大型翻转提升机构的结构设计

大型H钢翻转提高机构设计摘要我国现如今的工业水平不断地发展，H钢运用的领域越发广泛，在提高和翻转那些笨重、体积很大零件不能只靠人力去完毕，为了提高生产效率需要设计出一种设备来解决此问题。在设计的同时需要考虑到传动装置变松以及润滑等问题。本文一方面对翻转机提高类型从其特点进行分析到选择，选择出链式翻转机构和液压式提高装置，对H钢翻转工作进行分析，设计出符合规定的元器件如轴，齿轮，皮带等，对部分件进行校核，为了元件互相协调配合，设备运营平稳。最后设计出液压与电气系统组合，从而形成一套完整的工作体系从上升正反翻转、制动、下降。提高机构选择形式为液压式，优点是重量轻、容易实现调速、使用寿命长。缺陷是油液对密封装置规定比较严苛容易泄露。翻转机构使用链式传动，优点是摩擦性好、成本低。缺陷不耐冲击、质量大。关键词H钢；翻转机构；提高机构DesignofLargeScaleHSteelLiftingMechanismAbstractChinaisnowthelevelofindustrialdevelopment,Hsteelusedmoreandmorewidelyinthefield,liftingandturningoftheheavyandlargepartscannotonlyrelyonmanpowertocomplete,inordertoimprovetheproductionefficiencyweneedtodesignadevicetosolvethisproblem.Atthesametimethedesignshouldtakeintoaccounttheloosegearandlubricationproblems.Basedontheanalysisofthetypesofhoistingmachineturntochoosefromitsfeatures,chooseachainturnovermechanismandahydraulicliftingdeviceforHsteelturningworkanalysis,designedtomeettherequirementsofthecomponentssuchasshaft,gear,beltandsoon,tocheckthepart,asthecomponentsofcoordination,equipmentrunningsmoothly.Finally,thehydraulicandelectricalsystemiscombinedtoformacompletesystemofwork,fromrising,reverse,brakinganddescending.Theselectionofliftingmechanismishydraulic,withtheadvantagesoflightweight,easyrealizationofspeedcontrolandlongservicelife.Thedisadvantageisthattheoilonthesealingdevicerequirementsaremorestringent,easytoleak.Theturnovermechanismadoptschaintypetransmission,andhastheadvantagesofgoodfrictionandlowcost.Disadvantages,noimpact,highquality.KeywordsHsteel,turnovermechanism,liftingmechanism目录摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 11.1课题研究的背景及意义 11.2国内外研究现状 11.2.1国外发展现状 11.2.2国内发展现状 21.3本课题的研究内容 4第2章翻转提高机构的总体设计 52.1翻转和提高机构采用形式的拟定 52.1.1翻转机构的拟定 52.1.2提高机构的拟定 72.2H钢翻转的工作原理 92.3大型H钢翻转提高机构的简图 92.4本章小结 10第3章翻转提高机构的结构设计 113.1链条及链轮的选择设计 113.1.1链条的设计选择 113.1.2链轮的设计选择 123.1.3滑轮的设计选择 133.1.4润滑油的选择 143.2电机的选择 143.3带传动及齿轮的设计及计算 153.3.1皮带传动的设计 153.3.2V带轮的设计 173.3.3皮带张紧装置的选择 193.4轴的结构设计与校核 193.4.1轴的设计计算 193.4.2滚动轴承的校核 213.4.3键的校核 223.5本章小结 22第4章翻转提高机构的液压与电气的系统设计 234.1机构液压系统的设计 234.1.1液压缸的设计及计算 234.1.2液压系统的原理及元件选择 274.2机构电气控制系统设计 294.3机构的系统工作过程 304.4本章小结 31第5章三维模型的建立 325.1建立零件 325.2零件图的装配 325.3三维模型 345.4本章小结 34结论 35致谢 36参考文献 37附录A 38附录B 45绪论课题研究的背景及意义现如今社会经济飞速发展，国家不断强调工业并大力投入工业设计发展，建筑业与大型工业更是不断发展，像大型H钢这样的钢型会用到很多，所以有着大量的。注重钢材的可连续发展经济与节约使用是实现钢材向绿色环保发展的必经之路。所以要大力推广与应用，放长远的眼光来看H钢的需求必然很大。制造业是国家实现新工业文化的基础保证。大型工件的制造体现了国家的工业文化水平[1]。在生产与制造大型构件中，很多时候都需要大型翻转机来改变工件的位置。这些年来由于板材的价格上涨也带来了很多利好，钢材的价格也在连续上涨，同时H型钢的市场也逐渐回暖，国内与国外在H型钢的价格差距逐渐变小，有助于国内钢材对外出口。例如现有的翻转机构来说，有CL型、U型、和L型等翻转机，但是他们都有的缺陷就是；承载能力较低，并且翻转的自由度单一，翻转的角度也很单一，不能同时满足生产环节中个工序的翻转规定[2]。被运用到翻转机构的场合，最常见的就是在焊接生产中，当H钢一面完毕焊接后，这是需要将工件翻转为了方便加工另一面。但是H钢重量很大，只靠人力将其翻转是很困难的，这时就需要专用的翻转设备，在大量生产时，为了使生产效率提高，就需要这样的机构。本次研究的课题大型H钢翻转提高机，就是为这种场合下产生的设备。国内外研究现状国外发展现状自19世纪初期，卢森堡建立了成世界第一个热轧H钢生产线，此后H型钢生产与设备都有了很大的发展，在50年代和80年代掀起两次发展高潮。到了80年代末，世界H钢产能量可以达成2023万吨，占世界钢材总产量的3％~6％，现世界H型钢轧机有将近100套，存在20多个国家。下面以日本H型钢生产现状为重点，初步探讨国外H钢发展的现状。日本是二次世界大战后经济发展最快的国家之一，与经济发展同步的H型钢的发展过程是值得我国研究与借鉴的。到1973年日本钢的总产量就达成1024.8万吨，其中H钢产量为554.3万吨，H钢占了一半还多，H型钢结构也因此得到了广泛的发展与使用拿轻型H钢举例；在日本，轻型H钢重要用于低层或多层厂房，公共建筑物等。这样制造可以效率，但是对材料精度和设备自动化也提出了新规定，轻型H钢最适合建筑这样的工业化住宅。1992年日本钢生产量为1040万吨，其中H钢占57.8％，产量为600.8万，占型材结构的一半以上，H型钢运用的领域越来越广，甚至取代了工字钢，使得工字钢产量降为28.8万，仅占2.8％，这也使H钢的质量与技术水平得到快速发展。1972~1992年日本累计生产H钢9042.8万吨（出口2023万吨）按日本人口11000万计，累计人均消费为640kg，人均年消耗32kg。俄国与加拿大的矿产资源非常丰富，日本进口来源多从这两个国家。日本的公司用投资或者是买股份的形式这这两个国家拥有很多资源，这样也可以填补一些国家自身的局限性，从而的到长远的发展。日本除了对这两个国家进行投资或者是买股权，还对很多国家分布全球，参股，战略合作，合资等，这样能更好的分散风险，减少成本，可以分享世界经济成长的果实，得到稳定发展。为了能更好的融入市场，日本也调整了进出口结构，进口一些低档一般的原料，通过本国先进工业加工水平进行加工，相称于从毛胚到成品的过程，出口世界各国，从而获得非常丰厚的利润。就运用这样的产业链日本已经处在世界上游，加上前面所说的对各国投资、战略合作等，达成利润最大化同时也可以打击对手的目的。国内发展现状我国H型钢的生产起步较晚，直到上世纪90年代马钢才干生产出0.2m以下的小型H型钢，由于生产力不强无法完毕量化生产，直到1998年才完毕这个目的。现在通过国家记录句数据来说明04到2023这2023间钢铁的发展如图1-1。图1-12023-2023年中国型钢产量走势图在通过2023到2023这2023我国H型钢细分品中产量记录如表1-1。表1-12023-2023年我国H型钢重要细分品种记录（万吨）年份大型H型钢中小型H型钢钢型合计2023年638.33778.04016.32023年747.82664.63412.32023年917.22386.13303.32023年1014.72839.53854.22023年894.12953.83847.92023年947.04118.95065.92023年946.54251.95198.42023年1103.84573.25676.92023年1132.74702.15834.92023年1274.95745.47020.32023年1349.55620.06969.5从总体这2023来看，虽然在偶尔存在今年产量不如往年的现象，但是总的产量还是在稳步提高的，对于品种分析可看出，每个时期对于H型钢种类的需求也是不同的，都是在为市场做调整，总体来说H型钢的需求在不断增长。马钢是我国第一个生产H型钢的公司，现加以介绍。马钢公司H型钢厂从国外公司引荐生产技术和设备，一期工程年生产能力60万吨以生产H钢为主。在H型钢的生产中都是由计算机控制，计算机控制系统有三级、一级为基础控制级、二级为过程控制级、三级为工厂管理控制级。总体来说这是一条在我国也可以说是世界上都十分先进的刚型生产线。它的建成也增强了我国生产H钢的技术水平。图1-2为马钢生产的H型钢铁。图1-2马钢生产的H型钢材就最近几年来说我国生产刚型的技术与水平离世界先进水平很接近甚至可以说是能达成。对以后来说进步技术，设备提高已经不是重要目的，重要是为了满足用户需求才是目的，目前我国刚型型材标准只能满足工业生产，国外的标准也无法满足我国的标准生产。同时尺寸公差，钢铁化学成分纯净度，表面质量等各个方面来说，我国与发达国家相比还是有一定的差距。本课题的研究内容大型H钢翻转提高机构，重要就是为了研究大型H钢的翻转与提高装置两部分。重要内容有；查阅相关资料，了解大型H钢翻转提高机构国内外现状、特点、差距基本拟定研究方法及研究思绪，撰写开题报告；做出大型H钢翻转提高机构的总体方案；计算出大型H钢翻转提高机构的重要参数；完毕大型H钢翻转提高传动系统、电气与液压设计。翻转提高机构的总体设计翻转和提高机构采用形式的拟定翻转机构的拟定翻转机构的作用是将工件做沿着轴做翻转运动，使工件变换有利位置更好地进行加工[5]。现在翻转机构有很多类型可以参考，例有头尾架式、框架式、链式、环式、推举式等，如表2-1所示翻转机构的种类。这些翻转类型都可以使用在实际不同的生产中，但是在我国还没有对翻转机形式制定标准，只有头尾架式有系列标准。表2-1翻转机构种类形式变位速度驱动方式工作特点头尾架式可调机电环形焊缝，运用于轴类和椭圆形焊件，旋转变位框架式恒定机电或液压用于较长焊件，倾斜变位链式恒定机电用于自身刚度强的工件翻转变位环式恒定机电用于自身刚度强的工件翻转变位，在大型构件的组对与焊接应用中较多推举式恒定液压用于倾斜变位，装配和焊接在同一工作台上进行由工作特点分析，对翻转种类的最后三种进行重点分析和选择，作为大型H钢的翻转机构。现在分析这三种形式，选择出最合适的形式。如下图2-1为采用链式的翻转机构所示。链轮2.链条3.H钢4.支架5.张紧轮图2-1链式翻转机构链式翻转机构由图看出，其结构形式比较简朴，由于H钢用链条的支撑，其优点是价格便宜、来源广泛且已加工，运用链传动运营平稳。缺陷就是链条之间的焊接很麻烦费时间，对焊接和夹具的都是有规定的。环式翻转机构结构形式如下图2-2所示。与链式翻转相比环式翻转机构得缺陷就是在翻转同样的H型钢时，环式翻转机构的结构复杂、体积较大。有点就是环式机构在翻转大型钢件的效率高。拖轮2.支撑环3.钝齿轮4.驱动装备图2-2环式翻转机构推举式翻转机构结构如下图2-3所示。推举式翻转机构的优点就是，机构也比较简朴，缺陷是这种结构翻转的自由度单一，每次翻转都无法回到本来的位置，需要人工操作复位，所以翻转效率比较低。翻转工作台2.推拉式轴销3.举升液压缸图2-3推举式翻转机构综合分析三种翻转机构的工作特点，最后选择用链式翻转。这样提高机构选择的问题就解决了。链式翻转机构组成重要由链条、链条连接方式也是两种，有片式关节链和环形焊接链。与焊接链做对比第一种片式的运动平稳且可靠。缺陷是片式关节链条的价格比较高、并且容易生锈和近灰。链条自身优点抗腐蚀性很强，摩擦性能好、且传动机构尺寸较小。缺陷就是链条之间相连的刚度强度很低，在有一定的冲击下容易损坏、不合用于高速提高。由于翻转机自身在工作中有一定的冲击，考虑到安全和稳定的，最后选用片式关节链。提高机构的拟定提高机构分两种；一种为机械式，另一种为液压式。1.机械式起升机构涉及：(1)绳索卷绕式起升机构；(2)链条卷绕式起升机构。2.液压式起升机构(1)压缸起升机构；(2)压马达升机构。机械式提高机构的应用目下图2-4所示，新型地下垃圾桶就是典型的运用机械式提高机构作为重要提高方式作出的产物[6]。对于普通的垃圾桶来说，垃圾箱的制作存在很多局限性，一般垃圾都是在地边上堆积很占空间，特别是对于夏天苍蝇很多更是有异味，对于城市面貌更是大大减分。它的出现恰恰就是解决这一问题的它解决了，它的优点就是节省空间且清理方便、成本低、可以减轻工作人员的工作强度[7]。该提高机构有附件、省力与减速机构。工作人员在清理垃圾时，摇动手柄使链轮1转动。上升时运用棘轮转动，2摩擦片不发生作用；下降时，2摩擦片啮合，通过摩擦减小冲击。链轮2转动，链轮2再带动滚筒5转动，转动将绳绞起来，拉底板5向上升起，垃圾桶放在底板上，底板上升就可以把垃圾桶提高上去。（a）新型地下垃圾桶主视图（b）新型地下垃圾桶左视图1.2.链轮3.滑轮组4.滚筒5.底板图2-4地下垃圾桶提高机构主视图液压式提高机构的应用平行四边形机构在各类液压升降设备被中广泛使用，由于其结构可以放大工作，但是顶升的工作方式。如图2-5就是运用其结构的特性来设计的液压式提高机构。提高机构2.航标浮筒3.清洗刷1.1号液压缸2.2号液压缸3.提高滑块图2-5长江航标浮筒清洗装置图2-6机构运动简图工作臂上有很多刷子，通过刷子的工作臂在轨道上下运动和自身摆动这样就可以清洗浮筒。工作臂的上下运动由液压缸的提高机构来带动。如图2-6机构运动简图可看出，工作臂连接在滑块，平面运动构型为四边形，可以稳定工作。装置由滑轮引导在轨道中上下升降，滑块在垂直中心线上运动，这样可以使两液压缸实现机械同步。平行四边形提高机构优点就是构造简朴、结构紧凑。液压提高机构多用此机构实现升降。1.两种提高机构的比较机械式提高机构的执行构件通常选择钢丝绳滑轮组，特点为提高范围比大合用于大型钢件，缺陷是提高结构复杂。也有齿轮齿条组合，但这种组合只合用于提高小型钢件。液压式提高机采用的动力源是液压，用液压缸进行提高。其运营平稳并且使用寿命很长，但是由于是液压式需要用到油液，油液容易随温度变化并且假如密封不好还容易出现泄露等等一些问题。机械式提高机构的提高方式为提拉式，而液压式提高机构的提高方式为推举式。都有优缺陷当然还需根据工作环境及规定选取。从本次研究的课题角度出发，考虑到液压式提高机构的装置重量和体积相对于机械式来说更轻也更小，并且更耐冲击，结构也简朴。前提是相同功率驱动，还是选择液压式提高机构。H钢翻转的工作原理工件在链条上最开始的状态如图2-7。重心在AB中间，当链条转动的时候。链条顺时针转，重心慢慢偏离B点，靠近A点，由于翻转钢件与链条的接触点开始发生变化，B点离开链条，向左翻转。链轮2.链条图2-7翻转过程如图2-8（a）重心G偏在A的右侧，假如翻转H型钢，就需要一个滚转力使重心偏在A点的左侧，来使H钢继续翻转。如图2-8（b）此时重心G在A的左侧，惯性使工件继续翻转，假如想要停止翻转，需要一个阻止力需要大于惯性力，假如需继续翻转，需要H钢的惯性力大于阻力矩，这样使H钢的重心G逐渐偏向在A点的左侧，否则H钢翻转将停止转动。链条的摩擦力假如摩擦力足够大，就不换产生大话现象，也不会影响H钢的翻转。同时规定H钢有足够大的翻转速度来克服打滑现象。但是H钢与链条的摩擦离大小工作量很大并且很复杂，所以这里就不进行计算了。(a)H钢重心在右侧(b)H钢重心在左侧图2-8H钢翻转过程简图大型H钢翻转提高机构的简图可以翻转最大的H型钢尺寸的为：18m×6m×12m，最大能承受的重量是10吨。现设计大型H刚翻转提高机构的布置见图如下图2-9。由于到H型钢重量非常重也非常大，单个机构是无法完毕提高与翻转，需要两个或者两个以上工作台配合完毕此过程。每一个工作台的尺是不同的其中1与2之间的长度为4m，2和3之间的长度为7m。个设备间都设计有辊道，每个设备都是相同的只是间隔不同，都配有制动器来控制工作。1.Ⅰ号翻转架2.Ⅱ号翻转架3.Ⅲ号翻转架4.辊道图2-9大型H钢翻转提高机的布置本章小结本章翻转提高机构的总体设计就是为了解决翻转的形式与提高形式的选择。通过对翻转机构形式的类型特点与应用的分析最终选择了链式提高形式。提高形式选择为液压式，最后对翻转提高如何运动做以拟定，做了一下机构简图，做到了主体拟定。翻转提高机构的结构设计链条及链轮的选择设计链条的设计选择1.链条的选择如下图3-1，翻转机构，翻转机构重要由链轮，链条，张紧装置，通过链条转动使H钢翻转。图3-1翻转结构简图最开始定链条的转速为0.5m/s，每一个翻转架所承受力是50kN，受力分析如图3-2。图3-2链条受力计算拉力F见式(3-1)：(3-1)链条拉力F为34355N。查手册，选择LH0866型板式起重链条。基本参数如下表3-1：表3-1LH0866型板式起重链条参数名称参数相见节距P12.7mm板数的组合6×6最大拉伸载荷Q66.7kN2．链条的长度初步拟定链条长度；考虑到链轮部分的链条长度没有算入，所以取L为6200mm。3．拟定链条的节数计算链条节数见式（3-2）：（3-2）取Lp=490节。式中：Lp为链条的节数，L为链条的长度，P为链条的节距。链轮的设计选择链轮采用整体式钢制小链轮，结构形式如图3-3。（a）链轮主视图（b）链轮左视图图3-3链轮结构参照下表3-2链轮基本参数。表3-2链轮基本参数名称数值（mm）计算公式配用链条节距P12.7查手册配用链条的滚子外径d15.12配用链条的排距Pt6.24Pt=3b0分度圆直径d68mm齿数z17取z得17内径dk35/齿顶圆直径da77齿根圆直径df63分度圆旋齿高ha5轮毂厚度h11.5轮毂长度l36轮毂直径dh58齿宽bf3.7表中：v为设计链速，n为链轮转速，k-常数，50＜d＜100时k取4.8，b0为链板厚度查机械手册取2.08mm。滑轮的设计选择滑轮与轴相连接配合，同时滑轮又与链轮配合使其转动从而带动大型H钢进行翻转运动，所以滑轮的设计选择是很重要的。由于链条特殊的布置形式，要设计一个滑轮，这样可以将链条拉紧，以防链条运动的时候发生接触，这样传动效率会提高很多。滑轮结构形式如下图3-4，滑轮设计参数见表3-3。图3-4滑轮的结构表3-3滑轮设计参数名称数值（mm）计算公式D80/轮槽直径D1140轮缘直径D2160轮缘间宽b30滑轮宽B50/表中：P为链条的节距，P取12.7mm，b为链条的销轴长，b=取27.99mm，h1润滑油的选择由于链条的布置形式比较特殊，选择传动的形式为开式，手工润滑比较困难。需将链条拆下，定期清洗，清洗的液体就是煤油，等链条的间隙都被煤油充满后才干安装使用。使用润滑剂可以减少动力传到过程的动能损失，从而提高传动效率。润滑剂必须要有良好的渗透性，不光是润滑链条，还需要润滑轴与轴套，他们的间隙很小。还需要良好的粘附性，为了防止高速工作是润滑剂被甩出。综上所述选择润滑油的牌号为昆仑的L-AN46，全损耗系统用油，由于它的密封性也很好，也可作为封闭循环系统的润滑油。电机的选择由上一节受力分析得出链条的拉力为F为34295N，得选择出电动机型号见式（3-3）；(3-3)P电=式中：η链为链条传动效率，取η链=90%，η皮为皮带传动效率，取η皮=80%。根据手册，选取电动机型号YZ160L-8作为翻转机构的电动机，它的转速为705r/min，额定功率带传动及齿轮的设计及计算皮带传动的设计由电动机选择得出电动机功率P为2.3kW，窄V带传动，按照1．带型的选择根据电动机的转速，705r/min，查手册，选择V带形式为窄V带SPZ。2.拟定计算功率Pca计算功率Pca见式（3-4）：Pca=KAP(3-4)式中：Pca为计算功率，KA为工作情况系数。查手册得KA=1.4，P为传递的额定功率。3.带轮的基准直径(1)初选小带轮基准直径dd1根据V带选择，参考手册，选取小带轮准直径dd1=63mm，则da1=67mm。(2)计算带速计算带速见式(3-5）：(3-5)式中：v1为积极轮的圆周速度，n1为积极轮的转速。(3)计算从动轮基准直径dd2设计传动比i=1：5。根据手册第3卷，选取从动轮基准直径dd2=315mm，da2=319mm。4.拟定中心距a和带的基准长度Ld初定中心距a0，见式（3-6）：(3-6)0.7×(63+315)<a0<2×(63+315)264.6<a0<756初选a0=550mm。基准长度见式(3-7)：(3-7)==1622.212mm根据机械设计手册，选取基准长度Ld=1600mm见式（3-8）：(3-8)这里还需要考虑补偿预紧力所以：5.验算积极轮上的包角根据对包角的规定见式（3-9）；(3-9)包角满足规定。6.拟定带的根数计算带的根数见式（3-10）：(3-10)式中：Kα为包角系数，KL为长度系数，P0为单根V带的基本额定功率，根据《机械设计手册》，Kα取0.92，KL=1.16，P0=0.68。取z=5根。7.拟定带的预紧力计算带的预紧力见式（3-11）：(3-11)式中：m为V带单位长度质量，v为带速，z为带的根数，Kα为包角系数Pca为计算功率，查手册得m取0.07kg/m。8.计算传动作用在轴上的力计算传动作用在轴上的力见式（3-12）：(3-12)式中：z为带的根数，F0为单根带的预紧力，为积极轮上的包角。V带轮的设计由上节V带轮的转速以及功率，可得出轮采用材料为；HT150铸造。先设计小V带轮，发动机带动小V带轮转动，从而带动皮带转动，皮带将运动传递给大带轮，带动大带轮转动。这里先设计小V带轮，然后再设计大V带轮。小带轮设计计算由于内孔与外空的距离很小，查手册，直径且小于160mm，所以小带轮采用的结构形式为实心式，由于小带轮基准直径dd≤2.5d，结构形式如图3-5所示。图3-5小带轮结构小带轮的结构参数如表3-4。表3-4小带轮结构参数参数数值(mm)计算公式D32/d158d1=(1.8～2)dDd63/Da67/B64B=2f+4eL83L=(1.5～2)dψ36°/式中：f为第一槽对称面至端面距离，e为槽间距。大带轮设计大带轮采用的结构形式是；孔板式。轮槽工作面不能有砂眼，气孔。各轮槽间距的累积误差不得超过±0.8。结构形式如图3-5所示。图3-6大带轮结构大带轮的结构参数如表3-5。表3-5大带轮结构参数参数数值（mm）计算公式D45/d190d1=(1.8～2)dDd315/Da319/B64B=2f+4eL64B<1.5d时，L=BC11(1/7～1/4)BD1259/D0174.5D0=0.5(D1+d1)d050d0=(0.2～0.3)(D1-d1)ψ36°/式中：f为第一槽对称面至端面距离，e为槽间距。皮带张紧装置的选择由于V带弹性很低且容易变形，运转一段时间后，在预紧力的作用下，就会产生塑性变形使V带松弛，这样预紧力减少，使传动效率减少。所以，需要一种装置，使皮带始终能处在一定的状态，这样的工作效率就会变得很高。这种装置就是张紧装置如图3-7。图3-7摆架式张紧装置常见的张紧装置有定式在大型H钢的翻转提高设备采用摆架式张紧的装置，如图3-7。只要调整电动机下方的螺母就能调节带的预紧力。轴的结构设计与校核轴的设计计算系统中有一根积极轴，一根滑轮轴，一根空场链轮轴，现在只对积极轴进行计算。线求轴的输出功率P轴轴的转速n和轴的转矩T。链条的传动效率η取0.98则；P轴=1.9992/0.98=2.04kW2．初步拟定轴的最小直径选取轴的材料为45钢。根据《机械设计手册》取A0=112，计算dmin见式（3-13）：（3-13）轴的最小直径处为安装链轮处，此处有一个键槽，轴径应放大6%，即取。3．轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案装配方案如图3-8。(2)根据轴向定位的规定拟定轴的各段直径与长度为了保证链轮的轴向定位，Ⅰ处设有螺纹，Ⅱ处设轴肩，Ⅰ与Ⅱ之间的长度设定为70mm，Ⅱ与Ⅲ之间的长度为50mm。由于轴承承受径向力作用，滚动轴承选择深沟球轴承。参照工作规定，由Ⅱ与Ⅲ的距离为50mm，选择轴承型号为6410，该型号尺寸为；50×110×31。由于Ⅱ与Ⅲ处有端盖又由于厚度的因素，就取其长度为51mm。Ⅲ设轴肩，Ⅲ与Ⅳ的长度为55mm，Ⅲ与Ⅳ的长度为550mm。Ⅳ与Ⅴ之间的长度为50mm，考虑这有安装有端盖、皮带轮以及轴承，所以取Ⅳ与Ⅴ之间的长度为30mm，与Ⅵ的长度100mm。Ⅴ处设螺纹，M42，Ⅵ与Ⅶ之间的长度为50mm。轴的倒两个角取45°半径为图3-8积极轴的结构带轮、链轮的周向定位；选择平键联接。查手册的，带轮、链轮与轴的配合；H7/r6。轴的尺寸公差为m6。4.分析轴的载荷分布与弯扭校核强度(1)由图3-9可以分析载荷分布。（a）a处的载荷（b）b处的载荷（c）c处的载荷（d）d处的载荷图3-9轴的载荷分布由上图看出B处在和最大，现在通过对B截面进行载荷计算如表3-5。表3-5截面B处的载荷计算载荷水平面H垂直面V支反力FNH1=21608NFNH2=2409NFNV1=22435NFNV2=2565N弯矩MMH=1385NmMV=1475Nm总弯矩扭矩TT=138Nm(2)按弯扭合成应力校核轴的强度现只校核轴的危险截面B处的强度见式（3-14）：(3-14)式中：d为轴直径，M为轴受的弯矩，T为轴受的扭矩，Ψ为校正系数，双向旋转Ψ取1，查手册，查表得σ-1p=207MPa危险截面B处轴的强度满足规定。滚动轴承的校核计算额定动载荷与基本额定动载荷的大小见式(3-15）：（3-15）式中：C为基本额定动载荷，P为当量动载荷，为寿命因数，为速度因数，fm为力矩载荷因数由于轴承只承受径向力作用，所以取P和Fr都是25KN。查手册得fh取1.26，fn取0.62，fd取1.2，ft取1.0。查手册，Cr取92.2KN。所以C＜Cr，选择型号6410符合规定。键的校核轴上有两个键，链轮处的键所受力最大，故对此处进行校核。1.挤压强度校核计算挤压校核见式（3-16）：(3-16)式中：T为传递的转矩，k为与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h=0.5×8=4mml为的工作长度，圆头平键l=L-b=28-10=18mm，d为轴直径[p]键连接的许用挤压应力。查手册，在有冲击载荷的情况下，p应小于120MPa。所以满足规定。2.键的剪切强度校核计算键的剪切强度校核见式（3-17）：(3-17)式中：T为查手册和表，有冲击载荷时p=90MPa。＜p故满足规定。本章小结本章重要对翻转和提高机构做出了具体设计。对传动系统、轴、链条进行了设计与计算，并且也考虑到链条的润滑问题。小带轮采用实心形式，大带轮采用孔板式。为了解决V带变松的问题选择摆驾式张紧装置。同时也对轴和键进行了校核。翻转提高机构的液压与电气的系统设计机构液压系统的设计液压缸的设计及计算液压传动系统有很多优点，例如：体积小、质量轻容易实现自动化通用化等。广泛用于工业领域，当前朝着与计算机、微电子技术的结合，实现高集成化，低噪音的方向发展。液压传动通过液体压力能转换为机械能，从而驱动工作，实现直线往复运动或者是摆动。液压缸的分类有很多种下面将其进行分类如表4-1，这样能更好的对其进行分析选择。表4-1液压缸分类及工作特点液压缸分类液压缸的下级分类工作特点单作用单活塞杆式单向液压驱动，返回行程是运用自重或负载将活塞推回栓塞式适于做长行程液压缸，只能实现一个方向的运动,柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重，必须有足够的刚度伸缩式以短缸获得行程，用压力油从小到大逐节排出，靠外力由大到小、逐节缩回双作用单活塞杆式单边有活塞杆，双向液压驱动，两向推力和速度不等双活塞杆式双边有活塞杆，双向驱动，可实现等速往复运动伸缩式活塞伸出的顺序式从大到小,空载缩回的顺序相反组合式弹簧复位式单向液压驱动，由弹簧里复位串联式用于缸的直径受限制，而长度不受限制处，可获得大得推力增压式大小油缸串联组成，由低压大缸驱动，使小刚获得高压齿条传动式活塞往复运动，经齿条传动使与之啮合的齿轮获得双向回转运动根基工作特点分析初步选择双作用单活塞杆液压缸，液压缸的结构形式如图4-1。接下来需要计算出缸筒的内径。图4-1液压缸结构形式原始数据；H钢重10t，翻转架重2t，单个的液压缸所承受的载荷为（10/2+2）/4=1.75t，行程L=800mm1.计算液压缸的牵引力F计算液压缸的牵引力F见式（4-1）：F=F压+F密+F惯+F背（4-1）一般取F密=（0.01～0.1）F压，F密=0.1×17500=1750N。F惯见式（4-2）：F惯=（4-2）式中：G为总重力，g为力加速度，△vF惯==1429NF背=0F=17500+1750+1429+0=20679N2.计算液压缸内径、活塞直径计算液压缸内径见式（4-3）：D===0.105m=105mm（4-3）查手册，D为125mm。3.活塞杆直径在受压时P≤5MP情况下：d取（0.5～0.55）D。d=125×0.5=62.5mm查手册，d=63mm。缸筒长度L以及其它部位尺寸缸筒长度L以及其它部位尺寸如图4-2。图4-2液压缸结构最小导向长度：H≥+=+=102.5mm取H=103mm。活塞宽度B=（0.6～1.0）D取B=0.8×125=100mm。导向套滑动面长度A，当D＞80mm时A=（0.6～1.0）d。取A=0.6×62.5=37.5mm。隔套C=H－0.5（A+B）=103-0.5（100+37.5）=34.25mm。取C=35mm。5．缸筒壁厚及其验算(1)查手册选取缸筒外径为；146mm。δ=（146-125）=10.1mm(2)壁厚校核==0.081mm=0.08～0.3可用下列公式校核见式（4-4）：δ≥（4-4）式中：Pmax为最高工作压力，Pmax=1.5×2.5=3.75Mpa，δ为许用应力，[δ]=δb/n缸筒材料选为35号缸，δb=540MPa，n取4。[δ]=540/4=135MPa==0.0017m=1.7mmδ＞1.7mm壁厚强度合格。缸底、缸盖设计及计算(1)缸底采用焊接方式，如图4-3。图4-3缸底连接方式δ1≥0.433D2(4-5)式中：D2为计算厚度处直径，取D2=105mm。δ1≥0.433×105×=6.2mm焊缝应力计算见式（4-6）：δ=MPa(4-6)式中：F为缸内最大推力，D1为缸筒外径，d1为焊缝直径，η为焊接效率，取η=0.7，δb为焊条材料的抗拉强度，n为安全系数，取n=4。δ==13MPaMPa＞δ焊接强度可靠。缸盖采用外螺纹连接，如图4-4。图4-4缸盖连接方式螺纹处拉应力见式（4-7）：δ=N/mm2(4-7)螺纹处剪应力见式（4-8）：τ=N/mm2(4-8)式中：F为最大推力，D为内径，d0为纹外径，d螺纹使用M140×4普通螺纹，查手册d1=135.670mm。δ=12.45N/mm2τ=4.2N/mm2合成应力δn=14.42N/mm2许用应力见式（4-9）：δp=(4-9)式中：δs为缸筒材料的屈服极限35缸为320MPa，n0为安全系数，取n0=1.2～2.5。δp=320/2=160MPaδp＞δn螺纹强度满足规定。液压系统的原理及元件选择1.液压系统的原理图系统设计时共有15个液压缸，有3个液压缸作用是制动，其他分三组翻转机构，每次由两组完毕工作，由两位两通换向阀来完毕翻转提高液压缸的选择。液压系统原理由图4-5。图4-5液压系统原理为了方便理解液压系统各部分作用，用其以表格形式分析各部分作用，如表4-2。表4-2液压系统各部分作用序号名称作用1过滤器过滤掉液体中的杂质，减少油液污染，保证系统正常工作2液压泵向容积泵输入压力油，使泵转动，输出转矩，成为液压马达3,溢流阀控制系统压力基本恒定，实现限压，稳压或调压4,7,8换向阀控制油路的通与断，相称于开关5减速阀减少与稳定系统中磨一支路的油液压力6，9单向阀使油液只能延一个方向流动，不许反向倒流10调速阀使液压缸流量恒定，油液与共有压力保持不变，使变量泵与液压缸流量匹配11，12液压阀执行元件，使机构运动2.液压元件的选择根据系统的工作情况，将液压元件列入下表4-3。表4-3翻转提高机液压系统的元件型号序号元件名称额定压力MPa额定流量L/min型号规格说明1过滤器0.07160XU-A160X30FS通径为40mm2齿轮泵2.5125BB-B1251500r/min0.55KW3溢流阀25200BG-06通径为16mm4电液换向阀1618024DF3B-E16B通径为16mm5减压阀31.560DR6DP3-50通径为15mm69单向阀31.5175S20P通径为20mm7电磁换向阀168024DF3-E10B通径为10mm8电液换向阀281604WEH16G/10单向调速阀32100QA-H20通径为20mm1112液压缸//自行设计/表中所列的元件都是查机械设计手册，第四卷。机构电气控制系统设计1.控制规定(1)翻转电机规定可以正反转；(2)系统采用液压驱动；(3)液压泵由电机M4拖动；(4)翻转过程由三台翻转电机的任两台完毕，通过旋转开关选择电动机型号。翻转与液压泵电机的选择如表4-4电机名称型号额定电压额定电流额定转数翻转电机M1、M2、M3YZ160L-8380V18A705r/min液压泵电机M4Y801-4380V1.5A1390r/min2.电气控制线路设计(1)主回路设计设计开关SB2，控制电路启动，KM1和KM2实现正反向翻转，KM3控制液压泵电动机。系统设有三组电机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号电机尚有液压泵电机并设有熔断器保护电路FU2、FU3、FU4、FU5。(2)控制电路设计开关SB1控制电气的开关，开关SB3控制提高，开关SB4控制下降，开关SB5控制制动、SB6控制正转、SB7控制反转。(3)电机启动、制动回路设计电机的启动有两种方式，这里用直接启动的方法，另一种就是降压启动，与其相比，它更好的适应翻转电机启动转矩大，电流小的特点，启动条件也没有其他方式那样苛刻。在频繁启动时要有独立变压器供电，假如没有需要满足下面条件；（4-10），可直接启动电动机。(4)绘制电气原理图电器原理图见附图纸。3.电器元件的选择在电器控制中运用到很多元器件，例如电动机、组合开关、接触器、控制按钮、熔断器等……下面需要对其进行型号及规格数量的选择，如表4-4大型H钢翻转提高电气元件选择。表4-4大型H钢翻转提高机电器元件的选择符号名称型号规格数量M1、M2、M3异步电动机TZ160L-87.5KW380V705r/min3M4液压泵电动机Y801-40.55KW380V1390r/min1Q组合开关HZ5-60/10L02三极380V60A1KM1KM2KM4KM5、KM6交流接触器CJ0-20A额定电流20A线圈电压220V5KM3交流接触器CJ0-10A额定电流10A线圈电压220V1KR热继电器JR15-10/2热元件6号整定电流1.5A1FU1熔断器RL1-15380V熔断体2A1FU2、FU3、FU4熔断器RL1-60380V熔断体40A3FU5熔断器RL1-15380V熔断体5A1TC控制变压器BK-200200VA380V/220V1S旋转开关LS2-310A1ST1、ST2限位开关LX4A2SB1、SB5、控制按钮LA10红色2SB2、SB3、SB4、SB6、SB7控制按钮LA10黑色5表中所列元件均查自《常用供配电设备选型手册》第1卷。机构的系统工作过程由于每次工作用任意两个翻转架，现在只对ⅠⅡ号架组合的工作过程进行说明。工作过程如下：一方面，启动液压泵按开关SB2，这时KM3得电，将S转到1位置，这时ⅠⅡ号翻转架就启动了，通过液压图油路分析在这时，换向阀1YA移至左位，接通油路，KM4的使电后本来常闭开关KM4打开，将切断Ⅲ号翻转架电路。提高就按SB3，这样4YA得到电信号转化成液压油信号，换向阀4YA移到左位，使油通路，这样就开始了提高动作。假如松开SB3后这样4YA就失电，油液就不通，这样提高动作就停止了保持不动，正向翻转按SB6，KM1得电，电机正转，同时6YA失电，停止制动，这样H刚就开始翻转。反向翻转就按SB7，想停在某一位置按SB5，这样正反电机电路被断开，此时6YA得电，启动制动油液卸荷。假如需要使工件下降按SB4，这样5YA表4-5系统电磁铁动作过程液压泵提高下降正翻反翻KM1///+/KM2////+KM3+++++KM4+++++KM5/////1YA+++++2YA/////3YA/////4YA/+///5YA//+//6YA+++//本章小结本章对其机构的液压与电气进行了设计，先对液压系统中液压缸进行设计计算，同时设计出液压工作原理图，也对电气控制进行设计并选择合适的元件。最后进行对工作原理进行了拟定，明确的同时也完毕了本次课题的设计。三维模型的建立建立零件一方面打开Pro/E软件，建立一个新的零件图，选择其中某个基准面进行草图绘制，再通过拉伸使其形成零件图，见图5-1，图5-2，图5-3。图5-1文献对话框图5-2新建对话框图5-3拉伸对话框零件图的装配同样先是打开Pro/E软件，建立一个新的组件图，选择其中一个零件作为基准，再将其他部分的零件进行装配，并且需要添加相应的约束来保证模型的可运动性，可以见图5-4，5-5。图5-4新文献选项图5-5放置对话框接下来就该建立零件图，下图是图5-6积极轴，图5-7滑轮轴，图5-8空场链轮轴，图5-9大皮带轮，图5-10小皮带轮，图5-11链轮。图5-6滑轮轴图5-7链轮轴图5-8空场链轮轴图5-9大皮带轮图5-10小皮带轮图5-11链轮三维模型由于Pro/E软件在工业使用中较为普遍的，Pro/E为集中从刚开始对产品进行策划到产品的完毕，体现出先进化、自动化、参数化的系统软件，尚有着独立的数据库功能。同时也有强大的工业设计、三维建模设计、运动分析等在很多方面都有所应用。所以大型H钢的三维图如图5-12三维模型图本章小结本章重要针对Pro/E软件绘图进行了概述，从软件的打开建立草图，到拉伸来生成的各部分零件，选择出重要的零件进行装配，再通过约束成型完毕了最后的三维建模。结论现如今，我国经济与工业在飞速发展，同时H型钢的需求也不断的提高，为了满足供应市场，需要大量生产，同时就需要更高的生产效率取支撑。再设计大型H钢翻转提高机构目的，的就是为了解决人工很难翻转那些笨重且质量大的钢件，极大地提高生产效率。最近几年我国的钢型生产技术与水平离世界先进水平差距很小了，接下来需要提高的就是钢铁的纯净度与表面质量方便。在设计分析的时候需要考虑到机构的翻转形式和提高形式，各部分元件选择，如何互相配合才干使效率最高……得到的结论如下。1.对机构的翻转形式进行设计，选出了最合适的链式翻转，连接方式为片式关节链。链条所需要的节数为490节。考虑到链条润滑，润滑油牌号为L-AN46。V带轮材料都是采用HT150。轴也都是有45号钢铸造，H7/r6，尺寸公差m6，为了解决V带运动一段时时间后产生的啮合松弛变形的现象，特地加装张紧装置这里采用摆架式张紧装置。2.对于机构的提高形式进行设计，选择除了液压提高形式，看中的就是它的结构紧密，运营稳的特点。液压缸用双作用单活塞杆液压缸，缸盖都是由外螺纹连接。液压泵电机型号为Y801-4，转速1390m/min。最后对电气控制分析，转化到对液压油路的控制，最后转化为机构的提高正反翻转、下降、制动等一系列过程。它的出现将会解决人力难以难翻转提高的问题，增长生产力。由于时间的限制肯定存在很多局限性之处，希望各位对此多提意见。致谢一方面要感谢学校哈尔滨理工大学这些年对我的辛劳培养让我有这次机会完毕这次论文课题；大型H钢翻转提高机构。在大学这几年中我不仅学习到了专业知识，并且学到了很多做人、做事等一些道理。这次毕业论文设计总结是在丁明娜老师的帮助下完毕的，谢谢老师在我设计期间的关心和指导，从搜集资料、方案的比较选择与论证、再到计算画工程图等各个环节中碰到了很多困难都是她给予我鼓励与指引，是我有了方向来克服重重困难，使我可以最后顺利完毕论文写作工作。感谢与我并肩作战的舍友与同学们，感谢关心支持我的朋友，是你们的无私帮助我感受到学校的温暖，在我的论文写作过程中提供了很多信息与支持。为了梦想我们永不放弃，美好的时光总是短暂的，即将面临毕业，面对更大的天空进行下一阶段的考验，开始新一阶段的人生。总有一天我们都会怀念当初的时光，大学的美好。最后向审评本文的各位专家、老师致意！参考文献高峰，郭为忠，宋清玉等.重型制造装备国内外研究与开发[J].机械工程报.2023.46(19)：3-106李长江.大型轴承座翻转装置的虚拟样机设计[J].煤矿机械2023.29（4）：99-201L．P．Ellekilde，J．W．PerramToolCenterTrajectoryPlanningforIndustrialRobotManipulatorsUsingDynamicalSystemsTheInternationalJournalofRoboticsResearch，2023：128-136OrlovP.FundamentalsofMachineDesign.Moscow:MirPub.,2023.65-72王华清.大型工件翻转设备的设计与应用[J]，金属加工，2023，（1）：36-45吕志敏.可升降地下垃圾箱：中国：.2023-03-24王广林,杨超.一种新型地下力垃圾桶及其提高机构[J]机械工程师，2023（10）：66-67齐占庆.机床电气控制技术.第3版[J].机械工业出版社，2023：88-90全风淑.焊装线液压翻转机构运营平稳性分析及控制[M].汽车工艺与材料,2023：50-53张利平.液压阀原理、使用与维护.化学工业出版社[J]，2023：86-92蒋泉山.垂直线提高机构的设计研究.林业机械与木工设备，2023第2期：23-28王桂林.大型H钢翻转提高机控制系统设计[J].机床与液压，2023年第5期：33-36陈家能.型材翻面机翻面机构设计.重庆工业高等专科学校学报，2023年第4期：40-43纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社，2023：28-33SorsL.FatigueDesignofMachineComponents.Oxford:Pergamonpress,2023：66-71RajptuRK.ElementsofMechanicalEngineering.KatsonPubl.Hose,2023JYZhao，LZhao，HGDing，Analysisonelectrohydraulicspeedservocontrolschemesforantiexplosionhydraulichoisters：\o"《MeitanXuebao/journaloftheChinaCoalSociety》"MeitanXuebao/journaloftheChinaCoalSociety[J].附录AAstudyofauniversalNCprogramprocessorforaCNCsystemXinguiGuo&YadongLiu&KazuoYamazaki&KeizoKashihara&MakotoFujishimaReceived:7August2023/Accepted:16November2023/Publishedonline:4January2023#Springer-VerlagLondonLimited2023AbstractNCprogramprocessingplaysavitalroleinCNCmachining.ExistingCNCsystemssupportonlyCNCbuilder-specificNCprograminputandthislimitsthepotentialapplicationofmanyNCprogramsthathavethesamefunctionswithdifferentformats.InordertomanagethevarietyofNCprogramsavailable,auniversalNCprogramprocessorwasdevelopedthatcanacceptandprocessanykindofNCprogram.Thisprocessorconsistsoftwomaincomponents:thefirstisanNCdictionary,whichisgeneratedbyanNCspecificationdictionarygeneratorfromthecorrespondingNCspecification,andthesecondisaninterpretingengine,whichchecksthedifferentinputNCprogramsandgeneratescanonicalmachiningfunctionsintermsoftheNCspecificationdictionaryandthecanonicalmachiningfunctionlibrary.Finally,aprototypesystemisbuilttoevaluatetheproposeddesignfollowedbyasuccessfulcasestudy.KeywordsNCprogramprocessor,NCspecificationdictionary,Interpretingengine.Canonicalmachiningfunction.1.IntroductionInmoderncomputernumericalcontrolsystem,NCprogramprocessor(NCPP)isaveryimportantcomponent,whichcomesfromtheprocessofcomputeraidedmanufacturingsystempreciselysolvingtheprocessinggoal.AsshowninFigure1,themainfunctionsofNCPPincluderequirements,NCprograms,checkingsyntax,settingspecifications,orerrorcontrol.Inthenextcell,themobilecommandandthePLCcommandCoordinatorwillseparatelyassigntheseoutputsectionstothemotioncontrolprocessorandthelogicalcontrolprocessor.Fig.thefunctionofNCprogramprocessorin1bitNCsystem.Figure1.RoleofNCPPinaCNCsystemIncomputernumericalcontrolsystem,mostoftheNCprogramcanonlyhandleaparticularprocessorofNCprogramversion,therearesomanyversionsoftheNCprogramonthemarket,theyarenotcompatiblewitheachother,therefore,thedifferenceofNCprogrammakesthemachineuserssuffering.TheNCprograminstallationfromthesamesupplierthandifferentsuppliersinthemachineismoredifficulttodistinguish,especiallythosewhobuyfromthesamesupplierofdifferenttypesofCNCmachinetoolsisinstalledinthecomputerprogramcontrollerisdifferent.Theemergenceofthissituationstemsfromthefollowingfacts:Firstofall,althoughtherearesomeoldNCprogramstandardsonthemarket,theNCprogramstandardsinrealsensedonotexist.Sincetheinventionofcomputerprogramcontroltechnology,therearethreebasicstandardsonthemarket:RS274D(USA),ISO6983(ISO)andDIN66025(Europe).Onthecontrary,machinetoolsandcontroltechnologyhavebeengreatlydevelopedsincethen.ManyofthenewfeaturesandspecialcontrollersectionsarenotsupportedbytheNCstandardsthathavebeenaddedtothecomputerprogram.Second,differentcomputerprogramscontrolvendors,greatlyextendingtheirnumericalstandardstosuittheirownspecialfunctions.Atypicalexampleisthededicatedplug-infeatureaddedbyeachvendor.ThisstemsfromthedifficultyofexchangingNCindifferentcomputerprogramcontrolsystems.Therefore,evensomeusersmustprepareasetofNCprogramforeachNCmachinetool.TheyhavedifferentmodelsofCNCmachinesfromthesamesupplier.TheseCNCmachinesareequippedwithdifferentnumericalcontrolsystems.Thishappenseveninthesamecomputersystemsthathavejustgoneoutofdate.Ingeneral,olderNCprogramscannotbeeasilyappliedtonewsystems.Onesolutionistochangetheexistingprogramandreapplyittotheoldprogram.Therearetwowaystomodifytheprocessingprogram:manualprogrammingandautomaticprogramming.Formanualprogramming,itstilloccupiesmostoftheapplicationsinindustry,anditonlydependsontheexperienceofthetechnician.Suchprogrammingoftenrequiresexpertiseindifferenttypesofcomputernumericalcontrol,althoughproviders