皮帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)器設(shè)計(jì)【13張cad圖紙+文檔全套資料】

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(4) 啟動(dòng)和停車時(shí)應(yīng)力變化大。帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)和停車也會(huì)造成輸送帶斷裂，一般最好在空載下啟動(dòng)輸送機(jī)。 (5) 輸送帶自身質(zhì)量不過(guò)關(guān)，輸送帶服務(wù)年限過(guò)長(zhǎng)，輸送帶長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)輸，日常維護(hù)不到位。 (6) 物料分配不均，輸送帶跑偏。帶式輸送機(jī)有空載段和超載段，使輸送帶受力不均。 2.2斷帶抓捕器的性能要求 了解現(xiàn)場(chǎng)對(duì)斷帶捕捉器的性能要求是正確設(shè)計(jì)斷帶捕捉器的關(guān)鍵。斷帶捕捉器應(yīng)有如下性能： (1) 在斷帶或逆轉(zhuǎn)時(shí)均起作用； (2) 非斷帶或無(wú)逆轉(zhuǎn)時(shí)不能誤動(dòng)作； (3) 捕捉力應(yīng)有足夠的作用帶寬，最好整個(gè)帶寬捕捉。以使輸送帶在承壓許可范圍內(nèi)。提高單臺(tái)捕捉器的捕捉力； (4) 在捕捉力施加時(shí)，應(yīng)清除大部分物料； (5) 捕捉力緩施。以便輸送帶的制動(dòng)減速度不致過(guò)大。避免過(guò)大慣性力。造成二次斷帶； (6) 結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單。 2.3夾緊機(jī)構(gòu)的組成部分及工作原理 工作原理：當(dāng)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)斷帶故障時(shí)，通過(guò)安裝在上運(yùn)皮帶下面的速度傳感器檢測(cè)出斷帶信號(hào)，由A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)判斷處理后發(fā)出動(dòng)作指令，驅(qū)動(dòng)滾筒電動(dòng)機(jī)斷電，同時(shí)液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥換向?qū)ǎ?qū)動(dòng)液壓缸活塞桿伸出帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，直至夾緊皮帶。整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)原理圖如下圖2.1： 圖 2.1 系統(tǒng)原理圖 1—速度傳感器；2—單片機(jī)控制系統(tǒng)；3—液壓系統(tǒng)； 4—偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)；5—驅(qū)動(dòng)滾筒電機(jī) 2.4夾緊機(jī)構(gòu)所需理論夾緊力的計(jì)算 設(shè)計(jì)所選帶式輸送機(jī)的特征參數(shù)： 帶寬：1000 mm ；安裝時(shí)最大傾角：20°；最大運(yùn)輸能力：630 t/h；輸送長(zhǎng)度：90 m；運(yùn)輸物料：原煤；帶速：1.9 m/s。 輸送帶特征參數(shù)： 型號(hào)：鋼絲繩芯膠帶 GX-1000 mm；鋼絲繩直徑：4.5 mm；帶厚：16 mm；膠帶每米質(zhì)量：24.63 kg/m。 根據(jù)帶帶式輸送機(jī)最大運(yùn)輸能力計(jì)算公式，可計(jì)算出輸送帶上物料的最大橫斷面積。 (t/h) （2.1） 式中 A—輸送帶上物料的最大橫斷面積 m； —輸送帶的運(yùn)行速度 ； —物料的松散密度 kg/m，原煤 =700 kg/m； k—輸送機(jī)的傾斜系數(shù)，k=0.91； 由公式（1）求得輸送帶上物料的最大橫斷面積： 0.145 m 帶式輸送機(jī)運(yùn)送長(zhǎng)度為90米，整個(gè)輸送機(jī)每隔30米安裝一套夾緊機(jī)構(gòu)，物料與膠帶每30米的總重量： 37 kN （2.2） 由總重量和輸送機(jī)的傾角，由下圖2.1膠帶的受力分析，可計(jì)算出物料與膠帶每30米總重量在沿斜面、垂直斜面方向上的分力。 圖 2.2 膠帶的受力分析 沿斜面分力：sin20°=37×sin20°=12.65 （2.3） 垂直斜面分力: cos20°=37×cos20°=34.8 kN （2.4） 由以上計(jì)算可知；偏心輪有效的實(shí)現(xiàn)夾緊膠帶，必須產(chǎn)生的夾緊力為12.65 kN，夾緊力是依靠偏心輪與膠帶間的摩擦產(chǎn)生的，查手冊(cè)取膠帶與偏心輪之間的摩擦系數(shù) =0.3，則所需偏心輪產(chǎn)生的正壓力為： =42.12 kN （2.5） 為了能安全有效地制動(dòng)膠帶，取安全系數(shù) =2 將正壓力擴(kuò)大2倍，此時(shí)偏心輪產(chǎn)生的正壓力與夾緊力為： 正壓力：=2×42.12=84.24 kN （2.6） 夾緊力：=0.3×84.24=25.27 kN （2.7） 帶式輸送機(jī)斷帶時(shí)所需的夾緊力為12.65 kN，設(shè)計(jì)偏心輪夾緊所產(chǎn)生的夾緊力為25.27 kN，滿足斷帶夾緊要求。 2.5偏心輪夾緊旋轉(zhuǎn)角度與活塞桿行程的確定 2.5.1偏心輪夾緊旋轉(zhuǎn)角度的確定 夾緊機(jī)構(gòu)安裝時(shí)，取偏心輪與膠帶之間的距離為10 mm；膠帶受壓壓縮變形為6 mm；偏心輪的直徑=200 mm；偏心距=60 mm；結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.3可知偏心輪的位移： （2.8） 由公式（8）可計(jì)算出偏心輪夾緊膠帶所旋轉(zhuǎn)的角度： （2.9） 可求得：=42.8°，設(shè)計(jì)取偏心輪夾緊膠帶所旋轉(zhuǎn)的角度=45°。 圖 2.3 偏心輪夾緊位移圖 2.5.2活塞桿行程的確定 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)，由偏心輪夾緊位移圖，可知： AC=280 mm ；AB=200 mm 則活塞桿的行程： mm （2.10） 2.6偏心輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 材料：偏心輪采用45鋼，偏心輪外圓面滾粗花； 尺寸：偏心輪的直徑=200 mm、偏心距=60 mm、偏心輪外圓柱面的寬度=40 mm。 與軸的連接結(jié)構(gòu)：采用鍵連接。 偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)安裝簡(jiǎn)圖如下圖2.4： (a) 夾緊機(jī)構(gòu)安裝橫截面視圖 (b) 夾緊機(jī)構(gòu)A-A截面視圖 圖2.4 偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)安裝簡(jiǎn)圖 1—夾緊液壓缸；2—偏心輪；3—膠帶；4—托輥 3液壓泵站的計(jì)算與設(shè)計(jì) 3.1液壓系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為液壓主機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)必須滿足工作需要的全部技術(shù)要求，且靜動(dòng)態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好、使用維護(hù)方便。 1.確定回路方式 選用開(kāi)式回路，即執(zhí)行元件的排油回油箱，油液經(jīng)過(guò)沉淀、冷卻后再進(jìn)入液壓泵的進(jìn)口。 2.選用液壓油液 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)選用礦油型液壓油作為工作介質(zhì) 3.確定液壓泵類型及調(diào)速方式 選用變量液壓泵調(diào)速，選用蓄能器，補(bǔ)償液壓系統(tǒng)泄露，保持系統(tǒng)的壓力恒定。 3.2液壓缸參數(shù)的計(jì)算 3.2.1液壓缸工作壓力及主要結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 1.初選液壓缸的工作壓力 2.確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用單作用、液壓缸固定的單桿式液壓缸。設(shè)計(jì)取無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即=2。取液壓缸回油腔背壓為=0.4MPa。 當(dāng)壓力油進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)，對(duì)活塞產(chǎn)生的推力： （3.1） = （3.2） 式中 —工作過(guò)程中最大的外負(fù)載，即活塞桿伸出時(shí)最大的推力； —液壓缸密封處的摩擦力它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率來(lái)進(jìn)行估算； —液壓缸的機(jī)械效率，一般=0.9～0.97，設(shè)計(jì)取 =0.95； 將各數(shù)值代入公式（3.1）、（3.2），可計(jì)算液壓缸無(wú)桿腔的有效面積： = =21.4 cm (3.3) 則液壓缸的直徑： ===5.22 cm=52.2 mm (3.4) 由=2，可求活塞桿的直徑： =0.707=0.707mm （3.5） 設(shè)計(jì)考慮實(shí)際工作條件，設(shè)計(jì)取液壓缸缸體內(nèi)徑=90 mm、活塞桿直徑=45 mm。 3．活塞桿彎曲穩(wěn)定性的驗(yàn)算 活塞桿完全伸出時(shí)需考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性，設(shè)定受力完全作用在活塞桿軸線上，主要驗(yàn)算： (3.6) N (3.7) 圓截面： m (3.8)式中 MPa —活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界的壓縮力，N； —安全系數(shù)，設(shè)計(jì)取=4； —實(shí)際彈性模數(shù)； —材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般??； —活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般??； —材料的彈性模數(shù)，MPa,鋼材 =； —液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，根據(jù)實(shí)際安裝取 =2； —活塞桿橫截面慣性矩，m； —液壓缸的支承長(zhǎng)度，根據(jù)設(shè)計(jì) =320 mm 將各數(shù)據(jù)上述公式，可求得： N N =80 kN=11.8 kN (3.9) ∴ 活塞桿彎曲穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。 4.液壓缸的工作壓力的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)選取缸徑和活塞桿的直徑，計(jì)算無(wú)桿腔有效面積=63.6 cm 有桿腔有效面積=47.7 cm。由公式3.1，計(jì)算出活塞桿伸出時(shí)所需液壓油的壓力： =4.37 MPa (3.10) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)取液壓缸的工作壓力 =4.4 MPa。 3.2.2液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 1.液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚不同而各異。一般設(shè)計(jì)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸一般用無(wú)縫鋼管材料，大多數(shù)屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算： (3.11) 式中 —液壓缸的壁厚，m； —液壓缸的內(nèi)徑，m； —試驗(yàn)壓力，MPa ,一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍，設(shè)計(jì)取 MPa； []—缸筒的材料的許用應(yīng)力, MPa, 缸筒的材料選用無(wú)縫鋼[]=100～110 MPa,設(shè)計(jì)取 []=110 MPa。 將各數(shù)據(jù)代入上式(3.11)，計(jì)算出液壓缸的壁厚為： 0.012 m 設(shè)計(jì)取 =15 mm。則液壓缸缸體的外徑： mm (3.12) 2.液壓缸壁厚的驗(yàn)算 液壓缸壁厚的驗(yàn)算應(yīng)包括以下四個(gè)方面： （1）額定工作壓力應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全： MPa (3.13) 式中 —額定工作壓力，MPa； —缸筒材料的屈服強(qiáng)度，MPa，設(shè)計(jì)選用缸筒材料為：45鋼，則[]=335 MPa。 —液壓缸缸體的外徑； —液壓缸缸體的內(nèi)徑； 將各已知數(shù)據(jù)代入上式(3.13)，得： =31.1 MPa ﹥=4.4 MPa 計(jì)算知：額定工作壓力遠(yuǎn)小于一定的極限值。 （2）額定壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生： （0.35～0.42） (3.14) MPa (3.15) （0.35～0.42）=（0.35～0.42） =（18.1～21.7）MPa ﹥=4.4 MPa (3.16) 式中 —缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，MPa； （3）驗(yàn)算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許的范圍內(nèi)： = (3.17) 式中 —缸筒耐壓試驗(yàn)壓力，MPa，設(shè)計(jì)取 =6.16 MPa； —缸筒材料的彈性模數(shù)，MPa，設(shè)計(jì)取 MPa； —缸筒材料的泊松比，鋼材：=0.3； 將已知各數(shù)據(jù)代入上式(3.17)，求得： =0.0121 mm 查手冊(cè)，變形量沒(méi)有超出密封圈的允許范圍。 （4）驗(yàn)算缸筒的爆裂壓力是否遠(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力： =2.36 (3.18) =93.9 MPa﹥﹥=6.16 MPa 式中 —缸筒的爆裂壓力； —缸筒材料的抗拉強(qiáng)度，MPa，設(shè)計(jì)取 =610 MPa； 通過(guò)以上四方面的計(jì)算知：液壓缸壁厚滿足要求。 3.2.3液壓缸缸蓋厚度的確定 液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度按強(qiáng)度要求進(jìn)行近似計(jì)算： 無(wú)孔時(shí)： (3.19) 有孔時(shí)： (3.20) 式中 —缸蓋的有效厚度，m； —缸蓋止口內(nèi)徑，m； —缸蓋孔的直徑，m； —試驗(yàn)壓力，MPa ,設(shè)計(jì)取 =6.16 MPa； 則液壓缸無(wú)孔后缸蓋的厚度： =11.4 mm (3.21) 液壓缸前缸蓋的厚度： =16.5 mm (3.22) 將計(jì)算的數(shù)據(jù)圓整設(shè)計(jì)取值：后缸蓋的厚度=15 mm；前缸蓋的厚度=20 mm。 3.2.4液壓缸缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)大于活塞的行程、缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮端蓋的厚度。 活塞的行程等于活塞桿的行程為：80 mm； 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度：設(shè)計(jì)取 =22 mm； 活塞的寬度：參考設(shè)計(jì)，=32 mm。 則液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度： mm (3.23) 考慮實(shí)際，取液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度=172 mm，則缸體外形長(zhǎng)度=192 mm，具體結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。 3.3液壓缸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 液壓缸與液壓馬達(dá)一樣，也是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，同為執(zhí)行元件。與液壓馬達(dá)不同，液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的機(jī)械能。 液壓缸的分類： （1）按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸。 （2）按作用方式分：?jiǎn)巫饔靡簤焊祝匆粋€(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠液壓作用力實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方向依靠彈簧力、重力等實(shí)現(xiàn)；雙作用液壓缸，即兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)；復(fù)合式缸，即活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。 液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 圖 3.3 液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1—活塞桿；2—法蘭蓋；3—缸蓋；4、7—密封圈； 5—活塞；6—缸體；8—連接螺栓 3.3.1缸體與缸蓋的連接形式 缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。 設(shè)計(jì)選用缸體與缸蓋的連接形式：法蘭連接，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖如圖3.4： 圖 3.4 法蘭連接結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖 法蘭連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于加工、便于裝拆、強(qiáng)度較大、能承受高壓。 3.3.2活塞桿與活塞的連接形式 設(shè)計(jì)選用：螺紋連接形式。其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置、應(yīng)用較多。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.5： 圖 3.5 螺紋連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3.3.3活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)采用：端蓋整體式直接導(dǎo)向。其特點(diǎn)：端蓋與活塞桿直接接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后只能更換整個(gè)端蓋。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.6： 圖 3.6 端蓋整體式直接導(dǎo)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3.3.4活塞及活塞桿處密封圈的選用 活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。 選用密封圈密封的優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低； （2）能自動(dòng)補(bǔ)償磨損； （3）密封性能可隨壓力加大而提高，密封可靠； （4）被密封的部位，表面不直接接觸，所以加 工精度可以放低 （5）既可用于固定件，也可用于運(yùn)動(dòng)件。 設(shè)計(jì)選用：O 型密封圈，其截面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.7： 圖 3.7 O 型密封圈截面簡(jiǎn)圖 3.3.5液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸進(jìn)出油口的連接等。 1.液壓缸的安裝形式 根據(jù)設(shè)計(jì)的工作要求和安裝位置，選用：尾部后耳環(huán)的安裝形式。即缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)。其安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖3.8： 圖 3.8 尾部后耳環(huán)的安裝形式簡(jiǎn)圖 2.液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定 3.4液壓泵參數(shù)的計(jì)算與選型 液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵的性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的工作性能和可靠性。選擇液壓泵主要根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力與最大流量。 1.液壓泵最高工作壓力的計(jì)算 設(shè)計(jì)系統(tǒng)中單液壓缸的工作壓力為=4.4 MPa，取進(jìn)油路總壓力損失=0.5 MPa，壓力繼電器可靠動(dòng)作壓力差取0.5 MPa，則液壓泵最高工作壓力： =6++0.5=27.4 MPa (3.24) 因此，液壓泵的額定壓力可取：Pr1.1×27.4=30.1 MPa 2. 液壓泵最大流量的計(jì)算 設(shè)計(jì)取液壓缸活塞桿的運(yùn)行速度為0.1 m/s。 活塞桿伸出時(shí)所需流量： =0.1×63.6×10=6.36×10 m/s=19.05 L/min (3.25) 活塞桿縮回時(shí)所需流量： =0.1×47.7×10=4.77×10m/s=14.3 L/min (3.26) 比較，活塞桿伸出時(shí)所需流量最大，因此，液壓泵的額定流量： 6×38.1=114 L/min 根據(jù)上面計(jì)算所需的液壓泵的最高壓力和最大流量，查手冊(cè)產(chǎn)品樣本，選用：160SCY14-1B型斜盤(pán)式軸向柱塞泵，其額定轉(zhuǎn)速為1000 r/min，額定壓力為32 MPa。 斜盤(pán)式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖如圖3.13 ，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）三對(duì)磨擦副：柱塞與缸體孔，缸體與配流盤(pán)，滑履與斜盤(pán)。容積效率較高，額定壓力可達(dá)31.5 MPa。 （2）泵體上有泄漏油口。 （3）傳動(dòng)軸是懸臂梁，缸體外有大軸承支承。 （4）為減小瞬時(shí)理論流量的脈動(dòng)性，取柱塞數(shù)為奇數(shù)：5、7、9。 （5）為防止密閉容積在吸、壓油轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變引起的壓力沖擊，在配流盤(pán)的配流窗口前端開(kāi)有減振槽或減振孔。 圖 3.13 軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)圖 3.5電動(dòng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算與選型 液壓系統(tǒng)采用變量泵供油，所需泵的流量為114 L/min。下面分別計(jì)算活塞桿伸出與縮回時(shí)所需電動(dòng)機(jī)的功率。 1、活塞桿伸出時(shí) 泵的出口壓力為27.4 MPa，所需流量為1.9×10 m/s，取總效率為0.9。 電動(dòng)機(jī)的功率： ===57.8 kW (3.27) 2、活塞桿縮回時(shí) 泵的出口壓力為7.3 MPa，所需流量為1.43×10m/s，取總效率為0.9。 電動(dòng)機(jī)的功率： ===43.5 kW (3.28) 比較，活塞桿伸出時(shí)所需電動(dòng)機(jī)的功率最大。據(jù)此查樣本選用：Y315S-6型異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為75 kW，額定轉(zhuǎn)速為980 r/min 3.6液壓控制閥的選擇 液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中被用來(lái)控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照要求進(jìn)行工作。屬控制元件。 液壓閥基本工作原理：利用閥芯在閥體內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制閥口的通斷及閥口的大小，實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向的控制。流經(jīng)閥口的流量q與閥口前后壓力差Δp和閥口面積 A 有關(guān)，始終滿足壓力流量方程；作用在閥芯上的力是否平衡則根據(jù)結(jié)構(gòu)形式需要具體分析。 根據(jù)用途不同分類： （1）壓力控制閥：用來(lái)控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流壓力的閥類，如溢流閥、減壓閥、順序閥等。 （2）流量控制閥：用來(lái)控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流流量的閥類，如節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流集流閥、比例流量閥等。 （3）方向控制閥：用來(lái)控制和改變液壓系統(tǒng)液流方向的閥類，如單向閥、液控單向閥、換向閥等。 液壓閥的性能參數(shù)： （1）公稱通徑：代表閥的通流能力的大小，對(duì)應(yīng)于閥的額定流量。 （2）額定壓力：閥長(zhǎng)期工作所允許的最高壓力。 選擇液壓閥的基本要求： （1）動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)要小。 （2）閥口全開(kāi)時(shí)，液流壓力損失要小；閥口關(guān)閉時(shí)，密封性能要好。 （3）所控制的參數(shù)（壓力或流量）要穩(wěn)定，受外干擾時(shí)變化量要小。 （4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)試、維護(hù)方便，通用性要好。 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出液壓閥的型號(hào)及規(guī)格。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)所有液壓閥的額定壓力為31.5 MPa，額定流量定為114 L/min。查手冊(cè)，選取各閥的型號(hào)如下： （1） 單向閥：SVPA2-30型液控單向閥；最大工作壓力：31.5 MPa；最大流量：114 L/min。 （2） 換向閥：DSG-03-3C2-A50型電磁換向閥；最高工作壓力：31.5 MPa；最大流量：120 L/min。 （3） 溢流閥：YDF3-20B電磁溢流閥；通徑：20 mm；額定流量：120 L/min。 （4） 分流閥： FL-B15H型分流閥；通徑：15 mm；額定流量：63 L/min。 （5） 壓力繼電器：SG-02-K-20型壓力繼電器；是一種將液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的元件。其作用是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的順序控制或安全保護(hù)。 根據(jù)選擇的各閥設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需要的閥組如圖3.14所示 圖3.14 各控制閥的安裝簡(jiǎn)圖 1—電磁溢流閥；2—液控單向閥；3—電磁換向閥； 4—壓力繼電器；5—分流閥 3.7液壓輔件的選擇 液壓輔件是系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它包括蓄能器、過(guò)濾器、油箱、熱交換器、管件、密封裝置、壓力表裝置等。液壓輔件的合理設(shè)計(jì)和選用在很大程度上影響液壓系統(tǒng)的效率、噪聲、溫升、工作可靠性等技術(shù)性能。 3.7.1蓄能器的計(jì)算與選型 蓄能器是液壓系統(tǒng)中儲(chǔ)存和釋放油液壓力能的裝置。其功用可分為： 1、作輔助動(dòng)力源或緊急動(dòng)力源 2、保壓和補(bǔ)充泄漏 3、吸收沖擊和消除壓力脈動(dòng) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用蓄能器補(bǔ)充泄漏功能、穩(wěn)定系統(tǒng)的工作壓力。其有效容積的計(jì)算： (3.29) 式中 —蓄能器的充氣壓力，MPa，系統(tǒng)設(shè)計(jì)取值 =27.4 MPa； —蓄能器的最低工作壓力，MPa，系統(tǒng)設(shè)計(jì)取值 =27.4 MPa； —蓄能器的最高工作壓力，MPa，==37.8 MPa —液壓油的動(dòng)力粘度 ，Pa·s,設(shè)計(jì)選用46號(hào)液壓油，其動(dòng)力粘度=0.0405 Pa·s； —一定時(shí)間內(nèi)機(jī)組不動(dòng)作的時(shí)間間隔，s，設(shè)計(jì)取=10 s； —系統(tǒng)各個(gè)元件的泄漏系數(shù)，m,設(shè)計(jì)取值=4.0 m； 將以上數(shù)值代入公式(3.29)，可計(jì)算出蓄能器的有效容積： =48.75 L 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用：NXQ1-L25/10-L-H型氣囊式蓄能器兩個(gè)，總?cè)莘e為50 L。氣囊式蓄能器尺寸小、重量輕、反應(yīng)靈敏、充氣方便、最高工作壓力高。 蓄能器的安裝: （1）氣囊式蓄能器應(yīng)垂直安裝，油口向下，以保證氣囊的正常收縮。 （2）蓄能器與管路之間應(yīng)安裝截止閥，以便充氣檢修；蓄能器與泵之間應(yīng)安裝單向閥，防止泵停車或卸載時(shí)，蓄能器的壓力油倒流向泵。 （3）安裝在管路上的蓄能器必須用支架固定。 （4）吸收沖擊和脈動(dòng)的蓄能器應(yīng)盡可能安裝在振源附近。 3.7.2過(guò)濾器的選型 過(guò)濾器的功用：濾去油中雜質(zhì)，維護(hù)油液清潔，防止油液污染，保證系統(tǒng)正常工作。 過(guò)濾器的選用要求： 　?。?）過(guò)濾精度應(yīng)滿足系統(tǒng)要求：過(guò)濾精度以濾去雜質(zhì)顆粒的大小來(lái)衡量。不同液壓系統(tǒng)對(duì)過(guò)濾器的過(guò)濾精度要求見(jiàn)推薦表。0.1mm為粗濾器； 0.01mm為普通濾器；0.005mm為精濾器；0.001mm為特精濾器。 　　（2）要有足夠的通油能力：通流能力指在一定壓力降下允許通過(guò)過(guò)濾器的最大流量，應(yīng)結(jié)合過(guò)濾器在系統(tǒng)中的安裝位置選取。 （3）要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不因液壓力而破壞。 （4）要考慮一些特殊要求，如抗腐蝕、磁性、發(fā)訊、不停機(jī)更換濾芯等。 （5）要清洗更換方便。 根據(jù)設(shè)計(jì)所需要的流量選用：TF-160100L-S型箱外自封式吸油過(guò)濾器。這類過(guò)濾器可直接安裝在油箱側(cè)邊底部或上部，設(shè)有自密封閥、旁通閥、壓差發(fā)信器。當(dāng)壓差超過(guò)0.032 MPa時(shí)，旁通閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。更換或清洗濾芯時(shí)，自封閥關(guān)閉，切斷油箱油路。 （6）要清洗更換方便。 圖 3.15 過(guò)濾器的安裝位置 3.7.3油箱的選型與設(shè)計(jì) 油箱的功用有以下幾點(diǎn)： （1）儲(chǔ)存系統(tǒng)所需的足夠油液； （2）散發(fā)油液中的熱量；逸出溶解在油液中的空氣； （3）沉淀油液中的污物； （4）對(duì)中小型液壓系統(tǒng)，泵裝置及一些液壓元件還安裝在油箱頂板上。 （一） 油箱容積的確定 油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來(lái)考慮。油箱的有效容積可近似確定為： 在低壓系統(tǒng)中（ MPa）可?。? 在中壓系統(tǒng)中（ MPa）可?。? 在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中（＞6.3 MPa）可?。? 式中 —油箱的有效容積； —液壓泵的額定流量。 該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的壓力為31.5 MPa，屬于中高壓或高壓大功率系統(tǒng)，因此設(shè)計(jì)油箱的有效容積為： =6=684 L (3.30) 應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因自重作用而流回油箱。為了防止液壓油從油箱溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)油箱高度的80﹪。 （二）油箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)采用鋼板焊接的分離式液壓油箱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.16： 圖 3.16 分離式油箱 1—吸油管；2—網(wǎng)式過(guò)濾器；3—空氣過(guò)濾器； 4—回油管；5—頂蓋 6—油面指示器；7、9—隔板；8—放油塞（圖中序號(hào)為順時(shí)針） （1）油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定后，設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，為了提高冷卻效率在安裝位置不受限制時(shí) ，可將液壓油箱的容量予以增大。 結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)液壓油箱外形各尺寸：長(zhǎng)：1100 mm 、寬：700 mm 、高：800 mm。 （2）油箱中應(yīng)設(shè)吸油過(guò)濾器，為方便清洗過(guò)濾器，油箱結(jié)構(gòu)要考慮拆卸方便。 （3）油箱底部應(yīng)做成適當(dāng)斜度，并設(shè)置放油塞。油箱箱蓋上應(yīng)安裝空氣濾清器，其通氣流量不小與泵流量的1.5倍。大油箱還應(yīng)在側(cè)面設(shè)計(jì)清洗窗口。 （4）油箱側(cè)壁要安裝油位指示計(jì)，以指示最高、最低油位。新油箱要做防銹、防凝水處理。 （三）熱交換器 熱交換器是冷卻器和加熱器的總稱，下面分別介紹： （1）冷卻器：要求有足夠的散熱面積、散熱效率高、壓力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、體積小和重量輕，最好有自動(dòng)控溫裝置以保證油溫控制的準(zhǔn)確性。 冷卻器一般安裝在回油管路或抵押管路上。下圖為多管式冷卻器： 圖 3.17 多管式冷卻器 1—外殼；2—擋板；3—鋼管；4—隔板 （2）加熱器：油液加熱的方法有用熱水或蒸氣加熱和用電加熱兩種方式。由于電加熱器使用方便，易于自動(dòng)控制溫度，故應(yīng)用較廣泛。電加熱器的安裝圖如下： 圖 3.18 電加熱器安裝圖 1—油箱； 2—電加熱器 設(shè)計(jì)選用：SRY2型油用管狀電加熱器。 （四）壓力表的選擇 液壓系統(tǒng)各工作點(diǎn)的壓力一般都用壓力表來(lái)觀測(cè)，以調(diào)整到要求的工作壓力。在液壓系統(tǒng)中最常用的是彈簧管式壓力表。 設(shè)計(jì)選用：Y-150型徑向無(wú)邊壓力表。 3.7.4管件的選擇 管件是用來(lái)連接液壓元件、輸送液壓油液的連接件。它應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度，沒(méi)有泄漏，密封性能好，壓力損失小，拆裝方便。它包括油管和管接頭。 （一）油管 常用油管有鋼管、紫銅管、塑料管、尼龍管、橡膠軟管。應(yīng)根據(jù)液壓裝置工作條件和壓力大小來(lái)選擇油管。 設(shè)計(jì)選取：內(nèi)徑為15 mm、外徑為22 mm的鋼管。 （二）管接頭 管接頭是油管與液壓元件、油管與油管之間可拆卸的的連接件。管接頭與其他液壓元件用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋和普通細(xì)牙螺紋連接。常用的管接頭有擴(kuò)口式、焊接式、卡套式、橡膠軟管接頭、快速接頭。 焊接式管接頭結(jié)構(gòu)如下： 圖 3.19 焊接式管接頭結(jié)構(gòu)圖 3.7.5密封裝置 密封裝置用來(lái)防止系統(tǒng)油液的內(nèi)外泄漏，以及外界灰塵和異物的侵入，保證系統(tǒng)建立必要壓力。 對(duì)密封裝置的要求： （1）在一定的工作壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能； （2）密封裝置與運(yùn)動(dòng)件之間摩擦系數(shù)要小，并且摩擦力穩(wěn)定； （3）耐磨性好、壽命長(zhǎng)，不易老化，抗腐蝕能力強(qiáng)； （4）制造容易，維護(hù)、使用方便，價(jià)格低廉。 常用的密封：間隙密封； O 型密封圈；唇型密封；組合密封裝置。 設(shè)計(jì)選用：O 型密封圈。O 型密封圈是由耐油橡膠壓制而成的，其截面為圓形。如圖3.8所示。 其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好，成本低，安裝方便，高低壓均可使用。 圖 3.20 O 型密封圈 3.8液壓泵站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1．液壓泵裝置的安裝形式 液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及閥組等。其安裝方式分為立式和臥式兩種。 （1）立式安裝 （2）臥式安裝 設(shè)計(jì)選用：整體型臥式安裝，即電動(dòng)機(jī)、液壓泵、閥組等都安裝在油箱上。這種安裝方式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、占地小、安裝維修方便、散熱條件好等優(yōu)點(diǎn)。 2.電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式 設(shè)計(jì)選用：法蘭式 即液壓泵安裝在法蘭上，法蘭再與帶法蘭盤(pán)的電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)與液壓泵依靠法蘭盤(pán)上的止口來(lái)保證同軸度。這種結(jié)構(gòu)裝拆很方便。 為了避免安裝時(shí)產(chǎn)生同軸度誤差帶來(lái)的不良影響，電動(dòng)機(jī)與液壓泵之間采用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。 液壓泵站整體布置安裝如下圖3.21： 圖 3.21 液壓泵站整體結(jié)構(gòu)俯視圖 1—注油螺栓；2—電動(dòng)機(jī)-泵組；3—蓄能器；4—過(guò)濾器；5—清洗端蓋； 6—液壓閥組；7—壓力表；8—液面指示計(jì)；9—吊耳 3.9液壓泵站的安裝調(diào)試、使用維護(hù)與故障診斷 正確安裝調(diào)試及合理使用維護(hù)液壓站，是保證其長(zhǎng)期發(fā)揮和保持其良好工作性能的重要條件之一：為此，在液壓泵站安裝調(diào)試中，必須熟悉主機(jī)的工況特點(diǎn)及其液壓系統(tǒng)的工作原理與液壓泵站各組成部分的結(jié)構(gòu)、功能和作用，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來(lái)進(jìn)行：在液壓泵站使用維護(hù)中應(yīng)對(duì)其加強(qiáng)日常維護(hù)和管理，并遵循制造廠的使用維護(hù)要求。 3.9.1液壓泵站的安裝調(diào)試 1.液壓元件的安裝及注意事項(xiàng) 液壓元件性能和管件的質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性，故在安裝前檢查液壓元件性能和管件的質(zhì)量。 液壓元件的檢查主要有以下幾個(gè)方面要注意： （1）領(lǐng)出的液壓元件型號(hào)、規(guī)格必須與清單一致。 （2）查明液壓元件保管期限，若保管期較長(zhǎng)要注意元件內(nèi)部密封件不老化。 （3）檢查液壓元件所附帶的密封件外觀質(zhì)量是否符合要求。 （4）元件上的調(diào)節(jié)螺釘、手輪、鎖緊螺母等應(yīng)完好無(wú)損。 （5）板式連接元件、閥安裝底板的連接平面應(yīng)平整，其溝槽不應(yīng)有飛邊、毛刺、棱角，不許有磕碰凹痕。 （6）螺紋連接件的聯(lián)接口處不準(zhǔn)有毛刺和磕碰凹痕。 （7）檢查油道內(nèi)是否清潔，特別是鑄造孔的毛坯面。 （8）電磁閥的電磁應(yīng)工作正常。 （9）各液壓元件上相配的附件必須齊全。 （10）油箱內(nèi)部不準(zhǔn)有銹蝕，附件應(yīng)齊全，安裝前應(yīng)清洗干凈。 對(duì)拆洗過(guò)的元件應(yīng)盡可能進(jìn)行試驗(yàn)。 （1）液壓泵測(cè)試其額定壓力、流量時(shí)的容積效率 （2）液壓缸應(yīng)測(cè)試其內(nèi)、外泄漏、緩沖效果和最低起動(dòng)壓力。 （3）方向控制閥應(yīng)測(cè)試其換向狀況、壓力損失、內(nèi)外泄漏。 （4）壓力閥應(yīng)測(cè)試其調(diào)壓狀況、開(kāi)啟和閉合壓力、外泄漏。 （5）流量閥應(yīng)測(cè)試其調(diào)節(jié)狀況、外泄漏。 （6）冷卻器要通水或油檢查。 每個(gè)被測(cè)試的元件均應(yīng)達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。已測(cè)試過(guò)的元件要用金屬或塑料堵頭封住油口。整個(gè)元件包塑料布。 另外，油箱內(nèi)壁、油路板和集成塊的油道必須嚴(yán)格清洗，并妥善保管。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的熱軋無(wú)縫鋼管和采用O型圈密封的螺紋接頭和連結(jié)法蘭裝備前準(zhǔn)備應(yīng)注意的事項(xiàng)如下： （1）管子的材料、通徑、壁厚和接頭的型號(hào)規(guī)格及加工質(zhì)量都要符合設(shè)計(jì)規(guī)定。 （2）如果管子內(nèi)、外壁面已腐蝕或顯著變色、有傷口裂痕、表面凹入、表面有離層或結(jié)疤等情況之一者，不能使用。 （3）所用接頭若發(fā)現(xiàn)螺紋和O型圈溝槽棱角有傷痕、毛刺或斷絲扣等不能使用。 （4）當(dāng)接頭的接頭體與螺帽配合松動(dòng)或卡澀時(shí)不能使用。 （5）管路要進(jìn)行清洗，可采用汽油清洗、超聲波清洗或循環(huán)清洗等方法。 在液壓系統(tǒng)裝配前，進(jìn)行細(xì)致的準(zhǔn)備工作，對(duì)以后的裝配和調(diào)試工作都會(huì)帶來(lái)巨大的便利。液壓元件的安裝，根據(jù)各元件設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)認(rèn)真仔細(xì)的裝配。 2.液壓系統(tǒng)的調(diào)試 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試步驟如下： 1)開(kāi)箱驗(yàn)收，清點(diǎn)到貸內(nèi)容是否與裝箱單相符，部件、附件、隨機(jī)工具和文件是否齊全，目測(cè)檢查有無(wú)運(yùn)輸中的損壞或污染。 2)把機(jī)組和各部件安裝就位，并進(jìn)行必要的找正和固定。 3)連接機(jī)器中的液壓執(zhí)行器，沖洗較長(zhǎng)的管子和軟管。 4)檢查電源電壓，然后連接動(dòng)力線路和控制線路。根據(jù)需要連接冷卻水源，檢查泵的旋轉(zhuǎn)方向的正確性。 5)用規(guī)定的油液灌注油箱。加油不要超過(guò)最高液面標(biāo)志；加油過(guò)程中要特別注意清潔。 6)點(diǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，檢查其旋轉(zhuǎn)方向。 7)在可能的最高點(diǎn)給液壓系統(tǒng)放氣。旋松放氣塞或管接頭：操作換向閥井使執(zhí)行器伸出縮回若干次。逐步加大負(fù)載．提高壓力閥的設(shè)定值。當(dāng)油箱中不再有泡沫．執(zhí)行器不再爬行．系統(tǒng)不再有異常噪聲時(shí)，表明已放氣良好．旋緊放氣閥等。 8)在管路內(nèi)充滿油液而所有執(zhí)行器都外伸的情況下．補(bǔ)油至油箱最低涯面標(biāo)志。 9)根據(jù)需要給泵殼體注油。打開(kāi)吸油管截止閥， 10)先把壓力控制閥；流量控制閥和變量泵的壓力調(diào)節(jié)器調(diào)整到低設(shè)定值。方向控制閥置于中位： 11)蓄能器應(yīng)充氣到充氣壓力，按絕對(duì)壓力計(jì)算時(shí)，用于吸收液壓沖擊和脈動(dòng)的蓄能器的充氣壓力應(yīng)為蓄能器回路額定壓力的0.5～0.8倍： 3.9.2液壓泵站的使用與維護(hù) 液壓系統(tǒng)由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)便和省力等優(yōu)點(diǎn)，在各類機(jī)械中得到廣泛運(yùn)用。如何正確使用和維護(hù)好液壓系統(tǒng)及其各部件，是保證各類機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在。 1.正確選用液壓油，確保液壓油和液壓系統(tǒng)的清潔 2.動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件的使用維護(hù) 3.9.3液壓泵站的故障診斷 1.液壓系統(tǒng)故障診斷步驟： 1)熟悉鉆機(jī)性能和資料。了解主要液壓件的性能、工作原理和運(yùn)行要求及主要技術(shù)參數(shù)。 2)現(xiàn)場(chǎng)觀察。到現(xiàn)場(chǎng)了解故障現(xiàn)象，查找故障部位，并觀察系統(tǒng)壓力變化和工作情況，聽(tīng)聽(tīng)噪聲，查看漏油等現(xiàn)象。 3)歸納分析。對(duì)了解到的情況進(jìn)行綜合分析，找出產(chǎn)生故障的可能原因。 4)組織實(shí)施。在摸清情況的基礎(chǔ)上，制訂出切實(shí)可行的排除措施，并組織實(shí)施。 5)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。維修經(jīng)驗(yàn)是開(kāi)展故障診斷技術(shù)的一個(gè)重要部分。 2.液壓系統(tǒng)故障診斷方法： 1) 看 2) 聽(tīng) 3) 摸 4 信號(hào)的采集與處理 4.1斷帶信號(hào)檢測(cè) 4.1.1目前常用的斷帶檢測(cè)方法 由于帶式輸送機(jī)斷帶的發(fā)生是隨機(jī)的，發(fā)生的位置也是隨機(jī)的，給斷帶信號(hào)檢測(cè)帶來(lái)困難，目前廣泛采用的斷帶信號(hào)采集方法如下: （1）張力檢測(cè)法 （2）懸垂度檢測(cè)法 （3）帶速檢測(cè)法 （4）磁場(chǎng)變化檢測(cè) 以上幾種斷帶檢測(cè)方法，各有優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)而言，帶速檢測(cè)方法，更加簡(jiǎn)單、快捷，因此我們選用帶速檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)斷帶信號(hào)。 4.1.2傳感器的選擇 帶速檢測(cè)傳感器選用CD－1型磁電式速度傳感器，磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢(shì)輸出。它的工作不需要外加電源，而是直接從被測(cè)物體吸取機(jī)械能量并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，這是一種典型的發(fā)電型傳感器。另外，它的性能穩(wěn)定，還可以針對(duì)使用對(duì)象做成不同的結(jié)構(gòu)型式，如直接式或慣性式，這種傳感器在各系統(tǒng)中都獲得了較普遍的應(yīng)用。 這種型號(hào)傳感器性能指標(biāo)：量程50 m/s、非線性誤差5%、靈敏度6 mV/m/s、頻響范圍10～500 Hz、位移量程±1 mm、外形尺寸450×160 mm。 磁電式速度傳感器工作原理如下圖4.1： 圖 4.1 動(dòng)圈式速度傳感器工作原理圖 在永久磁鐵產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)內(nèi)，放置一個(gè)可動(dòng)線圈，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： （4.1） 式中 —磁場(chǎng)的感應(yīng)強(qiáng)度，T； —單線圈的有效長(zhǎng)度，m； —線圈匝數(shù)； —線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s； —線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。 當(dāng) =90°時(shí)，上式（4.1）可寫(xiě)成 （4.2） 此式表明，當(dāng)、、均為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈運(yùn)動(dòng)的線速度成正比，因此可以通過(guò)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小測(cè)出線速度。 4.2斷帶夾緊機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.2.1控制系統(tǒng)硬件選用 硬件選用：8051單片機(jī)、程序存儲(chǔ)器ROM2764、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM6264、A/D轉(zhuǎn)換器、可編程并行I/O擴(kuò)展芯片8255、鎖存器74HC373、反向器74LS04、D觸發(fā)器。 (一) A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器是前向通道中的核心部件，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)目前種類最多、應(yīng)用最廣的A/D轉(zhuǎn)換器，在過(guò)程控制中能對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集和A/D轉(zhuǎn)換。它由N位寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器和控制邏輯部分組成，其轉(zhuǎn)換原理即“逐位比較”，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理圖如下圖4.2。 圖 4.2 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理圖 設(shè)計(jì)選用ADC0809，ADC0809是一種8路模擬輸入8位數(shù)字輸出逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器件。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4.3： 圖4.3中，多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。圖中各引腳的含義： (二) 8255可編程并行I/O擴(kuò)展接口 8255具有3個(gè)可編程并行I/O端口，A口、B口、C口。這3個(gè)8位I/O端口的功能完全由編程決定，但每個(gè)都有自己的特點(diǎn)。 A口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器，是最靈活的輸入輸出寄存器，它可編程為8位輸入輸出或雙向寄存器。 B口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，可編程為8位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入/輸出。 C口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。這個(gè)口可分為兩個(gè)4位口使用。C口除作輸入輸出口使用外，還可以作為A口、B口選通方式操作時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)。 圖 4.4 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳介紹： （1）：讀信號(hào)，輸入，低電平有效。 （2）：寫(xiě)信號(hào)，輸入，低電平有效。 （3）RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。 （4）：芯片選擇線，輸入，低電平有效。 （5）A0和A1：兩個(gè)輸入信號(hào)。 （6）D0～D7、PA0～PA7、PB0～PB7、PC0～PC7為數(shù)據(jù)總線 8255的工作方式： 方式0：基本輸入/輸出方式，不需要任何選通信號(hào)。 方式1：選通輸入/輸出方式。 方式2：雙向數(shù)據(jù)傳送方式。 （三）鎖存器74HC373 鎖存器在地址擴(kuò)展中的作用就是鎖存地址。74HC373是最常使用的一種地址鎖存器，其工作方式如下表： 表4.1 74HC373工作方式 工 作 方 式 輸 入 信 號(hào) 內(nèi)部寄存器 輸出Q G D 使能并讀寄存器 L H L L L L H H H H 鎖存并讀寄存器 L L L/H L L L L L/H H H 鎖存寄存器 并禁止輸出 H L L/H L 高阻 H L L/H H 高阻 表中為使能控制端。當(dāng)為低電平時(shí)，8路全導(dǎo)通；當(dāng)為1時(shí)，為高阻態(tài)。G為鎖存控制信號(hào)。 74HC373有3種工作狀態(tài)： (1) 當(dāng)為低電平、G為高電平時(shí)，輸出端狀態(tài)和輸入端狀態(tài)相同，即輸出跟隨輸入。 (2) 當(dāng)為低電平、G由高電平降為低電平（下降沿）時(shí)，輸入端數(shù)據(jù)鎖入內(nèi)部寄存器中，內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)與輸出端相同，當(dāng)G保持為低電平時(shí)，即使輸入端數(shù)據(jù)變化，也不會(huì)影響輸出端狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了鎖存功能。 (3) 當(dāng)為高電平時(shí)，鎖存器緩沖三態(tài)門封閉，即三態(tài)門輸出為高阻態(tài)。74373的輸入端1D～8D與輸出端1Q～8Q隔離，則不能輸出。 （四）D觸發(fā)器 觸發(fā)器是計(jì)算機(jī)記憶裝置的基本單元，它具有把以前的輸入“記憶”下來(lái)的功能，一個(gè)觸發(fā)器能儲(chǔ)存一位二進(jìn)制代碼。 觸發(fā)器又稱數(shù)據(jù)觸發(fā)器，它的邏輯符號(hào)如圖4.4所示。R、S分別為置0端、置1端，觸發(fā)器的狀態(tài)是由時(shí)鐘脈沖CLK上升沿到來(lái)時(shí)D端的狀態(tài)決定。當(dāng)D=1時(shí)，觸發(fā)器為1狀態(tài)；反之為0狀態(tài)。其真值表如表4.2所示： 43 表 4.2 D觸發(fā)器真值表 時(shí)鐘脈沖 輸入 輸出 D Q 上升沿 0 0 上升沿 1 1 圖 4.5 D觸發(fā)器 4.2.2斷帶檢測(cè)與控制原理： 每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器接8路速度變化信號(hào)，靠近拉緊裝置的A/D轉(zhuǎn)換器，接入6路速度信號(hào)，2路拉力信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)并行口擴(kuò)展芯片8255連接到CPU總線上，轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志采用查詢法檢測(cè)。 8051單片機(jī)的P1口作為控制信號(hào)輸出口： P1.0---控制驅(qū)動(dòng)滾筒的電機(jī)停止。 P1.1---液壓執(zhí)行系統(tǒng)的電磁閥開(kāi)啟。 輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反向器74LS04控制繼電器工作，間接控制驅(qū)動(dòng)滾筒電機(jī)和夾緊機(jī)構(gòu)，完成夾緊命令的輸出，實(shí)現(xiàn)皮帶的夾緊。 圖 4.6 斷帶檢測(cè)與控制系統(tǒng)圖 4.3單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)通電開(kāi)始工作后，首先對(duì)8255輸出控制口地址，然后選擇采集通道并連續(xù)的采集帶速數(shù)據(jù)，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換后，立即送入單片機(jī)，單片機(jī)將送入的帶速信號(hào)與設(shè)定的速度信號(hào)進(jìn)行比較判斷，是否滿足機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求與命令的輸出。 系統(tǒng)的主要程序: ORG 0000H MAIN： MOV R1，#30H MOV DPTR，#7FFFH MOV A，DPTR CHAN： MOV DPTR，#7FFEH MOV A，#00H MOVX @DPTR，A MOV A，#02H MOVX @DPTR，A MOV A，#04H MOVX @DPTR，A MOV A，#07H ACALL SHUJU LJMP CHAN SHUJU： MOV DPTR，#7FFAH MOVX @DPTR，A NOP TEST： JNB PC7，TEST MOVX A，@DPTR MOVX @R1，A BIJIAO： CJNE @R1，#80H，LOOP2 LOOP1： SETB P1.0 SETB P1.1 LOOP2： JC LOOP1 LOOP3： CJNE @R1,#106H，LOOP4 LJMP LOOP1 LOOP4： JNC LOOP1 RET 系統(tǒng)程序框圖如下： 圖 4.7 系統(tǒng)程序框圖 單片機(jī)斷帶信號(hào)采集與控制系統(tǒng)程序框圖如圖4.7,膠帶輸送機(jī)斷帶保護(hù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)膠帶飛車斷帶的抓捕與夾緊