毕业设计论文自动送线器设计.docx

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毕业设计论文自动送线器设计

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送

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设

计

说

明

书

学生学号：

学生姓名：

学生专业：

机械设计与制造

指导教师：

摘要

本设计是完成用于城市综合布线上的一种机械装置，该装置通过自动送出布线用的玻纤管，并能自动收回玻纤管的方式，实现电话线、光纤等线路方便的穿过城市地下管网，完成布线的要求。

该设计可以减小人力成本，又可以方便的实现在地下管道中布线的要求，满足了社会对降低劳动强度、方便操作的工作要求。

设计要求：

盘线装置直径1200，动力选择汽油机与液压泵（两者型号需匹配），送线部分的动力选择液压马达，工作时可以提供的最大拉力为150公斤力，送线部分可实现正、反两个方向的运动。

在网上收集资料，对目前所有装置进行了解，从而了解自动送线设备的设计背景。

并对已知的数据进行处理，获得自动送线设备的设计参数。

对自动送线装置进行功能的分析和研究，了解其工作流程，并设计出基本的设备结构。

并逐步改进，得最终设计方案。

对装置的设计性能进行分析，找出其中的不足，进行改进。

与设计装置与现有装置进行比较得：

1、通过采用液压方式实现自动代替手动；

2、采用汽油机作为动力源，适合各种环境作业；

3、液压能转化为机械能，节省人力，减少工作人员的劳动强度；

4、成本相对低廉；

随着时代的发展进步，产品自动化是未来产品的发展方向，产品自动化不仅可以有效的提高工作效率，降低生产成本，还可以提高生产过程的安全性、产品的质量，在生活或者工作中半自动化和自动化产品会越来越受人们的喜爱，被更多的人接受。

我所设计的自动送线设备采用现代液压技术及带传送技术，使拉力足够大，相当与几个成年人的拉力，且还有换向功能实现自动送线和收线，并采用液压装置不需要电力装置，使其更加实用。

关键词：

自动送出收回方便劳动强度液压装置价格`

ABSTRACT

Currentcitycablelayingisbyusingaknownasglassfiberreinforcedplasticwirefeedingmachineequipmenttocarryout,thiskindofequipmentisalmspipelineopticalcable,cabletelecommunications,electricpowerdepartmentofspecialtools,itiseasytouse,flexiblemobile,timesaving,energysaving,improveworkingefficiency,etc.However,thecurrentmarketofthiskindofwirefeedingmachineisthroughtheuseofhumanwaytosendwire.Thiskindofwirefeedingdeviceinthegeneralcaseofwiringarecoordinatedbymanypeopletocomplete,wiringworkisoftenduetothereasonofsomeoneinterruptorstopworkersfromvolumeduetoshorttimelimitfortheintensityoflaborisverybig,leadtoinefficientlayout.Alongwiththerisingprices,laborcostsrise,thiswayoftraditionalwiringcomprehensivecostisveryhigh.

Urbancomprehensivecablelayingwithautomaticwirefeedingdevicebasedonexistingwirefeedingwirefeedinglargelaborintensity,highcomprehensivecostdesignedthisdefect,theautomaticwirefeedingdeviceismainlybyhydraulicautomaticwirefeeding.Throughtheadoptionofgasolineengineaspowersource,drivehydraulicpumpproducestwohydraulicpressureoildrivemotorrotation,hydraulicmotorthroughabeltdriverollerrotation,wirefeedingdeviceoftractiontubeundertheactionofthetractionpressurewheellevelthroughthesymmetricalorcontraction.Bymanualthreefour-wayreversingvalvecontrolledhydraulicmotorandreversingtocontrolthepullofthedraughttubeandthelineandcontroltherunningspeedoftractiontube.

Bywayofhydraulicautomaticinsteadofmanualandautomaticthreadandthefunctionofthetake-up,atthesametimethequalityincreaseisnotbig,convenienttransportation,suitableforfieldoperation.Throughtheparameterdesign,structuralanalysisandperformanceanalysisshowsthattheautomaticwirefeedingequipmentcanmeetthelineintheactualconstructionsitesendlineandtheactualneeds.Bymeansofthisautomaticwirefeedingequipmentcangreatlyimprovetheproductionefficiency,reduceproductioncosts,greatlyreducethelaborintensity,improvelaborsafety,andtoincreasetheequipmentmanufacturecostisnegligible,sotheurbancomprehensivecablelayingwithautomaticwirefeedingdevicehasabroadmarketprospect,canproducegreateconomicandsocialbenefits.

Keywords:

cablelaying,automaticwirefeedingdevice,hydraulicdrive

目录

第一章课题的分析6

1.1课题的背景6

1.1.1国内城市线缆铺设现状6

1.1.2国外城市线缆铺设现状7

第二章自动送线器的设计7

2.1自动送线器的设计思路7

2.2施工现场参数的设定7

2.3自动送线器元器件的设计7

2.3.1送线机构带传动的设计7

2.3.2手动换向阀的选择8

2.3.3液压马达的选择9

2.3.4液压泵的选择10

2.3.5汽油机的选择11

2.3.6液压管路的选择12

第三章自动送线器的结构分析13

3.1支架13

3.2卷线盘14

3.3汽油机15

3.4液压泵15

3.5三位四通手动换向阀15

3.6液压马达16

3.7液压管路17

3.8送线机构18

第四章自动送线器的工作过程19

4.1自动送线设备工作流程...............................................................................19

4.2液压系统工作流程............................................................................20

第五章自动送线器的创新点20

5.1自动送线器的创新点20

5.2自动送线设备实用性.......................................................................20

第六章自动送线设备实用性.................................................................216.1自动送线器的实用性.................................................................................216.2两种方式的成本比较.................................................................................21第七章产品的推广及应用.............................................................................21

参考文献.23

总结与体会24

第一章课题的分析

1.1.课题的背景

1.1.1国内城市线缆送线器现状：

城市线缆是随着城市经济的快速发展和生活质量的提高成为新世纪新时代的一种潮流，它对于美化城市环境和提升城市功能已起到了必不可少的有益作用，并产生了崭新的现实效应。

地下线缆应该是也必然能反映一座城市社会经济综合发展的高水平，并还能衡量一座城市现代化、科学化发展的高程度。

目前城市线缆铺设是通过一种称为玻璃钢送线器的设备来实施的，这种设备是电信、电力部门布施管道光缆的专用工具，光滑又富有弹性的表面可使送线器带动各种钢丝、电缆等轻松地通过狭窄的通道。

一般送线器由三部分构成：

铜芯、玻璃纤维加强层和高压低密度聚乙烯防护层。

这种由外包特种工程塑料层与增强玻璃钢实心杆复合而成的牵引拉线长杆具有弯曲强度高、拉力大、韧性好等特点。

它与导入头、牵引头、手动推车组成一体，使用方便、移动灵活，具有省时、省力、提高工效等优点，是电信、电力工程理想的布线工具，深受施工人员的青睐。

玻璃钢送线器由扁铁或圆管制成的小支架固定，不仅使送线器规律地盘在架子中，在施工方面也提高了效率。

使用时首先将玻璃钢覆杆由引轮引出，然后与相应的金属头联接，穿入管路内。

用于清理时，引导头带动清理工具，可以清理管道；用于布放电缆时，可先将钢丝或铁线带入，然后用钢丝或铁线牵引电缆入管。

但是，当前市场上的这种送线器是通过使用人力的方式实现送线的，如图1所示。

由于送线器所用的玻璃钢是一种纤维强化塑料，具有质轻高强、弹性模量大的特点，送线器送线时所需牵引力逐渐变大，通常需要两个甚至更多施工人员协同工作且劳动强度很大。

这种送线器在一般情况下的布线均由多人协调才能完成，布线工作常常会因某一个人的原因而中断或停止，导致布线效率低下。

这种传统布线方式由人工完成，由于工期短导致工人工作量大而使得劳动强度很大。

随着物价上涨、人力成本升高，这种传统布线方式综合成本很高。

图1-1传统送线器

1.1.2国外城市线缆铺设现状

目前国外的城市线缆铺设方法与国内一致，都是通过人工方式进行送线铺设，只是在线缆穿管方式、敷设方法上与国内略有不同。

比如著名的谷歌公司为光纤光缆的铺设方法申请了专利，这种方法可以使光纤到户连接过程中避免在用户的家中挖掘铺设渠道。

谷歌申请的这项专利被称作“要求低、便捷、高效和节约成本”的光纤部署技术。

此项技术包括特殊铺设设备的设计。

该设备能够铺设完整的光缆，或只是安装空管气吹光导纤维，该设备也可以容纳同轴线缆或电缆。

与埋在地下或通过管道送入的光缆不同，谷歌研发了一种狭窄的“边沿称条”，可以隐藏从街上变电箱里延伸到车道或人行道上的光缆。

新的铺设方法可以把家庭用户连接到谷歌在堪萨斯州和密苏里州的超快1G网络。

这种线缆的铺设方式目前还只是处于试验阶段而且铺设成本相对较高且主要适用于光纤光缆的铺设，不能适应城市线缆铺设的实际需要。

在城市线缆的铺设过程中，国际上普遍采用的常规方式仍然是通过送线器将所需铺设的线缆埋入地下或者通过地下管道送入线缆。

作为送线机构，目前仍然主要采用的是人工铺设的方式。

1.2课题的设计要求与意义

本设计是完成用于城市综合布线上的一种机械装置，该装置通过自动送出布线用的玻纤管，并能自动收回玻纤管的方式，实现电话线、光纤等线路方便的穿过城市地下管网，完成布线的要求。

该设计可以减小人力成本，又可以方便的实现在地下管道中布线的要求，满足了社会对降低劳动强度、方便操作的工作要求。

设计要求：

盘线装置直径1200，动力选择汽油机与液压泵，送线部分的动力选择液压马达，工作时可以提供的最大拉力为150公斤力，送线部分可实现正、反两个方向的运动。

设计意义：

为了解决在布线中出现的效率低、劳动强度大、操作不方便以及成本高的问题。

因此需要设计出一种自动化的机器，让铺线更加方便快捷。

而且自动化的机器不仅可以提高工作效率，降低生产成本，还可以提高生产过程的安全性，提高质量。

并且随着社会的发展，自动化也是未来产品的发展方向，工作中自动化的产品会越来越多的被人们所接受。

新型送线器改善方向：

目标：

为解决常规布线所出现的效率低下、劳动强度大以及综合成本高的问题。

这种送线机构主要基于三个方面的考量来进行设计：

①提高工作效率，让机器代替人力来进行长时间的工作；

②自动化控制，通过人力的简单引导，让机器代替人力所做的工作，比如送线、拉线等；

③通过减少人力来达到节省成本、产生更大效益的目的；

我们所设计的城市综合线缆铺设用自动送线设备正是基于解决现有送线器送线劳动强度大、综合成本高这一缺点而设计的，这种自动送线设备主要通过液压方式实现自动送线。

本设备通过采用汽油机作为动力源，带动液压泵产生压力油驱动两个液压马达旋转，液压马达通过皮带带动压轮转动，送线器的牵引管在牵引力的作用下通过上下对称的压轮水平伸出或收缩。

通过手动三位四通换向阀可控制液压马达的正反转从而控制牵引管的伸出和收缩以及控制钢管运行速度。

第2章自动送线器的设计

2.1自动送线器的设计思路

主要通过三个方面的考虑来进行设计：

（1）提高工作效率，让机器代替人力来进行长时间的工作；

（2）自动化控制，仅通过人力的简单引导，就能让机器代替人力所做的工作，比如送线、拉线等，满足了社会对降低劳动强度、方便操作的工作要求；

（3）通过减少人力来达到节省成本、产生更大效益的目的。

通过以上考虑，我所设计的新型自动送线器主要通过液压的方式来实现自动送线。

新型自动送线器的设计为：

（1）为了降低劳动强度，自动送线机构提供动力源以代替人力，所以动力的部分选择汽油机与液压泵；

（2）送线部分的动力选择液压马达，工作时可以提供的最大拉力为150公斤力；

（3）为了送线部分可实现正、反两个方向的运动，选择手动的三位四通换向阀；

（4）送线机构则选择使用多楔带传送；

（5）液压泵、三位四通换向阀、液压马达的连接则使用液压管。

送线器的原理：

该设备主要通过使用汽油机作为动力，汽油机带动液压泵产生压力油驱动两个液压马达旋转，液压马达可通过主动轮带动皮带，使皮带带动压轮转动，而送线器中的牵引管则在牵引力的作用下通过上下对称的压轮水平前进或后退。

可以通过手动的三位四通换向阀控制液压马达的正转或反转，从而控制牵引管的前进和后退以及控制牵引管的行进速度。

2.2施工现场参数的设定

在实际的施工现场，一般需要两个或两个以上的成年男性共同拉线以实现线缆的送线。

成人男性拉力一般最大为500N左右，考虑到实际情况，假设自动送线设备的最大拉力为1500N，此拉力由两根对称的多楔带提供，即每根多楔带需承受750N力。

根据施工现场的实际情况，将线缆送线的平均速度设定为0.15m/s，此速度可由自动送线器中的三位四通手动换向阀控制。

2.3自动送线器元器件的设计

该送线机构由对称的多楔带部件组成，每组多楔带部件主要由一个主动轮、一个从动轮、四个压轮以及支承部件构成。

多楔带是以平带为基体、内表面排布有纵向40°等间距梯形楔的环形橡胶传动带，其工作面为楔的侧面。

多楔带特别适用于结构要求紧凑、传动功率大的高速传动。

多楔带的优点是：

（1）多楔带与带轮的接触面积和摩擦力较大，载荷沿带宽的分布较均匀，因而传动能力更大；由于带体薄而轻、柔性好、结构合理，故工作应力小，可在较小的带轮上工作。

（2）多楔带还具有传动振动小、散热快、运转平稳、使用伸长小、传动比大和极限线速度高等特点，因而寿命更长；

（3）节能效果明显，传动效率高，传动紧凑，占据空间小。

（4）多楔带的背面也能传动，而且可使用自动张力调整器，使传动更加安全、可靠。

多楔带的设计依据国家标准JB/T5983-1992《多楔带传动设计方法》的相关要求确定。

2.3.1多楔带的设计计算：

多楔带的设计计算：

①带传动所传递的功率为

考虑到轴承效率、摩擦力、实际效率，其值可分别取为0.9、0.8、0.8，

则实际功率为

②根据实情，取

=1.2，则设计功率

=1.2×0.20=0.24kW

③由设计功率，选取PJ型多楔带

④传动比i=1，带轮有效直径de

=20，考虑实情，暂取

=60

⑤0.7（60+60）=84<

<2（60+60）=240，暂取

=200，则

=2

+1.57×（60+60）=588.4，取Le=630；

中心距a=a0+（Le-L0）/2=200+（630-588.4）/2=220.8，

中心距的变动范围：

（

）=220.8-10=210.8~（a+△）=（220.8+8）=228.8

⑥包角α=180°，包角系数

=1，带长系数

=0.83

⑦

=0.04kW，△

=0，楔带数Z=

=0.20/（0.04×0.83）=6

⑧多楔带周长=2πR+2a=2×3.14×30+2×220.8=630

根据以上计算出来的参数，多楔带选取PJ型630。

2.3.2手动换向阀的选择

换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。

是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。

为了操作方便简单，选择手动换向阀。

在设备中,手动换向阀的作用是通过控制液压马达的正反转来控制多楔带中主动轮的正反转从而带动多楔带运动。

根据设计要求，自动送线器既可以实现拉线也可以实现收线，因此牵引管在送线机构中能够实现前进、后退以及停止三种运动状态同时还能够实现速度的变化。

送线速度的变化可以通过控制换向阀的开度来实现，而三种运动状态则需要换向阀具有三个工作位置。

根据以上要求，可选择淮安市巨达液压机械有限公司的三位四通手动换向阀34SM-L10H-T，该阀为M型中位机能，公称通径为10mm，弹簧复位，工作压力为21MPa，流量为31.5L/min，重量为3.9kg。

2.3.3液压马达的选择

液压马达是液压系统的一种执行元件，它将液压泵提供的液体压力能转变为其输出轴的机械能。

在本设备中，液压马达的作用是在手动换向阀的控制下带动送线机构中的主动轮正转或反转以实现送线或收线的目的。

而在液压马达中，选用摆线液压马达。

摆线液压马达是一轴配流镶齿定转子副式的小型低速大扭矩液压马达。

摆线液压马达的优点：

（1）体积小，重量轻，它的外形尺寸比同样扭矩的其它类型液压马达小得多。

（2）转速范围广，可无级调速，最低稳定转速可达15转/分，安装布置方便，投资费用低。

（3）在液压系统中可串联使用，也可并联使用。

（4）转动惯性小，在负载下容易起动，正反转都可使用，而且换向时不用停机。

摆线液压马达用途广泛，主要用于农业、渔业、轻工业、起重运输、矿山、工程机械等多种机械的回转机构中。

液压马达的选择计算：

①带传动所传递的功率为

考虑轴承效率、摩擦力、实际效率，其值可分别取为0.9、0.8、0.8，

则实际功率为

②液压马达转速：

（R为多楔带轮半径）

③液压马达最大可能排量：

经过计算，液压马达采用镇江大力液压马达有限责任公司的BMR-80摆线液压马达。

2.3.4液压泵的选择

液压泵是液压系统的动力元件，是靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，送到执行元件的一种元件。

在设备中，液压泵的作用是将机械能转化为液压油的压力能，以给手动换向阀和液压马达提供一定压力和速度的液压油。

一般在负载小、功率小的机械设备中，可以使用齿轮泵。

因此，在液压泵中选择外啮合的齿轮泵。

齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。

由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去。

吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。

齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出口处阻力的大小。

齿轮泵的特点：

（1）结构简单，紧凑；

（2）容易制造，价格便宜；

（3）工作要求低，应用广泛；

（4）维护方便，寿命长。

由于在施工现场，自动送线器也应满足重量轻的要求，便于送线设备的搬运，因此尽量选择较轻的液压部件。

综合以上要求，选择岛津齿轮泵：

GPY-8R。

（排量8.01ml/r，额定压力21MPa，转速500~3000r/min，效率90%）

流量

=500~3000r/min×8ml/r=4L/min~24L/min；功率

=21×106×（4~24）×10-3/60/1000=1.3~7.8kW

该泵应配电动机功率为：

=1.3~7.8kW/0.9=1.2~7.0kW

2.3.5汽油机的选择

汽油发动机是以汽油作为燃料，将内能转化成动能的的发动机。

由于汽油粘性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做功。

汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。

汽油发动机的特点：

由于汽油粘性小，蒸发快，可以在气缸外部与空气形成均匀的混合气，然后将混合气吸入气缸，或用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，使气体膨胀做功。

在设备中，汽油机的作用是给液压系统提供动力源，