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山東科技大學學士學位論文 20T液壓絞車的設計 設計 李加助專業(yè) 機械電子工程指導老師 張鑫教授 本課題研究的目的和意義 通過對液壓絞車的工作原理 工作環(huán)境等進行分析 并結合實際對液壓絞車的整體結構進行了設計 對液壓絞車組成的各元件進行合理選型 計算和校核 液壓絞車在性能上具有安全性高 效率高 啟動扭矩大 低速穩(wěn)定性好等特點 在提升和下放過程中工作運轉平穩(wěn)的優(yōu)點 而且此類絞車操作方便 體積小 可以廣泛地應用于煤礦井下 可以大大提高運輸效率 降低運營成本 液壓絞車的特點 液壓絞車的特點 1 動力源由液壓代替了電動 2 可以通過液壓馬達自身實現(xiàn)高低速度調速 3 液壓絞車管路采用了大量快換接頭 國內外液壓絞車發(fā)展狀況 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用比歐美 日本大約晚了約十多年 國內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 設計的主要內容 1 卷揚機構的方案設計 2 鋼絲繩和卷筒的設計 3 液壓馬達和減速器的選擇 4 制動器的設計選用 5 軸 聯(lián)軸器的設計及鍵的選擇 6 液壓泵站的設計 原始數(shù)據(jù) 1 平均拉力200KN2 速度10m min3 容繩量50m 卷揚機構的方案設計 液壓傳動與控制的機械設備或裝置中 其液壓系統(tǒng)大部分使用具有連續(xù)流動性的液壓油等工作介質 通過液壓泵將驅動泵的原動機的機械能轉換成液體的壓力能 經(jīng)過壓力 流量 方向等各種控制閥 送至執(zhí)行機器 液壓缸 液壓馬達或擺動液壓馬達 中 轉換為機械能去驅動負載 這樣的液壓系統(tǒng)一般都是由動力源 執(zhí)行器 控制閥 液壓附件幾液壓工作介質的幾部分所組成 由于選用的液壓馬達的形式不同 液壓起升機構可分為高速液壓馬達傳動和低速大扭矩馬達傳動兩種形式 低速大扭矩馬達傳動可直接或通過一級開式圓柱齒輪帶動起升卷筒 雖然低速馬達本身體積和重量較大 但不用減速器 使整個液壓 起升機構重量減輕 體積減小 并使傳動簡單 零件少 起動性能和制動性能好 對液壓油的污染敏感性小 殼轉的內曲線徑向柱塞式低速大扭矩馬達 可以裝在卷筒內部 由馬達殼體直接帶動卷筒轉動 結構簡單緊湊 便于布置 本設計采用下圖布置方式 這種布置具備了體結構簡單 對稱性好 易于檢修調試的優(yōu)點 液壓絞車結構布置方式 液壓系統(tǒng)設計 擬定液壓系統(tǒng)圖如右圖所示 液壓馬達12的排量切換由手動換向閥5實現(xiàn) 控制壓力由液壓泵12自身提供 為了防止下放時因超越負載作用而失速 在馬達回油路上設置了外控式平衡閥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 在回油路上設置了回油過濾器7及冷卻器8 四通的中位機能為K型 在絞車停止待命時 液壓泵可以中位低壓卸荷 有利于節(jié)能 卷揚機構的工作過程分析 卷揚機構的工作周期卷揚機構是周期性作業(yè) 一個工作周期為 啟動加速 0 a 穩(wěn)定運動 a b 和制動減速 b c 三個過程 載荷由靜止狀態(tài)被加速到穩(wěn)定工作速度 穩(wěn)定運動 時 所經(jīng)歷的時間稱為啟動時間 從a到b經(jīng)歷的時間稱為工作時間 從b點的穩(wěn)定運動減速到靜止狀態(tài)時所經(jīng)歷的時間成為制動時間 起動和制動時間直接影響卷揚機的工作過程 設計時可通過計算選取較為適合的時間 鋼絲繩的選用及校核 根據(jù)卷揚機工作狀況和起升載荷確定卷揚機起升機構的工作級別 根據(jù)表查得汽車 輪胎 履帶 鐵路起重機 安裝及裝卸用吊鉤式 利用等級T5 載荷情況L2 工作級別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 同時要求鋼絲繩要滿足拉力的要求 綜合考慮各項因素選取鋼絲繩為 型號 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應的拉力S最大 S PQ PG計算得S 221100N 代入公式K 6 n 符合安全系數(shù)要求 鋼絲繩強度校核 卷筒的設計 滾筒的設計主要包括1 卷筒名義直徑D hd式中 h 與機構工作級別和鋼絲繩結構相關系數(shù) d 鋼絲繩直徑 計算得D 850mm 2 卷筒長度L確定通過容繩量的計算求得卷筒度長為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)鑄鐵卷筒的計算得卷筒壁厚為25mm6繩槽的選擇 繩槽起固定鋼絲繩引導鋼絲繩纏繞的作用 本設計中鋼絲繩繩槽半徑為16mm 深度為8mm 節(jié)距為31mm 液壓馬達的選擇液壓馬達是將液壓能轉變?yōu)闄C械能 并連續(xù)旋轉的執(zhí)行元件 液壓馬達在使用中不是泵的逆運轉 它的效率較高 轉速范圍更大 可正 反向運轉 能長期承受頻繁沖擊 有時還承受較大的徑向負載 因此 應根據(jù)液壓馬達的負載扭矩 速度 布置型式和工作條件等選擇液壓馬達的結構型式 規(guī)格和連接型式等 液壓馬達的選用 本設計要求采用行星齒輪減速器 單級行星齒輪減速器傳動比 2 12 傳動效率0 96 0 99 此處 6 大功率馬達選用單級行星齒輪減速器 通過對液壓馬達相關數(shù)據(jù)的計算 選用液壓馬達為QJM62 5 0型液壓馬達 其參數(shù)如下表所示 減速器的選擇 根據(jù)總傳動比為6 選用單級行星齒輪減速器傳動比為2 12 傳動效率96 98 傳動功率范圍大 承載能力大 工作平穩(wěn) 體積質量比普通齒輪蝸桿減速器小得多 但結構復雜 制造精度高 廣泛用于結構緊湊的動力傳動中 綜合考慮選用型號為NAD500 6 1行星齒輪減速器 減速器相關參數(shù) 軸的選擇 軸的材料由于碳鋼比合金鋼價廉 對應力集中的敏感性較低 同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度 故采用碳鋼制造的軸尤為廣泛 因此軸的材料選擇45號鋼并采用正火處理 軸的工作能力的計算指的是軸的強度 剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算 多數(shù)情況下 軸的工作能力主要取決于軸的強度 這時需對軸進行強度計算 以防止斷裂或塑性變形 而對剛度要求高的軸 如車床主軸 和受力大的細長軸 還應進行剛度計算 根據(jù)軸的選用材料查表得軸的許用扭轉切應力40MPa 當軸截面上開有鍵槽時 應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱 最終計算選擇軸直徑為235mm 聯(lián)軸器的選型 1 卷筒軸與減速器之間的聯(lián)軸器選型計算聯(lián)軸器的計算轉矩Tca KAT 170000N m T 250000N m查表得LZ16型彈性柱銷齒輪式聯(lián)軸器的許用轉矩 T 250000N m 選用聯(lián)軸器LZ16GB T5015 2003 馬達與減速器之間的聯(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 制動器的設計 制動器是用于機構或機器減速或使其停止的裝置 有時也用作調節(jié)或者限制機構或機器的運動速度 它是保證機構或機器安全正常工作的重要部件 為了減小制動力矩 縮小制動器尺寸 通常將制動器裝在機構的高速軸上 或減速器的輸入軸上 制動器的相關計算包括以下三個方面1制動器轉矩的計算2制動盤的設計3制動器的散熱驗算 泵站的設計 配流器的設計各型液壓傳動裝置可以根據(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按使用壓力 轉速 流量 聯(lián)接方式和所集成閥組要求來考慮 根據(jù)本設計的流量需求故選擇D1202型配流器 液壓泵及其電機的選型液壓泵按照工作原理和基本結構可分為齒輪泵 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參數(shù)計算得出泵的流量Q 15 4L min 根據(jù)機械設計手冊選擇JBP180ACPOF KL O徑向變量柱塞泵徑向變量柱塞泵 外形結構如下圖 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型平衡閥調速閥的選擇2FRM10 B 16LB型調速閥手動換向閥的選擇3WMM10G50 FB10型手動換向閥 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 油管和管接頭應有足夠的強度 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 因此進入液壓系統(tǒng)工作的油液必須經(jīng)過濾油器過濾 本設計選擇濾油器為 吸油口YCX 40 80LC 回油口RFA 40 30L C 冷卻器的選用當油液依靠油箱冷卻后而油溫仍過高時 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 本設計所采用的冷卻器2LQFW型冷卻器其結構如下圖 油箱的選用本設計油箱的用途主要是儲存液壓系統(tǒng)所需要的足夠的液壓油 同時使液壓油在油箱中進行散熱降溫 沉淀雜質 分離空氣 參考資料 1 成大先 機械設計手冊 第五版 2 王紹定 礦用小絞車 3 濮良貴 紀名剛 機械設計 第八版 4 吳輝海 液壓絞車 5 徐灝主編 機械設計手冊 機械工業(yè)出版社 1991 致謝 在此再次感謝張鑫教授對我的指導和同學們的幫助 同時也感謝評委老師們的指正