机械毕业设计（论文）-液压绞车设计2【全套图纸】.doc

中国矿业大学2010届本科毕业生毕业设计 第70页1 绪 论全套图纸，加1538937061.1液压传动系统概论1.1.1传动类型及液压传动的定义一部完备的机器都是由原动机、传动装置和工作机组成。原动机（电动机或内燃机）是机器的动力源；工作机是机器直接对外做功的部分；而传动装置则是设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换与控制，以满足工作机对力（或力矩）、工作速度及位置的要求。按照传动件（或转速）的不同，有机械传动、电器传动、流体传动（液体传动和气体传动）及复合传动等的要求。液体传动又包括液力传动和液压传动是以动能进行工作的液体传动。液压传动则是以受压液体作为工作介质进行动力（或能量）的转换、传递、控制与分配的液体传动。由于其独特的技术优势，以成为现代机械设备与装置实现传动及控制的重要技术手段之一。1.1.2 液压系统的组成部分液压传动与控制的机械设备或装置中，其液压系统大部分使用具有连续流动性的液压油等工作介质，通过液压泵将驱动泵的原动机的机械能转换成液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行机器（液压缸、液压马达或摆动液压马达）中，转换为机械能去驱动负载。这样的液压系统一般都是由动力源、执行器、控制阀、液压附件几液压工作介质的几部分所组成。一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，称为液压回路。为了实现对某一机器或装置的工作要求，将若干特定的基本回路连接或复合而成的总体称为液压系统。1.1.3 液压系统的类型液压系统可以按多种方式进行分类，见1.1。1.1.4 液压技术的特点与其它传动控制方式相比较，液压传动与控制技术的特点如下。（1）优点1）、单位功率的重量轻。2）、布局灵活方便。 1-1 液压系统的分类3）、调速范围大。4）、工作平稳、快速性好。5）、易于操纵控制并实现过载保护。6）、易于自动化和机电一体化。7）、易于操纵控制并实现过载保护。8）、液压系统设计、制造和使用维护方便。（2）缺点1）、不能保证定比传动。2）、传动效率低。3）、工作稳定性易受温度影响。4）、造价较高。5）、故障诊断困难。1.2绞车的简介在起重机械中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式，而这样的机器叫做卷扬机又叫绞车。卷扬机的卷扬机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具挂梁等多种形式。安全保护装置有超负载限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。卷扬机的驱动方式有三种，分别为内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动。内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括起升机构在内的各个工作机构，这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业。为保证各机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。由于内燃机不能逆转，不能带载起动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向，这种驱动方式调速困难，操纵麻烦，属于淘汰类型。目前只有少数地方应用。电动机驱动是卷扬机的主要驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构的工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的卷扬机中，常采用内燃机和直流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动卷扬机中应用广泛。液压驱动的卷扬机，由原动机带动液压泵，将工作油液输入执行构件（液压缸或液压马达）使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄漏。目前液压驱动在建筑卷扬机中获得日益广泛的应用。1.3液压绞车介绍液压绞车是利用液压马达直接或通过减速箱来拖动滚筒的一种新型绞车。液压绞车的用途很广泛，日前常见用于船舶、港口、建筑、矿山、冶金和林业许多行业。防爆液压绞车是在一般液压绞车基础上，配上全套防爆电气设备，并在结构上煤矿井下使用需要的一种防爆绞车。防爆液压提升绞车主要用于有沼气、煤尘爆炸危险的煤矿井下，作为提升和下放人员、煤、矸石及运输材料、机械设备之用。也可供其它有易燃气体和爆炸危险，要求使用防爆电气设备的场所作起重运输用。在煤矿主要是用于采区上、下山运输同时也可用于井下暗立井、暗斜井和掘进时的提升运输及井下辅助运输。本论文主要是阐述煤矿用的防爆液压提升绞车(为叙述方便起见，以下常简称液压绞车)，但其基本原理及其设计方法也同样适用于煤矿用的其它液压绞车及建筑和船舶等使用的液压绞车。液压绞车按其传动系统来分，有全液压传动的液压绞车和液压一机械传动两大类。全液压传动的液压绞车工作原理如图1l所示。例如BYT16型防庭液压提升绞车，它是利用鼠笼型防爆电动机1，传动双向变量的铂向往塞泵2，再和内曲线低速大扭矩液压马达3组成闭式回路，而液压马达直接与绞车滚筒4联接拖动绞车运转。当主油泵2的输出油量增加、减少、为零或改变油流方向时，液压马达也相应加快、减慢、停止或反转，从而驱动绞车滚筒实现以上动作。图1-1 全液压绞车传动工作原理1、电动机 2、主油泵 3、液压马达 4、绞车滚筒1.4拟定绞车液压系统图液压系统的工作原理及其特点简要说明如下：（见图1.2）液压马达9的排量切换由二位四通电磁换向阀5实现，控制压力由液压马达9自身提供，为了防止下放时因超越负载作用而失速，在马达回油路上设置了外控式平衡阀4。另外，为了提高系统工作可靠性，以防污染和过热造成的故障，在回油路上设置了回油过滤器7及冷却器8。三位四通电磁换向阀9的中位机能为K型，所以，绞车停止待命时，液压泵可以中位低压卸荷，有利于节能。表1.2绞车液压系统电磁铁动作顺序工 况电磁铁1YA2YA3YA满载卷扬上升-+-空包下放+-停止-+由表1.2可知：当电磁铁2YA通电时，三位四通电磁换向阀5切换至右位，液压油经过单向阀进入液压马达2，驱动滚筒卷扬方向旋转。当电磁铁1YA通电时，负载由平衡阀支撑的同时快速下放，当需要制动时，电磁铁3YA通电，制动器制动 。图1.21.多片式摩擦离合器2、液压马达3、6、溢流阀4、外控式平衡阀5、三位四通电磁换向阀7、回油过滤器8冷却器9、液压马达10、油箱2 卷扬机构的方案设计 卷扬机方案设计的主要依据：机构的驱动方式；安装位置的限制条件和机型种类与参数匹配等。2.1 常见卷扬机构结构方案及分析2.1.1 非液压式卷扬机构方案比较根据卷扬机构原动机和卷筒组安装相对位置不同，卷扬机构结构布置方案的基本型有并轴式和同轴式两种。而这两种基本型中又有单卷筒和双卷筒之分。下面介绍几种常见的卷扬机构结构方案。图2.1 并轴布置单卷筒卷扬机构图2.1所示为并轴式单卷筒卷扬机构，他们的卷筒轴与原动机轴线并列平行布置，结构简单、紧凑。 为了提高取物装置在空载或轻载时的下降速度，有的卷扬机构设置了重力下降装置（图2.1b）。在卷筒上装有带式制动器和内涨式摩擦离合器。当离合器分离时，驱动卷筒的动力源被切断，卷筒处于浮动状态，这时可利用装在卷筒上的带式制动器控制取物装置以重力快速下降。 卷扬机构方案设计中一个重要问题是卷筒轴与减速器输出轴的连接方式。图2.1（a）、（b）所示方案，它们是把卷筒安装在减速器输出轴的延长部分上，从力学观点看，属于三支点的超静定轴，减小了轴承受的弯矩。但是，这种结构对安装精度要求很高，而且使的卷筒组和减速器的装配很不方便，减速器也不能独立进行装配和试运转，更换轴承也较困难。然而，它的外形尺寸小，结构简单，适用于中小型建筑机械的卷扬机构。 图2.1（c）、（d）所示方案，卷筒组与减速器输出端均采用了补偿式连接。图2.1（c）减速器的输出轴利用齿轮连轴节与卷筒连接，且直接把动力传递给卷筒。图2.1（d）是采用十字滑块联轴节将卷筒和减速器输出轴连成一体，卷筒轴的右端伸入到减速器输出轴上的联轴节半体中心孔内，构成了轴的一个支点，输出轴和卷筒轴均为筒支结构，构造紧凑，制造、安装均有良好的分组性。 并轴布置双卷筒卷扬机构（图2.2），由一台液压马达通过二级齿轮减速器分别驱动装在两根平行轴上的主、副卷筒。在这两个卷筒上分别装有离合器和制动器。通过液压操纵系统的控制可使主、副卷筒独立动作，并能实现重力下降。图2.2 并轴布置双卷筒卷扬机构 双卷筒集中驱动，可减少一套液压马达及传动装置。2.1.2 卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则 综上所述，卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则是：1 尽量避免采用多支点的超静定轴。因为多支承点受力复杂且轴安装精度不易保证。2 优先采用减速器输出端直接驱动卷筒的连接方式，使卷筒轴不传递扭矩，尽可能避免卷筒轴收弯曲和扭转的复合作用，以减少轴的直径。3 使机构有良好的总成分组行，以利制造、安装、调试和维修。4 结构紧凑、构造简单，工作安全可靠。2.1.3 液压卷扬机构的分类近年来普遍采用了行星齿轮传动的多速卷扬机构，利用控制多泵合流和液压马达的串并联或采用变量液压马达实现卷扬机构的多种工作速度，从而实现轻载高速、重载低速，提高工作效率，以满足各种使用要求。液压传动的起升机构可分为下列几种形式： 由于选用的液压马达的形式不同，液压起升机构可分为高速液压马达传动和低速大扭矩马达传动两种形式。 高速液压马达传动需要通过减速器带动起升卷筒。减速器可采用批量生产的标准减速器，通常有圆柱齿轮式，蜗轮蜗杆式和行星齿轮式减速器。这种传动形式的特点是液压马达本身重量轻、体积小，容积效率高，生产成本较低。但整个液压起升机构重量较重，体积较大。低速大扭矩马达传动可直接或通过一级开式圆柱齿轮带动起升卷筒。虽然低速马达本身体积和重量较大，但不用减速器，使整个液压起升机构重量减轻，体积减小。并使传动简单、零件少，起动性能和制动性能好，对液压油的污染敏感性小。壳转的内曲线径向柱塞式低速大扭矩马达，可以装在卷筒内部，由马达壳体直接带动卷筒转动，结构简单紧凑，便于布置。图2.3 液压卷扬机构布置方案(一)2.1.4 液压式行星齿轮传动卷扬机构布置方案液压多速卷扬机构有多种布置方案，如：1、液压马达、制动器和行星减速器分别布置在卷筒的两侧，即对称布置（图2.3）。2、液压马达和制动器分别布置在卷筒的两侧，行星减速器装在卷筒内部（图2.4）。图2.4 液压卷扬机构布置方案（二）图2.5 液压卷扬机构布置方案(三)3、液压马达、制动器布置在卷筒同一侧，行星减速器装在卷筒内（图2.5）4、液压马达、制动器和行星减速器均装入卷筒内部（图2.6）。 图2.6 液压卷扬机构布置方案(四) 二三方案属于同一类型，由于行星减速器装在卷筒内，所以体积小，结构较紧凑，但由于卷筒内的空间位置受到限制，要求安装精度高，零件加工工艺复杂，轴承的选择较困难，维修不方便。它们的不同处是制动器的安装位置，方案二显得对称性好。 方案四显然较方案二、方案三的外形尺寸更小，结构更加紧凑。但是它除了有二、三方案中的问题外，还存在制动器和液压马达的散热性极差，检修调试也很不方便。 二、三、四方案均属同轴式布置，即使液压马达和卷筒轴在同一中心线上，总成组装时要保证规定的同心度。2.2 本设计所采用的方案本设计选用低速大扭矩马达，采用低速方案，不选用减速器。液压马达直接驱动滚筒。传动方案根据比较选用如（图2.8）所示，盘形闸通过滚筒的制动轮制动。此方案整体体积小，结构较紧凑。图2.8 本设计所采用的方案2.3 卷扬机构方案设计注意事宜 卷扬机构的方案的设计除认真考虑以上问题外，还要酌情处理好以下事宜。 1、分配机构总传动比时，级差不宜过大，一般可采取从原动机至卷筒逐级降低传动比的分配方法。 2、卷筒直径尽量选取最小许用值，因为随着卷筒直径的增加，扭矩和传动比也随之增大，引起整个机构的尺寸膨胀。但在起升高度大的情况下，为了不使卷筒长度过大，有时采用加大直径的办法来增加卷筒的容绳量。 3、对于具有多种替换工作装置的机械，卷筒的构造应能提供快速换装的措施，如制成剖分组合式卷筒等。4、滑轮组的倍率对机构的影响较大。因此，滑轮组的倍率不宜取得过大。一般当起升载荷PQ50kN时，滑轮组的倍率宜取2，PQ250kN时，倍率取36，载荷量更大时，倍率可取8以上。 5、卷扬机构的制动器是确保工作安全可靠的关键部件。支持制动器一般应装在扭矩最小的驱动轴上，这样可减少制动器的尺寸。但是若采用制动力矩大、体积小、结构简单的盘式制动器时，可将其装在卷筒的侧板上，以提高卷扬机构的可靠性。 对于起吊危险物品的卷扬机构应设置两套制动装置。 3 卷扬机构组成及工作过程分析3.1 卷扬机构的组成根据选用的低速方案分析卷扬机由液压马达、长闭多片盘式制动器、卷筒、支承轴、平衡阀和机架等部件组成。3.2 卷扬机构工作过程分析3.2.1 卷扬机构的工作周期卷扬机构是周期性作业。一个工作周期为：启动加速（0a）、稳定运动（ab）和制动减速（bc）三个过程（图3.1）。载荷由静止状态被加速到稳定工作速度（稳定运动）时，所经历的时间称为启动时间，从a到b经历的时间称为工作时间，从b点的稳定运动减速到静止状态时所经历的时间成为制动时间。起动和制动时间直接影响卷扬机的工作过程，设计时可通过计算选取较为适合的时间。图3.1 卷扬机构工作过程曲线3.2.2 载荷升降过程的动力分析卷扬机构带载作变速运动（起动或制动）时，作用在机构上的载荷除静力外，还有作加速运动（或减速运动）质量产生的动载荷。1起升起动过程 卷扬机构带载提升时，载荷从静止状态加速到稳定运动速度v的瞬时过程称为起升起动过程。此时，悬挂载荷的钢丝绳拉力（图3.2a）为： 式中 起升载荷； 由加速运动质量产生的惯性力。 在起升起动时，惯性力方向与起升载荷方向相同，使钢丝绳拉力增加。图3.2 重物升降过程的动力分析（a）起升起动；（b）起升制动；（c）下降起动；（d）下降制动 2、起升制动过程 卷扬机构由匀速运动制动减速到静止的过程称为起升制动过程。此时，悬挂重物的钢丝绳拉力（图3.2b）。由于减速运动质量产生的惯性力的方向与起升载荷的方向相反，故使钢丝绳拉力减小。 3、下降启动过程 将载荷从静止状态加速下降到匀速的过程称为下降起动过程（图3.2c）。此时，惯性为的方向与载荷的方向相反，使钢丝绳拉力减小，即4、下降制动过程 卷扬机驱动悬吊载荷以匀速下降时，将制动器上闸，使载荷由匀速下降减速到静止状态的过程称为下降制动过程（图3.2d）。此时因惯性力的方向与起升载荷的方向一致，故使钢丝绳拉力增加，即。 综上分析可得如下结论：起升起动和下降制动是卷扬机构最不利的两个工作过程，起升起动时原动机要克服的阻力距是静阻力矩与最大惯性阻力距之和。因此，原动机的起动力矩Mg必须满足 下降制动是制动器最不利的工作过程，所以，卷扬机构支持制动器的制动力矩应满足下面条件： 才能将运动的物品在规定的时间内平稳的停住。式中 卷扬机构驱动载荷匀速运动时的静阻力矩； 卷扬机构起、制动时的最大惯性阻力矩。 显然，上述两种工作过程是决定卷扬机原动机和制动器性能以及对机构的零部件进行强度计算的依据。 4 卷扬机卷筒的设计和钢丝绳的选用4.1 卷扬机卷筒的设计4.1.1 卷扬机卷筒组的分类和特点卷筒是起升机构中卷绕钢丝绳的部件。常用卷筒组类型有齿轮连接盘式、周边大齿轮式、短轴式和内装行星齿轮式。 齿轮连接盘式卷筒组为封闭式传动，分组性好，卷筒轴不承受扭矩，是目前桥式起重机卷筒组的典型结构。缺点是检修时需沿轴向外移卷筒。 周边大齿轮式卷筒组多用于传动速比大、转速低的场合，一般为开式传动，卷筒轴只承受弯矩。 短轴式卷筒组采用分开的短轴代替整根卷筒长轴。减速器侧短轴采用键与过盈配合与卷筒法兰盘刚性连接，减速器通过钢球或圆柱销与底架铰接；支座侧采用定轴式或转轴式短轴，其优点是构造简单，调整安装比较方便。 内装行星齿轮式卷筒组输入轴与卷筒同轴线布置，行星减速器置于卷筒内腔，结构紧凑，重量较轻，但制造与装配精度要求较高，维修不便，常用于结构要求紧凑、工作级别为M5以下的机构中。 根据钢丝绳在卷筒上卷绕的层数分单层绕卷筒和多层绕卷筒。由于本设计的卷绕层数为三层，因此采用多层卷筒。根据钢丝绳卷入卷筒的情况分单联卷筒（一根钢丝绳分支绕入卷筒）和双卷筒（两根钢丝绳分支同时绕入卷筒）。单联卷筒可以单层绕或多层绕，双联卷筒一般为单层绕。起升高度大时，为了减小双联卷筒长度，有将两个多层绕卷筒同轴布置，或平行布置外加同步装置的实例。 多层卷筒可以减小卷筒长度，使机构紧凑，但钢丝绳磨损加快，工作级别M5以上的机构不宜使用。4.2牵引钢丝绳直径的确定液压绞车用于托运重物和调度车辆等用途。由于其工作环境恶劣，要求其具有一定的防腐蚀及防锈能力。钢丝绳的安全系数取n=4，则钢丝绳所能承受的拉力F需满足以下的要求：其中： 则： 查机械设计手册， 选择： 绳 619（钢丝绳第二组a） 股 (1+6+12) 钢芯，钢丝绳表面镀络。其主要参数如下：钢丝绳公称直径|d/mm: 34钢丝绳公称直径|允许偏差/%: (+6，0)近似重|钢芯|kg/100m: 469.00最小破断拉力/kN|钢芯: 604.004.3滚筒参数的确定4.3.1滚筒节径DD20d式中，d钢丝绳直径 d =34mm则 D2034=680mm 取D =700mm4.3.2滚筒宽度B滚筒的宽度直接影响到最终产品的宽度，因此它的宽度必然要有最大值的限制，即不能太宽。滚筒的宽度太窄的话，那么与减速器装配起来后，就会显得不协调。所以滚筒的宽度不能随便确定，最好是在画图的过程中把它定下来，这样有利于整体的配合。让人看起来协调、美观、大方。但现在考虑到滚筒的平均速度以及便于下面的各种计算，我们暂定滚筒宽度为B=960mm。4.3.3滚筒的外径D1按照常规，同时根据煤矿安全规程，钢丝绳的缠绕层数最好不要超过5层，也就是说，控制在6层以内,但也可以超过6层。滚筒的容绳量，我们为350mm，据以上设计可知，每一层缠绕的圈数n：每一圈所缠绕的长度：计算钢丝绳的缠绕层数为（层）则钢丝绳在卷筒上的最小缠饶直经：钢丝绳在卷筒上的最大缠饶直经：D1108mm，取D=1200mm。钢丝绳在卷筒上的平均缠饶直经：根据设计要求平均速度为4.3.4卷筒壁厚 初步选定卷筒材料为铸铁卷筒，根据铸铁卷筒的计算式子： 0.02D+（38）mm把数值代入式中有 =0.02700+6=20mm故选用=20mm。4.3.5绳槽的选择 单层卷绕卷筒表面通常切出导向螺旋槽，绳槽分为标准槽和深槽两种形式，一般情况都采用标准槽。当钢丝绳有脱槽危险时（例如起升机构卷筒，钢丝绳向上引出的卷筒）以及高速机构中，采用深槽。 多层卷绕卷筒表面以往都推荐做成光面，为了减小钢丝绳磨损。但实践证明，带螺旋槽的卷筒多层卷绕时，由于绳槽保证第一层钢丝绳排列整齐，有利于以后各层钢丝绳的整齐卷绕。光面卷筒极易使钢丝绳多层卷绕时杂乱无序，由此导致的钢丝绳磨损远大于有绳槽的卷筒。在此，我们仍采用深槽面。 （1）绳槽半径根据下式R=（0.53-0.56）d 取R=0.5d把数值代入得 R=0.534=17mm 绳槽节距P=d+（24）mm 取P=34+2=36mm 绳槽深度h=（0.250.4）d 取h=0.35d=0.3534=11.9mm图4.2绳槽的放大示意图 （2）绳槽表面精度：2级值12.5。4.3.6卷筒强度计算 卷筒在钢丝绳拉力作用下，产生压缩，弯曲和扭转剪应力，其中压缩应力最大。当时，弯曲和扭转的合成应力不超过压缩应力的，只计算压应力即可。当时，要考虑弯曲应力。对尺寸较大，壁厚较薄的卷筒还需对筒壁进行抗压稳定性验算。 由于所设计的卷筒直径D=700mm，B=960mm， 。所以只计算压应力即可。 卷筒筒壁的最大压应力出现在筒壁的内表面压应力按下式计算：式中卷筒壁压应力（MPa）；钢丝绳最大静拉力（N）；应力减小系数，在绳圈拉力作用下，筒壁产生径向弹性变形，使绳圈紧度降低，钢丝绳拉力减小，一般取；多层卷绕系数。多层卷绕时，卷筒外层绳圈的箍紧力压缩下层钢丝绳，使各层绳圈的紧度降低，钢丝绳拉力减小，筒壁压应力不与卷绕层数成正比按表取值，；许用压应力，对钢，为钢的屈服极限。把各数代入上式中：根据所计算的结果查得卷筒的材料为铸钢，其抗压强度极限850MPa， /2425MPa，=300MPa/2,因此材料选用合格。4.4钢丝绳端部的固定方法 钢丝经常使用时需要与其它承裁零件联接，因此钢丝绳端部需要加以固定。常用的绳端固定方法有下面四种： (1)编织法(图4.3a)。钢丝绳一端绕过心形套环后与自身编结在一起，并用纲钢丝扎紧。捆扎长度l(20-25)d(d为钢丝绳直径)，同时不应小于300mm。固定处的强度，约为钢丝绳自身强度的75-95。 (2)楔形套筒固定法(图4.3b)。钢丝绳一端绕过楔块，连同楔块一起放入筒套内，利用楔块在套筒内的锁紧作用使钢丝绳固定。这种方法装拆最方便，固定处的强度约为钢丝绳自身强度的75-85% (3)锥形会简灌铅法(图4.3c)。钢丝绳末端穿过锥形套简后松散钢丝，将头部钢丝弯成小钩，并浇入铅或锌液，凝固后即成。固定处的强度与钢丝绳自身的强度大致相同。 (4)绳卡固定法(图4.3d)。钢丝绳套在心形套环上，用特制的绳固定。纯卡数量根据钢丝绳直径而定，但不应少于三个，其间距也应适当。固定处的强度约为钢丝绳自身强度的80-90。此法简单、可靠，目前广泛应用。 图4.3钢丝绳端部的固定法5 液压马达及电机的选择5.1 液压马达的选用与验算5.1.1 液压马达的分类及特点液压马达是将液压能转变为机械能，并连续旋转的执行元件。液压马达通入压力油后，由于作用在转子上的液压力不平衡而产生扭矩，并使转子旋转。它的结构与液压泵相似。从工作原理上看，任何液压泵都可以作液压马达使用，反之也是一样，即液压泵与液压马达有可逆性。但是有时为了更好地改善它们的性能，往往分别采用特殊的结构，使之不能通用。例如采用配流盘配流的液压泵，不能作液压马达使用。另外，液压马达与液压泵技术要求的侧重点也有所不同，一般液压泵要求提高容积效率，减少泄漏，而液压马达则希望有较高的机械效率，以得到较大的输出扭矩。在实际使用时，液压泵通常为单向旋转，而液压马达多为双向旋转。液压泵的工作转速都比较高，而液压马达往往需要很低的转速，这就使得它们在结构上不得不有所区别。起重机的常用液压马达分为高速液压马达和低速液压马达。高速液压马达的主要性能特点是负载速度低、扭矩小、体积紧凑、重量轻，但在机构传动中需与相应的减速器配套使用，以满足机构工作的低速重载要求，其他的特点与同类的液压泵相同，较多应用的有摆线齿轮马达，轴向柱塞马达。低速液压马达的负载扭矩大、转速较低、平稳性较好，可直接或只需一级减速驱动机构，但体积和重量较大。内曲线径向柱塞或球塞马达和轴向球塞式马达是较常用的型式。液压马达在使用中并不是泵的逆运转，它的效率较高，转速范围更大，可正、反向运转，能长期承受频繁冲击，有时还承受较大的径向负载。因此，应根据液压马达的负载扭矩、速度、布置型式和工作条件等选择液压马达的结构型式、规格和连接型式等。5.1.2 液压马达的选用液压泵按照工作原理和基本结构可分为齿轮泵、叶片泵、螺杆泵、柱塞泵等几种类型。液压绞车的主油泵常用柱塞泵，辅助油泵常用叶片泵、齿轮泵。液压泵按照工作压力可分为低压泵、中压泵、中高压泵、高压泵和超高压泵。液压绞车常有工作压力为中高压816MPa和高压1632MPa。液压泵按照工作流量能否调节，可分为定量泵和变量泵。在转速不变的条件下，输出流量不可改变的液压泵称作定量泵，输出流量可以改变的液压泵称作变量泵。液压绞车的主油泵常用变量泵，辅助油泵常用定量泵。1、 负载力矩计算 式中Fc钢丝绳最大静张力，Fc150000N D卷筒直径，D700mm 2、总排量计算式中 P液压马达进出口压力差， P19Pa。液压马达的机械效率，取0.9。 为了适应井下采区绞车繁重的工作条件，延长主油泵和液压马达的寿命，将液压系统主油路的油压定为中高压20MPa比较合适。故取液压马达进口油压P120MPa；出口油压P2=1MPa。 2、 滚筒转速(液压马达转速)计算 式中 V液压绞车提升速度，因本液压绞车可无级调速，全液压传动，故V为液压绞车最大提升速度，V50m/min； n绞车滚筒转速。根据已知液压马达的工作压力为20MPa，总排量19280ml/r，初选液压马达的型号为NJME20型内曲线低速大扭矩径向柱塞式马达，参数见（表51）。表5-1 NJME20型柱塞马达参数型号排量（L/r）压力（Mpa）转速（r/min）效率额定转矩（kNm）NJME2021.2额定最高0-32容积效率总效率53.216200.950.85 图5.2 NJM液压马达图该液压马达型号含义如下： 5.2主油泵流量计算-主油泵的最大输出油量-液压马达容积效率根据计算需选用一台流量Qb461.71lmin的轴向柱塞式油泵。选用太原矿山机械厂试制的ZB-H915轴向柱塞泵。图5.3 ZB系列轴向柱塞泵ZB型轴向柱塞泵是缸体固定，柱塞随主轴旋转的斜盘呈球面点接触而实现往复运动，阀配流的通轴式液压泵。电机主轴可直接装入泵主轴中，带动液压泵旋转。其特点为压力高、抗污染能力强、噪音低、传动、联接形式简单，可广泛用于流量小压力高的试验机、液压机及大型液压系统中的保压及耐压工况中。5.3主油泵电动机功率计算式中Nb-在液压绞车钢丝绳最大静张力和最大提升速度下主油泵电动机功率；Kb-备用系数，取Kb=1.15；Km-满载工作系数，取Km=0.75；z-液压绞车总效率，取=0.75根据计算确定选用浙江金峰防爆电机有限公司的隔爆型三相异步电动机 YB2-315L1-4。160kw，1480r/min。6 轴的设计轴的设计和其他零件的设计相似，包括材料的选用、工作能力的计算和结构设计几方面的内容。6.1 轴的材料40Cr是最常用的合金结构钢，抗拉强度、屈服强度及淬透性均比40号钢高。经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。6.2 轴的工作能力的计算轴的工作能力的计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度，这时需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形，对高速运转的轴，还需进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。1、 求出轴上的转速n和转矩T 由于轴通过联轴器和马达直接相连，故 ，式中马达的额定转矩（Nm）；马达的额定转速（r/min）。 把数值代入式中得： 2、求作用在轴上的各作用力 由于轴带动联轴器、卷筒毂转动方案见（图6.1），因此，轴只受扭矩作用，由于轴除受自身重力和轴上各部件的压力外不再受径向力作用，因此轴所受的径向力可忽略不记.分析如图（6.2） 图6.1 本设计轴的装配方案 图6.2轴的载荷分析图3、初步确定轴的最小直径根据式子式中扭转切应力 （MPa）；轴所受的扭矩（Nmm）轴的抗扭截面系数（mm3）；轴的转速（r/min）；轴传递的功率（kW）；计算截面处轴的直径（mm）；许用扭转切应力（MPa）。由上式得轴的直径=根据轴的选用材料查表得=50Mpa，把数据代入式中得=130.70mm当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱，对于直径d100mm的轴如有多个键槽时，应增大为，故=150.00mm。输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴的直径与液压马达的轴径相适应，综合考虑以上几种因素选取d=150mm。4、校核轴的强度按下式计算式中轴的计算应力（MPa）； M轴所受的弯矩（Nmm）； T轴所受的扭矩（Nmm）； W轴的抗弯截面系数（mm3）； 折合系数； 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。由于本设计中轴只受扭矩的作用因此，由下式计算：轴的抗弯截面系数按下式计算：把数带入式中计算得： W=3.312105mm3折合系数当扭转切应力为静应力时，把计算的值和已知的值代入式中得：根据轴的材料按表选=110MPa。因此，故安全。6.3 轴的结构设计轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，定出轴的合理外形和全部结构尺寸。6.3.1 拟定轴上零件的装配方案轴的结构形式与轴上主要零件的位置及装配方案有关。确定装配方案就是定出轴上主要的装配方向、顺序及相互关系。拟定装配方案时，一般要考虑几个方案，分析比较后选定。本设计的方案如（图6.1）。装配方案为轴承、轴承端盖、支架、卷筒毂、卷筒、轴承按从左到右的方向装配，左端为卷筒、套筒、多盘式摩擦制动器按从左到右方向装配。6.3.2 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 （1）按照计算转矩及最小轴径，选取最小轴径=150mm，与液压马达通过30渐开线花键，与马达配合的长度l=120mm，所以取=164mm。 （2）初步选择滚动轴承，因轴承主要受有径向力的作用，根据轴径及轴承标准，由设计手册中初步选取深沟球轴承6332C，其尺寸为dDB=16034068，所以取=160mm，=68+5=73mm。（3）d3=170mm，l3=113mm，（4）轴和滚筒通过连接轮毂和制动轮毂链接，取=180mm，=111mm。同时根据卷筒的宽度和卷筒毂的宽度取=200mm，=820mm，同理=180mm，=194mm。（5）根据盘形闸的尺寸及安装位置，选择=170mm，=205mm（6）根据轴承取=160mm，=73mm。由设计手册中初步选取深沟球轴承6332C，其尺寸为dDB=160 mm340 mm68mm。 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。6.3.3 轴上零件的周向定位卷筒轮毂与轴的周向定位均采用过盈连接。轴的输入端与液压马达采用渐开线花键连接。连接马达的花键由设计手册查得花键截面mz=5mm29mm （GB1095-1990），d=150mm，轮毂与轴的配合公差为H8/u7。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。制动轮毂与轴的配合采用过盈配合。6.3.4花键的强度校核渐开线花键的强度校核按下列公式计算：pp式中 载荷不均匀系数,一般取0.7； T-花键传递的工作转矩；N-花键的齿数；h-花键齿的工作高度，h1.0m=5mm(m为花键的模数)；L-花键的工作长度；dm-花键的平均直径，dm29*5=145mm; 考虑液压绞车的工作状况，按使用情况不良来取花键的许用应力p70N/mm2(齿面经过热处理)轴上外花键强度的校核.代入T=53200N.m，N29，m5mm ,l160mm，可得计算应力：=69.50N/mm2即69.50N/mm2p70N/mm2 强度符合要求6.3.5轴承的校核1、卷筒近马达端支撑轴承选择与校核轴承用深沟球轴承6332，查机械设计手册,该轴承主要性能参数如下：轴承工作时有轻微冲击，查表取载荷系数=1.1，则由于在滚筒内安装两个轴承，故轴承所受当量动载荷为 ：P=150/2=75KN 在相对运动中，轴承外圈的转速n=23.2r/min 计算轴承寿命，查表取温度系数=1，故2、卷筒远马达端支撑轴承选择与校核轴承用深沟球轴承6232，查机械设计手册,该轴承主要性能参数如下：轴承工作时有轻微冲击，查表取载荷系数=1.1，则由于在行星轮内安装两个轴承，故轴承所受当量动载荷为 ：P=150/2=75KN 在相对运动中，轴承外圈的转速n=23.2r/min 计算轴承寿命，查表取温度系数=1，故6.4滚筒制动轮毂与主轴的过盈配合计算 过盈连接是依靠包容件和被包容件配合后的过盈值达到紧固连接的连接方式。装配后配合面间产生压力。工作时依靠此压力产生摩擦力来传递转矩和轴向力。6.4.1过盈连接装配技术要求（1）应有足够的、准确的过盈值应等于或稍大于所需的最小过盈值。（2）配合表面应具有较小的表面粗糙度，一般为Ra0.8m,圆锥面过盈连接还要求配合接触面积达到75以上,以保证配合稳固性.（3）配合面必须清洁,配合前应加润滑油,以免拉伤表面。（4）压入时必须保证孔和轴的轴线一致，不允许有倾斜现象，压入过程必须边续，速度不宜过快，一般为2mm/s4mm/s（不应超过10mm/s），并准确控制压入行程。（5）细长件、薄壁件及结构复杂的大型过盈连接，要进行装配前检查，并按装配工艺规程进行，避免装配质量事故。6.4.2 过盈配合件装配前的检查 过盈配合零件在装配前必须对配合部位进行复检并做好记录。 (1)过盈量应符合图样或工艺文件的规定。 (2)与轴肩相靠的相关轮或环的端面，以及作为装配基准的轮绿端面，与孔的垂直度偏差应在图样规定的范围内。 (3)相关的圆根、倒角等不得影响装配。 (4)配合表面水准有棱刺、锈斑或擦伤。 (5)当包容件的孔为盲孔时，其装入的被包容件必须有排气孔或槽，否则不准进行装配。 (6)具有键联接的配合件装配前必须对轴槽、孔槽的位置与研配的键进行复检，正确无误后方可进行装配。6.4.3过盈配合的装配（1）人工敲击法：适用于过渡配合的小件装配。1 .大装的零件表面不准有砸痕，2 .打装时，被包容配件表面涂机油润滑，3 .打装时，必须用软金属或硬质非金属材料做防护衬垫，4 .打装过程中，必须使被容件与包容件同轴，不准有任何歪斜现象，5 .打装好的零件必须与相关限位轴肩等靠紧，间隙不得大于0.05mm。（2） 压装法：适用于常温下对过盈量较小的中、小件装配。1. 压装件引入端必须制做倒锥。若图样中未作规定，其倒锥按锥度1：150制作长度为配合总长度的l0%15%，2 .实心轴与不通孔件压装时，允许在配合轴颈表面上加工深度大于0.5mm的排气平面，3 .压装零件的配合表面在压装前须润滑油（白铅油掺机油，4.压装时，其受力中心线应与包容件，被包容件中心线保持同轴。对细长轴应严格控制受力中心线与零件的同轴性，5.压装轮与轴时绝不允许轮缘单独受力，6.压装后，轴肩处必须靠紧间隙小于0.05mm，7.采用重物压装时，应平稳无阻压入，出现异常时应进行分析，不准有压坏零件的现象发生，8.采用油压机装时必须对压入力F进行校核，确保压机所产生的压力应该是压入力F 的152倍，9.采用油压机压装时，应做好压力变化的记录。（3）热装法:适用过盈量较大零件的装配。1做好热装前的准备工作以保证热装工序的顺利完成，2包容件加热胀量达到要求后，要迅速清理包容件和被 包件的配合表面，然后立即进行热装。要求操作动作迅速准确，一次热装到位，中涂不许停顿。若发生异常，不允许强迫装入，必须排除故障，重新加热再进行热装，3.零件热装后，采用拉、压、顶等可靠措施使热装件靠近被包容件轴向定位面。零件冷却后，其间隙不得大于配合长度的11000 .钢件中装铜套时，包容件只能作一次热装，装后不允许作为二次热装的包容件再行加热，5.凡镶圈结构的齿轮与的热装时在装齿圈时已加热过一次，当与轴热装时，又需二次加热，一般应采用油浴加热。若条件有限，也可采用电炉加热，但必须严格控制温升速度，使之温度均匀且工作外表面离炉丝距离大于300mm，否则不准采用 ，6.采用油浴加热，其油温控制在该油的闪点以下1020，绝不允许使用到油的闪点或高于闪点。（4）冷装法：适用于包容件无法加热或加热会导致零件精度、材料组织变化、影响其力学件的装配。6.4.4过盈配合的计算 该液压绞车的滚筒制动轮毂与主轴的连接方式采用过盈配合。其特点是结构简单，无键槽不削弱主轴强度，轮毂定心好，连接可靠，承受重在，冲击和震动的性能较好。但配合尺寸的制造精度要求高，装配工艺复杂。过盈配合连接必须满足两个条件：（1） 传递载荷条件：过盈配合连接的最小过盈量必须保证轴和轮毂可靠的传递扭矩和轴向力，（2） 强度条件：过盈配合连接的最大过盈量必须保证轴，毂装配能力不超过材料的弹性极限。为了满足上述两个条件，过盈配合连接的实际过盈量应符合一下要求： 1. 计算最小过盈量对于钢制的实心轴和轮毂理论最小过盈量实际最小过盈量（1） 计算6.4 制动轮毂与主轴的过盈配合连接式中 Mn-滚筒的最大工作扭矩，发生在滚筒提升开始时，式中T1-滚筒提升开始时钢丝绳的拉力T=150000N-滚筒的变位质量，=4268kga-绞车启动加速度，a=1m/s2D-滚筒直径，D=700mmd-主轴直径，d=180mmd2-制动轮毂外径，d2=300mmf-摩擦系数，取f=0.1l-制动轮毂长度，l=190mm（2）确定H1H2根据制动轮毂与主轴的配合表面的粗糙度为3.2查的H1=H2 =0.010mm（3）计算2. 计算最大过盈量对于钢制的实心轴和轮毂 （1） 计算式中 -钢材的拉伸弹性极限，它接近和稍低于屈服极限（2） 计算3.选择过盈配合种类根据上述计算。查询手册选择制动轮毂与主轴的过盈配合为H8/U7,其配合公差尺寸为： 制动轮毂主轴两配合表面间的极限过盈为： 6.5制动轮与制动轮毂的链接螺栓计算该液压绞车制动轮采用钢板焊接结构，其强度比较富裕，故不进行强度校核计算。制动轮与制动轮毂的连接结构如图所示，制动轮与制动轮毂用10条M16*110螺栓和8条M16定位螺栓连接，螺栓材料为45钢，螺栓分布中心圆直径为400mm，配合长度为25mm。 6.5 制动轮与制动轮毂的连接结构制动轮与制动轮毂的连接螺栓在工作过程中主要承受一下两种载荷和应力：(1)滚筒及缠绕在滚筒上的钢丝绳重量等在连接栓上所造成的挤压应力。(2)钢丝绳的最大拉力及其所引起的扭矩在连接螺栓上所造成的剪