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文档简介
中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目:带式输送机液压张紧装置设计毕业设计专题题目:毕业设计主要内容和要求: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。设计参数:张紧力200KN、张紧行程10m设计内容:1.根据相关参数完成液压张紧装置的总体设计;2.完成泵、阀等液压元件的选型设计及液压系统设计;3.完成主要零、部件的工作图设计;4.编写完成设计计算说明书。
摘要张紧装置是带式输送机不可缺少的部分,是影响输送带动张力的主要部件之一,它直接关系到带式输送机的安全运行及使用寿命,对于大运量、长距离等大型带式输送机的正常运行而言尤为重要。本带式输送机液压张紧装置的设计是在吸收国、内外输送机张紧技术的基础上,根据国内带式输送机的运行特点及要求研制的一种新型液压张紧装置。采用比例控制技术及可靠性较高的可编程控制技术,可以对张紧力进行多点控制,根据不同工作情况随时调节张紧力的大小。自动实现在胶带机在启动时提供较大张力(约为正常运行时张力的1.5倍),正常运行时较小张力。使胶带在工作过程中有科学合理的张力,即防止了胶带启动时打滑,又可使胶带机正常运行不在过紧状态。利用该装置可以延长胶带的寿命,大大节约输送机的运行成本。本设计中,利用滑轮机构增大了张紧行程,避免使用行程较长的液压缸,减少了制造液压缸的难度。液压系统中采用蓄能器,可以最大限度的吸收液压冲击,减小对负载变化对胶带的冲击,提高胶带的使用寿命。关键词:带式输送机;液压张紧装置;自动控制;
AbstractThestretchingdeviceisthebeltconveyeressentialpart,isaffectsthetransportationtoleadoneoftensitymajorcomponents,itsdirectrelationbelttypeconveyer'ssafeoperationandtheservicelife,speakingofthegreattransportationamount,thelongdistanceandsoonlarge-scalebeltconveyer'snormaloperationespeciallyimportant.Thisbeltconveyerhydraulicpressurestretchingdevice'sdesignisintheabsorptioncountry,theinsideandoutsideconveyerstighteninthetechnicalfoundation,accordingtodomesticbeltconveyer'smovementcharacteristicandrequestdevelopmentonekindofnewhydraulicpressurestretchingdevice.Usestheproportionalcontroltechnologyandthereliabilityhighprogrammablecontroltechnology,maycarryonthemulti-spotcontroltothetensioningforce,momentarilyadjuststhetensioningforceaccordingtothedifferentworkingconditionthesize.Realizesautomaticallyintheadhesivetapemachinewhenthestartprovidesthebigtensity(approximatelyfornormaloperationwhentensity1.5times),whennormaloperationsmalltensity.Enablestheadhesivetapetohavethesciencereasonabletensityintheworkprocess,namelypreventedtheadhesivetapestartedwhentoslip,mightalsocausetheadhesivetapemachinenormaloperationnotatthetightcondition.Maylengthenadhesivetape'slifeusingthisequipment,savesconveyer'sruncostgreatly.Inthisdesign,increasedusingthepulleyorganizationhastightenedthetravelingschedule,avoidedusingthetravelingschedulelonghydrauliccylinder,reducedhasmadehydrauliccylinder'sdifficulty.Inthehydraulicsystemusestheaccumulator,maytheabsorptionlineshockmaximumlimit,reducetothevariationofloadtotheadhesivetapetheimpact,enhancesadhesivetape'sservicelife.Keywords:Belt-typeconveyer,fullautomatichydraulictensionstation,proportionalcontrol,programmablecontrol
目录TOC\o"1-2"\u1概述 11.1带式输送机张紧装置的主要作用 11.2张紧装置的类型及发展现状 21.3张紧装置发展趋势 62整体方案的设计 72.1主要设计要求 72.2方案的选择 72.3方案对比及确定 92.4系统主要参数确定 123液压缸设计 123.1液压缸主要零部件结构、材料和技术要求 123.2密封圈、防尘圈的选用 243.3液压缸的类型和安装形式 243.4耳轴的安装 253.5液压缸支架设计 274确定液压泵及配套电机 284.1液压泵的选用 284.2电动机的选用 305确定液压系统元件、辅件 315.1液压系统中液压元件选取 315.2确定液压辅件 356液压油路板的结构 437液压泵站设计 467.1液压泵站分类及特点 467.2油箱极其辅件 487.3液压油箱的结构设计 518液压工作介质的选用 598.1对液压工作介质的主要要求 598.2对液压工作介质的选用 619液压系统的安装、使用和维护 619.1液压系统的安装、试压和调试 619.2试压 679.3调试 679.4保养 689.5维护 699.6液压系统常见故障诊断与排除 709.7本装置的安装与使用操作 71结论 73参考文献 74附录 75英文原文 75中文译文 82致谢 91
1概述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1.4~1.5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1-4DYL型输送带自控液压张紧站液压系统图(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。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1.4~1.5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15~30%),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σb最小值σs最小值δs最小值4561036014表3-13.1(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。m设计中壁厚取63mm。半环截面上的挤压应力: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
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。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。本塞杆材料。(3)图3-3活塞杆a)实心活塞杆
b)空心活塞杆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=100—110Map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=(0.6~1.0)D当缸径大于80mm时,取A=(0.6~1.0)d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.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.。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σb最小值σs最小值δs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.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。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190MPa;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。4.1液压泵的选用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。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。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,本设计中选用柱塞泵10MCY14-1B。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/m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)选择电机型号额定功率7.5KW满载转速1440r/min额定转矩2.2Nm最大转矩2.2Nm同步5.1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。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-20——70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-30——80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3—4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,对低压电、短时超电压、超载和机械卡住反应不敏感。交流电磁换向阀(非本整型)的优点是动作时间短,电气控制线路简单,不需特殊的触头保护;缺点是换向冲击大,启动电流大,线圈比直流的易损坏。湿式电磁铁具有良好的散热性能,工作噪声也小。无论干式或湿式电磁铁,直流的使用寿命总是比交流的常电磁换向阀电源电压有多种等级,直流的常用24V、交流的常用220V。对电源的要求如下:直流电磁铁对电源的要求稳压源、蓄电池或桥式全波整流装置等电源装置只要容量满足要求都能使直流电磁铁可靠的工作。在桥式全波整流装置的输出端,不需并联滤波电容。因直流电磁铁的线圈本身就带有电感性质,而容量不足的滤波器反而会造成电磁铁输入电压的下降。电磁铁通断的开关应安装在直流输出端,以免切断电源时整流电路成为电磁铁线圈的放电回路,延长电磁铁的释放时间。为保护开关触点,用户往往在直流电磁铁线圈两端并接放电二极管,此法会延长电磁铁释放时间,在要求释放时间短的场合,可并接与输入电压相匹配的压敏电阻。交流电磁铁对电源的要求:电源电压要求尽量稳定。由于交流电磁铁的吸力与电源电压的平方成正比,电压增高10%,吸力增大21%。电压下降10%吸力减小19%。由于交流电磁铁的吸力和电源频率的平方成正比,而涡流损耗又与电源频率的平方成正比,因此50Hz、60Hz的阀用电磁铁尽管额定电压一致,也不能互换使用。由于交流电磁铁启动电流大于吸持电流,在选择电源容量、特别是在选择控制变压器容量时,必须考虑这一因素换向阀主要应用于起重运输车辆、工程机械及其他行走机械。用于进行多个工作机构的集中控制。换向滑阀在在中间位置或原始位置时阀中各油口的连通形式称为滑阀机能。滑阀机能有很多种,常见的三位四通换向阀机能有O、H、Y、K、M、X、P、J、C、N、U等。采用不同的滑阀机能会直接影响执行元件的工作状态,正确选择滑阀机能是十分重要的。本设计中选用的是H型,中位可卸荷。(3)单向阀选用型号S8A320,工作压力31.5Map,最大流量18L/min,温度范围-30—80摄氏度。如图5-2是单向阀的结构图,单向阀有直通式和直角式两种。直通式结构简单,成本低,体积小,但容易产生震动,噪声大,在同样流量下,它的阻抗比直角式大,更换弹簧不方便。图5.2普通单向阀是一种只允许液流沿一个方向通过,而反向液流则被截止的方向阀。要求其正向液流通过时压力损失小,反向截止时密封性好。单向阀常被安装在泵的出口,一方面防止系统的压力冲击影响泵的正常工作,另一方面在泵不工作的时候防止系统的油液倒流经泵会油箱。(5)液控单向阀选用型号SVP10,工作压力31.5Map,控制压力0.5-31.5Map,液压油是矿物油或磷酸酯液,温度范围-30—70摄氏度。图5.3如图5-3所示,液控单向阀是由上部锥型阀和下部活塞所组成,在正常油液的通路时,不接通控制油,与一般直角式单向阀一样。当需要油液反向流动时,活塞下部接通控制油,使阀杆上升,打开锥型阀,油液即可反向流动。(6)0L/min最高工作压力25Mpa介质温度-15~70℃重量2.5Kg(7)板式截止阀截止阀型号YJFB10H通径10mm5.2确定液压辅件蓄能器的选用(1)蓄能器的种类及特点蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置,它利用力的平衡原理使工作液体的体积发生变化,从而达到储存或释放液压能的作用。蓄能器一般分为重力加载式,弹簧加载式和气体加载式三类。力加载式(简称重力式)重力式蓄能器是利用重锤的重量,通过柱塞作用在油液上而产生压力能,其压力的大小取决于重锤的重量和柱塞作用面积的大小。重力蓄能器的特点:在输出液体的整个过程中,无论输出量的大小和输出速度的快慢,均可得到恒定的液体压力;结构简单,容量大,压力高,但体积大不适用于行走机械;惯性大,反应不灵敏,不宜消除脉动和吸收液压冲击;密封处易泄漏,有摩擦损失。只在固定设备中作蓄能器用。簧加载式(简称弹簧式)弹簧式蓄能器是利用弹簧力作用于活塞上,使之与压力油的压力相平衡,以储存压力能。蓄能器产生的压力取决于弹簧的刚度和压缩量。弹簧式蓄能器的特点:结构简单,反应灵敏,容量小。使用寿命取决于弹簧的寿命,对于循环频率较高的场合不宜使用。一般用于小容量,低压,循环频率低的系统,作蓄能和缓冲用。气体加载式气体加载式蓄能器的工作原理是建立在波义耳定律的基础上。使用时先向蓄能器充以预定压力的空气或氮气,然后由液压泵向其内充入压力油,气腔和油腔压力始终相等。当系统需要油液时,在气体压力作用下,使用油液排出。气体加载式蓄能器可分为隔离式和直接接触式两种类型。直接接触式蓄能器它由一个封闭的壳体组成,壳体顶部有充气阀,底部有进出压力油口。气体被封在壳体的上部,液体处在壳体下部,气体直接与液体接触。这种蓄能器的特点:容量大,惯性小,反应灵敏;占地面积小;没有机械磨损。但由于气体直接接触,气体易被液体吸收,使系统工作不稳定,易产生气蚀并危及系统;只能竖直安放,以确保气体被封在壳体的上部。适用于大流量的低压回路中。b)隔离式蓄能器典型结构有气囊式,隔膜式,活塞式和差动活塞式。c)气囊式蓄能器壳体的上端有容纳充气阀的开口,由合成橡胶制成的完全封闭的梨形气囊模压在气门嘴上,形成一个封闭的空间。气囊经下端开口塞进去,并借助于压紧螺母固定于壳体的上部。阀体总成用一对装在壳体开口内侧的半圆卡箍卡主阀体本身的台肩,装在壳体的下部。O形密封圈与垫片接触,用螺母锁紧。用这样的结构能确保安全,要想拆开蓄能器,必须拧下螺母,把阀体推到壳体内。当壳体内压力上述到爆破压力时,,壳体开口先涨大,使O形密封圈被挤掉油压能够安全的解除。d)这种蓄能器的特点使:气腔与油腔之间是气囊,密封可靠,不可能有泄漏;胶囊惯性小,反应灵敏;结构紧凑,尺寸小,重量轻;并有系列批量生产。但装拆不方便。气囊有折合型,波纹型,三角型和十字型等结构形式。e)隔膜式蓄能器它以橡胶隔膜代替气囊,把油和气分开。壳体为球形,重量与体积之比值最小。容量小,一般在0.95~11.4L范围内使用。f)活塞式蓄能器它利用活塞把油和气分开。结构简单,寿命长。但活塞惯性大有密封摩擦阻力,因而反应灵敏性差,不宜消除脉动和吸收液压冲击。g)差动活塞式蓄能器它由一个直径很大的气缸装在一个直径较小的液压缸之上组成。活塞下端的液压力总是大于上端的空气压力。能有效的防止空气渗入油中。可用于压力很高的液压系统。(2)蓄能器的作用1)作辅助动力源对于间歇运行的液压系统,或在一个工作循环内,执行元件运行速度差别很大,即对液压泵供油量要求差别很大的液压系统使用蓄能器,当需要供油量很大时,蓄能器与液压泵一起供油,当要求供油量小时,泵输出的多余压力油就输入蓄能器储存起来。这样可以根据液压系统所需的平均流量来选择泵,泵的利用和功率消耗比较合理。2)补偿泄漏保持压力对于执行元件长时间不动,又要求保持一定的压力,可以用蓄能器来补偿泄漏。3)作紧急动力源某些系统要求当液压泵发生故障或对执行元件的供油突然中断时,执行元件仍须完成必要的动作。例如为了安全起见,液压缸的活塞杆必须内缩到缸筒内,这时就需要有适当容量的蓄能器作动力源。4)消除脉动如果液压系统中采用液压泵,且其柱塞数较少时,或齿轮泵的齿数较少时,系统的压力,流量和力矩等参数脉动很大。此外,溢流阀的脉动以及某些形式的容积式流量计,也会使系统的压力和流量脉动。若在系统中装设蓄能器,则可将脉动降低到最低限度,使对振动敏感的仪表及管路接头,阀的损坏事故大为减少。5)吸收液压冲击由于换向阀突然换向,液压泵突然停车,执行元件的运动突然停止,甚至人为的要执行元件紧急制动等原因,都会使管路内液体流动发生急剧变化,产生液压冲击。液压系统中虽设有安全阀,但其反应慢,压力增高,其值可能达到正常压力的几倍以上。这种冲击压力往往引起系统中的仪表,元件和密封装置发生故障,甚至损坏,或者管道破裂,此外,还会使系统产生强烈的振动。若装设蓄能器则可以吸收和缓和这种冲击。(3)蓄能器总容积的计算蓄能器的总容积是指充气容积,这里选择蓄能器主要用于消除脉动和吸收液压冲击。根据经验选择两个容积为25L的蓄能器即可。(4)蓄能器充气压力的确定由于蓄能器主要用于吸收液压冲击和消除脉动,降低噪声,因此,蓄能器的充气压力应等于蓄能器设置点的正常工作压力。(5)蓄能器的主要参数(6)蓄能器的安装1)蓄能器的安装a)蓄能器须安装在便于检查,维修的位置,并要远离热源。b)蓄能器一般应垂直安装,油口向下,充气阀朝上。c)装在管路上的蓄能器承受着液压力的作用,因此必须牢靠的固定装置,以防蓄能器从固定部位脱开,引起事故。注意不能用焊接方法进行安装。d)吸收液压冲击,压力脉动和降低噪声的蓄能器应尽量安装在振源附近。e)蓄能器与液压泵之间应安装截至阀,以供充气和检查维修使用。2)蓄能器的使用a)蓄能器属于压力容器,应执行压力容器的使用规定。不能在蓄能器上进行焊接,铆接和机械加工,不许敲打。b)蓄能器铭牌应置于醒目位置。c)在有压状态下,不得拆卸。在安装拆卸之前,应把内部的气,液完全放掉。d)蓄能器绝对禁止充氧气,以免引起爆炸。e)在正常工作下,每隔6个月检查一次压力,使之保持规定的预压力。检查方法可以利用充气工具,也可利用系统中的压力表和液压泵检查。f)气囊式蓄能器充气可利用充气工具和充氮小车,由于氮气瓶压力一般在16MPa。如果充气压力高于上述值时,则需要使用带有增压设备的充氮小车。过滤器的选用(1)过滤原理过滤是从流体中分离非溶性固体颗粒污染物的过程。它在压力差的作用下,让流体通过多孔隙可透性介质(过滤介质),迫使流体中的固体颗粒被截留在过滤介质上,从而达到分离污染物的目的。液压过滤器简称过滤器或滤油器。它就是采用上述原理,利用过滤介质分离,减少油液中颗粒污染物,使之达到和保持油液目标清洁度的工业装置。(2)过滤器的分类过滤器按过滤方式区分主要有:表面型过滤器,深度型过滤器和磁性过滤器。结合滤材及使用范围考虑,则唱分为表面型和深度型两大类。表面型过滤器是靠滤材表面的孔口阻截液流中的颗粒,属于这一类的有金属网,金属微孔板,线隙式,片式等过滤元件。表面型滤材的通径大小一般是均匀的,过滤机制比较单一,主要是直接阻截,凡尺寸大于通孔的颗粒被截留在液流上游一侧的滤材表面,则小于通孔的颗粒则进入下游。当滤材表面有限的孔口全部被截留的污染物堵塞后,滤芯前后的压差增加到最大值,其过滤作用也就停止了,所以表面型滤材的纳垢容量较少,但经过反向冲洗后,滤材表面的污染物可被清除干净,然后可重复使用。深度型过滤器的滤材为多孔可透性材料,常用的有非织品纤维,如滤纸,复合滤纸,合成纤维,不锈钢丝毡;多孔刚性材料,如陶瓷,金属粉末烧结,天然和合成纤维织品等。这类滤材中有无数细长且迂回曲折的通道,每一通道中还可能有一些狭窄的横向空穴。当油液流过时,大颗粒污染物被阻截在滤材表面或内部通道的缩口处,而小颗粒污染物在重力,布朗扩散,静电力或惯性力作用下,有些可能被吸附在通道内壁表面,有些可能沉积在通道横向空穴内。所以深度型滤材的过滤机制既有直接阻截,又有吸附作用,过滤作用发生在滤材整个深度范围内。与表面型相比,深度型滤材的纳垢容量大,但被滤除的污染物不容易被清洗掉,所以只能一次性使用。过滤器按过滤芯可分为:网式过滤器(一般装在液压泵吸油管路上,保护油泵);线隙式过滤器(一般用于低压回路,小于2.5Mpa回路或辅助回路);纸式过滤器(用于精过滤,可在38Mpa高压下工作);磁性过滤器;烧结式过滤器(用于高温条件下)。过滤器按过滤精度分可分为:粗过滤器(能滤掉100微米以上的颗粒);普通过滤器(能滤掉10—100微米的颗粒);精过滤器(能过滤掉5—10微米的颗粒);特精过滤器(能过滤到1—5微米的颗粒)。过滤器按安装部位可分为:油箱加油口用过滤器,或通气口用过滤器,属于粗过滤器;吸油管路用过滤器,可以是粗过滤器;回油管路用过滤器,属于精过滤器;压油管路用过滤器,属于精过滤器。(3)过滤器的安装与应用安装在液压泵吸油管路上,保护液压泵,要求通油能力大,阻力小,一般多用粗过滤器。安装在回油管路上,保证回油箱的油液是清洁的,可用作低压过滤器。装在供油管路上,保护除液压泵以外的其他液压元件。要求滤芯及壳体耐高压,装在溢流阀之后或与安全阀并联,安全阀的开启压力应略低于过滤器的最大允许压力差;有事装堵塞只是器,过滤器允许有较大压力降(不超过0.35Mpa)。单独过滤,可连续滤除油液中的杂质,对滤除油中全部杂质有利,需增加一台液压泵,用于大型液压系统。装在支流管路上,可减少过滤器上通过的流量(只占泵流量的20%到30%左右),属于局部过滤,方法有很多种,应用于开式回路中泵的流量较大的情况,在重要液压元件如伺服阀等之前要装辅助的精过滤器。由于过滤器只能单方向使用,所以不要安装在液流方向经常改变的油路上。(4)过滤器的主要性能参数1)过滤精度过滤精度是指过滤器对不同尺寸颗粒精度污染物的滤除能力,时选用过滤器的首要参数。系统的污染控制水平,过滤精度越高,系统油液的清洁度越高。评定过滤器精度的常用方法有下面几种:名义过滤精度:名义过滤精度的评定方法最早有美国军工部门提出,用微米值表示。绝对过滤精度:绝对过滤精度是指能够通过过滤器的最大球形颗粒的直径。绝对过滤精度比较确定地反映出过滤介质的最大孔口尺寸和过滤器能够滤除和控制的最小颗粒尺寸,这对实施污染控制有实用意义。但污染物并不都是球形,其形状一般是不规则的,长度尺寸大于绝对精度的扁长形颗粒仍有可能通过滤芯而到达下游。2)过滤效率过滤效率是指被过滤器滤除的污染物数量与加入到过滤器上游的污染物数量之比。污染物的量可以用质量表示,也可用各种尺寸的颗粒数表示。过滤比过滤器上游油液单位体积中大于某一给定尺寸的污染颗粒数与下游油液单位体积中大于同一尺寸过滤数之比。5)压差特性油液流经滤油器时由于油液运动和粘性阻力的作用,在滤油器的入口和出口之间产生一定的压差。影响清洁的滤油器压差的因素有:油液的粘度和比重,通过流量,以及滤芯的结构参数。6)纳垢流量过滤器在工作过程中,随着被截留的污染物数量的增加,压差增大,当压差达到规定的最大极限值时,滤芯使用寿命结束。在过滤器整个使用寿命期间被滤芯截留的污染物总量称为过滤器的纳垢容量。纳垢容量越大,则使用寿命越长。纳垢容量与过滤面积以及滤材的孔隙度有关。过滤面积越大,孔隙度越大,则纳垢容量越大。对于外形尺寸一定的折叠式圆筒形滤芯,适当增大折叠数及折叠深度可以增大过滤面积,从而延长过滤器的使用生命。(5)过滤器的选择选择过滤器的基本要求如下:过滤精度应满足液压系统的要求;具有足够大的过滤能力,压力损失小;滤芯及外壳应有足够的强度,不致因油压而破坏;有良好的抗腐蚀性,不会对油液造成化学的或机械的污染;在规定的工作温度下,能保持性能稳定,有足够的耐久性;清洗维护方便,更换滤芯容易;结构尽量简单紧凑;价格低廉。5.2.3液压管路的设计(1)管路的材料无缝钢管耐压高,变形小,耐油,抗腐蚀,虽装配时不易弯曲,但装配后能长期保持原状,用于中高压系统。无缝钢管有冷拔和热轧两种。工作压力比较高的管路多采用10号,15号冷拔无缝钢管,因其外径尺寸准确,质地均匀,强度高,而且可焊性好。(2)管路的内径管路内径的大小取决于管路的种类及管路的种类及管内流速的大小。在流量一定的情况下,内径小则流速高,压力损失大,容易产生噪声;内径大则难于安装,所占空间大,重量大。管路内径一般由下式确定式中d―管路内径(mm)q―流量(L/min)v―流速(m/s)管内油液的流速推荐值v:吸油管路取v0.5-2m/sV=1m/s压油管路取v2.5-6m/sV=4m/s泄油回路取v1m/sV=1m/s吸油管道的内径=17.9mm内径d取20mm外径D取28mm压油管道的内径=8.9mm内径d取10mm外径D取18mm泄油管道的内径=17.9mm内径d取20mm外径D取28mm吸油管道的外径取28mm压油管的外径取18mm泄油管道的外径取28mm(3)管子壁厚的计算管子的壁厚一般可以用下式计算式中t―管子壁厚;p―工作压力;d―管子内径;―许用应力,对于钢管=;n―安全系数(当p<7MPa时,n=8当p17.5MPa时,n=6当p>17.5MPa时,n=4);15号钢的=375MPa管子的壁厚:圆整后取管子的(4)硬管的安装1)管子的长度要短,管径要合适;2)两固定点之间的直管连接,应避免紧拉直管,要有一个松弯部分。这不仅便于装拆,同时也不会因热胀冷缩造成严重的拉应力。3)子的弯曲半径应尽可能大。4)管路的安装连接必须牢固坚实。当管路较长时需要加支撑。6液压油路板的结构液压油路板一般用灰铸铁来制造,要求材料致密,无缩孔疏松等缺陷。液压油路板的结构如图6-1所示,液压油路板正面用螺钉固定液压元件,表面粗糙度值为0.8,背面连接压力油管(P)、回油管(T)、泄漏油管(L)和工作油管(A、B)等。油管与液压油路板通过管接头用米制细牙螺纹或英制管螺纹连接。液压元件之间通过液压油路板内部的孔道连接。除正面外,其它加工面和孔道的表面粗糙度值为6.3~12.5。此外液压油路板的安装固定也是最重要的。油路板一般采用框架固定,要求安装、维修和检测方便。它可以安装固定在机床上或机床附属设备上,但比较方便的是安装在液压站上。安装方式见图6-2。液压油路板的设计图6-1液压油路板总装图(1)分析液压系统,确定液压油路板数目 简单液压系统的元件不多,要求液压油路板上的元件布局紧凑,尽量把元件都装在一块
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