机械圆盘截齿式矿车清理机液压系统设计【矿山生产设备清车机设计】

河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 1 第一章 绪论 当今 ，矿车在我国仍是重要的矿山生产设备。它在运送物料的过程中，不论煤质，粒度组成及含水量如何，由于煤矿生产环境的恶劣，加之在运输过程中的振动等原因，卸车之后总会有少量的煤炭、矸石岩粉等易粘结的物料粘结在矿车车箱底部及帮部， 形成粘附层。 若不将这些残留煤、岩粉及时清除干净，则会越积越厚，越积越结实，增加了矿车自重，使矿车的有效容积减少，不仅影响矿车的运输能力，造成运输系统的紧张状况，而且增加了电力资源的浪费 。据不完全统计，煤矿粘底煤平均占矿车容积的 20%左 右。这不但不能充分发挥矿 车 的装载效能，而且造成人力、电力、设备的浪费，降低了矿井运输能力及矿车利用率，影响矿井生产水平的提高，成为煤矿挖潜增产中带有普遍性和急需解决的问题。为了提高车辆的载重量，必须在矿井中进行矿车清扫工作。用人工完成这一工序时，劳动强度大、工作效率低、清挖效果差，因此需要定期进行清扫。 清理车底的问题，在煤矿就显得尤为重要。 清扫矿车车箱的主要要求是及时和干净，否则日积月累形成的煤、岩粉粘结层厚而结实，使用现有的任何清扫方法均难以立刻完全见效。清理矿车粘结物，可分为人工和机械清理、高压水射流 清理等。采用机械清理，不仅可以降低劳动强度而且清车效果好，效率高；高压水射流清理由于耗水量大，在推广上受到限制。目前国内矿车清理机械形式繁多，品种不一，而且造价较高。 第一节 国内矿车清理方法 目前国内外采用的矿车结底清理技术可以归为两类 : (1)研究矿车结底的机理，探讨防止和减少矿车结底的方法措施。 (2)从力学的角度研究如何破坏矿车结底，多用机械的方法实现矿车结底河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 2 的清理。 对于第一类，目前出现的方法有，预防法、渗透法、加热法等，这些方法都取得较好的清车效果，但效率低，耗能大，所以应用较少。对于第二类，目 前出现的方法有人工清理法、机械振动法、高压气吹法、高压射流法、机械刮铲法、矿车改造法。 一、振动清车机 通过振动使粘结物料产生惯性力，同时使车底产生弹性变形，当达到帖结物与车底粘结的极限强度时，粘结物将逐渐剥落，达到清车目的。 振动清车机是我国使用比较早、研究比较多的一种清车机。在多年的实践和研究中，通过取长补短和采用有关的新技术，已逐步趋于完善。 目前国内外常用的振动清理装置从传动形式上看，有电力机械振动、电磁振动、风力机械振动等。国内最常用的是使用风动锤冲击法。在翻车机上方安装风动冲击锤，用它冲击翻转后 的矿车车底以振落结底。此方法有一定效果，但容易损坏矿车，使矿车变形严重。高频振动清车效果好于低频振动，而且噪音小，对矿车损害程度也较小，且具有较好的综合使用性能指标，国内外在这方面也做了大量的研究工作，有一种以压风机供给风压为动力源的高频振动清车机使用较为广泛。用一定压力的风压驱动设备主机部分，产生较高的振动频率进行清车。矿车被投入翻罐笼内，随着翻罐笼的旋转，呈卸载状态时，清车机光电自动控制阀便自动开机工作，这时压风作用在清车机的主机上，产生不低于 2000 次 /min 的高频震动，使主机锤头与车皮底部接触形成共 振，车皮内沉积物 (煤、矸、矿石 )受到振动而自行脱落，因为此时的矿车处于底朝上状态，脱落下来的厚车底 (沉积物 )便掉出车外。随着翻罐笼的复位，清车机的自控阀自动关机，待下次翻车时再使用。 二、电渗清车器 电渗法清理矿车是在外电场的作用下，以水为介质在矿车与粘结物之间形成一层水膜，使粘结物与车壁脱离而达到清理矿车的目的。这种方法具有无噪声、无粉尘、不损坏矿车等优点。但是由于耗电较多， 故它仅适用于河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 3 存积物含水量较高的矿车。该方法起初在徐州权台煤矿使用。后来，铜陵铜山铜矿和龙游黄铁矿等金属矿山也陆续采用，并取得了较好 的效果。 三、高压水射流联合机械截齿清理 机 该种矿车清理装置的工作机理包括高压水射流清理和机械截齿清理两部分。 高压水射流清理：高压水经喷嘴喷出后形成具有一定动能的高压水射流，当作用于矿车粘结物时，将对其进行切割和冲刷作用，使有一定粘结力的非固结性粘结物迅速脱落，同时高压水射流冲 入 粘结物的缝隙和孔洞后，则产生高压水楔作用，使粘结物的缝隙和孔洞不断扩展断裂，而破碎脱落。 机械截齿清理：利用螺旋分布的截齿对坚硬粘结物的切割作用，使粘结物快速与矿车分离。 结构组成 ： 该种清理装置主要由可三维空间移动的门式组合机架 、高压泵站、电控系统和截齿可伸缩清理滚筒等组成，其中清理滚筒是实现清理作业的直接执行部件。 截齿可伸缩清理滚筒由圆柱形筒体、切割截齿、高压水射流喷嘴、旋转密封等组成，筒体上螺旋分布着 12 个切割截齿和 6 个高压水射流喷嘴，每个切割截齿能沿其旋转直径方向在 50 mm 的范围内伸缩移动，以适应变形矿车的清理。高压水射流喷嘴随截齿螺旋均匀分布，泵站提供的高压水，经高压管路和旋转密封进入圆柱形筒体的中心孔，由各喷嘴喷出而形成高压水射流，实现对粘结物的冲刷、冷却润滑截齿和灭尘的作用。 高压水射流 方法的清底效果好，效率高，又 不损坏矿车，最适于地表专设地点使用。在井下使用时应慎重考虑泥浆水的沉淀和排除问题。该方法虽然有诸多优点，但对于缺水和寒冷地区井上不能使用，污染环境，清理后的水煤需要处理。 如果采用气射流清车设备，压气能大、噪音大、灰尘大，所以这种方法目前应用很少。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 4 四、机械清车机 机械清车机 （图 1-1）所示，是 利用电动机带动清扫器在矿车车箱内转动清除车底的粘结物。清扫器有金属刷式、盘式、滚筒式、螺旋割刀式等几种。清车机的横向行走部、纵向行走部、截割部都是由许多机械零件组合起来的，因此，结构笨重、操作复杂、维修量大。此外，使 用这种清车机还需二次翻卸，费工费时，效率不高。有关煤矿虽作了一些改进，但效果不明显。吉林通化铜矿曾研制成一台由刷洗头、制动轴、减速器和电动机等组成的车箱清扫器。其纵向行走部分是一个装有四个小轮的小车，能沿轨道前进或后退。清扫器底座与小车铰接， 能绕铰点上下和左右摆动。最近，这类清车机有了新的进展。由洛阳工学院等单位研制的 Qw3 型机械铣切卧式三吨矿车清车机通过了技术鉴定。据称，适应性强；能利用部分现有配件和标准件，便于加工；与同类产品相比成本低、省人、省力、省电、经济效益好。 图 1-1 机械圆盘截齿式矿车 清扫机 1-电动机 2-减速器 3-小链轮 4 链轮大轴 5-截盘轴 6-圆截盘 7-前轮轴 8-大齿轮 9-双向摩擦离合器 10-小齿轮 11-大齿轮 12-单向摩擦离合器 13-锥齿轮 14-下踏板 15-离合器手把 16-底轮传动轴 17-锥齿轮组 18-换向手把 19-升降架 20-升降手轮 21 司机座椅 22-上车架 23-底架 五、液压清车机 液压传动与机械、电气、气压传动相比，其主要优点是容易实现无级变速，调速范围大，单位重量的输出功率大，结构紧凑，惯性小，能传递大扭矩和较大的推力，控制和调节简 单、方便、省力，可实现自动控制和过载保护。因此，近年来， 各种液压清车机相继问世。邯邢矿山局矿山研究所研制成功 YQJ 型液压清车机，它用于符山铁矿侧卸式矿车，以铲头的铲扒达到河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 5 清车的目的。湖南马田煤矿研制成功液压铲抓式清车机，其效果优于圆盘切割式清车机和机械高频振动清车机不需要二次翻卸。徐州矿山设备制造厂试制成功的适用于 l t 矿车的 YQ-l 型液压清车机通过了市级技术鉴定。徐州矿山机械厂和中国矿业大学共同研制的适用于 U 型矿车的 YLQ 型液压螺旋式清车机通过了部级技术鉴定。这几种清车机的共同特点是结构紧凑、操作轻便灵 活，拆装维修方便等。最近，福州大学又研制成全液压矿车清理机控制系统，以液压逻辑元件组成的逻辑控制回路取代由电器元件组成的控制线路，实现对清车机的自动控制。整机除了用防爆型电机及磁力启动器驱动油泵工作外，没有其它电器元件，符合井下防爆要求。 第二节 矿车清理机结构和原理 我们研制的矿车清理机属于滚筒式 液压清车机 ，其结构如图 1-2 所示。工作原理为： 矿车从翻笼卸煤之后，进入清理机位置，升降缸 2 下放滚筒到预定位置，液压马达驱动滚筒旋转，由滚筒 8 上的截齿清理 车底 的底煤。 升降缸 2 用于提升和下放滚筒，支撑板 7 由支撑缸 9 控制，起到支撑矿车 6，承受滚筒给矿车的侧向力。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 6 图 1-2 清车机行程示意图 1-上连杆 2-升降缸 3-滚筒架 4-下连杆 5-机架 6-矿车 7-支撑板 8-滚筒 9-支撑缸 10-基座和地脚螺栓 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 7 第二章 矿车清理机液压系统总体设计 第一节 驱动系统的设计 一、矿车清理机动力的选择 目前 矿车清理机 的驱动方式有液压驱动、气压驱动、电力驱动和机械驱动四种。 1、液压驱动的特点 输出力大体积小。作为传 动 介质的液压油，其可压缩性 小 ，能传递的压力大。 在同等的功率下，液压传动 装置的体积小，重量轻，运动习惯量小，动态性能好。 控制性能好。液压系统中，借助于调节阀可以方便地改变系统的压力、流量和方向，能实现无级调整和缓冲定位，以适应不同的工作要求。 适用范围广。采用液压传动，右以实现无间隙传动，运动平衡，定位精度比气动高，自我润滑性能好，寿命长，易实现三化。 液压系统的缺点是密封性能差，易污染环境，防水性能由于油液粘温性能差，限制液压驱动只能在常温下工作。另外，油液中如果混入气体，将会降低传动机构的刚性，低速爬行，音响定位精度，与气动 设备 相比成本高。由于以上原因，某些场合限制了 清车 机 的应用。 2、气动装置系统的特点 系统的输出力小、体积大。空气具有一定的可压缩性。所以气压驱动系统的输出力小。 控制性能差，由于空气的可压缩性大，阴尼效果差，低速不能控制，运动稳定性差，速度及定位精度不易控制，压缩空气的粘性小，流速大，与液动相比，动作反应快，易获得高速，冲击大，需要增设缓冲和定位装置。成本低，传动介质是空气，取之不竭，用过之后排入大气，不需要回收设备，不污染环境，可安全地应用在易燃，易爆和粉尘大的场合。维修方便，使用河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 8 范围广。空气介质清洁不易堵塞，不腐蚀管路，因粘性小，管路损失小，可作远距 离输送，可建立空压站集中供应现场的 液压设备 及气动设备作动力源，使用维修方便。 3、电力驱动装置 电力驱动是以电机为动力源。一般采用的电力驱动装置是由驱动电机、减速机构和螺旋副三部分组成。驱动电机一般可以分两大类。一类为功率较大的异步电动机和直流电动机驱动，另一类为功率较小的步进电机和伺服电机驱动。 1）异步电机和直流电机的驱动特点 输出功率较大 控制性能差 成本低，使用维修方便。与液（气）压传动比较，效率高，易于实现远距离和自动控制。 2）步进电机和伺服电机的驱动特点 输出功率小，体积也小，不需要专 门的调整机构。 控制性能好。 成本高。 由于以上这些特点，步进电机和伺服电机驱动通常只在运动轨迹复杂，工作精度较高的小型机械驱动系统中使用。 4、机械驱动装置 机械驱动是利用凸轮、齿轮、齿条、蜗杆，链条、链轮和杠杆等机构来完成机械的各种动作。 二、 驱动方案的确定 1、针对于本设计，液压驱动还有以下主要的优点： 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）操作方便，容易控制，可以实现大范围的无级调速； 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 9 4）可以自动实现过载保护； 5）可以自 动行润滑，不需要另加润滑剂，使用寿命长。 6）容易实现自动化，当采用电液联合控制时，不仅可以实现更高程度的自动化，而且还可以实现远程控制。 当然，各种驱方式均具有各自的特点，但与其他几种驱动方式相比较，液压驱动的优点更为突出，同时，为尽量在一个自动化系统中采用同一种驱动方式（必要时可以选择几种，应根据要求选择），结合本设计的特点，以及工艺要求、使用条件、资金等具体情况全面考虑综合分析，最后选择液压驱动作为本设计的驱动方式为本设计的最佳方案 。 本设计采用低速大扭矩液压马达作为动力的输出，直接驱动截割滚筒旋转的 驱动系统。 三、马达 的选 型 1、截割滚筒转速、转矩确定 1） 截割滚筒转速 n 确定 参考煤矿小功率掘进机截割头转速大致在 40 60 r/min。因此，本设计截割头转速 n 确定为 50 r/min。 2）截割滚筒转矩 T 确定 参考小功率煤巷掘进机的截割转矩大致在 500 2000N.m 之间。因此，本设计截割滚筒转矩 T 确定为 500N.m。 2、液压马达选型 综合 截割滚筒转速、转矩参数，选择内五星低速大扭矩液压马达， 选取马达型号 为 ： SNM1-250 具体参数为： 理论排量： 243ml/r； 额定压力： 25 MPa； 额定扭矩 ： 950N.m； 连续转速： 1 450r/min； 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 10 最大功率： 48kW； 重量： 31kg。 图 2-1 SNM1-250 液压马达外形图 第二节 液压系统基本回路拟定 一 、 液压系统供油方式确定 考虑到矿车清理机有驱动滚筒的液压马达和升降液压缸及支撑液压缸共 3 个执行元件，我们采用分别供液的方式，防止相互之间干扰。采用双泵供液的回路，如图 2-2 所示，一个泵给液压马达供液，另一个泵为升降液压缸及支撑液压缸供液，液压泵选用双联齿轮泵。 图 2-2 双泵供液回路 二 、 调压回路 确定 在给液压马达供液的油 路上，加溢流阀实现对液压马达的压力调定，调定压力为 16MPa， 如图 2-3 所示 。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 11 图 2-3 调压回路 三 、 锁紧回路 确定 考虑到支撑液压缸用来控制支撑板， 7 由支撑缸 9 控制以承受滚筒给矿车的侧向力。为固定支撑板，对支撑缸采用液控单向阀加安全阀的锁紧回路，如图 2-4 所示 。 图 2-4 锁紧回路 四 、 平衡回路 确定 为平衡升降缸下降时的重力负载，防止升降缸下降速度失控，设置平衡回路， 如图 2-5 所示 。 图 2-5 平衡回路 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 12 五 、 换向回路 确定 考虑到对液压马达和液压缸操作控制方便，并能在一定程度上对液压马达和液压缸 实现速度调节，为此，采用手动换向阀。液压马达采用三位四通M 型钢球定位式手动换向阀控制，液压马达停止运动时，可以实现泵卸荷。两个液压缸采用手动弹簧复位式多路换向阀，可以实现压力调节，当液压缸停止运动时，也可以实现泵卸荷， 如图 2-6 所示 。 图 2-6 换向回路 六 、 液压马达制动回路确定 换向阀处中位时，液压马达停止运动，液压马达在惯性作用下继续转动，会产生液压冲击，损坏马达。因此，要设置液压马达的制动回路。 采用溢流桥可实现马达的制动，如图 2-7 所示。当换向阀回中位时，马达在惯性的作用下，使一侧压力升高，此 时靠每侧的溢流阀限压，减缓液压冲击。马达制动过程中另一侧呈负压状态，由溢流阀限压时溢流出的油液进行补充，从而实现马达制动。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 13 图 2-7 液压马达制动回路 七 、 液压马达调速回路 确定 考虑到液压马达可能会使用反转，因此，液压马达的速度调节采用两个单向节流阀实现， 如图 2-8 所示 。 图 2-8 液压马达调速回路 第三节 矿车清理机液压系统确定 根据上节所述，确定的矿车清理机液压系统如图 2-9 所示。 矿车清理机液压系统的工作原理为： 双联齿轮泵 3 分别为液压马达 10 和液压缸 12、 15 供液，溢流阀 4 调定液压马达的供液 压力， 手动换向阀 6 实现液压马达的启动、停止和换向，单向节流阀 7 实现对液压马达的速度调节，制动阀 8 实现对液压马达停止时的保护。 多路换向阀 11 实现升降缸 15 和支撑缸 12 的 启动、停止和换向，并实现安全保护，液控单向阀 13 和安全阀 14 实现对支撑缸的锁紧和保护，平河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 14 衡阀 16 实现对升降缸重力负载的平衡。 图 2-9 液压系统原理图 1-过滤器 2-电机 3-双联齿轮泵 4-溢流阀 5-压力表 6-手动换向阀 7-单向节流阀 8-制动阀 9-单向阀 10-液压马达 11-多路换向阀 12-支撑缸 13-液控单向阀 14-安全阀 15-升降缸 16-平衡阀 第四节 液压系统元件的选择 一、液压泵选择 1、液压马达和液压缸所需流量确定 1）液压马达所需 qm 确定 根据所选马达参数，液压马达 qm 为 qm=nVm =50 243 10-3 0.9=13.5 L/min 式中 Vm 液压马达排量 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 15 液压马达效率，取 =0.9。 2）液压缸所需 qg确定 工作液压缸活塞直径为 D=63mm；取工作液压缸最大速度为 v=0.1m/s；则工作液压缸所需流量为 qg= 2v4D =18.7 L/min； 3）液压泵压力确定 按照截割滚筒转矩 T 为 500N.m，则液压泵所需压力 p 为： p=m2TV = 2 500243 =12.9 MPa 考虑系统为管式连接，阻力损失确定为 15%，确定系统工作压力为 15 MPa。 根据矿车清车机的功能，液压马达和液压缸应采用独立的液压源。因此，本设计选择液压泵类型为双联齿轮泵。双联齿轮泵由两个单级齿轮额泵组成。可以组合获得多种能量，具有一个吸油口，两个出油口。双联齿轮泵能达到液压系统分别供油的目 的，同时其结构简单，组合随意，工作可靠，维护方便，对冲击负荷的适应性好。 综合 以上确定的参数和分析，选择液压泵为双联齿轮泵，液压泵 型号 为 ：2CB-FC25/20-FL。 具体参数为： 额定压力： 16 MPa； 额定流量： 37 L/min/30 L/min； 转速： 1500 r/min。 二、电动机 选择 1、液压泵所需功率 P： 由于升降缸和支撑缸工作时间短，因此，本设计按液压马达工作时计算 P=pq=1530/60=7.5kW； 确定取电机功率为 7.5 kW。 选择 立卧两用式电机，型号为： Y132M-4。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 16 具体参数为： 额定电流 15.4A； 转速 1460 r/min； 功率 7.5 kW； 重量 79kg； 外形尺寸 ： 645 330 385。 三、过滤器选择 过滤器的功用：滤去油中杂质，维护油液清洁，防止油液污染，保证系统正常工作。 过滤器的选用要求： （ 1）过滤精度应满足系统要求：过滤精度以滤去杂质颗粒的大小来衡量。不同液压系统对过滤器的过滤精度要求见推荐表。 d 0.1mm 为粗滤器；d 0.01mm 为普通滤器； d 0.005mm 为精滤器； d 0.001mm 为特精滤器。 （ 2）要有足够的通油能力：通流能力指在一定压力降下允许通过过滤器的最大流量，应结合过滤器在系统中的安装位置选取。 （ 3）要有一定的机械强度，不因液压力而破坏。 （ 4）要考虑一些特殊要求，如抗腐蚀、磁性、发讯、不停机更换滤芯等。 （ 5）要清洗更换方便。 （ 6）要清洗更换方便。 本设计选择的 过滤器 安装在液压泵的吸油口处，用以保护液压油泵避免吸入较大的机械杂质。 本设计确定的 过滤 器型号为 XU-6380J。 适用工作介质：一般液压油，磷酸酯液压油，乳化液水 乙二醇。 额定流量： 6 630L/min； 过滤精度： 80 180m； 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 17 连接方式：管式和法兰式。 四、溢流阀 型号 BT-03-H-22。螺纹连接型。 最高工作压力： 21MPa。 压力调节范围： 7 21MPa。 最大流量： 100L/min。 质量： 5.0kg。 五、压力表 型号：隔膜式压力表 BH5。 六、手动换向阀 M 型 型号： DMT-03-3D60。螺纹连接型，无弹簧定位。 最大流量： 100L/min。 最高工作压力： 25MPa。 回油路允许背压： 16MPa。 质量： 5.0Kg 七、节流阀 型号： SRT-03-50。螺纹连接型，单向节流阀。 额定流量： 30L/min。 最高工作压力： 25MPa。 质量： 1.5kg。 八、手动多路换向阀 型号： SRT-03-50 额定流量： 30 L/min 九、液控单向阀 型号： CPT-03-20-50。螺纹连接型。 额定流量： 40L/min。 最高工作压力： 25MPa。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 18 开启压力： 0.04MPa。 质量： 3.0kg。 十、安全阀 型号： DT-02-C-22。 最大流量 16 L/min。 工作压力： 3.5 14 MPa。 十一、单向顺序阀 型号： HCT-03-B-4-22。螺纹连接型。 最高工作压力： 21MPa。 最大流量： 50L/min。 压力调整范围： 3.5 7 MPa 质量： 4.1kg。 十二、马达制动阀 型号： UBGR-03-H-20。板式连接型。 最高工作压力： 25MPa。 最大流量： 50L/min。 压力调整范围： 0.7 25 MPa 第五节 管件的选择 管件是用来连接液压元件、输送液压油液的连接件。它应保证有足够的强度，没有泄漏，密封性能好，压力损失小，拆装方便。它包括油管和管接头。 一、油管 常用油管有钢管、紫铜管、塑料管、尼龙管、橡胶软管。应根据液压装置工作条件和压力大小来选择油管。 本设计选取橡胶软管。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 19 1、油管内经确定 1）液压马达用油管 油管的内径取决于管路的种类及管内的流量。油管内径 d（ mm）由式确定 d=4.61 /qv 式中 q 流经油管的流量， L/min； d 排油管内径， mm； v 油管内允许流速， m/s。 流经油管的流量 q为 13.5L/min； 油管内允许流速为 2.5-6m/s；取 v=4m/s， d=4.61 4/5.13 =8.47mm 经整圆得 d=10mm。 2）液压缸用油管 流经液压缸的流量 q为 18.7L/min； 油管内允许流速为 2.5-6m/s，取 v=4m/s； d=4.61 4/7.18 =9.97 mm 经整圆得 d=10 mm。 2、油管型号选择 清车机属于矿山设备，根据工作条件和液压泵的工作压力。本设计选取橡胶软管，型号为 1/2SAER2-1.0M M。 最大工作压力 P=20MPa；油管直径 d=10mm。 二、管接头 管接头是油管与液压元件、油管与油管之间可拆卸的的连接件。管接头与其他液压元件用国家标准米制锥螺纹和普通细牙螺纹连接。常用的软管管接头有扣压式软管接头、快速接头等。 结合设计系统的特点，我们选用：扣压式软管接头。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 20 第三章 液压泵 站（动力源装置）设计 液压泵站是多种元件、附件组合而成的设计，作为液压系统的动力源，它为一个或几个系统存放一定清洁度的介质，并输出一定压力、流量的液体动力，兼作整体使液压站安放液压控制装置基座的整体装置。液压泵站是整个液压系统或液压站的一个重要部件，其设计质量的优劣和使用维护的合理性，对液压设备性能关系很大。 第一节 液压泵站的组成及类型 一、液压泵站的组成 液压泵站通常由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤组件和储能器组件五个相对独立的部分组成，见表 3-1。尽管这五个部分相对独立，但在设计的过程中，除了根据 机器设备的工况特点和使用的具体要求进行合理取舍外，还经常需要将它们进行适当的组合，合理构成一个部件。例如，油箱上常需要将控温组件中的温度计、过滤器组件作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等。 表 3-1 液压泵站的组成 组成部分 元器件 作用 组成部分 元器件 作用 液压泵组 液压泵 将原动机的机械能转换为液压能 控温组件 油温计 显示、观测油液温度 原动机（电动机或内燃机） 驱动液压泵 温度 传感器 检测并控制油温 联轴器 连接原动机和液压泵 加热器 油液加热 传动底座 安装和固定液压泵及 原动机 冷却器 油液冷却 油 箱 组 件 油箱 储存油液、散发油液热量、逸出空气、分离水分、沉淀杂质和安装元件 过滤器组件 各类 过滤器 分离油液中的固体颗粒，防止堵塞小截面流道 ,保持油液清洁度 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 21 液位计 显示和观测液面高度 蓄能器组件 蓄能器 蓄能、吸收液压脉动和冲击 通气过滤器 注油、过滤空气 放油塞 清洗油箱或更换油液放油 支撑 架台 安装蓄能器 二、 液压泵站的类型 液压泵站的类型颇多，分类方式及特点各异。 按液压泵组布置方式的分类 a.上置式液压泵站。此类液压泵站中的泵组 布置在油箱之上。当电动机卧式安装，液压泵至于油箱之上时，称为卧式液压泵站；当电动机立式安装，液压泵置于油箱内时，称为立式液压泵站。 上置式液压泵站的特点是占地面积小，结构紧凑。液压泵置于油箱内的立式安装，噪音低且便于收集漏油，油箱容量可达 1000L，在中、小功率液压站中被广泛采用，其液压泵可以使用定量型或变量型（恒功率式、恒压式、恒流量式、限压式及压力切断式等）。对于卧式液压泵站置于油箱之上，为了防止液压泵站进油口出产生过大的真空度，造成吸空或气穴现象，应注意各类液压泵的吸油高度不要超过其允许值，各类液压泵 的吸油高度见表 2-2. 表 2-2 液压泵的吸油 高度 液压泵 螺杆泵 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 吸油高度 500 1000 300 400 500 500 b.非上置式液压泵站。此类液压泵站式将布置在底座或是地基上。如果泵组安装在于油箱一体的公用底座上，则称为整体型液压泵站，它又可分为旁置式、下置式两种；如果将它泵组安装在地基上，则称为分离式液压泵。非上置式液压泵站由于液压泵置于油箱页面以下，故能有效改善液压泵的吸入性能，液压泵可以是定量型或变量型（恒功率式、恒压式、恒流量式、限压式及压力切断式等），且 具有高度低，便于维护的优点，但占地面积大。因此，使用时又要求很快投入运行的场合。 上置式与非上置式液压泵站的综合比较见表 3 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 22 表 2-3 上置式与非上置式液压泵站的综合比较 项目 上置式 非上置式 立式 卧式 占地面积 小 较大 振动 较大 小 清洗油箱 较麻烦 容易 漏油收集 方便 需另设滴油盘 需另设滴油盘 液压泵 工作条件 泵浸在油中，工作条件好 一般 好 安装要求 泵与电动机又同轴度要求 泵与电动机又同轴度的要求；需考虑液压泵的吸油高度；吸油管与泵的连接出密封要求严格 泵与电动机又同轴度要求；吸油管与泵的连接处密封要求严格 应用 中小型液压站 中小型液压站 较大型液压站 c.柜式和便携式液压站。柜式液压泵站式将泵组和油箱整体置于封闭型柜体内，其优点是外形整齐美观，且可在柜体上方便地布置压力、流量、温度等测量仪表板和电控箱。柜体封闭泵从而屏蔽了噪音，同时能有效的减少外界污染。其缺点是由于需顾及操作和维护的空间及液压系统的散热，致使其外形尺寸较大，通常仅用于中小功率及实验式场合下。 将液压泵及其驱动电动机、油箱及少数控制元件集成在一起的液压动力单元或液压动力包，即为便携式液压泵站。它体 积与重量较小，压力高（可达 25MPa 以上，带增压器的最高可达 200MPa），但油箱容量较小（通常为 330L），应用非常广泛。 按液压泵组的驱动方式分类 液压泵站油电动机型、机动型和手动型三种驱动方式。 以电动机作为原动机的电动型液压泵站适宜有稳定电力供应的固定式机械设备采用，工作式噪音低应用最为普通。以柴油机或汽油机为原动机的机动型液压泵站，不需要电源，便于没有电力供应或电力短缺的偏远地区以及野外作业的各类施工设备使用，但工作时噪音较大。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 23 以人力操作的手动型液压泵站，实质是一种手摇泵，尽管其工作效率较低 ，但通过简单配管即可向小行程液压缸供油，常与小型压力机、试验机、弯管机核对抢险救援拆破器具、液压剪等手动机具和设备配套使用，并可作为机动车辆的便携式动力源，用于车辆抢修及日常维护保养等。 按液压泵组输出压力高低和流量特性分类 按液压泵组输出压力高低可将液压泵站分为低压、中压、高压和超高压等类型等；按液压泵组输出流量特性可将液压泵站分为定量型和变量型两种而变量型泵站按压力 -流量的调节特性又可分为恒功率式、恒压式、恒流量式及压力切断式等。不同的输出压力和流量特性分别可以适应不同的主机工况和工作要求。 本设计采 用上置式卧式液压泵站。 第二节 液压油箱及其设计与制造 一、液压油箱的功用 液压油箱简称油箱，它往往式一个功能组件，在液压系统中具有储存油液、散发油液热量、逸出空气、分离水分、沉淀杂质和安装元件等作用。其详细说明如下： 存储液压油液：油箱必须能够存放液压系统中所有油液。液压泵从油箱抽走油液送至系统，油液在系统中完成动力传递之后返回油箱。 散发油液热量 :液压系统的容积损失和机械损失导致油液温度升高。油液从系统中带回来的热量大部分靠油箱壁散发到周围空气中，这就要求油箱有足够的尺寸，尽量设置在通风良好的位置上 ，必要时油箱外壁要设置翅片来增加散热能力。 逸出空气 :液压系统低压区液压低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或液位过低时由旋涡作用引起泵吸入空气、回油的搅拌作用都是形成气泡的原因。油液泡沫会导致噪声和损坏液压装置，尤其在液压泵中会引起气蚀。未溶解的空气可在油箱中逸出，因此增大油液面积，并使油液在油箱里停留较长的时间，有助于排出气泡。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 24 沉淀杂质 :未被过滤器捕获的细小污染物，如磨损屑或油液老化生成物，可以沉落到油箱底部并在清洗油箱时加以处理。 分离水分 :由于温度变化，空气中的水蒸气在油箱内壁上凝结成水滴而落入油液中 ，其中只有很少溶解在油液里，未溶解的水会使油液乳化变质。油箱提供油水分离的机会，使这些游离水聚积在油箱中的最低点，以被清除。 安装元件在中小设备的液压系统中，往往把液压泵组和一些阀直接安装在油箱顶盖上，油箱必须制造得足够牢固以支撑这些元件。一个牢固的油箱还在降低噪声方面发挥作用。 油箱的总容量包括油液容量和空气容量。油液容量是指油箱中油液最多时，即液面在液位计的上刻度线时的油液体积。在最高液面以上要留出等于油液容量的 10 15 的空气容量，以便形成油液的自由表面，容纳热膨胀和泡沫，促进空气分离，容纳停机 或检修时靠自重流回油箱的油液。 二、油箱的类型 按油箱结构和用途不同，通常可分为整体式油箱、两用油箱和独立式油箱三种类型。 整体式油箱 整体式油箱是指在液压系统或机器的构件内形成的油箱。例如，在工业生产设备中的各类机床床身或底座的内部的空腔往往稍加一点成本就可制成不漏油的油箱，或者车辆与工程机械上的管形构件用作油箱，这样不需要额外的附加空间。整体式油箱以最小的空间提供最大的性能，并且通常提供特备整洁的外观。但是必须细心设计，以克服可能存在的局部发热和操作者难以接近等工作问题。 两用油箱 两用油箱是指 液压油与机器中的其他目的用油的公用油箱。如采用液压传动的齿轮淬火及空腔底座，兼作液压系统和淬火用油的油箱。两用油箱的最大优点是节省空间。但油几个局限性与此优点相抵触。油液必须既满足液压系统对传动介质的要求，又满足传动系齿轮的润滑或工件淬火等其他工艺目的的要求。再某些高性能液压系统中，这些要求可能式几乎互不相容的。此外，油液温度控制可能很困难，因为对于总量减少了的油河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 25 液来说存在着两个热源。如果必须另设冷却器来控制油温，用冷却器所需的空间可能抵消所节省的空间。 独立油箱 独立油箱式应用最为广泛的一类油箱，其热 量主要通过油箱壁靠辐射和对流作用散发，因此油箱应该尽可能窄而高的形状。独立油箱最通常用于工业生产设备，它通常做成矩形的，液压泵和电动机旁置于油箱的左面的公共底座上；液压泵吸油管在液面以下或以上穿过油箱侧壁进入油箱。 按照油箱液面与大气是否相通。油箱还有开式与闭式之分。开式油箱应用最广，油箱中液面与大气相通，为减少油液污染，油箱顶盖上应设置通气过滤器，使大气与油箱内的空气经过过滤器相通。在潮湿地区应用的油箱，在通气过滤器上好用装有一定量的干燥剂。 闭式油箱油隔离式和充压式两种。隔离式油箱又有带折叠器和带挠性隔离性隔离器两种结构。 本设计采用独立油箱。 三、油箱的容量 V0 的确定 油箱容量是油箱最基本的参数。油箱的总容量包括油液容量和空气容量。油箱容积的确定是油箱设计的关键。油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时，最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油，或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。 按使用情况确定油箱容量 依据使用情况按照油箱容积的经验公式来确定油箱容积，经验公式为V0=qp 式中： V0 油箱的有效容积， m3； qp 液压泵的流量， m3/min； 经验系数，对于安装空间允许的固 定机械，或需借助油箱顶盖安放液压泵及电动机和液压阀集成装置时，系数可适当取较大值。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 26 低压系统 =2 4，中压系统 =5 7 ，高压系统 =6 15。 已知泵的流量为 37+30=67L/min，由于实验室内通风较好，油箱散热性较强，且该设备处于间歇工作状态， 且 升降缸和支撑缸工作时间短，因此，本设计主要按液压马达工作时选取 。系统为 中 压系统，故取 =6，则 V0=qp=630=180L 查 液压传动 设计手册，选用油箱的公称容量 200L。 即油箱的最高位占总高度的 80左右，就可以保证液压系统的部分油液在自重的作用下返回油箱而不会溢出。如果安装空间不受限制，可适当增加油箱的容积，以提高其散热能力，系统确定后当按照系统的发热与散热关系进行校核。 本设计的油箱安放在清车机的基座上边和机架中间，考虑机架的空间大小，确定油箱外形尺寸为：长宽高 =800500600mm。 四、系统温升验算 1、系统的发热功率 Ph为 设备每天工作 8 小时，设备散热条件良好，选液压油型号 L-HM46 抗磨液压油。 由于液压系统发热的主要原因是由于液压泵和执行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失和节 流阀的节流损失所造成的。 本系统的总发热功率较大，因此，按系统效率为 80%计算。系统的发热功率 Ph 为 Ph=80%Pp=0.87.5=1.5 kW 式中 Pp 液压泵的输入功率， kW； 2、 发热量计算 液压系统中产生的热量，由系统中各个散热面散发至空气中，其中油箱式主要散热面。因为管道的散热面相对较小，且与其自身的压力损失产生的热量基本平衡，故一般略去不计。当只考虑油箱的散热时，其散热功率 Pho可按下式计算： 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 27 Pho=KA t 式中 K 散热系数， W/（ m ）， 计算时可选用推荐值：通风很差（空气不循环）时， K=8 9；通风良好（空气；流速为 1m/s 左右）时， K=14 20；风扇冷却式， K=20 25；用循环水冷却时， K=110 175； 由于本设备设置在井下巷道 通风良好 ，因此取 K=18。 A 油箱散热面积， m2； t 系统温升，即系统达到热平衡时油温与环境温度之差， ， 固定式机械设备 t 55 ；移动式小型装置，如车辆与工程机械t 65 ；数控机床 t 25 . 当系统达到热平衡，即 Ph=Pho，油温不再升高，此时最大温升 3、系统温升 系统温升按以下公式计算： t =Ph/（ KA） =Pho/（ KA） t =t1-t2， 式中： K 散热系数， W/（ m ） t2 室温 20 ， t1 系统温度， 15 65 . 由于系统通风很差，则 K=8. 散热面积按以下公式计算： A=1.8（ b2+l1） h+1.5b2l 1 式中： b2 油箱宽度， 0.5m， l1 油箱长度， 0.6m， h 油箱高度， 0.8m， 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 28 散热面积 A 为 A=1.8（ b2+l1） h+1.5b2l 1 =1.8（ 0.5+0.6） 0.8+1.50.50.6 =2.43m2， 系统温升 t为 t =Ph/（ KA） =Pho/（ KA） =1.5 103/（ 18 2.43） =34 系统温度由公式 t =t1-t2得， 系统温度 t1= t +t2=34+20=54 ，满足要求。 五、油箱的结构及其设计要求 1、总则 油箱包括油箱体及箱上所设置的各种附件。油箱体主要由箱顶、箱壁、箱底等部分构成。为了保证装上各类元件、辅件和注油后发生较大变形，箱体的结构设计除应有足够的强度外，还必须有足够的刚度。用叉车或吊车搬运装有油液的油箱时，不应引起油箱永久变行。 装于油箱的各检测装置各类原辅件，应便于从 外部拆卸，在这些器件修理时不必将油箱放油或大量漏油，也不应造成污染。 油箱内壁上应尽量保持平整，少焊接和少装东西，以便清理箱内污垢。 2、箱顶、通气器（空气过滤器）、注油口 1）油箱的箱顶结构取决于其上面安装的元件。例如，如果液压泵布置在油箱内部液面以下，则箱顶应为或应有可拆卸的盖。箱盖及吸油、回油和泄油管子引出口之类的所有开口都应很好密封。箱顶上安装液压泵组时，顶板的厚度应为侧板厚度的四倍，以免产生振动。液压泵组和箱顶之间应设置隔振垫。为了便于布置和维修，有时采用装在箱顶上的回油过滤器。 2） 箱顶上一般 要设置通气器（空气过滤器）、注油口，通气器通常为图所示附带注油口的结构，拧下空气过滤器可以注油，放回（旋入）即为通气河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 29 器。注油过滤器（滤网）的网眼应小于 250m，过流量应大于 20L/min。空气过滤芯的过滤精度最小应为 40m，其容量应是液压泵容量的两倍，以便即使系统需要尖峰流量期间液面迅速下降时，也能在油箱内部保持大气压力，或者保持通气压降不超过 0.1kPa。空气过滤器一般带有保险链用以预防其跌落或丢失。周围环境较脏时，应采用油浴式空气过滤器。当周围空气湿度较大时，可采用与空气干燥器（吸湿器）合用的注油通 气器，它兼有除湿、收尘和注油的功能。为了减少和防止污物浸入油箱可将通气器和注油口设在油箱侧壁上。 图 3-1 附带注油口的通气过滤器 1 注油过滤器； 2 底座； 3 空气过滤器； 4 空气过滤芯； 5 防尘罩 3）油箱箱顶上固定元件、辅件的螺纹孔应用盲孔，以防污物落入油箱内。液压泵 装置其安装方式分为立式和卧式两种。设计选用整体型卧式安装，箱顶上液压泵组的设置如图。 图 3-2 卧式液压泵组 本设计采用箱顶可拆卸式，且箱盖及吸油、回油和泄油管出口之类的开河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 30 口都应有很好的密封性。箱顶通气器选择附带注油口结构 。过滤器主要用于过滤进入开式油箱的空气，使空气清洁。本设计选择过 滤器型号 为 QUQ2 空气流量： 0.25 4.0m3/min； 过滤精度 :10 40m。 3、箱壁、清洗孔、吊耳（环）、液位计 1）对于钢板焊接的油箱，用来构成有箱体的中碳钢板的最小厚度查表可得。若在油箱顶上安装液压泵组和阀组，则应适当加大侧板厚度。 2）当箱顶与箱壁之间为不可拆卸连接时，应在箱壁上至少设一个清洗孔。清洗孔的数量和位置应便于用手清理油箱所有内表面。清洗口法兰盖板通常应该能由一个人拆装。法兰板应配有可以重复使用的弹性密封件。 3）为了便于油箱的搬移，应在油箱四角的箱壁上设置有足够强度的吊耳（环）或起吊孔。常用吊耳有圆柱形和钩形两种，可采用焊接和铸造方法获得。 4） 油箱的内部和便于观察的位置上（一般设在油箱外壁并靠近注油口）应安装能目视的透明液位计，以便注油时观测液面。液位计通常带有温度计且可有上、下液面限位线。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上边缘高出 75mm，以防吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处有密封措施。对于油温有严格要求的液压装置，可采用传感式液位温度计，其温度计是利用灵敏度较高的双 金属片的热胀冷缩原理来测试油温的。 本设计箱壁采用中碳钢板，材料为 Q235A， 顶部钢板的厚度为 10mm，其余钢板为 0.6mm 厚 。箱顶和箱壁可拆卸故不设清洗孔。为了便于油箱的搬移采用手把式。 液位计采用能目视的透明液位计型号为 YW2-150 T，其中 T 表示带有温度计。 4、箱底、放油塞、支脚 1） 应在油箱底部最低点设置放油塞，以便油箱清洗和油液更换。为此，河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 31 箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜，倾斜坡度通常为 1/25 1/20；这样可以促使沉积物（油泥或水）聚集到油箱中的最低点。 2）为了方便搬移、放油和散热，应将 油箱架起来，油箱底至少离开安装面 150mm。油箱应设有支脚。固定式液压站的的油箱支脚可以单独制作后焊接在箱底边缘上；也可以通过适当增加两侧壁高度，以使其经弯曲加工后兼作油箱支脚。支脚上有地脚螺钉用的固定孔。地脚应有足够大的面积，以便可以用垫片或楔铁来调平。移动式液压站的油箱支脚形式为行走脚轮，行走脚轮可采用工业脚轮。 本设计采用箱壁含放油塞式。箱底应朝箱放油塞倾斜，倾斜坡度为 1/20，支脚采用通过适当增加两侧壁高度，以使其经弯曲加工后兼作油箱支脚。 5、隔板 为了延长油液在油箱中逗留的时间，促进油液在油箱中 的环流，促使更多油液参与系统中的循环，从而更好的发挥油箱的散热、除气功能，油箱中，尤其在油液容量超 过 100L 的油箱中应设置内部隔板。隔板要把系统中回油区与吸油区隔开，并尽可能使油液在油箱内沿着油箱壁环流。隔板缺口处要有足够的过流面积， 使环流流速为 0.3 0.6m/s。溢流式隔板的高度不应低于液面高度的 2/3；隔板 下部应开有缺口，以使吸油侧的沉积物经此缺口至回油侧，并经放油口排出。如隔板与油箱内表面之间采用焊接方式连接，则焊缝应该满焊，不应留下无法清理的藏污纳垢的缝隙。隔板的设置给油箱内部清洗带来一定困难，在 设置清洗孔和放油口时应作相应的考虑。 6、管路及其配置 液压系统的管路主要进入油箱并在油箱内部终结。 1）主管路（吸油管和回油管）。液压泵的吸油管和系统的回油管是系统的主要管路，要分别进入由隔板隔开的吸油区和回油区，管端应加工成朝向箱壁的 45斜口，这样既可增加开口面积，又有利于沿箱壁环流。 为了防止从吸油管吸入空气或从回油管混入空气，以免搅动或吸入箱底沉积物，管口上缘至少要低于最低液面 75mm 或 2 倍管径，管口下缘至少离开箱底最 低点 50mm。吸油管口与油箱侧壁距离应大于吸油管径的 3 倍。 回油管管口至少要低 于最低液面 200mm，与油箱底面距离应大于 2 3河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 32 倍回油管外径。回油管流速过高时，可在回油管端设钻有许多小孔的油罐形扩散器。 吸油管前必须安装粗过滤器，以清除较大颗粒杂质，保护液压泵；建议回油管上安装精过滤器，以滤除细微颗粒杂质，保护液压元件。 2）泄油管。系统的泄油管应尽量单独接入油箱并在液面以上终结。如泄油管通入液面以下，要采取措施防止出现虹吸现象。如在泄油管露出液面的部分开一个小孔。 3）穿孔的密封。油管常从箱顶或箱壁穿过而进入油箱，穿孔处要妥为密封。最好在接口处焊上高出箱 顶 20mm 的凸台，以免维修式箱 顶上的污物落入油箱。如果油箱从箱壁穿过而进入油箱，除了妥为密封外，还要装设截止阀以便于油箱外元件的维修。 7、油液过滤器 油液过滤器简称过滤器（以前称滤油器）的功用是过滤液压油液中的杂质，降低油液污染度，保证液压系统正常工作。由于液压系统的各类故障大多数由油液污染造成，而过滤器是保持油液清洁的主要手段，所以合理选择和设置液压系统中的过滤器显得非常重要。过滤器在油箱内及其近旁的设置要点等简介如下。 过滤器通常由壳体、滤芯及其他附件组成。液压系统管路用过滤器，是把滤芯装在壳体里使用。设在油箱里的过滤器则仅将滤 芯作为过滤器使用。 在油箱里、油箱壁或油箱附近通常要安装过滤器，其注意事项如下。 1）尽量采用全流量过滤以便保证油液对滤芯的最大暴露。采用部分流量过滤时，应提供足够大的过滤流量，使得最长在 15min 内过滤的油液体积等于系统及油箱中的油液总量。 2）液压泵吸油口不带壳体的粗过滤器要设置在油箱吸油区的中央以改善流动条件。吸油粗过滤器的上缘应比最低液面低 75mm。箱顶上应设置便于装拆粗过滤器的盖板。对于油箱外安装的吸油过滤器，由于带有壳体和安装法兰，因此可以固定在油箱箱顶（底部）上，滤芯部分插入油箱内液面以下，而 过滤器的头部露于油箱外，打过滤器上盖，即可拆卸清晰或更换滤芯。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 33 3）因为系统的最大回油量可能大于液压泵的流量，故回油过滤器要足够大。选用箱顶上安装回油过滤器时，可以简化管路，更换滤芯也比较方便，但必须用带有滤芯堵塞指示器的过滤器。 除了安装过滤器外，油箱中液可通过设置永久磁铁来捕捉铁磁性颗粒。永久磁铁应设置在油箱内环流所经过的部位，比如隔板缺口处。但不能设置在剧烈搅动处（如回油管出口附近）。磁铁要定期清理。 9、泵、电机的连接和安装方式 1）轴间连接方式 在确定液压泵与原动机的轴间连接和安装方式时，首先要考 虑液压泵轴的径向和轴向负载的消除或防止问题。 直接驱动型连接。直接驱动型连接可采用联轴器或花键实现。 由于液压泵的传动轴在结构上一般不能承受额外的径向和轴向载荷，因此液压泵最好由原动机经联轴器直接驱动。并且使泵轴与驱动轴之间严格对中，轴线的同轴度误差不大于 0.8mm。原动机与液压泵之间的联轴器宜采用带非金属弹性元件的挠性联轴器，例 如 GB/T5272-2002 中 规定的梅花形弹性联轴器，具有弹性、耐磨性、缓冲性及耐油性较高、制造容易、维护方便等优点，应用较多。此外， NL型内齿形弹性联轴器是一种特别适合液压泵连 接的新型联轴器，它允许较大的轴向、径向位移和位移角，具有结构简单、维修方便、拆装容易、噪声低、传动功率损失小、使用寿命长等优点，正在日益获得广泛应用。梅花形弹性联轴器和 NL 型内齿形弹性联轴器的性能及其规格尺寸可根据所使用的液压泵的轴伸尺寸可查得。 间接驱动型连接。如果液压泵不能经联轴器由原动机直接驱动，而需要通过齿轮传动、链传动或皮带传动间接驱动时，液压泵的传动轴所受的径向载荷不得超过泵制造厂规定值，否则带动泵轴的齿轮、链轮或皮带轮应架在另外设置的轴承上。此种连接方式也应满足规定的同轴度要求。 本设计中泵 与电机的连接方式为直接驱动型连接。 采用梅花形弹性联轴器，此联轴器适用于连接两同轴线的传动轴系；具有补偿两轴相对偏移、减振、耐磨及缓冲性能；工作温度为： -35 +80 ；河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 34 传递公称扭矩为 16 25000Nm。 型号： NL7 公称力矩： 500 1000Nm； 许用转速： 3600r/min ； 轴孔直径（、 d2）： 4555mm； 轴孔长度：（ l1、 l2）： 45110mm； 2）安装方式 液压泵组的安装，通常由角形支架卧式安装、钟形罩立式安装、脚架钟形罩卧式安装、支架钟形罩卧式安装等几种常用的方式。 本设计油箱采用 角形支架卧式安装。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 35 第四章 液压缸设计计算 矿车清理机所用的液压缸为支撑缸和升降缸，本次设计只设计升降缸。按照标准液压缸的形式设计。 原始资料：负载 ： 10000N； 行程： 340mm。 查液压设计手册，选用标准液压缸。 参数为： 活塞直径 D=63mm；活塞杆直径 d=35mm。 一、结构型式的确定 1、安装型式确定： 液压缸的安装形式很多，但大致可分为两类： 1）轴线固定类 这类安装形式的液压缸在工作时，轴线位置固定不变。机床上的液压缸大多是采用这种安装形式。 （ 1）通用 拉杆式 （ 2）法兰式 （ 3）支座式 2）轴线摆动类 液压缸在往复运动时，由于机构的相互作用使其轴线产生摆动，达到调整位置和方向的要求。安装这类液压缸，安装形式也只能采用使其能摆动的铰接方式。工程机械、农业机械、翻斗汽车和船舶甲板机械等所用的液压缸多用这类安装形式。 （ 1）耳轴式 将固定在液压缸上的铰轴安装在机械的轴座内，使液压缸轴线能在某个平面内自由摆动。 耳轴设置在液压缸头部的叫头部耳轴式。这种安装形式的液压缸，摆动幅度较小，但稳定性较好。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 36 耳轴设置在液压缸尾部的尾部耳轴式。这种安装形式的液 压缸，摆动幅度较大，但稳定性较差。 耳轴设置在液压缸中部的叫中间耳轴式，其摆动幅度和稳定性一般。 （ 2）耳环式 将液压缸的耳环与机械上的耳环用销轴连接在一起，使液压缸能在某个平面内自由摆动。耳环在液压缸的尾部，可以是单耳环，也可以是双耳环，还可以做成带关节轴承的单耳环或双耳环。 （ 3） 球头式 将液压缸尾部的球头与机械上的球座连接在一起，使液压缸能在一定的空间锥角范围内任意摆动。这种安装形式自由度大，但稳定性差。船舶起货吊杆液压缸多用这种形式。 根据矿车清理机的结构，我们选择液压缸的安装结构为 双 耳环式，如图图 4-1所示 。 图 4-1 2、局部结构确定 根据矿车清理机工作条件，查阅资料确定油缸各零件的结构、材料及联接方式。 1）缸筒的结构设计 缸筒的两端分别与缸盖相连，构成密闭的压力腔，因而它的结构形式往往和缸盖及缸底密切相关。设计缸筒的结构时，也应该一起加以考虑。 缸筒是液压缸的主体，其余零件装配其上，它的结构形式对加工和装配河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 37 有很大影响，因此其结构必须尽量便于装配、拆卸和维修。 缸筒与缸盖、缸底的连接形式很多，不少于 60多种，把他们按连接方法分类，大致有以下几种。 图 4-2 缸筒与端盖（或缸底）的连接形式 法兰连接（如图 2-a， b）；螺钉连接（如图 2-c）；外螺纹连接（如图 2-d） ；内螺纹连接（如图 2-e） ；外卡键连接（如图 2-f）；内卡键连接（如图 2-g）；弹性卡圈式（如图 2-h， i）；焊接式（如图 2-j）；销钉式（如图 2-k）；拉杆式（如图 2-l） 2）缸筒的材料 缸筒常用 20、 35、 45号无缝钢管，由于缸筒上需要焊接缸底、耳轴或管接头时，因此，我们采用 45号无缝钢管。 3）缸底 缸底的材料采用 45号 钢。缸底与缸筒多用焊接结构，它的特点是结构紧凑，加工简单，工作可靠，但容易产生焊接变形。通常缸底上口与缸筒内孔间采用过渡配合，以限制焊接后的变形。 4）缸盖 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 38 缸口部分一般由密封圈、导向套、防尘圈和锁紧装置等组成，用作活塞杆的导向和密封等。缸孔和活塞杆直径不同，缸口部分的结构也有所不同。 缸筒和缸盖的连接，我们采用内卡键连接。这种连接方式的优缺点同外卡键差不多，但装拆不便。为了便于装拆，卡键一般由三瓣组成，第三瓣的剖切口平面必须与轴线平行，否则是装不进去的。装配卡键时，端盖外端面不能高出卡键槽，装好卡键后，端 盖才能装到位，如图 2-g所示。卡键与卡键槽的配合精度要适当，间隙过大，缸筒卡键槽处会因受到冲击而产生剪切破坏。 缸盖材料采用 45号钢锻件。当缸盖兼作导向套时，应采用铸铁并在其工作表面堆焊青铜，黄铜或其它耐磨材料，导向套也可单独制成后压入缸盖内孔。 5）活塞 活塞材料通常用钢或铸铁，也有用铝合金制成的，我们采用 35号钢。 它的结构上主要考虑的问题是：活塞与缸筒的滑动和密封，活塞与活塞杆之间的连接，我们采用外卡键连接。这种连接的强度好，结构紧凑，重量轻，装拆容易，但缸筒端部要切出卡键槽，使强度有所降低。外卡键一 般由两个半环卡键组成，固定卡键可以用卡键帽，如图 2-f所示。我们考虑用在活塞和活塞杆的连接。 6）活塞杆 活塞杆是油缸的主要传力零件，必须有足够的强度和刚性。活塞杆有空心和实心两种结构。我们采用实心活塞杆，材料为 45 号钢。活塞杆头部与工作机械的采用耳环连接 12）密封件的选用 （ 1）对密封件的要求 在液压元件中，液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊液压缸，如摆动液压缸等。液压缸不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度的适应范围大，要河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 39 求弹性好，永久变 形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装拆，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类，有 O 形、 Y 形、 U 形、 V 形 、 Yx 形 、鼓型、蕾型和山型 等。 密封圈要能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济。因此，在活塞处我们采用鼓型密封圈，实现双向密封。在活塞杆处我们采用 蕾型 密封圈。 二、最小导向长度 1、最小导向长度确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度（如图 4-3所示），若导向长度太小，将使油缸因间隙引起的初始挠度增大，从 而影响油缸的工作稳定性。对于一般油缸，其最小导向长度 Hmin应满足下式要求 (m) 式中 L -油缸最大工作行程 (m) D -缸筒内径 (m) 液压缸最小导向长度 H=48.5mm 2、液压缸实际导向长度 H 液压缸实际导向长度 H 图 4-3 液压缸最小导向长度 220min DLH )(21 BACH mmDLH 5.4826320340220m i n 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 40 一般导向套滑面的长度 A,在缸筒内径 D 80mm取缸筒内径 D 的 61.0倍 ；在缸筒内径 D 80mm时则取活塞杆直径的 0.6 1.0倍。 由于液压缸直径 D=63mm，因此，液压缸导向套滑面的长度 A取 50mm。 活塞宽度 B 取缸筒内径 D 的 0.6 1.0倍 ,取活塞宽度 B =55mm。 为了保证最小导向长度而过份地增大导向套长度和活塞宽度都是不适宜的。最好的方法是在导向套与活塞之间装一隔套 K，其长度 C 由所需的最小导向长度决定。采用隔套不仅能保证最小导向长度，而且可以扩大导向套及活塞的通用性。 C取 0。 mmBACH 5.52)5550(210)(21 液压缸实际导向长度 H大于最小导向长度 H，满足要求。 三、强度和稳定性计算 1、缸筒壁厚和外径计算。 缸筒壁厚校核按中等壁厚计算。 mmppDyy 5.6)15.1163.11 2 05.1164.01 2 0(263)13.14.0(2 式中： D 缸筒内径； yp 缸筒试验压力， 当缸的额定压力 an MPp 16 时，取 yp =1.5 np ； 而当 an MPp 16 时，取 yp =1.25 np ； 缸筒材料的许用应力， = nb/ ， b 为材料抗拉强度， n 为安全系数，一般取 n =5。 b =600Mpa M Pab 1 2 05 则缸筒外径 De=63+2*6.5=76mm, 缸筒外径圆整为 77mm。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 41 2、缸底厚度 1）如图 a）所示的平底缸底，按下式计算： mmpD s 6.43551650433.0433.0 21 图 4-4 缸底结构 3）如图（ c）所示的半球形缸底，按下式计算： mmDp s 73 5 54 166341 式中 2D 缸底止口内径（ m）； 缸底材料的许用应力， )；( ab pn b 缸底材料抗拉强度（ Pa）； n 安全系数， 3n 其它符号意义同前。 取缸底厚度为 7mm。 3、活塞杆强度 活塞杆的直径 d 按下式进行校核 4Fd 式中， F 为活塞杆上的作用力； 为活塞杆材料的许用应力， = 4.1/b 。 计算得： mmd 63 5 514.31 0 0 0 0435 满足要求。 4、连接零件的强度计算 对于重要的液压缸，它的各部分连接零件都应进行强度计算。 1、缸筒和缸底焊缝强度的计算 如图 6所示，其对接焊缝的应力为： 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 42 )(4222 dDFe 式中 F 液压缸最大推力（ N）； 焊接效率，取 =0.7； 焊缝的许用应力（ Pa）； 图 4-5为焊接缸筒和缸底 nb ， 当采用 T422 焊条时， )(104200 5 ab p =420MPa， 图 4-5焊接缸筒和缸底 取安全系数 n=3.34。取 n=3.34=3.5 =420/3.5=120 Mpa M P aM P adD Fe1 2 046.137.0)6577(14.3 1 0 0 0 04)( 4 22222 满足要求。 2、卡键连接强度的计算 1） 活塞与活塞杆连接 采用外卡键连接，卡键材料为 45号钢，结构见图 4-6。 图 4-6 外卡键连接 （ 1）剪切强度验算 外卡键剪切强度应满足 式中 卡键剪切应力， MPa； 卡键许用剪切应力， MPa； M P ab 2144.13004.1 卡键 a-a截面上的剪应力为 M P aM P aLPD 2145.3884 77164 1 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 43 满足要求。 式中 P 液压缸压力； 16MPa 1D 缸筒外径； 77mm； L 卡键宽度， 8mm。 （ 2）挤压强度验算 外卡键挤压强度应满足 式中 卡键挤压应力， MPa； 卡键许用挤压应力， MPa； M P ab 4284.16004.1 卡键 a-b侧面的挤压应力为 M P aM P ahDh PD 42881)8772(8 7716)2( 2121 满足要求。 式中 P 液压缸压力； 16MPa 1D 缸筒外径， 77mm； h 卡键厚度， 8mm。 2）缸筒与缸盖连接 缸筒与缸盖连接采用内卡键连接，卡键材料为 45 号钢，结构见图 4-7。 图 4-7 内卡键连接 （ 1）剪切强度验算 外卡键剪切强度应满足 式中 卡键剪切应力， MPa； 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 44 卡键许用剪切应力， MPa； M P ab 2144.13004.1 卡键 a-a截面上的剪应力为 M P aMPLPD 2143674 63164 满足要求。 式中 P 液压缸压力； 16MPa D 缸筒内径， 63mm； L 卡键宽度， 7mm。 （ 2）挤压强度验算 外卡键挤压强度应满足 式中 卡键挤压应力， MPa； 卡键许用挤压应力， MPa； M P ab 4284.16004.1 卡键 a-b侧面的挤压应力为 M P aM P ahDh PD 42888)6632(6 6316)2( 22 满足要求。 式中 P 液压缸压力； 16MPa D 缸筒内径， 63mm； h 卡键厚度， 6mm。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 45 第五章 液压系统的维护保养 第一节 使用液压系统的注意事项 1）使用者应明白液压系统的工作原理，熟悉各种操作和调整手柄的位置及旋向等。 2）开车前应检查系统上各调整手柄、手轮是否被无关人员动过，电气开关和行程开关的位置是否正常，主机上工具的安装是否 正确和牢固等，再对导轨和活塞杆的外露部分进行擦拭，而后才可开车。 3）开车时，首先启动控制油路的液压泵，无专用的控制油路液压泵时，可直接启动主液压泵。 4）液压油要定期检查更换，对于新投入使用的液压设备，使用 3 个月左右即应清洗油箱，更换新油。以后每隔半年至 1 年进行清洗和换油一次。 5）工作中应随时注意油液，正常工作时，油箱中油液温度应不超过65 。油温过高应设法冷却，并使用粘度较高的液压油。温度过低时，应进行预热，或在运转前进行间歇运转，使油温逐步升高后，再进入正式工作运转状态。 6）检查油面，保证系统 有足够的油量。 7）有排气装置的系统应进行排气，无排气装置的系统应往复运转多次，使之自然排出气体。 8）油箱应加盖密封，油箱上面的通气孔处应设置空气过滤器，防止污物和水分的侵入。加油时应进行过滤，使油液清洁。 9）系统中应根据需要配置粗、精过滤器，对过滤器应经常地检查、清洗和更换。 10）对压力控制元件的调整，一般首先调整系统压力控制阀 -溢流阀，从压力为零时开调，逐步提高压力，使之达到规定压力值；然后依次调整各回路的压力控制阀。主油路液压泵的安全溢流阀的调整压力一般要大于执行元件所需工作压力的 10% 25%。快速运动液压泵的压力阀，其调整压力一河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 46 般大于所需压力 10% 20%。如果用卸荷压力供给控制油路和润滑油路时，压力应保持在 0.3 0.6MPa 范围内。压力继电器的调整压力一般应低于供油压力 0.3 0.5MPa。 11）流量控制阀要从小流量调到大流量，并且应逐步调整。同步运动执行元件的流量控制阀应同时调整，要保证运动的平稳性。 第二节 液压系统常见故障与处理方法 一、 工作部件产生爬行的原因及排除方法 ： 1、 因为空气的压缩性较大，当含有气泡的液体到达高压区而受到剧烈压缩时，会使油液体积变小，使工作部件产生爬 行。 采取措施：在系统回路的高处部位设置排气装置，将空气排除。 2、 由于相对运动部件间的磨擦阻力太大或磨擦阻力变化，致使工作部件在运动时产生爬行。 采取措施：对液压缸、活塞和活塞杆等零件的形位公差和表面粗糙度有一定的要求；并应保证液压系统和液压油的清洁，以免脏物夹入相对运动件的表面间，从而增大磨擦阻力。 3、 运动件表面间润滑不良，形成干磨擦或半磨擦，也容易导致爬行。 采取措施：经常检查有相对运动零件的表面间润滑情况，使其保持良好。 4、 若液压缸的活塞和活塞杆的密封定心不良，也会出现爬行。 采取措施：应卸 除载荷，使液压缸单独动作，测定出磨擦阻力后，校正定心。 5、 因液压缸泄漏严重，导致爬行。 采取措施：减少泄漏损失，或加大液压泵容量。 6、 在工作过程中由于负载变化，引起系统供油波动，导致工作部件爬行。 采取措施：注意选用小流量下保持性能稳定的调速阀，并且在液压缸和调速阀间尽量不用软管联接，否则会因软管变形大，容易引起爬行现象。 河北能源职业技术学院毕业设计 (论文 ) 47 二、 液压系统油温升高的原因、后果及解决措施 ： 液压系统在工作中有能量损失，包括压力损失、容积损失和机械损失三方面，这些损失转化为热能，使液压系统的油温升高。一般液压系统的油温应控制在 （ 30 65） 范围内，最高不超过（ 65 70） 。 油温升高会引起一系列不良后果： 1、 使油液粘度下降，泄漏增加，降低了容积效率，甚至影响工作机构的正常运动； 2、 使油液变质，产生氧化物杂质，堵塞液压元件中的小孔或缝隙，使之不能正常工作； 3、 引起热膨胀系数不同的相对运动零件之间的间隙变小，甚至卡死，