　　　本论文是设计一种用于带式输送机的液压自动张紧及检测装置。首先，通过查阅资料，分析了现有的张紧装置的优缺点，并在此基础上设计了装置的总体布局。其次，通过对工况要求的分析，选择液压张紧的方式，并查阅资料设计了该装置的液压系统，主要部件液压缸以及对部分辅助液压元件进行了计算和选择。最后，通过与指导老师交流和查阅资料选择了用单片机控制的液压检测装置对皮带进行自动张紧。采用单片机具有反应快，实时监控等优点，达到生产使用的要求。该装置可作为大型带式输送机的张紧装置，例如煤矿上的带式输送机等。　　

关键词带式输送机；液压系统；液压缸；单片机；绞车

　　　This paper is to design a hydraulic auto-tensioner and a detection device for the belt conveyor. First accessing to information, I analyzed the advantages and disadvantages of the existing tensioning device. And on this basis, I designed the overall layout of the device. Secondly I analyzed the working conditions and selected the hydraulic tensioning mean, then designed the hydraulic system of the device and the important hydraulic cylinder. I also calculated and chose the hydraulic components on the part of the auxiliaries. Finally with the guidance of teacher and accessing to information I selected SCMs to control the hydraulic cylinder for the belt conveyor. I used SCMs, which have a quick reaction and a real-time monitoring, to achieve the requirements of the production and use. The device can be used as a large belt tensioning device, such as the coal conveyor and so on.

Keywords belt conveyor hydraulic system hydraulic cylinder SCM winch

摘要I

AbstractII

1 绪论1

1.1带式输送机简述1

1.2带式输送机的工作原理1

1.3带式输送机的构成及特点1

1.3.1 带式输送机的构成1

1.3.2带式输送机的特点2

1.4 带式输送机张紧装置的作用和类型3

1.5现有带式输送机张紧装置的原理及特点3

1.5.1重锤式张紧装置3

1.5.2螺旋式张紧装置4

1.5.3钢绳绞车式张紧装置4

1.5.4电控自动张紧装置4

1.6带式输送机液压张紧装置5

1.7液压式自动张紧装置的设计7

2 皮带运输机液压自动张紧装置的总体结构8

2.1总体结构各部件的确定8

2.1.1执行部件的选择8

2.1.2控制部件的选择8

2.1.3动力及其它部件的选择8

2.2系统结构布置简图绘制8

2.2.1张紧装置总体组成及其作用9

2.2.2系统结构布置简图9

3 张紧装置的液压系统设计10

3.1设计参数和拉紧装置应该满足要求分析10

3.1.1设计参数10

3.1.2设计要求分析10

3.2工况分析并确定液压缸参数11

3.1.1负载分析初步确定各工况的负载和速度11

3.1.2初步确定液压缸参数11

3.3液压缸的设计12

3.3.1液压缸的类型确定12

3.3.2液压缸的安装形式13

3.3.3液压缸重要技术性能参数的计算14

3.3.4缸筒的设计与计算14

3.4活塞杆的设计与计算17

3.4.1活塞杆尺寸的确定17

3.4.2活塞杆的形式和材料及技术要求17

3.4.3活塞杆的强度计算18

3.4.4活塞杆的结构设计18

3.5活塞的设计与计算19

3.5.1活塞的结构形式19

3.5.2活塞的材料及技术要求19

3.5.3活塞的尺寸的确定20

3.6导向套的设计与计算20

3.7端盖和缸底的设计与计算21

3.7.1端盖的设计21

3.7.2端盖的材料和技术要求22

3.8其他零件的设计与计算22

3.8.1油口的设计与计算22

3.8.2挡圈的设计选择23

3.8.3轴套的设计与计算24

3.9液压缸的密封防尘导向的选择24

3.9.1端盖和活塞杆的密封防尘24

3.9.2端盖和缸筒的密封25

3.9.3活塞和活塞杆的密封26

3.9.4活塞和缸筒的密封26

3.10液压回路的分析及选择26

3.10.1液压回路的选择26

3.10.2液压回路的组合及其动作原理28

3.11液压元件的选择29

3.11.1液压泵的计算与选择29

3.11.2驱动电机的计算和选择30

3.11.3液压元件型号30

3.11.4油管的计算和选择30

3.11.5蓄能器，油箱的选择31

4 外设的选用33

4.1绞车的选型33

4.2滑轮的设计与选用33

5 张紧装置的控制系统设计35

5.1控制功能分析35

5.2硬件的选择36

5.2.1单片机的选择36

5.2.2压力传感器的选择37

5.2.3模数转换器的选择38

5.2.4变频器的选择39

5.3程序流程图的设计42

5.3.1单片机2控制变频器程序流程图42

5.3.2单片机1的程序流程图43

5.4电路图的绘制44

结论46

致谢47

参考文献48

2 皮带运输机液压自动张紧装置的总体结构

2.1总体结构各部件的确定

　　　通过对整个张紧装置的作用以及应满足的要求的分析和选择，确定装置应具有的部件如下。

2.1.1执行部件的选择

　　　由前文可知张紧装置在其工作过程中的作用如下：

　　　1.保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力，从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机正常运转。

　　　2.保证承载分支最小张力点的必须张力，限制输送带在托锟之间垂度，保证带式输送机的正常运行，不致因输送带松弛而导致打滑，跑偏等现象。

　　　3.补偿塑性变形与过渡工况式输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，所以张紧力是变化的，必须经常调节拉紧滚筒的位置，才能保证带式输送机的正常工作。

　　　4.为输送带重新接头作必要的行程准备。每每部带式输送机都有若干个接头，可能在某一时间街头会出现问题，必须截头重做，而这时可通过放松拉紧装置重新接头来解决。

　　　可见，张紧装置因具有自动调节拉紧力，响应快，体积小，控制简单等特点。根据设计要求，液压自动张紧装置的执行元件可选择工程液压缸结合调度绞车的形式，以满足皮带机在正常工作，断带调整，重新接头以及位置转移时对张紧装置的不同要求。

2.1.2控制部件的选择

　　　1.皮带运输机在煤矿生产中大多用在井下和地上选煤，在井下使用时应保证其工作过程中不产生电火花，所以张紧装置应有防爆控制箱。

　　　2.张紧装置正常工作时，可采用泵断续的供油，利用蓄能器实现油缸的自动张紧和特殊情况下启动保护作用，以降低能耗。

　　　3.在皮带运输机尾部拉紧小车的轨道上设置行程开关，来控制液压缸张紧系统快速动作，以防在断带时拉紧小车的快速后退和油缸中某一腔的液压急剧变化而造成很大的冲击对系统带来巨大的破坏。

2.1.3动力及其它部件的选择

　　　1.设置液压泵站，为系统提供动力。

　　　2.设置固定绳座，选择系统所用的钢绳以及其他附属元件。

2.2系统结构布置简图绘制

2.2.1张紧装置总体组成及其作用

　　　由上文分析，选择可知，张紧装置总体有以下几个部分组成：

　　　1.油缸，正常工作时的执行元件。

　　　2.慢速调度绞车，在皮带机断带调整，重新接头时工作。

　　　3.防爆控制箱，皮皮带机在井下工作时起隔离，防爆作用。

　　　4.液压泵站，提供压力油，提供系统动力。

　　　5.蓄能器，在液压泵间隔空转是为系统提供动力，并在特殊情况下起保护作用。

　　　6.行程开关，起断带保护的作用。

　　　7.其他部件，为系统起固定，连接，传动等作用。

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内容简介：: 图书分类号：密级：毕业设计(论文)液压皮带张紧和监测装置设计THE DEVICE DESIGN OF THE HYDRAULIC TENSIONER AND THE DETECTION OF THE BELT CONVEYOR学生姓名蔡慧敏学院名称机电学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师陈跃2011年5月27日徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日II摘要本论文是设计一种用于带式输送机的液压自动张紧及检测装置。首先，通过查阅资料，分析了现有的张紧装置的优缺点，并在此基础上设计了装置的总体布局。其次，通过对工况要求的分析，选择液压张紧的方式，并查阅资料设计了该装置的液压系统，主要部件液压缸以及对部分辅助液压元件进行了计算和选择。最后，通过与指导老师交流和查阅资料选择了用单片机控制的液压检测装置对皮带进行自动张紧。采用单片机具有反应快，实时监控等优点，达到生产使用的要求。该装置可作为大型带式输送机的张紧装置，例如煤矿上的带式输送机等。关键词带式输送机；液压系统；液压缸；单片机；绞车AbstractThis paper is to design a hydraulic auto-tensioner and a detection device for the belt conveyor. First accessing to information, I analyzed the advantages and disadvantages of the existing tensioning device. And on this basis, I designed the overall layout of the device. Secondly I analyzed the working conditions and selected the hydraulic tensioning mean, then designed the hydraulic system of the device and the important hydraulic cylinder. I also calculated and chose the hydraulic components on the part of the auxiliaries. Finally with the guidance of teacher and accessing to information I selected SCMs to control the hydraulic cylinder for the belt conveyor. I used SCMs, which have a quick reaction and a real-time monitoring, to achieve the requirements of the production and use. The device can be used as a large belt tensioning device, such as the coal conveyor and so on.Keywords belt conveyor hydraulic system hydraulic cylinder SCM winch徐州工程学院毕业设计(论文)目录摘要IAbstractII1 绪论11.1带式输送机简述11.2带式输送机的工作原理11.3带式输送机的构成及特点11.3.1 带式输送机的构成11.3.2带式输送机的特点21.4 带式输送机张紧装置的作用和类型31.5现有带式输送机张紧装置的原理及特点31.5.1重锤式张紧装置31.5.2螺旋式张紧装置41.5.3钢绳绞车式张紧装置41.5.4电控自动张紧装置41.6带式输送机液压张紧装置51.7液压式自动张紧装置的设计72 皮带运输机液压自动张紧装置的总体结构82.1总体结构各部件的确定82.1.1执行部件的选择82.1.2控制部件的选择82.1.3动力及其它部件的选择82.2系统结构布置简图绘制82.2.1张紧装置总体组成及其作用92.2.2系统结构布置简图93 张紧装置的液压系统设计103.1设计参数和拉紧装置应该满足要求分析103.1.1设计参数103.1.2设计要求分析103.2工况分析并确定液压缸参数113.1.1负载分析初步确定各工况的负载和速度113.1.2初步确定液压缸参数113.3液压缸的设计123.3.1液压缸的类型确定123.3.2液压缸的安装形式133.3.3液压缸重要技术性能参数的计算143.3.4缸筒的设计与计算143.4活塞杆的设计与计算173.4.1活塞杆尺寸的确定173.4.2活塞杆的形式和材料及技术要求173.4.3活塞杆的强度计算183.4.4活塞杆的结构设计183.5活塞的设计与计算193.5.1活塞的结构形式193.5.2活塞的材料及技术要求193.5.3活塞的尺寸的确定203.6导向套的设计与计算203.7端盖和缸底的设计与计算213.7.1端盖的设计213.7.2端盖的材料和技术要求223.8其他零件的设计与计算223.8.1油口的设计与计算223.8.2挡圈的设计选择233.8.3轴套的设计与计算243.9液压缸的密封防尘导向的选择243.9.1端盖和活塞杆的密封防尘243.9.2端盖和缸筒的密封253.9.3活塞和活塞杆的密封263.9.4活塞和缸筒的密封263.10液压回路的分析及选择263.10.1液压回路的选择263.10.2液压回路的组合及其动作原理283.11液压元件的选择293.11.1液压泵的计算与选择293.11.2驱动电机的计算和选择303.11.3液压元件型号303.11.4油管的计算和选择303.11.5蓄能器，油箱的选择314 外设的选用334.1绞车的选型334.2滑轮的设计与选用335 张紧装置的控制系统设计355.1控制功能分析355.2硬件的选择365.2.1单片机的选择365.2.2压力传感器的选择375.2.3模数转换器的选择385.2.4变频器的选择395.3程序流程图的设计425.3.1单片机2控制变频器程序流程图425.3.2单片机1的程序流程图435.4电路图的绘制44结论46致谢47参考文献48521 绪论1.1带式输送机简述带式输送机，又称胶带输送机，现场俗称“皮带”。它是冶金，电力和化工等工矿企业常见的连续动作是运输设备之一，尤其在煤炭工业中，使用更为广泛。在煤矿上，带式输送机主要用于采区顺槽，采区上（下）山，主要运输平巷及斜井，较常用于地面生产和选煤厂中。1.2带式输送机的工作原理带式输送机的结构示意图如图1-1所示，输送带绕经驱动滚筒1和机尾换向滚筒5形成无机闭合带。上下两股输送带是由安装在机架上的托辊3支撑着。拉紧装置的作用是给输送带正常云状所需要的张紧力。工作时，驱动滚筒通过它与输送带之间的摩擦力驱动输送带运行。图1-1带式运输机工作原理图1.驱动滚筒2.清扫装置3.托辊4.输送带5.机尾换向滚筒6.拉紧装置1.3带式输送机的构成及特点1.3.1 带式输送机的构成带式输送机主要有输送带，驱动装置，托辊及支架，拉紧装置，制动装置，储带装置和清扫装置组成。如图1-2为SSJ系列可伸缩带式输送机；如图1-3为TD75型通用固定带式输送机。1.3.2带式输送机的特点带式输送机铺设倾角一般为1618,一般向上运输取较大值，向下运输取较小值。带式输送机能力大，调度组织简单，维护方便，因而运营费低。此外，结构简单，运行平稳可靠，运行阻力小，耗电量低，容易实现自动化也是它的特点。图1-2 SSJ系列可伸缩带式输送机图1-3 TD75型通用固定带式输送机输送带最初是由传送带发展而来的，随着输送机的用途不断扩大和科学技术的发展，输送带为了满足输送机的要求，品种不断扩大，但所有的输送机在运行一段时间后都有可能使输送带变长，变形等，输送带的变长由弹性伸长和永久伸长组成。所以，需要采用张紧装置来克服由于输送带变长而引起的缺陷。带式输送机装置是矿用带式输送机不可缺少的重要组成部分，它直接关系到带式输送机的安全运行及使用寿命等。1.4 带式输送机张紧装置的作用和类型为了保证输送机能正常运转，张紧装置势必不可少的装置之一。张紧装置有四个主要作用：1.保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力，从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机正常运转。2.保证承载分置最嚣张锂电的必须张紧力，限制输送带在托辊之间的垂度，保证带式输送机的正常运行，不致因输送带松弛而导致打滑，跑偏等现象。3.补偿塑性变形与过渡工况式输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，所以张紧力是变化的，必须经常调节拉紧滚筒的位置，才能保证带式输送机的正常工作。4.为输送带重新接头作必要的行程准备。每每部带式输送机都有若干个接头，可能在某一时间街头会出现问题，必须截头重做，而这时可通过放松拉紧装置重新接头来解决。现有张紧装置大致五种，分别是：重锤车式张紧装置，螺旋式张紧装置，钢绳绞车式张紧装置，电控式自动张紧装置和液压式自动张紧装置。1.5现有带式输送机张紧装置的原理及特点1.5.1重锤式张紧装置如图1-4所示，机尾换向滚筒1固定在小车2上，垂直悬吊的重锤3和小车2相连，由于重锤3的重量可以为一定值，所以皮带的张力，拉紧力恒定，同时重锤靠自重张紧，能自动补偿皮带的伸长，但其需要的空间大，占地面积大，往往受空间限制而无法使用，易于使用在固定式长距离运输机上。图1-4 重锤车式张紧装置1.滚筒 2.小车 3.重锤1.5.2螺旋式张紧装置如图1-5所示，拉近滚筒的轴承座安装在活动架上，活动架可以在导轨上滑动，旋转螺旋杆使活动架上的螺母和活动架一起前进和后退，达到张金和放松的目的。其结构简单，但行程太小，只适用于短距离的运输机上，且当皮带自行伸长时，不能自动张紧。图1-5 螺旋式张紧装置1.5.3钢绳绞车式张紧装置如图1-6所示，这种张紧装置是利用小型绞车张紧。绞车一般用蜗轮蜗杆减速器带动卷筒来缠绕钢绳从而张紧皮带。这种张紧装置的优点是体积小，拉力大，所以被广泛运用到井下带式运输机中，但其不能自行张紧。图1-6 钢绳绞车式张紧装置1.5.4电控自动张紧装置自动张紧装置不仅能根据主动滚筒的牵引力来自动调节拉紧力，而且还能补偿皮带的伸长。如图1-7所示，是电控自动张紧装置的一种，此张紧装置只能保持张紧力恒定，相当于重锤是拉紧装置，不能根据其工况随时改变张紧力。图1-8 电控自动张紧装置1.控制箱 2.永久磁铁 3.控制杆 4.弹簧 5.缓冲器 6.电动机 7.减速器 8.链传动 9.传动齿轮 10.滚筒 11.钢丝绳 12.拉紧滚筒及活动小车 13.皮带电动机6启动后，经过弹性连轴节带动蜗轮减速器7，在经过传动装置8（链传动）带动下面的滚筒，下面的滚筒通过传动比为1:1的齿轮9带动上面的滚筒，两个滚筒10旋转方向相反，这样通过钢绳11可以移动小车12，是皮带13存储或放出，张紧或放松。控制杆2的一端通过钢绳绕过两个定滑轮组后与动滑轮相连，另一端连有两根弹簧4，通过调节弹簧可以做到满足所需要的拉力。在钢绳拉力和弹簧拉力的共同作用下，控制杆处于中间位置。当胶带张紧力小于调节好的数值时，弹簧对控制杆的作用力大于钢绳对控制杆的作用力，原被拉伸的弹簧缩回，带动控制杆向右偏斜。装在控制杆上的磁铁3接通安装在控制箱1中的张紧继电器，开动绞车使皮带拉紧，钢绳对控制杆的张紧力逐渐增加，弹簧又逐渐伸长。当皮带的张紧力恢复到调节好的数值时，控制杆回到中间位置。这时永久磁铁离开张紧继电器，继电器断开，绞车停止转动，从而张紧过程结束。反之，当胶带张紧力大于调节好的数值时，可以开动绞车反转，以放松皮带。缓冲器5的作用是使张紧力的震荡受到阻尼作用。此装置中的张紧力调节可以通过调节弹簧实现。1.6带式输送机液压张紧装置ZYL500J型带式输送机自控液压拉紧装置带式输送机自控液压拉紧装置是根据我国带式输送机的特点，吸取世界工业发达国家的先进技术，考虑大师输送机在工作时所需拉紧力不同，经合理的张力模型分析研究而设计的。如图1-9所示，ZYL500J型自控液压拉紧装置适用于长距离歹势输送机的张紧，主要由拉紧油缸，液压泵站，蓄能站，电气控制开关，张紧小车和拉紧附件等五大部分组成。其中液压泵站，蓄能站和电气控制开关不需要做地基，仅要求安放地点不落物料和水即可。图1-9 ZYL500J型带式输送机自控液压拉紧装置液压原理图1，13，15.吸油滤油器2.组电机泵组3，14.电磁溢流阀4.手动换向阀5.液控单向阀6，12.压力表7.拉紧油缸8.蓄能器9.截止阀10.压力继电器11.溢流阀16.副电机泵组17.卸荷溢流阀18.电液电磁换向阀20.平衡阀21.制动器22.液压马达液压系统的工作原理如下：将旋钮开关调整到自动位置，按下启动按钮准备进入启动过程自动状态1.输送机启动控制开关得到启动信号后，电磁铁2DT,4DT及主电机得电启动张紧绞车正转，张紧力上升至启动设定值，电磁铁2DT，4DT及主电机失电张紧绞车停止正转，并返回允许启动信号，进入启动过程。输送机在启动过程中张紧系统不允许参与任何动作。输送机启动完成后，并发出满速信号或通过时间延时t秒。控制开关得到满速信号或延时t秒后，电磁铁2DT，3DT及主电机得电启动张紧绞车反转，张紧力下降至运行上限设定值。电磁铁2DT，3DT及主电机失电张紧绞车停止反转，进入正常运行阶段。2.正常运行阶段在正常运行期间，当系统张紧力低于测力装置变送设定下限值时，电磁铁2DT，4DT及主电机得电启动张紧绞车正转，张紧力上升至测力装置变送设定上限值。电磁铁2DT，4DT及电机失电张紧绞车停止正传。在正常运行期间，当活塞杆伸出行程达到头行程开关时，发出报警故障灯闪烁信号。通知值班司机输送机停车后需要调整活塞杆伸出位置。在正常运行期间，当活塞杆缩回行程达到头行程开关时，发出报警故障灯闪烁信号。通知值班司机输送机停车后需要调整活塞杆伸出位置。若系统张紧力超过设定高限值时，电磁铁2DT,3DT及主电机得电启动张紧绞车反转，张紧力下降至运行上限设定值。电磁铁2DT，3DT及主电机失电张紧绞车停止反转。3.停机阶段与正常运行阶段工况相同，等待再次启动准备信号。1.7液压式自动张紧装置的设计液压式自动张紧装置有很多形式，其最终目的就是不仅能根据主动滚筒的牵引力来自动调节拉紧力，而且还能补偿皮带的伸长以及在输送机皮带调整时能方便操作等。本设计采用液压缸和绞车结合的液压式自动张紧装置，一定程度上满足了上述目的，定为生产实际带来很大效益。通过上文分析，结合他们的优点，下面将分三部分对液压式自动张紧装置的结构布置，液压系统和液压缸等进行设计，计算。2 皮带运输机液压自动张紧装置的总体结构2.1总体结构各部件的确定通过对整个张紧装置的作用以及应满足的要求的分析和选择，确定装置应具有的部件如下。2.1.1执行部件的选择由前文可知张紧装置在其工作过程中的作用如下：1.保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力，从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机正常运转。2.保证承载分支最小张力点的必须张力，限制输送带在托锟之间垂度，保证带式输送机的正常运行，不致因输送带松弛而导致打滑，跑偏等现象。3.补偿塑性变形与过渡工况式输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，所以张紧力是变化的，必须经常调节拉紧滚筒的位置，才能保证带式输送机的正常工作。4.为输送带重新接头作必要的行程准备。每每部带式输送机都有若干个接头，可能在某一时间街头会出现问题，必须截头重做，而这时可通过放松拉紧装置重新接头来解决。可见，张紧装置因具有自动调节拉紧力，响应快，体积小，控制简单等特点。根据设计要求，液压自动张紧装置的执行元件可选择工程液压缸结合调度绞车的形式，以满足皮带机在正常工作，断带调整，重新接头以及位置转移时对张紧装置的不同要求。2.1.2控制部件的选择1.皮带运输机在煤矿生产中大多用在井下和地上选煤，在井下使用时应保证其工作过程中不产生电火花，所以张紧装置应有防爆控制箱。2.张紧装置正常工作时，可采用泵断续的供油，利用蓄能器实现油缸的自动张紧和特殊情况下启动保护作用，以降低能耗。3.在皮带运输机尾部拉紧小车的轨道上设置行程开关，来控制液压缸张紧系统快速动作，以防在断带时拉紧小车的快速后退和油缸中某一腔的液压急剧变化而造成很大的冲击对系统带来巨大的破坏。2.1.3动力及其它部件的选择1.设置液压泵站，为系统提供动力。2.设置固定绳座，选择系统所用的钢绳以及其他附属元件。2.2系统结构布置简图绘制2.2.1张紧装置总体组成及其作用由上文分析，选择可知，张紧装置总体有以下几个部分组成：1.油缸，正常工作时的执行元件。2.慢速调度绞车，在皮带机断带调整，重新接头时工作。3.防爆控制箱，皮皮带机在井下工作时起隔离，防爆作用。4.液压泵站，提供压力油，提供系统动力。5.蓄能器，在液压泵间隔空转是为系统提供动力，并在特殊情况下起保护作用。6.行程开关，起断带保护的作用。7.其他部件，为系统起固定，连接，传动等作用。2.2.2系统结构布置简图如图2-1所示：图2-1 皮带机液压自动涨紧装置系统结构布置简图1.皮带2.拉紧小车3.小车轨道4.钢绳5 .行程开关6.液压泵站7.滑轮组8.防爆控制箱9. 蓄能器10. 慢速调度小车11.压力传感器 12. 拉紧油缸13. 固定绳索系统结构布置图说明：1.此图为示意图，详见工程图。2.拉紧油缸的中线位置，滑轮组，钢绳的布置位于同一水平面内。3.防爆控制箱8，液压泵站6为无地基放置件，可根据使用场合的不同灵活放置。4.滑轮组之间的垂直距离要尽可能大，以保证拉紧小车的稳定性。3 张紧装置的液压系统设计3.1设计参数和拉紧装置应该满足要求分析3.1.1设计参数1.启动张力是正常运行的1.3-1.5倍要求2.被拉紧皮带宽1米3.最大拉紧力150KN4.张紧速度：V1=2m/min，快退速度为：V2=4m/min5.张紧行程：S=1000mm3.1.2设计要求分析结合生产实际，考虑多方面原因得出以下拉紧装置应满足的要求：1.如图3-1所示，实现油缸的张紧，松开以及特殊时期的动作2.张紧系统能随皮带张力的大小的变化而动作，实现皮带的张紧力在一范围内保持不变，哲理取皮带的张力F的范围为： 0.95FFA稳，所以能满足最小稳定速度的要求。2.计算进给液压缸各运动阶段的压力，流量和功率通过估计，工作时背压P背=Pa，快退时背压P背=Pa,同时根据上面计算出的液压缸的直径及活塞杆的直径等，计算出液压缸各运动阶段的压力，流量和功率，如下表3-2。表3-2 液压缸的压力流量和功率工况负载F(KN)回油腔压力P2(Mp)进油腔压力P1(Mp)输入油量Q(L/min)输入功率N(KW)计算公式启动阶段116.67 P2=P123.22变化值变化值张紧阶段83.30.67.1524.532.92快速后退阶段00.81.3528.970.653.3液压缸的设计3.3.1液压缸的类型确定根据设计要求，设计液压系统为中高压系统，根据不同类型液压缸所需满足的工况情况的不同，可选择“双作用单杆直线液压缸”，根据机械设计手册选择焊接型液压缸，因为这类液压缸暴露在外面的零件较少，外表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境条件。但由于前端盖螺纹强度和预紧时端盖对操作的限制，因而不能用于过大的缸的内径和较高的工作压力，缸的内径常用于D200mm,额定压力P530MPa,则：材料的许用应力：=/n=530/3=176.67MPa2.缸筒的尺寸参数选择（1）缸筒内径的确定由前面计算得到：缸筒内径D=125mm（2）缸筒壁厚的计算按薄壁筒计算，=10.27mm 式（3.10）式中 Py试验压力，当工作压力P16MPa时,Py=1.25P；液压缸的内径；材料的许用应力。查手册取工程液压缸的外径的标准值为146mm,即缸筒壁厚为10.5mm，=10.271.2mm式中 Fmax=116670N；L=D=0.46m；=0.6=。即一般焊接即可满足要求。（2）结构形式鉴于此液压缸用于皮带运输机张紧装置中，主要为矿上所用，且内径D200mm，额定压力PN 600MPa,340MPa。显然，活塞杆符合要求。3.4.4活塞杆的结构设计1.活塞杆和活塞的连接液压系统为中压系统，本着满足方便安装，连接强度高等要求，选择卡环式连接，如图3-8所示。2.活塞杆端部和负载的拖动机构相连接，考虑到液压缸工作时轴线固定不动，可采用螺栓连接。图3-8 活塞杆和活塞的连接1.缸底2.缸壁3.活塞4.活塞杆5.轴套6.挡圈7.卡环3.5活塞的设计与计算3.5.1活塞的结构形式根据液压缸使用的情况（密封，有无导向环等），选用有导向环形活塞，具体结构形式如图3-9所示。图3-9 活塞的密封和导向1.YX型密封圈2.导向环3.活塞4.缸壁3.5.2活塞的材料及技术要求查表可选“有导向环活塞”，材料为45号钢，外加导向环。技术要求（如图3-10）：1.活塞外径D对内径D1的径向跳动公差值按7，8级精度选取。2.端面T对内径D1轴线的垂直度公差值按7,8级精度选取。3.外径D的援助度公差值按8,9或10级精度选取。图3-10 活塞的技术参数3.5.3活塞的尺寸的确定根据以往经验，可取活塞的宽度为活塞外径的0.6-1.0倍，这里取活塞的宽度为活塞外径的0.8倍，即h=0.8D=10cm。3.6导向套的设计与计算导向套在活塞往复运动中起导向支承作用，导向套的性能的好坏对液压缸的性能有很大的影响。最小导向长度及中隔圈长度的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到导向套活动面中点的距离称为最小导向长度H，如图3-11所示。图3-11 最小导向长度一般情况下，最小导向长度应满足下面的要求：式（3.17）=0.1125m式中 L最大工作行程m；D缸筒的内径m。因为缸径大于80mm，所以导向套滑动面的长度A为：A=（0.6-1.0）d=0.8d=0.64m 式（3.18）式中 d活塞杆的直径m。导向套的长度为：b=（2/3）d=(2/3)80=53.33mm,这里取b=60mm，以满足要求。由于液压缸的行程长度较长，一个导向套不能满足要求，增加导向套会增加系统摩擦，降低效率，故可在导向套和活塞之间装一个中隔圈，使活塞杆在全部外伸时仍有足够的支承长度，通常支承长度应满足：LG(D+d/2)m 式（3.19）LG0.125+0.08/2=0.165m一般情况下，当行程长度超过缸筒内径的8倍时，可装一个100mm的中隔圈；超过的部分每增加700mm，中隔圈的长度即增加100mm。由于此液压缸的行程要求为1000mm，缸筒内径为125mm为8倍，所以可选择安装一个长度为100mm的中隔圈。根据以上计算，同时考虑尽量减少设计零件，又因为液压缸工作时相对滑动少，磨损也少，所以取端盖结合导向支承环的方式导向，这里取端盖的长度（图3-12）h=80mm,导向支承长度为l=30mm，具体布置见工程图。3.7端盖和缸底的设计与计算3.7.1端盖的设计在单活塞杆液压缸中，有活塞杆通过的缸盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。缸盖的设计主要考虑活塞杆的导向，密封，防尘等问题。图3-12 端盖3.7.2端盖的材料和技术要求如图3-12所示。1.端盖的材料采用45号钢。2.技术要求：（1）直径D1,D2,D3的圆柱度公差值按9,10,11级精度选取；（2）D2，D3与D1的同轴度公差值为0.03mm；（3）端面A,B与直径D1轴心线的垂直度公差值按7级精度选取；（4）导向孔的表面粗糙度Ra=1.25um3.7.3液压缸缸底尺寸的确定如图3-5所示。选择缸底形状为平面有油口型，材料为35号钢，计算如下：=30.47mm 式（3.20）式中 Py试验压力MPa，当工作压力P16MPa时，Py=1.25P；液压缸的内径m；D0油口的直径m；材料的许用应力MPa。根据计算，同时考虑到油口在缸底的布置，取缸底尺寸h=65mm。3.8其他零件的设计与计算3.8.1油口的设计与计算1.液压缸油口的连接形式采用螺纹连接。2.液压缸油口直径的计算（图3-13）图3-13 油口油口的计算根据活塞的最高运动速度和油口的最高液流速度计算如下：=16.25mm 式（3.21）式中 d0油口的直径mm；缸筒的内径m；V液压缸的最大输出速度，v=4m/min；V0油口液流速度m/s，通常取油口液流速度为2.5-5m/s。根据计算以及D=125mm，查机械设计手册表17-6-25得EC=M272，EE=17mm，螺纹精度为6H。3.8.2挡圈的设计选择根据设计要求，查表选用弹性挡圈A型(GB/T 894.1-1986),材料62Mn，热处理44-51HRC,表面氧化处理。如图3-14所示，其尺寸如下：1.端盖用挡圈：d0=125mm,d=105mm,s=3mm,b=12.6mm,d1=4mm，d2=121m=3.2mm,n6mm,重量为每1000个89.97Kg。2.活塞用挡圈：d0=70mm,d=50mm,s=2.5mm,b=7.6mm,d1=3mm,d2=56.5mm，m=2.7mm,n5.3mm,重量为每1000个32.5Kg。图3-14挡圈以及和轴的配合图3.8.3轴套的设计与计算轴套的尺寸由挡圈和卡环决定，一般取其截面的长，宽分别为卡环，挡圈的长，宽的二倍（卡环固定用）；端盖用轴套的尺寸由卡环决定。3.9液压缸的密封防尘导向的选择3.9.1端盖和活塞杆的密封防尘活塞杆在端盖中作往复运动，其密封属于动密封，且液压缸工作压力大于16MPa，所以可采用YX型密封圈，挡圈结合J形防尘圈的密封方式，如图3-15,图3-16,图3-17,图3-18所示。图3-15 端盖和活塞杆的密封和防尘1.挡圈2.YX密封圈3.J型防尘圈图3-16 J型防尘圈图3-17 轴用YX型密封圈图3-18 孔用YX型密封圈查手册（根据JB/ZQ4265-86）选择，密封圈代号d80（d=80mm，H=14mm，H1=12.5mm）材料：聚氨酯3；挡圈规格：d=80mm,D=92mm，T=20.15mm，材料：聚四氟乙烯；防尘圈代号：J型防尘圈d80，d1=81.50.6mm，d2=75.50.6mm，D1=124.50.6mm,H=10mm(允许公差-0.5mm)，h=5mm（允许公差-0.5mm），材料：聚氨酯橡胶。查手册（根据ZB/ZQ4265-88）取挡圈的规格为：d=80mm；T=1.35-4.35mm，材料为：聚四氟乙烯。3.9.2端盖和缸筒的密封图3-19 端盖和缸体的密封1.挡圈2.O型密封圈3.卡环缸盖和缸筒连接在一起，其密封属于静密封，如图3-19所示，这里采用O型密封圈加挡圈的密封方式，挡圈的作用是防止密封圈被挤压损坏。查手册（根据GB3452.1-92）取O型密封圈尺寸为：D=125mm，d2=70.15mm，b=9.3mm，D=75mm，d2=5.30.13mm,b=6.9mm,由于增加了挡圈，其密封槽分别为b=12.3mm，b=9mm，其密封圈材料为：耐油通用橡胶I-4。查手册（根据ZB/ZQ4265-88）取挡圈的规格为：d=75mm；T=1.35-4.35mm，材料为：聚四氟乙烯。3.9.3活塞和活塞杆的密封活塞和活塞杆连接在一起作往复运动，属于静密封，可采用0型密封圈结合挡圈的密封方式（如图3-20）。图3-20 O型密封圈的尺寸图图3-21 挡圈的尺寸3.9.4活塞和缸筒的密封活塞在缸筒中作往复运动，其密封属于动密封，可选择YX型密封圈如图3-18所示。查手册（根据JB/ZQ4264-86）得YX型密封圈D125（D=125mm，H=14mm，H1=12.5mm，沟槽长度为16mm，深度为10mm，材料为聚氨酯-4）。3.10液压回路的分析及选择3.10.1液压回路的选择1.选择蓄能供能回路和过载保护回路（如图3-22）设置蓄能器6可在一定时间内保持系统压力动态平衡，同时其采用二位二通电磁阀5可起到断带保护的作用。图示压力油流动方向为启动后压力油流动方向，此时，蓄能器蓄能。启动阶段，由于系统压力较高，此时二位二通电磁阀7应断开，4YA得电，启动完毕后接通。图3-22 蓄能，供能，断带保护回路2.选择断带保护回路（如图3-22）实际工作中，当意外的事情（如突然断带等）发生时，会对液压缸产生很大的冲击，此时若对系统不加以保护，定会造成严重的损失。为防止类似事情的发生，在小车轨道上设置行程开关，断带时，小车快速右移，触动行程开关，行程开关通过给单片机信号控制二位二通电磁换向阀5，使5YA得电，左位工作，油液压力下降，通过二位二通电磁换向阀5流回油箱，从而保护系统。3.过载保护回路（如图3-23）实际工作过程中，若皮带机突然过载，即油缸无杆腔压力突然增大，此时可以通过设置压力溢流阀，设置溢流阀压力为某一定值，当油缸中的压力达到此值时即通过溢流阀8卸荷，活塞杆左移，过载消除，液压缸恢复原位，保持皮带拉压力在一个很小范围内变化。同理，油缸无杆腔压力突然减小时（皮带轻载），活塞杆右移拉紧皮带。图3-23 过载和快退保护回路3.10.2液压回路的组合及其动作原理根据以上选择的液压回路，考虑各个回路及元件之间的先后动作组合成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统图（如图3-24）。其基本动作原理简要如下：1.启动阶段：启动系统，泵12开始工作，油液通过二位四通电磁阀2，调速阀3，液控单向阀4，进入液压缸无杆腔，油液压力达到一定值后，活塞，活塞杆带动滑轮组以及拉紧小车右移，进而拉紧皮带，液压缸有杆腔油液经二位三通阀10，经二位四通电磁阀2回油箱。2.张紧阶段：控制二位二通电磁阀7,4YA失电，油路同上。但油液进入液压缸无杆腔的同时经二位二通电磁阀7进入蓄能器6，蓄能器6蓄能；当液压缸的压力达到一定值（系统工作时的压力值），单片机控制电磁溢流阀1,1YA得电，使电磁溢流阀1的二位二通阀接通，油液从泵源直接回油箱，泵空转（停止工作）。3.保压阶段：由蓄能器为液压缸补充由于油液损失而造成的压力不足等，以维持液压缸的正常的工作压力；由于油液损失的继续，以致蓄能器的补充也难以维持时（系统压力小于规定值时），单片机控制电磁溢流阀1,1YA失电，使电磁溢流阀1的二位二通阀断开，油液重新向液压缸无杆腔，蓄能器供油；到蓄能器的压力达到一定值（系统工作时的压力值），单片机控制电磁溢流阀1,1YA得电，使电磁溢流阀1的二位二通阀接通，油液从泵源直接回油箱，泵空转（停止工作）。这样系统反复此过程，保证液压缸工作的正常压力。4.快退阶段：系统要停止工作时，控制二位四通电磁阀2,2YA得电，油液通过二位三四通电磁阀10进入液压缸有杆腔，无杆腔油液通过液控单向阀4和调速阀3回油箱，同时二位二通电磁阀5，5YA得电，二位二通电磁阀5接通，蓄能器6卸荷。当液压缸碰到障碍物或油路堵塞（液控单向阀坏了）油液可通过溢流阀8回油箱，从而保护系统。5.实际工作中，当意外的事情（如突然断带等）发生时，会对液压缸产生很大冲击，此时若对系统不加以保护，定定会造成严重损失。为防止类似事情发生，在小车轨道上设置行程开关。断带时，小车快速右移，触动行程开关，行程开关通过给单片机信号控制二位二通电磁换向阀5，使5YA得电，左位工作，油液压力下降，通过二位二通电磁换向阀5流回油箱，从而保护系统。6.实际工作过程中，若皮带机突然过载，即油缸无杆腔压力突然增大，此时可以通过设置压力溢流阀压力为某一定值，当油缸中的压力达到此值即通过溢流阀8卸荷，活塞杆左移，过载消除，液压缸恢复原位，保持皮带拉压力在一个很小的范围内变化。同理，油缸无杆腔压力突然减小时（皮带轻载），活塞杆右移拉紧皮带。图3-24 液压原理图1. 电磁溢流阀2. 两位四通电磁阀3. 调速阀4. 液控单向阀5. 两位两通电磁阀6. 蓄能器7. 两位两通电磁阀8. 溢流阀9. 溢流阀10. 两位三通电磁阀11. 背压阀12. 液压泵13. 滤油器 14. 油箱3.11液压元件的选择3.11.1液压泵的计算与选择1.确定液压泵的工作压力PP液压泵在启动，张紧和快退各工况都向系统供油，由表3-2可知，最大工作压力为：P1=23.22MPa，在出口节流调速中，由于此油路简单，故取进油路压力损失P1=0.5MPa。则泵的最高工作压力为：PP=P1+P=23.22+0.5=23.72MPa 式（3.22）2.确定液压泵的流量液压泵的流量应考虑液压缸最大工作流量和回路的泄露，常取回路泄露系数K=1.1-1.4，如取K=1.1，则液压缸工作流量Q泵为：Q泵=KQmax=1.128.97=31.87L/min 式（3.23）3.选择液压泵的规格和型号根据PP,Q泵的值，查阅机械设计手册表17-5-21选择型号为：T6，额定流量：10-214L/min，取32L/min，额定压力：24.5-28MPa，额定转速：600-1800r/min。3.11.2驱动电机的计算和选择1.由表3-2可知，液压缸的最大输出功率在张紧阶段，此时的P1=7.15MPa，Q泵=24.53L/min，液压缸的总效率取：=0.9，则电动机驱动功率N电为：=2.92KW 式（3.24）式中 =Pmax/PN=23.72/24.5-28=0.97-0.85。2.选择电机的规格和型号考虑到需要的功率和电机的使用要求（井下使用要考虑防爆）及其安装和泵的连接形式等，由机械零件设计手册表19-3查得，选择YB系列隔爆型异步电动机，型号为YB132S-6的电机，PN=3KW,满载转速=960r/min。3.11.3液压元件型号根据所拟定的液压系统图，计算通过各个元件的最大流量和最高工作压力，选择液压元件的规格。选好的元件规格如表3-3所示。表3-3元件的规格序号名称型号规格最大使用流量L/min压力MPa流量L/min1滤油器ZU-H6310S31.563492液压泵T624.5-2832323两位四通电磁阀4WE62031.5100494调速阀MSA10EF4931.5600495液控单向阀AF3-Eb20B21456两位两通电磁阀2WE62031.5100497两位两通电磁阀2WE62031.5100498蓄能器NXQ1/2-L1031.59溢流阀Y2Hd20F31.5504910溢流阀Y2Hd20F31.5504911两位三通电磁阀3WE61031.5504912背压阀FBF3-20B31.5504913电磁溢流阀3.11.4油管的计算和选择1.吸油管道Q泵=32L/min，通过流量1m/s，则吸油管内径为：=0.026m=26mm 式（3.25）根据机械设计手册表17-8-2，取公称通径d=32mm，外径42mm，管子壁厚5mm，管接头联接螺纹M422。2.压油管道Q=24.53L/min，通过流量3.5m/s，则压油管内径为：公式同上，d=12.20mm，根据机械设计手册表17-8-2，取公称通径d=15mm，外径22mm管子壁厚2.5mm，管接头联接螺纹M221.5。3.回油管道Q=32L/min，通过流量2.5m/s，则回油管内径为：公式同上，d=16.49mm，根据机械设计手册表17-8-2，取公称通径d=20mm，外径28mm，管子壁厚3.5mm，管接头联接螺纹M272。以上三种管皆为无缝钢管。3.11.5蓄能器，油箱的选择1.蓄能器的工作容积的确定根据蓄能器在系统中起保压，补充漏油和辅助动力源的作用，蓄能器的容积为：=11.77L 式（3.26）式中 V供液容积，V=1/4V有；P2供油压力，P2=0.95P0；P1充油压力，P1=1.05P0；P0充气压力。考虑到蓄能器的功用，容积尽量取大一些，能使系统的稳定供油时间更长些。由机械设计手册查表取型号为NXQ1/2-L10/*,公称容积为10L,压力为31.5MPa的蓄能器，考虑到蓄能器的主要作用是长时间保压，使用时采取两个并联使用。蓄能器安装在便于检查和维修的位置，并远离热源。皮囊式蓄能器应油口向下，充气阀朝上竖直安放。蓄能器与液压泵之间应装设液控单向阀。各蓄能器应牢固地固定在支架上，并固定在地基上，预防蓄能器从固定部位脱开而发生飞起伤人事故。2.油箱容积的确定油箱的有效容量与系统的流速有关，根据以上数据可知，油箱的功能主要是储油和散热，由于工作时主要由蓄能器提供油液，系统散发的热量少，所以取=2，则：V=232=64L 式（3.27）根据油箱容积规格，由机械设计手册查表17-8-160工作容量66L,工作容积20L,同时为满足工作要求，应选封闭式油箱。为了在相同的容量下取得最大的散热面积，油箱外形以立方体或长六面体为宜，油箱的顶盖要安放泵和电机，阀的集成装置有时也要安放在箱盖上，最高油面只允许达到油箱高度的80%，油箱一般用钢板焊接而成。4 外设的选用4.1绞车的选型根据设计要求，由绞车操作工选择标准型号为JD-1.6的调度绞车，牵引力16KN，绳速36-72m/min，绳径15.1mm，容绳量400m，滚筒规格（直径宽度）300356mm，减速比40.12。绞车电动机型号JBJD-22-4,功率22KW,转速1478r/min。4.2滑轮的设计与选用1.滑轮的尺寸的确定由于此设计中的滑轮尺寸不大，受力不高，故可选铸造型滑轮。按钢丝绳中心来计算滑轮的最小直径，即：Dmin=hd 式（4.1）式中 Dmin滑轮的最小直径mm；H与钢丝绳和卷筒级别有关的系数，查表取h=18（GB3811-83）；D钢丝绳的直径mm。则Dmin=1811.5=207mm。2.选择滑轮并校核查手册可组合滑轮型号：滑轮B11.5207-50JB/9005.3，即标准为JD-1.6，型号为A型，钢丝绳直径为11.5mm，滑轮直径为207mm，滑轮轴直径为50mm的滑轮。由于此滑轮为小尺寸，低受力型，其强度尺寸主要决定于铸造工艺，这里不在校核。3.绘制滑轮工程图图4-1为其技术参数简图：图4-1 滑轮技术参数图具体尺寸：d=11.5mm，R=mm（绳槽表面粗糙度为2级），B1=36mm，E=2.5mm，C=1.0mm，R1=12mm，R2=10mm，R3=2.5mm，R4=3.0mm，M=8mm，N=0，S=9mm，t20.3mm,t3=D/1000=0.207mm。5 张紧装置的控制系统设计5.1控制功能分析液压张紧装置的控制主要要求为:1.启动时提供正常工作时压力的1.3-1.5倍的张紧压力，这主要靠单片机控制变频器，改变电动机的频率从而改变电动机的转速，因此改变供油压力，达到启动要求。单片机控制二位二通电磁阀7,4YA得电，油液进入液压缸无杆腔的同时不经二位二通电磁阀7进入蓄能器6。2.通过单片机定时器编程控制延时0.1s。3.张紧阶段：靠单片机控制变频器，改变电动机的频率从而改变电动机的转速，因此改变供油压力，达到正常工作要求。单片机控制二位二通电磁阀7,4YA失电，油液进入液压缸无杆腔的同时经二位二通电磁阀7进入蓄能器6，蓄能器6蓄能，并且单片机控制3YA得电。当液压缸内的压力达到正常工作的压力时，单片机控制电磁溢流阀1,1YA得电，使电磁溢流阀1的二位二通阀接通，油液从泵源直接回油箱，泵空转（停止工作）。4.保压阶段：当液压缸内的压力小于正常工作的压力时，单片机控制电磁溢流阀1,1YA失电，使电磁溢流阀1的二位二通阀断开，油液重新向液压缸无杆腔，蓄能器供油；到液压缸的压力达到正常工作的压力时，单片机控制电磁溢流阀1,1YA得电，使电磁溢流阀1的二位二通阀接通，油液从泵源直接回油箱，泵空转（停止工作）。这样系统反复此过程，保证液压缸工作的正常压力。5.快退阶段：系统要停止工作时，单片机控制二位四通电磁阀2,2YA得电，油液通过二位三四通电磁阀2进入液压缸有杆腔，无杆腔油液通过液控单向阀4调速阀3和二位四通电磁阀2回油箱，同时单片机控制二位二通电磁阀5，5YA得电，二位二通电磁阀5接通，蓄能器6卸荷。当液压缸碰到障碍物或油路堵塞（液控单向阀坏了）油液可通过溢流阀8回油箱，从而保护系统。6.实际工作中，当意外的事情（如突然断带等）发生时，会对液压缸产生很大冲击，此时若对系统不加以保护，定定会造成严重损失。为防止类似事情发生，在小车轨道上设置行程开关。断带时，小车快速右移，触动行程开关，行程开关通过给单片机一个中断，控制二位二通电磁换向阀5，使5YA得电，左位工作，油液压力下降，通过二位二通电磁换向阀5流回油箱，从而保护系统。以上即为单片机控制功能的简单分析。液压张紧装置电磁铁动作顺序见表5-1。表5-1电磁铁动作顺序序号工况1YA2YA3YA4YA5YA启动-+-张紧-+-保压+-+-断带+-+-+快退-+-+5.2硬件的选择通过以上的控制功能分析，下面进行硬件的选择。5.2.1单片机的选择单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。单片机应用在检测，控制领域中，具有如下特点：1.小巧灵活，成本低，易于产品化。它能方便地组装成各种智能测控设备及各种智能仪表。2.可靠性好，适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，分为民品，工业品，其中工业品，军品具有较强的适应恶劣环境的能力。3.易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能的指令。4.可以很方便地实现多机和分布式控制系统。因此，基于以上理由选用单片机控制。在单片机中，美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机在我国使用较多。它是一个低功耗，高性能的含有4KB闪烁存储器的8位CMOS单片机，时钟频率高达20MHz，与MCS-51的指令系统和引脚完全兼容。闪烁存储器允许在线（+5V）电擦除，电写入或使用编程器对其重复编程。此外，89C51还支持由软件选择的2种掉电工作方式，非常适于电池供电或其它要求低功耗的场合。由于片内带EPROM的87C51价格偏高，而89C51芯片内的4KB闪烁存储器可在线编程或是用编程器重复编程，且价格较低，因此89C51受到了应用设计者的欢迎。结合本设计要求，故采用89C51单片机。如图5-1所示。图5-1 89C51单片机5.2.2压力传感器的选择通过查资料，初步选定T208型压力传感器。1.介绍：T208型压力变送器采用扩散硅压力芯体作为敏感元件，内置处理电路将传感器毫伏信号转换成标准电压，电流，频率信号输出，可直接与计算机，控制仪表，显示仪表等相连，可进行远距离信号传输。在本设计中采用标准电压信号输出。如图5-2所示。产品采用一体化全不锈钢结构，经过多次不锈钢焊接，实现了全固态设计，在恶劣环境中可以长期使用。产品安装方便，具有极高的抗震性和抗冲击性。广泛应用于工业自动化设备配套即石油，化工，冶金，电力等过程控制领域。图5-2 T208型压力传感器2.特点：（1）316L不锈钢隔离膜片结构；（2）高精度，全不锈钢结构；（3）微型放大器，电压，电流，频率信号输出；（4）抗干扰强，长期稳定性好；（5）外形结构多样化；3.技术性能：（1）供电电源：12VDC-36VDC,典型24VDC;（2）输出信号：0-5V,1-5V,4-20Ma,0-10Ma,1-10KHz；（3）量程范围：-0.1-0-0.02-100MPa；（4）精度：0.1,0.3,0.5级可选；（5）补偿温度：-10-70 。C;（6）长期稳定型：0.2%FS/年；（7）介质温度：-40-125。C；（8）零点温度漂移：+-0.03%FS/。C;（9）环境温度：-40-85。C；（10）灵敏度温度漂移：+-0.03%FS/。C；（11）外壳防护：IP65；（12）过载压力：200%FS;（13）压力类型：表压，绝缘，密封压；（14）固有频率：5KHz-650KHz；5.2.3模数转换器的选择通过查阅资料，初步选择AD574型AD转换器。1.介绍：AD574 是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型AD转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的AD转换器。如图5-3所示。图5-3 AD574转换器2.特点：（1）分辨率：12位；（2）非线性误差：小于1/2LBS或1LBS;（3）转换速率：25us；（4）模拟电压输入范围：0-10V和0-20V，0-5V和0-10V两档四种；（5）电源电压：15V和5V;（6）数据输出格式：12位/8位；（7）芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式；AD574的引脚如图5-4所示。图5-4 AD574引脚引脚功能如下：CS-：片选信号端。CE：片启动信号引脚。R/C-：读出/转换控制信号引脚。12/8-：数据输出格式选择信号引脚。STS：输出状态信号引脚。转换开始时，STS为高电平，转换过程中保持高电平。转换完成时为低电平。STS引脚信号可以作为状态信息被CPU查询，也可以用它的下跳沿向CPU发出中断申请，通知CPU A/D转换已完成，可以读取转换结果。本设计采用8位转换，间隔100ms采样一次。5.2.4变频器的选择1.变频器原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变频器主要采用交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率，电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流，中间直流环节，逆变和控制4个部分组成。整流部分为单相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT单相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波，直流储能和缓冲无功功率。2.所选器件及技术指标本设计以89C51单片机为控制中枢，利用EXB841专用驱动及保护器件对功率模块绝缘栅双极晶体管（IGBT）进行驱动与保护的变频器。器件及技术指标：4个小功率IGBT-T4（2个双单元模块），电压等级：1200V，适用开关频率：20KHz；电容C（其值取3000uF/450V即可）作为储能元件；89C51单片机 4KB FLASH，全静态工作，0Hz-24Hz，1288位内部RAM，32位可编程I/O端口，2个16位定时器/计数器，5个中断源；EXB841参数指标输入电压20V，可驱动IGBT数量为2路，可驱动上下桥臂隔离电压2KV以上，驱动能力：结电容，1uF工作频率：100KHz（最高）；3.硬件的设计（1）主电路方案主电路采用交-直-交电压型逆变电路，具有接线简单，输出频率任意可调，功率因数高等优点。原理图如下图5-5所示。图5-5 主电路整流电路中，V1-V4采用普通整流管，结构简单无需控制，成本低廉。逆变电路由VT1-VT4这 4个IGBT（2个双单元模块）组成，便于实现变压变频（VVVF）控制。电容C（其值取3000uF/450V即可）作为储能元件，构成电压型逆变器。与电流型逆变器相比，其中间直流环节电压值不受负载影响。IGBT模块的栅极信号来自单片机89C51，采用PWM技术，由软件很容易实现既变压又变频。（2）IGBT的驱动IGBT属电压驱动元件，有一个容性输入阻抗，因此对IGBT驱动电路有较高的要求:驱动源内阻小，栅极电压UGE有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。增加UGE,IGBT的通态压降和开关损耗降低，但对负载短路的保护和安全不利，实际选取UGE=15V。关断时，应使栅极电容迅速放电，给UGE加一负偏压，使UGE=-5V。根据以上要求，采用EXB841厚膜IGBT高速型专用驱动电路。EXB841的内部框图如下图5-6所示。图5-6 EXB841内部框图EXB841的引脚说明：P1接IGBT的发射极；P2接+20V直流工作电源；P3通过150k电阻接IGBT的栅极；P4外接电容，防止过流保护误动作，大多数情况可不接；P5为为过流保护输出信号，正常时输出高电平，当IGBT过流时输出低电平，因此该引脚可通过光电耦合器接外电源；P6通过快递二极管IGBT集电极，快速二极管的阳极接P6，通过检测UCE的大小

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