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摘 要
帶式輸送機是煤礦港口碼頭等散裝物料的主要運輸設(shè)備，通過摩擦傳遞動力，傳動滾筒的摩擦力來源于輸送帶與滾筒之間的張緊，該張緊力是通過拉緊系統(tǒng)實現(xiàn)的，通過對張緊系統(tǒng)的設(shè)計，可以掌握典型的通用機械的設(shè)計過程。而帶式輸送機張緊是通過張緊絞車來實現(xiàn)的。本設(shè)計是通過對張緊絞車工作原理、工作環(huán)境和工作特性進行分析, 并結(jié)合實際, 進行了細致的觀察, 對張拉絞車的整體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計,對組成部分進行了選擇、計算和校核。
為了能夠開發(fā)更先進的張緊絞車，對張緊絞車的發(fā)展前景有著重要的研究意義。當(dāng)今的時代，張緊絞車對于機械行業(yè)來說是機械加工中重要的設(shè)備，因此它們的研究功能以及發(fā)展狀況也促進了張緊絞車整個行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前我國的張緊絞車行業(yè)的內(nèi)在潛在價值還有待強有力的挖掘，張緊絞車的進一步研究將會給企業(yè)乃至整個機械行業(yè)和社會帶來重要的積極意義，在研究的同時還可以讓學(xué)生的綜合能力得到開發(fā)與鍛煉，最為重要的是總體設(shè)計就體現(xiàn)了這一點。對于張緊絞車設(shè)計這一課題，它的涵知識面較廣，具有極強的綜合性，要有過硬的專業(yè)能力和海量的知識，加上要有一定的在計算機上繪制圖表的能力。因此，積極主動的思考和鉆研這個設(shè)計課題便可以在問題的分析解決上得到能力的提升，從而也能夠積累對未來有幫助的工作經(jīng)驗。
本文主要概述了張拉絞車液壓技術(shù)的發(fā)展及國內(nèi)外的現(xiàn)狀, 闡述了液壓拉緊絞車的發(fā)展趨勢。同時對液壓拉緊絞車液壓回路進行了簡要的闡述和分析, 設(shè)計并分析了該工程設(shè)計的小型液壓張力系統(tǒng), 并確定了液壓件的類型進一步計算。使用 AutoCAD 繪制張力絞車裝配圖, 張緊絞車零件圖紙, 液壓系統(tǒng)示意圖, 液壓布置圖, 油箱零件圖。最后通過驗算驗證了該設(shè)計的可行性。
關(guān)鍵詞 輸送機；液壓系統(tǒng)；張緊絞車；設(shè)計
I
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Abstract
Belt conveyors are the main transportation equipment for bulk materials such as coal port terminals. Through friction, power is transmitted. The friction force of the drive roller comes from the tension between the conveyor belt and the roller. The tension is achieved through the tensioning system. Through the design of the tensioning system, the design process of a typical general machinery can be mastered. The tension of the belt conveyor is achieved by tensioning the winch. This design is based on the analysis of the working principle, working environment and work characteristics of the tension winch, combined with the actual, after careful observation, the overall structure of the tension winch is designed, and the components are selected. Type, calculation and check. In order to develop more advanced tension winches, it has important research significance for the development prospects of tension winches. In today's era, tension winches are important equipment for mechanical processing in the machinery industry, so their research capabilities and development status have also contributed to the development of the entire industry of tension winches. At present, the inherent potential value of the tension winch industry in China remains to be tapped vigorously. Further research on the tension winch will bring important positive significance to the company and the entire machinery industry and society. While studying, it can also enable students to The overall ability is developed and exercised. The most important thing is that the overall design reflects this. First, we must let the now-graduated students lay the foundation for professional knowledge and thus enhance the knowledge they have learned so that they can do their job in the future. Second, they can allow them to look at issues with a development perspective in their projects, give full play to their innovative capabilities, and break through real-world problems. For the topic of tension winch design, its culvert has a wide range of knowledge and is extremely comprehensive. Students must rely on their excellent professional skills and vast knowledge, plus they must have a certain degree of computer graphics. ability. Therefore, students can actively think and delve into this design topic, so that students can gain the ability to analyze and solve problems, and thus can also accumulate work experience that will help the future.
This paper mainly describes the development history of hydraulic technology of tension winch and its current development situation at home and abroad, and briefly describes the development trend of hydraulic tension winches. At the same time, this paper briefly describes and analyzes the common hydraulic circuit of the hydraulic tension winch, designs and analyzes the small hydraulic tensioning system designed for the subject, and determines the required hydraulic components to complete the selection through further calculations. Use AutoCAD to draw schematics for the hydraulic system, work tank assembly, hydraulic layout, and tank parts drawings. Finally, the feasibility of this design was verified by checking.
Keywords conveyor hydraulic system tensioning winch design
目 錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒 論 1
2張緊絞車設(shè)計方案 4
2.1張緊絞車設(shè)計要求 5
2.2確定液壓系統(tǒng)方案 5
2.3張緊絞車總體結(jié)構(gòu) 6
3張緊絞車各部分設(shè)計 7
3.1鋼絲繩的選擇 7
3.1.1鋼絲繩直徑計算 8
3.1.2鋼絲繩強度校核 9
3.2卷筒設(shè)計 9
3.3卷筒軸的設(shè)計 11
3.4減速器的選擇 16
3.4.1減速器方案的比較 16
3.4.2減速器型號及相關(guān)參數(shù)的確定 17
3.4.3減速器強度的校核 18
3.4.4減速器輸出軸軸端負荷的校核 19
3.5 機架設(shè)計 19
4 張緊絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計 20
4.1基本方案的制定 20
4.2液壓系統(tǒng)的繪制 21
4.3 液壓元件計算與選擇 22
4.3.1 液壓馬達 22
4.3.2 液壓泵 23
4.3.3液壓閥 24
5 液壓站的設(shè)計 26
5.1 液壓站的組成及類型 26
5.1.1 液壓站的組成 26
5.1.2油箱的用途 26
5.1.3 油箱的計算 27
5.2選擇過濾器 30
5.3 油管和管接頭的選擇 32
5.3.1油管的選擇 32
5.3.2管接頭的選擇 32
結(jié)論 33
致謝 34
參考文獻 35
VI
1 緒 論
1.1課題研究的背景以及意義
最近幾年來，中國的張緊絞車已經(jīng)取得了很大的成績，但與國外產(chǎn)品相比之下仍存在多年的技術(shù)差距。本課題對張緊絞車進行研究設(shè)計，目的在于使我們更深層次的了解張緊絞車運作過程及設(shè)計的原理，從而能夠?qū)ζ浼右愿倪M完善，并且考核我們4年來所學(xué)的機械知識。
在我們的國家，張緊絞車液壓技術(shù)的研究和應(yīng)用起步雖然晚于西方歐美等一些發(fā)達國家，但近年來的發(fā)展得非常迅速。一部分大型企業(yè)已經(jīng)逐步將全自動化技術(shù)應(yīng)用到制造方面，以此來代替人工勞動力。這次畢業(yè)設(shè)計是張緊絞車的設(shè)計。張緊絞車是依據(jù)工況加工的需要，以及在機械設(shè)備所需求的本質(zhì)上，結(jié)合實際生產(chǎn)要求及技術(shù)參數(shù)，對張緊絞車進行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件設(shè)計。本次設(shè)計主要是將學(xué)到的知識與輔助材質(zhì)結(jié)合起來運用到設(shè)計中，大大的鞏固以及深化了所學(xué)知識，掌握機械系統(tǒng)設(shè)計計算的一般過程和方法，確定正確合理的執(zhí)行機制，使用標準機械元件，熟練使用機械基本回路構(gòu)成滿足基本性能要求的機械系統(tǒng)管理。設(shè)計過程中最重要的是繪圖。這不僅可以清楚地顯示設(shè)計的內(nèi)容，而且還能體現(xiàn)知識是否被充分理解掌握。
從工業(yè)制造的流程里可以知道，張緊絞車制造行業(yè)是工業(yè)制造中不可或缺的。其中最關(guān)鍵的就是張緊絞車的創(chuàng)新設(shè)計跟自動化管理，對一個國家而言，工業(yè)制造是具有很重要的作用。在工業(yè)制造的發(fā)展里，這就要我們必須看重張緊絞車設(shè)計，并且需要把張緊絞車制造的水平提高。這樣的話我們才能很好的開發(fā)利用制造業(yè)，從而推動工業(yè)的快速發(fā)展。張緊絞車制造的自動管理水平很高，這樣就要求我們要把發(fā)展中的技術(shù)使用在實際存在的工業(yè)中去。張緊絞車的理論知識學(xué)習(xí)，我們需要要有很堅實的張緊絞車方面的基礎(chǔ)理論，良好的理論基礎(chǔ)就能讓我們對張緊絞車制造業(yè)有更好的了解和運用。在此基礎(chǔ)上，就要求我們要對學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容有進一步的學(xué)習(xí)和了解，根據(jù)張緊絞車制造內(nèi)容的重要知識點，認真的學(xué)習(xí)加工的工藝以及工作的流程，把這些基礎(chǔ)的知識學(xué)會還需要能夠合理的利用，達到這些所謂的要求以后就能保證我們能夠更加努力的去把所設(shè)計出的零件進行制造。在加工的時候，我們需要把原材料進行一定的處理，就是要求我們要按照好的方式去運用。
機床以及相應(yīng)的刀具。在很多的工藝都很好的完成好了，就可以創(chuàng)造出自己所想的產(chǎn)品。張緊絞車制造行業(yè)是包含許多的其他行業(yè)的，比如說在工業(yè)生產(chǎn)時候就能夠經(jīng)?？梢钥吹綇埦o絞車制造的使用。這個行業(yè)就是一個國家的發(fā)展興衰的象征，同時也在牽動著我們的國計民生。雖然我國對于張緊絞車制造是有一定的重視和使用，也因為發(fā)展的時間太短，跟發(fā)展國家的領(lǐng)先技術(shù)相比的話，有很大的距離。相對于國家來說，張緊絞車制造對國家的重要性不用說也能知道，更何況 對一個企業(yè)來說，在市場經(jīng)濟占據(jù)市場的比例也就決定了這個企業(yè)的張緊絞車制造水平。所以由此可知道想要企業(yè)保證在市場的惡性競爭下能夠有一個很好的位置，就需要保證把張緊絞車制造的水平變得更加高。
對于一個國家而言，張緊絞車制造水平，是決定國家經(jīng)濟的強盛與否，就是可以通過下面的很多方面幫助更好的介紹:
1.社會的發(fā)展高低是被相應(yīng)的技術(shù)水平?jīng)Q定的;
2.科學(xué)技術(shù)是直接服務(wù)于制造業(yè)的；
3.一切的工業(yè)支柱就是當(dāng)前的制造技術(shù)；
4.國家強盛的標志。
還是需要大力發(fā)展機械行業(yè)才能夠使得我國的生產(chǎn)力得到提高，我國的綜合國力也與此行業(yè)的發(fā)展有著重大的關(guān)系。在這個日新月異的社會當(dāng)中，研究發(fā)展才是進步的墊腳石。
1.2張緊絞車的功能
現(xiàn)在廣泛使用的卷揚機則是另一種結(jié)構(gòu)的絞車，它是指一個或幾個纏繞繩或鋼絲繩的鼓，用于加強或拖動重負荷機械。圖1-2顯示了一個簡單的手動起重絞車驅(qū)動的手，是齒輪傳動齒輪的速度比。它配備了一個棘輪機制防止輥反轉(zhuǎn)制動和剎車。
圖1-1 提升手動絞車
2．絞車結(jié)構(gòu)和功能
絞車一般分為執(zhí)行機構(gòu)，動力裝置、附件部分等裝置。
1.3國內(nèi)的情況以及發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，各種張緊絞車制品出現(xiàn)在工業(yè)、運輸業(yè)等現(xiàn)代工程領(lǐng)域，并且得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在張緊絞車行業(yè)上應(yīng)用非常普遍。在這個發(fā)展背景下，各種張緊絞車加工設(shè)備應(yīng)運而生。張緊絞車加工設(shè)備的產(chǎn)生極大提高了工業(yè)加工生產(chǎn)的效率，同時也有力地推動了工業(yè)的發(fā)展。張緊絞車是絞車工程中大量使用的一種設(shè)備，它在絞車行業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。因此，對張緊絞車進行設(shè)計改進是張緊絞車行業(yè)必不可少的組成部分。為了滿足張緊絞車工程中的不同的需求，針對現(xiàn)有成型的機型進行功能改進或者研發(fā)新的功能已成為目前新的趨勢。 張緊絞車具有使用方便、操作簡單、速度快等優(yōu)點。張緊絞車的出現(xiàn)降低了人工成本，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，適合于大批量生產(chǎn)。因此，設(shè)計一種張緊絞車有著非常重要的現(xiàn)實意義。
我們國家的發(fā)展與進步的歷史基本上和西方發(fā)達國家一致，但是我們國家是屢敗屢戰(zhàn)中摸爬滾打起來的，所以我們自己也要銘記這一段歷史。這些也為我國未來的輝煌成績奠定了最為重要的基礎(chǔ)。
20世紀七十年代，山東淄博設(shè)備裝置廠研制出張緊絞車，從此開啟了中國張緊絞車制造工藝的發(fā)展。但是我國自主開發(fā)的張緊絞車由于存在性能差，外觀差，自動效果差，質(zhì)量差等缺點，只有較為少數(shù)的廠商會選擇使用我們的設(shè)備，很多廠商都是優(yōu)先選擇使用國外進口的技術(shù)性能更加強大的海外產(chǎn)品。也間接影響了我國自主開發(fā)設(shè)備的能力和企業(yè)的銷售業(yè)績。1995年我國成功研制出新型張緊絞車之后，拉近了我國和世界先進國家的自動化之間的距離，并成為了我國張緊絞車發(fā)展歷史上的一個暫新的起點。恰巧當(dāng)時的中國正處于改革開發(fā)經(jīng)濟文化飛速發(fā)展的階段，城市化建設(shè)發(fā)展迅速，國內(nèi)各大國企加大了投入力量，使得一些國企的研發(fā)項目加快了速度。國內(nèi)各個中小型企業(yè)也飛速發(fā)展，到2003年，我國國內(nèi)銷售張緊絞車已經(jīng)達到了年產(chǎn)量10萬臺。到了二十一世紀初，中國的工業(yè)化持續(xù)增長，市場需求旺盛，迫使制造商不得不去面對日益激烈的競爭市場。許多制造廠商逐漸加入了生產(chǎn)線，他們在生產(chǎn)裝置，以及自動化技術(shù)方面都加大了投入。在中國，張緊絞車制造商的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)發(fā)展到幾十種之多，并且包括了各種自動化裝置?，F(xiàn)在我們市場中，張緊絞車的份額也迅速增加。
開發(fā)研究新型驅(qū)動力、外觀結(jié)構(gòu)以及操控硬件技術(shù)不僅能夠地促進張緊絞車液壓技術(shù)的發(fā)展與進步，而且還能促進我國自主開發(fā)設(shè)計的新的機型進行實際應(yīng)用。張緊絞車具有以下幾個方面優(yōu)勢。
（1）張緊絞車科研技術(shù)的發(fā)展與進步。當(dāng)前張緊絞車液壓技術(shù)相對來說已經(jīng)成為一種比較成熟的科技，但是它在很多的情況下，依然無法避免它的局限性，難以符合特殊工業(yè)生產(chǎn)的實際的需要。因此新型張緊絞車液壓技術(shù)的研究、開發(fā)，將是張緊絞車液壓技術(shù)發(fā)展的另一嶄新方向。
（2）張緊絞車可以實現(xiàn)機電一體化的結(jié)合，實現(xiàn)人機界面自動化。
（3）張緊絞車當(dāng)前發(fā)展與進步方面。根據(jù)功能性能，體積小巧，重量輕而簡便，張緊絞車功率損耗功能要求較高，為了能達到張緊絞車所具備的獨特的多功能性和高靈活性，更多的負載能夠有助于實現(xiàn)操縱裝置的多功能性，要求張緊絞車尺寸小，因此這適用于一些特殊場合的應(yīng)用。
（5）能夠通過遠程遙控器進行遠程操控，這意味著從簡單化發(fā)展到了智能化的跨越。增加了人工智能的張緊絞車，在密閉的環(huán)境之中能自我保護。這是張緊絞車重要的發(fā)展方向，可以用來完成一些可自主決定的項目。
（6）可重構(gòu)性是張緊絞車適應(yīng)性的一個重要標志。根據(jù)特定任務(wù)的要求，張緊絞車可以隨時使用。這就在相當(dāng)大的程度上降低張緊絞車的制造成本。
1.4國外的情況以及發(fā)展趨勢
發(fā)明并且學(xué)會使用各種新的工具減少人類的工作量、降低勞動程度是人類進步的標志。美國在1947年率先發(fā)明出了一種用于絞車研究的張緊絞車。1954年，美國多維爾公司首先提出了工業(yè)張緊絞車的概念，然后申請了專利，使之成為一家獨具特色的公司。而后，美國聯(lián)合公司在1959年制造出了世界上首臺張緊絞車，這就標志著張緊絞車的開發(fā)以及使用的開始。張緊絞車是過去30年獨立開發(fā)的典型的機電一體化自主工具。到現(xiàn)在，張緊絞車液壓技術(shù)已經(jīng)被許多大型公司引入并用于工業(yè)生產(chǎn)。它主要體現(xiàn)在張緊絞車制造、汽車制造和化學(xué)工程等領(lǐng)域。張緊絞車的使用是張緊絞車自動化水平高低的體現(xiàn)。張緊絞車在工業(yè)領(lǐng)域可以替代人類進行各種高強度，高風(fēng)險以及一些可能危害人體安全的工作。它們在保證工人的人身安全的同時，又能夠確保高效和有序地進行。因此張緊絞車的研究以及設(shè)計是非常必要的。
MDARS項目和獲取計劃是在美國和世界各國上受歡迎的張緊絞車液壓系統(tǒng),大大促進對張緊絞車液壓技術(shù)的研究。21個國際先進機器人技術(shù)計劃會議報告,作為先進的張緊絞車液壓技術(shù)，張緊絞車液壓技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。截至到2009年的數(shù)據(jù)報告顯示，在外國公司生產(chǎn)的張緊絞車已經(jīng)在全球產(chǎn)量達到了100萬臺。它的發(fā)展以及技術(shù)性能的指標已經(jīng)成為了全球的風(fēng)向標。
因為西方等諸多國家率先發(fā)展工業(yè)革命，使得他們自己的工業(yè)技術(shù)上遙遙領(lǐng)先于我們國家，所以許多張緊絞車方面的應(yīng)用技術(shù)都比較我國先進，雖然現(xiàn)在落后于西方國家，但是我相信在不久的將來，我們將會趕上他們的技術(shù)，甚至超越他們。
1.5流體傳動與控制
流體控制和驅(qū)動 (合成流體, 流體高水基油, 油) 可以被視為一個特定的介質(zhì)能夠轉(zhuǎn)換成各種輸出機器 (速度, 位移或力等)。自1795以來，獲得第一臺機器，流體傳動在工程中地實施；1906后開始防御作戰(zhàn)武器。
流體機是一種使用最廣泛的機械加工，由于成熟的快速發(fā)展，國內(nèi)外模型之間沒有顯著差異，應(yīng)用流體機器在工作中廣泛使用。19世紀出現(xiàn)以來發(fā)展非常迅速，具有良好的密封性能。
近年來發(fā)展的新流體元件集成塊基于電路的構(gòu)成也有其獨特的優(yōu)勢，它不需要其他連接，結(jié)構(gòu)更加緊湊，從而消除噪聲對油管影響，具有封閉的設(shè)計，已經(jīng)顯示出巨大的優(yōu)越性。
1.6研究目的及意義
機械系統(tǒng)地設(shè)計是綜合實踐教學(xué)，通過這次畢業(yè)設(shè)計需達到目地：
1.熟悉相關(guān)地國家標準和部頒標準、設(shè)計手冊、產(chǎn)品樣品以及其它技術(shù)資料。在計算、CAD繪圖、設(shè)計數(shù)據(jù)、實證估計等基本技能方面獲得進步。
2.培養(yǎng)設(shè)計和分析問題的能力、有效自立解決問題，同時掌握設(shè)計和計算的方法；
3.確立可信賴的執(zhí)行機構(gòu)，選用標準設(shè)備組件。
根據(jù)專業(yè)課程制定畢業(yè)設(shè)計方案，建立論文主體框架。根據(jù)帶式輸送機的系統(tǒng)參數(shù)和要求，選擇構(gòu)件，制定設(shè)計方案，設(shè)計重要的傳動件，并繪制了二維通用裝配圖和重要零件圖。系統(tǒng)設(shè)計過程涉及計算重要數(shù)據(jù)都依據(jù)要求來完成。
1.7實現(xiàn)方法以及預(yù)期目標
實現(xiàn)這些目標所需要滿足的要求：
CAD軟件、參考文獻及主要的設(shè)計參考數(shù)據(jù)。
主要的困難：因為所學(xué)的知識比較有限，對于張緊絞車的特性不是特別的熟悉，所以我不能夠迅速的算出它的尺寸大小。還有對于產(chǎn)品的設(shè)計觀念來說，也是我的一項弱點，我想象到的設(shè)計可能無法實現(xiàn)，因此在設(shè)計的過程當(dāng)中會出現(xiàn)大大小小的錯誤，再者加上我對所設(shè)計的內(nèi)容不是特別的清楚，所以在繪制裝配圖當(dāng)中不好把握箱體的具體尺寸。
解決的方式：如果有不懂之處就提問或者通過書籍自己查閱資料，若書本上不能夠帶給我答案，我便去咨詢專業(yè)老師，以尋求解答，而后再把學(xué)到的東西總結(jié)起來。與此同時，再與相應(yīng)的生產(chǎn)資料相結(jié)合，從而能夠更好的學(xué)習(xí)。還要查看咨詢翻閱張緊絞車設(shè)計的相關(guān)性息，與自身的專業(yè)相對應(yīng)，從而才能夠做出合理的設(shè)計。按照張緊絞車的要求以及系統(tǒng)的參考數(shù)據(jù)，模擬設(shè)定我們所選的方案，選定傳輸動力的副級為設(shè)計當(dāng)中最為主要的傳輸動力零部件，繪制2D的總體裝配圖以及主要的零部件圖紙，使用公式計算數(shù)據(jù)，再對格式的很多要求在進一步細化，最后根據(jù)論文的指導(dǎo)手冊來完成這次設(shè)計的所有內(nèi)容。
1.8小結(jié)
這次的課題設(shè)計是對我大學(xué)四年所學(xué)知識的一次檢驗。在設(shè)計學(xué)習(xí)的過程中，讓我有了全新的理解。以前的我都是把張緊絞車的理論死死地背牢就好了，卻沒有想到在實際的運用中一竅不通。經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計，我明白，做起來比說起來要難的多。對我以后的生活和工作有很大的幫助。
這次的課題設(shè)計，幫助我打破常規(guī)的知識體系，能夠靈活的運用相關(guān)的知識，把理論與實踐相結(jié)合最后得出好的設(shè)計方案。例如，設(shè)計圖的繪制、零件的放置方位以及元件是怎樣更好的組合的。這要求我們必須把知識能夠熟練的運用，對知識有非常深入的了解。
由這次的課題設(shè)計，能夠清楚的認識到自己的不足之處以及我們需要改善的方面有哪些，在很多方面有很大的問題需要處理。雖然我自己的心中非常能夠明白在理論跟實際之間有很大的距離。零件的設(shè)計并不像我想的那么簡單。這并不意味著我們可以按照書中教導(dǎo)的指示。故此設(shè)計傳遞給我不僅是一個好的測試，而且是重新開始的好機會。有了系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)，經(jīng)過畢業(yè)課題設(shè)計，在以后的工作中，相信自己有能力面對未來所發(fā)生的困難跟以后的挑戰(zhàn)。這次的畢業(yè)課題設(shè)計并不是代表結(jié)束，而是一個嶄新的開始。從這以后就需要我必須獨立的面對設(shè)計項目，需要運用所學(xué)的知識來解決將來將會面臨的挑戰(zhàn)。
46
2 張緊絞車設(shè)計方案
本文所設(shè)計的張緊絞車用于下圖所示帶式輸送機上。
圖2-1 帶式輸送機
帶式輸送機液壓拉緊裝置如下圖所示：
圖2-2 帶式輸送機液壓拉緊裝置
2.1張緊絞車設(shè)計要求
張緊絞車要求卷筒需具有儲繩功能，在結(jié)構(gòu)上要求具有緊湊、重量輕、外形美觀等特點。本篇論文對張緊絞車的設(shè)計要求如下：
1、滿足單繩拉力2.3噸，繩速5m/min，容繩量80M；
2、根據(jù)產(chǎn)品樣本選擇液壓馬達和行星減速機；
3、合理設(shè)計滾筒、機架及支撐軸等張緊絞車的部件。
2.2確認液壓系統(tǒng)方案
隨著液壓元件的豐富和控制方式的多樣化，以及電子技術(shù)的進步和深入應(yīng)用，絞車液壓的傳動系統(tǒng)也在不停的進步。
圖2-3所示是絞車開式液壓傳動系統(tǒng)
圖2-3 開放式系統(tǒng)原理簡圖
1-制動器 2-液壓馬達 3-溢流閥 4-外控式平衡閥 5-三位四通電磁換向閥 6-溢流閥 7-回油過濾器 8-冷卻器 9-定量泵 10-油箱
2.3張緊絞車總體結(jié)構(gòu)
該型絞車采用液壓馬達經(jīng)行星輪傳動驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，完成鋼絲繩收放動作。具體結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。
圖2-4 絞車結(jié)構(gòu)圖
3 張緊絞車各部分設(shè)計
3.1 鋼絲繩的選擇
鋼絲繩應(yīng)按安全系數(shù)法選擇,我們國家對絞車的數(shù)據(jù)是有規(guī)定的，鋼繩的拉力有三種，分別是五噸，八噸，還有十四噸。不過，現(xiàn)在我們國家對鋼繩的拉力還沒有一個統(tǒng)一的標準。
絞車是一種纏繞很多層的機器。支柱的拉力是從鋼繩來的。最外面一層，還有嘴里面一層的鋼繩拉力都是最小的，很明顯，只要電動機的功率確定下來，機械結(jié)構(gòu)確定下來，還有最外面那一層的拉力是最小的。所以，絞車的名義拉力就是最外面一層的拉力。要是設(shè)計絞車的時候，名義拉力是中間層的，或者是最里面一層的，那么外面一層的拉力就比絞車的名義拉力還要小。這樣的話是不滿足要求的。
鋼絲繩是按照一定的規(guī)則將鋼絲捻在一起。繩芯、鋼絲和潤滑脂組成了鋼絲繩。繩芯是由鋼芯跟纖維芯所組成的。纖維芯主要是天然纖維芯和合成纖維芯兩種，鋼芯則是金屬纖維芯和金屬絲股芯。
由纖維芯構(gòu)成的鋼絲具有良好的彈性功能，在捻制時所受到的彎曲應(yīng)力也較小但是承受不了橫向所受的應(yīng)力；而由鋼芯所組成的鋼絲繩具有高強度，并且能夠耐高溫、承受橫向應(yīng)力，但是跟纖維芯相反，它的擾性很差。由于絞車的鋼絲繩需要多層纏繞，所以會選擇金屬芯股芯制成的鋼絲繩。
在絞車的卷筒上面進行纏繞的時候，鋼繩纏繞了很多圈，鋼絲繩不會沒有變化的，跟著纏繞的層數(shù)越多，這個數(shù)值也就變得越大。要想跟繩的拉力進行匹配，要按照最外面一層速度來當(dāng)做這個鋼絲繩的名義速度。
下面將應(yīng)用ISO4308標準規(guī)定的方法計算鋼絲繩直徑。
3.1.1鋼絲繩直徑計算
根據(jù)GB/T8918－1996知，鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力計算，按下式確定：
d = (3-1)
已知工作級別M5，S=15KN，取，C =0.095
在ISO4308標準中，系數(shù)C的的選擇見下表3-1。
表3-1 C和n值（鋼芯鋼絲繩）
機構(gòu)工作級別
選額系數(shù)C值
安全系數(shù)n
鋼絲繩公稱抗拉強度
1470
1570
1670
1770
1870
1960
2160
運動繩
靜態(tài)繩
M1
0.081
0.078
0.078
0.076
0.074
0.072
0.067
3.15
2.5
M2
0.086
0.083
0.079
0.076
0.076
0.074
0.071
3.35
2.5
M3
0.086
0.085
0.083
0.077
0.076
0.074
0.073
3.55
3
M4
0.091
0.089
0.087
0.086
0.081
0.081
0.077
4
3.5
M5
0.096
0.094
0.091
0.087
0.086
0.084
0.082
4.5
4
M6
0.108
0.107
0.104
0.102
0.098
0.094
0.091
5.6
4.5
M7
0.122
0.118
0.117
0.113
0.108
0.108
0.101
9
5
M8
0.138
0.135
0.131
0.125
0.124
0.121
0.115
9
5
則由公式（3-1）可得：
d =11.64
所以選擇鋼絲繩直徑d =12.5；
初選鋼絲繩直徑=12.5 ；
型號為：6×19－12.5－157-1.
3.1.2鋼絲繩相關(guān)強度校核：
鋼絲繩結(jié)構(gòu)?：?6 ×19S+FC?? ?????6×19S+IWR??? ?????? ??6×19W+FC?? ????????? ?6×19W+IWR
直徑6～36mm??? ??????? 直徑ll～36mm??? ???? ? ?直徑6～40mm??? ??????? 直徑ll～40mm
圖3-1 鋼絲繩型號
由鋼絲繩相應(yīng)型號對照其力學(xué)性能：
鋼絲繩的公稱抗拉強度為1570
所以最小鋼絲破斷拉力的總和 （3-2）
整條鋼絲繩對應(yīng)破斷拉力為
（3-3）
式中：——拉力影響系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)有條件取=0.85
安全系數(shù) （3-4）
所以=3
故所選鋼絲繩是滿足所需要求的。
3.2卷筒設(shè)計
1、卷筒的名義直徑
礦上面使用的絞車，不管是纏繞的，還是摩擦的，按照事先設(shè)定的卷筒的直徑跟鋼絲繩的直徑相比得到的數(shù)值，來確定卷筒的直徑的。繩子里面出現(xiàn)的彎曲應(yīng)力跟卷筒的直徑，還有鋼繩的直徑，還有鋼繩的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。要想將彎曲應(yīng)力變小，將鋼絲繩的直徑定下來，還有使用的材料定下來，那么鋼絲繩的使用時間就變長了。要想工作的時候安全性更好，所以確定卷筒的直徑是四百毫米，對于論文的要求是能夠滿足的。
鋼絲繩的最小卷繞直徑實際計算如下：
表2-3 系數(shù)h的規(guī)定值
機構(gòu)工作級別
卷筒h
滑輪h
M1~M3
14.2
16.4
M4
16.3
18.0
M5
18.0
20.3
M6
20.2
22.4
M7
22.4
25.0
M8
26.0
28.1
（3-5）
式中：——按鋼絲繩中心經(jīng)過計算所得的卷筒最小直徑
d——鋼絲繩的直徑
h——與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩的結(jié)構(gòu)相關(guān)的系數(shù)，因為機構(gòu)的工作級別為M5級，所以取h =18。
2、卷筒寬度
初選的鋼絲繩每層纏繞圈數(shù)z=32
B= （3-6）
式中：——鋼絲繩排列不均勻系數(shù)
3、初選鋼絲繩纏繞層數(shù):
n=4
4、卷筒容繩量L
L = （3-7）
=81.8 m
其中：——鋼絲繩每層降低的系數(shù)。取=0.9
5、確定卷筒直徑
鋼絲繩的最小纏繞直徑：
==225+12.5=237.5 mm （3-8）
鋼絲繩的最大纏繞直徑：
=+d+2(n-1)d （3-9）
=225+12.5+2(4-1)12.50.9
=305 mm
式中：——鋼絲繩每層降低系數(shù)。取=0.9
鋼絲繩在卷筒上的平均纏繞直徑：
= (3-10)
=（237.5+305）=271.25
卷筒的結(jié)構(gòu)外徑：
=305+212.53=380 (3-11)
取=400
傳動裝置的總傳動比為：
（3-12）
式中
(3-13)
總傳動比的計算公式為：
(3-14）
6、卷筒厚度：
對鑄鐵卷筒厚度=0.02+(6～10)=0.02225+8=12.5 mm
7、卷筒負載轉(zhuǎn)矩：
卷筒機械效率取
(3-15)
8、卷筒轉(zhuǎn)速：
由繩速v =5m/min =0.08m/s
得：=7.1r/min (3-16)
3.2.1計算容繩的尺寸大小
按照國家標準規(guī)定來選用容繩的基本尺寸參數(shù)
（1）卷筒的節(jié)圓直徑
卷筒節(jié)圓直徑 需要滿足：
(3-17)
其中： ，查閱可知
所以
設(shè)
(3-18)
（2）容繩的寬度
卷筒容繩的寬度，需要滿足：
(3-19)
其中
所以
設(shè)
（3） 卷筒的邊緣直徑
卷筒端側(cè)面的直徑需要滿足下式：
(3-20)
其中——最外層的鋼絲繩直徑，由公式可得
——鋼絲繩纏繞層數(shù)
所以 設(shè)
（4）纏繞層數(shù)
由公式可得
(3-21)
其中
所以
故
設(shè)
（5）卷筒容繩量
鋼絲繩在卷筒上纏繞時，卷筒所能容納下最大長度的鋼絲繩被稱為卷筒的容繩量L的計算公式如下可知：
第層的繩芯直徑是：
(3-22)
上式中的——第層，。
故
第層鋼絲繩的長度為
(3-23)
故L為：
(3-24)
3.2.2計算卷筒壁的強度以及厚度
（1）計算多層纏繞系數(shù)
查閱可知計算As的公式為：
(3-25)
式中
(3-26)
(3-27)
(3-28)
式中
求得
(2)計算卷筒壁的厚度
卷筒壁的厚度公式：
(3-29)
式中
查閱絞車設(shè)計手冊可知
所以 故取
（3）計算卷筒壁的強度
(3-30)
通過計算結(jié)果可知，卷筒壁的強度符合要求。
3.3卷筒軸的設(shè)計
絞車的設(shè)計中卷筒軸的設(shè)計由于重要，原因在與卷筒軸的可靠性跟絞車的安全性能有著密不可分的聯(lián)系，所以卷筒軸的架構(gòu)設(shè)計變得十分的重要?？紤]到絞車的安全性，對卷筒軸的結(jié)構(gòu)要求時所受應(yīng)力要小并且集中。除此以外，還要研究卷筒軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應(yīng)力，同時還要核實軸的剛度。
1、選擇軸的材料
選用40Cr鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，可查得材料力學(xué)性能為：
= 750 = 550
= 350 = 200
2、軸直徑的初步估算
因為有軸向力，還有徑向力作用在我趕上，還有機器承受的力矩載荷是很大的，確定用的軸承是圓錐滾子的，這種軸承的特征是：
不僅可以承受徑向上的載荷，還能夠承受軸向上的載荷；
對于單純是軸方向上的載荷是不能用來承受的；
對于軸一個方向上進行的位置的移動是可以進行限制的。
首先初步估算軸徑，軸的材料為40Cr鋼，查表之后取A=105，則軸的輸出端直徑
(3-31)
其中：
因為有鍵槽，軸徑要增大4%～5%
所以，取 =70
3、軸的計算
當(dāng)鋼絲繩通過滾筒作用在軸上的力集中在其中一端時，此時該端支反力最大。對軸進行受力分析，軸的受力取最大值時為：
=23
此時
計算軸的扭轉(zhuǎn)強度：
(3-32)
式中：
；
a.求反支力
設(shè)由于力產(chǎn)生的作用，支反力、容易求得
(3-23)
=
=17.25
=23-17.25 =5.75
其中DO=100，CO=300
b.計算出泵彎矩、轉(zhuǎn)矩
在力作用下,彎矩 (3-24)
=1725
那么轉(zhuǎn)矩
c.校核驗算
根據(jù)彎矩的大小來計算軸徑,通過插值法查表得出:
=72
=124
然后根據(jù)公式，計算出A截面軸徑
(3-25)
= 0.068
=68
整體結(jié)構(gòu)中，取d =70滿足強度要求。
3.4計算卷筒壁強度以及厚度
?。?）計算多層纏繞系數(shù)
查閱可知計算As的公式為：
(3-26)
式中
式中
求得
(2)計算卷筒壁的厚度
卷筒壁的厚度公式：
(3-27)
式中
查閱絞車設(shè)計手冊可知
所以 故取
?。?）計算卷筒壁的強度
(3-28)
通過計算結(jié)果可知，卷筒壁的強度符合要求。
3.4減速器的選擇
減速器常常用作減速的傳動裝置，在特定情況下也會用作增速裝置。這是被叫為增速機。在目前的機械行業(yè)中被廣泛使用。主要原因在于它的高效率、穩(wěn)定可靠性以及安裝維護的方便等優(yōu)點。
減速器的種類繁多，分類的方式也很多，大致可以分為齒輪減速器、蝸桿減速器、單級和多級減速器等。
選用減速器類型是按照傳動比的大小來決定的。如傳動比小于八時，則可以使用單級的減速器。主要原因在于如果單級減速器的傳動比過大時，會造成外廓形狀過大。
當(dāng)傳動比大于十時，應(yīng)該采用蝸桿減速器，是因為蝸桿減速器的特點在于它具有反自鎖功能。反之傳動比較小的時候，蝸桿減速器的優(yōu)點就突顯不出來了，并且此時的蝸桿減速器的工作效率較低。
蝸桿減速器又可以分為兩種結(jié)構(gòu)形式，區(qū)分關(guān)鍵在于蝸桿的圓周速度，當(dāng)蝸桿圓周速度小于4m/s時，使用蝸桿在下的形式。因為此時蝸桿在嚙合處能夠由較好的潤滑。反之，當(dāng)蝸桿圓周速度大于4m/s時，使用蝸桿在上式的減速器，可以避免出現(xiàn)減速器過熱現(xiàn)象。
阿基米德蝸桿減速器由于它的制作方法簡單，所以目前還在推廣應(yīng)用，但是它的缺點也是突顯出來，如它的工作效率低下，冷卻系統(tǒng)劣質(zhì)，使用壽命短。所以隨著機械水平的進步，出現(xiàn)了更多優(yōu)秀種類的蝸桿減速器。
3.4.1比較減速器的方案
減速器是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。
圖3-2 通用減速器
1、減速器的分類
減速器能夠按照使用的途徑來分為通用減速器以及專用減速器兩大類別，兩者的設(shè)計、制造和使用特點都不一樣。一般的減速器有斜齒輪減速器(包含了平行軸斜齒輪的減速器、蝸輪的減速器、錐齒輪的減速器等等)、行星齒輪的減速器、擺線針輪的減速器、蝸輪蝸桿的減速器、行星摩擦式機械無級變速機等。
由工作機要求可知，減速器需要有較大的傳動比和傳動方向的改變。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》減速器篇，通過比較，綜合實際應(yīng)用考慮，選擇傳動效率比較高的、傳動比例大的、傳動功率大的、體積以及重量小的行星減速器比較合適。
3.4.2減速器型號及相關(guān)參數(shù)的確定
由前述可知 =23，卷筒負載轉(zhuǎn)矩： ，傳動比i=50。
1.液壓馬達轉(zhuǎn)矩：
(3-29)
式中 ——卷筒負載轉(zhuǎn)矩
——液壓馬達轉(zhuǎn)矩
——傳動比
=2510/50
=50.2
在液壓油缸長時間的使用過程需要進行合理的維護，畢竟它是整個液壓系統(tǒng)的核心部件，在液壓缸活塞伸出油缸后是要與空氣接觸的，這樣它就很容易遭到氣體的氧化作用，如果長時間進行工作的話，活塞部位就會變的非常脆弱，所以要做好防氧化的工作。我們都知道液壓油箱中有液壓油，液壓油是要換的，如果長時間不換就會對缸壁造成腐蝕，影響整個油缸的使用。一定要注意油缸衛(wèi)生的保養(yǎng)工作，定期擦拭掉油缸表面的污染物。在組裝液壓油缸時，一定要注意線路和油管的連接，管道如果連接錯誤就會出現(xiàn)漏油或是系統(tǒng)無法啟動。另外油缸的放置應(yīng)當(dāng)遠離重物的碰撞，不然會損壞缸壁。
2.液壓馬達轉(zhuǎn)速：
(3-30)
式中 ——卷筒轉(zhuǎn)速
——液壓馬達轉(zhuǎn)速
——傳動比
由于本減速器是用于回轉(zhuǎn)運動部分, 根據(jù)已知的使用條件, 即原動機是液壓馬達, 輸入速度n1=355r/min、輸出的轉(zhuǎn)矩T2=、其公稱傳動比i=50，一天工作16小時，平均每小時啟動25次，一次運轉(zhuǎn)1min，工作環(huán)境溫度為30c從已知的情況可獲得以下信息, 工作機器是一架運輸機, 是中等沖擊載荷。
3.4.3電動機校核
（1）絞車出現(xiàn)故障，可能是電動機的故障，再詳細一點，可能是電動機出現(xiàn)悶車的現(xiàn)象。當(dāng)電動機出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象時，計算出此時受拉力的情況：
由鋼絲繩的受力分析，比較鋼絲繩在快速和慢速時分別受到的拉力作比較，得知在慢速時受到的拉力比快速時要大。因此，要在低速時選擇鋼絲繩的安全系數(shù)。
. (3-31)
（2）當(dāng)電動機出現(xiàn)故障時，計算鋼絲繩里層安全系數(shù)
（3-32）
3.5 機架設(shè)計
1.機架的主要功能
(1)支承并且包容各種傳動的零部件，如齒輪、軸、軸承等等，讓它們能夠保持正常的運動關(guān)系以及運動的精度。
(2)讓機器每一個部分分別通過獨立的箱體組成。
(3)改善機器造型，協(xié)調(diào)機器各部分比例，使整機造型美觀。
2.機架的材料
機架的材質(zhì)應(yīng)該按照它的構(gòu)造、工藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)周期等要求來進行正確選擇，經(jīng)常使用的有：鑄鐵、鋼。
綜合考慮：使用制造周期短，設(shè)計更改方便的鋼材制來造機架。
本文設(shè)計機架如下圖所示：
圖3-3 機架
4 張緊絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計
4.1基本方案的制定
(1) 通過改變液壓執(zhí)行機構(gòu)的輸入或輸出流量或使用密封空間的體積變化來開發(fā)速度控制方案。
(2) 壓力控制程序開發(fā)液壓執(zhí)行器工作, 要求系統(tǒng)保持工作壓力, 并在一定的壓力范圍內(nèi)。
(3) 制動方案在運行過程中, 為了保證工件在高海拔位置可以停靠在穩(wěn)定的狀態(tài), 制動系統(tǒng)是非常重要的。除平衡閥鎖在解除動作的鎖定回路中, 夜空單向閥也被鎖定。此外, 制動液壓缸也設(shè)置在電機卷筒裝置上。
其中帶式輸送機對液壓拉緊系統(tǒng)的要求如下：
穩(wěn)定性：在發(fā)動機啟動時，皮帶的伸長速度應(yīng)與拉緊裝置密切配合，減少皮帶在啟動時產(chǎn)生的摩擦與滯損，防止出現(xiàn)斷帶現(xiàn)象，使帶式輸送機平穩(wěn)運行。在皮帶與滾筒之間摩擦力一定要充足，不然皮帶容易打滑。另外，在皮帶上各點必須有充足的壓力，不然在運動貨物時容易出現(xiàn)貨物脫落的現(xiàn)象。要為皮帶的修復(fù)工作做好準備，以免工作時出現(xiàn)問題影響運輸?shù)恼＿M行。
克服滯后性：貨物在皮帶傳送時受到慣性力和摩擦力的影響，這對于拉緊裝置的要求就要高一些，拉緊裝置必須要有一定的高靈敏性才能使貨物在遠距離傳送中安全到達存放點。發(fā)動機啟動時動力過大也會對傳送造成影響，如若皮帶應(yīng)力達到拉緊裝置所允許的最大值，拉緊裝置將進行下一個周期，嚴重拖延了貨物在皮帶上的傳動時間。
克服多變性：帶式輸送機在啟動或停止時在力與速度上存在很大的不穩(wěn)定性，在正常情況下起動機應(yīng)在啟動時比正常運行時要提供更大的力才能維持貨物傳送，這就要求拉緊裝置在響應(yīng)時要更為靈活，由于在制動時危險性較大，停滯較為困難，必須計算好摩擦力，帶張緊力與貨物重量之間的關(guān)系，從而通過拉緊裝置來有效制動。貨物在皮帶上運動時，要對運動與力的變化做好相應(yīng)的記錄，以便進行更深層次的研究。
4.2液壓系統(tǒng)的繪制
圖4-1 液壓系統(tǒng)
1.油箱 2.過濾器 3.球閥 4.油泵 5.聯(lián)軸器 6.電機 7.電磁溢流閥 8.空濾 9.液位計 10. 過濾器 11.單向順序閥 12. 壓力表開關(guān) 13. 壓力表 14.減壓閥 15. 油泵 16.電磁換向閥 17.電磁換向閥 18.液控單向閥 19.電磁球閥 20.加力油缸 21.制動油缸 22.液壓馬達 23. 電磁換向閥 24.球閥 25. 單向閥 26. 電機 27.單向順序閥
4.3 液壓元件計算與選擇
4.3.1 液壓馬達
由前述可知卷筒負載的旋轉(zhuǎn)力矩： 及卷筒的旋轉(zhuǎn)速度： =8.2r/min，傳動的比例i=50。
1.液壓式馬達的轉(zhuǎn)矩：
(4-1)
式中 表示卷筒負載旋轉(zhuǎn)力矩
表示液壓式馬達的旋轉(zhuǎn)力矩
表示傳動的比例
=2620/50
=61.3
2.液壓式馬達的旋轉(zhuǎn)速度：