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10噸液壓卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)
Design of 10t Hydraulic Hoist
設(shè)計(jì)題目： 10噸液壓卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)
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長
摘 要
這次設(shè)計(jì)是對(duì)液壓絞車工作的原理、環(huán)境以及特點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，經(jīng)過仔細(xì)觀察，設(shè)計(jì)了液壓絞車的整體結(jié)構(gòu)，對(duì)組成成分進(jìn)行選擇、計(jì)算和標(biāo)定。這個(gè)絞車由進(jìn)口液壓馬達(dá)、常閉多片式制動(dòng)器、離合器、卷筒、進(jìn)口平衡閥、支承軸和機(jī)架等部件組成。具有緊湊、小體積、小重量、美觀等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有安全性好、效率高、低速穩(wěn)定性好、噪音低、操作可靠等眾多結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以相當(dāng)平穩(wěn)在開始和結(jié)束工作中轉(zhuǎn)動(dòng)，帶離合器的絞車可適用于鐵道機(jī)車和汽車起重機(jī)、船舶、油田鉆采、地質(zhì)勘探、煤礦、港口等各種起重設(shè)備中實(shí)現(xiàn)自由下放工況。
關(guān)鍵詞：液壓絞車；計(jì)算；校核；閥組
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.
Keywords: Hydraulic winch; Computation; Examination; Valve group
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 1
第二章 卷揚(yáng)機(jī)的總體設(shè)計(jì) 3
2.1 基本結(jié)構(gòu) 3
2.1.1 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案及分析 3
2.2 工作原理 8
2.2.1工作過程 8
2.2.2動(dòng)力 8
2.3卷筒的設(shè)計(jì) 10
2.3.1卷筒的分類和特點(diǎn) 10
2.3.2卷筒的尺寸 10
2.3.3卷筒強(qiáng)度校核 13
第三章 卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
3.1 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案 14
3.2 元件計(jì)算 15
3.2.1液壓馬達(dá) 15
3.2.2液壓閥 18
第四章 卷揚(yáng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.1軸。 19
4.1.1 軸的材料 19
4.1.2 軸的工作能力的計(jì)算 19
4.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
4.2 離合器 23
4.2.1 特點(diǎn) 23
4.2.2 參數(shù)計(jì)算 23
4.3鋼絲繩固定裝置 27
4.3.1繩槽的選擇 27
4.3.2鋼絲繩 29
4.4軸承的選擇 29
4.4.1軸承的選型 29
4.5聯(lián)軸器的選型 31
4.5.1聯(lián)軸器選型 31
4.5.2聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩校核 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
技術(shù)資料附錄
第1章 緒論
1.1 研究背景及意義
在中國的煤炭較深，地面煤層少，煤層穩(wěn)定性差。因?yàn)槊旱V的管理和開采水平落后，機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化不足和人員操作水平低導(dǎo)致了煤礦安全，事故都經(jīng)常發(fā)生。盡管中國對(duì)煤炭安全問題的關(guān)注有所增加，人數(shù)的確下降了，但死亡率仍然遠(yuǎn)超過主要的煤炭生產(chǎn)國。煤礦安全事故的頻繁發(fā)生，不僅對(duì)大多數(shù)礦工的生命安全有威脅，還對(duì)社會(huì)的和平發(fā)展也有威脅。在煤礦災(zāi)害統(tǒng)計(jì)中，中國70％的人員傷亡不是因地雷災(zāi)害而直接死亡，但隨后因窒息而死，缺少急救設(shè)備，缺乏食物和水等。受傷的人，只要搶救及時(shí)，無數(shù)的新鮮生命就會(huì)持續(xù)。由于該國高度重視地雷災(zāi)害的救援，越來越多的救援方法開始出現(xiàn)?，F(xiàn)在有并行救援和垂直鉆孔兩個(gè)進(jìn)行救援的主要方式。
液壓卷揚(yáng)機(jī)的意義：
（1）現(xiàn)有的應(yīng)急救援設(shè)備簡單，多是臨時(shí)的，安全性相對(duì)欠缺，尚未形成系統(tǒng)。本文的研究是液壓絞車的一種新的研究方法，是后續(xù)工作。中國的發(fā)展完善了礦山應(yīng)急救援體系。
（2）液壓絞車也是多繩絞車。目前，關(guān)于多口油井的研究很少，限制了大容量、超深井的開發(fā)。
1.2 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述
在2010年Robinson等人在智利的北部銅金礦中發(fā)生倒塌事件方氏事故，使33名正在工作的年輕礦工被困井中，隨后各方開始展救援時(shí)，一臺(tái)重31噸的鉆井設(shè)備鉆了一個(gè)直徑為10厘米的孔?？梢韵蚓逻\(yùn)送食物，水和通訊設(shè)備，并且進(jìn)行測試通過這個(gè)孔，將其擴(kuò)展到66厘米的救援通道中，最后通過“ Phoenix 2”救援艙進(jìn)行救援L設(shè)備完成搶救。救援過程持續(xù)了69天，所有33名礦工均獲救。這是垂直的救援系統(tǒng)首次正式參加了實(shí)戰(zhàn)。
2015年，謝韜所在的三一重工提出了一種與鉆探救援垂直的起重裝置。作者指出，鉆井救援技術(shù)搶救被困人員首先要解決的問題是快速準(zhǔn)確地將被困人員定位在地下，進(jìn)行高效鉆探。
2016年，勘查院研發(fā)新型應(yīng)急救援起重設(shè)備。主要部件包括：礦山救援車平臺(tái)，組裝好的可移動(dòng)式救援起重井架和礦山救援艙，該礦山救援車的平臺(tái)配備了車載升降設(shè)備底座和救援升降設(shè)備，該設(shè)備使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)起重系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用雙PLC，控制穩(wěn)定可靠，突破了救援室的防側(cè)傾功能和防過放功能救援室的功能可以為被救人員提供更多的安全保護(hù)救援艙中的人員。井架采用單獨(dú)的井架，并且井架需要由外部車輛安裝和拆卸。當(dāng)?shù)V山發(fā)生重大安全事故時(shí)，可以將礦山救援提升系統(tǒng)送至事故現(xiàn)場，快速有效地進(jìn)行礦山救援，大大加快了整體救援速度，提高了被困人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。
第二章 卷揚(yáng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1 基本結(jié)構(gòu)
2.1.1 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案及分析
2.1.1.1 非液壓式卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案比較
卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置的基本類型為平行軸型和同軸型。兩種基本類型分為單卷軸和雙卷軸。下面使幾種常見的：
圖2.1 并軸布置單卷筒卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)
圖2.1為并軸式單卷筒卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，他們的卷筒軸與原動(dòng)機(jī)軸線平行布置，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
鼓軸和減速器輸出軸之間的連接是提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。圖2.1（a）和（b）所示的方案是將卷軸安裝在減速器輸出軸的延長線上。在機(jī)械上，這三個(gè)支點(diǎn)的靜態(tài)固定軸對(duì)軸承力矩的彎曲有減小。但是，這種結(jié)構(gòu)安裝精度高，不便組裝卷軸組和減速器。減速器無法獨(dú)立組裝和調(diào)試，很難更換軸承。但是，其體積小，結(jié)構(gòu)簡單，適合中小型工程機(jī)械的起重機(jī)構(gòu)。
如圖2.1（c）和（d）所示，卷軸組和減速器的輸出均得到補(bǔ)償。圖2.1（c）減速器的輸出軸通過齒輪聯(lián)軸器連接至滾筒，并直接將動(dòng)力傳遞至滾筒。圖2.1（d）十字滑塊聯(lián)軸器連接卷軸和減速機(jī)的輸出軸，卷軸的右端延伸到減速機(jī)輸出軸上聯(lián)軸器一半的中心孔，結(jié)構(gòu)緊湊，在制造和安裝上具有很好的組合性。
雙鼓卷繞機(jī)構(gòu)的平行軸布置（圖2.2），兩級(jí)齒輪減速器驅(qū)動(dòng)使液壓馬達(dá)安裝在主鼓和輔助鼓。兩個(gè)卷盤分別裝有離合器和制動(dòng)器。通過液壓控制系統(tǒng)的控制，主，輔助卷盤可以獨(dú)立運(yùn)行，并且可以降低重力。
圖2.2 并軸布置雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)
2.1.1.2卷軸與減速機(jī)輸出軸連接基本原理
卷軸與減速器輸出軸之間的連接設(shè)計(jì)的基本原理是：
1.嘗試避免使用多支點(diǎn)靜態(tài)固定軸。由于多個(gè)軸承點(diǎn)復(fù)雜且軸的安裝精度不容易保證。
2.優(yōu)選在減速機(jī)的輸出端直接驅(qū)動(dòng)卷盤的連接方法，以使卷盤軸不傳遞扭矩，盡可能避免卷軸彎曲和扭曲的組合動(dòng)作，以減小軸的直徑。
3.使組織具有良好的總體組成小組，以方便制造，安裝，調(diào)試和維護(hù)。
4.結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠。
5.線盤組和減速器的輸出軸優(yōu)先通過補(bǔ)償連接，因此在安裝過程中可以進(jìn)行組裝。
2.1.1.3 液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的分類
絞車機(jī)構(gòu)的多種工作速度是通過控制多泵合流以及液壓馬達(dá)的串聯(lián)和并聯(lián)或使用可變液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)的，達(dá)到了輕載高速和重載低速。
液壓傳動(dòng)的舉升機(jī)構(gòu)有以下形式：
由于使用的液壓馬達(dá)類型不同，液壓提升機(jī)構(gòu)可以分為兩種形式：高速液壓馬達(dá)變速器和低速高扭矩馬達(dá)變速器。
圖2.3 液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案(一)
2.1.1.4 液壓式行星齒輪傳動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案
液壓多速卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)有許多布置方案：
液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案
兩個(gè)和三個(gè)方案是一個(gè)類型。因?yàn)樾行菧p速機(jī)安裝在卷盤上，所以體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。但是，因?yàn)槔@線輪中空間位置的限制，多以要求安裝精度高，零件加工困難，軸承的選擇困難且不便維護(hù)。它們之間的區(qū)別在于制動(dòng)器的安裝位置，第二種方案似乎具有良好的對(duì)稱性。
計(jì)劃4明顯小于計(jì)劃2和計(jì)劃3，并且結(jié)構(gòu)更緊湊。但是除了第二和第三方案中的問題之外，它還具有非常差的制動(dòng)器和液壓馬達(dá)的散熱性，并且也非常不方便維修和調(diào)試。
液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案
第二，第三和第四方案均同軸布置。即使液壓馬達(dá)和閥芯軸在同一中心線上，組裝時(shí)也必須確保指定的同心度。
2.1.1.5 設(shè)計(jì)方案
馬達(dá)排量為520ml/r，工作壓力為16.5MP，所以使用低速大扭矩方案，不用減速器。如（圖2.8）所示，此方案整體體積小，結(jié)構(gòu)較緊湊。
卷揚(yáng)機(jī)由馬達(dá)、制動(dòng)器、離合器、卷筒、支承軸、平衡閥和機(jī)架等組成。如圖：
2.1.5.6 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的注意
除了仔細(xì)考慮上述問題外，起重機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)還必須適當(dāng)處理以下事項(xiàng)。
1.當(dāng)總傳動(dòng)比為分配機(jī)構(gòu)時(shí)，水平差不應(yīng)太大。通常，可以采用逐漸減小從原動(dòng)機(jī)到鼓的傳動(dòng)比的分配方法。
2.應(yīng)盡可能選擇卷軸直徑的最小允許值，隨著卷軸直徑的增大，扭矩和傳動(dòng)比增大，以至于機(jī)構(gòu)擴(kuò)大。
3.對(duì)于具有多個(gè)更換工作裝置的機(jī)器，卷軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠提供快速的更換措施，例如分體式組合卷軸。
4.滑輪組的放大倍數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)有很大影響。因此，滑輪組的放大率不應(yīng)太大。
通常，在提升負(fù)載時(shí)，滑輪組的放大倍數(shù)應(yīng)為2，當(dāng)放大倍數(shù)為3?6時(shí)，負(fù)載較大時(shí)，放大倍數(shù)應(yīng)大于8。
2.2 工作原理
2.2.1工作過程
卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)是周期性作業(yè)：啟動(dòng)加速（0→a）、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)（a→b）、制動(dòng)減速（b→c）三個(gè)過程（圖2.1）。
2.2.2動(dòng)力
卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)起動(dòng)或停止時(shí)，除了作用在機(jī)構(gòu)上的載荷除靜力外，還有作加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷。
1．起動(dòng)過程
卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)帶載提升時(shí)，載荷從靜止?fàn)顟B(tài)加到穩(wěn)定速度v的過程稱為起升起動(dòng)。此時(shí)，懸掛載荷的鋼絲繩拉力（圖3.2a）為：
（1）
式中 ——起升載荷；
——加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣力。
重物升降動(dòng)力分析
（a）起升起動(dòng)；（b）起升制動(dòng)；（c）下降起動(dòng)；（d）下降制動(dòng)
2、起升制動(dòng)過程
從恒速到靜止提升機(jī)構(gòu)減速稱為提升制動(dòng)。鋼絲繩的張力懸吊在重物上（圖3.2b）。因?yàn)闇p速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣力與提升載荷的方向相反，所以鋼絲繩的張力減小。
3.下降過程
從靜止加速到恒定速度稱為下降開始過程（圖3.2c）。此時(shí)，慣性方向與負(fù)載方向相反，因此鋼絲繩的張力減小，即
4.下降的制動(dòng)過程
當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)懸掛的負(fù)載以恒定速度下降時(shí)，將制動(dòng)器制動(dòng)，將負(fù)載從恒定速度減速到精致的過程稱為向下制動(dòng)過程（圖3.2d）。此時(shí)，由于慣性力的方向與提升載荷的方向一致，因此，鋼絲繩的張力增大。
總而言之，兩個(gè)最不利的工作過程是起升機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和下降制動(dòng)。
只有這樣，移動(dòng)物體才能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)停止。
公式中：-提升機(jī)構(gòu)帶動(dòng)負(fù)載勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜阻力矩；
-起升機(jī)構(gòu)起停時(shí)的最大慣性阻力。
顯然，以上兩個(gè)工作過程是確定提升機(jī)原動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器性能以及計(jì)算機(jī)構(gòu)零件強(qiáng)度的基礎(chǔ)。
2.3卷筒的設(shè)計(jì)
在提升機(jī)構(gòu)中纏繞鋼絲繩的組件。常用的卷盤組類型為齒輪連接盤類型，外圍大齒輪類型，短軸類型和內(nèi)部行星齒輪類型。
齒輪連接的盤式卷盤組是一個(gè)封閉的驅(qū)動(dòng)器，具有良好的分組，并且卷盤軸不承受扭矩。它是當(dāng)前橋式起重機(jī)卷盤組的典型結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是，在維護(hù)過程中，卷軸需要沿軸向向外移動(dòng)。
外圍大齒輪卷盤組通常用于傳輸速度比高而速度低的情況。通常，它是一種開放式傳動(dòng)裝置，卷軸僅承受彎矩。
行星減速器放置在卷軸的內(nèi)腔中。結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，但是對(duì)制造和組裝的精度要求很高，并且維護(hù)不便。它通常用于結(jié)構(gòu)要求。在M5以下的緊湊型工人階級(jí)中。
根據(jù)纏繞在繞線輪上的鋼絲繩的層數(shù)，它分為單層繞線輪和多層繞線輪。由于這種設(shè)計(jì)的纏繞層數(shù)為三層，因此使用了多層卷軸。根據(jù)將鋼絲繩纏繞到卷盤中的情況，將其分為單個(gè)卷盤（將鋼絲繩分支纏繞到卷盤中）和雙卷盤（將兩個(gè)鋼絲繩分支同時(shí)纏繞到卷盤中） ）。單個(gè)卷軸可被纏繞成單層或多層，而雙卷軸通常被纏繞成單層。當(dāng)提升高度大時(shí)，為了減小雙卷軸的長度，存在在卷軸周圍同軸地布置兩個(gè)多層或平行地布置同步裝置的示例。
多層繞線輪可以減少繞線輪的長度，并使機(jī)構(gòu)緊湊，但鋼絲繩的磨損會(huì)加速，因此不應(yīng)使用工作水平高于M5的機(jī)構(gòu)。
2.3.1卷筒的分類和特點(diǎn)
2.3.2卷筒的尺寸
1． 卷筒名義直徑D
（2）
式中——卷筒直徑比，由表選取;
——卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）（mm）;
——鋼絲繩直徑(mm);
根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別M5選用=25，根據(jù)已知得=8mm,把數(shù)值代入式中得
=（25-1）*8=192mm
根據(jù)所得的數(shù)據(jù)選卷筒名義直徑=200mm。
卷筒最小直徑的計(jì)算：
Dmin=hd （3）
式中 Dmin——滑輪的最小直徑 mm:
d——鋼絲繩直徑 mm;
h——系數(shù)值；
根據(jù)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別為F
Dmin=18×8=144
D＞Dmin （4）
卷筒直徑符合條件。
2． 卷筒長度L
多層卷繞卷筒L，由下式
（5）
（6）
式中——多層卷繞鋼繩總長度（mm）；
根據(jù)已知卷筒容繩量為27m，所以=27m，
把數(shù)據(jù)代入式中得
=195.52mm
取多層卷繞卷筒長度=200mm。
3.繩槽的選擇
一般在單層繞線輪上切出導(dǎo)向螺旋槽。正常情況下，使用標(biāo)準(zhǔn)凹槽。當(dāng)存在危險(xiǎn)時(shí)或高速機(jī)構(gòu)，請(qǐng)使用深槽。
過去，為了減少鋼絲繩的磨損，建議多層纏繞鼓的表面光滑。為了將來每一層鋼絲繩的整齊纏繞將帶螺旋槽的滾筒多層纏繞時(shí)，繩槽可確保第一層鋼絲繩排列整齊。產(chǎn)生的鋼絲繩磨損遠(yuǎn)大于開槽的鋼絲繩。
帶鋼絲繩槽的單層纏繞雙滾筒可以沒有肋，因?yàn)殇摻z繩的兩端固定在滾筒的兩端。為了防止鋼絲繩從卷筒中脫出，在多層繞線輪兩端應(yīng)設(shè)置固定肋，并且其高度應(yīng)高于最外面的鋼絲繩。
（1）繩槽半徑根據(jù)下式
（7）
取R=0.5d
把數(shù)值代入得
R=0.5×8=4.4mm
繩槽節(jié)距P=d+（2～4）mm （8）
取P=8+2=10mm
繩槽深度h=（0.25～0.4）d （9）
取h=0.35d=0.35×8=2.8
圖2.4 繩槽的放大示意圖
（2）卷筒上有螺旋槽部分長
（10）
式中——=，卷筒計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑（mm）；
——1.5，為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)。取2；
把數(shù)據(jù)代入式中得
=167.8mm
由此可取 =170mm。
（3）繩槽表面精度：2級(jí)——值12.5。
4、卷筒壁厚
初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒，根據(jù)鑄鐵卷筒的計(jì)算式子：
mm （11）
把數(shù)值代入式中有
=0.02D+8=12mm
故選用=12mm。
2.3.3卷筒強(qiáng)度校核
鋼絲繩拉卷筒時(shí)，有壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)，最大的是壓縮應(yīng)力。當(dāng)時(shí)，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的，只計(jì)算壓應(yīng)力即可。當(dāng)時(shí)，要考慮彎曲應(yīng)力。
本設(shè)計(jì)卷筒的直徑=200mm，=200mm， 。
筒壁內(nèi)表面有最大壓應(yīng)力，壓應(yīng)力按下式計(jì)算：
（12）
式中——卷筒壁壓應(yīng)力（MPa）；
——鋼絲繩最大靜拉力（N）；
——應(yīng)力減小系數(shù)，一般??；
——多層卷繞系數(shù)；
——許用壓應(yīng)力，對(duì)鑄鐵，為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限，對(duì)鋼，為鋼的屈服極限。
取，按表取，根據(jù)已知卷筒底層拉力1100kgf，可算得，把各數(shù)代入式中：
=121.36MP
根據(jù)所計(jì)算的結(jié)果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵，其抗壓強(qiáng)度極限，，=121.36MP<,因此材料選用合格。
第3章 卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案
3.1.1液壓系統(tǒng)的類型
液壓系統(tǒng)有多種，見表1.1。
表1-1 液壓系統(tǒng)的分類
3.1.2擬定絞車液壓系統(tǒng)圖
系統(tǒng)的工作原理及其特點(diǎn)簡要說明如下：（見圖1.1）
絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序
工 況
電磁鐵
1YA
2YA
3YA
滿載卷揚(yáng)上升
-
+
-
空包下放
+
-
-
停止
-
-
+
圖1.1
3.2 元件計(jì)算
3.2.1液壓馬達(dá)
液壓馬達(dá)不是正在使用的泵的反向操作。它具有更高的效率和更大的速度范圍。它可以沿正反方向運(yùn)行，長時(shí)間承受頻繁的沖擊，承受較大的徑向載荷。應(yīng)根據(jù)負(fù)載扭矩，轉(zhuǎn)速，布局類型和工作條件來選擇馬達(dá)類型。
3.2.1.1 選擇馬達(dá)
液壓馬達(dá)工作壓力為16.5MP，總排量520ml/r，初選型號(hào)JMQ—23型低速大扭矩葉片馬達(dá)，參數(shù)見（表5—1）。
型號(hào)
排量
（ml/r）
壓力
（Mp）
轉(zhuǎn)速（r/min）
效率
轉(zhuǎn)矩（N/m）
JMQ—23
604
額定
最高
額定
最高
容積效率
總效率
1440
16
20
75
400
0.95
0.85
3.2.1.2 驗(yàn)算
（1） 滿載起升輸出功率
（kw） （13）
式中——起升載荷動(dòng)載系數(shù)，取=1.15~1.3；
——額定起升載荷（N）
——物品起升速度（m/s）
——機(jī)械總效率，初步計(jì)算時(shí)，取0.8~0.85。
額定起升載荷根據(jù)下式計(jì)算
（14）
式中——鋼絲繩自由端拉力（N）；
——滑輪組倍率。
根據(jù)已知=10787.7N。一般當(dāng)起升載荷時(shí)，滑輪組倍率宜取2，時(shí)，倍率取3~6，載荷量更大時(shí)，倍率可取8以上。因此，。
把數(shù)值代入到式子中得：
=21575.4N
物品提升速度按下式計(jì)算
（15）
式中——鋼絲繩線速度（m/min）
由已知得=60m/min，把數(shù)值代入得：=0.5m/s
根據(jù)需要選取=1.3，機(jī)械總效率取=0.85，卷筒機(jī)械效率=0.97，=0.5m/s， =21575.4N，把數(shù)據(jù)代入式中得：
=17.009kw
（2） 滿載起升時(shí)液壓馬達(dá)輸出扭矩
（16）
式中——減速器傳動(dòng)比；
——鋼繩在卷筒上的卷繞層數(shù)=3。
把所有數(shù)值代入式子中得：
=1004.845
所選用的馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)矩為=1440，因?yàn)?，所以選用的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩符合要求。
（3） 計(jì)算液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和輸入油量
根據(jù) （17）
式中各符號(hào)同以前的式子。
把數(shù)值代入式中得：
=176.43 r/min
計(jì)算馬達(dá)的輸入油量用下式
（18）
式中——液壓馬達(dá)的排量（ml/r）；
——液壓馬達(dá)容積效率。
馬達(dá)的排量根據(jù)已知得=520 ml/r， 根據(jù)下式計(jì)算：
（19）
式中——液壓馬達(dá)總效率；
——液壓馬達(dá)機(jī)械效率。
根據(jù)表查得取0.85，取0.9。
把數(shù)代入式中得：
=0.95
把所計(jì)算的數(shù)據(jù)代入式中得：
=
選用的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速范圍為r/min，由于計(jì)算得=88.5 r/min，符合。
3.2.2液壓閥
根據(jù)已知的馬達(dá)的排量、工作壓力和計(jì)算所得的泵的流量選用型平衡閥，所代表的意義和閥的外型結(jié)構(gòu)見（圖3.1）和（圖3.2）。
圖3.1 型號(hào)所代表的意義
液壓閥的外型結(jié)構(gòu)
第四章 卷揚(yáng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1軸。
4.1.1 軸的材料
采用45號(hào)鋼并采用正火處理。
4.1.2 軸的工作能力的計(jì)算
1、軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
由于軸通過聯(lián)軸器和馬達(dá)直接相連，故
， （20）
式中——馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)矩（）；
——馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速（）。
把數(shù)值代入式中得：
2、軸上的力
軸只受扭矩作用
圖8.1 本設(shè)計(jì)軸的裝配方案
圖8.2軸的載荷分析圖
3、初步確定軸的最小直徑
根據(jù)式子
（21）
式中——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 （）；
——軸所受的扭矩（）
——軸的抗扭截面系數(shù)（）；
——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；
——軸傳遞的功率（）；
——計(jì)算截面處軸的直徑（mm）；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（）。
由上式得軸的直徑
= （22）
根據(jù)軸的選用材料查表得=，把數(shù)據(jù)代入式中得
=52.47mm
對(duì)于直徑的軸如有多個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大為，故=59.03mm。
輸出軸的最小直徑顯然是安裝離合器處軸的直徑，為了使所選的軸的直徑與離合器的孔徑及液壓馬達(dá)的軸徑相適應(yīng)，選取d=60mm。
5、校核強(qiáng)度
（23）
式中——軸的計(jì)算應(yīng)力（）；
M——軸所受的彎矩（）；
T——軸所受的扭矩（）；
W——軸的抗彎截面系數(shù)（）；
——折合系數(shù)；
——彎曲應(yīng)力。
軸只受扭矩的作用因此，由下式計(jì)算：
（24）
軸的抗彎截面系數(shù)依照（圖8.3）計(jì)算：
（25）
把數(shù)帶入式中計(jì)算得：
其中b=18，t=5.6
=
折合系數(shù)當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，把計(jì)算的值和已知的值代入式中得：
根據(jù)軸的材料按表選=255。因此，故安全。
4.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.3.1 擬定零件裝配
裝配方案為摩擦片離合器、軸承、軸承端蓋、支架、卷筒轂、卷筒按從左到右的方向裝配。
4.1.3.2軸各段直徑和長度
（1）轉(zhuǎn)矩和最小孔徑為60mm的多片式摩擦離合器，選取最小軸徑=60mm，與軸配合的轂孔長度l=70mm，所以取=153mm。
（2）選擇滾動(dòng)軸承，因?yàn)檩S承同時(shí)受有徑向力和軸向力，所以用角接觸球軸承，由設(shè)計(jì)手冊(cè)中初步選取7313C，所以取=65mm，=32mm。
（3）由卷筒轂的寬度及軸承定位需要一定的軸肩，取=84mm，=47mm。同時(shí)根據(jù)卷筒的寬度和卷筒轂的寬度取=92mm，=136mm，同理=84mm，=45mm。
（4）根據(jù)選擇的多盤式摩擦制動(dòng)器及在軸上安裝的位置選取=80mm，=166mm。
（5）根據(jù)軸承取=65mm，=34mm。
4.1.3.3 軸上零件周向定位
卷筒輪轂的鍵由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵長32mm，輪轂與軸的配合公差為H8/f7，離合器與軸聯(lián)接，選用平鍵18mm×11mm×63mm，離合器與軸配合為H8/f7，制動(dòng)器與軸連接，選用平鍵22mm×12mm×70mm、制動(dòng)器與軸配合為H8/f7。
4.2 離合器
4.2.1 特點(diǎn)
離合器是一種通過各種操縱方式，實(shí)現(xiàn)主從動(dòng)部分在同軸線上傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力時(shí)具有接合或分離功能的裝置。
按要求，本設(shè)計(jì)采用機(jī)械操縱式多片圓盤摩擦離合器，屬摩擦式離合器。
4.2.2 參數(shù)計(jì)算
4.2.2.1 轉(zhuǎn)矩
摩擦式離合器
（26）
式中——離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩；
——離合器的理論轉(zhuǎn)矩；
——工作情況系數(shù)；
——離合器接合頻率系數(shù)；
——滑動(dòng)速度系數(shù)。
根據(jù)以前求得=1004.85，按表取，=1，=1.35，把數(shù)值代入式中得：
=930.412
4.2.2.2 圓盤摩擦片的主要尺寸關(guān)系
圖7.1 圓盤摩擦片尺寸圖
摩擦片內(nèi)徑
套裝式
干式 （27）
濕式 （28）
式中——為軸的直徑（mm）。
由已知得=60mm，代入式中得=110mm
摩擦面外徑
（29）
把數(shù)據(jù)代入式中得=220mm
摩擦片數(shù)目
（30）
式中——摩擦面對(duì)數(shù)修正系數(shù)
——摩擦系數(shù)；
——摩擦面的壓力 ； （31）
按表取0.91，按表查得=0.2，=，把以前計(jì)算的各值代入式中得：
=5.45
取z=6。
4.2.2.3 轉(zhuǎn)矩
摩擦面的摩擦轉(zhuǎn)矩對(duì)（圖7.2）所示的摩擦盤為
（32）
式中A——摩擦器的總摩擦面積 ； （33）
——摩擦面數(shù)；
、——摩擦盤工作面的內(nèi)、外半徑 mm；
——當(dāng)量摩擦半徑 mm （34）
圖7.2 摩擦盤尺寸關(guān)系
根據(jù)前面計(jì)算=92mm，=136mm，=15，把數(shù)值代入式中得：
=
=82.5mm
按表查得=0.2，=，把取的數(shù)據(jù)和計(jì)算的數(shù)據(jù)代入式中得：
離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩通過計(jì)算得，由上式計(jì)算得摩擦轉(zhuǎn)矩。，合格。
4.2.3.4 壓力的計(jì)算
a．壓緊力
（35）
式中m——摩擦面對(duì)數(shù)，（為摩擦片數(shù)）。
其他符號(hào)見以前式子。
按前面計(jì)算得，=82.5mm，=0.2，m=6-1=5，把數(shù)據(jù)代入到式子中得：
=
b．摩擦工作面的平均壓力
（36）
式中——摩擦面的寬度 mm，。 （37）
經(jīng)計(jì)算得，把各項(xiàng)數(shù)值代入式中得：
0.32
根據(jù)，因?yàn)椋孕ｒ?yàn)合格。
4.3鋼絲繩固定裝置
4.3.1繩槽的選擇
過去，為了減少鋼絲繩的磨損，建議多層纏繞鼓的表面光滑。光滑的卷盤很容易使鋼絲繩的多層纏繞無序而無序。產(chǎn)生的鋼絲繩磨損遠(yuǎn)大于開槽的鋼絲繩。
帶鋼絲繩槽的單層纏繞雙滾筒可以沒有肋，因?yàn)殇摻z繩的兩端固定在滾筒的兩端。為了防止鋼絲繩從卷筒中脫出，在多層繞線輪兩端應(yīng)設(shè)置固定肋，并且其高度應(yīng)高于最外面的鋼絲繩。
（1）繩槽半徑根據(jù)下式
（38）
取R=0.5d
把數(shù)值代入得
R=0.5×8=4.4mm
繩槽節(jié)距P=d+（2～4）mm （39）
取P=8+2=10mm
繩槽深度h=（0.25～0.4）d （40）
取h=0.35d=0.35×8=2.8
圖4.1繩槽的放大示意圖
（2）卷筒上有螺旋槽部分長
（41）
式中——=，卷筒計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑（mm）；
——1.5，為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)。取2；
把數(shù)據(jù)代入式中得
=167.8mm
由此可取 =170mm。
（3）繩槽表面精度：2級(jí)——值12.5。
4、卷筒壁厚
初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒，根據(jù)鑄鐵卷筒的計(jì)算式子：
mm （42）
把數(shù)值代入式中有
=0.02D+8=12mm （43）
故選用=12mm。
5、鋼絲繩允許偏角
鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時(shí)，不大于3.5o；光面卷筒和多層繞卷鋼絲繩不大于 2o；布置卷繞系統(tǒng)時(shí)不大于5o。
4.3.2鋼絲繩
鋼絲繩的直徑為已知d=10mm
4.4軸承的選擇
1）軸承必須能夠承受一定的載荷，額定載荷必須足夠大，并具有一定的強(qiáng)度和剛度。
2）支撐軸承時(shí)，軸承和軸頸之間的摩擦力必須很小，以減小旋轉(zhuǎn)過程中的摩擦力，以提高精度要求。
3）軸承的摩擦扭矩必須盡可能小。
軸承的類型和特性
經(jīng)過大量的查詢和數(shù)據(jù)比較，我們最終選擇了滾動(dòng)軸承作為支撐輪對(duì)的軸承。滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由專業(yè)的工廠生產(chǎn)。
4.4.1軸承的選型
軸承的作用是支撐軸。
滾動(dòng)軸承的類型的選擇載荷與額定壽命的關(guān)系曲線如下：
P為當(dāng)量動(dòng)載荷；
L10為P作用下的額定壽命。
當(dāng)載荷為額定動(dòng)載荷C時(shí)： （44）
所以： （45）
所以： （46）
根據(jù)條件，檢查《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-15中常用機(jī)械設(shè)備軸承的預(yù)期使用壽命。根據(jù)生產(chǎn)需要，每天工作8小時(shí)。滿負(fù)荷使用的機(jī)械（例如機(jī)床和工程機(jī)械）軸承的預(yù)期使用壽命為：
Lh = 20000-30000h
軸承承受徑向載荷和軸向載荷，選擇角接觸球軸承?？杀硨?duì)背或面對(duì)面安裝，適用于徑向和軸向載荷的組合作用。它可以限制一個(gè)方向上的軸向位移。軸承的摩擦系數(shù)小，價(jià)格低。適用于高剛性和高速度的軸。
固定端軸承的計(jì)算和驗(yàn)證
根據(jù)要求，角接觸球軸承的主要選擇是70000AC。檢查第9版“機(jī)械設(shè)計(jì)”中的表13-5。判斷系數(shù)e = 0.68，最大軸向載荷大約等于軸承的軸向載荷
Fm ＝ Fa ＝ 15N。
軸承上的徑向載荷約為15000N，即
Fr = 15000N。
求出比例：
Fa / Fr = 0.015。
該比率遠(yuǎn)小于角接觸球軸承的最小判斷系數(shù)e = 0.38
等效動(dòng)載荷P計(jì)算：
（47）
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表13-6,載荷系數(shù)=1.0-1.2，取=1.2。
則 =1.2*（1*15000）=18000N。
2)求軸承應(yīng)有的基本額定載荷值C為:
= 18391.4 N 。
因?yàn)檩S承Cr大于額定載荷值C 所以選型合格。
3)選擇軸承型號(hào):
查《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-40深溝球軸承（摘自GB/T276-1994和GB/T5868-2003），選擇:6208型軸承，軸承內(nèi)徑40，軸承Cr =25.5KN。
4.5聯(lián)軸器的選型
聯(lián)軸器有很根據(jù)滾珠絲杠的軸徑選擇聯(lián)軸器。下表2-8中列出的聯(lián)軸器的性能是錐形銷套聯(lián)軸器的主要選擇。
4.5.1聯(lián)軸器選型
表聯(lián)軸器性能
類別
聯(lián)軸器名稱
轉(zhuǎn)矩范圍N.mm
軸徑范圍mm
最高轉(zhuǎn)速r/min
特點(diǎn)及應(yīng)用說明
固定式
套筒聯(lián)軸器
圓錐銷
3~4000
平鍵
71~5000
半圓鍵
8~450
花鍵
150~12500
4~100
20~100
10~35
25~102
一般小于等200~250
剛性
凸緣聯(lián)軸器（GB/T5843—2003）
10~20000
10~180
13000~2300
套筒
夾殼聯(lián)軸器
（HG5—213—1965）
85~9000
30~110
900~380
聯(lián)軸器
緊箍夾殼聯(lián)軸器
180~12500
30~110
900~380
主要選擇d = 6mm爪形套筒聯(lián)軸器，聯(lián)軸器型號(hào)為ST20C6-6
d=6mm的圓錐銷套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù)
d
公稱轉(zhuǎn)矩（Nm）
D
L
d1XL1
d2XL2
6
3.0
20
30
6X12
6X12
4.5.2聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩校核
聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式見式(2.15)：
（48）
式中：K——工作情況系數(shù)
P——輸出功率（kw）
T——理論轉(zhuǎn)矩N.m
——計(jì)算轉(zhuǎn)矩N.m
N——工作轉(zhuǎn)速r/mi n
則聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩：(考慮動(dòng)載荷及過載,取聯(lián)軸器工作情況系數(shù)K=1.5)：
（49）
=
所以經(jīng)計(jì)算可以確定選則的聯(lián)軸器合適。
參考文獻(xiàn)
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致 謝
為期三個(gè)月的緊張而充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束。我在這個(gè)項(xiàng)目中學(xué)到了很多東西。畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們每個(gè)大學(xué)生都非常重要。它不僅是對(duì)我們四年來在大學(xué)學(xué)習(xí)的各個(gè)學(xué)科知識(shí)的全面應(yīng)用，而且是對(duì)將我們學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中的檢驗(yàn)。通過這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我重新訪問了大學(xué)的課程，例如機(jī)械制圖，理論力學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)，液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)傳動(dòng)等專業(yè)知識(shí)，還涉及了一些以前從未深入了解的知識(shí)，從而拓寬了我的視野，并增加知識(shí)，進(jìn)一步鞏固他們所學(xué)到的知識(shí)，并為畢業(yè)后進(jìn)入社會(huì)工作崗位奠定一定的基礎(chǔ)。
在液壓絞車的設(shè)計(jì)過程中，除了運(yùn)用我以前學(xué)到的專業(yè)知識(shí)外，我還查閱了大量相關(guān)材料，使我對(duì)這一領(lǐng)域有一定的了解和理解，并掌握了查找的基本技能。信息。在設(shè)計(jì)過程中，他所學(xué)的理論知識(shí)第一次被實(shí)際應(yīng)用到實(shí)踐中，從而可以在實(shí)踐中對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。我學(xué)會(huì)了如何面對(duì)設(shè)計(jì)中的各種問題，如何分析并最終解決問題。并培養(yǎng)了我的卓越，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和認(rèn)真對(duì)待問題的工作精神，鍛煉了我的創(chuàng)造能力和獨(dú)立解決問題的能力。
在老師老師的全力指導(dǎo)下，畢業(yè)設(shè)計(jì)可以如此順利地完成，老師提出了許多寶貴的建議，糾正了許多錯(cuò)誤，并使設(shè)計(jì)更加合理和完美。同時(shí)，學(xué)生們也提出了很多建議和幫助，在此向師生表示深切的謝意！
附錄:
DATE=DD-MM-YY - 01-06-16 TIME=HH:MM - 19:51)
(MCX FILE - F:\MASTERCAM出程序\10-03-01-001.MCX-5)
(NC FILE - F:\MASTERCAM出程序\10-03-01-001.NC)
(MATERIAL - ALUMINUM MM - 2024)
( T5 | 2. BALL ENDMILL | H5 )
( T2 | 8. BULL ENDMILL 1. RAD | H2 )
( T1 | 25. FLAT ENDMILL | H1 )
( T3 | 8. FLAT ENDMILL | H3 )
( T4 | 9.8 DRILL | H4 )
N100 G21
N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90
( 匯入原始文件名稱 = F:\MASTERCAM出程序\10-03-01-001.MC9 )
N104 T5 M6
N106 G0 G90 G54 X-33.411 Y-87.9 A0. S3819 M3
N108 G43 H5 Z35.915
N110 Z15.915
N112 G1 Z10.915 F152.8
N114 X-33.407 Z10.961 F305.5
N116 X-33.338 Z11.465
N118 X-33.204 Z12.508
N120 X-33.19 Z12.592
N122 X-33.164 Z12.715
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N294 X32.5
N296 Y-86.703
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N368 X-14.293 Z29