机电系毕业设计综述

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1、山东科技大学泰山科技学院毕业论文 1 摘摘 要要 随着石油、天然气等便于管道运输的能源在国家经济中的作用不断扩 大，作为重要管道施工机械的吊管机越来越受到重视。 履带式吊管机作为一种工程机械，在水利电力、石油化工企业管道工 程建设中得到了广泛的使用。履带式吊管机以柴油发动机为原动力驱动液 压泵，将柴油燃烧产生的热能转换为液压油的液压能，推动液压平衡机构 外移，驱动液压马达卷扬机系统实现起吊管子的功能。履带式吊管机采用 液压系统后，其工作性能得到了很大的提高。 众所周知，液压传动比机械传动的效率低，液压油外泄漏会污染环境， 内泄漏降低传动效率。由于液压元件加工精度要求高，导致液压系统成本 高。履

2、带式吊管机起吊物体的性能，主要取决于履带式吊管机的抗倾覆稳 定性。履带式吊管机液压平衡结构不仅关系到抗倾覆稳定性，而且还在很 大程度上决定履带式吊管机的能源消耗、生产成本和性能价格比。从节省 石油能源，降低环境污染、降低生产成本的观点来重新审视以液压驱动的 履带式吊管机，将不再是完善和经济的方案。能否以其他的驱动方式驱动 履带式吊管机实现起吊管子的功能，是一个节省能源、降低环境污染，具 有较高经济效益的值得探索的课题。本文结合“电动起吊履带式吊管机”的 创新设计，对这个课题进行了积极的探索。 关键词关键词：吊管机；管道；卷扬机 山东科技大学泰山科技学院毕业论文 2 目录目录 摘摘 要要.1 第

3、一章第一章: :绪绪 论论.3 1.1 管道铺设设备在当今社会中的重要性.3 1.2 吊管机的国内外发展.4 1.3 吊管机现状.5 1.4 吊管机分类.5 1.5 有关吊管机及其重要组成部分的设计.5 第二章第二章: :吊管机各部分结构组成吊管机各部分结构组成.6 2.1 卷扬机.7 2.2 吊架（起重臂）.7 2.3 起重钩.7 2.4 平衡块.7 第三章第三章: : 吊管机起升、变幅机构的设计吊管机起升、变幅机构的设计.8 3.1 起升机构的设计.8 3.1.1 钢丝绳.8 3.2 滑轮组的设计.10 3.3 吊管机变幅机构的设计.14 第四章第四章: : 配重系统相关设计配重系统相关设

4、计.16 4. 1 配重系统布置方案.16 4.2 液压缸的选择.20 4.3 配重质量的计算.21 第五章：第五章： 电动式履带式吊管机电动式履带式吊管机.23 第六章：卷扬机相关设计第六章：卷扬机相关设计.24 6.1 起升机构.24 6.2 电动机选择.36 6.3 减速器的设计计算.37 6.4 制动器，联轴器的选择.47 参考文献参考文献.49 致谢致谢.50 山东科技大学泰山科技学院毕业论文 3 第一章:绪 论 1.1 管道铺设设备在当今社会中的重要性 众所周知，能源对现代社会的发展起着决定性的作用，它是工业的命 脉，人民幸福生活的保障，社会发展的原动力。尤其在我国现阶段，工农 业

5、高速发展，人民生活水平迅速提高，对能源的需求呈高速增长趋势。改 革开放以来，我国能源工业发展迅速，但结构很不合理，煤炭在一次能源 生产和消费中的比重均高达 72%。大量燃煤使大气环境不断恶化，如上海 市每年酸雨发生率为 11%，浙江的杭州等土要城市甚至高达 50%。东部脆 弱的生态环境已不堪煤炭的高排放、高污染，发展清洁能源、调整能源结 构迫在眉睫。从国际上其他国家的经验来看，石油和天然气是两种较为清 洁的能源。但是近十年来中国原油消费量按年均近百分之六的速度增加， 中国在 80 年代末还是欧佩克石油输出国组织成员国之外最人的石油出口 国。仅仅 10 年之后，中国己经显出将要成为世界主要石油进

6、口国的趋势。 目前中国二几分之一的石油依靠进口，我国去年净进口石油 6000 万吨， 国内石油产量已不能满足国民经济发展的需求，作为清洁能源的天然气进 入了人们的视野。己探明的我国大然气资源储量超过 38 万亿立方米，人 规模开发的前景看好，可以“以气补油” 。目前，天然气在我国一次能源 构成中的比重很低，不到 3%，而世界平均水平己达 23%。我国西部地区 蕴藏着 22.4 万亿立方米天然气资源，约占全国陆上天然气资源总量的 59%。相比之下，我国东部地区能源紧缺，如长江三角洲地区目前 85%以 上的能源需从外地调入。近年来，塔里木、柴达木、陕甘宁和川渝等四大 盆地天然气勘探取得突破性进展，

7、其开发利用问题亟待解决。天然气工业 若要取得发展，气田开发、管道建设和用气项目应该同步进行，其中，管 道建设又是连接上下游的中间环节，不可或缺。 “西气东输”等大型管道施工项目的上马，对管道建设的质量以及速 山东科技大学泰山科技学院毕业论文 4 度都比以往推出了更高的要求。这些工程的工作场合多在环境极其恶劣的 地区，对施工机械化水平有着很高的要求，一般的通用建筑设备已经不能 适应。专门的管道施工机械，如吊车、吊管机等，由于能够很好地适应恶 劣的丁几作环境，且在专门的管道作业时，较通用机械设备有着更高的工 作效率，已成为管道铺设工程单位的首选，在当当今管道施工中发挥着重 大作用。 1.2 吊管机

8、的国内外发展 国内外吊管机的产品状况国外生产吊管机的厂家主要有美国的卡特彼 勒公司，日本的小松公司、德国的利勃海尔公司和波兰的德莱塞塔公司。 国内生产吊管机的厂家主要有山推工程机械股份有限公司、长春工程机械 厂和泰安泰山工程机械有限公司小松公司的吊管机卷扬系统为机械传 动液压控制，具有性能可靠，操纵方使的特点，且低温适应性强，在前 苏联石油天然气管道建设中得到大量的应用我国专业生产吊管机起步较 晚，20 世纪 70 年代仅长春工程机械厂一家生产小吨位吊管机，90 年代 末泰安泰山工程机械厂开始用推土机底盘改装生产中小吨位吊管机。山推 工程机械股份有限公司近期研制的新型吊管机采用电液控制已获得成

9、功， 并且其电液控制技术已开始作 DG7o , DG45 吊管机上应用，其技术性能 达到国际先进水平。 液压传动的卷扬系统是根据吊管机要求选用液压元件和卷扬机组成的， 优点是体积小，便于布置，制造比较容易缺点是可靠性、寿命相对较差。 由于不同厂家选择的液压系统和液压元件是不相同的，因此，采用液压卷 扬系统的吊管机性能差别也比较大。我国早期使用的吊管机大部分是卡特 彼勒和小松公司生产的，卡特彼勒产品为 56lG 和 571G ，该种机型采用 D6D 和 D7G 国内外吊管机的产品状况国外生产吊管机的）一家主要有美 国的卡特彼勒公司，日本的小松公司、德国的利勃海尔公司和波兰的德莱 山东科技大学泰山

10、科技学院毕业论文 5 塞塔公司。国内生产吊管机的厂家主要有山推工程机械股份有限公司、长 春工程机械厂和泰安泰山工程机械有限公司。 1.3 吊管机现状 国产汽车吊管机基本上可满足管线装卸需要，但所需吊管机的大部分 却依赖进口，这就是我国管道施工机械的现状。国外的大型工程机械生产 公司，如美国的卡特彼勒、日本的小松、德国的利勃海尔等都有系列产品。 近年来国内也己开始生产吊管机，山推工程机械股份公司作为我国推土机 行业的骨干，在吊管机产品上精细、宏大、且高起点的投人，结束了我国 小规模、作坊式生产吊管机的历史。徐州工程机械集团、泰山工程机械制 造有限公司等也己开始生产，但其机械质量、性能、吊重等还远

11、远不能满 足管道建设需要，因吊管机的研究开发仍是管道工程机械的重中之重一。 1.4 吊管机分类 按照不同分类，可将吊管机分为以下几类 1 按照动力来源：分为内燃机动力吊管机、电动力吊管机。 2 按照控制机构：分为全液压吊管机、液压吊管机。 3 按照吊臂动力来源：分为轴动力吊管机、电力吊管机。 1.5 有关吊管机及其重要组成部分的设计 本文结合“电动起吊履带式吊管机”的创新设计，以 DGSY-25 型吊 管机为基础对这个课题进行了积极的探索。 山东科技大学泰山科技学院毕业论文 6 第二章:吊管机各部分结构组成 吊管机是以一台履带式拖拉机为基础的起重机。它由履带式拖拉机、 卷扬机、A 型吊架（起重

12、臂） 、配重和一系列滑轮组等组成，如图（2-1） 图 2-1 山东科技大学泰山科技学院毕业论文 7 2.1 卷扬机 它是双筒组成的，其构造与一般双筒卷扬机结构原理相似。动力由拖 拉机发动机输出，通过拖拉机变速箱输出轴传至卷扬机减速传动箱，传动 箱和卷扬机离合器结合，操纵离合器分合可使卷扬机启动或者停止。整个 卷扬机安装在拖拉机机架的右边。 卷扬机上的两个卷筒：一个是起重吊架变幅滑轮组卷筒，一个是起重 钩滑轮组卷筒。前者钢索一头固定在卷筒上，另一自由端穿过下滑轮组 （固定在卷扬机上）与（用销轴固定在吊架顶部的）上滑轮组联系。这样 转动卷扬机收放筒上钢索使吊架可以变幅。同样后者的卷筒式专用来收放

13、吊钩钢索的。 2.2 吊架（起重臂） 吊架呈“A”字型，用工字钢焊接而成。下部叉脚用销轴铰连在机架 左边的耳座上，采用这样结构的目的是可使吊架能上、下变幅，但不能回 转。它是以拖拉机本身的转向机构来回转换的。 2.3 起重钩 起重钩的钢索的一端固定在卷筒上，另一自由端先穿绕过挂在“A” 形吊架的滑轮组与下端动滑轮的起重钩连接，收放卷筒钢索可使起重钩升 降。 2.4 平衡块 平衡块用铸铁铸成，固定在机架右边的杠杆式起落悬挂架上，平衡块 由液压油缸控制。升降液压油缸可是平衡块改变吊管机的重心，使吊管机 在起重或者辅助铺设管子时保持其机身的稳定性。 山东科技大学泰山科技学院毕业论文 8 第三章: 吊

14、管机起升、变幅机构的设计 3.1 起升机构的设计 起升机构由吊钩取物装置、滑轮组、导向装置、卷扬机、液压驱动马 达等组成。导向装置、卷扬机、液压驱动马达都布置在吊管机右侧的台车 架上。台车架与机架刚性联接，台车架下为横梁，横梁下部与吊管机底盘 焊接，增加了台车架的强度和机体刚度。 起升机构由液压泵驱动液压马达通过二级圆柱齿轮减速器减速后驱动 卷扬机卷筒，带动钢丝绳，绕过导向装置，从而实现吊钩的上升和下降。 3.1.1 钢丝绳 钢丝绳是由抗拉强度为(l.42.0) KN/mm2 的多根钢丝编绕而成。由于 钢丝绳具有强度高、自重轻、柔性好、极少骤然断裂等优点，而成为起重 机的重要零件之一。在起升机

15、构和变幅机构中用作承载绳，在运行机构和 回转机构中用做牵引绳，有时还用来捆扎货物。 钢丝绳经常是与滑轮和卷筒配套使用，所以钢丝绳在工作时总是要进 出滑轮槽和卷筒槽。这时，钢丝上的受力是相当复杂的，拉力、弯曲、挤 压和扭转同时存在。生产实践表明，钢丝绳的破坏，首先表现在外层钢丝 的断裂，主要原因是由于反复弯曲和反复磨损造成的金属疲劳所致。随着 断丝数的增多，破坏的速度加快，达到一定限度后，若再继续使用，将会 引起整跟钢丝绳完全断裂，酿成事故。 钢丝绳的寿命规定为从投入使用至报废时的使用期限。现行的报废标 准，主要由每一节距内的断丝总数决定，断丝总数与钢丝绳的构造和设计 时所选用的安全系数有关。

16、计算滑轮组的系统效率 山东科技大学泰山科技学院毕业论文 9 采用倍率 Iz=6 的单联滑轮组，钢丝绳绕入卷筒的分支，中间经过三个 导向滑轮，根据滑轮组倍率和轴承型式(滚动轴承)， 得滑轮组的效率 1=0,96，导向滑轮的效率为 2=0.980.980.98=0.941，因此滑轮组的 总效率为 =0.960.941=0.904 计算钢丝绳绕入卷筒分支的最大静拉力 Smax 最大额定起升载荷时绕入卷筒的钢丝绳最大静拉力为: 式（2.1） 吊具重量估算为 )(6125 Nq 将已知数据代入上式得 )(46299 max NS 选择钢丝绳型式和确定直径 d 钢丝绳型式的选择:采用多层股线接触式钢丝绳，机构工作级别 M4， 抗拉强度 177OMpa，金属丝绳芯，光面。 按钢丝绳所在级别有关安全系数选择钢丝绳直径，所限钢丝绳的破断 拉力应满足式: 式（2.2） F所选钢丝绳的破断拉力; S 一钢丝绳最大工作静拉力; n 一钢丝绳最小安全系数 根据求得的最大静摩擦力 Smax 值，确定钢丝绳直径 d。 式（2.3） 因为 Smax=462