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河北十一选五液压绞车设计_毕业设计论文(分享)

2020-11-17 03:25

  液压绞车设计 液压绞车设计 摘 要 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,...

  液压绞车设计 液压绞车设计 摘 要 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。 关键词关键词:液压绞车;计算;校核。 Abstract This design is to analyze the working principle, the working environment and the working characteristic of the hydraulic winch,and union reality,after the careful observation,I design the overall construction,and choose,compute and examine the various parts of the hydraulic winch. The winch is made up of the import hydraulic motor, import balancing valve, the brake of many pieces, coupling, reel, supporting axle and rack . Also we may design the valve group for the distributor of the motor,like with balancing valve,high-pressured shuttle valve,velocity modulation cross valve or other performance valve groups. The characteristic of the construction is compact ,small,light,beautiful and so on,the characteristic of the performance is safe,the high efficiency,the big start torque,the best low-speed stability characteristic,the low noise,the reliable operation. The winch is quite steadily in the work of promotion and relaxation ,The winch with the coupling also may release the things free ,It is popular to the railroad locomotive ,the auto hoist,the ships, the oil field of drills picks,the geological prospecting,the coal mine,the harbor and the each kind of hoisting equipment. Key words:Hydraulic winch;Computation;Examination. 目目 录录 第第 1 章章 绪论绪论........................................................................................ 11.1 液压传动系统概论...........................................................................................................11.2 绞车的简介及国内外液压绞车发展状况.......................................................................31.3 本课题研究的目的和意义...............................................................................................7第第 2 章章 卷扬机构的方案设计卷扬机构的方案设计............................................................. 82.1 拟定绞车液压系统图.......................................................................................................82.2 液压绞车结构方案的确定...............................................................................................92. 3 卷扬机构工作过程分析................................................................................................10第第 3 章章 钢丝绳的选用和卷扬机卷筒的设计钢丝绳的选用和卷扬机卷筒的设计....................................143.1 钢丝绳设计计算 .............................................................................................................143.2 卷扬机卷筒的设计.........................................................................................................153.3 容绳量的验算 .................................................................................................................20第第 4 章章 液压马达和减速器的选择液压马达和减速器的选择...................................................214.1 液压马达的选用与验算.................................................................................................214.2 减速器的选用................................................................................................................23第第 5 章章 制动器的设计与选用制动器的设计与选用...........................................................255.1 制动器的作用、特点及动作方式.................................................................................255.2 制动器的设计计算.........................................................................................................26第第 6 章章 轴的设计轴的设计..............................................................................336.1 轴的材料 .........................................................................................................................336.2 轴的工作能力的计算.....................................................................................................33第第 7 章章 键的选择及校核键的选择及校核...................................................................377.1 联轴器与轴之间的键.....................................................................................................377.2 其他的键按相同方式进行校核及选用.........................................................................37 第第 8 章章 联轴器的选型联轴器的选型......................................................................388.1 卷筒轴与减速器之间的联轴器选型.............................................................................388.2 马达与减速器之间的联轴器选型.................................................................................38第第 9 章章 液压泵站的设计液压泵站的设计..................................................................399.1 配流器的选择 .................................................................................................................399.2 液压泵及其电机的选择.................................................................................................409.3 液压阀的选用 .................................................................................................................129.4 辅助元件的选用与设计.................................................................................................46第第 10 章章 液压绞车使用说明液压绞车使用说明.............................................................5410.1 绞车装配注意事项.......................................................................................................5410.2 绞车试运转..................................................................................................................54参考文献参考文献............................................................................................56致谢致谢....................................................................................................57 1第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.1 液压传动系统概论 1.1 液压传动系统概论 1.1.1 传动类型及液压传动的定义 1.1.1 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。 1.1.2 液压系统的组成部分 1.1.2 液压系统的组成部分 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 2合而成的总体称为液压系统。 1.1.3 液压系统的类型 1.1.3 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。 表 1.1 液压系统的分类 1.1.4 液压技术的特点1.1.4 液压技术的特点 (1)优点 1)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。 2)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。 3)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。 3 4)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。 5)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。 6)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。 7)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。 8)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。 9)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) 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。 (2)缺点 1) 、不能保证定比传动。 2) 、传动效率低。 3) 、工作稳定性易受温度影响。 4) 、造价较高。 5) 、故障诊断困难。 1.2 绞车的简介及国内外液压绞车发展状况 1.2 绞车的简介及国内外液压绞车发展状况 1.2.1 绞车的简介 1.2.1 绞车的简介 4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。 5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。 1.2.2 国内外液压绞车发展状况 1.2.2 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 6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 40 75 160 250KW 等四种型号的防爆液压绞车,其滚筒直径分别为 900 1200 2000 2100,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-1.6Ⅱ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、适合沼气煤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。 1.3 本课题研究的目的和意义 1.3 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。 8第 2 章 卷扬机构的方案设计 第 2 章 卷扬机构的方案设计 2.1 拟定绞车液压系统图 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,控制压力由液压马达 12 自身提供,为了防止下放时因超越负载作用而失速,在马达回油路上设置了外控式平衡阀 4。另外,为了提高系统工作可靠性,以防污染和过热造成的故障,在回油路上设置了回油过滤器 7 及冷却器 8。手动换向阀5 的中位机能为 K 型,在绞车停止待命时,液压泵可以中位低压卸荷,有利于节能。 9 图 2.1 1、多片式摩擦离合器 2、液压马达 3、6、溢流阀 4、外控式平衡阀 5、手动向阀 7、回油过滤器 8 冷却器 9、油箱 10、进油过滤器 11、液压马达 12、电机 13、调速阀开关 14、调速阀 2.2 液压绞车结构方案的确定 2.2 液压绞车结构方案的确定 卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则 (1)尽量避免采用多支点的超静定轴。因为多支承点受力复杂且轴安装度不易保证。 (2)优先采用减速器输出端直接驱动卷筒的连接方式,使卷筒轴不传递扭矩,尽可能避免卷筒轴收弯曲和扭转的复合作用,以减少轴的直径。 (3)使机构有良好的总成分组行,以利制造、安装、调试和维修。 (4)结构紧凑、构造简单,工作安全可靠。 (5)卷筒组与减速器输出轴优先采用补偿式连接,这样,在安装时允许总成间有小量的轴向、径向和角度位移,以补偿安装位置误差和机件的变形。 液压传动的起升机构可分为下列几种形式: 由于选用的液压马达的形式不同,液压起升机构可分为高速液压马达传动和低速大扭矩马达传动两种形式。 高速液压马达传动需要通过减速器带动起升卷筒。减速器可采用批量生产的标准减速器,通常有圆柱齿轮式,蜗轮蜗杆式和行星齿轮式减速器。这种传动形式的特点是液压马达本身重量轻、体积小,容积效率高,生产成本较低。但整个液压起升机构重量较重,体积较大。 低速大扭矩马达传动可直接或通过一级开式圆柱齿轮带动起升卷筒。虽然 10低速马达本身体积和重量较大,但不用减速器,使整个液压起升机构重量减轻,体积减小。并使传动简单、零件少,起动性能和制动性能好,对液压油的污染敏感性小。壳转的内曲线径向柱塞式低速大扭矩马达,可以装在卷筒内部,由马达壳体直接带动卷筒转动,结构简单紧凑,便于布置。故本设计采用液压马达、制动器布置在卷筒同一侧,行星减速器装在卷筒内。这种布置具备了体积小,结构较紧凑,对称性好,易于检修调试的优点。布置方式如图 2.2。 图 2.2 2.3 卷扬机构工作过程分析 2.3 卷扬机构工作过程分析 2.3.1 卷扬机构的工作周期 2.3.1 卷扬机构的工作周期 卷扬机构是周期性作业。一个工作周期为:启动加速(0a) 、稳定运动(ab)和制动减速(bc)三个过程(图 2.3) 。载荷由静止状态被加速到稳定工作速度(稳定运动)时,所经历的时间称为启动时间,从 a 到 b经历的时间称为工作时间,从 b 点的稳定运动减速到静止状态时所经历的时间成为制动时间。起动和制动时间直接影响卷扬机的工作过程,设计时可通过计算选取较为适合的时间。 11 图 2.3 卷扬机构工作过程曲线 载荷升降过程的动力分析 2.3.2 载荷升降过程的动力分析 卷扬机构带载作变速运动(起动或制动)时,作用在机构上的载荷除静力外,还有作加速运动(或减速运动)质量产生的动载荷。 (1) 、起升起动过程 卷扬机构带载提升时,载荷从静止状态加速到稳定运动速度 v 的瞬时过程称为起升起动过程。此时,悬挂载荷的钢丝绳拉力(图 2.4a)为: QgSPP 式中 Q P 起升载荷; gP 由加速运动质量产生的惯性力。 在起升起动时,惯性力方向与起升载荷方向相同,使钢丝绳拉力增加。 12 图 2.4 重物升降过程的动力分析 (a)起升起动; (b)起升制动; (c)下降起动; (d)下降制动 (2) 、起升制动过程 卷扬机构由匀速运动制动减速到静止的过程称为起升制动过程。此时,悬挂重物的钢丝绳拉力QgSPP(图 2.4b) 。由于减速运动质量产生的惯性力gP 的方向与起升载荷Q P 的方向相反,故使钢丝绳拉力减小。 (3) 、下降启动过程 将载荷从静止状态加速下降到匀速的过程称为下降起动过程(图2.4c) 。此时,惯性为gP 的方向与载荷Q P 的方向相反,使钢丝绳拉力减小,即QgSPP (4) 、下降制动过程 卷扬机驱动悬吊载荷以匀速下降时,将制动器上闸,使载荷由匀速下降减速到静止状态的过程称为下降制动过程 (图 2.4d) 。 此时因惯性力gP 的 13方向与起升载荷Q P 的方向一致,故使钢丝绳拉力增加,即QgSPP。 综上分析可得如下结论:起升起动和下降制动是卷扬机构最不利的两个工作过程,起升起动时原动机要克服的阻力距是静阻力矩与最大惯性阻力矩之和。因此,原动机的起动力矩qM 必须满足 maxqjgMMM 下降制动是制动器最不利的工作过程,所以,卷扬机构支持制动器的制动力矩ZM 应满足下面条件: maxZjgMMM 才能将运动的物品在规定的时间内平稳的停住。 式中 jM 卷扬机构驱动载荷匀速运动时的静阻力矩; maxgM卷扬机构起、制动时的最大惯性阻力矩。 显然,上述两种工作过程是决定卷扬机原动机和制动器性能以及对机构的零部件进行强度计算的依据。 14第 3 章 钢丝绳的选用和卷扬机卷筒的设计 第 3 章 钢丝绳的选用和卷扬机卷筒的设计 3.1 钢丝绳设计计算3.1 钢丝绳设计计算 根据卷扬机工作状况和起升载荷确定卷扬机起升机构的工作级别,根据表查得汽车、轮胎、履带、铁路起重机,安装及装卸用吊钩式,利用等级 T5,载荷情况 L2,工作级别 M5。 3.1.1 钢丝绳直径可用钢丝绳最大静拉力确定 3.1.1 钢丝绳直径可用钢丝绳最大静拉力确定 d=C S d钢丝绳最小直径, C选择系数 mm/N1/2, S钢丝绳最大工作静拉力。 查机 《机械设计手册》 表 8-1-15, 取钢丝绳公称抗拉强度 =1850MPa。 C=0.106,安全系数 n=6(按比工作级别高一级别取) ,暂不考虑钢丝绳自重。 代入公式得 d=46.9mm,取 d=47.5mm。 查《矿用小绞车》表 2-3,暂取 GB1102-74 绳 6×37 股(1+6+12+18) 表 3.1 钢丝绳的技术特征 绳直径 钢丝直径 钢 丝 总 断 面积 参考质量 破断压力总和 47.5mm 2.2mm 843.47mm2 792.9(kg/100m) 140140N 3.1.2 钢丝绳安全系数验证 3.1.2 钢丝绳安全系数验证 考虑钢丝绳的自重和绞车在工作过程对应的拉力最大 S=PQ+PG 15PQ起升载荷, PG惯性力, S=PQ+PG=792.9×9.8+2×104×9.8+(792.9×9.8+2×104×9.8)×0.106 =2.211×105N 安全系数 K=SFs=00=6.466=n 符合安全系数要求; 选用钢丝绳 GB1102-74 绳 6×37 股(1+6+12+18) 3.2 卷扬机卷筒的设计 3.2 卷扬机卷筒的设计 3.2.1 卷扬机卷筒组的分类和特点3.2.1 卷扬机卷筒组的分类和特点 卷筒是起升机构中卷绕钢丝绳的部件。常用卷筒组类型有齿轮连接盘式、周边大齿轮式、短轴式和内装行星齿轮式。 齿轮连接盘式卷筒组为封闭式传动,分组性好,卷筒轴不承受扭矩,是目前桥式起重机卷筒组的典型结构。缺点是检修时需沿轴向外移卷筒。 周边大齿轮式卷筒组多用于传动速比大、转速低的场合,一般为开式传动,卷筒轴只承受弯矩。 短轴式卷筒组采用分开的短轴代替整根卷筒长轴。减速器侧短轴采用键与过盈配合与卷筒法兰盘刚性连接,减速器通过钢球或圆柱销与底架铰接;支座侧采用定轴式或转轴式短轴,其优点是构造简单,调整安装比较方便。 内装行星齿轮式卷筒组输入轴与卷筒同轴线布置,行星减速器置于卷筒内腔,结构紧凑,重量较轻,但制造与装配精度要求较高,维修不便,常用于结构要求紧凑、工作级别为 M5 以下的机构中。 根据钢丝绳在卷筒上卷绕的层数分单层绕卷筒和多层绕卷筒。由于本 16设计的卷绕层数为三层,因此采用多层卷筒。根据钢丝绳卷入卷筒的情况分单联卷筒(一根钢丝绳分支绕入卷筒)和双卷筒(两根钢丝绳分支同时绕入卷筒) 。单联卷筒可以单层绕或多层绕,双联卷筒一般为单层绕。起升高度大时,为了减小双联卷筒长度,有将两个多层绕卷筒同轴布置,或平行布置外加同步装置的实例。 多层卷筒可以减小卷筒长度,使机构紧凑,但钢丝绳磨损加快,工作级别 M5 以上的机构不宜使用。 3.2.2 卷筒设计计算 3.2.2 卷筒设计计算 (1)卷筒名义直径 D=hd 式中:h与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数。 d钢丝绳直径。 由绞车工作级别为 M5,查《机械设计手册》表 8-1-74 得 h=18, D=hd=855mm,取 D=850mm. (2)卷筒长度 L 确定 由于采用多层卷绕卷筒 L,由下式 1.1(D)lpLnnd (1.1~1.2)pd  式中l多层卷绕钢绳总长度(mm) ,l=Hmax×=50m, Hmax提升高度, 滑轮组倍率, n卷绕层数,n=3. 把数据代入式中得 17 L=)(35 .4738501 . 15 .470010501 . 1=307mm 取多层卷绕卷筒长度L=350mm。 (3) 、绳槽的选择 单层卷绕卷筒表面通常切出导向螺旋槽,绳槽分为标准槽和深槽两种形式,一般情况都采用标准槽。当钢丝绳有脱槽危险时(例如起升机构卷筒,钢丝绳向上引出的卷筒)以及高速机构中,采用深槽。 多层卷绕卷筒表面以往都推荐做成光面,为了减小钢丝绳磨损。但实践证明,带螺旋槽的卷筒多层卷绕时,由于绳槽保证第一层钢丝绳排列整齐,有利于以后各层钢丝绳的整齐卷绕。光面卷筒极易使钢丝绳多层卷绕时杂乱无序,由此导致的钢丝绳磨损远大于有绳槽的卷筒。 带绳槽单层绕双联卷筒,可以不设挡边,因为钢丝绳的两头固定在卷筒的两端。多层绕卷筒两端应设挡边,以防止钢丝绳脱出筒外,档边高度应比最外层钢丝绳高出(1~1.5)d 。 1)绳槽半径R 根据下式 (0.53~0.56)Rd 取 R=0.54d 把数值代入得 R=26mm 绳槽节距 P=d+(2~4)mm 取 P=47.5+2.5=50mm 绳槽深度 h=(0.25~0.4)d 取 h=0.3d=0.3×47.5=14.25 mm,取 h=15mm. 18 图 3.1 绳槽的放大示意图 2)卷筒上有螺旋槽部分长0 L 01()3lZ dLp 式中0D 0D = Dd,卷筒计算直径,由钢丝绳中心算起的卷筒直径(mm) ; 1z 1z 1.5,为固定钢丝绳的安全圈数。取1 Z 2; 把数据代入式中得 3027 10  () 1032 8L=30.15mm 由此可取 0 L =30mm。 3)绳槽表面精度:2 级aR 值 12.5。 (4) 、卷筒壁厚 初步选定卷筒材料为铸铁卷筒,根据铸铁卷筒的计算式子: 0.02(6 ~10)D mm 把数值代入式中有 =0.02D+8=25mm12mm 19故选用 =25mm。 (5) 、钢丝绳允许偏角 钢丝绳绕进或绕出卷筒时,钢丝绳偏离螺旋槽两侧的角度推荐不大于3.5。 对于光面卷筒和多层绕卷筒,钢丝绳与垂直于卷筒轴的平面的偏角推荐不大于 2,以避免乱绳。 布置卷绕系统时, 钢丝绳绕进或绕出滑轮槽的最大偏角推荐不大于 5,以避免槽口损坏和钢绳脱槽。 (6) 、卷筒强度计算 卷筒在钢丝绳拉力作用下,产生压缩,弯曲和扭转剪应力,其中压缩应力最大。当3LD时,弯曲和扭转的合成应力不超过压缩应力的10% ~15% ,只计算压应力即可。当3LD时,要考虑弯曲应力。对尺寸较大,壁厚较薄的卷筒还需对筒壁进行抗压稳定性验算。 由于所设计的卷筒直径D=200mm,L=200mm,3LD 。所以只计算压应力即可。 卷筒筒壁的最大压应力出现在筒壁的内表面压应力c 按下式计算: maxp12[]ccSA A 式中c 卷筒壁压应力(MPa) ; maxS钢丝绳最大静拉力(N) ; 1A 应力减小系数,在绳圈拉力作用下,筒壁产生径向弹性变形,使绳圈紧度降低,钢丝绳拉力减小,一般取10.75A ; 2 A 多层卷绕系数。多层卷绕时,卷筒外层绳圈的箍紧力压缩下层钢丝 20绳,使各层绳圈的紧度降低,钢丝绳拉力减小,筒壁压应力不与卷绕层数成正比2 A 按表取值,2 A =2.0. []c许用压应力,对铸铁[]c/5b,b 为铸铁抗压强度极限,对钢[]c/2s,s 为钢的屈服极限。 取10.75A ,2 A 按表取21.8A ,根据已知卷筒底层拉力 1100kgf,可算得max1100 9.80710787.7SN,把各数代入式中: c=0.75×2×502510000017. 2=260.4MPa 根据所计算的结果查得卷筒的材料为球墨铸铁 QT8002,其抗压强度极限[]b800MPa,/5b160MPa,c =260.4MPa/5b,因此材料选用合格。 3.3 容绳量的验算3.3 容绳量的验算. l=D=3.14×850=2669mm l滚筒一圈的容绳量; 350=7.36 取 n1=7 n1=dL=5 .47式中 n1滚筒容绳圈数 l1=ln=2669×7=18683mm. n2==2.67 取 n2=3 合格. 21第 4 章 液压马达和减速器的选择第 4 章 液压马达和减速器的选择 4.1 液压马达的选用与验算 4.1 液压马达的选用与验算 4.1.1 液压马达的分类及特点 4.1.1 液压马达的分类及特点 起重机的常用液压马达分为高速液压马达和低速液压马达。高速液压马达的主要性能特点是负载速度低、扭矩小、体积紧凑、重量轻,但在机构传动中需与相应的减速器配套使用,以满足机构工作的低速重载要求,其他的特点与同类的液压泵相同,较多应用的有摆线齿轮马达,轴向柱塞马达。低速液压马达的负载扭矩大、转速较低、平稳性较好,可直接或只需一级减速驱动机构,但体积和重量较大。内曲线径向柱塞或球塞马达和轴向球塞式马达是较常用的型式。 液压马达在使用中并不是泵的逆运转,它的效率较高,转速范围更大,可正、反向运转,能长期承受频繁冲击,有时还承受较大的径向负载。因此,应根据液压马达的负载扭矩、速度、布置型式和工作条件等选择液压马达的结构型式、规格和连接型式等。 4.1.2 液压马达的选用 4.1.2 液压马达的选用 M=F2式中 M卷筒负载力矩, D=2.0×105×0.425=85000 Nm D=850mm 2 Vn=60rn n=3.75 r/min Vn绞车卷筒转速,r/min。 本设计要求采用行星齿轮减速器,单级行星齿轮减速器传动比i=2~12,传动效率 0.96~0.99,此处i=6(大功率马达选用单级行星齿轮减速器) 。 M1=M/i=14166 Nm. 22 n1=n×i=3.75×6=23 r/min. 液压马达输出转矩 M1=△PVmm/2 Vm=2M1/△Pm. △P系统工作压力,取△P=20MPa. m=0.95, Vm液压马达理论排量. 代入数据得 Vm=4682.95 ml/r. 液压绞车负载力矩 Tm=FQD/2i=13883 Nm. T=15333 Nm Tm ,合格。 选用 QJM625.0 型液压马达,其技术参数如下表 4.1 表 4.1 QJM625.0 型液压马达技术参数 型号 理论排量 压力 转速范围 额定转矩 质量 QJM62-5.0 4000 ml/r 20~31.5MPa 0.5~160 r/min 15333 Nm 200kg 4.1.3 马达的验算 4.1.3 马达的验算 (1)满载起升时液压马达的输出功率mP mP =FQv/1000 (kw) 式中Q额定起升载荷(N) v物品起升速度(m/s) 机械总效率,初步计算时,取 0.95。 所以mP =1.96×105÷(0.95×103)=34.3kw. 23液压马达额定功率 P=T n1/9550 式中 T额定转矩, n1液压马达转速。 所以 P=15333×23÷9550=37kw. PmP 合格。 (2)液压马达最大转速mn . mn =60v i/D=22.5 r/min. mn 在液压马达转速范围 0.5~160 r/min 之内. 合格。 确定选用 QJM625.0 型液压马达(径向柱塞马达) 。 4.2 减速器的选用. 4.2 减速器的选用. 4.2.1 减速器的简介 4.2.1 减速器的简介 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置,用来降低转速和增大转矩,以满足工作需要,在某些场合也用来增速,称为增速器。 选用减速器时应根据工作机的选用条件,技术参数,动力机的性能,经济性等因素,比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸、传动效率、承载能力、质量、价格等,选择最适合的减速器。 减速器是一种相对精密的机械,使用它的目的是降低转速,增加转矩。其主要类型:齿轮减速器;蜗杆减速器;齿轮蜗杆减速器;行星齿轮减速器。 4.2.2 减速器的选用 4.2.2 减速器的选用 根据总传动比 i =6,选用单级行星齿轮减速器 i =2~12,传动效率96%~98%,传动功率范围大,承载能力大,工作平稳,体积质量比普通齿轮蜗杆减速器小得多,但结构复杂,制造精度高,广泛用于结构紧凑的动力 24传动中。综合考虑选用型号为 NAD500-6-1 行星齿轮减速器。其所代表的意义见下图。 图 4.1 减速器型号示意图 25第 5 章 制动器的设计与选用 第 5 章 制动器的设计与选用 5.1 制动器的作用、特点及动作方式 5.1 制动器的作用、特点及动作方式 制动器是用于机构或机器减速或使其停止的装置,有时也用作调节或者限制机构或机器的运动速度,它是保证机构或机器安全正常工作的重要部件。 为了减小制动力矩,缩小制动器尺寸,通常将制动器装在机构的高速轴上,或减速器的输入轴上。 按所需应用制动器的机构的工作性质和条件,对于起重机构的起升和变幅机构都必须采用长闭式制动器。卷扬机属起重类机械的起升机构由于工作需要,因此采用常闭式制动器。 由于卷扬机应用的场合和安装制动地点的空间受限因此选用盘式制动器。盘式制动器的工作原理是利用轴向压力使圆盘或圆锥形摩擦表面压紧,实现制动。制动轮轴不受弯曲。其优点是: (1)、制动转矩大,且可调范围大,制动平稳可靠,动作灵敏保养维修方便。 (2)、频繁制动时,无冲击。由于制动衬块(片)与制动盘接触面积小,制动盘工作表面积大部分暴露在大气中,散热能力强,特别是采用有通风道的制动盘,效果更显著,而且制动盘对制动衬块(片)无摩擦助势作用,无块式制动器的热衰退现象(由于温升制动转矩下降) ,从而得到稳定的制动性能。从安全的角度考虑,盘式制动器是最合适的制动器。 (3)、 防尘和防水性能好, 制动盘上的灰尘和水等污物易被制动盘甩掉,当浸水时制动性能降低,出水后仅制动一、二次就能很快恢复正常。 (4)、制动盘沿厚度方向变形量比制动轮径向变形量小的多,易实现小间隙和磨损后的制动补偿,脚踏式的踏板行程变化也较小。 26(5)、转动惯量小,体积小、重量轻。 其主要缺点有: 制动衬块 (片) 的摩擦面积小, 比压大, 对制动衬块 (片) 材质要求较高,径向(或轴向)尺寸稍大,价格也稍贵。 制动器按动作方式分为自动作用式、操纵式和综合式三种。常闭制动器在弹簧推力作用下经常处于制动状态,机构工作时,用松闸装置松闸或自动通电松闸。本设计的卷扬机借于外形尺寸与价格方面原因采用自动作用式制动器。自动作用式制动器当机构断电或油路切断时,不依赖操作人员的意识弹簧使制动器自动抱闸;当机构通电或油路供油时,自动松闸,自动作用式制动器保证机构有更高的安全性。制动转矩调定后基本不变,但用于载荷变化大的机构时制动欠平稳。 5.2 制动器的设计计算 5.2 制动器的设计计算 5.2.1 制动转矩的计算 5.2.1 制动转矩的计算 制动转距应满足以下要求: 0()2zzQ DTKN mmi 式中zT 制动器制动转矩()N m; zK 制动安全系数,与机构重要程度和机构工作级别有关; 0D 卷筒卷绕直径(mm) 。  机械效率,=0.85,m=4; Q起升载荷。 其他各符号同以前的式子。 zK 按表查得zK =1.75,0D 根据0DDd计算得 0D =897.5mm,把各数值代入到式子中得: 27Tz1.5×642485. 08975. 010000096. 1=18690.43()N m 由此可知制动器制动转矩应大于 18690.43()N m。 5.2.2 制动盘的设计选用 5.2.2 制动盘的设计选用 (1)、选标准制动盘 根据主机的具体要求和盘式制动器的类型按表选标准直径和结构形式的制动盘。按工作情况选择有通风道的制动盘。选取型号为: BZP1250×30×160×300 BZPB 型直线外径 (mm) d2, 对应选推动器 Ed301/6, 额定制动扭矩 20540 N m Tz, 30厚度(mm)b1,有实体制动盘和通风道制动盘, 160轴孔直径(mm)d4, 300轮毂长度(mm)l,由 GB/T1569 伸长系确定。 5.2.3 制动盘有效摩擦直径计算 5.2.3 制动盘有效摩擦直径计算 根据配套主机的负载所需制动转矩zT ,校核制动盘的有效摩擦直径: [ ]zdTDKZ p A 式中D制动盘有效摩擦直径(mm) ; Z 制动块的数目,一对时取 2; A一个制动衬块(片)的设计面积(mm) ; [p]制动衬块(片)的许用比压力; d 动摩擦系数,根据摩擦材料选择; K制动安全系数。 28根据工作状况选用摩擦材料为油浸石棉带,脂润滑,润滑效果好,按表选取d =0.1,[p]=0.6,K 取 2,由于制动块的数目有 6 对,所以 Z 取 12,制动片的设计面积按下式计算: 2223()Add 式中2 d 摩擦盘外径(mm)2 d =1120mm; 3 d 摩擦盘内径(mm)3 d =930mm。 按选用的标准制动盘尺寸把数值代入式子得 A=389500mm2 把所有数值代入式子,得: D=2×18690.43÷ (12×0.6×0.1×38.95) =20mm 5.2.4 制动器散热的验算 5.2.4 制动器散热的验算 当制动器摩擦面温度过高时,摩擦系数降低,摩擦衬垫加速磨损,不能保持稳定和需要的制动力矩。制动器的发热验算在于检验制动器在最高许用温度下散发的热量是否大于制动器产生的热量,即 szhQQ 式中sQ 制动器每小时散发的热量(J) ; zhQ 制动器每小时产生的热量(J) 。 (1) 、制动器每小时的散热量 123sQQQQ ( )[()() ](/ )100100QC AC AkJ h 2312()(1)(/ )QAJC kJ h ()()(/ )QAAAAJC kJ h 29式中1C 制动轮(盘)制动表面的辐射系数,可取光亮的钢表面辐射系数,215.44/(, ,)CkJm h C; 2C 制动轮(盘)制动表面以外的表面辐射系数,可取粗糙氧化的钢表面辐射系数,2218/(, ,)CkJm h C; 1A 制动轮(盘)制动表面积减去制动衬片的面积2()m; 2A 制动轮制动表面积以外的表面积2()m; 1 制动衬片的许用温度( C) ; 2  周围环境温度,一般取30~ 35CC,高温车间取60 C;  自然对流散热系数,221/(, ,)kJm h C; 3A 扣除制动衬片遮盖后的制动轮(盘)外露面积2()m; JC机构的接电持续率; 1 、2 、3 、4 制动轮(盘)各部分表面积的强迫散热系数,与各部分表面积的圆周速度有关,0.78225.7/(, ,)iivkJm h C; 1A 、2 A 、3 A 、4 A 相对应的制动轮(盘)表面积2()m; iv 各部分散热面积的圆周速度(m/s) 。 1A =(2 d2-d72)/4-(2 d2-3 d2)/4 2A =(3 d2-d72)/4 3A =(2 d2-3 d2-d72)/4 iv =2rin 30(2)制动器每小时的发热量 起升机构停止式制动器每小时制动的发热量 上升制动时,由于物品和吊具的重量起制动作用,制动器的发热量很小,通常忽略不计。 下降制动时,机构的全部动能(包括旋转运动和直线运动的质量)和物品吊具减小的势能转换为制动器的发热: 2012()(/ )zhQJPSZ W kJ h 式中 J 换算到制动轮轴的机构转动惯量(包括所有回转和直线,kg mJGD GD为飞轮矩) ;  制动轮轴在制动开始时的角速度(/ )rad s ; P平均起升重量(N )P=1.96×105 N; S下降制动距离(m) ; 机构传动效率取 0.85; 0Z 机构每小时下降制动次数0Z =60×10÷100=6; W 热功当量。 把已知各量和从表中查得的各量代入式中,最后得: sQ =2676.21(/ )kJ h zhQ =2413.73(/ )kJ h sQ zhQ 验证发热量合格。 31 图 5.1 盘式制动器制动盘受力图 5.2.5 全盘式制动器设计计算 5.2.5 全盘式制动器设计计算 根据公式:轴向推力a F 210jaeTFn R 摩擦盘有效面直径e R 332223yneynRRRRR 当1.8ynRR时,可取2yneRRR 式中jT 计算制动转矩 18690.43 N m; yR 、nR 摩擦面的外、内半径 cm 全盘式取(1.2 ~ 2.5)ynRR; a F 轴向推力 N ; n摩擦副数目;  摩擦系数。 32...