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欧洲杯液压绞车设计说明书

2020-11-28 23:52

  需图纸加Q--1459919609液压绞车设计 起重设备中最重要的设备为绞车,而其机械运动是其机构运转的必要条件,绞车的驱动方式有许多种,而此次设计为液压驱动绞车,其机械运 动是原动机提供动力带动液压泵,后在执行构件中注入工作液,将机构运 作,在执行机构中注入工作液,控制其注入流量的大小来控制机构运转速 度。至今液压绞车在生活中广泛应用。 此次设计详细的分析液压绞车的工作原理,结合实际情况分析绞车的 工作环境与特点,进行详细的对比分析后,设计了完整的液压绞车机构, 设计并选择了构成机构的各个零部件。此次液压绞车的设计,其主要机构 为液压马达,在轴上布置平衡阀、离合器、制动器、卷筒等零部件,在外 侧布置机架等。其机械构造具有许多优点,其内部构造紧凑,外部体积 小,其机器重量轻,在工作过程中安全性能好,稳定性高,工作过程中产 生噪音小,启动时获取的扭矩大,工作安全可靠,其机构在升降过程中运 转平稳,当绞车在离合器的作用下,可以实现可控的加速减速下降,此应 用在生活中较为普遍。 本文设计了一个结构简单、使用方便、适合于多种起重情况的液压绞 车,提升时扭矩大、可提升物体重量重、方便易操作等,具有一定实际应 用价值。 关键词 起重设备;液压驱动;液压马达;无极调速 需图纸加Q--1459919609 Hydraulic winch design Abstract mostimportant heavy equipment mechanicalmovement necessarycondition itsinstitutions, manykinds drivewinch, hydraulicwinch, mechanicalmovement originalmotive power hydraulicpump, after injection operationup workingfluid actuator,control injectionrate operationspeed. Hydraulic winches have been widely used ourlives so far. workingprinciple hydraulicwinch detail,combined actualsituation workenvironment winch,analyzed hydraulicwinch mechanism complete, design variousparts hydraulicwinch design, mainbody hydraulicmotor, balancingvalve, clutch, brake, drum otherparts, outerlayout rack,etc.. mechanicalstructure has many advantages, its internal structure externalvolume workingprocess goodsafety performance, high stability, low noise generated workprocess, startuptorque, safe reliablework, machineruns smoothly liftingprocess, when clutchunder accelerationcan controlleddown, commonlyused hydraulicwinch simplestructure, easy variouslifting conditions hashigh torque, heavy weight, convenient operation hassome practical application value. 需图纸加Q--1459919609 Keywords Lifting equipment,Hydraulic drive,Hydraulic motor,Stepless speed regulation 需图纸加Q--1459919609 -IV- 1.1课题研究背景及研究的优点 1.1.1研究背景 1.1.2研究课题的优点 1.2液压绞车国内外研究近况分析 1.2.1国外研究现状 1.2.2国内研究现状 1.3研究的主要内容和方法 1.4液压传动系统概念 1.4.1传动类型及液压传动的定义 1.4.2液压系统的组成部分 1.4.3液压系统的类型 1.4.4液压技术的特点 1.5绞车的简介 1.6拟定绞车液压系统图 2.1常见卷扬机构结构方案及分析 2.1.1非液压式卷扬机构方案的对比 2.1.2设计减速器输出轴与卷筒轴连接方法 2.1.3液压卷扬机构的分类 2.2本设计所采用的方案 122.3 卷扬机构方案设计时注意的事项 122.4 本章小结 143.1 卷扬机卷筒的设计 143.1.1 卷扬机卷筒组的分类、特点 143.1.2 卷筒设计计算 143.2 钢丝绳的选择 173.3 本章小结 194.1 液压马达的选用与验算 19需图纸加Q--1459919609 4.1.1液压马达的分类及特点 194.1.2 液压马达的选用 194.1.3 马达的验算 194.2 平衡阀的计算与选用 214.2.1 平衡阀的功能简介 214.3 平衡阀的选用 224.4 本章小结 245.1 制动器的设计与选用 245.1.1 制动器的设计计算 245.1.2 制动盘的设计选用 245.1.3 制动盘有效摩擦直径计算 255.1.4 全盘式制动器设计计算 255.2 离合器的设计与选用 265.2.1 圆盘离合器的详细参数计算 275.2.2 圆盘摩擦片的主要尺寸关系 275.2.3 摩擦式离合器的摩擦转矩 295.2.4 圆盘摩擦式离合器压力的计算 305.3 轴的设计 305.3.1 轴的工作能力计算 305.3.2 轴的结构设计 335.3.3 计算轴的各段直径和长度 345.4 本章小结 34结论 35致谢 36参考文献 37附录A 38附录B 44需图纸加Q--1459919609 -1- 绪论1.1 课题研究背景及研究的优点 1.1.1 研究背景 绞车是起重设备中的重要构成设备,起重设备则是机器传输中必备 的,驱动绞车的方法有三种,即液压、内燃机、电动机驱动。因为内燃机 在工作中马达只能按顺序工作,不可逆转,必须空载启动,所以其起动和 换向必须依赖传动设备的离合,因此内燃机驱动调速麻烦,操作困难。绞 车应用最广泛的形式为电动机驱动,因为直流电动机的机械特征能配合升 降机构的工作特性,可实现大范围调速,但直流电源的获取比较麻烦。而 液压绞车,液压泵依据原动机工作的带动,使工作液注入执行机构中,使 其运作,经过控制进入执行机构液体的流量,来调节机械运转速度。所以 液压驱动可以实现无极调速,而且零部件之间紧密结合,工作过程中安全 可靠,操作便利,传动比大。但制造液压传动元件的精度要求较高,其工 作液容易外漏。至今液压驱动的绞车在生活中应用较普遍 1.1.2研究课题的优点 1.液压绞车的优点: 因为液压绞车的广泛应用,渐渐替代了电动驱动绞车,降低了电动绞 车带来的电气设备漏电的危害。液压绞车中的液压马达可以调整机械运转 速度,其在吊物过程中,马达转速较低,空载时,马达转速较高,其使选 用钢丝绳的使用寿命延长。液压绞车发展迅速,其机构中的液压传动应用 广泛,取代了大多机械构造。 2.液压传动的优点: 其运转时,能得到较大的力矩,逐渐成为至今机械运转中较重要的环 节。机构运转时,液压传动能实现低速的运作,也可大范围的调速,并且 可以得到较大的调速比,也可以利用低速的运作。其机构内部紧凑,所占 面积小,所有机构重量轻,其机械运作形式繁琐,利于驱动机构运作,动 力传递方便,其运转时安全,可以防止过载。液压元件在润滑油的作用 下,使用寿命长,液压元件的标准较为严格 需图纸加Q--1459919609-2- 1.2 液压绞车国内外研究近况分析 1.2.1 国外研究现状 在国外液压绞车的生产厂家较多,应用广泛。凭据查阅调查到的文 献,部分国家在二九年代末就开始制造液压绞车,液压绞车在美、荚、 苏、日、法、德、丹麦、加拿大等国家都有制造。其种类较多,规格较 多。动力有电动,液动和风动。运作机构有双筒、单筒。传动类型有链式 传动、皮带传动、齿轮传动、液压传动与行星齿轮传动等。大部分绞车中 用行星齿轮传动的较多。 国外液压绞车依据其用法、制造、使用条件和众多外界原因的不同,每 个国家的绞车有着自己的特性和使用方法。 苏联研制的绞车,在底座的位置上,传动装置、电动机、支架、卷筒都 安装在上面,从外部看,特征非常明显。凭借对苏联绞车标准的研究,六 十九年代末,苏联发明了将卷筒内部装有传动装置和电动机置,使液压绞 车在机构方面紧凑。苏联在动力方面采用了风动和电动两种方法驱动。 英国液压绞车的特性是机构之间连接平稳、缝隙小,在滚筒内部装有传 动装置、电动机、操纵装置等。其制造时,机体与底座和减速器制造在一 起,充分利用了绞车的内部空间。其在机构运作时安全可靠、密封性好, 在外观上,其构造简单、外形完整。英国还制造电动绞车与风动驱动的绞 车,其应用与液压绞车一样较为归纳广泛。 美国制造的液压绞车,其传动装置安装在卷筒一端,其绞车的总体框架 制造较为严谨,在制造底座时,一些厂家将机架、减速器与底座制造在一 起,其机构机凑、刚性较好。其中电动机的选择采用埋装式设计,其构造 形式使轴向尺寸降低。外形平整圆滑,封闭性能较好 [14] 1.2.2国内研究现状 我国液压绞车成长较为迟缓,2005 年河南省洛阳市中信重机公司研制 出国内直径较大的液压防爆绞车,并且实行首次试车,取得成功。此台液 压防爆绞车具有杰出的防爆机能、低速运转性能、无极调速性能。因为其 机械构造布局科学合理、体积小、构造紧凑,内部空间充分利用;又因为 其机械性能较好、操作容易、安全可靠、使用寿命长、综合优势较好,中 信重机公司研制的绞车最大一次能带动近23 吨的货物,其机构的直径和 提升能力可称得上是国内最优。国外因为机械技术水平较高,发展较快, 矿下中机械化程度非常高,其空间较大,安装机械构造简便,应用电动防 爆绞车的时间较早,调整运转速度时,利用绕线型电机转子外接电子。此 绞车也有缺点:工作时散热处理不便,占地面积较大,操控系统复杂,液 压元件制造价格高。液压技术的发展,广泛应用径向柱塞式液压马达与轴 需图纸加Q--1459919609 -3- 向柱塞式液压马达。液压防爆绞车制造方便、构造紧凑、其起动平稳,运 转中利于调速,能防止过载使用,当电动机选取鼠笼式电机时,能使电动 机控制的系统简单。在国外,液压防爆绞车可分为高速小扭矩与低速大扭 矩运转形式。 液压绞车其工作原理,是用液压马达控制减速箱带动卷筒。防暴液压 绞车其原理是在普通的绞车上安装防暴电气设备,要求满足煤矿井下等方 面的制造机构,其工作时运转流畅,在低速运转、起动和制动方面比用电 控制的绞车利用效率高,其机构运作操作机简便易懂、重量轻、体积小使 用起来有一定的安全性。大部分绞车的构成分有机械部分、电气部分与液 压传动部分 1.3研究的主要内容和方法 研究的主要方法: 1.认真调查研究并分析课题,查阅并记录相关资料,并完成开题报 2.调查与液压绞车相关的文献资料,认真考虑课题,并记录对课题研究有所帮助的知识,最后概括归纳总结。 3.凭借所查阅的文献资料,通过老师的引导,编写开题报告,计划 在设计中的方法。 设计步骤: 1.查阅相关液压系统的资料,联合液压绞车的特点,选择合适的液 压元件。 2.对各机器元件所需的液压回路进行设计,研究机构的回路构成和 机能。 3.依据液压系统的参数和各机构的主要参数来设计和计算液压系 统,设计计算各类各样的主要元件,并且查阅有关的设计手册选择主要参 4.选完液压元件后,须要计算各回路运转性能,此中需要计算系统各回路功率、性能验算和验算整个系统的发热情况。 5.经过查阅此次设计相关的文献资料以及自己对课程的学习情况, CAD绘制出重要零件图和装配图,然后在指导老师的帮助与要求下, 详细的完成论文和图纸。 1.4 液压传动系统概念 1.4.1 传动类型及液压传动的定义 原动机、工作机与传动装置组成了一部完整的机械设备。动力源是原 需图纸加Q--1459919609 -4- 动机的最重要组成部分;机械装置使外部做功的位置为工作机;将传动装 置放置在工作机和原动机之间,用以达到动力的控制、传递和转换,来达 到工作机所需要的力、位置及工作速度。 液体传动包含液压传动和液力传动两种,其机械传动为动能带动。液 压传动是依据注入液体压力来驱动工作的,其中包含能量的转换、控制、 传递与分配。因为其传动的特点,成为现代机械工作中不可缺少的组成部 1.4.2液压系统的组成部分 液压系统驱动的机构中,其液压系统使用了液压油等工作介质,将机 构运转的机械能转换为压力能来驱动装置运作,通过液体流量、工作压 力、与机构运转的方向等力,经过控制阀分配送到各执行机器中,将压力 能转换为机械能来驱动。动力源、控制阀、执行器、工作液和液压元件等 构成了液压系统。 1.4.3 液压系统的类型 液压系统的种类,见图1-1。 图1-1 液压系统的分类 1.4.4 液压技术的特点 将液压传动的控制方式与其它控制方式对比,其特点如下。 1.优点 调速范围大。需图纸加Q--1459919609 -5- 液压系统的制造与设计简便。2.缺点 故障诊断困难。1.5 绞车的简介 绞车在其运转模式上又称为卷扬机,在大多数吊物起升机构中,用来 提升或降落货物的机械构造,其升起方式为卷筒卷起钢丝绳带动物体。 驱动装置、安全保护装置、钢丝绳缠绕系统、取物装置等组成了卷扬 机的卷扬机构。电动机、联轴器、减速器、卷筒和制动器等装置构成驱动 装置。卷筒、定滑轮、钢丝绳和动滑轮个构成了钢丝绳缠绕系统。吊物所 需要的装置有吊环、吊钩、抓斗、电磁吸盘等装置。 内燃机驱动、液压驱动和电动机驱动三种驱动方式为卷扬机驱动的方 内燃机驱动的装置,因为内燃机中装置之间的传动经机械动能转换传递给工作机构以此驱动,此驱动方式的特点有独立的能源提供,能够机动 林获得转动零件,适合流动工作。因为内燃机不可逆转运作,不可运物起 动,必须通过其自身装置的离合来转向或启动,此方式调速较为困难,操 作繁琐,现今很少人应用。 大多数的卷扬机驱动方式为电机驱动。直流电动机的运转性能适合起 落装置的需求,其运转稳定,但是直流电源的获取比较麻烦。卷扬机的机 构较大时,其卷扬机的驱动方式采用直流电动机传动或内燃机驱动。如果 驱动方式用交流电动机,获取电能较为便利,操作简便,维修便利,机构 重量较轻,运作稳定,在大多卷扬机中电动方式应用也较多。 液压驱动的装置,一般都是液压泵由原动机驱动,使运转所用工作液 等介质注入执行机构中,使机构运转,通过控制进油量的大小来调速。液 压驱动有许多特点,其传动比较大,能进行调速,其构造紧凑,运作稳 定,操作简单,可以在过载的情况下进行保护。其缺点为制造液压传动元 件的精度较高,注入的工作液容易泄漏。至今液压驱动的绞车在土木工程 等方面的卷扬机中应用广泛。 需图纸加Q--1459919609 -6- 1.6 拟定绞车液压系统图 液压系统的工作原理以及特点概括如下:(见图1-2) 三位四通电磁换向阀 的液体排量大小,压力的控制由单向定量液压泵 来提供,要防止在降下时的速度超过负载所能承受的速度,需要在液压马达的回油路上放置外控式平衡阀 4。要提升系统的运作 稳定性,来防止过热或污染造成的麻烦,需要将回油过滤器 型,因此绞车在停止运作,其液压泵实行中位低压卸荷,节约了待机中的耗能。 表1-2 电磁铁动作顺序 1-2中可知:当 2YA 通电时,三位四通电磁换向阀 切换到右测,工作液注入液压马达 经单向阀,带动卷筒运作。当电磁铁1YA 通电 时,进行降落动作,当要停止时,电磁铁 3YA 通电,制动器制动使机器停 止运作。 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、单向定量液压泵10、油箱 图1-2 液压原理图 1YA2YA 3YA 满载卷扬上升 需图纸加Q--1459919609-7- 卷扬机构的方案设计2.1 常见卷扬机构结构方案及分析 2.1.1 非液压式卷扬机构方案的对比 依据卷扬机构中原动机和卷筒组组装位置的差别,卷扬机构的机构安 装方式有两种:并轴式和同轴式。具体细分为单卷筒和双卷筒 存在重力降落装置(c)卷筒与齿轮连轴节连接 (d)十字滑块联轴节连接减速器输出轴和卷筒 图2-1 并轴单卷筒卷扬机构 2-1表示的卷扬机构为并轴单卷筒,其机构轴与原动机轴线平行, 这样使其机构安装便利、结构紧凑。 部分卷扬机构存在重力降落装置(图2-1 b),此设计原理是实现吊环 等吊物装置在空载或轻载时的降落速度的控制。将内涨式摩擦离合器和带 动式制动器装在卷筒上。离合器工作分离时,切断了卷筒转动动力源的提 需图纸加Q--1459919609 -8- 供,卷筒停止工作,可以利用重力原理使物体降落,并利用制动器控制速 1(a)、(b)两种方式,在减速器输出轴的突出位置安装卷筒,这种方法属于力学中的三支点超静定轴,它的运转特性使轴承受的弯矩有所减小。然而 此种构造对元件的精度要求较高,减速器和卷筒组的装配也很不便利,又 减速器不能独自运转,需装配使用,轴承的更换也比较麻烦。因为机器的 外廓尺寸小,构造简便,此构造广泛用于土木工程类卷扬机。 2-1(c)、(d)两种方式,减速器与卷筒组的输出端都用了补偿式的安装方式。图 2-1(c)中的减速器输出轴采用卷筒与齿轮连轴节连接,将动力 传到卷筒。图 2-1(d)中减速器输出轴和卷筒用十字滑块联轴节连到一块, 使减速器输出轴与卷筒轴的右侧连接到一起,组成轴其中的一个支点,其 特点结构紧凑,便于安装和维护 并轴式双卷筒卷扬机如下图(图2-2)所示,是液压马达经过二级齿 轮减速器带动了主、副卷筒上的轴。另外此两个卷筒上都含有离合器和制 动器。经过控制液压系统,能使主、副卷筒独自运作,也能依靠重力降 图2-2并轴双卷筒卷扬机构 需图纸加Q--1459919609 -9- 2.1.2 设计减速器输出轴与卷筒轴连接方法 设计减速器输出轴与卷筒轴连接方法的特点为: 1.不能利用多个支撑点的超静定轴。由于支撑点受力较为繁琐,而 且安装轴不能确保精度。 2.采取减速器直接带动卷筒的方法,使扭矩不经轴的传递,使卷筒 轴的扭转能力和弯曲能力不能重叠在一起,以此来缩减轴的直径。 3.使机构有杰出的运转特性,其安装、制造、维修和调试等方面便 4.整个机构构造紧凑、组成简便,运转平稳。2.1.3 液压卷扬机构的分类 目前多数卷扬机利用行星齿轮来驱动,通过控制液压马达和多泵合流 的串并联,通过液压马达来控制卷扬机的运作速度,以此达到重载低速、 轻载高速等特点,用来提高了机构的运转效率。 因为所用的液压马达种类型号不一样,液压机构的起落可为两种,低 速大扭矩马达传动、高速小扭矩马达传动。 2.1.4 设计由液压控制的行星齿轮传动的卷扬机构 液压式卷扬机构的方案有许多种,如下: 1.卷筒两端分别放置制动器、液压马达和行星减速器,并且对称放 置(图2-3) 图2-3液压卷扬机构方案(一) 2.卷筒两侧分别放置液压马达和制动器,而卷筒内部放置行星减速 器(图2-4)。 需图纸加Q--1459919609 -10- 图2-4 液压卷扬机构方案(二) 图2-5 液压卷扬机构方案(三) 3.卷筒一侧放置液压马达和制动器,卷筒内放置行星减速器(图 4.卷筒内部放置液压马达、制动器和行星减速器(图2-6)。需图纸加Q--1459919609 -11- 图2-6 液压卷扬机构方案(四) 以上二、三方案可分为一种类型,在卷筒内安装行星减速器,其机构 紧凑,占用体积小,但是其卷筒内所用空间较多,其机构的安装精度要求 较高,机构所安装元件加工工艺较复杂,其主要轴承的参数选择较为困 难,不利于维修。二、三方案的不同地方在于安装制动器的位置,方案二 的对称性较好。 四方案的外形尺寸比二、三方案的外形尺寸小,结构也较为紧凑,但 其机构的制动器和液压马达散热性差,也不利于后期维修。 图2-7 液压卷扬机构方案(五) 方案二、三、四的布置方法都为同轴式,卷筒和液压马达的轴都在同 需图纸加Q--1459919609 -12- 一轴线上,装配时需要确保同心度。 5.在卷筒的同一侧放置液压马达、行星减速器和制动器(图 2-7)。 此机构中,轴向尺寸比较大,后期维护麻烦。此装置所需零件易于加工, 装配方便。 2.2 本设计所采用的方案 此次设计采用 520 ml/r 排量的马达,其工作压力为 16.5 MP,所以选 取低速大扭矩马达。 采用低速方案,不选用减速器。对比传动方案后选用如(图 2-8)所 示,在液压马达上放置多片盘式制动器,卷筒内安装联轴器 图2-8本设计所采用的方案 2.3 卷扬机构方案设计时注意的事项 当设计卷扬机构的方案时,需要从以下方面考虑: 1.机构总传动比分开时,所用到的级差不应过大,采用从原动机到 卷筒传动比依次降低的方法。 2.选取卷筒的最小直径,因为增加了卷筒的直径,会使得传动比和 扭矩变大,使得整体构造的尺寸都变大。如果提升物体的高度较大,但不 能改变卷筒的长度,所以采用加大直径来增加容绳量。 3.制造卷筒时,应该保证装置的快速更换,以便于多种多样的绞车 的使用。 4.对于滑轮组的倍率,不能选取太大,这样会对机械构造有所影 需图纸加Q--1459919609-13- 5.对于使用升起时的载荷 50 之间,当载荷量过大时,其倍率选取8 以上。 2.4 本章小结 本章主要从卷扬机构、卷筒轴、行星齿轮等阐述了液压绞车卷扬机的 机构设计原理,介绍了液压绞车的最基本传动机构,以及选用卷扬机的注 意事项和最优方案,从而达到设计的目的,分析了目前选用的卷扬机机构 的种类、特点和适用条件,通过特点对比并结合实际设计要求,最终确定 了卷扬机的方案。 需图纸加Q--1459919609 -14- 设计卷扬机卷筒和选取钢丝绳3.1 卷扬机卷筒的设计 3.1.1 卷扬机卷筒组的分类、特点 卷筒为升降机构中缠绕钢丝绳的零部件。一般卷筒组分为齿轮连接盘 式、短轴式和内装行星齿轮式等。 齿轮连接盘式的卷筒组传动形式为封闭式,其性能好,扭矩不经卷筒 轴,其卷筒组为至今桥式起重机广泛使用的机构。但是其检修时需将卷筒 沿轴向外移动。 短轴式卷筒组将卷筒整根长轴替换为分开的短轴。减速器一侧将其短 轴利用键与键之间的过盈配合,跟卷筒的法兰盘进行刚性连接,利用钢球 或圆柱销跟机器的底架铰接构成减速器;利用定轴式或转轴式短轴置于支