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江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書
目錄
目錄 II
摘 要 III
ABSTRACT 1
第一章 緒論 1
1.1 本文主要內(nèi)容 1
第2章 總體方案設計 2
2.1總體方案設計 2
第三章 傳感器設計 3
3.1 傳感器設計 3
第四章 傳感器安裝設計 11
4.1 設計方案 11
4.2 油缸設計 11
4.3 板件設計 17
4.4 支承塊設計 23
4.5 叉件設計 26
4.6 銷軸設計 28
4.7 調(diào)整墊塊 40
結束語 41
致謝 42
參考文獻 43
摘 要
提升機是廣泛應用于工礦企業(yè)的重要設備，它利用6根鋼絲繩攜帶2個箕斗上下往復運動進行工作。在我國某些煤質(zhì)含水較多的礦井，箕斗尚不能做到完全的卸載，箕斗由于煤的粘附而不能卸載干凈。這一方面降低了運輸效率，另一方面又會導致下次裝載時又嚴重超載。礦井提升機的實際生產(chǎn)現(xiàn)場，往往由于人為操作或者卸不凈或者是重復裝載或者其它的某種原因造成箕斗超載，無論何種原因?qū)е禄烦d，都是提升機安全的嚴重威脅。本次設計正是基于此而進行的。
它可用于各種類型的礦井提升機。使用這種裝置可以有效防止提升機在運輸過程中箕斗的嚴重超載和卸載不完全，消除了提升機事故的直接隱患，從而大大提高了提升機的可靠性，減少事故，防止人員傷亡，并且大大提高提升機的運輸效率。
關鍵詞：重要設備 運輸效率 嚴重威脅 直接隱患 應用環(huán)境
ABSTRACT
Lifting machine apply important apparatus of industrial and mining enterprises to extensively, it utilize 6 steel wire rope carry 2 dustpan fight upper and lower reciprocating motion go on, work. In the moisture more mines of some nature of coal of our country, still can't accomplish complete unloading while fighting with dustpan, the dustpan can't be unloaded clean because of the seizing of coal while fighting. This reduce transportation efficiency on one hand, can cause, also overload seriously load, next time on the other hand. Mine actual production scene of lifting machine, because manual operation or unload netly or repeat a certain reason loading or others lead to the fact the dustpan to fight and overload often, no matter which kind of reason lead to the fact dustpan fight, overload, lifting machine serious threat of security all. This design carries on on the basis of this.
It can be used in all kinds of mine lifting machines. Use the device can prevent from lifting machine whom dustpan fight overload and unload incompletely seriously in the course of transporting effectively, have dispelled the direct hidden danger of the accident of the lifting machine, thus improved the dependability of the lifting machine greatly, reduce the accident, prevent casualties, and improve the transportation efficiency of the lifting machine greatly.
Keyword: Important apparatus Transportation efficiency Threaten seriously Direct hidden danger Employ the ring
第一章 緒論
1.1 本文主要內(nèi)容
在畢業(yè)設計期間，本人主要完成的內(nèi)容有：
1、測量總體方案設計。
2、應變式傳感器的設計。包括傳感器量程設計選擇、彈性敏感元件設計及其校核、應變片選擇計算、電路設計、各種誤差分析及其補償、性能指標標準化、傳感器結構設計以及傳感器動態(tài)性能分析。
3、聯(lián)接裝置的設計校核。包括液壓動平衡系統(tǒng)的設計，各種聯(lián)接板件，叉件，銷軸的設計及其校核，緊固件（聯(lián)接塊，擋板）設計校核，傳感器的安裝。
第二章 總體方案設計
2.1 總體方案設計
提升機鋼絲繩張力檢測系統(tǒng)由三大部分組成。一部分是固定在箕斗上的隨著箕斗在井筒中上下往復運動的前端無線采集收發(fā)系統(tǒng)，上下箕斗各一套，稱為采集發(fā)射系統(tǒng)，它包括傳感器、放大濾波電路、單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)及無線收發(fā)電路；另一部分則是分別位于井筒中裝、卸載點處的進行采集控制和對采集發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)進行接收的無線收發(fā)控制系統(tǒng)，稱為接收控制系統(tǒng)，它包括無線收發(fā)電路、采集控制系統(tǒng)及與上位機的傳輸接口電路；第三部分是位于提升機房控制室中的對數(shù)據(jù)進行校驗、報警的工控機及專用控制軟件，稱為上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它主要包含一個專門設計的對數(shù)據(jù)進行校驗、處理、顯示和簡單控制及報警的軟件。
江陰職業(yè)技術學院
畢業(yè)設計說明書
課 題： 140噸懸掛懸掛提升機及傳感器
子 課 題:
同課題學生姓名:
專 業(yè)： 機械設計制造及自動化
學生姓名： 李明其
班 組：
學 號： 20040203226
指導教師： 吳松乾
完成日期： 2007年5月10日
江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書
目錄
目錄 II
摘 要 III
ABSTRACT 1
第一章 緒論 1
1.1 本文主要內(nèi)容 1
第2章 總體方案設計 2
2.1總體方案設計 2
第三章 傳感器設計 3
3.1 傳感器設計 3
第四章 傳感器安裝設計 11
4.1 設計方案 11
4.2 油缸設計 11
4.3 板件設計 17
4.4 支承塊設計 23
4.5 叉件設計 26
4.6 銷軸設計 28
4.7 調(diào)整墊塊 40
結束語 41
致謝 42
參考文獻 43
摘 要
提升機是廣泛應用于工礦企業(yè)的重要設備，它利用6根鋼絲繩攜帶2個箕斗上下往復運動進行工作。在我國某些煤質(zhì)含水較多的礦井，箕斗尚不能做到完全的卸載，箕斗由于煤的粘附而不能卸載干凈。這一方面降低了運輸效率，另一方面又會導致下次裝載時又嚴重超載。礦井提升機的實際生產(chǎn)現(xiàn)場，往往由于人為操作或者卸不凈或者是重復裝載或者其它的某種原因造成箕斗超載，無論何種原因?qū)е禄烦d，都是提升機安全的嚴重威脅。本次設計正是基于此而進行的。
它可用于各種類型的礦井提升機。使用這種裝置可以有效防止提升機在運輸過程中箕斗的嚴重超載和卸載不完全，消除了提升機事故的直接隱患，從而大大提高了提升機的可靠性，減少事故，防止人員傷亡，并且大大提高提升機的運輸效率。
關鍵詞：重要設備 運輸效率 嚴重威脅 直接隱患 應用環(huán)境
ABSTRACT
Lifting machine apply important apparatus of industrial and mining enterprises to extensively, it utilize 6 steel wire rope carry 2 dustpan fight upper and lower reciprocating motion go on, work. In the moisture more mines of some nature of coal of our country, still can't accomplish complete unloading while fighting with dustpan, the dustpan can't be unloaded clean because of the seizing of coal while fighting. This reduce transportation efficiency on one hand, can cause, also overload seriously load, next time on the other hand. Mine actual production scene of lifting machine, because manual operation or unload netly or repeat a certain reason loading or others lead to the fact the dustpan to fight and overload often, no matter which kind of reason lead to the fact dustpan fight, overload, lifting machine serious threat of security all. This design carries on on the basis of this.
It can be used in all kinds of mine lifting machines. Use the device can prevent from lifting machine whom dustpan fight overload and unload incompletely seriously in the course of transporting effectively, have dispelled the direct hidden danger of the accident of the lifting machine, thus improved the dependability of the lifting machine greatly, reduce the accident, prevent casualties, and improve the transportation efficiency of the lifting machine greatly.
Keyword: Important apparatus Transportation efficiency Threaten seriously Direct hidden danger Employ the ring
江陰職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書
第一章 緒論
1.1 本文主要內(nèi)容
在畢業(yè)設計期間，本人主要完成的內(nèi)容有：
1、測量總體方案設計。
2、應變式傳感器的設計。包括傳感器量程設計選擇、彈性敏感元件設計及其校核、應變片選擇計算、電路設計、各種誤差分析及其補償、性能指標標準化、傳感器結構設計以及傳感器動態(tài)性能分析。
3、聯(lián)接裝置的設計校核。包括液壓動平衡系統(tǒng)的設計，各種聯(lián)接板件，叉件，銷軸的設計及其校核，緊固件（聯(lián)接塊，擋板）設計校核，傳感器的安裝。
第二章 總體方案設計
2.1 總體方案設計
提升機鋼絲繩張力檢測系統(tǒng)由三大部分組成。一部分是固定在箕斗上的隨著箕斗在井筒中上下往復運動的前端無線采集收發(fā)系統(tǒng)，上下箕斗各一套，稱為采集發(fā)射系統(tǒng)，它包括傳感器、放大濾波電路、單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)及無線收發(fā)電路；另一部分則是分別位于井筒中裝、卸載點處的進行采集控制和對采集發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)進行接收的無線收發(fā)控制系統(tǒng)，稱為接收控制系統(tǒng)，它包括無線收發(fā)電路、采集控制系統(tǒng)及與上位機的傳輸接口電路；第三部分是位于提升機房控制室中的對數(shù)據(jù)進行校驗、報警的工控機及專用控制軟件，稱為上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它主要包含一個專門設計的對數(shù)據(jù)進行校驗、處理、顯示和簡單控制及報警的軟件。
系統(tǒng)工作流程是：各子系統(tǒng)復位后，采集發(fā)射系統(tǒng)處于接收待命狀態(tài)；接收控制系統(tǒng)則等待外部中斷信號和上位機信號的到來。當采集信號到來（提升機減速信號或上位機采集命令）后，它便開始給采集發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送采集命令，采集發(fā)射系統(tǒng)收到命令后開始采集、發(fā)送并等待回應，當接收到校驗無誤信號后開始下次采集。接收控制系統(tǒng)的無線接收電路直接將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機，上位機收到數(shù)據(jù)后負責校驗等處理，出現(xiàn)錯誤時通過接收控制系統(tǒng)給采集發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送“重發(fā)”命令，否則回復校驗無誤命令。接收控制系統(tǒng)在外部“打點”信號觸發(fā)中斷后延時約40s左右發(fā)送采集結束命令。采集發(fā)射系統(tǒng)在收到采集結束命令后停止采集、發(fā)送，重新回到待命狀態(tài)，直到下個采集開始命令的到來。
第三章 傳感器設計
3.1 傳感器設計
3.1.1量程設計
針對任務書上某礦所給的技術參數(shù)，傳感器量程設計如下：
1）鋼絲繩最大張力的確定
已知相關數(shù)據(jù)：
箕斗自重=17.811，主繩=18.28，
尾繩=17.68，額定載荷=16
表1-1 提升各階段運動參數(shù)
運行階段
初加速
等速
主加速
等速
減速
爬行
運行時間(s)
2.8
16.6
10.6
67.5
11
45.3
終速度
0.32
0.32
7.45
7.45
0.40
0.40
加速度
0.11
0
0.67
0
-0.64
0
運行距離(m)
0.47
5.32
41.34
502.88
43.24
18.12
由表可得，最大加速度為=0.67。
由牛頓第二定律及尾繩平衡原理得：鋼絲繩張力最大的位置即傳感器承受載荷最大的位置有可能出現(xiàn)在以下兩個位置中的一個，加速度最大時和提升最高處卸載前。
加速度最大時：
由牛頓第二定律得，鋼絲繩張力為：
最高點卸載前：
取
，故在最高點卸載前鋼絲繩張力最大，為52t，四根主繩，則每根主繩的張力約為14t。
2）傳感器量程選擇
每根鋼絲繩額定載荷為14t，取最大過載量為150%，則最大量程為：
故取傳感器的量程為20t，最大過載量為150%。
3.1.2彈性體設計
彈性敏感元件應用于傳感器中的作用,通常是將輸入到彈性元件的外部作用力或壓力，轉(zhuǎn)換成為位移(線位移或者角位移)或者應變(應力)，也就是說，彈性敏感元件起到了力或者壓力的變換作用，可變換為位移或者應變,因而彈性敏感元件的變幻作用可分為”力--應變”,和”力—位移”的變換，在本設計中需要用到”力--應變”。
1)形態(tài)選擇
在力的測量中，彈性敏感元件的形式可以是實心或者空心圓柱，的到了廣泛的應用，它的主要優(yōu)點是加工制造方便，很容易得到高精度的幾何尺寸及光潔的加工表面。這兩種形式的彈性體可以承受較大的負荷，受力簡圖如下：
( 實心圓柱 ) ( 空心圓柱 )
（ 圖2-4 非平衡電橋 ）
在彈性范圍內(nèi)，應力與應變稱正比關系
即:
式中:
F----作用在彈性元件是的集中力。
S----截面積。
由上式可知，若想提高變換靈敏度，必須減小橫截面積S，但橫截面積S的減小會使其抗彎能力減弱，對橫向干擾力敏感，為了解決這個矛盾，在集中力測量事多采用空心圓筒，空心圓筒在同樣的橫截面積情況下，橫向剛度大，橫向穩(wěn)定性好，所以彈性敏感元件采用空心圓柱式。
2)材料選擇
根據(jù)設計要求及彈性敏感元件自身的性能要求，對材料選擇應滿足以下幾個方面：彈性滯后和彈性后效較??；彈性模量的溫度系數(shù)要??；線膨脹系數(shù)要小并且要穩(wěn)定；由良好的機械加工和熱處理性能；彈性極限和強度極限要高；具有良好的抗腐蝕性，高的絕緣性。
目前，國內(nèi)外選用的彈性敏感元件材料種類繁多，但主要使用的是結構合金鋼，我國通常使用合金鋼,亦有使用碳鋼，銅合金的，其中35CrMnSiA，40Cr是常用材料，尤其是35CrMnSiA，它彈性好，強度高，彈性滯后和蠕變小，抗磁性腐蝕性好，并且機械加工性能好，可用制作承受交變載荷的重要彈性敏感元件，也適用于制作高精度的彈性敏感元件，適合本設計要求。
3)強度校核
壓桿穩(wěn)定性校核：
彈性敏感元件柔度為：
其中為柔度， 為等截面立柱的長度系數(shù)，
由右圖簡化圖得=2
為立柱截面的最小慣性半徑.
對橫截面積為圓環(huán)的柱體：
故
查表得合金鋼的撓度極限
因為
所以壓桿穩(wěn)定性校核按強度校核計算。
強度校核：
彈性敏感元件最大應力，
許用應力 ，
K為安全系數(shù)，取K=3，
對彈性敏感元件35CrMnSiA，查表得=1620.
故，符合強度要求。
3.1.4傳感器結構設計
1） 總體設計方案
空心圓柱式傳感器的結構簡單，本設計傳感器由彈性體，承壓頭，抗彎膜片，應變片，補償電阻及電阻板，導線，航空插頭，殼體構成。彈性體和應變片是傳感器的核心部件。
結構設計中最重要的部分是解決使彈性體受壓均衡，并消除側向力對彈性體變形的影響。以及惡劣工況下傳感器的密封問題。
本設計采用球形頭承壓頭安放在彈性體的上部，球形頭部和連接裝置上的承壓塊成球面接觸，即形成一個球面副。兩者接觸面積大，減小了集中力對應力傳遞不均勻的誤差。使應力均勻平穩(wěn)的傳遞給空心圓柱形彈性敏感元件。球面副為底副連接，當有側向力產(chǎn)生時，球面相接的活性連接作微小運動，從而減小或消除側向力的影響。
另外，在彈性敏感元件和下殼之間，安放一個橫向承彎膜片是一個很好的消除側向載荷的方法。膜片和彈性體及下殼之間的配合均使用過盈配合，同軸度要求高。
傳感器工作在礦井之中，潮濕多塵，因此傳感器的密封問題也是一個重要的方面，設計中，剛性連接部分（底板和彈性體，底板和外殼，外殼和上蓋）采用密封性能較好的焊接密封，承壓頭和上殼之間采用O型圈密封。
礦井中儀器還必須考慮的是防爆方面，在聯(lián)接裝置中設計安放傳感器時，采用一圓筒導向裝置，傳感器安放中間，上部為活塞桿及承壓頭，即傳感器處于一個密封容器中，防爆問題得以解決。
2） 殼體尺寸初選
查手冊得，箱體直徑在100-120mm時，合金鋼殼體厚度最佳為3-5mm，取3mm。
3） 承彎膜片
承彎膜片是橫向剛度大，縱向剛度小的薄鋼板。材料選用力學綜合性能較好的45號鋼。最大直徑為D=100mm，其厚度h’應為h’0.04D＝4mm。
4） 承壓頭設計
材料選擇：
承壓頭是放在彈性體上面的一個上部為球形，下部為短粗圓柱的金屬塊。要求強度高，剛度大韌性小，且抗腐蝕，抗氧化。滿足以上要求的材料可選擇：45CrNiMoVA.
( 圖2-18 承壓頭簡圖 )
尺寸計算：
根據(jù)彈性敏感元件的直徑為60mm，取承壓頭的直經(jīng)為66mm。承壓頭的上部球形半徑取100mm。
承壓頭上部球頭和聯(lián)接裝置承壓板底副連接，承受均勻載荷q，對下部短粗圓柱，其受力情況相當于周界鉸支，整個版面受均布載荷q，如下圖：
查手冊得中心撓度最大為：
偏角，則側向力，
其中總壓力，取載荷最大時即N。
對外殼，受側向力時，其徑向變形為：
；
其中：壓力p（為承載膜片的厚度，取4mm）。
則徑向變形和載荷的關系式為：。
( 圖2-19 承壓頭受力簡圖 )
則：
則承壓頭的高度h為：
考慮到承壓頭和承壓塊球面接觸非完全性，應留余量，取15mm。
5） 其他
電阻板是安放補償電阻的塑料板，所用補償電阻體型均小，取為10mm×8mm。
承壓頭和上殼結合處采用O密封型圈，根據(jù)尺寸大小選用JB/ZQ 4606-86。
接線插頭選用抗震性，密封性均良好的航空插頭，生產(chǎn)廠家很多，選擇慈溪市新浦鎮(zhèn)佳葉五金配件廠的AS16/12—(4)芯型號的航空插頭。
6） 安裝要求
（一） 應變片粘貼要求：
a：應變片的檢查
（1）對應變片的外觀檢查：
箔柵的排列是否整齊均勻，是否有造成短路、斷路的部位或者銹蝕瘢痕，引出線是佛牢固；上下基底是否破損。
（2）電阻值檢查：
對外觀檢查合格的應變片，進行嚴格的電阻值測量，要求精確到0.05，選取電阻值盡量相同的應變片。
b：修正應變片
（1） 在應變片的基底上標出中心線。
（2） 將基底尺寸進行修正，使之為。
c：彈性體表面處理
為了使應變片牢固的粘貼在彈性體表面上，使彈性體中間表面部分平整光潔，無油漆，灰塵及氧化層。
d：劃定位線
為了保證應變片粘貼位置的準確，用劃筆在彈性敏感元件表面劃出定位線，粘貼時時應變片的中心線和定位線對準。
e：粘貼應變片
在處理好的粘貼位置上和應變片的基底上，各涂一層薄薄的牌號為J-12的黏合劑，，然后將應變片粘貼在預定的位置上，在應變片的上面放一層透明的塑料薄膜，然后用手滾壓出多余的粘合劑，是粘合劑層盡量減薄。
f：粘合劑的固化處理
對粘貼好的應變片的彈性敏感元件，在200攝氏度溫度下保溫三個小時進行固化處理。
g：粘貼質(zhì)量檢查
1：外觀檢查
用放大鏡檢查粘合層是否有氣泡，應變片是否全部粘貼牢固，有無造成短路或斷路的危險部位，位置是否正確。
2：電阻值檢查
應變片的電阻值在粘貼前后不得有較大變化。
3：絕緣電阻的檢查
應變片的箔片與彈性敏感元件之間的絕緣電阻應大于200M，用于檢查的兆歐表，電壓不得超過250V，通電時間不得超過30秒。
以上三步任何一個有差錯均要重新粘貼應變片。
（二） 電路補償
（三） 保護處理
引出線的固定保護
將粘貼好的應變片，補償電阻以及導線焊接在一起，外露接線為四根，分別取四種顏色，黑白線分別為供橋輸入電源正極負極接線；紅藍兩線分別為電橋輸出差分信號線。并用膠布將導線固定在彈性敏感元件表面。固定時應留有彎曲變形的余量，并使導線與彈性體絕緣。
應變片的防潮處理
在粘貼好的應變片和補償電阻表面涂上溶化的石蠟和蜂蠟，厚度約為2mm。
（四） 裝配前處理
將各個零部件表面進行處理，焊接部位不得有銹蝕，污漬，油漆，灰塵等。
（五） 按總裝圖裝配
（六） 裝配后處理
去除焊熘及毛刺，使傳感器連接處光潔平整，檢查焊縫是否均勻合理，O型圈密封處是否嚴實。
為了提高彈性敏感元件的彈性性能，和減小殼體對彈性元件的影響，消除殘余幾下顎應力，必須進行動載和靜載處理。動載處理是在1/3量程到滿量程下，以每秒四次的頻率加載一個兩個小時；靜載處理是在額定載荷的125％下保持4-6小時，或者在110％情況下保持18-20個小時。
9
第四章 傳感器安裝設計
4.1 設計方案
提升鋼絲繩聯(lián)接裝置是經(jīng)驗提升容器（箕斗或罐籠）與鋼絲繩的連接機構。對于多繩提升來說，除了必須保證連接可靠外，還要求便于每根鋼絲繩的調(diào)繩長度和平衡張力。該裝置采用閉環(huán)無源液壓連通自動調(diào)整平衡系統(tǒng)，能高精度地實現(xiàn)鋼絲繩在動、靜狀態(tài)下的張力自動平衡。對本設計來講，還要滿足對壓力傳感器的合理安裝問題。
張力自動平衡液壓平衡系統(tǒng)由內(nèi)側板、上連接叉、承壓板、外側板、連通油缸、銷換向叉、下連接叉組成。內(nèi)側板和外側板通過承壓塊、聯(lián)接塊、滑動塊、調(diào)整墊片、銷軸和連通油缸組成抽拉扣環(huán)結構，再通過上連接叉和換向叉和上部楔形繩環(huán)連接，通過換向叉、下連接銷叉和下部容器（箕斗）四角板相連，多個這樣的結構加上連接組件（軟管、閥門、通管）形成了張力自動平衡懸掛裝置。
這種聯(lián)接裝置的工作原理是:閉環(huán)無源液壓連接式。無論是處于運動或靜止時，只要各個鋼絲繩存在張力差，張力大的鋼絲繩通過內(nèi)側板、承壓塊、外側板、滑動塊壓縮連通油缸及活塞桿壓縮，懸掛伸長，鋼絲繩的張力變小，油缸內(nèi)的油液通過連通管進入張力小的油缸，使其活塞桿往外伸長，通過內(nèi)側板、承壓塊、外側板使懸掛縮短，鋼絲繩張力變大，直到每根鋼絲繩的張力均相等，連通油缸運動才相應停止。
本設計中，將傳感器安放在承壓塊和活塞桿之間，鋼絲繩拉力轉(zhuǎn)化為活塞桿壓力處，傳感器承受壓力。可以減小傳感器的設計安全系數(shù)，進而減小彈性敏感元件的橫截面積，提高傳感器的靈敏度，其位置置于內(nèi)側板之間，較隱蔽，不易受到外部損傷，同時對傳感器起到了保護作用。
在設計之中，重要的是考慮各個零部件的安全性能，即使設計的聯(lián)接裝置能滿足《煤礦安全規(guī)程》，其次是結構緊湊，減小振動對零部件的損傷及聯(lián)接處的穩(wěn)固性，以及對測試性能的影響。
4.2 油缸設計
4.2.1 活塞桿設計
1） 材料選擇
活塞桿材料多為中碳鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)及熱處理后性能基本都能滿足要求，設計中選擇35號鋼。為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面淬火后進行鍍鉻處理，鍍層厚為。并進行拋光加工。
2） 尺寸設計
活塞桿的抗壓強度 ： ，
安全系數(shù)為 ： ，
則許用壓應力：
＝/ ＝31
實際最大應力:
其中： 為最大壓力 ＝140000N
則：
取
壓桿穩(wěn)定性校核：
撓度計算：
為穩(wěn)定性系數(shù)；
為最下慣性半徑； ＝0.035m
為活塞桿長； ＝0.3m
撓度
極限撓度： ；
則壓桿穩(wěn)定性校核按強度校核計算，設計時已滿足。
4.2.1 缸筒設計
1)材料選擇
缸筒是液壓缸的主要零件，本設計應滿足以下要求：
1：足夠的強度，剛度和韌性；
2：設計中，缸筒應與承壓塊焊接，可焊性要求良好。
目前常用的材料有：25，S35,S45;ZG200-400,ZG280-450;25CrMo，38CrMoAl，毛坯采用無縫鋼管，選擇S35，機械預加工后進行調(diào)質(zhì)處理。
2）設計計算
缸筒內(nèi)徑d：
活塞桿直徑為60mm，初定d＝80mm d＝80mm，
工作時最大油壓
， ＝140000N，
則， ，
最小壁厚：
＝520MPa，
式中 （為安全系數(shù)） ＝10，
＝，
則
?。?0mm ， ＝10mm ，
則缸筒大徑D＝ D，
油缸校核：
首先，額定工作壓力應低于一定極限值：
， ，
滿足要求；
其次，最大工作壓力也應與完全塑性變形壓力
有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：
式中為了缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力
＝＝
則
滿足塑性變形要求， 滿足要求
此外，應驗算缸筒的爆破壓力：
＝
則＝＝220 ＝220
滿足要求；
最后，缸筒徑向變形應在允許范圍內(nèi)
（不超過密封圈允許范圍）
密封圈選擇 75GB3452-1-1992 =3.55mm
即：＝ ＝220
式中：為泊松系數(shù) ， ＝0.3
為彈性模量 ，
則
＝0.088mm< =0.088mm
滿足最大變形量要求，
綜合以上得缸筒滿足強度要求。
缸筒底部最小厚度近似計算： ＝17.5MPa
， ＝52MPa
＝25mm
缸筒與端部焊接時焊縫的應力大小為：
F：缸內(nèi)最大工作推力； F＝140000N
：焊接效率，取0.7； ＝0.7
：焊條材料最大抗拉強度
（選碳鋼焊條E4320） =420MPa
：安全系數(shù)，取10 ＝10
則：
＝42MPa
故焊縫能滿足強度要求。
4.2.3 活塞設計
1） 結構形式
活塞密封型式可分為整體密封活塞和組合密封活塞，整體活活塞多采用活塞環(huán)，O型圈密封，唇形密封，迷宮密封等；組合活塞可采用組合密封圈，但其結構較復雜，加工工作量大。設計中采用整體密封活塞，O型圈密封。
O型圈密封是借介質(zhì)本身的壓力來改變其接觸狀態(tài)使之實現(xiàn)密封的，也稱為“自封作用”，密封部位結構簡單，安裝部位緊湊，密封性能較好，運動摩擦阻力小，動密封壓力可達35MPa，工作溫度范圍大，為。壽命長（大于兩年）。
2） 材料選擇
活塞材料多用優(yōu)質(zhì)碳鋼，設計中選用35號鋼。
3） 尺寸設計
簡圖如下：
密封圈為75GB3452-1-1992
查表得：
密封溝槽寬度b＝4.8 mm b＝4.8mm
溝槽深度 t＝2.96mm t＝2.96mm
（ 圖3-1 活塞 ）
槽底圓角半徑＝0.4mm ＝0.4mm
槽棱圓角半徑
溝槽底最大直徑
：油缸直徑，為80mm ＝80mm
則 ?。?4mm
活塞桿密封溝槽底的最小直徑
取38mm
4.2.4膠管參數(shù)計算
液壓自動平衡系統(tǒng)中，隨著鋼絲繩張力的自動調(diào)節(jié)，及調(diào)整墊片的數(shù)量調(diào)整，油缸和板件之間存在一定相對運動，另外，為了使液壓系統(tǒng)安裝簡便，油缸聯(lián)接部采用鋼管，而采用具有較好柔度的高壓膠管。
1） 內(nèi)徑計算
當液壓缸行程最大時，管內(nèi)流量Q
Q＝
S：油缸內(nèi)截面積，
L：最大行程，
t：調(diào)整時間，取1s t＝1s
則：Q＝0.0012 Q＝0.0012
則膠管面積A：
A,( 為流速 ) ＝1m/s
則半徑＝5.6mm
取公稱尺寸6.3mm ＝6.3mm
2） 膠管接頭
根據(jù)膠管半徑選擇膠管接頭6.3 Ⅲ-1000 JB/EQ4427-86
安裝時，膠管最小彎曲半徑為100mm，膠管接頭和膠管聯(lián)接處應留有一端不小于15mm的直線段。
4.2.4 液壓泵及連通閥的選擇
液壓泵選用密封性能較好，工作壓力高的的柱塞泵。其結構簡單，體積小，重量輕，效率高等特點。介于本系統(tǒng)中液壓泵只提供供油作用，對其功率要求不高，可選用功率較小而重量輕的型號。選?。?.5MCY14-1B，其性能指標為：
排量為：2.5vml/r
額定工作壓力：32MPa
額定轉(zhuǎn)速：3000r/min
驅(qū)動功率：6kW
重量：4.5Kg
連通閥為四路或六路閥，采用上海華光工具廠的產(chǎn)品，系統(tǒng)應用前可與該廠聯(lián)系購買。
4.3 板件設計
3.3.1外側板設計
外側板上端通過銷軸和滑動塊聯(lián)接在一起，下端通過下連接叉和換向叉與箕斗聯(lián)接在一起，重要尺寸為板件最小橫截面積，兩端銷軸處與端部距離。
設計如下：
材料選擇：
常用材料：35號鋼， 35號鋼
得抗拉強度， ＝535MPa
確定最小橫截面積：
最大拉應力＝， ＝7t
（n為安全系數(shù)） n＝10
則
取板厚為＝20mm
則內(nèi)側板截面最小處長度
，取余量得 。
外側板與滑動塊聯(lián)接處銷軸2及
其軸套半徑分別為80，90mm（見銷軸設計）
則內(nèi)側板寬度b：b＝+80mm
＝170mm （取余量） 得b＝180mm。
外側板與滑動塊聯(lián)接處銷軸2聯(lián)接處（受力如下）
圓孔圓心與端部的最短距離：
圓孔直徑為90mm ， D＝90mm，
易知中間S處為彎矩危險截面
抗彎系數(shù)W：， ＝20mm
（ 圖3-2 銷軸1處受力圖 ）
極限彎矩為 ＝310MPa
f：抗彎系數(shù) f＝1.5
實際彎矩M：
帶入得＝1281N.M
由（n為安全系數(shù)） n＝10
得d 取
即＝57.5+45＝95mm ＝102.5mm
剪切校核：
受力圖如上，可知在a,b處受剪切力 F=
剪切應力 =20MPa，
則
則強度滿足要求。
（ 圖3-2 下端受力圖 ）
外側板下端與下連接叉相連處銷軸圓孔圓心
到端部的最小距離（受力圖如上）
圓孔直徑為80mm ， D＝80mm，
易知中間S處為彎矩危險截面
抗彎系數(shù)W：， ＝20mm
極限彎矩為 ＝310MPa
f：抗彎系數(shù) f＝1.5
實際彎矩M：
帶入得＝2450N.M
由（n為安全系數(shù)） n＝10
得d 取
即＝55+40＝95mm ＝95mm
剪切校核：
受力圖如上，可知在a,b處受剪切力 F=
剪切應力 =20MPa，
則
則強度滿足要求。
其余尺寸見零件圖。
4.3.2 內(nèi)側板設計
內(nèi)側板承受拉力，其值等于鋼絲繩張力。兩個內(nèi)側板之間固定承壓塊，液壓缸及滑動塊，兩者之間的間距用聯(lián)接塊保證。
設計步驟如下：
材料選擇：
常用材料：35號鋼， 35號鋼
得抗拉強度， ＝535MPa
確定最小橫截面積：
最大拉應力＝， ＝14t
（n為安全系數(shù)） n＝10
則
取板厚為＝20mm
則內(nèi)側板截面最小處長度
，取余量得 。
內(nèi)側板與上聯(lián)接叉聯(lián)接處銷軸1及
其軸套半徑分別為70，80mm（見銷軸設計）
取內(nèi)側板寬度與外側板相同為180mm。
（ 圖3-3 銷軸2處受力圖 ）
內(nèi)側板與上聯(lián)接叉聯(lián)接處圓孔圓心
到端部的最小距離（受力圖如上）
圓孔直徑為80mm ， D＝80mm，
易知中間S處為彎矩危險截面
抗彎系數(shù)W：， ＝20mm
極限彎矩為 ＝310MPa
f：抗彎系數(shù) f＝1.5
實際彎矩M：
帶入得＝2450N.M
由（n為安全系數(shù)） n＝10
得d 取
即＝55+40＝95mm ＝95mm
剪切校核：
受力圖如上，可知在a,b處受剪切力 F=
剪切應力 =20MPa，
則
則強度滿足要求。
滑動塊行程定為500mm
油缸初始位置總長：
其余尺寸見零件圖。
4.4 支承塊設計
支承塊是支承傳感器及液壓缸，將張力轉(zhuǎn)化為壓力的重要零件。由底座和套筒兩部分構成，前者主要起支承定位作用，后者起導向和保護作用。由于鋼絲繩拉力較大，支承塊中心受載荷，產(chǎn)生中心變形，對兩側支承點產(chǎn)生橫向力，使兩個內(nèi)側板產(chǎn)生橫向位移的趨勢。聯(lián)接固定內(nèi)側板的方法是在內(nèi)側板之間設置聯(lián)接塊，其兩端靠螺母或螺釘和內(nèi)側板固定在一起。
設計中，選擇合理的厚度，使支承塊變形產(chǎn)生的橫向力足夠小，控制在螺母螺釘預緊力范圍之內(nèi)，確保內(nèi)側板的配合緊湊。
尺寸設計校核如下：
（ 圖3-4 支撐塊簡圖 ）
大致圖形如上：
材料選擇：
常用材料35號鋼
傳感器的直徑為100mm，套筒外徑為130mm，
取寬度： b＝130+2×20＝170mm.
長度： l＝180mm
厚度h設計：
螺釘（螺母）最大拉伸應力和計算：
螺母選擇，螺釘
等級為4.8級
預緊力） ＝3.14
＝6.4
承受軸向力時，
強度條件：
預緊力作用時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，
其扭轉(zhuǎn)剪切力，
根據(jù)第四強度理論，危險斷面的當量應力
……………………………………( * )
產(chǎn)生側向力時，預緊力由降至，總的工作拉力
＝+
為保證聯(lián)接緊密性，要求，
即＝2.5,帶入( * )得：
＝2053N…………………………………(**)
承壓板中心受力簡化為中間受力，兩端鉸支的模型，圖為：
（ 圖3-5 支撐塊受力簡圖 ）
中心撓度為：
端點偏轉(zhuǎn)角：
最大載荷時橫向力：
＝
聯(lián)立(**)式得：
帶入數(shù)據(jù)解得：留取余量，
箕斗裝載情況是交變的，則側向力也是交變的，
故應對螺栓進行疲勞強度校核;
螺栓尺寸系數(shù)：（查表） ＝0.8
材料疲勞極限： ＝204MPa
應力幅安全系數(shù)：＝10 ＝10
應力集中系數(shù)：（查表） ＝4
則：許用應力幅：
實際應力幅計算：
最大應力6.5MPa
最小應力3.6 MPa
則＝＝2.7 MPa ＝2.7 MPa
所以：
滿足疲勞強度要求。
（螺釘和螺母尺寸相同,強度及疲勞校核同螺母）
4.5 叉件設計
聯(lián)接裝置中和上部楔型繩卡，下部箕斗的聯(lián)接要靠叉件來完成，包括上連接叉，下聯(lián)接叉以及換向叉。
3.5.1換向叉
1） 材料選擇：
根據(jù)常用材料，選擇35號鋼。
2） 尺寸設計
材料選擇與板件相同，受力相似，均只承受拉力，根據(jù)內(nèi)側板尺寸設計，可選換向叉兩側板厚度與內(nèi)側板相同，即20mm。
最小橫截面積和內(nèi)側板頁相同，最小截面處最小長度不小于70mm。銷軸聯(lián)接處直徑80mm，則可取換向叉寬度70+80＝150mm。
中間板厚度的d設計：
最小截面處截面長度為：
拉伸應力＝，
＝14t （n為安全系數(shù)） n＝10
則d＝ 取d＝38mm
換向叉下端與上連接叉相連處銷軸圓孔圓心
到端部的最小距離
圓孔直徑為80mm ， D＝80mm，
易知中間S處為彎矩危險截面
抗彎系數(shù)W：， ＝38mm
極限彎矩為 ＝310MPa
f：抗彎系數(shù) f＝1.5
實際彎矩M：
帶入得＝2450N.M
由（n為安全系數(shù)） n＝10
得d 取
即＝55+40＝95mm ＝95mm
剪切校核：
受力圖如上，可知在a,b處受剪切力 F=
剪切應力 =20MPa，
則
則強度滿足要求。
具體尺寸見零件圖。
3.5.2 連接叉
聯(lián)接叉分為上連接叉和下聯(lián)接叉，形狀及受力和換向叉和板件相似，材料選擇35號鋼，由板件設計和換向叉設計易得其尺寸，見零件圖。強度校核校核在板件設計已完成，不再贅述。
4.6 銷軸設計
銷軸是聯(lián)接裝置中用來聯(lián)接并緊固板件和板件，叉件和板件，叉件和叉件的零件，裝置中共有五個銷軸，下面按從上往下的順序依次說明：
4.6.1銷軸1
銷軸1用來聯(lián)接換向叉和上聯(lián)接叉。受力簡圖及彎矩圖如下
（ 圖3-6 銷軸1受力及彎矩圖 ）
材料選擇：
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理
直徑D設計：
由圖易知，力＝，
彎矩： 時
30.5mm時
當x＝30.5時，最大彎矩：
＝
最大彎矩處應力： n＝10
＝65MPa
則：
（ 取d＝70mm ） d＝70mm
疲勞強度校核：
易知中間點為危險截面，彎曲應力
＝
＝61MPa
彎曲應力幅＝61MPa ＝61MPa
最小應力
彎曲平均應力
查表得疲勞極限＝300MPa ＝300MPa
危險截面處應力集中系數(shù)＝2.32 ＝2.32
材料的彎曲特性系數(shù)碳鋼為0.1 ＝0.1
則疲勞應力安全系數(shù)
滿足要求
剪切強度校核：
在兩側板內(nèi)側，存在剪切力，應對其進行校核，
最大剪切應力
n為安全系數(shù)，取10 n＝10
則
為最大剪切力， ＝70000N
為銷軸截面積， =
則<
故滿足剪切強度要求；
擠壓強度校核：
因為中間板受力為兩側板的兩倍，而其橫截面積為70mm×38mm，略小于兩側板橫截面積70mm×20mm的兩倍，故擠壓危險截面為銷軸與中間塊之間的應力接觸部分。
擠壓應力：
（許用擠壓強度）
為最大擠壓力， ＝
為銷軸直徑， ＝70mm
為中間塊厚度， ＝38mm
則，
故滿足擠壓強度要求。
最后，銷軸受載撓度應不得大于一極限值，
查手冊得許用撓度
則m， m
對受均布載荷的桿件，其最大撓度為：
＝ ＝
式中：(慣性矩)
為彈性模量，對鋼材，
帶入解得：＝
故滿足彎曲剛度要求。
綜合以上得，銷軸1直徑取70mm滿足各種強度要求，具體尺寸件零件圖。
4.6.2 銷軸2
銷軸2是聯(lián)接上連接叉和內(nèi)側板的零件。其受力及簡圖及彎矩圖如下：
材料選擇
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理
（ 圖3-7 銷軸2受力及彎矩圖 ）
直徑D設計：
由圖易知，力＝
最大彎矩70000×0.021=1470NM
將其受力與銷軸1比較，可取直徑同為70mm
強度校核：
最大彎矩處應力： d＝70mm
許用應力：＝ ＝65MPa
滿足強度要求
疲勞強度校核：
易知中間點為危險截面，彎曲應力
＝
＝36.6MPa
彎曲應力幅＝36.6MPa ＝36.6MPa
最小應力
彎曲平均應力
查表得疲勞極限＝300MPa ＝300MPa
危險截面處應力集中系數(shù)＝2.32 ＝2.32
材料的彎曲特性系數(shù)碳鋼為0.1 ＝0.1
則疲勞應力安全系數(shù)
滿足要求
剪切強度校核：
在兩側板內(nèi)側，存在剪切力，應對其進行校核，
最大剪切應力
n為安全系數(shù)，取10 n＝10
則
為最大剪切力， ＝70000N
為銷軸截面積， =
則<
故滿足剪切強度要求；
擠壓強度校核：
因為聯(lián)接叉的側板受力與兩內(nèi)側板的相同，而其橫截面積也相同，且為70mm×20mm，故擠壓危險截面為銷軸與內(nèi)側板和上聯(lián)接叉之間的應力接觸部分。
擠壓應力：
（許用擠壓強度）
為最大擠壓力， ＝
為銷軸直徑， ＝70mm
為板件厚度， ＝20mm
則，
故滿足擠壓強度要求。
最后，銷軸受載撓度應不得大于一極限值，
查手冊得許用撓度
則， m
對受均布載荷的桿件，其最大撓度為：
＝ ＝
式中：(慣性矩)
為彈性模量，對鋼材，
a 為受力點到端點間距， a＝0.021mm
帶入解得：
＝
＝
故滿足彎曲剛度要求。
其余尺寸見零件圖。
4.6.3銷軸3
銷軸3聯(lián)接滑動塊和外側板，受力簡圖和彎矩圖如下：
材料選擇
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理