大型H钢翻转提升机构设计

论文摘要本文阐述了大型H钢翻转提升机构的设计，设计包括了机械结构设计和控制系统设计两局部。机械结构局部采用了链式翻转、液压提升的结构组合。包括传动系统设计、翻转机构的具体设计、液压缸的设计等。控制系统采用了液压和机电结合的方式，利用液压控制系统的提升，机电控制系统的翻转操作。为了降低系统的本钱，控制系统采用的是继电器控制而不是现在比拟流行的PLC控制。关键词：H钢翻转机构提升机构AbstractThistextelaboratedthelargeHsteelinsideoutpromotethedesignofthemrvhsnidm,thedesignincludedthemachinestructuredesignandthesystemdesigntwofractionsofcontrol.Themachinestructurefractionadoptedthetypeofchaininsideout,thestructureassemblethatliquidpressestopromote.Theconcretedesign,liquidthatdesignsthecontentstoincludethedrivesystemdesign,insideoutmrvhsnidmpressesdesignetc.oftheurn.Controlthesystemadoptstheliquidtopressandthemodeofthemachineelectricaltwinning,makeuseoftheliquidtopresstocontrolthesystemtopromote,insideoutoperationofthemachineelectriccontrolsystem.Forthesakeofthestep-downcostofthesystem,controlwhatsystemadoptionisarelaycontrolbutisnotnowthanpopularofcontrolofPLC.Keyword:HsteelInsideoutmrvhsnidmPromotethemrvhsnidm目录TOC\o"1-3"\h\z论文摘要2Abstract3目录4第1章绪论11.1课题来源及研究的目的和意义11.2同类设备目前的开展状况1第2章系统总体设计62.1初始参数的拟订62.2机构的选择及各局部采用形式确实定6翻转机构6提升机构92.3H钢翻转过程分析92.4大型H钢翻转提升机的布置10第3章传动系统零件的选择及设计123.1电动机的选择123.2带传动设计及计算13皮带传动的计算133.2.2V带轮设计及计算15皮带传动的张紧17第4章翻转和提升装置零件设计194.1链条的选择及链轮的设计计算19链条的选择19链轮的设计及计算20滑轮的设计21链条的润滑224.2轴的结构设计及各局部的校核23轴的设计及计算234.2.2滚动轴承的校核26键的强度校核264.3液压缸的设计及计算27液压缸的结构设计27液压缸缓冲、排气和密封防尘装置设计及选择34第5章控制系统设计375.1液压系统设计375.2电气控制系统设计425.3系统工作过程45结论47致谢48参考文献49第1章绪论1.1课题来源及研究的目的和意义随着经济的不断开展，大型工业与民用建筑不断的出现，以至使得像大型H钢这样的钢材有着大量的市场需求。H钢虽然可以用热轧的方法制造，但只能在端面高度为400~600mm范围内取得最正确经济效果，小于或大于这个范围，用其它焊接方法制造更为有利。同时，在焊接生产加工中，当H钢完成组对并进行一面的焊接后，需要将其翻转，以便焊接另一面。但由于H钢体积大、重量重，人工很难翻转，所以需要专用的设备，尤其是在大批量生产中，就更需要一种翻转提升机构来完成这一操作，以提高生产效率。大型H钢翻转提升机就是应用在这种场合下的设备。1.2同类设备目前的开展状况对于翻转机构，现在已有很多的形式。如有框架式、头尾架式、链式、环式、推举式等。并已在实际生产中用于各种工件的翻转。目前国内还未对各种形式的翻转机制订出系列标准，但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机，并成系列。另外，配合焊接机器人使用的框架式、头尾架式翻转机，国内外均有生产。它们都是点位控制，控制点数以使用要求而定，但多为2点(每隔180°)、4点〔每隔90°〕、8点〔每隔45°〕控制，翻转速度以恒速的为多，但也有变速的。翻转机与机器人联机按程序动作，载重量多在20～3000Kg之间。例如我国汽车、摩托车等制造行业使用的弧焊机器人加工中心，已成功地采用了国产头尾架式和框架式的焊接翻转机，由于是恒速翻转，点位控制，并辅以电磁制动和汽缸锥销强制定位，所以多采用交流电动机驱动、普通齿轮副减速，机械传动系统的制造精度比轨迹控制的低1到2级，造价廉价。提升机构主要有机械式和液压式两种，且各种提升设备已形成标准系列。在这里就不在做详细的阐述。机械式与液压式起升机构的应用：主要介绍了机械式和液压式起升机构的根本分类，以及这两种机构在实际工程中的应用。一．起升机构的组成：起升机构可分为机械式和液压式两种。机械式起升机构包括：〔1〕啮合式驱动装置a〕用于主要为提升件货的绳索卷绕式起升机构b〕用于双绳或四绳抓斗的绳索卷绕式起升机构c〕链条卷绕式起升机构。d〕螺杆或针齿条以及齿条起升机构〔2〕驱绳轮起升机构的摩擦式驱动装置液压式起升机构压缸起升机构压马达驱动的绳索卷绕起升机构二．机械式起升机构的应用TDR-80型单晶炉是一种生产半导体的专用设备，该设备中就使用了一种新型的软轴卷扬提升机构。如图1图1新型软轴卷扬提升机构主箱体1起支撑和密封作用，旋转动力通过减速机传递给传动轴2，带动卷扬轮旋转，实现软轴的提升。为了消除传动卷扬提升机构中软轴钢丝绳的偏移和堆压，传动轴2设计为精密滚动花键副结构，在传递旋转动力的同时，有可以作相对移动。卷扬轮5、牵引螺纹套6与传动轴2的滚动花键套联接在一起。当滚动花键副带动卷扬轮旋转时，牵引螺纹套也同时旋转，由于牵引螺母7固定不动，这样卷扬轮就由牵引螺纹套带着一起移动。将牵引螺纹套的螺纹距与卷扬轮的绳槽螺距设计为相等，这样就能保证在卷扬轮旋转提升软轴钢丝绳时，伴随着卷扬轮的水平同步移动。克服了软轴钢丝绳的堆压与偏移，确保了软轴钢丝绳始终在调定的回转中心上。图1所示提升机构是对传统软轴卷扬提升机构的一种改良形式，通过这种改良解决了传统软轴卷扬提升机构在卷扬提升时会产生软轴钢丝绳的堆压或偏移，产生爬行，抖动及提升误差。新型软轴提升机构主要是以卷扬提升工作原理来实现软轴的提拉工作，与传统的卷扬提升机构最大的区别是，新型软轴提拉机构的卷扬轮在卷扬提升的同时，伴随有卷扬轮的水平移动，以便保证软轴钢丝绳的对中性，实现软轴在旋转过程中的稳定性。图2为火力发电厂冷却水塔施工专用设备EGI.TM提模系统。它由假设干个结构相同的单元组成，每个单元都通过轨道依附在已浇注混凝土的水塔筒壁上，并随着水塔筒壁升高而升高。图2提模系统主框架结构简图该系统提升机构由电动机、蜗轮减速器、提升丝杆、滑动套架、平安螺帽等组成。滑动套架两侧通过“V〞滑槽与主架弦杆相连，前部通过勾轮与轨道相连，后部与提升丝杆铰接。蜗轮减速器的蜗轮外圆轮齿与蜗杆啮合，内孔通过梯形牙与提升丝杆啮合，下端通过弹性平安销与平安螺帽相连。平安螺帽具有防止主架下坠和系统过载保护功能。当蜗轮内牙被剪断时，平安帽可以防止主架突然坠落；当系统出现过载时，平安销被剪断，平安螺帽与蜗轮抱死，提升机构不能动作。以下图所示为一新型底下垃圾桶，它不但解决了普通垃圾桶占用地上空间且桶体易粘挂垃圾，夏天有恶臭味，不能防止人掏捡垃圾，造成垃圾外溢，影响市容市貌的缺点，而且机构结构简单、耐用、本钱低。同时可以降低环卫工人的工作强度。图3地下垃圾桶提升机构简图该提升机构分三局部:省力机构、减速机构、附件。在提升机构中两边有两股钢丝绳分别缠绕在两组动滑轮上，一滚筒轴与一输出轴通过一对链轮连接，垃圾工清理垃圾时，用手柄转动输出轴带动链轮1转动，链轮1通过链传动，带动链轮2转动，链轮2再带动同轴的滚筒5转动，滚筒5将钢丝绳绞起来，钢丝绳通过一滑轮组4;拉动底板3向上运动，底板上放一垃圾桶，进而把垃圾桶提升上去。三．液压式起升机构的应用平行四边形机构能按比例放大工作行程，广泛使用在各类液压升降设备中，但工作方式都是顶升，如液压升降工作台。图4为长江航标2.44.浮筒清洗装置，该装置就是利用平行四边形机构设计的一套工作臂液压提升机构。图4长江航标浮筒清洗装置图5机构运动简图工作臂上有多把旋转的清洗刷，通过刷的摆动和工作臂在垂直轨道中的上下运动清洗浮筒外表，工作臂的上下运动由液压缸通过提升机构驱动。工作臂联结在滑块6上〔见图5〕，由10个铰接的平面运动构件构成四个平行四边形。整个装置由滑轮引导在垂直轨道中运动，相当于滑块在垂直中心线上运动，从而使两液压缸实现机械同步，机构的提升行程约为液压缸行程的6倍。平行四边形提升机构，具有结构紧凑.构造简单，运动可靠的优点。在实际中还可采用单个液压缸垂直安装拉动铰链B及丝杆传动等其他驱动方式，是一种比拟实用的液压提升机构形式。四．两种机构的比拟由以上两种机构的实际应用可以看出机械式提升机构根本上用于有很大提升行程要求的系统中，整个提升机构较为复杂。液压式提升机构的运行比拟平稳，容易实现无级调速及过载保护，且装置的使用寿命较长。但液压提升机构中的油液较易受温度变化的影响，同时油液还有泄露的问题。另外，机械式提升机构大多都是采用提拉的方式提升重物，而液压式提升机构主要采用推举的方式提升重物。所以具体采用那种提升构就要根据具体的环境情况、工作要求、以及人员状况等。所以机械式提升机和液压式提升机之间都存在缺乏之处，同样他们之间也各有自己的优点。第2章系统总体设计2.1初始参数的拟订翻转的H钢最大尺寸为：高1200mm、宽600mm、长18000mm，可承受的最大载荷为10吨。每个翻转机构设置1台翻转电机，要求机构能实现正反方向任意角度的翻转。提升机构的最大提升高度为800mm。整个系统由3个翻转提升架组成，分别编号为Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号。Ⅰ号与Ⅱ号之间相距4m，Ⅱ号与Ⅲ号之间相距7m。各翻转提升架之间放置输送辊道。2.2机构的选择及各局部采用形式确实定根据对题目“大型H钢翻转提升机构设计〞可知，该机构主要有两局部组成，即翻转机构和提升机构，现分别对这两种机构进行讨论。翻转机构翻转机构是将工件沿水平轴转动或倾斜，使之处于有利于加工位置的变位设置机构。最为常见的有框架式、头尾架式、链式、环式、推举式等翻转机构。它们的使用场合见下表。表2-1翻转变位机构形式变位速度驱动方式使用场合框架式恒定机电或液压板结构、桁架结构等较长焊件的倾斜变位头尾架式可调机电轴类和椭圆形焊件的环形焊缝，外表堆焊时的旋转变位链式恒定机电装配定位焊后，自身刚度很强的梁住型的翻转变位环式恒定机电装配定位焊后，自身刚度很强的梁住型的翻转变位。在大型构件的组对与焊接应用中较多推举式恒定液压各类构件的倾斜变位。装配和焊接在同一工作台上进行根据各种机构的使用场合可知，对于大型H钢的翻转可以采用链式、环式和推举式翻转机构。现对这三种机构加以比拟，以确定最终采用的机构形式。1．链式翻转机构链式翻转机构结构形式如以下图图2-1链式翻转机构由图可知，链式翻转机构结构比拟简单，因为采用链条支撑，对箱形断面的角接焊缝也同样适用，其缺点是焊缝对中较费时，焊接是在自由状态下焊接，不便于用夹具控制焊接变形。2．环式翻转机构环式翻转机构结构形式如以下图图2-2环式翻转机构在翻转同等体积的H钢时环式翻转机构整体尺寸较大，机构上配有加紧装置，因此，相对与链式而言，结构复杂。但特别适合与超大型工件的翻转。3．推举式翻转机构推举式翻转机构结构如以下图图2-3推举式翻转机构推举式翻转机构结构也比拟简单，且能翻转的工件类型也较多，但这种结构一次最多只能翻转90°，翻转后工作台需要复位。对于大角度的翻转效率低下。根据以上三种机构的特点，考虑结构的复杂程度和工作效率，选用链式翻转机构做为大型H钢的翻转装置。链式翻转机构主要由电机、链条、链轮、张紧轮及架体等组成。在起重机械中应用的链条主要有环形焊接链和片式关节链。使用环形焊接链条具有挠性好、可用较小直径的链轮和卷筒，且传动机构外形尺寸小，链条本身耐腐蚀。缺点是可靠性差、有突然断裂的可能、不耐冲击、质量大、不易用于高速提升设备中，链条本身运动中常产生滑移和摩擦。片式关节链的挠性比焊接链更好，比拟可靠、运动平稳。缺点是有方向性、横向无挠性、本钱高、对灰尘和锈蚀较为敏感。由于设备在运动中有冲击，出于平安和运动稳定性的考虑，选用片式关节链作为翻转用链条。电机通过窄V带将功率传递给翻转装置，因为翻转提升架的翻转过程不需要准确的速比，且翻转过程中对系统有冲击，所以优先选用带传动的形式。另外在各种带中，窄V带具有普通V带的所有特点外，不但寿命长、传动功率大、费用低而且可以减少带轮的宽度和直径。提升机构提升机构分为机械式和液压式两种，现对这两种机构进行比拟，以确定最终采用的机构形式。机械式提升机构通常是以省力的钢丝绳滑轮组作为执行构件的，所以可以有较大的提升范围，滑轮组一般使用定滑轮、定滑轮和动滑轮、双联滑轮组〔四分支〕、双联滑轮组〔八分支〕等几种形式。另外在机械式提升机构中，也有采用齿轮和齿条进行提升，但采用这种机构的设备一般只适用于小型货物、轻载情况下的提升作业。液压式提升机构也是常用提升机构中的一种。它采用液压作为动力源。包括有使用液压马达，其执行提升的机构同机械式。还有采用液压缸进行提升。由于液压缸的行程有限，对于较大行程的提升都设计有增加行程的装置，如X形的支架。因此，液压式提升机构多用于升降台、汽车翻斗等不需要很大行程，但却有较大载重的设备中。考虑液压传动具有在同样的驱动功率下，液压装置的重量更轻、体积更小及耐冲击的特点。选用液压式提升机构作为H钢的提升装置。由于系统不需要较大的提升行程，所以使用液压缸直接推动翻转架进行提升即可，这样做，虽然要使用较多的液压缸，但可以简化提升机构，所有翻转架的液压缸都由一个泵源提供动力，即可保证液压缸的同步动作，也可以减少空间的使用。2.3H钢翻转过程分析在H钢被提升起后，在链条上处于图2-4所示状态，当链条顺时针旋转时，H钢将会以B点为中心逆时针方向翻转。图2-4翻转过程当A点到达最低点后，如图2-5。假设H钢要继续翻转，就要以A点为中心，此时如果重心在支点A的左侧如图2-5〔a〕，那么它产生的力矩将会使H钢继续翻转。如果重心在支点A的右侧如图2-5〔b〕，它产生的力矩将会阻止H的翻转，此时要求H钢的惯性足以克服重力产生的力矩使H钢继续翻转到重心移动到A点的左侧，否那么H钢翻转到此位置时将停止翻转且在链条上打滑。H钢是否会打滑主要取决于H钢与链条摩擦力的大小，即如果摩擦力足够大，将出现图2-5〔a〕的状态，此时不会发生打滑现象。如果摩擦力不够大，出现图2-5〔b〕的状态就要求H钢有足够的翻转速度以保证不出现打滑的现象。由于链条的外表有明显的凹凸不平，所以H钢与链条之间的摩擦力不能简单的用平面之间的静摩擦进行计算，所以这里不对H钢是否打滑进行理论计算。图2-5H钢翻转过程简图2.4大型H钢翻转提升机的布置整个系统由3个翻转提升架组成，分别编号为Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号。要求三个翻转提升架成一排放置，三个翻转提升架的中心线保持在一条直线上，且Ⅰ号与Ⅱ号之间相距4m，Ⅱ号与Ⅲ号之间相距7m。各翻转提升架之间放置输送辊道。控制台放置在Ⅱ号架的一侧。见图2-6。第3章传动系统零件的选择及设计3.1电动机的选择翻转局部的结构简图如以下图图3-1翻转结构简图设计链速为0.5m/s，单个翻转架承受重力为50000N。受力分析如图图3-2链条受力水平分力F’=F·cosα=34295×cos52°=23477NP=Fv=34295×0.5=17147.5W=1.72475KWP电=式中：η链——链条传动效率，取η链=90%η皮——皮带传动效率，取η皮=80%根据《机械设计手册》第5卷，表22-1-82选取电动机YZ160L-8，转速705r/min，额定功率7.5KW。电动机YZ160L-8是起重设备专用电机，这种电动机具有启动转矩大，启动电流小的特点，且能够频繁、重载启动。因此选用这种类型的电机作为系统的翻转电机。3.2带传动设计及计算皮带传动的计算原始设计资料：传递的功率P=2.3KW，窄V带传动，每天工作小于10小时，重载启动且有载荷冲击。1．确定计算功率PcaPca=KAP〔3-1〕式中：Pca——计算功率KA——工作情况系数。查《机械设计手册》第3卷表13-1-16得KA=1.4P——传递的额定功率Pca=1.4×2.3=3.22KW2．选择带型根据小带轮转速n1=705r/min，Pca=3.22KW，由《机械设计手册》第3卷图13-1-2选用窄V带SPZ。3．确定带轮的基准直径〔1〕初选小带轮基准直径dd1根据V带截形，参考《机械设计手册》第3卷表13-1-11选取dd1=63mm，那么da1=67mm。〔2〕计算带速〔3-2〕式中：v1——主动轮的圆周速度n1——主动轮的转速〔3〕计算从动轮基准直径dd2设计传动比i=1：5根据《机械设计手册》第3卷表13-1-11圆整到dd2=315mm，da2=319mm。4．确定中心距a和带的基准长度Ld初定中心距a0(3-3)0.7×(63+315)<a0<2×(63+315)264.6<a0<756初选a0=550mm。基准长度(3-4)==1622.212mm根据《机械设计手册》第3卷表13-1-6选取Ld=1600mm。(3-5)考虑安装调整和补偿预紧力的需要，中心距的变动范围为：5.验算主动轮上的包角根据对包角的要求，应保证：(3-6)包角满足要求。6．确定带的根数〔3-7〕式中：Kα——包角系数KL——长度系数P0——单根V带的根本额定功率根据《机械设计手册》第3卷表13-1-21查得Kα=0.92，表13-1-22查得KL=1.16，表13-1-19查得P0=0.68。取z=5根7．确定带的预紧力〔3-8〕式中：m——V带单位长度质量v——带速z——带的根数Kα——包角系数Pca——计算功率查《机械设计手册》第3卷表13-1-23得m=0.07kg/m。8．计算传动作用在轴上的力〔3-9〕式中：z——带的根数F0——单根带的预紧力α1——主动轮上的包角V带轮设计及计算根据V带轮的转速和功率，V带轮采用材料HT150铸造1．小带轮设计计算由于小带轮的基准直径dd≤2.5d，所以小带轮采用实心式，结构形式如图3-3：图3-3小带轮结构表3-1小带轮结构参数参数数值(mm)计算公式d32d158d1=(1.8～2)ddd63da67B64B=2f+4eL83L=(1.5～2)dψ36°式中：f——第一槽对称面至端面距离e——槽间距2．大带轮设计大带轮采用孔板式，结构形式如图3-3：图3-3大带轮结构表3-2大带轮结构参数参数数值〔mm〕计算公式d45d190d1=(1.8～2)ddd315da319B64B=2f+4eL64B<1.5d时，L=BC’11(1/7～1/4)BD1259D0174.5D0=0.5(D1+d1)d050d0=(0.2～0.3)(D1-d1)ψ36°式中：f——第一槽对称面至端面距离e——槽间距皮带传动的张紧由于V带不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的运转后，就会由塑性变形而松弛，使预紧力降低。因此，为了保证皮带能够正常的工作，必须要有一种装置使得皮带始终处于一种张紧的状态。图3-4摆架式张紧装置常见的张紧装置有定期张紧装置〔滑道式和摆架式〕、自动张紧装置和采用张紧轮的装置。在接近水平和垂直的皮带传动中适合采用定期张紧的方法，本设计采用摆架式张紧的方法，结构如图3-4。当要调节带的预紧力时只要调整电动机下方的螺母即可。第4章翻转和提升装置零件设计4.1链条的选择及链轮的设计计算链条的选择1．链条的选择根据第2章链条的受力分析可知，链条工作时拉力为39.984KN。由《机械设计手册》第2卷表8-1-73选择LH0866型板式起重链条。根本参数如下：公称节距P12.7mm板数组合6×6极限拉伸载荷Q66.7KN2．链条的长度链条的布置形式如图4-1：图4-1链条的布置形式根据链条的布置形式初步确定链条长度考虑到链轮局部的链条长度没有算入，所以取L=6200mm3．确定链条的节数〔4-1〕取Lp=490节式中：Lp——链条的节数L——链条的长度P——链条的节距链轮的设计及计算链轮采用整体式钢制小链轮，结构形式如图4-2：图4-2链轮结构表4-1链轮根本参数名称数值〔mm〕计算公式配用链条节距P12.7根据《机械设计手册》表8-1-73查得配用链条的滚子外径d15.12配用链条的排距Pt6.25Pt=3b0分度圆直径d68齿数z17取z=17dk35齿顶圆直径da77齿根圆直径df63分度圆旋齿高ha5轮毂厚度h11.5轮毂长度l36轮毂直径dh58齿宽bf3.7表中：v——设计链速n——链轮转速k——常数50＜d＜100时k=4.8b0——链板厚度见《机械设计手册》第2卷表8-1-73LH0866型b0=2.08mm滑轮的设计因为链条的布置形式特殊〔链条的布置形式见图4-1〕，所以要设计一个滑轮将下侧的链条拉紧，以防止上下两侧的链条在工作的时候发生接触。滑轮的结构形式见以下图：图4-3滑轮的结构表4-2滑轮设计参数名称数值〔mm〕计算公式d80轮槽直径D1140轮缘直径D2160轮缘间宽b30滑轮宽B50表中：P——链条节距P=12.7mmb——链条销轴长度b=27.99mmh1——链条通道高度h1=12.32mmd2——链条销轴直径d2=5.09mm链条的润滑由于链条采用的是开式传动，且链条较长、布置形式特殊，不易采用手工润滑。所以要求定期将链条拆下，放入煤油中清洗，枯燥后，浸入70～80℃润滑油中，待铰链间隙中充满油后安装使用。润滑油采用牌号为L-AN46的全损耗系统用油，润滑油中参加添加剂WS2。4.2轴的结构设计及各局部的校核轴的设计及计算系统中有主动轴一根，空场链轮轴一根、滑轮轴一根及电动机采用摆架式张紧安装时使用的销轴一根。现仅对主动轴做精确的设计计算。1．求输出轴上的功率P轴、转速n和转矩T链条的传动效率为η=0.98那么P轴=1.9992/0.98=2.04KW2.求作用在链轮上的力由第2章链条的受力分析可知Fr=25000NFt=23477N3．初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计手册》第2卷表6-1-19取A0=112于是得〔4-2〕轴的最小直径处为安装链轮处，此处有一个键槽，轴径应放大6%，即取。4．轴的结构设计〔1〕拟定轴上零件的装配方案装配方案如图4-4。〔2〕根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度①为了使链轮轴向定位，Ⅰ处右侧制有螺纹，Ⅰ-Ⅱ处长70mm，Ⅱ处右侧制出一轴肩，dⅡ-Ⅲ=50mm。②初选滚动轴承。因轴承只受径向力的作用，应选用深沟球轴承。参照工作要求，并根据dⅡ-Ⅲ=50mm，选用深沟球轴承6410，其尺寸为d×D×B=50×110×31。考虑到Ⅱ-Ⅲ处端盖的厚度及轴的伸出长度，取Ⅱ-Ⅲ处长51mm。③Ⅲ处右侧制出一轴肩dⅢ-Ⅳ=55mm，Ⅲ-Ⅳ长550mm。dⅣ-Ⅴ=50mm，考虑到此处安装有轴承、皮带轮和端盖，取Ⅳ-Ⅴ长30mm,Ⅴ-Ⅵ长100mm。Ⅴ处右侧制有螺纹M42，Ⅵ-Ⅶ长50mm。〔3〕轴上零件的周向定位皮带轮、链轮的周向定位均采用平键联接。查《机械设计手册》第2卷表5-3-18，链轮与轴的定位选用键b×h×l=10×8×28。皮带轮与轴的定位选用键b×h×l=14×9×50。选用皮带轮、链轮与轴的配合为H7/r6，以保证良好的对中性。滚动轴承的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。〔4〕确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角2×45°，各轴肩处的圆角半径为R2。5．求轴上的载荷根据轴的结构简图作出轴的计算简图、弯矩图和扭矩图。图4-5轴的载荷分布从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出B处是危险截面。现将计算出截面B处的MH、MV及M的值列于下表：表4-3截面B处的载荷计算载荷水平面H垂直面V支反力FNH1=21608NFNH2=2409NFNV1=22435NFNV2=2565N弯矩MMH=1385NmMV=1475Nm总弯矩扭矩TT=138Nm6．按弯扭合成应力校核轴的强度现只校核轴的危险截面B处的强度〔4-3〕式中：d——轴的直径M——轴所受的弯矩T——轴所受的扭矩Ψ——校正系数，双向旋转Ψ=1σ-1p——轴的许用弯曲应力查《机械设计手册》第2卷表6-1-1取σ-1p=207MPa危险截面B处轴的强度满足要求滚动轴承的校核选用的滚动轴承为深沟球轴承6410，设计工作寿命为1000h。〔4-4〕式中：C——根本额定动载荷P——当量动载荷fh——寿命因数fn——速度因数fm——力矩载荷因数，fm=1.5～2fd——冲击载荷因数fT——温度因数Cr——轴承径向根本额定动载荷因为轴承只承受径向力，故P=Fr=25KN。查《机械设计手册》第2卷表7-2-8得fh=1.26，表7-2-9得fn=0.62，表7-2-10得fd=1.2，表7-2-11得fT=1.0。查《机械设计手册》第2卷表7-2-5滚动轴承6410的Cr值为92.2KN。C＜Cr，故滚动轴承6410满足动载荷要求。键的强度校核轴上共有两个键，由于链轮处的键所受的应力最大，故对此处的键做强度校核。1．挤压强度校核〔4-5〕式中：T——传递的转矩k——键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h=0.5×8=4mml——键的工作长度，圆头平键l=L-b=28-10=18mmd——轴的直径[σp]——键连接的许用挤压应力查〈〈机械设计手册〉〉第2卷表5-3-17有冲击载荷的情况下[σp]不大于120MPa。σp＜[σp]故键挤压强度满足要求。2．键的剪切强度校核〔4-6〕式中：T——传递的转矩d——轴的直径b——键的宽度l——键的工作长度，圆头平键l=L-b=28-10=18mm查〈〈机械设计手册〉〉第2卷表5-3-17有冲击载荷的情况下τp=90MPa。τ＜τp故键的剪切强度满足要求。4.3液压缸的设计及计算液压缸的结构设计目前，液压与气压传动分别在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化、执行件柔性化等方面取得了很大的进展。同时，由于它与微电子技术密切配合，能在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以准确地控制，从而更使得它在各行各业中发挥出了巨大作用。液压缸是液压系统中的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动。液压缸的种类有：单作用液压缸、双作用液压缸、组合液压缸。其中单作用液压缸又分为拄塞式液压缸、单活塞杆液压缸、伸缩液压缸等。柱塞式液压缸结构：(1)它是一种单作用式液压缸靠液压力只能实现一个方向的运动,柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重;

(2)柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触,这样缸套极易加工,故适于做长行程液压缸;

(3)工作时柱塞总受压,因而它必须有足够的刚度;

(4)柱塞重量往往较大,水平放置时容易因自重而下垂,造成密封件和导向单边磨损,故其垂直使用更有利.单活塞杆液压缸的活塞仅单向液压驱动，返回行程是利用自重或负载将活塞推回。双活塞杆液压缸的活塞的两侧均装有活塞杆，但只向活塞一侧供给压力油，返回行程通常利用弹簧力，重力或外力。伸缩液压缸是以短缸获得行程，用压力油从小到大逐节排出，靠外力由大到小、逐节缩回；双作用液压缸又分为单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、伸缩液压缸。单活塞杆液压缸的单边有活塞杆，双向液压驱动，两向推力和速度不等。双活塞杆液压缸双边有活塞杆，双向驱动，可实现等速往复运动。伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小,而空载缩回的顺序那么一般是从小到大.伸缩缸可实现较长的行程,而缩回时长度较短,结构较为紧凑.此种液压缸常用于工程机械和农业机械上.摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件,也称摆动式液压马达.有单叶片和双叶片两种形式.图中定子块固定在缸体上,而叶片和转子连接在一起.根据进油方向,叶片将带动转子作往复摆动.；组合液压缸又分为弹簧复位液压缸、串联液压缸、增压缸、齿条传动液压缸。弹簧复位液压缸是单向液压驱动，由弹簧里复位。串联液压缸用于缸的直径受限制，而长度不受限制处，可获得大得推力。增压缸是由大小油缸串联组成，由低压大缸驱动，使小刚获得高压。齿条传动液压缸的活塞往复运动，经齿条传动使与之啮合的齿轮获得双向回转运动。液压缸的五个部件是1-缸筒和缸盖2-活塞和活塞杆3-密封装置4-缓冲装置5-排气装置，压缸的工作原理是：每种缸的工作原来几乎都是相似的,我就拿一个手动千斤顶来说它的工作原来吧,千斤顶其实也就是个最简单的油缸了.通过手动增压秆(液压手动泵)使液压油经过一个单项阀进入油缸,这时进入油缸的液压油因为单项阀的原因不能再倒退回来,逼迫缸杆向上,然后在做工继续使液压油不断进入液压缸,就这样不断上上升,要降的时候就翻开液压阀,使液压油回到油箱.这个是最简单的工作原来了,其他的都在这个根底上改良的。油缸和气缸的优缺点：〔1〕由于气动系统使用压力一般在0.2-1.0Mpa范围,因此气缸是不能做大功率的动力元件.液压缸就可以做比拟大的功率的元件,使用液压系统,

〔2〕从介质讲空气是可以用之不竭的,没有费用和供给上的困难,将用过的气体直接排入大气,处理方便,不会污染.液压油那么相反了,呵呵.

〔3〕空气黏度小,阻力就小于液压油

〔4〕但空气的压缩率远大于液压油所以它的工作平稳性和响应方面就差好多了1．原始数据H钢重10t，翻转架重2t。单个液压缸承受负载=〔10/2+2〕/4=1.75t=17500N行程L=800mm提升速度0.08m/s2．初步设计液压缸为双作用单活塞杆液压缸，此液压缸的双边都有活塞竿，双向液压驱动，可实现等速往复运动。根据负载大小和液压缸的工作压力确定活塞的有效工作面积，再根据液压缸的不同结构形式计算出缸筒的内径。图4-6液压缸结构形式3．选择液压缸的工作压力为2.5Mpa〔根据《机械设计手册》第4卷GB/T7938-1987选取〕。〔1〕计算液压缸的牵引力FF=F压+F密+F惯+F背〔4-7〕一般取F密=〔0.01～0.1〕F压F密=0.1×17500=1750NF惯=〔4-8〕式中：G——运动部件的总重力g——重力加速度△v——启动、制动时的速度变化量△t——启动、制动时所需的时间△t=〔0.01～0.5〕SF惯==1429NF背=0F=17500+1750+1429+0=20679N〔2〕计算液压缸内径、活塞直径D===0.105m=105mm〔4-9〕根据《机械设计手册》第4卷表17-6-2选择D为125mm〔3〕活塞杆直径在受压时P≤5MP情况下：d取〔0.5～0.55〕Dd=125×0.5=62.5mm根据《机械设计手册》第4卷表17-6-2选取d=63mm4．缸筒长度L以及其它部位尺寸图4-7液压缸结构最小导向长度：H≥+=+=102.5mm〔4-10〕取H=103mm活塞宽度B=〔0.6～1.0〕D，取B=0.8×125=100mm导向套滑动面长度A，当D＞80mm时A=〔0.6～1.0〕d取A=0.6×62.5=37.5mm隔套C=H－0.5〔A+B〕=103-0.5〔100+37.5〕=34.25mm取C=35mm5．缸筒壁厚及其验算〔1〕根据《机械设计手册》第4卷表17-6-9选取缸筒外径为146mm。δ=〔146-125〕=10.1mm〔2〕壁厚校核==0.081mm=0.08～0.3可用以下公式校核δ≥〔4-11〕式中：Pmax——缸筒内最高工作压力Pmax=1.5×2.5=3.75MPa[δ]——缸筒材料的许用应力，[δ]=δb/n，δb为材料的抗拉强度，n为材料的平安系数n=3.5～5缸筒材料选为35号缸，δb=540MPan取4[δ]=540/4=135MPa==0.0017m=1.7mmδ＞1.7mm壁厚强度合格6．缸底、缸盖设计及计算〔1〕缸底采用焊接方式，如图4-8图4-8缸底连接方式δ1≥0.433D2〔4-12〕式中：D2——计算厚度处直径，取D2=105mmδ1≥0.433×105×=6.2mm焊缝应力计算公式为：δ=MPa〔4-13〕式中：F——缸内最大推力D1——缸筒外径d1——焊缝直径η——焊接效率取η=0.7δb——焊条材料的抗拉强度n——平安系数取n=4δ==13MPaMPa＞δ焊接强度可靠〔2〕缸盖采用外螺纹连接，如图4-9图4-9缸盖连接方式螺纹处拉应力：δ=N/mm2〔4-14〕螺纹处剪应力：τ=N/mm2〔4-15〕式中：F——缸筒端部受最大推力D——缸筒内径d0——螺纹外径d1——螺纹底径K——拧紧螺纹的系数，不变载荷取K=1.25～1.5K1——螺纹连接的摩擦因数，K1=0.07～0.2,平均取K1=0.12螺纹使用M140×4普通螺纹，查《机械设计手册》第2卷表5-1-3得d1=135.670mmδ=12.45N/mm2τ=4.2N/mm2合成应力δn=14.42N/mm2许用应力：δp=〔4-16〕式中：δs——缸筒材料的屈服极限35缸为320MPan0——平安系数取n0=1.2～2.5δp=320/2=160MPaδp＞δn螺纹强度满足要求7．活塞杆稳定性计算当活塞杆受轴向压缩负载时有压杆稳定性问题，即压缩力F超过某一临界Fk值时活塞杆就会失去稳定性。活塞杆稳定性按下式进行校核

式中，nk—平安系数，一般取nk=2~4。

当活塞杆的细长比时，

当活塞杆的细长比，且时，式中，l—安装长度rk—活塞杆截面最小回转半径，；

ψ1—柔性系数α—系数，E—活塞杆材料的弹性模量，钢材：；

J—活塞杆横截面惯性矩；

A—活塞杆横截面积；

f—由材料强度决定的试验值〔1〕活塞杆强度校核δ=≤δpMPa〔4-17〕式中：F——活塞杆的作用力d——活塞杆的直径δp——材料的许用应力35钢为135MPaδ==6.5MPa＜δp活塞杆强度足够〔2〕活塞杆弯曲稳定性校核液压缸采用脚架方式两端固定，那么LB=900mm由于活塞杆受力F完全在轴线上，所以按下式验证F≤〔4-18〕式中：FK——活塞杆弯曲失稳临界压缩力nK——平安系数，通常取3.5～6〔4-19〕式中：E1——实际弹性模数，取E1=1.80×105MPaK——液压缸安装导向系数，查《机械设计手册》第4卷表17-6-17得K=2I——活塞杆截面惯性矩F=20233N＜9.4×104N活塞杆有足够的弯曲稳定性。液压缸缓冲、排气和密封防尘装置设计及选择1．缓冲装置是利用活塞或缸筒移动到接近终点时，将活塞和缸盖之间的一局部液体封住，迫使液体从小孔或缝隙中挤出，从而产生很大的阻力，使工作部件制动，防止活塞和缸盖的相互碰撞。常见的缓冲装置如图4.13所示。图4.13a〕所示为节流口可调式缓冲装置，当活塞上的凸台进入端盖凹腔后，圆环形回油腔中的液体只能通过针形节流阀流出，这就使活塞制动。调节节流阀的开口，可以改变制动阻力的大小。这种缓冲装置起始缓冲效果好，随着活塞向前移动，缓冲效果逐渐减弱，因此它的制动行程较长。图4.13b〕所示为节流口变化式缓冲装置，它在活塞上开有变截面的轴向三角节流槽。当活塞移近端盖时，回油腔油液只能经过三角槽流出，因而使活塞受到制动作用。随着活塞的移动，三角槽通流截面逐渐变小，阻力作用增大，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，制动位置精度高。当液压缸带动质量较大的部件做快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，由此产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关局部的损坏，而且会引起其他相关机械的损伤。为了防止这种危害，保证平安，采取缓冲措施，对液压运动速度进行控制。但是根据《机械设计手册》第4卷液压缸缓冲装置局部可知，当活塞运动速度在0.1m/s以下时，不必采用缓冲装置。由于本设计中活塞运动的速度仅为0.08m2．由于液体中混有空气或液压缸停止使用时空气侵入，由此就会引起活塞运动时的爬行和振动，产生噪音，甚至使整个液压系统都不能正常工作。所以排气阀是用来排除油缸内的空气，使油缸稳定工作。根据液压缸的安装形式，将排气阀放置在缸底上，选用整体式。在液压缸的最高部位常会聚积空气，假设不排除就会使缸的运动不平稳，引起爬行和振动，严重时会使液体氧化腐蚀液压元件。排气装置就是为解决此问题而设置的，排气阀和排气塞都要安装在液压缸的最高部位。

应当指出，并非所有的液压缸都设置排气装置，对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将通油口布置在缸筒两端的最高处，使缸中的空气随油液的流动而排走。对于速度稳定性要求较高以及较大型的液压缸，那么必须设置。由此就会引起活塞运动时的爬行和振动，产生噪音，甚至使整个液压系统都不能正常工作。所以排气阀是用来排除油缸内的空气，使油缸稳定工作。根据液压缸的安装形式，将排气阀放置在缸底上，选用整体式。3．液压缸中的密封是指活塞、活塞杆和缸盖等处的密封。它是用来防止液压缸内部和外部的泄漏。液压缸中密封设计的好坏，对液压缸的性能有着重要影响。为了防止泄露，提高液压系统的工作能和效率，在可能发生泄漏的部位需要安装密封装置。密封装置的种类很多，最常用的是橡胶密封圈，它既可用于静密封，也可用于动密封。根据形状，密封防尘件一般分为O形、Y形、V形、U形及三角形等。O型密封圈截面为圆形，它的特点是结构简单，安装尺寸小，使用方便，摩擦阻力小，价格低，所以它的应用十分广泛。Y形密封圈在工作压力超过20MPa时，应加挡圈，当工作压力波动大时要加支撑环，此密封圈摩擦力小、寿命长，磨损后能自动补偿，适用于运动速度较高的场合，工作压力可达20MPa。V形密封圈是由压环，密封环和支撑环组成的，当工作压力高于10MPa时，可增加密封环的数量，安装时开口应面向高压侧。此类密封耐高压，但密封处摩擦阻力大，适用于相对运动速度不高的场合。其他密封圈在这里就不在作一一说明。参照各种密封防尘元件的适用形式，选择情况如下：活塞与活塞杆之间选用O形密封圈D=65mm，d1=55mm。活塞与缸体之间选用U形夹织物密封圈D=125mm，Dz=100mm活塞杆与缸盖之间选用U形夹织物密封圈D=85mm，Dz=60mm。选用J形防尘圈d=65mm，d3=59mm。缸盖与缸体之间选用O型密封圈D=145mm，d1=135mm。第5章控制系统设计5.1液压系统设计1．技术要求根据前几章设计可知，液压系统的工作情况为：慢速提升→维持提升位置不动→慢速下降。提升下降速度均为0.08m/s，起升的总重量为120000N，上升的最大行程800mm。系统中共有15个液压缸，其中3个制动液压缸由于额定压力和流量都较小，不予单独计算，将其压力和流量计入到损失中去。每次提升时，仅有8个提升液压缸在工作，故A1=8A=8×0.0123=0.0984㎡取缸的机械效率η=91%。2．编制工况图系统提升时，依靠液压泵提供动力，下降时依靠负载的重力，故下降阶段不需要系统提供动力。现将液压缸提升时各阶段的压力和流量列于下表：表5-1液压缸提升时各阶段的压力和流量工作阶段计算公式受力F/N工作腔压力P/MPa输入流量q/cm3·s-1/L·min-1未带负载200000.227872131带负载1200001.37872→0131→0各个阶段的功率计算如下：未带负载工作时带负载工作时根据以上分析与计算结果，可绘出液压缸的工况图图5-1液压缸工况图3．拟定液压系统草图系统中有三个翻转提升架，每次工作任选其中的两个架。所以依靠单向阀和2位2通阀来完成翻转提升架液压缸的选择。液压缸的通断依靠一个3位4通阀控制，机架下降时，液压缸靠负载和架体的重量返回。回油路上的流量控制阀保证回油流量一定，架体和负载有较稳定的下降速度。液压系统原理见图5-2。图5-2液压系统原理〔1〕液压油中往往含有颗粒状杂质，就会造成液压元件相对运动外表的磨损，滑阀卡滞，节流孔口堵塞，以致影响液压系统正常工作和寿命，就需要我们利用过滤器。过滤器的作用是过滤掉液体中的杂质，降低液压系统中油液污染度，保证系统正常工作。〔2〕在液压传动系统中使用的液压泵是容积式的，液压泵的输出流量取决于密封工作腔容积变化的大小，泵的输出压力取决于油液从工作腔排出时所遇到的阻力。从工作原理上来说大局部的液压泵是可逆的，也就是向容积泵中输入压力油，就可使泵传动，输出转矩和转速，成为液压马达，但具体的结构有些不同。〔3〕在液压系统中，用来控制油液压力来控制油路通断的阀统称为压力控制阀。这类阀的共同特点是利用液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作的。压力控制阀主要有溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。溢流阀的作用是控制系统中的压力根本恒定，实现稳压、调压或限压。常用的溢流阀有直动型和先导性型两种。直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但压力受溢流量较大，不适于在高压和大流量下工作。因为当溢流量的变化引起阀口开度即弹簧压缩量变化发生时，弹簧力变化较大，溢流阀进口压力也随之发生较大的变化，故直动型溢流阀调压稳压的性能差。而先导型溢流阀的导阀局部结构尺寸较小，调压弹簧不必很强，因此压力调整比拟轻便。但是先导型溢流阀要先导阀和主动阀都运动后才能起到控制的作用，因此反响不如直动型溢流阀灵敏；减压阀的主要作用是用在降低并稳定系统之某一支路的油液压力，常用于夹紧、控制、润滑等油路中；顺序阀的作用是利用油液压力作为控制信号控制油路通断；压力继电器是利用油液压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。压力继电器在油液压力到达其调值时，发出电信号，控制电气元件动作，实现液压系统的自动控制。根据我们的需要选用直线型溢流阀。〔4〕换向阀用于接通切断或改变液压系统中油液的流动方向，种类很多，应用广泛。按阀芯相对阀体运动的方式分，有转阀式换向阀和滑阀式换向阀两类；按操作方式分，手动、机动、电磁、液动、电液动等多种；按阀芯在阀体内工作位置数分，有二位阀、三维阀等；按阀体上主油口数目分，有二通、三通、四通和五通阀。阀体uhe阀芯是换向阀的主体结构，在阀体上有多个通路，各个油口之间的通断取决于阀芯的不同工作位置，阀芯在外力作用下移动可以停留在不同的工作位置上。二位二通的使用场合是控制油路的接通与切断，相当于一个开关。〔5〕减压阀的作用是降低并稳定系统中某一支路的油液压力，常用于夹紧、控制、润滑等油路中。减压阀也有直动型和先导型之分，直动型较少单独使用先导型的应用较多。它的工作过程如下：压力油由阀的进油口流入，减压阀楼减压后由出油口流出，出口压力油经阀体预断盖上的通道及主阀芯上的尼阻孔流到主阀芯的上腔和下腔，并作用在先导阀芯上。当出口油液压力低于先导阀的调定压力时，先导阀芯关闭，主阀芯上、下两腔压力相等，主阀芯在弹簧的作用下处于最下端，减压口开度为最大，阀处于非工作状态。当出口压力到达先导阀调定压力时，先导阀芯移动，阀口翻开，主阀弹簧腔的油液便由外泄口流回油箱，由于油液在主阀芯尼阻孔内流动，使主阀芯两端产生压力差，主阀芯在压差作用下，克服弹簧力抬起，减压阀口减小，压降增大，使出口压力降到调定值。当减压阀出口处的油液不流动时，此时仍有少量油液通过减压阀口经先导阀和外泄口流回油箱，阀处于工作状态，阀出口压力根本上保持在调定值上。〔6〕单向阀有普通阀和液控单向阀两种。普通单向阀简称单向阀，它的作用是使油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。它的工作流程是：压力油流入时，克服弹簧作用在阀芯上的力，使阀芯向右移动，翻开阀口，油液就从一端流向另一端。当压力油从方方向流进时，液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，液压油不能通过。单向阀的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力，使阀芯可靠复位，为了减小压力损失，弹性刚度小，一般单向阀的开启压力为0.03MPa～0.05MPa。如换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力到达0.2MPa～0.6MPa，便可当被压阀使用。〔7〕调速阀不仅是使进入液压缸的流量保持恒定，而且还使泵的供油量和供油压力根本上保持不变，从而变量泵和进入液压缸的流量匹配。〔8〕液压缸是液压系统中常用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动。液压缸的种类分为单作用液压缸、双作用液压缸、组合液压缸。4．液压元件选择由液压的工况图可以看出液压缸的最高工作压力出现在带负载提升阶段，p=1.3MPa。估取进油路压力损失为△p=0.5MPa。那么泵的最高工作压力为pp=p·△p=1.3+0.5=1.8MPa液压泵的最大供油量qp按液压缸的最大输入流量进行估算，取泄露量系数K=1.1，那么qp=K·qp1.1×131=144.1L/min根据以上计算结果，查《机械设计手册》第4卷表17-5-6选取BB-B125内啮合齿轮泵，其额定压力为2.5MPa，额定转速1500r/min，排量为125ml/r。由工况图可知，最大功率出现在带负载提升阶段，由此时的液压缸工作压力和流量可算出此时液压泵的最大理论功率。Pt=pp·qp=1.8×144.1=259.8W=0.2598KW取泵的总效率为ηp=0.85，那么液压泵的实际功率，即所需电动机功率为查《机械设计手册》第5卷表22-1-28选用规格相近的Y801-4型三相异步电机，其额定功率为0.55KW，额定转速为1390r/min。按所选电动机的转速和液压泵的排量，液压泵的最大理论流量为qt=nv=1390×125=173750ml/min=173.75L/min大于计算所需流量144L/min，满足使用要求。根据选择的液压泵及系统的工作情况，将选择的系统其它液压元件列入下表表5-2翻转提升机液压系统元件型号规格序号元件名称额定压力MPa额定流量L/min型号规格说明1过滤器0.07〔损失)160XU-A160X30FS通径为40mm2齿轮泵2.5125BB-B125额定转速1500r/min电机功率0.55KW3溢流阀25200BG-06通径为16mm42位4通电液换向阀1618024DF3B-E16B通径为16mm5减压阀31.560DR6DP3-50通径为15mm6，9单向阀31.5175S20P通径为20mm72位4通电磁换向阀168024DF3-E10B通径为10mm83位4通电液换向阀281604WEH16G通径为16mm10单向调速阀32100QA-H20通径为20mm11液压缸自行设计12液压缸外购表中所列元件均查自《机械设计手册》第4卷5．油管及油箱液压系统中常用的油管的种类有两种，分别是硬管和软管；硬管又分为钢管和紫铜管两种；软管又分为尼龙管、塑料管、橡胶管。他们的特点是：钢管的特点和适用场合是能承受高压，价格低廉，耐油、抗腐蚀、刚性好，但装配时不能任意弯曲。常在装拆方便处用作压力管道中，高压用无缝管，低压用焊接关。紫铜管是易弯曲成各种形状，但成压压力一般不超过6.5～10MPa，抗振能力较弱，又易使油液氧化。通常用在液压装置内配接不便之处。尼龙管是乳白色半透明的，加热后可以随意弯曲成形或扩口，冷却后又能定型不变，承压能力因材质而异，自2.5MPa至8MPa不等。塑料管是质轻耐油，价格廉价，装配方便，但承压能力底，长期使用会变质老化，只宜用做压力低于0.5MPa的回油管、泄油管等。橡胶管的特点和适用场合：高压管由耐油橡胶夹几层钢丝编制网制成，钢丝望层数越多，耐压越高，价格也就越高。常用做中、高压系统中两个相对运动件之间的压力管道。低压管由耐油橡胶夹帆布制成，可用做回油管道。各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管按输入、排出的最大流量计算。当油液在压力管中流速取5m/min时，油管的内径为：〔5-1〕根据GB/T8163油管选用内径25mm，外径34mm的无缝钢管。油箱容积按下式估算〔5-2〕式中：V——油箱的有效容积；ε——与系统压力有关的经验数字；低压系统ε=2～4——液压泵的额定流量V=3×173.75=521.25L根据《机械设计手册》第4卷表17-8-160选用AB40-01/0630油箱。5.2电气控制系统设计1．控制要求翻转电机要求能够正反转系统采用液压驱动液压泵由电机M4拖动翻转过程由三台翻转电机中的任两台完成，通过旋转开关选择电动机型号翻转电机M1、M2、M3YZ160L-8380V18A705r/min液压泵电机M4Y801-4380V1.5A1390r/min2．电气控制线路设计〔1〕主回路设计根据电气传动要求，由接触器KM1、KM2实现电机的正反转，由接触器KM3控制液压泵的电机。系统的三相电源由电源引入开关Q引入，电机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和液压泵电机设短路保护——熔断器FU2、FU3、FU4、FU5。电机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ由于是短时工作，不设过载保护。液压泵电机的过载保护由热继电器KR实现。〔2〕控制电路设计开关SB1负责整个系统的关闭，开关SB2用于启动液压泵电机。旋转开关S负责选择要使用的翻转提升架组合，即接通要使用的翻转提升架的液压回路，同时切断未被选中的翻转提升架的电机电路。开关SB3、SB4负责翻转架的提升和下降，同时设置限位开关ST1、ST2用于限制提升、下降的位置。开关SB5、SB6、SB7负责电机的制动、正转和反转。〔3〕电机启动、制动回路设计电机的启动一般有直接启动和降压启动两种方法。降压启动包括：电阻或电抗器降压启动、Y-△降压启动、自耦变压器降压启动、延边三角形启动等几种方法。但电阻或电抗器降压启动、Y-△降压启动时，要求电机轻载或空载。自耦变压器降压启动不能用于频繁启动的回路中。延边三角形启动又对电机出线有特殊的要求。所以采用降压启动并不适合本系统对电机频繁启、制动，重载启动的要求。考虑到选用的翻转电机YZ160L-8是起重行业专用电机，具有启动转矩大，启动电流小的特点，因此采用直接启动的方法。根据供电部门规定，采用直接启动时，在有独立变压器供电的情况下，假设电动机启动频繁时，那么电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动。如果没有独立变压器的情况下，电动机启动频繁，那么满足以下关系可直接启动：〔5-3〕直接启动的电动机有两台，功率共为15KW。当采用专用电源时，需要供电变压器的容量不少于100KVA。当电源动力与照明混用时：即电源总容量大于261KVA时可直接启动电动机。在电动机停机时，系统中有专门的器件进行制动，所以不对电动机设计制动回路。〔3〕绘制电气原理图电器原理图见附图纸。3．选择电气元件〔1〕电源引入开关QQ主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电动机额定电流来选。根据4台电机的额定电流，选用HZ5-60/10L02型，额定电流60A，三极组合开关。〔2〕热继电器KR电机M4额定电流为1.5A，所以KR应选用JR15-10/2型热继电器，选用6号元件，热元件电流为2.4A，刻度电流调节范围是1.5～2.0～2.4A，工作时将额定电流调整为1.5A。〔3〕熔断器FU1、FU2、FU3、FU4和FU5FU1是对控制电路进行保护，选用RL1-15型熔断器，配用熔断体2A。FU2、FU3、FU4是对翻转电机M1、M2、M3进行保护的熔断器，熔体电流为〔5-4〕可选用RL1-60型熔断器，配用熔断体40A。FU5是对液压泵电机进行保护的熔断器，熔体电流为〔5-5〕可选用RL1-15型熔断器，配用熔断体5A。〔4〕接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5和KM6根据电机M1、M2、M3的额定电流18A，控制回路电源220V，KM1、KM2需主触点3对，动合辅助触点1对，动断辅助触点2对，KM4、KM5和KM6需主触点3对，根据上述情况，选用CJ0-20A型交流接触器，控制电压为220V。KM3选用CJ0-10A型交流接触器，控制电压为220V。〔5〕控制变压器TC变压器最大负载时是KM3、KM4、1YA、4YA、6YA同时工作，根据〔5-6〕式中：PT——所需变压器容量KT——变压器容量储藏系数，KT=1.1~1.25∑PST——控制线路最大负载时工作的电器所需的总功率选择BK-200型控制变压器，容量为200VA，电压等级380V/220V其它元件的选用见表5-3：表5-3大型H钢翻转提升机电气元件表符号名称型号规格数量M1、M2、M3异步电动机TZ160