钢管提升机设计

1、2016届届 分 类 号: 单位代码:10452毕业设计钢管提升机设计钢管提升机设计 姓 名 学 号 年 级 20122012 专 业机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 系（院） 机械工程学院机械工程学院 指导教师 2016 年 3 月 30 日I摘 要本次毕业设计主要是完成一种钢管提升机的结构设计及部分零件的力学分析。首先对提升机设计的应用做了一个简要的介绍；接着分析了提升机结构设计的使用场合以及结构特点；然后根据这些设计准则与选型方法，按照给定参数要求进行选型设计；接着对所设计的提升机结构设计各主要零部件进行了校核。提升机结构由三个主要部分组成：送料系统、传动系统、卸料装置。最后

2、，提出了钢管提升机结构设计过程中存在的不足之处，为今后的改进提供依据。本次以钢管提升机的设计来体现机械设计的一般过程，对今后的设计工作进行一次良好的预演，是以后工作的参考。关键词：钢管；提升机；设计；分析；校核II ABSTRACTThe design is completed for graduation the steel tube winding machine design. Firstly，The application of steel tube winding machine is introduced. Secondly， the steel tube winding mach

3、ine selection principle and method of calculation are analyzed. Then calculation based on these design criteria and selection method of parameters in accordance with the requirements of a given type design are done. Then designed machine on the main components are checked. The steel tube winding mac

4、hine consists of three main parts: feed system，drive system，dumping device. Finally， the steel tube winding machine design process proposed， in order to facilitate the future design improvements. The steel tube winding machine design represents of the general process of design， selection of design w

5、ork on the future of some reference value.Key words: Steel tube; Winding machine; Design; Analyzed; CheckedIII目 录1 绪论绪论.11.1 课题研究的背景.11.2 研究的目的和意义.11.3 研究现状和发展趋势.11.4 设计目标.42 钢管提升机设计的关键技术钢管提升机设计的关键技术.62.1 提升机构的分类及特点.62.2 提升机构的方案论证.72.3 存在的难点问题.102.4 设计解决的问题.102.5 设计时注意的问题.102.5.1 传动装置要可靠.102.5.2 支撑架

6、具有足够的强度和刚度.113 钢管提升机的总体设计钢管提升机的总体设计.123.1 方案论证.123.2 总体方案设计.153.3 电机驱动系统的设计.183.4 传动系统的设计.193.5 钩料装置的设计.193.5.1 L 型料钩的设计.203.5.2 阻挡件的设计.203.6 卸料装置的设计.214 设计计算设计计算.224.1 提升机构参数的确定.224.2 驱动电机的选型设计.224.3 减速器的选型设计.235 总结总结.24参参 考考 文文 献献.25致致 谢谢.2611 绪论1.1 课题研究的背景钢管生产过程中，有时需要将钢管由低位提升到一定高度，以进入下一道工序。目前钢管生产

7、中，解决钢管由低位向高位提升大部分采用拨料举升和斯惠顿装置，但是前者提升高度有限，一般不超过 200mm，而后者设备复杂，占地多，造价高。针对这些问题，公告号为 CN 203449066 U 的中国专利公开了一种轮式钢管提升装置，该轮式钢管提升装置在转轴上固定设置若干圆形钢板轮，每个圆形钢板轮上安装 25 个 L 形料钩，轴与电动机连接，通过电动机带动轴转动，使轴上钢板轮转动，从而带动钢板轮上料钩悬挂钢管由低位提升到高位，实现钢管由低工作平台向高工作平台移动。上述轮式钢管提升装置虽然结构简单，且在增大钢板轮直径的前提下可以达到增大提升高度的效果，但这种结构的钢管提升装置在提升距离较大的场合其钢

8、板轮的生产成本以及占地面积也会大大增加，且使用时会增大电机的负荷，其使用范围也由此大大受限。本课题来源于生活实际，就是在上述背景下提出的，目的在于研究一种钢管提升机结构，在很多场合下都用到了提升机结构，特点是应用于工业生产当中，将钢管由低位提升到一定高度，以进入下一道工序。因此对于钢管提升机的研究是将理论应用于实践的的一个重要体现。1.2 研究的目的和意义 目前，钢管不仅大范围应用于输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器，而且它还是一种经济钢材，产品易购而且价格便宜。用钢管搭建建筑结构网架、支柱和机械支架，不仅可以减轻重量，节省金属 20%40，而且可以实现工厂化、机械化施工。现在用

9、于钢管输送的装置，结构较为复杂，不便于控制，耗能多。本课题涉及到学生在大学期间所学的工程制图、机械设计、机械原理等基础知识，经过本次毕业设计，训练学生把握单独进行科学研究的方法，熟练掌握文献查询并能综合分析，提升发观并解决问题的技能。此次设计的机械就是为了促进机械创新低发展，按照这一理念，为了提高工作的速度与效率而设计的，通过此次设计可以检测我们大学几年所学过的理论知识，提高创新能力，很有意义。1.3 研究现状和发展趋势专门的钢管提升机研究资料非常少见，但是钢管提升机与一般提升机在工作原理上是一致的，因此通过研究矿井提升机的现状，就可以对钢管提升机有一个大概的了解。2国外矿井提升机的现状：(1

10、)晶闸管一电动机(SCRD)直流低速直联拖动系统 在部分发达国家，晶闸管一电动机(以下简称 SCRD)系统已经逐步取代了先前的交流提升机，并逐步完善了该系统。比如德国、美国等国家已有绝大部分采用直流提升机，传动系统 90%以上采用低速直联式(省去减速机)，极大地简化了传动系统。AEG公司已经熟练的掌握了该项技术，他采用低速直联的 SCID 系统，电机功率 3000kW，额定转速 558r/min，滚筒直径 6.5m，提人速度 17m/s，提物速度 20m/s，提升高度1200m，而且他还建立了一套完善的保护系统；采用磁场反并联，有平波电抗器及卧式深度发送装置：采用积分给定与行程给定相结合的双重

11、给定信号；主回路采用两组三相桥组成 12 脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。再入 SIEMENS(西门子)公司、ABB公司、CEGELEC 公司以及 ASEA 公司等都有相同类型的产品，其产品性能基本相同。此类系统的优点在于：体积很小，具有较轻的重量，很小的占地面积，方便安装，建筑费用低；不需要配备减速器系统，较高的总效率，消耗的电能少；维护工作量小，备件少，处理事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现最佳控制和自动化，安全可靠；节电显著，58 年可回收设备投资，是矿井节电的有效方式。其缺点在于：功率因数较传统系统低，如三相桥平均功率因数只有一半左右；无功冲击大，高次谐波对电

12、网影响大。为了将系统的缺点控制在技术允许的范围内，这些缺点一般可应用顺序控制和多脉冲整流的方式以及在电网上加谐波滤波器等相关举措使其控制在一定的技术要求准许范围内。(2)交流变频调速同步机驱动提升系统SCRD 直流拖动系统逐步变得成熟，虽然该系统采用了顺控技术等举措来提高功率因数，但其功率因数仍然提升并不明显，所以从电网吸收大量的无功功率，并且对电网品质因数产生严重的影响，提升容量越大，问题越突出，浪费了很大的能源。再则，直流电机制造成本高，电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且整流子，碳刷易磨损，因而产品的故障率极高，极大地增加了后期维护、修理的难度以及工作量。因此换相整流子是整个系

13、统中最为薄弱的设计环节。由于存在上述两个问题，工程人员又将目光重新转移到交流拖动系统。自 80 年代初以来，交流变频供电的同步机拖动猛然崛起，在大型提升机中发展成为技术先进、经济节约的拖动方式。在此领域掌握了先进的技术，比如 SIEMENS 公司 1979 年投运的 24200kW、12650kw，额定转速 55.8r/min； CEGELEC 公司 1983 年投运的 l5480kw，额定转速 69.5r/min；AEG 公司 1985 年投运的 l3000kW，额定转速 558r/min，ABB 公司投运的 l4200kW 额定转速 4586r/min；SIEMAG 公司投运的 24600

14、kw 等变频调速同步机拖动的提升机，经过多年的运行，掌握了先进的技术，并在运行上取得了成功。3国内提升机的现状与发展趋向：(1)我国自主提升机电气传动系统状况在大型矿井提升机中，很大一部分应用晶闸管变流器直流电动机传动控制系统与同步电动机矢量控制交一交变频传动控制系统，两种系统均拥有很大的应用范围。这两种系统绝大部分都是应用数字控制方式实现操控系统的高自动化运行，极大地提高了效率，而且制动和定位功能也相当准确，运行可靠性高，但是由于造价昂贵，中小矿井难以承受，因此只在大型矿井中应用。在中、小型提升机中，受成本的制约，大多数采用交流绕线式电动机转子切换电阻调速的交流电气传动系统，也就是 TKD

15、电控系统。这种电气传动系统因为设备简单，但属于有级调速，所以提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，尤其是在负载变动时很难实现恒加减速控制，经常会造成过放或过卷的工程故障。提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，另外转子串电阻调速控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等相当容易损损毁坏，增大维修护理成本，减小其生产效益。(2)研制与发展1)国产大型直流提升机及电控系统技术日趋成熟，正在逐步完善和推广。2)在国内高压变频器运用范围内，国产厂家虽然占总供应商的绝大多数，但国产产品的应用基本集中在 300KVA3000KVA 容量段，因而竞争力较小。在较大的容量段中

16、，比如 5000KVA 以上超大功率产品大部分被 ABB、西门子、东芝、三菱等跨国公司所控制，难以突破市场。近期智光电气成功研制 7000KVA 级超大功率高压变频器，将会对未来市场竞争格局进行很大的冲击。图 1 国外某提升机4图 2 国内某斗式提升机1.4 设计目标(1)介绍该装置的总体设计方案，为了满足工作需求，介绍钢管提升机的主要构成组件及所实现的功能。 (2)对研究过程中可能出现的问题以及现实中存在的问题进行分析。(3)进行市场调查，完成钢管提升机的方案论证，以表格的形式列举出各种钢管提升机的优缺点。(4)简要阐述目前国内外提升机的特点，分析国外的先进技术。(5)简要介绍了钢管提升机的

17、辅助装备在提升机构中的应用。(6)对钢管提升机的辅助装备进行相关的研究工作，为完善钢管提升机的性能提供依据。具体的说，就是要完成以下几个方面的任务：（1）钢管提升机总体方案设计，5（2）传动机构的选型，包括传动方案的确定；（3）勾料装置的设计；（4）卸料装置的设计；（5）完成外观的三维效果设计；（6）绘制装配图和主要零部件的零件图，完成论文说明书。62 钢管提升机设计的关键技术2.1 提升机构的分类及特点在物流系统中，应用于升降设备的类型众多，如：手动升降、气动升降、电动升降等，各有利弊。手动升降对一般较小量的物品垂直吊运。如在建筑工地上运输泥瓦工具、泥灰桶等。气动升降和电动升降，一般采用减速

18、电机带动丝杠螺母，并靠设置丝杠螺母一端的挤压块，利用杠杆原理挤压升降叉的方式实现升降，由于其扭力大，可使丝杠螺母易损坏，从而降低了设备使用年限。而且上述设备只能单一使用，没有通容性。在当代社会，我国的升降平台的种类比繁多，如果以动力传递形式来分类，主要分为电动机机械传动和液压传动两种，它们因为结构不同而各有优缺点。电动机机械传动方式的主要特点有对零件加工的相对要求精度不高、具有简单的结构、易于加工、便于维修与护理、能够适应各种工作环境、抵抗较强的冲击、达到准确到位，并有设计有结构自锁功能、方便环保，不足之处在于它难以克服机械间的磨损，因此结构的振动很大。其中按照电机为动力源来提升平台又可分为以

19、下两种：（1）钢丝绳式和齿轮齿条式（2）蜗轮丝杠直顶式升降平台液压传动方式的特点是具有紧凑的结构、能够进行平稳的工作、能够克服机械间的磨损、布局灵活多变、方便进行机械控制。因为液压件加工精度要求高，很容易因为密封较差而发生泄漏事故，而且液压液受温度影响很大。液压传动是最近才出现并迅速崛起来的，以它为动力源来带动的升降平台又可分为以下几种：（1）链轮承重链条机构的升降平台（2）自行剪叉式高空作业平台（3）固定液压剪叉式升降平台72.2 提升机构的方案论证第一种方案：图 3 圆钢提升机构支架；2-升降杆；3-支承平台；4-半圆凹槽；5-凸起；6-把手；7-轴承；8-套筒；9-圆柱杆；10-万向轮；

20、11-吊装螺栓上图 3 是一种圆钢提升机构示意图，在对圆钢进行切割时，需要将圆钢提升至与切割机相适宜的高度。当前，主要采用行车吊装的方式提升圆钢的高度。行车的挂钩与承重的钢链或吊装带连接，再通过钢链或吊装带连接圆钢的中部，从而将圆钢提起。钢链或吊装带的振动非常容易使圆钢失去平衡掉落，整个过程中，需要人力控制圆钢的平衡，存在巨大的安全隐患。一旦圆钢掉落，极易使工作人员被砸伤。本设计是基于一种圆钢提升机械机构，该机械机构包含支架、升降杆和支承平台几部分，支架的顶部设计有螺纹孔，升降杆的下部设计有螺纹段，升降杆的上部位设计圆柱段，螺纹段与螺纹孔螺纹配合连接，圆柱端与支承平台的底部进行连接。本设计的优

21、点在于，通过旋转升降杆来进行圆钢的上下运动，在圆钢的上下运动的整个过程中机构非常稳定，难以发生振动，从根本上避免了圆钢失去平衡掉落的缺陷。第二种方案：8图 4 卷材提升机构图安装架-1、套筒-2、伸缩孔-21、阀芯-3、套筒复位弹簧-4、斜坡滑槽-5、滑块-6、突出端块-61、滑块复位弹簧-7、压板-81、拉杆-82、拉手-83、吊架-9、吊环-91、丝杆-92、扶手-10、关节轴承-101上图 4 是一种卷材提升机构，由于卷材制品形状的特殊性，其卷材制品的外周面一般为材料层，不方便直接与翻转或者提升的机构连接，而卷材制品的内部一般为光滑的圆筒形壁面，因此也很难与现有的夹持结构进行有效的连接。

22、目前对于卷材制品的翻转或者提升等操作一般还是采用人工手工完成，如在翻转卷材制品时往往需要两个人或者多个人进行操作，因此其劳动强度大，而且效率低下。本发明公开了一种适用于卷材制品的翻转、提升的卷材提升机构，对于提高工作效率，降低作业人员的劳动强度有很大的帮助，运用套筒与阀芯的相对移动，即可带动滑块实现胀开和收拢，便于将卷材提升机构卡紧在卷材制品的内部通孔内 ；最终可对卷材制品进行翻转或提9升等操作。第三种方案：图 5 一种吊装提升机构1-固定机架，2-齿轮，3-托运盘，4-驱动马达，5-开关，6-圆柱形导杆本设计是一种吊装提升机构，现有技术中，在进行一些货运升降运输时，大多采用单路升降通路，即将

23、货物装好后通过升降平台升至指定点，取下后再返回至原点，以此进行往返工作。此类提升机构在使用时存在着一个较大的缺点，安装货物的面积较小，无法进行大量产品的运送，而且由于不断的调节开关，使得开关的使用寿命大大降低。本设计向我们显示了一种吊装提升的机构，该机构包括固定机架、齿轮、托运盘、驱动马达以及开关等几部分，它所设置的齿轮呈圆周结构纵向安装在固定机架上，它的固定机架的顶部呈圆弧形结构设计，并且固定机架在齿轮两侧还分别设计有一根圆柱形导杆，它的托运盘横向固定在齿轮一侧，并且托运盘的两端还与所述圆柱形导杆对应相连接，它的驱动马达驱动所述齿轮，它采用开关调节所述驱动马达。本设计可双向运送货物，并且操作

24、简单，使用方便快捷，极大地增加了开关的使用强度，延长10了使用寿命。本文所要设计的提升结构将充分参考上面列举的三种设计方案，由于本文中要求实现连续的提升之后，在焊管生产线中，必须配备专用的钢管提升设备，把切断后定长钢管平行提升一定高度到更高的平台以便于后续的作业。因此本文所设计的钢管提升机初步决定采用电动机连接涡轮蜗杆减速器再连接两个相距四米的链轮，链轮上安装链条链条需要一个类似倒钩的东西来实现钢管的提升，需要两个链轮同步运转以及实现停电时的自锁来保障安全。2.3 存在的难点问题中国对于钢管提升机有一定的研究历史，但是相关设备及加工技术都较为传统，关键技术和生产能力的水平都很短。最近几年来，在

25、全球经济的推进下，同时也引进国外提升装置的先进技术，我们在这一方面的研究也取得了突破性的成就。但总体上还是存在以下几个方面的问题：1)升降结构研究方面，大多学者以及设计师们只考虑了恒速稳定的实现升降，而没有对变速升降运动进行深入研究，无法准确地把握整个升降过程的运动学变化规律；2)工作效率研究方面，大多数时候考虑的都是实现提升这一功能，很少有对连续提升、以提高工作效率为目的的研究，实现对提升结构的精确控制，达到连续提升的目的，从而以最少的投入达到最大的回报。3)机架结构设计方面，以往只针对机架的单边机座进行力学分析，忽略了受力分布的不平衡性，没有综合考虑提升机构和传动装置的相互影响，对整个支撑

26、机架的应力分布和变形规律缺乏研究，在支撑机架的设计方面缺乏理论指导。2.4 设计解决的问题此次任务是设计出一种钢管提升机，特别是对钢管提升机的设计和计算，提高工作效率。完成钢管提升机结构设计以及强度校核任务，同时还要使该种钢管提升机结构装置的成本最低。具体的说，就是要做以下几个方面的工作：根据本文的选题背景及来源，以及需要实现的功能，设计出一种钢管提升机结构，要能够达到升降和提升结构设计的基本要求；通过市场调查，找出市场面已有的升降和提升设备，列举出各种升降和提升装置的实用范围以及各自的优缺点，将它们进行对比，结合自身情况，进行方案论证；由于升降和提升结构所受到的载荷较为复杂，因此非常有必要对

27、所设计的升降和提升结构进行力学分析，分析其失效的条件，以增强升降和提升结构的使用寿命；对升降和提升结构进行模态分析，用数据来验证所设计的升降和提升结构的稳定性以及可靠性情况，进而对所设计的升降和提升结构进行优化改良，从而指导生产实11际。2.5 设计时注意的问题2.5.1 传动装置要传动装置要可靠可靠传动装置是各种升降和提升结构很重要的一个结构，传动装置不合理可能导致升降和提升结构工作的不稳定，而且还会影响升降和提升结构工作时候的效果，严重缩短升降和提升结构的使用寿命；而且还会使升降和提升结构工作时产生噪音，减慢工作速度。 因此各种升降和提升结构在设计的时候都异常重视传动装置的设计问题，只有充

28、分保证了传动装置的合理性、可靠性，才能最大程度的发挥出升降和提升结构的作用，从某种意义上来讲，传动装置设计的好坏已然成为了评价升降和提升结构性能好坏的重要标准。足以可见，传动系统对于整个升降和提升结构的重要意义。2.5.2 支撑架具有足够的强度和刚度支撑架具有足够的强度和刚度支撑架上设置有驱动电机，该电机驱动的力矩比较大，带动一个传动装置，整个支撑架上还有若干结构。为了保证整个系统的稳定运行，支撑架一定要保证足够的强度和刚度。另外由于电机的工作会产生振动，因此还要考虑振动对于升降和提升结构的稳定性的影响。123 钢管提升机的总体设计3.1 方案论证调查的 5 种方案：(1）调查的第 1 种方案

29、图 6 一种管料分料提升装置1-底座，2-水平滑移机构，3-垂直滑移机构，4-左臂，5-右臂，6-料箱，7-水平伺服电机，8-水平滚珠丝杠，9-水平直线导轨，10-垂直伺服电机，11-垂直滚珠丝杠，12-垂直直线导轨上图 6 是一种管料分料提升装置，本设计包括底座、水平滑移机构、垂直滑移机构、左臂、右臂等,其底座通过水平伺服电机、水平滚珠丝杠和水平直线导轨，带动水平滑移机构沿直线导轨在水平 X 轴方向上运动；而水平滑移机构上设置垂直伺服电机、垂直滚珠丝杠和垂直直线导轨，伺服电机带动垂直滑移机构沿垂直直线导轨在垂直 Y轴方向上运动；在垂直滑移机构上设置左臂和右臂，在两臂之间设置能实现左右开合运动

30、的齿轮齿条运动副，实现 Z 轴方向上的运动。因而本设计操纵方便、实用可靠，占地面积小。13（2）调查的第 2 种方案图 7 一种管材包装机自动上料装置及方法1-上料机构；2-储料架；11-第一导轨；12-上料机；121-爪管机构；122-第二导轨；123-气缸上图 7 展示了一种可以进行管材包装机能够自动上料装置的方式，目前管材自动包装设备已经成为行业开发的热点，许多自动包装设备已经被加工出来了。但是管材上料仍需大量的人力，由于人工上料存在着许多安全隐患且效率低下，另外在人工成本越来越高的大环境下，这种人工上料的情形越来越不合理。一种简易而稳定的管材上料装置及方法成为现今研究的另一热点。（3）

31、调查的第 3 种方案14图 8 一种切管运输装置1料箱，2吊车横梁，3吊车，4推料机构，5挡板，6提升机，7起料爪，8径向传送带，9轴向运输机构，10传感器一，11料槽，12传感器二，13传感器三，14肋板，15钢索本设计是一种升降抓取翻转机构，现有技术中的管材运输，是依靠人力将切好的管材搬运至手推车上，然后运送到指定地点。由于人力不仅运输能力有限，降低生产效率，而且增加企业生产成本。包括料箱、吊车横梁和吊车，在料箱设计安装有推料机构，在料箱的出料口处设计安装有挡板，在料出料口一侧设计安装有提升机，在提升机上安装数个起料爪，在提升机一侧安装径向传送带，在径向传送带下方设有轴向运输机构，在轴向运

32、输机构上设有位于径向传送带一侧的传感器一，本设计能够将管材自动运输到指定位置，提高工作效率，加大的减小了生产成本。调查的第 4 种方案图 9 一种轮式钢管提升装置1轴，2圆形钢板轮，3L 形料钩15上图 9 是一种轮式钢管提升装置，钢管生产过程中，有时需要将钢管由低位提升到一定高度，以进入下一道工序。目前钢管生产中，解决钢管由低位向高位提升大部分采用拨料举升和斯惠顿装置，但是前者提升高度有限，一般不超过 200mm，而后者设备复杂，占地多，造价高。包括轴，轴上设有若干个圆形钢板轮，每个圆形钢板轮上安装 25 个 L 形料钩，轴与电动减速机连接，由电动减速机带动轴转动。该装置通过动力装置带动传动

33、轴转动，使固定在轴上钢板轮转动，钢板轮上的料钩悬挂钢管由低位提升到高位，实现了钢管由低工作平台向高工作平台转移。调查的第 5 种方案图 10 一种新型钢管提升装置1-主动齿轮；2-从动齿轮；3-料钩；4-链条；5-阻挡件上图 10 是一种新型钢管提升装置，钢管提升装置是钢管在生产过程中把钢管从低位提升到一定高度，从而进入下一道工序的装置，目前的钢钢管提升装置大都有一些局限性，比如拨料举升装置提升高度有限，斯惠顿装置结构复杂、占地多且造价高。针对这些问题，公告号为 CN 203449066 U 的中国专利公开了一种轮式钢管提升装置，该轮式钢管提升装置在转轴上固定设置若干圆形钢板轮，每个圆形钢板轮

34、上安装 25个 L 形料钩，轴与电动机连接，通过电动机带动轴转动，使轴上钢板轮转动，从而带动钢板轮上料钩悬挂钢管由低位提升到高位，实现钢管由低工作平台向高工作平台移动。包括电机，与电机连接的转轴和若干链条传送机构，所述链条传送机构包括主动齿轮、从动齿轮和链条，所述主动齿轮固接在转轴上，所述从动齿轮与主动齿轮通过所述链条联动连接，所述链条上设有 V 字形料钩，所述料钩上设有阻挡机构，本设计16新型钢管提升装置具有具有生产成本低，保护钢管在提升过程中受损且使用范围广的优点。3.2 总体方案设计根据自己所学知识以及对于升降、提升结构的了解情况，本文中所设计的钢管提升机结构充分借鉴了上面论述的这 5

35、种设计方案，保存优点、去除缺点，尽可能更加合理的设计出钢管提升机的结构和功能。图 11 所需提升的最大钢管参数图上图 11 是文中钢管提升机所需提升最大钢管的参数图，轮廓长度约为 6000mm，外径约为 190mm，厚度约为 7.5mm。因此我们所设计的钢管提升机需要充分考虑以上最大钢管的尺寸参数。钢管提升机结构的总体设计三维结构图如下 12 所示：图 12 钢管提升机的三维图17图 13 钢管提升机的结构示意图1-框架；2-支撑杆；3-下驱动电机支撑板；4-驱动电机支撑板；5-减速器；6-下驱动电机；7-联轴器；8-轴承座；9-链轮；10-链条；11-链轮轴；12-料钩；13-阻挡件；14-

36、钢管；15-上电机架；16-上驱动电机；17-推杆支架；18-偏心轮；19-曲柄连杆；20-推杆上图 12 是钢管提升机的三维图，图 13 是钢管提升机的结构示意图，它包括 1-框架；2-支撑杆；3-下驱动电机支撑板；4-驱动电机支撑板；5-减速器；6-下驱动电机；7-联轴器；8-轴承座；9-链轮；10-链条；11-链轮轴；12-料钩；13-阻挡件；14-钢管；15-上电机架；16-上驱动电机；17-推杆支架；18-偏心轮；19-曲柄连杆；20-推杆。通过驱动电机的驱动作用，使得左右两侧的下边位置链轮发生旋转运动，从而带动链轮上的链条运动，链条上设置有钩料装置和阻挡件，钩料装置的作用是将钢管钩

37、住，实现向上提升的动作，阻挡件一方面辅助钩料装置完成提升任务，另一方面阻挡钢管与提升机框架之间的摩擦，这是实现该装置的提升功能，主要利用的是驱动电机的驱动作用，带动一种钩料装置的运动，从而完成提升任务。此外本提升机还设计有自动卸料机构，主要利用的原理是电机驱动偏心轮旋转，从而带动一种曲柄滑块机构的运18动，最终实现推杆的前进和后退动作，推杆的前端部位设计有推料叉，实现完美的推料（钢管），这样的设计是集提升和卸料于一体，功能齐全。整个钢管提升机机构都是采用电动控制，操作简单，维护方便，自动化程度高。本设计解决了现有的钢管提升存在的传动系统结构复杂、加工装配精度要求高、设备造价高、使用维护成本高和

38、对控制系统的稳定性要求高的技术问题。因此，与背景技术相比，本设计的优点和积极效果是：1. 本设计的钢管提升机构采用的是驱动电机配合减速器的工作，速度调控性可靠，同时工作效率得到了大大的提高，这样使整个钢管提升机构的结构简单、驱动系统及控制系统配置要求不高、维护方便，具有节能减排的效果。2. 本设计机构在提升的过程中，L 型钩料装置与卸料装置配合、相互协调的工作，这都是通过实现计算可以的得知的，只需要将电动推杆的行程确定下来，就可以实现提升机构的精确控制，具有很强的借鉴作用。3. 本设计机构集提升和卸料功能与一体，同时机构的设计巧妙，极大提高了工作时候的效率，并且维护方便，便于拆卸，成本也就为低

39、廉。用于钢管的自动提升和卸料是非常合适的选择。3.3 电机驱动系统的设计图 14 电机驱动系统的结构驱动电机-1；减速器-2；输入轴-3；联轴器-4；输出轴-5；轴承座-6上图 14 是钢管提升机中的电机驱动系统的结构图，主要包括驱动电机-1；减速器-2；输入轴-3；联轴器-4；输出轴-5；轴承座-6。驱动电机与电机输出轴相连接，电机输出轴与减速器连接，减速器的输出轴与联轴器连接，联轴器与链轮轴连接，链轮轴通过滚珠轴承以及轴承座固定在提升机框架的侧板上。采用这种结构设计的好处就19是结构简单、零部件的位置关系清晰明了，便于拆卸和维修。203.4 传动系统的设计图 15 传动系统的结构图主链轮-

40、1；副链轮-2；链条-3；链轮轴-4；平键-5上图 15 是钢管提升机中的传动系统的结构图，主要包括主链轮-1；副链轮-2；链条-3；链轮轴-4；平键-5。利用的是齿轮齿条的传动方式，采用这种结构作为传动系统的优点就是：具有传动效率高、承载能力高、可用于温度高、环境恶劣场合、平均传动比准确、无滑动的特点。链轮与链轮轴之间通过平键过盈配合，连接可靠性好。这里所设计的链条与通常见到的链条结构不同，本文中所设计的链条侧边位置有通孔，这是为了方便与 L 型料钩固定连接的，从而辅助完成钩料任务。3.5 钩料装置的设计图 16 钩料装置的结构图上图 16 是钢管提升机中的钩料装置的结构图，主要包括链条、L

41、 型料钩以及阻挡21件。本文所设计的钢管提升机，需要完成将钢管提升 2m 的任务，并且要实现连续性提升，采用一般的托、举、提等等方式，只能实现单一的提升，即使可以实现连续提升，那样的设计也是效率低下，实用性不强。为此本文想到了利用链条配合 L 型料钩以及阻挡件的方式进行，既可以实现连续性提升，又可以保证提升的效率问题，一举两得，是我们钢管提升机的最佳选择。3.5.1 L 型料钩的设计型料钩的设计图 17 钩料装置中 L 型料钩的结构图上图 17 是钩料装置中 L 型料钩的结构图，侧边位置的凸起结构刚好可以与链条的通孔形成过盈配合，从而在链条上像“棘爪”一样张开，这里的设计充分体现了“仿生学”的

42、原理，即模仿人类的手爪结构，就像一个人用手爪将钢管托举起来了一样，这样的结构设计，可靠性较强，易于安装和修护，实用性好。3.5.2 阻挡件的设计阻挡件的设计图 18 钩料装置中阻挡件的结构图上图 18 是钩料装置中阻挡件的结构图，这里的阻挡件的作用有两个方面：一个是辅助 L 型料钩完成提升钢管的任务，另一个作用是阻挡钢管与提升机框架边缘的接触，从而减少它们之间的摩擦，这是从工作的稳定性以及延长使用寿命的角度考虑的，可以避免工作时产生较大的噪音。223.6 卸料装置的设计图 19 卸料装置的结构图偏心轮-1；第一曲柄-2；第二曲柄-3；推杆-4；推杆支架-5上图 19 是卸料装置的结构图，主要包

43、括偏心轮-1；第一曲柄-2；第二曲柄-3；推杆-4；推杆支架-5 等五大部分组成。这里的设计其实是借鉴的曲柄滑块的传动机构，偏心轮是通过驱动电机带动的，然后再偏心轮的转动下，第一曲柄和第二曲柄均运动起来，第二曲柄的一端与推杆相连接，由于推杆穿过了推杆支架中间的通孔，因为推杆被限定在水平位置上运动，最终的效果就是推杆实现来回的前后往复运动。将往复运动的时间控制好，就可以实现推杆连续推料的功能。234 设计计算4.1 提升机构参数的确定本次毕业设计的钢管提升机所需要的主要技术参数如下：1）主驱动链轮最小高度为 500mm；2）副驱动链轮最大高度为 2500mm；3）最大起升重量为 200kg；4）

44、相邻 L 型料钩之间的间距为 680mm5）驱动链轮的直径为 500mm6）L 型料钩处于最高位置时，a=2500mm+250mm=2750mm；7）L 型料钩处于最低位置时，b=500mm-250mm=250mm；4.2 驱动电机的选型设计初步估算驱动机构的质量 200kg，钢板按 200kg 计量，整个结构质量初步定为450kg；所以NFn3105 . 4，选择的驱动链轮直径mmD500，滚轮滚动半径mmmr25. 0250，初定链条的最大输送速度smv/8 . 1，按照纯滚动来计算，链轮转速min/8 .68/15. 15 . 014. 3/8 . 121rsrmsmDn取减速电机的减速

45、比5:1i，则电机转速：min/344512rnn链轮所需的电机的驱动功率：kWrnFpnk85. 09550min/344105 . 4105 . 19550332考虑功率损耗及可能出现的阻力情况，需要提供更大的动力，故选用额定功率为900w，型号为 130ZYT51-NMRV 的直流电机。图 20 驱动电机的实物图244.3 减速器的选型设计前面确定了摆动辊道的减速器的减速比约为 5，于是决定选用 PLF060 行星减速机。PL 精密行星减速机具有精度准确、刚性强、负载承受能力高、工作快速稳定、速度比很高、寿命长、惯性较低、震动轻、低噪小、温度升高慢、较小的机构、安装方便快捷、定位准确等特

46、点,对于该结构系统具有很强的作用。而且它还能适用于交流伺服马达、直流伺服马达、步进马达、液压马达等的增加速度与降低速度传动。图 21 减速器的实物图255 总结不管我们所针对的钢管提升机使用场合怎么样？价格高低也先放在一边，安全、高效的钢管提升机对于每一位使用者来说都是必不可少的，也是我们所希望看到的。钢管提升机的设计也应面向消费者，从消费者的需求出发，不仅要强调安全性，而且要求其整体设计更加人性化，以满足并且超越消费者的期望。只有充分考虑了以上几点要求，这样设计出的钢管提升机才是成功的，才能激起消费者的购买欲望。在对此钢管提升机关键零部件的设计期间，绘图软件的配合使用非常重要，比如AutoC

47、AD，一个非常强大的画图软件，借这个机会，我重新学习了一些基本的作图指令，重新学习了零件图的表达、注释的标注以及相关表格的制作,能够非常高效的出工程图，方便加工师傅完成加工，完成整个毕业设计的过程都十分愉快。此次毕业设计是对我大学四年所学知识的一次整体考察，更是一次让我用知识充实自己的机会，为我今后的工作提供了扎实的理论基础，是我一次难忘的经历。26参 考 文 献1 王庭有等编著.可编程控制器原理及应用M.第二版.北京.国防工业出版社 2008 .2 李建兴主编.可编程控制器应用技术M.北京.机械工业出版社.2005 .3 范永生,王岷编.电气控制与 PLC 应用M.第二版.北京.中国电力出版社 2007 .4 常晓玲主编.电气控制系统与可编程控制器M.北京.机械工业出版社，2008. 5卢燕主编.矿井提升机电力拖动与控制M，北京.冶金工业出版社，2001 .6