井口液压翻车系统设计

摘要翻车机最早应用于矿山时称作矿山翻笼，矿山翻笼依靠钢丝绳驱动完成翻卸作业。经过不断改进，翻车机已经成为当前翻卸车辆的专用机械。现在的翻车机大部分还在用电动的翻车机，阻车器采用自动阻车器，这种机构在遇到重翻矿车和不翻矿车的情况下需要手动来控制，电动翻车机噪声大，也不方便维修。为了解决这个问题，同时为了使翻车机在工作中生产效率提高，并且易于控制和可靠耐用，将液压和电控与翻车机相结合，研制新型的翻车机。翻车机的控制都是自动化，人的劳动强度大大减少。采用液压作为动力源，可编程控制器PLC作为电控系统的翻车机能实现这些功能。现在市面上有一翻车机就是这样设计的，而且效果都很好。配有液压系统的翻车机，它们的结构变得简单，布置方式灵活，翻车和停车非常平稳，与电控相结合，操作简单换向冲击小，也能实现过载保护。液压元件一般都实现了标准化，方便设计、制造、安装。设计的翻车机用液压系统代替电动机减速传动方式，用液压泵驱动液压马达使翻车机工作，阻车器用液压缸使其工作，阻车器与定位装置联动。用PLC可编程控制器来对翻车机实事控制。关键词：翻车机；液压系统；电控系统；阻车器

ABSTRACTDumpercalledminewhentheminewasfirstappliedtoturnthecage,thecageturnrelyonmineropedrivecompletiondumpingoperations.Throughcontinuousimprovement,dumperdumpinghasbecomethevehicleofspecialmachinery.Dumpernowmoststilluseelectricdumper.Cararresteruseautomaticcararrester.Inthecaseofsuchinstitutionsfaceturnedbacktothetubandthetubdoesnotneedtobecontrolledmanually.Electricdumpernoise,noreasymaintenance.Tosolvethisproblem,andinordertoimproveproductionefficiencyformuladumperatwork,andeasytocontrol,andreliableanddurable,hydraulicandelectriccontrolanddumpercombinethedevelopmentofnewdumper.Dumpercontrolisautomated,laborintensityisgreatlyreduced.Ashydraulicpowersource,programmablelogiccontrollerPLCastherolloverfunctionelectroniccontrolsystemtoachievethesefunctions.Therearenowadumperisdesignedthatway,andtheresultsaregood.Equippedwithahydraulicsystemdumper,theirstructurebecomessimple,flexiblearrangement,andparkingisverysmoothrollover,combinedwithelectroniccontrol,simpleoperationtochangeasmallimpact,butalsotoachieveoverloadprotection.Hydrauliccomponentsaregenerallystandardized,easytodesign,manufacture,installation.DumperdesignedtoreplacethemotorreducerTransmissionhydraulicsystem,hydraulicpumpdrivesahydraulicmotortoworkdumper,Usedcarstophydrauliccylindertomakeitwork,carstopandpositioningdevicelinkage.PLCprogrammablecontrollerwithreal-timecontrolofthedumper.Keywords：hydraulicsystem；dumperelectroniccontrolsystem；cararrester目 录1绪论 页1绪论1.1工程背景翻车机在现在的煤矿之中，作为一种卸矿设备经常使用，这种机械在煤矿生产中非常重要。随着采矿技术的不断提高，煤的产量也不断增加，运输量随之不断增大，原设计翻车机往往不能满足要求，有些矿山开始设计是采用翻斗式矿车，如图1-1，并且采用人工翻矿，使得生产效率非常低并且人的劳动强度大，不用说安全性也是不太好的。此设计研制的翻车机适用于矿山连续翻车，将煤翻到煤仓中去。研制一台好用的翻车机对整个煤矿生产有很大意义。井口翻车机工作频繁，需要反应灵敏快速准确的翻车机，而采用液压系统正好能实现这一目的，与传统的翻车机相比较有很大的优势。现在大部分的煤矿的翻车机都采用液压系统来实现卸载功能。图1—1翻斗式矿车现在的翻车机市场杂乱，老式电动翻车机占很大比重，虽然液压翻车机和一些新型的翻车机在市场上也有，但是任然没有普遍的使用，研发一种能在矿山翻车快速，动作平稳可靠，能自动控制的翻车机非常迫切，很多煤矿的翻车机老的老，坏的坏，需要换代产品，设计的新式翻车机符合矿山的需求。1.2研究意义新型翻车机是煤矿的设备自动化进程加快，在未来的煤矿开采中，所用的设备会向自动化方向发展，所需要人的地方逐渐减少，只需要在操控台远程控制设备，这样大大的加强了煤矿生产安全。所以研究的翻车机必须要自动化，这样才不会和煤矿生产脱节。根据生产需要翻车机可以为单车、双车、甚至可以用三车的翻车机，本设计中采用双车结构，生产能力强。将液压作为动力源大大的改进了以电动带动减速器使翻车机运作的方式，以前的电动机带动翻车机翻转不能随停随起，更重图1-2液压翻车机要的是电动翻车机不能过载保护。采用液压的方式就不一样了，液压运作平稳有过载保护，无论翻车机出于何种方式都可以随停随转，而且会使整机重量减轻，操作也很方便，一切操作都可以一在操作上完成，编制程序使翻车机运作如图1-2,图中的翻车机就是液压翻车机，采用电控，自动化程度很高。完全适应当下煤矿的需求。研究的翻车机由液压部分和翻车机机械部分组成，机械部分中的滚筒部分上安装有传感器，用于检测滚筒的翻转过程中翻卸位置，将信息转变成电信号发送至控制台，控制台再控制液压系统中的电磁阀移动，使换向阀所处的位置不同来改变回路连接状态，从而控制各执行元件动作，达到自动化控制的目的。1.3国内外翻车机技术的发展在上个世纪中期，工厂对煤和矿石需求不大，而且煤的产量和现在相比较相差很远，所以煤矿生产采用单车翻车机就能满足需求。在1956年时，国内试制成功了“O”形钢丝形式单车翻车机。该阶段可作为第一阶段中的技术准备阶段。1965年，在与国外合作研发的基础上，自主完成KFJ-2A型三支点转子式翻车机设计，研制成功。FJ一3A型“0”形两支点单车翻车机，成为当时翻车机的主导产品。至七十年代中期，KFJ一2型“0”形单车翻车机问世，该单车翻车机采用2组托辊轮分别支撑端环，齿轮齿块传动。作业方式为机械式压车和靠车。在1980年左右，KFJ一3A型翻车机在各个卸料地方得到广泛应用。新系统技术驱动，让起动、制动比以前更加。为压车、靠车对矿车刚性冲击，增加压车梁的积，在压车梁和靠板体的表面接了个橡胶为材料制作的。为了使矿车的定位精度提高，采用液压缓冲器和自动复位一起协同工作。为了使重车能够完全进入翻车机内，在的地方和翻车机之间加了个重器。在滚筒内轨道的空车推车器采用。在迁车台内，矿车定位用缓冲器与止挡器一起作用，该止挡器是纯机械结构，由迁车台提供能源，结构新奇，性能可靠。在这个阶段，翻车机的改进主要在技术上体现出来，比如结构的改进，然而动力形式等并没有改变，依然是重量大结构复杂的状态。近几年，国内翻车机在经济飞速发展的影响下，煤炭，铁石场及其所需的厂矿之中大量使用翻车机。由于国内需求量的迅速增长给的发展提供了很大提升空间。在市场的刺激下，国内的制造企业对翻车机的投入加大，同时和国外一起合作在更高的层次展开，国内翻车机的技术水平在这段时间内与国外先进水平差不多，其产量和质量也远远超过了以前。单车翻车机经过50年的发展，该系统技术趋于成熟，现在主要的机械车系统由FZI-2A“C”形翻车机、重车调车机及其轨道、空车调车机及其轨道、迁车台、夹轮器、止挡器、洒水装置等单机组成，实现了由手动控制到自动控制的技术跨越。两用单车翻车机卸车系统面世。卸车系统通过双臂拨车机牵车，可伸缩翻车机翻车，及可反挂钩推车机牵车，在翻车机史上第一次实现了具有自动功能转换能力的一图1-3三车翻车机个系统对解列与不解列两种类型的车列的作业。由于煤的产量越来越大，使得三车翻车机（图1-3）被研制出来,一种拥有全新的自主研发产品问世，使中国翻车机的技术提升了很大一个阶段。与国外三车翻车机相比,整个翻车机具有很多优点，比如结构合理、性能可靠、寿命更长且维修、使用安全方便等，这是我国第一个集机、电、液都是的三车翻车机项目。相比较而言，国外翻车机的技术比我国起步早很多，技术相对趋于成熟，现在研究翻车机的人不是太多。1.4翻车机的研究现状液压驱动系统将会成为翻车机驱动形式的主流。由于液压驱动系统具有性能可靠、寿命长、维修工作量少等原因,大多数用户和制造商愿意采用液压系统作为压车机构和靠车机构的驱动,机械式压车和靠车形式基本上被淘汰。液压俯仰驱动系统会更加完善,在主控制阀方面,有较高要求的设备现在都采用单独驱动液压缸动作阀件并配有压力锁和卸荷装置,以保证压车有力,不发生掉车事故。拨车机目前均采用配重式结构,该结构能大大减小拨车机的液压站出力,并能提升大臂上升与下降的速度。由于液压翻车机降低了运行成本、简化了操作程序、降低了噪声、机械化程度高，已在煤矿成功地应用，并取得了较大的经济效益，同时也为煤矿增加了一种卸载设备的新型产品。可在煤矿等矿山中推广应用。翻车机液压系统是整个卸车设备中的关键部分,它采用上述的压车原理成功地解决了在翻转过程中因货物被卸出而造成夹紧力增大超出标准这个复杂问题,而且保证在翻转过程中车辆安全可靠地被固定在轨道上,不会脱轨和掉道。翻车机设备翻卸能力的增大更加要求液压系统各动作运行可靠、准确，同时，要保证车辆不受损坏，通过上述压车和靠车的原理及工艺设计，能很好地保证翻车机在运行过程中不脱轨、不掉道，顺利通过铁道部的检测。液压传动以其独有的优点在传动领域起着不可替代的作用，随着科技日新月异的发展，液压传动会越来越多的应用到各个领域。目前，液压传动虽然还存在一系列缺点，即效率低、发热以及环境受污染等问题，但在设计上，应更多地考虑设备运行的可靠性和在紧急事故状态下的可操作性。2总体设计方案2.1机械部分方案设计本设计的液压翻车机机械部分包括滚筒、支持轮、传动装置、阻车器、传动轮、定位装置、底座和挡煤板等主要部件组成。由于该翻车机采用液压传动，阻车器和定位装置他们都采用联动方式，使得整个翻车系统相对以前的老式翻车机变得非常简单。该翻车机为双车翻车机，采用不摘钩式，不摘钩就是矿车采用万能链连接，当滚筒翻转时滚筒内的矿车也相应的翻转，而外部相连的矿车只是万能链在旋转，外面矿车不动，这样完成翻转过程。翻车机的旋转方式为左侧式，就是逆时针旋转。滚筒采用铸钢滚圈与型钢焊接桁架连接，这样的结构虽然笨重，但是比较坚固耐用，从而使其寿命变得很长。因为此翻车机在矿井井口工作，为煤矿设备，也需要其坚固耐用，使煤矿生产更加安全。该翻车机的支持和传动轮都采用短轴式，就是两个支持轮和两个传动轮分别装在一根短轴上，每根短轴用两个独立轴承座支撑，传动轴为一根长轴，两端用联轴器分别与两根短轴相连，这样的连接方式虽然复杂，但是对于制造、安装和维修都非常的方便，对于该双车翻车机来说也是不错的选择。定位装置为带有缓冲的定位装置，因为带有缓冲的定位装置会使滚筒翻过360度后在缓冲装置下缓慢的停下，减缓冲击，可以使设备的使用寿命更加的长久。相对来说无缓冲装置的定位装置会承受刚体的硬性冲击，这种冲击对于滚筒、机架和定位装置本身都会造成不好的影响，虽然结构简单，但会影响翻车机的使用寿命，所以用带有缓冲的定位装置。底座主要用于放置支持轮、滚筒、带缓冲器的定位装置挡煤板等，承担整个翻车机的重量，底座用钢板焊接而成，并在某些部位加筋板，使其整体强度更好，并且牢固。挡煤板主要作用是挡住翻卸过程中卸出的物料不掉落在外面使其顺利掉落煤仓，这两个构件的设计需根据其他机构布置位置来设计。阻车器采用液压控制，不用以前的自动阻车器，这样的使得阻车器的结构变得很简单了，它与定位装置通过横杆连接，在阻车器动作的时候，定位装置也跟着动作，达到联动的效果，阻车器的动作时间采用液压缸来控制，控制液压缸的阀为电磁阀。在滚筒上安装有传感器，用来确定翻车机的翻转的位置，然后通过电控使得电磁阀变位，是液压缸动作，从而使阻车器开闭。2.2液压系统设计方案液压部分设计方案根据机械部分来实际，从机械部分设计中可以看到液压传动的执行元件有三个，分别为进车端、出车端阻车器的液压缸和液压马达，通过马达算出液压系统的流量，工作压力，选出泵，通过泵选择电机，然后根据机械部分的动作需求设计出液压系统原理图，如图2-1，然后选择各个液压元件，设计油箱，完成液压站的设计。液压系统的工作原理：翻车机处于工作状态的时候，电动机带动泵旋转，液压马达的三位四通阀处于打开状态，马达旋转，带动滚筒的滚圈跟着旋转，此时阻车阻车器关闭，阻挡待翻车的矿车,控制阻车器的液压缸处于中位，液压缸保持不动，此时的缓冲器定位装置打开，翻车机旋转360度之后完成一次翻卸，在定位装置的作用下回到初始状态，此时阻车器打开，液压缸往前推，即三位四通换向阀处于左位，翻车机内的矿车被推出，新的矿车进入翻车机等待翻转，阻车器关闭，阻车器三位四通阀处于右位，缓冲装置打开，翻车机可以进行下翻转，在翻车机滚筒的的定位上布置了传感器，用于检测翻车机所处的位置，通过PLC编程来控制液压元件的开闭，达到是阻车器开闭，使整个翻车机系统合理有序的运转。图2-1液压系统原理图3翻车机设计计算3.1回转摩擦阻力矩计算3.1.1矿车和物料重心对回转中心的位置计算本设计中的翻车机回转部分包括翻车机滚筒及其制动部件、两个固定式的矿车的自重和矿车装载的货物重量。则回转部分总重量为式中——翻车机的滚筒、制动块等重量，；——两个600轨距1.5吨固定式车箱式矿车的自重，；——矿车内装载的货物重量（货物重量随着矿车转动过程而改变）图3-1时物料重量和矿车、物料重心位置计算示意图图中为回转角，当等于、、的时候，货物的重量、矿车及货物重心的位置用计算法和图解法相结合的计算得出。当的时候，矿车内的物料上表面处于临界位置，此时的物料没有倒出，如果再转动的话物料就会倒出，即处于安息角的位置（如图3-1），所以计算时，物料的重量已满载的情况来计算。计算重心位置以单车计算，则此时满载物料重量为：半圆形面积：之形心至圆心距离：长方形面积：之形心至圆心的距离：于是总面积为和之和，即：设物料重心（就是总面积的形心）到半圆的面积形心的距离之和是,于是得到有结果可以得出，所以把总面积的形心近似在半圆所在的圆心上，方便后面计算。然后计算矿车重心到回转中心的距离，则为矿车重心对回转中心线的夹角为物料重心 到回转中心距离为则物料重心与回转中心线的夹角为当的时候，矿车的位置又发生变化，此时，物料倒出一部分，但还有大量物料仍然在矿车里面，具体的矿车卸料情况如图3-2所示。半圆形面积：之形心至圆心距离：长方形面积：之形心的具体位置用图解法可以求得结果。于是总面积为和之和，即：图3-2当的时候物料重量和矿车、物料重心位置计算示意图之形心，就是物料的重心的位置也相应的用图解法来求出。此时，物料的重量发生了变化，变化之后的车内物料重量为：根据前面计算和图解法求出的结果，可以得到下面几个数据：矿车重心到回转中心的距离：矿车重心对回转中心线的夹角为：物料重心到回转中心距离为：物料重心与回转中心线之间的夹角为：时的情况算完了，下面接着算时的矿车情况，此时，矿车的卸料情况如图3-3所示。图3-3时翻车机内矿车的翻卸物料的情况图此时，物料倒出大部分，矿车内部仍然有很多的物料，在矿车内物料的形状理想化后大致如图所示的情况一致。物料在半圆底部变成了弓形，则弓形高为：弓形的弦长为:还有的弓形弧长为：弓形的面积为：d的形心的具体位置可由图解法得出结果。则总面积：单个矿车内的物料重量为：同理，根据前面计算的方法来计算以下参数：首先是矿车重心到回转中心的距离为：矿车的重心与回转中心线的夹角为：对物料重心来说，它与翻车机的回转中心之间的距离为：它与回转中心线之间的夹角为：3.1.2滚轮上支持力计算传动滚轮和支持滚轮支撑整个翻车机滚筒和矿车还有物料的重量，在传动滚轮和支持滚轮的运动下，带动滚筒旋转，从而使得矿车也一起旋转，进而让矿车内的物料随着翻转而倒出物料。设传动滚轮上受到滚筒的正压力为，而支持滚轮所承受的正压力为（如图3-4）。图3-4滚轮受力简图根据图所示可以得出以下两个式子来计算出和：式中：——传动滚轮相对翻车机的滚筒在纵向的中心线的安装偏角，——支持滚轮相对翻车机的滚筒在纵向的中心线的安装偏角，滚筒会旋转时是以滚筒回转中心线回转的，此时，滚筒与滚轮的摩擦阻力矩可以用下式计算得出：式中：P——支持滚轮和传动滚轮两个轮的正压力之和，即；——滚动摩擦系数，此时取；R——滚筒半径，；——滚轮半径，；则计算得：滚轮所用轴承的滚动的摩擦阻力矩为：式中：——滚动轴承的摩擦系数，取0.01；——滚动轴承内外直径的平均值，本翻车机在卸载物料的时候，矿车里面的各种物料随着翻车机的转动使滚筒回转角值变大相应的也逐渐减少，因此阻力矩的值也相应的逐渐减小。选取在不同特定值时的情况下，用上述的计算公式计算出结果，然后列成表格，表格为表3-1，如下所示：表3-1回转摩擦阻力矩汇总表滚筒回转角度装载物料重量kgf回转部分总重量kgf传动滚轮上所受正压力kgf支持滚轮上所受正压力kgf二滚轮所受正压力之和kgf滚轮阻力矩kgf轴承阻力矩kgf0~45矸煤540030001432011920104828726741861741790014900572847686766563265矸煤41002280130201120095308198674458021627414000520844806152529290矸煤230012801122010200821474665812528414026127504488408053024820135~360089206530462011150356842143.2静不平衡力矩计算滚筒重心、矿车重心和物料重心都不和该翻车机的回转中心相一致，在翻卸的过程中，物料也会相应的逐渐减少，物料减少的同时，物料重心也在相应的变化中，矿车也会再翻卸的过程中有点点移动，因此就产生了随回转角变化的不平衡力矩。翻车机滚筒旋转一圈，矿车和其物料的变化情况随回转角变化，变化的情况如下：当时，矿车开始倒向滚筒的桁架上，此时物料没有倒出，物料都在矿车内；当时，矿车内物料正处于安息角的位置，物料刚开始倒出，但并没有开始倾卸（煤和矸石的最大安息角不一样，煤是，矸石是，此处为了简化计算过程，所以二者都按照来考虑）；当时，矿车内的物料已经倒出了一部分，此时并没有卸出很多；当时，矿车处于水平状态中，矿车内的物料已经卸出大半，但仍然继续向外卸出；当时，矿车里面的物料都全部卸出，此时矿车移动了点距离，距离长度为；当时，矿车内无物料，矿车底部朝上，矿车箱口朝下；当时，矿车内无物料，矿车箱口倾斜向下；当时，矿车内无物料，矿车和时一样，矿车水平横着；当时，矿车内无物料，矿车车轮接触轨道，回到翻车机内的轨道上了；当时，矿车恢复到刚开始转动的位置，即回到原位，矿车翻转一周结束，物料已经卸完，空矿车等着被推出，等待下一次翻车开始。滚筒、矿车和物料都有静不平衡力矩，所以翻车机的静不平衡力矩为这三者的代数和，则公式为：其中是滚筒的静不平衡力矩，用以下公式计算矿车和物料的静不平衡力矩分别为和，计算公式如下：式中，、和分别是滚筒重心、矿车重心和矿车内物料到回转中心的矩离，这些距离都是图纸来算出来，单位；是矿车重心和翻车机的回转中心线的夹角，单位为度；是矿车内的物料重心和翻车机的回转中心线两个的夹角，单位为度。根据上面的公式来计算出不同回转角时翻车机的静不平衡力矩，算出结果列成表3-2，如下：表3-2静力不平衡力矩计算表滚筒回转角滚筒静不平衡力矩矿车静不平衡力矩矸石静不平衡力矩煤静不平衡力矩总静不平衡力矩cmcmkgfcmkgfcm01.3011.300540047.300300047.300000121.3202211.30-3374540047.30-53104300047.30-29502-54456-30854-1352451.3688011.48.642.8-189566300047.42.8-105314-195862-111610-6296651.3881811.48.6-1570441003912-15580222803912-86638-162688-93524-6886901.3973011.48.6-16186230038.535.5-72090128038.535.5-40120-78546-46576-64561351.3688013.97.2-12234-5354-5354-53541801.3013.97.225022502250225022251.3-688013.9-7.2122345354535453542701.3-973313.9-7.2198041007410074100743151.3-688011.4-8.6131766296629662963601.3011.3000003.3翻车机总阻力矩计算翻车机的总阻力矩包括静力不平衡力矩，也包括摩擦阻力矩，就是这两个的代数和，公式如下：在上述式子中：是滚轮和滚筒的摩擦阻力矩，是滚轮所用轴承的滚动摩擦阻力矩，是物料和滚筒，还有矿车三个的静不平衡力矩之和，由于、和都随着翻车机滚筒的转动而变化，所以翻车机的总阻力矩也是随着回转角的变化而变化，根据上式可以算出翻车机的总阻力矩，将计算结果用表格列出来，如表3-3：表3-3总阻力矩汇总表回转角力矩012456590135180225270315360翻矸时5728520844883568676661412530242140-54456-195862-162688-78546-535425025354100746296012494-41962-183368-151328-687562428102841313617856140787982翻煤时476844804080356856325292482042140-30854-111610-93524-46576-535425025354100746296010400-20454-101210-83752-376762428102841313617856140787782空车时356842140-1352-6296-6884-6456-53542502535410074629677826430148689613262428102841313617856140787782总阻力矩和滚筒回转角间关系曲线画出如图3-5：图3-5总阻力矩曲线图3.4传动滚轮对滚筒的滑转验算马达通过联轴器与主动轴连接，主动轴带动传动滚轮旋转，翻车机的滚筒则由传动滚轮让其旋转，它们两者传递的力是由摩擦力提供的，为了使滚筒能够顺利完成翻转一周的动作，传动滚轮和滚筒之间的摩擦力矩必需要大于回转所需的总阻力矩，不然的话传动滚轮和滚筒之间就会产生滑动，所以必须满足下式的要求：在上式中：——不滑动安全系数；——摩擦力矩，；——回转总阻力矩，；于是得到摩擦力矩计算公式为：在上式中：——摩擦系数，取——翻车机滚筒的半径，——传动滚轮上所受的正压力，。将以上数据带入上式计算：摩擦阻力矩同样也随着回转角的变化而变化，将不同的回转角值代入计算出摩擦力矩和不滑动安全系数，将计算出的结果列于表格中，如表3-4：表3-4摩擦阻力矩和安全系数表回转角力矩012456590180225270315翻矸时1415081286561108908815612494-41962-183368-151328-68756242810284131361785614078778211.3————368.66.74.96.311.3翻煤时1178021106741107928815610400-20454-101210-83752-37676242810284131361785614078778211.3————368.66.74.96.311.3空车时881567782643014868961326242810284131361785614078778211.313.759.398.466.5368.66.74.96.311.33.5翻车机的功率计算及翻卸次数验算3.5.1翻车机功率计算设计的600轨距1.5吨双车不摘钩液压翻车机所需功率根据滚筒在旋转一周过程中产生的最大阻力矩（正最大阻力矩或负的最大阻力矩）来计算得出，根据表3-3得知，当滚筒旋转到45时，产生了最大的负阻力矩。则该翻车机的所需功率为：式中：——最大负阻力矩，根据表3-3查得；——机械效率，取——翻车机原电动机允许的最大转矩与额定转矩之比，查得;——滚筒的设计转速，取。3.5.2翻车机翻卸次数验算该设计中的翻车机生产能力为，式中是翻车机每分钟的翻卸次数；是翻车机一次翻车的矿车数；是单车矿车的载重量，。则代入式子中求出每分钟翻车次数：将翻车机翻卸一周的运动状态用图3-6表示，如图所示。图3-6翻车机运动循环图从图中可以看出，翻车机在一个周期内有四个不同的阶段，分别是推车时间段、起动时间段、等速运转时间段和制动缓冲段，他们的操作时间长短不一样。则工作周期时间为，就是他们几个的和，即：s上述式子中——推车的动作时间，；——翻车机工作时的起动时间，取；——翻车机以相同速度运转的时间，；——翻车利用缓冲器来制动的时间，。要求出翻车机的工作周期，则必须把都求出来，推车的动作时间跟采用什么推车方式有直接关系，不同的推车方式有不同的推车时间，如果采用圆环链的话，推车的动作时间可以有推车机推矿车的距离和推车的初始速度的关系求出来，推车机的动作时间由以下几个部分组成：推车机的起动时间、推车机等速推车时间，推车机的制动时间。推车机的制动时间与用不用阻车器有关，由于本设计的翻车机采用了进口和出口阻车器，那么推车机的制动时间就没有了，计算时将制动时间当作0计算，则推车的动作时间为：在这个式子中——推车机的起动时间，取；——推车机等速推翻车机的推车时间，；——推车机的制动时间，。推车机等速推车的推车时间用以下公式计算：在这个公式里面：是一次推车推进滚筒的矿车数量，由于设计的是双车翻车机，则；是单个矿车的长度，；是两个矿车中间相隔的距离，；是推矿车的推车速度，取。则如果取操作时间是2，则推车的动作时间为滚筒的制动时间可由下面这个公式计算得出：这个公式之中是滚筒在减速阶段的回转角，；是在滚筒回转过程中的角速度，；是在制动器制动结束后的滚筒角速度，。减速阶段滚筒的回转角与不同的制动方式有关，不同的制动器的大小也不同。当采用提前断开翻车机的滚筒回转力，靠滚筒本身的旋转惯性到达360后，借助定位装置和传动装置时，这个时候减速时间段翻车机的滚筒回转角为上面这个式子中——所有的回转体对回转中心的转动惯量，；——总阻力矩，。翻车机的滚筒上有定位用的装置，定位装置是为了确保翻车机转了360后依然在原位置好进行下一次翻车。为了让定位装置的冲击减少，使定位装置使用寿命更长，减速时段的翻车机滚筒回转角的值最好达到让滚筒减速结束后的滚筒角速度为0，但是这比较困难，因为每一次翻卸的物料和矿车总重量并不是一样的，也许多一点或许少一点，所以表、很难保证达到=0的情况每次都出现，同时好要求滚筒可以完全回到原来的位置上，实际的情况大多是>0的。最大时，也最大，要想得到最大值就必须使得=0，因此可以根据=0来求出最大的，再由来求得最大的。为了使得计算变得简单，也可以根据实际情况得出的值和假设=0后来直接的算出。根据实践可以得出数据，1.5吨翻车机在减速阶段滚筒回转角60=，然后将已知的数据代入公式之中来求出：翻车滚筒的等速运转时间为：算出一个周期的时间为：由此可以算出该设计的双车翻车机的每分钟内翻卸次数：由计算的结果得知，所以设计的翻车机每分钟翻卸矿车的次数为2.5次满足要求，所以给翻车机的每分钟名义翻卸次数为。3.6滚轮与滚圈的接触强度验算翻车机的滚轮和滚圈的接触强度的验算是很重要的，他们的强度必需要满足翻车机的要求，选择的材料满足接触强度要求，使翻车机能够正常使用，使用寿命正常。两个圆柱体的接触的时候产生的应力为：在上面的这个式子中动力系数=1.5；每一个传动轮上的最大正压力按照下式可以计算得出为两个传动滚轮上受到的正压力，查表3-1得出=10482；为弹性模数，取；是翻车机滚筒的滚圈接触面宽度，=10；为当量直径，当量直径是滚圈传动轮的当量直径，可以有下式计算得出，其中为滚圈直径，=270；为传动轮的直径，=50；则根据上面的数据代入公式得：=0.4184阻车器的验算4.1缓冲弹簧的计算阻车器采用ZD-600液压阻车器的形式，由于是不摘钩翻车机，所以进车端和出车端各分布一个液压阻车器，液压阻车器和自动阻车器相比结构简单，占用的空间也大大的减少，液压阻车器主要结构包括缓冲弹簧、液压缸、阻车爪和结构件组成，也比较好安装在铁轨上。验算阻车器主要验算缓冲弹簧的强度，阻车爪的轴的强度验算等。4.1.1该液压阻车器的缓冲弹簧选择首先，先选择一个规格的，选用了弹簧规格如下该弹簧的钢丝直径该弹簧的中径该弹簧的内径该弹簧的节距根据选择的缓冲弹簧，来查阅它的一些性质，于是从《机械设计手册》中查出来的性质如下所示：该缓冲弹簧的最大工作负荷该缓冲弹簧能允许的极限负荷该缓冲弹簧单圈的刚度该缓冲弹簧在最大下的单圈变形量该缓冲弹簧能够允许极限下的单圈变形量该液压阻车器的缓冲弹簧在装配时有预设的压力在弹簧上，该压力就是所谓那个装配压力，这个装配压力也就是但没工作时就产生的压力，该压力是缓冲弹簧在整个工作工程中最小的压力，则最小工作的压力就确定下来了，为363，该缓冲弹簧在有效的工作范围内它的最大工作行程为90，于是就可以根据这些数据来计算该缓冲弹簧的其他参数，比如弹簧的刚度、圈数和其他有用的尺寸。那么首先算下该缓冲弹簧的刚度为：该翻车机阻车器的缓冲弹簧能工作的工作圈数为该翻车机阻车器的缓冲弹簧所拥有的总圈数为：该翻车机阻车器中缓冲弹簧两个单圈的间歇为：该翻车机阻车器的缓冲弹簧在没有压力的情况下，自由高度为：该翻车机的阻车器中的缓冲弹簧在下的弹簧变形为：4.1.2缓冲弹簧的验算在验算该翻车机阻车器的缓冲弹簧强度之前呢，有必要算出这个很多矿车连在一起的那个列车对缓冲弹簧的冲击产生的动能。列车在推车机推动的情况下才前进，列车对该翻车机的阻车器冲击的动能的大小，主要是与推车的速度有关，但不仅如此，它的大小还和整个翻车机的型式、翻车机在工作时工作轨道的坡度的大小有关，所以要考虑工作轨道在翻车段的坡度大小和翻车机的型式，对这些情况做相应的分析。则1.5吨轨距的双车不摘钩液压翻车机的阻车器的缓冲弹簧强度验算如下。该液压翻车机在工作的轨道前后和内部坡度和翻的那两个矿车状态用图表示出来，则图行如图4-1。图4-1推车停止时列车的状态图在图中，可以取=2\*GB3②—=3\*GB3③段的长度为15，这段距离上可以停的矿车数为6辆，假设在最后段就是的这条线路上在开始推车之前，并没有矿车停在上面；在=2\*GB3②—=3\*GB3③段上的每一辆矿车都不是挨着的，而是处于拉伸状态下。本液压翻车机有两个阻车器，这两个阻车器所阻的矿车不一样，前车阻车器也就是进车端阻车器承受的矿车冲击有三个重矿车，而出车端的液压阻车器所承受的矿车冲击有在翻车机内的待翻的两个重矿车加上后面的翻过的空车。冲击阻车器的动能需要根据参与冲击的矿车数来确定的，空、重车在推车过程中处于拉伸状态时，他们的拉开的距离可以确定参与冲击液压阻车器的空、重车的数量。推车机起动后，出于工作状态了，在启动的这很短时间里面，有部分或者所有处于拉伸状态的空、重车会由拉伸转变为接触的状态下。在推车还没有结束前面的时候，没有变成接触状态下的空车的速度处于推车速度或者必推车的速度还要大，或者处于接触状态下的空车呀在=2\*GB3②—=3\*GB3③段里面的空车在轨道上滑动的速度与推车速度相比，他们的速度要大些，这样，在出车端液压阻车器有空车碰到之前，即1还没有碰到它，已经处于接触状态下的空、重车就也许会被拉伸开。如果只是在=2\*GB3②—=3\*GB3③上刚开始的两个矿车1和2还有其它的空画册间处于拉伸状态，重车和空车1之间没有处于拉伸状态下，这种情况下，可以把空车1和重车看作是处于接触的状态下，处于拉伸状态下的其它空车看作是处于拉紧状态，那么它们冲击液压阻车器，那么冲击的动能应该按照这些空、重矿车以及他们载的物料重量来计算得出；加入重车和空车1也是处于拉伸状态下，则在空车1和其它的处于拉升状态的空车冲击阻车器时，压缩缓冲弹簧，完全停止前，重车碰上了空车1,那么需要考虑重车的冲击动能，如果不是的话，就不需要考虑这种情况了。按照以上分析的具体的情况计算结果如下。首先，把矿车在机起动的时间里面视为是匀变速运动前进，此时，矿车的前进距离为：在上面的这个式子里面：是推车机的推矿车的速度，取；是推车机的起动时间，取。将数据代入式子里面得：推车机起动之后，推车机进入等速推车阶段，那么这段时间为：在上面这个式子里面：是推车机推车一次而推进的矿车数量，；是1.5吨矿车的矿车长度，；是两个矿车的碰头的间隔距离，。将上面的数据代入计算公式得：那么总的时间就是推车机起动时间加上推车机等速推车的时间，则在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个有很多空车的段上，每个空车在下滑的时候产生的下滑力是：在上面的这个式子里面：是该翻车机用的1.5吨600轨距矿车自己的重量，；是=2\*GB3②—=3\*GB3③段轨道线路的坡度，；是翻车机用的1.5吨600轨距矿车在轨道的运行的阻力系数，取这个系数为0.0085。将上面的数据都带入公式计算得：那么在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上，每一个空的矿车在下滑时的的加速度是：在上面的这个式子里面：是重力加速度，；则算出加速度为：在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上，每一个空的矿车都在下滑，它们下滑的速度逐渐增加，当速度增加到的时候，需要的时间是：当速度达到的时候，在这段时间内，空矿车在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上移动的距离是：当速度达到的时候，在这段时间内，推车机推动矿车，使矿车移动了一段距离，这段距离是：可以从上面的计算得出的结果看到，在速度达到的这段时间里面，推车机推动矿车使矿车移动的距离大于空矿车在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上下滑的距离，所以就有一些矿车，在推车机的推爪前方，而这些矿车被它推到了处于挨着的状态，那么这些矿车的数量需要计算出来，则计算如下：则这些被推至接触状态下的矿车数量有7辆。在速度达到的这段时间以后，也就是时间后，在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上的空矿车的速度很明显会越来越比推车机的推车速度大，所以处于接触状态下的矿车还会被拉开，使其不再处于接触的状态下。在推车时间和空矿车速度到达的时间之差里面，这短时间内矿车产生的推车移动距离与在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上的空矿车下滑所产生的移动距离的差值，也就是矿车被拉开的那个距离，这个距离是：拉开的距离是0.103,那么在出车端阻车器前端的空矿车碰撞它之前，可以使处于接触状态下的矿车被拉开的空矿车的数量可以算出来，计算如下：从结果可以看出来，在出车端阻车器前端的空矿车碰撞它之前，可以使处于接触状态下的矿车被拉开的空矿车的数量是1.3辆，也就是说推爪前方已经处于接触矿车使其处于拉开状态下的矿车数量是1.3辆。从图中4-1可以看到的是，在斜坡的开始处的空矿车2和3两个矿车间不是处于接触状态，也就说它两个处于拉开状态，然后是空矿车1和空矿车拉开一些，当然也许可能是空矿车3和那个它后面的空矿车4拉开一点。假设在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上的空矿车相互之间都不处于接触状态，而是被拉开了的，根据这个条件，可以得知该翻车机出车端的液压阻车器之中的缓冲弹簧没有受到其他矿车的冲击，只是受到重车和空矿车1、、3、4的冲击。重车和空矿车他们处于接触状态，也就是说它们以这种状态去冲击出车端的液压阻车器，虽然1.5吨600轨距的矿车本身有弹性碰头，它可以缓冲吸收一点矿车的动能，但是这部分动能可以说是很少的，对于总的动能来说不算不上什么，所以在计算的时候这部分吸收的动能忽略不计，于是就可以将空车1和重车它们的冲击当做是一个刚体的冲击。那么两辆重车和4辆空矿车它们对阻车器的冲击动能是：在上面的这个式子里面：是1.5吨600轨距的固定的车箱式矿车它自己本身的重量，查阅资料可以得到；是矿车装的物料总重量，在这里计算的动能由于是验算用的，所以按最重的重量来计算，则用矸石来计算，因此hf。将数据带入上述的式子里面得到：出车端的液压阻车器中有两个缓冲弹簧，需要计算出它们可以吸收的最大动能，再和冲击动能相比较就可以说明选的弹簧强度是足够的。那么它们可以吸收的最大的动能计算结果如下：在上面的这个式子里面：是液压阻车器的缓冲弹簧的受力不均匀系数，查阅资料可以选取=0.9。由计算的结果可以看到，然后相比较，得到大于的结论，所以在出车端的液压阻车器的缓冲弹簧的强度显然是足够的。设空矿车1、2、3、4之间都是被拉开的弹簧强度足够，那么又继续假设空矿车在与出车端的液压阻车器相碰撞之前，在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上所有空车、1号空矿车和8号空矿车都不是处于接触状态，也就是说它们都被拉开了一点距离，即在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上所有空车、1号空矿车和8号空矿车都是以拉伸状态去冲击阻车器的，同样把这些空矿车和两辆重矿车的冲击都当做是刚性冲击，在=2\*GB3②—=3\*GB3③这个斜坡段上所有空车、1号空矿车和8号空矿车和两辆重矿车的冲击动能的冲击动能是：由上面的计算结果可以看出来，仍然是大于的，所以不管哪种情况，出车端的液压阻车器里的缓冲弹簧强度显然是满足要求的。出车端阻车器的弹簧验算满足要求，接下来就验算进车端的液压阻车器的缓冲弹簧。在推车机的作用下，当列车被其推动前进后，去冲击那个进车端的液压阻车器的时候，轨道线路上有很多矿车，有重矿车和空矿车，这些矿车有的处于拉伸状态，有的处于接触状态，它们所处的状态对计算冲击动能有很大的关联，需要分情况来讨论，然而在推车机的推爪后面的那些装满物料的重矿车，并没有处于接触的状态下，反过来说，它们处于拉伸状态之中，在这种的情况下，、、几辆重矿车加上1那辆空矿车的状态恰恰相反，它们并没有处于拉伸状态，而都是相互接触的，即处于接触的这种状态。那么这时应怎样计算冲击动能呢，当然首先根据前面计算过的可以看出来，重矿车、还有那个空矿车的冲击动能并非有进车端液压阻车器承担这个动能，那就是出车端液压阻车器承受其冲击动能。那么进车端的液压阻车器承受谁的冲击动能，当然是、、这三辆重矿车，首先它们以不是拉伸的状态去冲击阻车器，这三辆重矿车在推车机的推爪前方。那在推车机的推爪后面的重矿车是怎样的状态呢，分析一下，假如、、这三辆重矿车在开始与阻车器相接触到三辆重矿车在阻车器的作用下而完全停止之前的这段时间里面，在推车机的推爪后面的那些重矿车会相应的去撞上与自己前方的那个重矿车，如果是这样的话，在计算冲击动能的时候，就要需要考虑推车机推爪后面的那些重矿车对冲击动能的影响，因为他们相互撞击使得那三辆重矿车的动能提高，所以会产生这些影响，当然，如果不是这样的情况的话，也就不需考虑推车机推爪后面的重矿车的影响了。根据上面的分析可以获得一些计算所需要的信息和数据，知道碰撞阻车器的缓冲弹簧的重矿车的数量、碰撞阻车器的缓冲弹簧的初速度和弹簧本身就有的刚度。根据这些数据就可以算出、、这三辆重矿车在开始与阻车器相接触到三辆重矿车在阻车器的作用下而完全停止之前的这段时间。这些重矿车的车轮在碰撞阻车器的阻爪后，弹簧所产生的力并非是一个恒定的力，而是一个变化的力，则车轮所受到的经阻爪传递过来弹簧变力，那么这个变力用公式表示出来是：kgf在上面的这个式子里面：是缓冲弹簧弹簧刚度，kgf/mm;是弹簧的总变形量，mm、则根据牛顿第二定律可以计算出进车端的液压阻车器的缓冲弹簧受到的力是：kgf在上面的这个式子里面：是所有参与的碰装弹簧的矿车质量加上其载的物料质量，kg;是弹簧被矿车碰撞之后，矿车产生的加速度，m/。那么根据上面两式子可以得到：m/假设缓冲弹簧在装配过程中，由于有装配压力，这个压力使缓冲弹簧产生的初始压缩量是，那么矿车的碰撞缓冲弹簧做了功，这个功使其发生的形变量就是最后的形变与有装配压力产生的形变之差。矿车做的功是：kgfm这些矿车轮在碰撞进车端阻车器时压缩弹簧到达的随便一点，并且要使变形量达到最大时这些矿车的速度为，如果时间在前进一点，速度就变成了。那么速度的变化量为，。那么在这短暂的时间内，我们就可以把矿车缓冲弹簧的运动当作是那个匀变速运动，那么就可以得到：

在上面的这个式子里面：是重矿车压缩弹簧被矿车压缩形变量为时的加速度，由前面的式子中可以看到,。这些矿车碰撞阻车器后，开始压缩弹簧，矿车停止时弹簧压缩到，那么这段时间所产生动能变化为：矿车做的功不仅用于弹簧的压缩，而且还包括摩擦力消耗所做的功，如果对魔擦力所消耗掉的功不纳入计算，也就是忽略掉这个小功，那么矿车所有的动能变化量就全部转化为那个缓冲弹簧做的所有功。则根据上面的几个式子，可以得出：那么将上面这个式子导出的取正号，然后再代入在前面那个的微分式里面可以得到下面的式子：那么可以根据这个式子通过积分计算出两个不同压缩量之间所需要的时间。假设进车端的液压阻车器的缓冲弹簧第一个压缩量为，然后压缩量又变化，当压缩量变化到为的时候停止，那么此时压缩弹簧所需要的时间就可以计算出来，只需要将上式积分就行了，计算过程如下：s重矿车将缓冲弹簧压缩到时重矿车就停止运动了，被阻车器阻挡，这是的速度很明显是0。那么矿车的动能变为0了，它的这些动能与阻车器的弹簧做的功相等，当然这是不考虑摩擦阻力的情况下，那么根据这个原理，就可以得到一些计算式，把前面的式子建立起等式，下面是计算结果：那么可以将上面的这个导出式带入时间的微分方程中去计算，可以得到化简了的公式，下面就代入得：s由前面的计算过程可以知道，=0.525m/s、=24200kgf/m、=0.015m。三辆重矿车、、的接触状态视为刚性接触，它们装载的物料为矸石，因为这里验算弹簧强度，所以按照最大的重量来计算的，矸石比煤要重，所以是矸石，三辆重矿车碰撞进车端液压阻车器的弹簧上，因为有两个弹簧，假设这两个弹簧分担的质量相同，那么单个弹簧所承受的质量为3个重矿车和装载物料质量的一半，所以kg于是将所有的数据、、、，将这些数据代入矿车碰撞进车端的液压阻车器的缓冲弹簧被压缩的时间的公式中可以得到：s这三辆重矿车、、在推车机的推爪前方，它们压缩弹簧，最终进车端的液压阻车器的缓冲弹簧被压缩的距离为：m重矿车在推车机推爪的后方第一辆矿车与重车并没有处于接触状态，而是处于拉伸状态，两车头之间有一定的距离，这段距离用来表示，那么和缓冲弹簧被压缩的距离为，它的计算如下：m重矿车在前进运动的过程中会减速运行，那么它有一个加速度使其减速运动，这个加速度为：m/shf在上面的这个式子里面：是1.5吨600轨距固定式车箱矿车在轨道上运行的时候产生的一种阻力系数，查阅资料，这个系数取；是重力加速度，m/s。重矿车为推车机推爪的后面的第一个矿车，要算出在轨道上的滑行时间，再和压缩弹簧到停止的实践相比较，看谁用的时间长，假如重矿车在轨道上的滑行时间大于弹簧的压缩时间，那么就不需要考虑重矿车对推爪前的重矿车、、冲击对它们的冲击动能造成影响；假如这个时间小于弹簧压缩的时间，那么重矿车会对重矿车会造成冲击作用，那么就要考虑这个冲击。所以滑行时间需要算出来，那么由以下的公式来计算滑行时间：s上面的计算可以得知，在、、三辆重矿车停止压缩缓冲弹簧之前，推车机的推爪后面的第一辆矿车并没追赶上前面的一辆重矿车，所以阻车器的缓冲弹簧受到的冲击动能不用考虑矿车的冲击，只需要用、、三辆重矿车的冲击动能来验算。同样的，矿车头要吸收一小部分动能，但这部分的动能确实微不足道，所以忽略掉这点吸收的动能，则、、三辆重矿车装载着矸石的时候的冲击动能是kgfm由于进车端的阻车器弹簧和出车端的阻车器弹簧都是一样的，说明进车端的液压阻车器的缓冲弹簧可以吸收的动能和出车端的阻车器的缓冲弹簧一致，也就是，则看得出来>,也就说明了进车端的阻车器的弹簧是符合要求的，则进车端和出车端的阻车器的缓冲弹簧都是满足强度要求的。4.2阻车器的阻车爪轴的强度验算先将阻车器的阻车爪和轴的部分用图画出来，如图4-2。图4-2由图可以看出，阻车器的阻爪靠在铁轨上，中间的轴穿过阻爪，阻爪在推杆的作用下可以在轴上灵活的动作。来实现阻车的目的。那么阻车器阻爪的力臂由勾股定理可以计算出来，计算如下：mm阻车爪受到的最大的冲击了与阻车器上的缓冲弹簧的最大工作负荷基本上是一样的，也就是说最大冲击了就为，那么受到的最大力矩是：kgfcm轴承产生的支反力为，那么计算如下:kgf根据前面验算弹簧可知，阻车爪在最大的工作压下下，有它的最大工作行程，知道最大行程就知道了轴所受的最大弯曲力矩，所以要知道最大行程，则工作负荷为，则为90mm，那么由公式计算如下：在上面的式子里面：为动力系数，取其为1.5.下面来算轴的弯曲应力阻车器的驻车轴为45号刚，采用正火处理，这样的许用应力为，很明显>，所以阻车抓的轴强度满足要求，足够在最大的工作压力下中擦很难过的工作。5液压系统的设计液压系统主要有4各部分组成，包括动力源、控制元件、辅助元件、和执行元件组成。作为动力的是泵，泵由电机带动，然后泵通过旋转使机械能转变为液压能，作为动力输出；控制元件就是一些回路通过阀来控制，完成一些特定的运动；执行元件主要完成液压能转变为机械能，一般为马达，液压缸等；辅助元件就是出去上面三个部分的剩余部分，如温度计、过滤器和压力表等元件。液压传动还有很多优点，比如：1）在相同功率的情况下，液压传动装置要比机械传动和电传动的重量轻、体积小、运动惯量小；2）速度调节范围大，而且可以连续变速；3）液压元件基本上标准化，可以根据要求方便的购买，组装速度快；4）可以使带有液压装置的设备实现高度自动化。5.1液压系统原理5.1.1液压翻车机设备状况表5-1翻车机单位规格或型号适用矿车型号MG1.7-6A翻车次数每分钟2.5滚筒尺寸直径mm2700长度mm5100传动滚轮直径mm500支持滚轮直径mm5005.1.2设计要求设计的液压翻车机是应用在煤矿生产当中，那么就需要大功率、高压和低速的要求。在液压系统里面，也需要它有良好的平稳性并且工作机构不管处于何种状态下都能够立即停下来。该设计的液压翻车机工作环境不好，并且需要长时间的连续工作，所以液压元件要具有良好的性质，比如非常好的温度点和良好的散热功能，更加重要的是，必须符合一些重要的法律法规和章程，如符合《煤矿安全规程》中的防火、防爆等规定。液压泵站采用两套动力源，即两套相同的防爆电机和马达，一套备用，另一套工作，液压泵站还包括油箱，液压控制元件和执行元件液压缸和液压马达等。5.1.3液压系统图的设计根据要求来设计液压系统图，设计的液压系统原理图如图4-1所示，图中编号分别为：1—油箱，2—过滤器，3—定量泵，4—截止阀，5—压力表，6—压力继电器，7—调速阀，8—三位四通电液换向阀，9—马达，10—液压缸，11—溢流阀，12—两位两通电磁换向阀，13—单向阀。图中有两套动力装置，三个调速阀，3个三位四通换向阀，两个液压缸。当泵站工作时，油液经由马达输送至单向阀流向溢流阀和压力继电器，压力继电器和溢流阀都是用来控制系统的工作压力，然后油液继续流向三位四通换向阀，通过三位四通换向阀来控制执行元件的工作状态。液压系统的工作原理：翻车机处于工作状态的时候，电动机带动泵旋转，液压马达的三位四通阀处于打开状态，马达旋转，带动滚筒的滚圈跟着旋转，此时阻车阻车器关闭，阻挡待翻车的矿车,控制阻车器的液压缸处于中位，液压缸保持不动，此时的缓冲器定位装置打开，翻车机旋转360度之后完成一次翻卸，在定位装置的作用下回到初始状态，此时阻车器打开，液压缸往前推，即三位四通换向阀处于左位，翻车机内的矿车被推出，新的矿车进入翻车机等待翻转，阻车器关闭，阻车器三位四通阀处于右位，缓冲装置打开，翻车机可以进行下翻转，在翻车机滚筒的的定位上布置了传感器，用于检测翻车机所处的位置，通过PLC编程来控制液压元件的开闭，达到是阻车器开闭，使整个翻车机系统合理有序的运转。图5-1液压系统原理图5.2液压系统的计算5.2.1马达的选型液压马达是压力能与机械能转变的执行元件，马达的好坏将会直接影响液压翻车机可靠性和稳定性。选用液压马达的时候，不能乱选，要根据实际需求来选择，需要注意以下几点：1）工作的扭矩大不大，速度要求是多大；2）工作压力需要多大。选择马达压力能否符合要求；3）不要出现最高转速和最高压力同时出现；4）是否长时锁紧马达，防止负载运动，是否加制动装置。首先计算出翻车机输入轴上的输入扭矩，由于采用液压作为动力源，那么要假设以电动机作为翻车机直接动力来计算出所需要的扭矩，那么计算得式子如下：在上面的这个式子里面：是前面算出翻车机所需要的功率，kW；是原电动翻车所用的减速器的传动比，；是原来电动翻车机的机械效率，取；是原电动翻车机的电动机转速，rad/min将上面提到的数据代入公式计算得出：Nm初选马达：选用意宁液压生产的大扭矩低速马达，型号为。选择的马达参数如表5-2.表5-2选择马达的参数理论排量额定压力尖峰压力额定扭矩单位扭矩连续转速最高转速873mL/r25MPa35MPa3400Nm136Nm/MPa0.5—350r/min400r/min5.2.2液压泵的选择和电机的选型液压泵作为整个液压系统的动力，泵的越好，液压系统的可靠性和稳定性越好，相反就越差。选用液压泵的时候，需要考虑以下几点：1）要不要求变量。如果不变量的话，就选择用定量泵，反之选择变量泵。2）液压系统的工作压力大不大。需要的压力比较大的时候，可以选择柱塞泵。3）工作环境如何。当工作环境不是很好时，那么优先选择齿轮泵，因为齿轮泵抗污染能力最好。4）噪声的影响。一般噪声比较低的有啮合齿轮泵、螺杆泵和双作用叶片泵。5）考虑效率的高低。如果结构相同的泵，它们排量越大，其效率相对来说就越高；排量一样的泵，在额定工况时效率相对来说是最高的；所以，选择的液压泵应该符合自己的工况，不能忙目最求效率高低。马达的和阻车器的液压缸并非同时运作，而且液压缸推动阻车器的不大，所以考虑马达来选用液压泵。马达的实际输出转矩Nm马达的理论转矩：Nm同时：MPa这里先取一个压力损失，取压力损失为0.5MPa，即MPa。执行元件的最高压力为MPa确定液压泵的最大工作压力为上面的这个式子里面：是执行元件的最高压力；是油路上的压力损失，初定=0.5MPaMPa取液压泵的最大工作压力为24MPa。确定了工作压力之后，接下来确定液压泵的流量。采用马达最大转速来计算：因为马达与工作机构连接是用联轴器连接的，那么马达的最高转速为：r/min则泵的流量为：在上面这个式子中：是马达的最高转速；马达排量，=873mL/r；是容积效率，经过查阅资料取=0.96。L/min经过计算得到泵的工作压力和流量，根据这两个参数选取泵的型号，由于工作的环境在煤矿生产的地方，所以环境不是很好，同时噪音也不要太大，所以根据各泵的特点和个泵的参数选择泵。图5-3为各种泵的技术参数。则选取的泵为NB3-G32F型内啮合齿轮泵。该型号的齿轮泵的技术参数为：公称排量额定压力最高压力最高转速32mL/r25MPa32MPa3000r/min图5-3各种泵的技术参数液压泵的型号选择了后就可以选择电机了，下面就进行电机的选则计算。在上面的这个式子里面：是电动机的功率，kW；是液压泵的最大工作压力，Pa；是液压泵的输出流量，m/s；是液压泵的总效率。kW查阅资料选取电机为防爆电机Y180M-4，该电机的额定功率为18.5kW，转速为1470r/min。5.3液压元件的选型计算液压元件在液压系统中，承担着重要的组成部分，液压元件的选择将很大程度上影响液压系统的性能，这些性能包括可靠性、工作效率、温度和噪声等技术指标。在该设计中，液压元件的选择会考虑设计的液压系统的参数，比如液压马达的额定压力、压力损失等。最大的控制压力按实际压力的1.2到2倍来选择，调速阀按其最大流量和最小稳定流量选定，溢流阀按液压泵的最大输出流量选定。选择阀有一些原则，这些选择原则如下：1）额定压力的选择。根据系统设定压力选择相应压力级别的阀，而且要使系统压力适当低于额定压力值。一个液压系统通常具有多个回路，各部分回路的流量一般不同，所以也不能单纯根据泵的额定流量来选择液压阀。比较科学的办法是考虑整个系统在所有工况下每个回路可能流过的最大流量和最小稳定流量。对于偶尔有大流量通过的系统，根据具体情况来定，一般还是按大部分工况流量选，允许短时的超流量使用。2）安装方式的选择。阀的进出油口的连接方式分为：螺纹连接、板式连接、法兰连接。选择的依据是阀的规格、系统的复杂程度和布置特点。3）控制方式的选择。分为手动控制、电气控制、液压控制和机械控制等，根据需要来合理选择控制方式，本设计要求自动化较高，采用电磁控制。4）结构形式的选择。要根据具体要求选择合理的结构，机构形式对机能有很大影响。5）型号的选择。尽量选标准产品，如果真需要的话可以自行设计。溢流阀的选型参考相应的手册，根据前文关于液压油缸的流量和压力计算，结合前文关于液压泵的流量和压力计算，选择先导式溢流阀BT-06-32,调压范围为0—25MPa，最大流量为200L/min,质量为5kg，满足整个系统的要求。调速阀选型节流阀的通过流量会受到其进出油口压力差的影响，在液压系统中，压力取决于外部的负载，如果外部的负载压力变化，压差也会变化，流量也就随之变化，使得执行元件的速度随之变化，为使流经节流阀的流量能摆脱负载变化的影响，需要对节流阀进出油口的压力差进行补偿，这种带有补偿功能的阀称之为调速阀。根据液压泵的流量和压力参数，查阅相关手册，选用MSA30EF160型调速阀工作压力21MPa最小压差0.5—1MPa，液：AB为160L/min。满足系统要求。单向阀的选型单向阀是连接在泵的出油口防止液压油回流的，所以在选择的时候主要参照液压泵的流量和压力。型号为S20A220，通径为20cm，最大工作压力为31.5MPa，最大流量为65L/min。满足系统要求。换向阀的选型三位四通电磁换向阀位于各分油路上，其选择参照液压泵的流量和压力以及其中位机构，查阅相关选型手册选用4WE10E三位四通电磁换向阀，ABP腔的最大工作压力31.5MPa，T腔工作压力为16MPa，流量为100L/min。两位两通阀用在回油路上，起着卸荷的作用，查阅手册，选用22E-10B。过滤器的选型过滤器用于清除油液中的杂质，防止划伤、磨损零件或堵塞零件的孔隙。其主要参数如下：1）过滤精度。这是首要考虑的参数，过滤器能过滤多大尺寸的污染物首先就要看过滤精度。2）纳垢容量。指过滤器压力下降到一定值之前可以清除和容纳污染物的量。这一参数越大使用寿命越长。一般过滤面积大的纳垢容量大。3）工作压力。不同结构的过滤器许用工作压力不同，选择时要考虑最高压力是否是过滤器所能承受。4）压力损失。液体流经滤芯时有压力降，设计时要考虑进去。选择过滤器时主要考虑一下方面：1）根据使用目的选择过滤器类别。2）尽量有大的通油能力和小的压力损失。3）过滤精度要满足要求。4）滤芯易于更换和清洁。5）结构尽量简单、合理。6）价格低廉。结合上述条件，选用过滤精度10的过滤器，采用YDH0.60E5不锈钢纤维过滤器。将选择的阀列于表5-3中。表5-3序号代号名称数量1YDH0.60E5过滤器22BT-06-32溢流阀13S20A220单向阀244WE10E三位四通电磁换向阀35MSA30EF160调速阀3622E-10B二位二通电磁换向阀15.4管道尺寸的确定计算管道的尺寸在上面这个式子里面：是通过管道内的流量,m/s是在管道里面的液体平均流速，取m/s。根据计算结果，查阅机械设计手册，按标准的规格来选取管子为，材料为20钢，MPa，安全系数为6，冷却加工。另外，管子的壁厚需要验算，看其是否满足工作的要求。计算结果表明mm,也就说明所选的管子壁厚安全。5.5计算油箱容积油箱是液压系统很重要的一部分，其作用包括存储液压油液、散发热量、逸出空气、沉淀杂质和分离水分等。按照分类上讲，分为整体、两用和独立油箱三种。整体式油箱是机器和油箱合在一起的，而两用油箱指液压油和其他用途用油共用一个油箱，而本设计中采用的油箱是独立油箱，属于第三类，与其他液压元件共同组成液压泵站。本设计中液压元件都安装在油箱的顶盖板上，需要油箱顶部具有一定的安装位置，所以油箱属于扁平形状的，其特点为：1）油液脱气容易。2）液压泵的吸油管短，利于吸油。3）便于打开与维修。4）吸油过滤器易于接近。油箱的容量包括两部分，一是油的容量，二是空气的容量。当油箱注满油时，最高液面上方要留出10%到15%的空气容量来，主要是为了形成油的自由表面，促使空气的分离，容纳热膨胀和泡沫，还有就是容纳停机的时候系统中回流的液压油。油箱的有效容量为泵每分钟流量的3到7倍。由于泵站是固定的，空间不受限制，为了更好的散热，那么按照流量的6倍来计算。L查阅资料，油箱的油量为252L。5.6液压油的选取选液压油的时候要考虑工作环境、工作条件、油液的质量还有经济性。这些因素中最重要的是工作条件，而这里面最常考虑的是粘度。尽管各个液压元件都会指定各种需要的液压油，但实际中我们只能选择一种来使用，考虑到液压泵是液压系统中工作条件最为严酷的部分，所以我们通常根据液压泵的要求确定所用液压油的牌号，值得注意的是，按照液压泵的标准选择的液压油一般对液压阀也会适用。这里选取液压油为L-HV46液压油，运动粘度为46mm/s，密度为875kg/m。5.7验算系统性能压力损失主要由3部分组成：沿程压力损失、局部压力损失和阀类元件的局部压力损失。则需要算出3个压力损失。5.7.1沿程压力损失沿程压力损失，主要是进油管路的压力损失，假设此管路最长为2m，管的内径为15mm，流量为42L/min，那么管路中的实际流速为：m/s雷诺数：=在雷诺数那个式子里面是工作温度下的粘度，m/s。则代入式子中得：=<2320沿程阻力系数为MPa5.7.2局部压力损失当流体