2839 回轉(zhuǎn)工作臺平衡機構(gòu)設計

2839 回轉(zhuǎn)工作臺平衡機構(gòu)設計,回轉(zhuǎn),工作臺,平衡,機構(gòu),設計 研究超聲表面滾壓加工的參數(shù)對液壓支柱表面粗糙度的影響關(guān)鍵詞：超聲波滾動加工，機制參數(shù)，表面粗度，液壓支柱摘要液壓支柱的表面粗度有了對精加工的耐磨性、疲勞強度和強度的重要影響。超聲波表面滾動加工（USRE）可以使加工者提高液壓支柱的表面粗度，一些機械裝置 ，像是工具轉(zhuǎn)讓規(guī)模，被詳細地研究，接觸型的試驗機（ Mahr S2) 被用來測試工作件的表面粗度。實驗展示了USRE 會明顯地改良工件的表面粗度，在單一撞擊加工機制中粗糙度Ra由0.976 m降低為0.105 m。這對表面粗糙度有線性的影響，而且當工具振幅是6.5 -8.5,有比較好的表面粗度Ra 0.090 m。USRE 加工會再次提高工件的表面粗糙度的等級。介紹液壓支柱是一個切樁可以是安裝鉸鏈頂梁或者是專門使用的工具；它是為機械化采礦的相配設備。液壓支柱支柱是重要礦井機械，它的表面加工質(zhì)量對其使用性有重要的影響：1. 對摩擦阻力的影響，表面粗度有對磨擦的初期有重要影響，隨著時間的推移表面粗糙度對其的影響越來越小，這個表面粗糙度參數(shù)最好保持在0.32 1.25 m。2. 對疲勞強度的影響，粗糙的表面和表面裂紋可以引起應力集中和帶來相關(guān)的疲勞損壞和斷裂所以降低接觸表面的表面粗糙度可以加強工件的疲勞強度.3.對抗耐蝕性的影響，腐蝕物質(zhì)在粗糙的表面積累，因此提高表面粗度會提高工件的抗腐蝕性.4.對工件的裝配性能的影響，如果粗糙度不在公差允許范圍內(nèi)則在裝配后會加劇工件的磨損，所以提高的粗糙度會減小這方面的磨損，它會影響到系統(tǒng)的平穩(wěn)性和可靠性1,2,3.因此我們需要有相匹配的表面粗糙度。為了提高生產(chǎn)效率我們需要提高工件表面的粗糙度， 一種新的加工技術(shù)超聲波滾動加工（USRP）被提出， USRP 是用超聲波來提供能量對工件表面進行擠壓的加工技術(shù)4,5 這種加工技術(shù)用較少的表面壓力，摩擦力很快的得到較好的表面粗糙度 表面硬度和抗磨性都有很大的提高。在這種加工技術(shù)中震動的軸向的靜壓力和壓力變化頻率決定了最后的表面粗糙度6,7 。超聲波滾動加工的實驗系統(tǒng)和原則圖 1 超聲滾壓裝置示意圖超聲波滾動的實驗裝置超聲波滾動加工的實驗裝置在 圖1其中超聲波8 轉(zhuǎn)換器6，振幅變幅器 5 和 刀架2 組成。超聲波震動通過振幅變幅器被轉(zhuǎn)換為機械震動，被振幅變幅器擴大然后能量被傳遞到刀架進行最后的加工，刀架2被用螺絲接合在機床上，在加工中在刀架和工作表面進行相對的旋轉(zhuǎn)完成加工。加工原則在超聲波滾動加工中，刀架因超聲波發(fā)生器產(chǎn)生機械震動沿著工件表面進行加工。因此靜壓力和超聲波振動被傳遞到工件表面。（當圖 2 表示）宏觀彈塑性變形將產(chǎn)生的擠壓作用。后處理，一些彈性恢復會發(fā)生在加工表面。所以塑料流動改變粗糙的工件表面，降低表面粗糙度，提高加工表面的綜合性能5。圖2 USRP的工作原理圖3圖3 加工現(xiàn)場照片實驗材料和條件實驗材料實驗材料是Q345型號的液壓支柱尺寸為980毫米97980mm， Q345 鋼中的成分類似于 16Mn鋼 Q345中有的一些微量的V、Ti 和Nb,這些微量元素可以增強材料的韌性 ，因此Q345的合成機理極大地提高了鋼的綜合性能。試驗品的最初表面粗糙度是 Ra 0.4 m 。實驗條件液壓支柱的傳統(tǒng)的處理技術(shù)是首先進行研磨拋光使之達到需要的表面粗度值Ra 0.4 m。在實驗中，超聲滾壓加工是用于基板的研磨與拋光。實驗運用nc數(shù)控機床，現(xiàn)場照片如圖3 表面粗糙度被控制在Mahr S2。實驗結(jié)果和討論這種加工技術(shù)大幅度的提高了工件的表面粗糙度。超聲波加工被用來研究沖擊振幅對表面粗糙度的影響，這個是要在主軸轉(zhuǎn)速為710r/min，進給速度是 0.12 mmr ，靜壓力是 140N，進行三次表面加工。振幅相對表面粗糙度如圖4所示 ，振幅和表面粗糙度不是線性關(guān)系，適當?shù)恼穹梢蕴岣弑砻尜|(zhì)量，但是過大的振幅則會降低工件的表面質(zhì)量。圖 4刀具的振幅和表面粗糙度的關(guān)系進給量對表面粗糙度的影響這個實驗研究了進給量和表面粗糙度的關(guān)系，超聲滾壓加工不同進給量和表面粗糙度的關(guān)系如圖5所示，進給量和表面粗糙度是線性關(guān)系。圖 5 表面粗糙度和進給量之間的關(guān)系靜壓力對工件表面粗糙度的影響在超聲波滾動加工中，刀具的靜壓力和一定的進給速度以及在工件表面的旋轉(zhuǎn)可以造成材料的彈性塑性變形。在刀具經(jīng)過工件表面后會出現(xiàn)彈性變形的回復。金屬的流動會使金屬填滿粗糙表面，因此表面粗度會被改良。如圖6所示隨著靜壓力的增加工件的表面粗糙度會減少。圖 6 靜壓力和表面粗糙度的關(guān)系主軸轉(zhuǎn)速和軸向進給對表面粗糙度的影響超聲波滾動加工實驗是用來研究的主軸軸向進給速度對表面粗糙度的影響，加工參數(shù)是靜壓力140N和振幅13m ，每個工作表面進行3 次加工。主軸轉(zhuǎn)速和主軸軸向進給與表面粗糙度是圖7所示。表面粗糙度的增加隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加而增加。圖 7主軸轉(zhuǎn)速和軸向進給速度對表面粗糙度的影響結(jié)論在這研究中，超聲波加工實驗被研究來替代傳統(tǒng)的加工方法。其中對主軸轉(zhuǎn)速，進給速度，靜壓力和振幅對表面粗糙度的影響進行了研究，如果加工參數(shù)選擇合理，則表面粗糙度會提高并達到Ra0.1um 。因此，超聲滾壓加工能有效地取代了研磨拋光在液壓支柱的后整理加工。在超聲波加工中以20KHZ的頻率工作，為Q345 液壓支柱選擇合理的參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速710r/min，進給速度0.12mm/r，靜壓力140N，振幅13.2m ，滾柱半徑 3mm另外滾柱材料為硬質(zhì)合金。鳴謝作者衷心感謝資助這項工作從浙江省自然科學基金 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）題目 回轉(zhuǎn)工作臺平衡機構(gòu)設計院（系部） 機械與動力工程系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 年級班級 機制 08 五班 學生姓名 李衍伸 指導教師 李瑜 年 月 日河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文1摘要地下水有兩種不同的埋葬類型，即埋葬在第一個穩(wěn)定隔水層之上的潛水和埋葬在上下兩個穩(wěn)定隔水層之間的承壓水。隨著礦井開采深度的不斷增加，當達到承壓水位置時，因受到靜水壓力的影響，則承壓水會涌入礦井，造成突水事故，其突水后水位的高度有承壓水的壓力決定。在煤礦生產(chǎn)中，突水是僅次于煤礦瓦斯突出的嚴重事故。因此對礦井突水的防治就尤為重要。其中主要措施有 1.地面防水，包括修筑防洪溝、河流改道或河流防滲、封填老井口；2.井下防水治水，包括采掘前鉆孔探水、阻斷水路隔絕水源主要采用水閘門阻絕水源、采用水閘墻阻斷水源、采用注漿水、采用封閉水泵房；3.預先排水、疏干降壓，包括地面鉆孔疏干降壓、井下鉆孔疏干降壓、利用巷道疏干降壓。限于技術(shù)條件，目前還無法辨別突水前兆信息進而進行預警：因此，預先排水、疏干降壓仍是礦井防治水災害的主要方法。目前排水設備以離心泵和潛水泵為主，但是用泵排水耗電大，成本高，且需要專人值班，手動啟停，安全性差。礦壓水自排系統(tǒng)可以解決這一技術(shù)問題，它可以自動的激昂承壓水排到井上，無需額外的能源，也無需人工管理。本設計就是礦壓水自排系統(tǒng)中的重要部件，它承載著系統(tǒng)換向的關(guān)鍵功能。關(guān)鍵詞 二位四通自動換向閥 礦井承壓水排放 低能耗 自排系統(tǒng)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文2AbstractIn coal production，Water inrush is a serious accident only the second to coal mine gas outburst。So the prevention of sudden water-related disasters is significantful，and The underground pre- drainage is one of the main measures of prevention and control of water inrush accident。The design relates to a valve , in particular, involving a new type of mine pressurized water from the drainage system in the two four-way automatic valve，and it is an important part of the system。Now centrifugal pumps and submersible pumps is useful，but pumps water system is power consumption and high cost，and need someone on duty、 manual start and stop equipment。For this specification, the two four-way directional control valve plays a very important role，it can be used to transfer three different mine confined water pressure and valve plate wear-resistant, corrosion resistant, high shock resistance and a three-level flat sealing, realize the advantages of strictly leakage。It can adapt to different water quality and pressure of automatic transmission of confined water in mine and confined water of small energy loss during transmission, and perfect coordination, implementation of artesian water 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文3in underground green emission。It is designed to be the exploration of underground water bursting clear, through the exhaust system back to the ground. Significantly reduce the possibility of water inrush accident occurred.Key words two four-way automatic valve mine confined water emissions low energy consumption green emission河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文4目錄1 緒論 .11.1 畢業(yè)設計的意義 .11.2 選題背景及意義 .21.3 礦壓水形成的原因 .31.4 基本原理簡述 .52 二位四通換向閥的設計 .72.1 換向閥種類的選取 .72.2 換向閥的基本結(jié)構(gòu) .82.3 自動換向系統(tǒng)的工作原理 .123 二位四通自動換向增壓裝置的設計 .143.1 缸筒的設計 .143.1.1 缸體的材料 .143.1.2 缸體的技術(shù)要求 .143.1.3 缸筒內(nèi)徑 D 的計算 .153.1.4 結(jié)構(gòu)的設計 .153.1.5 缸筒的壁厚 選取 .163.2 缸蓋的設計 .163.2.1 缸蓋的材料 .163.2.2 缸蓋的技術(shù)要求 .173.3 柱塞桿的設計和尺寸計算 .173.3.1 柱塞桿的作用 .173.3.2 柱塞桿的材料 .173.3.3 柱塞桿的技術(shù)要求 .18河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文53.3.4 柱塞桿的結(jié)構(gòu)設計 .183.3.5 柱塞桿的設計計算 .193.3.6 柱塞桿上密封圈的選擇 .193.4 液壓缸油口的設計 .203.4.1 管接頭的選用 .203.4.2 進出油口直徑計算 .203.5 蓄能器的設計及尺寸的計算 .213.5.1 蓄能器的作用和原理結(jié)構(gòu) .213.5.2 彈簧與限位鋼球 .223.6 螺紋連接的選用 .223.7 柱塞桿上密封圈的選擇 .233.8 撥叉的設計 .233.8.1 撥叉的材料 .233.8.2 撥叉的尺寸計算 .243.9 自動換向增壓裝置與左殼體的連接形式 .243.9.1 埋弧自動焊焊縫的形成過程 .243.9.2 埋弧自動焊的優(yōu)點： .244 二位四通換向閥換向裝置的設計 .264.1 換向裝置的工作原理和基本結(jié)構(gòu) .264.2 換向軸的設計 .274.2.1 換向軸的作用和結(jié)構(gòu) .274.2.2 換向軸尺寸大小的選擇 .284.3 軸承的作用與選擇 .294.3.1 推力軸承的選擇 .304.4 左右陶瓷換向閥片的設計 .30河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文64.4.1 陶瓷換向閥片的優(yōu)勢 .304.4.2 陶瓷閥芯的特點 .324.4.3 結(jié)構(gòu)設計 .334.4.4 陶瓷閥片的工作原理和簡圖 .334.4.5 閥門的結(jié)構(gòu)設計需注意的幾點 .354.4.6 尺寸的簡單確定 .364.5 右端蓋的設計 .364.5.1 右端蓋的作用 .364.5.2 右端蓋的形狀和結(jié)構(gòu)的設計 .364.6 右端蓋管接頭的選擇 .374.7 右端蓋尺寸的計算 .384.8 右密封墊圈的選擇 .384.9 左密封墊圈的選擇 .395 油液的選取和污染的控制 .405.1 油液的選取 .405.2 污染的危害 .405.3 污染控制的主要措施 .416 液壓系統(tǒng)中需要重視的幾個問題 .436.1 液壓元件的失效方式 .436.2 液壓系統(tǒng)設計中的節(jié)能問題 .446.2.2 液壓系統(tǒng)中的能耗損失的分類 .446.2.3 節(jié)能的主要途徑 .446.3 液壓系統(tǒng)中的沖擊、震動和噪聲控制 .456.3.1 液壓沖擊： .456.3.2 防止液壓沖擊的措施 .45河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文76.3.3 振動和噪聲的污染 .476.3.4 振動和噪聲的防治和改進措施 .47結(jié) 論 .49致 謝 .51參考文獻 .52河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文11 緒論1.1 畢業(yè)設計的意義畢業(yè)設計是對大學期間所學知識的一次總的檢驗和鞏固，是一次很好的理論聯(lián)系實際的鍛煉，是大學教學的重要實踐性環(huán)節(jié)，相比以前的幾次課程設計，畢業(yè)設計對所學基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的涉及面更加廣泛，是知識與實踐的有機結(jié)合，也是對四年大學生活和學習的一個總結(jié)。做好本次畢業(yè)設計可以為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)和積累豐富的經(jīng)驗 因此本次畢業(yè)設計具有很重要的意義。畢業(yè)設計的目的通過本次畢業(yè)設計，使達到以下幾個效果：（1）鞏固、擴大、深化學生以前所學的基礎(chǔ)和專業(yè)知識；（2）培養(yǎng)學生綜合分析、理論聯(lián)系實際的能力；（3）培養(yǎng)學生調(diào)查研究、正確熟練運用國家標準、規(guī)范、手冊等工具書的能力；（4）鍛煉進行設計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件、繪圖等獨立工作能力。總之，通過畢業(yè)設計使學生建立正確的設計思想，初步掌握解決本專業(yè)工程技術(shù)問題的方法和手段，從而使學生受到一次工程師的基本訓練。1.2 選題背景及意義中國大部分礦區(qū)復雜的水文地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)中比較嚴重的突河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文2水事故，在煤礦的生產(chǎn)中，突水是僅次于煤礦瓦斯突出的嚴重事故。而我國煤礦突水災害的基本特點是：分布廣、發(fā)生頻次高、破壞損失嚴重。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計，全國統(tǒng)配煤礦的 624 對礦井中，有 272 對礦井受水災威脅。突水災害廣泛發(fā)生在十幾個省(市、自治區(qū))的 70 多個煤礦。19552000 年，全國煤礦發(fā)生較嚴重的突水災害約 1500 次，造成淹井事故 260 多次，至少造成 4600 多人死亡，減少出煤約 18 億 t。而且還早成了很多的人員傷亡，嚴重的突水災害，除造成人員傷亡和經(jīng)濟損失外，還破壞礦區(qū)地下水、地表系統(tǒng)，甚至引起地面塌陷，影響礦區(qū)及周圍生態(tài)壞境，因此要高度重視突水的防治。導致我國煤礦突水事故的原因非常復雜，除自然條件、管理水平比較低外，還有與生產(chǎn)技術(shù)和防治能力比較差有密切的關(guān)系。中國大部分礦區(qū)復雜的水文地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)中比較嚴重的突水事故，在煤礦的生產(chǎn)中，突水是僅次于煤礦瓦斯突出的嚴重事故。而我國煤礦突水災害的基本特點是：分布廣、發(fā)生頻次高、破壞損失嚴重。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計，全國統(tǒng)配煤礦的 624 對礦井中，有 272 對礦井受水災威脅。突水災害廣泛發(fā)生在十幾個省(市、自治區(qū))的 70 多個煤礦。19552000 年，全國煤礦發(fā)生較嚴重的突水災害約 1500 次，造成淹井事故 260多次，至少造成 4600 多人死亡，減少出煤約 18 億 t。而且還早成了很多的人員傷亡，嚴重的突水災害，除造成人員傷亡和經(jīng)濟損失外，還破壞礦區(qū)地下水、地表系統(tǒng)，甚至引起地面塌陷，影響礦區(qū)及周圍生態(tài)壞境，因此要高度重視突水的防治。導致我國煤礦突水事故的原因非常復雜，除自然條件、管理水平比較低外，還有與生產(chǎn)技術(shù)和防治能力比較差有密切的關(guān)系。此題目的設計就是針對這一現(xiàn)狀，充分利用地下含水層的壓力，然后利用河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文3本身水壓力將突水排到地面，因此此自系統(tǒng)可在一定程度減少煤礦的開采成本。而主要部件之一的換向閥也是很重要的一部分。1.3 礦壓水形成的原因礦井水源分為地面水和地下水（1）地面水引起的礦井水災。礦井附近有江河、湖泊、池塘、水庫、溝渠等積水，以及季節(jié)性雨水時，當水位暴漲，超過礦井井口標高而涌入井下，或由裂隙、斷層或塌陷區(qū)滲入井下造成水災，這種水源叫地表水。受這種水危害的情況，一般有以下幾種：1）位于低洼地帶的礦井，由地表水沖破礦井周圍圍堤而流入井口，或由于殲石山、爐灰等推積位置選擇不當，被洪水或雨水長年沖刷到附近的江河當中，使河床增高或造成河水超過堤或攔洪壩直接進入井口。這種地表水來勢兇猛，而且伴隨許多泥沙、礫石。如防備不當，常造成淹井事故；2）地表水與松軟的沙礫巖層相通，當井筒掘進穿透沖積層含水層時，地表水將順著砂礫巖層的裂隙涌入井下造成淹井；3）地表水與煤層頂?shù)装宓暮畬酉噙B通或由斷層溝通，地表水通過含水層或斷層進入井巷，致使發(fā)生水災事故；4）煤層采掘以后，冒落帶一旦進入老窯或與地表水系溝通，也會發(fā)生地表水涌入礦井，造成水災事故。（2）地下水引起的礦井水災。地下水包括地下含水層水、溶洞、斷層水、老空水等。地下水造成水災的情況，一般有以下幾種：1）地下的礫巖層，流沙層和具有巖溶的石灰?guī)r層，都含有河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文4大量積水，稱為含水層。當采掘工作接近或穿透這種積水區(qū)時，就會造成透水事故；2）斷層及其附近的巖層均比較破碎，在這種破碎帶內(nèi)有時含水或與地表水、含水層溝通，掘進時，碰到這種情況容易造成突水事故。3）已采掘的舊巷及空洞內(nèi)，常有大量積水，稱為老空水。老空水常為礦井水災事故的主要原因。老空水特點是水壓大，一旦掘透，來勢兇猛，具有很大破壞性。目前國內(nèi)防治突水的技術(shù)措施主要有以下幾種：1、地面防水，包括修筑防洪溝、河流改道或河流防滲、封填老窿井口。2、井下防水治水，包括采掘前鉆孔探水、阻斷水路隔絕水源（主要采用水閘門阻絕水源、采用水閘墻阻斷水源、采用注漿堵水、采用封閉水泵房） 。3、預先排水、疏干降壓，包括地面鉆孔疏干降壓、井下鉆孔疏干降壓、利用巷道疏干。限于技術(shù)條件，目前還無法辨識突水前兆信息進而進行預警；因此，預先排水、疏 干降壓仍是礦井防治水災害的主要方法。目前排水設備以離心泵和潛水泵為主，但用泵排水耗電量大，成本很高，且需專人值班，手動起、停設備，安全性較差。而在預先排水中利用水泵排水又占有主導地位?，F(xiàn)在的水泵排水技術(shù)已有很大的進步，如在國外潛水泵的揚程可達 351000m，排水量達 1265000m3/h。值得稱道的是，國外礦井疏干工作正在逐漸采用計算機自動控制，這使疏干技術(shù)的水平大大提高了一步。但是，由于礦井排水成本越來越高，更進一步加劇了能源緊張問題。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文5另一方面，礦井排水一直以來都是煤礦用電的大戶。據(jù)統(tǒng)計，在我國的煤炭行業(yè)中，礦井排水用電量占原煤生產(chǎn)總耗電量的18%41%，一般為 20%左右。如永榮礦務局 1996 年礦井原煤生產(chǎn)用電共 5230 萬 KWh，其中主排水泵用電 986 萬 KWh，占礦井原煤生產(chǎn)用電的 18.85%。又如華豐煤礦屬大水礦井，礦井正常涌水量13m3min。排水電耗居高不下，2006 年礦井全年生產(chǎn)實耗電量42647124 萬 kwh，其中排水耗電量為 2200 萬 kWh，占總耗電量的 45 ，噸煤排水電費 75 元左右，年排水電費 1000 萬元以上。在我國的煤礦生產(chǎn)中，排水裝置的運行效率很低。因此，探討礦井新的排水技術(shù)，對于節(jié)約能源用電，節(jié)約煤礦開采成本具有重大的意義。1.4 基本原理簡述礦井承壓水自排水系統(tǒng)的工作原理礦井承壓水自排系統(tǒng)的工作原理為：先通過左注油單 29 以規(guī)定的壓力向換向閥套 24 左端注入壓力油，推動換向閥芯 25 至右端，再通過右注油單向閥 32 以規(guī)定的壓力向換向閥套 24 右端注入壓力油（亦可通過右注油單向閥 32 以規(guī)定的壓力向換向閥套 24 右端注入壓力油，推動換向閥芯 25 至左端，再通過左注油單向閥 29 以規(guī)定的壓力向換向閥套 24 左端注入壓力油） 。打開總開關(guān) 50，礦井承壓水管道 52 內(nèi)的承壓水通過水管 42 及其上的第一單向閥 34、水管 43 及其上的第二單向閥 35 進入左缸體 3 和右缸體 5，然后打開工作開關(guān) 49，礦壓水通過進水管 48、換向閥套 24 上的進水口 19 并經(jīng)換向閥套 24 上的進出水口 20、水管 46進入環(huán)形空腔 11，推動左柱塞 8、中間活塞 9 和右柱塞 10體往河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文6右運動，使環(huán)形空腔 12 內(nèi)的水經(jīng)水管 47、換向閥套 24 上的進出水口 21 和排水口 23 流入水倉；右柱塞 10 向右運動使右缸體 4里面的水壓力升高，迫使第二單向閥 35 關(guān)閉、第四單向閥 37 打開，高壓水經(jīng)過第四單向閥 37 流入高壓水管道 51，再經(jīng)高壓水管道 51 送到地面。同時第一單向閥 34 處于打開狀態(tài)，第三單向閥 36 處于關(guān)閉狀態(tài)。右柱塞 10 運動到右端，其端部的凹槽 18推動右液壓油油缸 14 的小柱塞 16 向右運動，通過右輸油管 33使換向閥套 24 右端壓力升高，由右蓄能器 31 蓄能，達到一定壓力后，換向閥芯 25 克服限位鋼球 26 的阻力向左移動，實現(xiàn)換向。礦井承壓水經(jīng)過換向閥套 24 上的進水口 19 和進出水口 21、水管47 進入環(huán)形空腔 12，壓力推動右柱塞 10、中間活塞 9 和左柱塞8 一體往左運動，環(huán)形空腔 11 內(nèi)的水經(jīng)換向閥套 24 上的水管46、進出水口 20、排水口 22 流入水倉；左柱塞 8 向左運動使左缸體 3 里面的水壓力升高，第一單向閥 34 關(guān)閉，第三單向閥 36打開，高壓水經(jīng)過第三單向閥 36 流入高壓水管道 51，再經(jīng)高壓水管道 51 送到地面。同時，第二單向閥 35 處于打開狀態(tài)，第四單向閥 37 處于關(guān)閉狀態(tài)。左柱塞 8 運動到左端，推動左液壓油油缸 13 的小柱塞 15 向左運動使換向閥套 24 左端壓力升高，由左蓄能器 28 蓄能，達到一定壓力后，換向閥套 24 里的換向閥芯25 向右移動，實現(xiàn)換向。工作過程如此反復，達到不間斷自動排水作業(yè)。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文72 二位四通換向閥的設計2.1 換向閥種類的選取換向閥是利用閥芯與閥體的相對運動，改變閥體上各油路的通斷狀態(tài)，從而控制油路連通、斷開或改變液流方向，實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅(qū)動機械的啟動、停止或變換運動方向。液壓傳動系統(tǒng)對換向閥性能的主要要求是：油液經(jīng)換向閥時壓力損失要??；互不相通的油口間的泄漏要?。粨Q向要平穩(wěn)、迅速且可靠。換向閥的種類很多這里我們選用兩位四通的換向閥即可滿足設計要求。兩位四通換向閥的職能符號如 1圖 1換向閥的操縱方式有機動換向、電磁換向、液動換向、電液換向、電液手動換向、手動換向等。1 機動換向閥有稱行程換向閥，它依靠安裝在運動部件上的擋塊或凸輪來迫使閥芯移動，從而控制油液的流動方向，實現(xiàn)換向。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文82 電磁換向閥簡稱電磁閥，它利用電磁鐵的吸力控制閥芯動作。3 液動換向閥是利用控制油路的壓力油推動閥芯實現(xiàn)換向，由于控制壓力可以較高，因此它可以制成流量較大的換向閥。4 電液換向閥是由電磁滑閥和液動滑閥組合而成。電磁換向閥起先導作用，它可以改變控制液流的方向，從而改變液動滑閥閥芯的位置。由于礦壓水自排系統(tǒng)中可以提供不同壓力的承壓水來控制換向閥中的壓力油的壓力方便換向，故換向閥選用液動兩位四通換向閥。2.2 換向閥的基本結(jié)構(gòu)本礦壓水自排系統(tǒng)換向閥是一種二位四通的液動換向閥，包括閥體（2） 、與閥體（2）一端可拆卸連接的閥蓋（1） 、與閥體（2）另一端可拆卸連接的左殼體（11）可拆卸連接的蓋板（14） ，閥體（2）內(nèi)設有閥芯，所述閥芯包括通過右密封墊（3）與端蓋（1）固定連接的陶瓷右閥片（4） 、與陶瓷右閥片（4）端面轉(zhuǎn)動配合的陶瓷左閥片（5） ，陶瓷左閥片（5）通過換向軸（10）和撥叉（13）與自動換向增壓裝置傳動連接；本設計用來傳輸三種不同壓力的礦井承壓水，閥片采用陶瓷材料，耐磨耐腐蝕，抗沖擊能力高：采用三級平面密封，可實現(xiàn)嚴格的無泄漏；換向通過自動換向增壓裝置來實現(xiàn)。1. 二位四通自動換向閥，包括閥體(2)、與閥體(2)一端可拆卸連接的端蓋(1)、與閥體(2)另一端可拆卸連接的左殼體(11)、與左殼體(11)可拆卸連接的蓋板(14),閥體(2)內(nèi)設有閥芯，閥芯河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文9傳動連接有自動換向增壓裝置，其特征在于：所述閥芯包括通過右密封墊(3)與端蓋(1)固定連接的陶瓷右閥片(4)、與陶瓷右閥片(4)端面轉(zhuǎn)動配合的陶瓷左閥片(5),陶瓷左閥片 (5)通過換向軸(10)和撥叉(13)與自動換向增壓裝置傳動連接；所述陶瓷右閥片 (4)和右密封墊(3)對應位置設有通孔(P)、通孔(A)、通孔(B)和環(huán)形圓弧通孔(0),分別與端蓋(1)上對應設置的圓形通孔相連通；所述陶瓷左閥片(5)右端面設有環(huán)形圓弧槽(PA)和環(huán)形圓弧槽(PB)；環(huán)形圓弧槽(PA)和環(huán)形圓弧槽(PB)分別與陶瓷右閥片(4)上的通孔(A)、環(huán)形圓弧通孔(0)和通孔(P)、通孔(B)相連通，或分別與陶瓷右閥片(4)上的通孔(P)、通孔(A)和通孔(B)、環(huán)形圓弧通孔(0)相連通。2.二位四通自動換向閥的箱體，其特征在于：所述端蓋(1)與閥體(2)通過螺栓 19 固定連接，端蓋(1)外端分別設有與通孔(P)、通孔(A)、通孔(B)和環(huán)形圓弧通孔(0)相連通的承壓水常進水管接頭(20)、增壓缸左腔進出水管接頭(38)、增壓缸右腔進出水管接頭(39)和承壓水常出水管接頭(21)。3.二位四通自動換向閥的增壓裝置，其特征在于：所述自動換向增壓裝置包括柱塞桿(24)、左路油缸(23)、左路油管接頭(22)、右路油缸(35)、右路油管接頭(37)、左蓄能器、右蓄能器、左連接套(26)、右連接套(34)；柱塞桿(24)軸線與閥芯軸線垂直，柱塞桿(24)設在左路油缸(23)和右路油缸(35)內(nèi)，柱塞桿(24)上設有與左路油缸(23)和右路油缸(35)密封配合的密封圈(27),左路油缸(23)左端與左路油管接頭(22)相連，右路油缸(35)右端與右路油管接頭(37)相連；左路油缸(23)和右路油缸(35)通過螺栓(25)和(36)固定連接在左連接套(26)和右連接套(34)上；左連接河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文10套(26)和右連接套(34)焊接在左殼體(11)上；柱塞桿(24)中部設有與撥叉(13)傳動連接的傳動件(50)。4.二位四通自動換向閥換向裝置，其特征在于：所述換向軸(10)設在左殼體(11)內(nèi)，換向軸(10)上設有控制換向軸(10)的旋轉(zhuǎn)角度的擋銷(9),擋銷(9)與左殼體(11)上的缺口配合，換向軸(10)右端設有十字凸臺，陶瓷左閥片(5)左端設有十字凹槽，換向軸(10)與陶瓷左閥片(5)通過十字凸臺和十字凹槽旋轉(zhuǎn)配合，換向軸(10)左端通過螺母(15)與撥叉(13)固定連接；換向軸(10)通過徑向安裝的密封圈 (12)與左殼體(1 1)密封配合。5.二位四通自動換向閥密封連接，其特征在于：所述左殼體(11)和閥體(2)連接處設有密封墊(8),左殼體(11)通過螺栓(18)與閥體(2)固定連接；左殼體(11)右端通過設在閥體(2)內(nèi)的推力軸承(7)、左密封墊(6)與陶瓷左閥片(5)配合，推力軸承 7 內(nèi)圈與定位套(17)配合；左殼體(11)左端通過螺栓(16)與蓋板(14)固定連接；左殼體(1 1)左端通過焊接方式與自動換向增壓裝置固定連接。6.二位四通自動換向閥換向左儲能裝置，其特征在于：所述左蓄能器包括左限位鋼球(28),左彈簧(29)和左螺桿(30),左螺桿(30)通過左彈簧(29)與左限位鋼球(28)頂壓配合，柱塞桿(24)上設有四個限位鋼球槽(51),左限位鋼球(28)與左側(cè)兩個限位鋼球槽(51)配合。7.二位四通自動換向閥換向右儲能裝置，其特征在于：所述右蓄能器包括右限位鋼球(33),右彈簧(32)和右螺桿(31),右螺桿(31)通過右彈簀(32)與右限位鋼球(33)頂壓配合，柱塞桿(24)上設有四個限位鋼球槽(51),右限位鋼球(33)與右側(cè)兩個限位鋼球河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文11槽(51)配合。8.二位四通自動換向閥中的孔，其特征在于：所述通孔(P)、通孔(A)、通孔(B)、環(huán)形圓弧通孔(0)、環(huán)形圓弧槽(PA)和環(huán)形圓弧槽(PB)的中心線均與閥體(2)的中心線平行且距離相等。1-端蓋 2-閥體 3-右密封墊 4-陶瓷右閥片 5-陶瓷左閥片 6-左密封墊 7-推力軸承 8-密封墊 9-擋銷 10-換向軸 11-左殼體 12-密封圈 13-撥叉 14-蓋板 15-螺母 16-螺釘 17-定位套 18-螺栓 19-螺栓 20-承壓水常進水管接頭 21-承壓水常出水管接頭河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文1237-右路油管接頭 36-螺栓 35-右路油缸 34-右連接套 33-右限位鋼球 32-右彈簧 31-右螺桿 11-左殼體 18-螺栓 13-撥叉 15-螺栓 30-左螺桿 29-左彈簧 28-左限位鋼球 27-密封圈 28-左連接套 25-螺栓 22-左路油管接頭 23-左路油箱 24-柱塞桿 50-傳動件 51-限位鋼球槽2.3 自動換向系統(tǒng)的工作原理左路油管內(nèi)的油液壓力升高，此時右路油管內(nèi)的油液壓力降低，左路壓力油經(jīng)左路油管接頭 22,當左路油缸 23 內(nèi)的油液壓力大于左蓄能器的限位力，油液推動柱塞桿 24 向右運動到最右端，柱塞桿 24 向右運動過程中，通過傳動件 50 撥動撥叉 13 進而帶動換向軸 10 旋轉(zhuǎn)，使陶瓷左閥片 5 上的環(huán)形圓弧槽 PA 與右閥片4 上的通孔 A 和環(huán)形圓弧通孔 0 相連通，陶瓷左閥片 5 上的環(huán)形圓弧槽 PB 與陶瓷右閥片 4 上的通孔 P 和通孔 B 相連通；承壓水河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文13通過承壓水常進水管接頭 20 流入，從增壓缸左腔進出水管接頭38 流出，該部分承壓水可被自動提升排放到地面，而從增壓缸右腔進出水管接頭 39 排出的釋能后的承壓水經(jīng)承壓水常出水管接頭 21 排出到水池。在此過程終止之前，左路油管中的油壓降低而右路油管中的油壓升高，當油壓達到設定值后，即右路油缸 35內(nèi)的油液壓力大于右蓄能器的限位力，油液推動柱塞桿 24 向左運動，通過傳動件 50 撥動撥叉 13 進而帶動換向軸 10 旋轉(zhuǎn)，使陶瓷左閥片 5 上的環(huán)形圓弧槽 PA 與陶瓷右閥片 4 上的通孔 A 和通孔 P 相連通，陶瓷左閥片 5 上的環(huán)形圓弧槽 PB 與陶瓷右閥片4 上的環(huán)形圓弧通孔 0 和通孔 B 相連通；承壓水通過承壓水常進水管接頭 20 流入，從增壓缸右腔進出水管接頭 39 流出，該部分承壓水可被自動提升排放到地面，而從增壓缸左腔進出水管接頭38 排出的釋能后的承壓水經(jīng)承壓水常出水管接頭 21 排出到水池。然后工作如上述過程循環(huán)往復。另外，排到水池內(nèi)的水由水泵抽放到地面。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文143 二位四通自動換向增壓裝置的設計3.1 缸筒的設計3.1.1 缸體的材料液壓缸缸體的常用材料為 20、35、45 無縫鋼管。因 20 鋼的力學性能略低，且不能夠調(diào)質(zhì)，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，則應采用焊接性能較好的 35 鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用 45 鋼，并應調(diào)質(zhì)到241285HBW。所以本設計選用 45 鋼為缸體材料。3.1.2 缸體的技術(shù)要求缸體的內(nèi)徑采用 H8、H9 配合。表面粗糙度：當活塞采用橡膠密封圈密封時，R a=0.10.4 ，當活塞采用密封環(huán)密封時mRa=0.20.4 。且均需要衍磨。m缸體內(nèi)徑 D 的圓度公差值可按 9、10、11 級精度選取，圓柱度公差值應按 8 級精度選取。缸體端面 T 的垂直度公差值可按 7 級精度選取。當缸體與缸頭采用螺紋連接時，螺紋應取為 6 級精度的米制螺紋。為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應鍍以厚度為 3040的鉻。m河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文153.1.3 缸筒內(nèi)徑 D 的計算根據(jù)公式 D= （31-1）PF4其中 D 為缸筒內(nèi)徑 F 為液壓缸輸出力 P 為工作壓力取彈簧鋼珠提供的阻力 則 F=2 =150NN7500F供油管提供的壓力油沒 3mp 則 P=3mpD= =8mmPF4取摩擦副之間的微小間隙 為 0.02mm 則柱塞桿的直徑=7.98mm1D3.1.4 結(jié)構(gòu)的設計活塞缸為活塞的運動提供了密閉的空間，并對活塞的運動起到了導向的作用。由于活塞的內(nèi)壁與活塞桿相接觸屬于工作面則活塞內(nèi)壁的直徑、粗糙度、圓度都有較高的要求。柱塞缸的兩端有內(nèi)螺紋用于連接油管接頭，系統(tǒng)通過油管接頭為活塞缸提供液壓油。活塞缸和連接套相連由于有液體壓力作用所以需要采用螺栓進行連接。此處用螺栓連接不僅連接穩(wěn)固而且便于柱塞缸的拆裝，便于日常的維護清理。 計算缸筒 L=2 +2 +2 （31-2）0L23為密封套件的長度 為限位鋼球槽到擋塊的距離 取2=20mm =20mmL3河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文16L=2 +2 +2 =104.6mm0L233.1.5 缸筒的壁厚 選取根據(jù)參考文獻【4】由于工作壓力 p16mpa 系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)選取公式 （31-3）2DPy由于 p16Mpa 則 =1.5p 計算出 =4.5Mpa 缸筒選用 45 鋼yyP查表得 =6Mpa=3mm2DPy則缸筒外徑為 D1=D+2 =14mm3.2 缸蓋的設計3.2.1 缸蓋的材料液壓缸缸蓋可用 35、45 號鋼或 ZG270-500，ZG300-570 以及HT250，HT300 等材料制造，但當缸蓋自身作為活塞桿導向套時，最好用鑄鐵，并在導向表面熔堆黃銅、青銅或者其他的耐磨材料，由于本裝置缸蓋自身作為活塞桿導向套，所以就選用鑄鐵作為缸蓋的材料。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文173.2.2 缸蓋的技術(shù)要求 與缸筒內(nèi)徑配合的直徑采用 h8，活塞桿上的緩沖柱塞配合的直徑采用 H9，和活塞桿密封圈外徑配合的直徑采用 H9，這三個尺寸的圓度和圓柱度誤差不大于各自直徑公差的一半，三個直徑的同軸度誤差不大于 0.03mm。與缸筒接觸的端面和與活塞接觸的端面對軸線的垂直度誤差在直徑 100mm 上不大于 0.04mm。導向孔的表面粗糙度應不超過 Ra1.6m。3.3 柱塞桿的設計和尺寸計算3.3.1 柱塞桿的作用柱塞桿上有封閉槽，槽中應選用常用的 O 型封閉圈；柱塞桿上還開有兩個圓球形的凹槽，只要與蓄能器的鋼球相作用，起到限位的目的；在柱塞桿的中間有一凸緣，主要與撥叉作用，從而傳遞能量，實現(xiàn)撥叉的扭轉(zhuǎn)。3.3.2 柱塞桿的材料常用為 35 或 45 鋼，空心活塞桿用 35 或 45 鋼的無縫鋼管?？招幕钊麠U的一端要有焊接和熱處理用的通氣孔。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文183.3.3 柱塞桿的技術(shù)要求柱塞桿的工作部分公差等級可取 f7f9，表面粗糙度不大于0.4m。工作表面的直線度誤差在 500mm 長度上不大于aR0.03mm。柱塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229285HBW，必要時，再經(jīng)高頻淬火，硬度達到 4555HRC。必要時可以鍍鉻，鍍層厚度約為 0.05mm，鍍后拋光?；钊麠U圓度公差值按 9、10、11 級精度選取。端面 T 的垂直度公差值，應按 7 級精度選取。3.3.4 柱塞桿的結(jié)構(gòu)設計柱塞桿如圖所示1-密封槽 2-限位鋼球槽 3-傳動件柱塞桿是液動換向閥的重要部件，它通過柱塞桿兩端空腔中的液壓油來推動柱塞桿進行軸向移動撥動撥叉通過換向軸為陶瓷換向閥芯提供換向閥換向所需要的運動。柱塞桿上主要有密封凹河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文19槽、限位鋼球槽和擋塊組成。它的尺寸精度嚴重影響柱塞桿和活塞缸的配合情況，直徑過大會使柱塞桿與活塞缸的摩擦增大不利于換向動作的進行且容易造成卡死現(xiàn)象；直徑過小則導致缸體中泄露嚴重影響整個換向裝置的使用。活塞桿兩端設置密封槽并安裝密封環(huán)，保證活塞在運動過程中的密封條件有利于活塞的平穩(wěn)動作。限位鋼球槽配合限位鋼球能提供良好的換向沖擊力，從而保證了換向動作的進行，合適位置的限位鋼球槽也起到限位作用使換向運動具有較高的精度。3.3.5 柱塞桿的設計計算取撥叉的長 =24mm 撥叉的轉(zhuǎn)動角度為 則柱塞桿的行程4Lo30長度 =12.3mm 擋塊取寬 mm 直徑 mm 則兩限位鋼球槽0 3d1D間距為 =12.3mm1計算柱塞桿 L=2 +20L3為限位鋼球槽到擋塊的距離取 =20mm3L3LL=2 +2 =64.6mm033.3.6 柱塞桿上密封圈的選擇因為工作壓力不大就經(jīng)濟性選擇 O 型密封圈根據(jù)參考文獻【4】表 6-43 選取 80.14 G GB 3452.192河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文203.4 液壓缸油口的設計3.4.1 管接頭的選用管接頭的作用是用它們是管路與元件、部件或管路之間的相互接通。它的種類很多，根據(jù)管接頭與油管的連接方式有焊接式管接頭、卡套式管接頭、擴口式管接頭及快速管接頭。由于焊接式管接頭適用于油 、 水 、 氣 等 非 腐 蝕 性 或 腐 蝕 性介 質(zhì) 的 ， 密 封 管 接 頭 ， 配 用 鋁 塑 管 的 規(guī) 格 要 求 比 較 靈 活 ， 與 管道 連 接 后 ， 具 有 連 接 牢 靠 、 密 封 性 能 好 等 特 點 ， 而 且 此 種 管 接頭 可 省 去 接 管 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 故 進 出 水 關(guān) 口 均 采 用 焊 接 式 管 接 頭 。管接頭3.4.2 進出油口直徑計算 0max013.vDd（34-1）河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文21D液壓缸內(nèi)徑maxv液壓缸最大輸出速度 m/min0油口液流速度，m/s，一般不大于 5m/s根據(jù)參考文獻【4】取 maxv=18m/min 0v=1m/s=4.4mm0ax013.Dd3.5 蓄能器的設計及尺寸的計算3.5.1 蓄能器的作用和原理結(jié)構(gòu)常用的蓄能器是將壓力液體能轉(zhuǎn)化為勢能儲存起來，當系統(tǒng)需要時再由勢能轉(zhuǎn)化為壓力能而做功的容器，因此，蓄能器可以作為輔助的或者應急的動力源；可以補充系統(tǒng)的工作壓力，以及吸收泵的脈動和回路上的液壓沖擊等。蓄能器被廣泛利用作輔助能源，與壓力繼電器組合使用，在間歇工作的場合，可作為輔助能源，實現(xiàn)液壓泵的小型化并可節(jié)省能源，如鋼廠煉鋼爐的傾轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)。在液壓回路中，由于液壓閥急速閉合而發(fā)生載荷劇變;這種劇變會產(chǎn)生很大的瞬間沖擊壓力會破壞管道、連接接頭或其它液壓元件，并產(chǎn)生劇烈的振動和噪聲;使用蓄能器可有效緩和沖擊，保護液壓裝置。如壓鑄機、高空混凝土輸送機中液壓系統(tǒng)中使用的蓄能器就很好的體現(xiàn)了這一功能。此換向裝置的蓄能器是利用力的平衡原理，進行改進后的裝置，組成由螺桿、彈簧和限位鋼球。原理河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文22此蓄能器的原理簡單明了，通過調(diào)節(jié)螺桿旋入的深度來調(diào)節(jié)螺桿壓縮彈簧的程度，從而達到改變鋼球受壓力變化的目的，進而改變蓄能器儲存能量的能量和大小。簡圖：蓄能器3.5.2 彈簧與限位鋼球鋼球直徑取 2mm因為 F =75N 壓力角 為 45o則計算出彈簧作用于鋼球的壓力0F0=75N 根據(jù)參考文獻【5】中 GB/28891994 選用壓縮彈簧3.6 螺紋連接的選用缸筒承受的最大拉應力 =3Mpamax=300N/mm2max選用螺紋為 M5 普通螺紋河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文23=19.6mm2 （36-1）2