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中國礦業(yè)大學2007屆本科生畢業(yè)設計 第 52頁
1緒論
1.1論文研究的意義
副井液壓系統(tǒng)是礦業(yè)工程中非常重要的一部分,就承擔的任務來說,它主要負責井下礦車到位后,包括控制阻車器.搖臺安全門等機構的一系列動作等,但是我們看到的國內外副井操車系統(tǒng)方面的研究和報道等,總是不難看出有這樣那樣的瑕疵\甚至是重大的失誤,這些不盡人意的地方往往給煤礦正常的生產帶來危害,輕則生產效率低,重則便造成人員和財產的重大損失,所以,在綜合提高煤礦生產狀況的情況下,如何能夠保證副井操車系統(tǒng)這一部分的工作安全 可靠性已經是刻不容緩的事情.另一方面,我們看到的是在諸多副井操車系統(tǒng)中或多或少的總是存在些問題,導致機構反應不靈敏,效率低下,壽命不長,維護和維修不方便.
就我國煤礦副井液壓系統(tǒng)來說，控制和提升信號系統(tǒng)普遍設計為兩套系統(tǒng)，安置在兩個操作室內，由操車司機和提升信號式工分別操作。造成操車設備位置傳感器的重復設置，用人多，故障率高。
副井液壓設備及提升信號的安全與否，直接關系到煤礦的安全生產及經濟效益，是一個非常重要的生產環(huán)節(jié)。它要求控制系統(tǒng)具有技術先進、工作可靠、抗干擾能力強、自動化程度高等性能。但目前我國副井操車設備控制與提升信號系統(tǒng)仍處于落后狀態(tài)，已不適應煤礦副井生產的要求，為了提高副井安全生產的可靠性，改善工人的勞動條件，提高煤礦副井的生產能力，研制一套能滿足井上下井口操車設備控制及提升信號閉鎖的聯(lián)鎖控制裝置無疑是迫在眉睫的問題。
綜上，本文主要就副井液壓系統(tǒng)的各個主要環(huán)節(jié)控制的設計和各種設備的選用進行了分析、配置。旨在提供一個安全可靠的系統(tǒng)產，是為本文研究的意義。
1.2我國目前使用的操車情況
1.2.1氣動系統(tǒng)
1、系統(tǒng)組成：
1)推車機動力一般為電機，減速機傳動軸作為驅動，推車機分為鏈式推車機、繩式推車機。
2)安全門、搖臺、阻車器采用汽缸
2、優(yōu)點：動作快；可靠性高；因泄露造成的污染少；維修、維護簡單。
3、缺點：速度不易調整，沖擊大；因推車機為電機或其它動力，使系統(tǒng)成為混合動力源，占用動力和驅動設備多。
1.3.2液壓系統(tǒng)
1、系統(tǒng)組成
1)推車機采用直流電機驅動，傳動部件間不直接接觸，無磨損問題節(jié)省了因磨損而產生的維修且磨損損耗很小。
2)高功率因數(shù)直流電機效率極高較其它電機節(jié)電，啟動電流小。
2、優(yōu)點：
1）推車機采用直流電機驅動，傳動部件間不直接接觸，無磨損問題節(jié)省了因磨損而產生的維修且磨損損耗很小。
2）高功率因數(shù)直流電機效率較高，較其它電機節(jié)省電，啟動電流小。
3、缺點：
1）電機防水效果差，進水后電器故障難排除。
2）推車機的運行條件差很難保證電流電機技術上要求電機與次級板氣隙為2-3mm影響電機性能的發(fā)揮。
3）配件價格很高。
4）電機設備體積大故障率高。
1.2.3直流電機系統(tǒng)
1、系統(tǒng)組成
1）推車機使用電機作為動力，搖臺、安全門、阻車器使用液壓缸。
2）推車機使用液壓馬達；安全門使用液壓馬達；阻車器、搖臺使用液壓缸
2、優(yōu)點：
1）系統(tǒng)結構簡單，易維護、占地少。
2）液壓驅動特軟，可有緩輕因沖擊造成的設備損壞。
3）調速性能好節(jié)省時間
4）全部采用液壓做動力，即可動力源單一，便于維修和管理。
3、缺點：
1）液壓站本身占地面積大
2）液壓站較氣動配置復雜
3）泄漏易污染
副井是煤礦生產中聯(lián)結井上下的重要通道，副井操車設備的安全作業(yè)與否。將直接關系到煤礦安全生產及經濟效益，是一個非常重要的生產環(huán)節(jié)。它要求控制系統(tǒng)具有技術先進地，動作可靠，抗干擾能力強，自動化程度高等性能。但目前我國大部分副井操車設備控制系統(tǒng)仍處于落后狀態(tài)，已不適應煤礦副井安全高效生產的要求。為了提高安全生產的可靠性，改善工人的勞動條件，提高煤礦副井的生產能力，需要對副井操車設計控制系統(tǒng)的產品性能及使用狀況進行了詳細的調研。如上表所列，目前國內主要有氣控，電動控，液控等方式
1.3液壓技術的特點和應用情況
近幾年來,隨著機械設備的自動化與機械程度不斷提高,并大型化發(fā)展,在各個工業(yè)部門中日益廣泛地采用液壓技術,如飛機、坦克、艦艇、機床、汽車，拖拉機以起重運輸機械等等。自五十年代以來，在化工機械上也逐步地應用采用液壓技術，截止到目前，液壓驅動的臥式刮刀、活塞推料、上懸、三足、螺旋卸料離心機，板框壓濾機、加壓葉濾機回轉真空過濾機、電石爐、回轉窯、錘式破碎機、攪拌式反應器；液壓控制的氣輪機、壓縮機、冷凍機、蒸發(fā)器、造氣爐等等已經在國內外的許多工廠投入運轉，并取得用戶的歡迎。此外，像容器的低頻疲勞、高壓爆破等試驗，都是借助液壓技術而實現(xiàn)的。
液壓技術是以壓力油作為工作介質來傳遞運動、力（轉距）或控制信號，前者常稱液壓傳動（液壓驅動），后者稱為液壓控制。液壓運動與機械傳動相比其主要特點是：容易調速、適于遠距離和自動操作，體積小、重量輕，易于實現(xiàn)過載保護，液壓控制系統(tǒng)具有響應速度快、輸出剛度高和功率——重量比大等優(yōu)點。當然，液壓也和其他任何新技術一樣，總有不足之處，如漏油、噪音等，但這兩點，近年來也正在研究改造。勿容質疑，液壓技術的 優(yōu)越性是非常明顯的，特別是當把它同電子、機械等技術聯(lián)合使用時，更顯示其強大的生命力。在某種意義上講，一個國家液壓技術的發(fā)展水平和應用范圍，是其現(xiàn)代化程度重要標志之一。本次課程設計就是要用液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)礦井的副井提升操作等一系列動作，以及為完成這一系列動作所需要的器材的選型等。
1.3.1液壓傳動優(yōu)缺點
液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比，有以下一些優(yōu)點：
1、 能在較大的范圍內比較方便地實現(xiàn)無級調速。調速范圍10011全2000：1
2、 在相同功率情況下，液壓傳動能量轉換元件的體積較小，質量較輕。
3、 工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向。
4、 便于實現(xiàn)過載保護，而且工作油液能使傳動零件實現(xiàn)自潤滑，故使用壽命較長。
5、 操縱簡單便于實現(xiàn)自動化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時，易于實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。
6、 液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標準化和通用化，制造和使用推廣使用。
液壓傳動的主要缺點：
1、 液壓傳動中的泄露和液體的可壓縮性使傳動無法保證嚴格的傳動比。
2、 液壓傳動有較多的能量損失，故傳動效率不高，不宜作遠距離傳動。
3、 液壓傳動對油溫的變化比較敏感，不宜在很高和很低的溫度條件下工作。
4、 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。
總地來看，液壓傳動的優(yōu)點很多，隨著科學技術的不斷發(fā)展，有些缺點會逐步被克服。
液壓傳動由于具有上述一系列的長處，因此，在國民經濟各個部門中獲得了廣泛的應用。如在航海機械、航空機械、農業(yè)機械、輕工機械等多方面都廣泛地使用了液壓傳動。
在機床上的應用主要有以下幾個方面：
1、進給運動，如車床、自動車床刀架的進給，組合機床動力頭、動力滑臺的進給等。液壓傳動能滿足所需求的調速范圍，并能實現(xiàn)無級調速。
2、主體運動，如牛頭刨床或插床滑枕，采用液壓傳動RJ實現(xiàn)滑枕的往3、復運動；也可用于自動車床、數(shù)控機床等的主軸旋轉運動。
4、仿形裝置，如車床、洗床上的仿形加工，可以采用液壓伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)。
5、 數(shù)控機床。該機床上工作臺的直線后轉步進運動，可以用電液脈沖馬達及電流伺服閥等電流伺服裝置實現(xiàn)。
6、 靜壓支乘已應用于重型機床和高速機床的軸承、導軌和絲桿上，以獲得平穩(wěn)工作和較高的運動精度。
液壓傳動與電氣控制相結合，是目前實現(xiàn)各種機械自動化的主要手段，也是機、電、流一體化技術的發(fā)展方向，因而具有更廣闊的應用前景。工程機械液壓傳動系統(tǒng)的基本概念。
液壓傳動系統(tǒng)是由各種液壓傳動基本回路組成的。液壓傳動基本賄賂又是以各種液壓元件位基礎組成的供給液壓源用的液壓傳動回路稱各種控制液壓回路；以不同的輔助元件為基礎組成的液壓傳動回路稱不同的執(zhí)行元件回路；以不同的輔助元件為基礎組成的液壓傳動回路稱不同的輔助回路以及其它液壓回路等。這個整體（系統(tǒng)）里，除原動機械外，主要包括動力元件（液壓泵）執(zhí)行元件（液壓缸和液壓馬達）、控制元件（各類液壓閥）和輔助元件（各種液壓輔助元件）等部分（回路）、可見主機液壓傳動效果好壞，除設計制造因素外，是否能正確認識、使用液壓系統(tǒng)，特別是是否正確認識系統(tǒng)中各液壓回路工作原理、用途也是關鍵因素之一。
1.4副井操車液壓聯(lián)動裝置簡介
副井操車液壓聯(lián)動的含義是指井口，井底有關機械，電氣設備在規(guī)定的閉鎖條件下，按照設計的邏輯程序循環(huán)動作，輔助罐籠完成提升任務。副井操作工作的一般過程為：罐籠到位-安全門打開-前阻車器打開-搖臺落下-推車機推車罐籠內礦車出罐-罐內阻車器阻-礦車進罐推車機回車-前阻車器阻車-搖臺抬起-安全門關上-罐籠運行-后阻車器打開-礦車達到阻車器-下一個循環(huán)。副井操車系統(tǒng)采用可編程控制器實現(xiàn)集中控制的模式，井口，井底的機械設備全部采用液壓傳動，分別由一個液壓站及液控，電控系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制，副井操車液壓聯(lián)動裝置以貫徹執(zhí)行煤炭局2006年頒布的《煤礦安全規(guī)程》中第一384條規(guī)定作為設計依據。立井使用罐籠提升時，井口，井底安全門必須與罐位和提升信號連鎖；罐籠到位并發(fā)出停車信號后，但發(fā)不出開車信號；安全門關閉后，才能發(fā)出開車信號；發(fā)出開車信號后，安全門打不開。井口，井底搖臺與罐籠體子停止位置，阻車器和提升信號系統(tǒng)連鎖；罐籠未到位，放不下?lián)u臺，打不開阻車器；搖臺未抬起，阻車器未抬起，發(fā)不出開車信號。升降人員時，嚴禁使用罐座。
主要裝置的簡介：
（1）阻車器：是礦井車場中將運動中的礦車停止在某一固定地點胡限位裝置，本銷齒操車使用阻輪式阻車器，改阻車器有一對阻爪和彈簧緩沖裝置，當車輪撞擊阻爪時，阻爪使手套在套在固定軸后部的彈簧壓縮，撞擊的能量被彈簧吸收。阻爪在軸上可自由轉動，阻爪的尾部通過連桿機構和操縱機構相連，液壓缸活塞的往復運動使兩個阻爪同時打開或關閉。關閉時阻車，打開后礦車通過。阻車器按線路設置前后阻車器兩種。前阻車器作待裝礦車限位使用，后阻車器用于列車限位，并與調車啟爪裝置機械聯(lián)動。只允許后阻車器打開時，拉抓抬起，調動礦車。
（2）搖臺：搖臺為一段可擺動的連接車場與罐內的軌道，搖尖鉸接在搖臂上，當搖臂與罐籠搭接時，搖尖與罐籠內導軌組成的結構能保證側向可靠的定位。不致因罐內外軌道的錯位引發(fā)礦車掉道事故。進車側搖臺設有阻擋器，通過曲柄連桿機構作用使擋塊隨搖臂起落和升降。當搖臺落下時擋塊下降，允許操車裝置進罐籠作業(yè)；搖臺抬起時擋塊上升，阻擋操車裝置通過，防止銷車掉入井筒，是銷齒操車與搖臺聯(lián)動的機械閉鎖安全裝置。
（3）安全門：安全門采用液壓馬達驅動鏈式機構傳動，正反轉運轉實現(xiàn)安全門開啟和關閉。并且按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定與罐位和提升信號鏈鎖，確保安全。
（4）罐籠：罐籠主要負責礦車的裝載。
2液壓系統(tǒng)原理圖的擬定
2.1液壓系統(tǒng)原理圖的擬定
2.1.1明確環(huán)境對系統(tǒng)的要求
本系統(tǒng)主要工作于副井井口，雖然相比井下環(huán)境要好許多，可是由于礦井現(xiàn)狀，很多東西礦區(qū)副井井上運輸環(huán)境還是相當惡劣，因此環(huán)境對液壓系統(tǒng)有以下要求：
（1）本系統(tǒng)允許的最低和最高溫度
對系統(tǒng)的溫度要求應該滿足主要從液壓缸工作時，缸內礦物液壓油的允許工作范圍，理論上不能超出這個范圍，查閱相關資料可知道，一般應保證溫度范圍在-10-170℃
（2）系統(tǒng)抗震性
震動的來源主要是來自礦車進罐籠時以及提升過程，但是考慮到液壓系統(tǒng)有很好的減震特性，故整個系統(tǒng)對抗震性沒有過多的要求。
（3）系統(tǒng)的抗成粉塵能力
由于系統(tǒng)主要工作在井上，粉塵相對較少，不至于影響系統(tǒng)工作，所以對系統(tǒng)不做特別要求。
（4）系統(tǒng)的耐鹽霧能力
鹽霧對系統(tǒng)有一定的影響，但考慮到系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)，本身的密封性對鹽霧厭惡有一定的隔離作用，故這里不做太多的要求。
（5）系統(tǒng)承受加速度能力
因為液壓系統(tǒng)本身具有比如無級變速的優(yōu)良特點，所以能平穩(wěn)安全的完成工作，對承受加速度的要求也不做太多要求。
（6）系統(tǒng)抗酸堿能力
因為系統(tǒng)主要工作于井上，且主要控制操作部分有隔離裝備與煤炭副產品分開，一般不會有過酸過堿的東西與之接觸，故這里對抗酸堿能力不做過多要求。
（7）系統(tǒng)防爆能力
處于安全起見，系統(tǒng)使用防爆電機。
（8）系統(tǒng)特別安全可靠性
由于系統(tǒng)采用的液壓系統(tǒng)操作的整個過程都沒有特別值得注意會引起的安全隱患，所以像此類大中型液壓控副井操車系統(tǒng)一般不要求特別安全可靠，但不意味著就不考慮安全可靠性。
（9）對系統(tǒng)特殊節(jié)能的要求
對于大功率的礦山機械上應用的系統(tǒng)來說，有此要求。因為此類機械功率過大。功率能提高了1%節(jié)約功率的絕對值也甚為可觀，而本系統(tǒng)中電機功率相對比較小，所以對于這方面也不做特殊要求。
（10）對系統(tǒng)的體積和重量沒有特殊要求
對系統(tǒng)的體積和重量沒有特殊要求，系統(tǒng)主要工作于井上，比較起體積和重量，各種設備的選取更多地考慮的是實用性。
2.1.2明確對液壓系統(tǒng)的設置要求
（1）應明確機器的哪些動作和狀態(tài)需要通過液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)，哪些應通過機械和電氣系統(tǒng)來實現(xiàn)。
對于液壓馬達及液壓缸的具體控制都是通過液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)，比如液壓馬達的轉速，流量，方向以及液壓缸流量等都由液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)。而剛開始驅動泵的轉動電機，以及電磁閥換向動作是由電控系統(tǒng)來實現(xiàn)。
對于液壓缸壓力的控制，是通過壓力繼電器所發(fā)出的電信號來驅動二位四通閥進行工作的。
（2）機器需要的是直線運動，轉動還是擺動
馬達的運動是轉動，以此來驅動罐籠門，安全門以及推車機主動鏈輪。而液壓缸是驅動搖臺，前阻車器，后阻車器以及道岔的抬起與放下，其運動形式為直線運動，并且亦順序地進行。
（3）機器對各種運動有無順序，同步或互鎖要求
本系統(tǒng)所實現(xiàn)各種動作之間是互鎖關系，具有前一個動作完成到位后，才開始下一個動作，并且有順序地進行。
（4）機器對自動化程序的要求，對運動的平穩(wěn)性，精確性的要求，對液壓系統(tǒng)具體性能和效率的要求
①選擇調速方式
執(zhí)行機構都督比較低，調速范圍小，所以選擇節(jié)流閥調速。
②選擇油路的循環(huán)形式
節(jié)流調速選擇開式油路，開式油路比較簡單。
③選擇控制方式：
流量控制和壓力控制是液壓系統(tǒng)控制的兩大目標，，流量控制選擇節(jié)流閥壓力控制選擇先導溢流閥和減速閥。方向控制選擇電磁換向閥單向閥。
2.1.3繪制液壓系統(tǒng)草圖
減壓閥 液壓馬達
（1）根據需要畫出壓力控制回路，流量控制回路和方向控制回路
①壓力控制回路
圖1
②流量控制回路
圖2
③方向控制回路
圖3
（2）將回路剪裁、合并。刪除不必要的回路，并添加一些別的元件組成系統(tǒng)原理圖，具體的情形如下所示：
本系統(tǒng)主要提供能源執(zhí)行元件：液壓馬達和液壓缸，其中推車機、安全門、罐籠門用液壓馬達驅動：而搖臺，前阻車器，后阻車器以及道叉采用液壓缸驅動。其中道叉的驅動在系統(tǒng)圖中省略了，道叉是控制礦車進哪個罐籠的，該系統(tǒng)有兩個罐籠可控制兩套泵-電機，其中只有一套在工作，另一套作為備用。這樣有利于泵的使用壽命的加長。
液壓系統(tǒng)原理圖4
2.2液壓元件的設計計算
2.2.1液壓馬達與液壓泵的異同
液壓泵和液壓馬達都是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，能將輸入的液壓能轉化成機械能輸出。而液壓馬達輸出的是回轉運動的機械能，液壓泵則輸出往復運動或擺動的機械能。
液壓馬達在結構和分類上基本和液壓泵相同。因此，大多數(shù)的液壓缸，在理論上都可以用作液壓馬達，但由于液壓效率和機械效率方面的要求不同，并非所有的液壓泵都能有效地利用作液壓馬達。通過要求液壓泵有較高的容積效率，這就是要求泵的泄漏要小，而液壓馬達則要求有較大的機械效率，以獲得最大的輸出轉矩和較低的均勻轉速，因此要求液壓馬達內部的機械摩擦損失為最小。此外，液壓泵通常是單向轉動的，而液壓馬達往往需要雙向轉動，與需要有單獨的泄油口，某些低速高轉矩液壓馬達，還有獨特的結構形式。
2.2.2推車機馬達的選擇
初定推車機的額定功率為轉速為n1=32r/min
設速為v1=0.62m.s
推車機輸出的推力為F=1000X9.8=9800
由以上初定參數(shù)可以得到：
鏈輪半徑為
鏈輪的扭矩T1應為：
所以要求馬達輸出轉矩大于等于1813N.m ,轉速大于32r/min
查機械設計手冊每三版第四卷P14-189選擇1JMD型徑向上柱塞馬達，它具有轉速比較低扭矩大，工作可靠等優(yōu)點。具體型號為一體JMD-63型單作用曲軸連桿式徑向柱塞馬達。
其主要參數(shù)如下:
額定相量：q=0.780L/r
額定壓力：p=16Mp
最大壓力：pmax=22Mp
轉速范圍：10-200r/m
額定扭矩：T=1815N/m
額定功率：p額=37.2Kw
最大功率：pmax=51.2Kw
機械效率：ym91.5%
偏心矩：25mm
重量：107kg
由液壓馬達的扭矩-壓力圖可得：
圖5
液壓馬達的工作壓力為P:
P1=
馬達主要的性能參數(shù)計算
由公式n1=
式中：n1……馬達理論轉速r/min
V……馬達排量/rad
Q……輸入流量 /s
由上式可得馬達所需流量為
q=
=
=
=24.96
又由式Tt------馬達理論輸出扭矩 N.m
⊿p-------馬達進出口壓差Pa
工作時，液壓馬達理論輸出扭矩應為
Tt=1813N.m
=14.6(MPa)
馬達理論輸出功率為
Pt=Pr=⊿pⅹq
式中Pr-----馬達理論書功率 W
q------鏈速 m/s
=6.07(Kw)
馬達實際輸出功率為
P=F.V
式中F----鏈輪的牽引力
V-----鏈速m/s
P=Fv=98000.62=6.08(Kw)
2.2.3安全門、罐籠的選擇
安全門、罐籠的液壓馬達扭矩大致為200-300N.m
初選定液壓油缸由機械設計手冊V3.0得WYXO1主要參數(shù)如下：
液壓缸內徑D 40mm
活塞桿直徑d 28mm
面積比 1.4
活塞桿面積A1 6.16
活塞面積A 12.57
環(huán)形面積A2 6.47
工作壓力 F 12.56
拉力F2 31.42
罐籠門如果按照5MPa計算，則工作扭矩為144N,m不是很合理，因此馬達選擇有些問題，應該重新選擇，按照扭矩200N.m壓力5MPa，應選擇最高扭矩800N.m最高壓力為22MPa，查機械設計手冊第四卷，表19-5-67，選擇JM11-FO.315，主要參數(shù)如下：
理論相量0.314L/r
額定壓力20MPa
最大壓力25MPa
額定轉速320r/min
轉速范圍18-400 r/min
額定扭矩1128N.m
最大功率37.8Kw
柱塞個數(shù)5個
重量 75Kw
配套制動器型號YZ11-2000
這樣工作在5MPa時，得到扭矩為255N.m，比較合理。所以 罐籠門馬達型號為JM-F。
2.3搖臺液壓缸的設計計算
2.3.1 驅動搖臺用液壓缸設計
設初始條件為：
搖臺長L=3m
搭接時與水平傾角為ａ=10°
搖臺重量G=1000Kg
由實際搖臺工作過程，設計液壓缸為雙工作單活塞桿形式
簡圖：
圖6
① 行程計算：
初始位置為ａ=10°
設搖臺抬起到位時β=30°
則行程
=
= 592(mm)
②推力P計算
P=
③最高許用壓力Pmax
由前面幾章知道搖臺工作壓力為20MPa則查機械設計手冊第三版第四卷P19-203
Pmax
設液壓缸有效工作面積為A
則由 得
A
④內徑的確定
由手冊P19-204表中可知
可選擇的液壓缸內徑為
D=50mm
又知速比
則根據手冊P19-220表19-6-20知
活塞桿直徑為
d=
則實際的有效工作面積為
所以 可選擇液壓缸內徑為50mm
2.3.2驅動前后阻車器用液壓缸
前后阻車器用液壓缸也工作在5MPa下，其主要激素參數(shù)如下：
缸內徑：40mm
活塞面積：無桿側：12.57c㎡
有桿側：8.63 c㎡
推力：17600N
拉力：12280N
最大行程：1200mm
2.4 液壓泵的設計計算
2.4.1油泵的工作壓力Pp
Pp=p1＋ MPa
式中:P1-----選定的執(zhí)行機構進口處的壓力 MPa
-----從泵到執(zhí)行機構壓力損失總和 MPa
本系統(tǒng)中有三個液壓馬達和三個液壓缸，其中推車機所需的馬達流量最大，所以此處
一般=0.5-1.5MPa
這里取=0.5
=16+0.5
=16.5（MPa）
考慮到系統(tǒng)的動態(tài)壓力以及油泵的使用壽命等，通常選擇油泵規(guī)格時，其額定壓力Po宜比工作壓力Pp大25﹪-60﹪即
這里取1.40計算
2.4.2油泵流量的計算
油泵最大工作流量為
式中---油泵流量
---系統(tǒng)中同時工作的各個并聯(lián)執(zhí)行機構所需要最大流量
K---系統(tǒng)油液泄漏系數(shù)
一般K=1.1-1.3
本系統(tǒng)中個執(zhí)行機構的動作具有順序與嚴格的閉鎖性，因此，此處計算中為推車機馬達的流量，實際工作中，推車機馬達所需應為0.78ⅹ32l/min
即：
上邊公式中k=1.2
根據泵的壓力，流量進行選擇
Po
Qp
查機械設計手冊，軟件版K2.0
選擇軸向柱塞泵
具體型號為25MCY14-1B
其特點為：機構簡單，體積小，重量輕
圖7
主要參數(shù)如下：
排量：
額定壓力：
最大壓力：
額定轉速：
額定功率：
額定效率：
重量：
2.4.3泵的主要性能參數(shù)的計算
⑴泵的理論流量q1為:
式中n-----泵的轉速r/min
v-----泵的排量m3/rad
=
=
⑵ 泵的實際排量q為
式中---容積的損失
由泵的主要參數(shù)可知=0.85
=37.50.85
=319l/min
⑶ 泵的理論輸入功率Prt為
⑷ 泵的理論輸出功率Pt為
⑸ 泵的機械效率
式中---泵的總功率
---泵的容積效率
查液壓傳動系統(tǒng)P185
=0.8
=0.8/0.85=0.94
2.5電動機的選擇
2.5.1 液壓泵的驅動功率Pp
---泵的額定壓力 pa
---泵的理論流量
---泵的總效率
=19.53（Kw）
2.5.2電動機的選型
由泵的驅動功率為14.53Kw，泵的額定轉速為1500r/min
所以選電動機為（查機械手冊第5卷）YB系列隔爆型三相異步電動，具體型號為YB2 200L1-4型
圖8
其主要參數(shù)如下：
額定功率：30Kw
額定轉速：1470r/min
效率因數(shù):0.92
電流 380V時 57.6A
660V時 24.5A
堵轉電流:7.0
堵轉轉矩:20
最大轉矩：2.2
重量：270Kg
2.5.3電動機參數(shù)計算
電動機的輸出功率P為
P=220.9
=19.8Kw>=19.53Kw
又因為泵的轉速根據電動機而得
所以 泵的流量為
電動機的選擇正確。
2.6聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器的主要參數(shù)是公稱轉矩Ta，聯(lián)軸器其他轉矩按GB3931規(guī)定，選用各種轉矩應符合以下關系
T
式中：T-----理論轉矩
-----計算轉矩
-----公稱轉矩
-----許用轉矩
-----許用最大轉矩
-----最大轉矩
聯(lián)軸器的計算轉矩是由理論轉矩和動力機系數(shù)、工況系數(shù)及其他有關系數(shù)計算得到的。
式中 ---動力機系數(shù)
---工況系數(shù)
---啟動系數(shù)
---溫度系數(shù)
各類轉矩計算：
已知動力機系數(shù)，YB2 2000L1-4型三相異步電動機。功率：Pw=30Kw,轉速(額定)：n=1470r/min
所以，理論轉矩為：
計算轉矩Tt為
查《機械零部件手冊一造型設計指南》可知：
=1.0
=1.5
=1.3
=1.0
根據計算轉矩以及泵輸入軸軸徑和電動機輸出軸軸徑選擇聯(lián)軸器型號
泵輸入軸軸徑：32mm
電動機輸出軸軸徑：48mm
查機械設計手冊V3.0
選擇彈性柱銷式聯(lián)軸器，根據電動機給出軸軸徑選擇LX4型
圖9
其主要參數(shù)如下：
許用轉矩
許用轉速
轉動慣量
聯(lián)軸器最大轉矩
符合聯(lián)軸器選用原則。
2.7控制閥的選擇
泵的流量為37.5L/min
系統(tǒng)工作壓力為16MPa
泵的最高壓力為32MPa
2.7.1壓力控制閥的選擇
（1）壓力控制閥的基本特征有如下幾點：
1.壓力增量：溢流閥開啟時的壓力和連續(xù)工作時的壓力是不相同的，前者稱為開啟壓力，后者稱為公稱壓力。公稱壓力和開啟壓力的差值稱為壓力增量。 事實上壓力增量越小表明性能越好。
2.超調峰壓：當換向閥突然換向或系統(tǒng)壓力突然變化時，溢流閥可能會因為反應不靈敏，在這一瞬間壓力上升很快，產生超調峰壓。
3.壓力穩(wěn)定性：壓力穩(wěn)定性直接影響到系統(tǒng)工作的品質，一般壓力振擺
在容積調整體系中，溢流閥用來限制系統(tǒng)的最高工作壓力。在正常工作壓力下，溢流閥關閉，所以它是常閉的，在系統(tǒng)壓力超載時，溢流閥開啟，以保護系統(tǒng)的安全。這時溢流閥作為卸荷閥使用。通過電磁閥，使遠控口接油箱，溢流閥可使液壓泵或系統(tǒng)卸荷，以減輕系統(tǒng)和液壓泵的功率損耗和發(fā)熱量。
作為液壓系統(tǒng)兩大控制要素之一的壓力控制閥的選取主要根據系統(tǒng)工作壓力以及泵的最大流量選取。
查機械設計手冊軟件版2.0
溢流閥選為DB10AG-1-30/31.5UYW220-50Z4型先導溢流閥
其技術參數(shù)為：
最高使用壓力31.5MPa
調壓范圍1.5-31.5MPa
最大流量200L/min
介質 礦物質液壓油
介質溫度范圍/℃ -20- +70
粘度范圍/
質量2.6Kg
圖10
（2）減壓閥的選取
減壓閥是一種能將出口壓力調節(jié)到低于進口壓力的壓力控制閥。
按減壓閥的性能可分為：定壓減壓閥、定比減壓閥和定差減壓閥等三種。定壓減壓閥使用最廣，用于控制出口壓力這定值，使系統(tǒng)中的局部壓力低于供油壓力：定比減壓閥則用來控制閥的進、出口壓力為一不變的比值：定差減壓閥用來控制進口壓力差為一定值，這種閥常與節(jié)流閥并用，組成調整閥。
減壓閥和溢流閥的區(qū)別是溢流閥用來控制主油路的壓力，使多余的油液溢回油箱，減壓閥則使出口壓力低于進口壓力。溢流閥的結構是中位封閉式，而減壓閥的結構則為中位開啟式：溢流閥的出口為油箱，先導閥油液有閥內通道流回油箱：減壓閥的出口壓力為二次壓力，y先導閥油液由單獨通道泄回油箱。
查《機械設計手冊》（軟件版）R2.0選擇插入式減壓閥
其主要的技術參數(shù)如下：
規(guī)格: 6
輸入壓力(油口P)/MPa: ≤31.5
輸出壓力(油口A)/MPa: ≤2.5,7.5,15,21
背壓(油口Y)/MPa: ≤16
最大流量/(L/min): ≤60
液壓油: 礦物油（DIN51524）,磷酸脂液
油溫范圍/℃: -20～80
粘度范圍/mm^2·s^(-1): 10～800
重量/kg: ≈1.2
圖11
（3）背壓閥的選取
查機械設計手冊P19-416，選擇FBF3-10B型，技術參數(shù)如下：
額定流量 63L/min
調壓范圍0.5-6.3MPa
重量4.06Kg
圖12
2.7.2流量控制閥的選擇
流量控制閥是通過改變節(jié)流口液阻的方式來改變通過閥口的流量的，從而改變液壓執(zhí)行元件運動速度的液壓閥。流量控制閥有節(jié)流閥、調整閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥等多種類型。
節(jié)流閥是通過調節(jié)油路來控制流量的閥，這是使用最多的一種流量閥，其優(yōu)點是結構簡單，調節(jié)范圍廣：其缺點是進出口壓力差變化時會引起流量的響應變化。
流量控制的選取根據系統(tǒng)工作壓力，最大流量和最小穩(wěn)定流量工作壓力P=16MPa
查《機械設計手冊》（軟件版）2.0選擇LF3-E108型節(jié)流閥
其主要技術參數(shù)為：
通徑10mm
液壓介質 礦物質液壓磷酸酯液壓油
介質溫度范（/℃） -20-70
介質溫度范圍（/） 2.8-380
最大工作壓力21MPa
操縱轉矩/N.m 10.0MPa時1.1
20.0MPa時1.8
重量 1.4Kg
2.7.3 方向控制閥的選取
方向控制閥用來控制管路內油液的通斷和方向，其功用如下：
1.控制單一管路內液流的通過，關斷和阻止反向液流等:
2.多余管路的結合，分離以及選擇：
3.執(zhí)行元件的控制，比如啟動、停止以及前進后退等。
方向控制閥的特性有：
1.換向閥的閥口壓力降：換向閥的內部阻力造成油液通過時的壓力降，閥的容量大小厘米，此時流量稱為額定流量。
2.換向閥滑閥的液壓液體卡緊現(xiàn)象：圓柱體形的滑閥式閥芯是換向閥常用的結構型式，由于制造上的誤差，閥芯上存有錐度時，或者閥芯的圓柱度不佳，閥孔不圓時，均會產生液壓側向力而造成閥芯的液壓流體卡緊現(xiàn)象。
方向控制閥的選取是根據系統(tǒng)同工作壓力和所需流過的流量滿足執(zhí)行機構動作要求的控制機能進行選取。
1.單向閥的選取
SXXX20型液控單向閥，具體型號為SL16G20型
介質: 礦物質，磷酸酯液壓油
介質溫度/℃: -20～70
介質粘度/(m^2/s): (2.8～380)·10^(-6)
通徑/mm: 10
面積比: A1/A2=1/2.78,A3/A2=1/16
重量/kg: 2
工作壓力/MPa: ～31.5
單向閥的開啟壓力/MPa: 0.1
圖13
主要參數(shù)如下：
額定壓力31.5MPa
控制壓力0.02-31.5MPa
公稱通徑16mm
螺紋聯(lián)接外泄SL15G
2.電磁換向閥的選擇
本次設計所有電磁換向閥均選用WE濕式電磁換向閥
選擇通徑為6mm主要特征參數(shù)如下：
工作壓力31.5MPa
額定流量60L/min
質量1.6Kg
電源電壓127V
最高環(huán)境溫度+50℃
圖14
主回路中三位四通換向閥選擇型號為：WE6/(VB)一個支路中二位四通換向閥選擇型號為：WE6/(HA)八個
2.7.4節(jié)流閥的選擇
L系列單向節(jié)流閥:
型號: LF3-E1O8
B: 16
D: G1/8
H: 28
H1: 20
L: 25.2
L1: 5.8
L2: 10.3
SW: 14
圖15
2.8壓力表以及壓力表開關的選擇
壓力表型號為Y-60T(P19-592)參數(shù)為:
測量范圍0-25MPa
表盤直徑60mm
聯(lián)接螺紋M14X1.5
壓力表開關選擇為KF-L8/14E(P19-439)
公稱通徑為8mm公稱壓力為34.5Mpa
液壓工作介質的選擇
對液壓工作介質的主要要求如下：
（1）粘度合適，隨溫度變化小
（2）潤滑性良好
（3）抗氧化
（4） 剪切性好
（5）防銹和不腐蝕金屬
（6）同密封材料性好
（7） 消泡抗泡性好
（8） 抗磨性好
（9）看乳化
由于本液壓系統(tǒng)用于礦山機械，傳動功率大，體積大，查機械設計手冊，可選用抗磨液壓油。
添加劑：與普通液壓油基本相同，但加有較多和更有效的抗磨劑，如T202、T301、T303等。
性能特點：除具有與普通液壓油相似的特性外，抗磨性更好發(fā)，摩擦系數(shù)小，凝點低，所以添加劑T202對鋼-鋼摩擦副有特別好的譏磨性。
適用環(huán)境溫度：-10-40℃
應用與各種壓力，尤其適用于大于14MPa的高壓系統(tǒng)，如油壓機、注塑
機、掘進機、用煤機，挖掘機和其他工程機械。
用期：18周
價格比：2.0-3.0
最終選擇：YB-N32
高級抗磨液壓油質量指標Q/SH038501-89
粘度等級
運動粘度 CSA40℃ 28.8-35.2
0℃ 420
傾點℃ -15
閃點 180
銅片腐蝕(100℃, 3h) 級 1
粘度系數(shù) 95
密封適應性指數(shù) 12
空氣釋放值（50℃）min 6
色度，號 2.0
泡沫性ml/ml
24 0.5℃ 100/10
93 0.5℃ 100/10
后24 0.5℃ 100/10
氧化安定性 h 1000
抗乳化性54℃min 30
泵磨損特性試驗
250h 總失重mg 150
項目 粘度等級
承載能力（CL-100齒輪機）
試驗始終負荷 級 10
苯胺點 ℃ 95
剪切安定性 40℃ 逆
動粘度下降率 ﹪ 2
銅片失重 mg/cm2 0.5
水層酸性 mgKOH 6.0
銅片外觀 石灰黑色
熱安定性 （150℃ⅹ24h）
顏色 7﹪
沉淀 無
本液壓油具有優(yōu)良的潤滑性，抗磨性，抗氧，防銹性，以及良好的防腐性和空氣釋放性，其粘度指數(shù)高，傾點低使用溫度寬，適用于中高壓，液壓系統(tǒng)。
選擇該液壓油能保證系統(tǒng)傳動的平衡性、安全性、可靠性。
3 液壓輔助元件設計
3.1液壓管道的選擇
液壓裝置在的各種元件(如液壓泵、各種控制閥和執(zhí)行元件等)是用管道和各種管件（管接尖、法蘭等）來連接的起來的。因此，管道和管件是液壓裝置中傳導工作液體的重要元件。盡管液壓裝置中的元件都是優(yōu)良的，如果管路設計和安裝不當，依然會產生振動、噪聲、泄露和發(fā)熱的不良現(xiàn)象，使裝置不能正常工作。
查機械設計手冊，管內油液的流速V
吸油管道v≤1-2m/s取
壓油管道v≤2.5-5m/s取
回油管道v≤1.5-2.5m/s取
3.1.1吸油管道
取V=1.5m/s
管子內徑
式中Q----液體流量
V----管內油液流速
管子壁厚為
式中----泵額定壓力Mp（吸油管道工作壓力）
----許用壓力Mp
----安全系數(shù)
（吸油管道工作壓力即為泵的額定壓力）
材料選普通碳素鋼Q235
由和選擇鋼管
公稱通徑為25mm鋼管內徑為34mm管接頭螺紋為M33x2
3.1.2壓油管道
v取4m/s
管子壁厚為
選擇公稱通徑為15mm，鋼管外徑為22mm,管接頭螺紋M22x1.5
3.1.3回油管道
取
由 回油工作壓力為
選擇公稱通徑為20mm，鋼管外徑為28mm,管接頭螺紋為M27x2
3.1.4泄漏管道
由于液壓存在泄露，NB3-G25F型內嚙合輪泵的泄漏孔為8mm的孔所以選擇公稱通徑為6mm鋼管外徑為10mm的鋼管接頭螺紋為M10x1
3.2管接頭的選擇
在選擇管接頭時，必須使用具有足夠的通油能力和較小壓力損失，同時作到裝卸方便，連接牢固，密封可靠外型緊湊，經濟等特點。
管接頭的種類有：焊接式管接頭，卡套式管接頭，插入焊接式管接頭，擴口式管接頭，錐密封焊接式管接頭，扣壓式膠管接頭，三瓣式膠管接頭，快換接頭（兩端開閉式和兩端開放式）
3.2.1吸油管道接頭的選擇
吸油管道公稱直徑為25mm鋼管外徑為34m
選擇：焊接式直通管接頭 P19-489
型號為 JB974-77，公稱通徑為DN=25mm
管子外徑
鋼管
3.2.2壓油管路管接頭的選擇
公稱通徑為15，鋼管外徑為22mm的通油管道
在泵的出口選擇直角法蘭
JB/ZQ4487-86
公稱通徑為DN=15mm，鋼管外徑為22mm的通油管道。
法蘭用螺釘 M10
〇形圈 JB/Q4224 30x3.1
重量 1.12Kg
（1）焊接式直角管接頭（JB1971-1977）[數(shù)量若干]
公稱通徑 DN=15mm
管子外徑
〇形圈： 24x2.4
重量： 0.310Kg
（2）焊接式端直通管接頭（JB966-77）[數(shù)量若干]
公稱通徑 DN=15mm
管子外徑
〇形圈：24x2.4
墊圈： 22
重量： 0.27Kg
（3）焊接式直通管接頭（JB974-77）
公稱通徑：DN=15mm
管子外徑：
〇形圈： 24x2.4
墊圈： 22
重量： 0.600Kg
3.2.3泄漏油路管接頭的選擇
1泵的泄漏口選用焊接式端直通接頭（JB66-77）
公稱通徑： DN=6mm
管子外徑：
〇形圈： 11x1.9
墊圈： 10
重量： 0.60Kg
2過濾接頭
a)通向扒車機馬達的接頭
選用連接螺紋為M22x1.5的管接頭，承受載荷16Mpa
b)通向安全門馬達的接頭選用M14x1.5承受8Mpa
c)其他過濾接頭均選連接螺紋為M10x7
3.3油箱的設計計算
油箱是液壓系統(tǒng)的重要輔件。
油箱在系統(tǒng)在的功能除了是系統(tǒng)的油源起到裝油的作用外，它能散熱，維持系統(tǒng)適當?shù)臏囟?，也起分離油液中的氣體及沉淀物的作用
根據系統(tǒng)的要求，合理選用油箱的容積，形式和附件、以便油箱充分發(fā)熱，維持系統(tǒng)適當?shù)臏囟龋财鸱蛛x油液中的氣體及沉淀物的作用。
根據系統(tǒng)的要求，合理選用油箱的容積，形式和附件、以便油箱充分發(fā)揮作用。
對油箱的要求有：
1.能儲存足夠的油液，以滿足液壓系統(tǒng)正常的工作需要。
2.結構上應考慮散熱,應有足夠大的散熱面積。
3.油箱里的油液應該平緩迂回流動，以利于油液中空氣的分離和污垢的沉淀。
4.應能防止外部污染物的侵入。
5.應能保證液壓泵正常地吸油，防止氣泡的混入和其穴的產生。
6.應為清洗油箱以及油箱內元件的安裝、維修提供方便，并便于注油和放油。
7.應備有油面指示器的裝置。
8.應考慮外形整齊美觀，并有一定的強度和剛度。特別是油箱上需安裝泵、電動機等設備時更應注意，此外，還應考慮油箱安裝以及吊運的方便。
油箱有開式和閉式兩種：
（1） 開式油箱
開式油箱應用廣泛，箱內液面與大氣相通，以防止油液被大氣污染，在油箱頂部設置空氣濾清器，并兼作注油口用。
（2） 閉式油箱
閉式油箱一般指箱內液面不直接與大氣相通在，而將勇氣孔與具有一定壓力的惰性氣體相連接，充氣壓力可達0.05Mpa
油箱的形式一般采用矩形，而容積大于的油箱腹脹圓筒形結構比較好，設備重量輕，油箱內部壓力可達0.05Mpa
3.3.1油箱的構造及設計要點
（1）油箱必須有足夠大的容量，以保證系統(tǒng)工作能夠保持一定的液位高度：為滿足散熱要求，對于管路比較長的系統(tǒng)，還應考慮停車維修時能容納油液自由流回油箱時的容量：在油箱容積不能增大而又能滿足散熱要求時，需要設冷卻裝置。
（2）設置過濾器，油箱的回油口一般都設置系統(tǒng)所要求的過濾精度的回油過濾器，以保持返回油箱的油液具有充許的污染等級。油箱的排油口（即泵的吸口）為了防止意外落入油箱中污染物，有時也裝設吸油網式過濾器。
（3）設置油箱主要油口。油箱的排油口與回油口之間的距離應該盡量可能遠些，管口都應插入最低油面以下，以免發(fā)生吸空和回油沖濺產生氣泡。管口制成45°斜角，以增大 吸油的截面，使油液動時速度變化致過大。管口應面向箱壁。吸油管離箱底距離距箱邊大小不小于3D?；赜凸茈x箱底距離?。
（4）設計隔板將吸、回油管隔開，使液流循環(huán)，油液中的氣泡與雜質分離和沉淀。隔板結構有溢流閥式標準型，回流及溢流式等幾種。另外還可根據需要在隔板上安裝濾網。
（5）在開式油箱上部的通氣氣孔上必須配置空氣濾清器，兼作注油口用。注油口一般不從油桶中將油液直接注入油箱，而是經過濾車從注油口注入，這樣可以保持注入油箱中的油液具有一定的污染等級。
（6）放油孔要設置在油箱底部最低的位置，使換油時油液和污染物通順地眾放油孔流出。在設計油箱時，從結構上應考慮濾清清洗換油的方便設置清洗孔，以便于油箱內沉淀的定期清理。
（7）當油壓泵和電動機安裝在油箱蓋板上時，必須設置安裝板。安裝 板在油箱蓋板上通過螺母加以固定。
（8）為了能夠觀察向油箱注油和油位上升情況和系統(tǒng)過程中能看見液位高度，必須設置液位計。
（9）按GB3766-83Z中5.2.3中規(guī)定：油箱的底部應離地面150mm以上，以便于搬移，放油和散熱。
（10）為了防止油液可能落在地面上，可在油箱下部和上蓋附近四周設置油盤，油盤必須有排油口，以便于油盤的清潔。
油箱的內部應進行拋丸式或噴砂處理，以清除焊渣一鐵銹，待灰砂處理干凈后，按不同工作介質進行處理或者涂層。對于礦物油，常采用磷化處理。對于高水基或水，乙二醇等介質則應采用有介質相容的涂料進行涂料進行涂料制，以防油箱容積計算
油箱的容積一般為泵每分鐘流量的3-7倍。對于行走機械冷卻效果比較好的設備，油箱的容積可選擇小些，對于固定設備，空間、面積不受限制的設備，則應用較大的容量，如冶金機械，液壓系統(tǒng)的油箱容量通常為每分鐘流量的7-10倍。
油箱中油液的溫度一般推薦為30-50℃最高不超過65℃，最低不低于15℃。
3.3.2 確定油箱容量
合理設定油箱容量是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件，確定油箱容量的計算如下：
按經驗公式：
式中 v----油箱容量
a----經驗系數(shù) 一般a=5-7
q----液壓泵的總容量 L/min
由于本系統(tǒng)屬于中、高壓系統(tǒng)，取a=6
V=6×37.5=225(L)
可以選擇容量規(guī)格為250L的油箱。
3.4系統(tǒng)的發(fā)熱及散熱計算