JW_1200型调速型无极绳绞车的液压调速装置设计说明

1、. .PAGE51 / NUMPAGES51摘要目前使用的无极绳绞车属于直接启动，无调速性能，在使用中，启动平稳性不好，不能够进行调速，当矿车运行到直角弯道、变坡点或轨道不平等处需要慢性的场合，由于速度不易控制，就对绞车、矿车或牵引的设备引起冲击、造成矿车掉道等问题，一定程度上影响了安全高效生产。针对井下特殊的环境，改造现有的无极绳绞车，利用液压泵驱动液压马达代替原来的防爆电机，实现无极调速，使绞车能够平稳的起步，方便的调速，能够针对不同的工况，使用不同的速度来运行，得到安装维护简单、使用方便、节省人力、安全高效、运行可靠的目的。而液压技术的发展，使液压调速控制绞车更具有结构紧凑、造价便宜、起

2、动平稳、调速方便、过载保护等优点，由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献与翻译等），此文档也稍微删除了一部分容（目录与某些关键容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:贰二壹伍八玖壹壹五一特别是采用鼠笼式电机拖动，使电控系统简单，实现了防爆要求。关键词：无极绳绞车 无极调速 液压AbstractCurrent use of endless rope winch belongs to start directly, without the performance of speed adjustment, in use, a smooth sta

3、rt can not control, when the car runs intoaright-angled bend, variable slope or track inequality require chronic situations, because the speed is not easy to control, the winch, or traction. The device caused by impact, causing the car off the track and other issues, to some extent affected the safe

4、ty and high efficiency production.According to the special environment, reforming the existing endless rope winch, hydraulic pump driven by hydraulic motor instead of the explosion-proof motor, to realize stepless speed regulation, so that the winch can smooth starting, convenient speed regulation,

5、can according to the different conditions, using different speed of operation, has simple installation and maintenance, convenient use, labor saving, safe and efficient, reliable operation of the purpose of.And the development of hydraulic technology, the hydraulic speed control winch has compact st

6、ructure, low cost, stable starting, convenient speed regulation, overload protection and other advantages, particularly the squirrel-cage motor, the control system is simple, achieve explosion-proof requirements.Key words: endless rope winch stepless speed regulation of smooth starting目录 TOC o 1-3 h

7、 z u HYPERLINK l _Toc325816352 前言 PAGEREF _Toc325816352 h 5 HYPERLINK l _Toc325816353 第一章现有无极绳绞车总体概况和发展 PAGEREF _Toc325816353 h 6 HYPERLINK l _Toc325816354 1.1 无极绳绞车用途 PAGEREF _Toc325816354 h 6 HYPERLINK l _Toc325816355 1.2 传统无极绳绞车各零件与工作原理 PAGEREF _Toc325816355 h 6 HYPERLINK l _Toc325816356 1.2.1 绞车

8、 PAGEREF _Toc325816356 h 6 HYPERLINK l _Toc325816357 1.2.2 紧装置 PAGEREF _Toc325816357 h 8 HYPERLINK l _Toc325816358 1.2.3 梭车 PAGEREF _Toc325816358 h 9 HYPERLINK l _Toc325816359 1.2.4 轮组 PAGEREF _Toc325816359 h 10 HYPERLINK l _Toc325816360 1.3 传统无极绳绞车存在的问题 PAGEREF _Toc325816360 h 12 HYPERLINK l _Toc32

9、5816361 1.4 国外防爆液压绞车的发展 PAGEREF _Toc325816361 h 13 HYPERLINK l _Toc325816362 1.4.1 国外防爆液压绞车的技术水平与发展趋势 PAGEREF _Toc325816362 h 13 HYPERLINK l _Toc325816363 1.4.2 国防爆液压绞车的技术水平与发展趋势 PAGEREF _Toc325816363 h 14 HYPERLINK l _Toc325816364 第二章传统无极绳绞车改造方案 PAGEREF _Toc325816364 h 16 HYPERLINK l _Toc325816365

10、2.1绞车基本情况 PAGEREF _Toc325816365 h 16 HYPERLINK l _Toc325816366 2.2 存在问题 PAGEREF _Toc325816366 h 16 HYPERLINK l _Toc325816367 2.3 解决问题的方案 PAGEREF _Toc325816367 h 16 HYPERLINK l _Toc325816368 第三章无极绳绞车驱动工况分析和确定液压系统的主要参数 PAGEREF _Toc325816368 h 20 HYPERLINK l _Toc325816369 3.1 载荷的组成和计算 PAGEREF _Toc32581

11、6369 h 20 HYPERLINK l _Toc325816370 3.1.1 工作载荷力矩Fg PAGEREF _Toc325816370 h 20 HYPERLINK l _Toc325816371 3.1.2 轴颈摩擦力矩Tf PAGEREF _Toc325816371 h 20 HYPERLINK l _Toc325816372 3.1.3 惯性力矩Ta PAGEREF _Toc325816372 h 21 HYPERLINK l _Toc325816373 3.2 初选系统工作压力 PAGEREF _Toc325816373 h 22 HYPERLINK l _Toc325816

12、374 3.3 确定液压泵的最大工作压力Pp PAGEREF _Toc325816374 h 23 HYPERLINK l _Toc325816375 第四章制定基本方案和绘制液压系统图 PAGEREF _Toc325816375 h 24 HYPERLINK l _Toc325816376 4.1 系统基本方案制定 PAGEREF _Toc325816376 h 24 HYPERLINK l _Toc325816377 4.1.1 制定调速方案 PAGEREF _Toc325816377 h 24 HYPERLINK l _Toc325816378 4.1.2 制定压力控制方案 PAGERE

13、F _Toc325816378 h 25 HYPERLINK l _Toc325816379 4.1.3 制定顺序动作方案 PAGEREF _Toc325816379 h 25 HYPERLINK l _Toc325816380 4.1.4 选择液压动力源 PAGEREF _Toc325816380 h 26 HYPERLINK l _Toc325816381 4.2 绘制液压系统图 PAGEREF _Toc325816381 h 27 HYPERLINK l _Toc325816382 第五章液压元件的选择 PAGEREF _Toc325816382 h 29 HYPERLINK l _To

14、c325816383 5.1 液压泵的选择 PAGEREF _Toc325816383 h 29 HYPERLINK l _Toc325816384 5.2 液压马达的选取 PAGEREF _Toc325816384 h 30 HYPERLINK l _Toc325816385 5.2.1 确定液压马达的流量 PAGEREF _Toc325816385 h 30 HYPERLINK l _Toc325816386 5.2.2 确定液压马达扭矩 PAGEREF _Toc325816386 h 30 HYPERLINK l _Toc325816387 5.2.3 计算液压马达的排量 PAGEREF

15、 _Toc325816387 h 30 HYPERLINK l _Toc325816388 5.2.4 选定液压马达 PAGEREF _Toc325816388 h 31 HYPERLINK l _Toc325816389 5.3 液压阀的选择 PAGEREF _Toc325816389 h 31 HYPERLINK l _Toc325816390 5.4 蓄能器的选择 PAGEREF _Toc325816390 h 31 HYPERLINK l _Toc325816391 5.5 管道尺寸的确定 PAGEREF _Toc325816391 h 32 HYPERLINK l _Toc32581

16、6392 5.6 油箱容量的确定 PAGEREF _Toc325816392 h 34 HYPERLINK l _Toc325816393 第六章液压系统性能验算 PAGEREF _Toc325816393 h 35 HYPERLINK l _Toc325816394 6.1 液压系统的发热温升计算 PAGEREF _Toc325816394 h 35 HYPERLINK l _Toc325816395 6.1.1 液压系统的发热功率的计算 PAGEREF _Toc325816395 h 35 HYPERLINK l _Toc325816396 6.1.2 计算液压系统的散热功率 PAGERE

17、F _Toc325816396 h 37 HYPERLINK l _Toc325816397 第七章减速器的选用 PAGEREF _Toc325816397 h 40 HYPERLINK l _Toc325816398 7.1 按减速器机械强度许用公称输入功率P1选用 PAGEREF _Toc325816398 h 40 HYPERLINK l _Toc325816399 7.1.1 确定减速器的负载功率P2 PAGEREF _Toc325816399 h 40 HYPERLINK l _Toc325816400 7.1.2 确定工况系数KA、安全系数SA PAGEREF _Toc325816

18、400 h 40 HYPERLINK l _Toc325816401 7.1.3 求计算功率P2c PAGEREF _Toc325816401 h 41 HYPERLINK l _Toc325816402 7.1.4 求总传动比 PAGEREF _Toc325816402 h 41 HYPERLINK l _Toc325816403 7.2 校核热功率 PAGEREF _Toc325816403 h 42 HYPERLINK l _Toc325816404 7.2.1 确定系数f1、f2、f3 PAGEREF _Toc325816404 h 42 HYPERLINK l _Toc3258164

19、05 7.2.2 计算热功率P2t PAGEREF _Toc325816405 h 42 HYPERLINK l _Toc325816406 第八章减速器滚筒传动齿轮设计 PAGEREF _Toc325816406 h 44 HYPERLINK l _Toc325816407 8.1 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数 PAGEREF _Toc325816407 h 44 HYPERLINK l _Toc325816408 8.2 按齿轮接触疲劳强度设计 PAGEREF _Toc325816408 h 44 HYPERLINK l _Toc325816409 8.3 齿根弯曲疲劳强度校核 PA

20、GEREF _Toc325816409 h 45 HYPERLINK l _Toc325816410 总结 PAGEREF _Toc325816410 h 47 HYPERLINK l _Toc325816411 致 PAGEREF _Toc325816411 h 48 HYPERLINK l _Toc325816412 参考文献 PAGEREF _Toc325816412 h 49 HYPERLINK l _Toc325816413 附录 PAGEREF _Toc325816413 h 50前言无极绳绞车作为一种新型高效的煤矿辅助运输设备，具有操作简单、安装方便、投资少、费用低、运距长、运输

21、连续性等优点，很受煤矿的青睐。在煤矿井下其可取代多台小绞车的接力运输，实现工作面设备、材料和煤炭不经的连续运输，简化了运输环节，减少了辅助人员，降低了工人劳动强，提高了工作效率、运行安全可靠。目前使用的无极绳绞车属于直接启动，无调速性能，在使用中，启动平稳能不好，不能够进行调速，当矿车运行到直角弯道、变坡点或轨道不平等处需要慢性的场合，由于速度不易控制，就对绞车、矿车或牵引的设备引起冲击、造成矿车掉道等问题，一定程度上影响了安全高效生产。通过了解JW-1200型无极绳绞车的适用场合、结构特点，各部件功能，液压驱动的相关理论。针对井下特殊的环境，改造现有的无极绳绞车，利用液压泵驱动液压马达代替原

22、来的防爆电机，实现无极调速，使绞车能够平稳的起步，方便的调速，能够针对不同的工况，使用不同的速度来运行，得到安装维护简单、使用方便、节省人力、安全高效、运行可靠的目的。第一章现有无极绳绞车总体概况和发展1.1无极绳绞车用途无级绳连续牵引车是一种新型的被迅速推广的煤矿辅助运输装备。以一台无极绳绞车作为驱动装置，以钢丝绳为牵引构件，与紧装置、梭车、尾轮等配套设备一起构成一套完整的无级绳连续牵引车运输系统，适合于有瓦斯和煤尘的煤矿井下工作面顺槽和轨道港，实现材料、设备的长距离连续高效运输，特别适合于大型综采设备的连续运输。也可用于金属矿井下和地面的轨道运输。综采工作面设备辅助运输以往一般使用的是小绞

23、车和电瓶车联合运输，需要投入大量的人力、物力，且作业人员安全系数低，事故率高，运输效率低，运行费用高；经合理设计，再回风巷安装一台无级绳连续牵引绞车，解决了长距离运输巷道变坡多、拐弯大等问题。1.2传统无极绳绞车各零件与工作原理1.2.1 绞车绞车是整个系统的动力源，采用机械传动，如附图1，主要组成为:(1)电机，为无极绳绞车提供动力。电动机选用隔爆型三相异步电动机、功率为55185KW、根据用户需要可配置双速电机或变频电机。(2)底座，由结构件焊接成整体。通过地脚螺栓与基础固定。(3)减速箱，采用硬齿面齿轮。减速箱具有机械变速功能、可实现快慢两种速度、快慢速比在2倍左右。如附图2(4)滚筒部

24、分，滚筒部分由小齿轮轴、大齿轮、主轴、卷绳筒与绳衬等组成。(5)联轴器，联轴器用于联结电机和变速箱。 (6)制动装置，有电力液压推杆和手动带式二套制动装置。(7)齿轮罩，铁皮制成固定于底座上，用以保护大小齿轮，以保证安全。1.2.2 紧装置无极绳运输系统为保证钢丝绳有一定的初力必须配置紧装置。本系统紧装置为重锤式，主要由框架、紧绳轮、动轮组、转向轮、配重和防护网等组成。该装置可吸收钢丝绳系统由于弹性变形而伸长的部分；同时，可为绞车提供尾力,保证钢丝绳在卷绳筒绳衬上有较稳定的正压力，促使绞车正常牵引，而不致钢丝绳在卷绳筒上打滑。由于系统用于双向运输，所以系统中设有两组紧装置。紧装置有重力紧、液压

25、紧与电动紧三种形式，用户可根据需要选配。可以选用单绳紧和双绳紧。1.2.3 梭车梭车是用来牵引矿车、平板车、材料车等车列，且具有固定钢丝绳和储存钢丝绳等功能。梭车主要有下列部分组成：车架、储绳筒、车轮组件等。梭车带防跑车制动装置，当出现断绳等危急情况时制动装置能卡住道轨枕木而使梭车与矿车等负载制动住。梭车上装有储绳轮，可以根据巷道长度随时调整输送距离。(1)车架：梭车车架主要有架体、碰头组成，车架两端是碰头，车轮组件安装在架体上，组成行走机构，起行走和承重作用。 (2)储绳筒;梭车安装有一个储绳筒，可储存钢丝绳，以备巷道延深开采或缩短运距之用。收绳时先拔出固定插鞘，再用手把摇转储绳筒，钢丝绳逐

26、渐缠绕于储绳筒上，最后插入固定插销。 (3)可在梭车前面或后面串列24节矿车或2节平板车，运输矸石、支护材料和配件等辅助材料。如附图3：(4)锲块：梭车前后各有一个锲块，钢丝绳两端穿过锲块，拧紧锲块上的压紧螺栓压紧钢丝绳，收放钢丝绳时只需松开一个锲块，然后把钢丝绳卷入或卷出储绳筒，锲块起固定钢丝绳作用。1.2.4 轮组为适应起伏变化坡道，本系统设计有轮组，既可防止钢丝绳抬高时车辆掉道，又可避免钢丝绳摩擦巷道底板。轮组的固定方法象矿用轨枕一样通过螺栓固定在轨道下沿上。轮组安装数量需根据巷道具体起伏变化程度设置。尾轮固定在运距的终端，支承整个系统的反力，并可随工作面的推进，可方便地移动，以实现运距

27、的变化。注意：在运输支架时，须浇灌水泥基础固定尾轮，其它情况可用锚杆或其它方法固定尾轮。如附图4：压绳轮组：为适应起伏变化坡道，设计有压绳轮组，既可防止在过垂直弯道时因钢丝绳抬高而引起车辆掉道，压绳轮组分为主压绳轮组和副压绳轮组，在主压绳轮组上通过弹簧把压绳轮压在钢丝绳上，当梭车通过时，梭车前端的牵引板分开两压绳轮，使梭车能顺利通过。在副压绳轮组上，压绳轮直接固定在底架上。压绳轮组的固定方法像矿用轨枕一样通过螺栓固定在轨道下沿上。如附图5：平托轮：平托轮托在钢丝绳的下面，平托轮为双轮式（亦可采用两个绳槽式托绳轮），可同时通过方向相反的两根钢丝绳，如附图6：弯道护轨装置（有转弯时需用）：为适应转

28、弯巷道的运输需要，特别设计了一种专用的弯道护轨系统。1.3 传统无极绳绞车存在的问题虽然无极绳绞车在使用过程中，优点比较突出，但是目前无极绳绞车在实际使用中还存在着以下问题：启动时，无极绳绞车的梭车冲击太大；在绞车的运行过程中，绞车绳得较紧时，特别是在地质条件变化较大时，车辆容易掉道；在运输过程中，绞车绳在得较松时，特别是运行到中间部位时，常出现钢丝绳在绳衬中打滑，拉不动车的现象；在运输过程中对轨道质量要求较高；对地质条件要求较平缓，当轨道变化大于9时，钢丝绳容易摩擦到顶板；对钢丝绳的插接质量要求较高，当所埋绳头不好时，极易拉出并损坏；当环境较复杂，特别是当坡度大于9时，在放无极绳绞车的绞车绳

29、时，危险性较大，且绞车绳在放的过程中容易打滑。1.4 国外防爆液压绞车的发展1.4.1 国外防爆液压绞车的技术水平与发展趋势矿井防爆绞车按其拖动方式可分为电动防爆和液压防爆两大类。国外由于电器技术水平较高，井下工程机械化程度高，一般巷道和硐室较大，设备安装方便，较早的开始推广应用电动防爆绞车，主要是绕线型电机转子外接电子调速。其缺点为发热 严重，占地面积大，电控系统复杂，成本高，调整性差。随着液压技术的不断发展，轴向柱塞式和径向柱塞式液压马达系列产品推出，并逐渐用于井下提升设备和研制液压防爆绞车。液压防爆绞车具有结构紧凑、造价便宜、起动平稳、调速方便、过载保护等优点，特别是采用鼠笼式电机拖动，

30、使电控系统简单，实现了防爆要求。在国外，液压防爆绞车根据结构形式可分为两大类：一类是采用低速大扭矩柱塞液压马达直接拖动绞车卷筒的全液压传动式；另一类是采用高速小扭矩柱塞液压马达经减速器再拖动绞车卷筒的液压一机械传动式。20世纪80年代初，欧洲一些国家开始推广应用液压传动绞车。其优点是采用低速大扭矩液压马达直接驱动绞车卷筒，省去减速器，使绞车结构简单化。低速大扭矩柱塞液压马达有制造困难、传动 效率低、寿命短、噪声大、维修费用高等缺点。20世纪80年代后期，日本、美国又开始推广应用液压一机械传动绞车。其优点是高速小扭矩液压马达具有制造容易、质量稳定、寿命长、传动效率高、噪音低、体积小等。日本三井三

31、池制作所引进西德盖特拉马齐克公司和法国西克马菲尔公司的高速液压马达，研制了卷简直径为2米液压防爆绞车，高速液压马达经行星减速器传动卷筒，用操作手柄改变变量泵斜盘的角度来实现无级调速。主电机采用鼠笼式电机，比绕线式电机的结构简单、价格便宜、坚固耐用与效率较高，而且无滑环，运行时不产生火花，电控系统易实现防爆。钢丝绳直径为22.5 毫米，容绳量为1 100 m，最大静力为40 KN时提升速度为3.3 8ms，静力为33 KN时最大提升速度为4m/s，主电机功率为160KW。由于液压-机械传动绞车的优点很多，在国外应用广泛并逐步向大型化发展。1.4.2 国防爆液压绞车的技术水平与发展趋势我国1975

32、年提出研制防爆绞车，1981年国试制了第一台1.2m液压防爆绞车。其采用低速大扭矩液压马达直联卷筒的全液压传动形式，通过的鼠笼防爆电机拖动双向变量斜轴式轴向柱塞泵旋转，由柱塞泵和曲线低速大扭矩液压马达构成闭式网路。当工作泵的输出油量变化，或改变油流方向时，液压马达也相应地变化，实现卷筒增速、减速、停止或反转。该结构由液压马达直接驱动卷筒，省去减速器，使绞车结构大大简化。但是，目前国制造的低速大扭矩液压马达磨损后，提升绞车不能实现自锁，则容易出现跑车现象。矿山机械研究所设计有特色的液压防爆绞车。其传动形式如图，绞车液压系统由1台高压泵和多台高速液压马达组成闭式回路，高速液压马达经高精度硬齿面的行

33、星减速器与卷筒连接，由液压控制系统控制高压泵的流量，实现液压马达的无级调速，从而达到控制负载提升或下放的工况。该防爆绞车寿命长、效率高、噪声小和不漏油，同时操作十分方便，整机结构紧凑，安装硐室小，特别是主硐室跨度小，可以节省基建投资。该防爆绞车还具有速度显示、过载、超载、减速点减速、闸瓦磨损、松绳、高压油过压、补油欠压、控制油欠压、短路、断相、零位和方向保护环节。液压冷却系统采用水冷和风冷两种形式，可供用户选择。液压站安装在单独的泵房，改善了司机的工作环境。第二章传统无极绳绞车改造方案2.1绞车基本情况1绞车型号：JW1200型无极绳绞车。2生产厂家：天马煤机XX公司3基本技术参数：电机功率5

34、5KW-6极，最大静力30KN，绳速：1.1米/秒。2.2存在问题对于目前使用的无极绳绞车属于直接起动，无调速性能。在使用中，起动平稳性能不好，不能够进行调速，当矿车运行到直角弯道、变坡点或轨道不平等处需要慢速运行的场合时，由于速度不易控制，就对绞车、矿车或牵引的设备引起冲击、造成矿车掉道等问题，一定程度上影响了安全高效生产。针对井下特殊作业环境，改造现有无极绳绞车，使无极绳绞车能够平稳的起步，方便的调速，能够针对不同的工况，使用不同的速度来运行，达到安装维护简单、使用方便、节省人力、安全高效、运行可靠的目的。2.3 解决问题的方案针对上述存在的问题，提出如下改造措施。方案一：即利用液压泵驱动

35、液压马达代替原来的防爆电机，实现无级调速。采用液压泵产生的高压油来驱动液压马达转动，马达带动带动原减速器，再驱动滚筒工作。保证起动运转平稳，同时实现重载荷低速运行，轻载荷高速运转。方案特点：1）采用液压传动。与传统的电气防爆相比，防爆性能优越，尤其在煤矿井下等高瓦斯或易燃气体的环境中，防爆十分可靠。2）起动平稳。可空载零负荷起动。3）调速平稳，可无级调速。能在最高速度围的任一速度下稳定运行。4）操纵简单。司机用一个手柄就能控制绞车的加速、减速、制动与停车。电控功能概述1)具有系统具有超速、过卷等信号的检测并实行停主泵保护与声光报警功能。2)具有绞车运行速度实、绞车升/降深度实、位置实时显示功能

36、。3)主泵的状态检测和启动/停止控制4)故障状态检测功能。 研究容：液压系统相关元件的设计选型、性能试验。机械传动结构的改进。针对无极绳绞车的使用工况，利用液压系统调速性能高，运转可靠的特点，与现有绞车的机械结构有机结合，实现无极调速、快慢速运行。同时，结构更加紧凑、性能更加可靠。关键技术主要是根据现有无极绳绞车的使用工况，选择高可靠性的液压元件。组合成驱动、传动系统、调速系统，设计改进现有的机械结构，以与电控系统来实现预定的要求。技术方案二：针对起步不平稳，无调速性的问题，提出一种较为经济的改造措施。方案简述：利用防爆电机加调速型液力偶合器来驱动减速器和滚筒，实现轻载启动，起步平稳、并无级调

37、速。调速型液力偶合器：是安装在原动机（电动机）和工作机之间的一种液力传动机械。它可在电机输入转速恒定的条件下，在设备运转中，通过操纵勺管，对其输出转速进行无级调节，并使电机的功率通过液力偶合器泵轮和涡轮之间工作油的循环流动，平稳而无冲击地传递给工作机。方案特点：1）采用液力传动。通过控制液力偶合器的充油量来进行速度调节，从0到设定的最大速度围实现无级调速。2）动力机轻载启动功能（即“软启动”），降低电机启动电流。3）改造简单，与液压传动来比较，不需要增加液压泵站、液压马达电控系统等部件。结构紧凑，占地面积小。4）维修维护保养方便。结构简单、可靠、无机械磨损，能在环境恶劣的条件下工作，无需特殊维

38、护，使用寿命长。5）操纵简单。司机通过手动或电动控制液压偶合器的勺管得伸缩就能控制绞车的加速、减速、制动与停车。6）柔性传动自动适应功能：液力偶合器以液体为工作介质，介质本身具有减冲缓震的功能，输入与输出之间无任何机械连接，所以传动柔和平稳、减缓冲击和隔离扭震。研究容：液力偶合器在泵类机械、风机上广泛使用，使用效果良好，节电效果明显、调速性能良好。在防爆提升绞车上也有使用，要把该偶合器运用到无极绳绞车上，主要的研究容有：无极绳绞车现场使用的载荷大小、性质、运动状况的分析，速度控制性能的要求，根据载荷性质和控制要求，根据电动机的机械特性，选择液力偶合器的类型、规格，并计算电动机与偶合器的联合运行

39、特性。并根据现有绞车的安装尺寸和偶合器的安装要求，设计配套的联轴器、安装机架等机械改造措施。这里选取方案一对无极绳绞车做液压调速装置改造设计计算。第三章无极绳绞车驱动工况分析和确定液压系统的主要参数3.1 载荷的组成和计算3.1.1 工作载荷力矩Fg常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等Tg=F式中 F最大静力30KNR驱动轮半径1.2mTg=30=3.1.2 轴颈摩擦力矩TfTf=式中 G旋转部件施加于轴径上的径向力G=60KN摩擦系数，参考下表1选用=0.02 r旋转轴的半径r=1.2mTf=60表1 摩擦系数导轨类型导轨材料运动状态摩擦系数滑动导轨铸铁对铸铁启动时低速 （）

40、高速（）0.150.200.10.120.050.08滚动导轨铸铁对滚柱淬火钢导轨对滚柱0.0050.020.0030.006静压导轨铸铁0.0053.1.3惯性力矩TaTa=J=J式中 行走机械一般取=0.51.5m取a=1.1m=0.92 J回转部件的转动惯量（kg.）（m=400kg）=288kg启动加速时 =37.7N.m稳定运行时 =37.44 N.m减速制动时=37 N.m3.2初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件与元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限

41、制，从材料消耗角度看出不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表 2 和表 3。表2 按载荷选择工作压力载荷kN102020303050工作压力MPa1.522.533445表3 各种机械常用的系统压力机床家业机械液压机机械类型磨床组合机床龙门刨床拉床家业机械小型工程机械建筑机械液压机大中型挖掘机重型机械工作压力MPa0.82352881010182032根据上表选取系统工作压力为16MPa3.3 确定液压泵的最大工作压力Pp式中

42、 p1液压缸或液压马达最大工作压力；从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。 p 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取 p=（0.20.5）MPa；管路复杂，进口有调阀的，取 p=（0.51.5）MPa。这里取p=0.5MPa。第四章制定基本方案和绘制液压系统图4.1系统基本方案制定4.1.1 制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀

43、与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以与二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用节流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流

44、量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。4.1.2制定压力控制方案 液压执行元件工作时

45、，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力围工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。4.1.3 制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工

46、程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一

47、个动作。4.1.4 选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要

48、求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境与对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。4.2 绘制液压系统图整机的液压系统图由拟定好的控制回路与液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准

49、规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以与各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀与其他控制元件的动作表。绘制出液压原理图如下本系统采用液压换向阀调速，通过外部压力控制M型三位四通换向阀的移动位置来控制方向阀的流量开度，如左图调速过程中具有旁路或回路节流的调速特性，这种调速方案相比调速阀调速，能使用于功率较大速度稳定性要求不高的机械，相比容积调速系统更简单安装维护更方便，开始系统散热更好，目前在大型工程机械中，运用已越来越广泛。第五章液压元件的选择5.1液压泵的选择已知无极绳绞车所用电机为功率

50、55KW-6极电机，根据电机功率知液压泵驱动功率应小于55千瓦，且接近电机功率的泵。有液压系统原理图知系统需要两个泵提供动力，且系统工作压力为16兆帕。系统最大压力16.5兆帕。由上述条件在实用液压技术手册里选取泵，为使液压泵有一定压力储备，所选液压泵的额定压力一般要比最大工作压力大2560。选得PEED-4131070022型柱销式叶片泵具体参数如下：排量（mlr）额定压力（MPa）输出流量（Lmin）驱动功率（kw）转速围（rmin）前泵后泵前泵后泵前泵后泵前泵后泵800250069.921.62121912341135.2液压马达的选取5.2.1确定液压马达的流量式中 K系统泄漏系数，一

51、般取K=1.11.3 取K=1.1液压泵的输出流量 =91Lmin5.2.2 确定液压马达扭矩绞车驱动扭矩为37.7N.m减速器常用单级传动比为36 机械效率0.955.2.3 计算液压马达的排量式中 T液压马达转矩载液压马达进出口压力差5.2.4选定液压马达选取排量小的低速运转更稳定。选得1QJM21-0.5型径向球塞马达，基本参数如下表排量(Lr)压力（MPa）转速围（rmin）额定输出扭矩（N.m）最大功率(W)额定尖峰0.46916252320117514.35.3 液压阀的选择（1）阀的规格根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取

52、；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20%以的短时间过流量。（2）阀的型式按安装和操作方式选择。5.4 蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。（1） 液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油其有效工作容积为式中 l液压缸行程（m）；K油液损失系数，一般取 K=1.2；A液压缸有效作用面积（m ）液压泵流量（m /s）t动作时间（s）（2） 蓄能器作应急能源其有效工作容积为：式中要求应急液压缸总的工作容积（）有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄

53、能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。5.5管道尺寸的确定（1）管道径计算式中 通过管道的流量管允许流速（m/s），见表下表。允许流速推荐值管 道推荐流速(ms)液压泵吸油管道0.51.5,一般常取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6计算出径 d 后，按标准系列选取相应的管子。管 道计算管径（m）选用管经(mm)液压前泵吸油管道0.03440液压主系统压油管道0.01720液压主系统回油管道0.01515液压后泵吸油管道0.01720液压控制系统压油管道0.008510液压控制系统回油管道0.00758（2）管道壁厚 的计算式中 p

54、管道最高工作压力（Pa）；d管道径（m）； 管 道 材 料 的 许 用 应 力（Pa），=管道材料的抗拉强度（Pa）；n安全系数，对钢管来说，p7MPa 时，取 n=8；p17.5MPa 时，取 n=6；p17.5MPa 时，取 n=4。根据计算结果和径压力选出管壁厚管 道选用管壁厚(mm)液压前泵吸油管道4.5液压主系统压油管道2.5液压主系统回油管道2液压后泵吸油管道2.5液压控制系统压油管道1.6液压控制系统回油管道1.65.6油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为式中 液压泵每分钟排除压力油的容积()经验系数，见

55、下表。经验系数 系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a12245761210在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以与系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。第六章液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件与联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失与系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。6.1液压系统的发热温升

56、计算6.1.1 液压系统发热功率的计算液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式：液压泵的功率损失式中 工作循环周期（s）；z投入工作液压泵的台数；液压泵的输入功率（W）；各台液压泵的总效率；第i台泵工作时间（s）。液压执行元件的功率损失式中 M液压执行元件的数量；液压执行元件的输入功率（W）；液压执行元件的效率；第j个执行元件工作时间（s）。（3）溢流阀的功率损失式中溢流阀的调整压力（Pa）；经溢流阀流回油箱的流量（4）油液流经阀或管路的功率损失式中 p通过阀或管路的压力损失（Pa）；通过阀或管路的功率损失

57、（由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率=+ +上式适用于回路比较简单的液压系统，对于复杂系统，由于功率损失的环节太多，一一计算较麻烦，通常用下式计算液压系统的发热功率式中是液压系统的总输入功率，是输出的有效功率。对于本系统来说，是整个工作循环中泵的平均输入功率其中工作周期（s）；z液压泵的数量；第i台泵的实际输出压力、流量、效率；第i台泵工作时间（s）；系统总输出功率式中 工作周期（s）；马达外载扭矩（N.m）马达外载转速(rads)第i台马达工作时间（s）总发热功率为：2.5kw6.1.2 计算液压系统的散热功率前面初步求得的有效容积为1,按v=0.8abh求得个边之

58、积Abh=取a为1.25，b,h分别为1m根据散热公式 =1.8 =5.9散热功率为：式中 散热系数，查表a,取15油温和环境温度之差表a 散热系数冷却条件通风条件很差通风条件良好用风扇冷却循环水强制冷却89151723110170各种机械允许温度（）液压设备类型正常工作温度最高允许温度数控机床30505570一般机床30555570机车车辆40607080船舶30608090冶金机械、液压机40706090工程机械、矿山机械50807090=2.66kw2.5kw由此可见，油箱的散热满足散热要求，无需加冷却器。第七章减速器的选用7.1 按减速器机械强度许用公称输入功率P1选用7.1.1 确定

59、减速器的负载功率P2式中绞车驱动需要最大扭矩（N.m）绞车转动最大角速度(rads)计算得 7.1.2 确定工况系数KA、安全系数SA无极绳绞车运输时负荷为中等冲击，减速器失效会引起生产线停产查下表1和2表1 减速器的工况系数原动机每日工作时间h轻微冲击载荷U中等冲击载荷M强冲击载荷H电动机汽轮机水轮机30.811.531011.251.75101.251246缸的活塞发动机311.251.753101.251.52101.51.252.2513缸的活塞发动机31.251.523101.51.752.25101.7522.5表2 减速器安全系数重要性与安全要求一般设备，减速器失效引起单机停产且

60、已更换备件重要设备，减速器失效引起机组、生产线或全厂停产高度安全设备，减速器失效引起设备、人身事故1.11.31.31.51.51.7查的：=1.5 =1.47.1.3求计算功率P2c马达正常转速为180rmin，折算转速为750rmin7.1.4 求总传动比式中 绞车驱动需要最大扭矩（N.m）马达输出扭矩求得 i=32 外部齿轮传动比为4选得ZLY-125 i=8=23kw7.2校核热功率7.2.1确定系数f1、f2、f3查表3，4，5表3 环境温度系数f1环境温度t1020304050冷却条件无冷却0.8811.151.351.65循环油润滑冷却0.911.11.21.3表4 负载率系数f