滑道式提升机及其控制电路的设计
滑道式提升机及其控制电路的设计,滑道,提升,晋升,及其,控制电路,设计
弯曲的金属疲劳试验的钢丝绳 飞机救援起重机学生姓名:程扬胜 班级:078105205指导老师:张绪坤马可吉格奥,安德烈力学系,米兰理工大学,维亚拉马萨34,20158米兰,意大利收到2002年7月29日,接受2002年8月24日摘要: 在正常操作期间,直升机救援绞车绳索,它的两端是附加一个钩子,可以受到弯曲应力振动造成的。这发生在局部或全部钩恢复到它的住宿事件无弹簧闭塞系统。在穷途末路的摆动因而导致近弯曲的绳子由此产生的疲劳与压力,可迅速导致绳索断裂或损坏的终端。一系列的交替采用恒定负荷弯曲,类似的西班牙银行已知的(通过滑轮弯曲疲劳试验)测试,分别进行。这些模拟救援绞车有效的工作条件。本文介绍的修改测试机械,测试方法和所获得的数据,这些数据统计分析使我们能够一绳寿命预测这是当时证实了运行在测试绳出局。2002年Elsevier科学有限公司保留所有权利。关键词:钢丝绳,滑轮:疲劳;升降机;飞机1介绍钢丝绳一般绳索一样,也链条,牵引负荷通常用于传输。尽管它的广泛使用,钢丝绳仍然是一个极其复杂的设备和鲜为人知的作品。它的建设,相当多样的内部接触力,磨损由于这些势力,鼓接触,滑轮或滑轮,都作出全面的分析方法的可靠性极困难。即使在今天,实验测试中扮演的绳子受到分析的重要角色,尤其负载,特别是关于那里的疲劳分析股摆脱不同的测试类型结果和负载。本文的目的是考察行为的绳索上用直升机救援。我们分析了其中的挂钩连接到了穷途末路的情况下已被完全或部分恢复到其住宿,并自由地摆动。不正确或不足的预压钩住宿春闭塞系统在弯曲部分的穷途末路,然后可能击中了绞车指导车轮的结果(见图。1)。绳索断裂和破坏,但无任何申请牵引负荷,因此没有其他解释的,都被归因于这一特定作业条件。这钢丝绳像所有的航空部件,必须优化重量,有一个安全绳5倍的静态破坏载荷(小于绳索民用和工业用),但之后必须更换1500完整的低负荷下提高经营周期。它是,因此,合理地推测,磨损和摇摆振动造成的损害,即使是在不使用吊重机,可导致进步和显着削弱了抗节。假设一个恒定预紧力(相当于体重乘以钩由适当的因素,需要考虑惯性力),我们研究了弯曲疲劳行为钢丝绳在周期性重复的指导车轮摆动,交替固定在一个角度,为了确定是否存在一个角变化不低于该损害发生的绳索。该仪器仪表的设计和建造了专门的测试:它再现摆动的穷途末路,随之而来的交替弯曲在滑轮的绳子疲劳应力。2背景 我们发现以前没有发表的研究与应用方面进行弯曲的方法进行试验,这个实验。在发表研究弯曲,绳子已经结束了,走上了一个给定滑轮因此,承担了直径和长度的定义弯曲半径。在实验测试执行,弯曲半径的滑轮绳索从点的不同点。此外,交变弯曲穷途末路诱导可变标志弯曲的每一个在每个周期绳(部分负载),图1。终端弯曲。执行一个有1.781英寸(45.23毫米)有2250磅(100.08 N)的预紧力,喉部直径滑轮150,000周期,必须随后有剩余的力学特性,使能超过2000磅(8896.44 N)的拉伸强度。一个类似的测试(在测试系统而言),在决策上获得了绳线更详细的信息变形的目的,是由里奇等人出来。 2,3。在这篇文章中,采取测量使用一个复杂的一段绳子的厚度大于1毫米的导线(放置应变计)在超过一个测试滑轮清盘。该滑轮直径为18倍,绳子和预紧力是20日的绳子抗拉强度。如何可以看出,最初,当绳子只有轴向负载,导线测量,应作出类似的实际显示(可能是由于在绳建设不完善)不同的品种,以及这些差异往往消失在弯曲疲劳试验迅速。的振幅和周期的应变记录形状不发生明显变化,在疲劳试验。撰文表明实验如何退化和受损的质量由于错误使用,磨损和制造过程中,考虑到配置和里奇等人使用的负荷。,只有一对弯曲疲劳寿命,这主要取决于绳子的名义建设的影响有限并在绳/滑轮直径之比。 Nabijou和霍布斯4分析,在各种情况下,在一根绳子上的小伤口疲劳行为受到一鼓预装其拉伸强度成正比(40-60)。他们的研究看起来进入包括槽几何参数的影响,其中绳休息,工作的滑轮喉咙和治疗进行了电线的绳子,以及对绳直径和润滑或任何污染,例如水或砂剂效果类型。有趣的是,要注意如何捆由两个相同的两个不同厂家的不同生产钢丝绳疲劳耐力。这证实了疲劳寿命也因此依赖于表面与该绳子接触到的微观特征。从Nabijou和霍布斯的工作,可以看出,低负荷和高曲率比滑轮绳直径,破损的主要形式是,由于磨损与滑轮接触造成的。在高负荷情况下,小直径滑轮另一方面,第一类的磨损出现是由于滑导线之间。内部导线之间的滑动在这样的配置,也被观察到180-186 Nabijou和霍布斯5。 对上述条款的两个群体是没有矛盾,但有助于提供一个对BOS的复杂现象更深入的了解。疲劳寿命和为BOS测试结果失败取决于绳子,明确,对微动(线线,线滑轮)。看来疲劳寿命,但是,受其影响的额定负载条件和直径的比例为主,只有特别不利的初始条件或初始收益率略有进步。这些条件强调了从轴向疲劳载荷和磨损缺口的地方在一个适当的磨损疲劳重要性大大减少导致的多瑙河联合重大差异微动,最初是由斯塔基和克莱斯6强调。他们的研究,事实上,首次确定了两个不同的关键地区存在在一根绳子:第一种相对于相邻股在同一层线接触,第二相对于本地的,因此,更危险的两条电线之间的接触属于两个相邻层。 在静态试验中,磨损效应对拉伸强度相当大的影响。德席尔瓦和芳7分析了绳索负荷显着减少残留容易磨损都在实验室和实际操作过程中,并比较与更换的绳子容易磨损,特别是国际标准化组织4309现行标准的结果。以类似的方式,库鲁普等。 8分析了在机械同样减少特性,达到类似(但较温和)的席尔瓦和由德方研究的结论。 在这两项研究,但是,可以看到如何了数个百分点,约10的拉伸强度降低的结果金属面积损失。如前所述,发表的研究包含了疲劳行为的研究时,绕组无滑轮的绳子上的角度是有限的,当有一个非常低的恒定预紧力,换言之根据这一测试项目适用的条件。3绳子测试 绳子测试对应明康的W - 83140的I型,19_7不锈钢预成型,非直升机救援起重机旋转规格。这方面的建设电缆包括一名7 7股电线每个核心的49线和1 12 7股电线外层为每一个电线共计84个。内在的核心是在于朗,左在于,外层是经常躺在权利所在。在电线电缆中的总人数是133。绳直径为3 / 16英寸(4.76毫米)。4该试验机4.1机器的描述修改前本机用于测试,麦德龙的COM T6AL(测试频率为0.5赫兹,最大的变化180_角),进行了交流扭转疲劳试验。测试绳置于两块夹,其中一个绕轴转,另一种是固定的(参见图。2)。这台机器已修改为可进行反复弯曲试验。本机的移动夹紧头部被绳子终端所取代专门为测试而设计的支持,和服务结构,要创造理想的实验条件,增加了。4.2钢丝绳终端支持该支持允许既是最佳的绳子锁定终端与实际负荷工况下支持(图3)是与维持机器的能力,执行与最大_180_角旋转变化的目的而设计创作。安装在两个皮带轮的支持,对称轴附近的机轴驱动器上。他们是一对直升机救援绞车完全相同的滑轮和两个自由度,由于集会,他们的立场是相同的,因为这是他们在操作时,在弯曲的支持是固定在试验机因与切向键和阻塞螺钉枢纽轴耦合方法。这两个之间的绳子捆运行是与特富龙轴轴承安装,以限制磨损的影响,已硬化的滑轮和抛光,以避免表面损伤的可能性。甲表面硬度测试介绍了人权委员会63。支持在设计和建造的公差,以保证:_平行轴之间的传动滑轮和轴;_电缆之间的垂直轴和皮带轮的;_平坦的固定孔轴支持图2 麦德龙的COM T6AL之前修改。4.3服务架构为了申请一个轴向预紧未影响到在滑轮绳服务结构弯曲试验区建成。该结构形成的一个网状梁框架,这是螺栓的试验机。这将创建一个单一的测试结构,无论支持的机器放在类型。周围的后面齿轮滑轮转动就这服务结构定位轴(见图。6)。滑轮必须放在这样,当绳端头支护角为零,绳轴垂直的平面上的两捆轴所在,是等距离他们。这一立场保证了绳子轴对应的滑轮中心线,模拟了一个悬挂绳索,只受重力,在与中性条件下的弯曲应力条件。这项服务结构施工允许的滑轮定位三自由度(见图。7)。四槽(每侧两个)让滑轮轴运动,是正常或相切therope轴。此外,转轴上安装了滑轮是完全线程,让运动也处于副法线方向。滑轮是安装在使用聚四氟乙烯轴承,允许自由左右旋转轴的轴心。滑轮设置为工作在一个中立的立场(零角度),并与支持预载的应用。滑轮轴,此外,定位为尽量从捆(兼容与最终横梁和负载连接器),以增加用于试验的绳的长度。 5测试方法我们使用一个一端终端1000毫米的绳子的长度。弯曲疲劳试验,进行了绳节接近这个终端。5.2预紧力绳子遭到了98.1 预紧力,通过考虑钩子通常在终端(5公斤),乘以2系数考虑到惯性力重质量得到。5.3终端锁定绳端固定的服务结构的一个螺丝手段。三对服务结构螺孔使人们有可能进行的绳子是1,5和9直径(分别为4,第24和44毫米的测试从末端),对本测试,目的中的立场是使用。5.4钢丝绳弯曲该钢丝绳弯曲应力是通过绳索滑轮附近的变形,这是弯曲的绳节就一轴垂直于轴的绳索旁边的天轮。这种胁迫下抄录了其终端的自由与吊钩(绳摆动实际经营状况)。5.5绳失败我们认为,测试完成时,一对钢丝绳外层整个链断裂发生在测试中我们也报道了日记逐步打破单一的电线,通过目视观察。在整个外链断裂,容易在检查发现,被评为失败的条件。救援直升机吊缆,一般须经营条件,导致由于与滑轮(当然,接触大量的外部导线磨损与其他地区的直升机和地面上的物体)。在整个链断裂是一个更加严重和广泛的衰竭弯曲的适应症在捆(线线微动因相对滑动,弯曲疲劳周期单丝),这是本研究的主题。一个在外层整个链断裂也被认为是在立荣更换标准的ISO 4309标准的绳子。5.6测试在测试过程中绳检查本机不具有自动监测系统的绳索断裂;合作nsequently进行视力监测。视觉测试绳子检查工作在可变间隔,根据测试角度。定的时间间隔,以限制数据错误,一_5的最高。5.7温度控制在第一次测试中,两者的测试环境和一根绳子表面温度测量,以检验是否与诱导其内部润滑后果绳过热。我们观察到的温度增加有限,而且没有,因此,影响润滑特性。6实验结果6.1在绳观察损伤到达之前完成链断裂,逐步在与周期的捆在接触导线损坏可以看出,这种损伤导致所涉及的电线逐步打破。该电线断裂发生在不同的方式,根据测试角度。特别是,from_60_至约_40_/_35_角度,有一个与滑轮接触外部导线渐进破坏。的破坏也涉及相邻链,成为越来越多的人数显着周期增加。通过增加的角度来看,也可以观察到的损坏电线和绞线的逐步分离,可能是由于内部断裂。此外,在循环,越来越多的明显的损失在所涉及的股下滑可以看出。在这种情况下,失败的股即将可以预期。对于较小的角度,循序渐进的失败变得越来越不明显,直到它完全消失或更确切地说,有一些属于弯曲周期,以在与滑轮接触的初始股电线故障,但后来没有进一步的失败是观察为测试时间。在这种情况下,该链断裂是不可见的。在所有的测试,有一个明显渗出附近的滑轮绳接触点的润滑。此外,这是更大的润滑渗水的地方断线的情况发生。测试绳4(角变化_60_)进行了测试,直到完全断裂成两部分,其中16847个周期后发生。这个测试绳子不时观察,以获取有关绳子的损害机制的迹象。我们观察以下内容:_ 800后的1股(即在测试的第一部分断头周期),我们观察了另外两个表面股,其中逐步驱逐破损。这使我们内心观察链断裂;_ 4000后的测试,有很多外部链断裂第一部分结束了在周期的最大弯曲点的地方实行的捆(每方只有两个股依然完好无损附近,中性轴绳节),我们发现几乎所有涉及股内导线破损;_ 5000后,在测试的第一部分结束的周期,有股的内心,这些被驱逐的逐步完成破损。在余下的周期,在绳子的阻力,这是由于部分仍然完好外链。从这些观察,我们可以推断,在更大的角度,虽然不可见,内破裂,将与有形并行,但不广泛破损外导线。6.2微观结构分析显微分析测试绳子分别进行5(角的变化:_40_;串突破:235553次)用扫描电子显微镜。我们观察到裂纹对断股的电线核区,在一个案例中,每两个核相反在同一导线的另一疲劳区。在导线截面,可以看到疲劳传播影响的区(约50的部分)在其余部分存在。6.3得到的结果从已列入表1归纳为测试得到的数据如下:_测试绳号码:渐进的编号,按时间顺序的绳索,测试。_测试角度:旋转程度,以度对终端的支持绳子。该值是指角半振幅,因此前面的标志_数周期:算术平均削减由于在测试记录的数字值的周期失败(最后的检查),并在倒数第二检查,这是假设的周期,以数量失败。数周期.7结论通过一系列的实验测试,需要长时间的准备,甚至更长的完成,我们证实了最初的假设,即在特定情况下的钩子,在结束安装绳,已经完全或部分恢复其住宿和自由地摆动,可能损害绳。在有限的测试角度力学特性的损失原因和损失越来越少,我们发现,由保守的推算,一个_28_,角度应低于这一无损伤发生。这是不可能进行内部股故障分析,即使观察测试绳(直到分为两部分完全分离绳测试)。鸣谢作者们希望表达他们的感谢英。里卡多罗西为支持设计,并以C4的实验室工作人员为他们提供援助试点工作期间,在米兰理工学院。参考文献【1】 Military specification MIL-W-83140.Wire rope:steel(stainless steel) preformed, non-rotating , for aircraft rescue hoist and cargo handling (winching).1969.【2】 Ridge IM, Zheng j, Chaplin CR. 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Engineering Failure Anaiysis 2000;7(3):199-207毕业设计(论文)题 目:滑道式提升机及其控制电路的设计 学 院: 航空工程系 专业名称: 机械设计制造及其自动化班级学号: 078105205学生姓名: 程扬胜指导教师: 张绪坤二一一年六 月 南昌航空大学科技学院学士学位论文前 言矿山生产的全过程离不开矿山运输和提升工作。因此,运输和提升工作的好坏直接关系到矿山生产能否正常高效进行。如果说运输线路是矿山生产的动脉,那提升设备则是其咽喉,可见其重要性和必要性。提升机是联系井下和地面的主要运输工具,矿井提升工作是整个采矿工程中的重要环节。从地下采出的煤炭、矿石必须提升至地面才有实际应用价值。废石的提升、工作人员、材料及设备的升降等都要靠提升工作来完成。矿井提升机是矿井提升设备中的动力部分,由电动机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统和操纵台等组成。根据提升机工作原理和结构的不同,矿井提升机有以下一些类型: 我国目前广泛使用的有单绳缠绕式双圆柱卷筒提升机和多绳摩擦式提升机两种。但在长期的使用中,它们的缺点逐渐显现出来,为了适应高效安全的新生产要求,我们急需寻求一种新型的提升机来逐步代替这些原本陈旧的设备,本文我们所研究的滑道式提升机就是在此环境下呼之欲出的新产品。它的优点在实践中得到了很好的发挥。我相信,随着研制工作的进一步完善,滑道式提升机的进一步改进,在未来的矿山生产中将发挥巨大的作用。至关重要的是提升机的设计,这个课题主要包括总体、传动系统及提升系统的尺寸确定及计算方面内容。完成这个课题,可以对实际设计某种设备方面有自己的看法和体会由于本人水平有限。本论文中必然存在不少纰漏和错误,敬请评阅老师们批评指正。1 绪论1.1各种提升机的工作原理 D型斗式提升机由运行部分(料斗与牵引胶带),带有传动滚筒的上部区段,带有拉紧滚筒的下部区段,中间机壳,驱动装置,逆止制动装置等组成,适用于向上输送松散密度1.5t/m3粉状、粒状和小块状的无磨琢性和半磨琢性散状物料,如煤、砂、焦末、水泥、碎矿石等。 TD型斗式提升机结构形式:传动装置TD型斗提升机的传动装置有两种形式分别配有YZ型减速器ZQ(或YY)型减速器。YZ型轴减速器直接装在主轴轴头上,省去了传动平台、联轴器等,使结构紧凑、重量轻,而且其内部带有异型辊逆止器,逆止可靠。该减速器噪音低,运转平稳,并随主轴浮动,可消除安装应力。 1.1.1 HL型环链离心斗式提升机工作原理HL型环链离心斗式提升机,由运动部分(料斗与牵引链条)、带有传动链轮的上部区段、带有拉紧轮的下部区段、中间机壳、驱动装置、逆止制动装置等组成。本提升机的料斗为间断式布置,利用“掏取法”进行装载,“离心投料法”卸料。本提升机的牵引机构是两根环形链条。 TH系列斗式提升机工作原理:TH系列斗式提升机适用于输送粉状、粒状及小块状的无磨琢及磨琢性小的物料。TH型是一种圆环链斗式提升机采用混合式或重力卸料,挖取式装料。牵引件用优质合金钢高度圆环链。中部机壳分单、双通道两种形式为机内重锤箱恒力自动张紧。链轮采用可换轮缘组合式结构。使用寿命长,轮缘更换工作简便。下部采用重力自动张紧装置,能保持恒定的张紧力,避免打滑或脱链,同时料斗遇到偶然因素引起的卡壳现象时有一定的容让性,能够有效地保护下部轴等部件。该斗式提升机适用于输送堆积密度小于1.5t/m3易于掏取的粉状、粒状、小块状的底磨琢性物料。如煤、水泥、碎石、砂子、化肥、粮食等。TH型斗式提升机用于各种散状物料的垂直输送。适用于输送粉状、粒状、小块状物料,物料温度在250以下。 1.1.2 NE系列板链斗式提升机工作原理NE系列板链式斗式提升机本机系流入式喂料,物料流入料斗内靠板链提升到顶端,在物料重力作用下自行卸料。本系列提升机规格多(NE15NE800共11种)提升量广;且生产能高,能耗较低,可逐步代替其他类型提升机,其主要参数见下表。该机采用全封式机壳链速低,几乎无回料现象,因此无功功率损耗少,噪声低,寿命长。 1.1.3 DZC系列振动提升机工作原理DZC系列电机振动垂直提升机是由提升槽、振动电机、减振系统和底座等组成。该系列提升机是采用振动电机作为振动源,固定在提升槽上的两台相同型号的振动电机中心线交叉一定角度安装,并做相反方向自同步旋转,振动电机所带的偏心块在旋转时各个瞬间位置所产生的离心力之分力沿抛掷方向作往复运动,使支承在减振器上的整个机体不停振动,使物料在提升槽内被抛起的同时向上运动,物料落入入料槽后,开始被抛起,此时可以使物料与空气充分接触,还可以起到散热冷却的作用。该提升机对粉状、块状和短纤维状的固体物料(有粘性和易结块的除外)都可垂直输送,还可以完成对物料的干燥、冷却作用。分敞开式、封闭式两种结构。并可按照用户需要进行特殊设计。 斗式提升机主要技术参数: 规格提升最大高度(m)输送量(m/h)斗距(mm)电机功率(kw)160型283-85003-7.5200型31.56-155003-7.5250型30.1610-255004-11300型30.1625-355005.5-15350型3119-406007.5-18.5400型3235-506007.5-22450型32.742-606007.5-221.2提升机简介斗式提升机在机械化连续运输系统中是一种被普遍采用的垂直输送设备,主要用于提升粉状、粒状、小块状的无磨琢性和磨琢性物料(如水泥、煤、砂、谷物、木屑、矿石、焦炭、硅酸盐、铝镁砂、耐火材料、化肥、化学物品等)。根据生产工艺的需要,它与板式给料机、带式输送机、螺旋输送机等其它形式输送设备配合,可以布置成不同的工艺沉积,形成各种运输系统。因此斗式提升机广泛地应用于建村、电力、冶金、机械、化工、轻工、有色金属、粮食等各工业部门。在现代化的工厂中,从原材料进厂,中自J经过各道加工工艺到成品出厂,时刻都需要均匀地连续地进行物料输送,连续输送设备是实现这一途径的理想设备。在垂直提升设备中,斗式提升机的输送效率高,机壳横断面尺寸小,占地空间小,而提升高度可达6080m;且系统可靠性好,故障少,并能够实现远距离显示和控制;另外它具有良好的密封性能,能够防止粉尘污染和防止粉尘爆炸,与其它垂直输送设备比较,功率消耗小是气力输送的13。斗式提升机是通过紧固在牵引构件(胶带、链条)上的许多料斗,并环绕在提升机上部头轮和下部尾轮之间,构成了闭合轮廓;驱动装置与头轮轴相连是斗式提升机的动力部分,可以使头轮轴转动,张紧装置一般和下部尾轮相连,使牵引构件获得必要的初张力,以维持牵引构件正常运转。物料从斗式提升机下部机壳的进料口进入,通道流入式或掏取式装入料斗后,提升到头部,在头部沿出料口卸出,实现垂直方向输送物料的目的。斗式提升机的料斗、牵引构件、头轮和尾轮等安装在全封闭的机壳之内。斗式提升机在下部装料,在头部卸料。由于被输送的物料特性差异很大,所以装料和卸料的方式也就不同,根据物料特性,正确选择装料和卸料方式,对其工作情况和生产率影响很大。对装料和卸料的要求是:装料均匀,块状物料直接流入料斗;卸料时物料能正确地进入卸料槽,不返料:物料抛卸中不冲击头部罩壳,采用问隔布置料斗的高速斗式提升机,物料抛卸过程中不碰撞到前面的料斗上148I。1.3提升机的应用1.3.1粮食提升机通过前期国家粮库的建设,粮食仓储企业的粮食储运状况得到很大的提升,立筒库和浅圆仓的粮食装仓和出仓实现了机械化生产,生产作业效率得到较大提高。其输送的物料对象为粮食,尤其是烘干后的玉米,有易碎的特点,而在用的输送设备却都是以普通物料为输送对象。如目前在粮库普遍使用的斗式提升机、刮板输送机在结构上并没有因以粮食为输送对象而采用特殊的结构和选用合适的相关技术参数。粮库在使用这些输送设备对烘后玉米进行进出仓作业的过程中,造成较大的玉米破碎率,提升机一般为2. 7% 4. 0% ,刮板输送机在3. 0%以上,甚至更高。由于提升机是粮库输送作业的重要设备,其造成的玉米破碎经济损失巨大。特别是在今后一个阶段,国家将推行散粮运输,同时随着中国加入WTO和日益提高的物质生活水平,粮食的破碎问题对粮库而言日显其重要性。由于粮食作为一种特殊的输送对象,国家对相关粮食品种的破碎有专门的要求。尤其是烘后的玉米(含水率14. 5% ) ,具有易碎的特性,在受到外力的作用下,破碎率大的问题比较明显。因此,设计专门为易碎粮食提供服务的提升机十分必要。在参数和结构方面进行优化改进,通过合理降低畚斗带速度,选配相应的头底轮的直径和符合抛料轨迹的机头罩壳以及配套的畚斗型式和规格,并保证机座定向定距、底部微少积料,可以使提升机的破碎率得到较大幅度的降低。通过生产实际的考核, 100 t/h输送量的提升机破碎率不超过1. 3%。如果将进粮速度控制在合理的范围之内,粮食专用提升机的破碎率会进一步的降低。粮食专用提升机是从粮食产后的生产实际中提出来的,并在生产实际中得到了应用,取得良好的效果,可以广泛应用于对破碎有要求的工作环境,如米厂、港口、粮食仓储企业。1.4提升机的发展1.4.1 提升机结构从机电分体到机电一体的沿革德国人哈德摩托阿诺尔德( HartmutArnold) ,于1956 年7 月第一个提出矿山提升机机电一体结构原理,1960 年11 月获得专利,专利号1095485 。顾名思义,机电一体是指提升机滚筒和电机成为一体,是区别于机电分体即滚筒和传动装置分体安装而言的。现结合我国矿山提升机构的沿革,来看从机电分体到机电一体的演变过程。20 年前,当机电一体提升机在德国鲁姆贝克矿井和雷敦矿井相继取得成功以后,德国因矿业凋敝,没有出现第3 台机电一体提升机。5年前,当我国准备进口第1 台机电一体提升机时,有人预言,这是提升机结构的发展方向,虽然当时的结构还不算成熟,也应当引进1 、2 台作为借鉴,才不会落后世界潮流太远。接着就引进了3 台。大雁提升机结构已有重大改进,陈四楼提升机则得到进一步完善,逐步实现了标准化。再过二三年,也就是大约用了十年时间,当引进的提升机调试和投产运行取得成功后,就可以说基本完成了这项新技术的开发阶段,标志着这项技术已经成熟。用机电一体结构逐步代替传统结构的总趋势已不可逆转。而南非的3 台大型提升机以及澳大利亚和我国准备引进的项目,都实际上已经是这项技术的应用成果了。我国是世界上矿业大国,有较大的提升机市场,如果以后再要进口,机电一体提升机就自然会成为首选方案,因为这对用户有利。我国也需要自己开发这项新技术,而这些引进项目的成功,必然会起到重要的促进和借鉴作用。矿井提升机全自动化控制的实现,给矿井提升机的技术进步带来无限的生机,使得矿井提升系统向着多功能化、数字化、网络化和机电一体化的方向发展,极大的提高了系统的安全可靠性、运行效率以及控制的精确性,实现了无人值守。它的实现与当今世界对传统机械进行数字化、自动化、网络化改造的潮流和时代的脉搏是相吻合的,对发展电力拖动学科与技术、推动现代科学技术在矿山的应用产生了一定的影响,为矿山企业走新型工业化道路提供了借鉴之路,开创了我国矿井提升新局面,值得进一步推广应用。2 总体方案确定2.1 总体设计要求1.生产率为45t/h2.对环境污染小,符合环保要求3.整体布置美观,紧凑,操作维修方便4.设备造价低,有较好的技术经济性能2.2 总体设计2.2.1工作原理该提升机是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括:取物装置从取物地把物品提起,然后水平移动到指定地点降下物品,接着进行反向运动,使取物装置返回原位,以便进行下一次循环。 由电动机通过钢丝绳的拉引,在固定轨道上进行上下的运动从而达到提升的作用。2.2.2 总体尺寸综合 确定设备外形尺寸:750035006300。在这个基础上来定其它各个部件的尺寸。考虑到料斗对导轨的作用,导轨选槽钢126535.5,长度初步选为10m,导轨与地面角度定为60度。因为还有计量包装系统,所以料斗仓放在水平地面以下,料斗仓支座离地面高度为1520mm。第一、二根支架间定为1.2m第二、三根支架间定为0.7m。料斗仓离左边立柱处定为3810mm。机架由于受到滚筒的压力作用并考虑支撑滚筒的尺寸,机架的尺寸定为44503500,机架选槽钢126535.5。立柱选槽钢140586,并由两根槽钢140586焊接在一起而成。左右立柱间相距2900mm。2.3 总体图 滑道式提升机设计图如下:1提升斗 2.提升导轨 3.提升机构 4.楼梯 5.搅拌滚筒 6.机架 7.成品仓 8.控制柜图2.1 总体装配图3 提升系统的设计计算3.1料斗仓重量计算3.1.1主要参数的确定通常料斗是在无动力情况下依靠物料白重进行工作的,其工况主要取决于物料的物理特性和料斗的几何形状,这里料斗的工况主要是指物料从捧料口卸出时的流动状况。最为常见的流动状况有两种,一是所谓的“垂直柱流动 ,排料孔上方的物料作垂直运动,靠近斗壁的物料静止不动或缓慢流动,物料上表面的中心部位下陷形成漏斗状;二是所谓。整体流动 ,当物料从捧料孔卸出,斗内所有物料都同时向下运动,如同液体整体下泄。为使料斗最有效地发挥作用,整体流动是一般料斗设计所追求的理想流态 由于影响料斗内锈料流动的因素很多,诸如物料的粒度、湿度、粘度和硬度等物理特性,料斗的材料特性以及料斗的几何形状等,描述物料流态的运动方程很复杂,但对于特定的物料和斗壁材料,物料的流态取决于料斗的形状,即斗壁倾角、斗窖及上下斗口尺寸等。主要因素,当 ( 为物料与斗壁的静摩擦角),就会产生整体流动,当=时,即为临界倾角,在实际设计中倾角a通常按经验公式选取,= +(5。10。),对于接卸肥料的料斗一般最小倾角可取40。根据料斗仓设计尺寸计算的重量,已知料斗仓厚度为4mm,材料为不锈钢。由机械设计手册上查得不锈钢的密度为7.9g/。具体尺寸如下:图3.1料斗一侧面设计尺寸图3.2料斗另一侧面设计尺寸由设计尺寸计算料斗外表面积S1 料斗底面面积: 可得料斗仓面积大概为:得料斗不加其它零件时的重量为:考虑诸如滚轮等零件的重量,所以将料斗的总重量设为0.5t。3.2 提升钢丝绳的确定3.2.1 种类提升钢丝绳是由一定数量的细钢丝捻成股,再由若干个股围绕绳芯捻成绳。矿用钢丝绳的钢丝为优质碳素结构钢,直径为04-4毫米,更细的钢丝易于磨损和腐蚀,直径超过4毫米的钢丝在生产中难以保证理想的抗拉强度和疲劳性能。通常矿井提升用钢丝绳选用155-170公斤毫米z为宜。为了增加钢丝绳的抗腐蚀能力,钢丝表面可以镀锌加以保护。钢丝韧性号可分为特号、I号、K号。升降人员用绳必须采用特号钢丝绳,提煤的主提升钢丝绳可用特号或I号钢丝绳。钢丝绳的结构,指的是钢丝绳股的数目、捻向、捻距以及绳股内的钢丝数日、直径大小及排列方式等综合参数。这些参数都直接影响着钢丝绳的性能和使用寿命。钢丝绳可分为单捻、复捻和三次捻。单捻钢丝绳,就是把钢丝捻转一次而形成的钢丝束。复捻是先把钢丝围绕成钢丝芯,再捻成绳股。三次捻钢丝绳是先把钢丝捻成绳股,然后把绳股捻成细小钢丝,最后把钢丝捻成细小钢丝绳。钢丝绳在绳股中或绳股在钢丝绳中有捻转方向的区别,有左向捻和右向捻转。钢丝绳在绳股中和绳股在钢丝绳中按同一方向捻转称为顺捻或平行捻转;按相对方向捻转称此钢丝绳是交叉捻转的。顺捻钢丝绳与交叉钢丝绳各有优缺点:顺捻钢丝绳扰向性大,具有较大的支撑表面。但是易扭转,在任何情况下都不能把钢丝绳放下。交叉钢丝绳几乎不发生扭转。摩擦轮主动轮的衬多为木质,它对不平行的钢丝绳轴线的钢丝绳摩擦系数较大,因为钢丝绳轻微地压入轮衬。理论上用顺捻钢丝绳比交叉捻钢丝绳好,但是由于其有扭转倾向致使悬挂困难所以一般采用交叉捻钢丝绳。钢丝绳在绳股上的区别可以分为:圆形股钢丝绳、扁平股钢丝绳、封闭结构钢丝绳3.2.2实效原因钢丝绳的好坏直接影响提升设备的功能和安全性能。研究其时效原因不仅有利于提高钢丝绳的寿命,而且可以为换绳工艺提供指导。根据有关人员的研究,钢丝绳失效原因重要有以下几个 (1)钢丝绳锈蚀提丹钢丝绳使用的环境比较恶劣,时常受到井筒硫酸水的腐蚀,使其表层剥离,产生黑皮麻坑形成沟纹。含有酸性或碱性的淋水和气流,不仅会冲刷掉钢丝绳表面和内部的油脂,而且还会使钢丝锈蚀、绳芯腐烂、股与股及钢丝与钢丝间磨损挤压,钢丝强度和韧性损失加剧。(2)钢丝绳磨损钢丝绳在运行过程中其外周与绳道、底板、挡绳器等物体表面接触而引起的磨损,而摩擦式提升机由于自身的传动特点更容易磨损。磨损使钢丝绳截面减少,外周表面钢丝磨平,破断载荷随之降低,当钢丝绳外径的磨损低于煤矿安全规程规定就应停止使用,更换新绳。(3)钢丝绳弯曲、打结造成失效钢丝绳容易出现弯曲、打结、扭转、窝鼻等现象,如不及时处理就会磨损、损伤钢丝绳。如在车场挂、摘勾处余绳太多,易使钢丝绳盘圈,若不及时处理,此时就会产生弯曲或扭转。在运行中,弯曲凸出部位磨损速度快,极易出现断丝且发展迅速直至钢丝绳报废。(4)钢丝绳冲击力过大造成失效提升钢丝绳受力因素很多,既有提升系统内部的因素,也有外部因素对其产生冲击力的影响。运行过程中,加、减速度过大易产生惯性力,当惯性力过大时将对钢丝绳产生直接的冲击甚至发生穿眼、棚罐现象。重物运输时如制动力过大,下放会使钢丝绳受到较大的冲击力:制动力过大上提时会产生松绳,在重物作用下加速下滑,使钢丝绳突然拉紧受到冲击。双滚筒提升时,井下扳道工误操作,造成同勾现象而使提升容器相互碰撞产生冲击。道床失修造成提升容器掉道、卡罐现象使钢丝绳产生冲击。3.2.3钢丝绳的计算1、 钢丝绳的受力分析:F拉 = G * Sin60+ FfFf = FNFN = G * Cos60查阅相关资料,得到钢与钢之间的滚动摩擦系数为0.030.09。行进中的料斗只需克服滚动摩擦力即可,为此取滚动系数为0.05,代入上式公式计算的出料斗与导轨之间的摩擦力:Ff = 0.05 * 500 * 1000 * 9.8 * 0.5 = 122500 N则易得出钢丝绳所需提供的拉力:F拉 = Ff + 500 * 1000 * 9.8 * 0.866 = 4365900 N钢丝绳按所受最大工作静拉力计算选用,要满足承载能力和寿命要求。1钢丝绳承载能力的计算 钢丝绳承载能力的计算有两种方法,可根据具体情况选择其中一种。 (1)公式法: S 10 * d2 * c * / n式中:d-钢丝绳最小直径,mm; S-钢丝绳最大工作静拉力; c-选择系数,mm/ ; n-安全系数,根据工作机构的工作级别确定; k-钢丝绳捻制折减系数; -钢丝绳充满系数; -钢丝的公称抗拉强度,N/mm2。 机构工作级别M1,M2,M3M4M5M6M7M8安全系数(n)44.55679表31 工作机构用钢丝绳的安全系数 用途支承动臂起重机械自身安装缆风绳吊挂和捆绑安全系数(n)42.53.56表32 其他用途钢丝绳的安全系数注:对于吊运危险物品的起升用钢丝绳一般应选用比设计工作级别高一级别的安全系数选用方法一进行计算:F拉 10 * d2 * c * / n查表: 取安全系数 n =2.5 代入公式计算得: d 10 mm 选用公称直径为 14mm 的钢丝绳即可满足安全方面的要求 公称直径近似重量公称抗拉强度mmInKg/100m157016701770纤维芯FC钢芯IWR纤维芯FC钢芯IWR纤维芯FC钢芯IWR纤维芯FC钢芯IWR61/412.513.717.318.718.419.919.521.179/3217.018.723.625.525.127.126.628.785/1622.124.430.833.332.835.434.737.693/828.030.939.042.241.544.944.047.51013/3234.638.148.152.151.255.454.358.7117/1641.946.158.363.062.067.065.771.1121/249.854.969.475.073.879.878.284.6131/258.564.481.488.086.693.791.899.3149/1667.874.794.4102.0100.0108.0106.0115.0165/888.697.5123.0133.0131.0141.0139.0150.01811/16112.0123.0156.0168.0166.0179.0176.0190.02013/16138.0152.0192.0208.0205.0221.0217.0235.0227/8167.0184.0233.0252.0248.0268.0263.0284.02415/16199.0219.0277.0300.0295.0319.0312.0338.0261234.0258.0325.0352.0346.0374.0367.0397.0281-1/8271.0299.0377.0408.0401.0434.0426.0460.0301-3/16311.0343.0433.0469.0461.0498.0489.0528.0321-1/14354.0390.0493.0533.0524.0567.0.0556.0601.034-400.0440.0557.0602.0592.0640.0628.0679.036-448.0494.0624.0675.0664.0718.0704.0761.0381-1/2500.0550.0695.0752.0740.0800.0784.0848.0401-19/32554.0610.0771.0833.0820.0887.0869.0840.0 表 33 钢丝绳抗拉强度2、钢丝绳的寿命 钢丝绳的使用寿命总是随着配套使用的滑轮和卷筒的卷绕直径的减小而降低的,所以,必须对影响其寿命的钢丝绳卷绕直径(即按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒的卷绕直径)作出限制,不得低于设计规范规定的值,即: D0min h d式中:D0min-按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒允许的最小卷绕直径, mm; d-钢丝绳直径, mm; h-滑轮或卷筒直径与钢丝绳直径的比值。 机构工作级别M1,M2,M3M4M5M6M7M8卷筒h11416182022.425滑轮h216182022.42528表34滑轮或卷筒的h值注:l 采用不旋转钢丝绳时,应按机构工作级别取高一档的数值。 2 对于流动式起重机,可不考虑工作级别,取h116,h2=18。3.3 提升系统电动机选择电动机是已经系列化的标准产品。在机械设计中,主要根据所需电动机的输出功率,工作条件及经济性要求,从产品目录中选择其类型、结构型式、容量(功率)和转速、并确定型号。3.3.1 选择电动机类型和结构型式 减速机选摆线针轮减速机。三相异步交流电动机由于结构简单,制造、使用和维修方便,价格便宜,所以在工业中得到广泛的使用。Y系列笼型三相异步交流电动机具有效率高、启动转矩大、价格低,维护方便等优点。适用于不易爆,不易燃、无腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械上,例如:机床、泵、风机、运输机械、食品机械、农业机械等。也适用于对起动转矩要求较高的机械,如压缩机等,对于经常启动,制动和反转的场合,要求电动机的转动惯量小及过载能力大,应选用冶金及其起重用的YZ(笼型)或YZR(绕线型)系列。在我们设计的驱动电机选用YEJ系列。YEJ系列(IP44)电磁制动三相异步电动机是Y系列(IP44)三相异步电动机的风扇与端盖之间附加一个直流电磁制动器派生产品。IP.国际外壳防护标志代号,为International Preventing的简写字母。IP44代表封闭式,防护大于1mm的固体且防溅。该系列电机适用于建筑、食品、印刷、橡胶、化工、包装、木工、锻压及冶金等要求快速、准确停车的各种机械设备中。该系列电机高效节能、噪音低、安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准和DIN42673标准。采用B级绝缘,外壳防护等级为IP44,冷却方式为IC0141,额定电压和频率分别为380V、50HZ、工作制为连续工作制S1。该系列电机应用在下列条件下使用:1、海拔不超过1000米;环境空气最高温度随季节变化,但不超过40度最低温度为-15度。若在海拔1000米或者40度以上条件下使用,应按GB755的规定。2、环境湿度最湿月月平均最高相对湿度为90%,同时该月月平均最低温度不高于25度3.3.2 选择电动机的容量选择电动机的容量就是合理确定电动机的额定功率。电动机功率选择合理与否,对其工作和经济型都有影响。电动机功率小于工作要求时,则不能保证工作机正常工作,或使电动机长期过载,发热大而过早损坏;电动机功率过大,电动机容量不能充分利用,效率和功率因素都较低,造成浪费。所以,对于载荷不变或变化不大,且在常温下长期连续运转的电动机,只需使电动机负载不超过其额定值,电动机便不会过热,因此,选择电动机就是根据电动机的额定功率稍大于(或等于)所需电动机功率来选择电动机。电动机工作时所需的功率按下式计算: (KW) (3-1) 式中:滑轮工作所需的功率,(KW);电动机的工作效率,=0.85工作机所需的功率一般根据工作机的生产阻力和运动参数计算: (KW) (3-2) 式中:F滑轮的工作阻力,(N);V滑轮的速度,(m/s);于是需要求出F和V.先求出F.当料斗沿导轨开始提升后,对导轨进行受力分析如下图所示;图3.1料斗提升受力分析由机械设计手册中可以查得,在料斗提升时料斗与导轨的摩擦系数为=0.1,摩擦力f= =0.05G由力的平衡条件得F= =( =0.916G=N =N由现浇混凝土建筑结构施工手册可以查得,在机械工程中,材料的提升速度最小为0.12m/s,最大为0.6m/s,此处设计时,为了安全和可靠系数比较高,选v=0.3m/s。将F=和v=0.3m/s代入式(3-2)得:再将,=0.85代入式(3-1)中得到3.23KW引参考文献机械设计指导,考虑到上列计算公式与实际工作时的工况差异颇大,为了安全和整个系统的稳定性和可靠性,通常取功率裕度系数为13,此处取1.6,于是计算电动机功率:由于载荷平稳,电动机额定功率应略大于即可。所以初步选定5.5KW的电动机。3.3.3选择电动机的型号 3.3.3.1 选择减速电动机的型号因为和滑轮连接的减速电机给滑轮提供动力,所以滑轮的速度也是这个减速电动机的速度。则电机转速为 (设滚筒直径为200mm)=28.7r/min由此确定选用输出转速为35r/min的减速电动机。再由5.5KW的功率,同步转速选1500r/min,所以传动比i=43。由这些条件,最后确定选用摆线针轮减速机XWD5.5-6-43.t它的公称许用转矩为引参考文献4电机工作时,它的实际输出转矩Ms= ()=9550=1129N因为Ms=2200,合格可选。式中 N输入功率,KW; n输入轴转速,r/min; K工况系数,由机械设计手册查的连续工作时K=1.2;i传动比;机械效率,单级时=0.9;摆线针轮减速电动机,按传动系数分为单级和多级传动类型,该处选用单级。按结构型式可分为卧式、立式,此处选卧式。1.适用范围传动比: 单级 11i87 两级 121i 5133功率: 0.4P40KW输出扭矩: 14719620输入转速: n1500r/min 2.代号由参考文献4行星摆线针轮减速器代号包括型号和规格两部分。型号用汉语字母拼音表示,X行星摆线针轮减速器,W卧式,D带电动机。规格包括功率、机型号和传动比三项内容,均以实际数字表示。3.3.3.2 选择驱动电动机的型号 由功率5.5KW,同步转速1500r/min,引参考文献3,可知驱动电动机选YJE132S-4型制动三相异步电动机。实际转速1440r/min。4 提升系统的校核4.1 导轨校核4.1.1导轨强度校核图4.1导轨与水平面夹角示意图由已知条件可以求出导轨与水平面所成夹角。tan= =由=角可以计算出导轨从运行到卸料时的长度(设为C),而已知所列直角三角形的一条边的长度为6.1m。画出支持导轨的三个支架,并计算出1、2两支架间的长度以校核导轨的最大弯曲正应力。所计算的三角形如下:图4.2导轨支架示意图由上图可得:, 这样证明了导轨长度选9m是可以的 所以导轨的长度最终确定为9m,为2.4m。导轨(1、2间)受力简化如下图:图4.3导轨(1、2)间受力简化图如图所示,列出静力平衡方程:由此得:从而求出支反力: 再把P、Ra、P-Ra这三个力在导轨的水平方向和竖直方向进行分解。 图4.4导轨受力分解图在三力分解后,因为导轨水平方向受力所引起的强度变化和导轨和竖直方向引起的强度变化比起来,它可以忽略不计。所以在水平方向上无需对导轨进行强度校核,只要在竖直方向上对导轨校核就可以。于是进一步简化为下图:图4.5导轨受水平力简化图然后作出导轨的弯矩图如下图所示:图4.6导轨受力弯矩图在图4.6所示变形情况下,即截面m-m上的弯矩变形凸向下时,截面m-m上的弯矩规定为正:反之为负。图4.7弯矩变形图所以弯矩:设若要使得y取最大值,则,这样为最大值。所以在料斗(已经装了BB肥时)沿导轨运行到正中间时,料斗对导轨的弯曲应力最大。则 (P=1t=)=(b=1.2m)在该材料的强度时,限定最大正应力不得超过许用应力,于是强度条件为:而由已知条件得 (1)由参考文献2可以查得,在热扎普通槽钢126535.5中,W=62.1,将W代入上面的公式(1)得:引参考文献6可以查得,=345420MPa因为b,可以断定为最大转角。最大挠度发生在=0的截面上。在ab的情况下,=o的截面AC段内,令式(0)等于零,得即为发生最大挠度的截面的坐标。在式(p)中,令得最大挠度为:的值一般非常接近0.5,即挠度最大的截面总在跨度中点附近。因此,可用跨度中点的挠度近似地代替最大挠度。在式(p)中令,得当a=b=时,挠度最大。 (2)由强度计算中已经计算出的条件可知,。而根据机械设计手册可以查得,在热扎普通槽钢126X53X5.5中,弹性模量E=(22.2)N/,取E=2N/,I=391,将E、I、l代入公式(2)得: ()=-=1.67mm规定f= =4.8mm因为f,所以导轨的刚度足够。所以选择导轨材料槽钢126X53X5.5可以或者对该型号的槽钢加固以提高刚度。5 机架的设计及校核 在机器中支承或容纳零部件称为机架。如支承罐的塔架、容纳传动齿轮的减速器的壳体,机床的床身等等统称为机架。5.1机架结构类型5.1.1 按机架外形分类按机架外形分类:网架式、框架式、梁柱式、板块式和箱壳式。5.1.2 按机架的制造方法和材料分类按制造方法,机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓或铆接机架。按机架材料可分为金属机架、非金属机架。非金属机架又可分为混凝土机架、素混凝土机座平台、花岗岩机架、塑料机架等。铸造机架常用材料为铸铁、铸钢和铸铝。小型设备(如仪表等)的机架则有铜制或塑料制造。5.2 机架结构的选择进行机架结构形式的选择是一个较复杂的过程,对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求,制定统一的机架结构选择方法较困难。但是,可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择形式时应遵守的一般规律。1结构的内力分布情况要与材料的性能相适应,以便发挥材料的优点。轴力较弯矩能更充分地利用材料。杆件受轴力作用时,截面上的材料分布是均匀的,所有材料都能得到充分利用。但在弯矩作用下截面的应力分布是不均匀的,所以材料的应力分布不够经济。机械结构中许多构件所受的都是沿垂直于杆轴的方向作用的。弯矩沿杆变化很迅速。有垂直载荷处,弯矩曲线有曲率,且曲率与载荷集度成正比。最大的弯矩限于一小段内,在较长段内材料不能充分利用,这是弯曲构件不经济的另一原因。2.结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短,结构使用的材料愈省。3.结构的连续性可以降低内力,节省材料。5.3 机架设计计算的准则和要求5.3.1机架设计的准则1工况要求 任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如,保证机架上安装的零部件能顺利运转,机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起;设置执行某一工况所必须的平台;保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。2刚度要求 在必须保证特定外形条件下,对机架的主要要求是刚度。例如机床的刚度决定了机床的效率和加工的精度;在齿轮减速器中,箱壳的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。3强度要求 对于一般的机架,刚度达到要求,同时也能满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下,机架上任何点的应力都不得大于容许应力。此外,还要满足疲劳强度的要求。4要求 对于细长的或薄壁的受力结构及受弯压结构存在失稳问题,某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏,设计时必须校核。5美观 目前对机器的要求不仅要求能完成特定的工作,还要使外形美观。6其他 如散热的要求;防腐蚀及特定环境的要求;对于精密机械仪表等热变形小的要求,等等。5.3.2 机架设计的一般要求在满足机架设计准则的前提下,必须根据机架的不同用途和所处环境,考虑下列各项要求,并有所偏重。1.机架的重量轻,材料选择合适,成本低。2.结构合理,便于制造。3.结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。4.结构设计合理,工艺性好,还应使机架本身的内应力小,由于温度变化引起的变形应力小。5.抗振性能好。6.耐腐蚀,使机架结构在服务期限内尽量少修理。7.有导轨的机架要求导轨面受力合理,耐磨性良好。5.4 机架的形式及主要参数滑道式提升机中,经过多方面的考虑后,决定选用框架式的金属机架。在下图4-1中,阴影部分表示滚筒,滚筒通过杆件和主机架连成一整体,由机架的立柱支撑。图5.1机架的外形结构图5.2主机架结构由图4-2计算主机架重量:首先计算总长度L L= 所以L= =17800+11900+7000+7200=43900mm (槽钢12.368kg/m)为了维修方便,在机架上还有一块4mm厚的钢板(4850mm X 3500mm)。钢板重=考虑到存在一些不确定因素,所以取机架重量为1.2吨。5.5机架的强度校核主机架受滚筒作用如图5.3所示:(已知滚筒自重0.8吨)图5.3主机架受滚筒作用图由图5.3可以看出,滚筒对主机架的压力主要是作用在梁1和2上,3和4没受什么影响,然后梁1和2把力传到了梁5和6上,最终由梁5和6承担了滚筒对机架的作用力,而因为它们是对称的,为了简化机架的受力,把所有对机架的作用力都只有一半在梁5和6上检验即可。现在取梁5来做受力分析,如图5-4所示:图5.4梁5受力分析图而根据已设计好的数据和图纸可得下列数据。P=1.0t, 为料斗(含料时)的重量, 为滚筒(含料时)的重量, 为机架自重, 为成品仓(含料时)的重量, ,由力和弯矩方程求出支反力和图5.5梁5的受力图由力和弯矩公式列方程求出支反力和,代入数据解得:=1.09t =1.11t因为要检验刚架的强度,必须用最大的弯矩来计算,所以,必须求出在梁5上的最大弯矩。段的最大弯矩:图5.6 段受力和弯矩图在图5-6中,由,得 (0X)当X=时,最大,段的最大弯矩:图5.7 段受的弯矩图在图5-7中,由,得 =当X=时,最大, =537.5tmm段的最大弯矩:图5.8 段弯矩图在图5.8中,由,得 (0X)=0.24X+(1.09X1250-0.5X1650)tmm=0.24X+537.5tmm当X=时,最大,=0.24X200tmm+537.5tmm =609.5tmm段的最大弯矩:图5.9 弯矩图在图5-9中,由得 (0X)=0.36X+505.5tmm当X=时,最大,=613.5tmm段的最大弯矩:图5.10 弯矩图在图5-10中,由 得 (0X)=(1.11-0.4)X-0.4x600=0.76X-240 tmm当X=时,最大, =558tmm段的最大弯矩:见下图图5.11所示图5.11 段弯矩图在图5-11中,由 得(0X)当X=时,最大, =240tmm在梁5上,段的最大弯矩分别为,537.5tmm,=609.5tmm,613.5tmm,558tmm最大,所以,最大弯矩发生在上。在校核材料的强度时,限定最大正应力不得超过许用应力,于是强度条件为:而由已知条件得 (1)根据机械设计手册中,可以查得在热扎普通槽钢中,W=80.5,将W代入上面的公式(1)得:76.2MPa根据机械设计手册中,可得=375460MPa 因为,的强度足够这样,梁5的强度是足够的。从总体上来看的话,机架的强度也是足够的。对机架设计的分析:由计算可以知道,在处强度最大,对整个机架考虑后,为了使机架更加安全可靠,考虑加上加强梁。5.6 机架的刚度校核 由图5.5可知梁5的受力图。图5.5梁5的受力图和强度计算一样,采用分步骤的计算。对作用处进行计算,为了简化计算,将CA部分作为悬臂梁如图5-12所示。图5.12 作用时悬臂梁示意图在作用下,引参考文献2查的C点的挠度是因为在A的右端还有梁,所以需要求出在截面A的转角,引参考文献2查得 =0.00032而在梁AB段,因为在点、和这三个点上最有可能出现挠度最大的情况,所以,取这三个点来分析。对作用处理进行计算,分析如下图4-13所示:图5.13 作用力图在作用下,引参考文献2查得D点的挠度是: =1.53mm引参考文献2查得对截面A和B的转角和的计算公式并求出这两个数值:=0.0015= =0.0014对作用处进行计算,分析如图5.14所示: 图5.14 对梁的作用力图在作用下,引参考文献2查的E点的挠度为:=1.64mm引参考文献2查得对截面A和B的转角和的计算公式并求出这两个数值:= = 0.00247= =0.0015对作用处进行计算,分析如图4-15所示 图5.15 对梁的作用力图在作用下,参考文献2查得F点的挠度为:=1.23mm引参考文献2查得对截面A和B的转角和的计算公式并求出这两个数值= =0.0012= =0.0015对作用处进行计算校核 图5.16 作用校核图为了简化计算,将BG部分作为悬臂梁如图5-16所示。在作用下,引参考文献1查的G点挠度为: =0.23mm因为在B的左端还有梁,所以需要求出在截面B的转角引参考文献2查得= =0.00058引参考文献2可以查得,在小变形且材料服从胡克定理的情况下,可以求得挠曲线的近似微分方程它是一个线性方程,因而方程式的解可以叠加的。这样,当梁上有几种载荷共同作用时,可分别求出每一载荷单独作用时下的变形,然后将各个载荷单独引起的变形叠加,就是这些载荷共同作用时下的变形。以下就是运用叠加法在总体考虑上来计算处的总挠度。计算处受的总挠度0.0015400-0.00247400-0.0012400+0.00058400=0.17-0.6-1-0.48+0.232 =-1.68机架上这一部分总长为=600mm引参考文献1可知,在悬臂梁中,受弯构件的跨度为悬臂梁的悬伸长度的两倍 =1.682=2mm,符合要求。计算处受的总挠度 =1.57+1.64+1.23-0.4-0.96 =3.08mm 机架上这一部分总长A-B为2900mm=3.082=4.8mm,符合要求。计算处受的总挠度=1.53+1.64+1.23-0.5-0.783 =3.12mm机架上这一部分总长为A-B为2900mm=3.122=4.8mm,符合要求。计算处受的总挠度 =1.53+1.64+1.23-0.59-0.61 =3.2mm=3.22=4.8mm,符合要求。计算处受的总挠度:=0.37-0.84-0.9-0.72+0.192=-1.9机架上这一部分总长为:=1000mm引参考文献1可知,在悬臂梁中,受弯构件的跨度为悬臂梁的悬伸长度的两倍。=1.92=3.3mm,符合要求。所以,机架的刚度满足要求因为搅拌滚筒运行时可能对机架产生其它载荷,为了更加安全,在机架设计时立柱上各加了一个加强梁以提高机架的强度和刚度,同时考虑到实际作用和外形美观,在A-B段也加了加强梁,使机架更加安全可靠。如下图4-17所示。图5-17 安装加强梁的机架5.7立柱的强度及稳定性校核1、强度校核:下支座受力最大,其受力情况如图4-18所示:图5.18 立柱受力图从设计尺寸可以知道,立柱是将两根槽钢140586焊接在一起而成的,长度为1900mm,引参考文献2可以查得立柱截面面积B=,对立柱受到的压力和来说,
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