【FB291】帶式輸送機(jī)全自動(dòng)液壓張緊裝置[FY+RW]【3A0】

【FB291】帶式輸送機(jī)全自動(dòng)液壓張緊裝置[FY+RW]【3A0】,FB291,FY+RW,3A0,輸送,全自動(dòng),液壓,裝置,fy,rw,a0 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 1 概述 1.1 張緊裝置綜述 1.1.1 張緊裝置作用 張緊裝置是皮帶機(jī)的重要組成部分。它在輸送機(jī)工作過程中有著重要 的作用： （1）可以保證輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒的奔離點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)膹埩?，防止輸?帶打滑； （2）保證輸送帶與托輥接觸弧上具有必要張力，防止輸送帶在兩組托 輥間松弛引起撒料; (3) 補(bǔ)償輸送帶的永久變形以及在不同工況下起動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)彈性 身長(zhǎng)。我國(guó)帶式輸送機(jī)目前使用的張緊裝置有兩個(gè)特點(diǎn): 1)輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的張緊力隨時(shí)間、運(yùn)行工況任意變化（例 如螺栓拉緊裝置和絞車?yán)o裝置） ； 2）保持輸送帶具有恒定張力值（例如重錘拉緊裝置） 。由于輸送帶在 啟動(dòng)過程中的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，輸送帶除了受靜張力作用外，還受到由 于速度變化的附加張緊力作用，為了保證輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上不滑動(dòng)，而 且再穩(wěn)定運(yùn)行中受力合理，要求它在啟動(dòng)與穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)具有不同的張力， 而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)保持張力恒定。但目前的煤礦帶式輸送機(jī)張緊裝置不能 滿足這些要求。為此需要研制一種新型的自動(dòng)張緊裝置。 1.1.2 張緊裝置類型 現(xiàn)有的張緊裝置有三種形式，重錘式、機(jī)械式和液壓式 （1） 重錘式張緊裝置 重錘式張緊裝置是最初的張緊裝置的形式之一，它主要由張緊裝置框 架、張緊改向滾筒、彈簧緩沖器、偏心制動(dòng)輪等部件組成。此種張緊張緊 裝置主要靠框架的重量和配重的大小來拉緊皮帶。此種張緊裝置的優(yōu)點(diǎn)是， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低；缺點(diǎn)是，不能根據(jù)工作情況，調(diào)整張緊力的大小。 皮帶往往只能保持在一種較緊的張緊狀態(tài)。 （2） 固定式張緊裝置 固定式張緊裝置是指張緊滾筒在輸送機(jī)起動(dòng)前和停機(jī)后可以左右移動(dòng) 改變張緊力,而在運(yùn)行過程中位置始終不變,張緊力隨張力的變化而變化(不 能保持恒定)的張緊裝置。其中螺旋張緊裝置常用于短距離輸送機(jī)中；電動(dòng) 絞車和手動(dòng)絞車式固定式張緊裝置適用于水平輸送和小傾角上運(yùn)輸送的大 型輸送機(jī)，但當(dāng)膠帶產(chǎn)生塑性變形后,引起膠帶張力變小，懸垂度增大，這 時(shí)應(yīng)重新調(diào)整張緊位置。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 （3） 液壓式張緊裝置 液壓式張緊裝置主要通過液壓缸的伸縮來拉緊皮帶?，F(xiàn)在的液壓張緊 裝置，一般是通過繼電器來控制皮帶的張緊。它可以根據(jù)工作情況調(diào)整張 緊力的大小，改善了皮帶的工作狀況，大大提高了皮帶的使用壽命。但是， 它不容易對(duì)皮帶的張緊力實(shí)現(xiàn)點(diǎn)控。為此，可以設(shè)計(jì)一種液壓張緊裝置， 這種張緊裝置不僅可以實(shí)時(shí)改變張緊力的大小，還可以解決張緊力的點(diǎn)控 問題。 1.2 新型液壓張緊裝置 新型自動(dòng)控制液壓張緊裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)： (1)用動(dòng)滑輪解決長(zhǎng)行程的要求。由于在膠合接頭和安裝過程中都要求 輸送帶有一定的松弛量，如用油缸直接張緊小車，則油缸行程太長(zhǎng)。為此 可以通過若干個(gè)動(dòng)滑輪組拉住張緊小車，通過這種方法可以降低液壓缸的 長(zhǎng)度；但是，在減小液壓缸行程的同時(shí)，增大了液壓缸的拉力。 (2)設(shè)置蓄能器提高系統(tǒng)張力的穩(wěn)定性。在輸送機(jī)啟動(dòng)過程中，構(gòu)成輸 送帶動(dòng)張緊力的彈性波有入射波、反射波和透射波三種。由于入射波與反 射波的作用，輸送帶在傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的力忽大忽小，成不穩(wěn)定狀態(tài)，輸 送帶承受著沖擊載荷。為此在張緊裝置的液壓系統(tǒng)中設(shè)置若干個(gè)蓄能器， 來抵消入射波與反射波對(duì)奔離點(diǎn)張緊力的影響。 (3)通過壓力傳感器及時(shí)監(jiān)控液壓缸的張緊狀態(tài)，根據(jù)情況改變張緊力 的大小。這樣就可以大大改善皮帶的工作條件，提高皮帶的壽命。 1.3 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn) 1.3.1 優(yōu)點(diǎn) 1）同其它傳動(dòng)方式比較，傳動(dòng)功率相同，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、體積 緊湊。 2）級(jí)變速，調(diào)速范圍大。 3）建的慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動(dòng)工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖 吸震，并能自動(dòng)防止過載。 4）電氣配合容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和操作自動(dòng)化；與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)配合， 能實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制工作。 5）件已基本上系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，利于 CAD 技術(shù)的應(yīng)用，提高 效率，降低成本。 1.3.2 缺點(diǎn) 1）易產(chǎn)生泄漏，污染環(huán)境。 2）因有泄漏和彈性變形大，不易做到精確的定比傳動(dòng)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 3）系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會(huì)引起爬行、噪音和震動(dòng)。 ， 適用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動(dòng)小。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及方案確定 2.1 主要設(shè)計(jì)要求 根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一種符合下列條件的張緊裝置 （1） 最大張緊力 200KN； （2） 最大張緊行程 10m； （3） 電機(jī)功率：7.5-11KW 2.2 方案確定 2.2.1 參考方案一 （1） 方案原理圖見圖 1： （2）工作原理 如上圖所示，此種重錘式張緊裝置主要由張緊裝置框架、張緊改向滾 筒、彈簧緩沖器、偏心制動(dòng)輪等部件組成。張緊裝置框架本身包含一個(gè)能 供滾筒上下滑動(dòng)的滾筒滑槽，并在安裝滾筒的鋼結(jié)構(gòu)上平面裝有兩個(gè)彈簧 緩沖器，配重塊重量不直接作用在滾筒軸上。偏心制動(dòng)輪通過傳動(dòng)連桿與 張緊滾筒的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)連接。膠帶主要通過張緊改向滾筒來實(shí)現(xiàn)膠帶張緊。 張緊力的大小取決于配重塊的重量、張緊裝置框架重量以及滾筒的重量， 根據(jù)膠帶重載時(shí)的所需驅(qū)動(dòng)力來選擇。 2.2.2 參考方案二 （1）方案原理圖見圖 2： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 1. 滑軌 2.張緊裝置框架 3.滾筒安裝平臺(tái) 4.滾筒滑槽 5.限位擋塊 6.制動(dòng)偏心輪 7.銷軸 8. 裝運(yùn)連桿 9.吊架 10.傳動(dòng)連桿 11.緩沖器 12.膠帶 13.軸承支座 14.張緊改向滾筒 15.配重 圖 1 重錘張緊裝置 1慢速絞車 2張緊小車 3輸送帶 4手動(dòng)換向閥 5張緊油缸 6單向閥 7電 磁換向閥 8油泵 9油箱 10，11溢流閥 J壓力繼電器 圖 2 張緊裝置原理 （2）工作原理 當(dāng)司機(jī)合上開關(guān)后，電控箱開始工作。首先啟動(dòng)油泵 8，壓力油經(jīng)過手 動(dòng)換向閥 4 及單向閥 6 進(jìn)入油缸，拉動(dòng)張緊小車 2；然后啟動(dòng)慢速絞車，直 接拉動(dòng)張緊小車 2。當(dāng)達(dá)到輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)所需的張緊力時(shí)，電動(dòng)箱的壓力繼 電器控制輸送機(jī)啟動(dòng)。溢流閥 10 控制膠帶的最大張緊力。正常運(yùn)行階段張 緊力由壓力繼電器 J1,J2 和溢流閥調(diào)整。溢流閥 10 的調(diào)定壓力比溢流閥 11 的調(diào)定壓力高。通過這種控制就可以保證輸送膠帶的自動(dòng)張緊，張緊力減 小時(shí)，溢流閥 11 關(guān)閉，油泵向油缸補(bǔ)液，油缸拉動(dòng)張緊小車提高張緊力； 張緊力超出整定范圍時(shí)，溢流閥 11 打開進(jìn)行回油，油缸帶動(dòng)張緊小車減小 張緊力。啟動(dòng)與正常運(yùn)行這兩個(gè)階段由測(cè)速裝置進(jìn)行控制，將速度信號(hào)轉(zhuǎn) 換為開關(guān)信號(hào)，由電磁閥 7 進(jìn)行切換。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 2.2.3 參考方案三 （1）原理圖見圖 3： 1過濾器 2液壓泵 3.9溢流閥 4手動(dòng)換向閥 5液控單向閥 6壓力表 7液壓缸 8蓄能器 圖 3 原理圖 (2)工作原理 工作前，先關(guān)閉節(jié)止閥，液壓泵工作，拉緊裝置起動(dòng)，使系統(tǒng)達(dá)到規(guī) 定的啟動(dòng)拉力，進(jìn)行拉緊，當(dāng)裝置拉緊后，打開節(jié)止閥，使系統(tǒng)壓力達(dá)到 運(yùn)行張力，啟動(dòng)張力約是運(yùn)行張力的 1.2-1.5 倍。 2.2.4 方案對(duì)比 上面提出的三個(gè)方案各有特點(diǎn)，現(xiàn)表述如下。 方案一的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)和原理都比較簡(jiǎn)單，就是利用物體自身的重力， 來拉緊皮帶 ，需要多大的張緊力，只要給它墜上同等重量的物體即可，它 的制造也比較方便。但是，它的缺點(diǎn)也是比較明顯的，其中最重要的缺點(diǎn) 就是張緊力不能調(diào)節(jié)，皮帶的張緊力只能固定在皮帶機(jī)起動(dòng)需要的最大數(shù) 值上，即使以后不需要如此大的力，也不容易調(diào)節(jié)；它的另一個(gè)缺點(diǎn)是， 體積比較龐大，占用地方大。 方案二的優(yōu)點(diǎn)是，它是靠油缸來張緊皮帶的，需要多大的張緊力，只要 選用對(duì)應(yīng)大小的液壓缸，即可達(dá)到規(guī)定的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較緊湊。由于 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 它是采用壓力繼電器來控制系統(tǒng)，所以它容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這一點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品 的推廣非常有利。它的缺點(diǎn)就是，對(duì)于張緊力不能達(dá)到實(shí)時(shí)控制，不容易 實(shí)現(xiàn)張緊力的點(diǎn)動(dòng)控制。 方案三的優(yōu)點(diǎn)有：張緊力可以根據(jù)帶式輸送機(jī)的需要調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)張緊 力為正常運(yùn)行張緊力 1.2 -1.5 倍的要求；響應(yīng)快；結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間 ?。槐容^以上幾個(gè)方案后，在此選擇第三個(gè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)樗哂星?面方案所沒有的優(yōu)點(diǎn)，代表著張緊裝置未來發(fā)展的方向。 2.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 2.3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 圖 4 布置圖 根據(jù)上面液壓張緊裝置的張緊行程、最大張緊力，以及張緊裝置是通 過兩根鋼絲繩繞過滑輪與液壓鋼的耳環(huán)連接等已知條件（如上圖） ，可以知 道液壓缸的主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 液壓缸負(fù)載作用力 F=600KN 液壓缸行程 S=3400mm 2.3.2 液壓缸的主要參數(shù) （1） 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對(duì)不同用途的液壓 設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類 比法來確定。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷液壓傳動(dòng)部分相關(guān)數(shù)據(jù)，確定液壓缸 的工作壓力為 20Mpa。 （2） 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿外徑的確定 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D= *14562.3*pFn 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 = 95.0*1214596.3*263 =200mm 其中 Fn-液壓缸載荷 液壓缸效率 圓整 D 的標(biāo)準(zhǔn)值選 200mm 計(jì)算活塞桿外徑 選取的速比 43.1 按 = =1.432v2d 經(jīng)計(jì)算得 d=100mm 計(jì)算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和要否設(shè)置緩沖裝置。速比不宜過 大或過小，以免產(chǎn)生過大的背壓或者活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性不好。 驗(yàn)算張緊力 驗(yàn)算油缸的最大回程張緊力， FH= 4)(*159.3 2pdD = =57395.0*1).0.(. 32 小于最大的張緊力 600KN，不能達(dá)到要求。油缸的內(nèi)徑需要增大 油缸內(nèi)徑取 D=220mm 由于速比 43.1 按 =1.432dD 計(jì)算得 d=121mm 驗(yàn)算張緊力是否符合要求 FH= 4)(*159.3 2pdD 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁495.0*12).0.(*1459.332 =603 大于 600KN 符合最大張緊力的要求。 (3)液壓缸壁厚 關(guān)于液壓缸壁厚可以按照下式計(jì)算： 2max*DP = = =106Mpa5b30 = =20.8mm2ax*DP162 考慮到缸筒的外徑公差余量 缸筒的壁厚定為 25mm 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 3 確定液壓泵及配套電機(jī) 3.1 液壓泵的選用 （1） 液壓泵的分類 液壓泵在液壓傳動(dòng)中將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能， 為液壓系統(tǒng)提供壓力油源。液壓泵是利用封閉容積的大小變化來工作的。 泵內(nèi)的封閉油腔分為吸油腔和壓油腔，當(dāng)泵軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸油腔的容積增 大形成局部真空，油箱中的液體介質(zhì)在大氣壓的作用下進(jìn)入吸油腔，壓 油腔的容積減小，容腔內(nèi)的液體介質(zhì)背擠壓排出。根據(jù)構(gòu)件不同，液壓 泵分為齒輪式，螺桿式，葉片式和柱塞式。 一般定義液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上可排出的液體體積為泵的理論排量。 理論排量取決于液壓泵的結(jié)構(gòu)尺寸，與其工作壓力無關(guān)。按理論排量是 否可變，液壓泵又分為定量型和變量型兩種。 液壓泵實(shí)現(xiàn)進(jìn)排的方式稱為配流，除齒輪式和螺桿式是進(jìn)排油口直 接與吸油腔和壓油腔相通外，葉片式和柱塞式需通過專門的配流機(jī)構(gòu)配 流，具體的方式有閥式配流，配流軸式配流和配流盤式配流。這里選擇 斜盤式軸向柱塞泵。 （2）壓泵的主要參數(shù) 泵的型號(hào) 10MCY14-1B 泵的排量 10mL/r 額定壓力 32Mpa 額定轉(zhuǎn)速 1500r/min 驅(qū)動(dòng)功率 10KW 容積效率 重量 16Kg 生產(chǎn)廠家 邵陽液壓件廠%92 （3）液壓泵的壓力 1）額定壓力 sp 在正常工作條件，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦的允許連續(xù)運(yùn)行的最高壽命和 容積效率有關(guān)。這里的額定壓力為 32MPa。 2）最高壓力 max 按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超過額定壓力而允許短暫運(yùn)行的最高壓力，其值主 要取決于零件及相對(duì)摩擦副的極限強(qiáng)度。 3）工作壓力 液壓泵出口的實(shí)際壓力，其值取決于負(fù)載。 4）吸入壓力 液壓泵進(jìn)口處的壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力，一般用吸 入高度來衡量。當(dāng)液壓泵的吸入壓力過高或者吸油阻力太大時(shí)，液壓泵 的進(jìn)口壓力將因低于極限吸入壓力而導(dǎo)致吸油不充分，而在吸油區(qū)產(chǎn)生 氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 （4）液壓泵的排量及流量 1）排量 V 液壓泵主軸轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積。排量的大小僅取 于液壓泵的尺寸和幾何壓力，有時(shí)又稱為理論排量。 理論流量 不考慮泄漏，液壓泵單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積（tq /s）3m = *t60nV61 式中 n液壓泵轉(zhuǎn)速（r/min）； V液壓泵排量。 理論流量 * 2.5* m/stq60156410 2) 實(shí)際流量 q 實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在不同壓力下液壓泵所排出的流量。實(shí)際流量低于 理論流量，其差值就是泵的泄漏量。 3）額定流量 s 在額定壓力，額定轉(zhuǎn)速下，泵所排出的實(shí)際流量。 4）瞬時(shí)流量 tshq 由于運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，液壓泵的流量往往具有脈動(dòng)性，液壓泵某一瞬 間所排的理論流量。 5）流量不均勻系數(shù) q 在液壓泵轉(zhuǎn)速一定時(shí)，因流量脈動(dòng)造成的流量不均勻 程度。 （5） 液壓泵的轉(zhuǎn)速 1）額定轉(zhuǎn)速 n 在額定壓力下，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行并保持較高運(yùn)行 效率的轉(zhuǎn)速。 2）最高轉(zhuǎn)速 nax 在額定壓力下，為保證使用壽命和性能所允許的短暫運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。 其值主要取決于液壓泵的結(jié)構(gòu)形式和自吸能力。 3）低轉(zhuǎn)速 min 為保證液壓泵可靠工作或運(yùn)行效率不致過低所允許的最低轉(zhuǎn)速。 （6）液壓泵的功率與效率 1）輸出功率 P 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 液壓泵的輸出功率用其流量 q 和出口壓力 p 或進(jìn)出口壓力差 來表示p P= q*p310 式中 q液壓泵的實(shí)際流量（m/s）; 液壓泵的進(jìn)出口壓力差，通常液壓泵的進(jìn)口壓力近似為零， 因此液壓泵的進(jìn)出口壓力差可用其出口壓力表示（Pa）。 P=20* *2.5* * =5KW6104310 2)輸入功率 pP 液壓泵的輸入功率即原動(dòng)機(jī)的輸出功率。 5.5KW 3)總效率 液壓泵的輸出功率與輸入功率之比。 P/ pP 其值為 915. 4）效率 V 在轉(zhuǎn)速一定的條件下，液壓泵的實(shí)際流量與理論流量之比。 =1- 1VtqnV 式中 液壓泵的泄漏量，在液壓泵結(jié)構(gòu)型式，幾何尺寸確定 后，泄油量 的大小主要取決于泵的出口壓力，與液壓泵的轉(zhuǎn)速或排量 沒有多大關(guān)系。因此，液壓泵在低轉(zhuǎn)速或小排量下工作時(shí)，其容積效率 將會(huì)很低，以致無法正常工作。 0.92V 5）機(jī)械效率 m 對(duì)液壓泵，除容積泄漏損失以外的功率損失都?xì)w于機(jī)械損失，因 此 mV/Ptpq/ 其值為 0.91/0.9292.9m 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 （7） 液壓泵的噪聲 液壓泵的噪聲通常用分貝（dB）衡量，液壓泵噪聲產(chǎn)生的原因包 括：流量脈動(dòng)，流量沖擊，零部件的震動(dòng)和摩擦以及液壓沖擊等。 3.2 電動(dòng)機(jī)的選用 （1）計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 在泵的規(guī)格表中，一般同時(shí)給出額定工況（額定壓力，額定速，額 定流量）下泵的驅(qū)動(dòng)功率，可以按此直接選擇電動(dòng)機(jī)，也可按液壓泵的 實(shí)際使用情況，用下式計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率： P= KWPNQp310 式中 -液壓泵的額定壓力；N -液壓泵的額定流量；Q -液壓泵的總效率；P -轉(zhuǎn)換系數(shù) 一般液壓泵 ；Npmax 恒功率變量液壓泵 0.4； 限壓式變量葉片泵 ；Npmax85.0 液壓泵實(shí)際使用的最大工作壓力，Pa maxp 泵實(shí)際工作壓力 ax21AF 其中 F-活塞桿的拉力 -活塞無桿側(cè)面積1 -活塞有桿側(cè)面積2A 實(shí)際壓力 19.9MPa maxp)102(*146.32 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 = =0.995209.1 P= =5.2KW2.*61405 （2）選擇電機(jī)型號(hào) 電機(jī)型號(hào) Y132M-4 額定功率 7.5KW 滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min 額定轉(zhuǎn)矩 2.2 N m 最大轉(zhuǎn)矩 2.2 N m 同步轉(zhuǎn)速 1500r/min 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 4 確定液壓系統(tǒng)元件、輔件 4.1 選擇液壓控制閥型號(hào) 1) 截止閥 截止閥型號(hào) CJZQ-f10 通徑 10mm 壓力 21MPa 2) 手動(dòng)換向閥 型號(hào) 4WE6XEW220-50NZ4 通徑 10mm 工作壓力 35MPa 流量30L/ 重量 1.95Kg 最高周圍溫度范圍 50生產(chǎn)廠家 上海立新液壓件廠 3) 液控單向閥 型號(hào) SVP10B12V 通徑 10mm 工作壓力 31.5MPa 開啟壓力 0.3MPa 介質(zhì)溫度-2080重量 0.8Kg 生產(chǎn)廠家 上海立新液壓件廠 4) 溢流閥 型號(hào) DBDH10P10/20 流量 50L/min 工作壓力 31.5MPa 設(shè)定壓力 16MPa 介質(zhì)溫度-2070 重量 1Kg 生產(chǎn)廠家 上海東方液壓件廠 4.2 確定液壓輔件 4.2.1 蓄能器的選用 （1）蓄能器的種類及特點(diǎn) 蓄能器是液壓系統(tǒng)中的一種能量?jī)?chǔ)存裝置，它利用力的平衡原理使工 作液體的體積發(fā)生變化，從而達(dá)到儲(chǔ)存或釋放液壓能的作用。 蓄能器一般分為重力加載式，彈簧加載式和氣體加載式三類。 1）力加載式（簡(jiǎn)稱重力式） 重力式蓄能器是利用重錘的重量，通過柱塞作用在油液上而產(chǎn)生壓 力能，其壓力的大小取決于重錘的重量和柱塞作用面積的大小。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 重力蓄能器的特點(diǎn)：在輸出液體的整個(gè)過程中，無論輸出量的大小 和輸出速度的快慢，均可得到恒定的液體壓力；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容量大，壓 力高，但體積大不適用于行走機(jī)械；慣性大，反應(yīng)不靈敏，不宜消除脈 動(dòng)和吸收液壓沖擊；密封處易泄漏， 有摩擦損失。只在固定設(shè)備中作蓄能器用。 2）簧加載式（簡(jiǎn)稱彈簧式） 彈簧式蓄能器是利用彈簧力作用于活塞上，使之與壓力油的壓力相 平衡，以儲(chǔ)存壓力能。蓄能器產(chǎn)生的壓力取決于彈簧的剛度和壓縮量。 彈簧式蓄能器的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，容量小。使用壽命取 決于彈簧的壽命，對(duì)于循環(huán)頻率較高的場(chǎng)合不宜使用。一般用于小容量， 低壓，循環(huán)頻率低的系統(tǒng)，作蓄能和緩沖用。 3）氣體加載式 氣體加載式蓄能器的工作原理是建立在波義耳定律的基礎(chǔ)上。使用時(shí) 先向蓄能器充以預(yù)定壓力的空氣或氮?dú)?，然后由液壓泵向其?nèi)充入壓力 油，氣腔和油腔壓力始終相等。當(dāng)系統(tǒng)需要油液時(shí)，在氣體壓力作用下， 使用油液排出。 氣體加載式蓄能器可分為隔離式和直接接觸式兩種類型。 a) 直接接觸式蓄能器 它由一個(gè)封閉的殼體組成，殼體頂部有充氣閥，底部有進(jìn)出壓力 油口。氣體被封在殼體的上部，液體處在殼體下部，氣體直接與液體 接觸。 這種蓄能器的特點(diǎn)：容量大，慣性小，反應(yīng)靈敏；占地面積??； 沒有機(jī)械磨損。但由于氣體直接接觸，氣體易被液體吸收，使系統(tǒng)工 作不穩(wěn)定，易產(chǎn)生氣蝕并危及系統(tǒng)；只能豎直安放，以確保氣體被封 在殼體的上部。適用于大流量的低壓回路中。 b) 隔離式蓄能器 典型結(jié)構(gòu)有氣囊式，隔膜式，活塞式和差動(dòng)活塞 式。 c)氣囊式蓄能器 殼體的上端有容納充氣閥的開口，由合成橡膠制成 的完全封閉的梨形氣囊模壓在氣門嘴上，形成一個(gè)封閉的空間。氣囊經(jīng) 下端開口塞進(jìn)去，并借助于壓緊螺母固定于殼體的上部。閥體總成用一 對(duì)裝在殼體開口內(nèi)側(cè)的半圓卡箍卡主閥體本身的臺(tái)肩，裝在殼體的下部。 O 形密封圈與墊片接觸，用螺母鎖緊。用這樣的結(jié)構(gòu)能確保安全，要想拆 開蓄能器，必須擰下螺母，把閥體推到殼體內(nèi)。當(dāng)殼體內(nèi)壓力上述到爆 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 破壓力時(shí)，，殼體開口先漲大，使 O 形密封圈被擠掉油壓能夠安全的解 除。 d)這種蓄能器的特點(diǎn)使：氣腔與油腔之間是氣囊，密封可靠，不可能 有泄漏；膠囊慣性小，反應(yīng)靈敏；結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕；并有系 列批量生產(chǎn)。但裝拆不方便。氣囊有折合型，波紋型，三角型和十字型 等結(jié)構(gòu)形式。 e)隔膜式蓄能器 它以橡膠隔膜代替氣囊，把油和氣分開。殼體為球 形，重量與體積之比值最小。容量小，一般在 0.9511.4L 范圍內(nèi)使用。 f)活塞式蓄能器 它利用活塞把油和氣分開。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)。但 活塞慣性大有密封摩擦阻力，因而反應(yīng)靈敏性差，不宜消除脈動(dòng)和吸收 液壓沖擊。 g) 差動(dòng)活塞式蓄能器 它由一個(gè)直徑很大的氣缸裝在一個(gè)直徑較小的 液壓缸之上組成?；钊露说囊簤毫偸谴笥谏隙说目諝鈮毫ΑＤ苡行?的防止空氣滲入油中?？捎糜趬毫芨叩囊簤合到y(tǒng)。 (2)蓄能器的應(yīng)用 1)作輔助動(dòng)力源 對(duì)于間歇運(yùn)行的液壓系統(tǒng)，或在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，執(zhí)行元件運(yùn)行速 度差別很大，即對(duì)液壓泵供油量要求差別很大的液壓系統(tǒng)使用蓄能器， 當(dāng)需要供油量很大時(shí)，蓄能器與液壓泵一起供油，當(dāng)要求供油量小時(shí)， 泵輸出的多余壓力油就輸入蓄能器儲(chǔ)存起來。這樣可以根據(jù)液壓系統(tǒng)所 需的平均流量來選擇泵，泵的利用和功率消耗比較合理。 2)補(bǔ)償泄漏保持壓力 對(duì)于執(zhí)行元件長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)，又要求保持一定的壓力，可以 用蓄能器來補(bǔ)償泄漏。 3)作緊急動(dòng)力源 某些系統(tǒng)要求當(dāng)液壓泵發(fā)生故障或?qū)?zhí)行元件的供油突然中斷時(shí)，執(zhí) 行元件仍須完成必要的動(dòng)作。例如為了安全起見，液壓缸的活塞桿必須內(nèi) 縮到缸筒內(nèi)，這時(shí)就需要有適當(dāng)容量的蓄能器作動(dòng)力源。 4)消除脈動(dòng) 如果液壓系統(tǒng)中采用液壓泵，且其柱塞數(shù)較少時(shí)，或齒輪泵的齒數(shù) 較少時(shí)，系統(tǒng)的壓力，流量和力矩等參數(shù)脈動(dòng)很大。此外，溢流閥的脈 動(dòng)以及某些形式的容積式流量計(jì)，也會(huì)使系統(tǒng)的壓力和流量脈動(dòng)。若在 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 系統(tǒng)中裝設(shè)蓄能器，則可將脈動(dòng)降低到最低限度，使對(duì)振動(dòng)敏感的儀表 及管路接頭，閥的損壞事故大為減少。 5)吸收液壓沖擊 由于換向閥突然換向，液壓泵突然停車，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)突然停止， 甚至人為的要執(zhí)行元件緊急制動(dòng)等原因，都會(huì)使管路內(nèi)液體流動(dòng)發(fā)生急劇 變化，產(chǎn)生液壓沖擊。液壓系統(tǒng)中雖設(shè)有安全閥，但其反應(yīng)慢，壓力增高， 其值可能達(dá)到正常壓力的幾倍以上。這種沖擊壓力往往引起系統(tǒng)中的儀表， 元件和密封裝置發(fā)生故障，甚至損壞，或者管道破裂，此外，還會(huì)使系統(tǒng) 產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。若裝設(shè)蓄能器則可以吸收和緩和這種沖擊。 (3)蓄能器總?cè)莘e的計(jì)算 蓄能器的總?cè)莘e是指充氣容積，這里選擇蓄能器主要用于消除脈動(dòng)和 吸收液壓沖擊。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇兩個(gè)容積為 25L 的蓄能器即可。 (4)蓄能器充氣壓力 的確定 0p 由于蓄能器主要用于吸收液壓沖擊和消除脈動(dòng)，降低噪聲，因此，蓄 能器的充氣壓力應(yīng)等于蓄能器設(shè)置點(diǎn)的正常工作壓力。 (5 )蓄能器的主要參數(shù) 型號(hào) NXQ-A-25/20LA 公稱壓力 20MPa 耐壓試驗(yàn)壓力 30MPa 使用溫度 10-70 安裝方式 垂直安裝 生產(chǎn)廠家 南京鍋爐廠 （6） 蓄能器的安裝 1）蓄能器的安裝 a)蓄能器須安裝在便于檢查，維修的位置，并要遠(yuǎn)離熱源。 b)蓄能器一般應(yīng)垂直安裝，油口向下，充氣閥朝上。 c) 裝在管路上的蓄能器承受著液壓力的作用，因此必須牢靠的固 定裝置，以防蓄能器從固定部位脫開，引起事故。注意不能用焊接方 法進(jìn)行安裝。 d)吸收液壓沖擊，壓力脈動(dòng)和降低噪聲的蓄能器應(yīng)盡量安裝在振源 附近。 e)蓄能器與液壓泵之間應(yīng)安裝截至閥，以供充氣和檢查維修使用。 2)蓄能器的使用 a)蓄能器屬于壓力容器，應(yīng)執(zhí)行壓力容器的使用規(guī)定。不能在蓄 能器上進(jìn)行焊接，鉚接和機(jī)械加工，不許敲打。 b)蓄能器銘牌應(yīng)置于醒目位置。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 c)在有壓狀態(tài)下，不得拆卸。在安裝拆卸之前，應(yīng)把內(nèi)部的氣，液 完全放掉。 d)蓄能器絕對(duì)禁止充氧氣，以免引起爆炸。 e)在正常工作下，每隔 6 個(gè)月檢查一次壓力，使之保持規(guī)定的預(yù)壓 力。檢查方法可以利用充氣工具，也可利用系統(tǒng)中的壓力表和液壓泵 檢查。 f)氣囊式蓄能器充氣可利用充氣工具和充氮小車，由于氮?dú)馄繅毫?一般在 16MPa。如果充氣壓力高于上述值時(shí)，則需要使用帶有增壓設(shè)備 的充氮小車。 4.2.2 過濾器的選用 （1） 過濾器性能參數(shù) 1）過濾原理與過濾介質(zhì) 過濾是從流體中分離非溶性固體顆粒污染物的過程。它在壓力差的 作用下，讓流體通過多孔隙可透性介質(zhì)（過濾介質(zhì)），迫使流體中的固 體顆粒被截留在過濾介質(zhì)上，從而達(dá)到分離污染物的目的。液壓過濾器 簡(jiǎn)稱過濾器或?yàn)V油器。它就是采用上述原理，利用過濾介質(zhì)分離，減少 油液中顆粒污染物，使之達(dá)到和保持油液目標(biāo)清潔度的工業(yè)裝置。 過濾器按過濾原理區(qū)分主要有：表面型過濾器，深度型過濾器和磁 性過濾器。結(jié)合濾材及使用范圍考慮，則唱分為表面型和深度型兩大類。 表面型過濾器是靠濾材表面的孔口阻截液流中的顆粒，屬于這一類 的有金屬網(wǎng)，金屬微孔板，線隙式，片式等過濾元件。表面型濾材的通 徑大小一般是均勻的，過濾機(jī)制比較單一，主要是直接阻截，凡尺寸大 于通孔的顆粒被截留在液流上游一側(cè)的濾材表面，則小于通孔的顆粒則 進(jìn)入下游。當(dāng)濾材表面有限的孔口全部被截留的污染物堵塞后，濾芯前 后的壓差增加到最大值，其過濾作用也就停止了，所以表面型濾材的納 垢容量較少，但經(jīng)過反向沖洗后，濾材表面的污染物可被清除干凈，然 后可重復(fù)使用。 深度型過濾器的濾材為多孔可透性材料，常用的有非織品纖維，如 濾紙，復(fù)合濾紙，合成纖維，不銹鋼絲氈；多孔剛性材料，如陶瓷，金 屬粉末燒結(jié)，天然和合成纖維織品等。這類濾材中有無數(shù)細(xì)長(zhǎng)且迂回曲 折的通道，每一通道中還可能有一些狹窄的橫向空穴。當(dāng)油液流過時(shí)， 大顆粒污染物被阻截在濾材表面或內(nèi)部通道的縮口處，而小顆粒污染物 在重力，布朗擴(kuò)散，靜電力或慣性力作用下，有些可能被吸附在通道內(nèi) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 壁表面，有些可能沉積在通道橫向空穴內(nèi)。所以深度型濾材的過濾機(jī)制 既有直接阻截，又有吸附作用，過濾作用發(fā)生在濾材整個(gè)深度范圍內(nèi)。 與表面型相比，深度型濾材的納垢容量大，但被濾除的污染物不容易被 清洗掉，所以只能一次性使用。 （2）過濾器的主要性能參數(shù) 過濾器的主要性能參數(shù)有：過濾精度，壓差特性和納垢量。 1）過濾精度 過濾精度是指過濾器對(duì)不同尺寸顆粒精度污染物的濾除能力，時(shí)選用 過濾器的首要參數(shù)。系統(tǒng)的污染控制水平，過濾精度越高，系統(tǒng)油液的清 潔度越高。評(píng)定過濾器精度的常用方法有下面幾種： 名義過濾精度：名義過濾精度的評(píng)定方法最早有美國(guó)軍工部門提出， 用 值表示。m 絕對(duì)過濾精度：絕對(duì)過濾精度是指能夠通過過濾器的最大球形顆粒的 直徑。絕對(duì)過濾精度比較確定地反映出過濾介質(zhì)的最大孔口尺寸和過濾器 能夠?yàn)V除和控制的最小顆粒尺寸，這對(duì)實(shí)施污染控制有實(shí)用意義。但污染 物并不都是球形，其形狀一般是不規(guī)則的，長(zhǎng)度尺寸大于絕對(duì)精度的扁長(zhǎng) 形顆粒仍有可能通過濾芯而到達(dá)下游。 過濾效率：過濾效率是指被過濾器濾除的污染物數(shù)量與加入到過濾器 上游的污染物數(shù)量之比。污染物的量可以用質(zhì)量表示，也可用各種尺寸的 顆粒數(shù)表示。 過濾比：過濾器上游油液?jiǎn)挝惑w積中大于某一給定尺寸的污染顆粒數(shù) 與下游油液?jiǎn)挝惑w積中大于同一尺寸過濾數(shù)之比。 2）壓差特性 油液流經(jīng)濾油器時(shí)由于油液運(yùn)動(dòng)和粘性阻力的作用，在濾油器的 入口和出口之間產(chǎn)生一定的壓差。影響清潔的濾油器壓差的因素有： 油液的粘度和比重，通過流量，以及濾芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 3）納垢流量 過濾器在工作過程中，隨著被截留的污染物數(shù)量的增加，壓差增 大，當(dāng)壓差達(dá)到規(guī)定的最大極限值時(shí)，濾芯使用壽命結(jié)束。在過濾器 整個(gè)使用壽命期間被濾芯截留的污染物總量稱為過濾器的納垢容量。 納垢容量越大，則使用壽命越長(zhǎng)。 納垢容量與過濾面積以及濾材的孔隙度有關(guān)。過濾面積越大，孔 隙度越大，則納垢容量越大。對(duì)于外形尺寸一定的折疊式圓筒形濾芯， 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 適當(dāng)增大折疊數(shù)及折疊深度可以增大過濾面積，從而延長(zhǎng)過濾器的使 用生命。 4.2.3 液壓管路的設(shè)計(jì) （1）管路的材料 無縫鋼管耐壓高，變形小，耐油，抗腐蝕，雖裝配時(shí)不易彎曲，但裝 配后能長(zhǎng)期保持原狀，用于中高壓系統(tǒng)。無縫鋼管有冷拔和熱軋兩種。 工作壓力比較高的管路多采用 10 號(hào)，15 號(hào)冷拔無縫鋼管，因其外徑尺寸 準(zhǔn)確，質(zhì)地均勻，強(qiáng)度高，而且可焊性好。 （2） 管路的內(nèi)徑 管路內(nèi)徑的大小取決于管路的種類及管路的種類及管內(nèi)流速的大小。 在流量一定的情況下，內(nèi)徑小則流速高，壓力損失大，容易產(chǎn)生噪聲； 內(nèi)徑大則難于安裝，所占空間大，重量大。管路內(nèi)徑一般由下式確定 vqd/61.4 式中 d管路內(nèi)徑（mm） q流量（L/min） v流速（m/s） 管內(nèi)油液的流速推薦值 v: (1)吸油管路取 v 0.5-2m/s V=1m/s (2)壓油管路取 v 2.5-6m/s V=4m/s (3)泄油回路取 v 1m/s V=1m/s 吸油管道的內(nèi)徑 d 4.61 =17.9mmVQ/ 內(nèi)徑 d 取 20mm 外徑 D 取 28mm 壓油管道的內(nèi)徑 d 4.61 =8.9mm/ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 內(nèi)徑 d 取 10mm 外徑 D 取 18mm 泄油管道的內(nèi)徑 d 4.61 =17.9mmVQ/ 內(nèi)徑 d 取 20mm 外徑 D 取 28mm 吸油管道的外徑取 28mm 壓油管的外徑取 18mm 泄油管道的外徑取 28mm （3） 管子壁厚的計(jì)算 管子的壁厚一般可以用下式計(jì)算 tpd2 式中 t管子壁厚； p工作壓力； d管子內(nèi)徑； 許用應(yīng)力，對(duì)于鋼管 ；ppnb n安全系數(shù)（當(dāng) p17.5MPa 時(shí)，n=4); 15 號(hào)鋼的 375MPab = =93.75MPap4375 管子的壁厚 t =2.98mm75.93*280 圓整后 取管子的壁厚為 3mm （4）硬管的安裝 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 1）管子的長(zhǎng)度要短，管徑要合適； 2）兩固定點(diǎn)之間的直管連接，應(yīng)避免緊拉直管，要有一個(gè)松彎部分。 這不僅便于裝拆，同時(shí)也不會(huì)因熱脹冷縮造成嚴(yán)重的拉應(yīng)力。 3）子的彎曲半徑應(yīng)盡可能大。 4）管路的安裝連接必須牢固堅(jiān)實(shí)。當(dāng)管路較長(zhǎng)時(shí)需要加支撐。 5 液壓缸設(shè)計(jì) 5.1 液壓缸的類型和安裝形式 液壓缸分為單作用液壓缸、雙作用液壓缸和組合式液壓缸三種形式。 單作用液壓缸又分為單作用活塞液壓缸、單作用伸縮液壓缸和單作用柱塞 液壓缸；雙作用液壓缸分為雙作用無緩沖式液壓缸、不可調(diào)單向緩沖式、 不可調(diào)雙向緩沖式液壓缸、可調(diào)單向緩沖式、可調(diào)雙向緩沖式、雙活塞桿 液壓缸和雙作用伸縮液壓缸；組合液壓缸分為單聯(lián)式、多工位式和雙向式。 這里選擇單作用活塞式液壓缸。 液壓缸的常用安裝形式有耳環(huán)型、腳架型、法蘭型和耳軸型安裝，這 里選擇耳軸型安裝。 通用型液壓缸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，零部件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度較高，制造 和安裝都比較方便。因此，用途比較廣泛，使用于各種液壓系統(tǒng)。它一般 有拉桿型、焊接型和法蘭型液壓缸。其中焊接型液壓缸的外形尺寸較小， 暴露在外面的零件少，能承受一定的沖擊負(fù)載和惡劣的外界環(huán)境。但受到 前端蓋與缸筒連接強(qiáng)度的限制，缸的內(nèi)徑不能太大，額定壓力不能太高。 通常額定壓力小于a，缸筒內(nèi)徑小于mm，活塞桿和缸筒的加 工條件許可時(shí)允許最大行程達(dá)到m，多用于車輛、船舶和礦山等機(jī)械。 拉桿型液壓缸的端蓋有圓形和方形兩種.一般來說,方形端蓋用四根拉桿,圓 形端蓋用 6 根拉桿,缸筒是用內(nèi)徑經(jīng)過精加工的高精度冷拔無縫鋼管,按需 要的長(zhǎng)度切割而成的.前后端蓋和活塞等零件均為通用件.因此,拉桿型液壓 缸制造成本較低,適用于批量生產(chǎn).焊接型液壓缸的缸筒與后端蓋采用焊接 連接,與前端蓋的連接方式有螺紋連接,卡環(huán)連接和鋼絲擋圈連接等多種連 接方式.法蘭型液壓缸的缸筒與前端蓋和后端蓋均采用法蘭連接.法蘭與缸 筒有整體結(jié)構(gòu)式,也有采用焊接和螺紋等方式的法蘭型液壓缸的缸筒內(nèi)徑通 常大于 100mm,外形尺寸大,額定壓力高,能承受較大的沖擊負(fù)載和惡劣的外 界環(huán)境條件,屬重型液壓缸,多用于重型機(jī)械,冶金機(jī)械等.法蘭型液壓缸的 通常額定壓力小于 35Mpa,缸筒內(nèi)徑小于 320mm,允許最大行程 10m. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 這次設(shè)計(jì)的液壓缸,是用于牽引皮帶前后運(yùn)動(dòng),活塞桿的行程為 3.3m,牽 引力大約在 600KN 左右,結(jié)合以上的介紹可以選擇單作用活塞式液壓缸,液 壓缸的安裝選擇銷軸型,液壓缸的連接方式前端蓋采用卡環(huán)式連接,后端蓋 采用焊接的方式. 5.2 液壓缸主要零部件結(jié)構(gòu)、材料和技術(shù)要求 5.2.1 缸筒與缸蓋 (1)結(jié)構(gòu) 缸筒的結(jié)構(gòu)與端蓋的連接形式,液壓缸的用途,工作壓力,環(huán)境以及安 裝要求等因素有關(guān).端蓋分為前端蓋和后端蓋.前端蓋將液壓缸的活塞桿 腔封閉,并起著為活塞桿導(dǎo)向,防塵和密封的作用.后端蓋將缸筒底腔封閉,并 常常起著將液壓缸與其它機(jī)件連接的作用.常用的缸筒與缸蓋的連接有拉 桿,法蘭,焊接,內(nèi)外螺紋,內(nèi)外卡環(huán)及擋圈等連接方式,其中焊接連接型式 只能用于缸筒與后端蓋的連接. 這里前端蓋與缸筒采用法蘭連接,如下圖 1.前缸蓋 2.法蘭 3.螺栓 后端蓋與缸筒采用法蘭連接,如下圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 (2)材料 1、缸筒的材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性,能夠長(zhǎng)期承受較高 的工作壓力及短期動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形,有足夠的剛度,能 承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲.需要焊接的缸筒,還 要求有良好的焊接性能.目前,普遍采用的缸筒材料是熱軋或冷拔無縫鋼 管.市場(chǎng)已經(jīng)能夠供應(yīng)內(nèi)圓經(jīng)過珩磨,外圓已精加工的高精度冷拔無縫鋼 管..按需要的長(zhǎng)度切割下料,再根據(jù)與端蓋連接形式的要求,在兩端進(jìn)行 加工,即可清洗裝配.選用 45。毛坯采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管。 材料機(jī)械性能如下表所示： (3)缸筒計(jì)算： 1.缸筒壁厚及驗(yàn)算： 參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)表 20-6-9 選擇合適的產(chǎn)品系列。確定缸筒 外徑及其壁厚。 2.缸筒底部厚度計(jì)算： 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)為單作用液壓缸，在無桿側(cè)沒有壓力油，而且缸筒聯(lián)結(jié) 形式選用前端法蘭。所以設(shè)計(jì)主要考慮及工藝要求形狀，而不考慮受力。 3.缸筒頭部法蘭厚度： 參照實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版下冊(cè)選擇合適的法蘭， 法蘭為凸面對(duì)焊 剛質(zhì)管 B 型法蘭。 具體尺寸見下表： 材料 b最小值 s最小值 s最小值 45 610 360 14 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 螺栓 公稱通 徑 法蘭焊 端外徑 法蘭外 徑 螺栓孔 中心圓 直徑 螺栓孔 徑 數(shù)量 螺紋 80 89 270 203 33 8 M30 密封圈 法蘭 厚度 法蘭 高度 法蘭 頸 法蘭 內(nèi)徑 d X Y f2 138 127 12806 5 48 118 133 70 表 1-1 公稱壓力為 25Mpa。 表中長(zhǎng)度尺寸均為 mm 數(shù)量為單個(gè)。 字母標(biāo)記見實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版下冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社出版。 4.缸筒與端部焊接應(yīng)力計(jì)算： 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)為單作用液壓缸，在無桿側(cè)沒有壓力油，而且缸筒聯(lián)結(jié) 形式選用前端法蘭。所以沒有必要計(jì)算。采用一般焊接即可。 缸筒制造加工要求： 缸筒內(nèi)徑 D 采用 H7 級(jí)配合，表面粗糙度值為 0.20 微米。需進(jìn)行研磨。 熱處理采用調(diào)質(zhì)，硬度 HB 不小于 241。 缸筒內(nèi)徑 D 的圓度、錐度、圓柱 度不大于內(nèi)徑公差之半。 缸筒直線度公差在 500mm 長(zhǎng)度上不大于 0.03mm。 缸筒端面 T 對(duì)內(nèi)徑的垂直度在 100mm 上不大于 0.04mm。 5.2.2 活塞 (1)活塞結(jié)構(gòu)型式： 選用組合活塞。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封型式?jīng)Q定。組合式 活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)的大量 使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞的加工成本。 (2)活塞與活塞桿的連接： 選用卡環(huán)式，用鎖緊機(jī)構(gòu)防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開。同時(shí)采用 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 靜密封。 (3)活塞的密封： 采用車氏組合密封角形滑環(huán)式。 (4)活塞尺寸與加工公差： 活塞寬度取值為活塞外徑的 0.8 倍?；钊鈴降呐浜喜捎?f9，外徑對(duì) 內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差之半，表面粗糙度 (5) 活塞的材料 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵(HT300、HT350)、鋼(有的 在外徑上套有尼龍 66、尼龍 1010 或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán))及鋁合金等。 選擇 45 作為液壓缸活塞的材料。 (6)活塞與活塞桿的連接方式 活塞與活塞桿有多種連接方式,這里采用卡環(huán)連接,如下圖 5.2.3 活塞桿 活塞桿的端部結(jié)構(gòu)形式選擇外螺紋 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (1)活塞桿結(jié)構(gòu) 活塞桿有實(shí)心桿和空心桿兩種，見下圖?？招幕钊麠U的一端，要留出 焊接和熱處理時(shí)用的通氣孔 d2。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 a)實(shí)心活塞桿 b)空心活塞桿 我選擇其中的實(shí)心活塞桿結(jié)構(gòu)。 (2)活塞桿材料 實(shí)心活塞桿材料為 35、45 鋼；空心活塞桿材料為 35、45 無縫鋼管。 本設(shè)計(jì)選擇 45 鋼作為活塞桿材料。 (3)活塞桿的技術(shù)要求 1)活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229285HB,必要時(shí)，再經(jīng)高 頻淬火，硬度達(dá) 4555HRC。 2)活塞桿 d 和 d1的圓度公差值，按 9、10 或 11 級(jí)精度選取。我選取 10 級(jí)精度。 3)活塞桿 d 的圓柱度公差值，應(yīng)按 8 級(jí)精度選取。 4)活塞桿 d 對(duì) d1的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為 0.01mm。 5)端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7 級(jí)精度選取。 6)活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6 級(jí)精度加工；如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也 較小時(shí)，允許按 7 級(jí)或 8 級(jí)精度制造。這里選擇按 6 級(jí)精度加工。 7)活塞桿上若有聯(lián)接銷孔時(shí)，該孔徑按 H11 級(jí)加工。該孔軸線與活塞桿 軸線的垂直公差值，按 6 級(jí)精度選取。 8)活塞桿上下工作表面的粗糙度為 Ra0.63m，必要時(shí)，可以鍍鉻，鍍層 厚度約為 0.05mm,鍍后拋光 (4)活塞桿的尺寸。 活塞桿直徑計(jì)算： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 MFdP3104 F 液壓缸的推力， N p 材料的許用應(yīng)力，MpanSP d 活塞桿直徑，m 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算： 采用實(shí)用驗(yàn)算法。已知作用力和活塞桿直徑，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng) 一書活塞桿彎曲計(jì)算圖中可以校驗(yàn)出穩(wěn)定性程度，經(jīng)過校驗(yàn)，活塞桿彎曲 穩(wěn)定性良好。 5.3 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵 活塞桿導(dǎo)向套在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi) 裝有密封裝置以保證缸筒有桿側(cè)的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿 在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵和水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套 采用非耐磨材料時(shí)，其內(nèi)圈還可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。導(dǎo)向套 的結(jié)構(gòu)采用軸套式。 導(dǎo)向套的材料采用摩擦系數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作。 導(dǎo)向套長(zhǎng)度的確定：通常采用兩段導(dǎo)向段，每段寬度為 d/3，兩段中 線距離為 2d/3。 受力分析：分析導(dǎo)向套的受力情況。本次設(shè)計(jì)的液壓缸受力主要為拉 力，與活塞桿軸線重合，所以外力作用在活塞上的力矩主要為由安裝形式 決定的重力產(chǎn)生的力矩。即導(dǎo)向套受到的支撐壓應(yīng)力非常小。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材 料的許用壓應(yīng)力，可以不進(jìn)行驗(yàn)算。所以設(shè)計(jì)時(shí)滿足結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)要求即可。 導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定：導(dǎo)向長(zhǎng)度過短，將使液壓缸因配合間隙引起的初始 撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)必須保證缸有一 定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，一般缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足： H m 導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度 A，在缸徑小于 80mm 時(shí)，取 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 A=（0.61.0）D 當(dāng)缸徑大于 80mm 時(shí)，取 A=（0.61.0）d 本次設(shè)計(jì)液壓缸缸徑為 220mm。大于 80mm。所以代入第二個(gè)公式，即 A=（0.61.0）d。選擇 A=0.8 d=0.870=56mm。 加工要求： 導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為 H8/f7，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多 為 H9/f9。外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.03mm，圓度和圓柱度公差不 大于直徑公差之半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的 潤(rùn)滑。 5.4 排氣閥 如果排氣閥設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會(huì)有 空氣，由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性，會(huì)造成液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng) 在工作中的顫振和爬行，影響液壓缸的正常工作。 對(duì)本次設(shè)計(jì)的張緊裝置而言，如果排氣閥設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置，那么 在張緊過程中就會(huì)造成液壓缸的顫振和爬行，這種情況下，與其連接的皮 帶也會(huì)隨之發(fā)生以上情況。影響皮帶的使用壽命，以及整個(gè)液壓系統(tǒng)的穩(wěn) 定性。 為了避免這種情況的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，必須在液 壓缸上安裝排氣閥。排氣閥的位置要合理。由于空氣比油液輕，總是向上 浮動(dòng)，所以排氣閥應(yīng)與壓力腔相同通，設(shè)置在端蓋或端部的上方。這樣在 安裝后調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)之空氣。不會(huì)讓空氣有積存的殘留死角。 排氣閥的結(jié)構(gòu)形式：采用整體排氣閥結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)閥體與閥針合為一體。 用螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺母， 缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出，并經(jīng)過斜孔排出缸外。 這種排氣閥簡(jiǎn)單、方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰 緊排氣閥后不能密封，會(huì)造成外泄露。 閥的材料用 45 號(hào)碳素鋼，錐部熱處理硬度 3844HRC。 整體排氣閥的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸如下圖。 閥體 閥針 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁整 體 式 排 氣 閥 5.5 油口 油口包括油口孔和油口連接螺紋。由于設(shè)計(jì)液壓缸為單作用液壓缸，所 以只有一個(gè)油口，油口可以布置在端蓋和缸筒上。 D (螺紋精度 6H) J min K+0.4 E P min S max U+0.1 Y min Z 1 M181.5 14.5 2.4 22.0 16.5 2.0 19.8 29.0 150 5.6 密封圈、防塵圈的選用 O 形密封圈的特點(diǎn): O 形密封圈是一種橫斷面形狀為圓形的耐油橡膠形（簡(jiǎn)稱 O 形圈） ，是 液壓設(shè)備中使用得最多，最廣泛的一種密封件，可用于靜密封和動(dòng)密封。 為減少或避免運(yùn)動(dòng)時(shí) O 形圈發(fā)生扭曲和變形，用于動(dòng)密封的 O 形圈的斷面 直徑較用于靜密封的斷面直徑大。一般用于動(dòng)密封的 O 形圈也可以用于靜 密封。與其它的密封圈相比，O 形圈具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1)密封性能好，用量少，單圈即可對(duì)兩個(gè)方向起密封作用; 2)密封部位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、拆裝方便; 3)對(duì)油液、壓力和溫度的適應(yīng)性好; 4)動(dòng)摩擦阻力較小，既可做動(dòng)密封，又可做靜密封使用.其缺點(diǎn)是在作動(dòng) 密封時(shí)，啟動(dòng)摩擦阻力較大，使用壽命短。 5.7 銷軸的安裝 液壓缸為銷軸的主要安裝尺寸 (mm) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 銷 軸 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 20MPa直徑 D TD TL 220 60 60 5.8 液壓缸的主要性能參數(shù) （1）壓力 p 1) 公稱壓力 n 公稱壓力 也稱額定壓力,即在正常工作條件下,液壓缸用以長(zhǎng)期工作 的最高壓力,查找國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T7938-1987,并結(jié)合實(shí)際情況這里的公稱壓力 為 =20MPa.np 2)最高允許壓力 maxp 液壓缸在超過額定壓力后允許短暫運(yùn)行的最高壓力稱為最高允許壓力. 通常規(guī)定為 1.5axn 這里的最高額定壓力定為 =25MPamaxp 3)耐壓試驗(yàn)壓力 T 耐壓試驗(yàn)壓力是液壓缸在檢查質(zhì)量時(shí)須承受的試驗(yàn)壓力.在規(guī)定時(shí)間 內(nèi),液壓缸在此壓力作用下,全部零件不得有破壞或永久變形等異常情況 出現(xiàn). 通常規(guī)定為 當(dāng)額定壓力 16 MPa 時(shí)np =1.5Tn 當(dāng)額定壓力 16 MPa 時(shí) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 =1.25Tpn 對(duì)軍用產(chǎn)品規(guī)定為 =(2-2.5) p 顯然此處的耐壓試驗(yàn)壓力 =1.5*16=30MPa.T （2）液壓缸活塞的理論推力 和拉力1F2 活塞桿受力示意圖 當(dāng)活塞桿伸出時(shí)的理論推力 1F =A p= p142D 實(shí)際推力為 = * *20760000N=760KN1F6.320 當(dāng)活塞縮回時(shí)的理論拉力 2 = p= ( - )p2A4Dd 實(shí)際拉力為 = *( - )*20600000N=600KN2F16.3201 以上計(jì)算式中 D--缸筒內(nèi)徑; d--活塞桿直徑; A --活塞無桿側(cè)有效作用面積;1 --活塞有桿側(cè)有效作用面積;2 p--液壓缸工作壓力. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 （3） 液壓缸負(fù)載率 液壓缸負(fù)載率 為實(shí)際使用推力(或拉力)與理論額定推力(或拉力) 的比值. = )(或 拉 力理 論 額 定 推 力 或 拉 力實(shí) 際 使 用 推 力 值用以衡量液壓缸在工作時(shí)的負(fù)載.通常取 =0.5-0.7,但對(duì)某些用 途也可取 =0.45-0.75 .這里取 =0.7 （4）單活塞桿液壓缸兩腔面積比(速度比) = = =21Av2dD 式中 --活塞無桿側(cè)有效作用面積;1 ---活塞有桿側(cè)有效作用面積;2 --塞桿伸出速度;v --活塞桿退回速度; D--活塞直徑(或缸筒內(nèi)徑); d--活塞桿直徑. 單活塞桿液壓缸兩腔面積比 應(yīng)符合規(guī)定,除特殊場(chǎng)合外,速度比不宜 過小或過大,以免產(chǎn)生過大的背壓或活塞桿太細(xì),造成穩(wěn)定性不好.工作壓力 高的液壓缸選用大值,工作低的液壓缸選用小值.這里的速度比 =1.46. （5）液壓缸的往返速度 和1v2 當(dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí) =124Dqv 實(shí)際速度 = =0.008m/s1v60*2.4.38 當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí) =2v)(2dDqv 實(shí)際速度 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 = =0.01m/s2v60*)1.2.0(*146.382 以上計(jì)算式中 q-進(jìn)入液壓缸的流量; -液壓缸的容積效率.