机械牵引绞车毕业论文.doc

1 绪 论本系统设计的目的是对缆车式活动泵房的牵引绞车的控制系统的改进，利用PLC技术使其控制系统工作稳定可靠，并且易于维修。本设计的意义是使用软件实现复杂的硬件电气的功能。对于绞车及其控制系统的发展如下：国内有移动组合式全数字变频防爆绞车控制系统， 对于变频调速技术和PLC控制技术已经非常成熟，但还没有将变频调速技术和PLC 控制技术同时应用于井下防爆绞车控制的报道。究其原因：一、现有的国内外生产的变频器大多不适应我国煤矿井下生产所用660V电压等级；二、现有的变频器和PLC控制器均不防爆，不能满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井井下工况的要求；三、国内外生产的隔爆变频器普遍采用油浸或水冷散热方式，体积庞大、价格高、不便于安装和现场维护；四、没有适用于井下提升机的变频器控制的应用软件和PLC控制应用软件。移动组合式全数字四象限变频防爆绞车控制系统较好地解决了以上的问题。在国外，钻机制造商德国Wirth公司、Bentec公司以及美国Varco公司拥有先进的绞车控制技术、电动机四象限传动技术以及电子(自动) 司钻控制技术。这些绞车控制系统能根据钻压、机械钻速、转盘转速和扭矩等参数控制钻井钢丝绳的连续递送以保持稳定的钻井状态， 进而大大提高钻井效率。如：一、德国Wirth公司齿轮传动绞车德国Wirth公司新一代齿轮传动绞车采用四象限控制技术，配有2台或3台直流或交流电动机，能平稳地减速和停止下降或上升的载荷，在不超过设备使用限制的情况下，直流和交流电动机都能运用再生制动技术，制动能量大部分回馈给电网。绞车控制系统通过控制电动机四象限传动，使能量在一个起下钻作业中按4个不同传动阶段分配。绞车的控制系统是通过一个3060kW的交流电动机来实现其它的辅助驱动。在钻井过程中，自动化司钻控制电动机实现恒钻压自动送钻，保持设定的参数，使钻井工具的寿命得以大大增长。另外，在主电动机失效时，还可做为应急装置，将井中钻具提起。绞车控制系统还包括一套智能防碰系统(ACS)，用来优化游车上下运行过程中的安全和效率，它监控绞车独立的3个刹车系统。系统提供了整个提升系统动能的参数分析，并考虑了包括系统制动能力、钩载、游车的速度和位置等参数，在位于司钻控制室的ACS系统终端设定系统的上、下限位。两个PLC上独立计算大钩的位置、速度和制动距离。根据控制系统的运算法则，并考虑到系统的动能和绞车的刹车系统能力，两个PLC能独立启用再生制动、涡流刹车或盘式刹车。大钩位置、载荷和所需要的制动距离等参数持续地由两个微处理器检测和比较，任何差异都认为是ACS系统失效。电动机再生制动、涡流刹车和盘刹紧急制动将被激活，使载荷制动停止。二、 Bentec公司绞车德国Bentec公司已成功地将四象限传动用于其链传动钻机上， 将电动机用于刹车， 并将能量回馈。盘式刹车只用于驻车或紧急制动。绞车遥控操作， 游车可以准确定位。自动送钻速度从10 m/ h到150 m/ h 。三、美国Varco公司单轴绞车美国Varco公司最新一代单轴ADS 10绞车，充分利用了交流变频的控制技术， 可不使用摩擦离合器而使用电动机再生制动来保持负荷。高性能可精确控制的空气冷却和水冷却伊顿( Eaton) 组合盘式刹车可实现自动送钻，并且使该绞车唯一的刹车空气冷却模块用于紧急制动和负载的静态控制， 而水冷却模块用于钻井钢丝绳的均匀递送、游车运行、钻压以及其它钻井参数的动态控制。而我设计的绞车及其控制系统，仅仅是以很简单的方式对绞车进行控制，由PLC进行编程，实现对绞车各种动作的控制。2 绞车的选型计算与设计2.1设计参数泵房总重：50吨，斜坡的坡度：20度，绞车的垂直提升高度：25m，泵房的行走速度：2m/min=0.0333m/s2.2绞车钢丝绳的布局为了安全考虑，采用双滚筒，双绳提升泵房。为了使所选的绞车结构和尺寸尽量的小，以降低成本，采用滑轮组来改善泵房的受力情况，从而选择合适的零部件，进而达到优化系统的目的。我设计的绞车不采用固定滚筒和游动滚筒的形式，两个滚筒使用相同的绳索布局，并且都以相同的方式提升绞车。图2.1 钢丝绳的布局2.3选择钢丝绳钢丝绳的选择原则是根据绳的终端最大可能的悬垂重量等条件初选，再进行安全系数的验算。2.3.1每米钢丝绳质量的计算公式： kg/m (2.1)其中，m每根绳提升的泵房的重量kg 钢丝绳的抗拉强度Pa为斜坡角度，L提升斜长钢丝绳安全系数，其值(参考煤矿安全规程中规定的提升钢丝绳的安全系数的要求，专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5)。f泵房阻力系数，取f=0.010.015钢丝绳阻力系数，取=0.150.20参数：m=G/4=50000/4=12500kg，=185010Pa，=20，L=25/sin2073m，=8，f=0.01，=0.2结果：选型结果：(YB829-79)表2.1名 称直径mm全部钢丝的断面积mm2参考重量kg/100m钢丝绳公称抗拉强度N/mm2钢丝绳钢丝1*6股芯第一层第二层1850(一)(二)(三)钢丝破断拉力总和N三角股钢丝绳6(30)股(6+12+12)绳纤维芯210.950.90.951.11.5172.95183.184319500此三角股钢丝绳的主要用途：它是同向捻钢丝绳，主要用于立井提升，高炉卷扬，露天矿斜坡卷扬，缆车，电铲，以及双卷扬(左同向与右同向绳可成对使用)的各种起重设备，例如重型冶炼浇铸吊车等。2.3.2验算钢丝绳的安全系数公式： (2.2) 其中，Q为所选钢丝绳破断力总和，即Q=319500Ng为重力加速度，即9.8m/s2结果： 结论：钢丝绳符合要求。此外，双绳提升，两根钢丝绳同时断的概率要比一根绳的小得多。2.4绞车的选择和计算主轴的结构尺寸选择滚筒直径的主要原则是使钢丝绳绕经滚筒时产生的弯曲应力不要过大，以便保持钢丝绳的一定承载能力和使用寿命，钢丝绳弯曲应力的大小及其疲劳寿命，取决于滚筒和钢丝绳的直径比。2.4.1预选绞车滚筒的直径公式： (2.3) 其中，D为滚筒直径mmd为钢丝绳直径mm为钢丝绳中最粗钢丝直径mm结果：2.4.2绞车的最大静张力及最大静张力差的计算绞车各承力部件的结构强度是按照绞车系列参数规定的钢丝绳最大静张力和最大静张力差来设计的。选择绞车时，应验算实际负荷所产生的最大静张力和最大静张力差，使它小于所选绞车规定的最大静张力和最大静张力差。考虑到泵房的受力情况，则：公式： (2.4)其中，L为提升斜长，斜坡角度f泵房运动时阻力参数，滚动轴承f=0.015，滑动轴承f=0.02f提升钢丝绳运动时的阻力系数，f=0.150.2，由于斜坡距离较短，钢丝绳始终处于绷紧状态，钢丝绳的阻力系数仅考虑动滑轮处的阻力，取值会小一些，取f=0.03p为钢丝绳单位长度重量参数：G=50000kg，=20，f=0.02，f=0.03，L=73m结果：预选绞车类型： 表2.2型号双刹2JTK1.6最大静张力值KN45最大静张力差KN25卷筒直径mm1600卷筒宽度mm900卷筒个数2两卷筒中心距mm1900钢丝绳直径mm24.5钢丝绳绳速m/s2.45外行尺寸长*宽*高655637902175主机重量kg148252.4.3绞车结构的设计上述所选用的矿用提升绞车是根据参数计算的结果进行的初选，考虑到我所设计的绞车只是单方向的提升，并且两卷筒是同时提升泵房，相当于两卷筒都是固定滚筒，所以，绞车的最大静张力差也应该是45KN，则预选的绞车不满足要求，需要自行设计绞车的结构。而上述所选的双刹2JTK1.6型绞车的技术参数可以作为参考，从而有利于设计的合理性。1、原始数据滚筒直径：D=1600mm绳缠绕圈数：绳的间距：l=2mm摩擦圈：nm=3滚筒宽度(至少)：B=(29.1+3)21+(28+3)2=736.1mm，取B=900mm缠绕层数：一层滚筒个数：2钢丝绳最大静张力：T=45KN钢丝绳最大静张力差：钢丝绳最大直径：d=21mm钢丝绳的钢丝最大直径：钢丝绳单位长度重量：p=1.832kg/m钢丝绳所有钢丝总断面积：钢丝绳所有钢丝破断力总和：，(抗拉强度为1850Mpa)提升速度：取v=0.033320.067m/s环境温度：040环境湿度：不小于95%传动方式：机械式传动2、滚筒支轮轮缘的直径，取因为滚筒支轮轮缘的作用之一是定位钢丝绳，使其始终处在滚筒的宽度之内，所以，支轮轮缘直径取的比计算值要高出一些。3、最大提升高度公式：单层提升高度(2.5)其中，H1为缠绕单层的最大提升高度mB为滚筒两挡绳板之间的宽度mmd为使用钢丝绳的最大直径mmb为由滚筒挡绳板内侧至筒壳出绳孔中心的距离mm滚筒筒壳钢板厚度mmt为钢丝绳在滚筒上的缠绕节距mmD滚筒的名义直径mnm钢丝绳在滚筒上缠绕的摩擦圈，通常取LS试验用钢丝绳长度(绞车实际使用的频率较低，但是，为了保证绞车的安全运行，每隔一定的时间还是要进行检查，间隔的时间可以取的长些)，则取Ls=3m 参数：B=900mm，d=21mm，=25mm，b=d/2-(11.5)=35.548，取b=40mm，t=d+(23)=23mm，=3，D=1.6m 结果： 结论：斜坡提升的绳长是732146mm，所以，单层提升高度值满足要求。4、变位质量计算(1)、筒壳参考液压绞车中的相关参数，并由设计图纸，取筒壳的质量为图1.2滚筒筒壳参数：Di零件i的惯性回转直径mGi零件的实际重量kgD滚筒直径m(2.6) (2.7)(2)、支轮支轮的结构如下图，由轮、圈、环、筋四部分组成，其尺寸已经在图中标注出，以便于后续的计算。 图1.3滚筒支轮支轮重量，将支轮分解为四部分： 主轴装置变位质量为： 5、筒壳强度计算(1)、已知条件，绞车滚筒的筒壳的结构尺寸如下：图1.4滚筒筒壳结构尺寸筒壳材质：16Mn筒壳厚度：筒壳厚度中线半径：r=700mm 筒壳弹性模数：E=钢丝绳弹性模数：钢丝绳横向弹性模数：(2)、筒壳自由段强度计算查表得16Mn是低合金结构钢，含碳量0.16%，用于制造大型容器和管道。其抗拉强度，屈服点，伸长率，则许用应力参数：T钢丝绳最大静张力，T=45000N筒壳厚度，=5.0cm t绳圈间距，t=d+=21+2=23mm，取钢丝绳排列间隙，=2mm C由于筒壳变形，使钢丝绳拉力降低的系数 B滚筒宽度，B=900， 筒壳的弹性系数p钢丝绳单位长度重量，p=1.832kg/m斜坡倾角，计算：缠绕一层绳时，筒壳自由段压缩应力：350mm属于大尺寸滑轮，应进行强度验算。 查表得，标记为：绳槽断面11.5-2ZBJ80006.1-87，即滑轮绳槽半径R=11.2mm，表面精度为2级的绳槽断面。查表，选择滑轮，滑轮A21525-80ZBJ80 006.3-872.6.2滑轮强度验算计算假定：假定轮缘是多点支点梁，绳索拉力s使轮缘弯曲。图2.6 滑轮轮缘的受力参数： s绳索拉力N绳索在滑轮上包角的圆心角l两轮辐间的轮缘弧长mmw轮缘抗弯段面模数mm许用弯曲应力，对于Q235型钢应小于100N/ F辐条段面积 断面折减系数 许用压应力，对于Q235钢大约为100 N/ 绳索拉力的合力：由于钢丝绳的最大静张力小于其破断力总和，使用钢丝绳破断力总和值进行验算，若满足，则滑轮的选型符合要求。轮缘最大弯矩：最大弯曲应力： 满足要求辐条内压应力： 当p力方向与辐条中心线重合时，辐条中产生的压力最大，查表，以辐条断面为正方形，F=，=0.84，则： 符合要求。2.6.3滑轮组设计 选用省力滑轮组。 参数： p挠性件自由端牵引力N Q起重物的重力N 滑轮倍率，单联滑轮组m=n，双联滑轮组m=n/2n悬挂物品挠性件分支数挠性件自由端牵引速度m/min动滑轮组速度m/min 挠性件自由端： 牵引力： 牵引速度：滑轮的结构尺寸可由查表得相应得值，通过手册来确定。2.7预选绞车使用的电动机计算：(2.8)其中，Fjm是钢丝绳最大静张力vm钢丝绳最大绳速 动力系数，取=1.21.4绞车减速器的传动效率。当减速器的传动比时，=0.92；当时，=0.85。考虑到此处的电动机只作一般用途，初定为常用的Y系列，而其常用的同步转速中最低为600r/min，而绞车的提升速度是0.067m/s，由公式2n/60和n=r得到绞车的转速是n0.8r/min，则整个系统的传动比较大，取=0.75。 由计算结果，选用Y160L8型，功率是7.5KW的异步电动机。同步转速750r/min，工作转速720r/min。2.8设计的验算计算(1)、验算滚筒宽度 计算：(2.9) 其中，H为提升斜长m相邻绳圈的间隙，取=2mm缠绕层数：层计算出的滚筒宽度小于所设计绞车的宽度，应为一层，因此，符合要求。(2)、验算主电机功率 计算：(2.10) 其中，考虑附加阻力备用系数，一般取=1.11.2 满载系数，一般取=0.70.85 最大静张力差，=45000N绞车总传动效率，一般取=0.750.78 经验算，可以选用Y160L8型异步电动机，功率为7.5KW，而且有较大的余量，能够保证系统的正常工作。3总体方案设计牵引绞车的设计是参考矿用绞车的设计方法完成的，完成绞车的选型设计后，应考虑整个系统的总体布局方案，以便于充分利用现场的条件。首先，要考虑到对于绞车的控制要求，并应该考虑绞车硐室的大小和布置问题。3.1绞车的控制要求 (1)、牵引绞车是提升泵房系统的重要组成部分之一，其安全可靠性直接关系到整个系统的运行安全。由于水厂泵房的工作环境较恶劣，运行工况复杂，各种操作要求准确，因此对绞车电控系统来说，除了能够满足各种复杂的控制要求外，更重要的是其可靠性和安全保障。(2)、要求有很好的调速性能，能够较精确地完成泵房的提升和下放的各个运行阶段。能重载起动，有一定的过载能力。(3)、工作方式转换容易，易于实现自动化。(5) 、技术先进，维护简单、方便，在保证安全可靠运行前提下，控制线路简洁明了，便于维修排除故障。(6) 、尽量降低投资成本，减少运行费用，提高节电效果和经济效益，保证系统稳定可靠的长期运行，具有较长的工作寿命。3.2绞车房的布局绞车房的布置方式有以下两种：(1)、集中布置将绞车主机部分与液压传动部分，电气控制部分都集中布置在一个绞车房中。这种集中布置的方式结构紧凑，占地面积小，维护检查方便。但是液压传动装置(特别是主油泵)的噪声大，对液压绞车司机的操作有不良的影响。(2)、设单独的泵站绞车的液压传动的动力部分是由油泵、阀组、油箱、冷却器、滤油器等组成。将液压站单独安放在一个相邻的小房中。这种布置的优点是便于采取措施减轻绞车噪声对司机操作的影响。上述两种方案的比较：集中布置要比单独为泵站设置小房的占地小，而且，成本相对较低些，适用于噪声不是很大的绞车系统。而单独设泵站的方案比集中布置易于设置隔音系统，保证操作员不受噪音的影响，使用于噪音较大的场合。3.3根据减速器选择的不同，绞车的布局也会不同(1)、采用圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动的方式进行减速。其优点是占地少，紧凑。缺点是传动效率低。(2)、采用三级行星减速器，并使用直线式布置。其优点是效率高。缺点是占地大。因此，选用第一种方案，会使整个系统结构紧凑。4 减速器的选用4.1减速器对于减速器的选择有两种方案：一种是采用圆柱齿轮减速器配合开式齿轮传动；另一种是选用行星齿轮减速器。两者的特点如下：行星齿轮减速器的特点：体积小，重量轻，承载能力大，传动效率高，占地面积小，噪声低和运行平稳可靠。平行轴渐开线齿轮减速器的特点：传动速度和功率范围大。渐开线齿廓啮合具有可分性，对中心距偏差的敏感性小，装配和维修简单。我选用三级展开式圆柱齿轮减速器图4.1：减速器结构简图减速器参数初算：开式小齿轮的转速=4r/min，选用Y系列电动机Y160L8型，功率7.5KW，转速n=720r/min。4.1.1总传动比及传动比分配 总传动比 ，取 则：4.1.2传动装置的运动参数计算1 、各轴转速计算 式中，n电动机的转速r/min，电动机至轴的传动比， 是轴至轴，轴至轴，轴至轴的传动比。2、各轴功率计算 其中，联轴器或带传动效率，查表齿轮式联轴器的=0.99 轴承效率，查表得球轴承=0.99，滚子轴承=0.98 齿轮或蜗杆的传动效率，对于闭式圆柱齿轮效率(跑合良好6级精度和7级精度的齿轮传动，稀油润滑)=0.993、各轴扭矩计算 4、参数表表4.1型号转速r/min输出功率KW输出扭矩N.m传动比i效率电动机轴7207.596.810.97轴7207.396.8轴93.47.17267.710.97轴176.93876.25.510.97轴46.715996.34.240.97齿轮46.515996.310.975、直齿圆柱齿轮减速器中、轴上的齿轮的基本参数表4.2轴号齿轮分度圆直径mm齿宽mm中心距mm齿数模数齿轮材料轴小轮7064297.5203.545钢调质轴大轮525591503.545钢正火小轮13011541526545钢调质6、直齿圆柱齿轮减速器中、轴上的齿轮的基本参数表4.3轴号齿轮分度圆直径mm齿宽mm中心距mm齿数模数齿轮材料轴大轮700110415140545钢正火小轮176145.844822845钢调质轴大轮720140.890845钢正火使用机械设计手册软件验算，减速器中各对啮合齿轮的设计满足其齿根弯曲强度要求。4.2齿轮传动设计开式齿轮传动，传动比是5。已知条件：减速器低速级轴端的齿轮的功率，即小齿轮的功率P=6.5KW，转速n=4r/min，传动比i=5，工作预期寿命三年，即26280h。双向运转，工作条件是减速器低速轴工作平稳，而绞车主轴也工作平稳。开式齿轮的设计计算如下所示：计算项目及说明结果( 1 )、选择齿轮材料小齿轮选40Cr C-N共渗淬火，回火；大齿轮选40Cr调质。(2)、按齿根弯曲疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度，按估取圆周速度取公差组9级小齿轮模数如下： 尺宽系数，按齿轮相对轴承为悬臂布置，硬齿面，直齿，取值小齿齿数在推荐值1720中选大齿齿数，齿数比u，传动比误差，误差在范围内小轮转矩，载荷系数K，使用系数KA动载荷系数KV，查表得初值KVt齿向载荷分布系数齿间载荷分配系数，由得查表得=0.2=20=96 u =4.8合适=1.00 =1.01 =1.07 =1.42 则载荷系数K的初值，齿形系数，小轮 大轮应力修正系数，小轮 大轮重合度系数，许用弯曲应力弯曲疲劳极限应力循环次数弯曲寿命系数尺寸系数安全系数，较高的可靠性，则比较下列两式：=1.53 =2.81 =2.25 =1.55 =1.78 =0.7 =1 =1.25 取较大的带入设计公式计算得，模数的设计初值为：小齿轮分度圆直径的参数圆整值圆周速度与估取的很相近，对影响不大，用修正，取为安全考虑，以及满足强度的要求，取：，取m=16小轮分度圆直径大轮分度圆直径中心距尺宽大轮尺宽b2=b小轮尺宽b1=b2+(510) KV=1.01 K=1.53a=928mm取b2 =67mmb1=72mm(3)、与滚筒相连的齿轮基本尺寸(即大轮)标准齿轮的基本参数：模数m=16，齿数Z296系数ha*=1，c*=0.25压力角20分度圆直径d2齿顶高ha=ha*m=116齿根高hf (ha*+c*)m=(1+0.25)16齿全高h(2ha*+c*)m=(21+0.25)16齿顶圆直径da=d+2ha=1536+216齿根圆直径df=d-2hf=1536-220基圆直径db=dcos1536cos20齿距p=m=3.1416齿厚s=m/2齿槽宽e=m/2基圆齿距pb=pcos50.2cos20法向齿距pn=pb=47mm顶隙c=c*m=0.2516由于齿顶圆直径da500mm，所以将齿轮制造成轮辐式的圆柱齿轮，联接键使用A型键，其参数是：键宽b56mm键长L=160500mm键高h=32mmd21536mmha=16mmhf 20mmh36mmda=1568mmdf=1496mmdb=1443.4mmp=50.2mms=25.1mme=25.1mmpb=47mmc=4mm5 联轴器和制动器的选型5.1电动机与减速器的输入轴处的联轴器我国使用KJ型提升机的高速轴和低速轴的联轴器是齿轮联轴器；2JK型和JKM型提升机，低速轴均配套齿轮联轴器，高速轴则采用蛇形弹簧联轴器。齿轮联轴器的特点：具有制造加工方便，安装找正容易，但存在着在减速、停车和安全制动时，齿面冲击大、磨损快、维修量大、更换频繁等。蛇形弹簧联轴器的齿轮冲击方面有明显的效果，但蛇形弹簧易折断损坏，而且制造空难，购置费用高。系统中，电动机与减速器的输入轴处的联轴器，考虑到电动机的需要制动的要求，我选用带制动轮的鼓形齿式联轴器NGCLZ型(A型)的。联轴器一般根据负荷情况，计算转矩，轴端直径和工作转速来选择。已知条件是减速器高速轴扭矩T=96.8Nm，轴径d=40mm；电动的工作转速n=720r/min，轴径d=42mm，则选型如下：表5.1型号NGCLZ3许用转矩Tn ，Nm1600许用转速n，r/min3800轴孔直径d，mm40、42轴孔长度L，mm，Y型112制动轮直径D4，mm200转动惯量I，kgm20.193干油用量，mL65重量，kg18.8计算转矩如下：公式：Tc=KT=K9550PW/nTn (5.1)其中，T理论转矩，NmTn许用转矩，NmN工作转速，r/minPW驱动功率，KWK工作情况系数，取K1.5结果：Tc=1.595507.5/720149.2 Nm1600 Nm对于齿式联轴器，还应考虑转速与角向补偿量的变化对传递转矩的影响。即：TcK1Tn，式中K1为转矩修正系数，其由角向补偿量=130=90min和转速系数Kn查表得到，而Knn/n=720/3800=0.19，式中n工作转速r/minn许用转速r/min所以查表得到K10.62，则：Tc0.621600992Nm结论：选型满足要求。5.2绞车电动机的电磁制动器电磁铁式制动器的特点是结构简单，工作安全可靠。但工作是响声大，冲击大，电磁线圈寿命短，磨损严重。用于操作频繁，快速起动的场合。虽然，我设计的系统起动不是很频繁，但是要求其能够快速起动，以便于实现绞车的准确定位。(1)、制动力矩的确定对于提升机构，制动力矩M通常是根据重物可靠的悬吊在空中来确定的，因有较大的安全系数，可略去惯性力矩。公式： (5.2)其中，W重物与吊具重力之和，N D提升卷筒直径，m 制动轴到卷筒的传动比 制动轴到卷筒S制动安全系数参数：W500009.8490000N，D=1.6m，设备类型是机动的重级工作制，所以S=2，JC=40%，(0.97)50.86，1805900结果：(2)、选型：TJ2交流电磁铁块式制动器，TJ2-200100型，技术性能如下：表5.2制动器型号TJ2-200/100制动轮直径D，mm200制动闸瓦宽度mm90电磁铁型号(不包括在制动器内)MZD1-100制动力矩N.cmJC25%40%4000JC100%2000电磁铁力矩N.cmJC25%40%550JC100%300重量kg24.45.3盘形制动器的选型盘形制动器的作用是实现绞车的停车。盘形制动器的主要特点：闸瓦不作用于制动轮上，而是作用在制动盘上。与其他类型的制动器相比，盘形制动器的优点是体积小，重量轻，惯量小，结构紧凑，动作迅速，安全可靠，制动力矩可调性好，零件通用，方便制造与维修等。液压式盘形制动器的基本工作原理是液压松闸，弹簧力制动。其主要参数如下：5.3.1正压力公式：盘形制动器产生的制动力矩：MZ=2NfRmn 同时制动力矩MZ应能满足三倍最大静力矩Mj的要求，则有 MZ=2NfRmn=3Mj=3FC(D/2) 即：(5.3) 其中， MZ制动力矩，Nmf闸盘对制动盘得摩擦系数，f=0.350.4Rm制动盘的平均摩擦半径，m N制动器闸瓦副数D滚筒名义直径，mFC绞车最大静张力，N参数：D=1.6m，FC=45000N，f=0.35，n=2，Rm=(1.85-1.6)/4+1.6/2=0.863m结果：由正压力的值选择TP1-10型盘形制动器，其最大正压力是98000N。5.3.2最大工作油压公式：在松闸时，压力油作用于活塞上的推力需要克服三部分力，即：（1） 弹簧的预压力，其数值等于正压力；（2） 为保持必须的闸瓦间隙使弹簧压缩的反力；（3） 制动器部分的阻力.活塞推力：F1=N+Kn1+C(5.4) 其中，N所需正压力闸瓦最大间隙，mmK碟形弹簧的刚度，取K54300N/mmn1一组碟形弹簧的片数C盘形闸制动器各运动部分的阻力，取C0.1N制动器所需最大工作油压力：P=4F1/(D2-d2) (5.5) 其中，D油缸直径，cmD活塞小端直径，cm参数:N=89389N，K=54300N/mm，2mm，C=0.1，n1=9，D=140mm，d=50mm结果：F1=N+Kn1+C98389+543002/9+0.1101456NP=4F1/(D2-d2)4101456/3.14(1402-502)7.5N/mm27.5MPa5.3.3盘形制动器选型结果及其参数 表5.3项目名称单位型号TP1-10最大正压力N98000设计摩擦系数0.4最大工作油压MPa10.8闸瓦最大比压MPa1.30闸瓦允许最大温度C210活塞有效面积mm213420活塞直径mm140/50闸瓦(长宽厚)mm32023527闸瓦有效面积mm275200闸瓦有效厚度mm20允许闸瓦间隙mm2外形尺寸mm485360258重量kg1305.4液压站的设计液压传动系统的组成有能源装置、执行装置、控制调节装置、辅助装置、工作介质。其中，能源装置是把机械能转变成油液的压力能；执行装置是将油液压力能转变成机械能，并对外做功；控制调节装置是控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向的装置；辅助装置对保证液压系统可靠、稳定、持久的工作，有重要作用；工作介质是液压油或其他合成液体。液压系统的主要参数是工作压力和流量，是选择液压元件的主要依据，而系统的工作压力和流量分别取决于液压执行元件的工作压力，管路上的压力损失和液压执行元件所需的流量、回路泄漏。所以，确定液压系统的主要参数实质上是确定液压执行元件的主要参数。在我设计的系统中主要是考虑对于盘形制动器提高液压油。5.4.1液压站的组成本系统的液压站是由油泵，电动机，过滤器，温度计，电液调压装置，减压阀，蓄能器，电磁换向阀(G1、G2)等组成。5.4.2液压站的结构双绳双滚筒绞车的液压站原理如图纸，由于我所设计的绞车工作不是很频繁，而且绞车的运行速度很慢。为了确保绞车的正常工作，以一套油泵和电动机提供液压油，就可以满足液压站的安全要求。设置温度计可以方便的了解油箱内液压油的温度，从而决定是否换油。5.4.3液压站的工作原理液压站通过电液调压装置来调节系统中的油压，为盘形制动器提供所需的油压值。油压得变化，通过绞车司机控制电液调压装置的信号电流大小来实现的，从而达到调节制动力矩的目的。绞车正常工作时，液压站的电动机带动油泵连续转动，油泵产生的压力油经过滤油器，一部分经减压阀进入调绳液压缸处的电磁换向阀G1，再进入调绳液压缸和蓄能器。另一部分经电磁换向阀G2进入盘形制动器的油缸内，使盘形制动器松闸，滚筒正常转动。绞车实现停车制动或是处于停车状态时，电磁换向阀G1、G2经弹簧复位，此时，调绳液压缸的压力油与绳的张力平衡，并由蓄能器提供压力能。而盘形制动器的压力油流回油箱，使盘形制动器由碟形弹簧复位，从而实现制动操作。5.4.4电液调压装置的作用电液调压装置是液压站中的重要工作机构，它的作用是：一、根据绞车的实际工作额定负荷，确定最大工作油压值，并通过电液调压装置的固定的手柄进行调定的；二、通过改变电液调压装置的线圈的电流的大小实现系统油压的可调性，保证实际制动力矩的需要。5.4.5液压站元件的选型和计算1、调绳液压缸调绳液压缸的设计目的是补偿由提升钢丝绳变形引起的变化。提升钢丝绳经过多次的提升绞车，时间长了，由于多种原因，绳子会出现塑性伸长，需要进行补偿。通过绳的最大静张力和液压缸内液压油的油压力的平衡原理，来设计液压缸。调绳液压缸可以实现自动补偿绳的拉伸变化，使调整绳长更简单。液压缸是液压系统的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸由缸筒、活塞、活塞杆、端盖、活塞杆密封件等主要部件组成。根据设计目的和用途，我选用单作用单活塞液压缸，由于单作用缸是向缸的一侧输入高压油，靠其它外力使活塞反向回程。如图8，液压缸缸体固定，而液压缸的活塞杆连于提升钢丝绳，由P1处输入高压油，由高压油产生的压力和钢丝绳的静张力处于平衡状态，当钢丝绳发生变形时，液压缸的活塞受力不平衡，液压油会自动向缸内补充，从而达到补偿钢丝绳的变化的目的。已知条件：负载大小，F=45000N；工作压力，P=10.8MPa(为了便于液压系统的调节，使液压缸的工作压力尽量与盘形制动器的最大工作油压相近)。图5.1：液压缸设：无杆腔活塞的有效面积A1=(4)D2有杆腔活塞的有效面积A2=(4)(D2-d2)当压力油进入有杆腔时的输出力是F2，而且活塞杆受拉伸，查表取d=(0.30.5)D=0.3D，由平衡原理，则有：F2P1A2-P2A1(5.6)其中，F= P2A1=45000N， P1=P=10.8MPa， F2=0，得：P1A2P(4)(D2-d2)=10.8(3.14/4)D2-(0.3D)2=45000结果：D=72.86mm由标准系列选缸筒的内径D=80mm，则活塞杆直径d=0.38024mm，圆整取d=25mm，缸长L20801600mm，则实际的工作压力为：PS=F2/A2=45000/(3.14/4)(802-252)=9.93MPa (5.7)选型：W140L-1 LB 80 C 140 N600 A 含义：型号W140L，采用丁腈橡胶密封，缸径80mm，杆型为C，额定压力为14MPa，无缓冲，行程长度600mm，进出油口位置A(GB/T2348-1993)。参数： 表5.4额定压力14MPa最大允许压力21MPa耐压值21MPa最低起动压力90%传动介质常规矿物液压油缸径80mm受压面积无杆腔50.2cm2有杆腔C型40.3cm2速度比C型1.25允许行程1600mm2、液压泵液压泵是一种能量转换装置，它把驱动它的原动机的机械能转换成输送到系统中去的油液的压力能。(1)、液压泵工作压力：PPP+P(5.8) 其中，P盘形制动器和调绳液压缸额最大工作压力，取P10.8MPa P进油路上压力损失，在简单系统中取P0.3MPa结果：PP10.8+0.311.1MPa(2)、液压泵流量：QPK(Qi)max(5.9) 其中，K回油泄漏折算系数K1.11.3(Qi)max同时工作的执行元件流量之和的最大值。由于调绳液压缸的主要作用是平衡钢丝绳的张力的，对其流量要求不是很严格，可以不予考虑。主要考虑盘形制动器的最大流量，取其松闸的时间是t=1s，闸瓦的允许间隙是2mm，而活塞的有效面积是A13430mm2，由于有两副，即四个制动头，则盘形制动器的流量是：Q1=4A(6010-6)t4134302(6010-6)0.1=6.4L/min若取K=1.3，则：结果：QPK(Qi)maxK Q11.36.48.32 L/min(3)、计算所得的PP是系统的静压力。系统在工作过程常因过渡过程的压力超调或周期性的压力脉动而存在着动态压力，其值远远超过静态压力.所以液压泵的额定压力，应比系统最高压力大出2560，至于液压泵的流量应与系统所需的最大流量相适应即可。则液压泵的额定压力PN=11.1(1+30)14.43MPa，取PN14MPa选型：Y2B型双级双作用叶片泵，其特点是具有工作可靠、寿命长等优点，但轴向尺寸较大，容积效率较低。参数：表5.5型号Y2B-A9C-*F排量8.9ml/r压力额定14MPa最高16MPa转速额定1000r/min最高1800r/min驱动功率2.88KW重量(脚架式)31kg液压泵理论流量QVn=8.910-310008.9L/min，即最大流量。3、驱动电动机油泵电动机的功率的计算公式：Nb=KbKmFcVmax/(1000Z) (5.10)其中，Nb油泵电动机功率，kwFc绞车最大静张力，NVmax钢丝绳最大绳速，m/sKb备用系数，一般取Kb1.11.2Km满载工作系数，一般取Km0.70.85Z液压绞车总效率，一般Z0.750.8参数：Kb1.1，Km0.8，Z0.75，Vmax0.067m/s，Fc45000N结果：P=1.10.8450000.067(10000.75)3.54KW选型：液压泵的应用范围很广，但可以归纳为两大类：一类为固定设备用液压装置，另一类为移动设备用液压装置，这两类液压装置对液压泵的选用有较大的差异。由于本系统中的液压泵为盘形制动器和液压缸提供压力油，属于固定设备用液压装置，则原动机是电动机，驱动转速较稳定，且多为1450r/min左右。由计算结果及液压泵的驱动功率，选用Y132M1型电动机，其功率是4KW，同步转速是1000r/min，即可满足要求。4、电液调速阀控制阀的规格是根据系统最高压力和通过该阀的实际流量，在标准元件的产品样本中选取，在选择时，要注意液压系统有串联油路和并联油路之分。元件选定的额定压力和流量应尽量与其计算所需的值接近，必要时，应