煤炭采样车采掘臂结构设计Word下载.docx
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2.4.2缸底厚度的计算19
2.4.3缸筒发生完全塑性变形的压力计算19
2.4.4缸筒径向变形计算20
2.4.5活塞杆强度的计算21
2.4.6管路的设计22
3负载图和速度图的确定23
4固定式煤炭采样机采掘臂的控制原理23
5固定式煤炭采样机采掘臂的三维建模24
结论25
致谢26
参考文献27
1绪论
1.1研究的目的和意义
由于液压工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。
但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。
封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。
因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。
人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。
液压工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的液压产品。
在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。
机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。
现代液压工程液压和液压设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。
人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。
电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。
这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。
人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。
又一方面实践促进人脑智力。
在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。
大脑和手之间的人工智能和液压工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用液压制造。
在过去，各种液压离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。
相互促进，计算机科学和液压工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使液压工程。
在第十九世纪，液压工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。
在第二十世纪，随着液压工程和知识增长的发展开始分解，液压工程专业，有分支机构。
在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。
由于液压工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。
但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。
封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。
综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。
从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。
综合和专业水平。
有液压工程全面而专业的冲突；
在综合性工程技术也有综合和专业问题。
在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。
1.2研究的内容
本次设计主要针对固定式煤炭采样机采掘臂进行设计，从固定式煤炭采样机采掘臂的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：
（1）到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类固定式煤炭采样机采掘臂的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。
（2）分析固定式煤炭采样机采掘臂的结构与参数。
（3）确定设计总体方案。
（4）确定具体设计方案（包括液压传动的设计，控制系统的设计，液压缸，轴承等的选型设计等等）。
（5）固定式煤炭采样机采掘臂图纸的绘制。
（6）说明书的整理。
1.3本课题的发展现状
当今社会，随着机械和液压工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善，固定式煤炭采样机采掘臂同样在发展着，传统的固定式煤炭采样机采掘臂是采用固定的方式，这样劳动效率低，运煤效率同样低下，不适合大批量的检修汽车的场合。
现代固定式煤炭采样机采掘臂是用来代替传统的检修固定式煤炭采样机采掘臂的一种新型的固定式煤炭采样机采掘臂。
随着机械行业的大发展，固定式煤炭采样机采掘臂的使用也越来越广泛。
如果使用传动的临时的固定式固定式煤炭采样机采掘臂的的话，不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量通用型的检修要求。
所以使用一个专用的固定式煤炭采样机采掘臂已成为发展趋势。
固定式煤炭采样机采掘臂的产品图片如图1-1,1-2所示：
图1-1
图1-2
1.4液压传动的基础知识
广泛的液压工程和多方位的服务领域都需要液压系统的支持，在各行各业，特别是工程机械领域，液压缸的使用非常广泛，几乎无处不在。
传统的液压传动形式已经不能够满足当今越来越快的工业脚步的进展，迫切需要液压系统进行更新换代处理，从而来满足当今社会液压工业发展的需要。
总之，现代液压工程有五个业务领域：
能源液压的开发和交付，用于生产各种产品的液压开发和交付，在各种液压服务的开发和交付，以及家庭和个人生活中的应用提供了各种液压的发展，液压臂的开发和交付。
水利工程的理论基础的建立和发展。
例如，在工程力学、流体动力学流体和压力的研究；
金属和非金属材料性能的研究，材料科学与工程中的应用；
热生成热力学，传导和开关；
各种液压部件的研究有不同的功能，工作原理，结构，和液压原理和液压零件的科学设计计算；
研究金属和非金属成型和金属切削加工技术和非技术等。
研究，并开发新的液压产品，不断改进现有产品和生产新一代液压产品来满足当前和未来的需求设计。
液压产品包括：
规划和实施生产设施；
生产调度生产计划的发展和实施的准备；
制造工艺；
设计和制造工具，模具和材料定额；
确定工作定额；
组织加工，装配，测试和包装运输；
产品质量的有效控制。
液压机制造企业的经营管理。
液压系统的液压部件通常是由许多独特的形状组合，精密零件的加工工艺复杂的产品。
一个单件、小批量的生产量，而且在批量，大批量生产，直到。
销售目标在所有行业和个人，家庭。
还卖的社会经济条件影响下，可能会出现大的波动。
因此，液压元件制造企业的管理和经营特别复杂，和生产管理的研究，规划和管理等企业都开始在液压行业。
液压产品的应用。
这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和用于各种工业和成套液压设备的液压改造，液压产品保证长期使用的可靠性和经济。
这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和改造各种工业用液压及成套液压设备，液压产品，保证长期使用的可靠性和经济性。
1.5采样车的选型
近年来，我国工业对煤炭质量要求越来越高，为此对煤炭采样要求也越来越高，机械化采样逐步取代了人工采样。
70年代到现在，我国在煤炭采制样设备方面发展已经初具规模，种类齐全，自动化程度高的设备大量涌现市场，设备的构造越来越复杂，功能也有最初的单级采样发展成为多级采样，基本包括了采样、制样全过程，有的甚至包含了煤质分析，越来越完善。
但是总的来说，我国采样-制样系统方面，仍然落后于世界上的产煤用煤大国。
对于不同类型以及不同性能的采样设备，在不同的现场工况选定原则不同。
文章就采样设备工作原理进行了研究分析，简单介绍采样设备的选型方法。
为了检验调整后采样器采样数据与停带采样数据，笔者根据电厂皮带输送线上煤流的数据计算采用中部采样机，开口为150mm的采样斗采样分析数据如下表1所示。
统计值tc由下面式子计算tc=dnSd式中：
d—成对样品之间差值平均值；
n——检验值的成对组数；
Sd—成对样品之间的差值标准差。
计算得到1号系统样本tc=1.48，2号系统tc=1.85查自由度（n-1）的t值表，得t=2.083，所以两系统的采样方法不存在偏倚，均能反映出样本信息。
1.6同类型产品的比较
经过多年的实践、推广、技术改进，现在已经形成完备的技术体系，现在新型的MXY300CPR产品拥有先进的传感器技术、精密的机械传动、成熟的微机技术，是现在国内体积小、重量轻、操作方便的煤灰分及发热量测量仪器。
而且本公司遵循着发展求生存以及满足用户需求的原则将不推出新型号的产品，使用先进的技术，不断完善不断发展。
我公司核心研发人员是国内早从事煤灰分测定仪的研发人员，国内早的热值快灰仪是在兖州矿务局使用，当时的产品就我公司核心研发人员设计生产的。
现在我公司的产品经过改进已在众多电厂及煤站使用，效果良好。
2固定式煤炭采样机采掘臂总体结构的设计
2.1固定式煤炭采样机采掘臂的总体方案图
固定式煤炭采样机采掘臂一般常见于对煤炭进行采样的场所，当需要对煤炭进行采样作业时，启动固定式煤炭采样机采掘臂，液压缸打开行程，从而来推动采煤机大臂摆动，该固定式煤炭采样机采掘臂上面的采煤庄子会慢慢上升，当采煤取样作业完成后，液压缸缓缓缩回行程，这样就完成了一次采样过程。
本次设计的煤炭采样机采掘臂的方案图如下图2-1所示：
2-1固定式煤炭采样机采掘臂总体方案图
2.2.固定式煤炭采样机采掘臂的总体设计
2.2.1确定固定式煤炭采样机采掘臂参数的原则
1、要满足配套设备的相关要求；
2、与固定式煤炭采样机采掘臂的工作方式相适应；
3、结构紧凑，操作方便；
4、固定式煤炭采样机采掘臂的工作稳定性好。
2.2.2确定固定式煤炭采样机采掘臂结构参数的内容
1、确定正常工作条件下，固定式煤炭采样机采掘臂与相应设备的位置关系；
2、确定固定式煤炭采样机采掘臂总体与主要部件的布置与尺。
2.2.3固定式煤炭采样机采掘臂主要尺寸的确定
1、固定式煤炭采样机采掘臂高度
2、固定式煤炭采样机采掘臂伸缩比
固定式煤炭采样机采掘臂的伸缩比指最大与最小固定式煤炭采样机采掘臂高度之比值为：
代入数据得m=1.3。
2.3液压元件选择与计算
（一）液压缸
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为1.62MPa，如果取进油路上的压力损失为0.8MPa,为使压力继电器能可靠工作，取其调整压力高出系统最高工作压力0.5MPa，则小流量液压泵的最大工作压力为
大流量液压泵在快进，快速运动时才向液压缸输油，如果取进油路上的压力损失为0.5MPa，则大流量阀的最高工作压力为:
，则由工况图可知：
最大流量为17.64L/min,因系统比较简单，所以取泄露系数为：
则两个液压泵的实际流量为
由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min,而工进时输入液压缸的流量为0.5L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为3.5L/min。
根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/26型双连叶片液压泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为6ml/r和26ml/r,当液压泵的转速
时该液压泵的理论流量为20.08L/min，若取液压泵的容积效率
，由于液压缸在工进时输入功率最大，这是液压泵工作压力为2MPa，流量为27.1L/min.按图标去液压泵的总效率为
则液压泵驱动电动机所需的功率为：
根据此数值查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率为
，额定转速
。
缸体、活塞和活塞杆的材料
1）缸体：
机床----多数采用高强度铸铁（HT200），当压力超过8MPa时，采用无缝钢管。
工程机械----多数采用35钢和45钢无缝钢管。
压力高时，可采用27SiMn无缝钢管或45钢锻造。
2）活塞：
整体式活塞----多数采用35钢和45钢。
装配式活塞----常采用灰铸铁、耐磨铸铁、铝合金等，特殊需要的可在钢活塞坯外面装上青铜、黄铜和尼龙耐磨套。
3）活塞杆：
一般采用35钢和45钢，当液压缸的冲击振动很大时，可使用55钢或40Cr等合金材料
（二）阀类原件及辅助原件：
1）单向阀
单向阀分成两类:
有普通单向阀和液控单向阀.普通单向阀只允许液流向一个方向通过.液控单向阀既有普通单向阀的功能,并且只要在远程控制口通以一定压力的控制油液,液流反向也能通过.在工程应用中常用两个液控单向阀组成液压锁.
图2.11单向阀
液控单向阀可作为单向闭锁和保压使用。
它用于液压系统中，阻止油液反向流动，起到普通单向阀作用；
但可利用控制压力油，通过控制活塞打开单向阀芯，使油液实现反向流动。
液控单向阀可用在需要严格封闭的油路中，进行单向闭锁，起到保压作用。
对单向阀的要求：
1、对于正向开启压力为0.04Mpa的液控单向阀，使用时不允许阀芯锥面垂直向上方安装。
2、管接头连接处，禁止用油漆、麻丝、聚四氟乙烯密封带，可用密封胶。
3、对于外泄式结构的液控单向阀，控制活塞部分的泄漏油应从L口单独接回油箱。
2）溢流阀
图示为球阀式直动型溢流阀。
它也有一个阻尼活塞，但与锥阀式结构不同活塞与球阀之间不是刚性连接，而是通过阻尼弹簧使活塞与球阀接触（活塞两端的液压力平衡）。
由于活塞的阻尼作用，可使始终与活塞相连接的球阀运动平稳。
当压力油自进油口经环形槽进入油腔时，同时液压油经油道进入阀芯右面腔。
当油口处压力升高到作用在阀芯右侧的力超过弹簧力的时候。
阀芯左移，阀口处于某一开度，油腔和回油环形槽接通，油液从回油口排出，这时压力油作用在阀心上的力就和开度下作用在阀芯上的弹簧力保持平衡：
P·
A=Fs=k（x0+△x）
由于阀芯位移量△x远小于x0，所以
P·
A=Fs=k（x0+△x）≈kx0
图3.13溢流阀
P=F/A=k（x0+△x）/A≈kx0/A=常数
即压力也就基本稳定在kx0数值上。
3）三位四通换向阀
由阀体和阀芯组成。
阀体圆孔内有5条环形槽，分别对应P、A、B、T1四个油口，阀芯上有三个凸台。
图3.14三位四通换向阀
2.4液压缸的选型计算
液压缸的设计计算：
由于液压执行元件与主机结构有着直接关系，因此液压缸的主要尺寸包括缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L。
表3.1
液压缸工作压力与活塞杆直径
液压缸工作压力p/MPa
<
5
5～7
>
7
推荐活塞杆直径d
（0.5～0.55）D
（0.6～0.7）D
0.7D
强度校核的项目包括缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径ds。
当D/δ>
10时为薄壁，δ按下式校核:
式中，D-缸筒内径；
，
当D/δ<
10时为厚壁，δ按下式校核:
根据以上表格可知，
2.活塞杆直径d
查表可得，
式中，F—活塞杆上的作用力；
[σ]—活塞杆材料的许用应力，[σ]=σb/1.4。
3.缸盖固定螺栓直径ds
k—螺纹拧紧定螺栓个数；
[σ]—螺栓材料的许用应力，[σ]=σs/（1.22~2.5），σs为材料的屈服点。
2.4.1缸体壁厚的计算
⑴按薄壁筒计算：
⑵按中等壁厚计算：
⑶按厚壁筒计算：
［σ］缸体材料许用应力；
［σ］＝σb/
n=580/4=145；
σb缸体材料的抗拉强度。
对于45钢正火处理，σb＝580
Mpa；
n安全系数；
一般取3.5～5,在这里取n=4；
ψ强度系数；
对于无缝钢管ψ＝1；
c计入管壁公差及侵蚀的附加壁厚；
一般按标准圆整缸体外圆值；
D缸体内径（mm）;
2.4.2缸底厚度的计算
⑴平形无油孔：
=320-0.433X30X
=11.33，取11.;
⑵平形有油孔：
=320-1.5X30X
=19.5，取20;
d0油口直径（mm）；
2.4.3缸筒发生完全塑性变形的压力计算
式中：
Ppl缸筒发生完全塑性变形的压力；
σs缸体材料的屈服强度。
对于45钢正火处理，σs＝340
D1缸体外径；
2.4.4缸筒径向变形计算
式中：
△D
缸体材料在试验压力下的变形量；
E
缸体材料弹性模数；
对于钢材E＝2.1×
105Mpa；
γ缸体材料的泊松系数；
对于钢材γ＝0.3；
2.4.5活塞杆强度的计算
活塞杆强度计算公式为：
d1活塞杆危险截面直径；
整体式活塞杆的各种类型分别如下图所示：
2.4.5管路的设计
各元件间连接管道的规格按原件接口尺寸决定，液压缸则按输入、排出的最大流量计算。
由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算，如下表所示。
油液在压油管中的流速取3m/min，
d≥2
=2×
mm=9.3mm
油液在吸油管中的流速取1m/min,
d≥2
mm=11.3mm
两个油管都按GB/T2351-2005选用外径Φ15mm、内径Φ12mm的无缝钢管。
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量L/min
q1=（A1qp）/（A1-A2`）
=（19.63x6）/（19.63-10.01）
=12.24
q1=0.5
q1=qp=6
排出流量L/min
q2=（A2q1）/A1
=（10.01x12.24）/19.63
=6.24
=（0.5x10.01）/19.63
=0.25
q2=（A1q1）/A2
=（19.63x6）/10.01
=11.76
3负载图和速度图的确定
查相关表格可知，液压缸的工作效率η=0.9，可以得到以下计算公式：
启动：
F=Ffj=880N;
F‵=F/η=1160/0.9N=1289N;
加速：
F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20N;
F‵=F/η=1073.20/0.9=1193N;
快进：
F=Ffd=290N;
F‵=F/η=580/0.9=645N;
工进：
F=Ffd+Fw=580+3183=3763N;
F‵=F/η=3763/0.9=4182N;
快退：
F=Ffd=290N;
根据工况负载F及行程S，绘制负载图（根据工进速度V1，快进速度V2确定下图）：
4固定式煤炭采样机采掘臂的控制原理
本次设计在固定式煤炭采样机采掘臂是通过单片机系统控制的，单片机系统输出指令给电磁阀，电磁阀得电控制液压缸打开行程，从而来推动大臂摆动，该固定式煤炭采样机采掘臂上面的采样机构会慢慢上升，当采样作业完成后，电磁阀失电，液压缸缓缓缩回行程，这样就完成了一次煤炭采样过程。
5固定式煤炭采样机采掘臂的三维建模
5.1后臂的三维建模
5.2底座的三维建模
5.3采煤机采样机采掘臂的三维建模
结论
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