往复式给煤机

中国矿业大学成人教育学院2008届毕业设计（论文） 第一章 绪 论给煤设备是煤矿生产系统的主要设备之一,给煤设备的可靠性,特别是关键咽喉部位给煤设备的可靠性,直接影响整个生产系统的正常运行。目前,我国煤矿使用的给煤设备主要是往复式给煤机和电振给煤机。往复式给煤机在我国煤矿广泛应用几十年。生产实践证明,该设备对煤的品种、粒度、外在水份等适应性强,与其他给料设备相比,具有运行安全可靠、性能稳定、噪音低、维护工作量少等优点,仍不失推广使用的价值。1.1 往复式给煤机的发展历史往复式给煤机最早研制于20世纪60年代初,70年代,在基础上,更换了驱动装置,改为系列,并一直沿用至今。国外给煤机发展状况也与国内大相径庭,并没有更高的技术含量,但价格却是国内同类产品的45倍。自20世纪60年代定型后,我国各大煤矿使用的给煤机主要是K系列的往复式给煤机。系列给煤机共有五种型号:-0、-1、-2、-3、-4，其技术参数如表1-1所示：表1-1K系列往复式给煤机技术参数型号规格K-0K-1K-2K-3K-4给料能力（t/h）底版行程曲柄位置无烟煤烟煤无烟煤烟煤无烟煤烟煤无烟煤烟煤无烟煤烟煤200mm410090150135225200330300590530150mm37567112100170150247220440395100mm25045756813310016515029526850mm12522343455508375148132曲柄转速（r/min）5757626262电动机型号YB160M1-8YB160M1-8YB160M1-8YB160M1-6YB160M1-6功率（KW）4447.518.5转速（r/min）720720720970970减速机型号JZQ0-350JZQ0-350JZQ0-350JZQ-400JZQ-500速比12.6412.6412.6415.7515.75允许最大颗粒（mm）含量10%以下250350400500700含量10%以上200300350450550设备重量（kg）带料斗11271251148119272737不带料斗10261144134217352505其结构尺寸表1-2如下所示：表1-2K系列往复式给煤机的结构尺寸型号ABCHH1H2H3L111213141516K-0136031008462102103251051245084010008007501040750K-113603100111221021032510512450840100080075010401000K-21360354011122082083251297285011501250105010009401000K-313523950136025025034513403270140015001300125011571250K-416224740163233033034515433850170017501550155014351500型号171819110111112n*113114n*115116N*MDK-0550500500830351911*2001311*19019014*M20K-18007507501080352751*2801311*19019016*M20K-28007507501080352081*208911*22522517*M20K-31050100010001300352731*273911*29029017*M20K-41300125015801580352701*270961*32022020*M201.2 往复式给煤机的用途往复式给煤机一般用于煤或其他磨琢性小、黏性小的松散粒状物料的给料，适用于矿井和选煤厂，将煤碳经煤仓均匀地装载到输送机或其它筛选、贮存装置上。1.3 往复式给煤机的组成及工作原理往复式给煤机结构是由电动机、减速器、联轴器、H形架、曲柄连杆机构、底板(给料槽)、传动平台、漏斗闸门、托辊等组成。传动原理：当电动机开动后，经弹性联轴器、减速器、曲柄连轩机构拖动倾斜的底板在插辊上作直线往复运动，当底板正行时,将煤仓和给料槽内的煤带到机体前端；底板逆行时,给料槽内的煤被机体后部的斜板挡住,底板与煤之间产生相对滑动,机体前端的煤自行落下。将煤均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。该机设有带漏斗、带调节阀门和不带漏斗、不带调节阀门两种形式。1.4 往复式给煤机的特点1.往复式给煤机的特点(1)结构简单,维修量小在往复式给煤机中,电动机和减速器均采用标准件,其余大部分是焊接件,易损部件少,用在煤矿恶劣条件下,其适用性深受使用单位的好评。(2)性能稳定往复式给煤机对煤的牌号,粒度组成,水分、物理性质等要求不严,当来料不均匀,水分不稳定且夹有大块煤、橡胶带、木头及钢丝等时,仍能正常工作。(3)噪音低往复式给煤机是非振动式给料设备,其噪音发生源只有电动机和减速器,而这两个的噪音都很低。尤其在井下或煤仓等封闭型场所,噪音无法扩散,这一点是电动给料机所无法达到的。(4)安装方便、高度小往复式给煤机一般安装在煤仓仓口,不需另外配制仓口闸门溜槽及电动机支座,安装可一步到位,调整工作量小,而电动给煤机由于不能直接承受仓压,需要另外安放仓口过渡溜槽,相比之下,往复式给煤机占有高度小,节省了建筑面积和投资。2.往复式给煤机与振动式给煤机的比较往复式与振动式给煤机两种给料方式不同点是给料频率和幅值以及运动轨迹不同。在使用过程中，由于振动式给料机给料频率高，噪声也大；由于它是靠高频振动给料，其振动和频率受物料密度及比重影响较大，所以，给料量不稳定，给料量的调整也比较困难；由于是靠振动给料，给料机必须起振并稳定在一定的频率和振幅下，但振动参数对底板受力状态很敏感，故底板不能承受较大的仓压，需增加仓下给料槽的长度，结果是增加了料仓的整体高度，使工程投资加大；由于给料高度加大，无法用于替换目前大量使用的往复式给煤机。1.5 往复式防窜仓给煤机设计目的随着煤炭工业的迅猛发展,煤矿井型也在不断扩大,现有的往复式给煤机，如-4生产能力最大,但也只有，已不能再满足煤矿生产系统的选型要求。正是基于这个原因,我们在对给煤机使用情况大量调研的基础上,研制了、的大型往复式给煤机。往复式给煤机安装在煤仓下口处，在煤矿井下生产中，设置一定容量的煤仓对于保证消峰平谷和高产、高效是十分必要的。它可以有效地提高工作面采掘设备的利用率，充分发挥运输系统的潜力，保证连续均衡生产。但是，煤仓窜仓事故在我国煤矿经常发生，据调查，仅淮北矿业集团所属各煤矿每年就有十几起甚至几十起窜仓事故发生。窜仓事故常造成设备严重损坏，井下停产，当窜仓煤量较大时，还会阻塞巷道，造成运输巷通风不畅，引起瓦斯爆炸等事故。为满足大型高产高效矿井系统给煤设备的大流量输送要求，且保证设备的工作可靠性和生产安全性，设计一种带有防窜仓装置的往复式给煤机，替代现在使用的给煤机，保障运输系统和装载系统正常、有序运行，使系统各环节协调一致。第二章 往复式给煤机整体设计2.1往复式给煤机整体结构尺寸的确定在确定往复式给煤机整体结构尺寸之前，首先考虑给煤机的容积利用系数。容积利用系数是给煤机槽体内煤的体积与槽体容积的比值。在给煤机槽体容积一定的情况下,容积利用系数取值的高低,决定设计生产能力的大值大,则设计生产能力大,反之就小。现有型往复给煤机容积利用系数取值为0.62。为了提高给煤机的综合性能,通过对K型往复给煤机的使用情况进行大量调查和性能测试,给煤机实际生产能力比设计生产能力偏大约1020%。这说明原设计容积利用系数取值偏低。在该往复给煤机设计中,我们将容积利用系数提高到0.7-0.8,这就意味着,与原设计比较,在相同设计生产能力条件下,给煤机槽体容积可以缩小13%。给煤机的实际生产能力与煤的粒度、水份有较大关系。同样一台给煤机,煤的流动性好,则实际生产能力大;煤的流动性差,则实际生产能力就小。现有型往复给煤机之所以适应范围广,除其它性能以外,就在于设计时余量较大,即容积利用系数取值较低。我认为,容积利用系数不宜取值过大,以保证往复给煤机对各种煤的适应性。2.1.1给煤机箱体尺寸的确定根据已知参数（给料量：=；往复行程：=），初步设定曲柄的转数为，箱体的有效高度和宽度，高度为，宽度为。给料量可表示为 式中给煤机给料量，；给料机箱体高度，；给料机箱体宽度，；给料机行程，；煤的密度，；给料机箱体高度，；工况系数，。因此，由式 可求出给料量 由结果可得出，箱体尺寸满足给料要求。2.1.2给煤机整体结构布局给煤机整体结构布局如图2-1所示：图2-1给煤机整体结构布局图2.2给煤机的受力分析2.2.1 往复式给煤机的运行阻力 往复式给煤机运行时，电动机功率主要消耗在克服下列阻力上。正行时：底板在托滚上的运动阻力和煤与固定侧板的摩擦阻力。逆行时：底板在托滚上的运动阻力和煤与底板的摩擦阻力。此外，还有一些能量消耗在克服底板加速运动时的运行阻力上。往复式给煤机正行时的功耗是有效功耗，逆行时的功耗是无效功耗。2.2.2 产生运行阻力的因素及力的计算现有往复式给煤机的运行阻力有以下公式计算： 式中 给煤机槽体内煤的质量，；给煤机运动部件的质量，； 重力加速度，； 煤仓出口处压力，；给煤机底板水平投影长度，；煤仓出口对底板有效压力区长度，；给煤机槽体净宽度，；底板在托滚轮上的运动阻力系数，；煤对侧板的侧压系数； 煤的松散容重， ；底板上煤的厚度， ，。往复式给煤机计算简图见图2-2。图2-2 给料机的计算简图正行阻力： 正行阻力： 运行阻力按正行阻力和逆行阻力的均方值计算，即 式中、括号内的第一项表示给煤机槽体内煤的重量和活动件的重量；表示给煤机槽体内煤的重量； 表示煤的重量对给煤机固定侧板产生的侧压力。号内的第二项表示煤仓出口处压力； 表示煤仓出口处压力对给煤机固定侧板产生的侧压力。由于底板在托滚轮上的运动阻力较小(运动阻力系数值较小),给煤机运行阻力主要是煤与固定侧板的摩擦阻力和煤与底板的摩擦阻力。因此可知,产生运行阻力的主要因素是给煤机槽体内的煤的重量和煤仓出口处的压力以及煤与侧板或底板的摩擦系数。从以上分析可知,我们只能从减少煤仓出口处压力对底板的作用,以及减小煤与固定侧板和底板的摩擦力来往复式给煤机的节能措施。采用倾斜式仓口漏斗由于煤仓出口处压力的作用,使底板产生了运行阻力,如果采用斜仓口漏斗,使煤仓出口压力对底板作用减小或不作用在底板上,底板的运行阻力就可以减小。往复式给煤机的运行阻力由以下简化公式计算： 给煤机槽体内煤的质量： 底托板选用的材料为，其密度，底托板长、宽、厚度分别为1809、1198、16。则底托板质量为：则 正行阻力： 正行阻力： 运行阻力： 减少煤与底板的磨擦系数是有限的。这是因为正行时，给煤机槽体内的煤是在其与底板之间的磨擦力的作用下，移到给煤机前端。煤与底板的磨擦力要大于煤在加速时的动阻力和煤与固定侧板的磨擦力，才能保证在正行时，煤与底板间不产生相对滑动。2.3 曲柄连杆机构的运动分析 给煤机的受力分析如上2.2所述，只要得出曲柄连杆的运动参数，根据公式便可得出给煤机电机的功率。曲柄连杆受力如图2-3所示。图2-3曲柄连杆运动简图已知：由滑块行程得出曲柄，连杆长，曲柄转速。参考文献1表41.1-24，用VB程序编写计算曲柄连杆机构运动的速度、加速度。程序见附录。由程序结果可知： 2.4 电机选型因设备是在井下工作，电机选为隔爆异步电动机。1. 给煤机所需功率： 2. 给煤机的传动效率(1) 曲柄连杆的传动效率：0.95(2)减速器的传动效率：0.75(3)联轴器的传动效率：0.99所以，给煤机的总传动效率为 3. 电动机的功率确定电动机的实际功率为 一般来说，选择电动机容量时应保证电动机的额定功率等于或稍大于工作机所需的电动机功率，即，所以，选择电机额定功率为11，选择电机型号如表2-1所示表2-1往复式给煤机电机选型型号额定功率额定转速同步转速功率因数YB160L1-61197010000.782.5 减速器选型1. 减速器选型现在已使用的K系列往复式给煤机常用的减速器型号如表2-2所示。表2-2 K系列往复式给煤机常用的减速器型号型号规格K-0K-1K-2K-3K-4减速机型号JZQ0-350JZQ0-350JZQ0-350JZQ-400JZQ-500速比12.6412.6412.6415.7515.75ZQ、ZQH（JZQ、PM）型减速器具有机械性能好、工作可靠、维修方便、过载能力强、耐冲击、惯性力矩小等特点。适用于起重、运输、冶金、矿山、建筑、化工、纺织等行业。 其适用条件如下：减速器齿轮圆周速度不大于12m/s；高速轴的转速不大于1500r/min；可用于正反两向运转；工作环境温度为-40+40。减速器有九种传动比、九种装配形式和三种低速轴轴端型式。1) 计算速比减速器速比为2) 参考成熟产品中的减速器型号，选其型号为JZQ400。其型号意义为： JZQ 400 2 1 2 3 4 51 减速器型号；2 总中心距为400mm；3 传动比代号为，即15.75；4 第二种装配形式；5 圆柱型轴端形式。3) 选用减速器的公称输入功率选用减速器的公称输入功率，应满足： 式中 计算功率，KW； 载荷功率，KW； 减速器的公称输入功率，KW； 工况系数（即使用系数）； 启动系数； 可靠度系数；往复式给煤机载荷为中等冲击，查表15-2-8得，；选取启动系数和可靠度系数，查表15-2-9和15-2-10得、；所以计算功率： 所以，选其输入功率为。2. 校核热平衡许用功率校核热平衡许用功率，应满足： 或 式中 计算热功率，KW；、减速器热功率，无冷却装置为，有冷却装置为； 、环境温度系数，载荷率系数，公称功率利用系数；查表15-2-11、15-2-12、15-2-13得：，（每天20h连续工作），。所以热平衡许用功率： 查表可得，根据以上结果可知，选型成功。2.6联轴器选型选用弹性柱销联轴器HL4。弹性柱销联轴器是利用若干非金属材料制成的柱销，置于两半联轴器凸缘的孔中，以实现两半联轴器连接。该联轴器结构简单，装拆方便，弹性元件材料一般多用尼龙6，耐磨性好，有微量补偿和和吸振能力，弹性元件受剪切，超载荷工作不可靠。适用于启动频繁，正反转多变，带载荷启动的中速轴系传动，不适用于工作要求高的部位，不宜用于重载、高速、有强烈冲击和振动较大的轴系传动，对于径向及角向位移大的工况以及安装精度较低的轴系传动，亦不宜选用。1. 联轴器的转矩联轴器的主要参数是公称转矩，选用时转矩应符合下列关系： 式中理论转矩； 计算转矩； 公称转矩； 许用转矩； 许用最大转矩； 最大转矩。2. 联轴器的理论转矩计算 式中驱动功率； 工作转速；所以3. 联轴器的计算转矩计算 式中动力机系数，； 工况系数，； 起动系数，； 温度系数，。所以 4. 强度校验(1)抗剪强度校验 式中联轴器的计算转矩，； 柱销中心分布圆直径，； 柱销数； 柱销直径，； 柱销材料的许用切应力，可取；所以 由结果可知，校验通过。(2) 压强校验 式中柱销长度，（）； 柱销材料的许用压强，可取；所以 由结果可知，校验通过。2.7 托辊轴的设计计算2.7.1 整体布局1）根据机械传动方案的整体布局，拟定轴上零件的布局和装配方案，如图2-4所示。图2-4托辊轴的整体布局2.7.2 托辊轴的设计与校验1. 求输出轴上的转矩 2. 求作用在托辊上的力由以上计算可知，给煤机槽体内煤的质量：；底托板质量：。所以作用在托辊上的垂直力为：因为作用在托辊上的水平力为： 3. 确定轴的最小直径 选取轴的材料为，调质处理，按式初估轴的最小直径，参考文献4查表2-4，取，可得 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所示图2-5 轴的结构图 (2) 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段1该轴段用与安装固定板，为了把该轴固定在箱体上，使轴在轴向定位，取该轴段直径，长度。轴段2 该轴段用于安装放松螺栓，为套筒的轴向定位。轴段右端制出定位轴肩，根据箱体和托辊的结构尺寸可确定该段轴的长度，因此取。轴段3 该段安装套筒，用于固定轴承内圈。取轴段直径，取。轴段4 该轴段用于安装轴承和套筒，装在轴承中间的套筒为了固定两边的轴承内圈，由于给料机在工作过程中受冲击，即承受轴向载荷，又承受径向载荷，所以选用圆锥滚子轴承(面对面的排列)，它能承受双向轴向载荷。参考文献6表24.4-7可得知：取该轴段直径，选取7011C形角接触球轴承，尺寸为，长度。轴段5该轴段用于轴承内圈左端的定位，外圈有端盖定位，取定位轴肩，取直径为，。轴段6取该轴段直径为，是有给料机的总宽所确定。其余各轴段的直径和长度如图2-5所示，与如上轴段是对称关系，结构尺寸同上。(3) 确定轴端倒角取。 4. 轴的强度校核 (1)求轴的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图（见图2-6），在确定轴承的支点位置时，参考文献6表24.2-15可得知：对于7011C型角接触球轴承，取,因此轴的支撑跨距为。 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图，扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和当量弯矩图，截面处的及的数值如下。所以作用在托辊上的垂直力为：所以作用在单个托辊上的垂直力为：因为作用在托辊上的水平力为：支反力 水平面， 垂直面，弯矩和 水平面， 垂直面合成弯矩扭矩 当量弯矩 图2-6 轴的计算简图(2)校核轴的强度 轴的材料为，调质处理，参考文献4表4-1,查得，则，即，取，轴的计算应力为满足强度要求。5轴承选择与校核根据轴的结构尺寸，参考文献6表24.2-15可得知，选用7011C角接触球轴承，该轴承的主要性能参数为：基本额定动载荷；基本额定静载荷，。根据以上轴的载荷计算，得知：(1) 轴承的支反力：水平支反力 水平面， 垂直支反力 垂直面，合成支反力 (2) 轴承所承受的轴向载荷：参考文献5,由式5-9(3) 轴承的当量载荷两对轴承结构对称，尺寸相同，所以当量载荷也相同。因，参考文献5查表5-12得:，参考文献5式5-1 (4) 轴承的寿命因,由参考文献5表3-1、表3-2查得，满足使用要求。第三章 防窜仓执行元件的设计3.1液压系统方案设计3.1.1负载分析煤的重量现在大多数的煤矿中煤仓的高度范围约为，作为参照，初定煤仓高度，给料口为方形口，长宽相等，为 。因此，当发生窜仓时，窜仓煤的体积为： 在给料口上方的煤的重量可得： 其中 煤的密度，为； 煤的体积。即可得出，作用在闸门上方的力为 挡板的重量此挡板在在侧板上方,靠近给料口的一端用与侧板铰接，挡板的长宽略小于给料口的长宽，。取其厚度为，因此，挡板的体积为： 则挡板的质量为 其中 挡板材料选为，密度为； 挡板的体积。挡板的重量为： 总负载 圆整，取。在给料机侧板上分别装一个液压缸，则一个液压缸所承载的力为。因液压缸装在侧板中央，在侧板上再放一块钢板，即刚才所说的挡板。当发生窜仓时，液压缸将挡板推至给料口，此时，液压缸与钢板不是垂直的，而是有一个角度，初定此角度为，如图3-1所示图3-1受力示意图根据参考文献4中，防窜仓时间应控制在一秒以内，本系统中的活塞杆行程约为300，因此，初定液压缸快进速度为，快退的速度为。则作用在一个液压缸上的力应为 圆整，负载力。3.1.2液压系统方案设计1液压系统原理图图3-2液压系统原理图2系统的工作原理根据防窜仓装置的工作特点和所拟定的方案，设计了防窜仓装置，其工作原理如图3-2所示。（1）系统正常工作时。当给煤机给煤时，液压系统电机送电，液压泵运转，向蓄能器充液，当蓄能器达到所需压力时，压力继电器动作，电动机断电，油泵停止运转。压力继电器和溢流阀的调定压力应为蓄能器能够提供瞬时冲击能所需要的压力。（2）给煤机工作时出现窜仓，堵料仓口过程。当给煤机工作过程中出现窜仓时，先由传感器将信号传递给电控制系统，电气控制系统控制二位二通电液换向阀通电，三位四通电液阀通电，蓄能器至油缸间的油路接通，蓄能器向油缸提供瞬时动力，油缸推动挡板快速关闭。由液压锁锁定液压缸。与此同时，使给煤机的电动机断电，给煤机停止工作。3.2 液压缸的结构设计 本系统的执行元件,采用的是单活塞杆液压缸。活塞杆以推力驱动工作负载时，压力油进入无杆腔，推动液压缸工作。3.2.1 初选液压缸的工作压力参考同类设备，根据负载情况，初选液压缸的工作压力为。3.2.2 缸筒的计算与验算1液压缸缸筒内径的计算本系统是活塞杆以推力驱动负载工作，压力油进入无杆腔，由 得： 式中 单活塞杆液压缸实际推力，； 液压缸活塞有效作用面积； 液压缸有杆腔有效作用面积； 液压缸活塞杆径，大约为的0.50.7倍； 液压缸工作压力,等于； 液压缸回油背压, ； 液压缸机械效率,约为0.93。由上式求得缸筒内径值后，应根据液压缸缸筒内径尺寸系列圆整为标准值。根据尺寸系列，圆整,取。2缸筒壁厚的计算 式中缸筒壁厚（）；缸筒内径（）；最高允许压力（）； 缸筒材料的许用应力（）；缸筒材料的屈服强度（）；缸筒材料为45钢，其屈服强度为685；安全系数，一般取=1.52.5。当时，参考典型的液压缸系列产品的缸筒壁厚取值，取=11。3缸筒壁厚的验算1) 液压缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全。 2) 为避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压力有一定的比例范围。 3) 为确保液压缸安全使用，缸筒的爆裂压力应远远大于耐压试验压。耐压试验压力是液压缸在检查质量时必须随的试验压力。在规定时间内，液压缸在此压力作用下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象出现。通常规定为当额定压力时。当额定压力时。本系统初定其额定压力，所以，其耐压试验压力 式中缸筒内径（）； 缸筒外径（）； 液压缸的额定压力（）；缸筒发生完全塑性变形的压力（）；缸筒耐压试验压力（）；缸筒发生爆裂时压力（）；缸筒材料的抗拉强度（）；缸筒材料的屈服点（）。3.2.3液压缸进、出油口尺寸液压缸进、出油口可布置在缸筒前、后端盖上，连接形式有螺纹连接、法兰连接等，如图3-3所示。图3-3液压缸进、出油口尺寸代号本系统的进、出油口采用螺纹连接。国家标准GB/T2878-1993规定了液压缸进、出油口螺纹连接尺寸系列。如表2-1。表2-116MPa中型系列单杆液压缸油口安装尺寸（）缸径ECEE100203.2.4缸底厚度计算液压缸的底部设计为平面，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式近似计算。 式中缸筒底部厚度（）；缸底内径（）；液压缸的额定压力（）；缸筒材料的许用应力（MPa）。缸底结构如图3-4：图3-4平面缸底3.2.5活塞杆的稳定性验算1. 活塞杆直径的确定一般情况下，活塞杆直径约为缸筒内径的0.50.7倍。所以，2. 活塞杆验算一般以液压缸活塞杆端部和缸筒后端盖均为耳环铰接安装方式的情况来考虑，而且当活塞杆全部伸出时，活塞杆端和负载的连接点到液压缸支承点间的距离假定为。如图3-5所示。图3-5支承点间的距离示意图当时，主要验算活塞压缩或抗拉强度，当时，活塞杆须进行弯曲稳定性验算。根据实际情况，本系统中的跨距，对其压缩和抗拉强度校验如下： 式中活塞杆直径，70；液压缸的最大推（拉）力,160；缸筒材料的屈服强度（）；缸筒材料为45钢，其屈服强度为685；安全系数，一般取24。 由计算结果可看出，活塞杆强度满足要求。3.2.6 液压缸的其它结构尺寸1.液压缸无杆腔有效作用面积 2.液压缸有杆腔有效作用面积 3.2.7 液压缸的性能参数1. 速比除特殊场合外，速比不宜过小或过大，以免产生过大的背压或活塞杆太细，造成稳定性不好。一般来说，工作压力高的液压缸选用大值，工作压力低的液压缸则选用小值。 2. 效率(1) 机械效率由磨擦损失造成，在额定压力下，通常取。(2)容积效率由泄漏所致，用弹性密封时，1，用活塞环密封时，0.98。本系统采用弹性密封，故=1。(3)作用力效率由回油背压所致，当回油口接油箱时，1。(4)总效率 (5)实际工作压力 式中工作负载； 液压缸无杆腔有效作用面积。本系统原初定压力为，结果显示，满足要求。(6) 流量 3.2.8 液压缸的主要零部件(1) 缸筒与端盖缸筒的结构与端盖的连接形式、液压缸的的用途、工作压力、环境以及安装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞杆（柱塞）腔封闭，并起着为活塞杆（柱塞）导向、密封和防尘的作用。后端盖将缸筒底腔封闭，并常常起着将液压缸与其他机件连接的作用。对于双活塞杆液压缸，一般前、后端盖是相同的。1)结构常用的缸筒与端盖的连接有拉杆、法兰、焊接、内、外螺纹、内外卡环及挡圈等连接形式，其中，焊接形式只能用于缸筒与后端盖的连接。本系统中，端盖采用焊接形式。2)材料缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，能长期随最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形；有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。需要焊接的缸筒，还要求有良好的焊接性能。目前，普遍采用的缸筒材料是热扎或冷拔无缝钢管。根据液压缸的参数、用途等，缸筒与端盖还可选用下列材料：普通低合金结构钢390；合金结构钢30CrMo 、35CrMo、38CrMoAlA等；碳素钢20、35、45号等；不锈钢1Cr18Ni9Ti；铝合金ZL105、5A03、5A06等；铸钢ZG270500、ZG310570。对于厚壁缸筒，可用铸件或锻件。本系统中，缸筒的材料为45钢。3)技术要求缸筒内径可选用8、9或10配合。内径的表面粗糙度，当活塞密封采用橡胶密封件时，取为0.40.1；当采用活塞环密封时，则取为0.40.2；均需珩磨。缸筒内径的圆度和圆柱度公差可选择8级或者说级精度。缸筒端面的垂直度公差可选取级精度。缸筒端部用螺纹连接时，螺纹应选用6级精度的细牙螺纹。当液压缸的安装方式为耳环型或耳轴型时，后端盖的耳环孔径或缸筒耳轴轴径的中心线，对缸筒内孔轴线的垂直度可取9级精度。为了防止腐蚀以及其他使用的特殊要求，缸筒内表面可镀铬，镀层厚度为3040，镀后珩磨或抛光。(2) 活塞1)结构活塞的结构主要考虑与缸筒内壁的滑动和密封，以及与活塞杆之间的连接和密封。活塞的结构形式取决于密封件的型式，而密封件的型式则可须根据压力、速度、温度等工作条件而定。常用的活塞结构形式有整体式和分体式两类。整体活塞可分为无导向环（支承环）、密封件、导向环（支承环）分槽安装、密封件、导向环（支承环）同槽安装三种方式。活塞的宽度一般由密封件、导向环（支承环）的安装沟槽尺寸来决定。2)密封活塞与缸筒常用的密封有间隙密封、活塞环、形密封圈和唇形密封圈等橡胶密封件密封。目前，组合密封装置（方形圈、阶梯圈）应用比较多，它显著地提高了密封性能，降低了磨擦阻力，无爬行现象；具有耐磨损，安装沟槽简单，装拆方便的特点。同时，允许活塞外圆与缸筒内壁间有较大的间隙。活塞与活塞杆之间为间隙密封，配合之间的密封为固定密封、采用形圈密封，密封槽开在活塞杆上。3)导向安装活塞外圆的导向环（支承环），具有精确地导向作用，并可吸收活塞运动时产生的侧向力。带导向环（支承环）的活塞，在缸筒内为非金属接触，磨擦系数小，无爬行；导向环能改善活塞与缸筒的同轴度，使间隙均匀，减少泄漏；导向环采用耐磨材料，使用寿命长，且具有良好的承载能力。活塞的导向环（支承环）有嵌入型、浮动型和组合型等型式。4)活塞的材料无导向环（支承环）的活塞选用高强度铸铁HT200HT300、球墨铸铁和青铜QAl94等材料。有导向环（支承环）的活塞选用碳素钢20号、35号和45号等；也有用铝合金、1Cr18Ni9Ti等。本系统中，活塞的材料选用45钢。5)技术要求 活塞外径对内孔的径向跳动公差值取7级精度或8级精度。 端面对内孔的垂直度公差值按7级精度选取。 活塞的圆柱度公差值按911级精度选取。如图3-6所示。图3- 6 活塞的技术要求(3)活塞杆1) 结构活塞杆有实心杆和空民杆两种。空心杆必须于一端留有焊接和热处理用的通气孔。活塞杆的外端是液压缸用来与负载相连的部位。根据液压缸的安装连接方式，有多种结构形式。常用的活塞杆外端的结构形式有单耳环（带球铰）、方形双耳环、单耳环、 外螺纹（带肩）、 外螺纹（无肩）、内螺纹。 活塞杆的内端是用来与活塞连接的部位，活塞和活塞杆常用的连接形式有很多。所有的连接形式都必须有锁紧措施，以防松动。2)活塞杆的导向、密封和防尘活塞杆的导向、密封和防尘结构全部在液压缸的前端盖内。活塞杆的导向活塞杆的导向有无导向、金属导向套和非金属导向套等三种结构形式。活塞杆的密封以往多采用型密封圈和唇型密封圈。这些密封形式由于活塞杆与密封件之间是干磨擦，磨擦阻力大，磨损快。因此，近年来多选用组合式密封圈，如方形圈（格来圈）、阶梯圈（斯特封）。它们具有磨擦阻力小，起动时无爬行，极低的泄漏量和耐磨等优点。活塞杆的防尘活塞杆的防尘以往多采用无骨架防尘圈。目前多采用既可以防尘，又可以密封的双唇形防尘圈。外唇可以起防尘作用，保持活塞杆表面清洗，内唇起密封作用。当活塞杆外伸时，通过主密封圈留在活塞杆表面的油膜，即被防尘圈的内唇刮下，这样，在主密封圈和防尘圈之间保留一层油膜，起润滑作用，提高了密封圈的寿命。本系统中活塞杆的导向、密封的结构为图3-7示。图3-7活塞与活塞杆连接结构形式1密封圈2导向套 3导向环4防尘圈3)活塞杆的材料活塞杆采用的材料是45钢。4) 活塞杆的技术要求活塞杆表面须镀硬铬，镀层厚度为1525或3050。防腐要求特别高的则要先镀一层软铬或镍，然后再镀硬铬并抛光。在恶劣、腐蚀性极强的工作环境中，活塞杆喷涂一种名为Meramax-1000陶瓷涂层，在强度、抗腐蚀和抗磨损等方面，比镀硬铬更优。活塞杆外径公差取f7f9；直线度0.02/100；表面粗糙度；对精度要求更高者，。活塞杆外径的圆柱度公差值，按8级精度选取。(4)密封件、防尘圈的选择液压缸活塞和活塞杆的密封形式及密封圈、防尘圈的选择直接关系到液压缸是否有良好的工作状态和理想的使用寿命。市场上密封件、防尘圈的品种规格很多，生产厂家亦很多。下面简单介绍一下活塞与活塞杆的密封件形式。1)密封型密封加挡圈型密封加挡圈有两种形式，一是加普通挡圈，这种做法是防止型密封圈被挤入间隙中；二是加弧形挡圈，挡圈的一侧加工成弧形，以更好地和形圈相适应，且在很高的脉动压力作用下能保持其形状不变。型密封圈型密封圈有单唇和双唇两种截面形状，材料为聚氨酯。双唇间形成的油膜，降低了磨擦力并提高了耐磨性。本系统中，用到的密封形式主要是型密封、鼓形密封和蕾形密封。2) 防尘本系统中所采用的防尘圈为丁型防尘圈，材料为橡胶209。 第四章 防窜仓泵站的设计液压泵站由泵组、油箱组件、滤油器组件、控油组件及蓄能器组件等组合而成。它是液压系统的动力源，可按机械设备工况需要的压力、流量和清洁度，提供工作介质。目前液压泵站产品沿未标准化，为获得一套性能良好的液压系统，建议主机厂委托液压专业厂设计和制造。4.1泵站的分类与特点规模小的单机型液压泵站，通逃跑将液压控制阀安装在油箱面板之上或集成在油路块上，再安装在油箱之上。中等规模的机组型液压泵站则将控制阀组安装于一个或几个阀台架上，阀台设置在被控设备附近。大规模的中央型液压泵站，往往设置在地下室内，可以对组成的各液压系统进行集中管理。泵组布置型式有整体型和分离型两类1整体型均可制造成定量型或变量型（恒功率式、恒压式、恒流量式、限压式和压力切断式）。整体式可分(1)上置式广泛应用在中、小功率液压泵站，油箱容量可达1000 L。 (2) 非上置式适用于传动功率较大的场合。2分离型可分为非上置式和旁置式泵组和油箱组件分离，单独安装在地基上。改善液压泵的吸入性能，便于维修，占地大。适用于传动功率大，油箱容量大的场合。可制造成定量型或变量型（恒功率式、恒压式、恒流量式、限压式和压力切断式）。4.2本系统的泵站设计4.2.1液压系统图的拟定液压系统原理，如图4-1所示 图4-1 液压系统图系统的工作原理根据防窜仓装置的工作特点和所拟定的方案，设计了防窜仓装置，其工作原理如下：(1) 系统正常工作时。当给煤机给煤时，液压系统电机送电，液压泵运转，向蓄能器充液，当蓄能器达到所需压力时，压力继电器动作，电动机断电，油泵停止运转。压力继电器和溢流阀的调定压力应为蓄能器能够提供瞬时冲击能所需要的压力。(2) 给煤机工作时出现窜仓，堵料仓口过程。当给煤机工作过程中出现窜仓时，先由传感器将信号传递给电控制系统，电气控制系统控制二位二通电液换向阀通电，三位四通电液阀通电，蓄能器至油缸间的油路接通，蓄能器向油缸提供瞬时动力，油缸推动挡板快速关闭。由液压锁锁定液压缸。与此同时，使给煤机的电动机断电，给煤机停止工作。4.2.2液压泵的选型液压泵的选择，主要是根据系统的工况来选择的。泵的主要参数有压力、流量、转速、效率。为了保证系统正常运转和泵的使用寿命，一般在固定设备系统中，正常工作压力为泵的额定压力的80%左右；要求工作可靠性较高的系统或运动的设备（例如车辆），系统工作压力为泵额定压力的60%左右。泵的流量要大于系统工作的最大流量。为了延长泵的寿命，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用。1.液压泵的参数计算(1) 泵的最大工作压力一般来说，泵的最大工作压力为工作时液压缸所需的最大压力与油路压力损失之和。即 式中液压泵的实际压力；液压系统中压力损失，约为。(2)泵的流量因本系统中装有蓄能器，发生窜仓时，主要是由预存在蓄能器中的压力油供给油缸。泵只要满足在发生窜仓之前，能够提供给蓄能器足够防窜仓的油液即可，因此，液压泵的流量没有要求，可以很小，只要液压泵能满足压力要求即可。2. 液压泵的选型(1)因计算得液压泵的压力为，所以，选用CY14-1B型斜盘式轴向柱塞泵，其性能参数如表4-1所示。表4-1液压泵的参数型号排量额定压力驱动功率2.53252.5MCY141B额定转速重量效率30004.5泵的外形尺寸如表4-2所示表4-2泵的外形尺寸型号输出轴直径总长度2.5MCY141B14171 (2)型号意义25 C Y 14 1 B1 2 3 4 5 6 71排量；2变量方式M定量；S手动变量；C伺服变量；D电控变量；Y压力补偿变量；Z液控变量；P恒压变量；MY定级变量；3压力：32MPa；4泵；5缸体转动轴向柱塞泵；6结构代号；7改进号。 (3)向柱塞泵的使用须知1)轴向柱塞泵与原动机之间要求用弹性联轴器联接，两轴的同轴度要求在以内。2)轴向柱塞泵在壳体的最高处设有外泄油口，泵或马达起动前应由此油口向壳体内灌满清洁的工作介质，排净壳体内的空气。3)配流盘配流的轴向柱塞泵的自吸高度应小于，最好是液面高度高于泵的吸没口，以改善吸油性能。4)轴向柱塞泵若配流盘采用非对称型结构，则必须按指定的方向旋转，至于阀式配流轴向柱塞泵则只能按指定方向。5)轴向柱塞泵对工作介质的过滤精度要求较高，为。对开式系统采用全部回油过滤，吸油口不宜装过滤器；对闭式系统，进、排油都要进行过滤。6)轴向柱塞泵的传动轴的径向载荷和轴向载荷不得超过产品说明书或工厂的有关规定。7)轴向柱塞泵所用工作介质必须与其具有相容性，若系统所用工作介质为非矿物油，应特别予以说明。4.2.3泵站电机的选型1传动装置效率本系统中，效率有液压缸的传动效率：0.93；液压泵的效率：；则总效率为 2电动功率的确定由表3-1可得出，泵的驱动功率为5，因此，电动机的输出功率为： 式中液压泵的驱动功率；系统总效率。3电机的选择因设备是在井下工作，电机选为隔爆异步电动机。隔爆电动机设备分为类和类。类为煤矿井下电气设备。在矿井中，除正常情况下有沼气外，还有其他可燃性气体或蒸气时，电气设备须同时按类和类的相应规定制造与试验。防爆电气设备除符合通用要求外，还须分别符合各防爆型式的专用标准。本系统中，选用的电机如表4-3所示表4-3电动机的性能参数型号额定功率额定转速同步转速效率%功率因数重量YB132S1-25.52900300085.50.8979电动机的外形尺寸如表4-4所示表4-4电动机的外形尺寸型号输出轴直径总长度YB132S1-2385104.2.4联轴器的选型根据泵和电机的输出轴尺寸选择联轴器。泵的输出轴直径 ，电机的输出轴直径。因此，选择弹性柱销联轴器HL4。 4.2.5 蓄能器的选型1 蓄能器的种类及特点蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置，它利用力的平衡原理，便工作液体的体积发生变化，从而达到储存或释放液压能的作用。蓄能器一般分为重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三类。本系统所选用的蓄能器为气囊式蓄能器，气囊为折合形。2蓄能器的应用(1)作辅助动力源对于间歇运行的液压系统，或在一个工作循环内，执行元件运动速度差别很大，即对液压泵供油量要求差别很大的液压系统使用蓄能器，当需要供油量大时，蓄能器与液压泵一起供油，当要求供油量小时，泵输出的多余的压力油就输入蓄能器储存起来。这样，可以按照液压系统所需的平均流量来选择泵，泵的利用和功率的消耗比较合理。(2)补偿泄漏，保持压力对于执行元件长时间不动，又要求保持一定的压力，可用蓄能器来补偿泄漏。(3)作紧急动力源某些系统要求当液压泵发生故障或对执行元件的供油突然中断时，执行元件仍须继续完成必要的动作。(4)消除脉动如果液压系统中采用柱塞泵，且其柱塞数较少时，或齿轮泵的齿数较少时，系统的压力、流量和力矩等参数脉动很大。(5)吸收液压冲击由于换向阀突然换向，液压泵突然停车执行元件的运动突然停止，甚至人为的要执行元件紧急制动等原因，都会使管路内液体流动发生急剧变化，产生液压冲击。 3蓄能器的计算1)器在发生窜仓时，向液压缸提供压力油，使液压缸工作。要满足两个条件：当发生窜仓时，要满足液压缸所