据欧洲风力十二>的规划和预测，到2020年全世界风能装机容量将达到1231万Mw，这一水平是2005年的21倍，年平均增速高达20，届时风电将占世界电力供应的12。国外液压支架设计的自动化程度总体较高。液压支架的设计主要包括三个步骤:首先，根据要开采煤矿的地质环境确定液压支架的工作阻力，然后，根据工作阻力，在三维CAD软件中修改己经成型的液压支架的参数，再在CAE软件中对修改后的CAD模型进行结构分析，最后，在虚拟样机软件中对液压支架进行动力学及运动学分析。近十几年中国风电装机容量迅猛增加，从1995年至今，我国风电装机容量年增长率超过46。按照国家可再生能源中长期发展规划>提出的目标到2010年我国风电装机容量将达O5万Mw，到2015年我国风电装机容量达15万Mw，到2020年我国风电装机容量达30万Mw。现在2010年的目标已提前三年完成，按照目前发展速度，预计到2020年我国风电装机容量将达8O万MW，在2030年后风电将成为我国继煤炭、石油之后的第三大能源。图.1-1 我国西部的风力发电群风电能源的需求拉动风电产业的发展，长期以来国内风电产品大多依赖进口，市场一直被丹麦、德国、美国、西班牙等欧美国家把持。近年来，在市场的诱导和政策的促进下国内涌现出了一批优秀企业，从市场份额看，国产机组比例也在上升，目前国内叶片、齿轮箱、发电机等零部件已基本能实现自主生产，但轴承、控制系统等还是主要依赖进口。1.1.2风力发电机的组成及变浆轴承风力发电机组中的轴承包括偏航系统轴承变桨距系统轴承和传动系统轴承 (图 1)。变桨轴承安装于叶片和轮毂之间,为保证不同风速条件下风力发电机组正常工作,要保证叶片可以相对其轴线旋转以达到变桨的目的。变桨轴承目前大量采用四点接触球转盘轴承,依据风机的功率级数差异,单排、 双排的四点接触球转盘轴承目前均有采用。转盘轴承工作时一般为低速的回转运动或间歇摆动,主要失效形式是沟道与钢球失效连接螺栓或轮齿失效。1.2 课题来源及其意义目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试。轮毂固定把合在车间地面的底座上，配重臂放置在轮毂前面的两个固定鞍座上，配重臂的数量根据叶轮的结构有两个或三个不等。配重臂与轮毂之间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。因此开发一种高效、安全的自动化的变桨配重臂装卸装置是亟待解决的问题。本发明的一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，采用液压系统驱动控制平行四连杆机构，其进退控制阀组可实现进退缸的位置保持及浮动控制；升降控制阀组、同步马达、升降缸阀组可实现升降缸的位置保持、升降缸的二级压力切换及同步升降控制，具有自动化程度高、安全性好的优点。每个变桨配重臂的装卸效率由原来的1小时减少到5分钟，大大提高了试车效率和生产安全性，满足了风电批量化生产的要求。1.3 课题内容及设计思想1.3.1 课题研究内容本实用新型涉及一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，课题内容包括试验方案的选择与确定，试验材料与结构的选择，结构的校核等几大具体内容，目的是设计配重臂装卸装置的设计，按其原理要求在满足强度和刚度的条件下实现功能第6章 结论通过调查和分析以及现场的设计要求，设计了一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置。本装置利用四个液压千斤顶作为主要动力，来驱动整机做竖直和水平运动，且运动平稳精确。竖直提升范围在0356mm，水平行程0700mm。驱动力也完全满足设计使用要求。经过本人的细心设计，使得该机构性能出色，结构紧凑，且加工制造成本低廉，经济实用。参考文献1.何元庚. 机械原理与机械零件.高等教育出版社；2.濮良贵. 机械设计.高等教育出版社；3.程嘉佩.材料力学.高等教育出版社；4.胡仰磬.理论力学.高等教育出版社；5.曾宗福.机械基础.化学工业出版社；6.陈立德.机械设计基础.机械工业出版社；7.邱宣怀.机械设计.高等教育出版社；8.全沅生.工程力学.华中科技大学出版社；9.荣辉、杨梦辰.机械设计基础.北京理工大学出版社； 10.许德珠.金属工艺学 .高等教育出版社；11.机械设计手册委员会.机械设计手册新版.机械工业出版社。致谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。本研究及学位论文是在我的老师XX教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，X老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。X教授不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向X老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。  感谢所有教育过我的老师！你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完成本论文的基础。感谢和我一起做设计的同学，因为这篇论文的实践工作是我们大家一起完成的，同时也要感谢我的舍友，你们的支持与鼓励给了我莫大的动力，使我顺利完成此次设计。 一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置 学 校： _ 院系专业： _ 指导教师： _ 姓 名： _ 业设计 I 摘要 本设计说明书主要是关于一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法 中 配重臂装卸装置 的 设计思路和设计过程。 目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨 叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试，但 配重臂与轮毂之 间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。因此开发一种高效、安全的自动化的变桨配重臂装卸装置是亟待解决的问题。 在科技飞速发展、自动化程度高速发展的今天，提高 风力发电变桨回转轴承性能测试 中 配重臂与轮毂之间的装配和拆卸 效率显得尤为重要，本课题就如何提高这一工作效率作出了设计及论证， 采用液压系统驱动控制平行四连杆机构，其进退控制阀组可实现进退缸的位置保持及浮动控制；升降控制阀组、同步马达、升降缸阀组可实现升降缸的位置保持、升降缸的二 级压力切换及同步升降控制，具有自动化程度高、安全性好的优点。 关键词： 风力发电变桨回转轴承 配重臂 设计 液压系统 平行四连杆机构 大学 毕业设计 is of a a in At of of in on of is to on to is or of a to in of of an is to be in of to of is on to of of of be to a be to 大学毕业设计 I 目 录 摘要 . I 目 录 . I 第 1 章 概述 . 1 课题的研究背景 . 1 力发电机国内外研究应用现状及发展趋势 . 1 力发电机的组成及变浆轴承 . 2 题来源及其意义 . 3 题内容 . 3 题 研究内容 . 3 体内容及设计思想 . 4 术路线与可行性分析 . 6 术路线 . 6 行性分析 . 7 实用新型装卸装备优点 : . 7 第 2 章 配重臂装卸装置 的总体方案设计 . 8 重臂装卸装置概述 . 8 重臂装卸装置简介 . 8 重臂装卸装置的工作原理 . 8 重臂装卸装置部件的设计要求及参数确定 . 9 计要求 . 9 重臂装卸装置的整体结构尺寸确定 . 9 第 3 章 液压支架主要零部件的设计与计算 . 11 机钢结构的选型 . 11 压千斤顶的选择 . 11 第 4 章 整机重要部件的受力校核 . 38 侧顶杆支架校核 . 38 拉杆 2 做强度校核 . 40 侧顶杆支架校核 . 40 钉校核 . 43 第 6 章 结论 . 44 参考文献 . 45 致谢 . 46 大学毕业设计 1 第 1 章 概述 课题的研究背景 本 课题主要是设计一款风电变桨轴承 试验用配重臂装卸装置及装卸方法，目的是服务于现在正蓬勃发展的风力发电行业。 目前风电技术及其设备研制刚刚处于起步阶段， 中国的风力发电技术及其应用相对落后于欧美，风电设备 在设计选型时 应关注的主要技术经济指标还没有较好的评价和分析方法。 技术来自实践也应用于实践，通过对市场的 调研和对现有设备的分析和评价，来找到一种最合理的方案。 本文正是通过上述分析，提出了风电设备 设计 选型设计的一种新型有效、实用简单的评价方法和分析途径 ，并设计出了实际设备供实际生产参考使用 。 力发电机国内外研究应用现状及发展趋势 近年来由于环境和能源问题日趋紧张，风电作为一种可再生绿色能源越来越受到世界关注，尤其是近十年全球风电累计装机容量的年均增长率接近 30，到 2009年底世界总的风能发电容量将突破 12亿万 欧洲风力十二 的规划和预测，到 2020 年全世界风能装机容量将达到 123 1万 一水平是 2005年的 21倍，年平均增速高达 20，届时风电将占世界电力供应的 12。 国外液压支架设计的自动化程度总体 较 高。液压支架的设计主要包括三个步骤 :首先，根据要开采煤矿的地质环境确定液压支架的工作阻力，然后，根据工作阻力，在三维 件中修改己经成型的液压支架的参数，再在 件中对修改后的后，在虚拟样机软件中对液压支架进行动力学及运动学分析。 近十几年中国风电装机容量迅猛增加，从 1995 年至今，我国风电装机容量年增长率超过 46。按照国家可再生能源中长期发展规划 提出的目标到 2010年我国风电装机容量将达 O 5万 2015 年我国风电装机容量达 1 5万 2020年我国风电装机容量达 3 0万 在 2010年的目标已提前三年完成，按照目前发展速度，预计到 2020 年我国风电装机容量将达 8 O 万 2030年后风电将成为我国继煤炭、石油之后的第三大能源。 大学毕业设计 2 图 国西部的风力发电群 风电能源的需求拉动风电产业的发展，长期以来国内风电产品大多依赖进口，市场一直被丹麦、德国、美国、西班牙等欧美国家把持。近年来，在市场的诱导和政策的促进下国内涌现出了 一批优秀企业，从市场份额看，国产机组比例也在上升，目前国内叶片、齿轮箱、发电机等零部件已基本能实现自主生产，但轴承、控制系统等还是主要依赖进口。 力发电机的组成及变浆轴承 风力发电机组中的轴承包括偏航系统轴承变桨距系统轴承和传动系统轴承 (图 1)。变桨轴承安装于叶片和轮毂之间 ,为保证不同风速条件下风力发电机组正常工作 ,要保证叶片可以相对其轴线旋转以达到变桨的目的。变桨轴承目前大 图 力发电机上的一种 变浆轴 大学毕业设计 3 量采用四点接触球转盘轴承 ,依据风机的功率级数差异 ,单排、 双排的四点接触球转盘轴承目前均有采用。转盘轴承工作时一般为低速的回转运动或间歇摆动 ,主要失效形式是沟道与钢球失效连接螺栓或轮齿失效。 题来源及其意义 目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试。轮毂固定把合在车间地面的底座上，配重臂放置在轮毂前面的两个固定鞍座上，配重臂的数量根据叶轮的结构有两个或三个不等。配重臂与轮毂之间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多 人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。因此开发一种高效、安全的自动化的变桨配重臂装卸装置是亟待解决的问题。 本发明的一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，采用液压系统驱动控制平行四连杆机构，其进退控制阀组可实现进退缸的位置保持及浮动控制；升降控制阀组、同步马达、升降缸阀组可实现升降缸的位置保持、升降缸的二级压力切换及同步升降控制，具有自动化程度高、安全性好的优点。 每个变桨配重臂的装卸效率由原来的 1 小时减少到 5分钟，大大提高了试车效率和生产安全性，满足了风电批量化生产的要求。 题内容 及 设计思想 题 研究内容 本实用新型涉及一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，课题内容包括试验方案的选择与确定，试验材料与结构的选择，结构的校核等几大具体内容，目的是设计配重臂装卸装置的设计，按其原理要求在满足强度和刚度的条件下实现功能 大学毕业设计 4 体内容及设计思想 本发明的目的是提供一种高效、安全的、自动化的风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法。 本实用新型的技术解决方案是这样实现的：一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，包括配重臂装卸装置和液压控制系统，配 重臂装卸装置由底座和两套对称布置的走行轮、驱动臂、升降液压缸、拉杆、摆动臂、进退液压缸等组成，其特征在于所述的走行轮、安装在固定轨道上， 左边 走行轮轴上装有一个驱动臂， 另一个 走行轮轴上装有一个摆动臂，驱动臂、摆动臂与车轮轴之间由滚动轴承支撑，驱动臂、摆动臂的一端与底座相连，另一端与拉杆相连，驱动臂、拉杆、摆动臂组成平行四边形机构，底座和驱动臂之间装有升降液压缸，进退液压缸通过耳轴安装在基础上的固定支座上，液压缸头部与底座相联；液压控制系统由油箱组件、供油系统、进退油缸液压系统、升降油缸液压系统组成，其特征在于 所述的油箱组件为供油系统提供油并接受进退油缸液压系统和升降油缸液压系统的回油，供油系统为进退油缸液压系统和升降油缸液压系统提供压力油并组成系统保压、卸荷回路，进退油缸液压系统控制配重臂的进退并与二位四通电磁换向阀共同作用控制进退液压缸的浮动，升降油缸液压系统控制配重臂装卸装置的升、降和保压，保证两升降液压缸的同步动作，实现抬升过程中低压和系统压力的二次切换。 配重臂装卸装置的机构简图 如图 11、底座， 2、 走行轮， 3、 驱动臂， 4、 升降液压缸， 5、 拉杆， 6、 走行轮， 7、 摆动臂， 8. 进退液压缸 图 配重臂装卸装置 结构 简图 如附图所示，风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法， 包括 配重臂装卸装置和液压控制系统 ， 配重臂装卸装置由底座 1和两套对称布置的走行轮2、驱动臂 3、升降液压缸 4、拉杆 5、走行轮、摆动臂 7、进退液压缸 8 等组大学毕业设计 5 成，走行轮 2、 走行轮 6安装在固定轨道上，走行轮 2轴上装有一个驱动臂3，走行轮 6轴上装有一个摆动臂 6，驱动臂 3、摆动臂 7与车轮轴之间由滚动轴承支撑，驱动臂 3、摆动臂 7的一端与底座 1相连，另一端与拉杆 5相连，驱动臂 3、拉杆 5、摆动臂 7 组成平行四边形 机构，能够保证在配重臂升、降过程中始终保持平行移动。底座 1和驱动臂 3之间装有升降液压缸 4，该液压缸用于实现底座的升降运动。进退液压缸 8通过耳轴安装在基础上的固定支座上，液压缸头部与底座 1相联当进退液压缸 8动作时可实现底座的水平移动，从而带动配重臂的进退。由 走行轮 2、驱动臂 3、升降液压缸 4、拉杆 5、 走行轮 6、摆动臂 7组成的升降机构共有前后两套，对称布置。在两个 升降液压缸 4的共同作用下完成变桨配重臂的抬升工作。 大学毕业设计 6 术路线与可行性分析 术路线 图 配重臂装卸装置 技术路线 分析 大学毕业设计 7 行性分析 目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试。轮毂固定把合在车间地面的底座上，配重臂放置在轮毂前面的两个固定鞍座上，配重臂的数量根据叶轮的结构有两个或三个不等。配重臂与轮毂之间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。 随着科技是发展，社会的进步，自动智能化得到了进一步的发展，所示实现 风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及 装卸方法 的自动化已不是难题，通过本论文的设计， 每个变桨配重臂的装卸效率由原来的 1小时减少到 5分钟，大大提高了试车效率和生产安全性，满足了风电批量化生产的要求。 实用新型装卸装备 优点 : 1、配重臂装卸过程的高效、安全； 2、可实现进退缸的位置保持及浮动控制，保证配重臂与轮毂间的螺栓把合力矩； 3、可实现升降缸的位置保持、二级压力切换及同步升降控制； 4、可实现系统压力自动补偿及卸荷功能 。 大学毕业设计 8 第 2 章 配重臂装卸装置的总体方案设计 重臂装卸装置 概述 重臂装卸装置简介 本设计的配重臂装卸装置为风电变桨轴承试验用的典型配套设备，主要特点是： （ 1）、专业性强，设计的主要用途是为该实验用，别的场合用途很小； （ 2）、设计应该在满足要求的情况下尽量的简洁，降低成本； （ 3）、操作要方便、易于维护。 重臂装卸装置 的工作原理 a b A 推进千斤顶 、 B 抬举千斤顶 图 重臂装卸装置工作原理 （ a 竖直提升、 b 水平推进） 该风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法， 包括 配重臂装卸装置和液压控制系统 ， 走行轮安装在固定轨道上， 其中一个 走行轮轴上装有一个驱动臂，另一个 走行轮轴上装有一个摆动臂，通过拉杆与底座组成平行四边形机构，底座大学毕业设计 9 和驱动臂之间装有升降液压缸 B， 推进 液压缸 头部与底座相联；液压控制系统由油箱组件、供油系统、进退油缸液压系统、升降油缸液压系统组成，进退油缸液压系统控制配重臂的进退并实现装卸装置的浮动，升降油缸液压系统控制配重臂装卸装置的升、降和保压，保证两 液压 缸的同步动作，实现抬升过程中低压和系统压力的二次切换。本实用新型具有配重臂装卸过程高效、安全、自动的 优点 。 重臂装卸装置 部 件的设计要求及参数确定 计要求 本设计提供的初步设计要求为提升 1000物，竖直方向上的活动范围为0300平方向上的活动范围为 0700满足给定的设计要求的情况下尽量做到用料最省，操作方便的目的 重臂装卸装置 的整体结构尺寸确定 为本课题我们初期论证阶段做了三 套设计方案 ，并对这三套方案做了周密的比较和权衡，最终得到了合理的选择。 方案一： a 大学毕业设计 10 方案二： b 方案三： c 图 期三种方案 对比 三种方案的初步比较： 方案 1：杆 7 于平台连 接处的部分较长（ 400转动角度较小，力矩加大，需要液压缸提供很大的推力，而且为保证强度各杆件的厚度也要加厚，不实用。 方案 2：缩短了方案一中杆 7 的长度（ 200有利于节省材料，但要达到工作要求的提升高度需很大的转动角度（大约为 97 度），这就意味着对液压缸的行程要求很大，一般难以满足要求。 方案 3： 在对以上 2 种方案的比较和权衡中，选择适当的各杆件的长度，液压缸满足各项要求，同时可以达到用料最省的目的，所以有了方案 3。 大学毕业设计 11 第 3 章 液压支架主要零部件的 设计与计算 在本次毕业设计中，我主要负责机械 部分的设计工作。其中最主要的设计计算为整体尺寸的设计和材料的选择，以及液压千斤顶的选择上 。 机钢结构的 选型 本装置根据具体的设计特点选择了矩形冷弯空新型钢料，符合 67282002。除拉杆外选择 60格以外，其他均选择 100格，截面如下图所示： 图 选用的两种钢材截面 压千斤顶的选择 液压千斤顶的选择 要考虑很多因素： 第一，考虑到物体重量不是很大，所以压力可以采用 610中低压力，这样对于日后系统维护及安全 操作等有相当大的好处。 第二，有了压力就可以根据 F=N（ P*S）来求液压缸的缸径杆径了，这里默认液压缸无杆腔充油，物体被举起 或被推进 ，这样就可以选择了，并且液压缸的缸杆螺纹是设计的标准，也可以让油缸生产厂根据 设计要求制作 。 第三，由于 需要选择的两个液压千斤顶均是 是 往复 运动， 所以 要在回路上加装平衡阀，这一点相当重要 初步选择的两个液压千斤顶的参数如下表所示： 大学毕业设计 12 推力 （ 拉力 （ 工作压力 （ 工作行程 （ 提升千斤顶 07 00 推进 千斤顶 00 表 压千斤顶技术参数 本装置的液压系统与采煤机械中的液压支架基本类似，因此在技术成熟的基础上提升千斤顶选择采煤液压支架用 20如图；推进千斤顶选择采煤液压支架用 31如图 a 提升千斤顶 b. 推进千斤顶 图 选用的两种液压千斤顶 大学毕业设计 13 对选 好 的部件先进行安装得到 整机效果图 如下 ： 大学毕业设计 14 液压缸的设计计算 1）液压缸设计计算步骤 1） 根据主机的运动要求，按表选择液压缸的类型。根据机构的结构要求，按表选择液压缸的安装方式。 2） 根据主 机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。如液压缸的推力、速度、作用时间、内径、行程和活塞杆直径等。 3） 根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计。如缸体壁厚、缸盖结构、密封形式、排气与缓冲等。 4） 液压缸性能的验算。 2）液压缸类型及安装方式的确定 工作时液压缸要求可以双向运动产生推拉力。故此我们选用单活塞杆双作用液压缸 。 根据液压缸工作压力的大小，选用拉杆型液压缸。安装方式两端铰接，刚性导向。 3) 液压缸的主要性能参数 液压缸的主要尺寸为缸筒内径、活塞杆直径和缸筒长度等。 1、 缸 筒的内径 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径 D 计算公式为 式中 m） 根据求出的已知数据 D=中 0m） m） m/ 0m/s） 已知： 00 . 0 8 ; 0 . 2 5 / ; 0 . 1 /D m v m s v m s 000 3 . 5 7 1 0 大学毕业设计 15 按公式代入数据，求得 0d=5、 缸底厚度的计算 平行缸底，当缸底无油孔时 式中 m） m） 已知： 0 . 0 8 ; 3 1 . 4 ; 1 2 2yD m P M P a M P a 按公式代入数据，求得 h=18) 液压缸的联接计算 1、 缸盖联接计算 缸盖联接采用焊接联接： 液压缸缸底采用对焊时，焊缝的拉应力为 式中 N） m） 1m) 2m） 常取 =知： 按公式代入数据，求得 = 0 3 2212()4121 5 7 . 8 ; 1 0 2 ; 8 5 ;0 . 7F k N D m m D 大学毕业设计 16 若缸头采用角焊时，则焊缝应力为 式中 m） 已知数据同上，按公式代入数据，求得 =、 螺栓联接的计算 缸体与缸盖采用螺栓联接时，螺纹处拉应力为 螺纹处的切应力为 合成应力为 223 1 . 3n 式中 已知： 按公式代入数据，求得 合应力为 6 5 3、 活塞与活塞杆的联接计算 活塞与活塞杆采用螺纹联接时，活塞杆危险截面（螺纹退刀槽）处的拉应力为 12h 2141014 ; 1 . 5 ; 0 . 1 2 ;9 2 ; 3 3 ; 3 0Z K N d m m d m m 4 8 a 1214大学毕业设计 17 切应力为 合成应力为 223 1 . 3n 式中 1N） m） 已知： 按公式代入数据，求得 合应力为 2 6 2 P a 4、 活塞杆与活塞肩部表面的压应力 已知： 129 2 ; 7 0 ; 5 2F k N A m m A m m 按公 式代入数据，求得 5 3 5、 销轴、耳环的联接计算 销轴的联接计算： 1 1 F 221 ()4F D d p 1101 . 5 ; 9 2 ;0 . 0 3 ; 0 . 0 3 3K F K Nd m d m1 9 5 1 a 2212()4大学毕业设计 18 销轴通常是双面受剪，为此其直径 式中 m） N） 对于 45钢， =70 已知： F= =70公式代入数据，求得 d=39环的联接计算： 耳环宽度为 式中 m） m） c通常取 c=（ bb已知： F=d= c=84公式代入数据，求得 8) 活塞杆稳定性验算 液压缸承受轴向压缩载荷时，当活塞杆直径 d 与活塞杆的计算长度 l 之比大于 10时，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。 1、 无偏心载荷 由材料力学知，受压细长杆，当载荷力接近某一临界值时，杆将产生纵向弯曲。且其挠度值随压缩载荷的增加而急剧增大，以至屈曲破坏。 对于没有偏心载荷的细长 杆，其纵向弯曲强度的临界值，可按等截面法和非等截面法计算。 等截面计算法： d 大学毕业设计 19 当细长 比时，可按欧拉公式计算临界载荷时 式中 N） 于钢，取为 112 0E P a 4m ） 实心活塞杆 m） 活塞杆在最大伸出时，活塞杆端支点和液压缸安装点间的距离（ m） m） 实心活塞杆 2m ） I 实心活塞杆 若活塞杆为实心杆，并用钢铁材料制造时，上式可以简化为 已知： 1 1 6 41 ; 2 . 1 1 0 ; 1 . 2 1 0n E P a J m ; 按公式代入数据，求得 7) 液压缸的主要性能参数 液压缸的主要尺寸为缸筒内径、活塞杆直径和缸筒长度等。 1、 缸筒的内径 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径 D 计算公式为 22JP l4644244 1121 . 0 2 10l0 7 52 9 5 N23 . 5 7 1 0 l 大学毕业设计 20 式中 m） 根据求出的已知数据 F= P=公式代入数据，求得 D=、 活塞杆的直径 d 根据速度比的要求来计算活塞杆的直径 d 式中 m） m） 液压缸的往复运动速度比，一般有 2、 几种。根据下表选取速度比。 表 3 和 工作压力 p/ 10 0 20 速度比 2 2 由于工作压力 p=选取速度比 = 按公式代入数据，求得 d=70据标准圆整 d=80、 液压缸行程 液压缸行程 s，主要依据机构的运动要求而定。但为了简化工艺和降低成本，按标准系列值选取 s=400 8) 液压缸结构参数的计算 液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚、油口直径、缸底厚度、缸头厚度等。 1、 缸筒壁厚的计算 161036014%6101225 大学毕业设计 21 缸筒的材料： 45号钢 按厚壁筒计算 对于中高压系统，液压缸厚度一般按厚壁筒计算。 当缸体材料由脆性材料制造时，缸筒厚度应按第二强度理论计算 按公式代入数据，求得 =4、 缸体外径的计算 1 2式中 1m） 按公式代入数据，求得 1D=160标准圆整1D=168、 液压缸油口直径的计算 液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度 式中 0m） m） m/ 0m/s） 已知： 00 . 1 2 5 ; 0 . 2 5 / ; 0 . 1 /D m v m s v m s 按公式代入数据，求得 0d=9、 缸底厚度的计算 平行缸底，当缸底无油孔时 0 . 4( 1 )2 1 . 3000 0 3 大学毕业设计 22 式中 m） m） 已知： 0 . 1 2 5 ; 2 4 ; 1 2 2yD m P M P a M P a 按公式代入数据，求得 h=27、 缸头厚度的计算 由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不同。 选用螺钉连接法兰型缸头： 式中 m） N） m） m） 0m） m） 已知：采用 按公式代入数据，求得 F= 03 ( ) dh d2 2 2()44 HF d p d d q 006 0 ; 7 2 ; 6 6 ;1 6 ; 1 0 4 ; 1 0 0H c pd m m d m m d m md m m D m m M P a 大学毕业设计 23 h=9) 液压缸的联接计算 1、 缸盖联接计算 缸盖联接采用焊接联接： 液压缸缸底采用对焊时，焊缝的拉应力为 式中 N） m） 1m) 2m） 常取 =知： 按公式代入数据，求得 =缸头采用角焊时，则焊缝应力为 式中 m） 已知数据同上，按公式代入数据，求得 =、 螺栓联接的计算 缸体与缸盖采用螺栓联接时，螺纹处拉应力为 螺纹处的切应力 为 2212()4122 4 2 . 5 ; 1 6 8 0 . 1 6 8 ; 0 . 1 5 ;0 . 7F k N D m m m D m 12h 214大学毕业设计 24 合成应力为 223 1 . 3n 式中 已知： 按公式代入数据，求得 合应力为 3 8 3、 活塞与活塞杆的联接计算 活塞与活塞杆采用螺纹联接时，活塞杆危险截面（螺纹退刀槽）处的拉应力为 切应力为 合成应力为 223 1 . 3n 式中 1N） m） 已知： 1014 ; 1 . 5 ; 0 . 1 2 ;8 5 . 5 ; 4 2 ; 3 8Z K KF k N d m m d m m 2 8 a 12141 1 F 221 ()4F D d p 大学毕业设计 25 按公式代入数据，求得 合应力为 1 5 2 P a 4、 活塞杆与活塞肩部表面的压应力 已知： 128 5 . 5 ; 8 0 ; 6 2F K N A m m A m m 按公式代入数据，求得 4 2 5、 销轴、耳环的联接计算 销轴的联接计算 ： 销轴通常是双面受剪，为此其直径 式中 m） N） 对于 45钢， =70 已知： F= =70公式代入数据，求得 d=47环的联接计算： 耳环宽度为 式中 m） 1101 . 5 ; 8 5 . 5 ;0 . 0 3 8 ; 0 . 0 4 2K F K Nd m d m1 1 3 a 2212()4 d 大学毕业设计 26 m） c通常取 c=（ bb已知： F=d= c=70公式代入数据，求得 10) 活塞杆稳定性验算 液压缸承受轴向压缩载荷时，当活塞杆直径 d 与活塞杆的计算长度 l 之比大于 10时，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。 1、 无偏心载荷 由材料力学知，受压细长杆，当载荷力接近某一临界值时，杆将产生纵向弯曲。且其挠度值随压缩载荷的增加而急剧增大，以至屈曲破坏。 对于没有偏心载荷的细长杆，其纵向弯曲强度的临界值，可按等截面法和非等截面法计算。 等截面计算法： 当细长 比 时，可按欧拉公式计算临界载 荷时 式中 N） 于钢，取为 112 0E P a 4m ） 实心活塞 杆 m） 活塞杆在最大伸出时，活塞杆端支点和液压缸安装点间的距离（ m） m） 实心活塞杆 l 22JP l4644大学毕业设计 27 2m ） I 实心活塞杆 若活塞杆为实心杆，并用钢铁材料制造时，上式可以简化为 已知： 1 1 6 41 ; 2 . 1 1 0 ; 2 1 0n E P a J m ;3 按公式代入数据，求得 对选好的部件先进行安装得到整机效果图如下： 图 3整机效果 1、液压缸工作压力的确定 液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小由附表 7确定，也可按液压设备类型参考附表 10 来确定。 244 1121 . 0 2 10l0 4 6 4 N大学毕业设计 28 2、 缸筒内径 对于负载较大的工程、矿山机械用的油缸，在系统给定的工作压力情况下，常以保证油缸有足够的牵引力，能驱动工 作负载为确定缸筒内径的重要条件，如果尚有运动速度要求时，则往往在校核时通过选择适当流量油泵的办法来解决。 但是当系统的工作压力尚未确定的时候，必须首先根据负载的大小合理地选择油缸的工作压力（见附表 7），选定的工作压力应符合 见附表 1） 当无杆腔进压力油驱动负载时，液压缸的直径 、工作压力 m )(4 2020 由此得缸筒内径 0200 )(4 （ m） 式中 P 工作压力（ 0P 回油背压（ 若回油直接通油箱，可取0P 0； m 机械效率，考虑密封件的摩擦阻力损失，橡胶密封通常取 92.0m； d 活塞杆直径（ m），通常 。 由上式计算所得的缸筒内径，需 按 见附表 2） 3、活塞杆直径 油缸内径确定后，若单杆活塞缸的双向运动有一定速比要求时，可按速比 的关系式求出活塞杆的直径为 1 (m) 式中的 值可根据附表 11的推荐值选取。 对于一般无速比要求的油缸，也可按下式初步定出活塞杆直径 5131( （ m） 以上计算所得的活塞杆直径，均需按 29 圆整成标准值。（见附表 3） 4、液压缸壁厚 计算公 式： t=00S t=管壁厚（最小厚度） =最大压力， kg/=管内径， m S= /5安全系数 =抗拉强度最低值 5、最小导向长度 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度（如图 4 所示），若导向长度太小，将使油缸 一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置 学 校： _ 院系专业： _ 指导教师： _ 姓 名： _ 业设计 I 摘要 本设计说明书主要是关于一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法 中 配重臂装卸装置 的 设计思路和设计过程。 目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨 叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试，但 配重臂与轮毂之 间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。因此开发一种高效、安全的自动化的变桨配重臂装卸装置是亟待解决的问题。 在科技飞速发展、自动化程度高速发展的今天，提高 风力发电变桨回转轴承性能测试 中 配重臂与轮毂之间的装配和拆卸 效率显得尤为重要，本课题就如何提高这一工作效率作出了设计及论证， 采用液压系统驱动控制平行四连杆机构，其进退控制阀组可实现进退缸的位置保持及浮动控制；升降控制阀组、同步马达、升降缸阀组可实现升降缸的位置保持、升降缸的二 级压力切换及同步升降控制，具有自动化程度高、安全性好的优点。 关键词： 风力发电变桨回转轴承 配重臂 设计 液压系统 平行四连杆机构 大学 毕业设计 is of a a in At of of in on of is to on to is or of a to in of of an is to be in of to of is on to of of of be to a be to 大学毕业设计 I 目 录 摘要 . I 目 录 . I 第 1 章 概述 . 1 课题的研究背景 . 1 力发电机国内外研究应用现状及发展趋势 . 1 力发电机的组成及变浆轴承 . 2 题来源及其意义 . 3 题内容 . 3 题 研究内容 . 3 体内容及设计思想 . 4 术路线与可行性分析 . 6 术路线 . 6 行性分析 . 7 实用新型装卸装备优点 : . 7 第 2 章 配重臂装卸装置 的总体方案设计 . 8 重臂装卸装置概述 . 8 重臂装卸装置简介 . 8 重臂装卸装置的工作原理 . 8 重臂装卸装置部件的设计要求及参数确定 . 9 计要求 . 9 重臂装卸装置的整体结构尺寸确定 . 9 第 3 章 液压支架主要零部件的设计与计算 . 11 机钢结构的选型 . 11 压千斤顶的选择 . 11 第 4 章 整机重要部件的受力校核 . 38 侧顶杆支架校核 . 38 拉杆 2 做强度校核 . 40 侧顶杆支架校核 . 40 钉校核 . 43 第 6 章 结论 . 44 参考文献 . 45 致谢 . 46 大学毕业设计 1 第 1 章 概述 课题的研究背景 本 课题主要是设计一款风电变桨轴承 试验用配重臂装卸装置及装卸方法，目的是服务于现在正蓬勃发展的风力发电行业。 目前风电技术及其设备研制刚刚处于起步阶段， 中国的风力发电技术及其应用相对落后于欧美，风电设备 在设计选型时 应关注的主要技术经济指标还没有较好的评价和分析方法。 技术来自实践也应用于实践，通过对市场的 调研和对现有设备的分析和评价，来找到一种最合理的方案。 本文正是通过上述分析，提出了风电设备 设计 选型设计的一种新型有效、实用简单的评价方法和分析途径 ，并设计出了实际设备供实际生产参考使用 。 力发电机国内外研究应用现状及发展趋势 近年来由于环境和能源问题日趋紧张，风电作为一种可再生绿色能源越来越受到世界关注，尤其是近十年全球风电累计装机容量的年均增长率接近 30，到 2009年底世界总的风能发电容量将突破 12亿万 欧洲风力十二 的规划和预测，到 2020 年全世界风能装机容量将达到 123 1万 一水平是 2005年的 21倍，年平均增速高达 20，届时风电将占世界电力供应的 12。 国外液压支架设计的自动化程度总体 较 高。液压支架的设计主要包括三个步骤 :首先，根据要开采煤矿的地质环境确定液压支架的工作阻力，然后，根据工作阻力，在三维 件中修改己经成型的液压支架的参数，再在 件中对修改后的后，在虚拟样机软件中对液压支架进行动力学及运动学分析。 近十几年中国风电装机容量迅猛增加，从 1995 年至今，我国风电装机容量年增长率超过 46。按照国家可再生能源中长期发展规划 提出的目标到 2010年我国风电装机容量将达 O 5万 2015 年我国风电装机容量达 1 5万 2020年我国风电装机容量达 3 0万 在 2010年的目标已提前三年完成，按照目前发展速度，预计到 2020 年我国风电装机容量将达 8 O 万 2030年后风电将成为我国继煤炭、石油之后的第三大能源。 大学毕业设计 2 图 国西部的风力发电群 风电能源的需求拉动风电产业的发展，长期以来国内风电产品大多依赖进口，市场一直被丹麦、德国、美国、西班牙等欧美国家把持。近年来，在市场的诱导和政策的促进下国内涌现出了 一批优秀企业，从市场份额看，国产机组比例也在上升，目前国内叶片、齿轮箱、发电机等零部件已基本能实现自主生产，但轴承、控制系统等还是主要依赖进口。 力发电机的组成及变浆轴承 风力发电机组中的轴承包括偏航系统轴承变桨距系统轴承和传动系统轴承 (图 1)。变桨轴承安装于叶片和轮毂之间 ,为保证不同风速条件下风力发电机组正常工作 ,要保证叶片可以相对其轴线旋转以达到变桨的目的。变桨轴承目前大 图 力发电机上的一种 变浆轴 大学毕业设计 3 量采用四点接触球转盘轴承 ,依据风机的功率级数差异 ,单排、 双排的四点接触球转盘轴承目前均有采用。转盘轴承工作时一般为低速的回转运动或间歇摆动 ,主要失效形式是沟道与钢球失效连接螺栓或轮齿失效。 题来源及其意义 目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试。轮毂固定把合在车间地面的底座上，配重臂放置在轮毂前面的两个固定鞍座上，配重臂的数量根据叶轮的结构有两个或三个不等。配重臂与轮毂之间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多 人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。因此开发一种高效、安全的自动化的变桨配重臂装卸装置是亟待解决的问题。 本发明的一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，采用液压系统驱动控制平行四连杆机构，其进退控制阀组可实现进退缸的位置保持及浮动控制；升降控制阀组、同步马达、升降缸阀组可实现升降缸的位置保持、升降缸的二级压力切换及同步升降控制，具有自动化程度高、安全性好的优点。 每个变桨配重臂的装卸效率由原来的 1 小时减少到 5分钟，大大提高了试车效率和生产安全性，满足了风电批量化生产的要求。 题内容 及 设计思想 题 研究内容 本实用新型涉及一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，课题内容包括试验方案的选择与确定，试验材料与结构的选择，结构的校核等几大具体内容，目的是设计配重臂装卸装置的设计，按其原理要求在满足强度和刚度的条件下实现功能 大学毕业设计 4 体内容及设计思想 本发明的目的是提供一种高效、安全的、自动化的风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法。 本实用新型的技术解决方案是这样实现的：一种风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法，包括配重臂装卸装置和液压控制系统，配 重臂装卸装置由底座和两套对称布置的走行轮、驱动臂、升降液压缸、拉杆、摆动臂、进退液压缸等组成，其特征在于所述的走行轮、安装在固定轨道上， 左边 走行轮轴上装有一个驱动臂， 另一个 走行轮轴上装有一个摆动臂，驱动臂、摆动臂与车轮轴之间由滚动轴承支撑，驱动臂、摆动臂的一端与底座相连，另一端与拉杆相连，驱动臂、拉杆、摆动臂组成平行四边形机构，底座和驱动臂之间装有升降液压缸，进退液压缸通过耳轴安装在基础上的固定支座上，液压缸头部与底座相联；液压控制系统由油箱组件、供油系统、进退油缸液压系统、升降油缸液压系统组成，其特征在于 所述的油箱组件为供油系统提供油并接受进退油缸液压系统和升降油缸液压系统的回油，供油系统为进退油缸液压系统和升降油缸液压系统提供压力油并组成系统保压、卸荷回路，进退油缸液压系统控制配重臂的进退并与二位四通电磁换向阀共同作用控制进退液压缸的浮动，升降油缸液压系统控制配重臂装卸装置的升、降和保压，保证两升降液压缸的同步动作，实现抬升过程中低压和系统压力的二次切换。 配重臂装卸装置的机构简图 如图 11、底座， 2、 走行轮， 3、 驱动臂， 4、 升降液压缸， 5、 拉杆， 6、 走行轮， 7、 摆动臂， 8. 进退液压缸 图 配重臂装卸装置 结构 简图 如附图所示，风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法， 包括 配重臂装卸装置和液压控制系统 ， 配重臂装卸装置由底座 1和两套对称布置的走行轮2、驱动臂 3、升降液压缸 4、拉杆 5、走行轮、摆动臂 7、进退液压缸 8 等组大学毕业设计 5 成，走行轮 2、 走行轮 6安装在固定轨道上，走行轮 2轴上装有一个驱动臂3，走行轮 6轴上装有一个摆动臂 6，驱动臂 3、摆动臂 7与车轮轴之间由滚动轴承支撑，驱动臂 3、摆动臂 7的一端与底座 1相连，另一端与拉杆 5相连，驱动臂 3、拉杆 5、摆动臂 7 组成平行四边形 机构，能够保证在配重臂升、降过程中始终保持平行移动。底座 1和驱动臂 3之间装有升降液压缸 4，该液压缸用于实现底座的升降运动。进退液压缸 8通过耳轴安装在基础上的固定支座上，液压缸头部与底座 1相联当进退液压缸 8动作时可实现底座的水平移动，从而带动配重臂的进退。由 走行轮 2、驱动臂 3、升降液压缸 4、拉杆 5、 走行轮 6、摆动臂 7组成的升降机构共有前后两套，对称布置。在两个 升降液压缸 4的共同作用下完成变桨配重臂的抬升工作。 大学毕业设计 6 术路线与可行性分析 术路线 图 配重臂装卸装置 技术路线 分析 大学毕业设计 7 行性分析 目前在风力发电变桨回转轴承性能测试中，采用配重臂模拟桨叶，配重模拟作用在桨叶上的风载，通过配重臂与轮毂的连接来进行变桨回转轴承的性能测试。轮毂固定把合在车间地面的底座上，配重臂放置在轮毂前面的两个固定鞍座上，配重臂的数量根据叶轮的结构有两个或三个不等。配重臂与轮毂之间的装配和拆卸是依靠吊车实现的，其缺点是每次只能装配或拆卸一个配重臂，需要多人参与装配，生产效率和自动化水平低、安全性差。 随着科技是发展，社会的进步，自动智能化得到了进一步的发展，所示实现 风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及 装卸方法 的自动化已不是难题，通过本论文的设计， 每个变桨配重臂的装卸效率由原来的 1小时减少到 5分钟，大大提高了试车效率和生产安全性，满足了风电批量化生产的要求。 实用新型装卸装备 优点 : 1、配重臂装卸过程的高效、安全； 2、可实现进退缸的位置保持及浮动控制，保证配重臂与轮毂间的螺栓把合力矩； 3、可实现升降缸的位置保持、二级压力切换及同步升降控制； 4、可实现系统压力自动补偿及卸荷功能 。 大学毕业设计 8 第 2 章 配重臂装卸装置的总体方案设计 重臂装卸装置 概述 重臂装卸装置简介 本设计的配重臂装卸装置为风电变桨轴承试验用的典型配套设备，主要特点是： （ 1）、专业性强，设计的主要用途是为该实验用，别的场合用途很小； （ 2）、设计应该在满足要求的情况下尽量的简洁，降低成本； （ 3）、操作要方便、易于维护。 重臂装卸装置 的工作原理 a b A 推进千斤顶 、 B 抬举千斤顶 图 重臂装卸装置工作原理 （ a 竖直提升、 b 水平推进） 该风电变桨轴承试验用配重臂装卸装置及装卸方法， 包括 配重臂装卸装置和液压控制系统 ， 走行轮安装在固定轨道上， 其中一个 走行轮轴上装有一个驱动臂，另一个 走行轮轴上装有一个摆动臂，通过拉杆与底座组成平行四边形机构，底座大学毕业设计 9 和驱动臂之间装有升降液压缸 B， 推进 液压缸 头部与底座相联；液压控制系统由油箱组件、供油系统、进退油缸液压系统、升降油缸液压系统组成，进退油缸液压系统控制配重臂的进退并实现装卸装置的浮动，升降油缸液压系统控制配重臂装卸装置的升、降和保压，保证两 液压 缸的同步动作，实现抬升过程中低压和系统压力的二次切换。本实用新型具有配重臂装卸过程高效、安全、自动的 优点 。 重臂装卸装置 部 件的设计要求及参数确定 计要求 本设计提供的初步设计要求为提升 1000物，竖直方向上的活动范围为0300平方向上的活动范围为 0700满足给定的设计要求的情况下尽量做到用料最省，操作方便的目的 重臂装卸装置 的整体结构尺寸确定 为本课题我们初期论证阶段做了三 套设计方案 ，并对这三套方案做了周密的比较和权衡，最终得到了合理的选择。 方案一： a 大学毕业设计 10 方案二： b 方案三： c 图 期三种方案 对比 三种方案的初步比较： 方案 1：杆 7 于平台连 接处的部分较长（ 400转动角度较小，力矩加大，需要液压缸提供很大的推力，而且为保证强度各杆件的厚度也要加厚，不实用。 方案 2：缩短了方案一中杆 7 的长度（ 200有利于节省材料，但要达到工作要求的提升高度需很大的转动角度（大约为 97 度），这就意味着对液压缸的行程要求很大，一般难以满足要求。 方案 3： 在对以上 2 种方案的比较和权衡中，选择适当的各杆件的长度，液压缸满足各项要求，同时可以达到用料最省的目的，所以有了方案 3。 大学毕业设计 11 第 3 章 液压支架主要零部件的 设计与计算 在本次毕业设计中，我主要负责机械 部分的设计工作。其中最主要的设计计算为整体尺寸的设计和材料的选择，以及液压千斤顶的选择上 。 机钢结构的 选型 本装置根据具体的设计特点选择了矩形冷弯空新型钢料，符合 67282002。除拉杆外选择 60格以外，其他均选择 100格，截面如下图所示： 图 选用的两种钢材截面 压千斤顶的选择 液压千斤顶的选择 要考虑很多因素： 第一，考虑到物体重量不是很大，所以压力可以采用 610中低压力，这样对于日后系统维护及安全 操作等有相当大的好处。 第二，有了压力就可以根据 F=N（ P*S）来求液压缸的缸径杆径了，这里默认液压缸无杆腔充油，物体被举起 或被推进 ，这样就可以选择了，并且液压缸的缸杆螺纹是设计的标准，也可以让油缸生产厂根据 设计要求制作 。 第三，由于 需要选择的两个液压千斤顶均是 是 往复 运动， 所以 要在回路上加装平衡阀，这一点相当重要 初步选择的两个液压千斤顶的参数如下表所示： 大学毕业设计 12 推力 （ 拉力 （ 工作压力 （ 工作行程 （ 提升千斤顶 07 00 推进 千斤顶 00 表 压千斤顶技术参数 本装置的液压系统与采煤机械中的液压支架基本类似，因此在技术成熟的基础上提升千斤顶选择采煤液压支架用 20如图；推进千斤顶选择采煤液压支架用 31如图 a 提升千斤顶 b. 推进千斤顶 图 选用的两种液压千斤顶 大学毕业设计 13 对选 好 的部件先进行安装得到 整机效果图 如下 ： 大学毕业设计 14 液压缸的设计计算 1）液压缸设计计算步骤 1） 根据主机的运动要求，按表选择液压缸的类型。根据机构的结构要求，按表选择液压缸的安装方式。 2） 根据主 机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。如液压缸的推力、速度、作用时间、内径、行程和活塞杆直径等。 3） 根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计。如缸体壁厚、缸盖结构、密封形式、排气与缓冲等。 4） 液压缸性能的验算。 2）液压缸类型及安装方式的确定 工作时液压缸要求可以双向运动产生推拉力。故此我们选用单活塞杆双作用液压缸 。 根据液压缸工作压力的大小，选用拉杆型液压缸。安装方式两端铰接，刚性导向。 3) 液压缸的主要性能参数 液压缸的主要尺寸为缸筒内径、活塞杆直径和缸筒长度等。 1、 缸 筒的内径 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径 D 计算公式为 式中 m） 根据求出的已知数据 D=中 0m） m） m/ 0m/s） 已知： 00 . 0 8 ; 0 . 2 5 / ; 0 . 1 /D m v m s v m s 000 3 . 5 7 1 0 大学毕业设计 15 按公式代入数据，求得 0d=5、 缸底厚度的计算 平行缸底，当缸底无油孔时 式中 m） m） 已知： 0 . 0 8 ; 3 1 . 4 ; 1 2 2yD m P M P a M P a 按公式代入数据，求得 h=18) 液压缸的联接计算 1、 缸盖联接计算 缸盖联接采用焊接联接： 液压缸缸底采用对焊时，焊缝的拉应力为 式中 N） m） 1m) 2m） 常取 =知： 按公式代入数据，求得 = 0 3 2212()4121 5 7 . 8 ; 1 0 2 ; 8 5 ;0 . 7F k N D m m D 大学毕业设计 16 若缸头采用角焊时，则焊缝应力为 式中 m） 已知数据同上，按公式代入数据，求得 =、 螺栓联接的计算 缸体与缸盖采用螺栓联接时，螺纹处拉应力为 螺纹处的切应力为 合成应力为 223 1 . 3n 式中 已知： 按公式代入数据，求得 合应力为 6 5 3、 活塞与活塞杆的联接计算 活塞与活塞杆采用螺纹联接时，活塞杆危险截面（螺纹退刀槽）处的拉应力为 12h 2141014 ; 1 . 5 ; 0 . 1 2 ;9 2 ; 3 3 ; 3 0Z K N d m m d m m 4 8 a 1214大学毕业设计 17 切应力为 合成应力为 223 1 . 3n 式中 1N） m） 已知： 按公式代入数据，求得 合应力为 2 6 2 P a 4、 活塞杆与活塞肩部表面的压应力 已知： 129 2 ; 7 0 ; 5 2F k N A m m A m m 按公 式代入数据，求得 5 3 5、 销轴、耳环的联接计算 销轴的联接计算： 1 1 F 221 ()4F D d p 1101 . 5 ; 9 2 ;0 . 0 3 ; 0 . 0 3 3K F K Nd m d m1 9 5 1 a 2212()4大学毕业设计 18 销轴通常是双面受剪，为此其直径 式中 m） N） 对于 45钢， =70 已知： F= =70公式代入数据，求得 d=39环的联接计算： 耳环宽度为 式中 m） m） c通常取 c=（ bb已知： F=d= c=84公式代入数据，求得 8) 活塞杆稳定性验算 液压缸承受轴向压缩载荷时，当活塞杆直径 d 与活塞杆的计算长度 l 之比大于 10时，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。 1、 无偏心载荷 由材料力学知，受压细长杆，当载荷力接近某一临界值时，杆将产生纵向弯曲。且其挠度值随压缩载荷的增加而急剧增大，以至屈曲破坏。 对于没有偏心载荷的细长 杆，其纵向弯曲强度的临界值，可按等截面法和非等截面法计算。 等截面计算法： d 大学毕业设计 19 当细长 比时，可按欧拉公式计算临界载荷时 式中 N） 于钢，取为 112 0E P a 4m ） 实心活塞杆 m） 活塞杆在最大伸出时，活塞杆端支点和液压缸安装点间的距离（ m） m） 实心活塞杆 2m ） I 实心活塞杆 若活塞杆为实心杆，并用钢铁材料制造时，上式可以简化为 已知： 1 1 6 41 ; 2 . 1 1 0 ; 1 . 2 1 0n E P a J m ; 按公式代入数据，求得 7) 液压缸的主要性能参数 液压缸的主要尺寸为缸筒内径、活塞杆直径和缸筒长度等。 1、 缸筒的内径 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径 D 计算公式为 22JP l4644244 1121 . 0 2 10l0 7 52 9 5 N23 . 5 7 1 0 l 大学毕业设计 20 式中 m） 根据求出的已知数据 F= P=公式代入数据，求得 D=、 活塞杆的直径 d 根据速度比的要求来计算活塞杆的直径 d 式中 m） m） 液压缸的往复运动速度比，一般有 2、 几种。根据下表选取速度比。 表 3 和 工作压力 p/ 10 0 20 速度比 2 2 由于工作压力 p=选取速度比 = 按公式代入数据，求得 d=70据标准圆整 d=80、 液压缸行程 液压缸行程 s，主要依据机构的运动要求而定。但为了简化工艺和降低成本，按标准系列值选取 s=400 8) 液压缸结构参数的计算 液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚、油口直径、缸底厚度、缸头厚度等。 1、 缸筒壁厚的计算 161036014%6101225 大学毕业设计 21 缸筒的材料： 45号钢 按厚壁筒计算 对于中高压系统，液压缸厚度一般按厚壁筒计算。 当缸体材料由脆性材料制造时，缸筒厚度应按第二强度理论计算 按公式代入数据，求得 =4、 缸体外径的计算 1 2式中 1m） 按公式代入数据，求得 1D=160标准圆整1D=168、 液压缸油口直径的计算 液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度 式中 0m） m） m/ 0m/s） 已知： 00 . 1 2 5 ; 0 . 2 5 / ; 0 . 1 /D m v m s v m s 按公式代入数据，求得 0d=9、 缸底厚度的计算 平行缸底，当缸底无油孔时 0 . 4( 1 )2 1 . 3000 0 3 大学毕业设计 22 式中 m） m） 已知： 0 . 1 2 5 ; 2 4 ; 1 2 2yD m P M P a M P a 按公式代入数据，求得 h=27、 缸头厚度的计算 由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不同。 选用螺钉连接法兰型缸头： 式中 m） N） m） m） 0m） m） 已知：采用 按公式代入数据，求得 F= 03 ( ) dh d2 2 2()44 HF d p d d q 006 0 ; 7 2 ; 6 6 ;1 6 ; 1 0 4 ; 1 0 0H c pd m m d m m d m md m m D m m M P a 大学毕业设计 23 h=9) 液压缸的联接计算 1、 缸盖联接计算 缸盖联接采用焊接联接： 液压缸缸底采用对焊时，焊缝的拉应力为 式中 N） m） 1m) 2m） 常取 =知： 按公式代入数据，求得 =缸头采用角焊时，则焊缝应力为 式中 m） 已知数据同上，按公式代入数据，求得 =、 螺栓联接的计算 缸体与缸盖采用螺栓联接时，螺纹处拉应力为 螺纹处的切应力 为 2212()4122 4 2 . 5 ; 1 6 8 0 . 1 6 8 ; 0 . 1 5 ;0 . 7F k N D m m m D m 12h 214大学毕业设计 24 合成应力为 223 1 . 3n 式中 已知： 按公式代入数据，求得 合应力为 3 8 3、 活塞与活塞杆的联接计算 活塞与活塞杆采用螺纹联接时，活塞杆危险截面（螺纹退刀槽）处的拉应力为 切应力为 合成应力为 223 1 . 3n 式中 1N） m） 已知： 1014 ; 1 . 5 ; 0 . 1 2 ;8 5 . 5 ; 4 2 ; 3 8Z K KF k N d m m d m m 2 8 a 12141 1 F 221 ()4F D d p 大学毕业设计 25 按公式代入数据，求得 合应力为 1 5 2 P a 4、 活塞杆与活塞肩部表面的压应力 已知： 128 5 . 5 ; 8 0 ; 6 2F K N A m m A m m 按公式代入数据，求得 4 2 5、 销轴、耳环的联接计算 销轴的联接计算 ： 销轴通常是双面受剪，为此其直径 式中 m） N） 对于 45钢， =70 已知： F= =70公式代入数据，求得 d=47环的联接计算： 耳环宽度为 式中 m） 1101 . 5 ; 8 5 . 5 ;0 . 0 3 8 ; 0 . 0 4 2K F K Nd m d m1 1 3 a 2212()4 d 大学毕业设计 26 m） c通常取 c=（ bb已知： F=d= c=70公式代入数据，求得 10) 活塞杆稳定性验算 液压缸承受轴向压缩载荷时，当活塞杆直径 d 与活塞杆的计算长度 l 之比大于 10时，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。 1、 无偏心载荷 由材料力学知，受压细长杆，当载荷力接近某一临界值时，杆将产生纵向弯曲。且其挠度值随压缩载荷的增加而急剧增大，以至屈曲破坏。 对于没有偏心载荷的细长杆，其纵向弯曲强度的临界值，可按等截面法和非等截面法计算。 等截面计算法： 当细长 比 时，可按欧拉公式计算临界载 荷时 式中 N） 于钢，取为 112 0E P a 4m ） 实心活塞 杆 m） 活塞杆在最大伸出时，活塞杆端支点和液压缸安装点间的距离（ m） m） 实心活塞杆 l 22JP l4644大学毕业设计 27 2m ） I 实心活塞杆 若活塞杆为实心杆，并用钢铁材料制造时，上式可以简化为 已知： 1 1 6 41 ; 2 . 1 1 0 ; 2 1 0n E P a J m ;3 按公式代入数据，求得 对选好的部件先进行安装得到整机效果图如下： 图 3整机效果 1、液压缸工作压力的确定 液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小由附表 7确定，也可按液压设备类型参考附表 10 来确定。 244 1121 . 0 2 10l0 4 6 4 N大学毕业设计 28 2、 缸筒内径 对于负载较大的工程、矿山机械用的油缸，在系统给定的工作压力情况下，常以保证油缸有足够的牵引力，能驱动工 作负载为确定缸筒内径的重要条件，如果尚有运动速度要求时，则往往在校核时通过选择适当流量油泵的办法来解决。 但是当系统的工作压力尚未确定的时候，必须首先根据负载的大小合理地选择油缸的工作压力（见附表 7），选定的工作压力应符合 见附表 1） 当无杆腔进压力油驱动负载时，液压缸的直径 、工作压力 m )(4 2020 由此得缸筒内径 0200 )(4 （ m） 式中 P 工作压力（ 0P 回油背压（ 若回油直接通油箱，可取0P 0； m 机械效率，考虑密封件的摩擦阻力损失，橡胶密封通常取 92.0m； d 活塞杆直径（ m），通常 。 由上式计算所得的缸筒内径，需 按 见附表 2） 3、活塞杆直径 油缸内径确定后，若单杆活塞缸的双向运动有一定速比要求时，可按速比 的关系式求出活塞杆的直径为 1 (m) 式中的 值可根据附表 11的推荐值选取。 对于一般无速比要求的油缸，也可按下式初步定出活塞杆直径 5131( （ m） 以上计算所得的活塞杆直径，均需按 29 圆整成标准值。（见附表 3） 4、液压缸壁厚 计算公 式： t=00S t=管壁厚（最小厚度） =最大压力， kg/=管内径， m S= /5安全系数 =抗拉强度最低值 5、最小导向长度 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度（如图 4 所示），若导向长度太小，将使油缸