机械毕业设计（论文）-带式输送机液压张紧装置设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第95页1 概述全套图纸，加153893706带式输送机结构简单,工作平稳可靠,噪音小,能实现连续长距离大倾斜输送,设备运行费用低,可在胶带的任意位置加料或卸料,具有生产效率高、输送量大、能源消耗少的特点,被广泛应用于煤炭、冶金、矿山、化工、港口、电站、轻工、建材、粮食等许多工业领域。经过近两个世纪的发展,带式输送机已经在技术上具备了高强力、大运量、大功率的现代化散状物料输送设备的特征。张紧装置是带式输送机的一个基本组成部分,是保证带式输送机正常工作的重要部件。对带式输送机的稳定运行有着至关重要的作用。它的性能好坏直接影响带式输送机整机的工作性能。1.1 带式输送机张紧装置的主要作用带式输送机在启动、运行、制动等工作过程中,输送带会由于拉力和惯性的作用发生蠕变,能够导致输送带变长松弛而无法工作。输送带张紧装置是保证输送带具有一定张紧力、不发生打滑现象而正常工作的重要组件。概括起来,张紧装置在带式输送机中具有以下一些作用:(1)保证带式输送机驱动滚筒分离点的足够张力,防止输送带打滑,从而将驱动装置传递的摩擦牵引力传递给输送带,以带动输送机的正常运转。(2)保证承载分支最小张力点的必须张力,限制输送带在托辊之间的垂度,防止物料垂直跳动对托辊形成冲击而导致电机能量的损失及物料的洒落现象。(3)补偿输送带过度工况时产生的塑性变形,吸收蠕变产生的伸长变化,维持输送机正常运行所需的最小张紧力,从而保证带式输送机的正常运行。(4) 减小启、制动时输送带中出现的动负荷;(5)带式输送机输送带有若干个接头,张紧装置为带式输送机储备了负荷以外的运输带余量,当输送带接头出现问题时可以通过放松张紧装置重新接头排除故障。为输送带重接接头提供必要的行程;(6) 在输送带、传动滚筒等部件维修时释放输送带中的张紧力。1.2张紧装置的类型及发展现状张紧装置直接影响带式输送机的整机性能。目前带式输送机常用的张紧装置主要分为固定张紧装置、重锤张紧装置和液压张紧装置3种。1.2.1固定张紧装置固定张紧装置的特点是张紧滚筒在运转过程中的位置保持不变,张紧力不能自动进行调节,只有在停车状态,才能对张紧装置的张紧力和张紧行程进行调整。固定张紧装置的优点是张紧滚筒位置固定,不需要人工操作或控制,结构简单紧凑,操作维护方便,一般用于小型带式输送机。固定张紧装置又分为螺旋张紧装置和固定绞车张紧装置。螺旋张紧装置见图1-1。图1-1螺旋张紧装置由图1-1可见,张紧滚筒的轴承座安装在活动架上,活动架可在导轨上滑动。旋转调节螺杆,螺母带动活动架一起前进和后退,达到张紧和放松输送带的目的。固定绞车张紧装置由绞车、张紧钢丝绳、滑轮、张紧小车等组成,通过绞车卷进、放出钢丝绳来调节输送带所需的张紧力。1.2.2重锤张紧装置重锤张紧装置是靠重锤的重力将输送带张紧,张紧力的大小依靠增加或减少重锤重量来调节。重锤张紧装置又分为重载车式张紧装置和重锤式张紧装置。重载车式张紧装置是将重物由钢丝绳通过定滑轮与滑动小车相连,将张紧滚筒固定在滑动小车上,由重物拉动滑动小车对输送带产生张紧力(见图1-2) ;重锤张紧装置是通过用钢丝绳悬挂起来的重锤使输送机的张紧车产生张紧力。图1-2重锤车式张紧装置重锤张紧装置的优点是可以通过重锤的位移迅速吸收输送带的弹性伸长,动态响应快,结构简单,且重锤张紧力是基本恒定的,仅在输送机起动和停车时产生很小的惯性力,因而安全可靠性比较高,在带式输送机中使用最为广泛。它的缺点是: （1）张紧力始终保持不变,不能随带式输送机起动、稳定运行所需的不同张力进行调节,在稳定运行过程中输送带始终处于过张紧状态,影响输送带的使用寿命;（2）较为笨重,需要的工作空间大(特别是张紧力较大时) ,维修较为费工费时。1.2.3液压张紧装置（1）普通型液压张紧装置通过液压油缸(或绞车)的快速位移来吸收输送带的弹性伸长,分为液压绞车张紧、液压油缸张紧、液压油缸与固定绞车组合张紧3种。液压绞车张紧装置是通过液压马达动作,使张紧绞车卷进和松开输送带来自动调节输送带的张紧力;液压油缸张紧装置由蓄能站、液压泵站、张紧油缸、电控箱和附件五大部分组成,通过液压站压力使油缸产生伸缩来调节带式输送机的张紧力。液压张紧装置的优点是结构紧凑,易于实现远距离控制,可以根据输送机在启动和正常运行工况下对输送带张力的不同要求调节输送带张紧力,控制响应速度快,能够在驱动滚筒与输送带产生滑动时自动增加张紧力。缺点是不能随输送带上载荷的变化自动进行张紧力调节。图1-3液压张紧装置1 张紧小车2 钢丝绳3 定滑轮4 动滑轮5 油缸支座6 张紧油缸 7 电控箱8 液压泵站9 胶管10 蓄能站 11 轨道12 输送带其工作原理如图1-3 所示,电动机驱动油泵2 ,压力油经由手动换向阀5 和液控单向阀6 进入张紧油缸8 的活塞杆腔,张紧油缸作为执行机构直接对张紧小车10 实施张紧。输送机起动阶段的张紧力由溢流阀3 调定,稳定运行阶段的张紧力由溢流阀13 调定。这2 个阶段由测速装置控制, 并由隔爆电磁换向阀12 进行切换。由于溢流阀13 的调定压力比溢流阀3 的调定压力低,所以通过电液有序控制,满足输送机起动时张紧力比稳定运行时大的要求,即输送起动时张紧力自动增加,输送机稳定运行后,其张紧力又自动降低到原定值。在输送机运行过程中,输送带的张力随时发生变化,此时张紧站的张紧油缸和蓄能站能及时响应,确保输送机在稳定运行时的张力恒定,从而实现了带式输送机输送带的自动张紧。（2）阶段式张紧装置阶段式张紧装置的主要技术特点是:(1)可以根据输送机在启动和运行工况下对输送带张力的不同要求来调节皮带张紧力(一般起动时的张紧力比稳定运行时大1. 41. 5倍) ,皮带不会始终处于起动时的张紧状态,从而延长了输送带的使用寿命。(2)带式输送机起动时,输送带的松边会突然松驰伸长,此时张紧油缸在蓄能站的作用下,能立刻收缩活塞杆,及时补偿输送带的伸长量,减少输送带松边对紧边的冲击,起到保护输送带的作用,并保持输送机起动的可靠与平稳。(3)可简单地实现直线运动和回转运动,其布置也具有很大的灵活性。(4)由于其元件实现了系列化、标准化、通用化,容易设计制造和推广使用。图1-4 DYL 型输送带自控液压张紧站液压系统图1 粗过滤器2 油泵3 溢流阀4 精过滤器5 手动换向阀6 液控单向阀 7 压力表8 张紧油缸9 动滑轮10 张紧小车11 蓄能站12 隔爆电磁换向阀 13 溢流阀14 油箱 YJ 1、YJ 2、YJ 3 压力继电器 (5)可以由流动着的油液带走因功率损失等原因产生的热量,避免局部温升现象。虽然阶段式张紧装置可以在带式输送机启动与稳定运行两种工况间自动调节张力,解决了输送带转为稳定运行后的过张力问题,但其缺点是不能对输送机运行过程中皮带负载的变化进行动态调节。而在带式输送机的实际运行中,皮带所需的张紧值相差甚大,张紧装置经常处于要么张紧力不足、要么过张紧的状态。调查显示,阶段式液压张紧装置很难满足大型带式输送机的运行要求。在带式输送机的总体布置时,选择合适的张紧装置,确定其合理的安装位置,是保证输送机正常运转、启动和制动时输送带在传动滚筒上不打滑的重要条件。当输送机的结构,启、制动方式及张紧装置的安装位置确定后,张紧装置的特性就取决于其自身的性能。1.3张紧装置发展趋势综上所述,按常规方式设计的各种张紧装置,其动态调节很难达到最佳张紧效果。主要问题在于设计都是在静态特性的基础上,通过对起动、运行各阶段不同张力的要求进行设计,未能考虑负载动态变化对胶带张力的影响,因此产生调节的不合理性。在输送带张力过度时,输送带过张紧,应力疲劳加大,容易出现皮带拉断故障;在输送带张力不足时,导致皮带打滑及断带、着火故障,而且还容易出现皮带横向振动过大、功率消耗过大等一系列问题。针对DYL 系列和其他常规张紧装置存在的问题,基于输送机驱动电机电流与负载间呈现对应比例关系的考虑,现在有科学家提出了一种基于电机电流输入控制的力反馈动态张紧装置的设计方案。其基本原理是:通过识别驱动电机的电流变化来间接识别输送带上载荷量的变化,以电机电流为闭环回路的控制信号,通过电流与负载的对应关系计算出理论张紧力的值,然后与力传感器所测的实际张紧力的值进行比较,从而适应负载的动态变化。2 整体方案的设计2.1主要设计要求了解长距离带式输送机的工作过程、张紧装置的作用，了解各种张紧装置的工作原理及特点，设计一台液压张紧装置。张紧力200KN、张紧行程10m2.2方案的选择2.2.1方案一（1）方案原理图见图2-1： 图2-1张紧装置原理1慢速绞车 2张紧小车 3输送带 4手动换向阀 5张紧油缸 6单向阀 7电磁换向阀 8油泵 9油箱 10，11溢流阀 J压力继电器（2）工作原理当司机合上开关后，电控箱开始工作。首先启动油泵8，压力油经过手动换向阀4及单向阀6进入油缸，拉动张紧小车2；然后启动慢速绞车，直接拉动张紧小车2。当达到输送机启动时所需的张紧力时，电动箱的压力继电器控制输送机启动。溢流阀10控制胶带的最大张紧力。正常运行阶段张紧力由压力继电器J1,J2和溢流阀调整。溢流阀10的调定压力比溢流阀11的调定压力高。通过这种控制就可以保证输送胶带的自动张紧，张紧力减小时，溢流阀11关闭，油泵向油缸补液，油缸拉动张紧小车提高张紧力；张紧力超出整定范围时，溢流阀11打开进行回油，油缸带动张紧小车减小张紧力。启动与正常运行这两个阶段由测速装置进行控制，将速度信号转换为开关信号，由电磁阀7进行切换。2.1.3方案二液压张紧装置通过液压油缸的快速位移来吸收输送带的弹性伸长,分为液压绞车张紧、液压油缸张紧、液压油缸与固定绞车组合张紧3种。液压绞车张紧装置是通过液压马达动作,使张紧绞车卷进和松开输送带来自动调节输送带的张紧力;液压油缸张紧装置由蓄能站、液压泵站、张紧油缸、电控箱和附件五大部分组成,通过液压站压力使油缸产生伸缩来调节带式输送机的张紧力。液压张紧装置的优点是结构紧凑,易于实现远距离控制,可以根据输送机在启动和正常运行工况下对输送带张力的不同要求调节输送带张紧力,控制响应速度快,能够在驱动滚筒与输送带产生滑动时自动增加张紧力。缺点是不能随输送带上载荷的变化自动进行张紧力调节。图2-2 普通型液压张紧装置示意图图2-3 液压原理图1液压泵2过滤器3单向阀4电磁换向阀5.9溢流阀6压力表 7单向节流阀8液控单向阀 10截止阀 11蓄能器 12压力表 13压力传感器 14液压缸液压原理图见图 2-3：张紧时，电控系统使电磁换向阀到左位；由液压油泵排出的压力油先经过精过滤器-单向阀电磁换向阀单向节流阀液控单向阀后进入液压缸的活塞杆腔。使液压缸达到预定张紧力。当张紧油缸的工作压力达到额定值的1.5倍时，压力传感器发出信号，输送机启动。平稳启动后，压力传感器发出信号，使三位四通阀打到右位，当系统的工作压力调定为正常工作所需的压力后，压力传感器发出信号，使三位四通阀回到中位。当负载过大时，高压溢流阀9开启卸载，保护系统。当系统压力小于正常工作压力时，压力传感器发出信号，使三位四通阀打到左位，补油。系统的工作压力到正常工作压力后，压力传感器发出信号，使三位四通阀回到中位。2.3方案对比及确定 上面提出的两种方案各有特点，现表述如下。方案一的优点是，它是靠油缸来张紧皮带的，需要多大的张紧力，只要选用对应大小的液压缸，即可达到规定的要求，结构设计比较紧凑。由于它是采用压力继电器来控制系统，所以它容易实现自动化，这一点对产品的推广非常有利。它的缺点就是，对于张紧力不能达到实时控制，不容易实现张紧力的点动控制。方案二的主要技术特点 (1) 可自动调节张紧力液压张紧装置可以根据带式输送机的工况及对输送带张力的不同要求, 可以任意调节输送机起动时和稳定运行时的张紧力(张紧力的调节范围由所选型号确定) ,完全可以达到起动时的张紧力比稳定运行时的张紧力大1. 41. 5 倍的要求。待系统运行平稳后,将按预定程序自动工作,保证输送带在理想状态下工作。在正常运行状态时能实时调控,使带式输送机在稳定运行状态时的张力降低30 %左右。电液系统一旦调定后,即按预定程序自动工作,保证胶带在理想状态下工作,克服了其他类型张紧装置张紧力或大或小、难以控制的弊病。由于张紧站的张紧力可以根据需要自动调节,所以使得输送机在稳定运行时的张力明显降低(一般可降低1530 %) ,在输送机基本参数不变的情况下,该张紧站与其他类型的张紧装置相比,可以降低胶带的强度等级,并能减小输送机的功率,因而能减少设备的初期投资及运行费用。(2) 响应快。带式输送机起动时,胶带的松边会突然松弛伸长,此时张紧油缸在蓄能站的作用下,能立刻收缩活塞杆,及时补偿胶带的伸长量,减小了胶带松边对紧边的冲击,不但使得输送机起动平稳、可靠,而且较好地保护了胶带,可减少断带事故的发生。正常运行时通过电液比例溢流阀控制液压系统压力,使张紧力始终维持在理论值左右,减少输送带动张力的波动,大大提高了整机的动态稳定性。当发生断带或输送带被异物卡住等意外情况时,该装置能立即停止带式输送机的运行;当输送带出现打滑现象时,能自动增加张紧力。这也是其他绞车系列张紧装置所无法比拟的特点。(3) 适应性强。该张紧站现已系列化,适应范围较广,设计张紧小车最大张紧力为400kN ,最大张紧行程为24m ,所以一般可满足各种大型带式输送机对张紧系统的要求。由于张紧站仅由张紧油缸与输送机的张紧小车相连,所以可根据实际需要灵活地布置张紧系统:当采用机头或中部张紧时,张紧油缸安装在输送机机身内;当采用机尾张紧时,张紧油缸既可以安装在输送机的尾部,也可以借助于平面改向滑轮组将张紧油缸置于输送机机身外侧,因而给带式输送机的选型设计提供了方便。(4) 当发生断带或胶带被异物卡住等意外情况时,该张紧站能立即终止带式输送机的运行;当输送机胶带出现打滑现象时,张紧站能自动增加张紧力。(5) 以往的绞车张紧装置或重锤张紧装置一般均采用多种滑轮组使张紧钢丝绳多绳缠绕,不但使得张紧系统复杂化,而且使得张紧的动态响应特性差。液压张紧站结构紧凑,张紧用的钢丝绳缠绕的布置形式极为简单,因而简化了带式输送机的张紧系统,使得张紧的动态响应好,改善了带式输送机的运行特性。(6) 该张紧装置还可以与输送机的集控装置连接,以实现对张紧站的远距离控制。(7)由于采用了液压传动，所以同时还具有液压传动的优缺点：与机械传动和电力拖动系统相比，液压传动具有以下优点：（1）液压元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。（2）可以在运行过程中实现大范围的无级调速，调速范围可达2000：1。（3）液压传动和液气联动传递运动均匀平稳，易实现快速启动、制动和频繁的换向。（4）操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、过载保护。与电气控制、电子控制相结合，易于实现工作循环和自动过载保护。（5）液压元件属机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利、于机器的设计、制造周期和降低制造成本。除此之外，液压传动突出的优点还有单位质量输出功率大。因为液压传动的动力原件可采用很高的压力（一般可达32MPa，个别场合更高），因此，在同等输出功率下具有体积小、质量小、运动惯性小、动态性能好的特点。液压传动还具有以下缺点（1） 在传动过程中，能量需经两次转换，传动效率偏低。（2） 由于传动介质的可压缩性和泄露等因素的影响，不能严格保证定比传动。（3） 液压传动性能对温度比较敏感，不能在高温下工作，采用石油基液压油作传动介质时还需注意防火问题。（4） 液压元件制造精度高，系统工作过程中发生故障不易诊断。（5） 对油液污染敏感。总的来说，液压传动的优点是主要的，其缺点将随着科学技术的发展不断得到克服。例如，将液压传动与气压传动、电力传动、机械传动合理的联合使用，构成气液、电液（气）、机液（气）等联合传动，以进一步发挥个子的优点，相互补充，弥补不足之处。液压张紧装置在输送机运行过程中能有效地改善带式输送机的起、制动性能,提高整机运行的可靠性,在不同的使用条件下,可以保证输送带具有最合理的张力;可以降低输送带的强度,节约输送带投资。与其他形式的张紧装置相比更适用于长距离带式输送机通过以上两种方案的比较，液压张紧自动张紧装置，性能完善、工作平稳、可靠、张力的设定和调解方便、操作简单、张紧行程和张力的调节范围大，适应多种工况的需要、工作可靠，是一种先进理想的张紧装置。在此选择第二种方案进行设计。2.4系统主要参数确定查机械设计手册第四卷液压传动部分相关数据，确定液压缸的工作压力为20Mpa。系统最高压力调定为25Mpa。根据经验，初定液压缸的速度0.3m/min。3 液压缸设计3.1 液压缸主要零部件结构、材料和技术要求3.1.1缸筒的结构、类型及安装形式常用的缸筒结构有八类，分别是法兰连接、外螺纹连接、内螺纹连接、外半环连接、内半环连接、拉杆连接、焊接、钢丝连接。连接形式取决于额定工作压力、用途和使用环境等因素。本设计中选用外螺纹连接。优点是重量较轻、外径较小；缺点是端部结构复杂、装卸时要用专门的工具；拧端部时，有可能把密封圈拧扭。液压缸分为单作用液压缸、双作用液压缸和组合式液压缸三种形式。单作用液压缸又分为单作用活塞液压缸、单作用伸缩液压缸和单作用柱塞液压缸；双作用液压缸分为双作用无缓冲式液压缸、不可调单向缓冲式、不可调双向缓冲式液压缸、可调单向缓冲式、可调双向缓冲式、双活塞杆液压缸和双作用伸缩液压缸；组合液压缸分为单联式、多工位式和双向式。本设计中设计成双作用单活塞式液压缸。液压缸的常用安装形式有耳环型、脚架型、法兰型和耳轴型安装，这里选择端部耳环型安装。图3-1安装图3.1.2缸筒的材料 一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。本设计中选用45号钢，毛坯采用退火的冷拔或热轧无缝钢管。材料机械性能如下表所示：材料b最小值s最小值s最小值4561036014表3-13.1.3对缸筒的要求（1）有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久变形。（2）有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。（3）内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力的作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。（4）需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊上法兰活管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。 总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞活动的“轨道”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出能力、运动速度和有效行程，同时还必须有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和以外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。3.1.4缸筒计算根据设计的主要要求，液压张紧装置的张紧行程、最大张紧力，以及张紧装置是通过一根钢丝绳绕过定动滑轮装置与液压的耳环连接等已知条件可以知道液压缸的主要设计参数：液压缸负载作用力 F=600KN液压缸行程 S=3400mm (1) 液压缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确定。查机械设计手册第四卷液压传动部分相关数据，并考虑到液压系统压力，初步选取液压缸的公称压力系列为31.5Mpa。(2) 液压缸内径和活塞杆外径的确定当液压缸的理论作用力F（包括推力F1 及拉力F2）及供油压力P为已知时，根据公式： m （3.1）其中F液压缸的理论作用力。 F1液压缸的理论拉力； 负载率 液压缸的总效率，这里取1； KNP供油压力，MP；d活塞杆的直径；再将公式： (3.2)液压缸的速比，根据压力，在液压设计手册查取为1.33；将式（3.2）代人式（3.1）得 mm圆整D的标准值选220mm计算活塞杆外径将算出的D值带回式3.2得：d=103mm圆整D的标准值选100mm计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和要否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或者活塞杆太细，稳定性不好。验算张紧力验算油缸的最大回程张紧力， (3.3) KN 600KN大于所要求的最大的张紧力600KN，达到要求。液压缸的缸筒内径D=220mm,活塞杆直径d=100mm。4液压缸壁厚 关于液压缸壁厚可以按照下式计算： m Pmax液压缸筒内最高的工作压力；缸筒材料的许用应力，本设计中选用45#钢； 缸筒材料的抗拉强度； n安全系数，通常取5。 MPa代入数据得： mm考虑到缸筒的外径公差余量缸筒的壁厚定为25mm。5 壁厚验算a) 额定工作压力Pn额定工作压力Pn应低于一定极限值，一保证工作安全： Mpa缸筒材料的屈服强度；缸筒的外径。 MPa315Map42.4 MPa ，满足要求。b） 发生塑性变形的压力同时额定工作压力也应与返券塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生： 缸筒发生塑性变形的压力，MPa。 缸筒材料的屈服强度，MPa。 缸筒的外径。 缸筒的内径。 MPa MPa，满足要求。c） 缸筒的爆裂压力Pr 最后，还应验算缸筒的爆裂压力 MPa 满足要求。6缸筒底部厚度确定缸底底部为平面时，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行近似的计算： mD2计算厚度外直径。P缸内最大工作压力，Map。缸底材料的需用应力，Map，这里选用45#钢。带入数据得： m设计中壁厚取63mm。7活塞与活塞杆联接处外半卡环的宽度及厚度的校核半环截面上的切应力：半环截面上的挤压应力：8前缸盖与缸筒联接处内半卡环的宽度及厚度的校核半环截面上的挤压应力：3.1.5活塞杆 活塞杆的端部结构形式选择外螺纹结构简图： 图3-2安装图 (1)活塞杆结构 活塞杆有实心杆和空心杆两种，见下图。空心活塞杆的一端，要留出焊接和热处理时用的通气孔d2。选择其中的实心活塞杆结构。(2)活塞杆材料实心活塞杆材料为35、45钢；空心活塞杆材料为35、45无缝钢管。本设计选择45钢作为活塞杆材料。(3)活塞杆的技术要求1)活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229285HB,必要时，再经高频淬火，硬度达4555HRC。2)活塞杆d和d1的圆度公差值，按9、10或11级精度选取。我选取10级精度。图3-3活塞杆 a)实心活塞杆 b)空心活塞杆3)活塞杆d的圆柱度公差值，应按8级精度选取。4)活塞杆d对d1的径向跳动公差值，应为0.01mm。5)端面T的垂直度公差值，则应按7级精度选取。6)活塞杆上的螺纹，一般应按6级精度加工；如载荷较小，机械振动也较小时，允许按7级或8级精度制造。这里选择按6级精度加工。7)活塞杆上若有联接销孔时，该孔径按H11级加工。该孔轴线与活塞杆轴线的垂直公差值，按6级精度选取。8)活塞杆上下工作表面的粗糙度为Ra0.63m，必要时，可以镀铬，镀层厚度约为0.05mm,镀后抛光。3.1.6活塞杆的计算活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单计算公式进行计算： MapF活塞杆的作用力，N；d活塞杆的直径，m；材料的许用应力，Map.无缝钢管=100110Map 满足要求。活塞杆一般都设有螺纹、退刀槽等结构，这些部位往往是活塞杆上的危险截面，也要进行计算。活塞杆两端的螺纹M72处是危险截面，危险截面处的合成应力应满足： MapF2活塞杆的拉力，N。d2危险截面处的直径，m.材料的许用应力，对中碳钢（调质），=400Map。满足要求。3.1.7 活塞杆的导向套、密封和防尘活塞杆导向套在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆侧的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘和水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非耐磨材料时，其内圈还可装设导向环，用作活塞杆的导向。导向套的结构采用轴套式。导向套的材料采用摩擦系数小、耐磨性好的青铜材料制作。导向套长度的确定：通常采用两段导向段，每段宽度为d/3，两段中线距离为2d/3。受力分析：分析导向套的受力情况。本次设计的液压缸受力主要为拉力，与活塞杆轴线重合，所以外力作用在活塞上的力矩主要为由安装形式决定的重力产生的力矩。即导向套受到的支撑压应力非常小。远远小于材料的许用压应力，可以不进行验算。所以设计时满足结构及运动要求即可。导向长度的确定：导向长度过短，将使液压缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足： 即 导向套滑动面的长度A，在缸径小于80mm时，取 A=（0.61.0）D当缸径大于80mm时，取 A=（0.61.0）d本次设计液压缸缸径为220mm。大于80mm。所以代入第二个公式，即A=（0.61.0）d。选择A=0.8 d=0.870=56mm。加工要求：导向套外圆与端盖内孔的配合多为H8/f7，内孔与活塞杆外圆的配合多为H9/f9。外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm，圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半，内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。3.1.8缸筒与缸盖(1) 结构缸筒的结构与端盖的连接形式,液压缸的用途,工作压力,环境以及安装要求等因素有关.端盖分为前端盖和后端盖.前端盖将液压缸的活塞杆腔封闭,并起着为活塞杆导向,防尘和密封的作用.后端盖将缸筒底腔封闭,并常常起着将液压缸与其它机件连接的作用.常用的缸筒与缸盖的连接有拉杆,法兰,焊接,内外螺纹,内外卡环及挡圈等连接方式,其中焊接连接型式只能用于缸筒与后端盖的连接.(2) 材料 1、缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性,能够长期承受较高的工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形,有足够的刚度,能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲.需要焊接的缸筒,还要求有良好的焊接性能.目前,普遍采用的缸筒材料是热轧或冷拔无缝钢管.市场已经能够供应内圆经过珩磨,外圆已精加工的高精度冷拔无缝钢管.按需要的长度切割下料,再根据与端盖连接形式的要求,在两端进行加工,即可清洗装配.选用45。毛坯采用退火的冷拔或热轧无缝钢管。 这里前端盖与缸筒采用内卡环及挡圈连接,如下图 图3-4材料机械性能如下表所示：材料b最小值s最小值s最小值4561036014表3-2 (3)缸筒计算：1.缸筒壁厚及验算：参考机械设计手册液压传动表20-6-9（293页）选择合适的产品系列。确定缸筒外径及其壁厚。2.缸筒底部厚度计算因为本次设计为单作用液压缸，在无杆侧没有压力油，而且缸筒联结形式选用前端法兰。所以设计主要考虑及工艺要求形状，而不考虑受力。后端盖与缸筒采用焊接,如下图图3-5安装图3.缸筒与端部焊接应力计算：因为本次设计为单作用液压缸，在无杆侧没有压力油，而且缸筒联结形式选用前端法兰。所以没有必要计算。采用一般焊接即可。缸筒制造加工要求：缸筒内径D采用H7级配合，表面粗糙度值为0.20微米。需进行研磨。 热处理采用调质，硬度HB不小于241。 缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半。 缸筒直线度公差在500mm长度上不大于0.03mm。缸筒端面T对内径的垂直度在100mm上不大于0.04mm。3.1.9活塞(1)活塞结构型式：选用组合活塞。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向环的大量使用，多数密封圈与导向环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。 1 活塞杆 2活塞 3套筒 4弹性挡圈 5外半卡环图3-6活塞联接图 (2)活塞与活塞杆的连接： 选用卡环式，用锁紧机构防止工作时由于往复运动而松开。同时采用静密封。如上图。(3)活塞的密封：采用车氏组合密封角形滑环式。(4)活塞尺寸与加工公差：活塞宽度取值为活塞外径的0.8倍。活塞外径的配合采用f9，外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半，表面粗糙度(5) 活塞的材料液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁、灰铸铁(HT300、HT350)、钢(有的在外径上套有尼龙66、尼龙1010或夹布酚醛塑料的耐磨环)及铝合金等。选择45作为液压缸活塞的材料。3.2密封圈、防尘圈的选用O形密封圈的特点:O形密封圈是一种横断面形状为圆形的耐油橡胶形（简称O形圈），是液压设备中使用得最多，最广泛的一种密封件，可用于静密封和动密封。为减少或避免运动时O形圈发生扭曲和变形，用于动密封的O形圈的断面直径较用于静密封的断面直径大。一般用于动密封的O形圈也可以用于静密封。与其它的密封圈相比，O形圈具有以下优点：1)密封性能好，用量少，单圈即可对两个方向起密封作用;2)密封部位结构简单、占用空间小、拆装方便;3)对油液、压力和温度的适应性好;4)动摩擦阻力较小，既可做动密封，又可做静密封使用.其缺点是在作动密封时，启动摩擦阻力较大，使用寿命短。3.3液压缸的类型和安装形式液压缸分为单作用液压缸、双作用液压缸和组合式液压缸三种形式。单作用液压缸又分为单作用活塞液压缸、单作用伸缩液压缸和单作用柱塞液压缸；双作用液压缸分为双作用无缓冲式液压缸、不可调单向缓冲式、不可调双向缓冲式液压缸、可调单向缓冲式、可调双向缓冲式、双活塞杆液压缸和双作用伸缩液压缸；组合液压缸分为单联式、多工位式和双向式。这里选择单作用活塞式液压缸。液压缸的常用安装形式有耳环型、脚架型、法兰型和耳轴型安装，这里选择耳轴型安装。通用型液压缸结构比较简单，零部件标准化、通用化程度较高，制造和安装都比较方便。因此，用途比较广泛，使用于各种液压系统。它一般有拉杆型、焊接型和法兰型液压缸。其中焊接型液压缸的外形尺寸较小，暴露在外面的零件少，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境。但受到前端盖与缸筒连接强度的限制，缸的内径不能太大，额定压力不能太高。通常额定压力小于25MPa，缸筒内径小于320mm，活塞杆和缸筒的加工条件许可时允许最大行程达到15mm，多用于车辆、船舶和矿山等机械。拉杆型液压缸的端盖有圆形和方形两种.一般来说,方形端盖用四根拉杆,圆形端盖用6根拉杆,缸筒是用内径经过精加工的高精度冷拔无缝钢管,按需要的长度切割而成的.前后端盖和活塞等零件均为通用件.因此,拉杆型液压缸制造成本较低,适用于批量生产.焊接型液压缸的缸筒与后端盖采用焊接连接,与前端盖的连接方式有螺纹连接,卡环连接和钢丝挡圈连接等多种连接方式.法兰型液压缸的缸筒与前端盖和后端盖均采用法兰连接.法兰与缸筒有整体结构式,也有采用焊接和螺纹等方式的法兰型液压缸的缸筒内径通常大于100mm,外形尺寸大,额定压力高,能承受较大的冲击负载和恶劣的外界环境条件,属重型液压缸,多用于重型机械,冶金机械等.法兰型液压缸的通常额定压力小于35MPa,缸筒内径小于320m，允许最大行程10m。这次设计的液压缸,是用于牵引皮带前后运动,活塞杆的行程为3.4m,牵引力为600KN,结合以上的介绍可以选择单作用活塞式液压缸,液压缸的安装选择销轴型,液压缸的连接方式前端盖采用卡环式连接,后端盖采用焊接的方式.3.4 耳轴的安装液压缸为耳轴的主要安装尺寸 (mm)：如下图表所示图3-7耳轴结构图直径D销 轴 结 构 尺 寸20MPaTDTL22080701、缸体上耳轴的校核 液压缸缸体上设计有两个直径为80mm,长为70mm的耳轴，耳轴主要受挤压力和剪切力作用。由下式3.13校核耳轴所受的挤压应力： (3.13) F耳轴所受的挤压力，N； Abs挤压面积； 许用挤压应力，这里选用45钢，=183Map 将数据代人式3.13得： 由3.14式校核耳轴所受的剪切应力： (3.14)Fs剪切力，N；A剪切面积；许用剪切应力，Map。 将数据代人式3.14得：耳轴经挤压、剪切校核满足要求。3.5液压缸支架设计液压缸支架采用厚为20mm的45钢制成，底部由6个直径是30mm的地脚螺栓固定。由下式3.18校核地脚螺栓： (3.18)螺栓的许用拉应力，查表得MPa；螺栓所受的总拉力，N。螺栓预紧力，N；螺纹材料的屈服点，这里选用性能等级是3.6级的地脚螺栓屈服极限是190 MPa；A螺栓公称应力截面积。 NF螺栓工作力，N；螺栓的响度刚度系数，取0.2.将数据代人式3.18得地脚螺栓满足要求。4 确定液压泵及配套电机4.1 液压泵的选用4.1.1液压泵在系统中的作用液压泵作为液压系统的动力元件，讲原动机（电动机、柴油机等）输入的机械能（转矩T和角速度w）转换为压力能（压力P和流量q）输出，为执行元件提供压力油。液压泵性能的好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性，在液压传动中占有极其重要的地位。4.1.2液压泵的分类液压泵是利用封闭容积的大小变化来工作的。泵内的封闭油腔分为吸油腔和压油腔，当泵轴旋转时，吸油腔的容积增大形成局部真空，油箱中的液体介质在大气压的作用下进入吸油腔，压油腔的容积减小，容腔内的液体介质背挤压排出。根据构件不同，液压泵分为齿轮式，螺杆式，叶片式和柱塞式。一般定义液压泵每转一转理论上可排出的液体体积为泵的理论排量。理论排量取决于液压泵的结构尺寸，与其工作压力无关。按理论排量是否可变，液压泵又分为定量型和变量型两种。液压泵按进、出口的方向是否可变分为单向泵和双向泵。4.1.3选用液压泵的原则和根据(1)是否要求变量，要求变量选用变量泵，其中单作用叶片泵的工作压力较低，仅适用机床系统。(2)工作压力，目前各类液压泵的额定压力都有所提高，但相对而言，柱塞泵的额定压力最高。(3)工作环境，齿轮泵的抗污染能力最好，因此特别适用于工作环境较差的场合。(4)噪声指标，属于低噪声的液压泵内有啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，后两种泵的瞬时理论流量均匀。(5)效率，按结构形式分，轴向柱塞泵的总效率最高；而同一种结构的液压泵，排量大的总效率高；同一排量的液压泵，在额定工况（额定压力、额定转速、最大排量）时总效率最高，若工作压力低于额定压力或转速低于额定转速、排量小于最大排量，泵的总效率将会下降，甚至下降很多。因此，液压泵应在额定工况（额定压力和额定转速）或接近额定工况的条件下工作。综上所述，本设计中选用斜盘式轴向柱塞泵10MCY14-1B 。4.1.4液压泵的主要性能参数泵的型号 10MCY14-1B 泵的排量 10mL/r 额定压力 32Mpa额定转速 1500r/min 驱动功率 10KW 容积效率 重量 16Kg 生产厂家 邵阳液压件厂 (1)额定压力，在正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高压力，10MCY14-1B的额定压力是32Map；泵的工作压力是泵工作时的出口压力，其大小取决于负载。(2)10MCY14-1B的排量是10mL/r，这是液压泵每转一转理论上应排出的油液体积，排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。(3)10MCY14-1B的额定转速是1500r/min。(4)液压泵的流量分为理论流量、实际流量、瞬时流量。a)理论流量qt,液压泵在单位时间内理论上排出的油液体积，它正比于泵的排量和转速。 n泵的额定转速，r/min。V泵的排量，ml/min。b)实际流量q，液压泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力不等于零时，因存在泄漏流量，因此实际流量小于理论流量。液压泵的容积效率。c)瞬时理论流量qsh,液压泵任一瞬时流量输出的流量，一般液压泵的瞬时理论流量是波动的，既瞬时流量不等于理论流量。d)额定流量是液压泵在额定压力、额定转速下允许连续运行的流量。5) 10MCY14-1B的驱动功率10KW。6)液压泵的输出的液压功率，既平均实际流量q和工作压力p的乘积。P工作压力，Pa。q液压泵的实际流量，m3/s。 4.2电动机的选用（1）计算液压泵的驱动功率 在泵的规格表中，一般同时给出额定工况（额定压力，额定速，额定流量）下泵的驱动功率，可以按此直接选择电动机，也可按液压泵的实际使用情况，用下式计算液压泵的驱动功率：P=KW式中 -液压泵的额定压力；-液压泵的额定流量；-液压泵的总效率；-转换系数 一般液压泵 ； 恒功率变量液压泵 0.4； 限压式变量叶片泵 ；液压泵实际使用的最大工作压力，Pa 泵实际工作压力 其中 F-活塞杆的拉力 -活塞无杆侧面积-活塞有杆侧面积实际压力 （2）选择电机型号 电机型号 Y132S-4 额定功率 7.5KW 满载转速 1440r/min 额定转矩 2.2 N m 最大转矩 2.2 N m 同步转速 1500r/min5 确定液压系统元件、辅件51液压系统中液压元件选取根据泵的流量和系统的压力来选取各类阀。(1) 溢流阀系统中用到两个溢流阀都选用型号DBDH6P10的溢流阀。通径6mm，P口工作压力40Mpa，T口的工作压力31.5Mpa，流量50L/min，介质矿物油磷酸酯液压液，介质温度-2070度。溢流阀按结构分可分为是直动型和先导型两种，它接在液压泵的出口保证系统压力恒定或限制其最高压力，有时也接在执行元件的进口，对执行元件起安全保护作用。本设计中选用的是直动型溢流阀。直动型溢流阀当系统中压力低于弹簧调定压力时，阀不起作用，当系统中压力超过弹簧所调整的压力时，锥阀被打开，油经溢流口会油箱。其压力可以进行一定程度的调节。溢流阀的主要用途有：作定压阀，保持系统压力的恒定；做安全阀，保证系统安全；使系统卸荷，节省能量消耗；远程调压阀用于系统高、低压力的多级控制。本设计中的两个溢流阀都是起到保持系统压力恒定，在定量泵系统中，与节流元件及负载并联，此时阀是常开的，常溢流，随着工作机构需油量的不同，阀门的溢流量时大时小，以调解及平衡进入液压系统中的油量，使液压系统中的压力保持恒定。但由于溢流部分损耗功率，故一般酯应用于小功率带定量泵的系统中。溢流阀的调整压力，应等于系统的工作压力。(2)三位四通电磁换向阀设计中选用型号是4WE6H/W220-50型换向阀的通径是6mm，A、B、P腔的工作压力是31.5Mpa，额定流量60L/min，工作介质是矿物油或磷酸酯，介质温度-3080摄氏度。图5.1图5-1中所示为滑阀阀芯，它借助于电磁铁吸力直接被推动到不同的工作位置上。还有以钢球作为阀芯的，电磁铁通过杠杆推动球阀，使其推力放大34倍，以适应高的工作压力，允许背压也高，适宜在高压、高水基介质的系统中使用。电磁换向阀是实现油路的换向、顺序动作及卸荷的液压控制阀，是通过电气系统的按钮开关、限位开关、压力继电器、可编程控制器以及其他元件发出的电信号控制的。电磁换向阀的电磁铁有交流、直流和交流本整型三种，又分为干式和湿式。直流电磁换向阀的优点是换向频率高，换向特性好，工作可靠性高，