机械毕业设计（论文）-带式输送机制动器设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2011届毕业设计 第77页1 绪论全套图纸，加1538937061.1引言 随着制动器的广泛应用，其液压控制系统的发展尤为迅速。就带式输送机制动系统而言，目前其液压控制系统已多半采用了电液比例压力控制，实现了无极调压，使升压、降压过程平稳、迅速，提高了系统的性能，现在对其制动系统进行设计。 在对皮带输送机的制动器选型过程中，因液压释放式多片式制动器是近年来应用较多的一种新型制动器，它以其独特的优点及良好的安全性能被广大用户认可，特别是在结合了液压系统之后，液压系统控制性能为多片式制动器的应用提供了巨大的工作平台。碟簧制动液压释放式多片制动器，靠碟簧制动，液压释放。其设计广泛用于建筑、原料处理、农业、采矿、公用工程和木材工业方面的重型机器和非道路车辆上。 液压释放式多片制动器作为最新一种制动器，具有许多优点，所以它在现代多种类型提升机中获得广泛的应用。它具有制动力大、工作灵活性稳定、体积小、敏感度高等特点，对生产安全具有重要意义。1.2我国现在常用的制动系统目前，我国应用的几种下运带式输送机制动系统主要有：电力动力制动系统、液力制动系统、液压调压制动系统、液压调速制动系统等。电力动力制动的主要问题是国内缺少防爆电器的配套件，而且其造价较高；整个电力动力制动系统的体积庞大；并且其有一个致命弱点是无法解决停电应急保护制动的问题。液力制动系统的突出优点在于其转换元件（液力制动器）的工作性能：有油则合（投入制动），无油则分（退出制动）。由于定子和转子间没有摩擦，所以其使用寿命较长。但是它同电力动力制动系统有一个共同弱点，即其制动力矩与转子的转速有关，当转速为零时，制动力矩也变为零，因此，必须同机械闸一起配合使用。在实际使用时，应该用液力制动消耗掉下运制动的大部分机械能，待主机的高转速减至低转速时，才使用机械闸。但是这样就带来一个新问题，一般的机械闸的结构均是失电上闸式的，如果事故停电，那么机械闸瓦会自行合上，此时，液力制动器还来不及耗能，大部分的能耗将由机械闸承担。这样将产生高温。液压调压制动系统的主要优点是制动力矩正比于调定压力与转速无关，所以可将转速制动到零而不需配机械闸，控制容易、系统简单。而且，油液在系统内循环流动，系统的散热性能较好。但其缺点是液压调压制动系统的压力如果确定后系统将输出一个不随主机转速变化的恒定制动力矩，这样就无法控制胶带机的减速度值，即无法实现可控软制动。1.3 制动器的发展制动器是制动的主要组成部分，目前制动器基本都是摩擦式制动器，按照摩擦副中旋转元件的不同，分为鼓式和盘式两大类制动器。鼓式和盘式制动器结构型式。鼓式制动器又有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式制动器等结构型式。盘式制动器有固定钳式，浮动钳式，浮动钳式包括滑动钳式和摆动钳盘式两种型式。滑动钳式是目前使用广泛的一种盘式制动器。由于盘式制动器热和水稳定性以及抗衰减性能较鼓式制动器好，可靠性和安全性也好，而得到广泛应用。但是盘式制动器效能低，无法完全防止尘污和锈蚀，兼做驻车制动时需要较为复杂的手驱动机构，因而在后轮上的应用受到限制.作为一种新的制动器型式，势必引起制动器型式的变革。电制动系统制动器是基于传统的制动器，也分为盘式电制动器和鼓式电制动器，鼓式电制动器由于制动热衰减性大等缺点。已经普遍应用的液压制动现在已经是非常成熟的技术，随着人们对制动性能要求的提高，防抱死制动系统、驱动防滑控制系统、电子稳定性控制程序、主动避撞技术等功能逐渐融人到制动系统当中，需要在制动系统上添加很多附加装置来实现这些功能，这就使得制动系统结构复杂化，增加了液压回路泄漏的可能以及装配、维修的难度，制动系统要求结构更加简洁，功能更加全面和可靠，制动系统的管理也成为必须要面对的问题，电子技术的应用是大势所趋。从制动系统的供能装置、控制装置、传动装置、制动器4个组成部分的发展历程来看，都不同程度地实现了电子化。人作为控制能源，启动制动系统，发出制动企图；制动能源来自储存在蓄电池或其它供能装置；采用全新的电子制动器和集中控制的电子控制单元(ECU)进行制动系统的整体控制，每个制动器有各自的控制单元。电液复合制动系统是从传统制动向电子制动的一种有效的过渡方案，采用液压制动和电制动两种制动系统。这种制动系统既应用了传统的液压制动系统以保证足够的制动效能和安全性，又利用再生制动电机回收制动能量和提供制动力矩，提高汽车的燃料经济性，同时降低排放，减少污染。但是由于两套制动系统同时存在，结构复杂、成本偏高。结构的复杂性也增加了系统失效和出现故障的可能性，维护和保养难度增加。1.4皮带输送机的制动装置的功用、类型 1)制动装置的功用制动装置有逆止器和制动器。逆止器的作用是防止向上运输的带式输送机停车后输送带下滑。制动器的作用是保证向下运输的带式输送机可靠停车；制动器的工作原理是利用摩擦副中产生的摩擦力矩来实现制动作用，或者利用制动力与重力平衡，使机器运转速度保持恒定。为了减少制动力矩和制动器的尺寸，通常将制动器配置在机器的高速轴上。 2) 制动装置的类型按工作状态的不同分为两种;(1)常开式：经常处于松闸状态，必须施加外力才能实现制动。(2)常闭式：经常处于合闸即制动状态，只有施加外力才能解除制动状态。起重机械中的提升机构常采用常闭是制动器，而各种车辆的主制动器则采用常开式。按用途不同可分为以下两种；(1)停止式：起停止和支持运动物体的作用；(2)调速式；除上述作用外，还可调节物体运动速度。2 主要设计参数2.1主要设计要求设计已知参数：输送物料：原煤；堆积角度：；最大粒度：；输送量：；输送机长度：；带速：；输送机倾角：（下运）；带宽：；上托辊间距：;下托辊间距：2.2带式输送机的驱动功率计算圆周驱动力的计算：式中： 所有阻力，N; 主要阻力，N;特殊主要阻力，N; 特殊附加阻力，N; 倾斜阻力，N;和是所有输送机都有的，其他三类阻力，根据输送机类型及附件装设情况决定。的带式输送机，附加阻力FN明显小于主要阻力，故此处忽略不计。 与输送机长度有关的系数，在机长大于80m时查表（3-5）式中： 模拟摩擦系数，查表得： 输送机长度（头尾滚筒中心距），m； 重力加速度，g=9.81m/s10m/s 承载分支托辊组每米长度旋转部分重量，Kg/m;其中： 承载分支每组托辊部分重量，；从表3-7查得 ，槽型托辊,辊径：,; 承载分支托辊间距，m; 回程分支托辊组每米长度旋转部分重量Kg/m;其中： 回程分支每组托辊部分重量，Kg；查表得 槽型托辊，辊径：； 承载分支托辊间距，m; 每米长度输送带质量，; 查表得 (选用钢丝芯绳)输送带厚度：; 每米长度输送物料质量;按 输送机倾角；由上述公式得出由于和在整个圆周驱动力上阻力很小，在此可以忽略不计。有上述公式得出： N传动功率计算：转动滚筒轴功率：电动机功率的计算：式中： 传动功率，一般在之间选取，； 电压降系数，一般取之间，； 多电动机驱动时，；由上述公式得出： 2.3电动机的选用选用电动机：型号：YB2-315 L1-4表1功率(kW)额定电压（V）满载转速r/min电流效率%功率因数cos2806601485494.995.50.9重量（kg）冷却方式绝缘等级2080IC411B2.4输送机的张力计算输送带张力计算按不打滑条件计算：传动滚筒采用包胶滚筒，由表3-12查得滚筒与橡胶之间的摩擦系数 (带人字形沟槽的橡胶覆盖面)传动滚筒的围抱角为，查得欧拉系数输送机满载制动或启动出现的最大圆周驱动式中： 启动系数， 带入数据得： N为保证输送带工作事不打滑，需在回程上保持最小张力按公式进行计算：带入数据得： N按传动个条件满足： N输送带下垂度校核为了限制输送带在两组托辊间的下垂度，作用在输送带上任意一点的最小张力，需要进行验算：承载分支：式中： 允许最大下垂度，一般；代入数据得： N回程分支：代入数据得： N按照垂度条件满足： N2.5输送机的制动力计算制动力的计算：最大倾斜阻力为：N最小主要阻力为：代入数据得： N计算制动力大小为：N3 皮带输送机制动装置的结构设计3.1 制动装置的有关规定和要求煤矿安全规程规定，对于倾斜井巷中使用的带式输送机，在下运时应装有制动装置。3.2 皮带输送机制动器的方案选定：1)块式制动器：图1 电力液压式制动器特点：是由制动架和电力液压推动器组成。电力液压推动器是由交流异步电动机、叶轮和活塞组成。驱动装置工作是他同步工作，电机转子高速旋转，产生油压，推动活塞上升，制动器松闸，工作可靠，能连续工作。典型电力液压式制动器的常用电压为交流380V，制动时间为0.4s，快速制动是用直流电源。典型电力液压制动器如图1所示。2)电磁铁块制动器：图2 电磁铁块制动器特点：电磁制动器是现代工业中一种理想的自动化执行元件，在机械传动系统中主要起传递动力和控制运动等作用。具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。3)SZD30型制动器采用弹簧-液压叠片式摩擦结构，如图所示。皮带机开动时，通过压力油推动活塞，解除制动；需要停止时，压力油回油箱，通过叠簧的弹力实现制动。通过电感式传感器实时监测制动器摩擦片的磨损量、电阻式传感器监测系统压力。图3 SZD30型制动器性能特点：采用这种结构，SZD型制动器具有如下性能特点：（1）完全封闭，彻底避免了水衰退现象，免受外界湿度及粉尘影响，工作性能稳定；（2）能够自动补偿摩擦片之间间隙，大大减少了使用寿命期间调整、维护工作量和成本；（3）油缸环形分布和多摩擦片结构，使整体结构更加紧凑，便于在空间有限的巷道中进行布置；（4）通过改变环形分布油缸和摩擦片数目，可以获得不同的制动力矩，从而容易实现系列扩展；（5）弹簧力制动，压力油开启的常闭式制动原理，保证了意外断电情况下的安全制动；（6）系统压力、摩擦片磨损量、制动力矩的自动检测与显示，增加制动器工作的可靠性；（7）一台带式输送机可以选装单台和多台制动器，从而可以方便实现制动力矩的增减以上3中方案中，以SZD30型制动器为模版设计计算：3.3制动器的设计：3.3.1摩擦片的选用：1）参考离合器中的摩擦片来选择：每一个多片制动器中都使用内摩擦片，并由轮毂的内劲带动，外摩擦片由外壳的外劲带动，内摩擦片或外摩擦片即可以是驱动件也可以是被驱动件，内外片都可以有摩擦材料，这主要取决与制动器的种类和使用场合。摩擦片必须和其他驱动件配合使用，例如轮毂和外壳，其排列应是轴向布局并且不能互相转动。图4摩擦片的结构组合及形式（1）凸耳式：内片的内控和外片的外圆各有36个凸耳，尖角处用圆弧过渡采用凸耳式外片，其连接件长为闭式环形结构，外观完整而散热不良，凸耳式外片除和凸耳式内片配合外还可与键槽式内片配对。（2）键槽式：内片的内孔为双键或花键孔，但尖角处易产生淬火裂纹并存在应力集中，外片的外圆有36个卡槽，常与键槽或凸耳式内片配对使用，键槽式外片的连接件是开式的爪型结构，散热较好，适用于中小型套装或轴装式离合器。（3）干式摩擦片：通常，干式离合器和制动器使用一对摩擦组合，包括一个“有机”摩擦片由钢或特殊铸铁组成的摩擦副。尽管这种摩擦组合易于磨损，但由于其良好的磨损性能，它还是人们普遍使用的标准摩擦组合。在某些特殊场合，也会使用金属烧结的摩擦材料。这里所说的摩擦材料可以是环形的，也可以是分段型的，也可以是铆接在摩擦片上的，也可以粘结在摩擦片上，或借助烧结工艺制成。（4）湿式摩擦片：如果考虑湿式摩擦片，就必须考虑润滑和冷却油，因为它在摩擦过程中起到十分重要的作用。在湿式离合器和制动器中，钢钢摩擦片组合正在被钢/烧结材料摩擦组合所代替，烧结涂层这一标准特点可以满足摩擦材料高性能对其的要求。此外借助油，烧结材料在密度组合和兼容性方面是可以变化的，这样就可以满足各种不同的技术要求。在湿式摩擦片中，最引人关注的是钢/纸摩擦组合。这种结构组合现在越来越广泛地应用于机械工程和车辆工业。其主要原因就是其良好的摩擦性能和其无磨损性能。2）以上两种摩擦片符合设计要求，进行对比后选择键槽式摩擦片和湿式摩擦片。表4.1.1MATERIAL 1材料1MATERIAL 2Coefficient Of FrictionDRY（干摩擦）Greasy（润滑）Static静Sliding动StaticSlidingCraphite(石墨)Steel刚0.10.1（1）内摩擦片：石墨基摩擦材料：摩擦系数大，耐热性好，耐磨性优于粉末冶金材料，且无材料转移现象，磨损均匀，许用压强大，可在高速低载条件下工作，也可以用于重型机械传递大转矩，成本低，工艺性好与合金钢对偶工作。摩擦片外径是制动器的重要参数，它对制动器的轮廓尺寸，质量和使用寿命有决定性影响。外径： 当摩擦片外径D1确定后，摩擦片内径d1可根据在之间来确定。取 则 ;摩擦片厚度选取 ；内齿数：(均匀分布)（2）外摩擦片：金属材料（65Mn淬火）具有良好的耐磨性、导热性和贴合性、强度高，但高温时耐磨性差。外径计算同上： 则 ；外摩擦片厚度b2选取 ;外齿数：（均匀分布）3.3.2制动力距的计算及摩擦片的校核根据内外摩擦片挤压其受力点可计测量其力臂为：由于制动器中摩擦片碟簧和液压缸作用且按圆周均匀分布的，故液压缸的个数将决定其所受制动力的大小：（选用液压缸的个数为4或6）4个液压缸的制动力矩计算：NNm6个液压缸的制动力矩计算：NNm本次设计选用4个液压缸的制动器：摩擦片间隙t是指制动器处于解除制动状态、压盘被活塞拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中制动器仍能完全结合，在内外摩擦片之间留有的间隙。该间隙t一般为24mm 。本次设计取t =2 mm 。许用传递转矩T式中： 工况系数，查表得K=1.25； 摩擦系数，动=20； 许用比压，选取； 摩擦片对数，m=3； 力矩mm; 摩擦片修正系数，查表得 速度修正系数 mm 接合次数修正系数，查表得代入数据的：=533702.17Nm内外摩擦片之间的压紧力：N1）单位压力P单位压力P 决定了摩擦表面的耐磨性，对制动器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑制动器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。摩擦片单位压力p2）内轴花键与内摩擦片接合处挤压应力：3）外壳花键与外摩擦片接合处挤压应力式中： 、 内、外摩擦片厚度内摩擦片齿数外摩擦片齿数 内摩擦片个数 外摩擦片个数外允许挤压力，；3.3.3碟簧的选择及计算：碟形弹簧又名贝勒维尔弹簧垫圈，最早是100多年前法国J. Belleville发明。碟形弹簧的形状为圆锥碟状，与传统弹簧不同，功能上有其特殊的作用，主要特点是，负荷大，行程短，所需空间小，组合使用方便，维修换装容易，经济安全性高。适用于空间小，负荷大之精密重机械。其压缩行程最佳使用范围在其最大压缩行程的之间。1）碟形弹簧特性 行程短，负荷大。所需空间小。组合使用方便。维修换装轻易。经济、安全性高。 材质： 标准材质 CK67 依 DIN2093 规定用于厚度小于1.25毫米，如客户需要在非凡情况下也可应用在毫米厚。 最高级的弹簧材料 50CrV4 ，可保证15 -150 工作温度下弹簧特非常好。 适合于碟形弹簧在6毫米厚度以下 表面处理： 一般表面处理：磷酸处理后加润滑油 非凡表面处理：镀锌、钢、铭、金属膜、烤漆等电镀有可能产生碳化层，如需非凡表 面处理时，请于本公司研讨。 组合式弹簧特性曲线 (1)三片平行叠法，行程为1片，弹力为3倍。 (2)四片串联叠法，行程为4片，弹力为1倍。 (3)三片平行叠法，行程为3片，弹力为2倍。 为平行叠法之渐减曲线与厚薄不同之碟形弹簧平行，串联组合成渐进曲线，较弱的弹簧必须有保护超载设计。 2）设计注重事项: 当碟形弹簧使用串联组合时，必须有内导柱或外套环，而内导柱或外套环必须热处理至HRC52度后再研磨抛光。 3）摩擦系数与避震 ：不断的瞬间碰击，会使弹簧的寿命减低。 当弹簧超负载或急速将压力松弛时会使弹簧产生歇斯底里现象而擦伤弹簧。 显示经计算出之弹力，行程表以2512.20.9亳米之簧片为例，4片平行叠4组及2片平行叠4组 之比较，可以很明显看出摩擦力之增加，越多片平行叠法会产生越大之摩擦力。 碟形弹簧之压缩尽可能在行程范围内工作。4）根据制动力来选择弹簧当t6mm,碟簧应做成有支撑面的结构。为满足制动要求选用复合组合，每一个叠合组两个碟片，不考虑摩擦力时，单个碟簧片得弹力为：N由此选用如下碟簧：系列B（；）表4.3.1类别外径D/mm内径d/mm厚度t/mm自由高度H0/mm280413.05.3内锥高载荷P/N变形量f/mm受载后高度中性径处应力/MPa2.3105001.733.75-1030应力质量m/Kg(1000件)1140873=12733.52N式中：；，无支撑面由K1公式可得：,则算得 mm考虑摩擦力时，弹簧负荷应予修正，查表取 FM=0.01，负荷为18681N时，单片碟簧的弹簧负荷为：=9247.095；碟簧取7组，载荷为18681N时的变形量为与总变形量相差不大。图5碟簧尺寸受静载荷时，检验平时（）OM点的应力：=-996.04MPa（与屈服点接近）弹簧刚度：不考虑摩擦力，mm时，刚度为：MPa考虑摩擦力时：可得出： MPa复合碟簧组变形为12mm时的刚度为MPa3.3.4液压缸的设计：1）液压缸的受力分析：（1)制动器需要制动时，则液压缸中活塞杆拉力所受的力应等于碟簧弹力：105002=21000所以：=21000N（2）密封装置的密封阻力：式中0.03为密封系数所以=0.0321000=630N（3）液压缸的最大推力即液压缸要克服的最大阻力：=21000-630=20370N2）液压缸的主要尺寸计算：（1）液压缸内径及活塞杆直径的确定液压缸的工作压力P为13.5,确定液压缸的内径为根据液压缸的载荷力和系统工作压力计算：式中： 液压缸的理论推力 供油压力，MPa所以d=52mm参考（机械设计手册液压传动）液压缸内径故选用（2）油液作用在单位面积上的压强式中: 作用在活塞上的载荷，N； 活塞的有效工作面积，；所以：=6.7MPa选液压缸的额定工作压力为13.5 MPa合适从上式可知，压力值的建立是由载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。额定压力，是液压缸能用以长期工作的压力，应符合或接近下表规定的数值。级别压力范围MPa低压00.5中压2.58中高压816高压1632超高压32所以该系统为中高压系统最高允许压力，也是动态试验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。耐压试验压力，是检查液压缸质量时需要承受的试验压力，即在此压力下不出现变形、裂缝或爆裂。3）确定液压缸的壁厚：液压缸的要求有足够的强度和冲击韧性，在本设计中，采用的热轧无缝钢管，缸管材料为45 钢，其缸壁厚度计算公式式中： 缸体壁厚，m；实验压力，MPa；一般取(1.21.3)p；d液压缸的内径，mm；材料的许用应力，当p20Mpa时，用钢材， MPa所以=4.2mm取壁厚 t=15所以液压缸的外径mm4）缸筒壁厚验算（1）验算极限压力额定工作压力pn应低于一定极限值,以保证工作安全：式中： 缸筒材料的屈服强度；MPad液压缸的内径（mm）；D液压缸的外径（mm）；所以=68.18MPa13.5MPa68.18MPa，通过（2）验算完全塑性变形压力同时额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生：=0.382.33600.17=53MPa13.5MPa53.49MPa 通过（3）验算缸筒爆裂应力：式中： 缸筒材料的抗拉强度=610MPa；d 液压缸的内径（mm）；D 液压缸的外径（mm）；所以：=237.3MPa所以 通过（4）缸筒底部厚度计算：缸筒底部为平面,其厚度1可以按照四周嵌位的圆盘强度公式近似的计算：式中： 计算厚度外直径(如下图)；液压缸的最高工作压力，=13.5Mpa；缸筒材料的许用应力，；n液压缸的安全系数，n=3；=305MPa所以：=5.92mm5.92mm圆整取=10mm图6 缸筒底部厚度5）缸筒法兰连接螺栓螺栓选用M5螺栓材料的屈服极限MPa螺栓材料的抗拉强度MPa安全系数n=3MPa3.3.5活塞杆的设计1）活塞杆的结构、尺寸的确定活塞杆是液压缸传递力的重要零件,它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等多种作用力，必须有足够的强度和刚度。对于单作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径d可根据往复运动速比来确定=35.5查机械设计手册的表21-6-16活塞杆直径系列圆整取取活塞杆的直径为2）活塞杆的直径的强度校核在活塞杆仅承受轴向载荷的稳定状态下，活塞杆的直径按照简单的拉、压强度计算：式中： 活塞杆的许用应力（）活塞杆一般采用35或45钢等材料， =100120MPa选取=120MPa=14mm根据表20-6-3给出的活塞杆外径尺寸系列圆整成标准为：d=36mm3）活塞杆的结构活塞杆有空心和实心两种，实心杆制造工艺简单，应用广泛；空心活塞杆用于杆直径d与液压缸的直径D比值d/D较大，或杆内必须装传感器或油管的情况。该液压缸杆体采用实心，杆内端采用不可拆式活塞组件，因活塞与活塞杆直径差值小，用整体式，以简化结构，传递动力时又可提高结构刚性，如图所示图7 不可拆式活塞活塞组件1活塞杆；2活塞；4O形密封圈；5液压缸；活塞杆的外端头部与载荷的压盘相连接，为了避免活塞杆在工作中产生偏心承载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应该根据载荷的具体状况，选择适当的杆头连接形式。杆外端与压盘相接，故采用外螺纹方式。如图 所示图8 外螺纹与压盘连接4）活塞杆的材料和技术要求（1）活塞杆的技术要求活塞杆要在液压缸中滑动，一般采用H8/h7或H8/f7配合。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm，是为了保证活塞杆外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒与活塞杆的卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm,以保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3um。太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需进行镀铬处理，镀层厚0.10.3um，并进行抛光或磨削加工。对于工作条件恶劣、碰撞机会较多的情况，工作表面需经高频淬火后再镀铬。用于低载荷和良好环境条件时，可不做表面处理。（2）活塞杆材料的选择一般用中碳钢，选用45钢，调质处理；但对只承受推力的单作用活塞杆，则不必进行调质处理。对活塞杆通常要求淬火，淬火深度一般为0.51mm，或活塞杆直径每毫米淬深0.03mm。材料热处理表面处理4561036015调质镀铬2030（3）活塞杆的导向套、密封和防尘活塞杆的导向套装在液压缸的有杆侧端盖外，用以对碟簧进行导向，内部没有密封装置，起导向作用防止碟簧与活塞杆摩擦。当导向套采用非耐磨材料时，其内圈还可装设导向环，用作活塞杆的导向。导向套的典型结构形式有轴套式和端盖式，选用轴套式。5）结构：在液压缸有杆侧的端盖外，装有导向结构。6）导向套的材料：金属导向套一般采用摩擦系数小、耐磨性好的青铜材料制作，非金属导向套可以用塑料、聚四氟乙烯或聚三氟氯乙烯材料制作。轴套式直接导向型的导向套材料用灰铸铁、球墨铸铁、氧化铸铁等。7）导向套长度的确定：导向套的主要尺寸是支撑长度，通常按活塞杆直径、导向套的型式、导向套材料的承压能力、可能遇到的最大侧向负载等因素来考虑。导向套滑动面的长度A，缸径小于80mm取：=0.963=57.6mm圆整取A=58mm8）活塞：由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，使液压缸达不到要求的设计性能。液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应与缸筒内径一致。所以，活塞设计时，主要任务就是确定活塞的结构型式。（1）活塞的结构型式根据密封装置型式来选用活塞结构型式（密封装置则按工作条件选定）通常分为整体活塞和组合活塞。采用整体不可拆式。活塞的材料：活塞用优质碳素钢20号、35号及45号，选用45号。还有用铝合金作为活塞材料。活塞的材料选用高强度灰铸铁HT200。活塞的尺寸及加工精度：活塞宽度一般为活塞外径的倍，但也要根据密封件的型式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定。有时，可以结合中隔圈的布置确定活塞宽度。活塞外径的配合一般采用f9，外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构型式不同而各异。活塞的最小导向长度H及液压缸行程S的确定：液压缸的行程，主要根据执行机构的工作行程而定，工况要求活塞杆的伸出长度为96 。设活塞的宽度为B，B=35，根据设计要求液压缸的行程为：s=13 .3.3.6液压缸的密封1）密封机理：防止工作介质从机器和设备中泄漏或防止外界杂质侵入机器和设备内部的一种装置或措施称为密封。被密封的工作介质可以是气体、液体或粉状固体。造成泄露的原因主要有两方面：一是密封面上有间隙；二是密封部位两侧有压力差。消除或减小任一个因素都可以减小或阻止泄露。解决机械产品泄露的基本方法有以下几种：（1）减小密封部位内外的压差；（2）在密封配合面保持一层润滑膜；（3）消除引起泄露的流体流动的原因；（4）增加泄露部位流体流动的阻力；（5）将泄露的流体引向无害的方向或使主流回主槽。此外，还常常采用将接合部位焊合、铆合、压合、折边等永久性防止流体泄露的方法消除泄露。2）缸体与杆的密封：缸体与杆的密封采用O密封圈，防止外界杂质侵入机器和设备内部；O密封圈，防止工作介质从机器和设备中泄漏。图9缸体与活塞杆的密封1活塞杆；2缸体；3O型密封圈。选择密封必须考虑压力、温度、速度、腐蚀环境及材料等因素。3.7轴的设计计算：1）根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的布局和装配方案考虑整体布局。其布局如下：图10 轴的整体布局计算作用在摩擦片上的力转矩： =T=1782.67Nm径向力，由于内摩擦片与花键装配，只有在制动时因摩擦力才会产生很小的径向力，故此处的径向力可以忽略不计;轴向力因为内摩擦片只与轴上的键接触，故算作用在键上的力，而内摩擦片要在键上滑动，因此根据设计要求;2）选择轴的材料轴的材料Q2352035451Cr18Ni9Ti40Cr,35SiMn,2Cr13,42SiMn12-2020-3030-4015-2540-52A160-135135-118118-107148-125100.7-98该轴是转轴，选用40Cr,调质处理，其力学性能参考资料(机械设计)表8.2查得抗拉强度MPa 屈服点MPa弯曲疲劳极限MPa 剪切疲劳极限MPa3）初步估算轴的的直径计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响，查表（机械设计表8.6）取A=100mm圆整的4)轴的结构设计初步确定轴的结构方案左轴承从轴的左端装入，用端盖和定位套筒来定位,半联轴器靠轴肩定位右轴承从轴的右端装入，靠轴肩和定位套筒定位。确定轴的各段直径和长度段，根据圆整（按GB5014-85），并且由T与n来选择液力耦合器型号为YOX600（机械设计师手册P1932）比毂空长度142mm, mm, mm段，为使办联轴器定位，起轴肩高度mm倒角c取3mm，=70+10=80mm ,且符合标准密封内经（JB/ZQ4606-86）。其端盖厚度取20mm,端盖外端面与半联轴器右端面20mm，左端选用标准轴承内径, mm;B=16mm；D=110mm；挡油环的长度取20mm则=20+20+16+10+20=86mm段，为轴肩，为确保挡油环不滑动=100，=10mm；段，为槽型轴，mm；=100mm 段，为了使碟簧不与轴接触，故；=60mm;段，该轴直径，,=25mm段，放置挡油环与轴承选用标准轴承内径mm,B=13mm.d=85mm,挡油环长度取20mm,故mm，=90mm；段，根据圆整，mm，mm5）轴的校核：只承受转矩的轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。对于只传动转矩的圆截面轴，其强度条件为：实心轴的扭转强度条件为：=41.27MPa40-52MPa式中： T - 轴多受的扭矩，Nmm - 轴的抗扭截面系数，n - 轴的转速，r/minP - 轴传递的功率，KWd - 计算危险截面处轴的直径，mm许用扭转切应力，=40-52MPa。所以 通过3.4制动器的安装使用和维修：1）结构原理和特点该型液压制动器的基本结构如图3所示。该制动器是一种常闭盘式摩擦制动器，靠蝶形弹簧弹簧，通过活塞上的压盘压紧摩擦片而产生制动力矩。当机构需要转动时，可将一定压力的工作油由进油口输入制动器缸体内，此时液压力将作用于摩擦片上的活塞推开，机构即转动工作。这种制动器具有结构简单，磨损均匀，制动力矩大，制动力大小与旋转方向无关，工作可靠，价格低等优点。使用说明（1）应根据工作机构不同数值扭矩选用具有相对应制动力矩的制动器。（2）制动器控制阀必须与相匹配的马达同步（3）工作油回路必须直接接通油箱。回路应尽量短些，通径必须大于等于8mm，以保证良好的制动性。2）检修该制动器是一种液压元件。如使用具有拆检条件，应按下列要求进行检修。（1）分解时注意不要将零件敲毛碰坏，特别要保护好零件的运动表面 和密封表面。分解出来的零件置于洁净的盛器内，避免相互碰撞。分解时禁止使用铁锤敲击。（2）对拆下的零件应进行仔细的检查和修理。过度磨损损坏的零件应于更换。密封件原则上应全部更换。（3）装配前应将全部零件清洗干净、吹干，不得使用棉纱、破布等擦抹零件。装配上所及使用工具应洁净。装配时禁止使用铁锤敲击。装配后转动输油轴，应灵活无卡滞现象。（4）制动器经检修后，应进行必要的性能试验。3）吊运、保管吊运 制动连同包装箱的吊运，按包装箱上表明的要求吊运。拆箱后产品的吊用，应用与产品重量相适应的绳索套住其合适部位吊运（不得吊轴伸部位）。严禁利用进出油口、泄油口和轴端螺孔吊运。保管 制动器应存放在干燥、无腐蚀气体的仓库里。切勿受高温和在-20以下的环境里长期存放,以免加速密封件老化。制动器如长期存放不用，必须将制动器内的存油放净，外露表面上涂防锈油。各油口用螺塞堵住。4 液压控制系统设计：所设计的制动器的工作油压为：p=13MPa4.1液压原理图：图11 液压系统图1-粗过滤器；2-定量泵；3-精过滤器；4-溢流阀；5-压力表；6-三位三通换向阀；7-二位四通换向阀；8-蓄能器；9-液压缸；10-油箱工作原理：首先在皮带机需要启动时，将二位四通阀打到左位，并给液压泵电机通电，将三位三通阀打到左位，此时压力油推动活塞，解除制动，皮带机进入正常运行状态，为维持皮带机正常运行状态，将三位三通阀打到中位，锁住油路，使得压力油储存在油缸中，则无法靠弹簧制动，皮带机一直处于运行状态；当需要停止是，将三位三通阀打到右位，通过弹簧弹力使得压力油回油箱，来实现制动状态。从而保证了意外断电情况下的安全制动。4.2液压泵的选用参数计算：液压泵在液压传动中将原动机输出的机械能转换为液体的压力能，为液压系统提供压力油源。液压泵是利用封闭容积的大小变化来工作的。泵内的封闭油腔分为吸油腔和压油腔，当泵轴旋转时，吸油腔的容积增大形成局部真空，油箱中的液体介质在大气压的作用下进入吸油腔，压油腔的容积减小，容腔内的液体介质背挤压排出。根据构件不同，液压泵分为齿轮式，螺杆式，叶片式和柱塞式。 一般定义液压泵每转一转理论上可排出的液体体积为泵的理论排量。理论排量取决于液压泵的结构尺寸，与其工作压力无关。按理论排量是否可变，液压泵又分为定量型和变量型两种。通过上述分析，不论系统采用比例调速制动控制，还是调压制动，泵的排量在制动工况下一般都处于最大状态。此时，流量要么通过比例调速阀要么通过溢流阀，运转系统的动能和部分势能转化为液压油的温升，液压油的温度急剧升高，造成液压元件失效，制动系统不能正常工作。所以首先应保证制动过程中，任何时刻的液压油油温不能超过允许值。一般液压油温升不得超过此时有：1）确定泵的最大工作压力式中： 液压缸最大工作压力，MPa； 从液压泵出口到液压缸之间总的有路损失，取=0.5MPa则13+0.5=13.5MPa2）由此来选用泵CBG型外啮合齿轮泵：型号：CGB1016M,排量（ml）:16压力（MPa）:额定：16;最高：20；转速（r/min）：额定：2000，最高3000；效率（%）：容积91，总82驱动功率（kw）：10.2；理论流量：=39.36L/min4.3电动机的选用：计算液压泵的驱动功率在泵的规格表中，一般同时给出额定工况（额定压力，额定速，额定流量）下泵的驱动功率，可以按此直接选择电动机，也可按液压泵的实际使用情况，用下式计算液压泵的驱动功率：=12800=12.8kw;机座号功率（kw）电流（A）转速（r/min）效率(%)YB2-160M2-21529295089.6功率因数0.874.4确定液压系统元件、辅件4.4.1液压阀的选择：1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流根据系统的工作压力和流量选择：先导溢流阀的型号（参数如下）：型号板式连接：BG-03-32；调压范围、MPa：25.0；最大流量L/min：100；公称通径/in：3/8。生产厂家：榆次油研液压公司电磁换向阀型号（参数如下）：型号：DSHG-03C*-*-18；最大流量L/min:40；最大工作压力/MPa:21；最高先导压力/MPa:21；最低先导压力/MPa:1；质量/kg:3.5。生产厂家：榆次油研液压公司4.4.2集成油路板的设计通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构就越复杂，系统压力损失越大，占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系统。板式元件固定在板件上，分为液压油路板连接、集成油路板连接和叠加阀连接。把一个液压回路中各个元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式连接比较，除了进出液压油液通过管道外，各液压元件用螺钉规则的固定在一块液压阀板上，元件之间由液压油路板上的孔道沟通。板式元件的液压系统安装、调试和维修方便，压力损失小，外形美观。但是，其结构标准化程度差，互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难，使用受到限制。此外，还可以把液压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式与油路板比较，标准化、系列化程度高，互换性好，维修、拆装方便，元件更换容易；集成块可进行专业生产，其质量好、性能可靠而设计生产周期短。使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接条件，有叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑，体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄振动和噪声。液压油路板一般用灰铸铁来制造，要求材料致密，无缩孔疏松等缺陷。液压油路板的结构如图3-1所示，液压油路板正面用螺钉固定液压元件，表面粗糙度值为R=0.8，背面连接压力油管（P）、回油管（T）、泄漏油管(L)和工作油管(A、B)等。油管与液压油路板通过管接头用米制细牙螺纹或英制管螺纹连接。液压元件之间通过液压油路板内部的孔道连接。除正面外，其它加工面和孔道的表面粗糙度值为R=6.312.5。此外液压油路板的安装固定也是最重要的。油路板一般采用框架固定，要求安装、维修和检测方便。它可以安装固定在机床上或机床附属设备上，但比较方便的是安装在液压站上。安装方式见图3-2。1）分析液压系统，确定液压油路板数目简单液压系统的元件不多，要求液压油路板上的元件布局紧凑，尽量把元件都装在一块板上。但液压系统较复杂时，应避免液压油路板上的孔道过长，给加工制造带来困难，所以板的外形尺寸一般不大于400mm；板上安装的阀一般不多于1012个，这也可以避免孔道过于复杂，难与设计和制造。若一个液压系统需多块液压油路板布局，则应当对该系统进行分解，但应注意：（1）同一个液压回路的液压元件应布局在同一块液压油路板上，尽量减少连接管道。（2）液压元件的布局绘出液压油路板平面尺寸，把制做好的液压元件样板放在液压油路板上进行布局，此时要注意：液压阀阀心应处于水平方向，防止阀心自重影响液压阀的灵敏度，特别是换向阀一定要水平布置。与液压油路板上主液压油路相通的液压元件，其相应油口应尽量沿同一坐标轴线布置，以减少加工孔道。压力表开关布置在最上方，如果需要在液压元件之间布置，则应留足空间。液压元件之间的距离应大于5mm，换向阀上的电磁铁、压力阀的先导阀以及压力表安装等可适当的伸到液压油路板的轮廓线之外，以减小油路板的尺寸。液压元件布局如下图：图12 油路板的俯视图图13 油路板的左视图图14 油路板主视图4.4.3确定液压辅件1）过滤器性能参数（1）过滤原理与过滤介质过滤是从流体中分离非溶性固体颗粒污染物的过程。它在压力差的作用下，让流体通过多孔隙可透性介质（过滤介质），迫使流体中的固体颗粒被截留在过滤介质上，从而达到分离污染物的目的。液压过滤器简称过滤器或滤油器。它就是采用上述原理，利用过滤介质分离，减少油液中颗粒污染物，使之达到和保持油液目标清洁度的工业装置。过滤器按过滤原理区分主要有：表面型过滤器，深度型过滤器和磁性过滤器。结合滤材及使用范围考虑，则常分为表面型和深度型两大类。表面型过滤器是靠滤材表面的孔口阻截液流中的颗粒，属于这一类的有金属网，金属微孔板，线隙式，片式等过滤元件。表面型滤材的通径大小一般是均匀的，过滤机制比较单一，主要是直接阻截，凡尺寸大于通孔的颗粒被截留在液流上游一侧的滤材表面，则小于通孔的颗粒则进入下游。当滤材表面有限的孔口全部被截留的污染物堵塞后，滤芯前后的压差增加到最大值，其过滤作用也就停止了，所以表面型滤材的纳垢容量较少，但经过反向冲洗后，滤材表面的污染物可被清除干净，然后可重复使用。深度型过滤器的滤材为多孔可透性材料，常用的有非织品纤维，如滤纸，复合滤纸，合成纤维，不锈钢丝毡；多孔刚性材料，如陶瓷，金属粉末烧结，天然和合成纤维织品等。这类滤材中有无数细长且迂回曲折的通道，每一通道中还可能有一些狭窄的横向空穴。当油液流过时，大颗粒污染物被阻截在滤材表面或内部通道的缩口处，而小颗粒污染物在重力，布朗扩散，静电力或惯性力作用下，有些可能被吸附在通道内壁表面，有些可能沉积在通道横向空穴内。所以深度型滤材的过滤机制既有直接阻截，又有吸附作用，过滤作用发生在滤材整个深度范围内。与表面型相比，深度型滤材的纳垢容量大，但被滤除的污染物不容易被清洗掉，所以只能一次性使用。(2)过滤器的主要性能参数过滤器的主要性能参数有：过滤精度，压差特性和纳垢量。过滤精度