绞车实验台设计.docx
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绞车实验台设计.docx
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绞车实验台设计
摘要
矿井提升设备是沿井筒提升矿石、废石、升降人员和设备、下放材料的大型机械设备。
它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽、是矿山运输的咽喉。
因此,矿井提升设备在矿井生产全过程中占有及其重要的地位。
随着科学技术的发展及生产的机械化和集中化,目前,世界上经济比较发达的一些国家,提升机的运输速度已达
,一次提升量达到
,电动机容量已经超过
,其安全可靠性尤为突出。
在矿井生产过程中,如果提升设备出现了故障,必然会造成停产。
轻者,影响矿石产量,重者,则会危及人身安全。
此外,矿山提升设备是一大型的综合机械-电气设备,其成本和耗电量比较高,所以,在新矿井的设计和老矿井的改建设计中,确定合理的提升系统时,必须经过多方面的技术经济比较,结合矿井的具体条件,保证提升设备在选型和运转两个方面都是合理的,即要求矿井提升设备具有经济性。
液压系统主要由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件及传动介质五大部分组成。
具有以下特点:
通过能量的相互转换在运行过程中具有平稳无间隙传动功能,以实现大范围的无级变速,简化传动;可自动循环工作、自动过载保护;在同等功率输出情况下,液压传动装置具有体积小、质量轻、运动惯性小、动态性能好等特点;由于油作为传动介质,液压元件具有自我润滑作用,寿命延长,且液压元件都是标准化、系列化产品,便于互换和推广应用。
关键词:
矿井提升设备;液压系统
ABSTRACT
Mineisalongtheshaftupgradeequipmentupgradeore,wasterock,themovementsofpersonnelandequipment,thedecentralizationoflarge-scalemachineryandequipment.Itismineandmineproductionsystemsconnectedtothegroundattheindustrialhubofthetransportisminethroat.Therefore,upgradingequipmentinthemineshaftinthewholeprocessofproductionandoccupyanimportantposition.
Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandproductionmechanizationanddecentralization,atpresent,theworldeconomyisrelativelydevelopedinsomecountries,upgradingthetransportplanehasspeed,thefirstupgradeofreach,themotorhasexceededcapacity,particularlyinitssecurityandreliability.Mineproductionintheprocessofupgradingequipmentifafault,willinevitablycauseshutdown.Light,theimpactoforeproduction,weight,willendangertheirpersonalsafety.
Inaddition,themineisamajorupgradeofequipmentandMachinery-electricalequipment,thecostandpowerconsumptionisrelativelyhigh,therefore,thedesignofthenewandoldmineshaftintothedesign,determineareasonableupgradesystem,mustgothroughvarioustechnicalEconomy,withthespecificconditionsoftheminetoensurethatupgradingequipmentintheselectionandoperationofthetwoaspectsarereasonable,whichcalledformineequipmentupgradeofaneconomicnature.
Themaindrivingforcefromthehydraulicsystemcomponents,theimplementationofcomponentsandcontroldevices,componentsandauxiliarytransmissionmediumfivemajorcomponents.Hasthefollowingcharacteristics:
theconversionofenergyintheprocessofrunningasmoothseamlesstransmissionfunctions,inordertoachieveawiderangeofCVT,simplifyingtransmission;automaticallycyclework,automaticoverloadprotection;poweroutputinthesamecircumstances,thehydraulicTransmissiondevicewithsmallsize,lightweight,smallmovementofinertia,gooddynamicperformancecharacteristicsasatransmissionmediumbecauseofoil,hydrauliccomponentsareself-lubricating,lifeextension,andhydrauliccomponentsarestandardized,andserializationofproducts,facilitateinter-Forthepromotionandapplication.
Keywords:
mineupgradeequipment;hydraulicsystem
1绪论
1.1矿井提升在矿山生产中的地位
矿井提升设备是沿井筒提升矿石、废石、升降人员和设备、下放材料的大型机械设备。
它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽、是矿山运输的咽喉。
因此,矿井提升设备在矿井生产全过程中占有及其重要的地位。
随着科学技术的发展及生产的机械化和集中化,目前,世界上经济比较发达的一些国家,提升机的运输速度已达
,一次提升量达到
,电动机容量已经超过
,其安全可靠性尤为突出。
在矿井生产过程中,如果提升设备出现了故障,必然会造成停产。
轻者,影响矿石产量,重者,则会危及人身安全。
此外,矿山提升设备是一大型的综合机械-电气设备,其成本和耗电量比较高,所以,在新矿井的设计和老矿井的改建设计中,确定合理的提升系统时,必须经过多方面的技术经济比较,结合矿井的具体条件,保证提升设备在选型和运转两个方面都是合理的,即要求矿井提升设备具有经济性。
1.2矿井提升设备的现状与发展趋势
矿井提升装置是采矿业的重要设备,随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高,人们对提升机工作特性的认识进一步深化,提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善,各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。
特别是机电、机液、电液在提升机控制中的应用己成为必然的发展方向。
研制与发展
(1)国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。
(2)大功率变频调速电控提升机其效率可达98%,国内正在组织研究这种
系统,不少院校和研究单位都在着手研制。
如天津电气传动研究所已研制了一台300kW的变频调速装置。
(3)可编程序控制器在提升机电控系统的应用
1.3液压系统
液压系统主要由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件及传动介质五大部分组成。
具有以下特点:
通过能量的相互转换在运行过程中具有平稳无间隙传动功能,以实现大范围的无级变速,简化传动;可自动循环工作、自动过载保护;在同等功率输出情况下,液压传动装置具有体积小、质量轻、运动惯性小、动态性能好等特点;由于油作为传动介质,液压元件具有自我润滑作用,寿命延长,且液压元件都是标准化、系列化产品,便于互换和推广应用。
2液压系统的设计
液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分,设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求,且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。
为此,要明确与液压系统有关的主机参数的确定原则,要与主机的总体设计(包括机械、电气设计)综合考虑,做到机、电、液相互配合,保证整机的性能最好。
液压系统设计的步骤一般是:
1)明确液压系统的使用要求,进行负载特性分析。
2)设计液压系统方案。
3)计算液压系统主要参数。
4)绘制液压系统工作原理图。
5)选择液压元件。
6)验算液压系统性能。
7)液压装置结构设计。
8)绘制工作图,编制文件,并提出电气系统设计任务书。
2.1液压系统的使用要求及速度负载分析
2.1.1使用要求
主机对液压系统的使用要求是液压系统设计的主要依据。
因此,设计液压系统前必须明确下列问题:
1)主机的用途、总体布局、对液压装置的位置及空间尺寸的限制。
2)主机的工艺流程、动作循环、技术参数及性能要求。
3)主机对液压系统的工作方式及控制方式的要求。
4)液压系统的工作条件和工作环境。
5)经济性与成本等方面的要求。
2.1.2速度负载分析
对主机工作过程中各执行元件的运动速度及负载规律进行分析的内容包括:
1)各执行远近无负载运动的最大速度(快进、快退速度)、有负载的工作速度(工进速度)范围以及它们的变化规律,并绘制速度图(
)。
2)各执行元件的负载是单向负载还是双向负载、是与运动方向相反的正值负载还是与运动方向相同的负值负载、是恒定负载还是变负载,负载力的方向是否与液压缸活塞轴线重合,对复杂的液压系统需绘制复杂谱(
)。
2.2液压系统方案设计
2.2.1确定回路方式
一般选用开式回路,即执行元件的排油回油箱,油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。
行走机械和航空航天液压装置为减少体积和重量可选择闭式回路,即执行元件的排油直接进入液压泵的进口。
本设计选用开式回路。
1.选用液压油液
普通液压系统选用矿油型液压油作工作介质,其中室内设备多选用汽轮机油和普通液压油,室外设备则选用抗磨液压油或低凝液压油,航空液压系统多选用航空液压油。
对某些高温设备或井下液压系统,应选用难燃介质,如膦酸酯液、水一乙二醇、乳化液。
液压油液选定后,设计和选择液压元件时应考虑其相容性。
本系统属于普通液压系统,故选用矿油型液压油作为工作介质。
2.初定系统压力
液压系统的压力与液压设备工作环境、精度要求等有关。
工作压力
可根据负载大小及机器的类型来初步确定,经相关资料初步确定系统的工作压力P=10Mpa。
3.选择执行元件
1)若要求实现连续回转运动,选用液压马达。
如果转速高于500
,可直接选用告诉液压马达,如齿轮马达、双作用叶片马达或轴向柱塞马达;若转速低于500
,可选用低速液压马达或告诉液压马达加机械减速装置,低速液压马达有单作用连杆型径向柱塞马达和多作用内曲线径向柱塞马达。
2)要求往复摆动,可选用活塞液压缸。
3)若要求实现直线运动,应选用活塞液压缸或柱塞液压缸。
如果是双向工作进给,应选用双活塞杆液压缸;如果只要求一个方向工作、反向退回,应选用单活塞杆液压缸;如果负载力不与活塞杆轴线重合或缸径较大、行程较长,应选用柱塞缸,反向退回则采用其他方式。
4.确定液压泵类型
1)系统压力
,选用齿轮泵或双作用叶片泵;
,选用柱塞泵。
在本系统中为了保证整个系统的良好工作,选用叶片泵。
2)若系统采用节流调速,选用定量泵,若系统要求高效节能,应选用变量泵。
本系统属于一泵多缸的系统,而且执行元件不是同时工作,所以本系统中选用变量柱塞泵。
3)若液压系统有多个执行元件,且各工作循环所需流量相差很大,应选用多台泵供油,实现分级调速。
5.选择调速方式
1)中小型液压设备特别是机床,一般选用定量泵节流调速。
若设备对速度稳定性要求较高,则选用调速阀的节流调速回路。
2)设备可采用定量泵变转速调速,同时用多路换向阀阀口实现微调。
3)采用变量泵调速,可以是手动变量调速,也可以是压力适应变量调速。
在本系统中选用手动变量调速。
6.确定调压方式
1)溢流阀旁接在液压泵出口,在进油和回油节流调速系统中为定压阀,保持系统工作压力恒定,其他场合为安全阀,限制系统最高工作压力。
当液压系统在工作循环不同阶段的工作压力相差很大时,为节省能量消耗,应采用多级调压。
2)中低压系统为获得低于系统压力的二次压力可选用减压阀,大型高压系统宜选用单独的控制油源。
3)为了使执行元件不工作时液压泵在很小输出功率下工作,应采用卸载回路。
4)对垂直性负载应采用平衡回路,对垂直变负载则应采用限速锁,以保证重物平稳下落。
7.选择换向回路
1)若液压设备自动化程度较高,应选用电动换向。
此时各执行元件的顺序、互锁、联动等要求可由电气控制系统实现。
2)对行走机械,为工作可靠,一般选用手动换向。
若执行元件较多,可选用多路换向阀。
8.绘制液压系统原理图
液压基本回路确定以后,用一些辅助元件将其组合起来构成完整的液压系统。
在组合回路时,尽可能多地去掉相同的多余元件,力求系统简单,元件数量、品种规格少。
综合后的系统要能实现主机要求的各项功能,并且操作方便,工作安全可靠,动作平稳,调整维修方便。
对于系统中的压力阀,应设置测压点,以便将压力阀调节到要求的数值,并可由测压点处压力表观察系统是否正常工作。
此方案要在水泵车上加制动装置,制动器的安装可以用的方式,泵车上的制动器成对安装于轨道两侧,制动器所需压力油用在泵车安装的液压站供给,采用液压打开,无压时碟形弹簧制动,采用抱轨制动方式。
这种制动方式属于事故安全型,即无论什么原因造成液压系统失压(断电、电磁不动作等),则制动器在碟形弹簧力作用下泵车可以安全制动。
因为采用抱轨制动方式,所以要求轨道压板要有足够的预紧力,否则出现断绳时泵车下滑会把轨道拉起一起滑落。
解决的方法是:
可以在钢轨上在每个压板处焊接一个防滑的挡板,将制动力转变为地脚螺栓的剪切力。
液压站如图,它的控制包括电机的控制,电磁继电器的控制和电磁换向阀的控制。
液压系统大致分为两个工作状态。
油路工作状态:
如需进行移动泵房时,令电机,电磁换向阀得电,油泵向液压缸及蓄能器供油,如果压力继电器入口处的压力达到了继电器的调定压力,压力继电器发出信号,使电机断电停止供油。
油路卸荷状态:
如需使泵房静止不动时,使换向阀失电,阀芯回到原始位置,液压缸内的油液卸载。
2.3液压系统各元件概述
2.3.1液压执行元件的选择
由于该液压系统的液压执行元件是负责对盘式制动器的控制,因此选择双作用、单活塞杆液压缸,由已知给定参数可知该系统中需要两个液压缸。
2.3.2液压控制元件的选定
由于该系统为单泵多缸系统,因此选择两个三位四通电磁换向阀,考虑到缸的进退,为保证其进退速度相同,选择可实现差动连接的滑阀机能,即选用XOP型机能的电磁换向阀。
由于卸载油缸需要倾斜
安装,为保证其正常工作,需要考虑背压,故选用背压阀来实现该执行元件工作时的平衡。
考虑到两个油缸不同时工作,对于泵的卸荷采用带有远程控制的电磁溢流阀。
为了实现在执行元件正常工作时对泵及油箱的检修,因此在泵的出口处装有单向阀。
2.3.3泵的选型
液压泵作为液压系统的动力元件,将原动机(电动机、柴油机)输入的机械能(转矩
和角速度
)转换为压力能(压力
和流量
)输出,为执行元件提供压力油。
液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性,在液压传动中占用及其重要的地位。
由于该系统初定的工作压力为10Mpa,为了使该系统能够更好的达到这一压力,并有较好的性能,选用柱塞式变量泵。
液压泵的工作原理:
单柱塞泵由偏心轮、柱塞、弹簧、缸体和单向阀等组成,柱塞与缸体孔之间形成的密闭容积。
当原动机带动偏心轮顺时针方向旋转时,柱塞在弹簧力的作用下向下运动,柱塞与缸体孔组成的密闭容积增大,形成真空,油箱中的油液在大气压下的作用下经单向阀进入其内(此时单向阀关闭)。
这一过程成为吸油,在偏心轮的几何中心转到最下点时,容积增大到极限时终止。
吸油过程终了,偏心轮继续旋转,柱塞随偏心轮向上运动,柱塞与缸体孔组成的密闭容积减小,油液受挤压经单向阀排出,这一过程成为排油,到偏心轮的几何中心转到最上点时,容积减小至极限终止。
偏心轮继续旋转,柱塞上下往复运动,泵在半个周期内吸油,半个周期内压油。
综上所述,液压泵的工作原理可归纳如下:
1)液压泵必须具有一个由(柱塞)和非运动件(缸体)所构成的密闭容积,该容积的大小随运动件的运动发生周期性变化。
容积增大时形成真空,油箱的油液在大气压作用下进入密封容积(吸油);容积减小时油液受挤压克服管路阻力排出(排油)。
2)液压泵的密闭容积增大到无限大时,先要与吸油腔隔开,然后才转为排油;同理,密闭容积减小到极限时,先要与排油腔隔开,然后才转为吸油。
3)液压泵每转一转吸入或排除的油液体积取决于密闭容积的变化量。
4)液压泵的吸油的实质是油箱的油液在大气压的作用下进入具有一定真空度的吸油腔。
为防止气蚀,真空度应小于
,因此对吸油管路的液流速度及油液提升高度有一定的限制。
5)液压泵的排油压力取决于排油管路油液流动所受到的总阻力,即液流的管路损失、元件的压力损失及需要克服的外负载阻力。
总阻力越大,排油压力越高。
若排油管路直接接回油箱,则总阻力为零,泵排出的压力为零,泵的这一工况称之为卸载。
6)组成液压泵密闭容积的零件,有的是固定件,有的是运动件。
它们之间存在相对运动,因此必然存在间隙。
当密闭容积为排油时,压力油将经此间隙向外泄漏,使实际排出的油液体积减小,其减少的油液体积称为泵的容积损失。
7)为了保证液压泵的正常工作,泵内完成吸、压油的密闭容积在吸油与压油之间相互转换时,将瞬间存在一个既不与吸油腔相通、又不与压油腔相通的闭死的容积。
若此闭死的容积在转移的过程中大小发生变化,,则容积减小时,因液体受挤压而使压力提高;容积增大时又会因无液体补充而使压力降低。
必须注意的是,如果闭死容积的减小是发生在该容积离开压油腔之后,则压力将高于压油腔的压力,这样会导致周期性的压力冲击,同时高压液体会通过运动副之间的间隙挤出,导致油液发热;如果闭死容积的增大是发生在该容积刚离开吸油腔之后,则会使闭死容积的真空度增大,以致引起气蚀和噪声。
这种因存在闭死容积大小发生变化而导致的压力冲击、气蚀、噪声等危害液压泵性能和寿命的现象,称之为液压泵的困油现象,在设计和制造液压泵时应竭力消除与避免。
2.3.4系统中管路的选定
液压泵的吸油管一般选用硬管,管路尽可能短,过流面积尽可能大,以减少吸油阻力。
安装吸油管时注意液压泵有吸油高度的限制。
安装非上置式泵组,需在油箱与泵的吸油口之间加闸阀,以便于检修。
在管路安装图上应表示出各液压部件和元件在设备和工作地的位置和固定方式,油管的规格和分布位置,各种管接头的形式和规格等。
在绘制装配图时应考虑安装、使用、调试和维修方便,管道尽量短,弯头和管接头尽量少。
2.3.5电机的选用
可供选择的电动机的安装形式主要有三种:
机座带底脚、端盖上无凸缘结构;机座不带底脚,端盖上带大于机座的凸缘结构;机座带底脚,端盖上带大于机座的凸缘结构。
一般都选用水平放置。
若泵组立式放置则应选用机座不带底脚,端盖上带大于机座的凸缘结构。
机座带底脚且端盖上带凸缘的结构用于水平放置的泵组,此时液压泵通过法兰式支架支承在电动机上。
3制动系统整体方案确定
其整体方案的确定,需要对其所需要的制动器进行选择,常用的标准系列制动器有电力液压块式制动器、电磁块式制动器、盘式制动器等等,其设计选用一般按类型选择、规格计算、校核验算步骤进行,并依据或考虑诸多相关的因素。
3.1制动器的类型选择原则
(1)根据主机或机构的产品标准要求和实际需要确定制动器的类型,如标准规定,起升机构必须设置常闭式制动器,行走或回转机构可选用常开式制动器。
(2)考虑应用场所,如制动器安装地点有足够的空间,可选用块式、带式制动器或臂式盘式制动器,空间受限制时,可选用内蹄式或钳形盘式制动器。
(3)考虑配套主机的使用环境,对渗漏油有严格要求的场合应选用电磁或气动制动器,对环境温度较高的冶金场合可选用绝缘等级较高的电力液压制动器或冶金型电磁制动器。
在环境温度较低或较高的室外场所使用电力液压制动器时,应注意更换相应牌号的液压油;在含铁粉严重的环境中,应避免使用电磁铁制动器,防止粉尘进入磁铁间隙影响电磁铁的吸合。
(4)对于特殊或重要的场合,应根据需要增设制动器的附加功能。
在温度较低的环境中,可使用电力液压推动器的加热器;对启动与制动过程转换有严格要求时,加装行程开关以了解制动器的开闭状态;对于维护、调整教难实施的环境,可加装制动间隙均等装置或摩擦片磨损自动补偿装置;增设手动松闸装置可在特殊情况下人工打开制动器。
(5)为了减缓制动器的磨损,减轻因制动过猛产生的冲击和震动,推荐支持制动和控制制动并用。
控制制动一般为电力制动,如再生制动、反接制动、能耗制动和涡流制动等。
电力制动仅用于消耗动能,使机构安全减速。
在与电力制动并用时,支持制动器的最低安全系数应单独满足原有的规定。
也可采用二次制动减少磨损和冲击,第1次制动用于消耗动能使机构安全减速并停止,第2次制动确保支持制动的安全,如用于防风制动。
国家标准规定:
对吊钩式提升机,当起升机构工作级别等于或高于M4且额定起升速度等于或高于5m/min时,应采用电气制动方法,保证在(0.2~1.0)倍额定起重范围内的载荷下降时,制动前的电机转速降至1/3以下。
(6)常规标准制动器的工作环境中不得有易燃易爆及腐蚀性气体,如环境状况超出有关规定,应选用防爆型制动器,如井下输送机用制动器。
有以上综合分析,选用液压盘式制动器比较合适。
3.2制动器规格的计算原则
(1)制动器的规格选用计算应保证具有机构要求的制动力矩,且符合相关标准规定的制动安全系数。
如一般机构不低于1.5,重要机构不低于1.75对于安全性高度要求的机构如输送熔化金属的提升机构,规定必须装设2个制动器,其中每个都能安全地支持吊物,每个制动器的制动安全系数不低于1.25。
(2)制动器的选用应注意经济性,维修性和使用可靠性。
机构所需制动力矩的计算往往叠加了各种不利因素,如运动机构考虑了满载、爬坡、顶风、啃轨等,得出的所需制动力矩偏大,而实际使用中这种状态很少出现。
制动器的额定制动力矩是在任何情况下均能保证的最小值。
因此,在选用计算时,机构所需的制动力矩应尽可能接近制动器的额定制动力
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