1、ee气动式爬杆提升机设计e（e）指导教师：e【摘要】首先查找资料文献，研究分析各种攀爬机构，比较各类爬行机构的优劣，找出它们的优缺点。然后提出爬杆提升机的设计方案，确定本体的大致结构。在此基础上详细阐述了爬杆提升机模块化设计的理念。根据垂直电杆、管道的尺寸数据，分为模块进行设计计算，然后经过合理的组合装配，完成气动爬杆提升机的设计。【关键词】提升机；爬杆；攀爬eeDesign of pneumatic pole-climbing hoiste(e)Tutor : eAbstract：First find the data and literature, research and analysi
2、s of various climbing organizations, compare the pros and cons of all kinds of crawling bodies, identifying their strengths and weaknesses. And then make pole-climbing hoist design, determining the general structure of the ontology. This climbing elevator is elaborated on the basis of modular design
3、 concept. According to the vertical poles, pipes of dimension data, calculation is divided into modules, and then after a reasonable combination of Assembly, complete design of pneumatic pole-climbing hoist.Key words：hoist ；pole-climbing；speeleeI目 录1.绪论 .11.1 选题的目的及研究意义 .11.1.1 选题的目的 .11.1.2 选题的研究意义
4、 .11.2 相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 .11.2.1 研究项目的背景 .11.2.2 国内外研究现状 .21.3 本论文的研究工作 .32.爬杆提升机原理结构的研究与分析 .42.1 结构分析 .42.2 方案分析 .53.爬杆提升机的结构方案设计 .73.1 总体结构设计 .73.2 夹紧装置分析研究 .93.3 爬升动力系统分析研究 .94.主体结构的设计与计算 .114.1 气动爬杆提升机上半部分质量的估算 .114.2 气缸的计算与选型 .114.3 整体质量的估算 .134.4 估算工作时所需的夹紧力 .134.5 滑动螺旋传动的设计与计算 .134.5.
5、1 传动螺纹选择 .144.5.2 螺纹中径的计算 .14eeII4.5.3 工作压强的计算 .164.5.4 自锁性计算 .164.5.5 螺杆强度的验算 .174.5.6 螺母螺纹强度验算 .174.5.7 螺杆的稳定性验算 .194.5.8 螺杆横向振动的验算 .204.6 气动马达的设计计算与选型 .214.6.1 气动马达的选择缘由 .214.6.2 气动马达的设计计算 .224.6.3 气动马达的选型 .244.7 齿轮传动部分的设计与计算 .264.7.1 选定齿轮类型，选精度等级，材料及齿数 .274.7.2 按齿面接触强度计算 .274.7.3 按齿根弯曲强度设计 .294.
6、7.4 几何尺寸的计算 .304.8 键联接的选择 .314.8.1 键选择原则 .314.8.2 键的选择与结构设计 .314.9 联轴器的选择 .324.10 轴承的选型 .354.10.1 轴承的作用及分类 .354.10.2 滚动轴承的结构 .354.10.3 滚动轴承的材料 .354.10.4 滚动轴承的分类 .354.10.5 滚动轴承结构类型的选择 .364.10.6 直线轴承的选型 .385.气压传动 .405.1 气压传动系统组成 .405.2 气动系统分类 .405.3 气压传动特点 .40eeIII5.4 气压装置及辅助元件 .405.4.1 空气压缩机 .405.4.2
7、 空气净化装置 .435.4.3 其他辅助装置 .465.4.4 气动控制元件 .47致谢 .50参考文献 .51ee11.绪论1.1 选题的目的及研究意义1.1.1 选题的目的本课题主要针对垂直电杆、管道等设计一种进行高空安装、维修等操作的提升机。考虑到它所特有结构以及所处的环境，旨在研发一种结构简单、经济适用、操作简便的适用于垂直电杆、管道等野外或城市设施可搭载安装、清洗、维护设备的爬杆提升机，用以解决当前野外或城镇中存在的公共设施的高空安装、清洗、维护问题。该机构要能保证良好的运行效果，低耗能高效率，绿色环保，节省人力物力。 1.1.2 选题的研究意义目前全国现代化建设步伐日益加快，不论
8、是城市的扩建还是新农村的建设，随着我国国民经济的飞速增长、人民生活水平日益提高， 随处可见管道、电线杆等各类杆(管)件。工程中沿途无数的灯杆线路要定期调换、检测和维护工作量非常大，如果在野外将更加麻烦，因此设计一种特有的装置方便操作。气动爬杆提升机与一般地面移动机构的最明显不同是需克服重力的作用而可靠地依附于杆(管)上并自主移动。爬杆提升机要求自动进行上、下爬行运动，运动时要求能够支承平行于杆件的重力分量并且能可靠自锁于任意位置因此轴向力的获得以及如何稳定地沿杆件移动而不倒退是一个关键问题，因此需要很多深入学习和钻研。毕业设计是对所有课程的一次深入的综合性复习，它对培养查阅文献、资料，分析问题
9、、解决问题，独立工作，对所学知识的综合运用，理论计算，计算机绘图，撰写科技文献等多方面的能力都起到重要的作用，也为毕业后能够很好的从事本专业的技术工作打下良好的基础。1.2 相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等1.2.1 研究项目的背景随着经济的增长，城镇中随之矗立起无数电线杆、路灯杆等高层建筑。在现代生活中，高空作业不断增加，如高楼清洗、油漆、喷涂、救护、大桥缆绳的检查和维护、电力系统架设电缆等等。这些工作给高空作业的工作人员带来很大的不安全因素。长期以来怎样绿色环保、高效、低成本的解决这些集实用性与美观性一体的杆状城市建筑的清洗、维护问题 【1】 【2】 ，一直是研究的一个课
10、题。生物经过了长期的自然选择进化而来，在结构、功能执行、信息处理、环境适应、自主学习等多方面具有高度的合理ee2性、科学性和进步性，更加适合非结构化的、未知的工作环境、复杂精巧的、高难度的工作任务，这是仿生机械提出和发展的客观动力。爬杆提升机家族很庞大，从驱动方式进行划分，主要分为气动、电动和液压驱动式。从有无控制系统的层面进行划分，主要分为普通型和智能型两大类。普通型就是只有动力源、执行机构，智能型相比普通型还有(反馈)控制机构。爬杆提升机是解决这一问题的有效方法之一，爬杆提升机与一般地面移动机构的最明显不同是需克服重力的作用而可靠地依附于爬升表面主并自主移动，完成特定条件下的作业。为此，国
11、内外很多学者针对各种特定的行业，展开了大量地研究。1.2.2 国内外研究现状 1）国外研究现状最早开始研究且研究最多的是爬壁机器人 【3】 【4】 ，适于高层建筑、水力发电大坝等垂直壁面 【5】 【6】 和大球形表面上的危险作业。对于管道外壁表面 【7】 ，已有车轮移动形、姿态可变形、尺蠖形和多关节形机器人，用于石油、化工企业等多为水平管线上的检查和诊断，且牵引力较小。国内外的学者很早就对爬行机器人进行研究工作，获得了丰硕的成果。目前，国内外提出的一些依附于杆体表面的自动爬行机构主要有电动机械式爬杆机器人、电动液压式爬杆机器人和气动蠕行式爬杆机器人 【8】 【9】 【10】 【11】 等。电动
12、机械式爬行器是由电动机带动链轮、带轮、齿轮驱动夹紧杆体的前后轮向同一方向转动，依靠行走轮与杆体的摩擦力使爬升器沿杆体上升下降 【12】 。螺旋运动爬升机器人的爬行动作是由轮子的安装位置决定的，轮子滚动方向与水平面成一定角度，这样轮子转动时它在杆体上形成的是螺旋轨迹，沿此轨迹通过电动机的正反转该机构便可实现上升和下降运动。电动机械式爬杆机器人和螺旋线运动爬杆机器人都是以电动机带动滚轮压紧杆体，依靠此摩擦力带动整个机器人沿杆体上升和下降。如果工作阻力和重力大于摩擦力就不能安全运作，且机器人总体机构较复杂。气动蠕行式爬杆机器人用气缸驱动机构实现交替夹紧和移动，其向上爬行时气缸动作一个周期的过程为下部
13、汽缸夹紧，上部汽缸松开，提升汽缸活塞杆伸出，上部上升；上部汽缸夹紧，下部汽缸松开，提升气缸体上升，下部上升。如此反复，机器人就可以连续爬行。对于气动蠕行式爬杆机器人，其上升和下降运动的实现由气压控制，需要气源和气动控制系统。 国外有代表性的有东京大学研制的关节型行走机器人，可沿水平或垂直的直杆爬ee3行，能跨越法兰、平行杆 【13】 ，并可绕 T 型杆和 L 型杆爬行。2）国内研究现状沈孝芹等针对市政工程中需要大量爬杆作业的需求，研制了一种基于气动元件的爬杆机器人 14，该机器人应用四只两种类型的气缸实现机器人的爬杆作业，机器人本体应用红外遥控驱动的单片机控制，该机器人载重可 10kg，可广泛
14、替代人工应用到市政爬杆作业中。徐生等提出了一种以气压驱动的蠕动爬杆机器人设计方案 15，该方案以气缸活塞的运动带动连杆机构运动，实现机器人对圆柱杆的夹紧; 用橡胶驱动器连接上、下两个夹紧机构，利用橡胶管在气压作用下的伸缩性，配合夹紧机构，实现机器人以蠕动方式爬升圆柱杆。宋岩等研制了一种尺蠖式爬行机器人 16，该机器人在结构上采用两段主体与伸缩腰配合，主体周向 120等角度布置了三个接触脚夹紧机构，分别由电动机控制进行尺蠖式前进。该机器人运行可靠、平稳、控制方便，适应管径范围大，作业距离长，具有较大的负载能力，更适合在垂直方向上工作，有良好的应用价值。陈俊龙等设计了一种继电器控制的爬杆机器人 1
15、7，该机器人通过继电器和棘轮机构进行控制，其设计独特，在实际运行中具有动作可靠、投球准确、结构紧凑和投资低的特点。杨存智设计了一种爬杆( 绳) 机器人 18，该机器人的设计思路是模仿人的爬树动作，结构灵巧，安装容易，控制方便，应用前景广阔。1.3 本论文的研究工作首先查找资料文献，研究分析国内外各种爬杆提升机的结构方案找出它们的优缺点。提出爬杆提升机的设计方案并筛选满足本论文条件的爬杆提升机。本课题的思路以及研究过程如下：1）建立爬杆提升机的结构模型；2）提出本论文爬行提升机的结构及设计方法、设计准则；3）结构图的构思与设计；4）完成爬杆提升机的结构设计各部件尺寸设计；5）爬杆提升机装配图的绘
16、制。2.电机选择2.1 电动机选择（倒数第三页里有东东）ee42.1.1 选择电动机类型2.1.2 选择电动机容量电动机所需工作功率为：；wdP工作机所需功率 为：wP；10FvPw传动装置的总效率为：；432传动滚筒 96.01滚动轴承效率 2闭式齿轮传动效率 7.3联轴器效率 4代入数值得： 8.09.09.6024321 所需电动机功率为： kWFvPd 5.118.略大于 即可。d选用同步转速 1460r/min ；4 级 ；型号 Y160M-4.功率为 11kW2.1.3 确定电动机转速取滚筒直径 mD50in/6.12506rvnw1.分配传动比（1）总传动比 62.1.54wmni(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比 03.4.10ii则低速级的传动比 8.2.6012i2.1.4 电机端盖组装 CAD 截图ee5图 2.1.4 电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1 电动机轴mNrkWnPTpmd81.6950i/42.02.2.2 高速轴 mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1112.2.3 中间轴
