液压绞车设计难点.docx

液压绞车设计 摘要本设计是通过对液压绞车工作原理、工作的环境和工作的特点进行分析，并结合实际，在进行细致观察后，对液压绞车的整体结构进行了设计，对组成的各元件进行了选型、计算和校核。本绞车由液压马达、平衡阀、制动器、卷筒、承轴和机架等部件组成，还可根据需要设计阀组直接集成于马达配油器上，如带平衡阀、高压梭阀、调速换向阀或其它性能的阀组。在结构上具有紧凑、体积小、重量轻、外型美观等特点，在性能上则具有安全性好、效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪音低、操作可靠等特点，在提升和下放工作中运转相当平稳，带离合器的绞车可实现自由下放工况，广泛适用于铁道机车和汽车起重机、船舶、油田钻采、地质勘探、煤矿、港口等各种起重设备中。第一章 绪论液压传动系统概论 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。液压系统的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。液压系统的类型 液压系统可以按多种方式进行分类，见表1.1 液压技术的特点优点：传动平稳在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向。质量轻体积小液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的1m3机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1t。承载能力大液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。容易实现无级调速在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且凋速范围很大，可达2000：1，很容易获得极低的速度。易于实现过载保护液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。液压元件能够自动润滑由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。容易实现复杂的动作采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。简化机构采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。便于实现自动化液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。便于实现“三化”液压元件易于实现系列比、标准化和通用化也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。缺点不能保证定比传动液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。传动效率低液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。工作稳定性易受温度影响油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。造价较高液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。故障诊断困难。 绞车的简介及国内外液压绞车发展状况绞车的简介液压绞车以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。（1）、动力部分将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能），例如：液压泵。（2）、执行部分将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。例如：液压缸、液压马达。（3）、控制部分用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向，例如：压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。（4）、辅助部分将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封等作用。例如：管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。在一定体积的液体上的任意一点施加的压力,能够大小相等地向各个方向传递这意味着当使用多个液压缸时每个液压缸将按各自的速度拉或推而这些速度取决于移动负载所需的压力在液压缸承载能力范围相同的情况下承载最小载荷的液压缸会首先移动,承载最大载荷的液压缸最后移动。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。 国内外液压绞车发展状况 国外在50年代中期，新型的轴向柱塞式和径向柱塞式液压马达系列产品纷纷问世，后来研制出液压绞车，在轮船上和建筑机械上使用。大约在60年代中期，研制出防爆液压绞车在煤矿下使用。近20年来液压绞车发展很快，在工业发达国家的煤矿现在已广泛使用液压绞车。从小到大，从单绳到多绳，从有极绳到无极绳，从缠绕式到摩擦式，各种规格品种比较齐全。英国是研制液压绞车较早的国家之一，60年代就有矿用液压绞车问世。日本三井三池制作所在1965年制造出第一台防爆液压绞车，以后反复进行了多种设计和改进，现在生产4075160250KW等四种型号的防爆液压绞车，其滚筒直径分别为900120020002100，具有手动半自动两种运转方式，可以用来提升货物和人员。南非东特南斯菲尔的新博斯吉私普鲁伊特煤矿的副井装有一台多绳摩擦式液压提升机，采用四台液压马达驱动，有效再和达35T。它是目前世界上提升重量最大的液压提升机。我国煤矿井下防爆液压绞车的研制和应用比欧美、日本大约晚了约十多年，国内防爆液压绞车的研制工作是为了满足煤矿安全生产的需要而发展起来的。从1977年开始，由湖南省煤炭工业局液压绞车研制组和湖南省煤矿专用机械厂共同研制KBYT-1200-1型防爆液压绞车，于1981年3月经鉴定定型，转入批量生产。由于全国重点煤矿井下需要1.6m绞车较多，为了满足全国沼气矿井的急需，从1981年末开始，由湖南省煤炭科学研究所和湖南省煤矿专用机械厂共同承担了煤炭部下达的重点科研项目“BYT-1.6型防爆液压绞车”研制工作，并随同研制了NJM-E16型内曲线低速大扭矩液压马达，于1984年11月通过部级鉴定定型，转入批量生产，推广使用。并由此派生出用两台NJM-E10型液压马达驱动的BYT-1.6型防爆液压绞车。除上述煤矿井下提升用的防爆液压绞车外，国内有的单位还研制了其它用途的液压绞车。如重庆煤炭研究所、鸡西煤矿机械厂和徐州煤矿机械厂共同研制的YAJ-13型和YAJ-22型液压安全绞车，用于倾角大于16的回采面的回采工作面，防止采煤机因自重下滑而发生跑车事故。河北煤炭研究所和石家庄煤矿机械厂共同研制了牵引KCY-6/900型卡轨车的液压绞车。常州科研试制中心研制了牵引F-T型卡轨车的液压绞车。液压绞车的研制和发展情况表明：液压绞车由于采用液压传动，减少7 了产生电火花的元件；又由于全部使用鼠笼式电动机，空载直接启动，使电气控制设备简单，容易做成防爆型。所以采用液压绞车是解决煤矿井下绞车安全防爆问题的有效途径。同时液压绞车具有无级调速，启动、换向平稳，低速运转性能好操作简单，体积小，重量轻，安全保护比较齐全等优点。此外，防爆液压绞车在启动和制动以及低速运转时比电控绞车的效率要高，液压传动装置要比直流电气传动装置要便宜很多。其缺点是液压元件制造精度和质量要求较高，液压传动的噪音较大。总的来看，防爆液压绞车是一种具有良好运转特性、适合沼气矿和有煤与沼气突出危险矿井使用的防爆绞车。它是一种很有发展前途的煤矿机械设备，是矿用防爆绞车的主要发展方向之一。 本课题研究的目的和意义本设计是通过对液压绞车的工作原理、工作环境和特点进行分析，并结合实际对液压绞车的整体结构进行了设计，对液压泵站，液压马达，绞车等结构主要针对液压绞车组成的各个元件进行合理选型、计算和校核。绞车由液压马达、平衡阀、制动器、卷筒、支撑轴、机架等部件组成。在性能上具有安全性高、效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪声低、操作可靠等特点，在提升、下放过程中工作运转平稳的优点，而且此类绞车操作方便，体积小，重量轻，可以广泛地应用于煤矿井下提升和输送货物，并将大大提高运输效率、降低运营成本。第2章卷扬机构的方案设计 2.1拟定绞车液压系统图 系统的工作原理及其特点简要说明如下：（见图1.1） 液压马达12的排量切换由二位四通电磁换向阀5实现，控制压力由液