毕业设计（论文）-EBZ160掘进机液压系统设计（全套图纸）.doc

设计说明书摘要掘进机液压系统是煤炭生产和建设的基础系统，在煤炭工业中具有基础性的关键地位。本设计力图结合行业标准和设计规范，根据工作要求和设计目的进行掘进机的液压系统设计，确定符合要求的掘进机的相关参数。在液压系统设计部分，基本上确定各零部件的液压使用原理及参数计算。这里分析计算了截割部、行走机构、装运机构、中间运输机等载荷分析。马达部分的确定：装载部的星轮机构马达、行走机构的驱动马达、中间运输机的驱动马达等。油缸部分的确定：升降油缸、回转油缸、履带行走机构的张紧油缸、铲板部的升举油缸的计算设计。液压缸的结构设计部分，进行了伸缩油缸的机构设计计算，并绘制零件图。也进行了泵站的参数计算确定和液压系统的计算，评估液压系统性能。最后进行掘进机的通过性分析与稳定性分析。关键词：纵轴式掘进机；液压缸；液压系统设计全套图纸，加153893706AbstractMachine hydraulic system is the foundation of coal production and construction system, the coal industry has the basic key position to this design combined with industry standards and design specifications, according to the job requirements and design purpose machine hydraulic system design, make sure to meet the requirements of related parameters of the machine in the hydraulic system design part, basically determine the parts of hydraulic use principle and parameter calculation analysis here to calculate the cutting part running gear shipment mechanism intermediate conveyor and load analysis to determine the motor parts: loading of the department of star wheel mechanism motor running gear drive motor intermediate conveyor drive motor for the determination of oil cylinder part: lifting cylinder rotary cylinder telescopic cylinder crawler walking mechanism of tensioning cylinder shovel plate of the department of lifting cylinder design calculation of hydraulic cylinder structure design part。Keywords: vertical shaft type machine; hydraulic cylinder; Hydraulic system design目录第一章 绪论11 引言12 掘进机的发展历程12.1 掘进机的发展史12.2 工况描述23 掘进机液压系统的发展史34 EBZ160的主要技术参数45设计要求及目的6第二章 执行机构的相关参数计算71 工况分析及载荷计算公式72截割回转油缸的设计计算82.1负载压力的确定82.2活塞直径D与活塞杆直径d的确定112.3油缸的安装距及行程计算122.4 液压缸活塞杆的平均速度计算公式142.5 液压缸壁厚和外径等的计算153伸缩液压缸的设计计算183.1工况分析183.2 主要参数确定20结语24参考文献25第一章 绪论1 引言用掘进机掘进巷道的初步尝试，应归功于上个世纪初。在此之前曾出现：英格罩斯型隧道钻进机和普列依斯型掘进掩护支架(英国)、安德逊型掘进机(美国)，后者可与掩护板配合或单独工作。单独工作时，安德逊型掘进机用辅助液压油缸移动，其形式与现代掘进机的概念相符合。但由于很多结构上的缺点，这几种机器均未得到工业应用。第二次世界大战以后，掘进机开始得到工业应用。在美国，考虑煤层特点，带双钻削头的掘进机得到广泛应用，用于掘进煤巷和房柱式开采。在西欧和前苏联也得到了广泛的发展。2 掘进机的发展历程2.1 掘进机的发展史悬臂式掘进机是煤矿掘进巷道常用设备，它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提升。目前，世界上各主要产煤国用掘进机掘进的巷道已占巷道总长的40到50，近年来，悬臂式掘进机不仅用于煤及软岩巷道的掘进，在中等硬度的半煤岩巷道掘进中也取得了良好的技术经济效果，国外的某些重型掘进机已能截割某些较硬的岩石巷道。我国悬臂式掘进机的发展是主要经历了三个阶段。第一阶段60年代初到70年代末主要是引进国外掘进机为主。这一阶段的主要特点是：使用范围越来越广，切割能力逐步提高。第二阶段70年代末到80年代，与国外合作生产了几种悬臂式掘进机并逐步实现国产化。这一阶段的主要特点是：可靠性高，已经能适应我国煤巷掘进的需要，出现了重型机。第三阶段由80年代至今，重型机型大批出现，悬臂式掘进机的设计与制造水平已经相当先进。这一阶段的主要特点是：设计水平较为先进，可靠性大幅度提高，功能更加完善。经过三个阶段发展，我国悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了一个较高的水平，已跨入国际先进行列，可与国外的悬臂式掘进机相媲美。2.2 工况描述 悬臂式巷道掘进机是一种综合掘进设备，集切割、行走、装运、喷雾灭尘于一体，包含多种机构，具有多重功能。悬臂式掘进机作业线主要由主机与后配套设备组成。主机把煤石切割破落下来，转运机构把破碎的煤渣转运至机器尾部卸下，由后配套转载机、运输机运走。悬臂式掘进机的切割臂可以上下、左右自由摆动，能切割任意形状的巷道断面，切割出的表面精确、平整，便于支护。履带式行走机构使机器调动灵活，便于转弯、爬坡，对复杂地质条件适应性强。该系列掘进机主要用于采煤准备巷道的掘进，适用于掘进破碎煤岩硬度f4-12，断面6-50m的煤或半煤岩巷道，也可用于其他巷道施工，断面形状任意。一般来说，这类悬臂式掘进机的重量为20120t，最大切割功率已达300kW，能切割岩石的最大单向抗压强度可达170MPa。悬臂垂直掘进机回转时，截割头由下向上摆（或由上向下摆动），把截割头看成是一个整体，把向上进给力（截割力）简化为一个集中力作用在截割头中部，当截割臂处于水平位置时，这时升降液压缸提供切割臂的进给力最小；当切割臂处于向上极限位置时，这时升降油缸提供切割臂的进给力最大。由于EBZ160的整机外形尺寸为92.9 1.8米，所以巷道的高度应略大于1.8m，宽度应大于2.9m，巷道坡度18；能够在煤层、半煤层下施工，切割煤岩最大单向抗压强度可达80Mpa，经济截割时为60MPa。3 掘进机液压系统的发展史 我国的液压工业开始于20世纪50年代，目前正处于迅速发展，提高的阶段。其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自从1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进，消化，吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量，经济效益，研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。随着工业迅猛发展逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产3.1国内掘进机液压系统的发展（1）最早采用定量系统（分动箱齿轮泵结构、行走斜轴柱塞马达自制减速机）；（2）过渡期定量系统（三联叶片泵、紧凑型行走马达减速机）； （3）以上两种系统可靠性差、不能满足大负荷需要；（4）采用变量系统。3.2国内掘进机液压系统发展趋势（1）高压、大流量方向发展； （2）高可靠性方向发展 ；（3）多采用国外大品牌元件； （4）变量、先导控制成为趋势。3.3 国外掘进机液压系统新动向（1）电液遥控比例控制； （2）加强油液清洁采用单独过滤系统；（3）阀前接阻尼器吸振截峰使油流更加稳定，减少紊流发生。4 EBZ160的主要技术参数整机EBZ160外形参数（长宽高）（m）92.91.8总重（t）45总功率（kW）246经济/最大截割硬度(Mpa）60/80对地压强（Mpa）0.14理论生产能力（m/h）210坡度18定义截割范围EBZ160高度（m）2.4-4.8宽度（m）2.9-5.0面积（m）6.96-24铲板部EBZ160装载宽度（m）2.9/2.6星轮转数（rpm）30装载形式三星齿轮第一运输机EBZ160形式双边链刮板 链速（m/min）56涨紧形式液压缸+卡板、丝杠行走部EBZ160形式履带式/整体式履带宽度（mm）550/600制动方式片式自动行走速度（m/min）0-9.0涨紧形式液压缸+卡板液压系统EBZ160二联变量柱塞泵（ml/r）145/90换向阀液压先导控制油箱容量（L）500油泵电动机隔爆空冷式90kV-4P,1140/660V5设计要求及目的设计用途：设计符合要求的纵轴式悬臂掘进机液压系统。基本要求：1)最大掘高4.5m；2)最大掘宽5.6m；3)巷道坡度18；4)能够在煤层、半煤层下施工，切割煤岩最大单向抗压强度可达80Mpa，经济截割时为60MPa。第二章 执行机构的相关参数计算液压系统原理图系统的工作压力取决于液压执行元件的负载。目前，掘进机液压系统的压力一般为1020MPa。1 工况分析及载荷计算公式工况分析包括绘制负载(压力)、速度(流量)和功率变化规律的分析图表，掘进机的液压系统是一个包含多个执行元件的复杂系统，各执行元件的工作顺序和作业时间，充分地利用原动机功率。执行元件上的外负载包括工作负载，摩擦负载和惯性负载三部分。（1）对于液压缸，外负载为： 式中： 工作负载（重力负载）； 摩擦负载（工作机构在满负载下起动时的静摩擦负载）； 惯性负载。2截割回转油缸的设计计算2.1负载压力的确定截割机构简图1、截割头 2、悬臂 3、回转盘 4、回转油缸 5、回转台截割机构数学建模机构在工作时，被截割煤壁对截割头的反力为负载阻力，而悬臂对截割头产生的力为牵引力，此时，截割头的线速度为牵引速度，牵引力和牵引速度由回转台上的2个双作用油缸提供，在回转盘上，工作机构此时的受力包括：驱动力矩，摩擦力矩，惯性力矩和负载力矩，由力矩平衡原理得出回转盘力矩平衡方程： (1)负载力矩 式中： 截割时的负载力(牵引力)，N；截割头回转半径，m；回转中心至升降回转点距离，m；升降回转点至截割头中心点距离，m；一悬臂升降转动角(与水平面夹角)，()。 在水平位置时，时，负载载荷力矩最大：(2)摩擦力矩 式中： 回转盘轴向摩擦力矩， ； 滚动推力轴承效率； 回转盘径向摩擦力矩，； 滚动轴承效率； 驱动力矩，。 (3)惯性力矩 式中： 一回转盘回转效应，； 角速度变化值，； 回转盘从静止开始转动的启动时间，s。要求在s内达到回转的速度，则， (4)各负载计算受到液压缸效率的影响，驱动力总应高于总外负载，设液压缸效率为0.9，各负载计算见表。回转油缸的负载工况计算公式液压缸负载液压缸驱动力起动31.034.5回转截割374.54162.2活塞直径D与活塞杆直径d的确定查EBZ160掘进机的技术参数表可知，EBZ160掘进机整个截割部重量为7.8吨，所以重力负载为F负=7.8t。同时由于截割部在整个工作过程中速度很慢，所以可以考虑忽略惯性负载力F惯，即F惯=0。初选系统压力为16MPa，取负载压力为PL=PS=10.67MPa。掘进机的截割速度范围为2m/s4m/s，这里取速度为2m/s。由于工作环境比较差，回转左右进行，确定采用合适的差动液压缸。利用这时活塞杆较粗可以通油的有利条件。则由公式： PA-PA= PLA=374500/0.9 式中：A有效作用面积。液压缸机械效率，一般取0.90.97。液压缸内经；活塞杆直径；最大外负载；回路上取背压，根据工作情况和要求，确定宽径比计算得D=154.3mm, d=92.6mm根据GB/T7938-1987选定液压缸额定压力为16MPa，根据GB/T2348-1993将液压缸内径圆整为D=160mm，根据GB/T2348-1993将活塞杆直径圆整为d=110mm。有效作用面积A= =10597.5mm无杆腔的面积A=20096mm，有杆腔的面积A=9498.5mm。2.3油缸的安装距及行程计算EBZ160掘进机的截割部回转油缸处于伸出的状态时受到煤岩的垂直阻力为4t，作用力臂长L为4400mm，截割部左、右极限角均为30，回转油缸安装铰耳O1到O2间的距离为1160mm，回转油缸安装铰耳点01到截割部回转中心的水平距离为2240mm，回转油缸安装铰耳点（3处）到截割部回转中心的水平距离为170mm，截割部回转中心俩侧的铰耳间距离为1580mm，回转油缸安装铰耳点距截割部回转中心的平行距离为815mm，截割部从右极限摆到左极限位置需要30s。由tanQ1=，所以Q1=同理 Q2=，又sinQ1=，所以L4=由L5=，Q3=Q1-Q2-Q4，得cosQ3=，从而计算出安装距L6。又Q5=Q4+Q1-Q2，所以由cosQ5=计算出L7，最后得出油缸行程L=L7-L6=550mm。2.4 液压缸活塞杆的平均速度计算公式活塞杆推出时的平均速度V的计算公式：V=q/= 0.58m/s活塞杆缩回时的平均速度V的计算公式：V=q/=1m/s 式中：液压缸容积效率，泄漏量很小时可近似取1；q输入液压缸流量；D活塞直径；d活塞杆直径。液压缸简图2.5 液压缸壁厚和外径等的计算对于工程机械和重型机械用液压缸的缸筒，一般都采用无缝钢管，缸筒壁厚和强度条件时的计算公式为： 式中： 最大允许压力()；缸筒材料的许用应力()，；缸筒材料的屈服强度()；安全系数；取，则： 6.5mm查缸筒壁厚度表，取=17mm。，符合要求液压缸壁算出后，即可求出缸体的外径为：=160+34=194mm(1) 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式近似计算。 式中： 缸盖有效厚度，m；缸底内径，m；液压缸的额定压力，；缸筒底部材料的许用应力，。mm则取=12mm。(2) 最小导向长度一般的液压缸，最小导向长度H应该满足以下要求： mm取最小导向长度为230 mm。式中： 液压缸的最大行程； 液压缸的内径。(3)缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。缸体长度 取缸体长度 I=32004800mm(4) 导向套长度A=（0.61.0）d = (66110)mm导向套长度为100mm(4)活塞宽度 B=（0.61.0）D =（96160）mm活塞杆宽度B=150mm式中 D缸筒内径(5) 液压缸进出油口尺寸的确定液压油缸进出口可布置在缸筒或前、后端盖上，连接型式有螺纹连接、法兰连接等。根据实际的情况，把液压油缸进出口布置在缸筒上，连接型式采用螺纹连接。国家标准GB/T2878-1993规定了液压缸进、出口螺纹的连接尺寸系列。同时对于16MPa、25MPa的各种型式的液压缸的油口安装尺寸，有ISO8138-1986，ISO8136-1986，ISO8137-1986的国际标准。油缸进出口尺寸按ISO8136-1986选取。3伸缩液压缸的设计计算3.1工况分析(1)工作负载计算 式中： 为伸缩机构的轴向力，； 截割头形式的影响系数，横轴式掘进机，纵轴式掘进机；为截割头沿截齿平均直径所产生的周向力，。83.17kN式中： 截割电机功率，kW；截齿的平均回转直径，m；截割头转速，。目前市场上绝大多数掘进机的截割速度为23r/min和46r/min，这两种截割速度被认为是截割硬岩和煤岩的经济截割速度，所以本次设计的岩巷掘进机截割转速也定为46r/min。由主要参数表可知截割电机功率为160kW。纵轴式掘进机切割头的直径一般为600900 mm。大功率的掘进机可以在1000 mm以上。这里选择切割头的平均直径为800 mm。=0.583.17=41.59kN(2)摩擦阻力计算 式中： 煤岩与刀齿间的当量动摩擦系数=0.395.4=28.6kN (3)惯性负载计算 式中： 为惯性负载，；截割部重量，；重力加速度，；伸缩速度的变化量，；为内所对应的时间变化量，s。(4)各工况负载计算受到液压缸效率的影响，驱动力总应高于总外负载，设液压缸效率为0.9，各负载计算如表。表为伸缩油缸的负载计算工况计算公式液压缸负载液压缸驱动力起动进给31.835.4进给伸进70.278.03.2 主要参数确定包括系统工作压力，液压缸型式，规格等的确定。 (1)初选系统工作压力参照目前实际运用情况，初选定系统工作压力为16MPa。(2)确定液压缸型式及规格由于工作环境比较差，进行进给，确定采用合适的差动液压缸。利用这时活塞杆较粗可以通油的有利条件。回路上取背压，根据工作情况和要求，确定宽径比 取规范标准，由，取标准值，杆径两腔实际有效面积(3)最大流量需求(4)液压缸载荷参数见表表 各工况所需要的压力、流量和功率工况计算公式回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率起动给进35.41.522.30.4210.94进给伸进781.53.30.4211.39(5)液压缸壁厚和外径等的计算对于工程机械和重型机械用液压缸的缸筒，一般都采用无缝钢管，缸筒壁厚和强度条件时的计算公式为： 式中： 最大允许压力()；缸筒材料的许用应力()，；缸筒材料的屈服强度()；安全系数；取，D=0.125，则： 4.4mm查缸筒壁厚度表，取=13.5mm。，符合要求液压缸壁算出后，即可求出缸体的外径为：=125+27=152mm(6)缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式近似计算。 式中： 缸盖有效厚度，m；缸底内径，m；液压缸的额定压力，；缸筒底部材料的许用应力，。mm则取=12mm。(7)最小导向长度一般的液压缸，最小导向长度H应该满足以下要求： mm取最小导向长度为230 mm。式中： 液压缸的最大行程； 液压缸的内径。(8)缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。缸体