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山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20T液壓絞車的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 李加助專業(yè) 機(jī)械電子工程指導(dǎo)老師 張鑫教授 本課題研究的目的和意義 通過對(duì)液壓絞車的工作原理 工作環(huán)境等進(jìn)行分析 并結(jié)合實(shí)際對(duì)液壓絞車的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 對(duì)液壓絞車組成的各元件進(jìn)行合理選型 計(jì)算和校核 液壓絞車在性能上具有安全性高 效率高 啟動(dòng)扭矩大 低速穩(wěn)定性好等特點(diǎn) 在提升和下放過程中工作運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn) 而且此類絞車操作方便 體積小 可以廣泛地應(yīng)用于煤礦井下 可以大大提高運(yùn)輸效率 降低運(yùn)營成本 液壓絞車的特點(diǎn) 液壓絞車的特點(diǎn) 1 動(dòng)力源由液壓代替了電動(dòng) 2 可以通過液壓馬達(dá)自身實(shí)現(xiàn)高低速度調(diào)速 3 液壓絞車管路采用了大量快換接頭 國內(nèi)外液壓絞車發(fā)展?fàn)顩r 國外在50年代中期 新型的軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達(dá)系列產(chǎn)品紛紛問 大約在60年代中期 研制出防爆液壓絞車 近20年來液壓絞車發(fā)展很快 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的煤礦現(xiàn)在已廣泛使用液壓絞車 我國煤礦井下防爆液壓絞車的研制和應(yīng)用比歐美 日本大約晚了約十多年 國內(nèi)防爆液壓絞車的研制工作是為了滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要而發(fā)展起來的 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 2 鋼絲繩和卷筒的設(shè)計(jì) 3 液壓馬達(dá)和減速器的選擇 4 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)選用 5 軸 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)及鍵的選擇 6 液壓泵站的設(shè)計(jì) 原始數(shù)據(jù) 1 平均拉力200KN2 速度10m min3 容繩量50m 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 液壓傳動(dòng)與控制的機(jī)械設(shè)備或裝置中 其液壓系統(tǒng)大部分使用具有連續(xù)流動(dòng)性的液壓油等工作介質(zhì) 通過液壓泵將驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能 經(jīng)過壓力 流量 方向等各種控制閥 送至執(zhí)行機(jī)器 液壓缸 液壓馬達(dá)或擺動(dòng)液壓馬達(dá) 中 轉(zhuǎn)換為機(jī)械能去驅(qū)動(dòng)負(fù)載 這樣的液壓系統(tǒng)一般都是由動(dòng)力源 執(zhí)行器 控制閥 液壓附件幾液壓工作介質(zhì)的幾部分所組成 由于選用的液壓馬達(dá)的形式不同 液壓起升機(jī)構(gòu)可分為高速液壓馬達(dá)傳動(dòng)和低速大扭矩馬達(dá)傳動(dòng)兩種形式 低速大扭矩馬達(dá)傳動(dòng)可直接或通過一級(jí)開式圓柱齒輪帶動(dòng)起升卷筒 雖然低速馬達(dá)本身體積和重量較大 但不用減速器 使整個(gè)液壓 起升機(jī)構(gòu)重量減輕 體積減小 并使傳動(dòng)簡單 零件少 起動(dòng)性能和制動(dòng)性能好 對(duì)液壓油的污染敏感性小 殼轉(zhuǎn)的內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩馬達(dá) 可以裝在卷筒內(nèi)部 由馬達(dá)殼體直接帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng) 結(jié)構(gòu)簡單緊湊 便于布置 本設(shè)計(jì)采用下圖布置方式 這種布置具備了體結(jié)構(gòu)簡單 對(duì)稱性好 易于檢修調(diào)試的優(yōu)點(diǎn) 液壓絞車結(jié)構(gòu)布置方式 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 擬定液壓系統(tǒng)圖如右圖所示 液壓馬達(dá)12的排量切換由手動(dòng)換向閥5實(shí)現(xiàn) 控制壓力由液壓泵12自身提供 為了防止下放時(shí)因超越負(fù)載作用而失速 在馬達(dá)回油路上設(shè)置了外控式平衡閥4 另外 為了提高系統(tǒng)工作可靠性 以防污染和過熱造成的故障 在回油路上設(shè)置了回油過濾器7及冷卻器8 四通的中位機(jī)能為K型 在絞車停止待命時(shí) 液壓泵可以中位低壓卸荷 有利于節(jié)能 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的工作過程分析 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的工作周期卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)是周期性作業(yè) 一個(gè)工作周期為 啟動(dòng)加速 0 a 穩(wěn)定運(yùn)動(dòng) a b 和制動(dòng)減速 b c 三個(gè)過程 載荷由靜止?fàn)顟B(tài)被加速到穩(wěn)定工作速度 穩(wěn)定運(yùn)動(dòng) 時(shí) 所經(jīng)歷的時(shí)間稱為啟動(dòng)時(shí)間 從a到b經(jīng)歷的時(shí)間稱為工作時(shí)間 從b點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)減速到靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間成為制動(dòng)時(shí)間 起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間直接影響卷揚(yáng)機(jī)的工作過程 設(shè)計(jì)時(shí)可通過計(jì)算選取較為適合的時(shí)間 鋼絲繩的選用及校核 根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)工作狀況和起升載荷確定卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別 根據(jù)表查得汽車 輪胎 履帶 鐵路起重機(jī) 安裝及裝卸用吊鉤式 利用等級(jí)T5 載荷情況L2 工作級(jí)別M5 由于其工作環(huán)境惡劣 要求鋼絲繩具有一定的防腐蝕及防銹能力 同時(shí)要求鋼絲繩要滿足拉力的要求 綜合考慮各項(xiàng)因素選取鋼絲繩為 型號(hào) GB1102 74繩6 37股 1 6 12 18 繩纖維芯 鋼絲繩表面鍍鉻 直徑 47 5mm 考慮鋼絲繩的自重和絞車在工作過程對(duì)應(yīng)的拉力S最大 S PQ PG計(jì)算得S 221100N 代入公式K 6 n 符合安全系數(shù)要求 鋼絲繩強(qiáng)度校核 卷筒的設(shè)計(jì) 滾筒的設(shè)計(jì)主要包括1 卷筒名義直徑D hd式中 h 與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)相關(guān)系數(shù) d 鋼絲繩直徑 計(jì)算得D 850mm 2 卷筒長度L確定通過容繩量的計(jì)算求得卷筒度長為350mm 3 滾筒外徑 由容繩量和滾筒寬度可確定繞纏層數(shù) 再由繞纏層數(shù)確定外徑為1000mm4 滾筒的轉(zhuǎn)速 由名義直徑和滾筒外徑確定平均直徑 再根據(jù)鋼絲繩的速度可以得出卷筒的轉(zhuǎn)速3 75r min 5卷筒壁厚 初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒 根據(jù)鑄鐵卷筒的計(jì)算得卷筒壁厚為25mm6繩槽的選擇 繩槽起固定鋼絲繩引導(dǎo)鋼絲繩纏繞的作用 本設(shè)計(jì)中鋼絲繩繩槽半徑為16mm 深度為8mm 節(jié)距為31mm 液壓馬達(dá)的選擇液壓馬達(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 并連續(xù)旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行元件 液壓馬達(dá)在使用中不是泵的逆運(yùn)轉(zhuǎn) 它的效率較高 轉(zhuǎn)速范圍更大 可正 反向運(yùn)轉(zhuǎn) 能長期承受頻繁沖擊 有時(shí)還承受較大的徑向負(fù)載 因此 應(yīng)根據(jù)液壓馬達(dá)的負(fù)載扭矩 速度 布置型式和工作條件等選擇液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)型式 規(guī)格和連接型式等 液壓馬達(dá)的選用 本設(shè)計(jì)要求采用行星齒輪減速器 單級(jí)行星齒輪減速器傳動(dòng)比 2 12 傳動(dòng)效率0 96 0 99 此處 6 大功率馬達(dá)選用單級(jí)行星齒輪減速器 通過對(duì)液壓馬達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算 選用液壓馬達(dá)為QJM62 5 0型液壓馬達(dá) 其參數(shù)如下表所示 減速器的選擇 根據(jù)總傳動(dòng)比為6 選用單級(jí)行星齒輪減速器傳動(dòng)比為2 12 傳動(dòng)效率96 98 傳動(dòng)功率范圍大 承載能力大 工作平穩(wěn) 體積質(zhì)量比普通齒輪蝸桿減速器小得多 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 制造精度高 廣泛用于結(jié)構(gòu)緊湊的動(dòng)力傳動(dòng)中 綜合考慮選用型號(hào)為NAD500 6 1行星齒輪減速器 減速器相關(guān)參數(shù) 軸的選擇 軸的材料由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉 對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低 同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度 故采用碳鋼制造的軸尤為廣泛 因此軸的材料選擇45號(hào)鋼并采用正火處理 軸的工作能力的計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度 剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算 多數(shù)情況下 軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度 這時(shí)需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 以防止斷裂或塑性變形 而對(duì)剛度要求高的軸 如車床主軸 和受力大的細(xì)長軸 還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算 根據(jù)軸的選用材料查表得軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力40MPa 當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí) 應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱 最終計(jì)算選擇軸直徑為235mm 聯(lián)軸器的選型 1 卷筒軸與減速器之間的聯(lián)軸器選型計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca KAT 170000N m T 250000N m查表得LZ16型彈性柱銷齒輪式聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩 T 250000N m 選用聯(lián)軸器LZ16GB T5015 2003 馬達(dá)與減速器之間的聯(lián)軸器選型Tca KAT 2 0 14166 28332N m T 50000N m查表得JSB15型聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩 T 50000N m選用JSB15型聯(lián)軸器 鍵的選用與校核 根據(jù)軸與卷筒的連接方式選用圓頭平鍵A型 其具體參數(shù)如下 制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 制動(dòng)器是用于機(jī)構(gòu)或機(jī)器減速或使其停止的裝置 有時(shí)也用作調(diào)節(jié)或者限制機(jī)構(gòu)或機(jī)器的運(yùn)動(dòng)速度 它是保證機(jī)構(gòu)或機(jī)器安全正常工作的重要部件 為了減小制動(dòng)力矩 縮小制動(dòng)器尺寸 通常將制動(dòng)器裝在機(jī)構(gòu)的高速軸上 或減速器的輸入軸上 制動(dòng)器的相關(guān)計(jì)算包括以下三個(gè)方面1制動(dòng)器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算2制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)3制動(dòng)器的散熱驗(yàn)算 泵站的設(shè)計(jì) 配流器的設(shè)計(jì)各型液壓傳動(dòng)裝置可以根據(jù)不同工況要求選用各種規(guī)格的配流器 選擇配流器的原則應(yīng)按使用壓力 轉(zhuǎn)速 流量 聯(lián)接方式和所集成閥組要求來考慮 根據(jù)本設(shè)計(jì)的流量需求故選擇D1202型配流器 液壓泵及其電機(jī)的選型液壓泵按照工作原理和基本結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵 柱塞泵等幾種類型 液壓絞車的主油泵常用柱塞泵 輔助油泵常用葉片泵 齒輪泵 液壓泵按照工作壓力可分為低壓泵 中壓泵等 液壓絞車常有工作壓力為中高壓8 16MPa和高壓16 32MPa 液壓泵按照工作流量能否調(diào)節(jié) 可分為定量泵和變量泵 液壓絞車的主油泵常用變量泵 輔助油泵常用定量泵 根據(jù)鋼絲繩 卷筒絞車總排量和各部件容積效率等相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出泵的流量Q 15 4L min 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇JBP180ACPOF KL O徑向變量柱塞泵徑向變量柱塞泵 外形結(jié)構(gòu)如下圖 液壓閥的選用配流器的選擇D1202型配流器平衡閥的選擇FD16FA12 B30型平衡閥調(diào)速閥的選擇2FRM10 B 16LB型調(diào)速閥手動(dòng)換向閥的選擇3WMM10G50 FB10型手動(dòng)換向閥 輔助元件的選用 油管和管接頭的作用是聯(lián)接液壓元件 構(gòu)成完整液壓系統(tǒng)的通道 管接頭用以把油管與油管與元件連接起來 油管和管接頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 良好的密封 小的壓力損失和裝拆方便 直通隔板接頭 直角隔板接頭 濾油器的選用為了保證液壓系統(tǒng)的正常工作 提高液壓元件的壽命 因此進(jìn)入液壓系統(tǒng)工作的油液必須經(jīng)過濾油器過濾 本設(shè)計(jì)選擇濾油器為 吸油口YCX 40 80LC 回油口RFA 40 30L C 冷卻器的選用當(dāng)油液依靠油箱冷卻后而油溫仍過高時(shí) 就需要采用冷卻 冷卻器的作用是降低油溫 控制油溫 減小油箱體積 保證液壓系統(tǒng)正常工作 延長液壓元件的使用壽命 本設(shè)計(jì)所采用的冷卻器2LQFW型冷卻器其結(jié)構(gòu)如下圖 油箱的選用本設(shè)計(jì)油箱的用途主要是儲(chǔ)存液壓系統(tǒng)所需要的足夠的液壓油 同時(shí)使液壓油在油箱中進(jìn)行散熱降溫 沉淀雜質(zhì) 分離空氣 參考資料 1 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第五版 2 王紹定 礦用小絞車 3 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 4 吳輝海 液壓絞車 5 徐灝主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1991 致謝 在此再次感謝張鑫教授對(duì)我的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助 同時(shí)也感謝評(píng)委老師們的指正