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中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 第 1 章 概述 1.1 張緊裝置綜述 所有精心設(shè)計的帶式輸送機均需要使用某種型式的拉緊裝置，因為： （1）保證在傳動滾筒處具有適量的松邊張力，以防止輸送帶打滑。(2)保證 沿輸送機的加料點和其他各點上具有適當(dāng)?shù)膹埩Γū仨毞乐馆斔蛶г谕休?之間喪失槽形，從而避免物料從輸送帶上溢出） 。 （3）補償輸送帶長度的變 化。 （4）為更換接頭貯備輸送帶。若無貯備，則在更換接頭時必須加許多 小段新的輸送帶，同時每更換一個接頭都需要有兩個接頭處。 1.1.1 輸送帶的伸長或延伸 任何輸送機的輸送帶均可能有以下幾種型式的伸長或延伸。 彈性伸長: 這是在啟動加速或制動減速時在輸送帶上出現(xiàn)的部分伸長。 在施加的拉力或應(yīng)力消除后，這種伸長幾乎完全恢復(fù)原狀。 結(jié)構(gòu)伸長 : 這種伸長大部分是由于織物編織型式而不是由于使用的 織物原料而引起的。 在普通的編織物中，彎曲的經(jīng)線當(dāng)施加負荷時就會被拉直，引起輸送 帶的伸長，而其中部分伸長是不能恢復(fù)原狀的。 永久性長度變化 : 永久性長度變化包括由基本纖維結(jié)構(gòu)的餓延伸率 所引起的長度變化，還包括部分彈性伸長和不可恢復(fù)的部分結(jié)構(gòu)伸長。 1.1.2 拉緊行程 所需的拉緊行程取決于下列因素： 啟動或制動方式。直接啟動和制動所需的拉緊行程比有控制的加速啟 動或減速制動的要大得多。 滿載輸送帶啟動和停止的頻率。是否有一個使用機械接頭的使用期。 如果有，在制作最終的硫化接頭之前幾能方便地消除任何不可恢復(fù)原狀的 長度變化。 所有輸送帶的伸長和延伸特性。拉緊裝置應(yīng)有足夠的行程，以適應(yīng)加 速或減速的波動，而不使拉緊裝置碰到擋板上。拉緊裝置還應(yīng)有若干“可 供使用的”貯備輸送帶，因而在發(fā)生故障時可不需要用兩個接頭來接入一 段短輸送帶。此外，拉緊行程還應(yīng)該適應(yīng)輸送帶由于伸長或收縮引起的長 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 度變化。 1.1.3 手動拉緊裝置 手動拉緊裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、費用低。但是，由于使用手動型式， 輸送帶的拉緊最多也不過是定期的調(diào)節(jié)，故其所產(chǎn)生的輸送帶張力往往總 是過高或過低的。因此，手動拉緊裝置只推薦在空間限制而不能使用拉緊 裝置的地方，或者用于拉緊條件要求不高的較短的輕型帶式輸送機上。 使用手動拉緊裝置的主要問題是需要一個警惕性高的細心的操作人員 來觀察什么時候需要拉緊，然后將拉緊裝置調(diào)整到恰好能提供一個合適的 張力的位置上。這個問題很難解決，因為沒有一種精確的指示器可用來判 斷需要多少張力或經(jīng)過依次特定的調(diào)整呢功能提供多少張力。 1.1.4 自動拉緊裝置 自動拉緊裝置由于任何帶式輸送機上都是較為理想的。它們可以水平、 垂直或傾斜。自動拉緊裝置用于任何帶式輸送機上都是較為理想的。它們 可以水平、垂直或傾斜布置。自動拉緊裝置既能靠重力來操作，也可以用 液壓、電動和氣動設(shè)備操作。最常用的型式是重力式拉緊裝置。液壓自動 張緊裝置提供的張緊力大，而且結(jié)構(gòu)緊湊，張緊過程平穩(wěn)，易于控制。但 其效率底，價格高。張緊行程短，滿足不了較長皮帶輸送機的使用要求。 電動方式雖然簡單，價格低廉，但張緊過程不平穩(wěn)。張緊力較小。不適用 于較大張緊力的場合。隨著技術(shù)的不斷提高，一些新型的大型長距離輸送 機逐漸得到應(yīng)用，這時拉緊行程較大，而且拉緊力也很大時，顯然以上均 不能滿足要求?；谶@種情況，我們設(shè)計一種機液聯(lián)合張緊裝置，目的是 在起初的張緊力較小的階段，采用液壓絞車來張緊，而在張緊力較大時由 液壓裝置來張緊。可以通過各種閥和電液裝置來實現(xiàn)自動或手動控制。 1.2 新型機液張緊裝置 新型機液張緊裝置的主要技術(shù)特點： （１）用液壓絞車解決長行程的要求。由于在膠合接頭和安裝過程中都要 求輸送帶有一定的松弛量，如用油缸直接張緊小車，則油缸行程太長。為 此可以通過液壓絞車?yán)埦o小車。而液壓缸僅需很小行程實現(xiàn)啟動時較 大力的張緊。 （２）設(shè)置蓄能器提高系統(tǒng)張力的穩(wěn)定性。在輸送機啟動過程中，構(gòu)成輸 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 送帶動張緊力的彈性波有入射波、反射波和透射波三種。由于入射波與反 射波的作用，輸送帶在傳動滾筒奔離點的力忽大忽小，成不穩(wěn)定狀態(tài)，輸 送帶承受著沖擊載荷。為此在張緊裝置的液壓系統(tǒng)中設(shè)置若干個蓄能器， 來抵消入射波與反射波對奔離點張緊力的影響。而且可以補償缸體的油液 的泄露。實現(xiàn)恒張力控制。 （3）通過壓力傳感器及時監(jiān)控液壓缸的張緊狀態(tài)，根據(jù)情況改變張緊力 的大小。這樣就可以大大改善皮帶的工作條件，提高皮帶的壽命。 1.3 液壓傳動的特點 1.3.1 優(yōu)點 1）同其它傳動方式比較，傳動功率相同，液壓傳動裝置的重量輕、體 積緊湊。 2）多級變速，調(diào)速范圍大。 3）慣性小，能夠頻繁迅速換向；傳動工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實現(xiàn)緩沖吸 震，并能自動防止過載。 1.3.2 缺點 1）易產(chǎn)生泄漏，污染環(huán)境。 2）因有泄漏和彈性變形大，不易做到精確的定比傳動。 3）系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會引起爬行、噪音和震動。 ， 4）適用的環(huán)境溫度比機械傳動小。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 第 2 章 主要設(shè)計參數(shù)及方案確定 2.1 主要設(shè)計要求 題目：機液聯(lián)合張緊裝置。 設(shè)計參數(shù)：最大張緊力 200KN。 最大張緊行程 20m 設(shè)計要求：了解長距離膠帶輸送機的啟動和牽引的工作過程，張緊裝置的 作用。對比各種張緊裝置的工作原理，設(shè)計一臺機、液聯(lián)合張緊裝置。 1）根據(jù)相關(guān)參數(shù)完成大行程機、液聯(lián)合張緊裝置與膠帶輸送機相互連 接的總體設(shè)計； 2）完成液壓系統(tǒng)設(shè)計，泵、閥等液壓元件的選擇； 3）完成主要傳動組件、零件的工作圖設(shè)計； 4）完成油箱工作圖設(shè)計； 5）編寫完成整機設(shè)計計算說明書。 2.2 方案確定 2.2.1 方案一 工作原理:重錘式張緊裝置主要由張緊裝置框架、張緊改向滾筒、彈簧 緩沖器、偏心制動輪等部件組成。張緊裝置框架本身包含一個能供滾筒上 下滑動的滾筒滑槽，并在安裝滾筒的鋼結(jié)構(gòu)上平面裝有兩個彈簧緩沖器， 配重塊重量不直接作用在滾筒軸上。偏心制動輪通過傳動連桿與張緊滾筒 的鋼結(jié)構(gòu)平臺連接。膠帶主要通過張緊改向滾筒來實現(xiàn)膠帶張緊。張緊力 的大小取決于配重塊的重量、張緊裝置框架重量以及滾筒的重量，根據(jù)膠 帶重載時的所需驅(qū)動力來選擇。 2.2.2 方案二 工作原理：當(dāng)司機合上開關(guān)后，電控箱開始工作。首先啟動油泵 8，壓 力油經(jīng)過手動換向閥 4 及單向閥 6 進入油缸，拉動張緊小車 2；然后啟動慢 速絞車，直接拉動張緊小車 2。當(dāng)達到輸送機啟動時所需的張緊力時，電動 箱的壓力繼電器控制輸送機啟動。溢流閥 10 控制膠帶的最大張緊力。正常 運行階段張緊力由壓力繼電器 J1,J2 和溢流閥調(diào)整。溢流閥 10 的調(diào)定壓力 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 比溢流閥 11 的調(diào)定壓力高。通過這種控制就可以保證輸送膠帶的自動張緊， 張緊力減小時，溢流閥 11 關(guān)閉，油泵向油缸補液，油缸拉動張緊小車提高 張緊力；張緊力超出整定范圍時，溢流閥 11 打開進行回油，油缸帶動張緊 小車減小張緊力。啟動與正常運行這兩個階段由測速裝置進行控制，將速 度信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，由電磁閥 7 進行切換。 2.2.3 方案三 原理圖： 圖 1 原理圖 工作原理： 工作時，首先，在輸送機啟動前打開截止閥，并給液壓泵電機通電，將 手動換向閥 2 打到左位。此時液壓絞車正轉(zhuǎn)，拉緊皮帶。當(dāng)拉力達到規(guī)定 的大小時，將手動換向閥 2 打到中位。液壓絞車自動鎖緊。關(guān)閉截止閥。 將手動換向閥 1 打到左位，油液進入液壓缸左腔，活塞桿收縮，拉緊皮帶。 當(dāng)拉力達到規(guī)定的大小時，將手動換向閥打到中位。由液控單向閥鎖緊油 缸。當(dāng)啟動終了時，皮帶即將進入正常運行階段。將手動換向閥 1 打到右 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 位，油液進入液壓缸右腔，活塞桿回縮松帶。當(dāng)拉力達到規(guī)定的大小時， 將手動換向閥 1 打到中位。皮帶進入正常運行階段。當(dāng)輸送機工作完畢時， 打開截止閥。將手動換向閥 2 打到右位。此時液壓絞車反轉(zhuǎn)松繩。當(dāng)拉力 達到規(guī)定的大小時，將手動換向閥 2 打到中位。液壓絞車自動鎖緊。關(guān)閉 截止閥。給泵站電機斷電。停止工作。 2.2.4 方案對比 上面提出的三個方案各有特點，現(xiàn)表述如下。 方案一的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)和原理都比較簡單，就是利用物體自身的重力， 來拉緊皮帶 ，需要多大的張緊力，只要給它墜上同等重量的物體即可，它 的制造也比較方便。但是，它的缺點也是比較明顯的，其中最重要的缺點 就是張緊力不能調(diào)節(jié)，皮帶的張緊力只能固定在皮帶機起動需要的最大數(shù) 值上，即使以后不需要如此大的力，也不容易調(diào)節(jié)；它的另一個缺點是， 體積比較龐大，占用地方大。 方案二的優(yōu)點是，它是靠油缸來張緊皮帶的，需要多大的張緊力，只 要選用對應(yīng)大小的液壓缸，即可達到規(guī)定的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計比較緊湊。由 于它是采用壓力繼電器來控制系統(tǒng)，所以它容易實現(xiàn)自動化，這一點對產(chǎn) 品的推廣非常有利。它的缺點就是，對于張緊力不能達到實時控制，不容 易實現(xiàn)張緊力的點動控制。 方案三的優(yōu)點是，實現(xiàn)對膠帶張緊力的兩點式控制，完全可以滿足啟 動張緊力為正常運行張緊力 1.4～1.5 倍的要求；可根據(jù)輸送機的實際運行 狀況，在一定范圍內(nèi)調(diào)整啟動及正常運行張緊力大?。怀哂猩鲜銎胀ㄐ?的特點外，還具有以下特點：實現(xiàn)對各張緊力控制點之間張緊力變化規(guī)律 的控制，確保膠帶在理想狀態(tài)下運行，減小膠帶的沖擊，提高膠帶使用壽 命。它的缺點就是需手動操作。沒有實現(xiàn)自動控制。 比較以上幾個方案后，在此選擇第三個方案進行設(shè)計。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 2.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 圖 2 布置圖 根據(jù)上面液壓張緊裝置的張緊行程、最大張緊力，以及張緊裝置是通 過兩根鋼絲繩繞過滑輪與液壓鋼的耳環(huán)連接，且絞車和液壓缸都是通過滑 輪來拉緊皮帶的已知條件（如上圖） ，可以知道液壓缸的主要設(shè)計參數(shù)： 液壓缸負載作用力 F=200KN 液壓缸行程 S=2000 mm 絞車?yán)?80KN 液壓系統(tǒng)為中高壓系統(tǒng)。初步確定系統(tǒng)壓力為 16Mpa. 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 第 3 章 確定液壓泵及配套電機 3.1 液壓泵的選用 （1） 液壓泵的分類 液壓泵在液壓傳動中將原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，為 液壓系統(tǒng)提供壓力油源。液壓泵是利用封閉容積的大小變化來工作的。泵 內(nèi)的封閉油腔分為吸油腔和壓油腔，當(dāng)泵軸旋轉(zhuǎn)時，吸油腔的容積增大形 成局部真空，油箱中的液體介質(zhì)在大氣壓的作用下進入吸油腔，壓油腔的 容積減小，容腔內(nèi)的液體介質(zhì)背擠壓排出。根據(jù)構(gòu)件不同，液壓泵分為齒 輪式，螺桿式，葉片式和柱塞式。 一般定義液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上可排出的液體體積為泵的理論排量。 理論排量取決于液壓泵的結(jié)構(gòu)尺寸，與其工作壓力無關(guān)。按理論排量是否 可變，液壓泵又分為定量型和變量型兩種。 液壓泵實現(xiàn)進排的方式稱為配流，除齒輪式和螺桿式是進排油口直接 與吸油腔和壓油腔相通外，葉片式和柱塞式需通過專門的配流機構(gòu)配流， 具體的方式有閥式配流，配流軸式配流和配流盤式配流。這里選擇齒輪泵。 （2）液壓泵的主要參數(shù) 泵的型號 CB-Fc16 泵的排量 16.01mL/r 額定壓力 16Mpa 額定轉(zhuǎn)速 2000r/min 驅(qū)動功率 9.9KW 容積效率 。%90? （3）液壓泵的壓力 1）額定壓力 sp 在正常工作條件，根據(jù)試驗結(jié)果推薦的允許連續(xù)運行的最高壽命和容 積效率有關(guān)。這里的額定壓力為 16MPa。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 2）最高壓力 maxp 按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超過額定壓力而允許短暫運行的最高壓力，其值主要 取決于零件及相對摩擦副的極限強度。這里的最高壓力為 20MPa。 3）工作壓力 液壓泵出口的實際壓力，其值取決于負載。 4）吸入壓力 液壓泵進口處的壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力，一般用吸 入高度來衡量。當(dāng)液壓泵的吸入壓力過高或者吸油阻力太大時，液壓泵 的進口壓力將因低于極限吸入壓力而導(dǎo)致吸油不充分，而在吸油區(qū)產(chǎn)生 氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。 （4）液壓泵的排量及流量 1）排量 V 液壓泵主軸轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積。排量的大小僅取決于液壓泵的 尺寸和幾何壓力，有時又稱為理論排量。 理論流量 不考慮泄漏，液壓泵單位時間內(nèi)所排出的液體體積tq （ /s）3m = *t60nV61? 式中 n―――――液壓泵轉(zhuǎn)速（r/min）； V―――――－液壓泵排量。 理論流量 ＝ * ＝5.34* m/stq601.26?410? 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 2) 實際流量 q 實際運行時，在不同壓力下液壓泵所排出的流量。實際流量低于理論流 量，其差值就是泵的泄漏量。 3）額定流量 sq 在額定壓力，額定轉(zhuǎn)速下，泵所排出的實際流量。 4）瞬時流量 tshq 由于運動學(xué)原理，液壓泵的流量往往具有脈動性，液壓泵某一瞬間所 排的理論流量。 5）流量不均勻系數(shù) q? 在液壓泵轉(zhuǎn)速一定時，因流量脈動造成的流量不均勻程度。 （5） 液壓泵的轉(zhuǎn)速 1）額定轉(zhuǎn)速 n 在額定壓力下，根據(jù)試驗結(jié)果推薦能長時間連續(xù)運行并保持較高運行 效率的轉(zhuǎn)速。 2）最高轉(zhuǎn)速 nax 在額定壓力下，為保證使用壽命和性能所允許的短暫運行的最高轉(zhuǎn)速。 其值主要取決于液壓泵的結(jié)構(gòu)形式和自吸能力。 3）低轉(zhuǎn)速 min 為保證液壓泵可靠工作或運行效率不致過低所允許的最低轉(zhuǎn)速。 （6）液壓泵的功率與效率 1）輸出功率 P 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 液壓泵的輸出功率用其流量 q 和出口壓力 p 或進出口壓力差 來表示p? P= q*p?310? 式中 q―――――液壓泵的實際流量（m/s）; ―――――液壓泵的進出口壓力差，通常液壓泵的進口壓p 力近似為零，因此液壓泵的進出口壓力差可用其出口壓力表示 （Pa）。 2)輸入功率 pP 液壓泵的輸入功率即原動機的輸出功率。 ＝7.1KWp 3)總效率 ? 液壓泵的輸出功率與輸入功率之比。 ＝P/ pP 其值為: ＝ ＝76％?1.745 4)效率 V 在轉(zhuǎn)速一定的條件下，液壓泵的實際流量與理論流量之比。 ＝ =1- ＝1－V?tq?nV 式中 ――――――液壓泵的泄漏量，在液壓泵結(jié)構(gòu)型式，幾何尺q? 寸確定后，泄油量 的大小主要取決于泵的出口壓力，與液壓泵的轉(zhuǎn)速或 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 排量沒有多大關(guān)系。因此，液壓泵在低轉(zhuǎn)速或小排量下工作時，其容積效 率將會很低，以致無法正常工作。 ＝0.92V? 5）機械效率 m 對液壓泵，除容積泄漏損失以外的功率損失都歸于機械損失，因此 ＝ ＝m?V/Ptpq/? 其值為 ＝0.76/0.92＝82.6％m （7） 液壓泵的噪聲 液壓泵的噪聲通常用分貝（dB）衡量，液壓泵噪聲產(chǎn)生的原因包括： 流量脈動，流量沖擊，零部件的震動和摩擦以及液壓沖擊等。 3.2 電動機的選用 （1）計算液壓泵的驅(qū)動功率 在泵的規(guī)格表中，一般同時給出額定工況（額定壓力，額定速，額定 流量）下泵的驅(qū)動功率，可以按此直接選擇電動機，也可按液壓泵的實際 使用情況，用下式計算液壓泵的驅(qū)動功率： P= KWPNQp??310 式中 -------液壓泵的額定壓力；N ―――――液壓泵的額定流量； ―――――液壓泵的總效率；P? 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 ―――――轉(zhuǎn)換系數(shù)? 一般液壓泵 ＝ ；Npmax 恒功率變量液壓泵 ＝0.4；? 限壓式變量葉片泵 ＝ ；Npmax85.0 ――――――液壓泵實際使用的最大工作壓力，Pa maxp 泵實際工作壓力 ＝maxp21AF? 其中 F―――――活塞桿的拉力 --------活塞無桿側(cè)面積1 ―――――活塞有桿側(cè)面積2A 實際中最高壓力為 20MPa （2）選擇電機型號 電機型號 Y160-M 額定功率 11KW 滿載轉(zhuǎn)速 1450r/min 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 第 4 章 確定液壓系統(tǒng)元件、輔件 4.1 選擇液壓控制閥型號 單向閥 單向閥型號 S10A320 通徑 10mm 工作壓力 31.5MPa 流量 30L/min 流速 5m/s 重量 0.3Kg 生產(chǎn)廠家 上海立新液壓件廠 換向閥 型號 4WE6XEW220-50NZ4 通徑 10mm 工作壓力 35MPa 流量 30L/ 重量 1.95Kg 最高周圍溫度范圍 50℃ 生產(chǎn)廠家 上海立新液壓件廠 液控單向閥 型號 SVP10B12V 通徑 10mm 工作壓力 31.5MPa 開啟壓力 0.3MPa 介質(zhì)溫度-20~80℃ 重量 0.8Kg 生產(chǎn)廠家 上海立新液壓件廠 溢流閥 型號 DBDH10P10/20 流量 50L/min 工作壓力 31.5MPa 設(shè)定壓力 16MPa 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 介質(zhì)溫度-20~70℃ 重量 1Kg 生產(chǎn)廠家 上海東方液壓件廠 單向節(jié)流閥 型號 F-SRCGT-03-50 通徑 10mm 額定流量 30L/min 最小額定流量 3L/min 重量 1.5kg 最高工作壓力 31.5Mpa 介質(zhì) 礦物液壓油 介質(zhì)溫度 -15～70℃ 集成油路板的設(shè)計 通常使用的液壓元件有板式和管式兩種結(jié)構(gòu)。管式元件通過油管來實 現(xiàn)相互之間的連接，液壓元件的數(shù)量越多，連接的管件越多，結(jié)構(gòu)就越復(fù) 雜，系統(tǒng)壓力損失越大，占用空間也越大，維修、保養(yǎng)和拆裝越困難。因 此，管式元件一般用于結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)。 板式元件固定在板件上，分為液壓油路板連接、集成油路板連接和疊 加閥連接。把一個液壓回路中各個元件合理地布置在一塊液壓油路板上， 這與管式連接比較，除了進出液壓油液通過管道外，各液壓元件用螺釘規(guī) 則的固定在一塊液壓閥板上，元件之間由液壓油路板上的孔道溝通。板式 元件的液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修方便，壓力損失小，外形美觀。但是， 其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度差，互換性不好，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，制造加工困難，使用 受到限制。此外，還可以把液壓元件分別固定在幾塊集成塊上，再把各集 成塊按設(shè)計規(guī)律裝配成一個液壓集成回路，這種方式與油路板比較，標(biāo)準(zhǔn) 化、系列化程度高，互換性好，維修、拆裝方便，元件更換容易；集成塊 可進行專業(yè)生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而設(shè)計生產(chǎn)周期短。使用近年來在 液壓油路板和集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件疊加閥組回路也有其 獨特的優(yōu)點，它不需要另外的連接條件，有疊加閥直接疊加而成。其結(jié)構(gòu) 更為緊湊，體積更小，重量更輕，無管件連接，從而消除了因油管、接頭 引起的泄振動和噪聲。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 4.2 液壓油路板的結(jié)構(gòu) 液壓油路板一般用灰鑄鐵來制造，要求材料致密，無縮孔疏松等缺陷。 液壓油路板的結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示，液壓油路板正面用螺釘固定液壓元件，表 面粗糙度值為 0.8 ，背面連接壓力油管（P） 、回油管（T） 、泄漏油管aRm? (L)和工作油管(A、B)等。油管與液壓油路板通過管接頭用米制細牙螺紋或 英制管螺紋連接。液壓元件之間通過液壓油路板內(nèi)部的孔道連接。除正面 外，其它加工面和孔道的表面粗糙度值為 6.3～12.5 。aRm? 此外液壓油路板的安裝固定也是最重要的。油路板一般采用框架固定， 要求安裝、維修和檢測方便。它可以安裝固定在機床上或機床附屬設(shè)備上， 但比較方便的是安裝在液壓站上。安裝方式見圖 3-2。 液壓油路板的設(shè)計 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 圖 3 液壓油路板總裝圖 （1）分析液壓系統(tǒng)，確定液壓油路板數(shù)目 簡單液壓系統(tǒng)的元件不多，要求液壓油路板上的元件布局緊湊，盡量把 元件都裝在一塊板上。但液壓系統(tǒng)較復(fù)雜時，應(yīng)避免液壓油路板上的孔道 過長，給加工制造帶來困難，所以板的外形尺寸一般不大于 400mm；板上 安裝的閥一般不多于 10~12 個，這也可以避免孔道過于復(fù)雜，難與設(shè)計和 制造。若一個液壓系統(tǒng)需多塊液壓油路板布局，則應(yīng)當(dāng)對該系統(tǒng)進行分解， 但應(yīng)注意： 1）同一個液壓回路的液壓元件應(yīng)布局在同一塊液壓油路板上，盡量減 少連接管道。 2）組合機床加工自動線或多工位機床液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相同的部分應(yīng)設(shè) 計成可互換的通用板，不同結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成專用板。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 a） b） c） 圖 4 油路板安裝方式 1—油路板 2—連接件 （2）制作液壓元件的樣板 初學(xué)者設(shè)計液壓油路板時，要制作液壓元件樣板。根據(jù)產(chǎn)品樣本，對照 實物繪制液壓元件頂視圖輪廓尺寸，虛線繪出液壓元件底面各油口位置的 尺寸，依照輪廓線剪下來，便是液壓元件樣板。若產(chǎn)品樣本與實物有出入， 則以實物為準(zhǔn)。 若產(chǎn)品樣本中的液壓元件配有底版，則樣板可以按底版所提供的尺寸來 制做。若沒有底版，則要注意，有的樣本中所提供的是元件的俯視圖，做 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 樣板是應(yīng)把產(chǎn)品樣本中的圖翻轉(zhuǎn) 180 度。 （3）液壓元件的布局 繪出液壓油路板平面尺寸，把制做好的液壓元件樣板放在液壓油路板上 進行布局，此時要注意： 1）液壓閥閥心應(yīng)處于水平方向，防止閥心自重影響液壓閥的靈敏度， 特別是換向閥一定要水平布置。 2）與液壓油路板上主液壓油路相通的液壓元件，其相應(yīng)油口應(yīng)盡量沿 同一坐標(biāo)軸線布置，以減少加工孔道。 3）壓力表開關(guān)布置在最上方，如果需要在液壓元件之間布置，則應(yīng)留 足空間。 4）液壓元件之間的距離應(yīng)大于 5mm，換向閥上的電磁鐵、壓力閥的 先導(dǎo)閥以及壓力表安裝等可適當(dāng)?shù)纳斓揭簤河吐钒宓妮喞€之外，以減小 油路板的尺寸。 （4）確定油孔的位置尺寸 液壓油路板正面用來安裝液壓元件，表面粗糙度值為 0.8 。上面aRm? 布置有液壓元件固定螺孔、油路板固定孔和液壓元件的油孔。當(dāng)液壓元件 布置完畢后，孔道位置尺寸就基本上確定了。 液壓油路板背面設(shè)計有執(zhí)行元件連接的油孔（A、B） 、與液壓泵連接的 壓力油孔（P）以及與液壓油箱連接的回油孔（T） ，此類液壓油孔可加工成 米制細牙螺紋或者英制管螺紋孔。連接尺寸見表 3-1。 液壓油路板內(nèi)部孔道一般分三層布置： 第一層：距液壓油路板正面距離約 10mm，一般布置泄漏油孔（L）和控 制油孔（K） ，要注意的是防止第一層孔道與液壓元件的固定螺孔相通。 第二層：距液壓油路板正面約 25mmm，距第一層約 15mm，布置壓力油口。 第三層：距液壓油路板正面約 41mm，距第二層約 16mm，距液壓油路板 反面 19mm，布置回油孔（T） 。因此，液壓油路板的總厚度一般為 60mm。 （5）繪制液壓油路板的零件圖 液壓油路板結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用多個視圖表達，主視圖表示液壓元件安裝固 定的位置、液壓元件進出油口的位置和大小，以液壓油路板的兩條棱為坐 標(biāo)軸繪出。液壓元件規(guī)格一旦確定，安裝螺孔和油口的尺寸亦定。后視圖 表示各油管接頭的位置和尺寸。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 表 1 閥板內(nèi)的孔加工尺寸 管接頭安裝 螺紋 鉆螺紋 底孔直徑 閥板 鉆孔直 徑(mm)公稱直徑 （m0d m） 紫銅 管尺寸 （ mmx mm） x內(nèi)外 推薦 流量 (L/min ) 錐螺紋 細牙螺紋 錐螺紋 細 牙螺 紋 底孔 深度 (mm) 攻螺 紋深度 (mm) 直 孔 橫 孔 橫孔 螺塞 3 3x4 M8x1 7.0 4 4x6 4 M10x1 9.0 6 Z1/8”8. 7 14 11 （6） 6x8 6 M12x 1.25 10. 7 7 8x10 10 Z1/4”M14x 1.5 11 .3 12.5 18 15 8 8.7 Z1/8” 10 10x12 14.5 12 12x15 25 Z3/8” M15x 1.5 M20x 1.5 14 .8 18. 5 20 10 12 11.3 Z1/4” 15 15x18 40 Z1/2”M24x1.5 18.3 24.5 25 24 19 19x22 63 3/4”M30x1.5 23.7 28.5 25 21 18 18.3 Z1/2” 25 25x28 100 Z1”M36x1.5 29.6 34.5 30 26 30 30x35 160 Z14”M39x 1.5 38 .5 37. 5 32 27 液壓油路板的剖視圖一般要三個，即每層孔道一個剖面。為了避免加工 制造差錯，液壓油路板零件圖要少用虛線。 設(shè)計中采用液壓油路板的結(jié)構(gòu)來放置各液壓元件，液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè) 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 計和疊加閥裝置設(shè)計這里不在做詳細說明。 4.3 確定液壓輔件 4.3.1 蓄能器的選用 （1）蓄能器的種類及特點 蓄能器是液壓系統(tǒng)中的一種能量儲存裝置，它利用力的平衡原理使工 作液體的體積發(fā)生變化，從而達到儲存或釋放液壓能的作用。 蓄能器一般分為重力加載式，彈簧加載式和氣體加載式三類。 1）力加載式（簡稱重力式） 重力式蓄能器是利用重錘的重量，通過柱塞作用在油液上而產(chǎn)生壓力 能，其壓力的大小取決于重錘的重量和柱塞作用面積的大小。 重力蓄能器的特點：在輸出液體的整個過程中，無論輸出量的大小和 輸出速度的快慢，均可得到恒定的液體壓力；結(jié)構(gòu)簡單，容量大，壓力高， 但體積大不適用于行走機械；慣性大，反應(yīng)不靈敏，不宜消除脈動和吸收 液壓沖擊；密封處易泄漏，有摩擦損失。只在固定設(shè)備中作蓄能器用。 2）簧加載式（簡稱彈簧式） 彈簧式蓄能器是利用彈簧力作用于活塞上，使之與壓力油的壓力相平 衡，以儲存壓力能。蓄能器產(chǎn)生的壓力取決于彈簧的剛度和壓縮量。 彈簧式蓄能器的特點：結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)靈敏，容量小。使用壽命取決 于彈簧的壽命，對于循環(huán)頻率較高的場合不宜使用。一般用于小容量，低 壓，循環(huán)頻率低的系統(tǒng)，作蓄能和緩沖用。 3）氣體加載式 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 氣體加載式蓄能器的工作原理是建立在波義耳定律的基礎(chǔ)上。使用時 先向蓄能器充以預(yù)定壓力的空氣或氮氣，然后由液壓泵向其內(nèi)充入壓力油， 氣腔和油腔壓力始終相等。當(dāng)系統(tǒng)需要油液時，在氣體壓力作用下，使用 油液排出。 氣體加載式蓄能器可分為隔離式和直接接觸式兩種類型。 直接接觸式蓄能器 它由一個封閉的殼體組成，殼體頂部有充氣閥，底部有進出壓力油口。 氣體被封在殼體的上部，液體處在殼體下部，氣體直接與液體接觸。 這種蓄能器的特點：容量大，慣性小，反應(yīng)靈敏；占地面積?。粵]有 機械磨損。但由于氣體直接接觸，氣體易被液體吸收，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定， 易產(chǎn)生氣蝕并危及系統(tǒng)；只能豎直安放，以確保氣體被封在殼體的上部。 適用于大流量的低壓回路中。 隔離式蓄能器 典型結(jié)構(gòu)有氣囊式，隔膜式，活塞式和差動活塞式。 氣囊式蓄能器 殼體的上端有容納充氣閥的開口，由合成橡膠制成的 完全封閉的梨形氣囊模壓在氣門嘴上，形成一個封閉的空間。氣囊經(jīng)下端 開口塞進去，并借助于壓緊螺母固定于殼體的上部。閥體總成用一對裝在 殼體開口內(nèi)側(cè)的半圓卡箍卡主閥體本身的臺肩，裝在殼體的下部。O 形密封 圈與墊片接觸，用螺母鎖緊。用這樣的結(jié)構(gòu)能確保安全，要想拆開蓄能器， 必須擰下螺母，把閥體推到殼體內(nèi)。當(dāng)殼體內(nèi)壓力上述到爆破壓力時，， 殼體開口先漲大，使 O 形密封圈被擠掉油壓能夠安全的解除。 這種蓄能器的特點使：氣腔與油腔之間是氣囊，密封可靠，不可能有 泄漏；膠囊慣性小，反應(yīng)靈敏；結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕；并有系列批 量生產(chǎn)。但裝拆不方便。氣囊有折合型，波紋型，三角型和十字型等結(jié)構(gòu) 形式。 隔膜式蓄能器 它以橡膠隔膜代替氣囊，把油和氣分開。殼體為球形， 重量與體積之比值最小。容量小，一般在 0.95～11.4L 范圍內(nèi)使用。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 活塞式蓄能器 它利用活塞把油和氣分開。結(jié)構(gòu)簡單，壽命長。但活 塞慣性大有密封摩擦阻力，因而反應(yīng)靈敏性差，不宜消除脈動和吸收液壓 沖擊。 差動活塞式蓄能器 它由一個直徑很大的氣缸裝在一個直徑較小的液 壓缸之上組成?；钊露说囊簤毫偸谴笥谏隙说目諝鈮毫?。能有效的防 止空氣滲入油中?？捎糜趬毫芨叩囊簤合到y(tǒng)。 (2)蓄能器的應(yīng)用 1)作輔助動力源 對于間歇運行的液壓系統(tǒng)，或在一個工作循環(huán)內(nèi)，執(zhí)行元件運行速度 差別很大，即對液壓泵供油量要求差別很大的液壓系統(tǒng)使用蓄能器，當(dāng)需 要供油量很大時，蓄能器與液壓泵一起供油，當(dāng)要求供油量小時，泵輸出 的多余壓力油就輸入蓄能器儲存起來。這樣可以根據(jù)液壓系統(tǒng)所需的平均 流量來選擇泵，泵的利用和功率消耗比較合理。 2)補償泄漏保持壓力 對于執(zhí)行元件長時間不動，又要求保持一定的壓力，可以用蓄能器來 補償泄漏。 3)作緊急動力源 某些系統(tǒng)要求當(dāng)液壓泵發(fā)生故障或?qū)?zhí)行元件的供油突然中斷時，執(zhí) 行元件仍須完成必要的動作。例如為了安全起見，液壓缸的活塞桿必須內(nèi) 縮到缸筒內(nèi)，這時就需要有適當(dāng)容量的蓄能器作動力源。 4)消除脈動 如果液壓系統(tǒng)中采用液壓泵，且其柱塞數(shù)較少時，或齒輪泵的齒數(shù)較 少時，系統(tǒng)的壓力，流量和力矩等參數(shù)脈動很大。此外，溢流閥的脈動以 及某些形式的容積式流量計，也會使系統(tǒng)的壓力和流量脈動。若在系統(tǒng)中 裝設(shè)蓄能器，則可將脈動降低到最低限度，使對振動敏感的儀表及管路接 頭，閥的損壞事故大為減少。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 5)吸收液壓沖擊 由于換向閥突然換向，液壓泵突然停車，執(zhí)行元件的運動突然停止， 甚至人為的要執(zhí)行元件緊急制動等原因，都會使管路內(nèi)液體流動發(fā)生急劇 變化，產(chǎn)生液壓沖擊。液壓系統(tǒng)中雖設(shè)有安全閥，但其反應(yīng)慢，壓力增高， 其值可能達到正常壓力的幾倍以上。這種沖擊壓力往往引起系統(tǒng)中的儀表， 元件和密封裝置發(fā)生故障，甚至損壞，或者管道破裂，此外，還會使系統(tǒng) 產(chǎn)生強烈的振動。若裝設(shè)蓄能器則可以吸收和緩和這種沖擊。 (3)蓄能器總?cè)莘e的計算 蓄能器的總?cè)莘e是指充氣容積，這里選擇蓄能器主要用于補償泄露及 壓力損失。消除脈動和吸收液壓沖擊。根據(jù)經(jīng)驗選擇兩個容積為 16L 的蓄 能器即可。 (4)蓄能器充氣壓力 的確定 0p 由于蓄能器主要用于補償泄露，吸收液壓沖擊和消除脈動，降低噪聲， 因此，蓄能器的充氣壓力應(yīng)等于蓄能器設(shè)置點的正常工作壓力。 (5)蓄能器的主要參數(shù) 型號 NXQ-A-16/20LA 公稱壓力 20MPa 耐壓試驗壓力 30MPa 使用溫度 –10~70℃ 安裝方式 垂直安裝 生產(chǎn)廠家 南京鍋爐廠 （6） 蓄能器的安裝 1）蓄能器的安裝 a)蓄能器須安裝在便于檢查，維修的位置，并要遠離熱源。 b)蓄能器一般應(yīng)垂直安裝，油口向下，充氣閥朝上。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 c) 裝在管路上的蓄能器承受著液壓力的作用，因此必須牢靠的固定裝 置，以防蓄能器從固定部位脫開，引起事故。注意不能用焊接方法進行安 裝。 d)吸收液壓沖擊，壓力脈動和降低噪聲的蓄能器應(yīng)盡量安裝在振源附 近。 e)蓄能器與液壓泵之間應(yīng)安裝截至閥，以供充氣和檢查維修使用。 2)蓄能器的使用 a)蓄能器屬于壓力容器，應(yīng)執(zhí)行壓力容器的使用規(guī)定。不能在蓄能器 上進行焊接，鉚接和機械加工，不許敲打。 b)蓄能器銘牌應(yīng)置于醒目位置。 c)在有壓狀態(tài)下，不得拆卸。在安裝拆卸之前，應(yīng)把內(nèi)部的氣，液完 全放掉。 d)蓄能器絕對禁止充氧氣，以免引起爆炸。 e)在正常工作下，每隔 6 個月檢查一次壓力，使之保持規(guī)定的預(yù)壓力。 檢查方法可以利用充氣工具，也可利用系統(tǒng)中的壓力表和液壓泵檢查。 f)氣囊式蓄能器充氣可利用充氣工具和充氮小車，由于氮氣瓶壓力一 般在 16MPa。如果充氣壓力高于上述值時，則需要使用帶有增壓設(shè)備的充氮 小車。 4.3.2 過濾器的選用 （1）過濾器性能參數(shù) 1）過濾原理與過濾介質(zhì) 過濾是從流體中分離非溶性固體顆粒污染物的過程。它在壓力差的作 用下，讓流體通過多孔隙可透性介質(zhì)（過濾介質(zhì)），迫使流體中的固體顆 粒被截留在過濾介質(zhì)上，從而達到分離污染物的目的。液壓過濾器簡稱過 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 濾器或濾油器。它就是采用上述原理，利用過濾介質(zhì)分離，減少油液中顆 粒污染物，使之達到和保持油液目標(biāo)清潔度的工業(yè)裝置。 過濾器按過濾原理區(qū)分主要有：表面型過濾器，深度型過濾器和磁性 過濾器。結(jié)合濾材及使用范圍考慮，則唱分為表面型和深度型兩大類。 表面型過濾器是靠濾材表面的孔口阻截液流中的顆粒，屬于這一類的 有金屬網(wǎng)，金屬微孔板，線隙式，片式等過濾元件。表面型濾材的通徑大 小一般是均勻的，過濾機制比較單一，主要是直接阻截，凡尺寸大于通孔 的顆粒被截留在液流上游一側(cè)的濾材表面，則小于通孔的顆粒則進入下游。 當(dāng)濾材表面有限的孔口全部被截留的污染物堵塞后，濾芯前后的壓差增加 到最大值，其過濾作用也就停止了，所以表面型濾材的納垢容量較少，但 經(jīng)過反向沖洗后，濾材表面的污染物可被清除干凈，然后可重復(fù)使用。 深度型過濾器的濾材為多孔可透性材料，常用的有非織品纖維，如濾 紙，復(fù)合濾紙，合成纖維，不銹鋼絲氈；多孔剛性材料，如陶瓷，金屬粉 末燒結(jié)，天然和合成纖維織品等。這類濾材中有無數(shù)細長且迂回曲折的通 道，每一通道中還可能有一些狹窄的橫向空穴。當(dāng)油液流過時，大顆粒污 染物被阻截在濾材表面或內(nèi)部通道的縮口處，而小顆粒污染物在重力，布 朗擴散，靜電力或慣性力作用下，有些可能被吸附在通道內(nèi)壁表面，有些 可能沉積在通道橫向空穴內(nèi)。所以深度型濾材的過濾機制既有直接阻截， 又有吸附作用，過濾作用發(fā)生在濾材整個深度范圍內(nèi)。與表面型相比，深 度型濾材的納垢容量大，但被濾除的污染物不容易被清洗掉，所以只能一 次性使用。 (2)過濾器的主要性能參數(shù) 過濾器的主要性能參數(shù)有：過濾精度，壓差特性和納垢量。 過濾精度 過濾精度是指過濾器對不同尺寸顆粒精度污染物的濾除能力，時選用 過濾器的首要參數(shù)。系統(tǒng)的污染控制水平，過濾精度越高，系統(tǒng)油液的清 潔度越高。評定過濾器精度的常用方法有下面幾種： 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 名義過濾精度：名義過濾精度的評定方法最早有美國軍工部門提出， 用 值表示。m? 絕對過濾精度：絕對過濾精度是指能夠通過過濾器的最大球形顆粒的 直徑。絕對過濾精度比較確定地反映出過濾介質(zhì)的最大孔口尺寸和過濾器 能夠濾除和控制的最小顆粒尺寸，這對實施污染控制有實用意義。但污染 物并不都是球形，其形狀一般是不規(guī)則的，長度尺寸大于絕對精度的扁長 形顆粒仍有可能通過濾芯而到達下游。 過濾效率：過濾效率是指被過濾器濾除的污染物數(shù)量與加入到過濾器 上游的污染物數(shù)量之比。污染物的量可以用質(zhì)量表示，也可用各種尺寸的 顆粒數(shù)表示。 過濾比：過濾器上游油液單位體積中大于某一給定尺寸的污染顆粒數(shù) 與下游油液單位體積中大于同一尺寸過濾數(shù)之比。 壓差特性 油液流經(jīng)濾油器時由于油液運動和粘性阻力的作用，在濾油器的入口 和出口之間產(chǎn)生一定的壓差。影響清潔的濾油器壓差的因素有：油液的粘 度和比重，通過流量，以及濾芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 納垢流量 過濾器在工作過程中，隨著被截留的污染物數(shù)量的增加，壓差增大， 當(dāng)壓差達到規(guī)定的最大極限值時，濾芯使用壽命結(jié)束。在過濾器整個使用 壽命期間被濾芯截留的污染物總量稱為過濾器的納垢容量。納垢容量越大， 則使用壽命越長。 納垢容量與過濾面積以及濾材的孔隙度有關(guān)。過濾面積越大，孔隙度 越大，則納垢容量越大。對于外形尺寸一定的折疊式圓筒形濾芯，適當(dāng)增 大折疊數(shù)及折疊深度可以增大過濾面積，從而延長過濾器的使用生命。 （3） 過濾器的選擇 濾油器型號 ZU-H25*20s 公稱流量 25L/min 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 28 頁 過濾精度 20 m 公稱壓力 32MPa ? 初始壓力損失 0.08MPa 最大壓力損失 0.35MPa 重量 5Kg 濾芯型號 HDX-25*5 連接方式 管式。 4.3.3 壓力表及測壓管路選用 （1）普通壓力表用于液壓裝置和其他動力設(shè)備時，因設(shè)備振動和介質(zhì) 壓力的劇烈脈動，壓力表的彈性元件將會迅速疲勞，其傳動機構(gòu)也將嚴(yán)重 磨損，從而使儀表精度大大下降，使用壽命縮短。為此，必須采用耐振壓 力表或在普通壓力表后接壓力開關(guān)。 這里選擇耐振壓力表 YTN-60-2，主要技術(shù)參數(shù)如下： 結(jié)構(gòu)形式：軸向前邊 公稱直徑：φ60mm 測量范圍：0～25MPa 精度等級：1.5 接頭螺紋：M14×1.5mm （2）測壓接頭 型號：PT-11 M1：M14×1.5 mm M2：M16×1.5 mm （3）測壓軟管 型號：HFH4-P1-3-P-1 公稱通經(jīng)：3 mm 壓力等級：P－40MPa 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 4.3.4 液壓管路的設(shè)計 (1)管路的材料 無縫鋼管耐壓高，變形小，耐油，抗腐蝕，雖裝配時不易彎曲，但裝 配后能長期保持原狀，用于中高壓系統(tǒng)。無縫鋼管有冷拔和熱軋兩種。工 作壓力比較高的管路多采用 10 號，15 號冷拔無縫鋼管，因其外徑尺寸準(zhǔn)確， 質(zhì)地均勻，強度高，而且可焊性好。 (2) 管路的內(nèi)徑 管路內(nèi)徑的大小取決于管路的種類及管路的種類及管內(nèi)流速的大小。 在流量一定的情況下，內(nèi)徑小則流速高，壓力損失大，容易產(chǎn)生噪聲；內(nèi) 徑大則難于安裝，所占空間大，重量大。管路內(nèi)徑一般由下式確定 vqd/61.4? 式中 d―――――管路內(nèi)徑（mm） q―――――流量（L/min） v―――――流速（m/s） 吸油管路的內(nèi)徑 d 4.61 19mm 取為 20mm?1/4.? 其中 管內(nèi)的流速 v 選擇 v=1m/s 壓力管道的內(nèi)徑 d 4.61 10mm 取為 10mm?5/4.1? 其中 管內(nèi)的流速 v 選擇 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁 v=5m/s 第 5 章 液壓缸設(shè)計及其液壓絞車選型 根據(jù)工作需要，液壓缸設(shè)計為單出桿式單作用液壓缸。 5.1 液壓缸的類型和安裝形式 液壓缸分為單作用液壓缸、雙作用液壓缸和組合式液壓缸三種形式。 單作用液壓缸又分為單作用活塞液壓缸、單作用伸縮液壓缸和單作用柱塞 液壓缸；雙作用液壓缸分為雙作用無緩沖式液壓缸、不可調(diào)單向緩沖式、 不可調(diào)雙向緩沖式液壓缸、可調(diào)單向緩沖式、可調(diào)雙向緩沖式、雙活塞桿 液壓缸和雙作用伸縮液壓缸；組合液壓缸分為單聯(lián)式、多工位式和雙向式。 這里選擇單作用活塞式液壓缸。 液壓缸的常用安裝形式有耳環(huán)型、腳架型、法蘭型和耳軸型安裝，這 里選擇尾部耳環(huán)型安裝。 通用型液壓缸結(jié)構(gòu)比較簡單，零部件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度較高，制造 和安裝都比較方便。因此，用途比較廣泛，使用于各種液壓系統(tǒng)。它一般 有拉桿型、焊接型和法蘭型液壓缸。其中焊接型液壓缸的外形尺寸較小， 暴露在外面的零件少，能承受一定的沖擊負載和惡劣的外界環(huán)境。但受到 前端蓋與缸筒連接強度的限制，缸的內(nèi)徑不能太大，額定壓力不能太高。 通常額定壓力小于２５ＭＰa，缸筒內(nèi)徑小于３２０mm，活塞桿和缸筒的加 工條件許可時允許最大行程達到１５m，多用于車輛、船舶和礦山等機械。 拉桿型液壓缸的端蓋有圓形和方形兩種.一般來說,方形端蓋用四根拉桿,圓 形端蓋用 6 根拉桿,缸筒是用內(nèi)徑經(jīng)過精加工的高精度冷拔無縫鋼管,按需 要的長度切割而成的.前后端蓋和活塞等零件均為通用件.因此,拉桿型液壓 缸制造成本較低,適用于批量生產(chǎn).焊接型液壓缸的缸筒與后端蓋采用焊接 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 連接,與前端蓋的連接方式有螺紋連接,卡環(huán)連接和鋼絲擋圈連接等多種連 接方式.法蘭型液壓缸的缸筒與前端蓋和后端蓋均采用法蘭連接.法蘭與缸 筒有整體結(jié)構(gòu)式,也有采用焊接和螺紋等方式的法蘭型液壓缸的缸筒內(nèi)徑通 常大于 100mm,外形尺寸大,額定壓力高,能承受較大的沖擊負載和惡劣的外 界環(huán)境條件,屬重型液壓缸,多用于重型機械,冶金機械等.法蘭型液壓缸的 通常額定壓力小于 35Mpa,缸筒內(nèi)徑小于 320mm,允許最大行程 8m. 這次設(shè)計的液壓缸,是用于牽引皮帶前后運動,活塞桿的行程為 2m,牽引 力最大為 200KN,結(jié)合以上的介紹可以選擇單作用活塞式液壓缸,液壓缸的安 裝選擇銷軸型,液壓缸的連接方式前后端蓋采用法蘭連接。 5.2 液壓缸主要零部件結(jié)構(gòu)、材料和技術(shù)要求 5.2.1 缸筒與缸蓋 (1)結(jié)構(gòu) 缸筒的結(jié)構(gòu)與端蓋的連接形式,液壓缸的用途,工作壓力,環(huán)境以及安裝 要求等因素有關(guān).端蓋分為前端蓋和后端蓋.前端蓋將液壓缸的活塞桿腔封 閉,并起著為活塞桿導(dǎo)向,防塵和密封的作用.后端蓋將缸筒底腔封閉,并常 常起著將液壓缸與其它機件連接的作用.常用的缸筒與缸蓋的連接有拉桿, 法蘭,焊接,內(nèi)外螺紋,內(nèi)外卡環(huán)及擋圈等連接方式,其中焊接連接型式只能 用于缸筒與后端蓋的連接. 這里前后端蓋與缸筒采用法蘭連接。 (2)缸筒設(shè)計 缸筒結(jié)構(gòu)： 采用焊接，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小。缺點是缸體有可 能變形。 缸筒材料：選用 45。毛坯采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管。材料機械 性能如下表所示： 表 2 (3)、缸筒計算： 材料 σ b最小值 σ s最小值 δ s最小值 45 610 360 14 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 32 頁 缸筒內(nèi)徑：已知液壓缸的理論作用力 F 及供油壓力 p，則有活塞桿側(cè)的 缸筒內(nèi)徑 D 為：當(dāng)活塞桿伸出時的理論推力 1 =A p= p1F4?2D 實際推力為 = * *16≈320000N=320KN16.320 當(dāng)活塞縮回時的理論拉力 = p= ( - )p2FA4?2Dd = *( - )*16≈240000N=240KN16.308 有上述公式可分別算出有桿側(cè)和無桿側(cè)的缸筒直徑，取較大的值即 D = 160 mm 缸筒壁厚及驗算：參考機械設(shè)計手冊液壓傳動表 20-6-9 選擇合適的產(chǎn) 品系列。確定缸筒外徑及其壁厚。具體尺寸如下表： 產(chǎn)品系列 代號 額定壓力 MPa 外徑 mm 內(nèi)徑 mm 壁厚 mm E 型 25 194 160 17 表 3 作為已成型的產(chǎn)品，沒有必要再次進行驗算。 缸筒底部厚度計算：因為本次設(shè)計為單作用液壓缸，在無桿側(cè)沒有壓 力油，而且缸筒聯(lián)結(jié)形式選用前端法蘭。所以設(shè)計主要考慮及工藝要求形 狀，而不考慮受力。 缸筒頭部法蘭厚度：參照實用機械設(shè)計手冊第二版下冊選擇合適的法 蘭， 法蘭為凸面對焊剛質(zhì)管 B 型法蘭。 具體尺寸見下表： 公稱 通徑 法蘭 焊端外 徑 法蘭 外徑 螺栓 孔中心 圓直徑 螺栓 孔徑 螺栓 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 33 頁 數(shù)量 螺紋 80 89 270 203 33 8 M30 密封圈 法蘭厚度 法蘭高度 法蘭頸 法蘭內(nèi)徑 d X Y f2 138 127 12806 5 48 118 133 70 表 4 公稱壓力為 25Mpa。 表中長度尺寸均為 mm 數(shù)量為單個。 字母標(biāo)記見實用機械設(shè)計手冊第二版下冊——機械工業(yè)出版社出版。 缸筒與端部焊接應(yīng)力計算：因為本次設(shè)計為單作用液壓缸，在無桿側(cè) 沒有壓力油，而且缸筒聯(lián)結(jié)形式選用前端法蘭。所以沒有必要計算。采用 一般焊接即可。 缸筒制造加工要求： 缸筒內(nèi)徑 D 采用 H7 級配合，表面粗糙度值為 0.20 微米。需進行研磨。 熱處理采用調(diào)質(zhì)，硬度 HB 不小于 241。 缸筒內(nèi)徑 D 的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半。 缸筒直線度公差在 500mm 長度上不大于 0.03mm。 缸筒端面 T 對內(nèi)徑的垂直度在 100mm 上不大于 0.04mm。 5.2.2 活塞 活塞結(jié)構(gòu)型式： 選用組合活塞。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封型式?jīng)Q定。組合式 活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長。隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)的大量 使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞的加工成本。 活塞與活塞桿的連接： 選用卡環(huán)式，用鎖緊機構(gòu)防止工作時由于往復(fù)運動而松開。同時采用 靜密封。 活塞的密封： 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 34 頁 采用車氏組合密封角形滑環(huán)式。 活塞材料： 因為有導(dǎo)向環(huán)，所以選用 45。 活塞尺寸與加工公差： 活塞寬度取值為活塞外徑的 0.8 倍。 活塞外徑的配合采用 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不大 于外徑公差之半，表面粗糙度 5.2.3 活塞桿： 結(jié)構(gòu)： 活塞桿有實心桿和空心桿兩種，見下圖?？招幕钊麠U的一端，要留出 焊接和熱處理時用的通氣孔 d2。 a)實心活塞桿 b)空心活塞桿 圖 4 我選擇其中的實心活塞桿結(jié)構(gòu)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁 即： 桿體： 設(shè)計為實心桿。 桿內(nèi)端： 由活塞與活塞桿的連接型式來確定。 桿外端： 因為液壓缸的軸線在工作時固定不動。考慮到受力較 大，所以選擇大螺紋頭。 活塞桿的材料與技術(shù)要求 材料： 選用 45 號剛，調(diào)質(zhì)處理。需淬火，活塞桿直徑每毫米淬深 0.03mm。 機械性能： 見下表 材料 熱處理材料 機械 性能 45 600 340 13 調(diào)質(zhì) 表 5 活塞桿的技術(shù)要求 活塞桿在導(dǎo)向套中滑動，采用 H8/h7 配合。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，這 樣就避免了活塞與缸筒、活塞與導(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，從而保證活塞安裝不 產(chǎn)生歪斜。 活塞桿的外圓粗糙度值為 0.2 微米。為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿 的表面需進行鍍鉻處理，鍍層厚度 0.04 微米，并進行拋光或磨削加工。 1)活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229～285HB,必要時，再經(jīng) 高頻淬火，硬度達 45～55HRC。 2)活塞桿 d 和 d1的圓度公差值，按 9、10 或 11 級精度選取。我選取 10 級精度。 3)活塞桿 d 的圓柱度公差值，應(yīng)按 8 級精度選取。 4)活塞桿 d 對 d1的徑向跳動公差值，應(yīng)為 0.01mm。 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 36 頁 5)端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7 級精度選取。 6)活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6 級精度加工；如載荷較小，機械振動 也較小時，允許按 7 級或 8 級精度制造。這里選擇按 6 級精度加工。 7)活塞桿上若有聯(lián)接銷孔時，該孔徑按 H11 級加工。該孔軸線與活塞 桿軸線的垂直公差值，按 6 級精度選取。 8)活塞桿上下工作表面的粗糙度為 Ra0.63μm，必要時，可以鍍鉻，鍍 層厚度約為 0.05mm,鍍后拋光。 3、活塞桿的尺寸。 活塞桿直徑計算： MFdP3104???? F —— 液壓缸的推力， N σ p —— 材料的許用應(yīng)力，MpanSP? d —— 活塞桿直徑，m 活塞桿強度計算： 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算： 采用實用驗算法。已知作用力和活塞桿直徑，從機械設(shè)計手冊液壓傳 動一書活塞桿彎曲計算圖中可以校驗出穩(wěn)定性程度，經(jīng)過校驗，活塞桿彎 曲穩(wěn)定性良好。 5.3 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵 活塞桿導(dǎo)向套在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進行導(dǎo)向，內(nèi) 裝有密封裝置以保證缸筒有桿側(cè)的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿 在后退時把雜質(zhì)、灰塵和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 中國礦業(yè)大學(xué) 2007 屆畢業(yè)設(shè)計 第 37 頁 的結(jié)構(gòu)采用軸套式。 導(dǎo)向套的材料采用摩擦系數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作。 導(dǎo)向套長度的確定：通常采用兩段導(dǎo)向段，每段寬度為 d/3，兩段中線 距離為 2d/3。 受力分析：分析導(dǎo)向套的受力情況。本次設(shè)計的液壓缸受力主要為拉 力，與活塞桿軸線重合，所以外力作