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中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 第 1 章 概述 1.1 張緊裝置綜述 所有精心設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)均需要使用某種型式的拉緊裝置，因?yàn)椋?（1）保證在傳動(dòng)滾筒處具有適量的松邊張力，以防止輸送帶打滑。(2)保證 沿輸送機(jī)的加料點(diǎn)和其他各點(diǎn)上具有適當(dāng)?shù)膹埩Γū仨毞乐馆斔蛶г谕休?之間喪失槽形，從而避免物料從輸送帶上溢出） 。 （3）補(bǔ)償輸送帶長度的變 化。 （4）為更換接頭貯備輸送帶。若無貯備，則在更換接頭時(shí)必須加許多 小段新的輸送帶，同時(shí)每更換一個(gè)接頭都需要有兩個(gè)接頭處。 1.1.1 輸送帶的伸長或延伸 任何輸送機(jī)的輸送帶均可能有以下幾種型式的伸長或延伸。 彈性伸長: 這是在啟動(dòng)加速或制動(dòng)減速時(shí)在輸送帶上出現(xiàn)的部分伸長。 在施加的拉力或應(yīng)力消除后，這種伸長幾乎完全恢復(fù)原狀。 結(jié)構(gòu)伸長 : 這種伸長大部分是由于織物編織型式而不是由于使用的 織物原料而引起的。 在普通的編織物中，彎曲的經(jīng)線當(dāng)施加負(fù)荷時(shí)就會(huì)被拉直，引起輸送 帶的伸長，而其中部分伸長是不能恢復(fù)原狀的。 永久性長度變化 : 永久性長度變化包括由基本纖維結(jié)構(gòu)的餓延伸率 所引起的長度變化，還包括部分彈性伸長和不可恢復(fù)的部分結(jié)構(gòu)伸長。 1.1.2 拉緊行程 所需的拉緊行程取決于下列因素： 啟動(dòng)或制動(dòng)方式。直接啟動(dòng)和制動(dòng)所需的拉緊行程比有控制的加速啟 動(dòng)或減速制動(dòng)的要大得多。 滿載輸送帶啟動(dòng)和停止的頻率。是否有一個(gè)使用機(jī)械接頭的使用期。 如果有，在制作最終的硫化接頭之前幾能方便地消除任何不可恢復(fù)原狀的 長度變化。 所有輸送帶的伸長和延伸特性。拉緊裝置應(yīng)有足夠的行程，以適應(yīng)加 速或減速的波動(dòng)，而不使拉緊裝置碰到擋板上。拉緊裝置還應(yīng)有若干“可 供使用的”貯備輸送帶，因而在發(fā)生故障時(shí)可不需要用兩個(gè)接頭來接入一 段短輸送帶。此外，拉緊行程還應(yīng)該適應(yīng)輸送帶由于伸長或收縮引起的長 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 度變化。 1.1.3 手動(dòng)拉緊裝置 手動(dòng)拉緊裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、費(fèi)用低。但是，由于使用手動(dòng)型式， 輸送帶的拉緊最多也不過是定期的調(diào)節(jié)，故其所產(chǎn)生的輸送帶張力往往總 是過高或過低的。因此，手動(dòng)拉緊裝置只推薦在空間限制而不能使用拉緊 裝置的地方，或者用于拉緊條件要求不高的較短的輕型帶式輸送機(jī)上。 使用手動(dòng)拉緊裝置的主要問題是需要一個(gè)警惕性高的細(xì)心的操作人員 來觀察什么時(shí)候需要拉緊，然后將拉緊裝置調(diào)整到恰好能提供一個(gè)合適的 張力的位置上。這個(gè)問題很難解決，因?yàn)闆]有一種精確的指示器可用來判 斷需要多少張力或經(jīng)過依次特定的調(diào)整呢功能提供多少張力。 1.1.4 自動(dòng)拉緊裝置 自動(dòng)拉緊裝置由于任何帶式輸送機(jī)上都是較為理想的。它們可以水平、 垂直或傾斜。自動(dòng)拉緊裝置用于任何帶式輸送機(jī)上都是較為理想的。它們 可以水平、垂直或傾斜布置。自動(dòng)拉緊裝置既能靠重力來操作，也可以用 液壓、電動(dòng)和氣動(dòng)設(shè)備操作。最常用的型式是重力式拉緊裝置。液壓自動(dòng) 張緊裝置提供的張緊力大，而且結(jié)構(gòu)緊湊，張緊過程平穩(wěn)，易于控制。但 其效率底，價(jià)格高。張緊行程短，滿足不了較長皮帶輸送機(jī)的使用要求。 電動(dòng)方式雖然簡單，價(jià)格低廉，但張緊過程不平穩(wěn)。張緊力較小。不適用 于較大張緊力的場合。隨著技術(shù)的不斷提高，一些新型的大型長距離輸送 機(jī)逐漸得到應(yīng)用，這時(shí)拉緊行程較大，而且拉緊力也很大時(shí)，顯然以上均 不能滿足要求。基于這種情況，我們設(shè)計(jì)一種機(jī)液聯(lián)合張緊裝置，目的是 在起初的張緊力較小的階段，采用液壓絞車來張緊，而在張緊力較大時(shí)由 液壓裝置來張緊?？梢酝ㄟ^各種閥和電液裝置來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)控制。 1.2 新型機(jī)液張緊裝置 新型機(jī)液張緊裝置的主要技術(shù)特點(diǎn)： （１）用液壓絞車解決長行程的要求。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 此可以通過液壓絞車?yán)埦o小車。而液壓缸僅需很小行程實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)較 大力的張緊。 （２）設(shè)置蓄能器提高系統(tǒng)張力的穩(wěn)定性。在輸送機(jī)啟動(dòng)過程中，構(gòu)成輸 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 送帶動(dòng)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(dòng)滾筒奔離點(diǎn)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(gè)蓄能器， 來抵消入射波與反射波對奔離點(diǎn)張緊力的影響。而且可以補(bǔ)償缸體的油液 的泄露。實(shí)現(xiàn)恒張力控制。 （3）通過壓力傳感器及時(shí)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(dòng)的特點(diǎn) 1.3.1 優(yōu)點(diǎn) 1）同其它傳動(dòng)方式比較，傳動(dòng)功率相同，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、體 積緊湊。 2）多級(jí)變速，調(diào)速范圍大。 3）慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動(dòng)工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸 震，并能自動(dòng)防止過載。 1.3.2 缺點(diǎn) 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(dòng)。 3）系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會(huì)引起爬行、噪音和震動(dòng)。 ， 4）適用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動(dòng)小。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 第 2 章 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及方案確定 2.1 主要設(shè)計(jì)要求 題目：機(jī)液聯(lián)合張緊裝置。 設(shè)計(jì)參數(shù)：最大張緊力 200KN。 最大張緊行程 20m 設(shè)計(jì)要求：了解長距離膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)和牽引的工作過程，張緊裝置的 作用。對比各種張緊裝置的工作原理，設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)、液聯(lián)合張緊裝置。 1）根據(jù)相關(guān)參數(shù)完成大行程機(jī)、液聯(lián)合張緊裝置與膠帶輸送機(jī)相互連 接的總體設(shè)計(jì)； 2）完成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，泵、閥等液壓元件的選擇； 3）完成主要傳動(dòng)組件、零件的工作圖設(shè)計(jì)； 4）完成油箱工作圖設(shè)計(jì)； 5）編寫完成整機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 2.2 方案確定 2.2.1 方案一 工作原理: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(dòng)輪等部件組成。張緊裝置框架本身包含一個(gè)能供滾筒上 下滑動(dòng)的滾筒滑槽，并在安裝滾筒的鋼結(jié)構(gòu)上平面裝有兩個(gè)彈簧緩沖器， 配重塊重量不直接作用在滾筒軸上。偏心制動(dòng)輪通過傳動(dòng)連桿與張緊滾筒 的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)連接。膠帶主要通過張緊改向滾筒來實(shí)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(shí)的所需驅(qū)動(dòng)力來選擇。 2.2.2 方案二 工作原理：當(dāng)司機(jī)合上開關(guān)后，電控箱開始工作。首先啟動(dòng)油泵 8，壓 力油經(jīng)過手動(dòng)換向閥 4 及單向閥 6 進(jìn)入油缸，拉動(dòng)張緊小車 2；然后啟動(dòng)慢 速絞車，直接拉動(dòng)張緊小車 2。當(dāng)達(dá)到輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)所需的張緊力時(shí)，電動(dòng) 箱的壓力繼電器控制輸送機(jī)啟動(dòng)。溢流閥 10 控制膠帶的最大張緊力。正常 運(yùn)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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 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(dòng)張緊， 張緊力減小時(shí)，溢流閥 11 關(guān)閉，油泵向油缸補(bǔ)液，油缸拉動(dòng)張緊小車提高 張緊力；張緊力超出整定范圍時(shí)，溢流閥 11 打開進(jìn)行回油，油缸帶動(dòng)張緊 小車減小張緊力。啟動(dòng)與正常運(yùn)行這兩個(gè)階段由測速裝置進(jìn)行控制，將速 度信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)，由電磁閥 7 進(jìn)行切換。 2.2.3 方案三 原理圖： 圖 1 原理圖 工作原理： 工作時(shí)，首先，在輸送機(jī)啟動(dòng)前打開截止閥，并給液壓泵電機(jī)通電，將 手動(dòng)換向閥 2 打到左位。此時(shí)液壓絞車正轉(zhuǎn)，拉緊皮帶。當(dāng)拉力達(dá)到規(guī)定 的大小時(shí)，將手動(dòng)換向閥 2 打到中位。液壓絞車自動(dòng)鎖緊。關(guān)閉截止閥。 將手動(dòng)換向閥 1 打到左位，油液進(jìn)入液壓缸左腔，活塞桿收縮，拉緊皮帶。 當(dāng)拉力達(dá)到規(guī)定的大小時(shí)，將手動(dòng)換向閥打到中位。由液控單向閥鎖緊油 缸。當(dāng)啟動(dòng)終了時(shí)，皮帶即將進(jìn)入正常運(yùn)行階段。將手動(dòng)換向閥 1 打到右 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 位，油液進(jìn)入液壓缸右腔，活塞桿回縮松帶。當(dāng)拉力達(dá)到規(guī)定的大小時(shí)， 將手動(dòng)換向閥 1 打到中位。皮帶進(jìn)入正常運(yùn)行階段。當(dāng)輸送機(jī)工作完畢時(shí)， 打開截止閥。將手動(dòng)換向閥 2 打到右位。此時(shí)液壓絞車反轉(zhuǎn)松繩。當(dāng)拉力 達(dá)到規(guī)定的大小時(shí)，將手動(dòng)換向閥 2 打到中位。液壓絞車自動(dòng)鎖緊。關(guān)閉 截止閥。給泵站電機(jī)斷電。停止工作。 2.2.4 方案對比 上面提出的三個(gè)方案各有特點(diǎn)，現(xiàn)表述如下。 方案一的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)也是比較明顯的，其中最重要的缺點(diǎn) 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(jī)起動(dòng)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(gè)缺點(diǎn)是， 體積比較龐大，占用地方大。 方案二的優(yōu)點(diǎn)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(jì)比較緊湊。由 于它是采用壓力繼電器來控制系統(tǒng)，所以它容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這一點(diǎn)對產(chǎn) 品的推廣非常有利。它的缺點(diǎn)就是，對于張緊力不能達(dá)到實(shí)時(shí)控制，不容 易實(shí)現(xiàn)張緊力的點(diǎn)動(dòng)控制。 方案三的優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)對膠帶張緊力的兩點(diǎn)式控制，完全可以滿足啟 動(dòng)張緊力為正常運(yùn)行張緊力 1.4～1.5 倍的要求；可根據(jù)輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行 狀況，在一定范圍內(nèi)調(diào)整啟動(dòng)及正常運(yùn)行張緊力大??；除具有上述普通型 的特點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)對各張緊力控制點(diǎn)之間張緊力變化規(guī)律 的控制，確保膠帶在理想狀態(tài)下運(yùn)行，減小膠帶的沖擊，提高膠帶使用壽 命。它的缺點(diǎn)就是需手動(dòng)操作。沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 比較以上幾個(gè)方案后，在此選擇第三個(gè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 2.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 圖 2 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，且絞車和液壓缸都是通過滑 輪來拉緊皮帶的已知條件（如上圖） ，可以知道液壓缸的主要設(shè)計(jì)參數(shù)： 液壓缸負(fù)載作用力 F=200KN 液壓缸行程 S=2000 mm 絞車?yán)?80KN 液壓系統(tǒng)為中高壓系統(tǒng)。初步確定系統(tǒng)壓力為 16Mpa. 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 第 3 章 確定液壓泵及配套電機(jī) 3.1 液壓泵的選用 （1） 液壓泵的分類 液壓泵在液壓傳動(dòng)中將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)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(shí)，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(jìn)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(shí)現(xiàn)進(jìn)排的方式稱為配流，除齒輪式和螺桿式是進(jìn)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(jī)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。這里選擇齒輪泵。 （2）液壓泵的主要參數(shù) 泵的型號(hào) CB-Fc16 泵的排量 16.01mL/r 額定壓力 16Mpa 額定轉(zhuǎn)速 2000r/min 驅(qū)動(dòng)功率 9.9KW 容積效率 。%90? （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(yàn)結(jié)果推薦的允許連續(xù)運(yùn)行的最高壽命和容 積效率有關(guān)。這里的額定壓力為 16MPa。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 2）最高壓力 maxp 按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超過額定壓力而允許短暫運(yùn)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(qiáng)度。這里的最高壓力為 20MPa。 3）工作壓力 液壓泵出口的實(shí)際壓力，其值取決于負(fù)載。 4）吸入壓力 液壓泵進(jìn)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(shí)，液壓泵 的進(jìn)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)。 （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。排量的大小僅取決于液壓泵的 尺寸和幾何壓力，有時(shí)又稱為理論排量。 理論流量 不考慮泄漏，液壓泵單位時(shí)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 ＝ * ＝5.34* m/stq601.26?410? 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 2) 實(shí)際流量 q 實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在不同壓力下液壓泵所排出的流量。實(shí)際流量低于理論流 量，其差值就是泵的泄漏量。 3）額定流量 sq 在額定壓力，額定轉(zhuǎn)速下，泵所排出的實(shí)際流量。 4）瞬時(shí)流量 tshq 由于運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，液壓泵的流量往往具有脈動(dòng)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(shí)，因流量脈動(dòng)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(yàn)結(jié)果推薦能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行并保持較高運(yùn)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(yùn)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(yùn)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 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 液壓泵的輸出功率用其流量 q 和出口壓力 p 或進(jìn)出口壓力差 來表示p? P= q*p?310? 式中 q―――――液壓泵的實(shí)際流量（m/s）; ―――――液壓泵的進(jìn)出口壓力差，通常液壓泵的進(jìn)口壓p 力近似為零，因此液壓泵的進(jìn)出口壓力差可用其出口壓力表示 （Pa）。 2)輸入功率 pP 液壓泵的輸入功率即原動(dòng)機(jī)的輸出功率。 ＝7.1KWp 3)總效率 ? 液壓泵的輸出功率與輸入功率之比。 ＝P/ pP 其值為: ＝ ＝76％?1.745 4)效率 V 在轉(zhuǎn)速一定的條件下，液壓泵的實(shí)際流量與理論流量之比。 ＝ =1- ＝1－V?tq?nV 式中 ――――――液壓泵的泄漏量，在液壓泵結(jié)構(gòu)型式，幾何尺q? 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 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(shí)，其容積效 率將會(huì)很低，以致無法正常工作。 ＝0.92V? 5）機(jī)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(jī)械損失，因此 ＝ ＝m?V/Ptpq/? 其值為 ＝0.76/0.92＝82.6％m （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(dòng)，流量沖擊，零部件的震動(dòng)和摩擦以及液壓沖擊等。 3.2 電動(dòng)機(jī)的選用 （1）計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 在泵的規(guī)格表中，一般同時(shí)給出額定工況（額定壓力，額定速，額定 流量）下泵的驅(qū)動(dòng)功率，可以按此直接選擇電動(dòng)機(jī)，也可按液壓泵的實(shí)際 使用情況，用下式計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率： P= KWPNQp??310 式中 -------液壓泵的額定壓力；N ―――――液壓泵的額定流量； ―――――液壓泵的總效率；P? 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 ―――――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(shí)際使用的最大工作壓力，Pa maxp 泵實(shí)際工作壓力 ＝maxp21AF? 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(shí)際中最高壓力為 20MPa （2）選擇電機(jī)型號(hào) 電機(jī)型號(hào) Y160-M 額定功率 11KW 滿載轉(zhuǎn)速 1450r/min 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 第 4 章 確定液壓系統(tǒng)元件、輔件 4.1 選擇液壓控制閥型號(hào) 單向閥 單向閥型號(hào) S10A320 通徑 10mm 工作壓力 31.5MPa 流量 30L/min 流速 5m/s 重量 0.3Kg 生產(chǎn)廠家 上海立新液壓件廠 換向閥 型號(hào) 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 液控單向閥 型號(hào) 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 溢流閥 型號(hào) DBDH10P10/20 流量 50L/min 工作壓力 31.5MPa 設(shè)定壓力 16MPa 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 介質(zhì)溫度-20~70℃ 重量 1Kg 生產(chǎn)廠家 上海東方液壓件廠 單向節(jié)流閥 型號(hào) F-SRCGT-03-50 通徑 10mm 額定流量 30L/min 最小額定流量 3L/min 重量 1.5kg 最高工作壓力 31.5Mpa 介質(zhì) 礦物液壓油 介質(zhì)溫度 -15～70℃ 集成油路板的設(shè)計(jì) 通常使用的液壓元件有板式和管式兩種結(jié)構(gòu)。管式元件通過油管來實(shí) 現(xiàn)相互之間的連接，液壓元件的數(shù)量越多，連接的管件越多，結(jié)構(gòu)就越復(fù) 雜，系統(tǒng)壓力損失越大，占用空間也越大，維修、保養(yǎng)和拆裝越困難。因 此，管式元件一般用于結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)。 板式元件固定在板件上，分為液壓油路板連接、集成油路板連接和疊 加閥連接。把一個(gè)液壓回路中各個(gè)元件合理地布置在一塊液壓油路板上， 這與管式連接比較，除了進(jìn)出液壓油液通過管道外，各液壓元件用螺釘規(guī) 則的固定在一塊液壓閥板上，元件之間由液壓油路板上的孔道溝通。板式 元件的液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修方便，壓力損失小，外形美觀。但是， 其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度差，互換性不好，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，制造加工困難，使用 受到限制。此外，還可以把液壓元件分別固定在幾塊集成塊上，再把各集 成塊按設(shè)計(jì)規(guī)律裝配成一個(gè)液壓集成回路，這種方式與油路板比較，標(biāo)準(zhǔn) 化、系列化程度高，互換性好，維修、拆裝方便，元件更換容易；集成塊 可進(jìn)行專業(yè)生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期短。使用近年來在 液壓油路板和集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件疊加閥組回路也有其 獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它不需要另外的連接條件，有疊加閥直接疊加而成。其結(jié)構(gòu) 更為緊湊，體積更小，重量更輕，無管件連接，從而消除了因油管、接頭 引起的泄振動(dòng)和噪聲。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 4.2 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 3-1 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） 、泄漏油管aRm? (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(jī)床上或機(jī)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 3-2。 液壓油路板的設(shè)計(jì) 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 圖 3 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(shí)，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(gè)，這也可以避免孔道過于復(fù)雜，難與設(shè)計(jì)和 制造。若一個(gè)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(jìn)行分解， 但應(yīng)注意： 1）同一個(gè)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(jī)床加工自動(dòng)線或多工位機(jī)床液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相同的部分應(yīng)設(shè) 計(jì)成可互換的通用板，不同結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成專用板。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 a） b） c） 圖 4 油路板安裝方式 1—油路板 2—連接件 （2）制作液壓元件的樣板 初學(xué)者設(shè)計(jì)液壓油路板時(shí)，要制作液壓元件樣板。根據(jù)產(chǎn)品樣本，對照 實(shí)物繪制液壓元件頂視圖輪廓尺寸，虛線繪出液壓元件底面各油口位置的 尺寸，依照輪廓線剪下來，便是液壓元件樣板。若產(chǎn)品樣本與實(shí)物有出入， 則以實(shí)物為準(zhǔn)。 若產(chǎn)品樣本中的液壓元件配有底版，則樣板可以按底版所提供的尺寸來 制做。若沒有底版，則要注意，有的樣本中所提供的是元件的俯視圖，做 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 樣板是應(yīng)把產(chǎn)品樣本中的圖翻轉(zhuǎn) 180 度。 （3）液壓元件的布局 繪出液壓油路板平面尺寸，把制做好的液壓元件樣板放在液壓油路板上 進(jìn)行布局，此時(shí)要注意： 1）液壓閥閥心應(yīng)處于水平方向，防止閥心自重影響液壓閥的靈敏度， 特別是換向閥一定要水平布置。 2）與液壓油路板上主液壓油路相通的液壓元件，其相應(yīng)油口應(yīng)盡量沿 同一坐標(biāo)軸線布置，以減少加工孔道。 3）壓力表開關(guān)布置在最上方，如果需要在液壓元件之間布置，則應(yīng)留 足空間。 4）液壓元件之間的距離應(yīng)大于 5mm，換向閥上的電磁鐵、壓力閥的 先導(dǎo)閥以及壓力表安裝等可適當(dāng)?shù)纳斓揭簤河吐钒宓妮喞€之外，以減小 油路板的尺寸。 （4）確定油孔的位置尺寸 液壓油路板正面用來安裝液壓元件，表面粗糙度值為 0.8 。上面aRm? 布置有液壓元件固定螺孔、油路板固定孔和液壓元件的油孔。當(dāng)液壓元件 布置完畢后，孔道位置尺寸就基本上確定了。 液壓油路板背面設(shè)計(jì)有執(zhí)行元件連接的油孔（A、B） 、與液壓泵連接的 壓力油孔（P）以及與液壓油箱連接的回油孔（T） ，此類液壓油孔可加工成 米制細(xì)牙螺紋或者英制管螺紋孔。連接尺寸見表 3-1。 液壓油路板內(nèi)部孔道一般分三層布置： 第一層：距液壓油路板正面距離約 10mm，一般布置泄漏油孔（L）和控 制油孔（K） ，要注意的是防止第一層孔道與液壓元件的固定螺孔相通。 第二層：距液壓油路板正面約 25mmm，距第一層約 15mm，布置壓力油口。 第三層：距液壓油路板正面約 41mm，距第二層約 16mm，距液壓油路板 反面 19mm，布置回油孔（T） 。因此，液壓油路板的總厚度一般為 60mm。 （5）繪制液壓油路板的零件圖 液壓油路板結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用多個(gè)視圖表達(dá)，主視圖表示液壓元件安裝固 定的位置、液壓元件進(jìn)出油口的位置和大小，以液壓油路板的兩條棱為坐 標(biāo)軸繪出。液壓元件規(guī)格一旦確定，安裝螺孔和油口的尺寸亦定。后視圖 表示各油管接頭的位置和尺寸。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 表 1 閥板內(nèi)的孔加工尺寸 管接頭安裝 螺紋 鉆螺紋 底孔直徑 閥板 鉆孔直 徑(mm)公稱直徑 （m0d m） 紫銅 管尺寸 （ mmx mm） x內(nèi)外 推薦 流量 (L/min ) 錐螺紋 細(xì)牙螺紋 錐螺紋 細(xì) 牙螺 紋 底孔 深度 (mm) 攻螺 紋深度 (mm) 直 孔 橫 孔 橫孔 螺塞 3 3x4 M8x1 7.0 4 4x6 4 M10x1 9.0 6 Z1/8”8. 7 14 11 （6） 6x8 6 M12x 1.25 10. 7 7 8x10 10 Z1/4”M14x 1.5 11 .3 12.5 18 15 8 8.7 Z1/8” 10 10x12 14.5 12 12x15 25 Z3/8” M15x 1.5 M20x 1.5 14 .8 18. 5 20 10 12 11.3 Z1/4” 15 15x18 40 Z1/2”M24x1.5 18.3 24.5 25 24 19 19x22 63 3/4”M30x1.5 23.7 28.5 25 21 18 18.3 Z1/2” 25 25x28 100 Z1”M36x1.5 29.6 34.5 30 26 30 30x35 160 Z14”M39x 1.5 38 .5 37. 5 32 27 液壓油路板的剖視圖一般要三個(gè)，即每層孔道一個(gè)剖面。為了避免加工 制造差錯(cuò)，液壓油路板零件圖要少用虛線。 設(shè)計(jì)中采用液壓油路板的結(jié)構(gòu)來放置各液壓元件，液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè) 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 計(jì)和疊加閥裝置設(shè)計(jì)這里不在做詳細(xì)說明。 4.3 確定液壓輔件 4.3.1 蓄能器的選用 （1）蓄能器的種類及特點(diǎn) 蓄能器是液壓系統(tǒng)中的一種能量儲(chǔ)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(chǔ)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。 重力蓄能器的特點(diǎn)：在輸出液體的整個(gè)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(jī)械；慣性大，反應(yīng)不靈敏，不宜消除脈動(dòng)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(chǔ)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(diǎn)：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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 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(shí) 先向蓄能器充以預(yù)定壓力的空氣或氮?dú)?，然后由液壓泵向其?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(shí)，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。 直接接觸式蓄能器 它由一個(gè)封閉的殼體組成，殼體頂部有充氣閥，底部有進(jìn)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(diǎn)：容量大，慣性小，反應(yīng)靈敏；占地面積??；沒有 機(jī)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。 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(dòng)活塞式。 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(gè)封閉的空間。氣囊經(jīng)下端 開口塞進(jìn)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(tái)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)壓力上述到爆破壓力時(shí)，， 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。 這種蓄能器的特點(diǎn)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。 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。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 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(dòng)和吸收液壓 沖擊。 差動(dòng)活塞式蓄能器 它由一個(gè)直徑很大的氣缸裝在一個(gè)直徑較小的液 壓缸之上組成?；钊露说囊簤毫偸谴笥谏隙说目諝鈮毫?。能有效的防 止空氣滲入油中?？捎糜趬毫芨叩囊簤合到y(tǒng)。 (2)蓄能器的應(yīng)用 1)作輔助動(dòng)力源 對于間歇運(yùn)行的液壓系統(tǒng)，或在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，執(zhí)行元件運(yùn)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(shí)，蓄能器與液壓泵一起供油，當(dāng)要求供油量小時(shí)，泵輸出 的多余壓力油就輸入蓄能器儲(chǔ)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(bǔ)償泄漏保持壓力 對于執(zhí)行元件長時(shí)間不動(dòng)，又要求保持一定的壓力，可以用蓄能器來 補(bǔ)償泄漏。 3)作緊急動(dòng)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(shí)，執(zhí) 行元件仍須完成必要的動(dòng)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(shí)就需要有適當(dāng)容量的蓄能器作動(dòng)力源。 4)消除脈動(dòng) 如果液壓系統(tǒng)中采用液壓泵，且其柱塞數(shù)較少時(shí)，或齒輪泵的齒數(shù)較 少時(shí)，系統(tǒng)的壓力，流量和力矩等參數(shù)脈動(dòng)很大。此外，溢流閥的脈動(dòng)以 及某些形式的容積式流量計(jì)，也會(huì)使系統(tǒng)的壓力和流量脈動(dòng)。若在系統(tǒng)中 裝設(shè)蓄能器，則可將脈動(dòng)降低到最低限度，使對振動(dòng)敏感的儀表及管路接 頭，閥的損壞事故大為減少。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 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(yùn)動(dòng)突然停止， 甚至人為的要執(zhí)行元件緊急制動(dòng)等原因，都會(huì)使管路內(nèi)液體流動(dòng)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(huì)使系統(tǒng) 產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。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(jì)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補(bǔ)償泄露及 壓力損失。消除脈動(dòng)和吸收液壓沖擊。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇兩個(gè)容積為 16L 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補(bǔ)償泄露，吸收液壓沖擊和消除脈動(dòng)，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(diǎn)的正常工作壓力。 (5)蓄能器的主要參數(shù) 型號(hào) NXQ-A-16/20LA 公稱壓力 20MPa 耐壓試驗(yàn)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。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 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(jìn)行安 裝。 d)吸收液壓沖擊，壓力脈動(dòng)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(jìn)行焊接，鉚接和機(jī)械加工，不許敲打。 b)蓄能器銘牌應(yīng)置于醒目位置。 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(gè)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?dú)馄繅毫σ?般在 16MPa。如果充氣壓力高于上述值時(shí)，則需要使用帶有增壓設(shè)備的充氮 小車。 4.3.2 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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 濾器或?yàn)V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(jī)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(jìn)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(shí)，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(kuò)散，靜電力或慣性力作用下，有些可能被吸附在通道內(nèi)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(jī)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(gè)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。 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(shí)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(píng)定過濾器精度的常用方法有下面幾種： 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 名義過濾精度：名義過濾精度的評(píng)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?yàn)V除和控制的最小顆粒尺寸，這對實(shí)施污染控制有實(shí)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。 壓差特性 油液流經(jīng)濾油器時(shí)由于油液運(yùn)動(dòng)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)。 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(shí)，濾芯使用壽命結(jié)束。在過濾器整個(gè)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，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。 （3） 過濾器的選擇 濾油器型號(hào) ZU-H25*20s 公稱流量 25L/min 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 過濾精度 20 m 公稱壓力 32MPa ? 初始?jí)毫p失 0.08MPa 最大壓力損失 0.35MPa 重量 5Kg 濾芯型號(hào) HDX-25*5 連接方式 管式。 4.3.3 壓力表及測壓管路選用 （1）普通壓力表用于液壓裝置和其他動(dòng)力設(shè)備時(shí)，因設(shè)備振動(dòng)和介質(zhì) 壓力的劇烈脈動(dòng)，壓力表的彈性元件將會(huì)迅速疲勞，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也將嚴(yán)重 磨損，從而使儀表精度大大下降，使用壽命縮短。為此，必須采用耐振壓 力表或在普通壓力表后接壓力開關(guān)。 這里選擇耐振壓力表 YTN-60-2，主要技術(shù)參數(shù)如下： 結(jié)構(gòu)形式：軸向前邊 公稱直徑：φ60mm 測量范圍：0～25MPa 精度等級(jí)：1.5 接頭螺紋：M14×1.5mm （2）測壓接頭 型號(hào)：PT-11 M1：M14×1.5 mm M2：M16×1.5 mm （3）測壓軟管 型號(hào)：HFH4-P1-3-P-1 公稱通經(jīng)：3 mm 壓力等級(jí)：P－40MPa 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 4.3.4 液壓管路的設(shè)計(jì) (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(shí)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(hào)，15 號(hào)冷拔無縫鋼管，因其外徑尺寸準(zhǔn)確， 質(zhì)地均勻，強(qiáng)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） 吸油管路的內(nèi)徑 d 4.61 19mm 取為 20mm?1/4.? 其中 管內(nèi)的流速 v 選擇 v=1m/s 壓力管道的內(nèi)徑 d 4.61 10mm 取為 10mm?5/4.1? 其中 管內(nèi)的流速 v 選擇 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁 v=5m/s 第 5 章 液壓缸設(shè)計(jì)及其液壓絞車選型 根據(jù)工作需要，液壓缸設(shè)計(jì)為單出桿式單作用液壓缸。 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 里選擇尾部耳環(huán)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(qiáng)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２５ＭＰa，缸筒內(nèi)徑小于３２０mm，活塞桿和缸筒的加 工條件許可時(shí)允許最大行程達(dá)到１５m，多用于車輛、船舶和礦山等機(jī)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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 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(jī)械,冶金機(jī)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 8m. 這次設(shè)計(jì)的液壓缸,是用于牽引皮帶前后運(yùn)動(dòng),活塞桿的行程為 2m,牽引 力最大為 200KN,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后端蓋采用法蘭連接。 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(jī)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. 這里前后端蓋與缸筒采用法蘭連接。 (2)缸筒設(shè)計(jì) 缸筒結(jié)構(gòu)： 采用焊接，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小。缺點(diǎn)是缸體有可 能變形。 缸筒材料：選用 45。毛坯采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管。材料機(jī)械 性能如下表所示： 表 2 (3)、缸筒計(jì)算： 材料 σ b最小值 σ s最小值 δ s最小值 45 610 360 14 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 缸筒內(nèi)徑：已知液壓缸的理論作用力 F 及供油壓力 p，則有活塞桿側(cè)的 缸筒內(nèi)徑 D 為：當(dāng)活塞桿伸出時(shí)的理論推力 1 =A p= p1F4?2D 實(shí)際推力為 = * *16≈320000N=320KN16.320 當(dāng)活塞縮回時(shí)的理論拉力 = p= ( - )p2FA4?2Dd = *( - )*16≈240000N=240KN16.308 有上述公式可分別算出有桿側(cè)和無桿側(cè)的缸筒直徑，取較大的值即 D = 160 mm 缸筒壁厚及驗(yàn)算：參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓傳動(dòng)表 20-6-9 選擇合適的產(chǎn) 品系列。確定缸筒外徑及其壁厚。具體尺寸如下表： 產(chǎn)品系列 代號(hào) 額定壓力 MPa 外徑 mm 內(nèi)徑 mm 壁厚 mm E 型 25 194 160 17 表 3 作為已成型的產(chǎn)品，沒有必要再次進(jìn)行驗(yàn)算。 缸筒底部厚度計(jì)算：因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)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(jì)主要考慮及工藝要求形 狀，而不考慮受力。 缸筒頭部法蘭厚度：參照實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)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： 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 螺栓 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 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 4 公稱壓力為 25Mpa。 表中長度尺寸均為 mm 數(shù)量為單個(gè)。 字母標(biāo)記見實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二版下冊——機(jī)械工業(yè)出版社出版。 缸筒與端部焊接應(yīng)力計(jì)算：因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)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(jì)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(jí)配合，表面粗糙度值為 0.20 微米。需進(jìn)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 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。 活塞與活塞桿的連接： 選用卡環(huán)式，用鎖緊機(jī)構(gòu)防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開。同時(shí)采用 靜密封。 活塞的密封： 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 采用車氏組合密封角形滑環(huán)式。 活塞材料： 因?yàn)橛袑?dǎo)向環(huán)，所以選用 45。 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 5.2.3 活塞桿： 結(jié)構(gòu)： 活塞桿有實(shí)心桿和空心桿兩種，見下圖?？招幕钊麠U的一端，要留出 焊接和熱處理時(shí)用的通氣孔 d2。 a)實(shí)心活塞桿 b)空心活塞桿 圖 4 我選擇其中的實(shí)心活塞桿結(jié)構(gòu)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 即： 桿體： 設(shè)計(jì)為實(shí)心桿。 桿內(nèi)端： 由活塞與活塞桿的連接型式來確定。 桿外端： 因?yàn)橐簤焊椎妮S線在工作時(shí)固定不動(dòng)?？紤]到受力較 大，所以選擇大螺紋頭。 活塞桿的材料與技術(shù)要求 材料： 選用 45 號(hào)剛，調(diào)質(zhì)處理。需淬火，活塞桿直徑每毫米淬深 0.03mm。 機(jī)械性能： 見下表 材料 熱處理材料 機(jī)械 性能 45 600 340 13 調(diào)質(zhì) 表 5 活塞桿的技術(shù)要求 活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，采用 H8/h7 配合。其圓度和圓柱度公差不大 于直徑公差之半。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于 0.01mm，這 樣就避免了活塞與缸筒、活塞與導(dǎo)向套的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面 與活塞桿軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，從而保證活塞安裝不 產(chǎn)生歪斜。 活塞桿的外圓粗糙度值為 0.2 微米。為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿 的表面需進(jìn)行鍍鉻處理，鍍層厚度 0.04 微米，并進(jìn)行拋光或磨削加工。 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(shí)，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(jí)精度選取。我選取 10 級(jí)精度。 3)活塞桿 d 的圓柱度公差值，應(yīng)按 8 級(jí)精度選取。 4)活塞桿 d 對 d1的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為 0.01mm。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 5)端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7 級(jí)精度選取。 6)活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6 級(jí)精度加工；如載荷較小，機(jī)械振動(dòng) 也較小時(shí)，允許按 7 級(jí)或 8 級(jí)精度制造。這里選擇按 6 級(jí)精度加工。 7)活塞桿上若有聯(lián)接銷孔時(shí)，該孔徑按 H11 級(jí)加工。該孔軸線與活塞 桿軸線的垂直公差值，按 6 級(jí)精度選取。 8)活塞桿上下工作表面的粗糙度為 Ra0.63μm，必要時(shí)，可以鍍鉻，鍍 層厚度約為 0.05mm,鍍后拋光。 3、活塞桿的尺寸。 活塞桿直徑計(jì)算： MFdP3104???? F —— 液壓缸的推力， N σ p —— 材料的許用應(yīng)力，MpanSP? d —— 活塞桿直徑，m 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算： 采用實(shí)用驗(yàn)算法。已知作用力和活塞桿直徑，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓傳 動(dòng)一書活塞桿彎曲計(jì)算圖中可以校驗(yàn)出穩(wěn)定性程度，經(jīng)過校驗(yàn)，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(jìn)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(shí)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(shí)，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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 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(jì)的液壓缸受力主要為拉 力，與活塞桿軸線重合，所以外力作