皮带张力液压控制系统设计

《液压控制系统》设计任务书

一、液压控制系统设计的目的

1、巩固和深化已学的理论知识,掌握液压控制系统设计计算的一般方法和步骤。

2、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。

二、题目及要求 皮带运输机张力控制系统设计

设计原始数据如下表所示:

试完成以下工作:

1、全面了解被控对象,进行工况分析;

2、确定控制方案,拟定液压系统原理图;

3、系统计算,选择液压控制系统各元件;

4、系统建模仿真,控制器设计;

5、编写液压控制系统设计说明书。

皮带运输机张力控示意图如下:

皮带张力液压控制系统设计

参 据

数 据 I II III IV V 张力车重量(kN )

10 12 15 17 20 调整行程(mm )

300 400 500 600 700 最大张力( kN )

60 70 80 90 100 调整时间(s )

6 7 8 9 10 系统频宽f 0.7(Hz )

3 5 7 9 11 力控精度( kN ) 0.1 0.2 0.3 0.

4 0.5

摘要

设计一种用于皮带运输机的液压自动张紧装置,分析了其他张紧装置的优缺点的同时,认为此种液压自动张紧装置具有工作较平稳、对空间要求低、性能可靠等优点,是一种较先进、较完善、适合于大型带式输送机的张紧装置。根据要求,本文分三部分(张紧装置的总体结构设计、张紧装置的液压系统设计与计算、张紧油缸的设计与计算)对此种液压自动张紧装置进行了分析;同时,绘制了结构布置图、系统原理图、零件图及装配图等。

关键词:皮带机、自动张紧装置、液压系统、张紧液压缸

目录

摘要22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222第一章绪论222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

1.1 皮带运输机简述22222222222222222222222222222222222222222222222222

1.1.1 皮带运输机的工作原理222222222222222222222222222222222222222222

1.1.2 皮带运输机的构成及特点2222222222222222222222222222222222222222

1.2 国内外皮带运输机的发展现状与差距22222222222222222222222222222222

1.2.1 国外皮带运输机技术现状22222222222222222222222222222222222222

1.2.2 国内皮带运输机技术现状2222222222222222222222222222222222222222

1.2.3 国内外皮带运输机技术的主要差距22222222222222222222222222222222

1.3 皮带运输机张紧装置的研究概况222222222222222222222222222222222222

1.3.1皮带运输机张紧装置的类型22222222222222222222222222222222222222

1.3.2 现有皮带运输机张紧装置的原理及特点2222222222222222222222222222

1.3.3 液压式自动张紧装置的设计22222222222222222222222222222222222222

1.4 本文所研究的主要内容22222222222222222222222222222222222222222222第二章皮带运输机液压张紧装置的总体结构22222222222222222222222222222222

2.1 皮带运输机张紧装置的总体结构的确定22222222222222222222222222222

2.1.1执行部件的选择222222222222222222222222222222222222222222222222

2.1.2控制部件的选择222222222222222222222222222222222222222222222222

2.1.3动力及其他部件的选择222222222222222222222222222222222222222222

2.2 绘制张紧装置的系统结构布置简图2222222222222222222222222222222222

2.2.1拉紧装置总体组成及其作用22222222222222222222222222222222222222

2.2.2 系统结构布置简图2222222222222222222222222222222222222222222222第三章张紧装置的液压系统设计222222222222222222222222222222222222222222

3.1 设计参数和满足要求分析222222222222222222222222222222222222222222

3.2 液压系统设计2222222222222222222222222222222222222222222222222

3.2.1 工况分析并确定液压缸参数22222222222222222222222222222222222222

3.2.2 拟定液压系统原理图22222222222222222222222222222222222222222222

3.3液压泵的计算与选择2222222222222222222222222222222222222222222

3.4驱动电机的计算与选择222222222222222222222222222222222222222222

3.5 比例阀的选择22222222222222222222222222222222222222222222222222

3.6 阀类元件的选择222222222222222222222222222222222222222222222

3.6.1电磁换向阀的选择2222222222222222222222222222222222222222222222

3.6.2溢流阀的选择22222222222222222222222222222222222222222222222222

3.6.3背压阀的选择22222222222222222222222222222222222222222222222222

3.6.4液控单向阀的选择2222222222222222222222222222222222222222222222

3.6.5 调速阀的选择22222222222222222222222222222222222222222222222222

3.7 液压附件的选择22222222222222222222222222222222222222222222222222

3.7.1滤油器的选择22222222222222222222222222222222222222222222222222

3.7.2压力表的选择22222222222222222222222222222222222222222222222222

3.7.3压力继电器的选择2222222222222222222222222222222222222222222222

3.7.4油管的计算与选择2222222222222222222222222222222222222222222222

3.7.5蓄能器、油箱的选择222222222222222222222222222222222222222222222

3.8 液压系统主要性能的验算222222222222222222222222222222222222222222第四章液压缸的设计与计算22222222222222222222222222222222222222222222222

4.1 液压缸类型的选择222222222222222222222222222222222222222222

4.1.1 液压缸的类型22222222222222222222222222222222222222222222222222

4.1.2液压缸的安装形式2222222222222222222222222222222222222222222222

4.2 液压缸主要技术参数的确定2222222222222222222222222222222222222222

4.3 液压缸各组件的设计2222222222222222222222222222222222222222222222

4.3.1 缸筒的设计与计算2222222222222222222222222222222222222222222222

4.3.2 活塞杆的设计与计算22222222222222222222222222222222222222222222

4.3.3活塞的设计与计算222222222222222222222222222222222222222222222

4.3.4导向套的设计与计算2222222222222222222222222222222222222222222

4.3.5端盖和缸底的设计与计算222222222222222222222222222222222222222

4.3.6其他零件的设计与计算22222222222222222222222222222222222222222第五章外设的选用222222222222222222222222222222222222222222222222222222

5.1 绞车的选型222222222222222222222222222222222222222222222222222222

5.2 滑轮的设计与选用222222222222222222222222222222222222222222222222

5.3 油缸固定及负载连接2222222222222222222222222222222222222222222222第六章系统建模仿真22222222222222222222222222222222222222222222222222

6.1 皮带运输机液压张力控制系统建模222222222222222222222222222222

6.1.1比例阀2222222222222222222222222222222222222222222222222222222

6.1.2液压缸和负载2222222222222222222222222222222222222222222222222

6.2 系统传递函数及仿真结果22222222222222222222222222222222222222结束语2222222222222222222222222222222222222222222222222222参考文献2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222对本课程的建议2222222222222222222222222222222222222222222222222222222

第一章绪论

1.1皮带运输机简述

带式输送机,又称胶带输送机,现在俗称“皮带”。皮带运输机是一种以摩擦驱动方式连续运输物料的机械,可以将物料在一定的输送线上,从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。皮带运输机既可以进行碎散物料的输送,也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外,还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合,形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。

皮带运输也是一种长距离、大批量、高速运输货物原料的运输体系,它被广泛的应用于工业生产中,如冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等。运输机的输送带是一种弹性体,从它起始点和卸载点之间有大量的能量储存与消耗。这种能量将使皮带产生较大的张力[1]。

1.1.1 皮带运输机的工作原理

带式输送机的结构示意图如图1-1所示,输送带绕经驱动滚筒①和机尾换向滚筒⑤形成无机闭合带。上下两股输送带是由安装在机架上的托辊③支承着。拉紧装置的作用是给输送带正常运转所需要的张紧力。工作时,驱动滚筒通过它与输送带之间的摩擦力驱动输送带运行。货载装载输送带上并与其一起运行。带式输送机一般是利用上分支输送带输送货载的,并且在端部卸载。利用专门的卸载装置也可在中间卸载。

皮带张力液压控制系统设计

1.1.2 皮带运输机的构成及特点

1.皮带运输机的构成

皮带运输机主要由输送带、驱动装置、托辊及支架、拉紧装置、制动装置、储带装置和清扫装置组成。

2.皮带运输机特点

皮带运输机铺设倾角一般为16°~ 18°,一般向上运输取较大值,向下运输取较小值。带式输送机能力大、调度组织简单、维护方便,因而运营费低。此外,结构简单、运行平稳可靠、运行阻力小、耗电量低、容易实现自动化也是它的特点。

1.2国内外皮带运输机的发展现状与差距[2]

1.2.1 国外皮带运输机技术现状

目前,国外皮带运输机技术的发展很快,其大体向两个方向发展:一方面是体现在皮带运输机的外形上,使皮带运输机多元化、应用范围扩大化,例如国外生产的各种管状带式皮带运输机、高倾角带式皮带运输机等各种机型;另一方面体现在国外皮带运输机在本身的装备和技术上都有了显著的提高,特别是高速度、长距离、超运量、高保障等大型皮带运输机已经成了主要的发展方向,其主要是开发利用了皮带运输机的远程监控技术和动态分析。目前,国外使用的皮带运输机,其技术指标已经达到表1-1所示,主要有以下特点:

(1)应用机电一体化、计算机监控以及动态分析等高新技术,并采用自动张紧装置和大功率软启动技术,对皮带运输机的各项参数实施动态监测和远程控制,极大程度地减小了皮带的动张力,运输效率很高。

(2)设备扩大化。其设备和主要技术参数都向着大型化方面发展,以满足年产值达到300~500万吨以上的高产效益。

(3)新型元件生产技术。例如皮带运输机的各种先进大功率变频装置和保护装置、自动清理滚筒装置、高寿命托辊等。又例如英国FSW生产的一种顺槽带式皮带运输机采用了先进的变频调速与液粘差速设备,其运输能力可以达到3000t/h以上,皮带运输机的机尾和新型转载机配套使用时,可以随着工作面的推移而自动快速移动,所需人工作业少,生产效率高。

(4)采用中间驱动与多机驱动及其皮带运输机变向运行、功率平衡控制等先进技术,理论上使单个皮带运输机运行长度不受限制,并且保障了运输系统设备的互换性、通用性与驱动装置的可靠性。

表1-1 国外皮带运输机的主要技术指标

主要技术参数

可伸缩皮带运输机 大巷与斜井固定式强力皮带运

输机 运输距离/m

2000~3000 >3000 运输量/1-?h t

2500~3000 3000~4000 带速/1-?s m

3.5~4 4~5,最高达到8 驱动总功率/kW

1200~2000 1500~3000,最大达到10100

1.2.2 国内皮带运输机技术现状

80年代末期以来,我国皮带运输机也有了很大的发展,对皮带运输机的关键技

术研究和新产品的开发业已经取得了可喜的成绩。例如我国生产的顺槽可伸缩式皮带运输机与大倾角长距离皮带运输机成套设备等,在产品技术和性能上都有了极大的提高,填补了国内的空白,关于皮带运输机的主要元部件和关键技术都进行了深入的理论研究以及进行了产品开发,已经研制成功了许多软启动和制动设备。目前,我国使用的皮带运输机,其主要技术指标如表1-2所示。

表1-2 国内皮带运输机的主要技术指标

主要技术参数

可伸缩皮带运输

机 大巷与斜井固定式强力皮带机 运输距离/m

1000~2000 1000~4000 运输量/1-?h t

800~1800 1000~2000 带速/1-?s m

2~3.5 2.5~4 驱动总功率/kW

250~750 750~1500 1.2.3 国内外皮带运输机技术的主要差距

1) 控制系统上的差距

(1)监控装置

目前,日本、美国、德国等一些制造皮带运输机的大公司都广泛使用高档的PLC ,

开发了先进的程序软件和完整的自动远程监控系统,实现了对皮带运输机进行实时数据采集、处理、存储、故障诊断及查询等功能。我国的许多生产厂家虽然也在逐步采用PLC 计算,但大多数仍停留在电子图版的应用水平上,还没有真正利用计算机计算精度高、存储信息量大、逻辑推理能力强和运算速度快等优点来代替人工设计造型及校核等工作。

(2) 皮带运输机保护装置

国外的皮带运输机除了安装防跑偏、打滑、撕裂、自动洒水、急停闭锁开关等保

护装置外,近些年又研制成功了许多先进的监测装置。例如对传动滚筒和变向滚筒的温度可以进行实时监测的温度监测系统、运输带纵向撕裂以及接头监测系统、烟雾报警与自动灭火装置等。而我国现有的防跑偏、打滑、堆煤、超温洒水等装置的寿命、可靠性、灵敏性都较低。

(3) 驱动方式

我国都采用硬齿面减速器和调速型液力耦合器。而国外传动方式较多,如CST

可控传动系统、BOSS 系统等,控制精度较高。

2)皮带运输机的核心技术上的差距

(1)皮带运输机的动态分析与监控技术

动态设计和远程监控是长距离、高运量、大功率皮带运输机的关键技术,这也是

制约着大型皮带运输机发展的技术核心。我国现在采用刚性理论对皮带运输机进行分析研究分析,并规定了设计的规范。在运输带的设计中,采用的安全系数很高(一般都取n=10左右),其实这与现实情况相差较远。现实中运输带都是具有粘弹性的物体,长距离运输带对驱动装置的启动、制动力的动态响应过程比较复杂,不能单靠用刚体力学来计算和分析。目前关于皮带运输机的应用软件和动态设计方法已经有许多种,达到对皮带运输机的动张力进行动态监测和分析,大大降低了皮带的安全系数,延长了使用寿命,确保了皮带运输机运行的可靠性,使大型皮带运输机的设计达到了较高水平,并且使皮带运输机的成本特别是运输带成本实现了大幅度降低。

(2) 可控软启动技术和功率均衡技术

对于长距离、高运量的皮带运输机,因为其功率大、传输距离远并且多个电机驱

动,所以一般都采用软启动的方式,以使皮带运输机的动张力得到减小。同时控制皮带运输机的启动加速度在0.1~0.32

/s m 范围内,从而避免造成皮带的涌浪现象,降低对皮带运输机元部件的冲击。由于电机特性与制造方面都存在误差,所以各驱动点的功率可能不均衡,一旦其中一个电机的功率过大将会导致电机烧毁,所以应该控制电机之间的功率平衡。目前国内皮带运输机的软启动和功率平衡问题基本都通过采用调速型液力耦合器来实现,但是其可靠性及调节精度与国外相比还有很大的差距。国外皮带运输机的软启动与功率平衡基本是通过比例阀和控制系统去实现,具有达到98%以上的调节精度,但是其价格昂贵。

1.3 皮带运输机张紧装置的研究概况

输送带最初是由传送带发展而来的,随着输送机的用途不断扩大和科学技术的发

展,输送带为了满足输送机的要求,品种不断扩大,但所有的输送机在运行一段时间后都有可能使输送带变长、变形等,输送带的变长由弹性伸长和永久伸长组成。所以,需要采用拉紧装置来克服由于输送带变长而带来的缺陷。皮带运输机张紧装置又称为

“皮带运输机拉紧装置”,是矿用带式输送机不可缺少的重要组成部分,它直接关系到带式输送机的安全运行及使用寿命等。

1.3.1皮带运输机张紧装置的类型[3]

现有张紧装置大致有六种,分别是:重锤车式张紧装置、螺旋式张紧装置、垂直式张紧装置、钢绳绞车式张紧装置、电控式自动张紧装置和液压式自动张紧装置。

1.3.2 现有皮带运输机张紧装置的原理及特点

1.重锤车式张紧装置

如图1-2所示,机尾换向滚筒①固定在小车②上,垂直悬吊的重锤③和小车②相连,由于重锤③的重量可以为一定值,所以皮带的张力、拉紧力恒定,同时重锤靠自重张紧,能自动补偿皮带的伸长;但其需要的空间大,占地面积大,往往受空间限制而无法使用,宜于使用在固定式长距离运输机上。

皮带张力液压控制系统设计

图1-2 重锤车式张紧装置

1.滚筒;

2.移动小车;

3.重锤

2.螺旋式张紧装置

如图1-3所示,拉紧滚筒的轴承座安装在活动架上,活动架可以在导轨上滑动,旋转螺旋杆使活动架上的螺母和活动架一起前进和后退,达到张紧和放松的目的。其结构简单,但行程太小,只适用于短距离的运输机上,且当皮带自行伸长时,不能自动张紧。

皮带张力液压控制系统设计

皮带张力液压控制系统设计

图1-3 螺旋式张紧装置图1-4垂直式张紧装置3.垂直式张紧装置

如图1-4所示,其装置是利用重锤的重力拉紧,其特点同“重锤车式张紧装置”。

4.钢绳绞车式张紧装置

如图1-5所示,这种张紧装置是利用小型绞车张紧。绞车一般用蜗轮蜗杆减速器带动卷筒来缠绕钢绳从而张紧皮带。这种张紧装置的优点是体积小、拉力大,所以被广泛运用到井下带式运输机中,但其不能自行张紧。

皮带张力液压控制系统设计

图1-5钢绳绞车式张紧装置

5.电控自动张紧装置

自动张紧装置不仅能根据主动滚筒的牵引力来自动调节拉紧力,而且还能补偿皮带的伸长。如图1-6 所示,是电控自动张紧装置的一种,此张紧装置只能保持张紧力恒定,相当于重锤式拉紧装置,不能根据及其工况随时改变张紧力。

皮带张力液压控制系统设计

图1-6 电控自动张紧装置

1.控制箱;

2.永久磁铁;

3.控制杆;

4.弹簧;

5.缓冲器;

6.电动机;

7.减速器;

8.链传动;

9.传动齿轮;10.滚筒;11.钢丝绳;12.拉紧滚筒及活动小车;13.皮带

电动机6起动后,经过弹性连轴节带动蜗轮减速器7,再经过传动装置8(链传动)带动下面的滚筒,下面的滚筒通过传动比为1:1的齿轮9带动上面的滚筒,两个滚筒10旋转方向相反,这样通过钢绳11可以移动小车12,使皮带13存储或放出。从而使皮带张紧或放松。

1.3.3 液压式自动张紧装置的设计

液压式自动张紧装置由很多形式,其最终目的就是不仅能根据主动滚筒的牵引力来自动调节拉紧力,而且还能补偿皮带的伸长以及在输送机皮带调整时能方便操作等。

本“设计”设计的液压式自动张紧装置采用了液压缸和绞车结合的方式,一定程度上满足了上述目的。

液压式自动张紧装置,与电力、气压传动相比,具有以下特点:

(1)液压传动装置能在运行过程中进行无级调速,调速范围大;

(2)在同样功率下,体积小、质量轻、惯性小、结构紧凑,能传递较大的力和转矩;

(3)工作较平稳、反应快、冲击小、可高速启动、制动和换向、换制动较简单,操作较方便、省力、易实现自动化;

(4)易于实现过载保护,可以自行润滑,因此使用寿命较长;

(5)可简单地实现直线运动和回转运动,其布置也具有很大的灵活性;

(6)由于其元件实现了系列化、标准化、通用化,容易设计制造和推广使用;

(7)因功率损失等原因所产生的热量可以由流动着的油液带走,因此避免了局部温升现象;

1.4本文所研究的主要内容

(1)主要介绍本课题的背景、意义及国内外的发展状况;

(2)对皮带运输机张紧装置进行分析;

(3)在现有张紧装置的基础上,设计一种液压式自动张紧装置,并完成控制系统的设计;

(4)完成张紧装置主要部件液压缸的设计;

(5)对系统建模仿真。

第二章皮带运输机液压张紧装置的总体结构

2.1皮带运输机张紧装置的总体结构的确定

通过对整个张紧装置的作用以及应满足的要求的分析和选择,确定装置应具有的部件如下。

2.1.1执行部件的选择

为了保证输送机能够正常运转,张紧装置是必不可少的装置之一。张紧装置有四个主要作用:

(1)保证皮带运输机驱动滚筒分离点的足够张力,从而保证驱动装置依靠摩擦传动所必须传递的摩擦牵引力,以带动输送机正常运转。

(2)保证承载分支最小张力点的必须张力,限制输送带在托辊之间垂度,保证皮带运输机的正常运行,不致因输送带松弛而导致打滑、跑偏等现象。

(3)补偿塑性变形与过渡工况时输送带伸长量的变化。由于负载变化会引起输送带发生长度变化,蠕变现象也会造成输送带伸长,张紧力是变化的,必须经常调节拉紧滚筒的位置,才能保证皮带运输机的正常运行。

(4)为输送带重新接头作必要的行程准备。每部带式输送机都有若干个接头,可能在某一时间接头会出现问题,必须截头重做,拉紧装置为带式输送机已准备了负荷以外的输送带,这样接头故障就可以通过放松拉紧装置重新接头来解决问题。

可见,拉紧装置应具有自动调节拉紧力、响应快、体积小、控制简单、等特点。

根据设计要求,液压自动拉紧装置的执行元件可选择工程液压缸结合调度绞车的形式,以满足皮带机在正常工作、断带调整、重新街头以及位置转移时对拉紧装置的不同要求。

2.1.2控制部件的选择

(1)皮带运输机在煤矿生产中大多用在井下和地上选煤厂,在井下使用时应保证其工作过程中不产生电火花,所以张紧装置应有防爆控制箱。

(2)拉紧装置正常工作时,可采用泵断续的供油,利用蓄能器实现油缸的自动拉紧和特殊情况下启保护作用,以此减少消耗,降低能耗。

(3)在皮带运输机尾部拉紧小车的轨道上设置行程开关,来控制液压拉紧系统快速动作,以防在断带时拉紧小车的快速后退和油缸中某一腔的液压急剧变化而造成很大的冲击对系统带来巨大的破坏。

2.1.3动力及其他部件的选择

(1)设置液压泵站,为系统提供动力。

(2)设置固定绳座,选择系统所用的刚绳以及其他附属元件。

2.2 绘制张紧装置的系统结构布置简图

2.2.1拉紧装置总体组成及其作用

由上文分析、选择可知,拉紧装置总体有以下几部分组成:

(1)油缸,正常工作时的执行元件。

(2)慢速调度绞车,在皮带机断带调整、重新接头时工作。

(3)防爆控制箱,皮带机在井下工作时起隔离、防爆作用。

(4)液压泵站,提供压力油、提供系统动力。

(5)蓄能器,在液压泵间隔空转时为系统提供动力,并在特殊情况下其保护作用。

(6)行程开关,起断带保护的作用。

(7)其他部件,为系统起固定、连接、传动等作用。

2.2.2 系统结构布置简图

如图2-1所示,为系统总体系统结构布置简图[4]

皮带张力液压控制系统设计

图2-1 皮带机液压自动拉紧装置系统结构布置简图

1.皮带;

2.拉紧小车;

3.小车轨道;

4.刚绳;

5.滑轮组;

6.行程开关;

7.液压泵站;

8.固定绳座;9.防爆控制箱;10.拉紧油缸;11.蓄能器;12.慢速调度绞车

系统结构布置图说明:

(1)拉紧油缸的中线位置、滑轮组、纲绳的布置位于同一水平面内。

(2)防爆控制箱9、液压泵站7为无地基放置件,可根据使用场合的不同灵活放置。

(3)最上方和最下方的纲绳之间的水平距离应尽量大。

第三章张紧装置的液压系统设计

3.1 设计参数和满足要求分析

1.设计参数如下:

(1)张紧力:F = 70KN;张力车重量G=12KN;

(2)调整时间:t=7s;

(3)调整行程:s =400mm;

(4)系统频宽f0.7=5;力控精度0.2KN;

(5)张紧速度:

1

700

10

7/ s mm

t s

v cm s

===;后退速度:

210/

v cm s

=;

2.设计要求分析:

结合生产实际,考虑多方面原因得出以下拉紧装置应满足的要求:(1)如图3-1所示,实现油缸的张紧、松开以及特殊时期的动作。

(2)张紧系统能随皮带张力的大小的变化而动作,实现皮带的张紧力在一定范围内保持不变,这里取皮带的张力F张的范围为:

≤≤

F F F

0.95 1.05

张张张

(3)能满足在特殊情况下对系统的保护,如:断带时的断带保护、过载时的过载保护等;

(4)由于启动时的需要的压力很大,应保证系统启动时的工作压力值为正常工作时的1.4~1.5倍,满足油缸能正常启动而不至于产生皮带打滑等不良现象,同时要保证系统运行平稳,冲击较小。

皮带张力液压控制系统设计

图3-1 油缸布置位置及连接油路图

1.皮带;

2.拉紧小车;

3.小车轨道;

4.纲绳;

5.滑轮组;

6.行程开关;

7. 固定绳座;8. 拉紧油缸

3.2 液压系统设计

3.2.1 工况分析并确定液压缸参数

1.负载分析初步确定各工况的负载和速度

液压缸负载主要包括:张紧力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压阻力等。

(1)张紧力:根据油缸、纲绳的连接的形式可知:

F K N

=

=50~100/225~50

同时应考虑油缸启动时的压力应为实际工作压力的1.4~1.5倍,所以油缸在启动时张力应为:35~75

=

F K N

(2)摩擦阻力:

由于液压缸的摩擦阻力相对于张紧力很小,故可忽略不计。

(3)惯性阻力、重力:

由于液压缸水平布置,且其工作时运动量很小,不属于快速往复运动型,故惯性阻力、重力可不以考虑。

(4)密封阻力和背压阻力:

将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去,取液压缸的机械效率为0.9。

背压阻力是液压缸回油路上的阻力,初算时可不考虑,其数值在系统确定后才能

定下来。

由上面计算可得表1-1 液压缸各工况负载计算

表 1-1 进给液压缸负载计算 工 况

计 算 公 式 液 压 缸 的 负 载(KN ) 启 动 阶 段

F 启=F 实 F 启min =35/0.9=38.9 F 启max =75/0.9=83.3 张 紧 阶 段

F 工=F 张 F 工min =25/0.9=27.8 F 张max =50/0.9=55.6

由于液压缸的工况阶段在张紧阶段,且其快退时的速度的范围没有限制,所以在

设计过程中主要考虑张紧阶段以及启动阶段。这里液压缸的负载图、速度图也不再列出。

2.初步确定液压缸参数

(1)液压缸的内径和活塞杆的内径

由F 启max = 83.3KN 、F 工max =55.6KN ,由<<液压传动>>表11-1、11-2、11-3取P

工=

12MPa ,为防止启动产生冲击,液压缸回油腔应有背压,设背压为0.6MPa [5]。为保证稳定的低速进给,用液压缸的有杆腔作为工作进给时的工作腔,则液压缸的直径D 为:

()()6124483300

0.100410.04/2 3.14120.30.910F D m cm P P π?====-?-??工

国标GB/T 2348-80,可取D = 12.5cm

同时,由P 工= 12MPa >9.51 MPa ,故可取活塞杆直径d 为:

0.700.7012.58.75cm d D ==?=

查表得,取标准值d = 9cm

根据已取得缸径和活塞杆的直径,计算液压缸的实际有效面积,无杆腔面积A 1

和有杆腔面积A 2分别为:A 1=122.66cm 2, A 2=59.07cm 2

验算液压缸能否获得最小的稳定速度,如果验算后不能获得最小稳定速度时,还

要相应加大液压缸直径,直至满足稳定速度为止,其计算方法如下:

2min min 25/m in =59.5cm 7/Q L A V cm s ==稳

式中:A 稳——能保证最小稳定速度的最小有效面积;

Q min ——调速阀最小稳定流量,从手册中查得min 25/m in L Q

=

V min ——执行机构最小速度。

根据上面计算,由于液压缸有效面积A1>A稳,所以能满足最小稳定速度的要求。

(2)计算进给液压缸各运动阶段的压力、流量和功率

通过估计,工作时背压P背=63105Pa,快退时背压力P背= 53105Pa,同时根据上面计算出的液压缸的直径及活塞杆的直径等,计算出液压缸各运动阶段的压力、流量和功率,如下表1-2。

表1-2 液压缸的压力、流量和功率计算

工况负载

F(KN) 回油腔压

力P2(Mp)

进油腔压

力P1(Mp)

输入油量

Q(L/min)

输入功率

N(Kw)

计算公式

启动阶

段38.9~

83.3

P2=P1 6.12~

14.10

变化值变化值P1=F/(A1-A2)

Q=(A1-A2)*V

N=P1*Q

张紧阶

段27.8~

55.6

P2=0.6 5.95~

10.66

24.81 2.46~

4.41

P1=(F+A1*P2)/A2

Q=A2*V1

N=P1*Q

快速后

退1.1 P2=0.5 1.22 74 1.50 P1=(F+A1*P2)/A2

Q=A1*V

N=P1*Q

3.2.2 拟定液压系统原理图[6]

1.选择液压基本回路

根据工况分析,由于启动时的张紧力是正常工作时的1.4~1.5倍,所以应设置高压溢流阀19,高压溢流阀的溢流压力为正常工作压力的1.4~1.5倍,同时设置二位两通电磁阀18控制正常工作时的系统压力;启动时,二位两通电磁阀18处右位断开,此时系统压力由19控制,启动结束后,18处左位接通,此后系统压力由17控制。

(1)选择蓄能供能回路和过载保护回路(如图3-2)

设置蓄能器11可在一定时间内保持系统压力动态并衡,同时其采用压力继电器12及二位二通电磁阀13可起到断带保护的作用。图示压力油流动方向为启动后压力油流动方向,此时,蓄能器蓄能。启动阶段,由于系统压力较高,此时二位二通电磁阀10应断开,启动完毕后接通。

皮带张力液压控制系统设计

皮带张力液压控制系统设计

图3-2蓄能、供能、断带保护回路图3-3 过载和快退保护回路

(2)选择断带保护回路[7](如图3-2)

实际工作中,当意外事情(如突然断带等)发生时,会对液压缸产生很大冲击,此时若对系统不加以保护,定会造成严重的损失。为防止类似事情发生,在小车轨道上设置行程开关9,断带时,小车快速右移,触动行程开关,行程开关通过控制二位二通电磁换向阀13,使YA得电,左位工作,油液压力下降,通过二位二通电磁换向阀13流回油箱,从而保护系统。

(3)过载保护回路(如图3-3)

实际工作过程中,若皮带机突然过载,即油缸有杆腔压力突然增大,此时可以通过设置压力溢流阀,设置溢流阀压力为某一定值,当油缸中的压力达到此值时即通过溢流阀8卸荷,活塞杆左移,过载消除液压缸恢复原位,保持皮带拉压力在一个很小范围内变化。同理,油缸有杆腔压力突然增大时(皮带轻载),活塞杆右移拉紧皮带。

2.液压回路的组合及其动作原理

根据以上选择的液压回路,考虑各个回路及元件之间的先后动作组合成符合设计要求的液压系统并绘出液压系统图(如图3-5)。

其基本动作原理简要如下:

(1)启动阶段:启动系统,泵2开始工作,同时二位二通电磁阀18和二位二通电磁阀10联动2YA、5YA动作并延时(设定延时时间为系统压力达到电磁溢流阀19设定值为止,此时间可通过试验得到,观测压力表6),二位二通电磁阀18处右位、二位二通电磁阀10处上位,从而系统压力由电磁溢流阀19控制;油液通过两三位四通电磁阀3、调速阀15、液控单向阀14、进入液压缸有杆腔,油液压力达到一定值后,活塞、活塞杆带动滑轮组以及拉紧小车右移,进而拉紧皮带,液压缸无杆腔油液经二位三通电磁阀5、经二位四电磁阀3回油箱。

(2)张紧阶段:二位二通电磁阀18和二位二通电磁阀10联动,2YA、5YA 延时结束后失电,二位二通电磁阀18处左位、二位二通电磁阀10处下位,此时系统压力由电液比例溢流阀17控制;油液继续进入液压缸有杆腔的同时经二位二通电磁阀10

进入蓄能器11,蓄能器11蓄能;到蓄能器的压力达到一定值(系统工作时的压力值),电磁压力继电器12动作控制电磁溢流阀19的二位二通阀的1YA,,使电磁溢流阀19的二位二通阀接通,油液从泵源直接回油箱,泵空转(停止工作)。

(3)保压阶段:由蓄能器为液压缸补充由于油液损失而造成的压力不足等,以维持液压缸的正常的工作压力;由于油液损失的继续,以至蓄能器的补充也难以维持时(系统压力小于规定值时),电磁继电器12动作,控制控制电磁溢流阀19的二位二通阀的1YA,1YA失电,使使电磁溢流阀19的二位二通阀断开,油液从新向液压缸有杆腔、蓄能器供油;到蓄能器的压力达到一定值(系统工作时的压力值),电磁继电器12动作控制电磁溢流阀19的二位二通阀的1YA,,使电磁溢流阀19的二位二通阀接通,油液从泵源直接回油箱,泵空转(停止工作),这样系统反复此过程,保证液压缸工作的正常压力。

(4)快退阶段:系统要停止工作时,控制二位四电磁阀3,3YA得电,油液通过二位三通电磁阀13进入液压缸无杆腔,有杠腔油液通过液控单向阀14和调速阀15回油箱,同时蓄能器11也卸荷。当液压缸碰到障碍物或压油回路堵塞(液控单向阀坏了)油液可通过溢流阀7回油箱,从而保护系统。

(5)实际工作中,当意外事情(如突然断带等)发生时,会对液压缸产生很大冲击,此时若对系统不加以保护,定会造成严重的损失。为防止类似事情发生,在小车轨道上设置行程开关,断带时,小车快速右移,触动行程开关,行程开关通过控制二位二通电磁换向阀13,使YA得电,左位工作,油液压力下降,通过二位二通电磁换向阀13流回油箱,从而保护系统。

(6)反馈控制系统(图3-4)

皮带张力液压控制系统设计

图3-4反馈控制系统的原理图

定期对皮带运输机进行拉力测试,得到的拉力值可输入到信号接收器16,进而将得到的拉力值同电磁比例溢流阀17的设定值比较、分析,得到两值之差并反馈给电磁比例溢流阀17,使其重新设定其压力值,从而保证皮带运输机、拉紧系统的可靠性。

(7)实际工作过程中,若皮带机突然过载,即油缸有杆腔压力突然增大,此时可以通过设置压力溢流阀,设置溢流阀压力为某一定值,当油缸中的压力达到此值时即通过单向阀14经溢流阀7卸荷,活塞杆左移,过载消除液压缸恢复原位,保持皮

带拉压力在一个很小范围内变化。同理,油缸有杆腔压力突然增大时(皮带轻载),活塞杆右移拉紧皮带。

皮带张力液压控制系统设计

皮带张力液压控制系统设计

图3-5 液压缸布置及液压系统图

1.滤油器;

2.液压泵;

3.两位四通电磁阀;

4. 背压阀;

5.两位三通阀;

6. 压力表;7、8. 溢流阀; 9.行程开关;10、13、18.两位两通电磁阀;11蓄能器.;12.压力继电器;.14. 液控单向阀调速阀;15.调速阀; 16.信号接收器; 1

7.电液比例溢流阀; 19.电磁溢流阀

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