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湖 南 科 技 大 學
開題報告
學 生 姓 名: 唐沁南
學 院: 機電工程學院
專業(yè)及班級: 機械設(shè)計制造及其自動化一班
學 號: 1103010120
指導教師: 羅柏文
2015年 4月3日
湖南科技大學2015屆畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題 目
MacArtney26海洋電動絞車排纜機構(gòu)設(shè)計
作者姓名
唐沁南
學號
1103010120
所學專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
1、研究意義,同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題(列出主要參考文獻)
研究意義
絞車排繩裝置是一種利用機構(gòu)學設(shè)計出的純機械產(chǎn)物,它是一種低速運行、重復操作和自動化較高的設(shè)備。它的出現(xiàn)和發(fā)展不但提高了生產(chǎn)的安全性,而且使生產(chǎn)更加人性化,大大節(jié)約了人力和物力。
近年來,隨著社會的不斷發(fā)展,各種大型提升設(shè)備越來越被廣泛使用,為提高其安全性,排繩裝置也便隨之而生,被廣泛應(yīng)用于各種礦山、建筑等領(lǐng)域,它的發(fā)展也越來越受到人們的關(guān)注。絞車的排纜機構(gòu)是保證絞車正常工作的關(guān)鍵部件之一,絞車在收放纜繩的過程中,通過驅(qū)動排纜機構(gòu)上排纜輪的周期往復運動,絞車能夠?qū)⒗|繩整齊密實地纏繞在卷筒上,保證絞車能正常的進行纜繩的收放工作。海洋絞車的排纜系統(tǒng)是保證絞車正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件,在絞車的工作中起著非常重要的作用。為了滿足在海洋資源勘查與開發(fā)等深海作業(yè)中特殊要求,海洋絞車具有纜繩長、纜繩纏繞層數(shù)多的特點,易出現(xiàn)纏繞不均、亂繩、咬繩現(xiàn)象,并纏繞過程相互擠壓易損壞纜繩,直接影響纜繩使用壽命和作業(yè)安全。為此,進行對海洋絞車的排纜機構(gòu)進行研究,確保排纜機構(gòu)與儲纜卷筒協(xié)調(diào)運動,通過排纜機構(gòu)的周期往返運動,絞車能夠使纜繩整齊密實地纏繞在卷筒之上,保證絞車能夠順利地進行收放工作。
液壓絞車排繩器研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀:
卷筒上若有為鋼絲繩導向的繩槽,將有助于卷繞順利進行。絞車卷筒基本有兩種繩槽形式,一是螺旋式的,一是折線式的。
螺旋式繩槽就像一條螺旋線,或者像螺栓的螺紋線。螺旋式繩槽有助于引導鋼絲繩整齊地卷繞在卷筒上,避免鋼絲繩的損壞。然而,這種幾何形狀繩槽的問題是,當鋼絲繩到達卷筒的一端時,雖然第一層能夠整齊地卷繞在整個卷筒上,但不能引導第二層鋼絲繩沿著卷筒整齊地繞回,相反,第二鋼絲繩自然地按一定的角度壓在下面一層鋼絲繩上。解決這一問題的辦法是在端部法蘭上增加一個凸臺。即使這樣,螺旋式繩槽也不適用于兩層以上鋼絲繩的卷繞方式。早在上世紀50年代,F(xiàn)rank LeBus就設(shè)計了解決這個老問題的方案。Frank LeBus是一位向油田提供設(shè)備的美國人,1937年他利用一根繩槽導桿解決了提升卷筒卷繞鋼絲繩的問題,并獲得了專利。后來他對這個專利進行了改進,稱為LeBus雙折線卷繞系統(tǒng)。該系統(tǒng)的幾何形狀與眾不同,除了兩處是折線外,繩槽與卷筒的法蘭(邊緣)平行。
折線繩槽使各層之間的負荷均勻分布,實踐證明大大延長了鋼絲繩的壽命。事實上,試驗表面可延長鋼絲繩壽命500%以上。減少鋼絲繩的損壞就是提高安全性,并且減少了機械的停工時間。
折線繩槽卷筒的缺點在于,它比較復雜,所以比螺旋繩槽卷筒的價格貴一點。然而,這額外的費用因節(jié)省鋼絲繩而很快地得到補償,因為鋼絲繩價格很貴,并且更換新的鋼絲繩也占用了生產(chǎn)時間。
對于折線繩槽卷筒來說,若其偏角超過推薦的范圍,可以利用一個稱之為角度補償器的特殊裝置進行補償。
對于多層卷繞的鋼絲繩作業(yè),重要的是第一層鋼絲繩的卷繞應(yīng)在拉力下進行,避免內(nèi)層鋼絲繩松弛,被外層鋼絲繩擠壓或捻壓到槽壁上而損壞。
一般鋼絲繩拉得愈緊,卷繞得愈好。據(jù)LeBus推薦,鋼絲繩應(yīng)承受至少2%的破壞載荷或10%的作業(yè)載荷。當然對于安全系數(shù)和鋼絲繩的設(shè)計來說,必須做好承受破壞載荷的準備工作。但是向?qū)<易稍?,決不是一個壞主意。
折線繩槽卷筒的設(shè)計和制造,要滿足提升作業(yè)的特殊要求,繩槽的型式要適應(yīng)鋼絲繩的長度、直徑和結(jié)構(gòu)類型。
如上所述,折線繩槽的槽形有兩種形式,一種是單折線繩槽,一種是雙折線繩槽。前者為最初的繩槽形式,后者為改進的繩槽形式,目前應(yīng)用較多的是后一種形式。雙折線繩槽的斜繩槽和直繩槽交替出現(xiàn),這樣在卷筒表面上就出現(xiàn)了兩個斜繩槽區(qū)和兩個直繩槽區(qū)。所謂斜繩槽,是指與卷筒母線斜交的繩槽,直繩槽是指與卷筒母線直交或與法蘭平行的繩槽。斜繩槽約占圓周長的20%,直繩槽約占80%。
折線繩槽已被Lebus公司注冊為一種產(chǎn)品。它既可以直接在卷筒上加工成型,也可以制成帶有這種繩槽的套,并且做成分體式的。安裝時包裹在光面卷筒上,通過螺栓或焊接與卷筒連接成一體。目前,國外以這種方式使用折線繩槽的卷筒居多。
繩槽套的材料可為碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁或玻璃纖維等。
卷筒的法蘭多為平板型,結(jié)構(gòu)簡單,便于加工制造。不論纏多少層,只需在卷筒的第一層加墊塊,這樣,每一層鋼絲繩的圈數(shù)都相等。
液壓絞車排繩器存在的問題
常見的絲桿排纜輪的軸線平行于卷筒的軸線,這種排繩結(jié)構(gòu)的絞車收放纜繩時,排纜角度不斷變化,當纜繩的出口和排纜機構(gòu)距離較小時,排纜角就比較大,這不但使得導纜器和排纜絲桿受到的軸向分力比較大,而且會使纜繩和導繩器之間的摩擦加劇,從而導致排纜機構(gòu)和纜繩的壽命都大大縮短,嚴重的甚至會導致纜繩卡死的現(xiàn)象出現(xiàn),排繩工作無法繼續(xù)工作下去。
2、研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題(根據(jù)任務(wù)要求進一步具體化)
研究目標:
通過合理整和已有的設(shè)計,閱讀大量文獻,掌握機械設(shè)計的基本步驟和要求,以及傳統(tǒng)的機械制圖的步驟和規(guī)則;掌握排繩器的相關(guān)設(shè)計方法,以進一步扎實拉絲機設(shè)計基本知識;學會用AUTO CAD,Solidworks ,Proe等三維軟件進行基本的二維或三維建模和制圖,同時提高分析問題及解決問題的能力。提出將各種設(shè)計方法互相結(jié)合,針對不同的設(shè)計內(nèi)容分別應(yīng)用不同的方法,以促進其設(shè)計過程方法優(yōu)化、設(shè)計結(jié)果精益求精。
研究內(nèi)容:
根據(jù)排繩器的特點,合理設(shè)計該排繩器的技術(shù)方案、完成液壓絞車排繩器的整機設(shè)計,結(jié)構(gòu)設(shè)計,排繩器的主要參數(shù)的計算與確定、傳動零件、絲桿、導纜輪等重要零件設(shè)計。在二維cad或三維設(shè)計平臺 Solidworks中完成排繩器零件圖以及裝配圖的繪制并建立三維模型、設(shè)計合理性的分析和評價等。
擬解決的關(guān)鍵問題:
排繩器的機構(gòu)方案設(shè)計、數(shù)據(jù)選擇及確定,產(chǎn)品整機模型設(shè)計、計算及校對,傳動零件、絲桿、導纜輪等重要零件設(shè)計、計算及校對。
3、特色與創(chuàng)新之處
采用一種導纜輪和排纜絲桿成直角的新型的伺服排纜機構(gòu),在不改變載荷的情況下,減少纜繩在絞車卷筒上的排纜角,優(yōu)化了排繩效果。
4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
研究方法:
調(diào)查法 現(xiàn)場觀察排繩器,測繪尺寸
觀察法 觀看排繩器拆裝視頻
文獻研究法 查閱網(wǎng)絡(luò)文章,閱讀文獻和論文
模擬法 建立Solidworks三維模型
數(shù)學法 用數(shù)學經(jīng)驗公式排繩器進行分析
步驟:
第一階段,在1月到3月之間利用寒假時間進行知識儲備,技術(shù)儲備。通過查閱網(wǎng)絡(luò)文章,閱讀文獻和論文,完成論文的開篇報告(畢業(yè)實習報告)及1500漢字以上的英文文獻翻譯,并初步對排繩器進行方案設(shè)計。
第二階段,在3月到4月中旬之間進行詳細設(shè)計,通過多方資料查閱,掌握排繩器的基本結(jié)構(gòu)及其工作遠離,在老師的協(xié)助下完成排繩器產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,計算及校對。
第三階段,在 4月到 5月之間,完成零件傳動、絲桿、導纜輪等零件的設(shè)計,計算并進行校對。
第四階段,在 5月到 5月中旬之間,完成打印排繩器總裝圖及非標準零件二維工程圖形。
第五階段,在 5月中旬到 6月之間,完成打印排繩器設(shè)計說明書,準備答辯。
技術(shù)路線:
首先了解本論題的研究狀況,明確研究目的,確定研究方向;其次,進一步搜集閱讀資料并研讀文獻,做好相關(guān)的記錄,形成論題提綱,確定研究方案;再次,實施研究計劃,現(xiàn)場測繪,完成相應(yīng)計算,建立三維仿真模型,完成零件圖裝配圖的繪制。最后,完成預期成果,編寫設(shè)計說明書,反復修改,完成設(shè)計。
5、 擬使用的主要設(shè)計、分析軟件及儀器設(shè)備
Solidworks應(yīng)用軟件建模,CAD應(yīng)用軟件繪圖
6、 參考文獻
A:(1)濮良貴、紀名剛,《機械原理》,高等教育出版社,2006.5
(2)潘存云,《機械原理》[M](第二版),中南大學出版社,2011.11
(3) 胡忠舉 陸名彰 ,《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》[M](第二版),中南大學出版社, 2011.8
(4) 《機械設(shè)計手冊》,機械工業(yè)出版社
(5) 《機械工程手冊》,第五卷, 北京:機械工業(yè)出版社
(6) 《海洋深鉆絞車操作手冊》,中英文版, 鴻海海洋專用設(shè)備有限公司
(7) Charles W.Beardsly, Mechanical?Engineering,ASME, Regents Publishing
Company,Inc,1998
注:
1、開題報告是本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)的一個重要組成部分。學生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書的要求和文獻調(diào)研結(jié)果,在開始撰寫論文之前寫出開題報告。
2、參考文獻按下列格式(A為期刊,B為專著)
A:[序號]、作者(外文姓前名后,名縮寫,不加縮寫點,3人以上作者只寫前3人,后用“等”代替。)、題名、期刊名(外文可縮寫,不加縮寫點)年份、卷號(期號):起止頁碼。
B:[序號]、作者、書名、版次、(初版不寫)、出版地、出版單位、出版時間、頁碼。
3、表中各項可加附頁。
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