【《输送机机械设备运转异常预警与诊断装置设计》7300字】

PAGE输送机机械设备运转异常预警与诊断装置设计目录TOC\o"1-3"\h\u6671摘要 I80021绪论 1279561.1输送机和发展现状和趋势 1254361.2现有带式张紧预警与诊断装置原理及特点 260441.3课题研究的目的和意义 4211612皮带张紧预警装置总架构 516102.1总架构各部分选择 5144622.2系统结构布置简图绘制 521223张紧预警装置的液压设计 5155143.1拉紧装置的参数设计 5286043.1.1参数设计 5298443.1.2设计分析 681953.2工况参数与液压缸的参数 6291193.2.1负载与速度 6150093.2.2初步确定液压缸参数 7141233.3液压缸设计 8183523.3.1确定液压缸类型 883613.3.2液压缸的安装形式 8244033.3.3液压缸的重要参数 9192013.3.4缸筒的设计 9173133.4活塞杆的设计 12201513.4.1确定活塞杆直径与尺寸 1258303.4.2活塞杆要求 12271513.4.3活塞杆的强度 12305923.4.4活塞杆的结构 12236103.5活塞的设计 13240893.5.1活塞的材料和要求 137113.5.3选择活塞尺寸 1398643.6导向套的设计 1350783.7端盖与缸底的设计 14226353.7.1端盖的设计 14252433.7.2端盖的要求 1510103.8其他零件的设计 15187323.8.1油口的设计 157523.8.2挡圈的设计 16270703.8.3轴套的设计 17101603.9液压缸防尘设计 17191253.9.1端盖和活塞杆的防尘设计 17284843.9.2端盖和缸筒的密封 17113103.9.3活塞和活塞杆的密封 17151983.9.4活塞和缸筒的密封 18109933.10液压回路的分析设计 18307193.10.1液压回路的选择 1892023.10.2液压回路预警原理 19295583.11选取液压元件 2094103.11.1选取液压泵 2090973.11.2驱动电机的选择 21226883.11.3液压元件型号 21104353.11.4油管的计算和选择 2179543.11.5蓄能器，油箱的选择 22105444辅助机构的选用 2382274.1选取绞车 2397524.2滑轮的设计 235052结论 2419575参考文献 25PAGEIII摘要目前输送机各种式样，结构也有很多类型，这次课题为设计类课题，设计的是机械设备输送机的预警与诊断装置，为系统类的结构的设计，目前，机械类的设备产品在我们生产生活当中占据着很大的比例，与之匹配的各种机械装置在生活当中也是比较常见的。目前输送机发展迅速，各种设备发展是非常火热，从疫情开始的口罩机，各种熔喷布生产设备发展非常的迅速。通过查阅资料，本次选择机械里冲出现的输送轮，本次设计分析了现有的装置的优缺点，在有部分缺陷的情况下，设计出了预警与诊断装置的总体布局[1]。因为张紧状态的不同，对设备正常工作有较大影响，设计本次装置可以检测设备的是否正常运转。此设备在机械领域应用广泛，可以试用多种带有皮带轮的设备检测，同时安装此结构的可以有效的避免机械因为输送带异常带来其他的大的损失，本次设计介绍了此结构的组合，对设备只要元件进行了相关计算。关键词：机械；设备；输送机；检测；皮带轮1绪论1.1输送机和发展现状和趋势带式输送机在各场合应用非常的多，常见的带式输送机工作原理的结构如下图所示，整体结构在用托辊3支撑，此结构固定整个传动机构，工作利用摩擦力进行运动。输送机的组成部分：首先是输送带，此部分负责载体传输，驱动装置，其次是托辊及支架，这部分主要是负责支撑整个零件，然后还有拉紧，制动装置，这部分的结构是增加摩擦，防止整个结构打滑，反正机械出现硬度力度不够的情况导致出故障，最后是储带和清扫。此机构有因为应用多，只要是其输送机能力大，运营费低。而且设计出来的结构简单，工作的时候阻力小的特点，也是目前使用最多的结构。输送机有小型输送机、中小型输送机、中型输送机、中大型输送机、大型输送机之分，在设计的时候根据产品大小布局再进行选择合适的机架。发展到今天，从技术层面上讲，输送机的制造在中国已经是相当完善了。在我国，因为人口众多的原因，市场也是非常的好，而且需求量也非常的大。比如生活用品方面，家家户户都有，而且现在新的产品更新也非常的快，因此也间接的促进了人们购买的欲望。现在，人们的经济和物质基础也在稳步提升，消费观念也跟以前不一样可，为了更好地生活，现在也不再那么节俭了，都希望提高销量减少工作时间工作量。现在，随着输送机的发展，加工机床和设计也都满足制造要求，市场非常的广，而且产量也非常的大。很多国外的企业也来我们国家订购商品，或者在中国进行生产和制造。一套输送机生产主要由设计和加工完成，输送机选择外框架一般采用链接的钢材或者铝材即可，对于输送机外框架钢材可以满足要求。内部传动零部件选材就要很好的了，因为作为输送机内部的核心，一定要经久实用，而且整体的强度也要好，所以选用一般选择的为高强度钢作为原材料。一套输送机针对于特定的产品而设计和生产制造的，输送机不能批量化生产，因为输送机比较严谨，根据产品的尺寸来判断的，多一点或者少一点都不行，既要节约成本又要保证质量。一般都是跟专门生产机架的厂家订购，再按照相关尺寸去价格完成。对于一般的输送机但是产品可以中小批量化生产；对于很好的，特定的，机架选材都是非常好的材料，没有节省太多的很多都能大批量生产。但是成本也会变得非常高，一般的成本低但是生产到一定批量就会产生各种问题，也是各有利弊。输送机也是非常需要技术的一个行业，需要用时间和经验去沉淀，还要在原有的基础上面去学习与创新。目前，在沿海地区的机器设备、技术人员水平更加的高。那些做出口输送机的要求也非常的严格，要非常的严谨，输送机行业涉及的精度需要非常高，也不断地需要去提升。1.2现有带式张紧预警与诊断装置原理及特点重锤车结构如图1-1所示，通过分析下面的结构组成，其滚筒1通过底座固定在2上，结构直锤3通过铁丝和连接机构和车2相连，中间安装有滑轮等受力部件，通过这些机构来保证皮带的张力保持平衡，不收拉力的干扰，此机构确定是需要的空间面积大，适用于特定设备。图1-1重锤车式张紧预警装置1.滚筒2.小车3.重锤下图为螺旋式预警装置结构简图，活动架滑动时通过调节间距去达到张金和放松的目的。分析此结构后得到适用于短距离运输机。图1-2螺旋式张紧预警装置如图1-3，这种结构的特点是使用一个小绞车张紧。设计采用的是蜗轮蜗杆减速器拉动钢绳作业。优点是体积小，但是无法自行张紧。图1-3钢绳绞车式张紧预警装置自动张紧预警装置的具体结构如图1-4所示，其主要为电控自动张紧。结构类似于相重锤拉紧装置。图1-4电控自动张紧预警装置本机构的原理为电动机启动后，通过电机产生的旋转力经过蜗轮减速器，然后带动滚筒，然后里面的钢绳拉动小车，通过滑轮的左右，产品的杠杆原理去满足拉力需要。设计的结构因为电控，让设备智能化，张紧力调节弹簧实现各种力度大小，满足一般的需要，此结构也是应用最稳定的一种。1.3课题研究的目的和意义目前,在我国机械设备在大规模是使用。通过分析传传统的机械检测装置，设计出一款可以自动检测张紧力的检测设备。本次为结构设计类课题，通过本次设计还可以更加深入的了解到机械结构的相关知识。熟悉各种移动设备的需求，通过设计过程了解前人的设计经验，将书本知识转化为自己的实践能力。通过一次完整的设计，图纸的绘画，从而熟悉此装置生产及制作的流程和工艺，为以后进行设计相关产品打下基础。通过前面的分析，对比各种机构的特点，对其中各种装置的优势和劣势进行详细研究，确定液压自动电压报警装置与液压缸、绞车相结合的使用情况，此结构可以满足设计目的，结构不复杂的情况下，还可以为生产稳定提供保障。通过分析，后对张紧预警装置的结构布置，液压系统和液压缸等进行设计，计算可以让设计者熟悉各种设计标准，设计流程，提升设计者绘图能力等。2皮带张紧预警装置总架构2.1总架构各部分选择张紧预警装置作用：保证输送机张力，让设备正常运转。确保工作时候不打滑，不跑偏。设计出自动调节拉紧力，压自动张紧预满足皮带机在各种场合力度的调整，可以确保设备在工作过程中不产生电火花，设计有防爆控制箱来完成安全监控。采用泵断续的供油，降低能耗。同时配置行程开关，进行进程的检测和预警。动力及其他部件:安装液压泵站，为系统供电。通过选择系统中使用的钢丝绳等辅助元件，建立钢丝绳的固定底座。2.2系统结构布置简图绘制由上可知，张紧预警装置的组成部分为：1.油缸。2.绞车。3.防爆控制箱。4.液压泵站。5.储能器。6.航向开关。7.其他组成。结合分析与设计，设计出整体初步示意图如下[x]3张紧预警装置的液压设计3.1拉紧装置的参数设计3.1.1参数设计1.启动需要张力比正常运行多20%-50%2.MAX紧=140KN3.速度:张紧与快退分别为2m/min、4m/min4.张紧行程1000mm3.1.2设计分析拉紧装置主要实现油缸的张紧，皮带的张紧力需要在范围内，张力F的范围为：0.95<F<1.05F式（3.1）需要避免出现断带过载等，正常工作时张力满足载荷的1.3-1.5倍，让冲击较小。图3-1油缸结构1.皮带2.拉紧小车3.小车轨道4.钢绳5.行程开关6.滑轮组7.拉紧油缸8.固定绳座3.2工况参数与液压缸的参数3.2.1负载与速度根据缸中钢绳的连接得到张紧力：F，工=150/2=75KN式（3.2）因为压力约大于工作压力40%，得到启动时为105KN。计算时可以忽略摩擦阻力，重力。密封背压阻力:液压缸机械抽提效率为0.9。计算得到液压缸各种情况载荷[1]。3.2.2初步确定液压缸参数1.液压缸与活塞杆的内径数据由F启max=116.67KN，F工=83.3KN，取P工=12MPa，设背压为0.6MPa。式（3.3）式（3.4）液压缸直径：==11.3cm式（3.5）根据国际标准取D=12.5cm。由，取活塞杆d：=8.9cm式（3.6）d=8cm。A1无杆腔的面积和A2有杆腔的面积分别是:A1=122,66cm2,A2=72,42cm2。验算液压缸直径计算方法如下；=70/2=35cm2式（3.7）有效面积大于A稳，符合要求[2]。2.液压缸运动阶段压力、流量与功率根据运行过程中背压P=Pa的估计进行计算3.3液压缸设计3.3.1确定液压缸类型标准要求缸体内径不大于200mm，额定压力不大于25Mpa。图3-2液压缸示意图和符号图3.3.2液压缸的安装形式底座使用法兰固定，如图3-3、3-4。图3-3液压缸安装结构示意图1.安装法兰2.缸体3.3.3液压缸的重要参数1.工作负载张紧阶段：F张=75/0.9=83.3KN式（3.8）启动阶段：Fmax=105/0.9=116.67KN式（3.9）2.运动速度V=2.5-3.5m/min3.行程长度：L=1000mm3.3.4缸筒的设计缸筒是组成容纳压力油的密闭腔体的组成部分，并且需要容纳活塞正常运动[3]。1.缸筒参数选择（1）选用35号钢图3-5缸筒剖面图（2）技术要求：Ra为0.2-0.4um；取6级精度，选用H9配合。（3）安全系数：查表后取安全系数为3[4]。2.缸筒参数选择（1）缸筒内径计算得内径是125mm（2）缸筒壁厚==10.27mm式（3.10）Py为试验压力——液压缸的内径；[]——材料的许用应力。外径的标准值查表后确定为146mm，即厚度为10.5mm，大于等于10.27同时小于10.5的区间内都满足要求。3.缸体的连接强度（1）计算焊接强度：需要按下面公式式（3.11）L=D==0.46m；[]=0.6[]=。所以选取普通焊接即可(2)连接强度==3.73MPa式（3.12）所以安全系数选取n=3图3-6缸底焊接及尺寸图1.缸壁2.缸底卡环连接强度a—a面的剪应力：==0.34MPa式（3.13）环a—b面的挤压应力：==0.73MPa式（3.14）缸筒危险截面（a—a）的拉应力为：==4.93MPa式（3.15）式中P——液压缸的最大负载（N）；D1——缸筒的外径m；D——缸筒的内径m；H——卡环厚度m，取h=（缸壁的厚度）；L——卡环的宽度m，取L=h。由上可知，显然满足强度要求。图3-7端盖内卡环连接图1.缸体2.卡环3.轴套4.端盖5.挡圈3.4活塞杆的设计3.4.1确定活塞杆直径与尺寸1.计算可知，活塞杆直径为80mm。长度为1337mm。3.4.2活塞杆要求技术的要求：其硬度范围在229-285HB之间；经过淬火、圆度公差10个精度等级；联接销孔按H11级加工垂直公差值按6级，粗糙度为Ra=0.63um。最后需要做防锈处理[5]。3.4.3活塞杆的强度塞杆轴向压力和拉力强度式（3.16）=23.22MPa使用实心45号钢。3.4.4活塞杆的结构选择卡环式连接，如图所示。最终用螺栓将其连接图3-8活塞杆和活塞的连接1.缸底2.缸壁3.活塞4.活塞杆5.轴套6.挡圈7.卡环3.5活塞的设计3.5.1活塞的材料和要求选取45钢，并且附导向环。1.选择活塞内径D1的外径D径向跳动公差值，精度为7,8。2.选择T面相对于内径D1轴的垂直公差值，精度为7,8。3.外径D的援助公差值的选择精度为8,9或10。图3-9活塞的技术参数3.5.3选择活塞尺寸研究成功案例发现：0.6外径≤活塞的宽度小于等于1.0。在本文中h=0.8，D=10cm。3.6导向套的设计导向套对于液压缸性能来说至关重要。活塞杆完全展开时的情况为标准，测量支撑面中心点到导向套活动面中心点距离最小导向长度H图3-10最小导向长度H应满足：式（3.17）=0.1025m计算导向套滑动面长度，其中d缸>80mm。导向套的长度：b=（2/3）d=(2/3)80=53.5mm,为满足要求取60mm。单独导向套的效果不够好,但是,导套的增加会增加摩擦，降低效率，所以中间隔圈安装在导套和活塞之间的空间,满足所需要的长度3.7端盖与缸底的设计3.7.1端盖的设计导向问题、密封性、防尘程度等诸多问题是缸盖的关键部分，对于这些部分在本设计的措施，具体如下。图3-11端盖3.7.2端盖的要求1.采用45钢。2.技术要求：（1）选取9-11级精度；（2）同轴度选取0.03mm（3）选取8级精度作为垂直度（4）粗糙度Ra选取1.2um3.7.3缸底尺寸的选取选取35钢，因为缸底有油口。==31.47mm式（3.20）其中Py-试验压力(MPa)，Py=1,5P时，是工作压力P<16MPa的情况下;Py=1,25P时，是在P>16MPa的情况下[6]；同时考虑到油口布置，最后确定64mm作为缸底尺寸。3.8其他零件的设计3.8.1油口的设计1.螺纹连接油口2.油口直径图3-12油口基于活塞Vmax和油口内液体Vmax：==16.25mm式（3.21）为缸筒内径，d0为所求油口直径，V为油缸速度，V0为油口液体流动速度。3.8.2挡圈的设计按标准要求，选择62Mn，将其热处理后氧化表面。1.端盖挡圈：d0=124mm,d=104mm,s=3mm,b=12.5mm,d1=4mm，d2=120m=3.2mm,n>6mm,重量为每个900g。2.活塞挡圈：d0=70mm,d=50mm,s=2.5mm,b=7.6mm,d1=3mm,d2=56.5mm，m=2.7mm,n>5.3mm,重量为每个325g[4]。图3-13挡圈以及和轴的配合图3.8.3轴套的设计卡环与挡圈的长度、宽度是卡环截面长度宽度的两倍，(特殊情况下使用卡环)。3.9液压缸防尘设计3.9.1端盖和活塞杆的防尘设计活塞杆在动密封状态下进行往复运动，以及在压缸的工作环境中，因为其压力>16MPA，可以使用YX型密封环，因为其压力>16MPA。3.9.2端盖和缸筒的密封图3-14端盖和缸体的密封1.挡圈2.O型密封圈3.卡环缸盖和缸筒在静态密封的条件下保持连接。让密封圈和挡圈一起作用，用挡圈的目的是以防O型圈挤压破损的情况出现。按照国际标准，o形圈尺寸按D=125mm,d2=70.15mm,b=9.3mm,D=75mm,d2=5.30.13mm,b=6.9mm。因为挡圈的存在，密封槽b=12.3mm,b=9mm，使用橡胶密封圈。3.9.3活塞和活塞杆的密封活塞与活塞杆连接进行往复运动，密封状态为静置。所以密封与上类似。图3-15O型密封圈的尺寸图图3-16挡圈的尺寸3.9.4活塞和缸筒的密封与活塞杆不同，活塞总是往复运动，这是一种动态密封故选择YX密封圈。查国际标准确定YX型密封圈的尺寸为D125。3.10液压回路的分析设计3.10.1液压回路的选择液压回路启动阶段，两个电磁阀断开，接通电路启动图3-17蓄能，供能，断带保护回路流量通过二位、双向电磁阀5回油箱保护系统。在进行工作的时后，如果带式输送机突然超载，活塞杆向左移动，油缸无杆腔压力突然下降(皮带变轻)，活塞杆向右移动，使皮带变紧，完成报警功能。图3-18过载和快退保护回路3.10.2液压回路预警原理在液压回路的基础上，分析元件的工作顺序，将各动作进行组合以满足设计要求，最后绘出液压系统图[2]。动作原理如下：启动阶段：启动系统工作张紧阶段：控制油路同上。油直接从泵源回到油箱，泵停止工作。图3-19液压原理图1.电磁溢流阀2.两位四通电磁阀3.调速阀4.液控单向阀5.两位两通电磁阀6.蓄能器7.两位两通电磁阀8.溢流阀9.溢流阀10.两位三通电磁阀11背压阀12.液压泵13.滤油器14.油箱[7]3.11选取液压元件3.11.1选取液压泵1计算液压泵的工作压力液压泵在工作时的各个阶段都要供油。计算得到，工作最大压力为P1=23.43MPa。因为油路机构简单，在节流调速时会有一定的压力损失。泵正常工作的最大压力[8]：式（3.22）2.选取适宜的液压泵流量测量流量时要想到液压缸工作电流的电路损耗。当电路漏电损耗为=1.1时，液压泵的流量为：Q泵=KQmax=1.128.97=31.87L/min式（3.23）3.选择液压泵型号在参考《机械设计手册》后，选择型号:T6[9]。3.11.2驱动电机的选择处于张紧阶段时，是最大功率，当P1=7.15MPa,Q泵=24.53L/min时，液压缸总效率为：=0.9，N电为：=式（3.24）=Pmax比PN2.选择电机的型号充分考虑电压、电流以及工作要求，参考《机械零件设计手册》表19–3要求YB系列电机为最佳选择，因此选择YB132S-6，PN=3千瓦,满载的旋转数=960r/min[10]。3.11.3液压元件型号按照上文制作的系统图，计算各部件的流量和工作压力，选择合适的部件。3.11.4油管的计算和选择1.吸油管道Q泵每分钟吸油32升，通过流量1米/秒，管内径的计算方式如下：==0.026m=26mm式（3.25）根据《机械设计手册》表17-8-2，取公称通径d=32mm，外径42mm，管子壁厚5mm，管接头联接螺纹M422[11]。2.压油管道需要先计算管道内径：与计算吸油管道公式一样，d=12.20mm3.回油管道Q的取值如上，通过流量2.5m/s，内径的计算：公式同上，d=16.57mm，取内径20mm，外径28mm。三种管道选取无缝管道作为材料。3.11.5蓄能器，油箱的选择1.确定蓄能器工作容积蓄能器在系统中发挥着保持压力，补充漏油等作用：==11.80L式（3.26）较大的容积可以保持更长时间的供油时间。2.确定油箱容积流速可以影响到容积，储油和散热是邮箱的两个主要职能，因为蓄能器供给油，系统散发的热量少，所以取=2，则：在对钢板进行焊接后的密封油箱，可以很好在保证需求容积的同时满足工作要求。4辅助机构的选用4.1选取绞车根据设计要求，根据《绞车操作人员》的要求，选用JD-1.6的调度绞车。4.2滑轮的设计滑轮的尺寸优先选择铸造滑轮，因为对滑轮的要求不高。滑轮最小直径由钢丝绳的中心计算。Dmin=hd式（4.1）2.滑轮的选取与校核查手册可组合滑轮，确定型号为A型，钢丝绳直径为11.5mm，滑轮直径为207mm，滑轮轴直径为50mm的滑轮。3.绘制滑轮工程图