毕业设计-卷扬式启闭机的设计说明书-2

理工学院毕业设计学生姓名：王长胜学号：10L0551018专业：机械设计制造及其自动化题目：卷扬式启闭机的设计指导教师：齐习娟（讲师）田跃刚(工程师)评阅教师：尹成湖（教授）2014年6月本科毕业设计第Ⅰ页共Ⅰ页目录1引言...................................................................11．1卷扬式启闭机的优缺点............................................11．2卷扬式启闭机的未来展望..........................................22结构的设计.............................................................33卷扬式启闭机的设计计算.................................................63．1电动机的选择....................................................63.1.1额定功率的计算.............................................63.1.2电动机的选择...............................................73．2钢丝绳的选择....................................................93．3卷筒装置的设计计算.............................................103.3.1卷筒的设计计算............................................113.3.2钢丝绳缠绕返回角及上极限偏角..............................123.3.3卷筒轴的设计计算..........................................143．4减速机的选择...................................................163．5制动器的选择...................................................173．6动滑轮组的设计计算.............................................203．7定滑轮组的设计计算.............................................213．8联轴器的选择...................................................223．9手摇机构的设计.................................................234设备维护..............................................................254．1钢丝绳的维护...................................................254．2制动器的维护...................................................25结束语...................................................................27致谢...................................................................29参考文献..............................................................30本科毕业设计第1页共30页1引言水利建设与人们的生活密切相关，同时保持结构决定了水利工程建设的安全运行。大型或重要的拦水建筑物损坏，将会造成重大的水利灾害。在公元前2900年以前，埃及人民就在尼罗河上搭建了一座高达15m、长约240m的拦水水坝。在我国，自春秋时期，就在黄河的下游部分沿岸修建拦水堤坝，经过世世代代的整修和加固，形成了长达1500千米的黄河大堤。公元前256年~251年前建造的，在今天使用的都江堰水利工程，用鱼嘴分水，沉积物释放洪水，飞沙堰引水，瓶型引水，是一种水灌溉工程的经典例子【1】。随着越来越多的水利工程的建设，水利工程机械也一步步的发展起来。古人大多是依靠建筑自身来解决引水、泄洪、排沙等。而现在大部分是人为控制水库蓄水、泄洪、引水的，这样更大化的利用了水资源，像三峡工程利用水资源进行发电，当然还有很多水能蓄电站。这样的建设离不开水利机械的支持。原来的拦水设备很多都是手动的，不仅费时又费力，而且很难在关键的时候进行控制，不能及时的躲过自然灾害。现在大多数的水利工程机械都是依靠电力驱动的机械设备，比如螺杆式启闭机、卷扬式启闭机、液压式启闭机等等都为水利工程做了很大的贡献。1．1卷扬式启闭机的优缺点卷扬式启闭机是一个发展比较早的一种水利机械，之所以它现在还没有被淘汰掉是它的连接方式现在还没有能取代的产品。现在很多人人为液压式启闭机能够将卷扬式启闭机代替，这样的看法是不全面的。液压式启闭机有它自己的优点，卷扬式启闭机也有他自己的优点，虽然目前来说还是液压式启闭机的优点要多一些，但是他有部分缺点正好是卷扬式启闭机的能够给予补充的。目前我国的卷扬式启闭机的启闭能力已经达到了启门能力6000kN、启闭高度30m，及启门能力4000kN、启闭高度120m，像这样的启闭能力是液压式启闭机所不能达到的。他们两个的关系有点像目前的机械式硬盘和固态硬盘之间的关系。保养维护及生产成本比较低。卷扬式启闭机由于结构比较简单，发生故障的概率也是比较低的，即使有问题也是比较直观的可以发现。因此，卷扬式启闭机的维护项目少本科毕业设计第2页共30页及零件的维修费用比较低【2】。对环境及安装的要求比较低。卷扬式启闭机不像液压式启闭机那样对环境的要求比较高，可以直接暴露在野外，不用像液压启闭机那样考虑液压油的污染问题。由于卷扬式启闭机和闸门之间的连接是软连接，可以和闸门之间存在比较小的一个夹角。螺杆式启闭机的安装以及液压式启闭机的安装都要比卷扬式启闭机的安装精密。不过卷扬式启闭机需要的土建工程所需要的费用比较高，它需要在闸门上方搭建出放置机器的平台。液压式启闭机可以不搭建闸门上方的平台，只要在闸门两侧留出安装位置就可以了。自动化程度低。目前对卷扬式启闭机困扰比较大的就是自动化程度，他不像液压式启闭机那样自动化程度比较高。比如液压式启闭机可以通过控制油压等相关的数据控制闸门的启闭速度及开度。闭门困难。这也是其一个缺点，但是在这方面大部分都已经通过闸门的选取，将这一缺点躲避过去。卷扬式启闭机由于是软连接，不能给闸门施加向下的一个压力，当遇到水压比较大的时候，容易造成闭门困难。螺杆式启闭机和液压式启闭机很少会存在这样的问题，他们可以通过对螺杆（或液压杆）施加力给闸门施加一个向下的压力，使其顺利关闭闸门【3】。1．2卷扬式启闭机的未来展望卷扬式启闭机的未来并不像很多人看来那样灰暗，他还是有属于它的未来的。卷扬式启闭机跟电梯大体是一样的，我们可以尝试将电梯上的一些控制系统装到我们现有的启闭机上，并将应有的一些传感器安装到一定的位置。由于不是电子专业的学生，对一些传感器还是不很了解，以后卷扬式启闭机的未来的发展方向应该将重点放到传感器上，当然机械方面也会找出应有的问题，再去进一步优化。让它成为实用、美观、价格便宜的一个水利机械产品【4】。本科毕业设计第3页共30页2结构的设计大部分卷扬式启闭机主要由钢丝绳、机架、电动机、制动器、开式齿轮、轴承座、减速机、卷筒装置、滑轮组等组成。工作时是通过电动机将动力传进减速机，经过减速机的减速，再由减速机输出轴带动开式小齿轮转动,由于开式大齿轮与卷筒相连接，所以由开式大小齿轮的啮合传动带动了卷筒转动,钢丝绳的一端固定在卷筒上,通过缠绕动滑轮、定滑轮及平衡滑轮组成一套传动链,通过钢丝绳在卷筒上的缠绕使动滑轮组做向上或向下的运动,从而实现闸门的开启和闭合。如图2-1所示。图2-1一般固定式卷扬式启闭机结构图而本次设计的闭式卷扬式启闭机主要由机架、钢丝绳、电动机、制动器、轴承座、减速机、卷筒装置、内外齿圈、滑轮组等组成,工作时通过电动机将动力传至减速机，经减速机减速后由减速机输出轴端齿轮与内齿圈啮合传动带动卷筒的转动,由于钢丝绳固定在卷筒上,通过缠绕动滑轮组、定滑轮组以及平衡滑轮组组成一套传动链,通过钢丝绳在卷筒上的缠绕使动滑轮组做向上或向下的运动,从而了实现闸门的开启和闭合【5】。如图2-2所示。本科毕业设计第4页共30页图2-2闭式卷扬式启闭机结构图通过对比不难看出图2-2的结构要比图2-1的结构更加简单，并且美观。其中这也使得启闭机的制造及维护费用都有所降低。而且这种启闭机由于没有开式齿轮，能够更好的运用到沙尘较多的地区。此次设计的参数是2×160kN，吊点距4500mm，所以采用双吊点启闭机。启闭机有左右两套卷扬装置，驱动形式采用双电机的装驱动方式，制动器设有工作制动器及安全制动器。考虑到野外作业会出现停电的现象，将安装手摇机构，以便不时之需。其结构原理图如图2-3。本科毕业设计第5页共30页图2-3卷扬式启闭机结构原理图1-卷筒装置；2-减速器；3-电机；4-制动器；5-手摇机构本科毕业设计第6页共30页3卷扬式启闭机的设计计算3．1电动机的选择电动机的选择要根据具体的需求选择不同型号，不同类型的。多数电动机的选择是根据电动机的额定功率进行选择的，从而得到电动机的轴径以及其他的相关参数。电动机分直流和交流电机两种。直流电机需要有直流电源，其供电比交流电机复杂，价格比较高，并且其维护比较复杂。所以在本次设计中选用了常用的三相交流电动机。交流电动机又有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以常规笼型异步电动机的应用是比较多的。Y系列的三相笼型异步电动机属于普通用途的全密闭式自扇冷电动机，其构造比较简单，并且运行可靠稳定、价格又比较便宜、维护起来方便,运用相关的机械在非腐蚀性气体，在没有特殊的要求。由于本次设计的电动机有一端要与减速器连接，还有一端与另一电动机的一端相连接，所以我们需要的电动机是有两端输出轴的【6】。3.1.1额定功率的计算电动机的额定功率选择合适与否，对电动机的工作效率和经济性都有重要的影响。例如功率小于工作所需要的要求，就不能保证传动链的正常运行，或者使电动机长时间处于超负荷状态运行从而过早的损坏；如果选择功率过大那么电动机价格就比较高，多余的功率又不能被设备充分的利用，由于长期不满载的运行，工作效率和功率因数都比较低，同时增加了电能的消耗，会造成很大的资源浪费。在本次设计中，通过对工作状况的分析，了解到工作时的载荷的有一定的变化范围，但不是长时间运转的。只要选择短时间运行能达到所要求的功率就可以。由于本次设计所需的启闭能力要达到2×160KN，启闭速度1.149m/min则工作所需的工作功率Pa=QV=2×160×1.149／60=6.128kW传动装置总的传动效率应为组成传动装置的各个环节运动副效率的乘积，即n321其中1、2、3···n分别为每对运动传动副（齿轮或链等）的效率、每对轴承的本科毕业设计第7页共30页相率、每个联轴器的效率。根据分析其传动结构，其传动的总效率为26432261498.099.097.0800.0其中；1为齿轮传动效率1=0.97；2为轴承的传动效率2＝0.99；3为所有联轴器传动效率3=0.98；电动机所需的功率66.7800.0128.6adPPkW由于本次设计是双驱动电机，所以每台电动机所需要的工