无缝钢管探伤机驱动装置的动力系统及流程毕业论文.doc
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1、摘 要本文简略说明了无缝钢管无损检测的方法,主要记录了此次设计无缝钢管探伤机驱动装置的设计过程,对今后设计类似驱动装置有一定的参考作用。本文清楚地说明了无缝钢管探伤机驱动装置的动力系统及流程,主要研究了从机架到轴承的设计选择过程。而且清楚地说明了各个零部件的选用原则和方法,对其中需要计算的部分有详细的公式给出。而且每个标准都是严格参照相关手册选择,有较高的参考价值。整个设计的重点在于选择托起无缝钢管的方案。本文创新选择只使用一个液压缸,利用杠杆机构来同时实现待检测无缝钢管和已检测无缝钢管的升起降落。理论上,该套设备能够满足无缝钢管从进料到检测到出料整个过程的各个要求,各个参数都能与无缝钢管探伤
2、机其他装置相匹配。关键词:无缝钢管;探伤机;驱动装置;AbstractThis article briefly describes methods of the nondestructive detecting of seamless steel pipes; it primarily records the design process of the driving machine of detecting equipment of seamless steel pipes. This article could be referred by those who need to design
3、 equipments which are similar to this one.This article clearly illustrates the driving system and process of the nondestructive detecting of seamless steel pipes; it has a major study of the process of design and selection from the frame of the equipment to bearings. Whats more, this paper clearly s
4、hows principles and methods of selecting components of the driving machine, in which, some parts which need to be calculated have been given detailed formulas. Each related standards had strictly selected from related manuals selection. In brief, this article has a high value of reference.The focus
5、of the design lies in the selection of holding up seamless program. This article chooses to use a hydraulic cylinder instead of two, and it uses a linkage mechanism to make it possible of rising a detected seamless steel pipe be while landing a seamless steel pipe which is waiting for detection. In
6、theory, this equipment can satisfy the various requirements throughout the process of feeding and detecting and unloading seamless steel pipes, each parameter can be matched with other machine of detecting equipment of seamless steel pipe.Key words: seamless steel pipe; driving machine; detecting eq
7、uipment1 绪论无缝钢管是一种具有中空断面且长度与周长之比较大的钢材。在当今工业技术中,无缝钢管在许多实际应用中发挥着重要的作用。它们主要用于输送液体,能够依照各种用途由各种各样的材料制成,而且尺寸也可以随意而定。无缝钢管作为基本结构元素在建筑、桥梁、汽车和航空工业中被广泛使用。由于有着很高的经济性和适用性,无缝钢管还广泛用于制造结构类机械零件,如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。无缝钢管具有良好的周向均匀性,因此它还有很高的耐压和抗扭的性质。当今,无缝钢管的种类繁多,有用于一般结构和机械结构的结构用无缝钢管,有用于输送水、油、气等流体的一般流体输送无缝钢管,有
8、各种锅炉设备用的优质无缝钢管,有用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管和石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。而且随着科技的日益进步和用户的需求各异,在过去的几十年里,新材料不断产生、尺寸和形状不断改进、生产流程优化和质量控制也日益精确。这就为生产符合各种要求的无缝钢管提供了材料和技术支持。生产工业无缝钢管的工艺流程如下:管坯检验剥皮检验加热穿孔酸洗修磨润滑风干焊头冷拔固溶处理酸洗酸洗钝化检验与此次设计题目相关的是上述流程的最后一道检验过程。无缝钢管由于在管坯的选用以及后续的各个加工制造过程(如上工艺流程)中受到各种复杂应力的作用,极易在钢管的表面及内部产生微裂纹等缺陷。这些缺陷一旦未被发现
9、,钢管的制造过程就无法优化,制造的钢管质量就无法保证,会在使用过程中出现这样那样的问题,而且在重要的应用中,如果不能保证无缝钢管的质量,有可能造成极大的损失。为确保无缝钢管产品的安全性,所有的出产产品都要进行探伤和生产检测,即无损检测。无损检测是指:在不损害被检对象的前提下,探测工件内部或外表面的缺陷(伤痕)的现代检验技术。无损检测的任务是,在所要求的材料中,用不损伤被检材料的前提下检测出材料的不均匀性或缺陷部位,并对检测结果作出评价,确定被检物件的可使用性。 用于无缝钢管生产中的无损探伤方法主要有:漏磁检测法、涡流检测法、超声检测法、射线检测法等。各种探伤方法都有其一定的使用范围。随着对钢管
10、质量要求的不断提高,有时需同时使用几种方法进行探伤,以对检验结果进行综合的分析、判断。对特定温度和压力要求的无缝钢管探伤方法不尽相同,对钢管要求越高,探伤的种类就应该使用得越多,其中使用较多的有涡流探伤和超声波探伤。涡流探伤对钢管近表面位置的点状型缺陷有较高的灵敏度:而超声波探伤对钢管内部的面积型缺陷有较高的灵敏度。两种探伤方法交替或是配合使用,无缝钢管的出厂质量将得到进一步的提高。对无缝钢管进行有效的无损检测,及时发现其内部和表面存在的缺陷,是延长无缝钢管使用寿命和提高产品质量必不可少的技术手段。对无缝钢管探伤的合理性和效率就会对生产的进度产生一定的影响。而探伤时工件的驱动部分在无损检测里就
11、成为了比较重要的部分,它的效率和寿命将极大影响探伤的效率。进而对整个无缝钢管探伤设备有着重大影响。所以,无缝钢管探伤机驱动部分的设计有很重要的意义。在此次无缝钢管探伤机驱动部分的设计中,应该完成这样一个任务:设计一套装置,能使一定形状大小的无缝钢管(直径从219mm到610mm,长12m)顺利到达无损检测的地方,检测完成之后,将无缝钢管运到另外的地方放置起来。2 机械传动总体方案的设计2.1 动力流程及循环目前国内无缝钢管探伤方式主要有两种:一种是无缝钢管整周回转,探头直线移动,在钢管上形成螺旋探伤线的方式;另外一种是钢管直线前进而探头高速旋转的方式。由于各厂实际需要各异,无缝钢管的探伤方式和
12、设备也不尽相同,这次的毕业设计我选择第一种探伤方式,即无缝钢管整周回转,探头直线移动的方式。为了实现无缝钢管的整周回转,在参考了各种传动方案后,我决定采用如图2-1所示的传动方案:图2-1 无缝钢管探伤机动力流程图将待检测的成品无缝钢管置于一个两侧由槽钢组成的斜度较小的进料支架上,让无缝钢管在重力作用下自行滚到让其做整周回转的托轮上。一个挡块在进料支架末端,用于控制无缝钢管的进料或等待状态。当钢管滚到托轮上时,由电机驱动的探头开始沿着旋转的钢管做无损检测,无损检测的轨迹为螺旋线,将覆盖无缝钢管的整个外表面,以起到无损检测的作用。检测完的钢管由液压缸托起至与出料支架相同高度后再由重力作用使钢管自
13、动滚落。 同时,连接在液压缸上的连杆使挡块下移,被挡块挡住的处于进料支架上的无缝钢管就可以自由滚落,当待检测无缝钢管滚到液压缸上时,液压缸活塞回缩,同时,挡块被杠杆机构带动上移,重新挡住后面的待检测无缝钢管,这就是一个动力循环。2.2 方案对比及选择2.2.1 托起无缝钢管的方案选择托起无缝钢管的方案可以分为两种:第一种,无缝钢管被固定在机架上的挡块挡在进料机架上,无缝钢管的进料出料各用一个液压缸,在出料液压缸托起无缝钢管高过了出料机架时,无缝钢管自行滚落,之后,进料液压缸把被挡住的无缝钢管抬起,在无缝钢管自滚的同时,液压缸活塞回缩,使待检测无缝钢管正好落在两对滚的托辊之间,带动无缝钢管原地自
14、转,以便检测。第二种,即为上述选用的一个液压缸的传动方案,在液压缸顶起已检测的无缝钢管的同时,带动杠杆机构将挡块拉下,使待检测无缝钢管滚下,并通过液压缸的速度调节使无缝钢管正好落到两托轮之间。之所以选择后者,是因为它经济实惠,省去了一个液压缸,而且略微缩短了检测一根无缝钢管的时间,而且由于液压缸的回程速度可调,所以这个方案完全有可能实现。不过这个方案相对于第一个方案也有缺陷,由于无缝钢管在进料机架上的纯滚动情况不一定很理想,导致液压缸活塞回缩时速度不太好控制,工作时可能会出现一定的问题。2.2.2 各种杠杆机构的选择为了实现在液压缸活塞上移同时带动挡块下移,必须使用杠杆机构,其中简单清晰的就是
15、四杆机构。除了在图纸上表示出来的杠杆机构外,我还设计了不同焊接点的另外一个杠杆机构,以及一套滑轮和钢索组成的有杠杆作用的机构。综合各方面因素,我选择了连杆机构,具体见工程图。3 驱动电机的选用3.1 无缝钢管重量的计算查普通无缝钢管尺寸规格(GB/T 17395-1998)可知,外径为610mm的无缝钢管壁厚有65mm,40mm,20mm三种。计算重量时,选取壁厚最大的计算,壁厚65mm的无缝钢管单位长度的重量W=873.63kg。所以,12m长的无缝钢管重量:经过5套机架支承后,无缝钢管重量为:3.2 无缝钢管在托轮上的受力分析及计算由于无缝钢管在两托轮之间,它的受力分析图如下图3-1所示:
16、图3-1 无缝钢管受力分析图受力分析得: 其中:解得: 查得钢和橡胶的摩擦系数:托轮切线方向上受力: 托轮半径: 托轮受到转矩: 无缝钢管的转速约为:3.3 驱动电机功率的计算电机功率为: 由于存在着各种功率损耗,电机的功率计算为:最后为了安全起见,电机功率选为4KW。3.4 驱动电机的选型根据以上计算,查手册,选取驱动电机型号为:4 链传动的设计计算4.1 选择链传动的原因链传动兼有齿轮传动和带传动的特点。与齿轮传动比较,链传动较易安装,成本低廉;远距离传动(中心距最大可达十多米)时,其结构要比齿轮传动轻便得多。与带传动比较,链传动的平均传动比准确;传动效率高;需要的张紧力小,压轴力也小;结
17、构尺寸紧凑;能在低速重载下较好地工作;能适应较恶劣环境如油污多尘和高温等场合。由于上述链传动存在着诸多优点,以及考虑到本次设计的驱动装置要求无缝钢管在两托轮上的滚动尽量匀速,以方便探伤机的工作准确、顺利,而且又用不到带传动的过载保护的性能,而直接连接齿轮、锥齿轮又不太可能。所以,在电机输出的第一级,布置链传动。4.2 选择滚子链的原因首先,按用途不同链可分为传动链、起重链、和拽引链三种。由于此次选择链传动的原因就是传递动力,所以选择传动链。其次,传动链按结构的不同又可分为传动用短节距精密滚子链(简称滚子链)和齿形链。由于齿形链的齿形及啮合特点,其传动较平衡,承受冲击性能好,轮齿受力均匀,噪音较
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