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1、第一章 概述1.1 包钢无缝厂简介包钢无缝钢管厂是我国唯一采用400自动轧管机组的大型无缝钢管重点生产厂，设计能力为30万吨，1971年投产以来，由于全厂推行质量认证体系，不断进行技术改造，引进了大量的先进设备和先进技术改进了生产工艺，使产品质量和产量明显提高，因此钢管产量已突破设计能力，目前稳定在35万吨左右。 我厂产品规格180-426X6-40mm,品种有低中压锅炉管、高压锅炉管、结构管、流体传输送管、液压支架管、石油套管等。我厂于1996年获得ISO9002-94标准认证，1997年获得美国API认证，2000年获得德国TUY认证，具有较强的质量保证体系。 我厂主要采用的设备有：环形加
2、热炉、二台穿孔机、自动轧管机、二台均整机、步进式再加热炉、三辊定径机、矫直机、水压机、样伤机等及套管加工车床及配套设备。2001年该厂结合引进德国技术装备，成功的实施400机组大规模技术改造，进一步提高了装备水平，实现了操作自动化,在线质量检测,自动更换顶头。改造后场频质量和产量都跃上了新的档次,产品结构明显改善。已形成锅炉用管，结构用管和石油套管等多条专用管材工艺线，可生产直径177.8-426mm，壁厚6-40mm的23个品种，120多个规格的无缝管材，并且具备生产大断面方矩形无缝管的能力，年产量稳定在35万t以上，2005年新增2条线套管加工线，年产20万t套管。问来生产能力达100万t
3、。内蒙古包钢钢联股份有限公司无缝钢管厂，是我国生产无缝钢管，石油套管的重要基地，只生产光管向生产精加工，管家公无缝钢管转变，建成无缝管精整线和石油管加工生产线，N80Q钢级石油套管下井成功，标志着包钢N80Q石油套管已具备了直销国内油田的全部准入条件。该厂下设有三个作业区：400作业区，180作业区 管加工作业区。180作业区采用的是意大利INNSE公司引进的五机架MINI-MPM机组，年设计能力为20万吨，现在年产量已达30万吨以上。该机组采用了二级自动化控制系统，可实现工艺参数预设定，物料跟踪，生产监控等功能，设置了以在线监测为手段的质量保证体系，该机组无论生产工艺，设备还是自动化等方面均
4、属九十年代国际先进水平。2004年180机组还配套新建了热处理生产线，年处理量为12万吨，其中60.3-114.3mm油管（包括加厚油管）3万吨/年。114.3-244.5mm套管9万吨/年，同时还可以处理低合金钢，合金钢等其他品种钢级，为用户提供了N80,L80,C90,P110,Q125优质钢级。无缝钢管厂作为国家重要的无缝管生产基地，主要产品有石油套管和油管，高中低压锅炉管，液压支架管，结构用无缝管，输送流体用管，管件用管等，还可以根据用户协议要求提供60-426mm范围内任何非标准规格的无缝管产品。1.2 180无缝钢管工艺流程介绍场内主要设备有管坯锯，加热炉，穿孔机，连轧机，矫直机等
5、。其生产的工艺流程为：管坯锯坯加热穿孔机连扎机脱管再加热炉探伤矫直机管排锯冷床张减定径倒棱热处理成品包装。该厂管坯的尺寸主要有170和270两种，长度均在3m左右，其中在管坯加热环节中最重要的是机械手，管坯进出环形加热炉都是靠机械手来完成的，机械手是由2根长约8m 粗300mm的空心钢管并排连接而成，前段个带有一个管坯，这种旋转运动是有液压系统来完成的，而机械手的前后，上下移动则是靠电动下车来实现的。因此，该机构看起来很简单，但里面的结构却是十分复杂。管坯出炉后就可以进行穿孔了，在穿孔是管坯在顶杆推动作用下向穿孔机推进。穿孔机是180机组主要设备之一，是轧制无缝管过程中的一道变形工序，其主轴及
6、传动轴安装在减速机与轧辊之间，带有两个万向节轴。主要作用是将加热好的管坯进行初步打孔，打好孔的管坯才能进入轧机进行轧制。该厂采用的是意大利INNSE公司引进的穿孔机此类型的穿孔机由2跟传动轴交叉连接而成，其中在每一根轴上均有2个电机串联，然后经过减速机传到轧辊上，并且2根传动轴是交错设计的，此项巧妙的设计方法能使管坯在穿孔的同时还自动的向前推进。经过穿孔的管坯就可以送到轧机中进行轧制了。采用五架连轧机组，其中在竖直放置的轧机有2台，水平放置的轧机有3台，这样设计的目的在于能提高轧管的工艺质量，而且还能提高生产率，每根钢管在经过五架轧机后都已经不需要进行再轧制，只要经过一些工艺上的处理就能得到成
7、品，比以前的几次轧制在生产率上提高了很多，而且还很方便。加工好的钢管经打包成捆运出车间。1.3 无缝钢管发展中的新工艺21世纪世界无缝钢管生产的三种新工艺世界上最近十年才发展起来的PQF、CPS和PAM轧管工艺，将成为21世纪世界无缝钢管生产的三种新工艺。这三种新工艺的发展历程大体如下(1)PQF轧管工艺意大利Innse公司Palma于1993年在香港国际会议上正式推出PQF(PremiumQualityFinishing)轧管工艺；2003年8月世界上第一台PQF连轧管机组在天津钢管公司投产。该台PQF连轧管机是由德国SMSMeerSMSDEMAGInnse公司与天津钢管公司共同设计。(2)
8、CPS轧管工艺CPS(ConicalPiercerStretchReducing)轧管工艺，即二步轧管工艺，其设想是省去轧管工序，穿孔后毛管直接进张力减径机组；二是连铸空心坯，连铸空心坯直接进轧管工序，省去穿孔工序，将传统三道工序变为二道工序。CPS轧管机早在1990年就在南非TOSA钢管厂投产，但16个月后宣告停产。然而2006年秋由意大利Innse在热轧生产线中间增加了四机架限动芯棒连轧机，使其恢复正常生产，成品管规格范围也有所改变。从此之后CPS轧管工艺才又时“新”起来。(3)PAM轧管工艺PAM(PlanetaryAsselMill)轧管工艺,即把德国发明的“行星斜轧机”(PSW)与“
9、阿塞尔轧机”(AsselMill)结合起来的轧管工艺。第一台PSW轧管机于1982年在德国ESW厂投产，德国Wengenroth博士从研究三辊行星轧管工艺出发，1998年在其论文中提出“行星阿塞尔轧机”的设想，这种轧管工艺技术将在本世纪有可能取得极大的发展。行星轧管机在钢管工业领域的发展应用已有20年的历史，但迄今只有德国钢管厂采用这种轧管机生产钢管(SMSMeer在一篇文章中称它是生产铜管的设备。笔者也曾经介绍过我国金龙铜管集团也用这种轧管机生产铜管的情况)。因此，人们对能否成为一项常规性持怀疑态度。但德国Wengenroth博士却提出了“行星阿塞尔轧机”的设想，他在一篇论文中谈及德国三辊行
10、星轧管工艺的前景时认为对金属流动阻力施加影响，是未来提高三辊行星轧管机能力的关键。施加这种影响的措施就是在三辊行星轧管机后台输出端施以向前拉曳的作用力。向前拉曳的作用力加大，在轧制过程行将结束时，可以不改变轧管孔型而完全避免荒管出现尾三角，且不出现增厚的管端。这一措施可以使三辊行星轧管机超越现存的工艺极限。在该论文的最后部分，Wengenroth博士提出了“行星阿塞尔轧机”的概念“首先要改变三辊轧管的运动方式，即“采用轧辊张角布置，使轧辊围绕穿孔坯旋转，以取代穿孔坯在轧管时的旋转运动。轧出的荒管可以直接进张力减径机，而不需要输出导卫装置，由张力减径机来施加向前拉曳力”，这就是“行星阿塞尔轧机”
11、的概念。当长度为8米、S/D(壁厚/管径)为0.25时，荒管长度可能超过60米，而成品管长度将达到数百米；三辊行星轧管机轧后不产生荒管端部切损，也不需设置荒管加热炉，这是三辊轧管技术的新概念。一次轧出数百米的成品管，可谓奇观，有人将其称之为“真正的连续轧管”。将阿塞尔轧机与行星轧管机相结合，不仅仅是三辊轧管技术的新理念，也是一项创举，是钢管生产工艺划时代的一项技术革命。1.4 问题的提出及研究本课题的意义钢管产品包装是钢管产品生产的继续，它是保护钢管产品在流通过程中质量完好和数量完整的必要措施。大多数钢管产品如管线管、高压容器用管、液压缸用管、流体输送用管、气缸用管等，只有加以必要的包装，才算
12、完成钢管产品的生产，才能进入流通领域和进行销售，从而完成钢管产品的价值和使用价值。良好的钢管产品包装有利于保护钢管产品、美化钢管产品、吸引顾客、扩大消路和增加售价。因此，许多国家都把改进钢管产品包装作为加强对外竞销的一个手段。从法律上看，合同中有关钢管产品包装的规定是产品说明的组成部分。一方违反这方面的规定，另一方即有权拒收货物或要求损失赔偿。由此可见，钢管产品的包装条款，是合同中的主要条款之一。大约在70年以前，钢管产品的竞争主要靠商标，也就是说看一个公司的牌子响亮不响亮;到上世纪40年代初，由于生产的发展，大量钢管产品拥进市场，这时一竞争主要靠文字说明;发展到60年代，钢管产品的竞争就靠产
13、品本身的质量和特色了。随着竞争的日趋激烈，在70年代到80年代初期出现了以钢管产品包装定位为特点的包装即以争取消费者为目的去设计的钢管产品包装。中国的钢管产品正是由于钢管产品的包装质量原因在国际上曾留下了“一等产品，二等包装，三等价格”的名声，对中国钢管产品的出口及声誉都造成了不好的影响。因此，要扩大出口，就必须下决心在提高钢管产品质量的同时，认真解决好钢份产品的外观质量和包装质量问题。目前，国内的钢管打捆包装主要还是采用人工方式，与国外先进的打捆机相比，还存左不少的缺点:1)钢价捆的成型没有在专门的成型机构中完成，钢管捆的外形不能得到保证。这就很容易使捆扎钢管捆的各道包装带受力不均匀，导致包
14、装带的破坏，甚至造成翎i少捆的散捆。2)打包过程没有专门的工具，不能保证每道包装带的受力基本相同，这也同样不能保证包装质量。3)不能适应于恶劣环境下的钢管包装，例如高温的线管，管线管的打捆包装。4)钢价捆打捆各过程都需要手动完成，自动化水平较低，已经严重地不能满足现代化钢管企业生产的需要。由于以上存在的缺点以及各种技术上的问题，国内到上个世纪90年代，才有企业和技术人员对钢管打捆机进行了一些研制工作。通过对钢管打捆机的研究，可以借鉴和学习国外先进的机械设计技术，自动控制技术，管理技术，减轻工人的劳动强度，提高工作效率，保证钢管捆的包装质量;可以改变我国目前大量钢管打捆机依赖进口的局面，填补国内
15、的这一空白。1.5 国内外钢管打捆机发展现状目前世界上生产钢管打捆机的国家主要有:美国、日本、德国、意大利。其中美国是研究钢管打捆机历史较长的国家，目前已经形成了独立完整的钢管打捆机体系，其产品的品种和产量均居世界之首。其产品以高、精、尖产品居多，日本紧随其后。由于近年来微电子、材料、制造等行业的迅猛发展，日本引进、吸收和消化了美国的打捆机技术，并在打捆工具的制造方面独树一帜。德国，意大利的打捆机也具有自己的优势方面。进入上世纪8090年代，各个发达国家为了维护本国的钢管打捆机市场和扩大出口能力，积极采用其它领域的新技术(如微电子、激光、新材料等)，开创了钢竹汀捆机研究发展的新局面。欧美国家的
16、钢管打捆机研究，已不再太注重产品的.显:种，而是注重在原有品种的基础上继续研究改进性能。作为子川困机核心部分的打捆头，美国、日本、德国、意大利都具有自主的产品。我国的包装机械起步于20世纪70年代。经过30年的发展，虽然已初步形成门类比较齐全、产品比较配套的产业，但是我们应该清楚地看到我国在钢管打捆机技术方面还是十分薄弱的。目前主要的钢管生产企业如上海宝钢、内蒙古包钢、天津无缝钢管公司等使用的钢管打捆机都还依赖进口。我国目前基本上没有或者说没有专门对钢管打捆机进行研究与制造。综合分析我国钢管打捆机的发展现状，阻碍其发展的主要原因在于:l)对寸丁捆机辅助机械的设计知识缺乏研究。打捆机的辅助机械是
17、打捆机至关重要的部分，它设计的先进与否直接影响到打捆的进度和质量。2)对打捆机的关键部件打捆头的机械设计知识缺乏研究。在这个方面同时一也暴露出我国在材料、制造等多方面的欠缺与不足。国外同类包装机械工具产品的寿命是国内的产品的2一4倍就是明显的例证。可见这方面的改进还将有赖于我国材料、制造等基础工业整体水平的提高。3)主要控制部件与执行部件微型机(PLC)的稳定性、气动元件及各种执行部件性能与可靠性还有待于提高。这部分元件目前国内的产品性能与国外的产品性能还具有一定的差距。1.6 钢管打捆机的相关技术钢管打捆机系统是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、机械传动与气动技术等多个学科技术领
18、域综合交叉的技术密集型系统工程。一、机械技术机械技术是钢管打捆机技术的基础，是连接整个打捆过程的桥梁，是打捆机至关重要的部分。从打捆机所采用的机械技术就可以清楚的看到打捆机的先进性如何。因此，需要更新机械设计概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足诚小体积、减轻重量、提高精度、提高刚性、改善性能的要求。经典的机械技术借助于计算机的辅助设计技术，以及在此基础上同时一采用人工督能(Artificial eialxntelligenee)与专家系统(ExperrSystem)等，已经形成新一代机械制造技术。钢管扫捆机最关键的机械部分打捆头设计，尤其体现了机械技术的先进性。二、系统技术系统技术就是
19、以整体的概念组织应用各种相关技术。从全局的角度和系统目标出发，将总体分解成相互有机联系的若干概念单元，以功能和单元为子系统进行二次分解，生成功能更为单一的子系统功能和单元。这些子功能和单元同样可以卯厂卖逐层分解，直到能够找出一个可实现的技术方案。深入了解系统内部结构和相互关系，把握系统外部联系，对系统设计和产品开发十分重要。接口技术是系统技术中的一个重要方面，它是实现系统各个部分有机连接的保证。按日包括电气接口、机械接口、人一机接口。电气接口实现系统间电信号的连按:机械接口则实现机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接;人一机接口提供人与系统间的交互界面。三、目功控制技术自动扛;制技术范围广泛
20、，主要包括:基本控制理论;在此理论的指导下，对具体控制装置或控制系统进行设计;设计后系统仿真、现场调试;最后使研制的系统能一弓一靠的投入运行。由于系统控制对象种类繁多，所以控制技术的内容及其丰富，例如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等等。由于微型计算机的广泛应用，自动控制技术越来越多的与计算机控制技术联系在一起，成为检测系统中十分关键的技术。四、传感及检测技术传感器与检测装置是系统的感官器官，它与系统的输入输出相连，并将检测到的信号输送到信息处理部分，传感器检测装置是实现自动化的关键环节，它的功能越强，系统的自动化程度越高。随着自动化领域的不断扩展，需要测量的
21、参量日益增加，对传感器进一步提出数字化、智能化、标准化的紧迫要求。五、电、气、液传动技术传动系统包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，由微型计算机通过接口与这些传动装置相连接，控制它们的运动，带动工作机械作回转、直线及其它各种复杂的运动。传动系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件，对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。常见的系统驱动执行部件有交流电机、步进电机、气缸等等。气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专门技术。由于它具有节能、龙污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各工业部门现在，气动技术与微电子、液压技术一样，都是实现生产过程自动化最有
22、效技术之一。六、现场总线技术现场总线是应用在生产现场、在微机和测量控制设备之间实现双向串行多点数字通信的系统。现场总线最终实现的是管理的集中化和控制的完全分散化。现场总线技术将专用的微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息的交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。现场总线具有系统开放性、互操作性与互用性、现场设备的智能化与功能自治性、系统结构的高度分散性、对一现场环境的适应性等技
23、术特点。正是由于具有了以_泊勺特点，使用现场总线可以节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护升消，同时给了用户高度的系统集成权，也提高了系统的准确性和可靠性。目前世界上主要有FF(基金会现场总线)、Lonworks、PROFIBUS、CAN等几种现场总线，它们已经逐步形成影响并在一特定的应用领域显示了自己的优势。基金会现场总线的主要技术包括FF通信协议，用于完成开放互连模型中第2一7层j坦信协议的通讯站(CommunieationStack);用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典;用于实现测量、控制、工程华洲专换等应用功能的功能块;实现系统组态、调度、管理
24、等功能的系统软件技术以及构建集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。Lonwworks现场总线采用了150/051模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，以神经元芯片为核心、，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，上琴通信速率从3oobPs至1.SMbPs不等，直接通信距离可达2700m(7skbPs，双绞线);支持双绞线、同轴电缆，光纤、射频、红外线、电力线等多种通讯介质，并开发了相应的本质安全防爆产品。PROFIBUS是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由Pl之OFIBUS一DP，PROFIBUS一FMS，PROFIBUS一PA组成了PROF
25、IBUS系列。DP型用于分散外设间的高速数据传输，适用于加工自动化领域。PROFIBUS一FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等领域。PRO厂IBUS一PA是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158一2标准。本系统将采用PROFIBUS一DP现场总线标准。1.7 本课题的来源和目标鉴于钢管打捆机相关技术的分析，在消化和吸收德国西马特钢管打捆机技术的基础土，根据国内的钢管生产企业的特点，研制开发钢管打捆机是可行的。为此，浙大精益公司就钢管打捆机己和天津无缝钢管公司签定了合作协议。根据协议规定，对方委托我们开发应用于无缝钢管打捆机。我们开发钢管打捆机，希望实现钢管打捆机的国产
26、化，以填补国内这一空白。因此，本文主要将进行以下几方面的工作:1)通过对德国西马特公司的钢管打捆机采用的机械设计理论和方法的分析，深入了解了一整套钢管打捆机的机械设计方法。2)通过对德国西马特公司的钢管打捆机采用的自动控制理论和方法的分析，深入了解了基于PROFIBUS一DP现场总线的打捆机控制系统设计技术。3)通过对微型机在工控领域应用优点的分析，初步设计了钢管打捆机的硬件和软件系统。4)通过对钢管打捆机的工艺流程分析，初步设计了钢管打捆机的机械和电气控制系统。第二章 钢管打捆机的总体方案设计2.1 钢管打捆包装机械的性能要求2.1.1国家对钢管包装的要求依据中华人民共和国冶金部1998一0
27、2一02一批准:1、钢管(钢管和焊接钢管)打捆包装的有关规定根据钢管的验收、包装、标志和质量说明书GB2102一88规定:一般钢管采用捆扎成扎包交货，每捆应是统一批号的钢管每捆钢管不应超过5OOOKg;外径大于159ll的钢管或截面周长大于8OOmm的异型钢管，可散装交货;经供需双方协议，每捆钢管的重量可以超过8000kg，也可小包装交货;成捆钢管一端应放置整齐;短尺寸钢管应单独包装交货;定尺寸长度交货的钢管，其搭交的非尺寸长度钢管，应单独交货;成捆钢管应用钢带或钢丝捆扎牢固;每捆钢管的捆扎道数应符合表2.1;钢管的捆扎包装形式有如图2.1所示的几种;表2.1壁厚大于1.smm的冷拔或冷轧不锈
28、钢管，应用不少于2层的麻袋或塑料布紧密包奥，钢带或钢丝捆扎(经双方同意也可以裸体捆扎)。每捆最大重量为2000kg钢管的捆扎包装件的形式有圆形、矩形、框架式和六角形四种.其中六角形包装件比矩形包装形状稳定，比框架式包装经济、简便易行，比圆形包装件外形整齐美观，堆放时受力面大，且便于计算，故在实际生产中，厂家多采用六角形包装件，尤其优质产品要求用六角形包装件。2、无缝钢管厂对钢管打捆的具体要求钢管外径:32.0-168.3mm钢管脚厚:3.2-22.2mm钢管定尺长度:6- 15m管的理沦重量计算:Wl= Wp*L:其中Wl一长度为L的(Kg);Wp一平端钢管每米重量(Kg/m);L一测量钢管的
29、长度。通过钢管修正量(人工测量获得)修正长度(m)。最大钢管重量:95OKg钢管最高温度:80打捆方式:手动助力式气动打捆机打捆捆扎材料:钢带每捆的最大捆径:85Om打捆形状:六角形打捆迈数:钢管长度7m，最少捆4道钢管长度10m，最少捆5道钢管长度1Om，最少捆6道打捆周期:20-25秒/道生产力: 36t/h全年工作时间:6500小时。(有效工作时间5070小时)2.1.2钢管打捆机的性能要求钢管打捆机应以满足生产使用要求和保证生产率为前提，做到技术先进，经济合理，运行可靠稳定。一套好的钢管打捆机设备应具有:1、良好的使用性能l)所有的动作都要符合打捆的工艺要求;2)运动平稳准确。具有足够
30、的强度和刚度，能保证规定的运动精度;3)可靠性高;4)使明维修方便，操作简单安全。2、合理的技术性能指标l)经打捆后的钢管应能保证实现客户所提出的包装要求。例如在运输和存储澳坍间不致于松散、受潮、变形和损坏;2)具有一定的灵活性，能适应一定范围产品规格、品种变化的要求;3)具有合理的自动化程度。要根据需要和可能性来综合考虑，不能脱离具体的条件盲目的追求先进性;4)创彻标准化、通用化和系列化;5)结构简单，制造容易，成本底;6)生产效率高、能耗少;7)节约材料。3、其他l)减轻劳动强度，改善劳动条件，不污染环境，讲究技术美学，创造文明生产条件:2)留仃发展的余地，需要改进时而不致造成全机废弃。2
31、.2 钢管打捆机系统的工艺流程分析钢管扫捆机的工艺流程实现可以有电磁吊式、机械式。通过对电磁吊式与机械式的扫捆工艺的深入研究，我们得出不管哪种方式虽然工艺实现方式不同，但其卜要的工作流程都相类似，都是:首先是将钢管一根根的对齐，这部分我们称之为进移管机:然后按成型需要分批计数后移到成型机构里进行钢管捆成型，我们称之为移管成型机构;最后是将成型的钢管捆运输到打捆工位进行打捆并输出，这部分我们称之为运输机构。鉴于委托单位的要求以及我们研发便利条件等因素，我们参考了德国西马特的钢管打捆机的工艺流程，将打捆机分为步进移管机、水平移管机、托叉移动机构、六角成型机构、小车运输机构。2.3 传动方案选择传动
32、方案的选择对涉及的成败起到了关键性作用，这一阶段也充分体现了设计工作有多样性的特点。机械的功能分析，就是对设计任务书提出的机械功能中必须达到的要求，最低要求及对希望达到要求进行综合分析，记这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。确定出功能参数后，即可提出可能采用的方案。寻求方案时安原动部分，传动部分及执行部分分别进行讨论。从电动机到工作机构部分的传动可以是某一减速器（它与电动机和工作机构用连轴相连接）；也可以是减速器加带传动（链传动，开式齿轮传动等）。2.3.1方案比较方案一：电机V带传动减速器主动滚筒输送链图2.21 电动机2输送带3
33、主动滚筒4减速器5V带传送方案二：电动机运输机主轴运输机主动星轮链轮图2.31 电动机2传动系统3运输机主动星轮 4运输机主轴5传动链方案三：电动机联轴器减速器联轴器链子提升装置图2.41 提升装置2链轮3传动链4减速器5电动机方案一中的带传动用于传递的功率不大，结构形式比其他传动形式大，但传动平稳，能缓冲吸收冲击振动，由于摩擦产生静电，不适用于有瓦斯积灰尘等危险场合。常用于高速及传动。由于打捆机的传动部分功率较大且传动不平稳，所以方案已不适用。方案二是用于水平方向上的传动，而打捆机部分是垂直传动，故不适用。方案三中的链传动与带传动无打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，传动效率较高，链条无张
34、紧力所以作用在轴上的径向压力较小，且链传动尺寸小，结构紧凑，能工作在高温潮湿的环境中。因此方案三为最佳方案。第三章 提升装置设计3.1 选则电动机电动机的选择内容包括选择电动机的种类，电机的型式，电机的额定电压转速和功率计算。标准电极的容量等，所选电机应符合工作要求。电动机的容量主要由运行时发热条件的确定，再不变或变化很小的条件下，长期连续运行的机械，只要其电机负荷不超过额定值，电机则不会过热，通常不必校验发热和启动力矩。已知参数：1.钢管规格 外径60-180mm;长度 6000-14630mm；厚度2.5-12mm;2.生产能力 12万吨/年; 捆形 六边形3.最该温度 80；4链速 0.
35、3m/s;传动方案：1提升装置2链轮3链传动4减速器5电动机3.1.1提升装置受力分析图3.1提升装置受力图如图所示：钢管受到重力G，拉力F，支持力N(3.1)其中：m，。 （3.2）3.1.2电动机负载功率 （3.3）式中P匀速提升时所需的牵引功率；所以电机所需的功率其中选联轴器的效率；链传动的效率选减速器的效率。3.2 减速器的选择3.2.1常用减速器的选择减速器是在原动机(一般为电动机)和工作机间的独立传动部件。一般以齿轮，蜗杆传动等 传动件装在铸造或焊接的刚性箱体中而成，有些减速器与电动机构成一个组合体，结构紧凑，使用方便。许多减速器我国已有国家标准，并在专门的工厂批量生产，可以按样本
36、选取。选择减速器一般考虑以下几个方面的问题：根据传动类型，减速器可分为齿轮，蜗杆，齿轮-蜗杆和行星减速器，根据齿轮形状不同，减速器可分为圆柱，圆锥，圆锥-圆柱齿轮减速器；根据传动的级数，减速器可分为单级，多级减速器；根据周在空间的位置，减速器可分为卧式和立式减速器；根据传动的布置形式，减速器可分为展开式，分流式和同轴式减速器。考虑不同工作环境还可分为在高温，低温，高速等条件下工作的减速器。3.2.2减速器的计算已知参数；电机；功率P=15kw 转速n1=1460r/min 求总传动比；i= （3.4）3.2.3选择减速器1）由传动比i=21，选ZL型减速器；2)由机械设计便览表41-2查取减速
37、器效率；3）查机械设计便览表41-5，由i=21，P=15kw 查选a=425；核算尖峰载荷，查机械设计便览表41-5，当i=21，a=425，且为连续型，高速轴功率P1=15kw时，选用高速级齿轮精度为8-8-7-DC，故选用代号为ZL425-10-II型的减速器。3.3 链的设计计算已知参数：电动机功率链传动的工作条件不同，其失效形式也不同。根据链速不同分为V0.6m/s的一般链传动，按功率曲线设计计算，当V=0.6m/s的低速链传动，安静强度设计计算。因为已知链的速度V=0.3m/s0.6m/s，所以本设计中的链传动设计计算应安静强度进行计算，当V0.6m/Ss时，其主要失效形式是链的静
38、力拉断，故应进行强度校核。3.3.1选取链轮齿数链轮齿数的多少对传动平稳性和使用寿命有很大的影响。小链轮的齿数少，可以减小外廓尺寸，但齿数过少，会增加运动的不平稳性和动载荷；链轮在进入和退出啮合时，链接间的相对转角增大；链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。可见笑脸轮的齿数不宜太少，一般链轮的齿数。但小链轮的齿数也不宜太大，在传动比给定时，小齿轮齿数增大，大齿轮的齿数也相应增大，其结果不仅增大了传动的总体尺寸，而且还容易发生跳链和脱链，从另一方面限制了链条的使用寿命。假定链速，又下表选取小链轮齿数Z1小链轮齿数Z1对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响。尺寸小可减小外廓尺寸，但齿数
39、过少，将会导致：传动的不均匀性和动载荷增大；链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，是铰链的磨损加剧；链传递的圆周力增大。从而加速了链条和链轮的损坏。所以当链速V=0.3/s，取主动轮齿数Z1=17。3.3.2确定链的额定功率由于连的传动启动属轻微冲击，查机械设计表9-6取（3.5）3.3.3选择链的型号，确定链节距和排数 链的节距p越大，承载能力就越高，但总体尺寸增大，多边形效应显著，振动 冲击和噪声也严重。为使结构紧凑和延长寿命，应选用较小节局的单排练，但当速度高，功率大时，宜选用小节距的多排链。如果从经济上考虑，当中心距小，传动比大时，应选用小节距的多排链；中心距大，传动比小时，应选
40、大节距的单排链。综合考虑，初选链号；24A，双排链p=38.1查机械设计手册带传动和链传动，图14-2-2可知，预使此链的额定功率达到 3.3.4确定中心距和链节数因为捆成型后形状为正六边形，技术要求每层厚度为200-1030mm。由下图正六边形特性可知； （3.6） 图3.2正六边形据此可知，提升支架在垂直方向在大活动距离不大于892mm，而提升连接头在斜向120度方向最大活动距离不得低于1030mm，因而从动轮中心距1030mm，考虑提升连接头不可以碰撞两链轮，故两从动轮中心距必须适当加大，取提升支架在斜向120度方向的运行距离为1170mm。综合考虑机器的工作要求和场地条件，主动轮最好的
41、布置位置为从动轮(1)的正下方。另外链传动必须安装张紧装置，所以主动链轮的位置相对于从动链轮（2）须在铅垂方向要有适当的提高。综上所述，从动轮（1）的正下方与主动链轮的中心距a2=1040mm，下从动轮（2）较主动链轮低h=230mm。考虑提升牵引作用，则两从动链轮中心线需与水平方向成120度角。那么主动链轮与下从动链轮（2）在水平方向的距离为： (3.7)则：主动链轮余下从动链轮的中心距：。 (3.8)两从动链轮的中心距为：。 (3.9)链节数为：为了增加链轮的啮合齿数，提高传动能力。应适当增加链节数，这样可以在张紧装置的作用下使链轮啮合数增加，提高传动能力。取Lp=101。如下图 图3.3
42、联传动简图3.3.5轴上力的计算作用轴上的力：工作拉力： N (3.10)工作平稳： (3.11)3.3.6链传动的润滑，布置和张紧链传动的润滑：良好的润滑有利于减少铰链的磨损，提高传动效率，缓和冲击从而延长链条的寿命。润滑方式的选择：由于链条的运动是在空间的运动，不宜用润滑油润滑，所以选用人工定期润滑。链传动的步置：链传动的布置合理与否，对传动的工作性能和使用寿命有很大影响，布置时，两链轮已处于同一平面内，两轴平行，一般应采用水平或接近 水平布置，并使松边在下。链传动的张紧：主要是为了避免链的垂度过大，啮合时链条上下颤动，同时也可以增加啮合包角。常用的张紧方法：（1）用调整中心距来进行张紧；
43、 （2）附加张紧装置。综上所述设计中的链传动采用弹簧调节张紧。3.3.7设计结果综上所述，链条的设计结果为：滚子链型号：24A2110 GB124383 链轮齿数： 中心距： 压轴力： 润滑方式：人工定期润滑3.4 滚子链轮的设计选择滚子链轮的基本参数和主要尺寸：基本参数：链条齿数：Z=17；配用链条：节距 p=38.1mm 排距 滚子外径 主要设计尺寸：分度圆直径d： （3.12）齿顶圆直径 （3.13）分度圆弦齿高齿侧凸缘 （3.14）取链轮转速n由3.5 主动链轮轴的计算已知参数：电机功率为15kw，转速为1460r/min。3.5.1选择轴的材料选择轴的材料，应考虑下列因素：轴的强度，
44、刚度及耐磨性要求；热处理方法；材料质量；材料加工工艺性；材料价格等。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和疲劳强度，故采用碳钢制造轴有为广泛，其中常用的为45号钢。合金钢力学性能和淬火性能比碳素钢要好，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性要求较高的场合。40Cr经调制处理后，综合力学性能很好，是轴最常用的合金钢。该轴无特殊要求，因此选用调制处理的45#，。3.5.2初步估算轴径对于机器中的一般转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于刚度要求的轴（如机床主轴），主要应满足刚度要求；对于一些高速机械的轴（如高速磨床主轴，汽轮
45、机主轴等），要考虑满足振动稳定性的要求。在转轴设计中，其特点是不能首先通过精确计算确定轴的截面尺寸。因为转轴工作时，受弯矩和转矩联合作用，而弯矩又与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关，所以当周的结构尺寸未确定前，无法求出轴所受的弯矩，因此转轴设计时，扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后进行轴的结构设计，最后进行轴的强度校核。对于仅承受转矩或主要承受转矩的转动轴，常采用此方法进行设计计算，对既承受弯矩又承受转矩作用的轴，在做轴的结构设计前，常采用此法做轴的最小直径估算，用降低许用应力的办法来补偿弯矩对轴强度的影响，对于不太重要的轴，也可作为最后的强度计算。轴的强度条件为 10式中：周所传递的转矩，Nmm； 轴的抗扭截面系数，mm； P轴所传递的功率，kw； n轴的转速，r/min； 轴的许用扭转切应力，Mpa。对实心轴，将中，可得轴的直径式中：C由轴的材料和承载情况确定的系数；按上式求得的直径，应考虑
