带式输送机自动张紧装置设计毕业设计.docx
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带式输送机自动张紧装置设计毕业设计
带式输送机自动张紧装置设计
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
1.3液压自动张紧装置与其它张紧装置的类比2
第2章总体设计3
2.1设计任务3
2.2设计方案的确定3
2.2.1液压自动张紧装置的特点3
2.2.2液压张紧系统工作原理3
2.2.3总体设计方案的确定5
第3章各元件的确定6
3.1油缸的选择和计算6
3.2液压油液的功能和基本要求7
3.3液压泵的选择及计算9
3.4电动机的确定9
3.5各种阀类的选择10
3.5.1电磁换向阀的选择10
3.5.2溢流阀的选择11
3.5.3压力继电器的选择12
3.5.4压力表的选择13
3.5.5滤油器的选择14
3.5.6蓄能器的选择15
3.5.7伺服阀的选择16
3.5.8液控单向阀的选择18
3.6其它元件的选择20
3.6.1滑轮的选择20
3.6.2钢丝绳的选取20
3.6.3液压泵站的选择与安装20
第4章管路的设计22
4.1管路的确定22
4.2吸油管的设计22
4.3压油管的设计23
4.4液压系统中的压力损失验算23
第5章主要部件的设计计算及强度校核26
5.1油缸后的支座的设计及强度校核26
5.2液压缸活塞杆上的耳环的设计及强度设计27
第6章设计分析29
结论31
致谢32
参考文献33
专题34
附录142
附录249
摘要
输送机时橡胶和纤维织品两者复合而成的制品，在应用中的重锤张进装置，在运行一段时间后，重锤会自动下降一段距离，使输送带变长。
这说明输送带发生了蠕变，在启动、制动过程中也会产生蠕变现象。
此时张紧装置就必须进一步收缩才不会发生打滑现象。
由此可见，张紧装置是保证带式输送机正常运转必不可少的重要部件。
该论文主要介绍了带式输送机的自动张紧装置的设计过程，详细的介绍了各个液压元件的选取。
自动张紧装置的设计是张紧装置的设计的一个重大变革。
关键词：
自动张紧装置带式输送机液压张紧系统
Abstract
ThispapermainlyintroducedbasedonthePRO—ENGINEERINGthreedimensionalentitydesignsoftwaretotheY0X500modelfluidstrengthcouplerdesignandtheassistancemanufactureprocess;HasindetailgiventhefluidstrengthcouplershapingprocessaswellasutilizesPRO—ENGINEERINGtothefluidstrengthcouplersparepartdesignandtheassemblyprocess,utilizedthePRO—ENGINEERINGgrassinthedesignprocesstodraw,modulesfullyandsooncomponents,assembly,engineeringplataswellasmovementsimulation,basicallyhasrealizedthedesigningenious,convenientquickly,theefficiencyandthereliabilityhigherthemeritwhichcouldnotachieveinthetraditionaldesignprocess.Next,thisarticlealsoelaboratedverymuchaboutthefluidstrengthcoupleraspectcomprehensiveknowledge.
Keyword:
Thefluidstrengthcouplermodulelimitsthemomentoperationalfactorassemblyconstrainedmotionsimulation
第1章绪论
带式输送机主要用于输送煤炭、矿石、沙石、谷物等散装物料。
其在连续装卸条件下能实现连续运输，所以生产率较高；另外皮带传送机结构简单，设备费用低；工作平稳可靠、噪音小，输送距离长，输送量大，能源消耗少；同时可在皮带的任意位置加料或卸料，容易实现倾斜输送。
其应用范围相当广泛，遍及矿山、冶金、化工、建筑、轻工、港口和车站货场。
而拉紧装置是带式传送机不可缺少的重要组成部分，它直接关系到带式传送机的安全运行及使用寿命，对于大运量、长距离等大型带式传送机而言更是如此。
到目前为止，在社会生产中有多种皮带拉紧装置得到应用。
以往煤矿井下用带式传送机一般均采用固定绞车拉紧或重锤拉紧，很少见到别的类型。
由于固定绞车拉紧装置只能定期张紧皮带，而皮带的张紧程度往往与操作者的经验有关，经常出现张紧力过大或者过小，并且直接影响到带式传送机的冲击动负荷，所以固定绞车拉紧装置对于传送机的安全及平稳运行极为不利。
因此，我们有必要研制成一种自动型的张紧装置来实现输送机的张紧过程。
1.1输送机自动张紧装置的一般概念
自动张紧装置属是保证带式输送机正常工作的重要部件，可自动地对输送机张力进行实时控制满足带式输送机正常运行的要求。
即改善带式输送机的起、制动性能，提高整机运行的可靠性，在不同的使用条件下，可以保证胶带具有最合理的张力。
1.2输送机张紧装置的分类
张紧装置可分为固定式张紧装置和自动式张紧装置两大类。
（1）固定式张紧装置。
固定式张紧装置分重锤式张紧装置和刚性张紧装置。
重锤式、水箱式都属于重力张紧装置。
重历式张紧装置始终使输送带初拉力保持恒定，在启动制动时会产生上下振，但惯性力很快消失。
刚性张紧装置有螺旋张紧、手动或电动张紧装置等几种，它们的张紧力是固定不变的，不能自动调整，在安装后，张紧一次可运行一段时间，但还要收紧一次，以消除蠕变。
（2）自动式张紧装置。
自动测力张紧装置以张紧力作为反馈信号随时间变化设定拉力，进行比较，并随时调整张紧装置的该向滚筒的位移。
如启动时会自动加大张紧力，运输时恢复恒定拉力，对延长输送带寿命十分有利。
1.3液压自动张紧装置与其它张紧装置的类比
液压式自动张紧装置与机械、电力、气压传动相比，其特点：
（1）液压传动装置能在运行过程中进行无级调速,调速范围较大。
（2）在同样功率情况下，液压传动装置的体积小、质量轻、惯性小、结构紧凑，且能传递较大的力和转矩。
（3）液压传动装置工作较平稳、反映快、冲击小，可以高速启动、制动及换向，操作简单方便。
（4）液压传动装置省力，易实现自动化。
（5）液压传动易于实现过载保护，可以自动润滑，因此使用寿命较长。
（6）液压传动装置可以很简单的实现直线运动和回转运动，其布置也具有很大的灵活性。
（7）液压传动装置由于其元件实现了系列化、标准化、通用化，容易设计制造和推广运用。
（8）在液压传动装置中，因功率损失等原因所产生的热量可以由流动着的油液带走，因此避免了局部温升现象。
第2章总体设计
2.1设计任务
参数设定及工况分析
设：
张紧行程L=2m，活塞杆运动速度
=4m/min。
DT-Ⅱ型带式输送机的T3=2460.72N,T4=2559.15,每天工作22h，停车2h，全年工作360天，每天停机两次。
张紧装置在驱动滚筒之后，所以张紧力F=T3+T4，这个张紧力是只考虑带式输送机在满载正常运行情况下的张紧力。
当启动时，所需要的输送带的张紧力
=1.5F
用公式表示为：
F=T3+T4=2460.72+2559.15=10.19kN
F其=1.5F=75.29kN
2.2设计方案的确定
2.2.1液压自动张紧装置的特点
液压自动张紧装置的工作过程中，由于张紧力在输送机启动时和正常运行时不同，这就要求液压系统必须能够在两种压力下工作。
在带式输送机运料的过程中由于负荷或其它原因引起输送带拉力增大、减小，液压系统就会自动调节张紧力，保证输送带正常工作。
2.2.2液压张紧系统工作原理
皮带式传送机在启动时和稳定运行时对皮带的张力要求是不同的，启动时所需要的张力大约是稳定运行时所需要的张力的1.5倍。
这就需要液压系统能在两级工作压力下工作，一个是启动压力，另一个是稳定运行时压力，前者约为后者的1.5倍。
系统工作原理图如下：
1.2.溢流阀3.电磁换向阀4.伺服阀5.液压缸6.压力表7.力传感器8.拉紧小车9.压力继电器10.液控单向阀11.蓄能器12.液压泵13.电动机14.单向阀15.过滤器
本方案采用一个直动溢流阀2和一个叠加溢流阀并联来实现这个目的。
叠加溢流阀由直动溢流阀1和二位二通电磁换向阀3串联而成。
当二位二通电磁换向阀3通电时，其阀芯处于右位，二位二通电磁换向阀通导，叠加溢流阀才通导。
直动溢流阀2的调定压力较大，是叠加溢流阀的调定压力的1.5倍。
系统启动时，二位二通电磁换向阀3不通电，叠加溢流阀不通导，油液只能经由直动溢流阀2溢流；系统启动后稳定运行时，二位二通电磁换向阀3通电，叠加溢流阀通导，油液经由调定压力较低的叠加溢流阀溢流。
这样便可实现两级压力控制。
系统要求启动迅速，即液压缸要迅速拉紧原来松弛的皮带，这就使得液压缸启动时需要很大的流量。
稳定运行时，张紧的皮带使得液压缸活塞杆移动范围很小，这时液压缸需要的流量下降。
为解决这个问题，加了一个蓄能器用以补油，既能及时补油，又能在正常稳定工作时保持恒定压力。
首先，电机13启动带动泵12运转给系统加压。
当系统压力达到压力继电器9设定的启动压力后，压力继电器9发信号，皮带式传送机启动。
皮带式传送机启动后带速达到稳定值时，二位二通电磁换向阀3通电，叠加溢流阀通导，油液经由调定压力较低的叠加溢流阀溢流，同时系统切换到由伺服阀4控制的状态。
伺服阀的工作原理：
预先确定压力指令信号μr，它与压力传感器的压力反馈信号μi相比较，其偏差量（实际压力与给定压力的差值）经放大器处理后产生电流i输给伺服阀4，控制加载液压缸，这样就形成了伺服阀压力控制回路。
液压缸的拉力与指令信号μr一一对应。
2.2.3总体设计方案的确定
（1）液压回路设计。
（2）元件的确定。
包括：
油缸的选择和计算，液压油的确定，液压泵的选择及计算，电动机的确定，各种阀类的选择。
（3）主要部件的设计及计算强度校核
第3章各元件的确定
3.1油缸的选择和计算
由液压缸的行程为2m，最大拉力为75.29kN,参考《液压元件产品样本》，决定选用缸径为100mm，活塞杆直径为55mm，行程为2.2mm，最大拉力为87kN，速比为1.46的HSG系列的油缸。
油缸内的压力为：
P2=
式中
——启动拉力，N；
D——油缸内径，mm；
d——活塞杆直径，mm；
——油缸机械效率，一般取
=0.95。
输送机启动、正常运行的压力分别为：
P1
油缸的有效工作面积为：
油缸工作时所需要的最大流量为：
Q=
A
式中
——油缸活塞杆运动速度，m/min；
A——油缸有效工作面积，m2。
速度
=4m/min，则：
Q=
A=4
54.8
10-1=21.92L/min
液压缸的结构图如下所示：
3.2液压油液的功能和基本要求
液压油液是液压系统中传递能量的工作介质，同时还兼有润滑、密封、冷却和防锈等功能。
在液压系统中，由于压力、速度及温度在很大范围内变化，为了保证工作状态的稳定，要求所应用的液压油液能适应这种变化，并保持稳定的性能，不致因外界条件的变化而引起很大的改变或破坏，因此对液压油液提出如下基本要求：
（1）具有适当的粘度和良好的粘－温特性。
粘度要符合实际工作条件，粘度国大，摩擦损失将增加；粘度过小，会造成泄漏。
粘度过大或过小都将导致效率的降低。
因此为了使液压系统能够稳定的工作，液压油液的粘度随温度的变化要小，也即要具有良好的粘－温特性。
（2）具有优良的润滑性。
液压油液对液压系统中的各运动部件起润滑作用，以降低摩擦和减少磨损，保证系统能够长时间正常工作。
当前，液压系统和元件正朝高压、高速方向发展，液压元件内部摩擦副处于边界润滑状态，这时，液压油液更应具有良好的润滑性。
（3）具有良好的化学稳定性。
液压油液与空气接触会产生胶质沉淀物质，这些沉淀粘附在滑阀表面或节流缝隙处会堵塞孔、隙等通道，影响元件的动作，从而降低系统的效率。
因此，液压油液应具有良好的化学稳定性。
（4）剪切安定性好，液压油液通过液压元件和狭窄通道时要经受剧烈的剪切，使一些聚合型增粘剂分子破坏，造成粘度永久性下降，这在高速、高压时尤为严重。
为延长液压油液使用寿命，液压油液的剪切安全性要好。
（5）抗乳化性好。
水可能从不同途径进入液压油液，含水的液压油液在泵和其他元件的剧烈搅拌下极易乳化，致使液压油液变质或生成沉淀物，防碍冷却器的导热，阻滞阀门和管道，降低润滑性且腐蚀金属，所以，液压油液应具有良好的抗乳化性。
（6）消泡抗泡性能好。
在大气中，矿物油通常能溶解5%至10%的空气，空气混入液压油液后会产生气泡，气泡在液压系统内循环，不仅会使系统的刚性下降，动特性变坏，润滑条件恶化，而且还会产生异常的噪音、振动。
此外，气泡还增大了与空气的接触，使氧化加速，所以，液压油液应具有良好的消泡和抗泡能力。
（7）防锈性能好，对金属的腐蚀性小。
长期与液压油液接触的金属件，在溶解于液压油液中水分和空气的作用下会产生锈蚀，而使精度和表面质量受到破坏。
锈蚀而使精度和表面质量受到破坏。
锈蚀颗粒在系统中循环，还会使磨损加速和系统发生故障。
所以，液压油液应具有良好的防锈性能和不腐蚀金属性能。
（8）对密封等材料的相容性。
密封材料长期共存于液压油液中会产生溶胀软化或干缩硬化，使密封失效，产生泄漏，系统压力下降，以致工作不正常。
所以，液压油液对密封材料应有良好的相容性。
液压自动张紧装置是在工作时，其工作环境的温度不高，但有防尘要求，油压缸的最高工作压力为14.46MPa，参考《液压元件产品样本》，综合确定选用20号精密机床液压油。
20压力油的运动粘度
～23）×10-6m2/s,取
=20×10-6m2/s，密度为0.9×103kg/m3则20号液压油的动力粘度
为：
3.3液压泵的选择及计算
GB-G1016型单级齿轮泵属于中高压齿轮泵。
采用了固定的双金属侧板和二次密封结构，具有耐冲击、维修方便、工作可靠等优点。
广泛用于装卸机、铲运机、推土机等机械液压系统的液压能源。
由于液压油在主油路只流经一个单向阀的主油路，其压力损失很小，粗估其压力损失
0.49MPa，则油泵的工作压力为：
所以油泵的最大工作压力P泵＝14.95MPa
油泵泄漏系数Ｋ=1.1～1.3,取Ｋ＝1.1，则油泵的流量为：
Q泵≥KQ=1.1×21.92=24L/min
根据《液压元件产品样本》选用GB-G1016型单级齿轮泵。
其参数为每转排量q=16.4mL/r，驱动功率Ｐ＝10.5kW，额定工作压力P=16MPa。
当由n=1460r/min的电动机驱动时，该泵最大流量Ｑ＝16.4×1460=24L/min。
油泵效率
=0.91。
3.4电动机的确定
电动机功率为：
取
泵=0.91，则电动机功率为：
当连轴器的效率
=0.99时，电动机功率为
=6.46／0.99=6.53kW，查手册，选用电动机转数n=1440r/min，功率Ｐ＝7.5kW的Y132M-4型电动机。
3.5各种阀类的选择
3.５.1电磁换向阀的选择
电磁换向阀也叫电磁阀，是液压控制系统和电器控制系统之间的转换元件。
它利用通电电磁铁的吸力推动滑阀阀芯移动，改变油流的通断，来实现执行元件的换向、启动、停止。
电磁换向阀有滑阀和球阀两种结构，通常所说的电磁换向阀为滑阀结构，而称球阀结构的电磁换向阀为电磁球阀，电磁换向阀可直接用于液压系统，控制主油路的通断和切换；也可用作先导阀来操纵主油路的主阀，如溢流阀、液控阀、调速阀及插装阀等。
电磁换向阀的品种很多，按其工作位置数和通路数的多少可分为二位二通、三位四通、三位三通、二位四通等；按其复位和定位形式可分为弹簧复位式、钢球定位式、无复位弹簧式等；按其阀芯切换油路的台肩数可分为两台肩和三台肩式；按其阀体内的沉槽数可分为三槽式和五槽式；按其阀体与电磁铁的连接形式可分为法兰连接和螺纹连接；按其所配电磁铁的结构形式可分为干式和湿式两类，每一类又有交流、直流等形式。
由于主油管中的最高工作压力为14.95MPa，当油泵所供液压油经电磁换向阀、溢流阀全部卸荷时，通过电磁换向阀的流量为24L/min，参照《液压元件产品样本》，选用24DO-B10H-T型电磁换向阀，其工作压力为20.58MPa，公称流量为30L/min。
下面是电磁换向阀的结构图。
1-推杆2-阀体3-阀芯4-弹簧座5-盖板
它有两个工作油口（即近油口P和出油口A）和两个工作位置：
当电磁铁断电时，复位弹簧将阀芯推向左边的位置。
当电磁铁通电时，则将阀芯推向右边的初始位置。
图中所示的初始位置为P、A相通，换向位置为P、A不通，是常开型的滑阀机能，
3.5.2溢流阀的选择
溢流阀是使系统中多余流体通过该溢流阀溢出，从而维持其进口压力近于恒定的压力控制阀。
在液压系统中，溢流阀可作定压阀，用以维持系统压力，实现远程调压火多极调压；作安全阀，防止液压系统过载；作制动阀，对执行机构进行缓冲、制动；作背压阀，给系统加载或提供背压；它还可与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。
按结构类型和工作原理，溢流阀可分为直动式溢流阀和先导式溢流阀。
直动式溢流阀是作用在阀芯上的主油路液压力与调压弹簧力直接相平衡的溢流阀，下图为直动式溢流阀的原理图
1-调压手轮2-缩紧螺母3-阀体4-阀芯
直动式溢流阀图形符号
在直动式溢流阀中，当液压作用力低于调定弹簧力时，阀口关闭，阀芯在弹簧力的作用下压紧在阀座上，溢流口无液体溢出；当液压作用力超过弹簧力时，阀芯开启，液体溢流，弹簧力随着开口量的增加而增加，直至与液压作用力相平衡。
当阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计时，直动式溢流阀在稳态状态下的力平衡方程为：
P=K（X0+X）/A（3—1）
式中P——进口压力即系统压力（Pa）；
A——阀芯的有效承压面积（m2）；
K——弹簧钢度（N/m）；
X0——弹簧预压缩量（m）；
X——阀开口量（m）。
由式（3—1）可以看出，只要在设计时保证X
X0，即可使P=K（X0+X）/A
KX0/A=常数。
这就表明，当溢流量变化时，直动式溢流阀的进口压力是近于恒定的。
两个溢流阀的工作压力分别为14.67MPa和9.44MPa，当压力油全部通过溢流阀卸荷时，其流量为24L/min,查《液压元件产品样本》由此确定选用YE-L10H型溢流阀，其工作压力为6.86～20.78MPa，公称流量为40L/min。
在液压系统中，将连个溢流阀分别调整到Ｐ＝14.67MPa和P=9.44MPa的工作压力即可。
3.5.3压力继电器的选择
压力继电器是当压力信号达到给定值时，电气开关动作，从而发出电信号的液电信号转换元件。
主要用于泵的加载或卸荷控制、执行元件的顺序动作以及系统的安全保护和连锁等。
当有液压力达到压力继电器的调定压力时，即发出电信号，以控制电磁铁、电磁离合器、继电器等电气元件动作，使油路卸压、换压，执行机构实现顺序动作，或关闭电动机，使系统停止工作，起到安全保护作用等。
主要性能有
（1）压力继电器由压力-位移转移部件和微动开关两部分组成。
按结构类型和工作原理，压力继电器可分为柱塞式、弹簧管式、膜片式和波纹管式4种。
其中柱塞式压力继电器最常用，按其结构有单柱塞式和双柱塞式之分，而单柱塞式又有柱塞、差动柱塞和柱塞-杠杆3种。
按所发出电信号的功能，压力继电器有单触点和双触点之分。
（2）对压力继电器的性能要求是：
a.调压范围大。
压力继电器的调压范围是指其能够发出电信号的最低工作压力和最高工作压力的范围。
b.灵敏度。
即压力继电器接通和断开时的压力差相对于调定
c.重复精度高。
所谓重复精度，即使压力继电器多次接通或断开时，系统压力之间的最大差值相对于调定压力的百分比。
d.瞬态特性好，接通和继开时间短。
下图为PF型差动柱塞式压力继电器。
在柱塞直径相等的情况下，差动柱塞式压力继电器的弹簧刚度小，因而重复精度和灵敏都较高
1——引线孔2——微动开关3——橡胶开关4——阀体
5——阀芯6——调压弹簧7——调压螺钉
压力继电器图像符号
由液压系统原理图可知，压力继电器的工作压力为10.78MPa，根据《液压元件产品样本》选用PF-L8H型压力继电器，其工作电压为220V，工作压力为10.78MPa。
3.5.4压力表的选择
压力表所测量的系统工作压力分别为14.67MPa和10.78MPa，为此选用测量范围为16MPa的Y－60型压力表。
3.5.5滤油器的选择
滤油器是一种利用多孔的过滤介质分离悬浮在工作介质中的污染微粒的装置。
当工作介质被各种杂质污染时，液压元件和系统的可靠性将下降，寿命缩短。
混杂在工作介质中的颗粒污染物，促使液压元件磨损，并造成液压滑阀阀芯的卡死，以及节流缝隙和其他小截面油道的堵赛等事故。
另外，悬浮在工作油液中的污染微粒对一些具有分配窗口作用的刃边起磨料作用，从而使遮盖度逐渐减少，造成操作失灵。
油液的污染还促使液压元件腐蚀及油液本身的恶化变质。
所以保持介质的清洁度是很重要的。
对滤油器的基本要求是：
a.能满足液压系统要求的过滤精度。
b.能满足液压系统对压力和流量的要求。
c.滤油器的滤芯结构材料应具有一定的强度，并在一定的工作温度下有稳定的性能，有足够的耐久性。
d.滤油器的结构材料应与使用的介质有相容性。
根据实际要求，由于液压系统的工作压力较大，要求过滤质量较高，故选用烧结式过滤器。
其结构图如下：
3.5.6蓄能器的选择
蓄能器是储存和释放压力装置。
在液压系统中的功能是储存能量、吸收脉冲压力、缓和冲击压力等。
其用途有多种，主要有：
（1）作辅助动力源
有些液压系统中的执行元件是间歇动作，工作时间很短。
有些液压系统中的执行元件随不是间歇动作，但在一个工作循环内速度差别很大。
对于这些系统，应用蓄能器后，就可以减少液压泵排量，降低电机功率，节约能源。
（2）作补偿泄漏和保持恒压用
对于执行元件长时间不动，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿泄漏，从而使压力恒定。
（3）作应急动力源
某些液压系统，当液压泵发生故障或突然断电时，利用蓄能器作应急动力源，提供所需油量，使执行元件继续完成必要的动作，是液压缸的活塞杆缩回到缸内，以保证安全。
（4）作热膨胀补偿器用
在某些温度变化幅度很
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