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湖 南 科 技 大 學(xué)
開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名： 唐沁南
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)及班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化一班
學(xué) 號(hào)： 1103010120
指導(dǎo)教師： 羅柏文
2015年 4月3日
湖南科技大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題 目
MacArtney26海洋電動(dòng)絞車排纜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
作者姓名
唐沁南
學(xué)號(hào)
1103010120
所學(xué)專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
1、研究意義，同類研究工作國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題（列出主要參考文獻(xiàn)）
研究意義
絞車排繩裝置是一種利用機(jī)構(gòu)學(xué)設(shè)計(jì)出的純機(jī)械產(chǎn)物，它是一種低速運(yùn)行、重復(fù)操作和自動(dòng)化較高的設(shè)備。它的出現(xiàn)和發(fā)展不但提高了生產(chǎn)的安全性，而且使生產(chǎn)更加人性化，大大節(jié)約了人力和物力。
近年來，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，各種大型提升設(shè)備越來越被廣泛使用，為提高其安全性，排繩裝置也便隨之而生，被廣泛應(yīng)用于各種礦山、建筑等領(lǐng)域，它的發(fā)展也越來越受到人們的關(guān)注。絞車的排纜機(jī)構(gòu)是保證絞車正常工作的關(guān)鍵部件之一，絞車在收放纜繩的過程中，通過驅(qū)動(dòng)排纜機(jī)構(gòu)上排纜輪的周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，絞車能夠?qū)⒗|繩整齊密實(shí)地纏繞在卷筒上，保證絞車能正常的進(jìn)行纜繩的收放工作。海洋絞車的排纜系統(tǒng)是保證絞車正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，在絞車的工作中起著非常重要的作用。為了滿足在海洋資源勘查與開發(fā)等深海作業(yè)中特殊要求，海洋絞車具有纜繩長(zhǎng)、纜繩纏繞層數(shù)多的特點(diǎn)，易出現(xiàn)纏繞不均、亂繩、咬繩現(xiàn)象，并纏繞過程相互擠壓易損壞纜繩，直接影響纜繩使用壽命和作業(yè)安全。為此，進(jìn)行對(duì)海洋絞車的排纜機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，確保排纜機(jī)構(gòu)與儲(chǔ)纜卷筒協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，通過排纜機(jī)構(gòu)的周期往返運(yùn)動(dòng)，絞車能夠使纜繩整齊密實(shí)地纏繞在卷筒之上，保證絞車能夠順利地進(jìn)行收放工作。
液壓絞車排繩器研究工作國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀：
卷筒上若有為鋼絲繩導(dǎo)向的繩槽，將有助于卷繞順利進(jìn)行。絞車卷筒基本有兩種繩槽形式，一是螺旋式的，一是折線式的。
螺旋式繩槽就像一條螺旋線，或者像螺栓的螺紋線。螺旋式繩槽有助于引導(dǎo)鋼絲繩整齊地卷繞在卷筒上，避免鋼絲繩的損壞。然而，這種幾何形狀繩槽的問題是，當(dāng)鋼絲繩到達(dá)卷筒的一端時(shí)，雖然第一層能夠整齊地卷繞在整個(gè)卷筒上，但不能引導(dǎo)第二層鋼絲繩沿著卷筒整齊地繞回，相反，第二鋼絲繩自然地按一定的角度壓在下面一層鋼絲繩上。解決這一問題的辦法是在端部法蘭上增加一個(gè)凸臺(tái)。即使這樣，螺旋式繩槽也不適用于兩層以上鋼絲繩的卷繞方式。早在上世紀(jì)50年代，F(xiàn)rank LeBus就設(shè)計(jì)了解決這個(gè)老問題的方案。Frank LeBus是一位向油田提供設(shè)備的美國(guó)人，1937年他利用一根繩槽導(dǎo)桿解決了提升卷筒卷繞鋼絲繩的問題，并獲得了專利。后來他對(duì)這個(gè)專利進(jìn)行了改進(jìn)，稱為L(zhǎng)eBus雙折線卷繞系統(tǒng)。該系統(tǒng)的幾何形狀與眾不同，除了兩處是折線外，繩槽與卷筒的法蘭（邊緣）平行。
折線繩槽使各層之間的負(fù)荷均勻分布，實(shí)踐證明大大延長(zhǎng)了鋼絲繩的壽命。事實(shí)上，試驗(yàn)表面可延長(zhǎng)鋼絲繩壽命500%以上。減少鋼絲繩的損壞就是提高安全性，并且減少了機(jī)械的停工時(shí)間。
折線繩槽卷筒的缺點(diǎn)在于，它比較復(fù)雜，所以比螺旋繩槽卷筒的價(jià)格貴一點(diǎn)。然而，這額外的費(fèi)用因節(jié)省鋼絲繩而很快地得到補(bǔ)償，因?yàn)殇摻z繩價(jià)格很貴，并且更換新的鋼絲繩也占用了生產(chǎn)時(shí)間。
對(duì)于折線繩槽卷筒來說，若其偏角超過推薦的范圍，可以利用一個(gè)稱之為角度補(bǔ)償器的特殊裝置進(jìn)行補(bǔ)償。
對(duì)于多層卷繞的鋼絲繩作業(yè)，重要的是第一層鋼絲繩的卷繞應(yīng)在拉力下進(jìn)行，避免內(nèi)層鋼絲繩松弛，被外層鋼絲繩擠壓或捻壓到槽壁上而損壞。
一般鋼絲繩拉得愈緊，卷繞得愈好。據(jù)LeBus推薦，鋼絲繩應(yīng)承受至少2%的破壞載荷或10%的作業(yè)載荷。當(dāng)然對(duì)于安全系數(shù)和鋼絲繩的設(shè)計(jì)來說，必須做好承受破壞載荷的準(zhǔn)備工作。但是向?qū)＜易稍?，決不是一個(gè)壞主意。
折線繩槽卷筒的設(shè)計(jì)和制造，要滿足提升作業(yè)的特殊要求，繩槽的型式要適應(yīng)鋼絲繩的長(zhǎng)度、直徑和結(jié)構(gòu)類型。
如上所述，折線繩槽的槽形有兩種形式，一種是單折線繩槽，一種是雙折線繩槽。前者為最初的繩槽形式，后者為改進(jìn)的繩槽形式，目前應(yīng)用較多的是后一種形式。雙折線繩槽的斜繩槽和直繩槽交替出現(xiàn)，這樣在卷筒表面上就出現(xiàn)了兩個(gè)斜繩槽區(qū)和兩個(gè)直繩槽區(qū)。所謂斜繩槽，是指與卷筒母線斜交的繩槽，直繩槽是指與卷筒母線直交或與法蘭平行的繩槽。斜繩槽約占圓周長(zhǎng)的20%，直繩槽約占80%。
折線繩槽已被Lebus公司注冊(cè)為一種產(chǎn)品。它既可以直接在卷筒上加工成型，也可以制成帶有這種繩槽的套，并且做成分體式的。安裝時(shí)包裹在光面卷筒上，通過螺栓或焊接與卷筒連接成一體。目前，國(guó)外以這種方式使用折線繩槽的卷筒居多。
繩槽套的材料可為碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁或玻璃纖維等。
卷筒的法蘭多為平板型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造。不論纏多少層，只需在卷筒的第一層加墊塊，這樣，每一層鋼絲繩的圈數(shù)都相等。
液壓絞車排繩器存在的問題
常見的絲桿排纜輪的軸線平行于卷筒的軸線，這種排繩結(jié)構(gòu)的絞車收放纜繩時(shí)，排纜角度不斷變化，當(dāng)纜繩的出口和排纜機(jī)構(gòu)距離較小時(shí)，排纜角就比較大，這不但使得導(dǎo)纜器和排纜絲桿受到的軸向分力比較大，而且會(huì)使纜繩和導(dǎo)繩器之間的摩擦加劇，從而導(dǎo)致排纜機(jī)構(gòu)和纜繩的壽命都大大縮短，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致纜繩卡死的現(xiàn)象出現(xiàn)，排繩工作無法繼續(xù)工作下去。
2、研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化）
研究目標(biāo)：
通過合理整和已有的設(shè)計(jì)，閱讀大量文獻(xiàn)，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本步驟和要求，以及傳統(tǒng)的機(jī)械制圖的步驟和規(guī)則；掌握排繩器的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，以進(jìn)一步扎實(shí)拉絲機(jī)設(shè)計(jì)基本知識(shí)；學(xué)會(huì)用AUTO CAD,Solidworks ,Proe等三維軟件進(jìn)行基本的二維或三維建模和制圖，同時(shí)提高分析問題及解決問題的能力。提出將各種設(shè)計(jì)方法互相結(jié)合,針對(duì)不同的設(shè)計(jì)內(nèi)容分別應(yīng)用不同的方法,以促進(jìn)其設(shè)計(jì)過程方法優(yōu)化、設(shè)計(jì)結(jié)果精益求精。
研究?jī)?nèi)容：
根據(jù)排繩器的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)該排繩器的技術(shù)方案、完成液壓絞車排繩器的整機(jī)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，排繩器的主要參數(shù)的計(jì)算與確定、傳動(dòng)零件、絲桿、導(dǎo)纜輪等重要零件設(shè)計(jì)。在二維cad或三維設(shè)計(jì)平臺(tái) Solidworks中完成排繩器零件圖以及裝配圖的繪制并建立三維模型、設(shè)計(jì)合理性的分析和評(píng)價(jià)等。
擬解決的關(guān)鍵問題：
排繩器的機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)選擇及確定，產(chǎn)品整機(jī)模型設(shè)計(jì)、計(jì)算及校對(duì)，傳動(dòng)零件、絲桿、導(dǎo)纜輪等重要零件設(shè)計(jì)、計(jì)算及校對(duì)。
3、特色與創(chuàng)新之處
采用一種導(dǎo)纜輪和排纜絲桿成直角的新型的伺服排纜機(jī)構(gòu)，在不改變載荷的情況下，減少纜繩在絞車卷筒上的排纜角，優(yōu)化了排繩效果。
4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
研究方法：
調(diào)查法 現(xiàn)場(chǎng)觀察排繩器，測(cè)繪尺寸
觀察法 觀看排繩器拆裝視頻
文獻(xiàn)研究法 查閱網(wǎng)絡(luò)文章，閱讀文獻(xiàn)和論文
模擬法 建立Solidworks三維模型
數(shù)學(xué)法 用數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式排繩器進(jìn)行分析
步驟：
第一階段，在1月到3月之間利用寒假時(shí)間進(jìn)行知識(shí)儲(chǔ)備，技術(shù)儲(chǔ)備。通過查閱網(wǎng)絡(luò)文章，閱讀文獻(xiàn)和論文，完成論文的開篇報(bào)告（畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告）及1500漢字以上的英文文獻(xiàn)翻譯，并初步對(duì)排繩器進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。
第二階段，在3月到4月中旬之間進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過多方資料查閱，掌握排繩器的基本結(jié)構(gòu)及其工作遠(yuǎn)離，在老師的協(xié)助下完成排繩器產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算及校對(duì)。
第三階段，在 4月到 5月之間，完成零件傳動(dòng)、絲桿、導(dǎo)纜輪等零件的設(shè)計(jì)，計(jì)算并進(jìn)行校對(duì)。
第四階段，在 5月到 5月中旬之間，完成打印排繩器總裝圖及非標(biāo)準(zhǔn)零件二維工程圖形。
第五階段，在 5月中旬到 6月之間，完成打印排繩器設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。
技術(shù)路線：
首先了解本論題的研究狀況，明確研究目的，確定研究方向；其次，進(jìn)一步搜集閱讀資料并研讀文獻(xiàn)，做好相關(guān)的記錄，形成論題提綱，確定研究方案；再次，實(shí)施研究計(jì)劃，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，完成相應(yīng)計(jì)算，建立三維仿真模型，完成零件圖裝配圖的繪制。最后，完成預(yù)期成果，編寫設(shè)計(jì)說明書，反復(fù)修改，完成設(shè)計(jì)。
5、 擬使用的主要設(shè)計(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備
Solidworks應(yīng)用軟件建模，CAD應(yīng)用軟件繪圖
6、 參考文獻(xiàn)
A:（1）濮良貴、紀(jì)名剛，《機(jī)械原理》，高等教育出版社，2006.5
（2）潘存云，《機(jī)械原理》[M]（第二版），中南大學(xué)出版社，2011.11
(3) 胡忠舉 陸名彰 ，《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》[M]（第二版），中南大學(xué)出版社, 2011.8
(4) 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社
(5) 《機(jī)械工程手冊(cè)》，第五卷， 北京：機(jī)械工業(yè)出版社
(6) 《海洋深鉆絞車操作手冊(cè)》，中英文版, 鴻海海洋專用設(shè)備有限公司
(7) Charles W.Beardsly, Mechanical?Engineering,ASME, Regents Publishing
Company,Inc,1998
注：
1、開題報(bào)告是本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的一個(gè)重要組成部分。學(xué)生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書的要求和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，在開始撰寫論文之前寫出開題報(bào)告。
2、參考文獻(xiàn)按下列格式（A為期刊，B為專著）
A：[序號(hào)]、作者（外文姓前名后，名縮寫，不加縮寫點(diǎn)，3人以上作者只寫前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫，不加縮寫點(diǎn)）年份、卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁碼。
B：[序號(hào)]、作者、書名、版次、（初版不寫）、出版地、出版單位、出版時(shí)間、頁碼。
3、表中各項(xiàng)可加附頁。
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