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目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 輸送機自動張緊裝置的一般概念 1
1.2 輸送機張緊裝置的分類 1
1.3 液壓自動張緊裝置與其它張緊裝置的類比 2
第2章 總體設計 3
2.1 設計任務 3
2.2 設計方案的確定 3
2.2.1 液壓自動張緊裝置的特點 3
2.2.2 液壓張緊系統(tǒng)工作原理 3
2.2.3 總體設計方案的確定 5
第3章 各元件的確定 6
3.1 油缸的選擇和計算 6
3.2 液壓油液的功能和基本要求 7
3.3 液壓泵的選擇及計算 9
3.4 電動機的確定 9
3.5 各種閥類的選擇 10
3.5.1 電磁換向閥的選擇 10
3.5.2 溢流閥的選擇 11
3.5.3 壓力繼電器的選擇 12
3.5.4 壓力表的選擇 13
3.5.5 濾油器的選擇 14
3.5.6 蓄能器的選擇 15
3.5.7 伺服閥的選擇 16
3.5.8 液控單向閥的選擇 18
3.6 其它元件的選擇 20
3.6.1 滑輪的選擇 20
3.6.2 鋼絲繩的選取 20
3.6.3 液壓泵站的選擇與安裝 20
第4章 管路的設計 22
4.1 管路的確定 22
4.2 吸油管的設計 22
4.3 壓油管的設計 23
4.4 液壓系統(tǒng)中的壓力損失驗算 23
第5章 主要部件的設計計算及強度校核 26
5.1 油缸后的支座的設計及強度校核 26
5.2 液壓缸活塞桿上的耳環(huán)的設計及強度設計 27
第6章 設計分析 29
結論 31
致謝 32
參考文獻 33
摘要
輸送機時橡膠和纖維織品兩者復合而成的制品，在應用中的重錘張進裝置，在運行一段時間后，重錘會自動下降一段距離，使輸送帶變長。這說明輸送帶發(fā)生了蠕變，在啟動、制動過程中也會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。此時張緊裝置就必須進一步收縮才不會發(fā)生打滑現(xiàn)象。
由此可見，張緊裝置是保證帶式輸送機正常運轉必不可少的重要部件。該論文主要介紹了帶式輸送機的自動張緊裝置的設計過程，詳細的介紹了各個液壓元件的選取。自動張緊裝置的設計是張緊裝置的設計的一個重大變革。
關鍵詞：自動張緊裝置 帶式輸送機 液壓張緊系統(tǒng)
Abstract
This paper mainly introduced based on the PRO—ENGINEERING three dimensional entity design software to the Y0X500 model fluid strength coupler design and the assistance manufacture process; Has in detail given the fluid strength coupler shaping process aswell as utilizes PRO—ENGINEERING to the fluid strength coupler spare part design and the assembly process, utilized the PRO—ENGINEERING grass in the design process to draw, modules fully and so on components, assembly, engineering plat as well as movement simulation, basically has realized the design ingenious, convenient quickly, the efficiency and the reliability higher the merit which could not achieve in the traditional design process. Next, this article also elaborated very much about the fluid strength coupler aspect comprehensive knowledge.
Key word:The fluid strength coupler module limits the moment operational factor assembly constrained motion simulation
I
第1章 緒論
帶式輸送機主要用于輸送煤炭、礦石、沙石、谷物等散裝物料。其在連續(xù)裝卸條件下能實現(xiàn)連續(xù)運輸，所以生產(chǎn)率較高；另外皮帶傳送機結構簡單，設備費用低；工作平穩(wěn)可靠、噪音小，輸送距離長，輸送量大，能源消耗少；同時可在皮帶的任意位置加料或卸料，容易實現(xiàn)傾斜輸送。其應用范圍相當廣泛，遍及礦山、冶金、化工、建筑、輕工、港口和車站貨場。而拉緊裝置是帶式傳送機不可缺少的重要組成部分，它直接關系到帶式傳送機的安全運行及使用壽命，對于大運量、長距離等大型帶式傳送機而言更是如此。
到目前為止，在社會生產(chǎn)中有多種皮帶拉緊裝置得到應用。以往煤礦井下用帶式傳送機一般均采用固定絞車拉緊或重錘拉緊，很少見到別的類型。由于固定絞車拉緊裝置只能定期張緊皮帶，而皮帶的張緊程度往往與操作者的經(jīng)驗有關，經(jīng)常出現(xiàn)張緊力過大或者過小，并且直接影響到帶式傳送機的沖擊動負荷，所以固定絞車拉緊裝置對于傳送機的安全及平穩(wěn)運行極為不利。
因此，我們有必要研制成一種自動型的張緊裝置來實現(xiàn)輸送機的張緊過程。
1.1 輸送機自動張緊裝置的一般概念
自動張緊裝置屬是保證帶式輸送機正常工作的重要部件，可自動地對輸送機張力進行實時控制滿足帶式輸送機正常運行的要求。即改善帶式輸送機的起、制動性能，提高整機運行的可靠性，在不同的使用條件下，可以保證膠帶具有最合理的張力。
1.2輸送機張緊裝置的分類
張緊裝置可分為固定式張緊裝置和自動式張緊裝置兩大類。
(1)固定式張緊裝置。固定式張緊裝置分重錘式張緊裝置和剛性張緊裝置。重錘式、水箱式都屬于重力張緊裝置。重歷式張緊裝置始終使輸送帶初拉力保持恒定，在啟動制動時會產(chǎn)生上下振，但慣性力很快消失。剛性張緊裝置有螺旋張緊、手動或電動張緊裝置等幾種，它們的張緊力是固定不變的，不能自動調(diào)整，在安裝后，張緊一次可運行一段時間，但還要收緊一次，以消除蠕變。
(2)自動式張緊裝置。自動測力張緊裝置以張緊力作為反饋信號隨時間變化設定拉力，進行比較，并隨時調(diào)整張緊裝置的該向滾筒的位移。如啟動時會自動加大張緊力，運輸時恢復恒定拉力，對延長輸送帶壽命十分有利。
1.3液壓自動張緊裝置與其它張緊裝置的類比
液壓式自動張緊裝置與機械、電力、氣壓傳動相比，其特點：
（1）液壓傳動裝置能在運行過程中進行無級調(diào)速,調(diào)速范圍較大。
（2）在同樣功率情況下，液壓傳動裝置的體積小、質(zhì)量輕、慣性小、結構緊湊，且能傳遞較大的力和轉矩。
（3）液壓傳動裝置工作較平穩(wěn)、反映快、沖擊小，可以高速啟動、制動及換向，操作簡單方便。
（4）液壓傳動裝置省力，易實現(xiàn)自動化。
（5）液壓傳動易于實現(xiàn)過載保護，可以自動潤滑，因此使用壽命較長。
（6）液壓傳動裝置可以很簡單的實現(xiàn)直線運動和回轉運動，其布置也具有很大的靈活性。
（7）液壓傳動裝置由于其元件實現(xiàn)了系列化、標準化、通用化，容易設計制造和推廣運用。
(8)在液壓傳動裝置中，因功率損失等原因所產(chǎn)生的熱量可以由流動著的油液帶走，因此避免了局部溫升現(xiàn)象。
第2章 總體設計
2.1 設計任務
參數(shù)設定及工況分析
設：張緊行程L=2m，活塞桿運動速度=4m/min。DT-Ⅱ型帶式輸送機的T3=2460.72N,T4=2559.15,每天工作22h，停車2h，全年工作360天，每天停機兩次。
張緊裝置在驅(qū)動滾筒之后，所以張緊力F= T3+ T4，這個張緊力是只考慮帶式輸送機在滿載正常運行情況下的張緊力。當啟動時，所需要的輸送帶的張緊力
=1.5F
用公式表示為：F= T3+T4=2460.72+2559.15=10.19kN
F其=1.5F=75.29kN
2.2 設計方案的確定
2.2.1 液壓自動張緊裝置的特點
液壓自動張緊裝置的工作過程中，由于張緊力在輸送機啟動時和正常運行時不同，這就要求液壓系統(tǒng)必須能夠在兩種壓力下工作。在帶式輸送機運料的過程中由于負荷或其它原因引起輸送帶拉力增大、減小，液壓系統(tǒng)就會自動調(diào)節(jié)張緊力，保證輸送帶正常工作。
2.2.2 液壓張緊系統(tǒng)工作原理
皮帶式傳送機在啟動時和穩(wěn)定運行時對皮帶的張力要求是不同的，啟動時所需要的張力大約是穩(wěn)定運行時所需要的張力的 1.5 倍。這就需要液壓系統(tǒng)能在兩級工作壓力下工作，一個是啟動壓力，另一個是穩(wěn)定運行時壓力，前者約為后者的 1.5 倍。系統(tǒng)工作原理圖如下：
1.2. 溢流閥 3. 電磁換向閥 4. 伺服閥 5. 液壓缸 6. 壓力表 7. 力傳感器 8. 拉緊小車 9. 壓力繼電器 10. 液控單向閥 11. 蓄能器 12. 液壓泵 13. 電動機 14. 單向閥 15. 過濾器
本方案采用一個直動溢流閥 2 和一個疊加溢流閥并聯(lián)來實現(xiàn)這個目的。疊加溢流閥由直動溢流閥 1 和二位二通電磁換向閥3 串聯(lián)而成。當二位二通電磁換向閥3 通電時，其閥芯處于右位，二位二通電磁換向閥通導，疊加溢流閥才通導。直動溢流閥 2 的調(diào)定壓力較大，是疊加溢流閥的調(diào)定壓力的 1.5 倍。系統(tǒng)啟動時，二位二通電磁換向閥 3不通電，疊加溢流閥不通導，油液只能經(jīng)由直動溢流閥 2溢流；系統(tǒng)啟動后穩(wěn)定運行時，二位二通電磁換向閥 3通電，疊加溢流閥通導，油液經(jīng)由調(diào)定壓力較低的疊加溢流閥溢流。這樣便可實現(xiàn)兩級壓力控制。系統(tǒng)要求啟動迅速，即液壓缸要迅速拉緊原來松弛的皮帶，這就使得液壓缸啟動時需要很大的流量。穩(wěn)定運行時，張緊的皮帶使得液壓缸活塞桿移動范圍很小，這時液壓缸需要的流量下降。為解決這個問題，加了一個蓄能器用以補油，既能及時補油，又能在正常穩(wěn)定工作時保持恒定壓力。
首先，電機 13 啟動帶動泵 12 運轉給系統(tǒng)加壓。當系統(tǒng)壓力達到壓力繼電器9 設定的啟動壓力后，壓力繼電器 9 發(fā)信號，皮帶式傳送機啟動。皮帶式傳送機啟動后帶速達到穩(wěn)定值時，二位二通電磁換向閥 3通電，疊加溢流閥通導，油液經(jīng)由調(diào)定壓力較低的疊加溢流閥溢流，同時系統(tǒng)切換到由伺服閥 4 控制的狀態(tài)。伺服閥的工作原理：預先確定壓力指令信號μr ，它與壓力傳感器的壓力反饋信號μi 相比較，其偏差量(實際壓力與給定壓力的差值)經(jīng)放大器處理后產(chǎn)生電流 i 輸給伺服閥 4，控制加載液壓缸，這樣就形成了伺服閥壓力控制回路。液壓缸的拉力與指令信號 μr 一一對應。
2.2.3總體設計方案的確定
（1）液壓回路設計。
（2）元件的確定。包括：油缸的選擇和計算，液壓油的確定，液壓泵的選擇及計算，電動機的確定，各種閥類的選擇。
（3）主要部件的設計及計算強度校核
第3章 各元件的確定
3.1 油缸的選擇和計算
由液壓缸的行程為2m，最大拉力為75.29kN,參考《液壓元件產(chǎn)品樣本》，決定選用缸徑為100mm，活塞桿直徑為55mm，行程為2.2mm，最大拉力為87kN，速比為1.46的HSG系列的油缸。油缸內(nèi)的壓力為：
P2 =
式中 —— 啟動拉力， N；
D —— 油缸內(nèi)徑，mm；
d —— 活塞桿直徑，mm；
—— 油缸機械效率，一般取 = 0.95。
輸送機啟動、正常運行的壓力分別為：
P1
油缸的有效工作面積為：
油缸工作時所需要的最大流量為：
Q = A
式中
—— 油缸活塞桿運動速度，m/min；
A —— 油缸有效工作面積，m2。
速度=4m/min，則：
Q=A=454.810-1=21.92L/min
液壓缸的結構圖如下所示：
3.2 液壓油液的功能和基本要求
液壓油液是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，同時還兼有潤滑、密封、冷卻和防銹等功能。
在液壓系統(tǒng)中，由于壓力、速度及溫度在很大范圍內(nèi)變化，為了保證工作狀態(tài)的穩(wěn)定，要求所應用的液壓油液能適應這種變化，并保持穩(wěn)定的性能，不致因外界條件的變化而引起很大的改變或破壞，因此對液壓油液提出如下基本要求：
（1）具有適當?shù)恼扯群土己玫恼常瓬靥匦浴Ｕ扯纫蠈嶋H工作條件，粘度國大，摩擦損失將增加；粘度過小，會造成泄漏。粘度過大或過小都將導致效率的降低。因此為了使液壓系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，液壓油液的粘度隨溫度的變化要小，也即要具有良好的粘－溫特性。
（2）具有優(yōu)良的潤滑性。液壓油液對液壓系統(tǒng)中的各運動部件起潤滑作用，以降低摩擦和減少磨損，保證系統(tǒng)能夠長時間正常工作。當前，液壓系統(tǒng)和元件正朝高壓、高速方向發(fā)展，液壓元件內(nèi)部摩擦副處于邊界潤滑狀態(tài)，這時，液壓油液更應具有良好的潤滑性。
（3）具有良好的化學穩(wěn)定性。液壓油液與空氣接觸會產(chǎn)生膠質(zhì)沉淀物質(zhì)，這些沉淀粘附在滑閥表面或節(jié)流縫隙處會堵塞孔、隙等通道，影響元件的動作，從而降低系統(tǒng)的效率。因此，液壓油液應具有良好的化學穩(wěn)定性。
（4）剪切安定性好，液壓油液通過液壓元件和狹窄通道時要經(jīng)受劇烈的剪切，使一些聚合型增粘劑分子破壞，造成粘度永久性下降，這在高速、高壓時尤為嚴重。為延長液壓油液使用壽命，液壓油液的剪切安全性要好。
（5）抗乳化性好。水可能從不同途徑進入液壓油液，含水的液壓油液在泵和其他元件的劇烈攪拌下極易乳化，致使液壓油液變質(zhì)或生成沉淀物，防礙冷卻器的導熱，阻滯閥門和管道，降低潤滑性且腐蝕金屬，所以，液壓油液應具有良好的抗乳化性。
（6）消泡抗泡性能好。在大氣中，礦物油通常能溶解5%至10%的空氣，空氣混入液壓油液后會產(chǎn)生氣泡，氣泡在液壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，不僅會使系統(tǒng)的剛性下降，動特性變壞，潤滑條件惡化，而且還會產(chǎn)生異常的噪音、振動。此外，氣泡還增大了與空氣的接觸，使氧化加速，所以，液壓油液應具有良好的消泡和抗泡能力。
（7）防銹性能好，對金屬的腐蝕性小。長期與液壓油液接觸的金屬件，在溶解于液壓油液中水分和空氣的作用下會產(chǎn)生銹蝕，而使精度和表面質(zhì)量受到破壞。銹蝕而使精度和表面質(zhì)量受到破壞。銹蝕顆粒在系統(tǒng)中循環(huán)，還會使磨損加速和系統(tǒng)發(fā)生故障。所以，液壓油液應具有良好的防銹性能和不腐蝕金屬性能。
（8）對密封等材料的相容性。密封材料長期共存于液壓油液中會產(chǎn)生溶脹軟化或干縮硬化，使密封失效，產(chǎn)生泄漏，系統(tǒng)壓力下降，以致工作不正常。所以，液壓油液對密封材料應有良好的相容性。
液壓自動張緊裝置是在工作時，其工作環(huán)境的溫度不高，但有防塵要求，油壓缸的最高工作壓力為14.46MPa，參考《液壓元件產(chǎn)品樣本》，綜合確定選用20號精密機床液壓油。20壓力油的運動粘度～23)×10-6m2/s,取=20×10-6m2/s，密度為0.9×103kg/m3則20號液壓油的動力粘度為：
3.3 液壓泵的選擇及計算
GB-G1016型單級齒輪泵屬于中高壓齒輪泵。采用了固定的雙金屬側板和二次密封結構，具有耐沖擊、維修方便、工作可靠等優(yōu)點。廣泛用于裝卸機、鏟運機、推土機等機械液壓系統(tǒng)的液壓能源。
由于液壓油在主油路只流經(jīng)一個單向閥的主油路，其壓力損失很小，粗估其壓力損失0.49MPa，則油泵的工作壓力為：
所以油泵的最大工作壓力P泵＝14.95MPa
油泵泄漏系數(shù)Ｋ=1.1～1.3,?。耍?.1，則油泵的流量為：
Q泵≥KQ=1.1×21.92=24L/min
根據(jù)《液壓元件產(chǎn)品樣本》選用GB-G1016型單級齒輪泵。其參數(shù)為每轉排量q=16.4mL/r，驅(qū)動功率Ｐ＝10.5kW，額定工作壓力P=16MPa。當由n=1460r/min的電動機驅(qū)動時，該泵最大流量Ｑ＝16.4×1460=24L/min。油泵效率=0.91。
3.4 電動機的確定
電動機功率為：
取泵=0.91，則電動機功率為：
當連軸器的效率=0.99時，電動機功率為=6.46／0.99=6.53kW，查手冊，選用電動機轉數(shù)n=1440r/min，功率Ｐ＝7.5kW的Y132M-4型電動機。
3.5各種閥類的選擇
3.５.1電磁換向閥的選擇
電磁換向閥也叫電磁閥，是液壓控制系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)之間的轉換元件。它利用通電電磁鐵的吸力推動滑閥閥芯移動，改變油流的通斷，來實現(xiàn)執(zhí)行元件的換向、啟動、停止。電磁換向閥有滑閥和球閥兩種結構，通常所說的電磁換向閥為滑閥結構，而稱球閥結構的電磁換向閥為電磁球閥，電磁換向閥可直接用于液壓系統(tǒng)，控制主油路的通斷和切換；也可用作先導閥來操縱主油路的主閥，如溢流閥、液控閥、調(diào)速閥及插裝閥等。
電磁換向閥的品種很多，按其工作位置數(shù)和通路數(shù)的多少可分為二位二通、三位四通、三位三通、二位四通等；按其復位和定位形式可分為彈簧復位式、鋼球定位式、無復位彈簧式等；按其閥芯切換油路的臺肩數(shù)可分為兩臺肩和三臺肩式；按其閥體內(nèi)的沉槽數(shù)可分為三槽式和五槽式；按其閥體與電磁鐵的連接形式可分為法蘭連接和螺紋連接；按其所配電磁鐵的結構形式可分為干式和濕式兩類，每一類又有交流、直流等形式。
由于主油管中的最高工作壓力為14.95MPa，當油泵所供液壓油經(jīng)電磁換向閥、溢流閥全部卸荷時，通過電磁換向閥的流量為24L/min，參照《液壓元件產(chǎn)品樣本》，選用24DO-B10H-T型電磁換向閥，其工作壓力為20.58MPa，公稱流量為30L/min。
下面是電磁換向閥的結構圖。
1-推桿 2-閥體 3-閥芯 4-彈簧座 5-蓋板
它有兩個工作油口（即近油口P和出油口A ）和兩個工作位置：當電磁鐵斷電時，復位彈簧將閥芯推向左邊的位置。當電磁鐵通電時，則將閥芯推向右邊的初始位置。圖中所示的初始位置為P、A相通，換向位置為 P、A不通，是常開型的滑閥機能，
3.5.2溢流閥的選擇
溢流閥是使系統(tǒng)中多余流體通過該溢流閥溢出，從而維持其進口壓力近于恒定的壓力控制閥。
在液壓系統(tǒng)中，溢流閥可作定壓閥，用以維持系統(tǒng)壓力，實現(xiàn)遠程調(diào)壓火多極調(diào)壓；作安全閥，防止液壓系統(tǒng)過載；作制動閥，對執(zhí)行機構進行緩沖、制動；作背壓閥，給系統(tǒng)加載或提供背壓；它還可與電磁閥組成電磁溢流閥，控制系統(tǒng)卸荷。
按結構類型和工作原理，溢流閥可分為直動式溢流閥和先導式溢流閥。直動式溢流閥是作用在閥芯上的主油路液壓力與調(diào)壓彈簧力直接相平衡的溢流閥，下圖為直動式溢流閥的原理圖
1-調(diào)壓手輪 2-縮緊螺母 3-閥體 4-閥芯
直動式溢流閥圖形符號
在直動式溢流閥中，當液壓作用力低于調(diào)定彈簧力時，閥口關閉，閥芯在彈簧力的作用下壓緊在閥座上，溢流口無液體溢出；當液壓作用力超過彈簧力時，閥芯開啟，液體溢流，彈簧力隨著開口量的增加而增加，直至與液壓作用力相平衡。
當閥芯重力、摩擦力和液動力忽略不計時，直動式溢流閥在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的力平衡方程為：
P=K(X0+X)/A （3—1）
式中 P——進口壓力即系統(tǒng)壓力（Pa）；
A——閥芯的有效承壓面積（m2）；
K——彈簧鋼度（N/m）；
X0——彈簧預壓縮量（m）；
X——閥開口量（m）。
由式（3—1）可以看出，只要在設計時保證XX0，即可使P=K(X0+X)/AKX0/A=常數(shù)。這就表明，當溢流量變化時，直動式溢流閥的進口壓力是近于恒定的。
兩個溢流閥的工作壓力分別為14.67MPa和9.44MPa，當壓力油全部通過溢流閥卸荷時，其流量為24L/min,查《液壓元件產(chǎn)品樣本》由此確定選用YE-L10H型溢流閥，其工作壓力為6.86～20.78MPa，公稱流量為40L/min。在液壓系統(tǒng)中，將連個溢流閥分別調(diào)整到Ｐ＝14.67MPa和P=9.44MPa的工作壓力即可。
3.5.3壓力繼電器的選擇
壓力繼電器是當壓力信號達到給定值時，電氣開關動作，從而發(fā)出電信號的液電信號轉換元件。主要用于泵的加載或卸荷控制、執(zhí)行元件的順序動作以及系統(tǒng)的安全保護和連鎖等。當有液壓力達到壓力繼電器的調(diào)定壓力時，即發(fā)出電信號，以控制電磁鐵、電磁離合器、繼電器等電氣元件動作，使油路卸壓、換壓，執(zhí)行機構實現(xiàn)順序動作，或關閉電動機，使系統(tǒng)停止工作，起到安全保護作用等。主要性能有
（1）壓力繼電器由壓力-位移轉移部件和微動開關兩部分組成。
按結構類型和工作原理，壓力繼電器可分為柱塞式、彈簧管式、膜片式和波紋管式4種。其中柱塞式壓力繼電器最常用，按其結構有單柱塞式和雙柱塞式之分，而單柱塞式又有柱塞、差動柱塞和柱塞-杠桿3種。
按所發(fā)出電信號的功能，壓力繼電器有單觸點和雙觸點之分。
（2）對壓力繼電器的性能要求是：
a.調(diào)壓范圍大。壓力繼電器的調(diào)壓范圍是指其能夠發(fā)出電信號的最低工作壓力和最高工作壓力的范圍。
b.靈敏度。即壓力繼電器接通和斷開時的壓力差相對于調(diào)定
c.重復精度高。所謂重復精度，即使壓力繼電器多次接通或斷開時，系統(tǒng)壓力之間的最大差值相對于調(diào)定壓力的百分比。
d.瞬態(tài)特性好，接通和繼開時間短。
下圖為PF型差動柱塞式壓力繼電器。在柱塞直徑相等的情況下，差動柱塞式壓力繼電器的彈簧剛度小，因而重復精度和靈敏都較高
1——引線孔 2——微動開關 3——橡膠開關 4——閥體
5——閥芯 6——調(diào)壓彈簧 7——調(diào)壓螺釘
壓力繼電器圖像符號
由液壓系統(tǒng)原理圖可知，壓力繼電器的工作壓力為10.78MPa，根據(jù)《液壓元件產(chǎn)品樣本》選用PF-L8H型壓力繼電器，其工作電壓為220V，工作壓力為10.78MPa。
3.5.4壓力表的選擇
壓力表所測量的系統(tǒng)工作壓力分別為14.67MPa和10.78MPa，為此選用測量范圍為16MPa的Y－60型壓力表。
3.5.5濾油器的選擇
濾油器是一種利用多孔的過濾介質(zhì)分離懸浮在工作介質(zhì)中的污染微粒的裝置。
當工作介質(zhì)被各種雜質(zhì)污染時，液壓元件和系統(tǒng)的可靠性將下降，壽命縮短?；祀s在工作介質(zhì)中的顆粒污染物，促使液壓元件磨損，并造成液壓滑閥閥芯的卡死，以及節(jié)流縫隙和其他小截面油道的堵賽等事故。另外，懸浮在工作油液中的污染微粒對一些具有分配窗口作用的刃邊起磨料作用，從而使遮蓋度逐漸減少，造成操作失靈。油液的污染還促使液壓元件腐蝕及油液本身的惡化變質(zhì)。所以保持介質(zhì)的清潔度是很重要的。
對濾油器的基本要求是：
a.能滿足液壓系統(tǒng)要求的過濾精度。
b.能滿足液壓系統(tǒng)對壓力和流量的要求。
c.濾油器的濾芯結構材料應具有一定的強度，并在一定的工作溫度下有穩(wěn)定的性能，有足夠的耐久性。
d.濾油器的結構材料應與使用的介質(zhì)有相容性。
根據(jù)實際要求，由于液壓系統(tǒng)的工作壓力較大，要求過濾質(zhì)量較高，故選用燒結式過濾器。其結構圖如下：
3.5.6蓄能器的選擇
蓄能器是儲存和釋放壓力裝置。在液壓系統(tǒng)中的功能是儲存能量、吸收脈沖壓力、緩和沖擊壓力等。其用途有多種，主要有：
（1）作輔助動力源
有些液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件是間歇動作，工作時間很短。有些液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件隨不是間歇動作，但在一個工作循環(huán)內(nèi)速度差別很大。對于這些系統(tǒng)，應用蓄能器后，就可以減少液壓泵排量，降低電機功率，節(jié)約能源。
（2）作補償泄漏和保持恒壓用
對于執(zhí)行元件長時間不動，而要保持恒定壓力的系統(tǒng)，可用蓄能器來補償泄漏，從而使壓力恒定。
（3）作應急動力源
某些液壓系統(tǒng)，當液壓泵發(fā)生故障或突然斷電時，利用蓄能器作應急動力源，提供所需油量，使執(zhí)行元件繼續(xù)完成必要的動作，是液壓缸的活塞桿縮回到缸內(nèi)，以保證安全。
（4）作熱膨脹補償器用
在某些溫度變化幅度很大的封閉式液壓系統(tǒng)，當系統(tǒng)受熱溫度上升時，管路和液壓油都發(fā)生體積膨脹。由于大多數(shù)液體的體積膨脹系數(shù)大于管子材料的膨脹系數(shù)，膨脹了的液體體積使整個系統(tǒng)壓力升高。有時可能超過安區(qū)極限壓力帶來危險。在這種情況下，裝一個適當容量的蓄能器，就可以吸收系統(tǒng)液體體積的增加，把系統(tǒng)壓力限制在安全范圍內(nèi)。當系統(tǒng)受冷溫度下降時，液體體積收縮，蓄能器可反過來向系統(tǒng)共給所需的液體。
（5）作液體補充裝置用
在封閉的液壓系統(tǒng)中，蓄能器可以有效的作為一個液體補充裝置。當液壓缸的活塞桿被外力驅(qū)動內(nèi)縮時，油液從活塞腔經(jīng)節(jié)流閥擠向液壓缸活塞桿腔。由于活塞兩端面積不相等，活塞下移時，多余的油液流入蓄能器并建立一定的壓力。當外負載從活塞桿上去掉后，蓄能器放出他所儲存的能量而使活塞桿外伸。
（6）消除液壓脈動，降低噪聲
采用柱塞泵或齒輪泵的液壓系統(tǒng)，有壓力和流量的脈動。若在系統(tǒng)中裝設蓄能器，則可將脈動降低到最小限度，從而使對振動敏感的儀表及元件損壞事故大為減少，噪聲也顯著降低。
根據(jù)實際工作環(huán)境，選用非隔離式蓄能器。非隔離式蓄能器是由一個封閉的殼體組成，殼體底部有個油口，頂部有個充氣氣閥。氣體通過充氣閥進入殼體上部，液體通過油口進入殼體下部，氣體在上，與液壓體直接接觸。
3.5.7伺服閥的選擇
電液伺服閥簡稱伺服閥，它是一種接受模量電控信號，輸出隨電控制信號大小及極性變化、且快速響應的模擬量流量或壓力的液壓控制閥。根據(jù)輸出液壓模擬量基本功能為流量或壓力，電液伺服閥可以分為電液流量伺服閥和電液壓力伺服閥兩大類，并分別被簡稱為流量伺服閥和壓力伺服閥。
電液伺服閥已經(jīng)被廣泛的運用于電液位置、速度、加速度、力伺服系統(tǒng)中，以及伺服震動發(fā)生器中。
與電液比例伺服閥相比較，電液伺服閥具有快速的動態(tài)響應及良好的靜態(tài)特性，如：分辨率高、線性度好等等。它是一種高性能、高精度的電液控制部件，是電液伺服系統(tǒng)的關鍵部件。它的性能及正確使用，直接關系到整個系統(tǒng)的控制精度和響應特性，也直接影響系統(tǒng)的工作可靠性和壽命。
電液伺服閥的結構組成包括：電液伺服閥通常由力矩或力馬達、液壓放大器和反饋或平衡機構等。
（1）力矩馬達和力馬達
力矩馬達是一種具有旋轉運動的電氣-機械轉換器，而力馬達則是一種具有直線運動的電氣-機械轉換器。在電液伺服閥中，力矩馬達和力馬達的作用是將電氣控制信號轉換成轉角形式或直線形式位移形式的機械運動，用以作為液壓放大器的輸出信號。
力矩馬達和力馬達都是利用電磁原理工作。永久磁鐵或激磁線圈產(chǎn)生固定磁通，直流電氣控制信號通過控制線圈產(chǎn)生控制磁通，兩個磁通在工作氣隙處的相互作用，使電氣-機械轉換器的運動部分-銜鐵或控制線圈產(chǎn)生一個與電氣控制信號大小成比例并能反應電氣控制信號極性的力矩或力，該力矩或力與彈簧支承的恢復力矩或力平衡，產(chǎn)生轉角形式的機械運動或直線位移形式的機械運動。
（2）液壓放大器
液壓放大器是作為放大器的液壓元件。在電液伺服閥中，液壓放大器以小功率力矩馬達或力馬達所輸出的轉角或直線位移形式的信號作為輸入，對大功率的液壓油流進行調(diào)節(jié)和分配，實現(xiàn)控制功率的轉換和放大作用。
根據(jù)輸出控制功率大小及特性要求的不同，伺服閥的液壓放大器可以由一級、兩級或三級組成。在伺服閥按液壓放大器級數(shù)進行分類時，相應的伺服閥分別被稱為單級伺服閥、兩級伺服閥、三級伺服閥。
伺服閥中，液壓放大器的最后一級，稱為輸出級或功率級；兩級伺服閥的第一級液壓放大器和三級伺服閥的第一、二級液壓放大器，稱為前置級、先導級或控制級。
兩級伺服閥及三級伺服閥的功率級通常采用三通或四通滑閥式液壓放大器，其特點是：工作可靠、抗污染性好。通用型流量伺服閥一般采用零重疊的三凸肩或四凸肩四通滑閥式液壓放大器，其負載剛性好，零位泄漏小，效率高。
（3）反饋或平衡機構
伺服閥輸出級所采用的反饋或平衡機構是為了使伺服閥的輸出流量或輸出壓力獲得與輸出電氣控制信號成比例的特性。
平衡機構通常采用圓柱螺旋彈簧或片彈簧，也可直接采用力矩馬達和力馬達的彈性支承。它們常用于無反饋形式的單級伺服閥或彈簧對中式兩級伺服閥中。
兩級伺服閥采用的反饋有以下形式:
機械力反饋，簡稱力反饋。
直接機械位置反饋，簡稱直接反饋。
電氣反饋，簡稱點反饋。
壓力反饋，用于壓力伺服閥。
負載流量反饋，簡稱流量反饋。
根據(jù)具體環(huán)境要求選取QDY系列的電液伺服閥。QDY系列的電液伺服閥具有零點穩(wěn)定、靈敏度高、零漂小、頻帶寬、抗污染能力強、長期工作可靠等優(yōu)點。適用于位置控制、速度控制、加速度控制、力控制、壓力控制、同步控制等自動控制系統(tǒng)中。根據(jù)《》其伺服閥型號為QDY6。
3.5.8液控單向閥的選擇
液控單向閥是允許液流向一個方向流動，反向開啟則必需通過液壓控制來實現(xiàn)的單向閥。
液控單向閥可用作二通開關閥；也可用于保壓閥或立式液壓缸的支承閥；用兩個液控單向閥還可以組成"液壓鎖"。
（1）工作原理
當液空單向閥正向流動時，液流由A腔流向B腔；若從控制油口K通入控制油，使控制活塞將錐閥芯頂開，則可實現(xiàn)液控單向閥的反向開啟，此時，液流可以從B腔流向A腔。工作原理圖如下：
工作原理圖
實現(xiàn)反向開啟的條件是：
式中 ——反向開啟時的控制油壓力（Pa）；
——A腔壓力（Pa）；
——B腔壓力（Pa）；
——控制活塞摩擦阻力（N）；
——錐閥芯摩擦阻力（N）；
—— 彈簧力（N）；
G——閥芯重力（N）；
——控制活塞面積（m2）；
A——閥座口面積（m2）。
如果忽略控制活塞和錐閥芯的摩擦阻力，
原式可簡化為：
如果將Ａ口接油箱，即Pa=0，上式又可變?yōu)?
這表明，液控單向閥反向開啟時的控制壓力主要取決于B腔壓力和閥座口與控制活塞的面積比A/Ak。另外，與A腔壓力PA也有關系。
（2）性能要求
液控單向閥除應具有單向閥的基本功能外，還要滿足以下要求：
a.控制活塞泄漏量小。
b.反向開啟時控制壓力低。
c.反向壓力損失小。
根據(jù)流量和壓力，參考《液壓設計手冊》選用型號為DFY-L10H的液控單向閥。
3.6其它元件的選擇
3.6.1滑輪的選擇
滑輪一般用來導向和支承，以改變繩索及其傳遞拉力的方向或平衡繩索分支的拉力。 承受載荷不大的小尺寸滑輪一般制成實體滑輪，常用用鑄鐵。承受載荷大的滑輪一般采用球鐵或鑄鐵、鑄成帶筋和孔或輪輻的結構。大型滑輪一般用型鋼和鋼板的焊接結構受力不大的滑輪直接裝于芯軸；受力較大的滑輪則裝在滑輪軸承或滾動軸承上，后者一般用在轉速較高，載荷大的工況。 由于張緊裝置的受力不大，故選擇滑輪直接裝于芯軸。如下圖所示：
3.6.2鋼絲繩的選取
鋼絲繩根據(jù)用途可分為圓股點接觸鋼芯鋼絲繩、圓股線接觸鋼芯鋼絲繩、圓股點接觸鋼絲繩、圓股線接觸鋼絲繩、圓股多層股不扭轉鋼絲繩、三角股鋼絲繩等多種。根據(jù)實際情況選用圓股點接觸鋼絲繩即可滿足要求。
3.6.3液壓泵站的選擇與安裝
（1）液壓泵站的用途
液壓泵站是液壓系統(tǒng)的動力源，可按機械設備工況需要提供一定壓力、流量和清潔度的工作介質(zhì)。
它由泵組、郵箱組件、控溫組件、濾油器組件及蓄能器組件等組合而成。
（2）液壓泵站的種類及特點
液壓泵站按泵組布置方式分為整體型和分離型兩類。整體型泵站又有上置式、非上置式、柜式之分。
（3）液壓泵站的設計
液壓泵站的用途主要是供油，因此設計時應考慮：
?泵的容量不宜選的太富裕，以免能量損失太大和油液的發(fā)熱。
?盡量采用蓄能器來改善泵輸出功率的平滑性，減少輸出壓力的脈動值和泵、電機的裝機容量。
?大容量的液壓泵源，采用多泵聯(lián)供油，特別是一個循環(huán)周期中大流量負荷所占時間較短的系統(tǒng)，更應如此。
?大容量、短期滿流量的系統(tǒng)，以及伺服系統(tǒng)，盡量采用恒壓變量泵。
?采用定量泵時，泵出口處的溢流閥應采用節(jié)能型溢流閥或遠控卸荷閥。
?液壓泵的吸油管路應盡量短而直，減少斷面突變，以利改善泵的自吸性能，降低泵的噪聲。吸油管路通徑應大于泵吸油口口徑。
?濾油器應設置在系統(tǒng)的回油管路上，應盡量避免設置在吸油管路上。
?吸油管路的設計應考慮防止在正常工作條件與溫度條件下，由吸油管路的熱膨脹或機械干擾引起泵與驅(qū)動電機不對正的后果。
⑨當泵的排量大于6.3mL/r，工作壓力大于8MPa時，泵的吸油管路上應設置彈性補償裝置；泵的出口管道應采用高壓軟管；泵與驅(qū)動電機的底板應設置彈性減震墊。
⑩泵裝置中的零件拆卸引起的漏油或滲油污染環(huán)境時，要設置接油盤。
（4）液壓泵站的安裝與使用
液壓泵站安裝要點：
?安裝時要檢查液壓泵、電機、標準型聯(lián)軸器的規(guī)格、型號是否符合圖樣要求。
?要檢查液壓泵站、電動機、支架、底座各元件間結合面上有無銹蝕、凸出斑點和涂漆層，如有必須加以清除。安裝時，各結合面應涂一層防銹油。
?臥式安裝時，允差在電機與底座的接觸面之間放置鋼質(zhì)墊片，墊片數(shù)量不得超過3片，總厚度不大于0.8mm。
根據(jù)《液壓設計手冊》選用TND360-2型液壓泵站，它是沈陽液壓件廠生產(chǎn)的主要配套與數(shù)控機床。
第4章 管路的設計
4.1吸油管的設計
吸油管內(nèi)油的流量Ｑ＝24L/min，吸油管道的推薦管道流速=1～2m/s，取=1m/s，則吸油管內(nèi)徑為：
由于吸油管承壓力很小，用鋼管作為吸油管的管材，其壁厚為1mm即可，這樣吸油管外徑為。因此，選用外徑為25mm，壁厚1.2mm的冷拔鋼管。
4.2壓油管的設計
壓油管的管道流速≦3～6m/s，壓油管內(nèi)油流量Q=24L/min，則壓油管的內(nèi)徑為：
壓油管的壁厚公式為：
式中 ——壁厚，mm；
d——管道內(nèi)徑，mm；
——管道壓力，MPa；
——需用應力，MPa。
對于鋼管有：
式中 ——抗拉強度，MPa；
n——安全系數(shù)，
取 n＝3.5～6。當Pg<17.5MPa時，n＝6。
鋼管材料選15號鋼，
＝372.4MPa，則：
＝=62.07MPa
則壁厚為：
。
壓油管外徑＝2＋d＝12.54mm。由《液壓設計手冊》查出壓油管選用外徑為14mm，壁厚為1.8mm。
4.3回油管的設計
回油管的管道流速≦1.5～2.5m/s，?。?m/s，回油管內(nèi)油的油量為Q=24L/min，則回油管的內(nèi)徑為：
回油管不承受油壓，因此取壁厚=1mm，回油管外徑=2+d=16.04+2=18.04mm。由《液壓設計手冊》查出回油管選用外徑為18mm，壁厚為0.8mm。
4.4液壓系統(tǒng)中的壓力損失驗算
雷諾數(shù)的計算公式為：
壓力油管的內(nèi)徑為d=10.4mm，管道中液壓油流速＝5m/s，液壓油的運動粘度V＝10×，所以其雷諾數(shù)為：
?。?
因為＝5200>2320，所以主油路中的液壓油的流動狀態(tài)是紊流。
紊流狀態(tài)下，液體流經(jīng)直管的壓力損失的計算公式為：
式中 ——油速，m/s；
d——油管內(nèi)徑，cm；
L——直管的總長度，cm;
——壓力油的密度，kg/m3；
——摩擦阻力系數(shù)。
的計算公式為：=0.3164
則：
=003726×0.9
=0.075MPa
局部壓力損失公式為：
式中
——局部阻力系數(shù)。
管道入口處的局部阻力（=0.5）為：
管道出口處的局部阻力（=1）為：
管道分支處的局部阻力（=0.2）為：
管道轉彎處的局部阻力（，=1.12）為：
由于有四處直角彎管，
系統(tǒng)的管路壓力損失為直管壓力損失和各局部壓力損失之和，即：
單向閥的開啟壓力為0.343MPa，所以總的壓力損失為：
第5章 主要部件的設計計算及強度校核
5.1油缸支座的設計及強度校核
從前面的計算可知，由缸對帶式輸送機施加的最大拉力=75.29kN，為此決定選用鑄造結構，材料為HT30-54。
這個零件處于工作狀態(tài)時最危險的地方在支座孔處（圖5-1）。
圖5-1 支座孔示意圖
以下計算這危險面的強度。
HT30-54灰鑄鐵的力學性能如下，主要壁厚15～30mm時，=300MPa。由于支座的受力周期與輸送帶張緊力的循環(huán)周期相同，每天11小時，因此這種受力的變化可視為靜載荷，但由于灰鑄鐵是脆性材料，根據(jù)一般的機械制造中的規(guī)定，安全系數(shù)選用n=3。由此得：
由此說明這個截面的抗拉強度符合要求。
擠壓強度的校核：
HT30-54具有較大的抗拉強度，其抗壓強度是抗拉強度的3.7倍，支座在孔截面的抗壓截面積，是抗拉截面積的1/2，因此在抗拉應力的安全系數(shù)和抗壓力的安全系數(shù)相同情況下，其抗壓強度也是足夠。
地角螺釘絲孔mm所能承受的擠壓應力計算如下：
由于零件是由脆性材料鑄造的，其＝1100MPa，取安全系數(shù)n=3，則許用應力為：
同時隨擠壓力的有4個孔的內(nèi)表面，每個孔內(nèi)表面的擠壓力為：
式中 F——零件受到的壓力，F(xiàn)=75.29kN；
d——受擠壓的孔內(nèi)直徑，d=28mm；
h——孔的深度，h=18mm；
m——承受擠壓力的表面數(shù)目，m=4。
由此：
由此說明其擠壓強度滿足設計要求。
5.2液壓缸活塞桿上的耳環(huán)的設計及強度設計
對活塞桿上的耳環(huán)的技術要求為能承受F=75.29kN的拉力，具有體積小，質(zhì)量輕等特點。根據(jù)實際情況設計一個叉型耳環(huán)以實現(xiàn)液壓缸活塞桿與張緊鋼絲繩之間的連接。
叉型耳環(huán)的材料為45號鋼，耳環(huán)的內(nèi)螺紋按國家標準GB1068-67規(guī)定，選用M42×2mm螺紋，叉型耳環(huán)。
45號鋼的力學性能為：
抗拉強度：
屈服強度：
耳環(huán)的受拉力作用的危險截面的面積S為：
當F=75.299kN時，有：
取安全系數(shù)n=3，許用應力為：
由此說明這個截面的抗拉強度滿足要求。
第6章 經(jīng)濟分析
帶式輸送機在國民經(jīng)濟的眾多的機械產(chǎn)品中是一種壽命周期較長的產(chǎn)品，并在諸多行業(yè)發(fā)揮重要的作用。這種產(chǎn)品市場的發(fā)展是不需論辯的，其每年市場增用量都在上升。從外觀上看，作為一種產(chǎn)品，帶式輸送機又被眾多的行業(yè)和人認為技術含量較低，因而，無論是該產(chǎn)品的制造商還是業(yè)主們都把它的價格作為市場競爭的最重籌碼。近年來，帶式輸送機價格大戰(zhàn)此起彼伏：行業(yè)內(nèi)企業(yè)都經(jīng)歷了殘酷價格之爭的考驗。
膠帶機價格=①材料+②人工費+③設計費+④材料處理費+⑤項目運作投入。按DIⅡ標準《產(chǎn)品質(zhì)量分等規(guī)定》、《通用技術條件》等，膠帶機的噸成本（不含膠帶）應為8200元~9200元，這個價格不包括：有特殊要求的產(chǎn)品；驅(qū)動裝置及其他部分復雜的產(chǎn)品；需要新設計的產(chǎn)品；考慮固定費用和管理費用及稅金之后，其噸價格應為9840元至11040元。這個價位基本上適應了當前市場。
隨著科技的日益提高，材料的不斷改進，工人技術的提高，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率大幅的提高，帶式輸送機的生產(chǎn)成本也隨之而降。再加上市場對它的需求也日益增加，它的應用前景、效益將更為樂觀。
張緊裝置在這整個輸送機所占的資金比例占80%以上，所以，在張緊部分的設計更要考慮到經(jīng)濟性，下面的例子充分表明了液壓張緊在資金上的節(jié)省。
例如輸送機運距長為1.3Km，提升高度為311m，運輸量為200t/h,帶速為2.5m/s，裝了這套液壓裝置后，省去了洞室和降低了一級帶強，節(jié)約資金如下表所示。
名稱
帶強（Nmm-1）
軸功率
（kW）
安區(qū)系數(shù)
洞室
（m3）
輸送帶長
m
節(jié)約資金
萬元
液壓張緊
2000
306.13
7.97
0
3440
40.92
固定張緊
2500
320.6
7.55
160
3432
0
則
1.節(jié)省所送帶4層，按50元/m2計，共節(jié)省36.12萬元。
2.洞室按300元/計，可節(jié)省改裝4.8萬元。
3.電費因容量減少14.53KW，平均每天工作按10小時計，每年按300天工作日計，電費按0.25元/（kWh）計，每年節(jié)約1.089萬元。
結論
通過這次畢業(yè)設計，讓我對以往學習過的液壓知識有了更深刻的理解。課本學的只是一些理論上的知識，而現(xiàn)在我所設計的液壓張緊裝置，我所學到的不僅僅是它的理論知識，更重要的是它對我的實踐上的培養(yǎng)。
幾個月的畢業(yè)設計，讓我在液壓的學習上走向了一個更深入的層次，從各種液壓閥的利用上，到管路的設計上，有了更深刻的認識。特別是在設計的合理性上，有了一個質(zhì)的飛躍。
這次畢業(yè)設計是我從學生走向工作崗位的一個重要過渡階段，我深深的感謝這次畢業(yè)設計。
致謝
這次畢業(yè)設計已經(jīng)圓滿結束了，這是對我大學四年來所學知識的一個系統(tǒng)的總結以及鍛煉，這對我今后的學習、工作將大有幫助，不僅讓我系統(tǒng)的溫習了一下自己所學的知識，讓我更加深刻的理解，還使我學到了很多以前未曾重視、未曾掌握的知識，從而在今后的學習和工作中更熟練的應用到實際當中。這次畢業(yè)設計是在于信偉老師、劉訊濤老師以及機械學院其他老師的精心指導下順利完成的。此外還得到了班級同學的大力幫助，使我的畢業(yè)設計更加完善。在此特別感謝感謝于老師、劉老師及機械學院的所有領導和老師對我的指導和幫助。
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專題
帶式輸送機膠帶跑偏的原因與治理
帶式輸送機由于具有結構簡單，造價低廉，并且維護方便，可以實現(xiàn)不同距離運送物料的要求等特點，因此，被廣泛應用在礦山、冶金、電力、港口、煤炭等部門，是生產(chǎn)工程中最常用的一種輸送機械。但帶式輸送機在工作過程中會出現(xiàn)不同情況的問題，其中以膠帶在運行中跑偏最為常見。所謂膠帶跑偏，就是帶式輸送機在運轉過程中膠帶中心線脫離輸送機的中心線而偏向一邊的現(xiàn)象稱之為膠帶跑偏。膠帶跑偏可能造成物料撒落和浪費，使膠帶的邊緣與機架相互磨損，使膠帶過早損壞，從而大大降低膠帶的使用壽命。膠帶又是輸送機的重要組成部分，其用量大價格較高，在整個輸送機的成本中占了很大的比重大約為50%。當膠帶跑偏嚴重時膠帶將脫離托輥掉下來，或者發(fā)生膠帶劃破等嚴重事故，使帶式輸送機不能正常工作。由于生產(chǎn)過程的連續(xù)性和設備之間的聯(lián)鎖性，如果其中一條帶式輸送機發(fā)生故障，就會影響其他設備的正常運轉，造成整個生產(chǎn)過程的瓦解，因