机械类毕业论文范文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流机械类毕业论文范文.精品文档.高压线机械除冰车的设计Design of Mechanical De-icing Vehicle For High-Voltage Lines摘 要近年来我国南方部分地区频繁发生雨雪冰冻灾害导致输电线表面结冰、重力增大高压输电线路大面积受损为了避免高压线被压坏保证电力输送的正常进行就需要将高压线覆冰及时消除在通过分析现有除冰技术各种利弊后提出本文的机械除冰车方案本文的目的是设计并制造一种新型的高压线机械除冰车论文首先提出了除冰车的整体方案设计及所需解决的主要问题包括悬挂问题、传动及驱动方式、除冰刀、行走轮和驱动轮

2、的设计然后进行了包括轴和除冰刀的设计计算、锁紧机构和调节机构设计的机械部分设计计算以及控制部分的设计并给出了轴和除冰刀的加工工艺论文最后总结了本设计的创新点及特点并展示了部分实物及试验照片本文设计的高压线除冰车不仅除冰方式独特、除冰效率高而且其自动调节的结构可以减少除冰车在除冰时对高压线的损伤其体积小方便人工携带操作简单具有广阔的应用前景关键词：高压线机械除冰车 机械设计 控制设计 AbstractIn recent years snow and ice storms occur frequently in parts of southern China. transmission lines

3、 were covered by heavy ice and a large damage was caused . In order to avoid transmission lines being crushed and ensure the normal power transmission the heavy ice covered in high-voltage must be eliminated in time. So we propose a mechanical de-icing Vehicle in this paper through analyzing variety

4、 of pros and cons of the existing de-icing technology. The purpose of this paper is to design an manufacture a new type of mechanical de-icing vehicle for high-voltage lines. First we proposed a de-icing vehicles overall design and major problems needed to be solved including the issue of suspension

5、 transmission and drive in addition to the design of ice skates running wheels and driving wheels. Then we design and calculate the mechanical parts of the de-icing Vehicle include the axis and ice skates locking and adjusting mechanisms design and control parts. Then we gave the processing of axis

6、and ice skate. In the end of the paper we concludes innovations and show some physical and test photos.The de-icing machinery for high-voltage proposed in this paper not only has unique de-icing wayhigh de-icing efficiencybut also its the automatic adjustment of the structure can reduce the injury t

7、o high-voltage lines during the de-icingits small size convenient artificially carryhas wide application prospects. Key words： De-icing machinery for high-voltage lines mechanical design control design目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 课题来源11.2 课题的目的和意义11.3 国内外研究现状11.4 本文的研究内容22 总体方案设计32.1 除冰车的整体设计32.2 本设计所

8、需解决的问题42.2.1 机械除冰车在高压线上的悬挂方式42.2.2 传动方式42.2.3 驱动方式及控制42.2.4 除冰刀52.2.5 行走轮与驱动轮53 机械部分的设计计算63.1 后轮轴63.1.1 前提假设63.1.2 电机的选择63.1.3 后轮轴系的估算63.2 前轮轴83.3 除冰刀及除冰刀轴83.3.1 方案比较83.3.2 除冰刀轴的设计103.4 锁紧机构103.4.1 方案比较103.4.2 锁紧轮的选择123.4.3 锁紧轴系的估算123.5 调节机构133.5.1 方案比较133.5.2 调节结构的工作原理154 控制部分的设计165 典型零件的加工工艺195.1

9、轴的加工工艺195.2 除冰刀的加工工艺206 本设计的创新点、实物及试验照片216.1 创新点及实物照片216.2 其他特点及实物照片216.3 试验照片23结 论25参考文献27附录 相关工程图281 绪 论1.1 课题来源针对恶劣天气导致高压输电线路结冰的现象创新性的提出并加工出了一种适用于线径为的高压线除冰破障机械1.2 课题的目的和意义在20072008新年之际我国南方发生了特大雪灾由于准备工作的不足雪灾带来的损失和危害非常严重人们正常的工作和生活受到极大的影响雪灾发生后许多电力工人为了维护电力输送这条生命线有些人甚至还献出了自己宝贵的生命因此 进行早期冰冻灾害的预防降低灾害破坏程度

10、的研究是非常有意义的1.3 国内外研究现状目前国外一般采用喷火器进行高压线除冰如图1-1所示但是成本很高图1-1喷火器融冰针对2008年初发生的低温雨雪冰冻灾害导致南方电网区域的贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区、云南滇东北地区电网设施遭受到严重破坏西电东送也受到严重影响为提高电网对极端气候、重大自然灾害的抵御能力南方电网启动了包括直流融冰装置样机研制重点攻关项目如图1-2所示图1-2直流融冰装置直流融冰技术先进不需要很大的负荷一般只需要1至2万千瓦而且直流输出电压可调可在一定范围内针对不同长短的单条线路进行融冰不再需要进行线路串接操作比较简单为线路的融冰工作提供了更为简便的方式固定式

11、（可控硅）直流融冰装置是采用引入变电站10千伏电源通过三绕组整流变压器后送入12脉波可控硅整流器经整流后输出3000伏/1400安的直流该装置可实现输出电压、电流调节功能可满足城前岭变电站除220千伏城烟线外的其余110千伏及以上电压等级线路的直流融冰但采用直流融冰虽是一种切实可行、经济有效的防冰灾措施但直流融冰装置存在直流输出电流大、大角度大电流长期运行、已建变电站的接入等多项新的问题另外在全国大学生机械创新大赛中也有关于机械除冰装置的设计如陕西理工大学在第四届全国机械创新大赛中提出了一种类似爬杆机器人的除冰设备通过夹紧机构对冰柱施加强大的夹力将冰柱夹碎或者通过伸缩机构强大的推力将冰条割断来

12、去除高压线覆冰综上所述目前尚没有采用成本低廉、不需要新增复杂装置、采用挤压、震动、切削的三重方式去除高压线覆冰的小型机械1.4 本文的研究内容基于已有方案的弊端本论文提出了并实际加工一种新的适用于高压线除冰设备-悬挂式机械除冰车该除冰车最大优势是属于高空破障作业工具能够克服河流、沟壑等交通工具难以逾越的障碍采用挤压、震动、切削的三重除冰效果真正起到预防灾害的目的该除冰车的制造成本低、体积小、可靠性高具有很广阔的市场前景论文主要包括以下几个方面的内容：（1） 除冰车整体方案的设计及所需解决的技术问题；（2） 除冰车机械部分的设计计算包括前、后轮轴、除冰刀与除冰刀轴的计算锁紧机构、调节机构的设计；

13、（3） 控制部分的设计；（4） 典型零件的加工工艺；（5） 除冰车的创新点、实物及试验照片展示2 总体方案设计本设计所要解决的技术问题是实现机械除冰车在高压线上的行走让使用者只需要通过小巧的控制器就可以控制除冰车来达到其除冰的效果并且不能对高压线造成损伤为此除冰车在整体设计上要求结构尽量精简在高压线上的悬挂和移动方式可靠传动方式优化驱动和控制方便零部件配置合理除冰刀的形状及碎冰效果能达到预期等2.1 除冰车的整体设计图2-1除冰车整体俯视图图2-2除冰车整体右视图 图2-3除冰刀局部图本论文提出的除冰车的整体结构如图2-1、2-2所示除冰车在工作时其运动传递过程如下：（1）图2-1中直流电机1

14、带动链轮3传动到链轮4将运动传递到后轮轴使驱动后轮转动并带动行走凹轮转动从而使整个除冰车在高压线上行走（2）直流电机2驱动链轮1传动到链轮2将运动传递到除冰刀轴使如图2-3中所示的除冰刀转动2.2 本设计所需解决的问题2.2.1 机械除冰车在高压线上的悬挂方式悬挂在高压线上的设备会出现两侧剧烈晃动、坠落、行走不稳定的情况除冰车也不例外为了解决此问题本设计中除冰车采用摆动原理1选择两侧对称结构其两侧下方分别挂有相对较重的蓄电池和电动机使得整个除冰车的重心偏下从而避免上述普通悬挂问题如图2-2所示2.2.2 传动方式链传动是应用较广的一种机械传动与带传动相比链传动能保持准确的平均传动比传动效率高径

15、向压轴力小能在高温及低速情况下工作与齿轮传动相比链传动安装精度要求较低成本低廉除冰车对传动的精度要求不是很高更重要的一点是链条的长度和松紧可以根据要求不断的调整能够保证将除冰车的除冰效果调整到最佳故本设计选择链传动方案12.2.3 驱动方式及控制采用两个的蓄电池为两个直流电机和两个电动推杆提供电能并通过链转动来驱动除冰车的行走及除冰刀的转动由于此次属于高空作业为了操作简便采用无线遥控方式控制除冰车的工作过程2由于考虑到高压线上的磁场可能对无线遥控系统造成一定程度的影响所以本设计采用简单的继电器和限位开关来控制电机的正转、反转、启动、停止如图2-4所示 图2-4 除冰车行走模拟图2.2.4 除冰

16、刀 本设计中除冰刀中间呈圆形凹面凹面为周期性波纹曲线波纹曲面上均匀分布有滚花状的微刃除冰刀的两侧设计有鹰嘴型的除冰刃2.2.5 行走轮与驱动轮行走轮与驱动轮均设计为凹轮使之能够与高压导线外形贴合凹轮采用超耐磨材料内凹处应粘有人字形橡胶以增大摩擦力为除冰车在高压线上行走提供必要条件4通过绕度的计算确定除冰刀和前后轮的相对位置使结构更紧凑更稳定3 机械部分的设计计算3.1 后轮轴3.1.1 前提假设除冰车必须能够除去线径左右的高压线上包裹的直径为以上的冰柱并保证其悬挂在高压线上除冰时的速度达到米/小时且除冰刀能够达到以上的转速3.1.2 电机的选择直流电动机具有良好的启动、制动性能宜于在广泛范围内

17、平滑调速所以本设计选择直流电机3表3-1 两直流电机的基本参数型号工作电压工作功率工作转速3.1.3 后轮轴系的估算图3-1后轮轴（1） 后轮轴最小直径的估算为了实现除冰车的慢速运行本设计选用表3-2中的电动机通过链传动带动后轮行走电动机上的链轮齿数后轮轴上的链轮齿数链传动的传动效率一般取（本设计取）则后轮轴的输出功率：后轮轴的转速：选取轴的材料为钢调质处理查机械设计第八版表15-3取得：后轮轴上用于安装链轮的最小直径及外端紧固螺母处的轴径分别为选用的链轮其厚度为则紧固螺母处选用型号其轴长链轮的采用轴肩定位定位轴肩的高度一般取圆整后取（2） 轴承的选择因轴承同时承受径向载荷和轴向载荷故选用角接

18、触球轴承按照工作要求安装轴承处的直径即可选取0基本游隙组、标准精度级角接触球轴承其尺寸右端角接触球轴承采用轴肩定位故为增强轴的刚性将直径再升一级取安装行走轮处左端采用轴用弹性挡圈定位当轴径时选用的轴用弹性挡圈直径为而安装轴用弹性挡圈处轴径考虑到直径为的高压电缆需要从除冰车的两侧板间穿过并保证行走轮凹槽与电缆良好接触故选择定同时取右端用轴肩定位为了使行走轮左右长度相等、尽可能保证结构对称则为满足合理的轴肩结构此处改降一级后再于轴承连接最右端安装轴承处确定好除冰车的两轴承间距后根据两电动机的尺寸（两电动机间距）算出 (电动机上的链轮应与轴中的链轮在同一平面)（3） 轴上零件的轴向定位 车轮与轴间的

19、轴向定位采用平键连接按查表得平键截面键槽用键槽铣刀加工长度为为了保证车轮与轴配合有良好的对称性故选用车轮轮觳和轴的配合为链轮与轴间的轴向定位用螺母固定充分利用两者间的摩擦力（4） 轴的校核 截面2、A、3、4、B、5、6、7只受扭矩作用虽然键槽、轴肩、过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度但由于轴的最小直径是按扭转弯曲疲劳强度较为宽裕确定的所以上述截面均无需校核从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看截面8、9处的过盈配合引起的应力集中最严重且形式相近但其截面均不受扭矩同时轴径很大故不必校核从受载情况看截面C上的应力虽然最大但是应力集中不大且轴的直径相当大故截面C也不用校核经多次试验亦合格6-

20、133.2 前轮轴前轮轴在高压线除冰车中起到平衡作用因此结构和后轮轴的412段完全相同3.3 除冰刀及除冰刀轴3.3.1 方案比较方案I：除冰刀沟槽里的突起微刃（如图3-2所示）在除冰刀转动时产生压力使冰挤碎并采用类似凸轮的原理在行走时产生周期性振动使冰受冲击而破碎实现振动除冰的效果 图3-2 除冰刀方案I方案II：采用鹰嘴型除冰刃（如图3-3所示）内凹处过度线采用正弦函数和直线连接使过度不再平缓增强了震动除冰的效果15 图3-3 除冰刀方案II相比而言选择方案II因为其具有以下优点：（1） 除冰刀沟槽里的突起微刃在除冰刀转动时产生压力将冰挤碎；（2） 微刃的凹凸过度连接部分采用直线、圆弧和正

21、弦函数组成的曲线利用类似凸轮的原理使其在转动时产生微量的冲击在行走时产生周期的震动使冰受冲击而破碎实现震动除冰的效果；（3） 两侧的鹰嘴形除冰刃能够把高压线两侧的厚冰切除从而达到挤压、震动、切削的三重除冰效果3.3.2 除冰刀轴的设计选用pattman01电动机通过链传动带动除冰刀高速旋转电动机上的链轮齿数后轮轴上的链轮齿数链传动的传动效率取则除冰轴的输出功率：除冰轴的转速：除冰轴最小直径的估算：考虑经济性原则同时增强轴的刚性、强度故加大轴的最小直径取此时轴均无需校核3.4 锁紧机构3.4.1 方案比较 方案I：锁紧机构由一个锁紧块和链接插销组合而成如图3-4所示图3-4 锁紧机构方案I方案I

22、I：通过铰链来连接锁紧机构和除冰车中间内板的左端右端靠弹簧插销来连接的锁紧机构靠锁紧轮来锁紧除冰车使除冰车紧贴高压线行走在外力的作用下可以偏转一定的角度如图3-5、3-6所示 图3-5 锁紧机构方案II （未锁紧状态） 图3-6 锁紧机构方案II （锁紧状态）方案I只能起到简单的锁紧机构的作用效果不好而且在行走的时候还可能阻碍除冰车的运行此外利用插销来链接锁紧块和除冰车的中间内板使得整个锁紧过程过于繁琐也相对延长了安装工人在高压线上的安装时间相比而言选择方案II因为其具有以下优点： （1） 采用凹轮锁紧机构对高压线除冰车进行锁紧其锁紧轮和两行走凹轮一样均采用超耐磨材料增大除冰车在高压线上行走的

23、摩擦力减少电机因打滑空转的危险（2） 利用简单的插销机构可以进行快速的锁紧在节约时间的同时也减少操作工人在高压线的动作时间使其更安全更可靠（3） 锁紧轮与两个行走凹轮与高压线上下外形贴合除冰车在高压线上行走时受到外力的作用时偏离极限位置时使除冰车仍能悬挂在高压线上在撤出外力的作用下除冰车能回到正常的工作状态其可以承受约8级风力（4） 锁紧机构均采用标准件且结构简单设置在除冰车的中间内板下侧使除冰车的结构更加紧凑并以实现标准化和通用化143.4.2 锁紧轮的选择本设计选择的锁紧轮为内凹型保证其内表面与高压导线外形基本贴合内凹处的半径为12mm另外要保证锁紧轮耐磨选择超耐磨材料3.4.3 锁紧轴系

24、的估算图3-7 锁紧轴零件图（1） 锁紧轴最小直径的估算由上述后轮轴的估算校核后得到而锁紧轮轴的转速是由后轮轴传递过来的所以锁紧轮的转速则选取轴的材料为45钢调质处理查阅机械设计第八版表15-3取得：最小直径是用来安装轴承为满足链轮的轴向固定采用轴肩定位（定位轴肩的高度一般取为）圆整取（2） 轴承的选择因轴承同时承受径向载荷和轴向载荷的作用故选用角接触球轴承按照工作要求安装轴承处的直径即可选取0基本游隙组、标准精度级角接触球轴承其尺寸故取右端角接触球轴承采用轴肩定位故：安装车轮处左端采用轴用弹性挡圈定位当轴径时选用的轴用弹性挡圈直径为而安装轴用弹性挡圈处轴径安装锁紧轮的考虑到直径为的高压电缆需

25、要从除冰车的两侧板间穿过而且轮子凹槽与高压线接触较好定右端用轴肩定位最右端安装轴承处（3） 轴上零件的轴向定位 锁紧轮与轴间的轴向定位采用平键连接按查表得平键截面键槽用键槽铣刀加工长为为了保证车轮与轴配合有良好的对中性故选用车轮轮觳和轴的配合为链轮与轴间的轴向定位用螺母固定充分利用两者间的摩擦力（4） 轴的校核 截面2、A、3、4、B、5、6、7只受扭矩作用虽然键槽、轴肩、过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度但由于轴的最小直径是按扭转弯曲疲劳强度较为宽裕确定的所以上述截面均无需校核从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看截面89处过盈配合引起的应力集中最严重且形式相近但其截面均不受扭矩同时轴

26、径很大故不必校核从受载的情况看截面C上的应力虽然最大但是应立集中不大且这里轴的直径相当大故截面C也不用校核经多次试验亦合格3.5 调节机构3.5.1 方案比较方案I：手动调节如图3-8所示其优点是调节方便结构简单不会明显增大除冰车的质量在除冰刀的支撑板上可以通过调节丝杆来调节除冰刀的相对位置从而实现除冰刀位置的确定但由于悬挂在两塔之间的高压线是有一定绕度的且各个点的绕度不一样所以当绕度改变时除冰刀与高压线的初始相对位置就会发生改变当其位置改变且小于初始的相对位置时除冰刀在除冰的过程中很可能会损害高压线 图3-8 除冰刀调节结构方案I方案II：电动推杆调节如图3-9、3-10所示通过两个支撑座把

27、12V的电动推杆固定在悬臂板和电机支撑板上通过远程控制模块通过遥控手柄控制电动推杆伸出量从而实现高压线和除冰刀相对位置的确定但其控制和结构相对手动调节复杂图3-9 调节机构方案II（原始状态）图3-10 调节机构方案II（极限状态）分析后选择方案I与II相结合因为这样除冰车具有以下几个优点：（1） 可以随时调节除冰刀与高压线的相对位置避免在除冰的过程中对高压线的损害；（2） 不会使得除冰车的整体质量明显增大而影响除冰车的电机的选择；（3） 两种调整机构的结合可以尽可能保证由高压线的绕度来确定除冰刀调整的极限位置使得除冰刀在调整的时候更加方便和准确；（4） 除冰刀附近装有摄像头使操作者可在室内控

28、制除冰车随时观察除冰动态及电线破损情况从而通过遥控手柄调节电动推杆的伸出量此外在除冰车的上部还装有夜视灯可以在夜间和雾霾天气下作业3.5.2 调节结构的工作原理根据高压线的绕度计算确定其最大的极限位置电动推杆的举力均为15KG满足强度要求其绕铰链的旋转量大约为10左右电动推杆的电路图如图3-11所示 图3-11 电动推杆的电路图结 论本次毕业设计期间作者通过现有除冰技术的分析和比较提出了一种新的机械除冰方案并将其加工制造成实物该除冰车采用两侧对称结构下方悬挂较重的蓄电池和电动机解决了除冰车正在高压线上的悬挂问题采用两个的蓄电池为两个直流电机和两个电动推杆提供电能并通过链转动来驱动除冰车的行走及

29、除冰刀的转动并通过无线遥控方式控制除冰车的工作过程同时除冰车还设有锁紧机构和调节结构保证除冰车运行时能够与高压线紧密贴合并随时调整与高压线的相对位置更好的完成除冰任务另外由于考虑到高压线上的磁场可能对无线遥控系统造成一定程度的影响所以本设计还采用简单的继电器和限位开关来控制电机的工作在设计方案完善后作者将附录中所有工程图中零件实际加工出来并完成了装配制造出来的除冰车在冰库中进行了模拟除冰基本达到了预期效果毕业设计主要收获和体会如下：第一学到了产品设计的方法产品设计过程是创造性劳动的过程产品的设计应按科学程序进行一般包括课题调研、拟定设计方案、总体设计、零部件设计、技术资料整理、产品试制、改进设

30、计等过程一个产品进过多次改进才能完善和成熟第二提高了综合应用各门知识的能力以前课程设计接触课程知识比较窄而且时间有限即使发现了问题也不能及时改进借用这次机会再次把专业知识做了系统的了解特别是制造工艺和电气方面的知识第三巩固了计算机绘图能力以前所绘制的工程图标注配合公差都标注不完整这次毕业设计不仅提高了自己的作图能力更是培养了自己细致作图的习惯第四提高了收集资料和查阅能力收集资料是做毕业设计的前期准备工作资料是否全面、可靠关系到整个毕业设计的进程查阅手册是设计过程中随时要做的事情只有广泛收集有用的资料才能设计出比较好的产品第五明确了设计必须与产品生产实际相结合产品才有生命力因此在设计过程中一定下

31、企业调查要虚心听取老师和工程技术售货员的意见不断发行设计完善设计第六培养了严谨的科学作风科学工作来不得半点虚假在设计过程中每个结构、零件、材料、尺寸、公差都反映在图纸上每一个错误都会造成经济损失因此在设计过程中必须要有高度的责任心要有严肃认真的工作态度总之对我们每个学生来说经过这次毕业设计为今后从事生产第一线的技术发行工作、技术管理工作有非常大的帮助参考文献1 濮良贵纪名刚.机械设计（第八版）.北京：高等教育出版社20052 尔桂花窦日轩运动控制系统M北京：清华大学出版社20023 邓星钟机电传动控制（第四版）M 武汉：华中科技大学出版社2006 4 全永昕施高义摩擦磨损原理杭州：浙江大学出版

32、社19885 玄兆燕朱洪俊杨秀萍机械工程控制基础北京：电子工业出版社20066 徐邦荃李浚源詹琼华直流调速系统与交流调速系统M 武汉：华中理工大学出版社20007 王步瀛机械零件强度计算的理论和方法北京：高等教育出版社19868 周开勤机械零件手册北京：高等教育出版社19949 徐灏机械设计手册北京：机械工业出版社199110 孙维连魏凤兰工程材料北京：中国农业大学出版社200611 范钦珊王琪工程力学北京：高等教育出版社200212 RotowaN.AShadomyH.J& ShadomyS. In vitro activities of polyene and imidazole anti

33、fungal agents against unusual opportunistic fungal pathogens. Mycoses(1990) 33203-211.13 k. lange. Handbook of Metal Forming McGraw Hill Book Company1985.14 谢铁邦李柱互换性与技术测量武汉：武汉理工大学出版社15 熊良山严晓光张福润机械制造技术基础武汉：华中科技大学出版社200716 顾京数控机床加工程序编制第三版北京：机械工业出版社200617 陈宏均实用机械加工手册北京：机械工业出版社1997附录 相关工程图I20你如果认识从前的我，也许会原谅现在的我。