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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 钢丝绳清洗装置介绍钢丝绳清洗装置是对钢丝绳进行清洗、浸油等操作，在钢丝绳进行架线工作之后，钢丝绳的表面以及股间缝隙中夹藏有很多尘土或污垢，为延长钢丝绳的寿命，需要对钢丝绳进行清洗和扫垢工作。钢丝绳的清洗工作是指绳盘固定在张力机上，在牵引机和张力机分别提供牵引力和张紧力的情况下对钢丝绳进行张紧，钢丝绳在这两台机器之间经过清洗池和油槽，然后将钢丝绳卷绕在牵引机的绳盘上。钢丝绳的清洗装置工作环境比较恶劣，所以在设计清洗装置各个部分结构时，应尽量不用齿轮传动、蜗杆传动等精密传动，而选择使用带传动、链传动等能够工作在恶劣的环境中的传动形式，从而保证整个清洗装置的寿命。1.
2、2 张力机简介张力机是在整个清洗装置中作为一个放线机构，并且能够起到张紧钢丝绳的作用。既钢丝绳通过张力机进行展放时，为使得导线产生一个张力而使其脱离地面，需要在导线上施加一个与钢丝绳放线方向相反的力，而这个相反的力需要有张力控制装置通过钢丝绳放线机构产生一个阻力距并从而产生张力来实现。目前，国内张力机的种类有很多，随着制造业的发展，张力机的各种形式也随之产生。很多生产厂商通过改变张力机的张力控制装置来实现张力机的改进。国内外关于钢丝绳清洗装置的张力机并不是很多，只是由原始的形式来实现，而且工作环境较为糟糕。相对应的是用于架空线路输电的张力机却发展的较为成熟。几乎所有的高空架线张力机都是由液压驱
3、动形式来实现，那是因为高空架线用张力机的驱动功率很大，电机无法实现。除此之外，张力机的种类有很多，有机械摩擦制动张力机、电磁制动张力机、空气压缩制动张力机。液压制动张力机能够无极控制放线张力的大小，产生的张力较为稳定，受放线速度的影响较小，但重量大，维护检修技术要求较高，还容易发生漏油等现象。机械摩擦制动张力机是直接在张力机放线机构上施加机械摩擦阻力距得到张力，这种形式的张力机摩擦较为严重，产生的摩擦热很大。空气压缩制动张力机噪音大，张力不平稳，制动功率也很小，很少使用。张力机的张力产生和控制装置是张力机最重要的一部分，选择不同的张力控制装置，张力机的结构差别就很大，所以张力机的形式取决于张力
4、产生装置形式的不同。1.3 本设计钢丝绳清洗装置张力机简介钢丝绳清洗装置张力机是清洗装置中产生张力的部分，它直接决定钢丝绳能否脱离地面，保证钢丝绳与地面、跨越物之间有一定的距离。张力机在放线过程中，通过在卷筒上产生制动阻力距，使得在钢丝绳的清洗过程中保证钢丝绳有一定程度的张紧被牵引机进行牵引卷绕。张力机产生张力过大，钢丝绳内部应力就会过大，造成钢丝绳的破坏。而若钢丝绳的张力太小，就不能将钢丝绳拖起。所以需要将钢丝绳的张力控制在一定范围内，而张力的控制需要用张力机的张力产生和控制装置来实现。张力产生和控制装置作为整个张力机的核心，它通过磁粉制动器在放线机构上产生阻力距来制动放线机构。对于本次设计
5、的张力机主要由放线机构、减速器、磁粉制动器、电机、电器控制装置、带传动、链传动等组成。放线机构主要是卷筒部分，由于受力不大，故对卷筒要求不高，采用摩芯式结构，卷筒表面加工成抛物线曲面，既中间小，向两端逐渐增大。减速器和磁粉制动器均采用外购件，根据功率、转矩和各种结构尺寸来选择电机、减速器、磁粉制动器。根据清洗时钢丝绳的速度与所选择电机的速度确定出总共的传动比，然后由带传动、链传动和减速器的传动比要求分配各级传动比。张力机的工作环境比较恶劣，所以对张力机的各种零部件的精密度要求不高，只要能在钢丝绳的清洗过程中能够承受1600-kg的绳盘和2000N左右的张力即可。2 张力机设计方案确定2.1 选
6、题背景2.1.1. 背景目前，国内市场上大多采用机械摩擦式张力机，由于该张力机摩擦、磨损较为严重，而产生的热量又无法进行利用，故很多张力机器都闲置不用。国外对于张力机器的研究也是在此基础上进行改造，这样既节约了资金，提高设备的利用率，又能够在一定程度上缓解了所需张力机紧张的局面，取得了较好的经济效益和社会效益，并且积累了张力机器改造的经验，为以后张力机的设计和改造奠定了一定的理论和实践基础。2.1.2 选题的目的和意义张力架线就是在高压空送架线工程中，采用一套机械设备，使导线在一定的张力情况下展放。而现在我们所见到的张力机器则是由液压驱动的滚轮式张力机，这种机器虽然能够实现张力架线这种功能，但
7、液压驱动能够产生很大张力，而清洗钢丝绳并不需要如此大的张力，造成浪费。通过本次毕业设计，将控制、机械制图、机械制造及机械设计等在大学四年中所学的知识贯穿起来，进一步将自己所学到的专业知识应用到实际产品中。通过这次毕业设计，能够发现自己的欠缺点，并能够了解作为一名设计人员应具备的素质。 2.2 设计内容2.2.1设计内容研究张力机包含张力控制装置、放线机构、机械传动部分、制动器和机架等，我们所进行的设计包括上述几个部分。1：张力产生和控制装置张力产生于控制装置是张力机较关键的部分，是产生阻力距并进而产生张力的装置。2：放线机构放线机构是张力机的工作机构，导线是通过它展放的。目前的放线机构有双摩擦
8、放线卷筒、单槽大包角双摩擦轮、滑动槽链、多轮滚压式或履带压延式、导线轴架和最原始的木质磨芯式卷筒等形式。对于本次张力机的设计是采用铸铁摩芯式卷筒。3：机械主传动组成张力产生装置上产生的阻力距，是通过机械传动部分传递到放线机构上。该设计方案中机械传动有带传动、链传动、减速机构等。4：制动器同一般机械系统上的制动器作用相同，临时停机时保证放线机构不传动。5：机架及辅助设备机架有很多种形式，由于该方案设计的张力机是用于钢丝绳清洗时而用，是在厂房进行操作，故可以设计为固定式的，既台架式机架。2.2.2 设计参数主要参数有: 1.钢丝绳速度：V=1500-2000m/h2.单盘重量：1000-1600k
9、g3.绳盘尺寸：1400（外径） X 420（内径） X 560（宽度）mm4.需要张力：15002000 N2.2.3 张力机设计方案伴随着经济的发展，我们对各项需求增加，对产品的功能、特性追求最佳设计。再设计该产品时，首先查阅有关张力机的书籍、期刊、论文、设计手册和设备技术参数。通过了解这些知识，对国内外张力机的发展、张力机的制造技术、研究水平和发展趋势具体了解之后，再通过实习进行感性了解之后，开始构思张力机的设计。对于张力机的设计而言，我们要实现其功能有很多种方式。设计张力机时必定要选择一种能够实现所需要的功能、性能较为可靠、整体尺寸小、成本低廉的方法。电磁制动张力机是利用电磁感应在转盘
10、上产生涡流，使放线机构上产生阻力距。电磁制动张力机结构简单，噪声小，没有独立的风扇冷却系统，采用电气控制，操作方便，也易实现自动控制和集中控制。但也有缺点，需要有电源、低速性能差，但电源用量较小，在电源异常情况下，可采用蓄电池来代替电源。电磁制动张力机结构图如下图：图1 电磁制动张力机示意图1-放线机构 2-增速器 3-涡流制动装置 4-制动器5-电气控制装置 6-电源 7-电动机 8-链传动电磁制动张力机的设计主要有以下几个部分：机架，是用于支撑上述所有部件的机构，它的设计只要是遵循设计学原理和人机功能学原理即可。其高度有卷筒的直径来决定，与牵引机和清洗槽的高度有关系。张力产生和控制装置，实
11、现张力产生的方法有很多，而我们所进行的设计是从多种实现方法中选择一种最佳的方法，我们所选择的是电磁制动。结构原理图如下图所示：图2：电磁制动装置结构图1-励磁绕组 2-静子铁芯 3-电枢 4-风扇放线机构，其主要参数是卷筒直径和卷筒长度，一般是根据钢丝绳的直径来确定。机械主传动部分，包括带传动、链传动、减速机构。链传动的设计要遵循机械设计上所学的知识，设计链传动的齿数、节距、链接数、链轮直径等；减速机构可在市场上直接购买，一般有链传动减速装置和齿轮减速器。由于我们所设计的张力机在减速器这一轴上的速度还较高，而链传动增速装置不宜于用在高速轴上，故要选择齿轮减速器。制动器，这一部分并不需要进行制动
12、器内部元件的设计，而是直接购买过来进行其位置的设计。采用的是磁粉制动器，安装在增速后的轴上。如下图：图3：制动器3 张力机机械结构设计张力机机械结构的总体设计要遵循实用性原则、经济型原则、人机工程学原则、美学原则和工艺原则。运用所学的知识进行原理功能分析，既要实现这种功能需要哪些机构部件。根据所设计的原理进行传动部分、连接部分和轴系部分的设计。然后选择各个零部件的材料，将各个部分进行校核计算。这一部分的设计就是将理论知识和原理转换为实物，最终完成张力机的整体设计。3.1 张力机总体设计根据张力机设计所给定的参数进行总体结构设计，钢丝绳的线速度为1500-2000m/h，单盘重量为1000-16
13、00kg，绳盘尺寸为1400（外径）420（内径） 560（宽度）mm，需要张力：15002000 N。由于运动和动力都是由电机所传递的，故先根据张力和钢丝绳的线速度计算功率，由功率选择电机。然后由电机的速度与钢丝绳的线速度确定整个张力机系统的传动比。3.1.1 电机的选择由于规定张力机所能够应用的钢丝绳的直径d最大为28mm，卷筒直径D=40d-100 (3.1) =4028-100=1020(mm) 由于 n=v/(d) (3.2) =2000/(1.0260) =10.4(r/min) 已知卷筒与绳盘之间的力为1400N，有摩擦力公式f=F*e,n是在卷筒上的缠绕圈数，由于使用的是摩芯式
14、卷筒，摩芯式卷筒规定缠绕圈数一般在3-4圈，故取n=3;u是摩擦系数，对于卷筒来讲，所选用的卷筒材料是HT150，要求机加工时加工精度高,故摩擦系数较小点，取u=0.1。 F=fe (3.3) =1400e 3600(N)因为张力为3600N,钢丝绳速度为2000m/h, P=FV (3.4) =36002000/3600=2(KW)由于卷筒部分功率为1.1KW，这个效率是由电机经过摩擦损耗而剩余的。由卷筒效率是0.96，链传动效率是0.96，减速器效率是0.97，带传动效率是0.96，联轴器效率为0.99。 P= （3.5） =2/(0.960.960.970.960.99) =2.35（KW） 由此选择电机功率为3KW，由于对电机的要求不高，所以选择普通的Y系列三相异步电机即可，根据机械设计手册表12-1，选择Y132-S型号，该型号电机的额定功率是3kw,转速是1000r/min。3.1.2 各轴转速的计算有上述计算电动机转速为1000r/min，卷筒转速为15r/min，所以张力机总系统的传动比是66。根
