海洋采礦破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[帶圖紙]

1、<p>　　2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　海洋采礦破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　系 、 部： 機(jī)械工程系 </p><p>　　學(xué)生姓名： 孫炎兵 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 羅建華 職稱(chēng) 教授 </p><p>　　

2、專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　班 級(jí)： 機(jī)本0703班 </p><p>　　完成時(shí)間： 2011年5月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著陸地上的礦產(chǎn)資源不斷被開(kāi)發(fā)利用，深海采礦的戰(zhàn)略意義越來(lái)越重要。本文設(shè)計(jì)了

3、一臺(tái)用于模擬深海采礦的螺旋滾筒破碎試驗(yàn)臺(tái)。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括該設(shè)備的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)、元件選型、油路塊的設(shè)計(jì)、液壓泵站的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中液壓控制元件選擇了疊加閥, 為了防止螺旋滾筒在切割工料時(shí)因礦石的凸凹不平產(chǎn)生傾斜，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的偏載，本系統(tǒng)采用了雙單向節(jié)流閥以達(dá)到液壓缸的同步控制。電氣控制系統(tǒng)采用較為簡(jiǎn)單的繼電器控制，最后本文還合理設(shè)計(jì)了液壓泵站。 </

4、p><p>　　關(guān)鍵詞： 深海采礦； 螺旋滾筒； 液壓系統(tǒng)； 電氣控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the exploitation of mining resource on the land, the stratagetic meaning of the deep-sea mi

5、ning is becoming more and more important. So I design a set of crash experimental bench with helical cutting dram .The experimental bench is used to simulate mining in deep sea. The content includes design of hydraulic s

6、ystem and electrical system of this experimental bench. The design of hydraulic system contains five parts. They are theoretical design of the system , selecting hydraulic elemen</p><p>　　Key words： Deep-sea

7、 Mining；Helical Cutting Drum；Hydraulic System； </p><p>　　Electric Control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論…………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1文獻(xiàn)綜述…

8、…………………………………………………………………1</p><p>　　1.1.1課題研究背景…………………………………………………………1</p><p>　　1.1.2 深海采礦技術(shù)的發(fā)展…………………………………………………1</p><p>　　1.1.3課題研究的意義………………………………………………………2</p><p>　

9、　1.1.4本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容………………………………………………………2</p><p>　　1.2 液壓技術(shù)簡(jiǎn)介…………………………………………………………3</p><p>　　1.2.1液壓系統(tǒng)概述…………………………………………………………3</p><p>　　1.2.2液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ………………………………………………………4</p>&l

10、t;p>　　1.2.3 液壓技術(shù)的缺點(diǎn)………………………………………………………5</p><p>　　1.3 本章小結(jié)……………………………………………………………………6</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………7</p><p>　　2.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù) ………………………………………7<

11、;/p><p>　　2.1.1破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)要求 ……………………………………………7</p><p>　　2.1.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) ……………………………………………………7</p><p>　　2.2制定系統(tǒng)方案和系統(tǒng)原理圖 ……………………………………………7</p><p>　　2.2.1制定系統(tǒng)方案………………………………………

12、…………………8</p><p>　　2.2.2 擬訂液壓系統(tǒng)圖………………………………………………………8</p><p>　　2.2.3 液壓原理圖的分析設(shè)計(jì)……………………………………………11</p><p>　　2.3 液壓執(zhí)行元件載荷力和載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算……………………………………13</p><p>　　2.3.1 升降缸的載荷計(jì)算

13、…………………………………………………13</p><p>　　2.3.2 截割部液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算……………………………………14</p><p>　　2.3.3 牽引部液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算……………………………………14</p><p>　　2.4 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算……………………………………………………14</p><p>　　2

14、.4.1 初選系統(tǒng)工作壓力…………………………………………………14</p><p>　　2.4.2 計(jì)算升降缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸………………………………………15</p><p>　　2.4.3 計(jì)算液壓馬達(dá)的排量………………………………………………16</p><p>　　2.4.4 計(jì)算液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力…………………………………16</p&g

15、t;<p>　　2.4.5 液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需的流量……………………………………17</p><p>　　2.5 液壓元件的選擇……………………………………………………………17</p><p>　　2.5.1 液壓泵的選擇…………………………………………………………17</p><p>　　2.5.2 液壓馬達(dá)的選擇………………………………………

16、………………18</p><p>　　2.5.3 液壓閥的選擇…………………………………………………………18</p><p>　　2.5.4 電動(dòng)機(jī)功率的確定……………………………………………………19</p><p>　　2.5.5 確定油箱的有效容積…………………………………………………20</p><p>　　2.5.6 管道尺寸的確

17、定 ……………………………………………………20</p><p>　　3 油路塊設(shè)計(jì)………………………………………………………………21</p><p>　　3.1 液壓元件的聯(lián)接方式……………………………………………………21</p><p>　　3.1.1管式聯(lián)接………………………………………………………………21</p><p>　　

18、3.1.2板式聯(lián)接………………………………………………………………21</p><p>　　3.1.3法蘭聯(lián)接………………………………………………………………21</p><p>　　3.2 油路塊的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則…………………………………………………………21</p><p>　　3.2.1塊體結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)尺寸的確定………………………………………21</p>

19、<p>　　3.2.2油路塊內(nèi)油道孔設(shè)計(jì) ………………………………………………22</p><p>　　3.3 油路塊的具體設(shè)計(jì) ………………………………………………………23</p><p>　　3.3.1 油路塊的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………23</p><p>　　3.3.2 輸出油孔的設(shè)計(jì)……………………………………………

20、………24</p><p>　　3.3.3 進(jìn)回油孔的設(shè)計(jì)………………………………………………………25</p><p>　　3.3.4 工藝孔的設(shè)計(jì)…………………………………………………………25</p><p>　　4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………27</p><p>　　4.1 電氣控制系統(tǒng)的要求和內(nèi)容

21、……………………………………………27</p><p>　　4.1.1電氣控制系統(tǒng)的要求 ………………………………………………27</p><p>　　4.1.2 電氣控制系統(tǒng)的內(nèi)容 ………………………………………………28</p><p>　　4.2 電氣控制原理圖的設(shè)計(jì) ………………………………………………28</p><p>　　4.

22、2.1 主電路的設(shè)計(jì) ………………………………………………………28</p><p>　　4.2.2控制電路的設(shè)計(jì) ……………………………………………………28</p><p>　　4.2.3輔助電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………29</p><p>　　4.2.4總體電氣原理圖………………………………………………………29</p>

23、<p>　　5 液壓泵站設(shè)計(jì)分析 ………………………………………………………30</p><p>　　5.1電機(jī)泵組設(shè)計(jì)與選型………………………………………………………30</p><p>　　5.1.1液壓泵的分析計(jì)算與選型 …………………………………………30</p><p>　　5.1.2 電機(jī)的選型……………………………………………………………

24、31</p><p>　　5.2 液壓油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………31</p><p>　　5.2.1液壓油箱的設(shè)計(jì)要求…………………………………………………32</p><p>　　5.2.2 液壓油箱容積的計(jì)算分析…………………………………………32</p><p>　　5.2.3 液壓油箱附件的選型………

25、………………………………………33</p><p>　　5.3液壓的熱平衡校核………………………………………………………34</p><p>　　5.3.1 液壓油箱發(fā)熱功率計(jì)算……………………………………………34</p><p>　　5.3.2 液壓油箱熱平衡校核………………………………………………34</p><p>　　5.4 本

26、章小結(jié)……………………………………………………………………35</p><p>　　6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析……………………………………………………………36</p><p>　　6.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的目的………………………………………………………36</p><p>　　6.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析………………………………………………………………37</p><

27、p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………39</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………40</p><p>　　附錄……………………………………………………………………………41</p><p><b>　　緒論</b></p><p>&

28、lt;b>　　1.1文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　1.1.1課題研究背景</p><p>　　隨著陸地上的礦產(chǎn)資源不斷被開(kāi)發(fā)利用，容易開(kāi)采、冶煉加工的礦石越來(lái)越少，然而大洋海底礦石(金屬結(jié)核)卻非常豐富。海洋資源開(kāi)發(fā)利用晚于陸地，是具有戰(zhàn)略意義的新興開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力。在未來(lái)的歲月中，人類(lèi)的生存和發(fā)展將越來(lái)越多地依賴(lài)海洋，重返海洋不是幻想，而是一項(xiàng)可以實(shí)

29、現(xiàn)的戰(zhàn)略目標(biāo)。</p><p>　　海洋不僅有大量、寶貴的生物資源；海洋礦藏資源也極為豐富，包括多金屬結(jié)核，熱液礦床和鈷結(jié)殼。這些礦石結(jié)核含錳20％，鐵20％以及銅、鎳、鉆、鉆等多種有色金屬，目前的儲(chǔ)量可供人類(lèi)開(kāi)采利用幾千年，而且還以每年100萬(wàn)噸的速度增長(zhǎng)。由于90%以上的深海區(qū)至今尚未進(jìn)行過(guò)詳細(xì)勘查，其資源儲(chǔ)量也無(wú)精確計(jì)算。其中，多金屬結(jié)核資源勘探程度最高，也最為國(guó)際社會(huì)的關(guān)注[1]。</p>

30、<p>　　1.1.2 深海采礦技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　世紀(jì)之交，國(guó)際海底區(qū)域活動(dòng)及其科技、經(jīng)濟(jì)、政治及法律環(huán)境都發(fā)生了深刻的變化。其主要特點(diǎn)是：當(dāng)今“區(qū)域”活動(dòng)由單一多金屬結(jié)核資源向多種資源（富鈷結(jié)殼、熱液硫化物、多金屬軟泥、天然氣水合物、生物基因資源等）發(fā)展和出現(xiàn)“區(qū)域”多種資源的第二輪競(jìng)爭(zhēng)的嚴(yán)峻形勢(shì)。</p><p>　　70年代初，西方發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始進(jìn)行深海多金屬

31、結(jié)核資源采礦技術(shù)和裝備的研究開(kāi)發(fā)。以美國(guó)公司為主的四大財(cái)團(tuán)研究開(kāi)發(fā)的集礦機(jī)和管道提升采礦系統(tǒng)，于70年代末在太平洋C－C區(qū)首先進(jìn)行了每小時(shí)30－40t的海上中間性試驗(yàn)。該系統(tǒng)配套的設(shè)備是：拖曳式水力和機(jī)械式動(dòng)力集礦機(jī)；氣力和水力提升管道，以及2－4.5萬(wàn)t級(jí)寬體雙底采礦船。</p><p>　　80年代，法國(guó)研制成PKA2－6000號(hào)深海多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，可從6000m的深海底進(jìn)行快速采礦，日產(chǎn)可達(dá)1500－2

32、000t，然后按自控程序返回海面。英國(guó)也正在研制一種氣力提升采礦系統(tǒng)，日產(chǎn)量可高達(dá)10000t。專(zhuān)家普遍認(rèn)為日產(chǎn)千噸級(jí)以上的采礦系統(tǒng)將成為21世紀(jì)最有前途的第一代深海商業(yè)開(kāi)采系統(tǒng)。包括日本在內(nèi)的西方發(fā)達(dá)國(guó)家目前在深海開(kāi)采技術(shù)方面已經(jīng)擁有了足夠的技術(shù)儲(chǔ)備，正在等待商業(yè)開(kāi)采時(shí)機(jī)的到來(lái)。我國(guó)自90年代以來(lái)開(kāi)展“海底多金屬結(jié)核資源開(kāi)采技術(shù)”的研究開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已研制出兩套集礦原理機(jī)－水力式集礦機(jī)和復(fù)合式集礦機(jī)的模型機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作業(yè)可靠、采收率高

33、的特點(diǎn)，其室內(nèi)集礦效率達(dá)到85％以上；建成了一套高30m、管徑100cm的實(shí)驗(yàn)室揚(yáng)礦系統(tǒng)。研制單位較系統(tǒng)地進(jìn)行了水力（礦漿泵、清水泵、射流泵）和氣力揚(yáng)礦方法的實(shí)驗(yàn)室研究，以及配套的遙測(cè)遙控技術(shù)。但是這套系統(tǒng)僅局限在試驗(yàn)室不足5m水深的水池內(nèi)，距離五、六千米水深采礦的技術(shù)要求相差甚遠(yuǎn)。大洋協(xié)會(huì)計(jì)劃2000年將對(duì)這套改進(jìn)的采礦系統(tǒng)進(jìn)行水深120－130m的湖試，為下個(gè)世紀(jì)初進(jìn)入海試作技術(shù)準(zhǔn)備。</p><p>　　世

34、界深海高新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是朝著多功能、自動(dòng)化、智能化和遙測(cè)遙控的方向發(fā)展，主要技術(shù)及裝備有：</p><p>　　●深海（〉6000m）載人深潛器和無(wú)人自治深潛器；</p><p>　　●高精度定位技術(shù)、水聲技術(shù)和水下目標(biāo)跟蹤技術(shù)；</p><p>　　●多種資源的勘查技術(shù)系列，包括高精度、高分辨率的探測(cè)、淺部／深部地層剖面探測(cè)，采樣、化探、資源評(píng)價(jià)技術(shù)，環(huán)境監(jiān)測(cè)與

35、評(píng)價(jià)技術(shù)；</p><p>　　●包括水力、氣力、機(jī)械動(dòng)力的集礦與揚(yáng)礦，遙測(cè)遙控、水面支持的日產(chǎn)千噸級(jí)～萬(wàn)噸級(jí)的深海采礦系統(tǒng)。</p><p>　　當(dāng)今國(guó)際海底區(qū)域活動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是資源，而獲得資源的手段又是深海高新技術(shù)。因此，發(fā)展深海高新技術(shù)，是高效勘查和占有高質(zhì)量的礦區(qū)、從“區(qū)域”中獲得資源優(yōu)先權(quán)的一把鑰匙，而且還可以技術(shù)的優(yōu)勢(shì)通過(guò)合作來(lái)獲得更多的資源和經(jīng)濟(jì)利益。</p>

36、<p>　　1.1.3課題研究的意義</p><p>　　20世紀(jì)70年代人們就對(duì)深海采礦系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，其中美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)在此方面做了大量的工作。我國(guó)在“九五”期間，開(kāi)始對(duì)深海采礦系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果。</p><p>　　中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，在開(kāi)發(fā)利用陸地資源的同時(shí)，必須重視開(kāi)發(fā)利用海洋資源，而且要樹(shù)立全

37、球海洋觀念，既充分利用自己管轄的海洋資源，又積極利用世界其他地區(qū)的海洋資源。</p><p>　　因此，研究深海采礦技術(shù)，對(duì)陸地資源日益枯竭的今天，為找到一種高效、可行的能源開(kāi)采方法；或者找到取之有效的、更優(yōu)良的替代能源來(lái)說(shuō)是非常重要和影響深遠(yuǎn)，造福人類(lèi)的新技術(shù)，對(duì)人類(lèi)的文明發(fā)展勢(shì)必做出重大的貢獻(xiàn)。</p><p>　　1.1.4本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　

38、本文主要是海洋采礦破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)研究表明用螺旋滾筒式截齒截割礦料是最節(jié)能最有效的方法，本文設(shè)計(jì)了一套用于模擬深海采礦中截割礦石的螺旋滾筒式破碎試驗(yàn)臺(tái)，從而研究截齒的最優(yōu)排列，達(dá)到增加效率，減少能耗的目的。</p><p><b>　　此次設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：</b></p><p>　　1）螺旋滾筒破碎試驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)；</p><p&

39、gt;　　2）液壓閥用油路塊設(shè)計(jì)；</p><p>　　3）螺旋滾筒破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓泵站的設(shè)計(jì)；</p><p>　　4）液壓系統(tǒng)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)；</p><p>　　1.2液壓技術(shù)的簡(jiǎn)介</p><p>　　1.2.1液壓系統(tǒng)的概述</p><p>　　能量傳遞在機(jī)器上通常采用四種方式，即：機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣體傳動(dòng)和

40、液體傳動(dòng)。</p><p>　　液壓傳動(dòng)是用液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(缸或馬達(dá))把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即能源裝置、執(zhí)行元件、控制元

41、件、輔助元件、液壓油。</p><p>　　能源裝置的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。一般液壓系統(tǒng)中能源裝置是的液壓泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。</p><p>　　執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　控制元件(即各種液壓閥

42、)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。</p><p>　　輔助元件是保證系統(tǒng)正常工作以外的裝置。如過(guò)濾器、油箱、管件等。</p><p>　　液壓技術(shù)是指

43、液壓傳動(dòng)的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，一般指的是用動(dòng)力機(jī)（如電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)等）驅(qū)動(dòng)液能發(fā)生器——液壓泵，使作為中間傳動(dòng)介質(zhì)的液體具有一定的能量，并用以驅(qū)動(dòng)液能轉(zhuǎn)換器——液壓馬達(dá)、液壓缸等進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、往復(fù)、擺動(dòng)等不同形式的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　液體的能量有位能、壓力能和速度能（動(dòng)能）三種。在液體傳動(dòng)裝置中，能量的轉(zhuǎn)換主要以機(jī)械能——液體動(dòng)能——機(jī)械能和機(jī)械能——液體壓力能兩種方式進(jìn)行。前一種主要依靠液體動(dòng)能進(jìn)行工作的傳動(dòng)叫做動(dòng)力

44、式液體傳動(dòng)，通稱(chēng)液力傳動(dòng)（如液力連軸器及渦輪變矩器傳動(dòng)）；后一種主要依靠液體壓力能進(jìn)行工作的傳動(dòng)方式叫做容積式液體傳動(dòng)，通稱(chēng)液壓傳動(dòng)（如液壓泵、閥與液壓馬達(dá)、液壓缸組成的傳動(dòng)）。</p><p>　　1.2.2液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）重量功率比和重量扭矩比較小，容量大。這是海洋開(kāi)發(fā)機(jī)器減少體積和重量所需要的。在相同功率下，電動(dòng)機(jī)比油馬達(dá)重量重12～25倍，氣動(dòng)馬達(dá)也比油

45、馬達(dá)重3～7倍；在相同扭矩下，電動(dòng)機(jī)比油馬達(dá)重12～150倍，氣動(dòng)馬達(dá)也比油馬達(dá)重3～50倍。</p><p>　　（2）容易獲得較大的力或力矩。一般機(jī)械傳動(dòng)欲獲得很大的力或力矩，要通過(guò)一系列復(fù)雜的減速，不但結(jié)構(gòu)龐雜、效率低、成本也高。氣體傳動(dòng)由于使用單位壓力較低，獲得很大的力或力矩需要龐大的氣缸，同樣不經(jīng)濟(jì)。而液壓傳動(dòng)由于比較容易使工作液體獲得高度的單位壓力，因而成為工業(yè)上需要很大力或力矩的機(jī)械所必須的傳動(dòng)方式

46、。用于海洋開(kāi)發(fā)的大噸位起重機(jī)、千噸以上自升式石油鉆井平臺(tái)的升降裝置，則往往采用這樣的液壓傳動(dòng)。</p><p>　?。?）能在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。當(dāng)液壓傳動(dòng)用于主傳動(dòng)時(shí)，一般用變量液壓泵進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。速度可從零調(diào)節(jié)至額定轉(zhuǎn)速（如從0～1500r/min）。用于輔助傳動(dòng)（如液壓缸給進(jìn)），以調(diào)速閥進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，流量可從0.02 L/min調(diào)節(jié)至100 L/min以上，調(diào)速比可達(dá)2000甚至更高。這正是深海操作機(jī)器

47、（如液壓機(jī)械手等）所需要的特性。</p><p>　?。?）用壓力補(bǔ)償?shù)淖兞恳簤罕?，容易在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)，在同等功率下，可以有效地提高工作效率，減少輔助時(shí)間。壓力補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)變量液壓泵的特點(diǎn)是：當(dāng)負(fù)載大時(shí)，液壓泵可以自動(dòng)減少排油量，同時(shí)提高工作壓力，以適應(yīng)負(fù)載的增大；當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，又可以自動(dòng)增大排油量，以增快動(dòng)作完成過(guò)程。即在pv值（即壓力與速度的乘積）基本恒定的情況下，自動(dòng)適應(yīng)工作負(fù)荷經(jīng)常變化的需要。在

48、不增加輔助裝置的條件下，恒功率調(diào)節(jié)范圍可達(dá)3倍以上，因此在海洋開(kāi)發(fā)機(jī)器負(fù)荷經(jīng)常變化的場(chǎng)合下使用，可以有效地提高工作效率，減少動(dòng)力消耗。</p><p>　　（5）易于實(shí)現(xiàn)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)以及由這些運(yùn)動(dòng)組合的各種復(fù)雜動(dòng)作，是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力機(jī)械自動(dòng)化最好的手段。當(dāng)需要慢速大扭矩的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用機(jī)械傳動(dòng)、就需要龐雜的減速機(jī)構(gòu)，而用液壓傳動(dòng)只需要一個(gè)低速大扭矩液馬達(dá)就可以了。當(dāng)需要直線、往復(fù)或擺動(dòng)時(shí)，用機(jī)械傳動(dòng)除

49、需要龐雜的減速機(jī)構(gòu)外，還需要諸如螺旋、凸輪、四連桿機(jī)構(gòu)等以實(shí)現(xiàn)直線、往復(fù)、擺動(dòng)等動(dòng)作，而液壓傳動(dòng)則僅需要簡(jiǎn)單的直線或擺動(dòng)液壓缸就可以了，海洋開(kāi)發(fā)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)正需要有這樣的特點(diǎn)。</p><p>　　（6）傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、均勻，無(wú)沖擊，運(yùn)動(dòng)慣性小。由于液馬達(dá)體積小、重量輕，并且有油液吸收沖擊，所以，它的運(yùn)動(dòng)慣性質(zhì)量不超過(guò)同功率電動(dòng)機(jī)的10 ％。啟動(dòng)中等功率電機(jī)需要1～2秒，而啟動(dòng)同功率液馬達(dá)不超過(guò)0.1秒。在高速換向時(shí)

50、（50～60m/min）用液壓換向，沖擊大為減少。這些特點(diǎn)，對(duì)于海中作業(yè)機(jī)械動(dòng)作的準(zhǔn)確性、靈敏度和效率帶來(lái)了好處。</p><p>　?。?）易于防止過(guò)載，避免機(jī)械、人身事故。由于液壓傳動(dòng)可用溢流閥調(diào)節(jié)和控制最高壓力，在負(fù)荷（壓力）達(dá)到最高時(shí)，油液便安全溢流回油箱，可避免超載和由此引起的事故，這一點(diǎn)對(duì)于海中工作的遙控機(jī)械顯得更重要。</p><p>　?。?）液壓傳動(dòng)液壓缸與高壓壓縮空氣并

51、聯(lián)，形成一強(qiáng)彈性體，可在大噸位和大行程（500噸以上負(fù)荷和10m以上行程）的范圍作運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。這正是在惡劣海況下進(jìn)行石油鉆井、海上提吊重物及輸送人員或物資所配備壓力補(bǔ)償或恒張力裝置機(jī)器所必需的。</p><p>　?。?）液壓傳動(dòng)比機(jī)械傳動(dòng)容易按不同位置和空間布局。例如機(jī)械傳動(dòng)需要萬(wàn)向軸、錐齒輪、鏈條等，而液壓傳動(dòng)則只要按實(shí)際需要將液壓執(zhí)行器（液壓缸、液馬達(dá)）放在理想位置，然后用軟管連接就可以了。</p>

52、;<p>　?。?0）操縱性好。操縱性的好壞是看它是否便于操縱、便于控制力和速度、控制運(yùn)動(dòng)和停止，且控制力?。床倏v靈活輕巧）等。由于液壓傳動(dòng)可以方便采用電磁閥為先導(dǎo)的液動(dòng)換向等放大裝置，因此它是當(dāng)今任何強(qiáng)力機(jī)械進(jìn)行控制和操縱從不可缺少的環(huán)節(jié)，這是它突出的優(yōu)點(diǎn)之一，也是當(dāng)今海洋開(kāi)發(fā)機(jī)器普遍采用的操縱控制所必需的。</p><p>　　（11）液壓傳動(dòng)大都用油或水基添加潤(rùn)滑防蝕劑為工作介質(zhì)，自潤(rùn)滑性能

53、好，工作元件壽命較長(zhǎng)。</p><p>　?。?2）液壓元件通用性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織批量生產(chǎn)，從而可以大大節(jié)約成本，減少開(kāi)支。</p><p>　?。?3）與無(wú)線電、電力、氣動(dòng)相配合，可以創(chuàng)造出各方面性能良好、自動(dòng)化程度較高的傳動(dòng)和控制系統(tǒng)，是采用微處理機(jī)、實(shí)現(xiàn)遙控、自動(dòng)控制、程序控制、數(shù)控等不可缺少的組成軀干。</p><p>　?。?4

54、）液壓傳動(dòng)與電驅(qū)動(dòng)相比，在海洋環(huán)境中特別是海水中易于實(shí)現(xiàn)密封，易于防腐蝕和防爆，也不會(huì)象電驅(qū)動(dòng)那樣，滲入海水會(huì)造成短路等故障。因而廣泛應(yīng)用于海中或海底工作機(jī)械、甲板機(jī)械和石油天然氣開(kāi)發(fā)的防暴區(qū)工作的機(jī)械。</p><p>　　1.2.3 液壓技術(shù)的缺點(diǎn)：</p><p>　?。?）液壓傳動(dòng)難以避免出現(xiàn)泄漏。近二十年來(lái)，由于密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，液壓傳動(dòng)的外泄漏已有明顯的減少，甚至可以完全避免，但

55、內(nèi)泄漏是難以避免的。由于泄漏引起容積損失，因此影響了效率。</p><p>　?。?）由于油的粘度隨溫度變化會(huì)引起工作狀態(tài)不穩(wěn)定，在高溫或超低溫工作時(shí)，需用特殊流體介質(zhì)。此外，油易于氧化，必須定期（一般為半年）換油。但近年來(lái)采用以水基的潤(rùn)滑、防蝕添加劑的液壓傳動(dòng)介質(zhì)，不但降低了成本，還在某種程度上提高了性能。</p><p>　?。?）液壓元件制造精密，系統(tǒng)工作過(guò)程中發(fā)生故障不易診斷，使用

56、維修技術(shù)條件要求較高。</p><p>　?。?）空氣易滲入液壓系統(tǒng)，可能引起系統(tǒng)的震動(dòng)、爬行、噪音等不良現(xiàn)象。</p><p>　?。?）由于液壓傳動(dòng)有明顯的壓力損失，所以不能用于遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)。</p><p><b>　　1.3本章小結(jié)</b></p><p>　　在我國(guó)深海采礦技術(shù)還是個(gè)新興學(xué)科，從各項(xiàng)研究表明，采

57、用螺旋滾筒式截割設(shè)備進(jìn)行礦體截割效率高、能耗少。本次設(shè)計(jì)的螺旋滾筒式破碎試驗(yàn)臺(tái)采用液壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力大、傳動(dòng)平穩(wěn)；升降部分采用了性能較好的雙單向節(jié)流閥，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)升降缸同步，從而使煤層的截割厚度保持一定。液壓系統(tǒng)采用電氣控制，控制過(guò)程簡(jiǎn)單、靈活、可靠，能較好地滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　2 破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)&l

58、t;/p><p>　　2.1.1破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)要求：</p><p>　?。?）試驗(yàn)臺(tái)的工作概況：</p><p>　?、?試驗(yàn)臺(tái)破碎機(jī)主要用于切削破碎深海礦石，工作特點(diǎn)是長(zhǎng)期連續(xù)工作；② 其液壓系統(tǒng)需要完成驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)切削工料，盛裝工料的小車(chē)均勻平穩(wěn)前進(jìn)，且時(shí)刻自動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋滾筒的高度以此來(lái)控制螺旋滾筒切削工料的深度和精度；③ 液壓系統(tǒng)能夠控制各個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)且連續(xù)

59、工作，能夠控制螺旋滾筒根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)反饋的工料的凹凸不平的地形信號(hào)而自動(dòng)調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。</p><p>　?。?）整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作要求</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)部分：① 牽引部，主要是進(jìn)料小車(chē)的進(jìn)給及返回。②截割部，是螺旋滾筒截割礦石。③ 升降部，螺旋滾筒根據(jù)礦石的高低而自動(dòng)調(diào)節(jié)其高度。</p><p>　　其具體動(dòng)作要求：① 牽引小車(chē)機(jī)構(gòu)要求

60、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),速度均勻；能夠?qū)崿F(xiàn)正反方向運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)；② 截割部螺旋滾筒在切割時(shí)應(yīng)保證切割順利，滾筒轉(zhuǎn)速平穩(wěn)無(wú)大范圍頻繁的跳動(dòng)現(xiàn)象，且要求能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，有高壓及過(guò)載保護(hù)；③ 升降缸部分必須有雙缸同步動(dòng)作回路,避免雙缸不同步使機(jī)械部分扭曲，甚至造成破壞；在回路中帶液壓自鎖功能，實(shí)現(xiàn)液壓缸在任何位置都能精確定位,保證截割厚度滿足要求，升降缸升降速度須可調(diào)，升降過(guò)程中換向靈敏。</p><p>　　2.1.2 液壓

61、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　螺旋滾筒式破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：</p><p>　　牽引部工作臺(tái)長(zhǎng)度： L = 1.5m</p><p>　　進(jìn)給周期: T = 40s</p><p>　　截割部滾筒轉(zhuǎn)速： N= 30～60 r/min </p><p&

62、gt;　　切削力： F=3000 N.m</p><p>　　升降缸行程： S = 500 mm</p><p>　　速度： V = 0.02m/s</p><p>　　切深： H = 15～20 cm</p><p>　　2.2制定系統(tǒng)方案和系統(tǒng)原理圖</p>

63、;<p>　　2.2.1制定系統(tǒng)方案</p><p>　　由上分析本試驗(yàn)臺(tái)采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),運(yùn)動(dòng)部分分為： 牽引部， 截割部，升降部三個(gè)部分，其執(zhí)行元件分別為牽引馬達(dá)，截割馬達(dá)和兩個(gè)升降缸。其動(dòng)作要求的實(shí)現(xiàn)如下：</p><p>　　（1）牽引部實(shí)現(xiàn)牽引小車(chē)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，由牽引液壓馬達(dá)正反旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)由三位四通電磁換向閥改變油路實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)速度是靠閥雙單向節(jié)流閥改變。&

64、lt;/p><p>　?。?）截割部為螺旋滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾筒上曲線分布的截齒旋轉(zhuǎn)，完成截割的，該部分亦是通過(guò)液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)和速度分別由三位四通電磁換向閥和雙單向節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　?。?）升降缸的升降動(dòng)作和調(diào)速功能分別由三位四通電磁換向閥和雙單向節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的；液壓缸的自鎖功能由液控單向閥來(lái)完成。</p><p>　　（4）液壓安全措施

65、本系統(tǒng)為了保護(hù)液壓系統(tǒng)不會(huì)因負(fù)載過(guò)高或液壓系統(tǒng)堵塞等方面原因而遭到破壞,在每個(gè)單塊回路中分別設(shè)置了溢流閥來(lái)保證壓力不至于突然過(guò)高破壞液壓元件；在液壓泵出口處設(shè)置了總溢流閥來(lái)保護(hù)泵的安全工作。</p><p>　?。?）液壓源的選擇 該液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作過(guò)程中，流量和大小在時(shí)刻變化的且幅度較大，但功率不高，用單泵供油可保證系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　2.2.2 擬訂液壓系統(tǒng)圖<

66、;/p><p>　　（1）換向回路的選用</p><p>　　在本系統(tǒng)中液壓馬達(dá)和液壓缸回路中均采用三位四通電磁換向閥作為換向回路，且采用中位機(jī)能是O型，因?yàn)楫?dāng)運(yùn)動(dòng)到目的地停留時(shí)，讓系統(tǒng)不卸荷。</p><p>　?。?）調(diào)速回路的比較</p><p>　　調(diào)速回路按液壓泵是否變量分為采用定量泵節(jié)流調(diào)速回路和變量泵容積調(diào)速回路。①定量泵節(jié)流調(diào)速回

67、路分為進(jìn)油、回油節(jié)流調(diào)速回路和旁路節(jié)流調(diào)速回路。進(jìn)油、回油節(jié)流調(diào)速回路。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但效率較低，只宜用在負(fù)載變化不大、低速、小功率的場(chǎng)合，如某些機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中。旁路節(jié)流調(diào)速回路。這是將節(jié)流閥裝在液壓缸并聯(lián)的支路上，此類(lèi)回路只有節(jié)流損失，而無(wú)溢流損失，因此功率損失比前兩種調(diào)速回路小，效率高。一般用于功率較大且對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。②變量泵容積調(diào)速回路分為：手動(dòng)調(diào)節(jié)容積調(diào)速回路和自動(dòng)調(diào)節(jié)容積調(diào)速回路。效率很高但費(fèi)用也高，一般

68、用于功率較大的場(chǎng)合。</p><p>　　（3）調(diào)速回路的選用</p><p>　　調(diào)速回路的選用首先與主機(jī)采用液壓傳動(dòng)的目的有關(guān),而且要綜合考慮各方面的因素后才能做出決定。</p><p>　　其次要考慮的是功率的大小，一般認(rèn)為3kw以下的用節(jié)流調(diào)速回路；3～5kw的用容積節(jié)流調(diào)速回路或容積調(diào)速回路；5kw以上的則用容積調(diào)速回路。</p><p

69、>　　最后從費(fèi)用上考慮，要求費(fèi)用低廉時(shí)用節(jié)流調(diào)速回路；允許費(fèi)用高些時(shí)用容積節(jié)流調(diào)速回路或容積調(diào)速回路。</p><p>　　綜上，本系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速，因液壓馬達(dá)和液壓缸均需雙向運(yùn)動(dòng)則采用雙單向節(jié)流閥來(lái)進(jìn)行調(diào)速，液壓缸的同步誤差為5%-10%能滿足系統(tǒng)的要求。當(dāng)馬達(dá)正反轉(zhuǎn)和液壓缸升降時(shí)均是進(jìn)油調(diào)速。 </p><p>　?。?）具體液壓原理圖的確定</p><p&g

70、t;　?、?牽引部分液壓原理圖的確定。液壓系統(tǒng)回路有開(kāi)式和閉式兩種。采用閉式系統(tǒng)時(shí),原理圖如圖1所示；采用開(kāi)式系統(tǒng)時(shí),原理圖如圖2所示。通過(guò)比較可知閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比緊湊、對(duì)稱(chēng)，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，為了保證控制系統(tǒng)能正常工作，需要提供低壓液壓油給控制回路，所以回路中需安排一個(gè)低壓保護(hù)措施來(lái)保證控制正常；在閉式系統(tǒng)中油溫升高后，散熱較慢，需要提供專(zhuān)門(mén)的散熱回路來(lái)冷卻工作油，這就增加了液壓設(shè)備，使系統(tǒng)復(fù)雜化；閉式系統(tǒng)采用容積調(diào)速回路，而容積調(diào)速回路

71、一般是用在大功率，經(jīng)濟(jì)條件允許寬裕的場(chǎng)合。</p><p>　　開(kāi)式回路結(jié)構(gòu)上比閉式回路簡(jiǎn)單，散熱條件好，無(wú)須附加專(zhuān)門(mén)的散熱回路來(lái)冷卻油液，經(jīng)濟(jì)上要求不高，保護(hù)回路易于實(shí)現(xiàn)，采用雙單向節(jié)流調(diào)速，方便快捷亦可實(shí)現(xiàn)容積調(diào)速回路的無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)于本破碎試驗(yàn)臺(tái)比較合適。</p><p>　　圖1 牽引部分閉式液壓系統(tǒng)</p><p>　　圖2 牽引部開(kāi)式液壓系統(tǒng)</

72、p><p>　?、?截割部分液壓原理圖的確定：</p><p>　　截割部要求滾筒切削平穩(wěn),無(wú)較大沖擊；切削速度易于控制，為了保護(hù)液壓設(shè)備，避免在切削過(guò)程中樣品過(guò)硬或其他原因造成的阻力增加破壞液壓元件，應(yīng)該在回路中加入保護(hù)措施。其液壓原理圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 截割部液壓原理圖</p><p>　　③ 升降缸部分液壓原理圖的確

73、定：</p><p>　　升降缸部分要求有液壓自鎖功能，確保液壓缸能夠在任何位置自如的停止并自鎖，在系統(tǒng)不供油時(shí)不能因液壓缸誤動(dòng)作影響滾筒的切削深度；升降部分的調(diào)速和換向需靈敏無(wú)誤差，且要求能精確控制切削深度，故本系統(tǒng)在升降缸部分采用雙單向節(jié)流閥來(lái)控制升降缸同步動(dòng)作，用夜控單向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的自鎖。其液壓原理圖實(shí)現(xiàn)如圖4所示。</p><p>　　圖4 升降缸液壓原理圖</p>

74、<p>　　2.2.3 液壓原理圖的分析設(shè)計(jì)</p><p>　　本液壓系統(tǒng)屬于中低壓系統(tǒng)，綜合考慮一切因數(shù)，采用定量泵向系統(tǒng)供油。綜合以上各個(gè)部分的調(diào)速回路方案，補(bǔ)充系統(tǒng)的保護(hù)回路，方向控制回路和卸荷回路而設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總的液壓原理圖。如下圖5所示:</p><p><b>　　圖5 液壓原理圖</b></p><p>　　表1

75、 液壓系統(tǒng)電磁鐵調(diào)度表</p><p><b>　　工作原理如下：</b></p><p>　　破碎試驗(yàn)臺(tái)完成截割工作是通過(guò)螺旋滾筒破碎樣品塊，牽引小車(chē)進(jìn)給工料的。由于樣品塊表面起伏變化，為了能保證截割厚度相同，用電液比例方向流量閥來(lái)靈敏、精確的控制升降缸的動(dòng)作。</p><p>　　工作過(guò)程為，啟動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，電磁鐵5左位工作，截割部馬達(dá)正轉(zhuǎn)

76、；此后升降缸下降到預(yù)定高度（保證截割樣品厚度相同），即比例閥左位工作，液壓缸下壓；隨后電磁鐵7左位工作，牽引馬達(dá)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)小車(chē)前進(jìn)給料。在工作過(guò)程中升降缸時(shí)刻升降，保證截割厚度。破碎完成后，將截割滾筒上抬，使截齒離開(kāi)工料，截割部反轉(zhuǎn)后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，牽引馬達(dá)反轉(zhuǎn)，小車(chē)回退，完成指定工作。在工作過(guò)程中若截齒被卡住，應(yīng)立即停車(chē)，滾筒反轉(zhuǎn)，小車(chē)回退至截齒脫離工料后方可繼續(xù)工作。</p><p><b>　　油液流動(dòng)情

77、況為： </b></p><p>　　螺旋滾筒截割工料：泵12電磁換向閥7雙單向節(jié)流閥6溢流閥5截割馬達(dá)2溢流閥5雙單向節(jié)流閥6電磁換向閥7濾油器13回油箱</p><p>　　牽引小車(chē)進(jìn)給供料：泵12電磁閥換向閥7雙單向節(jié)流閥6溢流閥5 牽引馬達(dá)1溢流閥5雙單向節(jié)流閥6電磁換向閥7濾油器13回油箱</p><p>　　升降缸升降:泵12電磁換向閥7雙單

78、向節(jié)流閥6疊加式液控單向閥4液壓缸疊加式液控單向閥4雙單向節(jié)流閥6電磁換向閥7濾油器13回油箱</p><p>　　2.3 液壓執(zhí)行元件載荷力和載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p>　　2.3.1 升降缸的載荷計(jì)算</p><p>　　升降缸在本系統(tǒng)中的載荷主要由工作載荷，慣性載荷組成的。即外載荷，考慮到外載荷在系統(tǒng)中是時(shí)刻變化的，大小變化范圍很大，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得外載荷。

79、取得液壓缸的機(jī)械效率，求得作用于活塞上的載荷力： ，兩個(gè)液壓缸對(duì)稱(chēng)分布，受載情況相同，偏載幾率也相等，故。</p><p>　　表2 各液壓缸上的載荷力</p><p>　　2.3.2 截割部液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p>　　由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩（截割部），取液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為，其載荷轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b&

80、gt;　　(1)</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　2.3.3 牽引部液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p>　　牽引部液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩： (2)</p><p>　　小車(chē)線速度： (3

81、)</p><p>　?。ㄆ渲?L 試驗(yàn)臺(tái)長(zhǎng)，t運(yùn)行時(shí)間）</p><p>　　半徑： (4)</p><p><b>　?。╟為輸出軸周長(zhǎng)）</b></p><p>　　又 (5)<

82、/p><p>　　故 (6)</p><p>　　可求得 </p><p>　　取其機(jī)械效率為 ，其載荷轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　2.4 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算</p><p>　　2.4.1 初選系統(tǒng)工作壓力</p><p&

83、gt;　　本系統(tǒng)中螺旋滾筒截割破碎試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)屬于小型液壓機(jī)械類(lèi)型，工作過(guò)程中壓力不是很大，截割載荷最大出現(xiàn)在樣本塊過(guò)硬的切割過(guò)程中，升降缸載荷力為：，根據(jù)實(shí)際情況，可初選系統(tǒng)工作壓力為：</p><p>　　表3 按載荷選擇工作壓力</p><p>　　2.4.2 計(jì)算升降缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸：</p><p>　　確定液壓缸的活塞以及活塞桿直徑，升降缸最大最大

84、載荷出現(xiàn)在向下壓料截割時(shí)，其載荷力為，工作在活塞桿受拉狀態(tài)如圖6，按表4取執(zhí)行元件背壓力： 。</p><p><b>　　圖6 </b></p><p>　　表4 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　則： ， （7）</p><p>　　式中

85、： （8）</p><p>　　則活塞面積為： </p><p>　　按表2-4取液壓缸杠徑比 d/D = 0.7,則活塞杠直徑：</p><p>　　根據(jù)液壓缸活塞杠尺寸系列 取D =40mm,那么活塞桿直徑d =25mm</p><p>　　表5 按工作壓力

86、取d/D</p><p>　　所選液壓缸：HSGL01-40/25EBZEC300液壓缸 榆次液壓件廠生產(chǎn)</p><p>　　2.4.3 計(jì)算液壓馬達(dá)的排量</p><p>　　截割部液壓馬達(dá)雙向旋轉(zhuǎn)，回油時(shí)經(jīng)換向閥直接回油箱，流量較大，按表4執(zhí)行元件背壓取0.3MPa，機(jī)械效率取為，則截割部液壓馬達(dá)的排量為： </p><p&g

87、t;<b>　?。?）</b></p><p>　　牽引部液壓馬達(dá)也是雙向旋轉(zhuǎn)，回油時(shí)經(jīng)電磁換向閥回油箱，執(zhí)行元件背壓取為0.3MPa，機(jī)械效率取為，則牽引部馬達(dá)排量為：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　2.4.4 計(jì)算液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力</p><p>　

88、　按最后確定的液壓缸機(jī)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)排量計(jì)算出液壓執(zhí)行元件的允許最大實(shí)際工作壓力，如下：</p><p>　　升降缸，載荷壓力 ：</p><p>　　背壓 ： P=0.25MPa</p><p>　　有 （11）</p><p>　　截割部，馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩： </p><p><b>　

89、　壓力損失： </b></p><p>　　有 （12）</p><p>　　牽引部，馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩： </p><p><b>　　壓力損失： </b></p><p>　　有

90、（13）</p><p>　　表6 各液壓執(zhí)行元件的實(shí)際工作壓力</p><p>　　2.4.5 液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需的流量</p><p>　　根據(jù)最后確定的液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排量極其運(yùn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)速計(jì)算出液壓執(zhí)行原件所需實(shí)際流量如表7：</p><p><b>　　表7</b></p><

91、;p>　　2.5 液壓元件的選擇</p><p>　　2.5.1 液壓泵的選擇</p><p>　?。?）液壓泵工作壓力的確定</p><p>　　液壓泵工作壓力： （14）</p><p>　　其中是液壓執(zhí)行元件中的最高工作壓力，本液壓系統(tǒng)中最高壓力是升降缸的向下壓時(shí)的壓力

92、，是泵到執(zhí)行元件間的總的管路損失，從系統(tǒng)原理圖上知從泵到執(zhí)行元件升降缸中接有一個(gè)液控單向閥和電液比例方向流量閥，可取=0.5Mpa；</p><p>　　故液壓泵的工作壓力為： </p><p>　?。?）液壓泵流量的確定 </p><p><b>　　（15）</b></p><p>　　系統(tǒng)的最大流量處在系統(tǒng)最大載

93、荷工況時(shí)，執(zhí)行元件全部工作的狀態(tài)下，</p><p><b>　?。?6）</b></p><p>　　=20.025+0.57+0.02</p><p><b>　　=0.64L/s</b></p><p>　　取液壓泵的泄漏系數(shù)K=1.2 ，求得液壓泵流量為：</p><p&

94、gt;　　即 46L/min</p><p>　　所選液壓泵：YB—A32C 型葉片泵，榆次液壓件廠生產(chǎn)，其規(guī)格如表8：</p><p><b>　　表8 葉片泵規(guī)格</b></p><p>　　2.5.2 液壓馬達(dá)的選擇</p><p>　　（1）截割部液壓馬達(dá)的選擇</p>

95、<p>　　截割部液壓馬達(dá)已求得其排量在最大截割力工作狀態(tài)下其轉(zhuǎn)矩為，子系統(tǒng)工作壓力7.7Mpa，轉(zhuǎn)速要求為60r/min；因此截割部液壓馬達(dá)可以選擇1QJM11-0.63Z(徑向柱塞馬達(dá))，由寧波液壓馬達(dá)集團(tuán)公司生產(chǎn)，其規(guī)格如表9所示，機(jī)械效率是。</p><p>　?。?）牽引部液壓馬達(dá)的選擇</p><p>　　牽引部液壓馬達(dá)的排量為：，正常工作時(shí)要求其輸出轉(zhuǎn)矩為：，子系

96、統(tǒng)工作壓力為7.7Mpa，轉(zhuǎn)速 13r/min；因此牽引部液壓馬達(dá)可以選擇1QJM001-0.010Z（徑向柱塞馬達(dá)），寧波液壓馬達(dá)集團(tuán)公司生產(chǎn)，其規(guī)格如表2-8所示，機(jī)械效率是。</p><p>　　表9 QJM型定量液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù)</p><p>　　2.5.3 液壓閥的選擇</p><p>　　液壓閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因

97、此它可以分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類(lèi)。一個(gè)形狀相同的閥，可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制不同，具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動(dòng)方向。也就是說(shuō)，盡管液壓閥存在著各種各樣的類(lèi)型，它們之間還保留著一些基本共同之處，例如：① 在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥心（座閥或滑閥）和驅(qū)動(dòng)閥心動(dòng)作的元部件（如彈簧、電磁鐵等）組成。② 在工作原理上，所有閥的開(kāi)口大小，閥進(jìn)，出口間的壓

98、差以及流過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥的控制參數(shù)不同而已。</p><p>　　液壓系統(tǒng)中所用的閥有如下基本要求：① 動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和震動(dòng)??；② 油液流過(guò)時(shí)壓力損失??；③ 密封性能好；④ 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性大。</p><p>　　閥的選擇原理：① 閥的規(guī)格，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

99、閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，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)定速度要求?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有 20%以?xún)?nèi)的短時(shí)間過(guò)流量。② 閥的型式 ，按照安裝和操作方式選擇。</p><p>　　在本系統(tǒng)中工作壓力10Mpa左右，所以液壓閥選中、高壓閥，所選閥的規(guī)格如表10:</p><p>　　表10 元件的規(guī)格</p>

100、<p>　　2.5.4 電動(dòng)機(jī)功率的確定</p><p>　　螺旋滾筒式破碎試驗(yàn)臺(tái)在整個(gè)工作過(guò)程中，壓力是不斷變化的，所需要的功率變化很大，為滿足整個(gè)工作工程的需要，按最大功率段來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的功率。</p><p>　　當(dāng)截割部阻力達(dá)到所測(cè)結(jié)果最大時(shí)，升降缸、牽引部和截割部的壓力均達(dá)到最大值，此時(shí)泵壓力達(dá)到最大；由前述所知泵的供油額定壓力為：10.5Mpa，泵的流量為： ，取

101、泵的總效率那么泵的驅(qū)動(dòng)功率為：</p><p><b>　?。?7）</b></p><p>　　查電動(dòng)機(jī)樣本，選電動(dòng)機(jī)功率 。</p><p>　　2.5.5 確定油箱的有效容積</p><p>　　根據(jù)下式確定油箱的有效容積： （18）</p><p&

102、gt;　　式中： ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 </p><p>　　—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， 見(jiàn)表11</p><p><b>　　表11 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)</b></p><p>　　已知泵的流量為： Q＝48L/min 即泵每分鐘排出的壓力油體積為：V=0.048,取經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ＝6，算的有效容積為：V=60.048=0.2880

103、.3</p><p>　　2.5.6 管道尺寸的確定</p><p><b>　　管道內(nèi)徑計(jì)算</b></p><p><b>　?。?9）</b></p><p>　　取管道內(nèi)徑為12mm</p><p>　　式中 Q——通過(guò)管道的內(nèi)的流量　　/s</p&

104、gt;<p>　　v——管內(nèi)允許的流速 m/s 取v=6 m/s</p><p>　　則取 d=12mm</p><p><b>　　3 油路塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 液壓元件的聯(lián)接方式</p><p>　　液壓元件

105、的聯(lián)接方式主要有三種：管式聯(lián)接、板式聯(lián)接和法蘭聯(lián)接</p><p><b>　　3.1.1管式聯(lián)接</b></p><p>　　主要采用管式聯(lián)接元件，用油管按系統(tǒng)回路聯(lián)接，管式連接占用的空間大，配管比較復(fù)雜，而且裝拆不便，目前已很少使用。</p><p><b>　　3.1.2板式聯(lián)接</b></p><

106、;p>　　目前塑料機(jī)械液壓系統(tǒng)多采用板式聯(lián)接，液壓閥板即閥座是板式液壓元件安裝板，各液壓元件間的聯(lián)接管道全部由閥板中所鉆的孔道構(gòu)成，采用板式聯(lián)接最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊有利于集中控制，裝拆方便，且外形整潔美觀。由于閥間管路長(zhǎng)度縮短還能提高動(dòng)作速度。缺點(diǎn)是閥板鉆孔困難，泄漏不易檢查。</p><p><b>　　3.1.3法蘭聯(lián)接</b></p><p>　　法蘭聯(lián)接液

107、壓元件主要用于高壓大流量液壓系統(tǒng)，其特點(diǎn)與管式聯(lián)接相同。</p><p>　　法蘭聯(lián)接的本質(zhì)是將一個(gè)典型的回路集成為一個(gè)通路塊，元件間的聯(lián)接借助于通路塊中鉆出的孔道，每一個(gè)通路塊之間又有一定的聯(lián)接孔，以便將適當(dāng)?shù)耐穳K疊加在一起組成所需要的集成塊液壓系統(tǒng)。集成塊式液壓系統(tǒng)不但可以采用標(biāo)準(zhǔn)元件，不用管道，裝拆更加方便，節(jié)省空間。而且集成塊制造簡(jiǎn)單不易出差錯(cuò)，便于實(shí)現(xiàn)液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。因此已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用

108、于塑料機(jī)械的液壓系統(tǒng)。</p><p>　　本次液壓系統(tǒng)的油路塊設(shè)計(jì)采用目前使用較多的板式聯(lián)接型式，為了減少空間，使結(jié)構(gòu)緊湊，液壓閥選用疊加閥。</p><p>　　3.2 油路塊的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則</p><p>　　3.2.1塊體結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p>　　油路塊的材料一般為鑄鐵、鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強(qiáng)震場(chǎng)合用鍛鋼?？?/p>

109、體加工成正方體或者長(zhǎng)方體。對(duì)于液壓系統(tǒng)如果閥件少的可以安裝在同一塊油路塊上，當(dāng)液壓系統(tǒng)復(fù)雜，控制閥較多，就可以用多塊油路塊疊加的型式。</p><p>　　外形尺寸首先要滿足閥件的安裝，視孔道布置及其它工藝要求而定。為了減少加工工藝孔，縮短孔道長(zhǎng)度，閥的安裝位置要仔細(xì)認(rèn)真的考慮，使相同油孔安裝在同一水平面上或同一豎直面上。對(duì)于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)而言，當(dāng)需要多塊油路塊疊加的時(shí)候，一定要保證三個(gè)公用油孔（進(jìn)油孔、出油孔、

110、漏油孔）的坐標(biāo)相同，使之疊加在一起以后，形成三個(gè)主通道。</p><p>　　3.2.2疊加閥油路塊內(nèi)油道孔設(shè)計(jì) </p><p>　　油路塊內(nèi)的油道孔是用以聯(lián)系各個(gè)控制元件，構(gòu)成單元回路。液壓油流經(jīng)塊體內(nèi)油道孔的壓力損失與塊體油道孔有關(guān)。設(shè)計(jì)塊體內(nèi)油路時(shí)，應(yīng)盡量縮短油道長(zhǎng)度，減少?gòu)澖?。合理確定油路排放位置。 </p><p>　　油路塊油道孔設(shè)計(jì)可分

111、為5個(gè)步驟：油路塊內(nèi)油道孔徑的確定；塊體內(nèi)的公用孔的確定；油道孔及其它輔助油孔的確定；油道間最小壁厚的確定；油路排放位置的確定。</p><p>　　(1)油路塊內(nèi)油道孔徑的確定 </p><p>　　在疊加閥油路塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，油道孔徑都是通過(guò)疊加閥來(lái)選取。而、、、、等系列的標(biāo)準(zhǔn)疊加閥已有許多生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，如大連組合機(jī)床研究所，美國(guó)威格斯公司，德國(guó)力土樂(lè)公司．日本油研公司都可提供標(biāo)準(zhǔn)

112、的產(chǎn)品，而且技術(shù)已很成熟，一般設(shè)計(jì)過(guò)程中只需通過(guò)已知流量參照產(chǎn)品樣本即可確定孔徑，無(wú)需進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。</p><p>　　(2)塊體內(nèi)公用孔的確定</p><p>　　油路塊內(nèi)沒(méi)有公用壓力油孔P,公用回油孔O，公用泄漏油孔L以及四個(gè)螺栓孔用以聯(lián)系各個(gè)單元回路，從而構(gòu)成所需要的液壓控制系統(tǒng)。</p><p>　　公用孔在塊體上的座標(biāo)位置P(),O(),L()應(yīng)保證油路

113、塊內(nèi)油道孔工藝性良好,孔數(shù)少,油道長(zhǎng)度短，彎角少，壓力損失要小。</p><p>　　公用孔的X座標(biāo)上的孔與換向閥的閥孔P，O，L的位置有關(guān)。公用壓力油孔P，公用回油孔O的座標(biāo)，主要與溢流閥的進(jìn)出油口的位置有關(guān)。應(yīng)使P口，O口與溢流閥進(jìn)出油口連通方便。螺栓孔是位于塊體面上四個(gè)角上的四個(gè)沿y座標(biāo)方向的螺紋孔，用法蘭固定在油箱或油箱蓋上構(gòu)成液壓控制系統(tǒng)。