15吨液压绞车设计和实现机械工程及其自动化专业.doc
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1、15吨液压绞车设计目 录摘要Abstract 第1章 绪论11.1液压传动系统概论11.1.1传动类型及液压传动的定义1 1.1.2液压系统的组成部分11.1.3液压系统的类型1 1.1.4液压技术的特点11.2绞车的简介21.3拟定绞车液压系统图3第2章绞车结构方案设计 52.1 常见绞车构方案及分析 5 2.1.1 非液压式绞车构方案比较 5 2.1.2卷筒轴及件速器输出轴连接方式设计的基本原则6 2.1.3液压绞车构的分类7 2.1.4液压式行星齿轮传动绞车构布置方案82.2本设计所采用的方案102.3绞车构方案设计注意事宜10第3章绞车结构组成及工作过程分析12 3.1绞车构的组成12
2、 3.2绞车构工作过程分析12 3.2.1绞车构的工作周期12 3.2.2载荷升降过程的动力分析12第4章绞车卷筒的设计和钢丝绳的选用154.1绞车卷筒的设计154.1.1绞车卷筒组的分类和特点154.1.2卷筒设计计算154.2钢丝绳的选择19第5章液压马达和平衡阀的选择205.1液压马达的选用与验算205.1.1液压马达的分类及特点205.1.2液压马达的选用20 5.1.3马达的验算205.2平衡阀的计算与选用235.2.1平衡阀的功能简介235.2.2平衡阀的选用23第6章制动器的设计与选用256.1制动器的作用、特点及动作方式256.2制动器的设计计算266.2.1制动转矩的计算26
3、6.2.2制动盘的设计选用266.2.3制动盘有效摩擦直径计算266.2.4制动器散热的验算276.2.5全盘式制动器设计计算30第7章离合器的设计与选用317.1离合器的功用、特点与分类317.2圆盘离合器主要性能参数的计算327.2.1离合器的计算转矩327.2.2圆盘摩擦片的主要尺寸关系327.2.3摩擦式离合器的摩擦转矩337.2.4圆盘摩擦离合器压力的计算34第8章轴的设计368.1轴的材料368.2轴的工作能力的计算368.3轴的结构设计398.3.1拟定轴上零件的装配方案398.3.2根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度408.3.3轴上零件的周向定位40结论33参考文献 36
4、致谢38摘 要 在对15吨液压绞车具体方案进行设计之前,对其工作原理。工作环境以及工作特点展开了综合的考虑以及分析,并且结合工作实际和实物考察,在经过了充分的准备之后,逐步开展对液压绞车整体的设计,对其需要使用到的各项元件进行比较后甄选,并且经过精密计算之后加以校核。在本设计方案之中,绞车整个设计框架由平衡阀,液压马达,制动器,承轴,卷筒跟机架外加一些其它的零部件构建而成。或者根据具体的需求,在设计中将阀组直接集成于马达配油器上。若设计中加上平衡阀门,高压梭阀,调速换向阀或者其他阀组,则结构在整体设计更为紧凑,并且还同时具备更小面积以及更轻重量等优点,此外从外观上也更具美感。从整体运行上看,具
5、备优良性能的同时还有较好的安全保障,具备较高的工作效率,在启动之时扭矩较大,地速性好,并且不会产生较大噪音,操作上也更加的简洁。因此能够在铁道火车和汽车起重器,船油田钻采等各种起重设备中被广泛的应用到。 关键词:液压绞车;计算测量;校核。AbstractThe design of 15 ton hydraulic winch is based on the analysis of the working principle, working environment and characteristics of the hydraulic winch, and combined with the
6、 actual work, after careful observation, the structure of the hydraulic winch is designed as a whole, the components are selected and checked after calculation. The winch consists of balance valve, brake, hydraulic motor, drum, bearing shaft and frame, etc. Or design valves directly integrated into
7、motor oil distributor according to needs. If with balance valve, high pressure shuttle valve, speed control reversing valve or other valve groups. It has the advantages of compact structure, small area, weight reduction, beautiful shape, good safety in performance, high working efficiency, high star
8、ting torque, good ground speed, low noise, simple, convenient and reliable operation, etc. It is widely used in railway train and automobile crane, drilling and mining of ship and oil field, geological exploration, mining, coal, and other lifting equipment. Key words: hydraulic winch; calculation an
9、d measurement; check.第一章 绪 论1.1液压传动系统概论1.1.1传动类型及液压传动的定义一般来说,一台能够正常工作的机器都需要传动装置,原动机和工作机相互组合,原动机通常可分作两类电动机和内燃机,它们的存在为机器提供源源不断的动力,而工作机则是利用原动机提供的能量来完成对外做工的部分,传动装置则是位于原动机和工作机之间,为两者能量之间的转化提供介质,从而满足工作机的力矩,速度以及位置的要求。根据传动件或转速的不同,有机械、流体、电器、液体和气体符合传递等要求。液体传动通常可分为液力传动和液压传动这两种模式,这两种传动方式均是通过利用动力能来开展相关工作。具体原理都是通过
10、能量之间的转化,在机械内部分配液体从而达到传动的目的。该传动模式因其自身的各项优点,已经成为目前机械设备传动中的关键一环。1.1.2 液压系统的组成 在液压系统中,基本上所有的系统都含有连续流动性的液压油或者另外一些介质。简单来说,其具体的工作原理就是通过液压泵原动机中释放出的能量转化为压力能。然后将此能量通过压力、方向、流量等各方面阀的控制转移至液压缸、液压马达等机器中,通过这些机器又将压力能转化为机械能,从而完成目标操作,此套系统通常是由动力源,执行器,控制阀等组装而成。 通常来讲,液压回路指的是可以完成某种特殊功能的液压元件组合。而液压系统就是在前者这些基本回路的基础上进行连接符合而成,
11、可以完成诸多机械的工作要求。1.1.3 液压系统的类型液压系统能够根据不同的方式进行分类,见表1.1。1.1.4 液压技术的特点相较于一些其它的传动控制方式,液压传动与控制技术具有以下特点。(1)优点1)、功率的重量轻。2)、便与布局。表1-1 液压系统的分类 3)、具有较为宽泛的调速范围。4)、具有优良的工作快速性,整体运行稳定。5)、具备自动过载保护。6)、易于自动化。7)、方便控制。8)、系统设计、制造和使用方便。(2)缺点1)、在传动方面缺乏保障。2)、传动慢。3)、较差的稳定性。4)、花费较大。5)、若出现故障,难以进行维修。1.2绞车的简介起升器在起重机械领域通常是指用于上下运输货
12、物的机械,通常情况下,采用的都是绞车式,因此,也将这样的机械称之为绞车。一般来说,绞车都是由驱动器、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、制动器、联轴器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种。若起升机采用的驱动方式为内燃机驱动,那么由其产生的能量首先传输到机械传动装置,随后转化为机械能传递到起升结构以及一些其它的工作单元,采用该种类型驱动的优势之处在于其作业的灵活性,因为自带能源供应。总体来说,整机的传动是较为复杂的,因为在设计上需要保证上述的一些机械单元能够独立运行。燃机不能逆转,也无法在负载的情
13、况下启动,因此若想要完成动态换向这一目标,则传动环节的离合装置也是不可或缺的,通常很难对速度以及驱动方式进行相应的调节,而且操作较为繁杂,整体以及处于淘汰的边缘,因此,在时下已经鲜为人用。若在设计中采用电动机来作为内在驱动方式。直流电动机能够与机械所需要完成的起升工作具有一个良好的适配性,并且其整体会获得一个较好的调速性能,但是缺点就是直流电源的获取不方便,若使用交流电动机则能弥补这一缺陷,因为该电动机可由电网进行供能,并且易于操作,方便维护,整机重量也有所减少,具有较高的稳定性,因此广泛应用于电动绞车之中。1.3拟定绞车液压系统图系统的工作原理及其特点简要说明如下:(见图1.1)在设计上采用
14、二位四通电磁换向阀5来完成液压马达9的排量切换,控制压力方面则来源于液压马达9。在马达回油路上安装了外控式平衡阀4,这样的设计是为了避免出现因超载而出现失速等危险的状况。除此之外也在回油路上安装了回油过滤器7和冷却器8,此举能够在一定程度上避免污染和过热所引发的护长,从而使整机在工作时具有较好的安全性和稳定性。三位四通电磁换向阀9的中位机能为K型,因此,一旦绞车退出待命状态,那么此时可通过液压泵进行中位低压卸荷,这能在一定程度上节省能耗。表1.2绞车液压系统电磁铁动作顺序根据表1.2可知:当电磁铁通电时,三位四通电磁换向阀5切换至右位,液压油在流经单向阀之后进入到液压马达2,从而使得滚筒绞车能
15、够完成方向旋转。当电磁铁通电时,负载由平衡阀支撑的同时快速下放,一旦要进行制动操作,则此时电磁铁通电,驱动制动器完成制动。图1.1多片式摩擦离合器2、液压马达3、6、溢流阀4、外控式平衡阀5、三位四通电磁换向阀7、回油过滤器8冷却器9、液压马达10、油箱第二章 绞车结构方案设计在进行绞车方案设计的过程中,需要对整机构架的驱动方式进行深入了解,此外,一些设备安装位置的限制条件也要了然于胸,并且对机型种类以及各项参数之间的匹配等等问题都要进行了解。2.1 常见绞车构结构方案及分析2.1.1 非液压式绞车构方案比较在对绞车构结构布置进行设计的过程中通常有并轴式和同轴式这两种不同的布局方式,这是根据原
16、动机和卷筒组所处的相对位置的不同进行划分的。在这两种基本型的基础上,仍然可根据卷筒的差异划分为单卷筒和双卷筒这两种不同的型号。下面介绍几种常见的绞车构结构方案。图2.1 并轴布置单卷筒绞车构图2.1所示为并轴式单卷筒绞车构,在此架构之中,卷筒轴与原动机之间的布置成纤维并列平行的状态,这样的结构相对来说更为精简,布局紧密。 可通过安装重力下降装置来提升取物装置在空载或轻载时的下降速度(图2.1b)。卷筒上可配备带式制动器和内涨式摩擦离合器,一旦离合器实现分离,则卷筒失去了动力来源,这会导致卷筒处于浮动状态,此时就可以通过利用卷筒上安装的带式制动器去控制取物装置来完成重力快速下降。 在设计绞车过程
17、中,需要解决的一个重要问题就是采取何种方式来连接卷筒轴与减速器输出轴。图2.1(a)、(b)的设计方案中采取的都是选择在将减速器输出轴的延长部分去安装卷筒,如果从力学的角度来看,这是典型的三支点超静定轴,这种设计能够让轴承受的弯矩得到较好的缩减。但是这种设计存在一定缺陷,例如卷筒组和减速器在安装之时会比较困难,而且轴承也很难进行更换,并且整机对于安装精度具有极为苛刻的要求。然而优点也是显著的,比如整体体型较小,没有复杂结构,可以很好的应用于中小型建筑机械的绞车构。 图2.1(c)、(d)的设计方案中采用补偿式连接来连接卷筒轴与减速器输出轴。图2.1(c)的设计中,减速器的输出轴与卷筒之间的连接
18、是通过齿轮连轴节来完成的,从而能够将动力直接传递到卷筒上。图2.1(d)的设计方案是通过是十字滑块联轴节进行连接的,输出轴和卷筒轴的结构都是筒支型的,整体布局紧密。 如图2.2所示的是并轴布置双卷筒绞车构,主体构造是利用1台液压马达通过二级齿轮减速器来完成主、副卷筒的驱动运行。这两个卷筒都分别配备了离合器和制动器。能够直接利用液压操纵系统来操控主、副卷筒进行独立的作业,也可以完成重力下降。图2.2 并轴布置双卷筒绞车构 采取双卷筒集中驱动的模式能够节省一套液压马达及传动装置。2.1.2 卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则 综上,在选择卷筒轴与减速器输出轴之间的连接方式是,需要参考的具体
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