型带式输送机可控变速装置系统设计Word文档下载推荐.docx
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作为带式输送机的关键技术[5]之一，可控启动技术或软启动技术应运而生。
实现软启动和软停车是解决大型带式输送机上述问题的有效措施。
“软启动”是指机械设备在空、重载工况下，能够逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动，而这种启动是可控的[7]。
对于带式输送机而言，“软启动”不仅能够大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长输送机关键零部件的使用寿命，同时还能大大缩短电动机启动电流的冲击时间，减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响，从而节约电力并延长电动机的工作寿命。
带式输送机可控变速装置带式输送机可控变速装置在国外已经被广泛应用，但到目前为止国内这种产品应用还比较少。
第二章总体方案设计
1.1设计目标
本次液压调速系统的设计是整个机器的一部分，其任务是实现利用液压装置带动蜗杆来实现对外部机器的速度控制。
1.2拟定液压调速系统原理图
考虑内齿圈载荷小、要求无级变速等具体情况，本装置采用电液比例阀组成的液压系统作为内齿圈的动力源。
1.2.1液压系统的功能
液压系统的功能是为控制内齿圈的运动提供动力源，主要元件有液压泵、液压马达、电液比例调速阀和电液比例溢流阀等。
其中液压马达是机械传动系统中蜗杆的驱动装置，通过电液比例调速阀6调节液压马达的流量，使其转速实现无级变化。
电液比例调速阀6安装在马达的回油路上，不仅形成回油节流调速系统，而且作为马达的负载，起到平衡力矩的作用。
马达的驱动回路是闭式回路，若蜗杆为主动时，则泵2变为补油泵。
电液比例调速阀9是控制润滑油液流量的。
根据温度变送器的信号，通过控制系统调节电液比例调速阀9的开口量，实现对润滑油量的控制。
电液比例溢流阀8是用来调整液压系统工作压力的，通过控制系统对液压系统不同工作状态下压力的设定，使液压系统始终工作在最优状态，以实现效率最高、油温最低的设计目标。
下图为液压系统原理图
图1.1液压系统原理图
1.2.2液压系统的关键制造技术
液压系统能否长期处于良好的工作状态，除了液压元件具有优良的性能外，系统的安装调试也非常重要。
电液比例调速阀6、9和溢流阀8是液压系统的关键元件，安全阀7采用普通溢流阀。
这些阀均选用板式安装结构，所以需要设计一个集成块。
对液压系统而言，集成块就是一个关键加工件，主要是各个阀的安装基面的平面度要求高一些。
其几何形状简单，加工难度不大。
1.3原始数据
1）采用定量泵定量马达作为动力源和执行元件
2）采用比例调速阀调节马达转速
3）马达转速从0r/min.2000r/min
4）驱动电机功率1.5kw
1.4设计总体方案
由液压系统原理图确定总体方案示意图
图1.2液压系统原理图确定总体方案示意图
同时在液压马达后接一个电液比例调速阀，用来调节马达的转速，进而控制对外蜗杆的转动。
第2章系统元件的选择及设计
2.1液压马达的选择
液压马达的作用是将液体的压力能转化为连续回转的机械能。
选择液压马达的原则：
主要依据是设备对液压系统的工作要求。
如液压系统的工作压力、所使用的工作介质；
对液压马达的转矩和转速的要求；
对液压马达的体积、重量、价格、货源情况以及使用维护方便性等。
以便确定液压马达的结构类型、基本性能参数和变量方式等。
液压马达按结构可分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类。
现由液压马达的原始数据确定马达型号。
查《液压气动系统设计手册》表3.25、
表3.26和《液压系统设计简明手册》表5.6选用合肥长源液压件厂的CMW.F204CFZ型齿轮马达。
其主要技术参数如下：
排量4ml/r
额定压力20MPa
理论输出转矩10.3N·
m
转数800～3000r/min
容积效率≥88%
由《液压气动系统设计手册》式（1.48）马达的转速
式中
—输入马达的流量（L/min）
—马达的理论排量（L/r）
—马达的容积效率
得输入马达的流量
由《液压气动系统手册》式（3.32）马达实际输出转矩
式中
—马达的机械效率，取0.9得马达的实际输出转矩
由《液压气动系统设计手册》式（1.44）
液压马达的输入功率：
式中
—入口与出口压力之差（MPa）
—输入流量（L/min）
得马达的输入功率
以上式所选择的液压马达的具体参数的计算，并以此为依据来选定合适的液压泵，并计算出泵的各项参数。
2.2液压泵的选择
2.2.1液压泵的分类
液压泵是液压系统的动力元件，其作用是将电动机输出的机械能转换为液体的压力能，从而为系统提供动力。
液压泵分为定量型和变量型：
定量型有齿轮泵、叶片泵和螺杆泵，变量泵有叶片式、轴向柱塞式和径向柱塞式。
2.2.2液压泵的选择原则
马达的输入功率
首先考虑应用的不同来选择，一类是用在固定设备上，另一类是用在行走机械上的。
参考《液压气动系统设计手册》表5.14。
其次根据液压系统的设计要求选择合适的泵的类型。
最后还应考虑系统对液压泵的其他要求，例如重量、价格，使用寿命及可靠性，液压泵的安装方式，泵与原动机的联接方式及泵的油口联接型式等。
2.2.3液压泵的具体选择
根据以上选择原则和液压马达的性能参数数据及液压系统原理图（图一）可确定出泵出口压力不小于
。
查《液压与气压传动》表2.3确定选用外啮合齿轮泵最为合适，查《液压气动系统设计手册》表5.14确定泵为固定设备中使用，查《液压气动系统设计手册》表5.9及《液压系统设计简明手册》表5.2确定选用CBF.E510.ALPL型齿轮泵。
CBF.E510.ALPL型齿轮泵的其主要技术参数如下：
公称排量为
额定压力为20MPa
转速为800.3000（r/min）
容积效率≥95%
合肥长源液压件厂
2.2.4液压泵的计算
式中
—泵的容积效率
—泵的输出流量（L/min）
得泵的输出流量：
由《液压气动系统手册》式（1.37），输出功率：
—输出功率（kw）
—出口压力和入口压力之差（MPa）
得：
2.2.5液压工作介质的选择
液压工作介质有液压油和液压液两类。
液压系统选择工作介质要考虑一下几点：
液体的粘性、粘温特性、润滑性、防锈性、抗氧化性、抗乳化性、抗泡沫性、凝固点、体积弹性模量、与密封材料的相容性等。
查《液压气动系统设计手册》确定选用46#HM液压油。
l）规格,
抗磨液压油（HM液压油）是从防锈、抗氧液压油基础上发展而来的,它有碱性高锌、碱性低锌、中性高锌型及无灰型等系列产品,它们均按40'
C运动粘度分为22、32、46、68四个牌号。
2）用途
（l）抗磨液压油主要用于重负荷、中压、高压的叶片泵、柱塞泵和齿轮泵等液压系统。
（2）用于中压、高压工程机械、引进设备和车辆的液压系统。
如电脑数控机床、隧道掘进机、履带式起重机、液压反铲挖掘机和采煤机等的液压系统。
（3）除适用于各种液压泵的中高压液压系统外，也可用于中等负荷工业齿轮（蜗轮、双曲线齿轮除外）的润滑。
其应用的环境温度为一10'
C.40’C。
该产品与丁腈橡胶具有良好的适应性。
3）质量要求
（l）合适的粘度和良好的粘温性能，以保证液压元件在工作压力和工作温度发生变化的条件下得到良好润滑、冷却和密封。
（2）良好的抗磨性，以保证油泵、液压马达、控制阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的润滑，减少磨损。
（3）优良的抗氧化安定性、水解安定性和热稳定性，以抵抗空气、水分和高温、高压等因素的影响或作用，使其不易老化变质，延长使用寿命。
（4）良好的抗泡性和空气释放值，以保证在运转中受到机械剧烈搅拌的条件下产生的泡沫能迅速消失；
并能将混入油中的空气在较短时间内释放出来，以实现准确、灵敏、平稳地传递静压。
（5）良好的抗乳化性，能与混入油中的水分迅速分离，以免形成乳化液，引起液压系统的金属材质锈蚀和降低使用性能。
（6）良好的防锈性，以防止金属表面锈蚀。
4）注意事项
（l）要保持液压系统的清洁，及时清除油箱内的油泥和金属屑。
（2）按换油参考指标进行换油,换油时应将设备各部件清洗干净，以免杂质等混入油中,影响使用效果。
（3）储存和使用时，容器和加油工具必须清洁,防止油品被污染。
（4）该油品主要适用于钢.钢摩擦副的液压油泵。
用于其它材质摩擦副的液压油泵时，必须要有油泵制造厂或供油单位推荐本产品所适用的油泵负荷限值。
2.3电动机的选择
2.3.1电动机选择原则
A电动机的类型选择
由于液压泵通常是在空载下启动，故对电动机的启动转矩没有过高的要求，负荷变化比较平稳，起动次数不多，因此可以采用Y系列笼型异步电动机。
但如果液压系统功率较大而电网容量不大时，可采用绕线转子电动机。
B电动机的转速选择
电动机的转速应与液压泵的转速相适应。
电动机与液压泵之间通常采用联轴器连接，电动机的转速应在液压泵的最佳转速范围内。
液压泵的转速过高或过低，都会使液压泵的效率下降。
C电动机的功率
当液压泵的额定压力和流量下工作时，可按照液压泵产品样本中的液压泵的驱动功率，来选择电动机的功率。
泵的驱动功率
由于泵在主电机启动后处于很低的负载下工作，故泵的实际驱动电机功率不大。
2.3.2电动机具体的选择
根据以上原则查《机械设计手册》表9.14、9.55，选用Y90L.6型电动机较合适，转速为910r/min,功率为1.1kw，效率为85%，额定转矩2.2，最大转矩2.3，重量32kg，轴径为24mm。
2.4联轴器的选择
考虑到在带式输送机正常工作之前，仅仅由电机产生的振动并不大，刚性联轴器连接这种连接形式虽然无补偿性能，不能缓冲减振，但结构简单，成本低，满足使用要求，故选用刚性凸缘联轴器。
查《机械零件设计手册》，选用GYH2.J
型凸缘联轴器。
主要技术参数和尺寸（GB/T5843.2003）
联轴器的公称扭矩T
=63N/m
许用转速n=10000r/min
轴孔直径
轴孔长度
转动惯量
质量
2.5阀的选择
在液压系统中，液压控制阀用来控制液压系统中的压力、流量及油液的流动方向，从而控制液压执行元件的启动、停止、改变运动速度、方向、力等。
以满足各类液压设备对运动、速度、力矩等的要求。
液压控制阀按功用控制特点分：
方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀。
按压力大小分：
中、底压控制阀（≤6.3MPa），中、高压控制阀（≤32MPa）
由此可知，本系统应该选用中、高压控制阀。
本系统需要选用的阀名称和数量为：
单向阀2个
电液比例调速阀1个
电磁溢流阀1个
直动型溢流阀1个
2.5.1单向阀的选择
单向阀的作用是使液压油沿管道一个方向流动，不能反向流动。
查《液压气动系统设计手册》选择RVP型单向阀。
ARVP型单向阀概述：
RVP型单向阀的作用是使油液只能向一个方向流动，而另一个方向止流。
连接方式：
板式。
通径（NG）6.40mm。
压力至31.5MPa。
流量至600L/min。
BRVP型单向阀三维模型图
图2.1RVP型单向阀三维模型图
C符号
图2.2RVP型单向阀符号
D型号说明
图2.3RVP型单向阀型号说明
ERVP型单向阀结构图
图2.4RVP型单向阀结构图
1.阀体2.锥阀芯3.弹簧4.弹簧座
2.5.2电液比例调速阀的选择
电液比例调速阀是用来控制液压马达的运动速度，从而改变系统对外提供的动力速度大小。
它有节流和减压的双重作用。
在本系统调速阀安装在液压马达的回油路上，形成了回油节流调速系统。
不但提高了承载能力，还扩大了调速范围。
查《液压元件产品样本》选用ZFRE10.40B/16LBV型电液比例调阀。
A型号说明
图2.5ZFRE10.40B/16LBV型电液比例调阀型号说明
BZFRE型二通比例调速阀外形尺寸图
图2.6ZFRE型二通比例调速阀外形尺寸图
1.阀体2.带感应式位移传感器的比例电磁铁
3.标牌4.压力补偿器的行程限制器
额定压力为31.5MPa，最低压力1.5MPa，公称流量为10L/min，最小稳定流量为0.5L/min。
2.5.3电磁溢流阀的选择
A电磁溢流阀概述
电磁溢流阀由溢流阀和二位二通电磁换向阀组成。
用于液压系统的压力调节和卸载。
这种叠加式电磁溢流阀不仅具有结构紧凑、空间位置小、减少管路连接、装配容易等优点，而且能改善系统和回路的性能，抗震和抗冲击能力强，并减少管路的振动等现象。
电磁溢流阀根据用途的不同可分为H型（常开式）和O型（常闭式）两种。
按电磁铁又可分为交流220V和直流24V。
H型——当电磁铁不通电时，电磁阀开启，先导阀不起作用，则溢流阀卸荷。
当电磁铁通电时，电磁阀关闭，先导阀起作用，则溢流阀在调压值下工作。
O型——电磁阀及溢流阀工作情况与H型均相反。
将H型（常开式）电磁阀阀芯调头装配即可构成O型（常闭式）。
本系列阀P口为进油口，O口为溢油口，K口为控制口。
板式连接的安装底板尺寸，按照压力控制阀的安装底板样本。
B电磁溢流阀选择
电磁溢流阀的主要功用就是在系统中起调压和限压作用，根据系统的工作需要来调整液压泵的供油压力，从而保证系统安全可靠地工作。
在本系统中电磁溢流阀是用来调整系统的工作压力的，通过控制系统对不同工作状态下压力的设定，使液压系统始终工作在最优状态、以实现效率最高、油温最低的设计目标。
查《液压元件产品样本》选用Y2DH.Hc10型电磁溢流阀。
CY2型电磁溢流阀简介
1）技术规格如表2.1.
表2.1Y2型电磁溢流阀技术规格
公称通径（mm）
10
20
32
公称流量（L/min）
40
100
200
2）符号
图2.7Y2型电磁溢流阀符号
3）型号说明
图2.8Y2型电磁溢流阀型号说明
2.5.4直动型溢流阀的选择
直动型溢流阀与电液比例溢流阀的作用一样，其工作特点是靠直接作用在阀芯上的液压力与弹簧力相平衡来控制阀口的启用。
A概述
此处选择查《液压元件产品样本》选用PB.10B型板式连接直动式溢流阀。
其调节压力范围为0.3.2.5MPa，额定流量为10L/min。
图2.11直动型溢流阀型号说明
E技术规格如表2.2.
表2.2技术规格
F外形及安装尺寸，安装尺寸如表2.3.
图2.12
表2.3安装尺寸
2.6集成块的设计
通常使用的液压元件有管式和板式两种结构。
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。
常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、集成块连接和叠加阀连接。
其中把液压元件分别固定在几个集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式标准化、系列化程度高，互换性能好，维修、拆装方便，元件更换容易。
同时集成块可进行专业化生产，其质量好、性能可靠而且设计周期短。
因此，本系统的液压元件采用集成块方式的连接。
从而使系统压力损失降低很多。
保证了系统的可靠安全的运行。
2.6.1集成块的特点
A用标准元件按典型动作组成单元回路块，选取适当的回路块叠加在一起，构成所需要的液压系统，可以简化液压装置的设计。
B由于液压系统又不同的功能的单元回路块构成，当需要更改系统时，只需更换或增减单元回路块就能实现，所以灵活性大，便于更改设计。
C集成块主要是六个平面及各个孔的加工，工艺简单，便于组织专业化生产，降低成本。
D除去泵、马达等采用管接头和管道外，各元件之间的连接都通过集成块上的通道，所以结构简单，便于安装，占地面积小，系统泄漏少，稳定性好。
E各元件之间连接的通道粗而短，系统压力损失少，发热少，效率高。
2.6.2集成块的设计步骤
A制作液压元件样板
对照实物绘制液压元件顶视图轮廓尺寸，虚线绘出液压元件底面各油口位置的尺寸，依照轮廓线剪下来，便是液压元件样板。
B决定通道的孔径
集成块上的公用通道，即压力油孔P、回油孔T、泄漏孔及四个安装孔。
压力油孔由液压泵流量决定，回油孔不小于压力油孔。
直接与液压元件连接的液压油孔由上述所选定的液压元件规格确定。
孔与孔之间的连接孔（工艺孔）用螺塞在集成块表面堵死。
与液压油管连接的液压油孔可采用英制关螺纹。
C集成块上液压元件的布置
把制作好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局。
因本系统回路简单，所以就直接进行布置。
D集成块零件图的绘制
集成块的六个面都是加工面，其中有五个面要装液压元件，剩下一个面作为安装板。
集成块的详细尺寸见集成块的零件图。
下面是所设计的集成块的三维模型图：
图2.13集成块的三维模型图
2.6.3集成块的设计参数的确定
A油孔直径的确定
根据《简明液压系统设计手册》式（4.3）油孔直径d（mm）由下式确定
（2.10）
—流经孔道的流量（L/min）；
—孔道内允许流速（m/s）；
对压力油孔可取
=（2.5～5）m/s，对回油孔，可取
=（1.5～2）m/s。
公用泄漏油孔L的内孔一般由经验确定：
当Q=25L/min时，可取
；
当Q=63L/min时，可取
直接与阀相通的孔，通道体上的孔径应与阀的孔径相同。
与油管接头相连接的孔，其孔径与相应的阀口直径相同，而孔口必须按管接头螺纹小径加工并攻丝。
工艺孔口应用螺塞或短圆柱堵死。
根据上述，计算出压力油孔直径：
，本系统取压力油孔直径：
回油孔直径：
，本系统取回油孔直径：
同时取泄漏油孔为
B油孔间的最小壁厚
油孔间最小壁厚一般不小于
当压力高于6.3MPa时，或孔间壁厚较小时，应进行强度效核。
当系统选用铸铁材料的集成块时。
可根据《简明液压系统设计手册》式（4.4）
—允许最小壁厚（㎜）；
—试验压力（MPa）；
—材料许用应力（MPa），
，n取3～5；
d—油孔直径（㎜）
由于通道块上的孔大多较细较长，转孔时有可能偏斜，实际壁厚应再取大一些。
由此，计算出：
压力油孔最小壁厚不能小于6㎜；
回油孔最小壁厚不能小于5㎜。
C集成块的高度
集成块的高度取决于所安装元件的高度。
一般情况下，集成块高度应大于安装元件的高度，并尽可能选取该系列集成块的标准高度。
本系统集成块设计高度为130，长度为110㎜，宽度为100㎜
D集成块的外形尺寸
集成块的长度和宽度尺寸应大于安放元件的尺寸，以便于在设计集成块内的油孔时调整阀的位置。
一般长度方向上的调整尺寸为（40～50）㎜，宽度方向为（20～30）㎜。
E集成块上的元件布置
集成块的各个侧面放置各种液压元件，放置的依据是液压系统原理图，放置原则是流道相通的阀相邻放置，五个侧面放置液压元件，一个面作为安装面。
电液比例调速阀和电磁溢流阀放置在便于调节的位置。
各阀的布置不能与相邻侧面的阀相碰。
底板的作用是将集成块组件固定在油箱面板上，并将回油口及泄漏油口和油箱相连。
下图为各液压元件放置在集成块的具体位置。
图2.14各液压元件放置在集成块的具体位置
2.7液压管路及其连接
2.7.1管路的种类及材料
A管路安其在液压系统中的作用分：
主管路—包括吸油管路、压油管路和回油管路，用来实现压力能的传递。
泄油管路—将液压元件泄漏的油液导入回油管并进入油箱。
控制管路—用来实现液压元件的控制或调节以及与检测仪表连接的管路。
旁通管路—将通入压油管路的部分或全部压力油直接引回油箱的管路。
B常用的管路有钢管、铜管、胶管、尼龙管及塑料管等。
1）无缝钢管无缝钢管耐压高，变形小，耐油、抗腐蚀，虽然装配时不易弯曲，但装配后能长期保持原形。
在液压系统中压油管路一般采用10#、15#冷拔无缝钢管，这种钢管的尺寸准确，质地均匀，强度高，可焊性好。
2）有缝钢管最高压力不大于1.6MPa。
3）橡胶软管制造困难，成本高，寿命短，刚性差。
而且不常用在不拆卸的固定的连接中。
4）铜管耐压力低，抗震能力差，一般用在低于5MPa时使用。
而且铜与油接触易使
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