784 防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)

784 防竄倉往復(fù)式給煤機(jī),防竄倉,往復(fù) 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 1 -防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)1 緒論1.1 往復(fù)式給煤機(jī)1.1.1 用途K型往復(fù)式給煤機(jī)用于煤或其它磨琢性小、粘性小的松散粒狀物料的給料，將儲倉或料坑里的物料連續(xù)均勻地卸落到運輸設(shè)備或其他篩選設(shè)備中。1.1.2 工作原理與結(jié)構(gòu)說明K型給煤機(jī)由機(jī)架、底板（給煤槽）、傳動平臺、漏斗、閘門、托輥等組成。當(dāng)電機(jī)開動后經(jīng)彈性聯(lián)軸器、減速機(jī)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)拖動傾料5°的底板在輥上作直線往復(fù)運動，煤均勻地卸到其他設(shè)備上。本機(jī)可根據(jù)需要設(shè)有帶漏斗、不帶漏斗兩種形式。給煤機(jī)設(shè)有兩種結(jié)構(gòu)形式：1、帶調(diào)節(jié)閘門 2、不帶調(diào)節(jié)閘門，其給料能力由底板行程來達(dá)到。K 型給煤機(jī)外形尺寸圖：楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 2 -圖 1-1K 型給煤機(jī)1、減速機(jī) 2、電動機(jī) 3、傳動平臺 4、聯(lián)軸器 5、H 形架 6、連桿 7、給煤槽 8、閘門 9、機(jī)架 10、漏斗 11、托輥1.2 往復(fù)式給煤機(jī)防竄倉裝置的設(shè)計研究往復(fù)式給煤機(jī)安裝在煤倉下口處，在煤礦井下生產(chǎn)中，設(shè)置一定容量的煤倉對于保證消峰平谷和高產(chǎn)、高效是十分必要的。它可以有效地提高工作面采掘設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮運輸系統(tǒng)的潛力，保證連續(xù)均衡生產(chǎn)。但是，煤倉竄倉事故在我國煤礦經(jīng)常發(fā)生。竄倉事故常造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，井下停產(chǎn)，當(dāng)竄倉煤量較大時，還會阻塞巷道，造成運輸巷通風(fēng)不暢，引起瓦斯爆炸等事故。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 3 -1.2.1 方案構(gòu)思研制防竄倉裝置的最終目的是控制給煤機(jī)閘門，使其能在竄倉發(fā)生時非常快地關(guān)閉，減少水煤流量，以防止和降低竄倉所造成的對人身安全和運輸系統(tǒng)的危害。為此，防竄倉裝置應(yīng)能滿足兩個工作狀態(tài)，一是給煤機(jī)正常工作時對閘門位置的控制，以達(dá)到對給煤機(jī)給煤量的控制和煤倉中有水時對竄倉事故的預(yù)防；二是在竄倉發(fā)生時能立即檢測到并控制防竄倉裝置快速關(guān)閉閘門，在竄倉得到有效控制后，可適當(dāng)調(diào)整閘門開度，使倉中的水煤按一定的控制流量排出。（1）針對防竄倉裝置工作特點，對系統(tǒng)方案擬定如下：①防竄倉裝置的組成。防竄倉裝置由液壓傳動系統(tǒng)，機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)和傳感器組成。② 閘門快速關(guān)閉所需要的動力。 (2)設(shè)計時主要考慮以下幾點：①合理選擇液壓系統(tǒng)的參數(shù)，包括蓄能器的氣體常數(shù)，充液壓力，管路直徑和長度，可以使防竄倉裝置和閘門關(guān)閉時間控制在1 S以內(nèi)。②蓄能器的氣體常數(shù)和充液壓力對系統(tǒng)的影響較大，如此值偏大，則液壓缸活塞的運動速度增長過快，加速度大，對系統(tǒng)沖擊也大；如此值偏小，則液壓缸活塞的運動速度增大過緩，且速度衰減也較快。③管路直徑對系統(tǒng)的性能影響最大，如管路直徑偏小，則管內(nèi)液體的流速就大，運動阻力急劇增加，造成液壓缸活塞的運動加速度衰減過快，活塞運動速度上不去，影響閘門關(guān)閉時間。④在閘門關(guān)閉時間控制在1 S以內(nèi)的技術(shù)指標(biāo)下，管路長度可以滿足液壓動力裝置實際工程應(yīng)用中靈活布置的要求。⑤ 閘門質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量的變化對系統(tǒng)的性能影響要很小。本液壓動力裝置能夠適應(yīng)不同的往復(fù)式給煤機(jī)其閘門質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量變化的要求，具有一定的通用性。1.2.2 工作原理楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 4 -根據(jù)防竄倉裝置的工作特點和所擬定的方案，設(shè)計了防竄倉裝置，其工作原理如圖1所示，系統(tǒng)的工作原理簡述如下：4689 75123圖1-2 工作原理圖1、過濾器；2、液壓泵；3、壓力表；4、直動型溢流閥；5、三位四通手動換向閥（M型滑閥機(jī)能） ；6、節(jié)流閥；7、單向閥；8、液壓缸；9、閘門。1.3 K4型給煤機(jī)的技術(shù)改造隨著礦井的延伸，井下使用K4型給煤機(jī)的數(shù)量不斷增加。由于在使用中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)在結(jié)構(gòu)上存在一些問題，為此我們對其進(jìn)行了技術(shù)改造。1.3.1 存在的問題該機(jī)主要由電動機(jī)、減速器、曲拐、底托板、底托輪、后斜板、側(cè)板、弧形門、煤倉縮口聯(lián)接盤等組成。主要技術(shù)參數(shù)為：電動機(jī)功率：18．5kW；給煤量：132、268、395、530Ch。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 5 -該機(jī)使用中主要存在以下問題：(1)底托板易彎曲變形。原因是：支撐輪間跨度大，抗彎能力低；鋼板厚度較薄(10—12 mm)，隨著過煤量的增加，磨損嚴(yán)重；放煤時受煤塊頻繁沖擊砸壓，發(fā)生變形、彎曲。(2)后斜板和側(cè)板易變形。原因是：受煤倉煤流頻繁沖擊，從而發(fā)生變形。(3)弧形門不能隨意調(diào)節(jié)，無法控制煤倉跑水煤現(xiàn)象。原因是：在給煤機(jī)運行過程中，因經(jīng)常發(fā)生跑水煤現(xiàn)象，沖壞輸送機(jī)托輥、埋住機(jī)架、甚至發(fā)生傷人的安全事故。1.3.2 改進(jìn)措施(1)底托板，增設(shè)支撐輪裝置在底托板下面焊接2根軌距為600mm的礦用軌道，以底托板中心線對稱布置，支撐輪頂在軌道上。運行時軌道與底托板一起運動 支撐輪做旋轉(zhuǎn)運動。支撐輪采用普通礦車輪，礦車輪用支座安裝在承載梁上，承載梁用礦用l2 工字鋼，承載梁下為2根與底板固定的工字鋼立柱。支撐輪支座用8條MI6 X60螺栓與承載梁上焊接的鋼板連接，便于支撐輪因磨損或軸承故障時更換方便。這樣，底托板由4點支撐變?yōu)?點支撐，跨度縮小，抗彎曲能力大大提高。(2)后斜板加焊礦用l2 工字鋼在后斜板加焊與給煤機(jī)給煤方向垂直的水平工字鋼，工字鋼采用礦用3根l2 工字鋼，長度與給煤機(jī)后斜板寬度相同，這樣增強(qiáng)了后斜板的抗彎曲能力。 ‘(3)底托板、后斜板和側(cè)板均增加襯板襯板均采用6=12ram的普通錳鋼。底托板的1塊襯板，四周用20條MI6 X60的沉頭螺栓與原底托板連接。后斜板襯板1塊，四周用l6條M16 X60的沉頭螺栓與原后斜板連接。側(cè)板楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 6 -襯板左右各1塊，每塊用22條M16 X60的沉頭螺栓與側(cè)板連接。(4)弧形門增加電動控制裝置裝置包括電動機(jī)、減速器、卷筒、鋼絲繩、導(dǎo)向滑輪、固定平臺。電動機(jī)和減速器采用SSJ一1000／110 X 2型可伸縮帶式輸送機(jī)的收帶裝置，卷筒和導(dǎo)向滑輪自制加工，鋼絲繩直徑 l5．5mm，固定平臺由6-12mm鋼板和礦用l2 工字鋼制作。改造后，給煤機(jī)在運行過程中可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，可隨時控制給煤量的大小，當(dāng)有水煤時，司機(jī)可立即按下控制按鈕，將弧形門放下，減少給煤量。當(dāng)水煤放完后，可將弧形門重新開大，調(diào)大給煤量?；⌒伍T上設(shè)有過位保護(hù)裝置，使弧形門在最低位置時與底托間之間僅有20～50mm的間隙，這樣可防止弧形門擠壞底托板，經(jīng)現(xiàn)場使用，效果良好。(5)實施要點1)在新安裝每臺給煤機(jī)時應(yīng)事先在下井前完成上述改造項目。如果使用后再進(jìn)行改造，由于底托板、后斜板與側(cè)板變形彎曲，實施難度加大。2)所有襯板用沉頭螺栓與底托板、后斜板、側(cè)板連接后，再在各板四邊進(jìn)行點焊，使襯板與原板牢靠地成為一體，可大大延長襯板的使用時間，同時便于更換襯板。3)弧形門電動控制裝置平臺與給煤機(jī)放煤口要保持一定的安全距離(一般為12～15 m)，當(dāng)煤倉內(nèi)有大量水煤時，司機(jī)可站在給煤機(jī)前方安全地點操作，可確保人身安全，此點在斜巷運輸中更為重要。1.3.3 經(jīng)濟(jì)效益山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 7 -(1)K4型給煤機(jī)改造前，一般只能用2 a，改造后可使用5—6 a，每臺改造費用1萬元，計入6a內(nèi)更換襯板2次、費用2萬元，共計3萬元。而在改造前6a內(nèi)需更換2臺給煤機(jī)，需花費30萬元。(2)對于運煤系統(tǒng)而言，運煤系統(tǒng)沿途布置多臺給煤機(jī)，每臺給煤機(jī)檢修時，為了確保安全，需停止下面的帶式輸送機(jī)，這樣將嚴(yán)重制約運煤系統(tǒng)的運行時間；改造后，由于可避免運煤系統(tǒng)輸送機(jī)頻繁停機(jī)，從而可提高主運煤系統(tǒng)的有效運行時間。2 電動機(jī)和減速器的選用已知：如下圖所示曲柄 AB=150mm，連桿長 BC=1.2m，曲柄轉(zhuǎn)速n=62r/min，滑塊行程 250mm,=220mm4l1?2ll3l4l楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 8 -圖 2-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)示意圖在如圖所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，已知桿長 、 、 、 ，原動件 11l23l4的正向轉(zhuǎn)角及正向角速度分別為 ， ，要求滑塊的速度 v，加速度 a1??2.1 位移分析將 ABCD 看作一向量封閉多邊形，則該機(jī)構(gòu)的向量封閉方程式為1234ll??????（１）2iiiee??按歐拉公式展開得 ????112234cosincosincosin2lll????????????方程的實部和虛部應(yīng)分別相等，即123slll??（２）4ini?消去 后得212223144cossinsin()llll?????（３）連桿傾角1224inaril?（４）2.2　速度分析山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 9 -將式（１）對時間求導(dǎo)得12'3iilell?????將上式乘以 得?) )1222(('3iiillel????按歐拉公式展開，取實部后得速度 121'3()sincolv????角速度 112'2sl2.3 加速度分析將式（１）對時間求導(dǎo)兩次，經(jīng)整理后得加速度 ??22 1123'31os()cosc[)la?????角加速度 221ossinic??如下圖所示采用圖解法求出極限位置的角度楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 10 -2501251209.68?9.5?20圖 2-2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)極限位置的角速度 162.4930/rads????速度 12()sincolv????56.49i.85s???0.1/m最大加速度 ??22 1123()oscosc)la????????????22 39.685cos9.6856.4cs5???? ???山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 11 -20.65/ms?最大速度 .24/vs取料倉的高為 950mm，長為 1250mm，寬為即為底板行程 250mm19012501250625h1=650 95013K兩 S兩KS圖 2-3 料倉口尺寸給煤機(jī)每小時的生產(chǎn)量 ?ov???式中 ——料倉的體積；——煤的密度，一般取煤 1.2??煤所以 ?oSv?????9950120.60???8t/h給煤機(jī)槽體內(nèi)煤的質(zhì)量：??1 1195079025.6025.27tm???????底板選用中碳鋼，其密度 ，底板厚度取 15mm，則底板尺寸為7.8??21楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 12 -底板質(zhì)量：219057.820.tm???推動力： ??max12F?3.7080.624185N???2.4 往復(fù)式給煤機(jī)的工作簡述往復(fù)式給煤機(jī)由槽形機(jī)體和帶有曲柄連桿裝置的活動底板組成。底板是工作機(jī)構(gòu)。由于曲柄連桿裝置的作用，底板作有規(guī)律的往復(fù)運動。當(dāng)?shù)装逭袝r，將煤倉和槽形機(jī)體內(nèi)的煤帶到機(jī)體前端；底板逆行時，槽形機(jī)體內(nèi)的煤被機(jī)體后部的斜板擋住，底板與煤之間產(chǎn)生相對滑動，機(jī)體前端的煤自行落下。由于底板往復(fù)運動的結(jié)果，機(jī)體內(nèi)的煤連續(xù)地卸落到運輸設(shè)備或篩選設(shè)備上。能耗分析2.4.1 往復(fù)式給煤機(jī)的運行阻力往復(fù)式給煤機(jī)運行時，電動機(jī)功率主要消耗在克服下列阻力上。正行時：底板在托滾輪上的運行阻力 和煤與固定側(cè)板的摩擦阻力 。1F2F逆行時：底板在托滾輪上的運行阻力 和煤與底板的摩擦阻力 。3此外，還有一些能量消耗在克服底板加速運動時的運行阻力上。往復(fù)式給煤機(jī)正行時的功耗是有效功耗，逆行時的功耗是無效功耗。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 13 -2.4.2 往復(fù)式給煤機(jī)的運行阻力由以下公式計算 ??12Fmg???3.70819.08?34N式中 ——重力加速度，g2.m/sg?——底板在托滾輪上的運行阻力系數(shù)，w0.8w?221hFl????式中 ——煤與鋼的摩擦系數(shù)，取 .3?——煤對側(cè)板的側(cè)壓系數(shù)， 09??——底板上煤的厚度，h1.7654mh?——煤的松散容重，?3kg/?——給煤機(jī)底板水平投影長度，1l190cos385ml??所以 221hFlg???20.45.91.85.964N???313.7.7.?正行阻力： 412496328.7F??楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 14 -逆行阻力： 51324.796.1028KNF???2.4.3 電動機(jī)功率的計算給煤機(jī)所需的最大功率： max5axvFP??30.6251.84KW3412圖 2-4 傳動圖1——電動機(jī)；2——聯(lián)軸器；3——二級齒輪箱,實現(xiàn)二級減速；4——曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。輸入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的功率：00P??式中 ——曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的效率， 0.9?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 15 -——給煤機(jī)工作時所需的最大功率PmaxP006.42597.138KW??輸入減速器的功率：01P式中 ——輸入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的功率0——減速器的效率?減速器的效率 231??式中 ——齒輪的傳動效率，取 10.95??——軸承的效率，2?——聯(lián)軸器的效率，33.7所以減速器的效率 20.95.8092???所以 01 KW7.6P?電動機(jī)需輸出的功率：214?式中 ——聯(lián)軸器的效率，4?40.98??所以 1428.6735P電動機(jī)所需的功率：325??式中 ——聯(lián)軸器的效率，550.89?楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 16 -所以 3258.09.8KWP??2.5 電動機(jī)的選型參考資料 7 的表 16-1-89,YB 系列隔爆型三相異步電動機(jī)選 180L-6 型,技術(shù)參數(shù)如下：功率（KW）轉(zhuǎn)速(r/min)效率(%)重量(kg)15 970 89.5 2602.6 減速器的傳動比01in?式中 ——電動機(jī)的轉(zhuǎn)速， 097/minr?——曲柄的轉(zhuǎn)速，1162n所以 097625.4ni?2.7 減速器的選用減速器的承受能力受機(jī)械強(qiáng)度和熱平衡許用功率兩方面的限制。因此減速器的選用必須通過以下兩個步驟。（1） 選用減速器的公稱輸入功率 ，應(yīng)滿足：NP21ASRcPK??山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 17 -式中 ——計算功率，KW；1cP——載荷功率，KW；2——減速器的公稱輸入功率，KW；N——工況系數(shù)（即使用系數(shù)） ；AK——啟動系數(shù)；S——可靠度系數(shù)；R往復(fù)式給煤機(jī)載荷為強(qiáng)沖擊，查表 15-2-8 得 ，考慮到每天 24 小1.5AK?時工作，應(yīng)將 再加大 15%，所以 ；選取啟動系數(shù) 和可AK.72SK靠度系數(shù) ，查表 15-2-9 和 15-2-10 得 、 ；所以計算R S.6R功率 ：1cP21ASRcP?6.45.71.56?82KWN??（2） 校核熱平衡許用功率，應(yīng)滿足：或21231t GPf??2P式中 ——計算熱功率，KW；t、 ——減速器熱功率，無冷卻裝置為 ，有1G2 1GP冷卻裝置為 ；P、 、 ——環(huán)境溫度系數(shù) ，載荷率系數(shù) ，1f23f1f2f楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 18 -公稱功率利用系數(shù) ；3f查表 15-2-11、15-2-12 、15-2-13 得： ， （每天 24h1.5f?21f連續(xù)工作） ， ??231.56.4209NPf?所以熱平衡許用功率： 2123tf6.45..5108KW???查表 15-2-7，對于 ZLY224 型， 23GtPP?:所以選用 ZLY224 型減速器兩兩兩兩兩兩兩兩兩兩兩i=15.64兩兩兩a=16m兩兩兩兩兩兩兩兩兩兩兩兩兩兩ZLY24-15.64-IJB/T853-199圖 2-5 ZLY224 型減速器3 聯(lián)軸器的選型聯(lián)軸器，連接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件，在傳遞轉(zhuǎn)矩和運動過程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開的一種機(jī)械裝置。彈性聯(lián)軸器，即利用彈性元件的彈性變形，以實現(xiàn)補(bǔ)嘗兩軸相對位山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 19 -移，緩和沖擊和吸收振動的擾性聯(lián)軸器。選用彈性柱銷聯(lián)軸器 HL3，如圖 3-1 所示，彈性柱銷聯(lián)軸器是利用若干非金屬材料制成的柱銷，置于兩半聯(lián)軸器凸緣的孔中，以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器連接。該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，彈性元件材料一般多用尼龍 6，耐磨性好，有微量補(bǔ)償和和吸振能力，彈性元件受剪切，超載荷工作不可靠。適用于啟動頻繁，正反轉(zhuǎn)多變，帶載荷啟動的中速軸系傳動，不適用于工作要求高的部位，不宜用于重載、高速、有強(qiáng)烈沖擊和振動較大的軸系傳動，對于徑向及角向位移大的工況以及安裝精度較低的軸系傳動，亦不宜選用。圖 3-1 彈性柱銷聯(lián)軸器3.1 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩聯(lián)軸器的主要參數(shù)是公稱轉(zhuǎn)矩 ，選用時轉(zhuǎn)矩應(yīng)符合下列關(guān)系：nT??maxac T???式中： ——理論轉(zhuǎn)矩 ；T??N:——計算轉(zhuǎn)矩 ；c楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 20 -——公稱轉(zhuǎn)矩 ；nT??Nm:——許用轉(zhuǎn)矩 ；??——許用最大轉(zhuǎn)矩 ；max??——最大轉(zhuǎn)矩 。TN:3.2 聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩計算聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩是由功率和工作轉(zhuǎn)速計算而得，即：950wPTn?式中： ——驅(qū)動功率 ；w??KW——工作轉(zhuǎn)速 ；mir所以 950wPTn?159.47K??3.3 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩是由理論轉(zhuǎn)矩和動力機(jī)系數(shù)、工況系數(shù)及其他有關(guān)系數(shù)計算而得，即：cwztTK?式中： ——動力機(jī)系數(shù)， ；1.wK?——工況系數(shù)， ；.25山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 21 -——起動系數(shù)， ；zK1zK?——溫度系數(shù)， 。t t所以： cwztT?9.471.251?368Nm:3.4 強(qiáng)度驗算彈性柱銷聯(lián)軸器中的柱銷在工作時，處于剪切和擠壓狀態(tài)。3.4.1 抗剪強(qiáng)度驗算??2138cTDZd?????式中： ——聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩， ； c ??Nm:——柱銷中心分布圓直徑， （ ） ；1——柱銷數(shù)；Z—— 柱銷直徑， （ ） ；3d——柱銷材料的許用切應(yīng)力，可取 ；??? ??7MPa??所以： 2138cTDZd??36.7084?通過??0.MPa???楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 22 -3.4.2 壓強(qiáng)驗算??134cTppDZdl??式中： ——柱銷長度， （ ） ；lm——柱銷材料的許用壓強(qiáng)，可取??；??1520MPap?:所以： 134cTpDZdl?36.78042???0.MPap??4 輥輪軸的設(shè)計4.1 輥輪軸的設(shè)計計算(1)根據(jù)機(jī)械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布局和裝配方案考慮整體布局，擬訂不同的裝配方案進(jìn)行分析對比，選用如圖 4-1所示的裝配方案。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 23 -61 23 4 5圖 4-1 輥輪軸的整體布局(2)選擇軸的材料該軸是心軸，轉(zhuǎn)速較低，選用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，其力學(xué)性能參考資料 3 由表 21-1 查得抗拉強(qiáng)度 屈服點 640MPab??MPas35??彎曲疲勞極限 剪切疲勞極限2751? 1??許用彎曲應(yīng)力 ??s2072.0???.0???(3)初步估算軸的的直徑145md?(4)軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計①初步選擇滾動軸承根據(jù)軸的受力，選取 30000 型圓錐滾子軸承，為了便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑 。初選滾動軸承為 30212 型，其尺寸為60d?，定位軸肩高度m12dDB??3mh?②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 24 -Ⅰ軸段安裝固定板，為了把該軸固定在箱體上，取該軸段直徑，長度 。Ⅱ軸段安裝螺母，為了固定旁邊的套筒，145md?165l?取該軸段直徑 ，長度 。Ⅲ軸段裝有套筒，為了固定20d230ml?軸承內(nèi)圈，取該軸段直徑 ，長度 。Ⅳ軸段安裝軸承334l和套筒，裝在軸承中間的套筒為了固定軸承內(nèi)圈，取該軸段直徑 ，460d?長度 。Ⅴ軸段安裝唇形密封圈，取該軸段直徑 ，長457ml? 5m度 ；ⅤⅠ軸段 ，長度 ；所以該軸總長度2670md?670l?13452182llll??5）軸的受力分析① 作出軸的計算簡圖A BF1 F2GC圖 4-2 軸的受力分析② 求支反力在垂直面內(nèi)的支反力由 得0F??山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 25 -12FG??又 ，所以ACB?式中： ——煤倉的重力和煤倉內(nèi)煤的重力， ；N煤倉內(nèi)煤的質(zhì)量：??11195079025.6025.27tm???????底板選用中碳鋼，其密度 ，底板厚度取 15mm，則底板尺寸為.8??2底板的質(zhì)量：2190517.820.tm???側(cè)板選用中碳鋼，其密度 ，側(cè)板厚度取 15mm，則底板尺寸如下.?圖：13950h1=650625圖 4-3 側(cè)板尺寸布置側(cè)板的質(zhì)量：?? 93[65092cos136250]17.820.3tm????????所以 ?1Gmg楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 26 -??32.708.910.8???31N所以 125.6=.KFGmaxM0.42704m???:A BXYMmaxC圖 4-4 彎矩圖③ 軸的強(qiáng)度計算通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁。軸上零件傳來的力，通常當(dāng)作集中力來考慮，其作用點取為零件輪緣寬度的中點，軸上轉(zhuǎn)矩則從輪轂寬度的中點算起。軸上支撐反力的作用點，根據(jù)軸承的類型和組合確定。如果作用在軸上的各載荷不在同一平面內(nèi)，則可分解到兩個相互垂直的平面，然后分別求這兩個平面內(nèi)的彎矩，再按矢量法求得合成彎矩。ⅰ按彎矩強(qiáng)度條件計算 22DVHDM??式中： ——軸計算截面上的合成彎矩， ；??Nm:山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 27 -——軸計算垂直截面上的合成彎矩， ；DHM??Nm:——軸計算水平截面上的合成彎矩， ；V所以 22DVHD??1705468.Nm:C 截面的當(dāng)量彎矩 ??22TMDca???式中： ——軸計算截面上的當(dāng)量彎矩， ；c ??Nm:——考慮轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用性質(zhì)差異的系數(shù)，當(dāng)扭切應(yīng)力按對稱循環(huán)變化時， ；當(dāng)扭1??切應(yīng)力按脈動循環(huán)變化時， ；當(dāng)扭0.6切應(yīng)力不變化時 ；.3?——軸計算截面上的轉(zhuǎn)矩，T??Nm:所以 ??22MDca???4658.0.?N:彎曲應(yīng)力： 310caDd??式中： ——軸計算截面上的直徑， ；m所以 3caDM104658.??楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 28 -安全??121.5MPa60Pa?????4.2 輥輪軸強(qiáng)度的校核(1)按安全系數(shù)校核計算按安全系數(shù)的校核計算有兩種，一種是根據(jù)材料疲勞極限計算軸危險截面處的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，載荷按軸上長期作用的最大變載荷進(jìn)行計算；另一種是根據(jù)材料屈服強(qiáng)度計算軸危險截面處的靜強(qiáng)度安全系數(shù)。載荷是根據(jù)軸的短時最大載荷來計算的。危險截面的位置應(yīng)是彎矩等較大及截面面積較小處，當(dāng)按疲勞強(qiáng)度計算時，還應(yīng)考慮應(yīng)力集中較嚴(yán)重處，也就是實際應(yīng)力較大的截面。當(dāng)在同一截面處有幾個應(yīng)力集中源時，取各源所引起的應(yīng)力集中的最大值。按疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)計算：根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖、截面 C 處彎矩最大，為危險截面，其應(yīng)力幅為WMDa??式中：W——抗彎截面系數(shù)；333.1460295m2d????所以： MDa?4658.=21.9Pa?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 29 -安全a???160MPa???(2)驗算軸承壽命一般工作條件下的滾動軸承往往因疲勞點蝕而失效，滾動軸承尺寸主要取決于疲勞壽命。計算滾動軸承基本額定壽命的公式是；10CLP????????式中： ——失效率 10%的基本額定壽命；10——基本額定動載荷， ；N——當(dāng)量動載荷， ；P——壽命指數(shù)，對于滾子軸承 。? 103??若軸承工作轉(zhuǎn)速為 n(r/min)，以小時數(shù)為單位基本額定壽命公式為：61067hCLnP???????????????①計算軸承支反力合成支反力 2220153.60.NAHVAR???BB?②軸承的派生軸向力1503.6517.822ARSNY??.B?③軸承所受的軸向載荷楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 30 -因 BAaSK??37615.892.B N???.NA④軸承的當(dāng)量動載荷5167.80.3.4A eR???，1X1Y所以： 1rAP?503.657.8???2N89..0.41BAeR??，4.02?X5.2Y所以： 2rBPA?.103.6892.??954N?⑤軸承壽命因 ，故按 計算 查得 ，12rP?1r 5.1?pftf0 03663122h78..trhpfCLn???????????????式中： ——基本額定動載荷， 。r N山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 31 -5 液壓缸的設(shè)計5.1 料倉口的尺寸設(shè)計設(shè)料倉口的尺寸為 ，煤倉的高度為 ，如下圖所示：108m?20ms625 10001000800s兩圖 5-1 料倉口的尺寸所以當(dāng)全部關(guān)上閘門后，閘門所承受的力為最大，此時，閘門上部煤倉內(nèi)煤的質(zhì)量為：mV??式中： ——煤的密度， ；31.20kgm?——全部關(guān)上閘門后，閘門上部煤倉內(nèi)煤的體積，；3m所以 mV????31.20.820?楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 32 -319.20kg??t5.2 液壓缸的受力分析（1）關(guān)閘門時所受的最大摩擦力是在全部關(guān)上閘門后，此時為靜摩擦力，可按下式計算：1Fmg??式中： ——閘門與料倉口的摩擦力，取 ；0.16??——閘門上部煤倉內(nèi)煤的質(zhì)量，kg；——g10Nkg?所以： 1Fm?3.69.2?307K?（2）密封裝置的密封阻力：0?ü·a.cos13F式中 0.03 為密封系數(shù)所以 0·a.3s?26co13?.7KN（3）液壓缸的最大牽引力即液壓缸要克服的最大阻力：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 33 -21?ü·aF??30.79264KN5.3 液壓缸的推力和速度單活塞桿缸只有一端有活塞桿，如下圖 1，它主要由缸底、缸筒、缸頭、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套、緩沖套、節(jié)流閥、帶放氣孔的單向閥及密封裝置等組成。缸筒與法蘭焊接成一體，通過螺釘與缸底、缸頭連接?；钊c缸筒、活塞桿與缸蓋之間在半剖視圖上部為橡塑組合密封，下部為唇形密封。 單活塞桿缸也有缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝形式。兩種安裝方式的工作臺移動范圍均為活塞有效行程 的兩倍。l單活塞桿缸因左、右兩腔有效面積 和 不等，因此當(dāng)進(jìn)油腔和回1A2油腔壓力分別為 和 輸入左右兩腔的流量均為 時，液壓缸左、右兩1p2 q個方向的推力和速度不相同。非差動連接時，有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油時，如圖 2 所示，液壓缸輸出的的推力和速度分別為????22121114mmFpApDpd???????????22vvqd楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 34 -V2A2A1 dDp1qp2F2圖 5-2 非差動連接差動連接時，將單活塞桿液壓缸兩側(cè)同時與壓力油接通，如圖 3 所示，液壓缸輸出的推力和速度分別為??231211()4mmFpApDd?????????3212vvqA2A1 dDV3F3q'q'+qp1q圖 5-3 差動連接山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 35 -式中 ——液壓缸內(nèi)截面積， ；1A2m——除了活塞桿截面后剩余的液壓缸截面積， ；2 2m——活塞直徑，m；D——活塞桿直徑，m；d——為輸入流量，ml/s；q、 ——為缸的進(jìn)出口壓力，N；1p2、 ——為缸的機(jī)械、容積效率；m?v機(jī)械效率 其損失由相對運動副的摩擦造成，采用不同密封時機(jī)械效率有區(qū)別，通常取機(jī)械效率 。0.9m??容積效率 其損失由密封處泄露，通常取容積效率 。0.981v??:裝彈性密封圈時取 ，裝活塞環(huán)時 。1v .8v5.4 液壓缸的主要尺寸計算5.4.1 液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的確定液壓缸的工作壓力 P 為 6.3 ,確定液壓缸的內(nèi)徑為Ma34FDp??式中： ——液壓缸要克服的最大阻力，N；3——液壓缸的工作壓力， ；Pa楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 36 -所以 34FDp??31.60?79.8m?參考資料 8 的表 20-6-2 圓整取 90D?5.4.2 油液作用在單位面積上的壓強(qiáng)FpA?MPa式中： ——作用在活塞上的載荷，N；——活塞的有效工作面積， ；2m所以： FpA?321.6409??.7MPa?選液壓缸的額定工作壓力為 合適6.3從上式可知，壓力值的建立是由載荷的存在而產(chǎn)生的。在同一個活塞的有效工作面積上，載荷越大，克服載荷所需要的壓力就越大。換句話說，如果活塞的有效工作面積一定，油液壓力越大，活塞產(chǎn)生的作用力就越大。額定壓力（公稱壓力） ，是液壓缸能用以長期工作的壓力，應(yīng)符Np合或接近下表規(guī)定的數(shù)值。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 37 -級別 壓力范圍 MPa低壓 0——0.5中壓 >2.5——8中高壓 >8——16高壓 >16——32超高壓 >32所以該系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)最高允許壓力 ，也是動態(tài)試驗壓力，是液壓缸在瞬間所能承受的極maxp限壓力。max1.5Np?耐壓試驗壓力 ，是檢查液壓缸質(zhì)量時需要承受的試驗壓力，即在rp此壓力下不出現(xiàn)變形、裂縫或爆裂。 .rN5.4.3 液壓缸的理論作用力按下式確定0tF???式中： ——活塞桿上的實際作用力；0——負(fù)載率，一般取 ；0.57??:——液壓缸的總效率， ；t?98t?楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 38 -所以 031.645.8KN9tF?????5.4.4 確定液壓缸的壁厚液壓缸的要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能，在本設(shè)計中，采用的熱軋無縫鋼管，缸管材料為35 鋼，其缸壁厚度計算公式通過查參考文獻(xiàn)8得：??2YpD???式中： ——缸體壁厚，mm；——實驗壓力（Pa） ，一般?。?）p;Yp1.23:P——液壓缸的最高工作壓力， p=6.3Mpa；D——液壓缸的內(nèi)徑（mm） ；——材料的許用應(yīng)力，當(dāng) p<20Mpa時，用鋼材，???；????10MPa?:所以 ??2Yp???61.53098.5???取壁厚 m?所以液壓缸的外徑 129010mD???山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 39 -5.4.5 缸筒壁厚驗算（1）驗算極限壓力額定工作壓力 應(yīng)低于一定極限值,以保證工作安全：np21()0.35snDP???式中： ——缸筒材料的屈服強(qiáng)度 ；s 320MPas??——液壓缸的內(nèi)徑（mm） ；——液壓缸的外徑（mm） ；1D所以21()0.35snP???=2(09). 37.02MPa??通過6.3MPa7.a?（2）驗算完全塑性變形壓力 同時額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：即(0.35.42)nrlPP?:10..3lgsD??0824.37MPa9??通過6.3MPa24.7?a（3）驗算缸筒爆裂應(yīng)力楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 40 -12.3lgrbDP??式中： ——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度 ；540MPab??——液壓缸的內(nèi)徑（mm） ；——液壓缸的外徑（mm） ；1D所以： 12.3lgrbP??054l9?108.Ma所以 通過nrP?5.5 活塞桿的設(shè)計5.5.1 活塞桿的結(jié)構(gòu)、尺寸的確定活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件,它承受拉力、壓力、彎曲力和振動沖擊等多種作用力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。對于雙作用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑 d 可根據(jù)往復(fù)運動速比 （即面積比）來確定?1dD???.46901所以參考資料 8 的表 20-6-2 活塞桿直徑系列圓整取取活塞桿的直徑為 63md?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 41 -5.5.2 活塞桿的直徑的強(qiáng)度校核在活塞桿僅承受軸向載荷的穩(wěn)定狀態(tài)下，活塞桿的直徑按照簡單的拉、壓強(qiáng)度計算：??23.5710Fd????式中 ——活塞桿的許用應(yīng)力（ ）MPa活塞桿一般采用 35 或 45 鋼等材料， =100——???120MPa選取 =120 ；???Pa??23.5710Fd????23.64KN.MPa??18.m3d?根據(jù)表 20-6-3 給出的活塞桿外徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)為：60?5.5.3 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算當(dāng)液壓缸支承長度 時,需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。??105BLd?:受力 完全在軸線上，主要按下式驗算：1F1/kFn?楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 42 -2610NkBEIFL???式中： ——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N；k——安全系數(shù)，通常取 ；n3.56kn?:——實際彈性模數(shù)；1E；??51.80MPaab???——材料的彈性模數(shù)， ；鋼材 ；E 52.10E??——材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取 ；a?——活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取 ；b 3b——活塞桿橫截面慣性矩， ；I 4m圓截面： ；440.96dI??所以 ??4 4437..1.210I ?????262671 320.80.KN9kBEIFL?????所以： 1/kFn?通過23.5KN?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 43 -5.5.4 活塞桿的結(jié)構(gòu)活塞桿有空心和實心兩種，實心桿制造工藝簡單，應(yīng)用廣泛；空心活塞桿用于桿直徑 與液壓缸的直徑 比值 較大，或桿內(nèi)必須裝傳dDd感器或油管的情況。該液壓缸桿體采用實心，桿內(nèi)端采用螺母緊固，如圖 4 所示123 45 6圖 5-4 螺母型1——活塞桿；2——活塞；3——組合密封；4——O 形密封圈；5——液壓缸；6——螺栓。活塞桿的外端頭部與載荷的拖動機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作中產(chǎn)生偏心承載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)該根據(jù)載荷的具體狀況，選擇適當(dāng)?shù)臈U頭連接形式。桿外端與閘門相接，故采用方形雙耳環(huán)式。如圖 所示楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 44 -圖 5-5 方形雙耳環(huán)5.5.5 活塞桿的材料和技術(shù)要求(1)活塞桿的技術(shù)要求活塞桿要在導(dǎo)向套中滑動，一般采用 H8/h7 或 H8/f7 配合。太緊了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損。其圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm，是為了保證活塞桿外圓與活塞外圓的同軸度，以避免活塞與缸筒、活塞桿與導(dǎo)向套的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm,以保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜?；钊麠U的外圓粗糙度 值一般為 。太光滑了，表面形成不了aR0.13μm:油膜，反而不利于潤滑。為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面需進(jìn)行鍍鉻處理，鍍層厚 ，并進(jìn)行拋光或磨削加工。對于工作條0.3.5:件惡劣、碰撞機(jī)會較多的情況，工作表面需經(jīng)高頻淬火后再鍍鉻。用于低載荷和良好環(huán)境條件時，可不做表面處理?；钊麠U內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同心，特別是緩沖柱塞，最好與活塞桿作成一體?？ōh(huán)槽取動配合公差，螺紋則取較緊的配合。(2)活塞桿材料的選擇一般用中碳鋼，選用 35 鋼，調(diào)質(zhì)處理；但對只承受推力的單作用活塞桿，則不必進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。對活塞桿通常要求淬火，淬火深度一般為0.5——1mm，或活塞桿直徑每毫米淬深 0.03mm。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 45 -材料 /MPab??/Pas?/%s??熱處理 表面處理35 520 310 15 調(diào)質(zhì) 鍍鉻 203μm:5.6 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵活塞桿的導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜志、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時，其內(nèi)圈還可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)形式有軸套式和端蓋式，選用端蓋式，如下圖所示。5.6.1 結(jié)構(gòu)在液壓缸有桿側(cè)的端蓋內(nèi)，裝有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和密封裝置。在密封裝置外側(cè)，常裝有防塵圈以防止灰塵和雜質(zhì)進(jìn)入液壓缸。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)分端蓋式和直插式，選用端蓋式，如圖 6 所示。1234 5 876楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 46 -圖 5- 6 端蓋式1——活塞桿；2——防塵圈；3——前端蓋；4——導(dǎo)向套；5——O 形密封圈；6——液壓缸；7——油口；8——蕾形密封圈。5.6.2 導(dǎo)向套的材料金屬導(dǎo)向套一般采用摩擦系數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作，非金屬導(dǎo)向套可以用塑料、聚四氟乙烯或聚三氟氯乙烯材料制作。端蓋式直接導(dǎo)向型的導(dǎo)向套材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等。5.6.3 導(dǎo)向套長度的確定導(dǎo)向套的主要尺寸是支撐長度，通常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的型式、導(dǎo)向套材料的承壓能力、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素來考慮。導(dǎo)向套的寬度 26342mbd??直徑 15.7 活塞 由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械效率，而且使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計性能。液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng)與缸筒內(nèi)徑一致。所以，活塞設(shè)計時，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)型式。5.7.1 活塞的結(jié)構(gòu)型式山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 47 -根據(jù)密封裝置型式來選用活塞結(jié)構(gòu)型式（密封裝置則按工作條件選定）通常分為整體活塞和組合活塞?；钊慕Y(jié)構(gòu)選用整體式如圖，整體活塞在活塞圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時也容易拉傷和扭曲。 1 2 3圖 5-7 組合密封1——活塞桿；2——活塞；3——組合密封。5.7.2 活塞與活塞桿的連接活塞與活塞桿的連接有多種型式，該處選用螺母型，如圖所示，所有型式均需有緊鎖措施，以防止工作時由于往復(fù)運動而松開。同時在活塞與活塞桿之間需設(shè)置靜密封。楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 48 -1 2圖 5-8 螺母型1——活塞桿；2——活塞。5.7.3 活塞的密封密封型式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用和不同工作壓力來選擇。 123 45 6圖 5-9 活塞的密封1——活塞桿；2——活塞；3——組合密封；4——O 形密封圈；5——液壓缸；6——螺栓。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 49 -5.7.4 活塞的材料有導(dǎo)向環(huán)活塞用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 20 號、35 號及 45 號，選用 35 號，有的在外徑套尼龍或聚四氟乙烯+玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制成的支撐環(huán)。裝配式活塞外環(huán)可用錫青銅。還有用鋁合金作為活塞材料。活塞的材料選用高強(qiáng)度灰鑄鐵 HT200。5.7.5 活塞的尺寸及加工精度活塞寬度一般為活塞外徑的 0.6-1.0 倍，但也要根據(jù)密封件的型式、數(shù)量和安裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽尺寸而定。有時，可以結(jié)合中隔圈的布置確定活塞寬度。活塞外徑的配合一般采用 f9，外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)型式不同而各異。5.7.6 活塞的最小導(dǎo)向長度 H 及液壓缸行程 S 的確定液壓缸的行程，主要根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作行程而定，工況要求活塞桿的伸出長度為1100 ㎜。設(shè)活塞的寬度為B，B=(0.4～0.6)D，B=0.4D=36㎜，取B=40mm,那么液壓缸的行程為：s=1100+B=1172 ㎜，表20-6-2中給出的標(biāo)準(zhǔn)系列，取液壓缸的行程s=1200㎜.當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度H，如果導(dǎo)向長度H 過小，將會使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定，對于一般的液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為s 缸筒直徑為D 時，最小導(dǎo)向長度為：楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 50 -20SDH??19015m2??所以得：H≥105㎜取 H=110 ㎜活塞的相關(guān)尺寸如下：活塞的直徑 ；90mHD?活塞的寬度 ；4B5.8 液壓缸油口直徑的確定油口包括油口孔和油口連接螺紋。液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋或缸筒上。油口孔大多屬于薄壁孔（指孔的長度與直徑之比 的孔）通0.5ld?過薄壁孔的流量按下式計算：??12QCApCAp??????3ms式中： ——流量系數(shù)，接頭處大孔與小孔之比大于 7 時，小于 7 時， ，取0.62C?:0.78:0.——油孔的截面積， ；A2——液壓油的密度， ；???3kgm——油孔前腔壓力， ；1pPa山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 51 -——油孔后腔壓力， ；2pPa——油孔前后腔壓力差， 。?關(guān)閘門時液壓缸所需的流量最大，此時 按照液壓缸的關(guān)閘門的maxq工作速度 、 有效工作面積 A 和液壓缸的容積效率ηv 確定:v；??12max1vAq????式中： ——彈性密封時液壓缸容積效率 為 1；v v?——液壓缸無桿腔的面積， ；1A2m——除了活塞桿截面后液壓缸截面積， ；2 2——關(guān)閘門的速度，取 ；v0.5sv?所以 ??12maxvAq????220.590.6341??.ls???12QACpCp????3.6408???楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 52 -查表 20-6-25 知,選用螺紋油口尺寸 ,油口設(shè)在缸筒上 ,32M?如圖：圖 5-10 油口示意圖5.9 缸筒底部厚度計算缸筒底部為平面,其厚度 可以按照四周嵌位的圓盤強(qiáng)度公式1?近似的計算：120.43pPD??式中 ——計算厚度外直徑(如下圖)；2P——液壓缸的最高工作壓力， p=6.3Mpa；——缸筒材料的許用應(yīng)力， ；p?/pbn??——液壓缸的安全系數(shù)， ；n3；/540/318MPapb?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 53 -所以： 120.43pPD???6.3.810??.4m16??圓整取 20?1?2D圖 5-11 缸筒底部厚度5.9.1 缸筒頭部法蘭厚度計算如下圖：法蘭厚度 4()alpFbhrd????式中 F——法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下所承受的軸向壓力，N ；24DP60.13.???；5.楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 54 -——法蘭外圓半徑，m；ar——螺栓孔直徑， m；ld——法蘭材料的許用應(yīng)力, ；???MPa——缸筒材料的許用應(yīng)力， ；p /pbn??——液壓缸的安全系數(shù)， ；n3；/540/318Papb???arhbld圖 5-12 缸筒頭部法蘭厚度所以 4()alpFbhrd????31.605(72)8?4.m?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 55 -圓整取 10mh?5.9.2 缸筒法蘭連接螺栓螺栓選用 4M螺栓材料的屈服極限 640MPas??螺栓材料的抗拉強(qiáng)度 8b安全系數(shù) 2n???806Pab?5.9.3 缸筒與端部用法蘭連接時，螺栓的強(qiáng)度計算螺紋處的拉應(yīng)力：14KFdz???式中： ——擰緊螺紋的系數(shù)，變載荷取 ；2.5K?——法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下所承受的軸向壓力,N；F——螺栓的個數(shù)；z——螺紋的底徑，mm；1d所以； 14KFz???432.60?15.MPa?楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 56 -螺紋處的剪應(yīng)力：103.2KFdz??式中： ——螺紋連接的摩擦因數(shù)， ，1 10.7.2K?:平均取 ；10.2?——擰緊螺紋的系數(shù)，變載荷取 ；K.5——螺紋外徑；0d——螺栓的個數(shù)；z——螺紋的底徑，mm ；1所以 031.2KFdz??3.56.2104??7.8MPa?合成應(yīng)力：231.n p?????式中： ——缸筒材料的許用應(yīng)力， ；p /bn?——液壓缸的安全系數(shù)， ；3/80/326MPapbn???山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 57 -所以 231.n?????1.056?通過78p?5.9.4 缸筒與端部焊接缸筒與端部用焊接連接時，其焊縫應(yīng)力計算如下：??62104bFnDd????????式中： ——焊接效率，取 ；.7?——焊條材料的抗拉強(qiáng)度， Mpa； b?40b?——安全系數(shù)，取 ；n3n?——缸內(nèi)最大推力，N；F所以 ??62104Dd??????3625.81006.7????13.9MPa?40/bn??楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 58 -5.10 液壓缸的流量的確定關(guān)閘門時由液壓泵提供動力，此時液壓缸所需的最大流量按照液壓缸的關(guān)閘門的工作速度 、有效工作面積 A 和液maxq v壓缸的容積效率ηv 確定:；??12max1vq????式中： ——彈性密封時液壓缸容積效率 為 1；v?v?——液壓缸無桿腔的面積， ；1A2m——除了活塞桿截面后液壓缸截面積， ；2 2——關(guān)閘門的速度，取 ；v0.2sv?所以 ??12max1vAq????220.90.6341??8.ls?開閘門時通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)壓力，此時液壓缸的流量為：??2max24vDdq????式中： ——液壓缸容積效率，彈性密封時 為 1；v v?——液壓缸的內(nèi)徑,m；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 59 -——活塞桿的直徑，m；d——開閘門的速度，取 ；v0.1msv?所以 ??2max24vDdq?????220.1(.90.63)?3.48ls?得到液壓缸的功率為 。331.640.164KWPFv????5.11 液壓缸的密封密封機(jī)理：防止工作介質(zhì)從機(jī)器和設(shè)備中泄漏或防止外界雜質(zhì)侵入機(jī)器和設(shè)備內(nèi)部的一種裝置或措施稱為密封。被密封的工作介質(zhì)可以是氣體、液體或粉狀固體。造成泄露的原因主要有兩方面：一是密封面上有間隙；二是密封部位兩側(cè)有壓力差。消除或減小任一個因素都可以減小或阻止泄露。解決機(jī)械產(chǎn)品泄露的基本方法有以下幾種：1）減小密封部位內(nèi)外的壓差；2）在密封配合面保持一層潤滑膜；3）消除引起泄露的流體流動的原因；4）增加泄露部位流體流動的阻力；5）將泄露的流體引向無害的方向或使主流回主槽。此外，還常常采用將接合部位焊合、鉚合、壓合、折邊等永久性防楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 60 -止流體泄露的方法消除泄露。5.11.1 法蘭與活塞桿的密封如圖 5-13 所示法蘭與活塞桿的密封采用 U 形密封圈，防止外界雜質(zhì)侵入機(jī)器和設(shè)備內(nèi)部；蕾形密封圈，防止工作介質(zhì)從機(jī)器和設(shè)備中泄漏。123 4圖 5-13 法蘭與活塞桿的密封1——活塞桿；2——防塵圈；3——法蘭；4——蕾形密封圈。選擇密封必須考慮壓力、溫度、速度、腐蝕環(huán)境及材料等因素。5.11.2 前端蓋與液壓缸的密封前端蓋與液壓缸的密封采用 O 形密封圈，如圖 5-14 所示。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 61 -321圖 5-14 前端蓋與液壓缸的密封1——前端蓋；2——密封圈 3——液壓缸。5.11.3 活塞與活塞桿的密封如圖 5-15 所示123圖 5-15 活塞與活塞桿的密封1——活塞桿；2——活塞；3——O 形密封圈。活塞與活塞桿的密封采用 O 形密封圈，O 形密封圈可廣泛用作靜密封，此時耐久性良好。5.11.4 活塞與液壓缸的密封如圖 5-16 所示楊亞東：防竄倉往復(fù)式給煤機(jī)- 62 -321圖 5-16 活塞與液壓缸的密封1——活塞；2——組合密封；3——液壓缸?；钊c液壓缸的密封采用組合密封。６ 液壓泵站的設(shè)計液壓泵站一般由液壓泵組、油箱組件、控溫組件、過濾器組件和蓄能器組件等 5 個相對獨立的部分組成。表 1 液壓泵站的組成組成部分 包含元器件 作用液壓泵 將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能原動機(jī) 驅(qū)動液壓泵聯(lián)軸器 連接原動機(jī)和液壓泵液壓泵組 傳動底座 安裝和固定液壓泵及原動機(jī)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 63 -油箱 儲存油液、散發(fā)油液熱量、逸出空氣、分離水分、沉淀雜志和安裝元件液位計 顯示和觀測液面高度通氣過濾器 過濾空氣油箱組件放油塞 清洗油箱或更換油液時放油油溫計 顯示觀測油液溫度溫度傳感器 檢測并控制油溫加熱器 油液加熱控溫組件冷卻器 油液冷卻過濾器組件 各類過濾器 分離油液中的固體顆粒、防止堵塞小截面流道，保持油液清潔度高蓄能器