整體式帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析含SW三維及7張CAD圖.zip
整體式帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析含SW三維及7張CAD圖.zip,整體,式帶式,輸送,機(jī)斷帶,保護(hù)裝置,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析,SW,三維,CAD
任務(wù)書(shū)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
整體式帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達(dá)到的指標(biāo)和應(yīng)做的實(shí)驗(yàn)等）
1、查閱相關(guān)資料，了解課題的背景、意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展慨況，并根據(jù)文獻(xiàn)資料分析整體式帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)或難點(diǎn)，將其作為復(fù)雜工程問(wèn)題并對(duì)照畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)的能力指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。
2、對(duì)斷帶保護(hù)裝置進(jìn)行分析比較，并確定其具體結(jié)構(gòu)；在方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)通過(guò)多種方案比較，選擇綜合性能較優(yōu)的方案。
3、借助三維和二維設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三維建模和二維裝配圖設(shè)計(jì)，并通過(guò)有分析設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行必要的優(yōu)化；
4、對(duì)斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的各零件進(jìn)行選型計(jì)算，根據(jù)條件進(jìn)行必要的校核，斷帶保護(hù)裝置的主要零件圖設(shè)計(jì)。
5、設(shè)計(jì)方案和技術(shù)路線應(yīng)按照項(xiàng)目管理要求，與企業(yè)的相關(guān)部門(mén)進(jìn)行必要溝通和協(xié)調(diào)，注意遵守相關(guān)法律、職業(yè)道德規(guī)范，考慮對(duì)社會(huì)、環(huán)境的影響，并對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析或成本估算。
6、選擇與畢業(yè)題目相關(guān)的外文文章或?qū)＠?，翻譯不少于5000單詞的相關(guān)英文文獻(xiàn)資料，并用復(fù)合規(guī)范的技術(shù)語(yǔ)言表達(dá)原文。
7、按符合規(guī)范要求的論文格式要求及合適的文字表達(dá)，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份（不少于1.5萬(wàn)字），論文提交前需進(jìn)行查重。
二、完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說(shuō)明書(shū)、圖紙等）
1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份（不少于1.5萬(wàn)字）；
2. 外文譯文一篇（不少于5000英文單詞）；
3. 一套完整的設(shè)計(jì)圖。
三、完成日期及進(jìn)度
2018年1月15日至2018年6月3日，共15周。
進(jìn)度安排：
1. 1.15-2.11 查閱資料，熟悉三維建模軟件；
2. 2.12-3.02 翻譯外文資料，撰寫(xiě)綜合報(bào)告；
3. 3.03-3.04 開(kāi)題答辯；
4. 3.05-4.20 三維造型及結(jié)構(gòu)優(yōu)化；
5. 4.21-5.15 二維圖紙繪制；
6. 5.16-5.31 撰寫(xiě)畢業(yè)論文；
7. 6.01 交論文；
8. 6.02-6.03 畢業(yè)答辯。
四、主要參考資料（包括書(shū)刊名稱(chēng)、出版年月等）:
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系(教研室)主任： （簽章） 年 月 日
學(xué)院主管領(lǐng)導(dǎo)： （簽章） 年 月 日
摘要
皮帶運(yùn)輸機(jī)又稱(chēng)帶式輸送機(jī)，是一種連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，也是一種通用機(jī)械。工作過(guò)程中噪音較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。皮帶運(yùn)輸機(jī)可用于水平或傾斜運(yùn)輸。皮帶運(yùn)輸機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成。
然而作為煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，在使用過(guò)程中由于膠帶各點(diǎn)的受力不均，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活等原因，膠帶易發(fā)生跑偏及打滑、斷帶等事故。一旦發(fā)生斷帶故障時(shí)，由于重力和慣性的作用，斷裂的膠帶將與膠帶上的物料一同迅速下滑將膠帶和物料一同堆積在輸送機(jī)的下方機(jī)頭處，給帶式輸送機(jī)的修復(fù)工作帶來(lái)很多的困難，帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。
本文設(shè)計(jì)一種液壓斷帶保護(hù)裝置。采用液壓驅(qū)動(dòng)形式，本文主要對(duì)液壓斷帶保護(hù)裝置整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先確認(rèn)液壓斷帶保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)方案，然后對(duì)其液壓原理圖的進(jìn)行確認(rèn)，液壓原件的選擇等。重點(diǎn)對(duì)缸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計(jì)，以及對(duì)缸的穩(wěn)定性進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)的液壓斷帶保護(hù)裝置能夠滿足使用功能的要求，安全可靠，操作使用方便，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：液壓斷帶保護(hù)裝置，液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，液壓缸
Abstract
Belt conveyor, also known as belt conveyor, is a continuous transport machinery, but also a general machinery. In the process of work, the noise is small and the structure is simple. The belt conveyer can be used for horizontal or tilted transport. Belt conveyor is composed of belt, rack, driving roller, change drum, bearing roller, backhaul roller, tension device, sweeper and other components.
However, as the key equipment in the coal mine transportation system, due to the uneven force of the belt and the inflexible rotation of the drum, the belt tends to run off and slip, break the belt and other accidents. In the event of a broken belt fault, due to the effect of gravity and inertia, the broken tape will quickly slide with the material on the tape and pile the tape and material together at the bottom of the conveyor. It brings a lot of difficulties to the repair work of the belt conveyor and brings great economic loss.
In this paper, a hydraulic protective belt protection device is designed. In the form of hydraulic drive, this paper mainly designs the overall structure of the hydraulic belt breaking protection device. First, confirm the structure plan of the hydraulic belt breaking protection device, then confirm the hydraulic schematic diagram, select the hydraulic original parts, etc. The structure and parameters of the lifting hydraulic cylinder are designed, and the stability of the lifting hydraulic cylinder is checked. The design of the hydraulic belt breaking protection device can meet the requirements of use function, safe and reliable, easy to operate and use, and has a strong practical significance.
Key words: Hydraulic break protection device, hydraulic system, structure design, hydraulic cylinder
目 錄
摘要 1
Abstract 2
第一章 引言 5
1.1 課題研究的目的及意義 5
1.2 皮帶斷帶抓捕工具的研究現(xiàn)狀 6
1.3液壓系統(tǒng)的發(fā)展 10
1.4 課題設(shè)計(jì)思路 11
1.5課題設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 11
第二章 斷帶保護(hù)裝置方案的設(shè)計(jì) 12
2.1 方案的確認(rèn) 12
2.2 液壓回路的設(shè)計(jì) 12
2.2.1 鎖止回路 12
2.1.3換向回路 13
2.2液壓斷帶保護(hù)裝置液壓系統(tǒng)的工作原理總成 13
第三章 油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.1 液壓斷帶保護(hù)裝置主要性能參數(shù) 16
3.2 缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.2.1 系統(tǒng)壓力和缸推力的確認(rèn) 16
3.2.2 缸缸徑的確認(rèn) 16
3.2.3 油缸效率分析 17
3.2.4 系統(tǒng)背壓的選擇 18
3.2.5液壓缸缸徑的確認(rèn) 18
3.2.6導(dǎo)向長(zhǎng)度的確認(rèn) 19
3.2.7活塞寬度的確定 19
3.2.8 缸體長(zhǎng)度的確定 19
3.2.9 缸筒壁厚的計(jì)算 20
3.2.10 缸體外徑尺寸的計(jì)算 20
3.2.11 活塞桿強(qiáng)度和液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算 21
3.2.12 缸筒壁厚的驗(yàn)算 22
3.2.13活塞設(shè)計(jì) 23
3.2.14 密封件的選用 23
3.2.15 活塞桿的設(shè)計(jì) 25
3.2.16 緩沖裝置和排氣閥 25
第四章 液壓斷帶保護(hù)裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28
4.1 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 28
4.1.1泵的工作壓力的確定 28
4.1.2 泵流量的確定 28
4.1.3 選擇與液壓相匹配的電動(dòng)機(jī) 29
4.2 選擇液壓元件 29
4.3 確定管道尺寸 29
4.4 確定液壓油箱容積 29
4.5 確定液壓油液 30
4.6 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 30
4.6.1 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 30
第五章 斷帶保護(hù)裝置的建模/仿真/有限元 32
5.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介 32
5.2 零件建模 33
5.2.1壓板固定板三維建模的形成 33
5.2.2 機(jī)架零件的三維建模形成 34
5.2.3 TOOLBOX運(yùn)用 34
5.3 零件裝配 35
5.4 三維向二維的轉(zhuǎn)換 36
5.5 Sliodworks Motion介紹 38
5.6 斷帶保護(hù)裝置仿真的實(shí)現(xiàn) 39
5.6 斷帶保護(hù)裝置機(jī)架的有限元 39
5.6.1 確定材料 39
5.6.2 添加夾具 40
5.6.3 施加載荷 41
5.6.4 生成網(wǎng)格 41
5.6.5 運(yùn)算求解 42
5.6.6 分析結(jié)果輸出 42
結(jié)論 45
參考文獻(xiàn) 46
46
第一章 引言
1.1 課題研究的目的及意義
皮帶運(yùn)輸機(jī)又稱(chēng)帶式輸送機(jī)，是一種連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，也是一種通用機(jī)械。工作過(guò)程中噪音較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。皮帶運(yùn)輸機(jī)可用于水平或傾斜運(yùn)輸。皮帶運(yùn)輸機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成。
然而作為煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，在使用過(guò)程中由于膠帶各點(diǎn)的受力不均，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活等原因，膠帶易發(fā)生跑偏及打滑、斷帶等事故。一旦發(fā)生斷帶故障時(shí)，由于重力和慣性的作用，斷裂的膠帶將與膠帶上的物料一同迅速下滑將膠帶和物料一同堆積在輸送機(jī)的下方機(jī)頭處，給帶式輸送機(jī)的修復(fù)工作帶來(lái)很多的困難，帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。帶式輸送機(jī)的橫向斷帶事故時(shí)有發(fā)生。下面列舉一些資料中已公開(kāi)的斷帶事故和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
(1)1994年5月20日和7月31日。山東省七五煤礦330采區(qū)鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)在正常生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中，連續(xù)2次發(fā)生斷帶事故，雖未造成人員傷亡，但每次均造成直接經(jīng)濟(jì)損失約9.8萬(wàn)元。間接損失達(dá)250余萬(wàn)元。第一起事故，編號(hào)為88—12—8的硫化接頭運(yùn)行到膠帶機(jī)頭以下150 m左右一較大的變坡點(diǎn)處時(shí)脫落斷裂。斷后的膠帶在載荷和膠帶重力分力作用下，逐漸加速，飛速下滑，直至堆積到不能再下滑為止。下滑距離達(dá)500余米。膠帶托輥支架沖擊損壞150余架。托輥損壞60余只。打毀架空乘人裝置吊座20余架。第二起事故，編號(hào)為94—5—2的硫化接頭運(yùn)行到膠帶機(jī)頭以下約200 m處發(fā)生脫落斷裂。膠帶下滑距離達(dá)550余米，情形與第一次事故基本相同。
(2)淮北礦業(yè)集團(tuán)公司朱仙莊煤礦，隨著機(jī)械化程度的逐步提高，原煤產(chǎn)量也逐年增加，目前已超過(guò)170萬(wàn)t/d，而85%以上的原煤需要強(qiáng)力輸送機(jī)來(lái)運(yùn)輸。1996年以來(lái)朱仙莊煤礦陸續(xù)安裝并投入使用了5部ST型鋼絲繩芯輸送機(jī)，輸送機(jī)膠帶總長(zhǎng)達(dá)到13200 m。隨著輸送機(jī)膠帶服務(wù)年限的增加,出現(xiàn)了不同程度的老化現(xiàn)象，致使輸送機(jī)膠帶覆蓋層與帶芯之間粘合強(qiáng)度下降。2002年底連續(xù)發(fā)生5起輸送機(jī)膠帶接頭拉斷事故，直接影響了全礦的安全生產(chǎn)。
(3)大同煤礦集團(tuán)公司現(xiàn)有主提升斜井膠帶輸送機(jī)12部，暗斜井主運(yùn)輸膠帶輸送機(jī)11部；斜井坡度為14～16度，膠帶寬度1～1.4 m、機(jī)長(zhǎng)400～1100 m。從1989～1995年,有7部主斜井膠帶輸送機(jī)發(fā)生斷帶事故，共影響生產(chǎn)近400 h，影響產(chǎn)量達(dá)30萬(wàn)噸。斷帶事故不僅影響了生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，還嚴(yán)重破壞了井下裝備，甚至威脅到職工的生命安全。
(4)平頂山礦務(wù)局至1996年有l(wèi)7臺(tái)鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)在運(yùn)行，其中有SQD-440型上運(yùn)大傾角膠帶輸送機(jī)、STJ/4X2805型鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)(運(yùn)量達(dá)1000t/h)等等。共有10個(gè)礦使用鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)，其中有8個(gè)礦發(fā)生過(guò)斷帶事故。發(fā)生斷帶事故的膠帶輸送機(jī)占總數(shù)的58.82%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止1995年8月，全局共發(fā)生鋼絲繩芯膠帶斷帶事故16起，累計(jì)影響生產(chǎn)時(shí)間1706.2 h，影響產(chǎn)量20余萬(wàn)噸。其中15起斷帶發(fā)生在接頭處，占斷帶總數(shù)的93.75%。
以淮北礦務(wù)局某煤礦為例:該礦日產(chǎn)量在5000 t以上，一個(gè)采區(qū)的日產(chǎn)量也有2000 t，停產(chǎn)1d,就會(huì)造成100余萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失，若斷帶后皮帶推倒皮帶架子，損壞設(shè)備，將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)損失，更嚴(yán)重可能引發(fā)人員的傷亡事故，將會(huì)給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)更大的負(fù)面影響。
目前國(guó)內(nèi)已有多廠家研制了膠帶輸送機(jī)綜合保護(hù)器，它們可有效地實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的部分故障保護(hù)，但還無(wú)法完成帶式輸送機(jī)斷帶、飛車(chē)保護(hù)，加之輸送機(jī)的斷帶、飛車(chē)事故在煤礦、電廠、水泥廠工作中時(shí)有發(fā)生，因此這一問(wèn)題急需解決。
1.2 皮帶斷帶抓捕工具的研究現(xiàn)狀
為了防止膠帶逆轉(zhuǎn)、飛車(chē)和斷帶，國(guó)內(nèi)外一些科技人員進(jìn)行了一系列的有意嘗試與研究，提出了一些解決辦法:
（1）帶下安裝阻尼板
帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)膠帶被拉緊，膠帶基本上是一條直線，下垂量很小，而斷帶后，由于托輥間距的存在，即使是高強(qiáng)度鋼絲繩芯膠帶也有很大的下垂量，基于這一特點(diǎn)，采用在膠帶下面一定距離處安裝阻尼板，斷帶時(shí)，由于膠帶的自重作用及初始速度使得膠帶迅速松弛，并與阻尼板接觸，當(dāng)阻尼板與膠帶之間的摩擦力足夠大時(shí)，可有效地阻止膠帶下滑，這就是阻尼板的工作原理，如圖1.1，阻尼板的防滑能力與阻尼板與膠帶之間的摩擦系數(shù)有關(guān)，與阻尼板的幾何長(zhǎng)度、阻尼板與膠帶間的距離以及膠帶的傾角等因素有關(guān)。
圖 1.1 阻尼板法防斷帶示意圖
（2）單向托輥摩擦制動(dòng)
此種制動(dòng)，主要利用托輥反向逆止原理，如圖1.2，當(dāng)具有一定傾角的帶式輸送機(jī)正常工作時(shí)，托輥隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，膠帶與托輥間為滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力很小，而當(dāng)膠帶斷裂下滑時(shí)，由于托輥是單向的，所以托輥反向無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，膠帶與托輥間為滑動(dòng)摩擦，摩擦阻力增大，通過(guò)滑動(dòng)摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
圖 1.2 單向托輥防斷帶法
（3）自適應(yīng)摩擦棘輪式斷帶保護(hù)器
摩擦棘輪式帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)逆止器是利用棘輪機(jī)構(gòu)的反向制動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)斷帶保護(hù)，實(shí)際工作時(shí)逆止器成對(duì)地布置在輸送帶兩側(cè)，其一側(cè)的結(jié)構(gòu)如圖1.3，由結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)的上下兩個(gè)組成部分，主要零件有支架、彈簧、加緊桿、摩擦式扇型棘爪、偏心凸輪、支撐軸和夾緊輪。
帶式輸送機(jī)正常工作時(shí)，輸送帶沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，在摩擦力的作用下輸送帶驅(qū)動(dòng)夾緊輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，夾緊輪相對(duì)于輸送帶作純滾動(dòng)。由于支承軸與夾緊桿之間裝有滾動(dòng)軸承，工作阻力很小。
當(dāng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象輸送帶斷裂時(shí)，輸送帶及物料在重力作用下將沿斜面向下滑動(dòng)，在摩擦力的作用下輸送帶要驅(qū)動(dòng)夾緊輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)。由于摩擦式扇形棘爪的升角小于金屬之間的摩擦角，棘爪使夾緊輪反向自鎖，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，夾緊桿與夾緊輪成為剛性連接。輸送帶沿斜面向下滑動(dòng)的摩擦力使上夾緊桿與夾緊輪一起順時(shí)針擺動(dòng)，使下夾緊桿與夾緊輪一起逆時(shí)針擺動(dòng)，下滑力越大夾緊力也越大。由于夾緊制動(dòng)動(dòng)作是隨著輸送帶下滑動(dòng)作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，夾緊力的大小隨著輸送帶下滑動(dòng)作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，夾緊輪的大小隨著膠帶下滑力的大小而自動(dòng)適應(yīng)，無(wú)需其他控制就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷帶保護(hù)，從而防止了輸送帶和物料下滑堆積與巷道，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。
圖 1.3 自適應(yīng)摩擦棘輪式斷帶保護(hù)器
1—支架；2—彈簧；3—加緊桿；4—摩擦式扇型棘爪；5—偏心凸輪；6—支撐軸；7—夾緊輪
（4）GBZ型滾動(dòng)下落膠帶抓捕器
抓捕裝置主要結(jié)構(gòu)如圖1.4，當(dāng)膠帶正常運(yùn)行時(shí)，抓捕輥高高舉起，它們不與膠帶接觸，不影響物料的運(yùn)輸。只有特制的托輥位于膠帶下面隨膠帶前進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)膠帶倒轉(zhuǎn)或斷帶后膠帶下滑時(shí)，特制托輥則跟著反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)托輥軸一起倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)的軸則帶動(dòng)一個(gè)螺旋副運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到我們控制的倒轉(zhuǎn)長(zhǎng)度時(shí)，則可推動(dòng)抓捕輥的固定卡爪，使抓捕輥沿內(nèi)裝齒條的直槽快速旋轉(zhuǎn)下落，繼而滑入斜槽，并在倒轉(zhuǎn)膠帶的帶動(dòng)下繼續(xù)沿斜面運(yùn)動(dòng)，因而把膠帶緊緊的卡住在抓捕輥和基砧之間， 由于抓捕輥旋轉(zhuǎn)下落，可以把膠帶上的煤屑清除掉，使抓捕的更可靠。
(a) 正常狀態(tài)抓捕器 (b) 抓捕狀態(tài)抓捕器
圖 1.4 GBZ型滾動(dòng)下落膠帶抓捕器
（5） 雙向抓捕器
抓捕器由左右兩個(gè)抓捕臂、兩個(gè)單向抓捕輥和與其對(duì)應(yīng)的帶下單向托輥組成。工作狀態(tài)如圖1.5所示。
左側(cè)單向抓捕輥允許轉(zhuǎn)向與膠帶運(yùn)行方向相反，右側(cè)抓捕輥允許轉(zhuǎn)動(dòng)方向與膠帶運(yùn)行方向相同，膠帶正常工作時(shí)，左側(cè)的抓捕臂與單向抓捕輥由電磁鐵懸置，右側(cè)抓捕臂與單向抓捕輥始終懸浮在膠帶上，如圖(a)所示。設(shè)帶的運(yùn)行方向?yàn)橄蛴?，?dāng)膠帶發(fā)生斷帶時(shí)， 斷帶信號(hào)迅速由傳感器傳給控制系統(tǒng)，控制系體接到信號(hào)后，發(fā)出控制指令，迅速切斷驅(qū)動(dòng)電路和懸置磁鐵電源，電磁鐵掉電后，左側(cè)抓捕臂和單向抓捕輥在重力作用下落下， 由于左側(cè)抓捕輥的允許轉(zhuǎn)向與帶速方向相反，抓捕器與膠帶產(chǎn)生較大的摩擦阻力，懸臂在摩擦阻力拖動(dòng)下逆時(shí)針擺動(dòng)， 逐步抓緊并卡死膠帶，如圖(b)所示。同理，當(dāng)膠帶發(fā)生逆轉(zhuǎn)時(shí)， 右側(cè)的懸臂立即在摩擦力的作用下，抓緊膠帶。
(a) 正常狀態(tài)抓捕器 (b) 抓捕狀態(tài)抓捕器
圖 1.5 雙向抓捕器
比較，上述各種斷帶保護(hù)裝置主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是使用單向托輥和阻尼板的摩擦制動(dòng)的方法；另一類(lèi)是采用抓捕原理的方法。
第一類(lèi)方法是將皮帶的上托輥按一定比例換成單向托輥，在下層皮帶下方安放阻尼板。當(dāng)皮帶因斷裂下滑或逆轉(zhuǎn)時(shí)，因上托輥不可逆轉(zhuǎn)，利用托輥對(duì)上層皮帶的滑動(dòng)摩擦阻力，使上皮帶不能長(zhǎng)距離下滑；下層皮帶因松弛與阻尼板接觸，因摩擦而制動(dòng)。為了防止下層皮帶的下滑要在皮帶下面安放大量的阻尼板。這種方法需要將大多數(shù)或全部托輥更換為單向托輥，而單向托輥是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，價(jià)格較高，使用壽命短，一次性改造工程量大，且長(zhǎng)期投資也較大。
第二類(lèi)采用抓捕原理的方法又可分為兩種。其一，主要是在膠帶上、下側(cè)設(shè)置抓捕裝置，并配上傳感裝置、清煤裝置和抓捕裝置等組成抓捕器，當(dāng)膠帶斷帶時(shí)，膠帶上、下側(cè)的抓捕裝置動(dòng)作，把下滑皮帶緊緊抓住。一般選用電機(jī)、液壓執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)，在井下各種電器設(shè)備還要考慮防爆等問(wèn)題，因此該設(shè)備造價(jià)昂貴，投資較大，工程量大，維護(hù)煩瑣，很少在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用，而且常常發(fā)生誤動(dòng)作，比如，在井下惡劣的環(huán)境下，傳感器常常失效，若在正常的情況下傳感器給出斷帶信號(hào)，則產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響生產(chǎn)；一旦事故發(fā)生，沒(méi)有檢測(cè)到，抓捕將失敗。其二，是利用皮帶斷帶后下滑或逆轉(zhuǎn)來(lái)觸發(fā)相應(yīng)的抓捕機(jī)構(gòu)制動(dòng)下滑的皮帶。利用這種原理的設(shè)計(jì)方案僅國(guó)內(nèi)就公布了十余項(xiàng)專(zhuān)利，但是實(shí)施起來(lái)均有很大的困難。
1.3液壓系統(tǒng)的發(fā)展
隨著液壓技術(shù)的深入普及和應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，對(duì)液壓缸的工作性能、結(jié)構(gòu)、使用范圍、制造精度、外觀、材料、試驗(yàn)方法都不斷提出新的要求。在新的形勢(shì)下，液壓缸的發(fā)展趨勢(shì)為：
（1） 高壓化、小型化
高壓化是減小液壓缸徑向尺寸和減輕重量，并縮小整套液壓裝置體積尺寸的有效途徑，目前超高壓泵的輸出壓力已經(jīng)高達(dá)250MPa以上，一臺(tái)工作壓力為100MPa的15t輕型壓力機(jī)，可以制造成手電筒一般大小。
（2） 新材質(zhì)、輕型化
不久前，日本采用新組份的鋁合金，從液態(tài)開(kāi)始進(jìn)行新的熱處理工藝，結(jié)果最終成型鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能可達(dá)到45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼的水平。這將使現(xiàn)用的液壓缸的重量減輕三分之二以上。此外，國(guó)外在航空航天工業(yè)中已采用高彈性纖維復(fù)合樹(shù)脂塑料制作液壓缸筒和活塞桿。據(jù)資料記載：該材料的比重僅為鋁的1/2左右，強(qiáng)度為碳素鋼的2倍。隨著新型材料的社會(huì)需求總量的擴(kuò)大以及成形、加工方法的不斷更新，價(jià)格下降后，將會(huì)在其他機(jī)械結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用。
（3） 新型機(jī)構(gòu)復(fù)雜化
隨著社會(huì)分工的進(jìn)一步細(xì)化以及液壓缸在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的普及應(yīng)用。為了適應(yīng)液壓缸應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各種新穎結(jié)構(gòu)的液壓缸不斷出現(xiàn)。
（4） 高性能、多品種化
高速、低速性能以及密封件的壽命是評(píng)價(jià)液壓缸的重要指標(biāo)。國(guó)外，超高速性能的液壓桿在高速達(dá)2000mm/s的工況下能均勻運(yùn)動(dòng)，且換向平穩(wěn)。低速液壓缸能在8mm/s至零的最易發(fā)生液壓振蕩的速度區(qū)間，要不存在爬行，別勁等現(xiàn)象，液壓缸的工作溫度擴(kuò)大到-60至+200℃。因此，對(duì)新型密封件，密封件的材料與摩擦體間的匹配性，以及液壓缸的加工工藝均提出了相應(yīng)的要求
（5） 節(jié)能化與耐腐蝕
高水基工質(zhì)和水質(zhì)液壓缸，以及用于深海開(kāi)發(fā)的耐蝕海水用傳動(dòng)液壓缸也在不斷的完善、發(fā)展，在我國(guó)也已進(jìn)入適用和試制階段
1.4 課題設(shè)計(jì)思路
1） 參考所有與液壓斷帶保護(hù)裝置產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，了解整個(gè)液壓斷帶保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)組成和液壓系統(tǒng)的組成。
2）液壓斷帶保護(hù)裝置液壓原理圖的確認(rèn)及方案的設(shè)計(jì)。
3）液壓斷帶保護(hù)裝置機(jī)下壓油缸的設(shè)計(jì)。
4）液壓斷帶保護(hù)裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1.5課題設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
本文以液壓斷帶保護(hù)裝置項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。全文共分為五章，各章的主要內(nèi)容如下：
第一章前言部分，主要介紹液壓斷帶保護(hù)裝置的研究現(xiàn)狀和課題研究的目的及意義；
第二章對(duì)整個(gè)液壓斷帶保護(hù)裝置的液壓原理圖和方案進(jìn)行確認(rèn)。
第三章對(duì)液壓斷帶保護(hù)裝置缸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；
第四章完成液壓斷帶保護(hù)裝置液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；
第五章完成斷帶保護(hù)裝置的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真
第六章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問(wèn)題和進(jìn)一步研究的方向。
第二章 斷帶保護(hù)裝置方案的設(shè)計(jì)
2.1 方案的確認(rèn)
液壓斷帶保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖2-1 液壓斷帶保護(hù)裝置結(jié)圖
從圖2-1中可以看出，本次設(shè)計(jì)的液壓斷帶保護(hù)裝置由液壓缸，機(jī)架，斷帶抓捕壓板，測(cè)速托輥和支撐拉桿組成。原理為：當(dāng)測(cè)速托輥測(cè)到的輸送帶的速度突變的情況下，液壓缸驅(qū)動(dòng)斷帶抓捕壓板下降將輸送帶壓緊達(dá)到斷帶保護(hù)的目的。
2.2 液壓回路的設(shè)計(jì)
2.2.1 鎖止回路
液壓斷帶保護(hù)裝置具有的安全保護(hù)是在液壓系統(tǒng)中完成，本次設(shè)計(jì)采用液壓鎖完成鎖止回路。當(dāng)完成保護(hù)工作時(shí)，因?yàn)檩斔蛶系奈锲焚|(zhì)量分布不均的原因，會(huì)對(duì)活塞桿產(chǎn)生不同大小的向上的推力，使活塞有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。為了防止這種向上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的產(chǎn)生，使汽車(chē)下壓平穩(wěn)，液壓控制單向閥可以阻止液壓油回流，保持缸內(nèi)壓力不變。鎖止回路如圖2-2所示。
圖2-2 鎖止回路
2.1.3換向回路
換向回路是實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置正常工作最基本的回路，本次設(shè)計(jì)的換向回路如圖2-4所示，采用三位四通電磁換向閥進(jìn)行換向。
圖2-3 換向回路回路
2.2液壓斷帶保護(hù)裝置液壓系統(tǒng)的工作原理總成
系統(tǒng)液壓原理圖如圖2-4 所示：
圖2-4 液壓斷帶保護(hù)裝置液壓原理圖
001-液壓泵; 002-單向閥; 003-過(guò)濾器; 004-壓力表開(kāi)關(guān); 005-壓力表; 006-電磁溢流閥; 007-三位四通電磁換向閥; 008-液壓鎖; 009-調(diào)速閥;;
如圖2-4所示，本次系統(tǒng)中由液壓泵提供壓力源，由電磁溢流閥保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全，由三位四通電磁換向閥完成油缸的升降動(dòng)作，由液壓鎖完成油缸的鎖止，由調(diào)速閥調(diào)整油缸運(yùn)行的速度。
當(dāng)三位四通電磁換向閥007工作在右位時(shí)，保護(hù)裝置放下，其油路為：
進(jìn)油路：液壓泵001→單向閥002→過(guò)濾器003→電磁換向閥007右位→液壓鎖008→調(diào)速閥009→缸上腔。
回油路：缸下腔→分流集流閥010→調(diào)速閥009→液壓鎖008→電磁換向閥007右位→油箱。
當(dāng)三位四通電磁換向閥007工作在左位時(shí)，保護(hù)裝置抬起，其油路為：
進(jìn)油路：液壓泵001→單向閥002→過(guò)濾器003→電磁換向閥007左位→液壓鎖008→調(diào)速閥009→分流集流閥010→缸下腔。
回油路：缸上腔→調(diào)速閥009→液壓鎖008→電磁換向閥007左位→油箱。
第三章 油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 液壓斷帶保護(hù)裝置主要性能參數(shù)
1．通過(guò)輸送帶寬度0.8-1米。
2．油缸有效下壓力： 1500kg 。
3．重點(diǎn)設(shè)計(jì)：
①液壓缸總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(機(jī)械效率η：0.9)。
4．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，使用方便。
根據(jù)已知技術(shù)參數(shù)，有效下壓高度為500mm。
3.2 缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1 系統(tǒng)壓力和缸推力的確認(rèn)
如下表3-1所示，我們初選系統(tǒng)壓力為1.5MPA。
由設(shè)計(jì)參數(shù)可得，下壓缸的下壓力為1.5T。
表3-1各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)械類(lèi)型
通用機(jī)械
農(nóng)業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械
建筑機(jī)械
液壓鑿巖機(jī)
液壓機(jī)
大中型挖掘機(jī)
重型機(jī)械
起重運(yùn)輸機(jī)械
小型提升設(shè)備
組合機(jī)床
龍門(mén)刨床
拉床
工作壓力/
＜0.8～2
3～5
2～8
8～10
10～18
20～30
3.2.2 缸缸徑的確認(rèn)
油缸實(shí)際推力公式：
F= Fw + +Fa (3-1)
式中Fw-----工作負(fù)載
Fa------運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載;
------導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力。啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力
摩擦負(fù)載計(jì)算公式：
= f( G + FRn ) (3-2)
式中G------重力，下壓橫梁總質(zhì)量假定為50KG
----垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本系統(tǒng)中為零;
f-------摩擦系數(shù)，靜摩擦系數(shù)取0.02,動(dòng)摩擦系數(shù)為0.01。
得出摩擦負(fù)載幾乎忽略不計(jì)
慣性負(fù)載計(jì)算公式：
(3-3)
式中 —重力加速度
—加速或減速時(shí)間，一般△t取0.1s—0.5s
—時(shí)間內(nèi)的速度變化量。
求的： = = =2N
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載
求的
F= Fw + +Fa≈15000N
3.2.3 油缸效率分析
油缸的效率由以下三種效率組成：
A.機(jī)械效率，由各運(yùn)動(dòng)件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通?？扇?0.9
B.容器效率，由各密封件泄露所造成，通常容積效率為：
裝彈性體密封圈時(shí) 1
裝活塞環(huán)時(shí) 0.98
C.作用力效率，由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力而造成。
一般取=0.9
所以 =0.9 =1 =0.9
總效率為。
3.2.4 系統(tǒng)背壓的選擇
系統(tǒng)被壓如表3-2所示
表3-2 執(zhí)行元件背壓力
系統(tǒng)類(lèi)型
背壓力 P/MPa
簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.2—0.5
回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)
0.4—0.6
回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5—1.5
用補(bǔ)油泵的閉式回路
0.8—1.5
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械
1.2—3
回油路較短，且直接回油箱
可忽略不計(jì)
按表3-1可取p2 為0MPa
3.2.5液壓缸缸徑的確認(rèn)
(3-4)
=117.8m
按設(shè)計(jì)手冊(cè)取d/D 為0.8 ， 故 得d≈94.24mm
表3-3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
(90)
100
(110)
125
(140)
160
(180)
200
(220)
250
表3-4 活塞桿直徑系列（GB2348-80）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
120
140
根據(jù)表3-2和表3-3將這些直徑圓整成進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：油缸有：D=120mm 和活塞d=100mm
由此求得液壓缸面積的實(shí)際有效面積為：
A1==0.0113m A2==0.00345m
3.2.6導(dǎo)向長(zhǎng)度的確認(rèn)
當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)距離為H，稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。
圖3-2液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度
對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足：
式中：—液壓缸的最大行程(mm) 設(shè)計(jì)要求=500mm
—液壓缸內(nèi)徑(mm)
取H=98mm
3.2.7活塞寬度的確定
活塞的寬度一般取=（0.6-1.0）
即=（0.6-1.0）×120=（72-120）mm
取=80mm
3.2.8 缸體長(zhǎng)度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部的長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程L與活塞寬度B的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑的20-30倍。
即：缸體內(nèi)部長(zhǎng)度500+80=580mm
3.2.9 缸筒壁厚的計(jì)算
在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸的壁厚基本上由結(jié)構(gòu)和工藝上的要求確定，壁厚通常都能滿足強(qiáng)度要求，一般不需要計(jì)算。但是，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。
當(dāng)時(shí)，稱(chēng)為薄壁缸筒，按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算，計(jì)算公式為
（3-5）
式中，—缸筒內(nèi)最高壓力；
—缸筒材料的許用壓力。=, 為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，當(dāng)時(shí)，一般取。
當(dāng)時(shí),按式（3-6）計(jì)算
(該設(shè)計(jì)采用無(wú)縫鋼管) （3-6）
根據(jù)缸徑查手冊(cè)預(yù)取=30
此時(shí)
最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)，所以：
=1.51.5=2.25MP
[]=100～110（無(wú)縫鋼管），取[]=100，其壁厚按公式（3-6）計(jì)算為
滿足要求，考慮到實(shí)際需求和材料的特性，我們?nèi)”诤駷?.5mm。
3.2.10 缸體外徑尺寸的計(jì)算
缸體外徑
查機(jī)械手冊(cè)表：外徑取135mm
3.2.11 活塞桿強(qiáng)度和液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算
1、活塞桿強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿的直徑按下式進(jìn)行校核
(3-7)
式中，為活塞桿上的作用力；
為活塞桿材料的許用應(yīng)力，=,n一般取1.40。
滿足要求
2、液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算
活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的力不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。若活塞桿的長(zhǎng)徑比且桿件承受壓負(fù)載時(shí)，則必須進(jìn)行液壓缸穩(wěn)定性校核。活塞桿穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行
(3-8)
式中，為安全系數(shù)，一般取=2~4。
a.當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)
(3-9)
b.當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)
(3-10)
式中，為安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)；為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；為柔性系數(shù)，其值見(jiàn)表3-4； 為由液壓缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)；為活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼?。粸榛钊麠U橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值，為系數(shù)，具體數(shù)值見(jiàn)表3-5。
表3-4 液壓缸支承方式和末端系數(shù)的值
支承方式
支承說(shuō)明
末端系數(shù)
一端自由一端固定
1/4
兩端鉸接
1
一端鉸接一端固定
2
兩端固定
4
表3-5 、、的值
材料
鑄鐵
5.6
1/1600
80
鍛鐵
2.5
1/9000
110
鋼
4.9
1/5000
85
c.當(dāng)時(shí),缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行校核。
此設(shè)計(jì)安裝方式一段固定的方式，此缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。
3.2.12 缸筒壁厚的驗(yàn)算
液壓缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全：
（3-10）
根據(jù)式（3-10）得到：
顯然，額定油壓==1.5MP，滿足條件；
3.2.13活塞設(shè)計(jì)
1、活塞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復(fù)雜，所以在此選用整體式活塞，形式如下圖：
圖3-2 整體式活塞
此整體式活塞中，密封環(huán)和導(dǎo)向套是分槽安裝的。
2、活塞的材料
選用高強(qiáng)度球墨鑄鐵QT500-7
3、加工公差
活塞的配合因?yàn)槭褂昧私M合形式的密封器件，所以要求不高，這里不加敘述。
活塞外徑對(duì)內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，斷面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差之半。
3.2.14 密封件的選用
1、對(duì)密封件的要求
在液壓元件中，液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對(duì)溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。密封件一般以斷面形狀分類(lèi)，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。
2、O形密封圈的選用
液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。
3、動(dòng)密封部位密封圈的選用
由于O型密封圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)存在起動(dòng)阻力大的缺點(diǎn)，所以用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。
液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾取?
活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長(zhǎng)，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復(fù)雜，造價(jià)高。對(duì)內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的液壓缸，使用這種密封圈較合適。
V形圈的密封效果一般，密封壓力通過(guò)壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴(yán)重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度不高、出力大的大直徑液壓缸，用這種密封圈較好。
U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時(shí)需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時(shí)使用，對(duì)壓力高的液壓缸不適用。
比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ，分軸用和孔用兩種。
綜上，所以本設(shè)計(jì)選用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能：
a.降低摩擦阻力，無(wú)爬行現(xiàn)象；
b.具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)；
c.安裝溝槽簡(jiǎn)單，拆裝簡(jiǎn)便。
這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因?yàn)榻M合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求，密封方式圖如下：
圖3-3 密封方式圖
3.2.15 活塞桿的設(shè)計(jì)
.活塞桿材料和技術(shù)要求
a.因?yàn)闆](méi)有特殊要求，所以選用45號(hào)鋼作為活塞桿的材料，本次設(shè)計(jì)中活塞桿只承受壓應(yīng)力，所以不用調(diào)制處理，但進(jìn)行淬火處理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。
b.安裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.01mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。
c.活塞桿外圓粗糙度選擇為0.3
d.因?yàn)槭沁\(yùn)行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。
4、活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵
a.導(dǎo)向環(huán)
選擇非金屬導(dǎo)向環(huán)，用高強(qiáng)度塑料制成，這種導(dǎo)向環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長(zhǎng)、裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽加工簡(jiǎn)單，并且磨損后導(dǎo)向環(huán)易于更換。
b.密封
Yx型軸用密封圈加軸用階梯圈組合使用，這樣比起單獨(dú)密封，可以減小摩擦，減少泄漏量，增加壽命。
c.防塵
使用DH防塵圈，材料是聚氨酯，既有防塵作用，又有潤(rùn)滑作用。
3.2.16 緩沖裝置和排氣閥
1、緩沖裝置
液壓缸中緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
最常用的是節(jié)流口可調(diào)式和節(jié)流口變化式兩種。其中，節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置在節(jié)流口調(diào)定后，工作原理上就相當(dāng)于一個(gè)單孔口式的緩沖裝置。
表3-6示節(jié)流口可調(diào)式和節(jié)流口變化式兩種緩沖裝置的主要性能。
表3-6 液壓缸中常用的緩沖裝置
名稱(chēng)和工作原理圖
特點(diǎn)說(shuō)明
1—針形節(jié)流閥 2—單向閥
被封在活塞和缸蓋間的油液經(jīng)針形節(jié)流閥流出
節(jié)流閥開(kāi)口可根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)節(jié)
起始緩沖效果大，隨著活塞的行進(jìn)，緩沖效果逐漸減弱，故制動(dòng)行程長(zhǎng)
緩沖腔中的沖擊壓力大
緩沖性能受油溫影響
適用范圍廣
1—軸向節(jié)流閥
被封在活塞和缸蓋間的油液經(jīng)活塞上的軸向節(jié)流槽流出
緩沖過(guò)程中節(jié)流口通流截面不斷減小，當(dāng)軸向槽的橫截面為矩形，縱截面為拋物線形時(shí)，緩沖腔可保持恒壓
緩沖作用均勻，緩沖腔壓力較小，制動(dòng)位置精度高
綜合所上本設(shè)計(jì)選擇節(jié)流可調(diào)式緩沖裝置。
2、排氣裝置
液壓系統(tǒng)在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停止工作之后會(huì)滲入空氣，油中也會(huì)混入空氣，由于氣體具有較大的可壓縮性，將使油缸工作中產(chǎn)生振動(dòng)、顫抖和爬行，并伴隨有噪聲和發(fā)熱等系列不正?，F(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)油缸結(jié)構(gòu)時(shí)，要保證能及時(shí)排除積聚在缸內(nèi)的氣體。
一般利用空氣比重較油輕的特點(diǎn)，在油缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置進(jìn)出油口或?qū)ｉT(mén)的排氣裝置如排氣螺釘、排氣閥等，使積聚于缸內(nèi)的氣體排出缸外。
圖3-6 排氣裝置的形式
排氣裝置的形式和結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-4，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖c、e）由螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡(jiǎn)單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會(huì)造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖b所示的錐面密封，還可以采用圖g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對(duì)高壓缸比較適用。
所以本設(shè)計(jì)排氣裝置選擇圖（g）。
第四章 液壓斷帶保護(hù)裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格
4.1.1泵的工作壓力的確定
考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力
(4-1)
式中：—液壓泵最大工作壓力
—執(zhí)行元件最大工作壓力
進(jìn)油管路中的壓力損失，初算簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5Mpa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.5 1.5Mpa，本設(shè)計(jì)取0.5Mpa
4.1.2 泵流量的確定
液壓泵的最大流量應(yīng)為
(4-2)
式中：—液壓泵的最大流量；
—同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小流量2 3L/min
—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1 1.3，現(xiàn)取=1.2
油缸注滿油所需液壓油
式中：A—缸筒截面積；
v—油缸的運(yùn)行速度，取15mm/s
所以
根據(jù)以上算得的和，再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用定量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量，泵的額定壓力，總效率為0.7，重量為9Kg
4.1.3 選擇與液壓相匹配的電動(dòng)機(jī)
根據(jù)上述泵的型號(hào)和匹配電機(jī)功率查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，現(xiàn)選用Y100M-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為2.2KW，額定轉(zhuǎn)速為1430r/min 。
4.2 選擇液壓元件
根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取。對(duì)于節(jié)流閥，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求?，F(xiàn)查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號(hào)規(guī)格如表4-1所示：
表4-1 液壓元件明細(xì)表
序號(hào)
元件名稱(chēng)
型號(hào)規(guī)格
額定流量L/min
額定壓力Mpa
1
濾油器
WU-40×180
50
1
2
液壓泵
7
3
壓力表
Y-100
—
測(cè)壓范圍
0~10
4
溢流閥
DBDS6P10/20
80
10
5
節(jié)流閥
Z2FS-6-2-4X/2QV
40
10
6
三位四通電磁閥
4WE6J6X/EG24N9K4
40
10
7
液控單向閥
Z2S-6-1-6X+V
40
10
8
分流節(jié)流閥
FJL-B06H-S
40
10
4.3 確定管道尺寸
油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。查參考液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)表23.4-10b取油管允許流速取V=4.5m/s，同時(shí)由前面計(jì)算可知兩個(gè)缸同時(shí)工作是流量為22.38L/min，則內(nèi)徑d為
參照參考文獻(xiàn)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，同時(shí)考慮到制作方便和配套液壓泵的接口尺寸，吸油管選用253，出油管選用203，其余管都取123(外徑12mm，壁厚3mm)的12號(hào)冷拔無(wú)縫鋼管（YB231-70）;
4.4 確定液壓油箱容積
初設(shè)計(jì)液壓油箱容量時(shí)，可按參考液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)公式23.4-31來(lái)確定，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
油箱容量為：
式中 —液壓油箱的容積（L）
—液壓泵的總額定流量（L/min）
—與液壓系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查參考液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)表23.4-11取，因設(shè)計(jì)中需將在借助油箱頂蓋安放液壓閥集成裝置，現(xiàn)取=5
所以選用容量為143L的油箱。
4.5 確定液壓油液
根據(jù)所選用的液壓泵類(lèi)型，參照參考液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-17，選用牌號(hào)為L(zhǎng)-HL32的油液，考慮到油的最低溫度為15，查得15時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度為150cst=1.5，油的密度為920。
4.6 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算
4.6.1 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算
液壓系統(tǒng)在整個(gè)循環(huán)中，平衡支撐過(guò)程狀態(tài)，占整個(gè)循環(huán)時(shí)間的90%以上，所以系統(tǒng)溫升可概略的用平衡支撐的過(guò)程數(shù)值來(lái)代表。
向平衡狀態(tài)靠近時(shí)，v=300cm/min則
此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為2.1Mpa，則有
此時(shí)的功率損失為：
可見(jiàn)在工進(jìn)時(shí)，功率損失為0.075Kw。
假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取，油箱的散熱面積A為：
式中 V—液壓油箱的容量，根據(jù)說(shuō)明書(shū)液壓油箱的設(shè)計(jì)可得V=180L
系統(tǒng)溫升為：
驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。
第五章 斷帶保護(hù)裝置的建模/仿真/有限元
5.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介
這個(gè)軟件是比較先進(jìn)的，是非常智能的軟件，在機(jī)械行業(yè)，這個(gè)軟件是3D設(shè)計(jì)的領(lǐng)先軟件，學(xué)起來(lái)容易，用起來(lái)也容易，功能是非常多的，并且界面看上去也是不錯(cuò)的，用電腦畫(huà)圖，使用Solidworks是一個(gè)基礎(chǔ)了。
跟一般的平面制圖軟件來(lái)進(jìn)行對(duì)比，參變量式的CAD它是有很多好的地方的，原來(lái)的CAD一般是根據(jù)一定的比例，從正面，側(cè)面，上面的角度來(lái)對(duì)圖紙進(jìn)行查看，按照投影，透視效果慢慢的將這些部分都畫(huà)出來(lái)，將對(duì)應(yīng)的大小畫(huà)出來(lái)，所以在畫(huà)圖的時(shí)候，需要畫(huà)圖人員有非常好的三維空間想象能力。要是大小有改變，那么幾何圖紙的大小不能有改變；要是將幾何圖紙改變了，那么標(biāo)注的大小是不會(huì)有變化的，所以還要再畫(huà)，這樣一來(lái)工作量是很大的。
用三維軟件將草圖畫(huà)出來(lái)之后，將尺寸等大小還有一些別的限制條件都加進(jìn)去了，那么草圖就額可以進(jìn)行完全定義了，這個(gè)就是所謂的參數(shù)模式。因?yàn)檐浖约簩⒂嘘P(guān)系的屬性加進(jìn)去了，要是將標(biāo)注的大小進(jìn)行了改變，幾何圖形的大小自己也就跟著改變了。不需要對(duì)條件進(jìn)行限制，這樣一來(lái)草圖就么有進(jìn)行定義，這樣的模式就是變量式的。
美國(guó)Solid Works公司專(zhuān)門(mén)對(duì)三維軟件進(jìn)行研發(fā)，主要是為了讓三維軟件變得功能更多，他們研發(fā)的Solid Works軟件是非常的先進(jìn)的。
因?yàn)樵谑忻嫔箱N(xiāo)售的情況是非常好的，在CAD這個(gè)行業(yè)里面是非常不錯(cuò)的，在1997年的時(shí)候，法國(guó)一個(gè)公司將它都收購(gòu)了。原來(lái)這個(gè)公式的投資者，還有股東，都得到了非常多的資金，被收購(gòu)之后的SolidWorks，現(xiàn)在的操作團(tuán)隊(duì)還是原來(lái)的人，心在對(duì)于CAD這個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，他們是非常專(zhuān)業(yè)的。
接下來(lái)對(duì)三維軟件的功能進(jìn)行介紹：
（1） Top?Down從上往下面來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)
（2） Down?Top從下往上面來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)?
（3） 對(duì)配置進(jìn)行管理
（4） 用起來(lái)非常容易，還能支持傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式
（5） 零部件鏡像
（6） 裝配特征
（7） 工程圖
（8） eDrawing
Solidworks的模型組成有零件，有裝配圖，還有工程圖紙。在零件還沒(méi)有生產(chǎn)之前，這個(gè)圖紙就是草圖。通過(guò)平面圖紙，三維草圖，這樣三維模型，還有工程圖紙就都有了，要是草圖上面的大小有變化，那么三維模型的大小也就改變了。軟件用時(shí)是非常便利的，對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)候的效率來(lái)說(shuō)是提高了很多。
將零件開(kāi)下來(lái)之后，或者是建立了一個(gè)新的零件，將草圖畫(huà)出來(lái)，這樣基本特征也就伸長(zhǎng)了，之后模型上就會(huì)有更加多的特征，這樣一來(lái)零件也就有了。這樣從別的軟件就可以將曲面導(dǎo)入進(jìn)去，將特征編寫(xiě)出來(lái)，零件的圖紙，還有裝配圖紙也就都有。這就是經(jīng)常用的多的辦法，就是從上向下進(jìn)行設(shè)計(jì)。
一開(kāi)始畫(huà)草圖的時(shí)候從文件這邊開(kāi)始，要設(shè)計(jì)一個(gè)新的零件，首先要把零件的文件建立起來(lái)。因?yàn)榱慵D紙，裝配圖，工程圖都是有關(guān)系的，所以在這個(gè)里面，任何一個(gè)圖紙有改變，別的圖紙也跟著有變化。
Solidworks2014能夠進(jìn)行自定義，點(diǎn)菜單欄里面的工具-選擇，這樣就可以對(duì)系統(tǒng)選項(xiàng)，還有文件屬性進(jìn)行設(shè)定了。
Solidworks2014它在進(jìn)行交換文件的時(shí)候功能是非常強(qiáng)大的，能夠輸進(jìn)，還有輸出的時(shí)候，文件的格式超過(guò)十種，可以跟CAD,PROE等等這些軟件來(lái)對(duì)文件進(jìn)行互相交換。
Solidworks2014，在畫(huà)草圖的時(shí)候，可以對(duì)網(wǎng)格線進(jìn)行顯示，還能對(duì)這些網(wǎng)格線進(jìn)行捕捉。能夠把網(wǎng)格線跟模型的邊線來(lái)進(jìn)行對(duì)齊，這樣一來(lái)還能將角度搞清楚。在這個(gè)軟件里面，網(wǎng)格線的功能，還有捕捉功能基本上不用，因?yàn)檫@個(gè)軟件是一個(gè)參變量軟件，大小，還有幾何關(guān)系之間的精度是滿足的。、
5.2 零件建模
5.2.1壓板固定板三維建模的形成
在這個(gè)三維軟件里面，要想畫(huà)壓板固定板還是比較簡(jiǎn)單的，只要進(jìn)行拉伸，三維圖紙也就畫(huà)出來(lái)了，圖紙5-1里面也就展示出來(lái)了。
圖5-1 壓板固定板三維圖
5.2.2 機(jī)架零件的三維建模形成
因?yàn)闄C(jī)架這個(gè)零件，它的三維圖紙是沒(méi)有那么簡(jiǎn)單的，在畫(huà)的時(shí)候用到了拉伸，切除，圓角這些特點(diǎn)，這樣一來(lái)機(jī)架的三維圖紙也就畫(huà)出來(lái)了。圖紙4-2里面也就展示出來(lái)了。
圖5-2 機(jī)架零件三維圖
5.2.3 TOOLBOX運(yùn)用
還有，在三維軟件里面， toolbox里面有很多傳動(dòng)零件，螺栓，螺母等等的相關(guān)數(shù)據(jù)，直接拿來(lái)用就可以了，把自己需要的數(shù)據(jù)輸進(jìn)去就可以了。對(duì)軸承進(jìn)行建模，從這個(gè)里面將軸承確定下來(lái)，圖紙5-3展示的就是滾動(dòng)軸承。
圖5-3 添加軸承
5.3 零件裝配
設(shè)計(jì)好了零件之后，把它放到組建的模式下面，之后按照一定的辦法將他們結(jié)合起來(lái)，這樣一來(lái)產(chǎn)品，或者是某一個(gè)零件的立體模型就出來(lái)了。
裝配零件的時(shí)候，一定要在非常專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)模式下面來(lái)實(shí)現(xiàn)。在三維軟件里面，要對(duì)零件進(jìn)行創(chuàng)建要從下面幾步來(lái)進(jìn)行：
點(diǎn)擊新建，將這個(gè)界面打開(kāi)。
點(diǎn)類(lèi)型這個(gè)選項(xiàng)，選擇點(diǎn)擊組件，在子類(lèi)型里面將設(shè)計(jì)的選項(xiàng)找出來(lái)，在名稱(chēng)這個(gè)地方將文件的名字輸入進(jìn)去，將使用缺省板塊不要選，之后點(diǎn)確定。
“新建文件選項(xiàng)”這個(gè)界面掉出來(lái)，“模板”這個(gè)里面選用“mmns _SLDASM_design”，點(diǎn)“確定”就可以了。
在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候，有兩個(gè)設(shè)計(jì)辦法，一個(gè)是自下往上進(jìn)行，還有一個(gè)是自上往下進(jìn)行。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，前面一種設(shè)計(jì)辦法是將裝配的辦法放到裝配體里面；后面一種設(shè)計(jì)辦法，是從上面產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，將上面產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)候的規(guī)則傳送到有關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)里面去，這樣一來(lái)設(shè)計(jì)整體
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