塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺(tái)的設(shè)計(jì),塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺(tái)的設(shè)計(jì),縱向,焊縫,焊接,升降,平臺(tái),設(shè)計(jì) 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(jì)） 題 目： 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺(tái)的設(shè)計(jì) 姓 名： 系 別： 工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 呂寶君 2011 年 6 月 18 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、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(dú)立完成，真實(shí)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(jī)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(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了 謝意。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論 文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）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(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn) 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(jì)） 。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接 相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。 論文（設(shè)計(jì)）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(tái)的研究與使用現(xiàn)狀 .3 2 升降平臺(tái)型式分析與方案選定 .5 2.1 升降平臺(tái)的的設(shè)計(jì)要求 .5 2.2 升降平臺(tái)的總體布置 .5 2.3 升降平臺(tái)型式綜合分析與方案優(yōu)選 .6 2.3.1 升降平臺(tái)型式的綜合分析 .6 2.3.2 升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .7 2.3.3 升降平臺(tái)的工作原理 .8 3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .9 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 .9 3. 2 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) .10 3.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及校核 .11 3.4 滾輪的設(shè)計(jì) .17 3.5 聯(lián)軸器選擇 .19 3.6 平衡配重的設(shè)計(jì) .20 4 總體支架的設(shè)計(jì) .22 4.1 支架立柱設(shè)計(jì) .22 4.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 .24 5 結(jié)論 .27 參考文獻(xiàn) .28 致謝 .29 I 塔筒縱向焊縫焊接用升降平臺(tái)的設(shè)計(jì) 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(diǎn)發(fā)展的能源之一，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 制造業(yè)也隨之成為新興的制造產(chǎn)業(yè)。通過對(duì)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(tái)的設(shè)計(jì)，包括平臺(tái)升降系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、配重平衡機(jī)構(gòu)及支架等部分。設(shè)計(jì)中采用了鏈傳動(dòng)的機(jī)械 升降系統(tǒng)，通過升降裝置實(shí)現(xiàn)平臺(tái)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(tái)升降時(shí)的動(dòng)力消耗，增加了運(yùn)動(dòng)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(jì)對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高勞動(dòng)效率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及提高經(jīng)濟(jì)效益等都 具有十分重要的意義。 關(guān)鍵詞：塔筒；埋弧自動(dòng)焊；縱縫焊接；升降平臺(tái) 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(jì)） 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(chǔ)量巨大的能源。 風(fēng)力發(fā)電逐漸成為世界各國重點(diǎn)發(fā)展的能源之一，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)容量快速發(fā)展 1.世界風(fēng)能資源儲(chǔ)量豐富 世界風(fēng)能資源儲(chǔ)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(jì)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(fèi)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(jī)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(jìn)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(fèi)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(huì)對(duì)進(jìn)一步降低風(fēng)電成本問題進(jìn)行了分析研究后，認(rèn)為風(fēng)電成 本下降，60%依賴于規(guī)?；l(fā)展，40%依賴于技術(shù)進(jìn)步。過去的風(fēng)電成本下降更多的是依 據(jù)技術(shù)進(jìn)步，以后風(fēng)電成本進(jìn)一步下降則更多的是依賴于規(guī)?；?、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。世 界風(fēng)能理事會(huì)估計(jì)到 2020 年，陸上風(fēng)機(jī)的總體造價(jià)還可以下降 20%-25%，海上風(fēng)機(jī)的造 價(jià)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(jī)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(duì)成熟、成本相對(duì)較低的一種，受到各國的普遍 重視，裝機(jī)容量快速增長。從 1996 年起，全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)連續(xù) 12 年增速超過 20%， 平均增速達(dá)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(jì)） 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(qiáng)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(huì)爆發(fā)南 下，俗稱“寒流 ”，在此頻頻南下的強(qiáng)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(qiáng)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(yuǎn)不及東南季風(fēng)大。 青藏高原地勢(shì)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(dá) 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(gè)，風(fēng)能資源豐富。 二、我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)組設(shè)備制造行業(yè)是一個(gè)進(jìn)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(jì)占全球市場(chǎng) 96%的份額。僅 4 家最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備制造商就 掌控了全球市場(chǎng) 75%的份額。 國內(nèi)市場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(chǎng)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(huì)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(dá)到 70%以上，不滿足設(shè)備國產(chǎn)化率要求的風(fēng)電場(chǎng)不允許建設(shè)。因此，國際風(fēng)機(jī)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(duì)外方技術(shù)的吸 收，以及風(fēng)機(jī)制造經(jīng)驗(yàn)的增加、相關(guān)政策的實(shí)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(shí)力將得到提高，技術(shù)工人將增加，與國際先進(jìn) 技術(shù)的差距將縮小。 2、市場(chǎng)供求狀況 在未來很長一段時(shí)期內(nèi)，我國對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的需求將持續(xù)保持強(qiáng)勁增長態(tài)勢(shì)。自 2003 年以來，我國風(fēng)電裝機(jī)容量增長迅速，據(jù)預(yù)測(cè)，2011 年中國風(fēng)電裝機(jī)總量將可能達(dá) 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(jì)） 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(hù)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(shì)。 供給方面，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)制造進(jìn)入壁壘較高，從進(jìn)入到形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能 力的時(shí)間較長，生產(chǎn)能力的擴(kuò)大比較緩慢，而且先行的整機(jī)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(jī)廠進(jìn)入市場(chǎng)帶來 了一定的困難，因此形成了暫時(shí)的市場(chǎng)供不應(yīng)求的局面。預(yù)計(jì) 2010 年以前，我國風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組市場(chǎng)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(jī)的制造過程中，塔筒的焊接是影響進(jìn)度和質(zhì)量的一個(gè)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(duì)于塔 筒縱向焊縫焊接升降平臺(tái)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(tái)的設(shè)計(jì)問題。對(duì)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(shí)會(huì)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(duì)鋼板卷制后的筒體縱縫外進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊接時(shí)， 需要先將焊縫轉(zhuǎn)到上面， 然后在其上搭設(shè)臨時(shí)架子， 在架子上安放埋弧自動(dòng)焊接小車， 由小車的運(yùn)動(dòng)來完成對(duì)其下面的縱縫外的焊接。這種方法的缺點(diǎn)是搭架子費(fèi)工費(fèi)時(shí)， 工效低不方便流水作業(yè)， 而會(huì)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(jìn)行焊接時(shí)也具有很大的危險(xiǎn)性。 課題要求設(shè)計(jì)出一臺(tái)風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺(tái)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(duì)于保證產(chǎn)品的質(zhì)量 要求、提高勞動(dòng)效率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益等都具有 十分重要的意義。 1.2 升降平臺(tái)的研究與使用現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電塔的焊接工藝設(shè)計(jì)必須以簡潔、實(shí)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(jìn)行及產(chǎn)品焊接質(zhì)量。因此，對(duì)焊接的輔助設(shè)備要求很高。 在以前，有好多廠家在對(duì)鋼板卷制后的筒體縱縫外進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊接時(shí)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(jì)） 4 縫轉(zhuǎn)到上面，然后在其上搭設(shè)臨時(shí)架子，在架子上安放埋弧自動(dòng)焊接小車，由小車的運(yùn) 動(dòng)完成對(duì)其下面的縱縫外的焊接。這種方法的缺點(diǎn)是搭架子費(fèi)工費(fèi)時(shí)、工效低，不方便 流水作業(yè)，而縱縫焊接升降平臺(tái)克服了上述缺點(diǎn)，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(tái)上操作埋弧自動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求下，雖然各個(gè)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(tái)來完成焊接輔助。 升降臺(tái)目前比較成熟的種類有（1）液壓缸斜置驅(qū)動(dòng)的剪叉式升降臺(tái);（2）絲杠剪叉 式升降臺(tái)（3）垂直絲杠傳動(dòng)的機(jī)械式升降平臺(tái)（4）采用氣液聯(lián)動(dòng)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(dòng)升降平臺(tái)以及鏈輪控制的升降平臺(tái)?，F(xiàn)在 國內(nèi)絕大部分縱縫焊接裝置都具有可移動(dòng)懸臂架、升降平臺(tái)、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(jì)） 5 2 升降平臺(tái)型式分析與方案選定 2.1 升降平臺(tái)的的設(shè)計(jì)要求 本課題擬設(shè)計(jì)一種用于風(fēng)塔塔筒焊接的專用設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(dòng)焊完成縱向焊縫的焊接，然后用環(huán)縫埋弧自動(dòng)焊對(duì) 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(tái)裝置進(jìn)行焊接。所以要求縱縫焊接用升降平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)垂直移動(dòng)，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(jì)劃由升降機(jī)構(gòu)、平臺(tái)、平臺(tái)護(hù)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(jì)的設(shè)備應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)要求： 1) 平臺(tái)的面積要足夠大，滿足筒體能在下面進(jìn)行焊接的要求； 2)平臺(tái)上升的距離應(yīng)滿足塔筒直徑的變化范圍。 3)運(yùn)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(jì)條件的前提下，對(duì)縱向焊縫升降平臺(tái)的可用程度有著決定性影響 的因素有: 電機(jī)及減速機(jī)的選擇；立柱采用的結(jié)構(gòu)形式；為承受住平臺(tái)運(yùn)行所需舉升臺(tái)面 的重量，斷面尺寸為多少；立柱的高度；平臺(tái)的面積，平臺(tái)可上升的高度，上升下降活 動(dòng)實(shí)現(xiàn)的方式等。 對(duì)以上問題進(jìn)行綜合分析與計(jì)算，確定升降平臺(tái)的優(yōu)化目標(biāo)為: 第一、保證平臺(tái)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性。 第二、使機(jī)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(jì)性。 2.2 升降平臺(tái)的總體布置 初步設(shè)計(jì)升降平臺(tái)總體布置由支撐平臺(tái)的支架、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、升降機(jī)構(gòu)、平臺(tái)、平臺(tái) 護(hù)欄、扶梯及電控系統(tǒng)等組成。平臺(tái)下面應(yīng)有足夠的空間放置筒體，進(jìn)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(jì)） 6 2.3 升降平臺(tái)型式綜合分析與方案優(yōu)選 2.3.1 升降平臺(tái)型式的綜合分析 工程設(shè)計(jì)制造中任何機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)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(gè)方面尋求平衡點(diǎn)，使有利的優(yōu)秀的特性發(fā)揮的淋漓盡致，同時(shí)最大限度克服不利 因素。 方案一：地軸絲杠傳動(dòng)升降臺(tái)。 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(duì)雙層桁架體的振動(dòng)影響，降低了高速地軸的理論計(jì)算難度。同時(shí)絲杠又起到 對(duì)升降臺(tái)導(dǎo)向、鎖定的作用，簡化了其它傳動(dòng)形式對(duì)導(dǎo)向、鎖緊等司服系統(tǒng)的要求，提 高整套設(shè)計(jì)的可靠性。 絲杠垂直的站立，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為垂直升降運(yùn)動(dòng)，具有傳動(dòng)剛性好，速比、定位 精確，可自鎖等特點(diǎn)。但絲杠加工難度大， 加工工藝復(fù)雜; 根據(jù)絲杠升降臺(tái)對(duì)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(dá)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(dòng)達(dá)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(jī)構(gòu)傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。高速地軸傳動(dòng)，傳遞扭矩小，經(jīng)濟(jì)性高。但參數(shù) 選定不易把握。 方案二：液壓缸斜置驅(qū)動(dòng)的剪叉式升降臺(tái) 剪叉式升降升降臺(tái)：是用途廣泛的高空作業(yè)專用設(shè)備。它的剪叉機(jī)械結(jié)構(gòu)，使升降 臺(tái)起升有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺(tái)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(shí)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(tái)，在實(shí)際使用中存在一些不足: 1.剪叉式結(jié)構(gòu)的升降臺(tái)結(jié)構(gòu)特殊，平臺(tái)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(tái)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(tái)面都因液壓元件長時(shí)間受載引起泄漏，導(dǎo)致臺(tái)面下沉，有的在 24 小時(shí)內(nèi)就下沉 20 毫米左右; 4.起動(dòng)力矩與負(fù)載比偏大，從文獻(xiàn) 11中可以看出，其驅(qū)動(dòng)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(jì)） 7 陡，起動(dòng)力很大，能源浪費(fèi)，當(dāng)起升角 = 10時(shí)，起動(dòng)力約為負(fù)載的 3 倍，而當(dāng)起升 角達(dá)到 = 60 以后，起動(dòng)力才接近于負(fù)載; 5.起始高度較高，機(jī)構(gòu)較為龐大，地坑較深，占用空間較多。 方案三：液壓升降機(jī) 甘銳等 7設(shè)計(jì)了一種液壓升降機(jī)。平臺(tái)上升時(shí),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(jì)還采用了液壓單向閥的鎖緊 回路，當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，其 H 型的中位機(jī)既能使泵在不停機(jī)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(tái)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(shí)，容 易受到焊接時(shí)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(tái) 鋼絲繩滾筒升降平臺(tái)由 T 形焊接平臺(tái)，方形立柱，橫梁箱組成，動(dòng)力系統(tǒng)放置在方 形立柱內(nèi)，“ T”形焊接平臺(tái)實(shí)現(xiàn)升降時(shí)，正反轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng) 卷筒正反轉(zhuǎn)卷繞鋼絲繩，鋼絲繩正反轉(zhuǎn)通過滑輪組實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的升降。電機(jī)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過 減速后使平臺(tái)得到的升降速度。 此設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是沒有設(shè)置配重，增大了電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。下降運(yùn)動(dòng)一啟動(dòng)，會(huì)造成 平臺(tái)突然下降的情況，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。 方案五：鏈傳動(dòng)升降臺(tái) 鏈傳動(dòng)升降臺(tái)由 T 形焊接平臺(tái)，四根方形立柱，傳動(dòng)系統(tǒng)組成， “T”形焊接平臺(tái)實(shí) 現(xiàn)升降時(shí)，正反轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得鏈輪旋轉(zhuǎn)，鏈條升降，并通過增 設(shè)配重機(jī)構(gòu)，減小驅(qū)動(dòng)機(jī)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(tái)，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(qiáng)了平臺(tái)的負(fù)載能力，避免了剪式平臺(tái)機(jī)構(gòu)無法放置平臺(tái)的缺陷，也沒有液壓 油路，是施工現(xiàn)場(chǎng)十分干凈，避免了焊接時(shí)火花接觸油路的危險(xiǎn)。 由上面綜合分析可得，采取鏈傳動(dòng)式升降臺(tái)，比較適合進(jìn)行塔筒縱向焊縫焊接。 2.3.2 升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、初步設(shè)計(jì)方案 根據(jù)升降臺(tái)的工作性質(zhì)，以及升降臺(tái)的各種功能要求，初步設(shè)計(jì)采用鏈傳動(dòng)升降臺(tái) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 的形式，但是計(jì)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(tái)的伸出長度應(yīng)至少達(dá)到 2.2 米； 3.為使平臺(tái)升降輕便，增設(shè)配重平衡機(jī)構(gòu)，并設(shè)計(jì)在平臺(tái)與支架之間采用滾輪連接的 方式； 4.電機(jī)、減速器、均設(shè)在鏈輪軸處，電機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速后，通過鏈輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)平臺(tái) 運(yùn)動(dòng)。 5.選擇可正反轉(zhuǎn)的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)上升或下降不同方向的運(yùn)動(dòng)。 二、具體設(shè)計(jì)方案 具體設(shè)計(jì)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(gè)門架，兩門架通過 承重軸加上鏈輪將配重及升降臺(tái)本體掛起。這樣整個(gè)升降臺(tái)與另一邊的配重通過門架組 成一個(gè)可上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)的體系，由于電動(dòng)機(jī)可以正反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速機(jī)減速， 再由 減速機(jī)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得鏈條實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降運(yùn) 動(dòng)。 2.3.3 升降平臺(tái)的工作原理 上述的設(shè)計(jì)方案中，縱縫焊接升降平臺(tái)的工作原理如下： 將需焊接的筒體放在臺(tái)車的滾架上使其縱縫在上面， 由軌道推入“T”形焊接平臺(tái) 下面， 將“ T”形焊接平臺(tái)升降到合適的位置上使焊接自動(dòng)小車焊頭與縱縫對(duì)正， 焊接 小車縱向運(yùn)動(dòng)便可完成對(duì)縱縫的埋弧自動(dòng)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(jì)） 9 3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 電機(jī)采用正反轉(zhuǎn)電機(jī)， 可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，可以改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向。從而改變平臺(tái) 的上升和下降。減速機(jī)采用蝸輪蝸桿減速機(jī)具有傳動(dòng)比大， 適于低速重載， 傳動(dòng)平穩(wěn)， 具有自鎖性等優(yōu)點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)選擇 設(shè)備傳動(dòng)功率流由圖 3-1 表示 圖 3-1 設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖 1. 電機(jī); 2. 聯(lián)軸器; 3. 減速機(jī); 4. 聯(lián)軸器; 5. 減速機(jī); 6. 聯(lián)軸器; 7. 軸承 8. 鏈輪 9. 軸承 1. 計(jì)算傳動(dòng)效率 傳動(dòng)總效率: （3 1）123456789 式中： 1電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)效率 0.775 2聯(lián)軸器傳動(dòng)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(jì)） 10 3減速機(jī)傳動(dòng)效率，0.605 4聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，1 5減速器傳動(dòng)效率，0.605 6聯(lián)軸器傳動(dòng)效率，1 7軸承 1 傳動(dòng)效率，0.99 8軸承 2 傳動(dòng)效率，0.99 9滾子鏈傳動(dòng)效率，0.97 經(jīng)計(jì)算得：= 0.115 2. 計(jì)算電機(jī)功率 上升臺(tái)面所需舉升力: （3 2）123fFGK : 平臺(tái)自身重量,8370N1G : 外加載荷的重量, 3300N2 ：配重的重量, 9835N3 ：摩擦力, 2425NfF : 動(dòng)荷系數(shù)，按 1.5 估算K 計(jì)算得： = 6390 (N ) 電機(jī)功率 P = （3 3）FV310 式中： =0.0173m/sV 經(jīng)計(jì)算得：P = 0.961(kW ) 因此選用 Y100L-6 電機(jī)，其額定功率 P 電=1. 5 kW，轉(zhuǎn)速 n = 940 r/min， 3. 2 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.確定計(jì)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(jì)） 11 查文獻(xiàn) 9 中表 9-6，選擇工況系數(shù) =1.4，圖 9-13，主動(dòng)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(jì)算得： =0.242 kWca 2. 選擇鏈條型號(hào)并確定鏈輪齒數(shù) 根據(jù) Pca 和 n=1.56 r/min 查文獻(xiàn) 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(jì)時(shí)規(guī)定平臺(tái)移動(dòng)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(hào)為 20-A，查文獻(xiàn) 9圖 9-14 可知應(yīng)采用滴油潤滑 4.計(jì)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(jì)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(jì)算得：Fp =7284（N） 取安全系數(shù) K=8 查文獻(xiàn) 9 中表 9-1 得 20A 型號(hào)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(jìn)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(duì)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?yàn)殒溳啿怀惺茌S向力，只承受徑向力，即 =0Far 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(jì)算得：C =14.26(KN) 查文獻(xiàn)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(jì)） 15 選取型號(hào) 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(jì)算轉(zhuǎn)矩來決定。 聯(lián)軸器的選擇： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計(jì)算得： T =553(N.m) T = T （3 14） CaAK 查文獻(xiàn)9中表 14-1，取 =1.3AK 經(jīng)計(jì)算得：T =718.9(N.m)Ca 查文獻(xiàn)12 1920 頁 公稱轉(zhuǎn)矩可以選 1000 N.m 選取型號(hào) 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(shí)不會(huì)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(shí)為保證鏈輪與軸配合有良好的對(duì)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(shí)為保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對(duì)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(jì)） 16 故選擇聯(lián)軸器與軸的配合為 76Hk 6.軸的強(qiáng)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(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)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(xiàn) 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(jì)） 17 經(jīng)計(jì)算得： ca=42.03 Mpa 0.68，1NFa 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(xiàn) 10中 602 頁，選定型號(hào) 7206AC，額定動(dòng)載荷為 22KN，能滿足要求。 試選擇平臺(tái)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(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(jì)） 19 P=fp (XFr+YFa) （3 19） 查文獻(xiàn) 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(xiàn) 10中 602 頁，型號(hào) 7206AC 的額定動(dòng)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(dòng)機(jī)與一級(jí)減速機(jī)之間的聯(lián)軸器 公稱轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計(jì)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(jì)） 20 查文獻(xiàn) 9表 14-1，取 =2.3AK T =35(N.m)Ca 查文獻(xiàn) 11 1920 頁 公稱轉(zhuǎn)矩可以選 63 N.m 因?yàn)橐阎妱?dòng)機(jī)輸出軸直徑為 28mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號(hào) YL5，孔徑 d=28mm， 一級(jí)減速機(jī)輸入軸直徑為 30mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號(hào) YL5，聯(lián)軸器孔徑 d=30mm， 2.一級(jí)減速機(jī)與二級(jí)減速機(jī)之間的聯(lián)軸器選擇 公稱轉(zhuǎn)矩： T=9550 （3 9）Pn 經(jīng)計(jì)算得: T = 131.2(N.m) T = T （3 20）CaAK 查文獻(xiàn) 9表 14-1，取 =1.3AK T =170.5(N.m)Ca 查文獻(xiàn) 11 中 1920 頁 公稱轉(zhuǎn)矩可以選 250 N.m 一級(jí)減速機(jī)，輸出軸直徑為 30mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號(hào) YL8，孔徑 d=30mm， 二級(jí)減速機(jī)輸入軸直徑為 45mm 所以選擇聯(lián)軸器選取型號(hào) YL8，聯(lián)軸器孔徑 d=45mm， 3.6 平衡配重的設(shè)計(jì) 一、配重的作用 “ T”焊接平臺(tái)相當(dāng)于外伸懸臂梁，為了減輕滾輪的負(fù)荷及對(duì)立柱的彎矩，在平臺(tái) 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(jī)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(jì)） 21 相對(duì)于無配重系統(tǒng)的升降臺(tái)而言，當(dāng)采用配重系統(tǒng)時(shí)，減速箱的最大驅(qū)動(dòng)扭矩和電機(jī)的 最大驅(qū)動(dòng)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無配重的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因此，采用配重驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.減小了減速箱的驅(qū)動(dòng)扭矩，降低了電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率； 2.驅(qū)動(dòng)功率的降低，減小了制動(dòng)器的制動(dòng)扭矩，有利于減小制動(dòng)器工作時(shí)的噪音，提 高了升降臺(tái)的噪音水平； 3.減速箱型號(hào)的減小，可以大大降低升降臺(tái)在運(yùn)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(shí)，機(jī)構(gòu)達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時(shí)，所需要的驅(qū)動(dòng)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(huì)因?yàn)椴僮鞯倪M(jìn)行而變化。 配重的防晃動(dòng)設(shè)計(jì)： 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(dòng)。 圖 3-5 配重示意圖 1.防晃動(dòng)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(jì)） 22 4 總體支架的設(shè)計(jì) 4.1 支架立柱設(shè)計(jì) 由經(jīng)驗(yàn)得，槽鋼經(jīng)常被用來做立柱，因?yàn)槠淇箯澞芰Φ缺容^強(qiáng)，不易變形。因此初 選立柱為槽鋼，地上長度為 7.7mm。當(dāng)平臺(tái)上升到最高的位置時(shí)，立柱受到的彎矩最大。 但在實(shí)際中，平臺(tái)受到整機(jī)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(tái)不能運(yùn)行到最上方，以在最上方位置計(jì)算得到的彎矩 來選擇的立柱型號(hào)，必然滿足本設(shè)計(jì)的實(shí)際需要。因此，選擇立柱型號(hào)時(shí)，要以平臺(tái)運(yùn) 行到最上方時(shí)受到的彎矩作為計(jì)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(jì)） 23 Fy=2670（N） M=2674.625（N ） 在 BC 段， 在 B 點(diǎn)， M=1757N.m 在 A 點(diǎn)，M=2967.6 N.m 校核： ca= （4 4）24 = 2MW = 查文獻(xiàn)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(jì)） 24 4.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 1.平臺(tái)的結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)： 采用槽鋼，角鋼焊接成“T”形框架平臺(tái)結(jié)構(gòu)，上面鋪上 5mm 的花紋鋼板，將此平 臺(tái)垂直焊在小立柱上，為了增加強(qiáng)度，在小立柱與平臺(tái)之間，焊接上加強(qiáng)梁。在此，各 焊接件均初選為 10 號(hào)槽鋼，見圖 4-3。 為了使工人在平臺(tái)上工作時(shí)，有更安全的保障，于是在平臺(tái)左右兩側(cè)以及后側(cè)均用 10 號(hào)在此鏤空的位置可以在上面放置埋弧焊機(jī)。埋弧焊機(jī)的放置需要專門技術(shù)人員對(duì)槽 鋼相互焊接，焊成一圈護(hù)欄，并在平臺(tái)前頭向前探出去，另外焊接一圈圍欄。車間情況， 及焊機(jī)精度等等諸多問題進(jìn)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(jī)的位置，及其軌道安置不屬于平臺(tái)設(shè)計(jì)范圍，在此不再詳細(xì)論述） 圖4-3 平臺(tái)受力分析圖 2.平臺(tái)的剛度分析 平臺(tái)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(tái)受力分析圖所示； 僅對(duì)平臺(tái)進(jìn)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(jì)） 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(duì)平臺(tái)的梁的影響十分小。 ca= （4 9）24 查文獻(xiàn) 11中附錄中 W=7.8 經(jīng)計(jì)算得： ca =8.45 Mpa =125Mpa 平臺(tái)上的彎矩很小，影響很小，10 號(hào)槽鋼完全符合要求。 圖4-3 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖 1.平臺(tái)上滾輪處的焊接緊固槽鋼 2.平臺(tái)花紋板 3.埋弧焊的焊接導(dǎo)軌 4.平臺(tái)下滾輪處的焊接緊固槽鋼 3.平臺(tái)的穩(wěn)定性分析及設(shè)計(jì) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 T 形平臺(tái)由于尺寸較大且懸臂外伸，工作時(shí)焊接小車和人員的移動(dòng)都屬于活動(dòng)載荷， 故在提高平臺(tái)本身剛度的同時(shí)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(tái)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(diǎn)首先要在焊制立柱時(shí)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(tái)支架上，焊接一根槽鋼，用來保證滾輪在上下運(yùn)行時(shí)，兩滾輪之間的平行度，見 圖 4-2 中的標(biāo)號(hào) 1 和 4。 4.平臺(tái)與支架的連接方式分析： 平臺(tái)與支架之間采用滾輪進(jìn)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(tái)的平衡。由于滾輪是大小不同的圓柱臺(tái)，圓柱臺(tái)的臺(tái)階以槽鋼 的邊緣為軌道行走，保證了滾輪運(yùn)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(jì)） 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(diǎn)發(fā)展的能源之一， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(shí)的增強(qiáng)，中國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造業(yè)在國家的大力提 倡下迅猛發(fā)展。通過對(duì)風(fēng)塔制造過程的研究和學(xué)習(xí)，對(duì)風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺(tái)裝置的工 作要求進(jìn)行分析，初步確定平臺(tái)由升降機(jī)構(gòu)、平臺(tái)、及電控系統(tǒng)等組成。 對(duì)高速地軸絲杠傳動(dòng)升降臺(tái)，液壓缸斜置驅(qū)動(dòng)的剪叉式升降臺(tái)，鋼絲繩滾筒升降臺(tái)， 鏈傳動(dòng)升降臺(tái)等多個(gè)方案的進(jìn)行優(yōu)選之后，確定了風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺(tái)裝置的最終方 案；并完成了風(fēng)塔縱縫焊接升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)，包括平臺(tái)升降系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，配重平衡 機(jī)構(gòu)及支架等部分。 1.設(shè)計(jì)中采用了鏈傳動(dòng)的機(jī)械升降系統(tǒng)，通過鏈傳動(dòng)的升降裝置實(shí)現(xiàn)平臺(tái)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(tái)升降時(shí)的動(dòng)力消耗，增加了運(yùn)動(dòng)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(hào)； 4.根據(jù)運(yùn)動(dòng)功能要求，對(duì)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定了滿足塔筒焊接工藝的平 臺(tái)長度、寬度等，并根據(jù)埋弧焊運(yùn)動(dòng)形式，焊機(jī)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(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率； 6.根據(jù)整體結(jié)構(gòu)的需要，確定了各個(gè)零部件的具體值。 本課題設(shè)計(jì)出的風(fēng)塔塔筒縱縫焊接平臺(tái)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(duì)于保證產(chǎn)品的質(zhì)量要 求、提高勞動(dòng)效率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)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(jì)） 28 參考文獻(xiàn) 1趙煒，李濤.國外風(fēng)力發(fā)電機(jī)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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