机械毕业设计（论文）-水平平面弹性拦阻系统的设计（液压机构）【全套图纸SW三维】.doc

山东建筑大学毕业设计说明书1 绪 论1.1 引言和平与发展是当今世界的两大主题，但是近年来恐怖主义破坏活动已成为威胁国际社会安全、阻碍全球经济发展的主要问题之一,受到国际社会和各国政府的密切关注。所谓恐怖活动是指恐怖分子制造的一切危害社会稳定、危及人类生命与财产安全的一切形式的活动，通常表现为爆炸、袭击和劫持人质（绑架）等形式，与恐怖活动相关的事件通常被称为“恐怖事件”、“恐怖袭击”等。全套图纸，加153893706作为一种国际现象，恐怖主义是一种有组织、有目的的恐怖暴力活动。但是恐怖主义并不等同于战争，一般来说，战争打击的主要对象是军事人员和军事设施，而非平民和民用设施；恐怖主义则不同，它所打击或伤害的对象主要是非武装人员和民用目标，而且恐怖主义与一般犯罪亦有区别。恐怖主义的主要活动形式包括暗杀、绑架、炸弹爆炸、劫机、纵火、恐吓、袭击或占领外国使馆及滥用外交特权等“恐怖袭击”。例如2001年9月11日，当今这个世界上唯一的超级大国美国遭遇了迄今为止人类历史上最为严重的恐怖袭击，造成了空前的灾难性后果。相比之下，近年来国内外的恐怖活动常使用汽车炸弹式攻击、驾车非法闯入或非法劫持车辆等暴力手段。因此，加强重要场所抵御非法车辆冲击的能力和对可疑车辆进行快速、高效拦截是当前反恐防暴的重要课题之一。1.2 拦阻系统的概述 拦阻系统包括路面拦阻系统和航母拦阻系统，本论文是为了拦截车辆而设计的重要路面设备，按照拦截效果分为刚性拦阻系统和弹性拦阻系统。目前在国际上最为普遍使用的是刚性拦阻系统，美国、以色列等国家已经对其制定了相关标准并投入生产，例如美国 Delta 公司产品、美国 Norshield 公司产品、以色列BRT 系列产品，如图所示。图1-1 刚性拦阻系统（美国 Delta 公司产品）图1-2 刚性拦阻系统（美国 Norshield 公司产品）图1-3 刚性拦阻系统（以色列 BRT 系列产品）这种系统的特点是拦截效果显著，可靠性高，甚至可以实现瞬时、零距离拦截，但因其拦截过程瞬时完成，拦截距离很短（甚至为零），车辆的动能很大一部分转化为车辆的变形能，故极易造成车辆的彻底损坏，对车内人员的生命安全亦构成极大威胁，如图所示：图1-4 拦截瞬间图这种拦阻系统一旦出现误拦截，所造成的严重后果更是不可弥补的，这一点与当今社会的和谐主题也是相背离的。另外，这种系统拦截车辆时，不能实现双向拦截，对布防地形的要求比较高，布防宽度的调整也比较困难，拦截车辆后大多数系统不可重复使用。为了弥补刚性阻车系统的上述缺点，一种新型的拦阻系统弹性拦阻系统应运而生，如图所示。这种系统的关键在于，通过蓄能器吸收被拦截车辆的动能，并以一定的拦截力使车辆以较小的减速度在安全距离内相对缓慢地停止，从而保证车内人员的生命安全，避免对车辆本身及拦阻设备造成损坏。图1-6 弹性拦阻外观图1.3 拦阻系统的国内外发展概况国外弹性拦阻系统的研究开始较早，自上世纪 60 年代起，美国首次对拦截车辆方法进行了理论分析。70 年代初，针对车辆在被拦截过程中的运动状态，建立了系统微分方程，并做了大量仿真分析工作，对弹性拦阻系统的拦截力性能进行了试验测试，结果表明：拦截力性能是车辆自身重量和撞网速度的函数。到了70年代末，诞生了EASY-ACLS 动力学分析大型计算软件，包括了系统的各环节数学模型及动态仿真计算程序。80年代中期，随着弹性拦阻系统的进一步发展，针对拦截过程又诞生了更优化的动力学分析软件。近年来，美国对弹性拦阻系统的研究工作已经比较成熟，根据被拦截车辆的种类不同，研发了多种弹性拦阻系统。自90年代起，已有产品陆续投放市场，如美国 Dragnet 产品、美国 ESCO 公司生产的 VAS(VehicleArresting Systems)、英国 X-net产品。从目前来讲，在拥有此类产品开发应用优势的发达国家中，美国的研究投入力度最大，成果也最显著，现阶段已研制出一批高性能通用型弹性拦阻系统，其性能几乎可以拦截任何车辆。与发达国家相比，弹性拦阻系统在国内的研究还处于起步阶段，有关弹性拦阻系统的参考文献很少，也未见相关产品投入生产，相关产品的应用更是极少。因此，结合当今社会和谐进步的主题，出于对人身生命安全的尊重，研究开发一种安全可靠、便捷高效，人性化的弹性拦阻系统已势在必行。2 水平弹性拦阻系统结构组成概述2.1 水平弹性拦阻系统组成部件根据水平弹性拦阻系统结构组成部分的功能不同，系统结构可分为拦阻支撑系统、滑轮系统、拦截网系统、张网系统和辅助系统。2.2 水平弹性拦阻系统的工作原理 弹性拦阻系统的工作流程如下所示： 发出控制信号嫌疑车辆进入拦截网升起拦截成功液压缸、蓄能器工作图2-1 弹性拦阻系统工作流程图弹性拦阻系统的工作原理：发现嫌疑车辆后，操作者按下手中启动按钮，张网机构迅速弹起，张起拦截网，车辆沿跑道进入拦截网，随即车辆的车头部分被网体包络收紧，两者一同向前运动，而网体因拉伸变形则吸收少量的车辆动能，与此同时，网体拉出拦阻绳且带动液压缸传动，将产生的能量由蓄能器储存，即蓄能器输出很大的制动力，再通过拦截网来阻止车辆的运动，逐渐吸收车辆的动能，直到车速为零。简言之，当弹性拦阻系统承受巨大冲量的时候，由于延长了作用时间，增大了受力面积，即局部受力时整体承载，避免了局部因集中受力产生损坏，又因系统的弹性和强度足以吸收、分散和传递冲击能量，故迫使车辆减速停车。2.3 滑轮系统在起重机械中，滑轮和钢丝绳是相辅相承的一对运动副。滑轮对钢丝绳起着承托和导向的作用，并与钢丝绳一起实现工作机构弹性传动的功能。滑轮因其制造方法不同，可分为:1)铸铁滑轮:易于切削加工、工艺性好、价格低。但是强度低、脆性大，轮缘容易碰碎。2)铸钢滑轮:强度和冲击韧性都较高;但工艺性差，且绳槽表面硬度高，使钢丝绳较易磨损。近年来发展起来的精铸滑轮可实现少、无切削，滑轮的材质也可按热处理后应达到的硬度要求来选配，有较广泛的应用前景。3)焊接滑轮:强度好，自重轻;但焊接时易产生变形，使质量不易保证。4)轧制滑轮:在旋转的圆形钢板上用火焰将其边缘加热后，再使用特殊的制造工艺将钢板外缘直接轧出滑轮的绳槽，其具有焊接滑轮的优点，且绳槽截面合理，切削加工量小;但其材质受到板坯材料供应品种的限制，绳槽硬度一般在HB300以下，滑轮自身的耐用性较低。5)尼龙滑轮:目前自重最轻的滑轮，可以成倍地延长钢丝绳的寿命;但容易老化，受高温后会变形，且制造成本高。6)双辐板压制滑轮:直接采用圆形钢板坯料压制成带有二分之一绳槽形状的单片轮辐，然后将两个单片轮辐合拢，组成双辐板的轮辐，用胀管铆接技术将双辐板牢固地连接成一体。在滑轮的轮缘绳槽部位上，卡套用尼龙制成护绳环，作为滑轮轮槽内衬垫，用于减少钢丝绳磨损和延长钢丝绳使用寿命。因此它既有尼龙滑轮自重轻、能延长钢丝绳寿命的特点，又有轧制滑轮强度好、精度高、制造周期短的优点，但尼龙护绳环与滑轮基体的结合可靠性较差，不宜用于高速传动。滑轮的质量具体反映为径向跳动、绳槽的不圆度、硬度、绳槽硬度与钢丝绳的匹配、自重、强度和刚度等指标。这些指标直接影响到滑轮和钢丝绳的使用寿命以及钢丝绳运动的平稳性。在运行中，滑轮与钢丝绳互相挤压与摩擦，逐渐发生磨损，以致报废。所以在实际操作中滑轮的检查和报废判断十分重要。根据以上各种滑轮的优缺点，本设计采用铸钢滑轮。本设计滑轮组的结构示意图如图所示：图2-2 结构示意图滑轮的受力计算如下Fy=F1sinA+F2sinA，Fx=0，即 F1cosA-F2cosA=0，因为拦截网受力是使用四点受力，所以 F=2Fy拦阻绳索滑轮AF2F1F图2-3 滑轮结构示意图 假设汽车在1秒的反应时间内冲击力为16000N，因为有四排滑轮，所以每一排的滑轮上滑绳的拉力为4000N，即F1=4000N，假设角度为600，所以滑轮所承受的最大力为6928N。2.4 拦截网系统拦截网系统由网体组成，其中网体的功能是包络着车辆一起运动，把车辆的动能通过拦阻绳索传递给液压缸，再通过液压缸传递给蓄能器，而网体因受力变形则吸收少量的车辆动能。拦截网网体作为碰撞时与车辆直接接触的唯一元件，对接触点、车身包容性、网形保持度、强度和耐磨性等指标要求较高。另外，在设计网体外形结构时应考虑到以下三种情况： 1）车辆进入拦截网时，运动速度可大可小；2）车辆的进入方向可能垂直于拦截网平面，也可能以其它角度进入拦截网；3）车辆可能从拦截网的正中间进入，也可能从偏离中心较远的位置进入拦截网。因此，拦截网本身应具有较好的安全措施，本文采用了 W 型拦截网，如图所示，这种网体外形结构的优点是即使在个别拦截带断裂的情况下，整个系统仍然可以保证安全可靠地拦截车辆。 图2-4 W型拦截网网体材料的选择主要取决于网体的受力情况。当系统拦截车辆时，网体顶端的拦截带将承受过大的拉应力，故采用较宽的涤纶带；底部的拦截带因工作应力状况恶劣，较易出现磨损，故采用钢丝绳；竖状拦截带因工作应力相对分散，故采用较窄的涤纶带。通常情况下，为了满足抗拉强度的要求，钢丝绳与顶端拦截带之间采用连接环连接，竖状拦截带与顶端拦截带之间采用 9 号涤纶线缝制，且对针脚大小及缝制方法均有相应要求。2.5 张网系统张网系统主要由上滑箱、液压缸等组成，当操作者按下控制按钮时，电磁开关被激活，张网机构迅速弹起，张起拦截网，弹性拦阻系统进入紧急拦截状态。而张网系统作为系统的展开、直立、支撑机构，要求其在静态时可以承载拦截网的重量，在承受撞击载荷时具有一定的抗力性。除此之外，张网子系统应具有自动脱网机构，目的是使初始拦截过程中的拦截网在被拦截车辆的带动下能够实现迅速脱网。本设计弹性拦阻系统拟张网高度为2.5m，路面宽度为 3m，拦截网的整体重量为 10kg。通过分析比较不同动力源驱动的优缺点，以及为了实现快速响应，本文采用了液压缸。同时，增加了弹性拦阻系统的隐蔽性（即增加一个普通减速带，当系统进入非拦截状态时，拦截网平铺在减速带后面，不影响过往车辆的通行情况，还增长了拦截网的使用寿命），张网机构应具有可靠的自锁功能，因此本文采用了电磁铁遥控控制方案和具有自锁功能的锁定装置。2.6 辅助系统 弹性拦阻系统的辅助系统主要由套筒、减速带、滑轮辅助块、固定架和固定块组成，套筒主要是用来固定滑轮的，减速带除了能使行驶的车辆减速外，还能对拦截网起到保护的作用，滑轮辅助块主要是支撑滑轮，使拦截网上的绳索准确进入滑轮槽内，减少绳索的磨损，而固定架和固定块是用来固定液压缸和蓄能器的，辅助系统在系统中起到了稳固系统的作用。2.7 轴承的选择滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。因为在此次设计的装置中，轴承需要承受径向载荷，所以选择滚动轴承。因为圆柱直径为30mm，所以选择结构代号为N206E/NF206型的滚动轴承。3 水平弹性拦阻液压系统组成概述3.1 几种弹性阻尼器的概述有下面几种弹性拦阻阻尼器：(1) 弹簧阻尼器 弹簧阻尼器由缸体、活塞、弹簧和阻尼流体等组成, 如图所示. A 端与需要减振的管道相连, B 端固定在拦阻体上. 活塞在缸体内作往复运动, 活塞上有适量小孔, 缸体内注满阻尼流体, 当活塞与缸体间产生相对运动时, 流体从活塞上的小孔内通过, 产生流体阻尼力,耗散运动能量, 减小结构的振动. 活塞上孔的数量和缸体内流体的体积,可根据阻尼器所需提供的阻尼值来确定, 阻尼流体可为硅油或其他粘性流体, 试验所用的硅油型号为AK100. 它的优点是结构简单，工作可靠，成本低廉，维修方便；它的缺点是是只能用于非独立悬架，重量较重，刚性大，舒适性差，纵向尺寸较长。图3-1 弹簧阻尼器结构简图1-活塞; 2-阻尼孔; 3-弹簧; 4-锁紧盘;5-盖板; 6-阻尼; 7-缸体; 8-导杆(2) 电磁阻尼器 图为四极电磁阻尼器原理图。电磁阻尼器采用内磁式分立结构, 定子由内定子和外定子组成, 稀土永磁体位于内定子上, 外定子用导磁性好的材料做成。通常内外定子之间的气隙比较小, 转子杯位于内定子和外定子之间。电枢杯是由导电性能良好、稳定性高的金属材料经机加工制成。当原动机拖动其旋转时, 金属转子杯切割定子磁场从而在杯子中感应出涡流, 与定子磁场相互作用产生阻尼转矩; 它的优点是敏捷性高，寿命比较高,可靠性好,切换速度可达到几毫秒至几微妙，缺点是本钱也较高等。图3-2 电磁阻尼器原理图(3) 液压阻尼器 液压阻尼器是一种用来延长冲击负荷的作用，吸收并转化为冲击能量，限制负载速度、位移的装置。阻尼器种类很多，有铅挤压阻尼器，钢阻尼器、摩擦阻尼器以及液体黏滞阻尼器等。其中，较为成熟主要是液体黏滞阻尼器。研制了一种使用在桥梁上新型液体粘滞阻尼器，该阻尼器的优点是结构简单，加工方便，易实现。图3-3 液压阻尼器结构图液压拦阻的优缺点：1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。 3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。 4、可自动实现过载保护。 5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。 6、很容易实现直线运动。 7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。根据弹簧式、电磁式和液压式拦阻的优缺点，液压式拦阻是现阶段较容易实现且效果明显的一种拦阻方式，所以本设计采用最后一种方案，即液压式拦阻，实现安全拦阻车辆的目的。3.2 拦阻系统液压原理及组成本设计弹性拦阻系统的液压原理图如图所示：图3-4 弹性拦阻系统液压原理图本设计液压系统包含了液压缸、电磁换向阀、液压泵、溢流阀、蓄能器、油箱等。3.3 液压缸的概述及选择 液压缸是液压系统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸是将液压泵输出的压力能转换为机械能的执行元件，它主要是用来输出直线运动(也输出摆动运动)。液压缸的工作原理以单活塞杆双作用液压缸为例，若液压缸固定，A 腔输入压力油，活塞两端的封闭的腔体内产生压力差，输入压力油的A 腔压力大于 B 腔，从而推动活塞移动，活塞杆输出直线运动。若活塞及活塞杆固定，输入压力油使液压缸移动，输出直线运动。液压缸与杠杆、连杆、曲轴、齿条、凸轮等机构连用，能扩大使用范围和机构的灵活性，输出的运动速度可以通过液压阀控制在工作过程进行较大范围的无级变速，而且调速比很大，操纵力很小、运动平稳性好，所以得到广泛的应用。液压缸的型式是多种多样的，分类方法也各不相同。按照液压缸的运动方式可分为推力液压缸(输出直线运动)和摆动液压缸(输出回转运动)，推力液压缸，按照其动作原理和结构特点又可分为单作用式、双作用式、组合式。设计之前，应先了解液压缸分类情况，才能根据液压缸的设计要求设计出合理的结构。单活塞杆式液压缸是缸体内有一个活塞，一个活塞杆，从缸体一端伸出。双活塞杆液压缸是缸体内有一个活塞，两个活塞杆，分别从缸体两端伸出。双作用单活塞杆液压缸应用广泛，工程液压缸均为单活塞杆双作用液压缸。下面为单活塞杆双作用液压缸的校核计算：图3-5 双作用单杆活塞杆油缸计算简图 流量、驱动力的计算 当压力油输入无杆腔，使活塞以速度V1运动时所需输入油缸的流量Q1为：Q1 = DV1对于手臂伸缩油缸：Q1=0.98cm/s， 对于手指夹紧油缸：Q1=1.02 cm/s ,对于手臂升降油缸：Q1=0.83 cm/s 油缸的无杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力P1即油缸的驱动力为：P1 = Dp1对于手臂伸缩油缸：p1=196N， 对于手指夹紧油缸：p1=126N ，对于手臂升降油缸：p1=320N 当压力油输入有杆腔，使活塞以速度V2运动时所需输入油缸的流量Q2为：Q2 = （D-d）V2对于手臂伸缩油缸：Q1=0.87cm/s， 对于手指夹紧油缸：Q1=0.96 cm/s ,对于手臂升降油缸：Q1=0.72 cm/s 油缸的有杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力P2即油缸的驱动力为：P2 = （D-d）p1 对于手臂伸缩油缸：p1=172N， 对于手指夹紧油缸：p1=108N ，对于手臂升降油缸：p1=305N 计算作用在活塞上的总机械载荷机械手手臂移动时，作用在机械手活塞上的总机械载荷P为：P = P工 + P导 + P封 + P惯 + P回其中 P工 为工作阻力 P导 导向装置处的摩擦阻力 P封 密封装置处的摩擦阻力 P惯 惯性阻力 P回 背压阻力P = 664+1400+480+640+816=4000(N) 确定油缸的结构尺寸 1）油缸内径的计算 油缸工作时，作用在活塞上的合成液压力即驱动力与活塞杆上所受的总机械载荷平衡，即 P = P1（无杆腔） = P2 （有杆腔）， 油缸（即活塞）的直径可由下式计算D = = 1.13 厘米 （无杆腔）对于手臂伸缩油缸：D=80mm， 对于手指夹紧油缸：D=50mm ，对于手臂升降油缸：D=100mm ，对于立柱横移油缸：D = 65mm或D = 厘米 （有杆腔）2）油缸壁厚的计算：依据材料力学薄壁筒公式，油缸的壁厚b可用下式计算：b = 厘米 P计 为计算压力 油缸材料的许用应力。对于手臂伸缩油缸：b =15mm， 对于手指夹紧油缸：b =30mm ，对于手臂升降油缸：b =28mm , 对于立柱横移油缸: b=30mm3）活塞杆的计算可按强度条件决定活塞直径d 。活塞杆工作时主要承受拉力或压力，因此活塞杆的强度计算可近似的视为直杆拉、压强度计算问题，即 = 许 ， 即 d 厘米 对于手臂伸缩油缸：d =60mm， 对于手指夹紧油缸：d =30mm ，对于手臂升降油缸：d=100mm , 对于立柱横移油缸:d=32mm本设计弹性拦阻系统所用到得液压缸全部采用单活塞双作用液压缸，因为所用液压缸压强为16Mpa，所以液压缸的内径为80mm，外径为95mm。3.4 液压泵的性能及选择 齿轮泵 工作温度为1 0 30OC 情况下, 一般运动枯度范围是3070 cst 螺杆泵 可用于由于润滑性能差而影响泵送的儿乎所有流体。例如水一油乳化剂及磷酸醋类的合成液。他们采用2 07 0 cst粘度的油无什么困难。 叶片泵 在1 3 5 O C , 7 o b a r 以土工作条件下, 适宜用5 0 so cst的油, 并且其有相当高的效率。 柱塞泵 采用60 一7 0 cst 粘度的油效率最高。这种泵适用于所用的大多数抗燃油。 液压泵的选择条件是：1）液压传动系统的使用压力和流量 齿轮泵可分为高、中、低三个档压力。低压小于等于2.5Mpa，中压8到16Mpa，高压20到31Mpa，同时，根据系统所需要的流量与电动机的转速来确定选择齿轮泵的排量。若系统使用柱塞泵，系统的压力应为泵排除压力的70%-80%，既经济又可保证泵有足够的使用周期。但液压泵尽可能不选用液压隔膜泵，由于压压系统的特殊性，易造成液压隔膜泵内置安全阀起跳，造成系统不能正常工作。2）系统对噪声及流量脉动率的要求外啮齿轮泵的噪声较大，流量脉动率大，内啮齿轮泵的噪声较小，流量脉动率较小；叶片泵、螺杆泵、柱塞泵的噪声比较低，双作用叶片泵比单作用叶片泵的噪声更低。就流量脉动率而言，双作用叶片泵流量脉动率最小，柱塞泵次之，而单作用叶片泵、柱塞泵流量脉动率中等。3）工作可靠性、使用寿命及价格双作用叶片泵的寿命较长，而单作用叶片泵、柱塞泵、齿轮泵、螺杆泵的寿命较短。从价格上相比，柱塞泵要比齿轮泵、叶片泵要贵，而螺杆泵最贵，但可靠性上螺杆泵最稳定，柱塞泵、齿轮泵、叶片泵次之。4）污染的因素低压齿轮泵的污染敏感度较低，允许系统选取过滤精度较低的滤油器；相反，高压齿轮泵的污染敏感度较高。螺杆泵、柱塞泵、叶片泵对油的污染都较为敏感，则应加强过滤。5）节能角度为了节约能量、减少功率消耗，应选用变量泵，最好选用比例压力、比例流量控制的变量叶片泵。采用双联泵、三联泵、多联泵也是节能的一种方案。综上条件本设计选用中压齿轮泵，齿轮泵的工作原理如下： 图3-6 齿轮泵1泵体；2主动齿轮；3从动齿轮工作原理：泵体1内有一对互相啮合的外齿轮2和3，齿轮的两端由端盖密封。这样由泵体、齿轮的各个齿槽和端盖形成了多个密封工作腔，同时轮齿的啮合线又将左右两腔隔开，形成了吸、压油腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿相继脱离啮合，密封工作腔容积不断增大，形成部分真空，在大气压力作用下经吸油管从油箱吸进油液，并被旋转的轮齿齿间槽带入左侧。左侧压油腔由于轮齿不断进入啮合，使密封工作腔容积减小，油液受到挤压被输出送往系统。这就是齿轮泵的吸油和压油过程。在齿轮泵的啮合过程中，啮合点沿啮合线移动，这样就把吸油区和压油区分开。 一般的机械手的液压系统，大多采用定量油泵，油泵的选择主要是根据系统所需要的油泵工作压力p泵 和最大流量Q泵来确定。 1）确定油泵的工作压力p泵 p泵 p + p式中 p 油缸的最大工作油压p 压力油路（进油路）各部分压力损失之和，其中包括各种元件的局部损失和管道的沿程损失。p泵= 60*10帕 2）确定油泵的 Q泵 油泵的流量，应根据系统个回路按设计的要求，在工作时实际所需的最大流量Q最大，并考虑系统的总泄漏来确定Q泵 = K Q最大其中K一般取1.101.25Q泵=53升/分 3）确定油泵电动机功率NN = （千瓦）式中 p油泵的最大工作压力 Q所选油泵的额定流量 油泵总效率N=7.5（千瓦）3.5 电动机的概述及选择齿轮泵确定后如何确定电动机，三相异步电动机是工农业生产中应用最广泛的一种动力机械。合理的选择与使用电动机能保证电动机安全、经济、高效地运行! 选择使用不得当, 轻者造成浪费, 重者烧毁电动机, 造成经济损失，三相交流异步电动机的选用, 主要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。三相异步电动机选取的条件是：1）功率的选择一般机械都注明应配套使用的电动机功率, 对于连续运行的电动机, 先算出生产机械的功率, 所选用的电动机的额定功率等于或大于生产机械功率的10 % 即可。短时运行电动机的功率可以允许适当过载, 设过载系数为入, 则电动机的额定功率可以是生产机械所要求功率的1/入。电动机的功率不能选择过小, 否则难于启动或者勉强启动, 使运转电流超过电动机的额定电流, 导致电动机过热以致烧损。电动机的功率选择太大, 不但浪费投资, 而且电动机在低负荷下运行, 其功率和功率因数都不高, 造成功率浪费。2）种类和型式的选择1、种类的选择选择电动机的种类是从机械特性、调速与起动特性、维护及价格等方面考虑。三相鼠笼式异步电动机结构简单, 坚固耐用, 工作可靠,价格低廉，维护方便；其缺点是调速困难, 功率因数较低, 起动性能较差。因此, 在要求机械特性较硬而无特殊要求的一般生产机械的拖动, 如水泵、通风机、运翰机、传送带和机床都采用鼠笼式异步电动机。常用鼠笼式的有J、J1、JO、JO2、JO3系列的小型异步电动机和JS、JSQ系列中型异步电动机。绕线式电动机的基本性能与鼠笼式相同。其特点是起动性能较好, 并可在不大的范围内平滑调速。但是它的价格较鼠笼式电动机高, 维护不便。因此, 只有在某些必须采用绕线式电动机的场合采用, 如起重机、锻压机等, 大多采用鼠笼式异步电动机。绕线式的有JR、JRO2系列小型绕线式异步电动机和JRQ系列中型绕线式异步电动机。2、结构型式的选择从电动机的防护型式上又可分为以下几种防护式 这种电动机的外壳有通风孔, 能防止水滴、铁屑等物从上面或垂直方向成45以内掉进电动机内部, 但是灰尘潮气还是能侵入电动机内部, 它的通风性能比较好,价格也比较便宜, 在干燥、灰尘不多的地方可以采用。“J”系列电动机就属于这种防护形式。封闭式 这种电动机的转子、定子绕组等都装在一个封闭的机壳内, 能防止灰尘、铁屑或其它杂物授人电动机内部， 但它的密封不很严密, 所以还不能在水中工作, “JO”系列电动机属于这种防护型式。在农村尘土飞扬、水花四戮的地方(如农副业加工机械和水泵)广泛地使用这种电动机。密封式 这种电动机的整个机体都严密的密封起来,可以浸没在水里工作, 农村的电动潜水泵就需要这种电动机。3）电压和转速的选择电动机电压等级的选择, 要根据电动机的类型、功率以及使用地点的电压来决定。选择电动机的转速, 应尽量与工作机械需要的转速相同, 采用直接传动, 这样可避免传动损失。异步电动机旋转磁场的转速(同步转速)有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等。 异步电动机的转速一般要低2%5%, 在功率相同的情况下, 电动机转速越低, 体积越大, 价格也越高, 而且功率因数与效率较低；高转速电动机也有它的缺点, 它的启动转矩较小而启动电流大, 拖动低转速的机械时传动不方便, 同时转速高的电动机轴承容易磨损。电动机参数的计算:1) 若传动负载作直线运动（通过滚珠丝杠）则有负载额定功率： （3-18）负载加速功率： （3-19）负载力矩（折算到电机轴）： （3-20）负载（折算到电机轴）： （3-21）起动时间： （3-22）制动时间： （3-23）2) 若传动负载作回转运动负载额定功率： （3-24）负载加速功率： （3-25）负载力矩（折算到电机轴）： （3-26）负载GD（折算到电机轴）： （3-27）起动时间： （3-28）制动时间： （3-29）式中，-为额定功率，KW；-为加速功率，KW；-为负载轴回转速度，r/min；-为电机轴回转速度，r/min；-为负载的速度，m/min；-为减速机效率；-为摩擦系数；-为负载转矩（负载轴），；-为电机启动最大转矩，；-为负载转矩（折算到电机轴上），；-为负载的，；-为负载（折算到电机轴上），；-为电机的，；具体到本设计，因为步进电机是驱动腰部的回转，传递运动形式属于第二种。下面进行具体的计算。 因为腰部回转运动只存在摩擦力矩，在回转圆周方向上不存在其他的转矩，则在回转轴上有； （3-30）式中，-为滚动轴承摩擦系数，取0.005；-为机械手本身与负载的重量之和，取100KG；-为回转轴上传动大齿轮分度圆半径，R=240mm；带入数据，计算得 : =0.12；同时，腰部回转速度定为=5r/min；传动比定为1/120；且， 带入数据得： =10.45667。将其带入上（3-24）（3-30）式，得： 启动时间 ； 制动时间 ；折算到电机轴上的负载转矩为：。电机型号的选择 根据以上结果，综合考虑各种因素，选择国产北京和利时电机技术有限公司（原北京四通电机公司）的步进电机，具体型号为：Y132M-4该步进电机高转矩，低振动，综合性能很好。 根据以上本设计选用1500r/min的三相异步电动机。3.6 蓄能器的概述及选择 本设计的蓄能系统主要是由蓄能器组成，利用蓄能器来储存产生的能量，目前液压系统中采用的蓄能器有很多种，如气囊式、隔膜式、浮筒式、重锤式、弹簧式、活塞式和气液接触式蓄能器等。其中以气囊式蓄能器和活塞式蓄能器应用最为广泛。气囊式蓄能器：这种蓄能器，由于胶囊严密地隔离了液压油和压缩气体，可以避免气体进入液压油中，对液压系统造成损害；其次，胶囊的质量惯性小，反应灵敏，特别适合于液压系统需要快速充放油液及吸收振动和冲击的场合。气囊式蓄能器失效的主要形式是气囊破裂，这种失效非常迅速。一旦气囊破裂，必然导致整个液压系统中的压力骤降。这种蓄能器应用于需要快速发现的场合，具有很好的作用。如在电液锤液压系统中采用这种蓄能器，回程或悬锤时发生蓄能器效，可能造成意外的打击，会造成意料不到的事故。因此，在电液锤的液压系统中，并不适合采用气囊式蓄能器。活塞式蓄能器：这种蓄能器在结构和制造上类似于不带活塞杆的液压缸，结构简单、紧凑，制造方便。活塞式蓄能器的使用寿命长，活塞上的密封圈即便出现严重磨损也不至于影响活塞式蓄能器在系统中的工作，如欲更换密封件，非常容易、方便，有利于液压系统的使用和维护。更重要的是，活塞式蓄能器是逐渐失效的。失效原因有以下几种：1 液压油漏入气体一侧，这种失效通常是蓄能器在长时间使用后，快速充放油所导致的。磨损的活塞密封每一行程都将少量油液擦入气体端，随着油液的增加，气体压力就上升。2 气体泄漏 当活塞密封损坏以后，气体就会漏入液压油中，密封损坏的原因是长时间使用和油液不干净。气体从端盖密封处漏出，也会造成气压的下降。无论是气压上升还是下降，其过程是缓慢的，都可以预先察觉，因而不会酿成事故。隔膜式蓄能器：这种蓄能器由两个半球型或圆柱型壳体, 将液体与气体分开的隔膜以及气阀和油口组成，其结构有两种型式：焊接连接和螺纹连接，隔膜用卡环固定在壳体的上下两半之间,在这两种形式中, 都有一个防止油被排空时挤住隔膜的菌阀。焊接式是不能修理的, 螺纹式可以修复，但是, 与焊接式相比, 螺纹式的成本高且重量大，焊接式的最大压力比为8:1, 螺纹式的最大压力比是10:1，隔膜式蓄能器的安装位置不受限制。蓄能器的选择：气囊式蓄能器是最通用且易买到的, 对于液压冲击和脉冲问题, 采用气囊式和隔膜式效果最好（不推荐采用活塞式是因为其响应速度太慢），对补偿泄漏, 马达平稳启动和温度补偿采用隔膜式较为理想。对流量超过500加仑每分, 贮存液体超过15加仑和循环次数高于一百万次的回路, 建议采用活塞式蓄能器。任何类型的蓄能器均可用于节能, 应急操作可采用气囊式和活塞式：气囊式蓄能器可长时间保持静态, 一旦需要便可正常运行，对于活塞式来说, 要想得到与准确运行相关的信号是很困难的, 活塞信号报警是一种有效的装置, 它可进行终点信号感应, 利用舌簧接点显示报警，就容积而言, 隔膜式蓄能器的最大容积仅约1加仑, 气囊式大约在115加仑之间，最大的标准型活塞式容量约为100加仑，本设计采用活塞式蓄能器。3.7 溢流阀的概述及选择溢流阀是一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用，稳压，系统卸荷和安全保护作用。 定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。 稳压作用：溢流阀串联在回油路上，溢流阀产生背压运动部件平稳性增加。 系统卸荷作用：在溢流阀的遥控口串接溢小流量的电磁阀，当电磁铁通电时，溢流阀的遥控口通油箱，此时液压泵卸荷。溢流阀此时作为卸荷阀使用。 安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10%20%）。 实际应用中一般有：作卸荷阀用，作远程调压阀，作高低压多级控制阀，作顺序阀，用于产生背压（串在回油路上）。 溢流阀一般有两种结构：1、直动型溢流阀 ;2、先导型溢流阀，如图。 对溢流阀的主要要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过载能力大，噪声小。图3-7 直动型溢流阀图3-8 先导型溢流阀 本设计选用先导式溢流阀。3.8 油箱的概述及选择 油箱是液压系统中储存液压油或液压液的专用容器。 油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气滤清器及液位计等。 油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气滤清器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05MPa。如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。选用油箱的原则： 1） 油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质，而工作时又能保持适当的液位。 2） 吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。吸油管可安装l00m左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45。角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。 3） 吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/33/4。 4） 为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气滤清器，注油及通气一般都由一个空气滤清器来完成。为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。 5） 油箱底部应距地面l50mm以上，以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。4 总结与展望总结：经过两个月的毕业课程设计，从中学到了很多，从一开始搜集资料、慢慢深入了解课题到自己设计课题内容，这个过程也是最充实的过程。本设计水平弹性拦阻系统主要设计了拦阻装置，包括拦阻柱身、上滑箱、下滑箱、液压缸固定块、固定架、阀块、辅助块等，本设计水平弹性拦阻系统主要是用来拦阻违反规章制度的车辆，弹性拦阻系统是利用液压缸和蓄能器来实现的，液压缸使液压能转换成机械能，利用这种机械能来阻挡车辆的冲击，通过蓄能器吸收被拦截车辆的动能，并以一定的拦截力使车辆以较小的减速度在安全距离内相对缓慢地停止，从而保证车内人员的生命安全，避免对车辆本身及拦阻设备造成损坏，作为缓冲环节，同时蓄能器所储存的能量使系统还原初始状态。展望：本文开发设计的弹性拦阻系统基本能够达到课题的预期目标，但是由于课题进度和实验条件的限制，还需要进一步开展的研究工作如下：(1) 本文在建立系统的模型时对车辆的受力情况进行了简化，而实际上车辆在撞网运动过程中的受力情况是非常复杂的，因此有必要对系统拦截过程中的复杂动力学方程进行更深入地研究。(2) 另外，本文仅从理论上对弹性拦阻系统进行了建模分析，而实际系统与理论模型的差异对系统的影响有待深入解决。例如：车内驾驶人员的刹车制动干扰作用对系统综合数学模型及制动性能的影响，跑道路面情况对制动性能的影响等。致 谢在本论文的工作中，自始自终得到了机电工程学院逄波老师的精心指导和亲切关怀。导师严谨的治学态度、严于律己宽以待人的做人风范是作者终身学习的榜样。另外导师们的课题组活跃的学术风气、学术观点与为人上的坦诚也深深的感染了我，使我获得了太多的启发，在此特表深深谢意！在课题研究的整个过程中，逄波老师一直给予了悉心的指导与帮助。在同他的合作中取得了很大的进步，同时他丰富的理论知识及实际工作经验、对待学术问题的科学态度令作者钦佩。在此表示由衷的感谢！ 在进行水平弹性拦阻系统结构设计过程当中，对给予我很大帮助的舍友表示感谢。也对这四年来给予了我各方面极大支持及鼓励机电工程学院老师表示感谢。最后向其他关心我支持我的老师、朋友、同班同学一并表示感谢，与你们在大学相识我很荣幸，谢谢你们！参考文献1 付永领, 王岩, 裴忠才. 基于CAN总线液压喷漆机器人控制系统设计与实现. 机床与液压. 2003, (6): 90922 丁又青, 朱新才. 一种新型型钢翻面机液压系统设计. 机床与液. 2003,