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本科畢業(yè)設計(論文)
題目 3T電纜車的設計
學院名稱 機械與汽車工程學院___
專業(yè)班級 機械08-1
學生姓名 郝常華
導師姓名 范維華
2012 年 06 月 06 日
目 錄
摘要 4
第一章 概述 5
1.1電纜車知識 5
1.1.1電纜車的應用背景 5
1.1.2電纜車的發(fā)展狀況 6
1.2 3T電纜車裝置 6
1.2.1概述 6
1.2.2功能簡介 6
第二章 設計任務書 8
2.1設計題目：3T電纜車設計 8
2.2設計背景： 8
2.2.1、題目簡述 8
2.2.2使用狀況： 9
2.2.3 設計參數(shù) 9
2.2.4設計任務： 9
第三章 3T電纜車的總體設計方案 9
3.1方案的選擇 9
3.2前方導向機構的工作原理 11
3. 1.1牽引機構： 12
3. 1.2轉向機構： 12
第四章 手動液壓泵的選擇與轉向輪介紹 12
4.1 手動液壓泵的選擇 12
4. 1. 1液壓泵所需實現(xiàn)的性能要求 13
4、1、2 手動液壓泵結構 13
4、 1、3、手動液壓泵主要技術參數(shù) 13
4.2 手動液壓泵的操作規(guī)程 14
4.3 轉向輪的功能簡介及選用 15
第五章 電纜車的設計及各部件應力校核 16
5.1 電纜車的設計及應力校核 16
5.1.1電纜車支架的設計 16
5.1.2電纜車支架受力分析 17
5.1.3受力后彎曲幅度的校核 17
5 .1.4前方轉向輪輪軸軸承的壽命校核核……………………….19
5.1.5 后輪軸軸承的壽命校核………………………………………………..19
第六章 我國電力施工發(fā)展現(xiàn)狀 20
第七章 總結 20
參考文獻 22
致 謝 23
摘 要
隨著現(xiàn)代店電力施工的發(fā)展，電纜線盤托運及展放需要的自動化程度不斷提高，電纜車是現(xiàn)代電力施工系統(tǒng)的重要設備之一，其主要功能是將電纜線盤進行運送和展放，從而達到高效架設電纜線的目的。3T電纜車對整個電力施工系統(tǒng)的可靠安裝將起到重要的作用。
關鍵詞：電纜線盤、 電力施工
Abstract
With the development of modern shop electrical construction, shipping and exhibition of the cable reel to put the needs of the degree of automation, continuous improvement, the cable car is one of the important equipment of the construction of modern power system, its main function is to put the cable tray delivery and exhibition. so as to achieve the purpose of efficient erection of the cable. 3T and reliable installation of the cable car construction of the entire power system will play an important role.
Keywords: cable tray, electric power construction
第一章 概述
1.1電纜車知識
1.1.1電纜車的應用背景
這個課題所涉及的電纜車是電力施工中電纜線盤托運及電纜的展放的必備工具。旁路作業(yè)法是先引入旁路電纜對工作區(qū)域內的負荷進行臨時供電，再將工作區(qū)域內的電氣設備停電后進行檢修，期間可以保證對用戶的不間斷供電，實現(xiàn)不停電檢修。旁路帶電檢修更換配電線路，其主要工作量在于運輸旁路電纜，架設旁路，目前架空旁路電纜的運輸多采用普通載貨汽車，電纜卷盤為單體繞放結構，施工時，將電纜卷盤運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，采用吊車或其他起吊工具，人工收放電纜，完成架空線路的鋪設，此種作業(yè)方法需要多人配合作業(yè)，電纜運送車輛受道路交通限制，往往深夜提前運至施工現(xiàn)場，電纜在運送過程中難免磕碰損傷，且作業(yè)勞動強度較大，極大的限制了旁路作業(yè)設備在應急搶修和架空線路不停電工作的應用。3T電纜車就是為了解決這些問題而進行設計改進的。
1.1.2電纜車的發(fā)展狀況
國內此種類型的定型產品還有很多缺陷和不足，屬開發(fā)改進設計階段，該裝置是一種提高電力施工效率的一個重要環(huán)節(jié)，是目前很多需要電力施工公司研究項目，對于野外電力施工和電纜支架的支設具有重要的實用價值，是一個很有前途的研究課題，發(fā)展前景廣泛。
1.2 3T電纜車裝置
1.2.1概述
隨著現(xiàn)代電力施工的發(fā)展，電纜線盤托運及展放需要的自動化程度不斷提高，電纜車是現(xiàn)代電力施工系統(tǒng)的重要設備之一，其主要功能是將電纜線盤進行運送和展放，從而達到高效架設電纜線的目的。3T電纜車對整個電力施工系統(tǒng)的可靠安裝將起到重要的作用。
電纜車裝置的設計主要包括兩個部分，即前方的牽引轉向裝置和后方的液壓起重裝置。前方的牽引轉向裝置的核心部件是轉向輪，本方案采用的是萬向輪；后方的核心裝置和部件是手動液壓泵。
1.2.2功能簡介
為了更好的從直觀上了解認識3T電纜車的功能部件和設計效果，我在老師指導下，利用三維畫圖軟件pro/Engineer將實物圖畫了出來，請看下圖1-1和圖1-2。
圖1-1
圖1-2
圖1-1為起重機構的部分，手動液壓桿下壓可以經過導油管將壓力油壓到液壓缸中，從而使液壓缸中的起重部件帶動提升掛鉤上升，這樣就可以使掛在提升掛鉤溝槽內的電纜車升起脫離地面，實現(xiàn)電纜的離地托運，對電纜線盤起到保護作用，同時也可以實現(xiàn)電纜的輕松卷放。
圖1-2為3T電纜車前方的牽引自動轉向機構，牽引桿和轉向輪的軸通過軸的鉸接實現(xiàn)轉向的任意偏轉和調控，這樣的設計可以在野外狹窄地帶作業(yè)，同時電纜車的減震裝置也使得電纜車可以適應野外不平路段的作業(yè)，大大提高了電纜車野外鋪設電纜的機動性和靈活可靠性！
第二章 設計任務書
2.1設計題目：3T電纜車設計
2.2設計背景：
2.2.1、題目簡述
隨著現(xiàn)代電力行業(yè)的發(fā)展，電力行業(yè)野外施工要求也不斷提高，3T電纜車是現(xiàn)代電力施工系統(tǒng)的重要設備之一，其主要功能是將電纜線盤托運到施工場地并進行電纜線的展放，從而達到野外架設旁路電纜的目地。3T電纜車對整個電力施工系統(tǒng)的可靠快速運行將起到重要的作用。
本設計任務是電力行業(yè)的研究項目，已進行過前期的研發(fā)工作，這次設計主要根據(jù)電力施工系統(tǒng)的具體場地要求，對電纜車進行有針對性的改進性設計。3T電纜車主要包括件前方牽引轉向部分和起重部分二個子任務。要求強度好，效率高，可靠性高。此電纜車技術先進，結構緊湊，效率高，目前國內無此種類型的定型產品已有部分存在不足的產品，屬開發(fā)改進設計的產品。
2.2.2使用狀況：
室內工作；動力源為手動液壓泵，載荷較平穩(wěn)；檢修期為三年大修。適應在野外空曠不平地帶作業(yè)，并可以使電纜實現(xiàn)自由展放與收縮。
2.2.3生產狀況：
專業(yè)機械廠制造。
2.3 設計參數(shù)
升降速度：0－16mm/min ；
水平、升降加速度：0.5mm/s^ ；
載荷：3000kg。
2.4 設計任務：
設計件煙拆層輸送裝置的機械機構，包括動力裝置、傳動裝置、執(zhí)行機構，畫出總體機構簡圖。
選取液壓起重裝置，計算液壓泵所需規(guī)格。
設計總體傳動方案
設計主要傳動裝置，完成總體裝配圖（A0）。
設計主要零件，完成零件圖（2張A0圖紙）。
編寫設計說明書。
第三章 3T電纜車的總體設計方案
3.1方案的選擇
根據(jù)電纜線盤的輸送過程，在老師的指導和建議下，我采用了以下設計方案，如下圖3-1、3-2、3-3所示：
圖3-1
圖3-2
圖3-3
3.2前方導向機構的工作原理
該3T電纜車裝置首先考慮的是電纜線盤的牽引轉向裝置。其主要用途是使電纜車實現(xiàn)自由轉向從而實現(xiàn)在野外地帶對電纜線盤的自由運送，牽引桿與前方轉向輪連接在一起，牽引桿的轉動與前方轉向輪的轉動一致，這樣就實現(xiàn)了電纜車的在野外地帶自由轉向移動。如圖3-4所示。
圖3-4
3.1.1牽引機構：
牽引機構是使用30鋼制造的槽鋼機構。它的前方有掛鉤，在使用時前方小車可以通過鉤子拉動電纜車。
3.1.2轉向機構：
轉向機構由前方牽引桿和轉向輪相連，牽引桿可以繞軸上下轉動，轉向輪隨牽引桿移動可以使電纜車在野外地帶作業(yè)，實現(xiàn)了電纜車的野外嚴酷環(huán)境下作業(yè)。如圖3-5所示：
圖3-5
第四章 手動液壓泵的選擇與各機構承受載荷計算校核
4.1 手動液壓泵的選擇
1、SB63B型手動泵為階梯柱塞式雙級液壓泵。它做為液壓動力源，除與破拆工具配套外，還可與其它多種工具或試驗裝置配套使用。
2、性能先進的SB63B手動泵是搶險人員可隨身攜帶的便攜式超高壓動力源。
圖4-1
4.1.1液壓泵所需實現(xiàn)的性能要求
已知：電纜線盤為3000kg，線盤內部軸重為1000kg，手動液壓泵需要實現(xiàn)將電纜線盤整體提高，因此，液壓泵需要選擇可以將4T重物提高的目的。這是選用手動液壓泵的首要考慮因素。
液壓泵功率計算:
故液壓泵的計算功率 P= M * g * V （4-1）
= M * G * V
= 4 0 0 0 × 1 0 × 0 . 0 2 W
= 8 0 0 W
4、1、2 手動液壓泵結構：SB63B型手動泵主要結構圖4-1所示：
1、支架 2、油箱 3、手柄
4、油箱蓋兼油尺 5、鎖鉤 6、安全閥
7、手控開關閥 8、高低壓轉換閥
9、快速接口陽口及防塵帽
10、快速接口陰口及防塵帽
11、回油管接頭 12、出油管接頭
4、1、3、手動液壓泵主要技術參數(shù)：
項目
單位
指針
高壓輸出壓力
Mpa
63
低壓輸出壓力
Mpa
6-8
高壓理論流量
ml/次
0.7
低壓理論流量
ml/次
5
油箱容積
L
0.7
手柄力
N
￡290
油管長度
M
2
質量
Kg
<4.8
4..2 手動液壓泵的操作規(guī)程
1、 解開油箱捆扎帶，搬轉支架，將油管分別轉至泵前方向，再搬正支架。
2、 松開油箱蓋；工作前，須將油箱蓋擰松1-1.5圈（圖2）。擰松過多會使油箱蓋滑脫；過少時，油箱通氣不好，會降低油泵功能。
圖2 擰開油箱蓋
3、初次使用手動泵前，應檢查油箱內液壓油油面:擰下油箱蓋，檢查油尺上油面所到位置（應在油尺兩刻度之間）。過低時，應補充油后再進行工作（必須補充潔凈液壓油）。油面過高會造成使用過程中液壓油外溢。
4、 快速接口的軟管將手動泵與開門器或萬向剪等配套工具連接（如圖3）。
（應仔細檢查系統(tǒng)外部的各部件，是否存在連接松動、器件損壞等異常現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)，應及時維修更換。在確認各部分正常后，方可進行操作）。
注意：快速接口對接后，應及時將接口防塵帽對扣在一起（防塵）。打開防塵帽的快速接口及防塵帽，不得放在地上。否則，臟物進入系統(tǒng)，而使工具損壞。
（圖3）
5、順時針方向關閉手控開關閥。（圖4）
圖4 關閉手控開關閥
6、 開鎖鉤后，即可壓動手動泵（圖1，<8>）手柄。
此時手動泵向救援工具輸出壓力液壓油，使工具進行救援作業(yè)（圖5）。
7、 工作完畢后，首先逆時針方向打開手控開關閥，卸掉泵及管路壓力，然后將
手動泵與配套工具間快速接口脫開（圖7）。（接口扣好防塵帽）
圖5 壓動手柄 圖6松開手控開關閥
8、 擰緊油箱蓋，用鎖鉤將手柄鎖緊。搬轉支架，將油管轉至油箱方向（再搬轉回支架），盤好油管（并捆扎）后裝箱保存。
9、 在操作過程中應注意防塵，操作結束后應檢查部件。擦試后裝箱保存。
4、3轉向輪的功能簡介及選用
現(xiàn)在大部分電力行業(yè)經常在野外鋪設電纜。因此，野外路面的惡劣條件使得電力施工的難度相應提高，特別是對運送電纜線盤的電纜車提出了要求，為了適應野外施工的具體情況，本設計的電纜車在前方設計了轉向輪，使得電纜車在野外不平路段可以自由轉向，使其能夠適應克服施工過程中的運送問題。位于電纜車前方的牽引輪胎，可任意改變角度，移動靈活。這種設計使得電纜車的野外作業(yè)的適應能力大大提高。
轉向輪的設計如圖4-2所示
圖4-2
轉向輪的材料使用30號鋼，外面使用的材料為聚胺脂（紅色部分），這種設計師為了使前方輪胎減少與地面的摩擦，同時這種設計也可以起到減震的效果。
第五章 電纜車的設計及各部件應力校核
5.1 電纜車的設計及應力校核
5.1.1 電纜車支架的設計
電纜車支架的材料選用GB/T 707-1988熱軋普通槽鋼，這樣的選材就有利于減少支架的重量，同時又保重了電纜車運送電纜線盤的壓強要求。現(xiàn)將支架截面的圖形從caxa中截出，如圖5-1所示。
圖5-1
5.1.2 電纜車支架受力分析
如圖所示，將電纜車支架簡化后成為簡支梁模型。已知G=33000N，通過理論力學中的知識計算出F1，F(xiàn)2。
2 * F 1 + F 2 = G (5-1)
2 * F 1 * 6 9 0 = F 2 * 1 8 5 0 (5-2)
將式（5-1）、（5-2）代入數(shù)據(jù)后聯(lián)立得：
2 * F 1 + F 2 = 3 3 0 0 0
2 * F 1 * 6 9 0 = F 2 * 1 8 5 0
解上述方程可得：
F 1 = 1 2 0 1 8 N ; F 2 = 8 9 6 0 N
5.1.3支架受力后彎曲幅度的校核
由于電纜車的車身支架采用20號槽鋼，先對其受力后的彎曲幅度進行校核。
圖5-2
圖5-3
已知電纜車的支架簡化模型如圖5-3所示，經計算可得F e = 1 6 5 7 6 N.m,按一端鉸支，l = 1 . 8 5 m ,材料為Q 2 3 5鋼，E = 2 1 0 GPa ，ɑs = 2 3 5 MPa. 取安全因數(shù)nst = 2 . 5 ，校核該橫梁的彎曲幅度。經核算，該衡量的彎曲幅度符合設計要求。
5.1.4 前方轉向輪輪軸軸承的壽命校核
圖5-3
主動輪軸軸承中徑向力最大為0.977KN。
P = fp Fr =1.2×0.977KN =1.17KN （4-3-1）
fp的取值見《機械設計》表13－6
6210滾動軸承的基本額定動載荷C=35KN
C的取值見《機械設計課程設計手冊》表6－1。
Lh = (4-3-2）
=
=1.11×108h
5.1.5 后輪軸軸承的壽命校核
P = fp Fr =1.2×0.924KN = 1.1KN (4-3-3)
Lh = （4-3-4）
=
= 1.34×108h
移苗機每天工作10小時，每年工作600小時，設計軸承使用壽命為6年。
Lh’ = 600×6 ＝3.6×103 h （4-3-5）
Lh > Lh’ ，滿足設計要求。
第六章 我國電力施工發(fā)展現(xiàn)狀
首先介紹一下傳統(tǒng)電力施工中的旁路作業(yè)法，旁路作業(yè)法是先引入旁路電纜對工作區(qū)域內的負荷進行臨時供電，再將工作區(qū)域內的電氣設備停電后進行檢修，期間可以保證對用戶的不間斷供電，實現(xiàn)不停電檢修。旁路帶電檢修更換配電線路，其主要工作量在于運輸旁路電纜，架設旁路，目前架空旁路電纜的運輸多采用普通載貨汽車，電纜卷盤為單體繞放結構，施工時，將電纜卷盤運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，采用吊車或其他起吊工具，人工收放電纜，完成架空線路的鋪設，此種作業(yè)方法需要多人配合作業(yè)，電纜運送車輛受道路交通限制，往往深夜提前運至施工現(xiàn)場，電纜在運送過程中難免磕碰損傷，且作業(yè)勞動強度較大，極大的限制了旁路作業(yè)設備在應急搶修和架空線路不停電工作的應用。電纜車是電力施工中電纜線盤托運及電纜的展放的必備工具。
本設計的電纜車彌補了傳統(tǒng)旁路作業(yè)法的缺點和不足，首先電纜車通過其中裝置（選用3.2t螺紋千斤頂）使電纜脫離地面，同時電纜架設在纜車的輪軸之上，可通過手動搖桿使電纜轉動實現(xiàn)電纜的收卷和展放。位于電纜車前方的牽引輪胎，可任意改變角度，移動靈活。前方的牽引桿通過螺栓連接在支架前方的突出薄板上，可以使前方牽引桿上下轉動，可以實現(xiàn)在野外的不平地帶電纜車的顛簸浮動，加上在電纜車上加設了減震裝置，可以使電纜車在狹窄的場地和野外路面不平地帶作業(yè)，極大的減小了勞動工作強度，使電纜的野外鋪設機動靈活性顯著提高。
第七章 總結
3T電纜車是伴隨著電力施工行業(yè)的興起而出現(xiàn)并發(fā)展起來的電纜線盤運送展放專用設備，是電力行業(yè)野外施工的重要輸送設備，是代表電力行業(yè)施工效率的標志。其主要用途是將電纜線盤輸送到野外施工現(xiàn)場并使電纜進行展放。
本次設計主要用于電力施工方面以提高電纜施工架設效率，可廣泛應用于電力施工公司中創(chuàng)造更好的效益。
設計過程中很多知識用到《機械設計》和《機械制造》的結論或定理，并參考老師提供的資料及建議。設計涉及支架設計，牽引導向輪設計，軸的設計，機架設計，箱體類零件的設計，液壓泵計算和選擇問題。同時應用材料力學中強度理論對構件進行校核。在對支架的設計中還用到了機械工程材料的相應知識，對支架的彎曲強度進行了計算。
完成這次設計對大學所學知識有了進一步的回顧。同時理解到設計中應該注意的問題：機械設計工作要與生產工藝緊密結合，同時設計過程要有更多的軟件參與，這樣才能提高設計效率。機械制造設計的任何工作都不是那么簡單就能夠完成的，需要綜合考慮各個方面的問題。所以，從事機械行業(yè)的工作人員要有豐富的專業(yè)知識和實踐經驗，同時還要善于觀察，善于思考，善于從各行各業(yè)中激發(fā)自己的創(chuàng)造靈感。
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致 謝
經過兩個月的努力，我終于完成了自己的畢業(yè)設計任務。
我能夠完成此次設計，離不開老師和同學的幫助。我感謝學校能給我這次機會，并且為我提供的各種便利條件，使我可以順利完成自己的設計任務。 在這里，我要特別感謝我的指導老師范維華老師。他是一個非常認真和有熱情富有責任心的老師，無論是從資料的提供上，還是在設計過程中難題的解答上，老師一直不厭其煩的幫助我。由于這是我第一次自己設計產品，在沒有足夠的知識和實踐經驗的情況下，如果沒有范老師，我要完成任務將是非常困難的！感謝范老師的指導，感謝范老師的關心。
我雖然完成了我的設計任務，可是由于知識的短缺和經驗的缺少，我的設計肯定還有很多的缺點和不足，希望老師們能諒解并指出！
再一次向關心我、幫助我、指導我的老師們道一聲謝謝！向母校道一聲感謝！愿老師身體健康、工作順利、桃李滿天下！
希望山東輕工業(yè)學院的明天會更加輝煌！
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