帶式輸送機全自動液壓張緊裝置設(shè)計【6張CAD圖紙和文檔所見所得】【SJ系列】

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中 國 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 姓 名： 馬 駿 學(xué) 號： 14030372 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 　 設(shè)計題目： 液壓張緊裝置 專 題： 指導(dǎo)教師： 姚洪 黃嘉興 職 稱： 2007年 06 月 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 機自03-8班 學(xué)生姓名馬駿 任務(wù)下達(dá)日期：2007年 1 月11日 畢業(yè)設(shè)計日期： 2007年 3月 25 至 2007 年 6月20日 畢業(yè)設(shè)計題目： 液壓張緊裝置 畢業(yè)設(shè)計專題題目： 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 液壓張緊裝置設(shè)計 了解長距離膠帶運輸機啟動，牽引的工作過程，張緊裝置的作用。對比各種張緊裝置的工作原理，設(shè)計一臺液壓張緊裝置。 參數(shù)：張緊力200KN，張緊行程10m，電機功率7.5-11KW 1.根據(jù)相關(guān)參數(shù)完成液壓張緊裝置與膠帶運輸機相互聯(lián)接的總體設(shè)計 2.完成液壓系統(tǒng)設(shè)計,泵,閥等液壓元件及傳感元件的選擇 3.完成主要傳動組件,零件的工作圖設(shè)計 4.完成油箱工作圖設(shè)計 5.編寫完成整機設(shè)計計算說明書 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 本設(shè)計主要是帶式輸送機全自動液壓張緊裝置的設(shè)計。它是在吸收國、內(nèi)外輸送機張緊技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)國內(nèi)帶式輸送機的運行特點及要求研制的。它采用比例控制技術(shù)及可靠性較高的可編程控制技術(shù)，可以對張緊力進行多點控制，根據(jù)不同工作情況隨時調(diào)節(jié)張緊力的大小。能最大程度的延長皮帶的壽命，大大節(jié)約了成本。在設(shè)計中，用一個動滑輪使液壓缸的行程減少了一半，避免使用行程較長的液壓缸，減少了制造液壓缸的難度。同時，系統(tǒng)中增加了若干個蓄能器，可以最大限度的吸收液壓沖擊，減小對皮帶的沖擊力提高膠帶的使用壽命。 關(guān)鍵詞：帶式輸送機; 全自動液壓張緊裝置; 比例控制; 可編程控制 Abstract This design is mainly about full automatic hydraulic tension station for belt conveyer. It is designed on the foundation of opening technology in and outside, according to the domestic operation characteristic of belt conveyer and requirement. The equipment is also made on domestic belt-type conveyer movement characteristic and requestment. It uses the proportional control technology and the reliable higher programmable control technology, It may carry on the multi-spots control to strict the strength, adjusts pressing the strength size as necessary according to the different working condition.It can be the greatest degree lengthen the leather belt the life, greatly saved the cost. In the design, It causes the hydraulic cylinder with a movable pulley the stroke to reduce one half, and avoides using a stroke longer hydraulic cylinder.In this way,it reduces difficulty of the hydraulic cylinder’s produce. At the same time, it increases certain accumulators in the system, and limits absorption hydraulic pressure impact,which reduces the leather belt impulse and enhances the adhesive tape’s life. Key words: Belt-type conveyer, full automatic hydraulic tension station , proportional control, programmable control 目 錄 1概述 1 1.1 張緊裝置綜述 1 1.1.1 張緊裝置作用 1 1.1.2張緊裝置類型 1 1.2 新型液壓張緊裝置 2 1.3 液壓傳動的特點 2 1.3.1優(yōu)點 2 1.3.2缺點 2 2 主要設(shè)計參數(shù)及方案確定 4 2.1 主要設(shè)計要求 4 2.2 方案確定 4 2.2.1參考方案一 4 2.2.2參考方案二 4 2.2.3參考方案三 6 2.2.4方案對比 6 2.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 7 2.3.1 主要設(shè)計參數(shù) 7 2.3.2 液壓缸的主要參數(shù) 7 3 確定液壓泵及配套電機 10 3.1 液壓泵的選用 10 3.2電動機的選用 13 4 確定液壓系統(tǒng)元件、輔件 15 4.1 選擇液壓控制閥型號 15 4.2 確定液壓輔件 15 4.2.1蓄能器的選用 15 4.2.2過濾器的選用 19 4.2.3 液壓管路的設(shè)計 20 5 液壓缸設(shè)計 23 5.1液壓缸的類型和安裝形式 23 5.2 液壓缸主要零部件結(jié)構(gòu)、材料和技術(shù)要求 23 5.2.1 缸筒與缸蓋 23 5.2.2活塞 26 5.3 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵 28 5.4 排氣閥 29 5.5 油口 30 5.6密封圈、防塵圈的選用 31 5.7 銷軸的安裝 31 5.8液壓缸的主要性能參數(shù) 31 6 液壓油路板的結(jié)構(gòu) 36 6.1 液壓油路板的設(shè)計 36 7 油箱及其附件 40 7.1油箱的用途和分類 40 7.2油箱的構(gòu)造和尺寸 40 7.3液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 41 8 液壓系統(tǒng)的安裝、使用和維護 50 8.1 液壓系統(tǒng)的安裝、試壓和調(diào)試 50 8.1.1 液壓元件的安裝 50 8.1.2 管路的安裝與清洗 51 8.2 試壓 51 8.3 液壓系統(tǒng)的使用和維護 51 結(jié)論 53 參考文獻 54 英文原文 55 中文譯文 60 致謝 64 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 概述 1 1 張緊裝置綜述 1 1 1 張緊裝置作用 張緊裝置是皮帶機的重要組成部分 它在輸送機工作過程中有著重要 的作用 1 可以保證輸送帶在驅(qū)動滾筒的奔離點具有適當(dāng)?shù)膹埩?防止輸送 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 補償輸送帶的永久變形以及在不同工況下起動 穩(wěn)定運行時彈性 身長 我國帶式輸送機目前使用的張緊裝置有兩個特點 1 輸送帶在驅(qū)動滾筒奔離點的張緊力隨時間 運行工況任意變化 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 啟動過程中的非穩(wěn)定運動狀態(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)動滾筒上不滑動 而 且再穩(wěn)定運行中受力合理 要求它在啟動與穩(wěn)定運行時具有不同的張力 而且在穩(wěn)定運行時保持張力恒定 但目前的煤礦帶式輸送機張緊裝置不能 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)點是 結(jié)構(gòu)簡單 成本較低 缺點是 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起動前和停機后可以左右移動 改變張緊力 而在運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中 電動 絞車和手動絞車式固定式張緊裝置適用于水平輸送和小傾角上運輸送的大 型輸送機 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 時應(yīng)重新調(diào)整張緊位置 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 現(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 它不容易對皮帶的張緊力實現(xiàn)點控 為此 可以設(shè)計一種液壓張緊裝置 這種張緊裝置不僅可以實時改變張緊力的大小 還可以解決張緊力的點控 問題 1 2 新型液壓張緊裝置 新型自動控制液壓張緊裝置的主要技術(shù)特點 1 用動滑輪解決長行程的要求 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 為此 可以通過若干個動滑輪組拉住張緊小車 通過這種方法可以降低液壓缸的 長度 但是 在減小液壓缸行程的同時 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 在輸送機啟動過程中 構(gòu)成輸 送帶動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 輸送帶在傳動滾筒奔離點的力忽大忽小 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)置若干個蓄能器 來抵消入射波與反射波對奔離點張緊力的影響 3 通過壓力傳感器及時監(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 液壓傳動的特點 1 3 1 優(yōu)點 1 同其它傳動方式比較 傳動功率相同 液壓傳動裝置的重量輕 體積 緊湊 2 級變速 調(diào)速范圍大 3 建的慣性小 能夠頻繁迅速換向 傳動工作平穩(wěn) 系統(tǒng)容易實現(xiàn)緩沖 吸震 并能自動防止過載 4 電氣配合容易實現(xiàn)動作和操作自動化 與微電子技術(shù)和計算機配合 能實現(xiàn)各種自動控制工作 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 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 3 系統(tǒng)內(nèi)混入空氣 會引起爬行 噪音和震動 適用的環(huán)境溫度比機械傳動小 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 2 主要設(shè)計參數(shù)及方案確定 2 1 主要設(shè)計要求 根據(jù)實際情況 設(shè)計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 偏心制動輪等部件組成 張緊裝置框架本身包含一個能 供滾筒上下滑動的滾筒滑槽 并在安裝滾筒的鋼結(jié)構(gòu)上平面裝有兩個彈簧 緩沖器 配重塊重量不直接作用在滾筒軸上 偏心制動輪通過傳動連桿與 張緊滾筒的鋼結(jié)構(gòu)平臺連接 膠帶主要通過張緊改向滾筒來實現(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)膠帶重載時的所需驅(qū)動力來選擇 2 2 2 參考方案二 1 方案原理圖見圖 2 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 1 滑軌 2 張緊裝置框架 3 滾筒安裝平臺 4 滾筒滑槽 5 限位擋塊 6 制動偏心輪 7 銷軸 8 裝運連桿 9 吊架 10 傳動連桿 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)司機合上開關(guān)后 電控箱開始工作 首先啟動油泵 8 壓力油經(jīng)過手 動換向閥 4 及單向閥 6 進入油缸 拉動張緊小車 2 然后啟動慢速絞車 直 接拉動張緊小車 2 當(dāng)達(dá)到輸送機啟動時所需的張緊力時 電動箱的壓力繼 電器控制輸送機啟動 溢流閥 10 控制膠帶的最大張緊力 正常運行階段張 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張緊 張緊力減 小時 溢流閥 11 關(guān)閉 油泵向油缸補液 油缸拉動張緊小車提高張緊力 張緊力超出整定范圍時 溢流閥 11 打開進行回油 油缸帶動張緊小車減小 張緊力 啟動與正常運行這兩個階段由測速裝置進行控制 將速度信號轉(zhuǎn) 換為開關(guān)信號 由電磁閥 7 進行切換 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 使系統(tǒng)達(dá)到規(guī) 定的啟動拉力 進行拉緊 當(dāng)裝置拉緊后 打開節(jié)止閥 使系統(tǒng)壓力達(dá)到 運行張力 啟動張力約是運行張力的 1 2 1 5 倍 2 2 4 方案對比 上面提出的三個方案各有特點 現(xiàn)表述如下 方案一的優(yōu)點是 結(jié)構(gòu)和原理都比較簡單 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 它的缺點也是比較明顯的 其中最重要的缺點 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起動需要的最大數(shù) 值上 即使以后不需要如此大的力 也不容易調(diào)節(jié) 它的另一個缺點是 體積比較龐大 占用地方大 方案二的優(yōu)點是 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)計比較緊湊 由于 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 它是采用壓力繼電器來控制系統(tǒng) 所以它容易實現(xiàn)自動化 這一點對產(chǎn)品 的推廣非常有利 它的缺點就是 對于張緊力不能達(dá)到實時控制 不容易 實現(xiàn)張緊力的點動控制 方案三的優(yōu)點有 張緊力可以根據(jù)帶式輸送機的需要調(diào)節(jié) 實現(xiàn)起動張緊 力為正常運行張緊力 1 2 1 5 倍的要求 響應(yīng)快 結(jié)構(gòu)緊湊 安裝空間 小 比較以上幾個方案后 在此選擇第三個方案進行設(shè)計 因為它具有前 面方案所沒有的優(yōu)點 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)計時 可用類 比法來確定 查機械設(shè)計手冊第四卷液壓傳動部分相關(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 計算液壓缸內(nèi)徑 D 14562 3 pFn 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 計算活塞桿外徑 選取的速比 43 1 按 1 432v2d 經(jīng)計算得 d 100mm 計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 驗算張緊力 驗算油缸的最大回程張緊力 FH 4 159 3 2 pdD 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 計算得 d 121mm 驗算張緊力是否符合要求 FH 4 159 3 2 pdD 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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算 2max DP 106Mpa5b30 20 8mm 2ax DP 162 考慮到缸筒的外徑公差余量 缸筒的壁厚定為 25mm 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 3 確定液壓泵及配套電機 3 1 液壓泵的選用 1 液壓泵的分類 液壓泵在液壓傳動中將原動機輸出的機械能轉(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 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 液壓泵實現(xiàn)進排的方式稱為配流 除齒輪式和螺桿式是進排油口直 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 10MCY14 1B 泵的排量 10mL r 額定壓力 32Mpa 額定轉(zhuǎn)速 1500r min 驅(qū)動功率 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)試驗結(jié)果推薦的允許連續(xù)運行的最高壽命和 容積效率有關(guān) 這里的額定壓力為 32MPa 2 最高壓力 max 按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超過額定壓力而允許短暫運行的最高壓力 其值主 要取決于零件及相對摩擦副的極限強度 3 工作壓力 液壓泵出口的實際壓力 其值取決于負(fù)載 4 吸入壓力 液壓泵進口處的壓力 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 液壓泵 的進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) 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 有時又稱為理論排量 理論流量 不考慮泄漏 液壓泵單位時間內(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 stq60156 410 2 實際流量 q 實際運行時 在不同壓力下液壓泵所排出的流量 實際流量低于 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 泵所排出的實際流量 4 瞬時流量 tshq 由于運動學(xué)原理 液壓泵的流量往往具有脈動性 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 因流量脈動造成的流量不均勻 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)試驗結(jié)果推薦能長時間連續(xù)運行并保持較高運行 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 液壓泵的輸出功率用其流量 q 和出口壓力 p 或進出口壓力差 來表示p P q p 310 式中 q 液壓泵的實際流量 m s 液壓泵的進出口壓力差 通常液壓泵的進口壓力近似為零 因此液壓泵的進出口壓力差可用其出口壓力表示 Pa P 20 2 5 5KW6104 310 2 輸入功率 pP 液壓泵的輸入功率即原動機的輸出功率 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 91 5 4 效率 V 在轉(zhuǎn)速一定的條件下 液壓泵的實際流量與理論流量之比 1 1 Vtq nV 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 其容積效率 將會很低 以致無法正常工作 0 92V 5 機械效率 m 對液壓泵 除容積泄漏損失以外的功率損失都?xì)w于機械損失 因 此 m V Ptpq 其值為 0 91 0 92 92 9 m 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 流量沖擊 零部件的震動和摩擦以及液壓沖擊等 3 2 電動機的選用 1 計算液壓泵的驅(qū)動功率 在泵的規(guī)格表中 一般同時給出額定工況 額定壓力 額定速 額 定流量 下泵的驅(qū)動功率 可以按此直接選擇電動機 也可按液壓泵的 實際使用情況 用下式計算液壓泵的驅(qū)動功率 P KWPNQp 310 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 液壓泵實際使用的最大工作壓力 Pa maxp 泵實際工作壓力 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 實際壓力 19 9MPa maxp 102 146 32 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 0 995 209 1 P 5 2KW2 61405 2 選擇電機型號 電機型號 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 1 截止閥 截止閥型號 CJZQ f10 通徑 10mm 壓力 21MPa 2 手動換向閥 型號 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 SVP10B12V 通徑 10mm 工作壓力 31 5MPa 開啟壓力 0 3MPa 介質(zhì)溫度 20 80 重量 0 8Kg 生產(chǎn)廠家 上海立新液壓件廠 4 溢流閥 型號 DBDH10P10 20 流量 50L min 工作壓力 31 5MPa 設(shè)定壓力 16MPa 介質(zhì)溫度 20 70 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 蓄能器是液壓系統(tǒng)中的一種能量儲存裝置 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 重力蓄能器的特點 在輸出液體的整個過程中 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)簡單 容量大 壓 力高 但體積大不適用于行走機械 慣性大 反應(yīng)不靈敏 不宜消除脈 動和吸收液壓沖擊 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 結(jié)構(gòu)簡單 反應(yīng)靈敏 容量小 使用壽命取 決于彈簧的壽命 對于循環(huán)頻率較高的場合不宜使用 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 先向蓄能器充以預(yù)定壓力的空氣或氮氣 然后由液壓泵向其內(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 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 它由一個封閉的殼體組成 殼體頂部有充氣閥 底部有進出壓力 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 容量大 慣性小 反應(yīng)靈敏 占地面積小 沒有機械磨損 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 形成一個封閉的空間 氣囊經(jīng) 下端開口塞進去 并借助于壓緊螺母固定于殼體的上部 閥體總成用一 對裝在殼體開口內(nèi)側(cè)的半圓卡箍卡主閥體本身的臺肩 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 破壓力時 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 95 11 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)簡單 壽命長 但 活塞慣性大有密封摩擦阻力 因而反應(yīng)靈敏性差 不宜消除脈動和吸收 液壓沖擊 g 差動活塞式蓄能器 它由一個直徑很大的氣缸裝在一個直徑較小的 液壓缸之上組成 活塞下端的液壓力總是大于上端的空氣壓力 能有效 的防止空氣滲入油中 可用于壓力很高的液壓系統(tǒng) 2 蓄能器的應(yīng)用 1 作輔助動力源 對于間歇運行的液壓系統(tǒng) 或在一個工作循環(huán)內(nèi) 執(zhí)行元件運行速 度差別很大 即對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 蓄能器與液壓泵一起供油 當(dāng)要求供油量小時 泵輸出的多余壓力油就輸入蓄能器儲存起來 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 補償泄漏保持壓力 對于執(zhí)行元件長時間不動 又要求保持一定的壓力 可以 用蓄能器來補償泄漏 3 作緊急動力源 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 執(zhí) 行元件仍須完成必要的動作 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) 這時就需要有適當(dāng)容量的蓄能器作動力源 4 消除脈動 如果液壓系統(tǒng)中采用液壓泵 且其柱塞數(shù)較少時 或齒輪泵的齒數(shù) 較少時 系統(tǒng)的壓力 流量和力矩等參數(shù)脈動很大 此外 溢流閥的脈 動以及某些形式的容積式流量計 也會使系統(tǒng)的壓力和流量脈動 若在 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 系統(tǒng)中裝設(shè)蓄能器 則可將脈動降低到最低限度 使對振動敏感的儀表 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)行元件的運動突然停止 甚至人為的要執(zhí)行元件緊急制動等原因 都會使管路內(nèi)液體流動發(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 還會使系統(tǒng) 產(chǎn)生強烈的振動 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和 吸收液壓沖擊 根據(jù)經(jīng)驗選擇兩個容積為 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 降低噪聲 因此 蓄 能器的充氣壓力應(yīng)等于蓄能器設(shè)置點的正常工作壓力 5 蓄能器的主要參數(shù) 型號 NXQ A 25 20LA 公稱壓力 20MPa 耐壓試驗壓力 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 法進行安裝 d 吸收液壓沖擊 壓力脈動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 能器上進行焊接 鉚接和機械加工 不許敲打 b 蓄能器銘牌應(yīng)置于醒目位置 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 蓄能器絕對禁止充氧氣 以免引起爆炸 e 在正常工作下 每隔 6 個月檢查一次壓力 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 由于氮氣瓶壓力 一般在 16MPa 如果充氣壓力高于上述值時 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 簡稱過濾器或濾油器 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 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) 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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不同尺寸顆粒精度污染物的濾除能力 時選用 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 名義過濾精度的評定方法最早有美國軍工部門提出 用 值表示 m 絕對過濾精度 絕對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 能夠濾除和控制的最小顆粒尺寸 這對實施污染控制有實用意義 但污染 物并不都是球形 其形狀一般是不規(guī)則的 長度尺寸大于絕對精度的扁長 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 過濾器上游油液單位體積中大于某一給定尺寸的污染顆粒數(shù) 與下游油液單位體積中大于同一尺寸過濾數(shù)之比 2 壓差特性 油液流經(jīng)濾油器時由于油液運動和粘性阻力的作用 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 濾芯使用壽命結(jié)束 在過濾器 整個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 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 對于外形尺寸一定的折疊式圓筒形濾芯 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 從而延長過濾器的使 用生命 4 2 3 液壓管路的設(shè)計 1 管路的材料 無縫鋼管耐壓高 變形小 耐油 抗腐蝕 雖裝配時不易彎曲 但裝 配后能長期保持原狀 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 15 號冷拔無縫鋼管 因其外徑尺寸 準(zhǔn)確 質(zhì)地均勻 強度高 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 9mm VQ 內(nèi)徑 d 取 20mm 外徑 D 取 28mm 壓油管道的內(nèi)徑 d 4 61 8 9mm 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 9mm VQ 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 管子壁厚的計算 管子的壁厚一般可以用下式計算 t pd 2 式中 t 管子壁厚 p 工作壓力 d 管子內(nèi)徑 許用應(yīng)力 對于鋼管 p p nb n 安全系數(shù) 當(dāng) p17 5MPa 時 n 4 15 號鋼的 375MPab 93 75MPap4375 管子的壁厚 t 2 98mm 75 93 280 圓整后 取管子的壁厚為 3mm 4 硬管的安裝 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 1 管子的長度要短 管徑要合適 2 兩固定點之間的直管連接 應(yīng)避免緊拉直管 要有一個松彎部分 這不僅便于裝拆 同時也不會因熱脹冷縮造成嚴(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實 當(dāng)管路較長時需要加支撐 5 液壓缸設(shè)計 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 工條件許可時允許最大行程達(dá)到 m 多用于車輛 船舶和礦山等機械 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 多用于重型機械 冶金機械等 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 這次設(shè)計的液壓缸 是用于牽引皮帶前后運動 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 2 材料 1 缸筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性 能夠長期承受較高 的工作壓力及短期動態(tài)試驗壓力而不致產(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 按需要的長度切割下料 再根據(jù)與端蓋連接形式的要求 在兩端進行 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 材料機械性能如下表所示 3 缸筒計算 1 缸筒壁厚及驗算 參考機械設(shè)計手冊液壓傳動表 20 6 9 選擇合適的產(chǎn)品系列 確定缸筒 外徑及其壁厚 2 缸筒底部厚度計算 因為本次設(shè)計為單作用液壓缸 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 參照實用機械設(shè)計手冊第二版下冊選擇合適的法蘭 法蘭為凸面對焊 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 表中長度尺寸均為 mm 數(shù)量為單個 字母標(biāo)記見實用機械設(shè)計手冊第二版下冊 機械工業(yè)出版社出版 4 缸筒與端部焊接應(yīng)力計算 因為本次設(shè)計為單作用液壓缸 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 級配合 表面粗糙度值為 0 20 微米 需進行研磨 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 長度上不大于 0 03mm 缸筒端面 T 對內(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 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 用鎖緊機構(gòu)防止工作時由于往復(fù)運動而松開 同時采用 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 活塞外徑的配合采用 f9 外徑對 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)簡圖 1 活塞桿結(jié)構(gòu) 活塞桿有實心桿和空心桿兩種 見下圖 空心活塞桿的一端 要留出 焊接和熱處理時用的通氣孔 d2 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 28 頁 a 實心活塞桿 b 空心活塞桿 我選擇其中的實心活塞桿結(jié)構(gòu) 2 活塞桿材料 實心活塞桿材料為 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 229 285HB 必要時 再經(jīng)高 頻淬火 硬度達(dá) 45 55HRC 2 活塞桿 d 和 d1的圓度公差值 按 9 10 或 11 級精度選取 我選取 10 級精度 3 活塞桿 d 的圓柱度公差值 應(yīng)按 8 級精度選取 4 活塞桿 d 對 d1的徑向跳動公差值 應(yīng)為 0 01mm 5 端面 T 的垂直度公差值 則應(yīng)按 7 級精度選取 6 活塞桿上的螺紋 一般應(yīng)按 6 級精度加工 如載荷較小 機械振動也 較小時 允許按 7 級或 8 級精度制造 這里選擇按 6 級精度加工 7 活塞桿上若有聯(lián)接銷孔時 該孔徑按 H11 級加工 該孔軸線與活塞桿 軸線的垂直公差值 按 6 級精度選取 8 活塞桿上下工作表面的粗糙度為 Ra0 63 m 必要時 可以鍍鉻 鍍層 厚度約為 0 05mm 鍍后拋光 4 活塞桿的尺寸 活塞桿直徑計算 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 活塞桿強度計算 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 采用實用驗算法 已知作用力和活塞桿直徑 從機械設(shè)計手冊液壓傳動 一書活塞桿彎曲計算圖中可以校驗出穩(wěn)定性程度 經(jīng)過校驗 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) 用以對活塞桿進行導(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 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 可以不進行驗算 所以設(shè)計時滿足結(jié)構(gòu)及運動要求即可 導(dǎo)向長度的確定 導(dǎo)向長度過短 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)計必須保證缸有一 定的最小導(dǎo)向長度 一般缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足 H m 導(dǎo)向套滑動面的長度 A 在缸徑小于 80mm 時 取 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁 A 0 6 1 0 D 當(dāng)缸徑大于 80mm 時 取 A 0 6 1 0 d 本次設(shè)計液壓缸缸徑為 220mm 大于 80mm 所以代入第二個公式 即 A 0 6 1 0 d 選擇 A 0 8 d 0 8 70 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 壓力油進入液壓缸后 缸內(nèi)仍會有 空氣 由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性 會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng) 在工作中的顫振和爬行 影響液壓缸的正常工作 對本次設(shè)計的張緊裝置而言 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 帶也會隨之發(fā)生以上情況 影響皮帶的使用壽命 以及整個液壓系統(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 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 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 會造成外泄露 閥的材料用 45 號碳素鋼 錐部熱處理硬度 38 44HRC 整體排氣閥的實際結(jié)構(gòu)尺寸如下圖 閥體 閥針 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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)計液壓缸為單作用液壓缸 所 以只有一個油口 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 M18 1 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 O 形密封圈是一種橫斷面形狀為圓形的耐油橡膠形 簡稱 O 形圈 是 液壓設(shè)備中使用得最多 最廣泛的一種密封件 可用于靜密封和動密封 為減少或避免運動時 O 形圈發(fā)生扭曲和變形 用于動密封的 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 1 密封性能好 用量少 單圈即可對兩個方向起密封作用 2 密封部位結(jié)構(gòu)簡單 占用空間小 拆裝方便 3 對油液 壓力和溫度的適應(yīng)性好 4 動摩擦阻力較小 既可做動密封 又可做靜密封使用 其缺點是在作動 密封時 啟動摩擦阻力較大 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 液壓缸用以長期工作 的最高壓力 查找國家標(biāo)準(zhǔn) GB T7938 1987 并結(jié)合實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 耐壓試驗壓力 T 耐壓試驗壓力是液壓缸在檢查質(zhì)量時須承受的試驗壓力 在規(guī)定時間 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np 1 5Tn 當(dāng)額定壓力 16 MPa 時 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 33 頁 1 25Tpn 對軍用產(chǎn)品規(guī)定為 2 2 5 p 顯然此處的耐壓試驗壓力 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)活塞桿伸出時的理論推力 1F A p p14 2D 實際推力為 20 760000N 760KN1F6 320 當(dāng)活塞縮回時的理論拉力 2 p p2A4 Dd 實際拉力為 20 600000N 600KN2F16 3201 以上計算式中 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 34 頁 3 液壓缸負(fù)載率 液壓缸負(fù)載率 為實際使用推力 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 際 使 用 推 力 值用以衡量液壓缸在工作時的負(fù)載 通常取 0 5 0 7 但對某些用 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)無桿腔進油時 124Dqv 實際速度 0 008m s1v60 2 4 38 當(dāng)有桿腔進油時 2v 2dDqv 實際速度 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁 0 01m s2v60 1 2 0 146 382 以上計算式中 q 進入液壓缸的流量 液壓缸的容積效率 v 6 活塞作用力 F 液壓缸工作時 活塞所要克服的作用力如下式 F dcbaF 式中 外負(fù)載阻力a 回油阻力 當(dāng)油直接回油箱時 0 如回油有背壓 按活塞bFb 的理論推力和拉力計算 密封圈摩擦阻力c 密封圈摩擦阻力 為活塞密封和活塞桿密封的摩擦阻力之和 cF 即 f D d c p Dkbd 式中 f 密封圈摩擦系數(shù) 取 f 0 05 0 2 p 密封圈兩側(cè)壓力差 活塞 活塞桿密封圈寬度 dDb 活塞 活塞桿密封圈摩擦修正系數(shù) kK O 型密封圈 k 0 15 壓緊型密封圈 k 0 2 唇型密封圈 k 0 25 活塞的慣性力 dF 0 05 20 3 1416 0 22 0 036 0 25 0 1 0 006 0 2 5341NcF610 7 效率 1 機械效率 由摩擦損失造成 在額定壓力下 通常取 0 9 m m 0 95 2 容積效率 由泄漏所致 用彈性密封時 1 活塞環(huán)密封時 v v v98 0 3 作用力效率 由回油背壓所致 d 活塞外伸時 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 36 頁 d 12Ap 活塞退回時 d21p 當(dāng)回油口接油箱時 1d 式中 活塞無桿側(cè) 有桿側(cè)壓力 21p 活塞無桿側(cè) 有桿側(cè)有效作用面積 A 4 總效率 mvd 實際總效率 0 9 1 1 0 9 8 液壓缸功率 P P Fv pq 式中 F 活塞上的作用力 v 活塞的平均速度 p 工作壓力 q 進入液壓缸的流量 6 液壓油路板的結(jié)構(gòu) 液壓油路板一般用灰鑄鐵來制造 要求材料致密 無縮孔疏松等缺陷 液壓油路板的結(jié)構(gòu)如圖 6 1 所示 液壓油路板正面用螺釘固定液壓元件 表面粗糙度值為 0 8 背面連接壓力油管 P 回油管 T 泄漏油aRm 管 L 和工作油管 A B 等 油管與液壓油路板通過管接頭用米制細(xì)牙螺紋 或英制管螺紋連接 液壓元件之間通過液壓油路板內(nèi)部的孔道連接 除正 面外 其它加工面和孔道的表面粗糙度值為 6 3 12 5 aRm 此外液壓油路板的安裝固定也是最重要的 油路板一般采用框架固定 要求安裝 維修和檢測方便 它可以安裝固定在機床上或機床附屬設(shè)備上 但比較方便的是安裝在液壓站上 安裝方式見圖 6 2 6 1 液壓油路板的設(shè)計 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 37 頁 圖 6 1 液壓油路板總裝圖 1 分析液壓系統(tǒng) 確定液壓油路板數(shù)目 簡單液壓系統(tǒng)的元件不多 要求液壓油路板上的元件布局緊湊 盡量把 元件都裝在一塊板上 但液壓系統(tǒng)較復(fù)雜時 應(yīng)避免液壓油路板上的孔道 過長 給加工制造帶來困難 所以板的外形尺寸一般不大于 400mm 板上安 裝的閥一般不多于 10 12 個 這也可以避免孔道過于復(fù)雜 難與設(shè)計和制 造 若一個液壓系統(tǒng)需多塊液壓油路板布局 則應(yīng)當(dāng)對該系統(tǒng)進行分解 但應(yīng)注意 1 同一個液壓回路的液壓元件應(yīng)布局在同一塊液壓油路板上 盡量減 少連接管道 2 組合機床加工自動線或多工位機床液壓系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)相同的部分應(yīng)設(shè) 計成可互換的通用板 不同結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成專用板 a b 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 38 頁 c 圖 6 2 油路板安裝方式 1 油路板 2 連接件 2 制作液壓元件的樣