塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設(shè)計,塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設(shè)計,縱向,焊縫,焊接,升降,平臺,設(shè)計 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設(shè)計 要求完成時間 2011-6-18 論文（設(shè)計）內(nèi)容（需明確列出研究的問題）： 風(fēng)力發(fā)電機塔筒的制造是在鋼板卷筒后采用埋弧自動焊完成縱向焊縫的焊接。設(shè)計一種焊接施工平臺，滿足風(fēng)力發(fā)電機塔筒縱向焊縫的焊接施工需要。應(yīng)滿足的要求：①可完成長度的塔筒的焊接；②具有垂直升降功能，可滿足直徑為的塔筒的焊接需要；③所占據(jù)的空間較??；④工作平穩(wěn)，性能可靠，操作安全方便。 需解決的問題有： ①總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； ②傳動系統(tǒng)設(shè)計； ③垂直升降系統(tǒng)設(shè)計； ④平臺、支架等的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 資料、數(shù)據(jù)、技術(shù)水平等方面的要求： 說明書要求內(nèi)容充實，文字?jǐn)⑹鰲l理清楚、重點突出。專業(yè)術(shù)語、計量單位、圖表格式、文字書寫以及引用文獻，均應(yīng)按正式出版物要求來表述。說明書應(yīng)按要求格式打印，篇幅在8000字左右。 設(shè)計計算方法正確，數(shù)據(jù)來源可靠。相關(guān)分析計算要完整、結(jié)果正確。圖表資料要完整、正確。 要求用CAD繪制出總裝圖和零件圖，繪圖應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院 本科生畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 題目： 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設(shè)計 姓名： 學(xué)號： 年級： 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師：姓名 呂寶君 職稱 副教授 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院教務(wù)部 二0一0年十一月八日 說 明 一、開題報告前的準(zhǔn)備 1．確定畢業(yè)論文(設(shè)計)題目。 2．與指導(dǎo)教師一起討論，制定畢業(yè)論文(設(shè)計)的工作計劃。 3、根據(jù)計劃需要查閱、收集資料并確定撰寫提綱，提綱一般有以下幾部分構(gòu)成： ⑴ 論文(設(shè)計)的目的與意義。 ⑵ 國內(nèi)外同類論文(設(shè)計)的概況綜述。 ⑶ 論文(設(shè)計)的主要內(nèi)容。 ⑷ 論文(設(shè)計)方法。 ⑸ 論文(設(shè)計)實施計劃。 二、開題報告 1．開題報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進行，并按規(guī)定時間完成。 2．本報告一式三份，學(xué)生本人、指導(dǎo)教師、所在系各一份。 三、注意事項 1．開題報告應(yīng)由學(xué)生在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成。 2、無開題報告的畢業(yè)論文(設(shè)計)不的參加評審。 3、本表要用計算機填寫，A4紙張打印，簽字要手寫。 一、選題依據(jù)(擬開展研究項目的研究目的、意義等) 本課題涉及風(fēng)力發(fā)電機塔筒縱向焊縫焊接升降平臺的設(shè)計問題，課題來源于青島平成鋼結(jié)構(gòu)有限公司。風(fēng)力發(fā)電機的塔筒為圓筒形焊接結(jié)構(gòu)，是在鋼板卷筒后采用埋弧自動焊完成縱向焊縫的焊接，然后用環(huán)縫埋弧自動焊對接組合成不同長度的塔筒。在縱向焊縫的焊接過程中，由于焊件結(jié)構(gòu)的特殊性，需采用平臺裝置進行焊接。 課題要求設(shè)計出一種在焊接風(fēng)力發(fā)電機塔筒縱向焊縫時所使用的升降平臺。所設(shè)計的縱縫焊接用升降平臺，可以實現(xiàn)垂直移動，能夠滿足直徑、長度范圍內(nèi)各種尺寸規(guī)格塔筒的焊接施工要求，生產(chǎn)出不同尺寸要求的風(fēng)塔塔筒，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。 本課題的完成對保證塔筒的焊接質(zhì)量要求、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益等都具有十分重要的意義。 二、文獻綜述內(nèi)容(在充分收集研究主題相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出問題，找到研究主題的切入點，附主要參考文獻) 風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為世界各國重點發(fā)展的能源之一，風(fēng)力發(fā)電機的制造業(yè)也隨之成為新興的制造產(chǎn)業(yè)[1]。風(fēng)力發(fā)電自1997年以來每年以30％的速度增長。據(jù)歐洲風(fēng)力發(fā)電協(xié)會預(yù)計，到2010年，全球風(fēng)能發(fā)電將達到23萬MW，全球?qū)⒂?億戶人家能用上風(fēng)力轉(zhuǎn)化的電能。因此，有大批的風(fēng)力發(fā)電塔架(簡稱風(fēng)塔)需要制造[2]。 文獻[2]中介紹了風(fēng)力發(fā)電塔的焊接工藝設(shè)計，指出了焊接工藝設(shè)計必須以簡潔、實用、可靠為原則，并具有良好的可操作性，才能保證施工順利進行及產(chǎn)品焊接質(zhì)量。文獻[3]中介紹了FL1500型風(fēng)機塔筒的構(gòu)成和制造技術(shù)以及檢測方法、涂裝要領(lǐng)等,該技術(shù)對其他塔筒和類似結(jié)構(gòu)件的制造具有指導(dǎo)和參考價值。 韓學(xué)成等[4]設(shè)計了一種機械式縱縫焊接升降平臺，由“T”形焊接平臺、方形立柱、橫梁箱組成，動力系統(tǒng)放置在方形立柱內(nèi)。“T”形焊接平臺實現(xiàn)升降時，錐形轉(zhuǎn)子制動電機帶動蝸輪蝸桿減速機，減速機帶動卷筒卷繞鋼絲繩，鋼絲繩通過滑輪組實現(xiàn)對平臺的升降。 王宏武等[5]報道了一種采用垂直絲杠傳動的機械式升降平臺，其左右兩個門架通過承重定滑輪將配重及升降臺雙層桁架本體掛起，并懸吊四角分布的4根垂直絲杠,通過絲杠螺母與雙層桁架體相聯(lián)。采用配重式結(jié)構(gòu)配平雙層桁架自身重量，盡量減小對驅(qū)動機的功率要求，降低整套傳動部件的成本。張宇[6]提出了一種新的絲杠傳動的機械式升降平臺設(shè)計方案，具有較為優(yōu)越的行程放大比和較小的起升角，縮小了結(jié)構(gòu)尺寸，具有小型輕便的特點，起動力較小，能準(zhǔn)確的定位，并具有良好的自鎖性能。 甘銳等[7]設(shè)計了一種液壓升降機。平臺上升時,其速度可用調(diào)速器設(shè)定，因調(diào)速器的速度負(fù)載特性較好,因而確保了上升的平穩(wěn)性和安全性。設(shè)計還采用了液壓單向閥的鎖緊回路，當(dāng)換向閥處于中位時，其H型的中位機既能使泵在不停機的狀態(tài)下卸載來減少功率消耗，又能使液控單向閥的控制油口接油箱，這樣可以利用液壓鎖的良好密封性能阻止立式液壓缸及平臺不致因自重或泄漏而下滑。張英彥[8]采用氣液聯(lián)動系統(tǒng),利用PLC控制技術(shù),設(shè)計了用于物品在垂直方向疊放的氣－液聯(lián)動升降平臺。這種平臺利用廉價的壓縮空氣作為動力源，滿足了平臺垂直移動過程中平穩(wěn)性及定位準(zhǔn)確性的要求。 綜上所述，塔筒縱縫焊接升降平臺的功能要求主要是升降、承載能力和工作時的穩(wěn)定性。考慮到車間的布局情況，本課題擬采用單側(cè)支架結(jié)構(gòu)。為使平臺升降輕便，增設(shè)了配重平衡機構(gòu)，并在平臺與支架之間采用滾輪連接。 參考文獻 [1]趙煒，李濤. 國外風(fēng)力發(fā)電機的現(xiàn)狀及前景展望. 電力需求側(cè)管理，2009，11（2）：77-80 [2]高云中. 風(fēng)塔焊接工藝. 電焊機，2004，34（11）：48－51 [3]薛成志. FL1500型風(fēng)機塔筒制造技術(shù). 重工與起重技術(shù)，2008，（3）：21－22 [4]韓學(xué)成，賈玉林. 縱縫焊接升降平臺的開發(fā)及利用.中國化工裝備，2002，4（2）：38－41 [5]王宏武，魏發(fā)孔. 垂直絲杠高速地軸升降臺的設(shè)計與研制. 機械研究與應(yīng)用，2007，20（3）：42－43 [6]張宇. 一種新型升降臺的設(shè)計研究. 機械, 2007,27(6):6-7 [7]甘銳，胡英英. 液壓升降機設(shè)計論述. 液壓與氣動，2003，（7）：27－28 [8]張英彥. 氣液聯(lián)動升降平臺設(shè)計. 液壓與氣動，2007，（3）：39－41 三、研究方案(研究內(nèi)容、目標(biāo)、研究方法、技術(shù)路線、擬解決的問題、特色或創(chuàng)新點等) 研究內(nèi)容： 設(shè)計一種塔筒縱縫焊接用升降平臺，以滿足多種尺寸規(guī)格的風(fēng)力發(fā)電機塔筒焊接的生產(chǎn)要求，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。 研究目標(biāo)： 所設(shè)計的塔筒縱縫焊接用升降平臺，可以實現(xiàn)垂直移動，能夠滿足焊接多種尺寸規(guī)格塔筒的焊接施工要求。 研究方法： 采用現(xiàn)場調(diào)研與理論分析相結(jié)合的研究方法，在調(diào)查研究與理論分析的基礎(chǔ)上，參照現(xiàn)有同類型機器的結(jié)構(gòu)來完成本課題的研究工作。 技術(shù)路線： 調(diào)查研究→確定焊接工藝→確定總體方案→總體結(jié)構(gòu)設(shè)計→升降系統(tǒng)設(shè)計→零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 擬解決的問題： 主要解決焊接平臺的升降問題，實現(xiàn)不同直徑塔筒縱縫焊接時焊炬高度的調(diào)整。 特色與創(chuàng)新點： ①采用單側(cè)支架結(jié)構(gòu)，可減小所占用的生產(chǎn)面積。 ②設(shè)有配重裝置，可減小平臺升降時的動力消耗，增加運動平穩(wěn)性。 ③通過升降裝置實現(xiàn)平臺高度的調(diào)節(jié)，可滿足不同直徑塔筒的縱縫焊接施工要求。 四、進程計劃(各研究環(huán)節(jié)的安排、實施進度、完成程度等) 2010.11.10～2011.1.10： 調(diào)查研究，分析資料，并進行方案論證 2011.1.11～2011.3.20： 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2011.3.21～2011.4.30： 傳動系統(tǒng)設(shè)計 2011.5.1～2011.5.31： 主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 2011.6.1～2011.6.15： 撰寫設(shè)計說明書 2011.6.16～2011.6.20： 整理、打印設(shè)計資料，準(zhǔn)備答辯 五、指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 六、學(xué)科組意見 組長簽字： 年 月 日 七、系意見 主任簽字： 年 月 日 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）立題表 立題題目 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設(shè)計 題目來源 來源于生產(chǎn)實際 □來源于科研項目 □其他 題目性質(zhì) □基礎(chǔ)研究 應(yīng)用研究 □應(yīng)用基礎(chǔ)研究 □其他 題目完成形式 □畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計 申請立題教師 呂寶君 職稱 副教授 從事專業(yè) 機械設(shè)計與制造 立題說明： 本課題涉及風(fēng)力發(fā)電機塔筒縱向焊縫焊接升降平臺的設(shè)計問題，課題來源于青島平成鋼結(jié)構(gòu)有限公司。風(fēng)力發(fā)電機的塔筒為圓筒形焊接結(jié)構(gòu)，是在鋼板卷筒后采用埋弧自動焊完成縱向焊縫的焊接，然后用環(huán)縫埋弧自動焊對接組合成不同長度的塔筒。在縱向焊縫的焊接過程中，由于焊件結(jié)構(gòu)的特殊性，需采用平臺裝置進行焊接。 課題要求設(shè)計出一種在焊接風(fēng)力發(fā)電機塔筒縱向焊縫時所使用的升降平臺。所設(shè)計的縱縫焊接用升降平臺，可以實現(xiàn)垂直移動，能夠滿足直徑、長度范圍內(nèi)各種尺寸規(guī)格塔筒的焊接施工要求，生產(chǎn)出不同尺寸要求的風(fēng)塔塔筒，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。本課題的完成對保證塔筒的焊接質(zhì)量要求、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益等都具有十分重要的意義。 教研室意見 教研室主任簽名： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）領(lǐng)導(dǎo)工作小組意見： 主任簽名： 年 月 日 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目： 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設(shè)計 姓 名： 系 別： 工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 呂寶君 2011 年 6 月 18 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作 及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確 標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及 已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同 工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了 謝意。 論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設(shè)計）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論 文（設(shè)計）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本人授權(quán) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進 行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè) 計） 。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該論文（設(shè)計）直接 相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。 論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 目 錄 摘要 .I ABSTRACT .II 1 緒論 .1 1.1 課題研究的目的和意義 .1 1.1.1 世界風(fēng)塔發(fā)展?fàn)顩r .1 1.1.2 中國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r .1 1.1.3 課題研究的意義 .3 1.2 升降平臺的研究與使用現(xiàn)狀 .3 2 升降平臺型式分析與方案選定 .5 2.1 升降平臺的的設(shè)計要求 .5 2.2 升降平臺的總體布置 .5 2.3 升降平臺型式綜合分析與方案優(yōu)選 .6 2.3.1 升降平臺型式的綜合分析 .6 2.3.2 升降平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .7 2.3.3 升降平臺的工作原理 .8 3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 .9 3.1 電動機的選擇 .9 3. 2 鏈傳動設(shè)計 .10 3.3 傳動軸的設(shè)計及校核 .11 3.4 滾輪的設(shè)計 .17 3.5 聯(lián)軸器選擇 .19 3.6 平衡配重的設(shè)計 .20 4 總體支架的設(shè)計 .22 4.1 支架立柱設(shè)計 .22 4.2 平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 .24 5 結(jié)論 .27 參考文獻 .28 致謝 .29 I 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺的設(shè)計 摘要 風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為世界各國重點發(fā)展的能源之一，風(fēng)力發(fā)電機的 制造業(yè)也隨之成為新興的制造產(chǎn)業(yè)。通過對風(fēng)塔制造過程的研究和學(xué)習(xí)，完成了風(fēng)塔縱縫焊接升降平 臺的設(shè)計，包括平臺升降系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、配重平衡機構(gòu)及支架等部分。設(shè)計中采用了鏈傳動的機械 升降系統(tǒng)，通過升降裝置實現(xiàn)平臺高度的調(diào)節(jié)，滿足了不同直徑塔筒的縱縫焊接施工要求。設(shè)有配重 裝置，減小了平臺升降時的動力消耗，增加了運動平穩(wěn)性。采用單側(cè)支架結(jié)構(gòu)，減小了所占用的車間 生產(chǎn)面積。本設(shè)計對于提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及提高經(jīng)濟效益等都 具有十分重要的意義。 關(guān)鍵詞：塔筒；埋弧自動焊；縱縫焊接；升降平臺 II Design of Lifting Platform Which Used for Welding Longitudinal Seam on Wind Turbine Towers Drum Abstract The wind energy is one kind of clean renewable energy source, the wind power generation becomes one kind of key development points all over the world. And wind generators also become the new developing parts of the manufacturing industries.Through the research of wind turbine towers manufacturing process,I have completed the design of the platform lifting which used for welding the longitudinal seam on wind turbine towers.It includes platform lifting system,electric driving system, counterweight system and support. In the design，the platform hight can be adjust by the chain drive system to satisfie the construction request of the longitudinal seal welding on different diameter tower tubes. The counterweight device reduced the power consumption when the platform rises and falls, increase the smoothness of motion of the platform.The unilateral bracket structure reduced the occupied area of theworkshop.This design can improve the quality of products ,reduce the working hours and labor intensity, enhance the econmic effciency and so on. Key words: wind turbine towers drum； submerged arc welding；longitudinal seam welding； lifting platform 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 1 緒論 1.1 課題研究的目的和意義 1.1.1 世界風(fēng)塔發(fā)展?fàn)顩r 在自然界中，風(fēng)能是一種可再生、無污染而且儲量巨大的能源。 風(fēng)力發(fā)電逐漸成為世界各國重點發(fā)展的能源之一，風(fēng)力發(fā)電機的制造業(yè)也隨之成為 新興的制造產(chǎn)業(yè)。 一、世界風(fēng)電裝機容量快速發(fā)展 1.世界風(fēng)能資源儲量豐富 世界風(fēng)能資源儲量十分豐富。有關(guān)人員經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：按在 80 米高度處 6.9 米/秒的 風(fēng)速來計算，全球風(fēng)能可利用資源量為 72 萬億千瓦。即使只成功利用了其中的 20%，依 然相當(dāng)于世界能源消費量的總和。因此，風(fēng)力發(fā)電具有很大的潛力。 2.世界風(fēng)電裝機容量快速增長 1 )風(fēng)電技術(shù)持續(xù)發(fā)展，成本持續(xù)下降 通過產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，風(fēng)電的成本也持續(xù)下降。目前，在各種可再生能源之中，風(fēng)電 的成本最低。國內(nèi)的風(fēng)電平均成本為 0.50 元/( kWh)，總成本費用已經(jīng)接近新投資的水 電和火電。 最近，世界風(fēng)能理事會對進一步降低風(fēng)電成本問題進行了分析研究后，認(rèn)為風(fēng)電成 本下降，60%依賴于規(guī)模化發(fā)展，40%依賴于技術(shù)進步。過去的風(fēng)電成本下降更多的是依 據(jù)技術(shù)進步，以后風(fēng)電成本進一步下降則更多的是依賴于規(guī)模化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。世 界風(fēng)能理事會估計到 2020 年，陸上風(fēng)機的總體造價還可以下降 20%-25%，海上風(fēng)機的造 價可以降低 40%以上，發(fā)電成本可以同幅下降。 2)世界風(fēng)電裝機容量快速增長 風(fēng)力發(fā)電在可再生能源中是技術(shù)相對成熟、成本相對較低的一種，受到各國的普遍 重視，裝機容量快速增長。從 1996 年起，全球累計風(fēng)電裝機連續(xù) 12 年增速超過 20%， 平均增速達到 28.33%。 1.1.2 中國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 一、我國的風(fēng)電資源豐富 我國風(fēng)能資源及其分布 我國位于亞洲大陸東部，瀕臨太平洋，季風(fēng)強盛，內(nèi)陸還有 許多山系，地形復(fù)雜，加之青藏高原聳立我國西部，改變了海陸影響所引起的氣壓分布 和大氣環(huán)流，增加了我國季風(fēng)的復(fù)雜性。冬季風(fēng)來自西伯利亞和蒙古等中高緯度的內(nèi)陸， 那里空氣十分嚴(yán)寒干燥，冷空氣積累到一定程度，在有利高空環(huán)流引導(dǎo)下，就會爆發(fā)南 下，俗稱“寒流 ”，在此頻頻南下的強冷空氣控制和影響下，形成寒冷干燥的西北風(fēng)侵襲我 國北方各?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)） 。每年冬季總有多次大幅度降溫的強冷空氣南下，主要影 響我國西北、東北和華北，直到次年春夏之交才消失。 夏季風(fēng)是來自太平洋的東南風(fēng)、 印度洋和南海的西南風(fēng)，東南季風(fēng)影響遍及我國東半壁，西南季風(fēng)則影響西南各省和南 部沿海，但風(fēng)速遠不及東南季風(fēng)大。 青藏高原地勢高亢開闊，冬季東南部盛行偏南風(fēng)， 東北部多為東北風(fēng)，其他地區(qū)一般為偏西風(fēng)，夏季大約以唐古拉山為界，以南盛行東南 風(fēng)，以北為東至東北風(fēng)。 我國幅員遼闊，陸疆總長達 2 萬多公里，還有 18000 多公里的 海岸線，邊緣海中有島嶼 5000 多個，風(fēng)能資源豐富。 二、我國風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備制造業(yè)前景廣闊 1、國際國內(nèi)差距正在縮小 風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備制造行業(yè)是一個進入壁壘較高的行業(yè)。所以行業(yè)集中度非常高， 全球十大風(fēng)電設(shè)備商累計占全球市場 96%的份額。僅 4 家最大風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備制造商就 掌控了全球市場 75%的份額。 國內(nèi)市場的風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)品供應(yīng)商也主要以國際廠商為主，2004 年、2005 和 2006 年，國際廠商產(chǎn)品占國內(nèi)市場份額的比例分別為 75.35%、70.59%、58.80%。 根據(jù)國家發(fā)展改革委員會關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知 ，風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化率 要達到 70%以上，不滿足設(shè)備國產(chǎn)化率要求的風(fēng)電場不允許建設(shè)。因此，國際風(fēng)機產(chǎn)業(yè)巨 頭紛紛在中國設(shè)立總裝廠、配件工廠或是研發(fā)中心。隨著未來國內(nèi)廠商對外方技術(shù)的吸 收，以及風(fēng)機制造經(jīng)驗的增加、相關(guān)政策的實施、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，可以預(yù)期我國風(fēng)電 產(chǎn)業(yè)大環(huán)境將得到較大改善，技術(shù)研發(fā)實力將得到提高，技術(shù)工人將增加，與國際先進 技術(shù)的差距將縮小。 2、市場供求狀況 在未來很長一段時期內(nèi)，我國對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的需求將持續(xù)保持強勁增長態(tài)勢。自 2003 年以來，我國風(fēng)電裝機容量增長迅速，據(jù)預(yù)測，2011 年中國風(fēng)電裝機總量將可能達 到 1740 萬千瓦。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的大力扶持，以及能源短缺和環(huán)境保護壓力的持續(xù)增大，風(fēng)力發(fā) 電技術(shù)的逐步成熟和成本的降低，風(fēng)電行業(yè)將保持持續(xù)增長態(tài)勢。 供給方面，風(fēng)力發(fā)電機組整機制造進入壁壘較高，從進入到形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能 力的時間較長，生產(chǎn)能力的擴大比較緩慢，而且先行的整機制造商已與零部件供應(yīng)商結(jié) 成了戰(zhàn)略合作伙伴，穩(wěn)定的訂單占據(jù)了一定的制造資源，給后來的整機廠進入市場帶來 了一定的困難，因此形成了暫時的市場供不應(yīng)求的局面。預(yù)計 2010 年以前，我國風(fēng)力發(fā) 電機組市場供給的增長總體上將落后于需求的增長。2010 年以后，有可能出現(xiàn)供求基本 平衡、略有短缺的局面。 1.1.3 課題研究的意義 風(fēng)力發(fā)電機的制造過程中，塔筒的焊接是影響進度和質(zhì)量的一個重要因素。如何能 提高風(fēng)塔的塔筒的焊接速度及質(zhì)量，是迫切需要解決的重要問題。因此，本課題對于塔 筒縱向焊縫焊接升降平臺的研究具有重要意義。 本課題涉及風(fēng)塔塔筒縱向焊縫焊接升降平臺的設(shè)計問題。對于塔筒是圓柱形并且直 徑很大（3-4 米）的這一情況，焊工在焊接時會有很大的不便。在縱縫焊接過程中，由于 其結(jié)構(gòu)的特殊性，在以前有好多廠家在對鋼板卷制后的筒體縱縫外進行埋弧自動焊接時， 需要先將焊縫轉(zhuǎn)到上面， 然后在其上搭設(shè)臨時架子， 在架子上安放埋弧自動焊接小車， 由小車的運動來完成對其下面的縱縫外的焊接。這種方法的缺點是搭架子費工費時， 工效低不方便流水作業(yè)， 而會導(dǎo)致焊接之后焊縫質(zhì)量不過關(guān)，焊接效率太低，工作人員 進行焊接時也具有很大的危險性。 課題要求設(shè)計出一臺風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺裝置，以滿足多種不同規(guī)格的風(fēng)塔制造 要求，生產(chǎn)出不同尺寸要求的風(fēng)塔塔筒，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。這對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量 要求、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益等都具有 十分重要的意義。 1.2 升降平臺的研究與使用現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電塔的焊接工藝設(shè)計必須以簡潔、實用、可靠為原則，并具有良好的可操作 性，才能保證施工順利進行及產(chǎn)品焊接質(zhì)量。因此，對焊接的輔助設(shè)備要求很高。 在以前，有好多廠家在對鋼板卷制后的筒體縱縫外進行埋弧自動焊接時需要先將焊 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 縫轉(zhuǎn)到上面，然后在其上搭設(shè)臨時架子，在架子上安放埋弧自動焊接小車，由小車的運 動完成對其下面的縱縫外的焊接。這種方法的缺點是搭架子費工費時、工效低，不方便 流水作業(yè)，而縱縫焊接升降平臺克服了上述缺點，它的升降功能可以適應(yīng)直徑大小不同 的筒體，且人員在平臺上操作埋弧自動焊接小車，既安全、又方便。使用這種工裝有利 于組織流水作業(yè)，提高工效。 現(xiàn)在，在激烈的市場競爭要求下，雖然各個廠家基本上都采用了不同的焊接裝備來 輔助焊接，但是大體上都是采用升降平臺來完成焊接輔助。 升降臺目前比較成熟的種類有（1）液壓缸斜置驅(qū)動的剪叉式升降臺;（2）絲杠剪叉 式升降臺（3）垂直絲杠傳動的機械式升降平臺（4）采用氣液聯(lián)動系統(tǒng)，利用 PLC 控制 技術(shù)，用于物品在垂直方向疊放的氣液聯(lián)動升降平臺以及鏈輪控制的升降平臺。現(xiàn)在 國內(nèi)絕大部分縱縫焊接裝置都具有可移動懸臂架、升降平臺、電控系統(tǒng)等部分。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 2 升降平臺型式分析與方案選定 2.1 升降平臺的的設(shè)計要求 本課題擬設(shè)計一種用于風(fēng)塔塔筒焊接的專用設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電機的塔筒為圓筒形焊接 結(jié)構(gòu)，是在鋼板卷筒后采用埋弧自動焊完成縱向焊縫的焊接，然后用環(huán)縫埋弧自動焊對 接組合成不同長度的塔筒。在縱向焊縫的焊接過程中，由于焊件結(jié)構(gòu)的特殊性，需采用 平臺裝置進行焊接。所以要求縱縫焊接用升降平臺能夠?qū)崿F(xiàn)垂直移動，能夠滿足直徑 1000d4000mm，長度 13 m 范圍內(nèi)各種尺寸規(guī)格塔筒的焊接施工要求，能夠生產(chǎn)出不 同尺寸要求的風(fēng)塔塔筒來滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。 初步計劃由升降機構(gòu)、平臺、平臺護欄、扶梯及電控系統(tǒng)等組成。根據(jù)塔筒的焊接 施工要求，所設(shè)計的設(shè)備應(yīng)達到以下幾點要求： 1) 平臺的面積要足夠大，滿足筒體能在下面進行焊接的要求； 2)平臺上升的距離應(yīng)滿足塔筒直徑的變化范圍。 3)運行平穩(wěn)可靠，故障率小，平均升降速度:0.017m/s； 在已經(jīng)有上述設(shè)計條件的前提下，對縱向焊縫升降平臺的可用程度有著決定性影響 的因素有: 電機及減速機的選擇；立柱采用的結(jié)構(gòu)形式；為承受住平臺運行所需舉升臺面 的重量，斷面尺寸為多少；立柱的高度；平臺的面積，平臺可上升的高度，上升下降活 動實現(xiàn)的方式等。 對以上問題進行綜合分析與計算，確定升降平臺的優(yōu)化目標(biāo)為: 第一、保證平臺運行時的平穩(wěn)性。 第二、使機構(gòu)尺寸合理，最大限度利用空間。 第三，保證產(chǎn)品的經(jīng)濟性。 2.2 升降平臺的總體布置 初步設(shè)計升降平臺總體布置由支撐平臺的支架、驅(qū)動系統(tǒng)、升降機構(gòu)、平臺、平臺 護欄、扶梯及電控系統(tǒng)等組成。平臺下面應(yīng)有足夠的空間放置筒體，進行焊接。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 2.3 升降平臺型式綜合分析與方案優(yōu)選 2.3.1 升降平臺型式的綜合分析 工程設(shè)計制造中任何機構(gòu)或傳動形式存在正反兩方面的特性，工程技術(shù)人員正是在 這兩個方面尋求平衡點，使有利的優(yōu)秀的特性發(fā)揮的淋漓盡致，同時最大限度克服不利 因素。 方案一：地軸絲杠傳動升降臺。 立柱結(jié)構(gòu)為四立柱徑向?qū)ΨQ形成兩門架，門架上安裝承重定滑輪，由配重系統(tǒng)通過 承重定滑輪將雙層桁架體懸掛在兩門架之間;絲杠通過螺母及支承架與雙層桁架聯(lián)接，絲 杠上端與門架固定，垂直吊掛，下端從 90換向減速器中獲得扭矩。此結(jié)構(gòu)有效隔離了 高速地軸對雙層桁架體的振動影響，降低了高速地軸的理論計算難度。同時絲杠又起到 對升降臺導(dǎo)向、鎖定的作用，簡化了其它傳動形式對導(dǎo)向、鎖緊等司服系統(tǒng)的要求，提 高整套設(shè)計的可靠性。 絲杠垂直的站立，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為垂直升降運動，具有傳動剛性好，速比、定位 精確，可自鎖等特點。但絲杠加工難度大， 加工工藝復(fù)雜; 根據(jù)絲杠升降臺對垂直絲杠 的使用要求，需要改造普通車床為專業(yè)長絲杠車床，車出的絲杠才能達到使用要求，還 要配合相應(yīng)的安裝規(guī)范，使垂直長絲杠傳動達到工業(yè)應(yīng)用水平。而且 4 根絲杠安裝調(diào)試 難度大等因素又制約機構(gòu)傳動的實現(xiàn)。高速地軸傳動，傳遞扭矩小，經(jīng)濟性高。但參數(shù) 選定不易把握。 方案二：液壓缸斜置驅(qū)動的剪叉式升降臺 剪叉式升降升降臺：是用途廣泛的高空作業(yè)專用設(shè)備。它的剪叉機械結(jié)構(gòu)，使升降 臺起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺和較高的承載能力，使高空作業(yè)范圍更大、并 適合多人同時作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，安全更保障。 剪叉式結(jié)構(gòu)的升降臺，在實際使用中存在一些不足: 1.剪叉式結(jié)構(gòu)的升降臺結(jié)構(gòu)特殊，平臺下面是交叉結(jié)構(gòu)，無法放入筒體，不適合筒體 焊接。 2.剪叉式升降臺負(fù)載不能過大，液壓油缸(內(nèi)設(shè)密封圈) 超載的問題目前仍未解決好; 3.大部分液壓升降臺面都因液壓元件長時間受載引起泄漏，導(dǎo)致臺面下沉，有的在 24 小時內(nèi)就下沉 20 毫米左右; 4.起動力矩與負(fù)載比偏大，從文獻 11中可以看出，其驅(qū)動力與負(fù)載比變化曲線坡度很 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 陡，起動力很大，能源浪費，當(dāng)起升角 = 10時，起動力約為負(fù)載的 3 倍，而當(dāng)起升 角達到 = 60 以后，起動力才接近于負(fù)載; 5.起始高度較高，機構(gòu)較為龐大，地坑較深，占用空間較多。 方案三：液壓升降機 甘銳等 7設(shè)計了一種液壓升降機。平臺上升時,其速度可用調(diào)速器設(shè)定，因調(diào)速器的 速度負(fù)載特性較好,因而確保了上升的平穩(wěn)性和安全性。設(shè)計還采用了液壓單向閥的鎖緊 回路，當(dāng)換向閥處于中位時，其 H 型的中位機既能使泵在不停機的狀態(tài)下卸載來減少功 率消耗，又能使液控單向閥的控制油口接油箱，這樣可以利用液壓鎖的良好密封性能阻 止立式液壓缸及平臺不致因自重或泄漏而下滑，但是液壓系統(tǒng)地油路在車間焊接時，容 易受到焊接時產(chǎn)生的火花的影響，有很多不安全因素，因此，不宜選取。 方案四：鋼絲繩滾筒升降臺 鋼絲繩滾筒升降平臺由 T 形焊接平臺，方形立柱，橫梁箱組成，動力系統(tǒng)放置在方 形立柱內(nèi)，“ T”形焊接平臺實現(xiàn)升降時，正反轉(zhuǎn)電機帶動蝸輪蝸桿減速機，減速機帶動 卷筒正反轉(zhuǎn)卷繞鋼絲繩，鋼絲繩正反轉(zhuǎn)通過滑輪組實現(xiàn)對平臺的升降。電機轉(zhuǎn)速，經(jīng)過 減速后使平臺得到的升降速度。 此設(shè)計的缺點是沒有設(shè)置配重，增大了電機的驅(qū)動功率。下降運動一啟動，會造成 平臺突然下降的情況，平臺運動不穩(wěn)定。 方案五：鏈傳動升降臺 鏈傳動升降臺由 T 形焊接平臺，四根方形立柱，傳動系統(tǒng)組成， “T”形焊接平臺實 現(xiàn)升降時，正反轉(zhuǎn)電機帶動蝸輪蝸桿減速機轉(zhuǎn)動，使得鏈輪旋轉(zhuǎn)，鏈條升降，并通過增 設(shè)配重機構(gòu)，減小驅(qū)動機功率。 以鏈輪取代絲杠，以框式結(jié)構(gòu)取代剪叉式結(jié)構(gòu)的新型升降臺，采用鏈輪結(jié)構(gòu)避免了 絲杠加工難度大，加工工藝復(fù)雜;多根絲杠安裝調(diào)試難度大等問題?？蚣芙Y(jié)構(gòu)取代剪叉式 結(jié)構(gòu)，增強了平臺的負(fù)載能力，避免了剪式平臺機構(gòu)無法放置平臺的缺陷，也沒有液壓 油路，是施工現(xiàn)場十分干凈，避免了焊接時火花接觸油路的危險。 由上面綜合分析可得，采取鏈傳動式升降臺，比較適合進行塔筒縱向焊縫焊接。 2.3.2 升降平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、初步設(shè)計方案 根據(jù)升降臺的工作性質(zhì)，以及升降臺的各種功能要求，初步設(shè)計采用鏈傳動升降臺 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 的形式，但是計劃如下： 1.受到車間空間的限制，所以決定采用單排支架的形式； 2.受到筒體直徑的要求，平臺的伸出長度應(yīng)至少達到 2.2 米； 3.為使平臺升降輕便，增設(shè)配重平衡機構(gòu)，并設(shè)計在平臺與支架之間采用滾輪連接的 方式； 4.電機、減速器、均設(shè)在鏈輪軸處，電機經(jīng)減速機減速后，通過鏈輪旋轉(zhuǎn)，帶動平臺 運動。 5.選擇可正反轉(zhuǎn)的電機，實現(xiàn)平臺上升或下降不同方向的運動。 二、具體設(shè)計方案 具體設(shè)計工作如下: 兩根槽鋼立柱代替方案五中的四根方形立柱，徑向組成左右兩個門架，兩門架通過 承重軸加上鏈輪將配重及升降臺本體掛起。這樣整個升降臺與另一邊的配重通過門架組 成一個可上下相對運動的體系，由于電動機可以正反轉(zhuǎn)，電動機經(jīng)過減速機減速， 再由 減速機帶動主軸轉(zhuǎn)動，使得鏈輪轉(zhuǎn)動，使得鏈條實現(xiàn)上下運動，從而實現(xiàn)平臺的升降運 動。 2.3.3 升降平臺的工作原理 上述的設(shè)計方案中，縱縫焊接升降平臺的工作原理如下： 將需焊接的筒體放在臺車的滾架上使其縱縫在上面， 由軌道推入“T”形焊接平臺 下面， 將“ T”形焊接平臺升降到合適的位置上使焊接自動小車焊頭與縱縫對正， 焊接 小車縱向運動便可完成對縱縫的埋弧自動焊接。重復(fù)操作便可流水作業(yè)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 電動機的選擇 電機采用正反轉(zhuǎn)電機， 可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，可以改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向。從而改變平臺 的上升和下降。減速機采用蝸輪蝸桿減速機具有傳動比大， 適于低速重載， 傳動平穩(wěn)， 具有自鎖性等優(yōu)點。 驅(qū)動機選擇 設(shè)備傳動功率流由圖 3-1 表示 圖 3-1 設(shè)備傳動系統(tǒng)原理圖 1. 電機; 2. 聯(lián)軸器; 3. 減速機; 4. 聯(lián)軸器; 5. 減速機; 6. 聯(lián)軸器; 7. 軸承 8. 鏈輪 9. 軸承 1. 計算傳動效率 傳動總效率: （3 1）123456789 式中： 1電動機傳動效率 0.775 2聯(lián)軸器傳動效率，1 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 3減速機傳動效率，0.605 4聯(lián)軸器傳動效率，1 5減速器傳動效率，0.605 6聯(lián)軸器傳動效率，1 7軸承 1 傳動效率，0.99 8軸承 2 傳動效率，0.99 9滾子鏈傳動效率，0.97 經(jīng)計算得：= 0.115 2. 計算電機功率 上升臺面所需舉升力: （3 2）123fFGK : 平臺自身重量,8370N1G : 外加載荷的重量, 3300N2 ：配重的重量, 9835N3 ：摩擦力, 2425NfF : 動荷系數(shù)，按 1.5 估算K 計算得： = 6390 (N ) 電機功率 P = （3 3）FV310 式中： =0.0173m/sV 經(jīng)計算得：P = 0.961(kW ) 因此選用 Y100L-6 電機，其額定功率 P 電=1. 5 kW，轉(zhuǎn)速 n = 940 r/min， 3. 2 鏈傳動設(shè)計 1.確定計算功率 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 查文獻 9 中表 9-6，選擇工況系數(shù) =1.4，圖 9-13，主動鏈輪齒數(shù)系數(shù) Kz=1.44AK 選取 Kp=1(單排鏈) = （3 4）caPAZp P = 0.961(kW ) 經(jīng)計算得： =0.242 kWca 2. 選擇鏈條型號并確定鏈輪齒數(shù) 根據(jù) Pca 和 n=1.56 r/min 查文獻 9中圖 9-11，可選 20-A，查表 9-1，鏈條節(jié)距為 p=31.75mm 由于設(shè)計時規(guī)定平臺移動速度為 0.0173m/s， 所以根據(jù)公式 （3 5）601znpV 得出鏈輪齒數(shù) z=21 比較合適 3.確定潤滑方式 由 V=0.0173m/s，和鏈條號為 20-A，查文獻 9圖 9-14 可知應(yīng)采用滴油潤滑 4.計算壓軸力 Fp 有效圓周力為： Fe=1000 （3 6）PV P = 0.961(kW ) V=0.0173m/s 經(jīng)計算得 Fe =6937(N) 鏈輪垂直布置，KFp=1.05， 則壓軸力為 Fp= KFp Fe （3 7） 經(jīng)計算得：Fp =7284（N） 取安全系數(shù) K=8 查文獻 9 中表 9-1 得 20A 型號鏈條，抗拉載荷為 86.7KN Fmax=Fp 8=58.270(KN)0.07d，故取-段軸徑取 d=42mm， 長度初定為 55mm，在鏈輪左端和軸承之間采用套筒進行定位。 在-段上，軸肩高度 h0.07d，故取- 段軸徑取 d=45mm，長度初定為 120mm， 并且要放置一對軸承。 軸承選擇：由于軸徑選擇為 45mm，帶座外球面球軸承有底座，比較好固定，從而選擇 UCP209。 軸承校核： 因為鏈輪不承受軸向力，只承受徑向力，即 =0Far 初步計算當(dāng)量動載荷 P: P=fp(XFr+YFa) （3 12） 按照表 13-6，fp=1.2 所以 P=1.2 Fr=6045 (N) L =20 300 24=144000(h)h C=P （3 13） 601nLh 經(jīng)計算得：C =14.26(KN) 查文獻10中 515 頁和 522 頁 根據(jù)軸徑 d=45mm，C=14.26(KN) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 選取型號 UCP209，帶座外球面球軸承有底座，比較好固定， 在-段上，軸肩高度 h0.07d，故取- 段軸徑取 d=50mm，長度初步確定為 665 mm。 在-段上，為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，需要在右端制出一軸肩，軸徑的大小 需要由聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩來決定。 聯(lián)軸器的選擇： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計算得： T =553(N.m) T = T （3 14） CaAK 查文獻9中表 14-1，取 =1.3AK 經(jīng)計算得：T =718.9(N.m)Ca 查文獻12 1920 頁 公稱轉(zhuǎn)矩可以選 1000 N.m 選取型號 YL11 聯(lián)軸器孔徑 d=45mm，聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L=84mm 為了保證兩軸在相連時不會緊靠在一起，所以要留有一定縫隙，避免引起摩擦，所以取 軸的長度為 82 mm。 5.軸上零件周向定位 鏈輪，聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。 鏈輪處的平鍵選擇 由于 d=42mm，查表 6-1 得 選擇 12 8 長度選擇 50 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為保證鏈輪與軸配合有良好的對中性，故 選擇鏈輪輪轂與軸的配合為 76Hn 聯(lián)軸器處的平鍵選擇 由于 d=45mm，查表 6-1 得 選擇 14 9 長度選擇 70 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對中性， 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 故選擇聯(lián)軸器與軸的配合為 76Hk 6.軸的強度校核: 由于主軸既承受扭矩又承受扭矩，需要按照彎扭合成強度條件進行計算。 從圖 3-3 中 看出：1F圖 + = （3 15） 1NHF2t = (0.0825+0.0975)- 0.0975 （3 16）2NHFM1F 解之得： =2598.75 (N)1NHF =2198.95(N)2 并做出彎矩圖 。最大彎矩為 214.4 N.mHM 從圖 3-3 中 看出：2F圖 + = （3 17）1NVF2r = (0.0825+0.0975)- 0.0975 （3 18）2NHFr 解之得： =2728.7(N)1NVF =2308.9(N)2 并做出彎矩圖 . 最大彎矩為 225.1 N.mVM 做出總彎矩圖，最大彎矩為 311.03 N.m ca= （3 18）224 = 2()MW 取 =0.3 W=0.1 =0.1 =7408.83d3423m 查文獻 9 表 15-1 得： 40Cr 許用用力 =70 Mpa1 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 經(jīng)計算得： ca=42.03 Mpa 0.68，1NFa 初步計算當(dāng)量動載荷 P: P=fp (XFr+YFa) 按照表 13-6，fp=1 所以 P= 0.67Fr+1.41Fa=4970 (N) L =20 300 24=144000(h)h C=P （3 13） 601nLh C =13.8(KN) 查文獻 10中 602 頁，選定型號 7206AC，額定動載荷為 22KN，能滿足要求。 試選擇平臺下部滾輪中的軸承，初選為雙列角接觸球軸承 =3.040.68，2NFa 初步計算當(dāng)量動載荷 P: 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 P=fp (XFr+YFa) （3 19） 查文獻 10 中表 13-6，fp=1 X=0.67 Y=1.4 所以 P=4839 (N) L =20 300 24=144000(h)h C=P （3 13） 601nLh C =13.4(KN) 查文獻 10中 602 頁，型號 7206AC 的額定動載荷為 22KN，符合要求。 圖 3-4 滾輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.5 聯(lián)軸器選擇 1.選擇電動機與一級減速機之間的聯(lián)軸器 公稱轉(zhuǎn)矩的計算： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計算得: T =15.2(N.m) T = T （3 20）CaAK 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 查文獻 9表 14-1，取 =2.3AK T =35(N.m)Ca 查文獻 11 1920 頁 公稱轉(zhuǎn)矩可以選 63 N.m 因為已知電動機輸出軸直徑為 28mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL5，孔徑 d=28mm， 一級減速機輸入軸直徑為 30mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL5，聯(lián)軸器孔徑 d=30mm， 2.一級減速機與二級減速機之間的聯(lián)軸器選擇 公稱轉(zhuǎn)矩： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計算得: T = 131.2(N.m) T = T （3 20）CaAK 查文獻 9表 14-1，取 =1.3AK T =170.5(N.m)Ca 查文獻 11 中 1920 頁 公稱轉(zhuǎn)矩可以選 250 N.m 一級減速機，輸出軸直徑為 30mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL8，孔徑 d=30mm， 二級減速機輸入軸直徑為 45mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號 YL8，聯(lián)軸器孔徑 d=45mm， 3.6 平衡配重的設(shè)計 一、配重的作用 “ T”焊接平臺相當(dāng)于外伸懸臂梁，為了減輕滾輪的負(fù)荷及對立柱的彎矩，在平臺 尾部加適當(dāng)?shù)钠胶馀渲匾云胶庖徊糠滞馍斓闹亓?。這樣，在起升中就降低了電機的負(fù)荷。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 相對于無配重系統(tǒng)的升降臺而言，當(dāng)采用配重系統(tǒng)時，減速箱的最大驅(qū)動扭矩和電機的 最大驅(qū)動功率遠遠小于無配重的驅(qū)動系統(tǒng)。因此，采用配重驅(qū)動系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： 1.減小了減速箱的驅(qū)動扭矩，降低了電機的驅(qū)動功率； 2.驅(qū)動功率的降低，減小了制動器的制動扭矩，有利于減小制動器工作時的噪音，提 高了升降臺的噪音水平； 3.減速箱型號的減小，可以大大降低升降臺在運行過程中的不安全因素。 二、配重的重量確定 理論上，G 配=G 自+G 外時，機構(gòu)達到了平衡狀態(tài)，此時，所需要的驅(qū)動力小。但 是，外部載荷,包括工作人員，以及帶到上面的焊條重量，可能會因為操作的進行而變化。 配重的防晃動設(shè)計： 在配重的上梁的兩側(cè)分別焊上一段角鋼，如圖 3-5 所示，使角鋼的兩頭正好與兩側(cè) 的槽鋼立柱內(nèi)側(cè)留有一段較小的間隙，大約一厘米的間隙，既不影響配重的自由的上升 下降，又防止配重劇烈晃動。 圖 3-5 配重示意圖 1.防晃動角鋼 2.配重梁 3.配重箱體 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 4 總體支架的設(shè)計 4.1 支架立柱設(shè)計 由經(jīng)驗得，槽鋼經(jīng)常被用來做立柱，因為其抗彎能力等比較強，不易變形。因此初 選立柱為槽鋼，地上長度為 7.7mm。當(dāng)平臺上升到最高的位置時，立柱受到的彎矩最大。 但在實際中，平臺受到整機結(jié)構(gòu)的限制，例如在支架右側(cè)有三根槽鋼，它們用來焊接爬 梯的，受到它們的位置限制，平臺不能運行到最上方，以在最上方位置計算得到的彎矩 來選擇的立柱型號，必然滿足本設(shè)計的實際需要。因此，選擇立柱型號時，要以平臺運 行到最上方時受到的彎矩作為計算依據(jù)。 圖4-1 立柱受力圖 1. 由圖 41，立柱前后方向載荷受力情況分析得： N2-N1-Fx=0 （4 1） Fy+ 槽=0 （4 2）G A= N2 7.7- N1 6.2-M=0 （4 3）M 解之得： Fx=195.235（N） 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 23 Fy=2670（N） M=2674.625（N ） 在 BC 段， 在 B 點， M=1757N.m 在 A 點，M=2967.6 N.m 校核： ca= （4 4）24 = 2MW = 查文獻11附錄 中 W=46.5 ca =63.8 Mpa =125Mpa 圖4-2 立柱彎矩圖 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 24 4.2 平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 1.平臺的結(jié)構(gòu)初步設(shè)計： 采用槽鋼，角鋼焊接成“T”形框架平臺結(jié)構(gòu)，上面鋪上 5mm 的花紋鋼板，將此平 臺垂直焊在小立柱上，為了增加強度，在小立柱與平臺之間，焊接上加強梁。在此，各 焊接件均初選為 10 號槽鋼，見圖 4-3。 為了使工人在平臺上工作時，有更安全的保障，于是在平臺左右兩側(cè)以及后側(cè)均用 10 號在此鏤空的位置可以在上面放置埋弧焊機。埋弧焊機的放置需要專門技術(shù)人員對槽 鋼相互焊接，焊成一圈護欄，并在平臺前頭向前探出去，另外焊接一圈圍欄。車間情況， 及焊機精度等等諸多問題進行綜合分析之后，確定出放置小車的具體位置。大致放置方 式見圖 4-4，（埋弧焊機的位置，及其軌道安置不屬于平臺設(shè)計范圍，在此不再詳細(xì)論述） 圖4-3 平臺受力分析圖 2.平臺的剛度分析 平臺受到自身重力，載荷重力，配重減輕了一部分重力。 經(jīng)過分析得：單側(cè)受力情況：G=0.5 （G 自+G 外-G 配）=917.5 N 如圖 4-3 平臺受力分析圖所示； 僅對平臺進行受力分析： F1cos +Fx=0 （4 5）30 Fy- + F1sin =0 （4 3） 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 25 = F1sin 1.125-M=0 （4 7）M30 M=G 1.2 （4 8） 解之得： Fx=1695（N） Fy=-61.175（N ） F1=1957.35（N） M=1101（N.m） 所以彎矩非常小，對平臺的梁的影響十分小。 ca= （4 9）24 查文獻 11中附錄中 W=7.8 經(jīng)計算得： ca =8.45 Mpa =125Mpa 平臺上的彎矩很小，影響很小，10 號槽鋼完全符合要求。 圖4-3 平臺的結(jié)構(gòu)圖 1.平臺上滾輪處的焊接緊固槽鋼 2.平臺花紋板 3.埋弧焊的焊接導(dǎo)軌 4.平臺下滾輪處的焊接緊固槽鋼 3.平臺的穩(wěn)定性分析及設(shè)計 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 26 T 形平臺由于尺寸較大且懸臂外伸，工作時焊接小車和人員的移動都屬于活動載荷， 故在提高平臺本身剛度的同時還采取如下措施: 將旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)分成兩部分且將鏈輪盡量分開布置，在結(jié)構(gòu)上提高了平臺的穩(wěn)定性。 在滾輪與立柱的配合上應(yīng)做到間隙盡量小。為做到這一點首先要在焊制立柱時應(yīng)采 取措施保證立柱的直線度和兩槽鋼主肢的平行度。其次，在與同一水平面的兩滾輪相連 的平臺支架上，焊接一根槽鋼，用來保證滾輪在上下運行時，兩滾輪之間的平行度，見 圖 4-2 中的標(biāo)號 1 和 4。 4.平臺與支架的連接方式分析： 平臺與支架之間采用滾輪進行連接， 兩滾輪一前一后安置在槽鋼的兩側(cè)，通過分別 給槽鋼的彎矩來支撐平臺的平衡。由于滾輪是大小不同的圓柱臺，圓柱臺的臺階以槽鋼 的邊緣為軌道行走，保證了滾輪運行的直線度。見圖 4-4。 圖4-3 支架滾輪位置示意圖 1.滾輪 2.槽鋼立柱 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 27 5 結(jié)論 風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為世界各國重點發(fā)展的能源之一， 風(fēng)力發(fā)電機的制造業(yè)也隨之成為新興的制造產(chǎn)業(yè)。我國的風(fēng)力資源十分豐富，近年來， 隨著不可用資源的消耗，環(huán)保意識的增強，中國的風(fēng)力發(fā)電機的制造業(yè)在國家的大力提 倡下迅猛發(fā)展。通過對風(fēng)塔制造過程的研究和學(xué)習(xí)，對風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺裝置的工 作要求進行分析，初步確定平臺由升降機構(gòu)、平臺、及電控系統(tǒng)等組成。 對高速地軸絲杠傳動升降臺，液壓缸斜置驅(qū)動的剪叉式升降臺，鋼絲繩滾筒升降臺， 鏈傳動升降臺等多個方案的進行優(yōu)選之后，確定了風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺裝置的最終方 案；并完成了風(fēng)塔縱縫焊接升降平臺的設(shè)計，包括平臺升降系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，配重平衡 機構(gòu)及支架等部分。 1.設(shè)計中采用了鏈傳動的機械升降系統(tǒng)，通過鏈傳動的升降裝置實現(xiàn)平臺高度的調(diào)節(jié)， 滿足了不同直徑塔筒的縱縫焊接施工要求； 2.設(shè)有配重裝置，減小了平臺升降時的動力消耗，增加了運動平穩(wěn)性； 3.采用單側(cè)支架結(jié)構(gòu)，減小了所占用的車間生產(chǎn)面積。根據(jù)剛度要求，確定了單側(cè)支 架立柱的型號； 4.根據(jù)運動功能要求，對平臺的結(jié)構(gòu)形式進行了設(shè)計，確定了滿足塔筒焊接工藝的平 臺長度、寬度等，并根據(jù)埋弧焊運動形式，焊機體積等確定了焊接圍欄的形式及具體值； 5. 根據(jù)焊接升降平臺的運動參數(shù)，確定了驅(qū)動電機的功率； 6.根據(jù)整體結(jié)構(gòu)的需要，確定了各個零部件的具體值。 本課題設(shè)計出的風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺裝置，可以滿足多種不同規(guī)格的風(fēng)塔制造要 求，生產(chǎn)出不同尺寸要求的風(fēng)塔塔筒，滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。這對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量要 求、提高勞動效率、降低工人的勞動強度以及降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益等都具有十 分重要的意義。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 28 參考文獻 1趙煒，李濤.國外風(fēng)力發(fā)電機的現(xiàn)狀及前景展望.電力需求側(cè)管理，2009，11（2）：77- 80 2王鐸. 理論力學(xué) . 高等教育出版社，2002， 155223 3薛成志. 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