提升机是广泛应用于工矿企业的重要设备，它利用6根钢丝绳携带2个箕斗上下往复运动进行工作。在我国某些煤质含水较多的矿井，箕斗尚不能做到完全的卸载，箕斗由于煤的粘附而不能卸载干净。这一方面降低了运输效率，另一方面又会导致下次装载时又严重超载。矿井提升机的实际生产现场，往往由于人为操作或者卸不净或者是重复装载或者其它的某种原因造成箕斗超载，无论何种原因导致箕斗超载，都是提升机安全的严重威胁。本次设计正是基于此而进行的。

它可用于各种类型的矿井提升机。使用这种装置可以有效防止提升机在运输过程中箕斗的严重超载和卸载不完全，消除了提升机事故的直接隐患，从而大大提高了提升机的可靠性，减少事故，防止人员伤亡，并且大大提高提升机的运输效率。

关键词：重要设备运输效率严重威胁直接隐患应用环境

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 1.1 本文主要内容

在毕业设计期间，本人主要完成的内容有：

1、测量总体方案设计。

2、应变式传感器的设计。包括传感器量程设计选择、弹性敏感元件设计及其校核、应变片选择计算、电路设计、各种误差分析及其补偿、性能指标标准化、传感器结构设计以及传感器动态性能分析。

3、联接装置的设计校核。包括液压动平衡系统的设计，各种联接板件，叉件，销轴的设计及其校核，紧固件（联接块，挡板）设计校核，传感器的安装。

提升机钢丝绳张力检测系统由三大部分组成。一部分是固定在箕斗上的随着箕斗在井筒中上下往复运动的前端无线采集收发系统，上下箕斗各一套，称为采集发射系统，它包括传感器、放大滤波电路、单片机数据采集系统、电源管理系统及无线收发电路；另一部分则是分别位于井筒中装、卸载点处的进行采集控制和对采集发射系统发送的数据进行接收的无线收发控制系统，称为接收控制系统，它包括无线收发电路、采集控制系统及与上位机的传输接口电路；第三部分是位于提升机房控制室中的对数据进行校验、报警的工控机及专用控制软件，称为上位机数据处理系统，它主要包含一个专门设计的对数据进行校验、处理、显示和简单控制及报警的软件。

系统工作流程是：各子系统复位后，采集发射系统处于接收待命状态；接收控制系统则等待外部中断信号和上位机信号的到来。当采集信号到来（提升机减速信号或上位机采集命令）后，它便开始给采集发射系统发送采集命令，采集发射系统收到命令后开始采集、发送并等待回应，当接收到校验无误信号后开始下次采集。接收控制系统的无线接收电路直接将数据通过串口发送给上位机，上位机收到数据后负责校验等处理，出现错误时通过接收控制系统给采集发射系统发送“重发”命令，否则回复校验无误命令。接收控制系统在外部“打点”信号触发中断后延时约40s左右发送采集结束命令。采集发射系统在收到采集结束命令后停止采集、发送，重新回到待命状态，直到下个采集开始命令的到来。

总体设计方案

空心圆柱式传感器的结构简单，本设计传感器由弹性体，承压头，抗弯膜片，应变片，补偿电阻及电阻板，导线，航空插头，壳体构成。弹性体和应变片是传感器的核心部件。

结构设计中最重要的部分是解决使弹性体受压均衡，并消除侧向力对弹性体变形的影响。以及恶劣工况下传感器的密封问题。

本设计采用球形头承压头安放在弹性体的上部，球形头部和连接装置上的承压块成球面接触，即形成一个球面副。两者接触面积大，减小了集中力对应力传递不均匀的误差。使应力均匀平稳的传递给空心圆柱形弹性敏感元件。球面副为底副连接，当有侧向力产生时，球面相接的活性连接作微小运动，从而减小或消除侧向力的影响。

另外，在弹性敏感元件和下壳之间，安放一个横向承弯膜片是一个很好的消除侧向载荷的方法。膜片和弹性体及下壳之间的配合均使用过盈配合，同轴度要求高。

传感器工作在矿井之中，潮湿多尘，因此传感器的密封问题也是一个重要的方面，设计中，刚性连接部分（底板和弹性体，底板和外壳，外壳和上盖）采用密封性能较好的焊接密封，承压头和上壳之间采用O型圈密封。

矿井中仪器还必须考虑的是防爆方面，在联接装置中设计安放传感器时，采用一圆筒导向装置，传感器安放中间，上部为活塞杆及承压头，即传感器处于一个密封容器中，防爆问题得以解决。

壳体尺寸初选

查手册得，箱体直径在100-120mm时，合金钢壳体厚度最佳为3-5mm，取3mm。

承弯膜片

承弯膜片是横向刚度大，纵向刚度小的薄钢板。材料选用力学综合性能较好的45号钢。最大直径为D=100mm，其厚度h’应为h’0.04D＝4mm。

承压头设计

材料选择：

承压头是放在弹性体上面的一个上部为球形，下部为短粗圆柱的金属块。要求强度高，刚度大韧性小，且抗腐蚀，抗氧化。满足以上要求的材料可选择：45CrNiMoVA.

140吨悬挂提升机及传感器设计.gif

传感器.gif

销轴2.gif

支承块.gif

内容简介：: 江阴职业技术学院毕业设计说明书课题： 140吨悬挂悬挂提升机及传感器子课题: 同课题学生姓名: 专业：机械设计制造及自动化学生姓名：班组：学号：指导教师：完成日期： 2007年5月10日江阴职业技术学院毕业设计说明书目录目录II摘要IIIABSTRACT1第一章绪论11.1 本文主要内容1第2章总体方案设计22.1总体方案设计2第三章传感器设计33.1 传感器设计3第四章传感器安装设计114.1 设计方案114.2 油缸设计114.3 板件设计174.4 支承块设计234.5 叉件设计264.6 销轴设计284.7 调整垫块40结束语41致谢42参考文献43摘要提升机是广泛应用于工矿企业的重要设备，它利用6根钢丝绳携带2个箕斗上下往复运动进行工作。在我国某些煤质含水较多的矿井，箕斗尚不能做到完全的卸载，箕斗由于煤的粘附而不能卸载干净。这一方面降低了运输效率，另一方面又会导致下次装载时又严重超载。矿井提升机的实际生产现场，往往由于人为操作或者卸不净或者是重复装载或者其它的某种原因造成箕斗超载，无论何种原因导致箕斗超载，都是提升机安全的严重威胁。本次设计正是基于此而进行的。它可用于各种类型的矿井提升机。使用这种装置可以有效防止提升机在运输过程中箕斗的严重超载和卸载不完全，消除了提升机事故的直接隐患，从而大大提高了提升机的可靠性，减少事故，防止人员伤亡，并且大大提高提升机的运输效率。关键词：重要设备运输效率严重威胁直接隐患应用环境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 cant accomplish complete unloading while fighting with dustpan, the dustpan cant 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 江阴职业技术学院毕业设计说明书第一章绪论1.1 本文主要内容在毕业设计期间，本人主要完成的内容有：1、测量总体方案设计。2、应变式传感器的设计。包括传感器量程设计选择、弹性敏感元件设计及其校核、应变片选择计算、电路设计、各种误差分析及其补偿、性能指标标准化、传感器结构设计以及传感器动态性能分析。3、联接装置的设计校核。包括液压动平衡系统的设计，各种联接板件，叉件，销轴的设计及其校核，紧固件（联接块，挡板）设计校核，传感器的安装。第二章总体方案设计 2.1 总体方案设计提升机钢丝绳张力检测系统由三大部分组成。一部分是固定在箕斗上的随着箕斗在井筒中上下往复运动的前端无线采集收发系统，上下箕斗各一套，称为采集发射系统，它包括传感器、放大滤波电路、单片机数据采集系统、电源管理系统及无线收发电路；另一部分则是分别位于井筒中装、卸载点处的进行采集控制和对采集发射系统发送的数据进行接收的无线收发控制系统，称为接收控制系统，它包括无线收发电路、采集控制系统及与上位机的传输接口电路；第三部分是位于提升机房控制室中的对数据进行校验、报警的工控机及专用控制软件，称为上位机数据处理系统，它主要包含一个专门设计的对数据进行校验、处理、显示和简单控制及报警的软件。系统工作流程是：各子系统复位后，采集发射系统处于接收待命状态；接收控制系统则等待外部中断信号和上位机信号的到来。当采集信号到来（提升机减速信号或上位机采集命令）后，它便开始给采集发射系统发送采集命令，采集发射系统收到命令后开始采集、发送并等待回应，当接收到校验无误信号后开始下次采集。接收控制系统的无线接收电路直接将数据通过串口发送给上位机，上位机收到数据后负责校验等处理，出现错误时通过接收控制系统给采集发射系统发送“重发”命令，否则回复校验无误命令。接收控制系统在外部“打点”信号触发中断后延时约40s左右发送采集结束命令。采集发射系统在收到采集结束命令后停止采集、发送，重新回到待命状态，直到下个采集开始命令的到来。第三章传感器设计3.1 传感器设计3.1.1量程设计针对任务书上某矿所给的技术参数，传感器量程设计如下： 1）钢丝绳最大张力的确定已知相关数据：箕斗自重=17.811，主绳=18.28，尾绳=17.68，额定载荷=16表1-1 提升各阶段运动参数运行阶段初加速等速主加速等速减速爬行运行时间(s)2.816.610.667.51145.3终速度0.320.327.457.450.400.40加速度0.1100.670-0.640运行距离(m)0.475.3241.34502.8843.2418.12由表可得，最大加速度为=0.67。由牛顿第二定律及尾绳平衡原理得：钢丝绳张力最大的位置即传感器承受载荷最大的位置有可能出现在以下两个位置中的一个，加速度最大时和提升最高处卸载前。加速度最大时：由牛顿第二定律得，钢丝绳张力为：最高点卸载前：取，故在最高点卸载前钢丝绳张力最大，为52t，四根主绳，则每根主绳的张力约为14t。2）传感器量程选择每根钢丝绳额定载荷为14t，取最大过载量为150%，则最大量程为：故取传感器的量程为20t，最大过载量为150%。3.1.2弹性体设计弹性敏感元件应用于传感器中的作用,通常是将输入到弹性元件的外部作用力或压力，转换成为位移(线位移或者角位移)或者应变(应力)，也就是说，弹性敏感元件起到了力或者压力的变换作用，可变换为位移或者应变,因而弹性敏感元件的变幻作用可分为”力-应变”,和”力位移”的变换，在本设计中需要用到”力-应变”。 1)形态选择在力的测量中，弹性敏感元件的形式可以是实心或者空心圆柱，的到了广泛的应用，它的主要优点是加工制造方便，很容易得到高精度的几何尺寸及光洁的加工表面。这两种形式的弹性体可以承受较大的负荷，受力简图如下： ( 实心圆柱 ) ( 空心圆柱 )（图2-4 非平衡电桥）在弹性范围内，应力与应变称正比关系即: 式中:F-作用在弹性元件是的集中力。S-截面积。由上式可知，若想提高变换灵敏度，必须减小横截面积S，但横截面积S的减小会使其抗弯能力减弱，对横向干扰力敏感，为了解决这个矛盾，在集中力测量事多采用空心圆筒，空心圆筒在同样的横截面积情况下，横向刚度大，横向稳定性好，所以弹性敏感元件采用空心圆柱式。 2)材料选择根据设计要求及弹性敏感元件自身的性能要求，对材料选择应满足以下几个方面：弹性滞后和弹性后效较小；弹性模量的温度系数要小；线膨胀系数要小并且要稳定；由良好的机械加工和热处理性能；弹性极限和强度极限要高；具有良好的抗腐蚀性，高的绝缘性。目前，国内外选用的弹性敏感元件材料种类繁多，但主要使用的是结构合金钢，我国通常使用合金钢,亦有使用碳钢，铜合金的，其中35CrMnSiA，40Cr是常用材料，尤其是35CrMnSiA，它弹性好，强度高，弹性滞后和蠕变小，抗磁性腐蚀性好，并且机械加工性能好，可用制作承受交变载荷的重要弹性敏感元件，也适用于制作高精度的弹性敏感元件，适合本设计要求。3)强度校核压杆稳定性校核：弹性敏感元件柔度为：其中为柔度，为等截面立柱的长度系数，由右图简化图得=2 为立柱截面的最小惯性半径.对横截面积为圆环的柱体：故查表得合金钢的挠度极限因为所以压杆稳定性校核按强度校核计算。强度校核：弹性敏感元件最大应力，许用应力， K为安全系数，取K=3，对弹性敏感元件35CrMnSiA，查表得=1620.故，符合强度要求。3.1.4传感器结构设计1）总体设计方案空心圆柱式传感器的结构简单，本设计传感器由弹性体，承压头，抗弯膜片，应变片，补偿电阻及电阻板，导线，航空插头，壳体构成。弹性体和应变片是传感器的核心部件。结构设计中最重要的部分是解决使弹性体受压均衡，并消除侧向力对弹性体变形的影响。以及恶劣工况下传感器的密封问题。本设计采用球形头承压头安放在弹性体的上部，球形头部和连接装置上的承压块成球面接触，即形成一个球面副。两者接触面积大，减小了集中力对应力传递不均匀的误差。使应力均匀平稳的传递给空心圆柱形弹性敏感元件。球面副为底副连接，当有侧向力产生时，球面相接的活性连接作微小运动，从而减小或消除侧向力的影响。另外，在弹性敏感元件和下壳之间，安放一个横向承弯膜片是一个很好的消除侧向载荷的方法。膜片和弹性体及下壳之间的配合均使用过盈配合，同轴度要求高。传感器工作在矿井之中，潮湿多尘，因此传感器的密封问题也是一个重要的方面，设计中，刚性连接部分（底板和弹性体，底板和外壳，外壳和上盖）采用密封性能较好的焊接密封，承压头和上壳之间采用O型圈密封。矿井中仪器还必须考虑的是防爆方面，在联接装置中设计安放传感器时，采用一圆筒导向装置，传感器安放中间，上部为活塞杆及承压头，即传感器处于一个密封容器中，防爆问题得以解决。2）壳体尺寸初选查手册得，箱体直径在100-120mm时，合金钢壳体厚度最佳为3-5mm，取3mm。3）承弯膜片承弯膜片是横向刚度大，纵向刚度小的薄钢板。材料选用力学综合性能较好的45号钢。最大直径为D=100mm，其厚度h应为h0.04D4mm。4）承压头设计材料选择：承压头是放在弹性体上面的一个上部为球形，下部为短粗圆柱的金属块。要求强度高，刚度大韧性小，且抗腐蚀，抗氧化。满足以上要求的材料可选择：45CrNiMoVA. ( 图2-18 承压头简图 )尺寸计算：根据弹性敏感元件的直径为60mm，取承压头的直经为66mm。承压头的上部球形半径取100mm。承压头上部球头和联接装置承压板底副连接，承受均匀载荷q，对下部短粗圆柱，其受力情况相当于周界铰支，整个版面受均布载荷q，如下图：查手册得中心挠度最大为：偏角，则侧向力，其中总压力，取载荷最大时即N。对外壳，受侧向力时，其径向变形为：；其中：压力p（为承载膜片的厚度，取4mm）。则径向变形和载荷的关系式为：。 ( 图2-19 承压头受力简图 )则：则承压头的高度h为：考虑到承压头和承压块球面接触非完全性，应留余量，取15mm。5）其他电阻板是安放补偿电阻的塑料板，所用补偿电阻体型均小，取为10mm8mm。承压头和上壳结合处采用O密封型圈，根据尺寸大小选用JB/ZQ 4606-86。接线插头选用抗震性，密封性均良好的航空插头，生产厂家很多，选择慈溪市新浦镇佳叶五金配件厂的AS16/12(4)芯型号的航空插头。6）安装要求（一）应变片粘贴要求：a：应变片的检查（1）对应变片的外观检查：箔栅的排列是否整齐均匀，是否有造成短路、断路的部位或者锈蚀瘢痕，引出线是佛牢固；上下基底是否破损。（2）电阻值检查：对外观检查合格的应变片，进行严格的电阻值测量，要求精确到0.05，选取电阻值尽量相同的应变片。b：修正应变片（1）在应变片的基底上标出中心线。（2）将基底尺寸进行修正，使之为。c：弹性体表面处理为了使应变片牢固的粘贴在弹性体表面上，使弹性体中间表面部分平整光洁，无油漆，灰尘及氧化层。d：划定位线为了保证应变片粘贴位置的准确，用划笔在弹性敏感元件表面划出定位线，粘贴时时应变片的中心线和定位线对准。e：粘贴应变片在处理好的粘贴位置上和应变片的基底上，各涂一层薄薄的牌号为J-12的黏合剂，然后将应变片粘贴在预定的位置上，在应变片的上面放一层透明的塑料薄膜，然后用手滚压出多余的粘合剂，是粘合剂层尽量减薄。f：粘合剂的固化处理对粘贴好的应变片的弹性敏感元件，在200摄氏度温度下保温三个小时进行固化处理。g：粘贴质量检查1：外观检查用放大镜检查粘合层是否有气泡，应变片是否全部粘贴牢固，有无造成短路或断路的危险部位，位置是否正确。2：电阻值检查应变片的电阻值在粘贴前后不得有较大变化。3：绝缘电阻的检查应变片的箔片与弹性敏感元件之间的绝缘电阻应大于200M，用于检查的兆欧表，电压不得超过250V，通电时间不得超过30秒。以上三步任何一个有差错均要重新粘贴应变片。（二）电路补偿（三）保护处理引出线的固定保护将粘贴好的应变片，补偿电阻以及导线焊接在一起，外露接线为四根，分别取四种颜色，黑白线分别为供桥输入电源正极负极接线；红蓝两线分别为电桥输出差分信号线。并用胶布将导线固定在弹性敏感元件表面。固定时应留有弯曲变形的余量，并使导线与弹性体绝缘。应变片的防潮处理在粘贴好的应变片和补偿电阻表面涂上溶化的石蜡和蜂蜡，厚度约为2mm。（四）装配前处理将各个零部件表面进行处理，焊接部位不得有锈蚀，污渍，油漆，灰尘等。（五）按总装图装配（六）装配后处理去除焊熘及毛刺，使传感器连接处光洁平整，检查焊缝是否均匀合理，O型圈密封处是否严实。为了提高弹性敏感元件的弹性性能，和减小壳体对弹性元件的影响，消除残余几下颚应力，必须进行动载和静载处理。动载处理是在1/3量程到满量程下，以每秒四次的频率加载一个两个小时；静载处理是在额定载荷的125下保持4-6小时，或者在110情况下保持18-20个小时。9第四章传感器安装设计4.1 设计方案提升钢丝绳联接装置是经验提升容器（箕斗或罐笼）与钢丝绳的连接机构。对于多绳提升来说，除了必须保证连接可靠外，还要求便于每根钢丝绳的调绳长度和平衡张力。该装置采用闭环无源液压连通自动调整平衡系统，能高精度地实现钢丝绳在动、静状态下的张力自动平衡。对本设计来讲，还要满足对压力传感器的合理安装问题。张力自动平衡液压平衡系统由内侧板、上连接叉、承压板、外侧板、连通油缸、销换向叉、下连接叉组成。内侧板和外侧板通过承压块、联接块、滑动块、调整垫片、销轴和连通油缸组成抽拉扣环结构，再通过上连接叉和换向叉和上部楔形绳环连接，通过换向叉、下连接销叉和下部容器（箕斗）四角板相连，多个这样的结构加上连接组件（软管、阀门、通管）形成了张力自动平衡悬挂装置。这种联接装置的工作原理是:闭环无源液压连接式。无论是处于运动或静止时，只要各个钢丝绳存在张力差，张力大的钢丝绳通过内侧板、承压块、外侧板、滑动块压缩连通油缸及活塞杆压缩，悬挂伸长，钢丝绳的张力变小，油缸内的油液通过连通管进入张力小的油缸，使其活塞杆往外伸长，通过内侧板、承压块、外侧板使悬挂缩短，钢丝绳张力变大，直到每根钢丝绳的张力均相等，连通油缸运动才相应停止。本设计中，将传感器安放在承压块和活塞杆之间，钢丝绳拉力转化为活塞杆压力处，传感器承受压力。可以减小传感器的设计安全系数，进而减小弹性敏感元件的横截面积，提高传感器的灵敏度，其位置置于内侧板之间，较隐蔽，不易受到外部损伤，同时对传感器起到了保护作用。在设计之中，重要的是考虑各个零部件的安全性能，即使设计的联接装置能满足煤矿安全规程，其次是结构紧凑，减小振动对零部件的损伤及联接处的稳固性，以及对测试性能的影响。4.2 油缸设计4.2.1 活塞杆设计1）材料选择活塞杆材料多为中碳钢，经调质及热处理后性能基本都能满足要求，设计中选择35号钢。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面淬火后进行镀铬处理，镀层厚为。并进行抛光加工。 2）尺寸设计活塞杆的抗压强度：，安全系数为：，则许用压应力：/ 31实际最大应力: 其中：为最大压力 140000N则：取压杆稳定性校核：挠度计算：为稳定性系数；为最下惯性半径； 0.035m为活塞杆长； 0.3m挠度极限挠度：；则压杆稳定性校核按强度校核计算，设计时已满足。4.2.1 缸筒设计1)材料选择缸筒是液压缸的主要零件，本设计应满足以下要求：1：足够的强度，刚度和韧性；2：设计中，缸筒应与承压块焊接，可焊性要求良好。目前常用的材料有：25，S35,S45;ZG200-400,ZG280-450;25CrMo，38CrMoAl，毛坯采用无缝钢管，选择S35，机械预加工后进行调质处理。2）设计计算缸筒内径d：活塞杆直径为60mm，初定d80mm d80mm，工作时最大油压， 140000N，则，，最小壁厚： 520MPa，式中（为安全系数） 10，，则取10mm ， 10mm ，则缸筒大径D D，油缸校核：首先，额定工作压力应低于一定极限值：，，满足要求；其次，最大工作压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生：式中为了缸筒发生完全塑性变形的压力则满足塑性变形要求，满足要求此外，应验算缸筒的爆破压力：则220 220满足要求；最后，缸筒径向变形应在允许范围内（不超过密封圈允许范围）密封圈选择 75GB3452-1-1992 =3.55mm即： 220式中：为泊松系数， 0.3 为弹性模量，则 0.088mm =0.088mm满足最大变形量要求，综合以上得缸筒满足强度要求。缸筒底部最小厚度近似计算： 17.5MPa， 52MPa 25mm缸筒与端部焊接时焊缝的应力大小为：F：缸内最大工作推力； F140000N：焊接效率，取0.7； 0.7：焊条材料最大抗拉强度（选碳钢焊条E4320） =420MPa：安全系数，取10 10则： 42MPa故焊缝能满足强度要求。4.2.3 活塞设计1）结构形式活塞密封型式可分为整体密封活塞和组合密封活塞，整体活活塞多采用活塞环，O型圈密封，唇形密封，迷宫密封等；组合活塞可采用组合密封圈，但其结构较复杂，加工工作量大。设计中采用整体密封活塞，O型圈密封。O型圈密封是借介质本身的压力来改变其接触状态使之实现密封的，也称为“自封作用”，密封部位结构简单，安装部位紧凑，密封性能较好，运动摩擦阻力小，动密封压力可达35MPa，工作温度范围大，为。寿命长（大于两年）。2）材料选择活塞材料多用优质碳钢，设计中选用35号钢。3）尺寸设计简图如下：密封圈为75GB3452-1-1992查表得：密封沟槽宽度b4.8 mm b4.8mm沟槽深度 t2.96mm t2.96mm （图3-1 活塞）槽底圆角半径0.4mm 0.4mm槽棱圆角半径沟槽底最大直径：油缸直径，为80mm 80mm则取74mm活塞杆密封沟槽底的最小直径取38mm4.2.4胶管参数计算液压自动平衡系统中，随着钢丝绳张力的自动调节，及调整垫片的数量调整，油缸和板件之间存在一定相对运动，另外，为了使液压系统安装简便，油缸联接部采用钢管，而采用具有较好柔度的高压胶管。1）内径计算当液压缸行程最大时，管内流量Q Q S：油缸内截面积， L：最大行程， t：调整时间，取1s t1s则：Q0.0012 Q0.0012则胶管面积A：A,( 为流速 ) 1m/s 则半径5.6mm 取公称尺寸6.3mm 6.3mm2）胶管接头根据胶管半径选择胶管接头6.3 -1000 JB/EQ4427-86安装时，胶管最小弯曲半径为100mm，胶管接头和胶管联接处应留有一端不小于15mm的直线段。4.2.4 液压泵及连通阀的选择液压泵选用密封性能较好，工作压力高的的柱塞泵。其结构简单，体积小，重量轻，效率高等特点。介于本系统中液压泵只提供供油作用，对其功率要求不高，可选用功率较小而重量轻的型号。选取：2.5MCY14-1B，其性能指标为：排量为：2.5vml/r额定工作压力：32MPa额定转速：3000r/min驱动功率：6kW重量：4.5Kg连通阀为四路或六路阀，采用上海华光工具厂的产品，系统应用前可与该厂联系购买。4.3 板件设计3.3.1外侧板设计外侧板上端通过销轴和滑动块联接在一起，下端通过下连接叉和换向叉与箕斗联接在一起，重要尺寸为板件最小横截面积，两端销轴处与端部距离。设计如下：材料选择：常用材料：35号钢， 35号钢得抗拉强度， 535MPa确定最小横截面积：最大拉应力， 7t （n为安全系数） n10则取板厚为20mm则内侧板截面最小处长度，取余量得。外侧板与滑动块联接处销轴2及其轴套半径分别为80，90mm（见销轴设计）则内侧板宽度b：b+80mm 170mm （取余量）得b180mm。外侧板与滑动块联接处销轴2联接处（受力如下）圆孔圆心与端部的最短距离：圆孔直径为90mm ， D90mm，易知中间S处为弯矩危险截面抗弯系数W：， 20mm （图3-2 销轴1处受力图）极限弯矩为 310MPaf：抗弯系数 f1.5实际弯矩M：带入得1281N.M由（n为安全系数） n10得d 取即57.5+4595mm 102.5mm剪切校核：受力图如上，可知在a,b处受剪切力 F=剪切应力 =20MPa，则则强度满足要求。（图3-2 下端受力图）外侧板下端与下连接叉相连处销轴圆孔圆心到端部的最小距离（受力图如上）圆孔直径为80mm ， D80mm，易知中间S处为弯矩危险截面抗弯系数W：， 20mm极限弯矩为 310MPaf：抗弯系数 f1.5实际弯矩M：带入得2450N.M由（n为安全系数） n10得d 取即55+4095mm 95mm剪切校核：受力图如上，可知在a,b处受剪切力 F=剪切应力 =20MPa，则则强度满足要求。其余尺寸见零件图。4.3.2 内侧板设计内侧板承受拉力，其值等于钢丝绳张力。两个内侧板之间固定承压块，液压缸及滑动块，两者之间的间距用联接块保证。设计步骤如下：材料选择：常用材料：35号钢， 35号钢得抗拉强度， 535MPa确定最小横截面积：最大拉应力， 14t （n为安全系数） n10则取板厚为20mm则内侧板截面最小处长度，取余量得。内侧板与上联接叉联接处销轴1及其轴套半径分别为70，80mm（见销轴设计）取内侧板宽度与外侧板相同为180mm。（图3-3 销轴2处受力图）内侧板与上联接叉联接处圆孔圆心到端部的最小距离（受力图如上）圆孔直径为80mm ， D80mm，易知中间S处为弯矩危险截面抗弯系数W：， 20mm极限弯矩为 310MPaf：抗弯系数 f1.5实际弯矩M：带入得2450N.M由（n为安全系数） n10得d 取即55+4095mm 95mm剪切校核：受力图如上，可知在a,b处受剪切力 F=剪切应力 =20MPa，则则强度满足要求。滑动块行程定为500mm油缸初始位置总长：其余尺寸见零件图。4.4 支承块设计支承块是支承传感器及液压缸，将张力转化为压力的重要零件。由底座和套筒两部分构成，前者主要起支承定位作用，后者起导向和保护作用。由于钢丝绳拉力较大，支承块中心受载荷，产生中心变形，对两侧支承点产生横向力，使两个内侧板产生横向位移的趋势。联接固定内侧板的方法是在内侧板之间设置联接块，其两端靠螺母或螺钉和内侧板固定在一起。设计中，选择合理的厚度，使支承块变形产生的横向力足够小，控制在螺母螺钉预紧力范围之内，确保内侧板的配合紧凑。尺寸设计校核如下：（图3-4 支撑块简图）大致图形如上：材料选择：常用材料35号钢传感器的直径为100mm，套筒外径为130mm，取宽度： b130+220170mm.长度： l180mm厚度h设计：螺钉（螺母）最大拉伸应力和计算：螺母选择，螺钉等级为4.8级预紧力） 3.14 6.4 承受轴向力时，强度条件：预紧力作用时产生扭转力矩，其扭转剪切力，根据第四强度理论，危险断面的当量应力( * )产生侧向力时，预紧力由降至，总的工作拉力+为保证联接紧密性，要求，即2.5,带入( * )得：2053N(*)承压板中心受力简化为中间受力，两端铰支的模型，图为：（图3-5 支撑块受力简图）中心挠度为：端点偏转角：最大载荷时横向力：联立(*)式得：带入数据解得：留取余量，箕斗装载情况是交变的，则侧向力也是交变的，故应对螺栓进行疲劳强度校核;螺栓尺寸系数：（查表） 0.8材料疲劳极限： 204MPa应力幅安全系数：10 10 应力集中系数：（查表） 4则：许用应力幅：实际应力幅计算：最大应力6.5MPa最小应力3.6 MPa则2.7 MPa 2.7 MPa 所以：满足疲劳强度要求。（螺钉和螺母尺寸相同,强度及疲劳校核同螺母）4.5 叉件设计联接装置中和上部楔型绳卡，下部箕斗的联接要靠叉件来完成，包括上连接叉，下联接叉以及换向叉。3.5.1换向叉1）材料选择：根据常用材料，选择35号钢。2）尺寸设计材料选择与板件相同，受力相似，均只承受拉力，根据内侧板尺寸设计，可选换向叉两侧板厚度与内侧板相同，即20mm。最小横截面积和内侧板页相同，最小截面处最小长度不小于70mm。销轴联接处直径80mm，则可取换向叉宽度70+80150mm。中间板厚度的d设计：最小截面处截面长度为：拉伸应力， 14t （n为安全系数） n10则d 取d38mm换向叉下端与上连接叉相连处销轴圆孔圆心到端部的最小距离圆孔直径为80mm ， D80mm，易知中间S处为弯矩危险截面抗弯系数W：， 38mm极限弯矩为 310MPaf：抗弯系数 f1.5实际弯矩M：带入得2450N.M由（n为安全系数） n10得d 取即55+4095mm 95mm剪切校核：受力图如上，可知在a,b处受剪切力 F=剪切应力 =20MPa，则则强度满足要求。具体尺寸见零件图。3.5.2 连接叉联接叉分为上连接叉和下联接叉，形状及受力和换向叉和板件相似，材料选择35号钢，由板件设计和换向叉设计易得其尺寸，见零件图。强度校核校核在板件设计已完成，不再赘述。4.6 销轴设计销轴是联接装置中用来联接并紧固板件和板件，叉件和板件，叉件和叉件的零件，装置中共有五个销轴，下面按从上往下的顺序依次说明：4.6.1销轴1 销轴1用来联接换向叉和上联接叉。受力简图及弯矩图如下（图3-6 销轴1受力及弯矩图）材料选择：轴的材料为45号钢，调质处理直径D设计：由图易知，力，弯矩：时 30.5mm时当x30.5时，最大弯矩：最大弯矩处应力： n10 65MPa 则：（取d70mm ） d70mm疲劳强度校核：易知中间点为危险截面，弯曲应力 61MPa弯曲应力幅61MPa 61MPa最小应力弯曲平均应力查表得疲劳极限300MPa 300MPa危险截面处应力集中系数2.32 2.32材料的弯曲特性系数碳钢为0.1 0.1则疲劳应力安全系数满足要求剪切强度校核：在两侧板内侧，存在剪切力，应对其进行校核，最大剪切应力 n为安全系数，取10 n10 则为最大剪切力， 70000N为销轴截面积， =则故满足剪切强度要求；挤压强度校核：因为中间板受力为两侧板的两倍，而其横截面积为70mm38mm，略小于两侧板横截面积70mm20mm的两倍，故挤压危险截面为销轴与中间块之间的应力接触部分。挤压应力：（许用挤压强度）为最大挤压力，为销轴直径， 70mm 为中间块厚度， 38mm则，故满足挤压强度要求。最后，销轴受载挠度应不得大于一极限值，查手册得许用挠度则m， m对受均布载荷的杆件，其最大挠度为：式中：(惯性矩) 为弹性模量，对钢材，带入解得：故满足弯曲刚度要求。综合以上得，销轴1直径取70mm满足各种强度要求，具体尺寸件零件图。4.6.2 销轴2 销轴2是联接上连接叉和内侧板的零件。其受力及简图及弯矩图如下：材料选择轴的材料为45号钢，调质处理（图3-7 销轴2受力及弯矩图）直径D设计：由图易知，力最大弯矩700000.021=1470NM将其受力与销轴1比较，可取直径同为70mm强度校核：最大弯矩处应力： d70mm许用应力： 65MPa 满足强度要求疲劳强度校核：易知中间点为危险截面，弯曲应力 36.6MPa弯曲应力幅36.6MPa 36.6MPa最小应力弯曲平均应力查表得疲劳极限300MPa 300MPa危险截面处应力集中系数2.32 2.32材料的弯曲特性系数碳钢为0.1 0.1则疲劳应力安全系数满足要求剪切强度校核：在两侧板内侧，存在剪切力，应对其进行校核，最大剪切应力 n为安全系数，取10 n10 则为最大剪切力， 70000N为销轴截面积， =则故满足剪切强度要求；挤压强度校核：因为联接叉的侧板受力与两内侧板的相同，而其横截面积也相同，且为70mm20mm，故挤压危险截面为销轴与内侧板和上联接叉之间的应力接触部分。挤压应力：（许用挤压强度）为最大挤压力，为销轴直径， 70mm 为板件厚度， 20mm则，故满足挤压强度要求。最后，销轴受载挠度应不得大于一极限值，查手册得许用挠度则， m对受均布载荷的杆件，其最大挠度为：式中：(惯性矩) 为弹性模量，对钢材， a 为受力点到端点间距， a0.021mm带入解得：故满足弯曲刚度要求。其余尺寸见零件图。4.6.3销轴3 销轴3联接滑动块和外侧板，受力简图和弯矩图如下：材料选择轴的材料为45号钢，调质处理直径D设计：由图易知，力，（图3-8 销轴3受力及弯矩图）弯矩：时 98.5mm时当x98.5时，最大弯矩：最大弯矩处应力： n10 65MPa 则：（取d75mm ） d75mm疲劳强度校核：易知中间点为危险截面，弯曲应力 62MPa弯曲应力幅62MPa 62MPa最小应力弯曲平均应力查表得疲劳极限300MPa 300MPa危险截面处应力集中系数2.32 2.32材料的弯曲特性系数碳钢为0.1 0.1则疲劳应力安全系数满足要求剪切强度校核：在两侧板内侧，存在剪切力，应对其进行校核，最大剪切应力 n为安全系数，取10 n10 则为最大剪切力， 70000N为销轴截面积， =则故满足剪切强度要求；挤压强度校核：因为滑动块受力为外侧板的两倍，而其受压截面积为70mm154mm，大于外侧板横截面积70mm20mm的两倍，故挤压危险截面为销轴与外侧板之间的应力接触部分。挤压应力：（许用挤压强度）为最大挤压力，为销轴直径， 70mm 为中间块厚度， 20mm则，故满足挤压强度要求。最后，销轴受载挠度应

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