JW-1200型调速型无极绳绞车的液压调速装置设计【说明书+CAD】
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5252无极绳绞车液压调速装置设计摘要 目前使用的无极绳绞车属于直接启动,无调速性能,在使用中,启动平稳性不好,不能够进行调速,当矿车运行到直角弯道、变坡点或轨道不平等处需要慢性的场合,由于速度不易控制,就对绞车、矿车或牵引的设备引起冲击、造成矿车掉道等问题,一定程度上影响了安全高效生产。针对井下特殊的环境,改造现有的无极绳绞车,利用液压泵驱动液压马达代替原来的防爆电机,实现无极调速,使绞车能够平稳的起步,方便的调速,能够针对不同的工况,使用不同的速度来运行,得到安装维护简单、使用方便、节省人力、安全高效、运行可靠的目的。而液压技术的发展,使液压调速控制绞车更具有结构紧凑、造价便宜、起动平稳、调速方便、过载保护等优点,特别是采用鼠笼式电机拖动,使电控系统简单,实现了防爆要求。关键词:无极绳绞车 无极调速 液压AbstractCurrent use of endless rope winch belongs to start directly, without the performance of speed adjustment, in use, a smooth start can not control, when the car runs into a right-angled bend, variable slope or track inequality require chronic situations, because the speed is not easy to control, the winch, or traction. The device caused by impact, causing the car off the track and other issues, to some extent affected the safety and high efficiency production.According to the special environment, reforming the existing endless rope winch, hydraulic pump driven by hydraulic motor instead of the explosion-proof motor, to realize stepless speed regulation, so that the winch can smooth starting, convenient speed regulation, can according to the different conditions, using different speed of operation, has simple installation and maintenance, convenient use, labor saving, safe and efficient, reliable operation of the purpose of.And the development of hydraulic technology, the hydraulic speed control winch has compact structure, low cost, stable starting, convenient speed regulation, overload protection and other advantages, particularly the squirrel-cage motor, the control system is simple, achieve explosion-proof requirements.Key words: endless rope winch stepless speed regulation of smooth starting 目录前言5第一章 现有无极绳绞车总体概况和发展61.1 无极绳绞车用途61.2 传统无极绳绞车各零件及工作原理61.2.1 绞车61.2.2 张紧装置81.2.3 梭车91.2.4 轮组101.3 传统无极绳绞车存在的问题121.4 国内外防爆液压绞车的发展131.4.1 国外防爆液压绞车的技术水平及发展趋势131.4.2 国内防爆液压绞车的技术水平及发展趋势14第二章 传统无极绳绞车改造方案162.1绞车基本情况162.2 存在问题162.3 解决问题的方案16第三章 无极绳绞车驱动工况分析和确定液压系统的主要参数203.1 载荷的组成和计算203.1.1 工作载荷力矩Fg203.1.2 轴颈摩擦力矩Tf203.1.3 惯性力矩Ta213.2 初选系统工作压力223.3 确定液压泵的最大工作压力Pp23第四章 制定基本方案和绘制液压系统图244.1 系统基本方案制定244.1.1 制定调速方案244.1.2 制定压力控制方案254.1.3 制定顺序动作方案254.1.4 选择液压动力源264.2 绘制液压系统图27第五章 液压元件的选择295.1 液压泵的选择295.2 液压马达的选取305.2.1 确定液压马达的流量305.2.2 确定液压马达扭矩305.2.3 计算液压马达的排量305.2.4 选定液压马达315.3 液压阀的选择315.4 蓄能器的选择315.5 管道尺寸的确定325.6 油箱容量的确定34第六章 液压系统性能验算356.1 液压系统的发热温升计算356.1.1 液压系统的发热功率的计算356.1.2 计算液压系统的散热功率37第七章 减速器的选用407.1 按减速器机械强度许用公称输入功率P1选用407.1.1 确定减速器的负载功率P2407.1.2 确定工况系数KA、安全系数SA407.1.3 求计算功率P2c417.1.4 求总传动比417.2 校核热功率427.2.1 确定系数f1、f2、f3427.2.2 计算热功率P2t42第八章 减速器滚筒传动齿轮设计448.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数448.2 按齿轮接触疲劳强度设计448.3 齿根弯曲疲劳强度校核45总结47致谢48参考文献49附录50前言无极绳绞车作为一种新型高效的煤矿辅助运输设备,具有操作简单、安装方便、投资少、费用低、运距长、运输连续性等优点,很受煤矿的青睐。在煤矿井下其可取代多台小绞车的接力运输,实现工作面设备、材料和煤炭不经转载的连续运输,简化了运输环节,减少了辅助人员,降低了工人劳动强,提高了工作效率、运行安全可靠。目前使用的无极绳绞车属于直接启动,无调速性能,在使用中,启动平稳能不好,不能够进行调速,当矿车运行到直角弯道、变坡点或轨道不平等处需要慢性的场合,由于速度不易控制,就对绞车、矿车或牵引的设备引起冲击、造成矿车掉道等问题,一定程度上影响了安全高效生产。通过了解JW-1200型无极绳绞车的适用场合、结构特点,各部件功能,液压驱动的相关理论。针对井下特殊的环境,改造现有的无极绳绞车,利用液压泵驱动液压马达代替原来的防爆电机,实现无极调速,使绞车能够平稳的起步,方便的调速,能够针对不同的工况,使用不同的速度来运行,得到安装维护简单、使用方便、节省人力、安全高效、运行可靠的目的。第一章 现有无极绳绞车总体概况和发展1.1 无极绳绞车用途无级绳连续牵引车是一种新型的被迅速推广的煤矿辅助运输装备。以一台无极绳绞车作为驱动装置,以钢丝绳为牵引构件,与张紧装置、梭车、尾轮等配套设备一起构成一套完整的无级绳连续牵引车运输系统,适合于有瓦斯和煤尘的煤矿井下工作面顺槽和轨道港,实现材料、设备的长距离连续高效运输,特别适合于大型综采设备的连续运输。也可用于金属矿井下和地面的轨道运输。综采工作面设备辅助运输以往一般使用的是小绞车和电瓶车联合运输,需要投入大量的人力、物力,且作业人员安全系数低,事故率高,运输效率低,运行费用高;经合理设计,再回风巷安装一台无级绳连续牵引绞车,解决了长距离运输巷道变坡多、拐弯大等问题。1.2 传统无极绳绞车各零件及工作原理1.2.1 绞车绞车是整个系统的动力源,采用机械传动,如附图1,主要组成为:(1) 电机,为无极绳绞车提供动力。电动机选用隔爆型三相异步电动机、功率为55185KW、根据用户需要可配置双速电机或变频电机。(2) 底座,由结构件焊接成整体。通过地脚螺栓与基础固定。(3) 减速箱,采用硬齿面齿轮。减速箱具有机械变速功能、可实现快慢两种速度、快慢速比在2倍左右。如附图2(4) 滚筒部分,滚筒部分由小齿轮轴、大齿轮、主轴、卷绳筒及绳衬等组成。(5) 联轴器,联轴器用于联结电机和变速箱。 (6) 制动装置,有电力液压推杆和手动带式二套制动装置。(7) 齿轮罩,铁皮制成固定于底座上,用以保护大小齿轮,以保证安全。1.2.2 张紧装置无极绳运输系统为保证钢丝绳有一定的初张力必须配置张紧装置。本系统张紧装置为重锤式,主要由框架、张紧绳轮、动轮组、转向轮、配重和防护网等组成。该装置可吸收钢丝绳系统由于弹性变形而伸长的部分;同时,可为绞车提供尾张力,保证钢丝绳在卷绳筒绳衬上有较稳定的正压力,促使绞车正常牵引,而不致钢丝绳在卷绳筒上打滑。由于系统用于双向运输,所以系统中设有两组张紧装置。张紧装置有重力张紧、液压张紧及电动张紧三种形式,用户可根据需要选配。可以选用单绳张紧和双绳张紧。1.2.3 梭车梭车是用来牵引矿车、平板车、材料车等车列,且具有固定钢丝绳和储存钢丝绳等功能。梭车主要有下列部分组成:车架、储绳筒、车轮组件等。梭车带防跑车制动装置,当出现断绳等危急情况时制动装置能卡住道轨枕木而使梭车及矿车等负载制动住。梭车上装有储绳轮,可以根据巷道长度随时调整输送距离。(1)车架:梭车车架主要有架体、碰头组成,车架两端是碰头,车轮组件安装在架体上,组成行走机构,起行走和承重作用。 (2)储绳筒;梭车安装有一个储绳筒,可储存钢丝绳,以备巷道延深开采或缩短运距之用。收绳时先拔出固定插鞘,再用手把摇转储绳筒,钢丝绳逐渐缠绕于储绳筒上,最后插入固定插销。 (3)可在梭车前面或后面串列24节矿车或2节平板车,运输矸石、支护材料和配件等辅助材料。如附图3:(4) 锲块:梭车前后各有一个锲块,钢丝绳两端穿过锲块,拧紧锲块上的压紧螺栓压紧钢丝绳,收放钢丝绳时只需松开一个锲块,然后把钢丝绳卷入或卷出储绳筒,锲块起固定钢丝绳作用。1.2.4 轮组为适应起伏变化坡道,本系统设计有轮组,既可防止钢丝绳抬高时车辆掉道,又可避免钢丝绳摩擦巷道底板。轮组的固定方法象矿用轨枕一样通过螺栓固定在轨道下沿上。轮组安装数量需根据巷道具体起伏变化程度设置。尾轮固定在运距的终端,支承整个系统的反力,并可随工作面的推进,可方便地移动,以实现运距的变化。注意:在运输支架时,须浇灌水泥基础固定尾轮,其它情况可用锚杆或其它方法固定尾轮。如附图4: 压绳轮组:为适应起伏变化坡道,设计有压绳轮组,既可防止在过垂直弯道时因钢丝绳抬高而引起车辆掉道,压绳轮组分为主压绳轮组和副压绳轮组,在主压绳轮组上通过弹簧把压绳轮压在钢丝绳上,当梭车通过时,梭车前端的牵引板分开两压绳轮,使梭车能顺利通过。在副压绳轮组上,压绳轮直接固定在底架上。压绳轮组的固定方法像矿用轨枕一样通过螺栓固定在轨道下沿上。如附图5:平托轮:平托轮托在钢丝绳的下面,平托轮为双轮式(亦可采用两个绳槽式托绳轮),可同时通过方向相反的两根钢丝绳,如附图6:弯道护轨装置(有转弯时需用):为适应转弯巷道的运输需要,特别设计了一种专用的弯道护轨系统。1.3 传统无极绳绞车存在的问题虽然无极绳绞车在使用过程中,优点比较突出,但是目前无极绳绞车在实际使用中还存在着以下问题:启动时,无极绳绞车的梭车冲击太大;在绞车的运行过程中,绞车绳张得较紧时,特别是在地质条件变化较大时,车辆容易掉道;在运输过程中,绞车绳在张得较松时,特别是运行到中间部位时,常出现钢丝绳在绳衬中打滑,拉不动车的现象;在运输过程中对轨道质量要求较高;对地质条件要求较平缓,当轨道变化大于9时,钢丝绳容易摩擦到顶板;对钢丝绳的插接质量要求较高,当所埋绳头不好时,极易拉出并损坏;当环境较复杂,特别是当坡度大于9时,在放无极绳绞车的绞车绳时,危险性较大,且绞车绳在放的过程中容易打滑。1.4 国内外防爆液压绞车的发展1.4.1 国外防爆液压绞车的技术水平及发展趋势矿井防爆绞车按其拖动方式可分为电动防爆和液压防爆两大类。国外由于电器技术水平较高,井下工程机械化程度高,一般巷道和硐室较大,设备安装方便,较早的开始推广应用电动防爆绞车,主要是绕线型电机转子外接电子调速。其缺点为发热 严重,占地面积大,电控系统复杂,成本高,调整性差。随着液压技术的不断发展,轴向柱塞式和径向柱塞式液压马达系列产品推出,并逐渐用于井下提升设备和研制液压防爆绞车。液压防爆绞车具有结构紧凑、造价便宜、起动平稳、调速方便、过载保护等优点,特别是采用鼠笼式电机拖动,使电控系统简单,实现了防爆要求。在国外,液压防爆绞车根据结构形式可分为两大类:一类是采用低速大扭矩柱塞液压马达直接拖动绞车卷筒的全液压传动式;另一类是采用高速小扭矩柱塞液压马达经减速器再拖动绞车卷筒的液压一机械传动式。20世纪80年代初,欧洲一些国家开始推广应用液压传动绞车。其优点是采用低速大扭矩液压马达直接驱动绞车卷筒,省去减速器,使绞车结构简单化。低速大扭矩柱塞液压马达有制造困难、传动 效率低、寿命短、噪声大、维修费用高等缺点。20世纪80年代后期,日本、美国又开始推广应用液压一机械传动绞车。其优点是高速小扭矩液压马达具有制造容易、质量稳定、寿命长、传动效率高、噪音低、体积小等。日本三井三池制作所引进西德盖特拉马齐克公司和法国西克马菲尔公司的高速液压马达,研制了卷简直径为2米液压防爆绞车,高速液压马达经行星减速器传动卷筒,用操作手柄改变变量泵斜盘的角度来实现无级调速。主电机采用鼠笼式电机,比绕线式电机的结构简单、价格便宜、坚固耐用及效率较高,而且无滑环,运行时不产生火花,电控系统易实现防爆。钢丝绳直径为22.5 毫米,容绳量为1 100 m,最大静张力为40 KN时提升速度为3.3 8ms,静张力为33 KN时最大提升速度为4m/s,主电机功率为160KW。由于液压-机械传动绞车的优点很多,在国外应用广泛并逐步向大型化发展。 1.4.2 国内防爆液压绞车的技术水平及发展趋势我国1975年提出研制防爆绞车,1981年国内试制了第一台1.2m液压防爆绞车。其采用低速大扭矩液压马达直联卷筒的全液压传动形式,通过的鼠笼防爆电机拖动双向变量斜轴式轴向柱塞泵旋转,由柱塞泵和内曲线低速大扭矩液压马达构成闭式网路。当工作泵的输出油量变化,或改变油流方向时,液压马达也相应地变化,实现卷筒增速、减速、停止或反转。该结构由液压马达直接驱动卷筒,省去减速器,使绞车结构大大简化。但是,目前国内制造的低速大扭矩液压马达磨损后,提升绞车不能实现自锁,则容易出现跑车现象。洛阳矿山机械研究所设计有特色的液压防爆绞车。其传动形式如图,绞车液压系统由1台高压泵和多台高速液压马达组成闭式回路,高速液压马达经高精度硬齿面的行星减速器与卷筒连接,由液压控制系统控制高压泵的流量,实现液压马达的无级调速,从而达到控制负载提升或下放的工况。该防爆绞车寿命长、效率高、噪声小和不漏油,同时操作十分方便,整机结构紧凑,安装硐室小,特别是主硐室跨度小,可以节省基建投资。该防爆绞车还具有速度显示、过载、超载、减速点减速、闸瓦磨损、松绳、高压油过压、补油欠压、控制油欠压、短路、断相、零位和方向保护环节。液压冷却系统采用水冷和风冷两种形式,可供用户选择。液压站安装在单独的泵房内,改善了司机的工作环境。 第二章 传统无极绳绞车改造方案2.1绞车基本情况1绞车型号:JW1200型无极绳绞车。2生产厂家:山西临汾天马煤机有限责任公司3基本技术参数:电机功率55KW-6极,最大静张力30KN,绳速:1.1米/秒。2.2 存在问题对于目前使用的无极绳绞车属于直接起动,无调速性能。在使用中,起动平稳性能不好,不能够进行调速,当矿车运行到直角弯道、变坡点或轨道不平等处需要慢速运行的场合时,由于速度不易控制,就对绞车、矿车或牵引的设备引起冲击、造成矿车掉道等问题,一定程度上影响了安全高效生产。针对井下特殊作业环境,改造现有无极绳绞车,使无极绳绞车能够平稳的起步,方便的调速,能够针对不同的工况,使用不同的速度来运行,达到安装维护简单、使用方便、节省人力、安全高效、运行可靠的目的。2.3 解决问题的方案针对上述存在的问题,提出如下改造措施。方案一:即利用液压泵驱动液压马达代替原来的防爆电机,实现无级调速。采用液压泵产生的高压油来驱动液压马达转动,马达带动带动原减速器,再驱动滚筒工作。保证起动运转平稳,同时实现重载荷低速运行,轻载荷高速运转。方案特点:1)采用液压传动。与传统的电气防爆相比,防爆性能优越,尤其在煤矿井下等高瓦斯或易燃气体的环境中,防爆十分可靠。2)起动平稳。可空载零负荷起动。3)调速平稳,可无级调速。能在最高速度范围内的任一速度下稳定运行。4)操纵简单。司机用一个手柄就能控制绞车的加速、减速、制动及停车。电控功能概述1)具有系统具有超速、过卷等信号的检测并实行停主泵保护及声光报警功能。2)具有绞车运行速度实、绞车升/降深度实、位置实时显示功能。3)主泵的状态检测和启动/停止控制4)故障状态检测功能。 研究内容:液压系统相关元件的设计选型、性能试验。机械传动结构的改进。针对无极绳绞车的使用工况,利用液压系统调速性能高,运转可靠的特点,与现有绞车的机械结构有机结合,实现无极调速、快慢速运行。同时,结构更加紧凑、性能更加可靠。关键技术主要是根据现有无极绳绞车的使用工况,选择高可靠性的液压元件。组合成驱动、传动系统、调速系统,设计改进现有的机械结构,以及电控系统来实现预定的要求。技术方案二:针对起步不平稳,无调速性的问题,提出一种较为经济的改造措施。方案简述:利用防爆电机加调速型液力偶合器来驱动减速器和滚筒,实现轻载启动,起步平稳、并无级调速。调速型液力偶合器:是安装在原动机(电动机)和工作机之间的一种液力传动机械。它可在电机输入转速恒定的条件下,在设备运转中,通过操纵勺管,对其输出转速进行无级调节,并使电机的功率通过液力偶合器泵轮和涡轮之间工作油的循环流动,平稳而无冲击地传递给工作机。方案特点:1)采用液力传动。通过控制液力偶合器的充油量来进行速度调节,从0到设定的最大速度范围内实现无级调速。2)动力机轻载启动功能(即“软启动”),降低电机启动电流。3)改造简单,与液压传动来比较,不需要增加液压泵站、液压马达电控系统等部件。结构紧凑,占地面积小。4)维修维护保养方便。结构简单、可靠、无机械磨损,能在环境恶劣的条件下工作,无需特殊维护,使用寿命长。5)操纵简单。司机通过手动或电动控制液压偶合器的勺管得伸缩就能控制绞车的加速、减速、制动及停车。6)柔性传动自动适应功能:液力偶合器以液体为工作介质,介质本身具有减冲缓震的功能,输入与输出之间无任何机械连接,所以传动柔和平稳、减缓冲击和隔离扭震。研究内容:液力偶合器在泵类机械、风机上广泛使用,使用效果良好,节电效果明显、调速性能良好。在防爆提升绞车上也有使用,要把该偶合器运用到无极绳绞车上,主要的研究内容有:无极绳绞车现场使用的载荷大小、性质、运动状况的分析,速度控制性能的要求,根据载荷性质和控制要求,根据电动机的机械特性,选择液力偶合器的类型、规格,并计算电动机与偶合器的联合运行特性。并根据现有绞车的安装尺寸和偶合器的安装要求,设计配套的联轴器、安装机架等机械改造措施。这里选取方案一对无极绳绞车做液压调速装置改造设计计算。第三章 无极绳绞车驱动工况分析和确定液压系统的主要参数3.1 载荷的组成和计算3.1.1 工作载荷力矩Fg常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等Tg=FR式中 F最大静张力30KN R驱动轮半径1.2mTg=301031.2N.m=3.6104N.m3.1.2 轴颈摩擦力矩TfTf=Gr式中 G旋转部件施加于轴径上的径向力G=60KN 摩擦系数,参考下表1选用=0.02 r旋转轴的半径r=1.2m Tf=601030.021.2=1440N.m表1 摩擦系数导轨类型导轨材料运动状态摩擦系数滑动导轨铸铁对铸铁启动时低速 (v0.16ms)0.150.200.10.120.050.08滚动导轨铸铁对滚柱淬火钢导轨对滚柱0.0050.020.0030.006静压导轨铸铁0.0053.1.3 惯性力矩TaTa=J=Jt式中 角加速度(rads2)行走机械一般取vt=0.51.5ms2取a=1.1ms2 =ar=1.11.2=0.92rads2 角速度变化量(rads) t起动或制动时间 J回转部件的转动惯量(kg.m2)J=12mR2(m=400kg)=288kgm2启动加速时 Tw=Tg+Tf+Ta=37.7103N.m稳定运行时 TW=Tg+Tf=37.44103 N.m减速制动时 Tw=Tg+Tf-Ta=37103 N.m3.2 初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下,工作压力低,势必要加大执行元件的结构尺寸,对某些设备来说,尺寸要受到限制,从材料消耗角度看出不经济;反之,压力选得太高,对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高,必然要提高设备成本。一般来说,对于固定的尺寸不太受限的设备,压力可以选低一些,行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表 2 和表 3。表2 按载荷选择工作压力载荷kN50工作压力MPa2.5kw由此可见,油箱的散热满足散热要求,无需加冷却器。第七章 减速器的选用7.1 按减速器机械强度许用公称输入功率P1选用7.1.1 确定减速器的负载功率P2P2=Tw式中 Tw绞车驱动需要最大扭矩(N.m) 绞车转动最大角速度(rads)计算得 P2=34.7kw7.1.2 确定工况系数KA、安全系数SA无极绳绞车运输时负荷为中等冲击,减速器失效会引起生产线停产查下表1和2表1 减速器的工况系数KA原动机每日工作时间h轻微冲击载荷U中等冲击载荷M强冲击载荷H电动机汽轮机水轮机30.811.531011.251.75101.251246缸的活塞发动机311.251.753101.251.52101.51.252.2513缸的活塞发动机31.251.523101.51.752.25101.7522.5表2 减速器安全系数SA重要性与安全要求一般设备,减速器失效引起单机停产且已更换备件重要设备,减速器失效引起机组、生产线或全厂停产高度安全设备,减速器失效引起设备、人身事故SA1.11.31.31.51.51.7查的:KA=1.5 SA=1.47.1.3 求计算功率P2cP2c=P2KASA=72.87kw马达正常转速为180rmin,折算转速为750rminP2c=17.5kw7.1.4 求总传动比i=TwTM式中 Tw绞车驱动需要最大扭矩(N.m) TM马达输出扭矩求得 i=32 外部齿轮传动比为4选得ZLY-125 i=8 P1=23kw7.2 校核热功率7.2.1 确定系数f1、f2、f3查表3,4,5表3 环境温度系数f1环境温度t1020304050冷却条件f1无冷却0.8811.151.351.65循环油润滑冷却0.911.11.21.3表4 负载率系数f2小时负荷率()10080604020f210.940.860.740.56表5 减速器公称功率利用系数f3功率利用系数0.40.50.60.70.81f31.251.151.11.051取得:f1 =1 f2=1 f3=1.23 7.2.2 计算热功率P2tP2t=P2f1 f2 f3 =34.71.23=42.6kw查手册得:ZLY-125,PG1=28P2t,因此可以选定: ZLY125- 8-减速器,采用油池润滑,盘状水管通水冷却润滑油第八章 减速器滚筒传动齿轮设计已知传动比为4,传动扭矩为37.7KN.m8=4837.5 N.m8.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 根据传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动。2) 绞车为一般工作机器,速度要求不高,故选用7级精度。3) 材料选择。由机械设计表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。4) 选小齿轮齿数Z1=50,大齿轮齿数Z2=450=2008.2 按齿轮接触疲劳强度设计1) 设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算,再按齿根弯曲疲劳强度校核。2) 按齿面接触疲劳强度设计,即 d1t2.3232KT1d1(ZEH)2确定公式内的各计算数值a) 试选载荷系 K=1.1.b) 计算齿轮传递的转矩T =4837.5N.mc) 齿宽系数,由机械设计表6.5选取齿宽系数d=1d) 计算应力循环次数由公式 N1=60.n1jLh=6022.521630015 得出N =1.9108 由公式 N2=N1得出N =4.8107 由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1 ;KHN2 。分别为0.95和1.05e) 计算接触疲劳许用应力安全系数S=1H1=KHN1lim1S=0.95600=570MPa H2=KHN2lim2S=1.05550=577.5MPa3) 计算a) 求d1d1t20.12mm小齿轮直径应大于减速器输出轴上齿轮直径取d1=200mmb) 试算齿轮模数 由 m=d1z1计算可得m,但按标准取模数m=4c) 计算主要尺寸。1.分度圆 d1=200mm d2=mz2 =4200=400mm2.齿宽 B2 =80 mm B1= B2+5=85 mm3.标准中心距aa=1/2m(z1 +z2 )=500mm4.齿顶圆直径d 根据国标有关数据齿顶高h = ham=4mmD1 = D1 +2ha =200+24=208mmD2 = D2 +2ha =800+24=808mm8.3 齿根弯曲疲劳强度校核 F=2KT1m3Z12dYFaYSaF满足上述公式则合格1.确定公式内的各计算数值查机械设计表10-5标准外齿轮的齿形系数YFa 得出YFa1=2.65 YFa2Y =2.18查机械设计表10-5标准外齿轮的应力修正系数Ysa 得出YSa1=1.59 YSa2 =1.80查机械设计图10-20得许用弯曲疲劳强度极限FEFE1=500Mpa;FE2=380Mpa取安全系数S=1.3由机械设计图10-18弯曲疲劳寿命系数KFNKFN1 与KFN2分别为0.87,0.95由公式F1=KFN1FE1S F2=KFN2FE2S 代入数据比较得出齿根弯曲疲劳强度校核合格总结历时十几周的毕业设计在紧张有序中即将结束,回忆这个过程这段经历,感觉收益良多。在这次的毕业设计中,使我深刻体会到了理论联系实践的重要性,也使我更进一步的掌握了平实所学到的理论知识。经过这次的毕业设计,我能够更好的将理论知识应用于实践当中,使我综合运用的能力得到了进一步的提高。在设计中,我通过查阅书籍、上网得到了大量的资料,使我对设计的全过程和整个过程中各个环节的联系有了更深一步的认识。为我以后从事工作打下了坚实的基础。当我初涉设计时,主、客观问题层出不穷,按着设计计划,设计思路有序地进行,围绕无极绳绞车无级调速设计该题目,既了解了无极绳绞车的有关河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)中期检查表指导教师: 牛振华 职称: 所在院(系): 机械系 教研室(研究室): 题 目JW-1200型调速型无极绳绞车的液压调速装置设计学生姓名杨涛专业班级08机设2班 学号0828070097一、选题质量:(主要从以下四个方面填写:1、选题是否符合专业培养目标,能否体现综合训练要求;2、题目难易程度;3、题目工作量;4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度)所选题目来源于生产实际中的课题,内容主要对无极绳绞车的液压调速装置设计,涉及液压系统的设计和液压泵液压阀液压马达的选型设计,还有一些有关的设计计算与校核,与专业课程紧密联系,符合专业培养目标,在设计工作中,需要对所学知识综合地加以运用,使之能够熟练应用有关参考资料、计算图表、手册;熟悉有关的国家标准和部颁标准,体现了综合训练的要求。在课题研究方面,有不小的难度,工作量大,对以后工作帮助很大,选题质量很高。二、开题报告完成情况:从适合实际工作环境出发,确定了明确的课题设计的方向;并对无极绳绞车的液压调速装置设计中的问题有了一定的认识和了解;课题进行设计计算,并有了一定的进展,设计过程已经大有进展完成了整体系统的设计和主要部件设计选用,并确定了工作方法;同时,已完成了对相关资料的查阅,对课题有了总体的分析。三、阶段性成果:对无极绳绞车调速装置的研究现状及发展,研究目的和意义有了深刻的了解,液压调速系统方案设计和系统图绘制已经完成,系统执行件液压马达选型完成。液压系统初步仿真也已完成,但设计计算工作还是很艰巨仍需认真工作直至设计结束四、存在主要问题:1.对cad掌握还不够熟练,绘制液压系统图过程中出现的问题比较多。2.对液压传动理论知识熟练度不够,系统设计计算比较吃力。3. 关于无极绳绞车的资料太少,液压系统设计时对绞车运行情况了解还不深。4.对液压系统元件直观了解不够,液压装置总体布局和集成块设计无从下手。五、指导教师对学生在毕业实习中,劳动、学习纪律及毕业设计(论文)进展等方面的评语指导教师: (签名) 年 月 日2河南理工大学万方科技学院毕业设计河南理工大学万方科技学院本 科 毕 业 论 文附录: 外文资料与翻译 院(系部) 机械与动力工程系 专业名称 机械设计制造及自动化 年级班级 08机设2班 学生姓名 杨 涛 指导老师 牛 振 华 2012年05月外文资料与中文翻译外文资料:Hydraulic Station and the development of hydraulic components ProfilesHydraulic Pump Station also known as the stations are independent h- ydraulic device. It requested by the oil gradually. And controlling the hydraulic oil flow direction, pressure and flow rate, applied to the mainframe and hy- draulic devices separability of hydraulic machinery. Users will be provided after the purchase hydraulic station and host of implementing agencies (motor oil or fuel tanks) connected with tubing, Hydraulic machinery can be realized from these movements and the work cycle. Hydraulic pump station is installed, Manifold or valve combination, t- anks, a combination of electrical boxes. Functional components : Pump device - is equipped with motors and pumps, hydraulic station is the source of power. to mechanical energy into hydraulic oil pressure can be. Manifold - from hydraulic valve body and channel assembled. Right direction for implementation of hydraulic oil, pressure and flow control. Valve portfolio - plate valve is installed in up board after board conn-ects with the same functional IC. Tank - plate welding semi-closed containers, also loaded with oil filtering network, air filters, used oil, oil filters and cooling. Electrical boxes - at the two patterns. A set of external fuse terminal plate; distribution of a full range of electrical control. Hydraulic Station principle : motor driven pump rotation, which pump oil absorption from the oil tank. to mechanical energy into hydraulic pressure to the station, hydraulic oil through Manifold (or valve combinations) realized the direction, pressure, After adjusting flow pipe and external to the cylinder hydraulic machinery or motor oil, so as to control the direction of the motive fluid transformation force the size and speed the pace of promoting the various acting hydraulic machinery. A development course China Hydraulic (including hydraulic, the same below), pneumatic and seals industrial development process can be broadly divided into three phases, namely : 20 early 1950s to the early 1960s, the initial stage; 60s and 70 for specialized production system ;8090s growth stage for the rapid development stage. Which, hydraulic industry in the early 1950s from the machine tool industry production of fake Su-grinder, broaching machine, copying lathe, and other hydraulic drive started, Hydraulic Components from the plant hydraulic machine shop, self-occupied. After entering the 1960s, the application of hydraulic technology from the machine gradually extended to the agricultural machinery and mechanical engineering fields, attached to the original velocity of hydraulic shop some stand out as pieces of hydraulic professional production. To the late 1960s, early 1970s, with the development of mechanized production, especially in the second automobile factory in providing efficient, automated equipment, along with the Hydraulic Components manufacturing has experienced rapid development of the situation, a group of SMEs have become professional hydraulic parts factory. 1968 Chinas annual output of hydraulic components have nearly 200,000 in 1973, machine tools, agricultural machinery, mechanical engineering industries, the production of hydraulic parts factory has been the professional development of more than 100 and an annual output more than one million. an independent hydraulic manufacturing industry has begun to take shape. Then, hydraulic pieces of fake products from the Soviet Union for the introduction of the product development and technical design combining the products to the pressure, Hypertension, and the development of the electro-hydraulic servo valves and systems, hydraulic application areas further expanded. Aerodynamic than the start of the industrial hydraulic years later, in 1967 began to establish professional pneumatic components factory, Pneumatic Components only as commodity production and sales. Sealed with rubber and plastics, mechanical seals and sealing flexible graphite sealing industry, the early 1950s from the production ordinary O-rings. rubber and plastics extrusion, such as oil seal sealing and seal asbestos products start to the early 1960s, begun production of mechanical seals and flexible graphite sealing products. 1970s, the burning of the former Ministry, a Ministry, the Ministry of Agricultural Mechanization System, a group of professional production plants have been established, and the official establishment of industries to seal industrial development has laid the foundation for growth.Since the 1980s, in the countrys reform and opening up policy guidelines, with the development of the machinery industry, based mainframe pieces behind the conflicts have become increasingly prominent and attracted the attention of the relevant departments. To this end, the Ministry of the original one in 1982, formed the basis of common pieces of Industry, will be scattered in the original machine tools, agricultural machinery, mechanical engineering industries centralized hydraulic, pneumatic and seals specialized factories, placing them under common management infrastructure pieces Bureau, so that the industry in the planning, investment, technology and scientific research and development in areas such as infrastructure pieces Bureau of guidance and support. Since then entered a phase of rapid development, has introduced more than 60 items of advanced technology from abroad, including more than 40 items of hydraulic, pneumatic 7. After digestion and absorption and transformation, now have mass production, and industry-leading products. In recent years, the industry increased the technological transformation efforts, in 1991, Local enterprises and the self-financing total input of about 20 billion yuan, of which more than 1.6 billion yuan Hydraulic. Through technological transformation and technology research, and a number of major enterprises to further improve the level of technology, technique and equipment to be greatly improved. In order to form a higher starting point, specialization, and run production has laid a good foundation. In recent years, many countries in the development of common ownership guidelines, under different ownership SMEs rapid rise showing great vitality. With the further opening up, three-funded enterprises rapid development of industry standards for improving and expanding exports play an important role. Today, China has and the United States, Japan, Germany and other countries famous manufacturers joint ventures or wholly-owned by foreign manufacturers to establish a piston pump / motor, planetary reduction gears, steering gear, hydraulic control valve, hydraulic system, hydrostatic transmission, hydraulic Casting. pneumatic control valve, cylinder, gas processing triple pieces, mechanical seals, rubber and seal products more than 50 production enterprises, attracting foreign investment over 200 million U.S. dollars. Second, the current situation (1) Basic Profiles After 40 years of efforts, China hydraulic, pneumatic and sealing industry has formed a relatively complete categories. a certain level of technical capacity and the industrial system. According to the 1995 Third National Industrial Census statistics, hydraulic, Pneumatic seals and industrial 370,000 annual sales income of 100 million yuan in state-owned, village-run, private and cooperative enterprises, individual, three capital enterprises with a total of more than 1,300, of which about 700 hydraulic, Pneumatic seals and the approximately 300 thousand. By 1996 with the international trade statistics, the total output value of Chinas industry hydraulic 2.348 billion yuan, accounting for the worlds 6; Pneumatic industry output 419 million yuan, accounting for world No. 10. (2) the current supply and demand profiles Through the introduction of technology, independent development and technological innovation, and high-pressure piston pump, gear pumps, vane pump, General Motors hydraulic valves, tanks, Non-lubricated aerodynamic pieces and various seals of the first large technology products has increased noticeably. stability of the mass production may, for various mainframe products provide a level of assurance. In addition, hydraulic and pneumatic components of the CAD system, pollution control, proportional servo technology has scored some achievements, and is already in production. Currently, hydraulic, pneumatic and seals products total about 3,000 species, more than 23,000 specifications. Among them, there are 1,200 hydraulic varieties, more than 10,000 specifications (including hydraulic products 60 varieties 500 specifications); Pneumatic are 1,350 varieties, more than 8,000 specifications; Rubber seal 350 species more than 5,000 specifications have been basically cater to the different types of mainframe products to the general needs, complete sets of equipment for major varieties of matching rate was over 60%, and started a small amount of exports. 1998 pieces of homemade hydraulic output 4.8 million. sales of about 28 billion (of which about 70% mechanical systems); aerodynamic pieces yield 3.6 million. sales of about 5.5 billion (of which about 60% of mechanical systems); Seals output of about 800 million. sales of about 10 billion (of which about 50% mechanical systems). According to the China Hydraulic Pneumatic Seals Industry Association 1998 annual report, hydraulic product sales rate of 97. 5% (101% for hydraulic), pneumatic 95.9%, 98.7% sealed. This fully reflects the basic marketing convergence.My hydraulic, pneumatic and sealing industry has attained a great deal of progress, but with mainframe development needs, and the worlds advanced level, there are still many gaps, mainly reflected in the product variety, performance and reliability, and so on. Hydraulic products as an example, products abroad only one-third, life for half abroad. In order to meet key mainframe, and mainframe imports of major technology and equipment needs, every year a large number of hydraulic, pneumatic and sealing products imports. According to customs statistics and the analysis of data, in 1998 hydraulic, pneumatic and seals in the import about 200 million U.S. dollars, Hydraulic which about 1.4 billion dollars, aerodynamic nearly 030 million U.S. dollars, sealed about 030 million U.S. dollars. compared with a slight decline in 1997. By sums, currently imported products on the domestic market share of about 30%. 1998 pieces of the domestic market demand for hydraulic total of about six million, the total sales of nearly 40 billion; aerodynamic pieces of the total demand of about 5 million, with sales more than 700 million yuan; Seals total demand of about 1.1 billion. total sales of about 1.3 billion. Third, the development trend of the future 1, affect the development of the main factors (1) product development ability, and the level of technological development and speed can not completely meet the advanced mainframe products, major equipment and technology imported equipment and maintenance support; (2) the number of enterprises manufacturing technology, the level of equipment and management standards are comparatively backward, coupled with a strong sense of quality, resulting in low levels of product performance, quality, Reliability poor services in a timely manner, lack of user satisfaction and trust of the brand-name products;(3) industry specialization of production low, scattered strength, low repeat serious, between regions and enterprises of convergence products, blindly compete with each other, driving down prices, the decline of enterprise returns, lack of funds, liquidity difficulties, product development and technological transformation is inadequate and seriously restricted the industry to improve the overall level of competition and the increase of strength; (4) The internationalization of the domestic market and the increasing degree of foreign companies have entered the Chinese market and participate in competition with the domestic private and cooperative enterprises, individuals, foreign-funded enterprises, such as the rise of state-owned enterprises due to the growing impact. 2, the development trend As the socialist market economy continues to deepen, hydraulic, pneumatic and sealing products in the market supply and demand and there is a greater change, long ago to a shortage of the sellers market has basically become a structural surplus of the characteristics of the buyers market place . Overall capacity, is already in oversupply situation, in particular the general low level of hydraulic, pneumatic and seals, the general oversupply; and the host of urgent high-tech high-parameter, high value-added high-end products, and they do not satisfy the market needs, only dependent on imports. China joins the WTO, its impact may be even greater. Therefore, the 15 during the growth of the output value of industry, must not depend on volume growth and the industry should address the structural problems of their own, increase the intensity of the adjustment of the industrial structure and product mix, is, we should rely on the improvement of quality, and promote technical upgrading of products to meet market demand and stimulating, seek greater development.中文翻译:液压站及液压元件发展概况液压站又称液压泵站,是独立的液压装置。它按逐级要求供油。并控制液压油流的方向、压力和流量,适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械上。用户购后只要将液压站与主机上的执行机构(油缸或油马达)用油管相连,液压机械即可实现各种规定的动作和工作循环。液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。各部件功能为:泵装置上装有电机和油泵,是液压站的动力源,将机械能转化为液压油的压力能。集成块由液压阀及通道体组装而成。对液压油实行方向、压力和流量调节。阀组合板式阀装在立板上,板后管连接,与集成块功能相同。油箱板焊的半封闭容器,上还装有滤油网、空气滤清器等,用来储油、油的冷却及过滤。电气盒分两种型式。一种设置外接引线的端子板;一种配置了全套控制电器。液压站的工作原理:电机带动油泵转动,泵从油箱中吸油供油,将机械能转化为液压站的压力能,液压油通过集成块(或阀组合)实现了方向、压力、流量调节后经外接管路并至液压机械的油缸或油马达中,从而控制液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢,推动各种液压机械做功。一、发展历程 我国液压(含液力,下同)、气动和密封件工业发展历程,大致可分为三个阶段,即:20世纪50年代初到60年代初为起步阶段;6070年代为专业化生产体系成长阶段;8090年代为快速发展阶段。其中,液压工业于50年代初从机床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步,液压元件由机床厂的液压车间生产,自产自用。进入60年代后,液压技术的应用从机床逐渐推广到农业机械和工程机械等领域,原来附属于主机厂的液压车间有的独立出来,成为液压件专业生产厂。到了60年代末、70年代初,随着生产机械化的发展,特别是在为第二汽车制造厂等提供高效、自动化设备的带动下,液压元件制造业出现了迅速发展的局面,一批中小企业也成为液压件专业制造厂。1968年中国液压元件年产量已接近20万件;1973年在机床、农机、工程机械等行业,生产液压件的专业厂已发展到100余家,年产量超过100万件,一个独立的液压件制造业已初步形成。这时,液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合的产品,压力向中、高压发展,并开发了电液伺服阀及系统,液压应用领域进一步扩大。气动工业的起步比液压稍晚几年,到1967年开始建立气动元件专业厂,气动元件才作为商品生产和销售。含橡塑密封、机械密封和柔性石墨密封的密封件工业,50年代初从生产普通O型圈、油封等挤压橡塑密封和石棉密封制品起步,到60年代初,开始研制生产机械密封和柔性石墨密封等制品。70年代,在原燃化部、一机部、农机部所属系统内,一批专业生产厂相继成立,并正式形成行业,为密封件工业的发展成长奠定了基础。 进入80年代,在国家改革开放的方针指引下,随着机械工业的发展,基础件滞后于主机的矛盾日益突出,并引起各有关部门的重视。为此,原一机部于1982年组建了通用基础件工业局,将原有分散在机床、农业机械、工程机械等行业归口的液压、气动和密封件专业厂,统一划归通用基础件局管理,从而使该行业在规划、投资、引进技术和科研开发等方面得到基础件局的指导和支持。从此进入了快速发展期,先后引进了60余项国外先进技术,其中液压40余项、气动7项,经消化吸收和技术改造,现均已批量生产,并成为行业的主导产品。近年来,行业加大了技术改造力度,19911998年国家、地方和企业自筹资金总投入共约20多亿元,其中液压16亿多元。经过技术改造和技术攻关,一批主要企业技术水平进一步提高,工艺装备得到很大改善,为形成高起点、专业化、批量生产打下了良好基础。近几年,在国家多种所有制共同发展的方针指引下,不同所有制的中小企业迅猛崛起,呈现出勃勃生机。随着国家进一步开放,三资企业迅速发展,对提高行业水平和扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国著名厂商合资或由外国厂商独资建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、气源处理三联件、机械密封、橡塑密封等类产品生产企业50多家,引进外资2亿多美元。 二、目前状况 (1)基本概况 经过40多年的努力,我国液压、气动和密封件行业已形成了一个门类比较齐全,有一定生产能力和技术水平的工业体系。据1995年全国第三次工业普查统计,我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销售收入在100万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有1300余家,其中液压约700家,气动和密封件各约300余家。按1996年国际同行业统计,我国液压行业总产值23.48亿元,占世界第6位;气动行业总产值4.19亿元,占世界第10位。 (2)当前供需概况 通过技术引进,自主开发和技术改造,高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用液压阀门、油缸、无油润滑气动件和各类密封件第一大批产品的技术水平有了明显的提高,并可稳定的批量生产,为各类主机提高产品水平提供了保证。另外,在液压气动元件和系统的CAD、污染控制、比例伺服技术等方面也取得一定成果,并已用于生产。目前,液压、气动和密封件产品总计约有3000个品种、23000多个规格。其中,液压有1200个品种、10000多个规格(含液力产品60个品种、500个规格);气动有1350个品种、8000多个规格;橡塑密封有350个品种、5000多个规格,已基本能适应各类主机产品的一般需要,为重大成套装备的品种配套率也可达60%以上,并开始有少量出口。 1998年国产液压件产量480万件,销售额约28亿元(其中机械系统约占70%);气动件产量360万件,销售额约5.5亿元(其中机械系统约占60%);密封件产量约8亿件,销售额约10亿元(其中机械系统约占50%)。据中国液压气动密封件工业协会1998年年报统计,液压产品产销率为97 .5%(液力为101%),气动为95.9%,密封为98.7%。这充分反映了产销基本衔接。 我国液压、气动和密封工业虽取得了很大的进步,但与主机发展需求,以及和世界先进水平相比,还存在不少差距,主要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。以液压产品为例,产品品种只有国外的1/3,寿命为国外的1/2。为了满足重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要,每年都有大量的液压、气动和密封产品进口。据海关统计及有关资料分析,1998年液压、气动和密封件产品的进口额约2亿美元,其中液压约1.4亿美元,气动近0.3亿美元,密封约0.3亿美元,比1997年稍有下降。按金额计,目前进口产品的国内市场占有率约为30%。1998年国内市场液压件需求总量约600万件,销售总额近40亿元;气动件需求总量约500万件,销售总额7亿多元;密封件需求总量约11亿件,销售总额约13亿元。 三、今后发展走势 1、影响发展的主要因素 (1)企业产品开发能力不强,技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机产品、重大技术装备和进口设备的配套和维修需要; (2)不少企业的制造工艺、装备水平和管理水平都较落后,加上质量意识不强,导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差,服务不及时,缺乏使用户满意和信赖的名牌产品; (3)行业内生产专业化程度低,力量分散,低水平重复严重,地区和企业之间产品趋同,盲目竞争,相互压价,使企业效益下降,资金缺乏、周转困难,产品开发和技术改造投入不足,严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的增强; (4)国内市场国际化程度日益提高,国外公司纷纷进入中国市场参与竞争,加上国内私营、合作经营、个体、三资等企业的崛起,给国有企业造成愈来愈大的冲击。 2、发展走势 随着社会主义市场经济的不断深化,液压、气动和密封产品的市场供求关系发生较大变化,长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。从总体能力看,已处于供大于求的态势,特别是一般低档次液压、气动和密封件,普遍供过于求;而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档产品,又不能满足市场需要,只能依赖于进口。在我国加入WTO后,其冲击有可能更大。因此,“十五”期间行业产值的增长,决不能依赖于量的增长,而应针对行业自身的结构性矛盾,加大力度,调整产业结构和产品结构,也就是应依靠质的提高,促进产品技术升级,以适应和拉动市场需求,求得更大的发展。19
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