摘 要 本论文是根据液压绞车工作原理、工况要求做设计撰写的，并且结合实际作业情况，对液压绞车的整体结构进行设计。通过查找详细资料以及指导老师的帮助，对其组成的各元件进行了选型和计算。本次设计的液压系统是由液压泵、液压马达、液压阀、油箱以及各种控制元件等组成的，首先是根据绞车的牵引力和绳速确定马达的型号，由马达的排量和转速进行泵的选型计算和油箱的设计。在液压绞车的机架设计、滚筒的轴的连接方式、液压泵站的布置方式等满足机构传动要求外，也考虑到了经济性和实用性。通过这次毕业设计，我对液压传动、液压站设计等专业相关知识有了更深入的了解，为今后的学习工作打下了坚实的基础。 关键词： 液压系统；绞车；卷筒；液压泵站 第二章 绞车设计内容 2.1 绞车卷筒的设计 本次毕业设计是120KN的液压绞车，能够很好的满足实际工况要求即可。 2.1.1 钢丝绳设计计算 经过查阅有关的资料，了解了一些钢丝绳选用的方法，以及怎么样去使用能够增加钢丝绳的常规使用的寿命。才能得到下面的公式: 式中C-钢丝绳的选择系数 S-钢丝绳所受到最大拉力（KN） 在机械设计手册中，得到系数C的选择见下表 根据工况要求，选择了工作级别M3的钢芯钢丝绳和单钩形式,公称抗拉强度取，系数取C=0.082, S=120KN。 将上面的数值代入式中得： 检验： 式中 —抗拉强度极限 —钢丝绳的金属丝横截面积与整个面积的比值，一般取值。 取 ，，代入上式中： 由于安全系数满足规定的要求，故取d=30mm 2.1.2 卷筒的计算 （1）计算卷筒的直径 根据查阅机械设计手册上的卷筒的设计这部分内容，很清楚的知道，当钢丝绳在滚筒上缠绕越紧，所受到工件的牵引力越大，使得钢丝绳产生的弯曲应力就会越大。如果在一次工作状态下，钢丝绳所受到的弯曲应力越大，受到的摩擦力也随之增大，其常规使用的寿命将会大大将低。这种影响而且还与弯曲的形式和次序有关，通过大量的实验证明，考虑到所有因素的影响，得到一个简便的计算公式。能够准确的通过下面公式计算卷筒的直径： 式中： 以钢丝绳中心线计算卷筒的直径 d- 钢丝绳的直径 与机构工作级别有关的系数 这次取,代入上面公式中： 14x30=420mm 按照标准取卷筒直径。 其中-卷筒的工作效率 （2）根据所学公式和查阅机械设计手册计算转矩的公式 由公式 （3）卷筒长度L的计算： 由于采用多层卷绕卷筒L，由下式 式中 —钢丝绳总长度，取65mm n—卷绕层数，n=3， 把上面的数据代入公式中得： 由于考虑到卷筒蓄绳因素的影响，所以取卷筒长度为=500mm的多层缠绕。 （4）绳槽的选择： 之前方法是为减少卷筒上钢丝绳受到的摩擦损坏，采用的方法是把卷筒的表面磨成光面。然后经过实际工作情况，最有效的方法是把卷筒做成螺旋槽状的，这样当卷筒受到钢丝绳多层缠绕时，螺旋绳槽能够保证各层的钢丝绳保持整齐缠绕的状态。然而以往的表面是光面的卷筒很容易使钢丝绳缠绕混乱，这样就是导致带有钢丝绳槽的卷筒所受到的磨损会远小于钢丝绳的磨损。 绳槽半径根据下式： 取R=0.54d 把数值代入得 R=0.54×3016mm 卷筒上绳槽节距的计算公式为： 取P=30+3=33mm 卷筒上绳槽深度的计算公式为： 取h=0.36d=0.36×30=10.8mm,取h=11mm 图2.1绳槽的放大示意图 (5) 卷筒壁厚 选取卷筒的材料为铸铁，根据下面公式得到壁厚： 代入公式中有 故选用=18mm。 （6）钢丝绳允许偏角 根据机械设计手册上卷筒这部分说明，可以清楚的了解到，当钢丝绳缠绕卷筒或者绕出卷筒时，钢丝绳与绳槽两者之间的角度应不大于4°。 （7）卷筒强度计算 钢丝绳在提升重物时，卷筒表面可能被压缩或者发生弯曲破坏，其中被压缩破坏的可能性最大。第一种情况如果时，卷筒受到后两者弯的合成应力不大于压缩应力的，所以只需要计算正应力就好了。另一种情况若时，那么卷筒受到弯曲应力的作用颇大。对那些尺寸外形比较大，而且卷筒的壁厚较薄的情况下，还需要对筒壁做到合理的抗压稳定性验算，以保证卷筒的强度能够很好的满足实际要。 本次设计中卷筒直径=500mm，=500mm， 。下面来计算卷筒的正应力。 卷筒的筒壁是最大正应力产生的地方，其内表面压应力，可按照下面公式得到： 式中 -筒壁的压应力（MPa）； 钢丝绳所受到的最大静拉力（N）； -应力减小系数，一般取； -多层卷绕系数，取=1.8； -许用压应力，对铸铁，为铸铁抗住压力的强度极限。 把各数代入式中： σc=0.75×1.8×=272.7MPa 本次设计选择卷筒的材料为球墨铸铁，这样一种材料的抗住压力的强度极限a，a，=272.7MPa,所以选用的材料符合标准要求。 2.3 轴的设计 1.轴的材料 查阅机械设计手册，轴的材料我选择45号钢，这样一种材料可能强度不能够满足实际要，所以进行正火处理以增加其强度。 2.轴的最小直径计算 根据公式： 式中 —扭转切应力 （）； —轴所受的扭矩（） —轴的抗扭截面系数（）； —轴的转速（r/min）； —轴传递的功率（）； —许用扭转切应力（）。 由上式得轴的直径 = 根据轴的材料查表可知，取，把数据代入式中得 由于轴的横截面上有时候需要挖掉一点材料，作为键槽使用，这样就会减小轴的强度，所以我把算得的直径加大一点就好了。 因此取d=160mm。 3.校核轴的强度 按下式计算 式中 —轴的计算应力（）； M—轴所受的弯矩（）； T—轴所受的扭矩（）； W—轴的抗弯截面系数（）； —折合系数； —对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。 根据下面公式计算： 轴的抗弯截面系数可根据按下式得到： 通过计算得= 式子中扭转切应力为静应力，取把上述数值代入式中得： 根据轴的材料按表选。经过计算可知，故安全。 第三章 液压元件计算与选择 3.1 液压马达 3.1.1 液压马达概述 液压马达简单来说，就是把液压能变成一种能够扭转运动的机械能。从工作原理上来说，马达作为执行部件，它是靠液体在一个封闭的容器中体积的变化而对外旋转工作的，其中的液体是传递力和运动的介质，液压马达就是液体推动叶片带动转轴转动。 经过查阅资料可知，按照马达的额定转速来分，转速在500r/min以下为低速马达，转速在500r/min以上则为高速液压马达。高速马达在结构上紧凑、体积比较小、安装便捷，而且在工艺性上简单，对油液的污染影响较小。但这种马达虽然扭矩大，效率比较低，工作稳定性较差。高速液压马达一般用柱塞马达比较大，当然很多地方也是用齿轮马达，叶片马达也是高速马达但不是很常用。低速液压马达在结构上简单、实用可靠，种类非常之多，并且价格相对较便宜。它的不好之处在于这种马达的外形庞大而且比较沉，其扭矩的波动也非常大。 液压马达按照内部结构不同以及工作特性进行分类如下图所示： 液压马达根据自身的需求按照实际排量能否能改变，将排量不发生改变的叫做定量马达，反之称之为变量马达。所谓变量马达，顾名思义指的是排量是可以变化的马达，比如一般的轴向柱塞马达，改变马达斜盘倾角即可改变马达排量。当排量变小的时候，在输入流量相同的前提下，一般认为转速会变高。但应当注意的是，排量不可变的马达一定不可以成为变量马达，比如齿轮马达。定量马达就是液压马达每转理论输出的排量不变，优点是体积小、噪音低、重量轻、使用时间长等特点。 3.1.2 液压马达的选择 1、负载力矩计算 ＝ 式中 钢丝绳的最大牵引力 D-卷筒直径，取500mm。 所以 2、总排量计算 q= 式中 △P—马达进出口两者之间压力的差值， △P＝25×106 ηm—液压马达的机械效率，取 ηm 所以 q= 3、滚筒转速计算 n= 式中 V-液压绞车提升速度， V=12m/min n-绞车滚筒的转速。 所以 ＝＝7.6r/min 根据上述计算和查阅有关联的资料确定选用一台ZIM100-10000型低速大扭矩液压马达，其具体参数见下表： 型号 排量 （ml/r） 压力 （Mp） 转速（r/min） 效率 转矩（N·m） ZIM100-10000 9982 额定 最高 额定 最高 容积效率 总效率 31942 20 25 0.3 100 0.95 0.85 3.1.3 液压马达的验算 （1）满负荷时液压马达的输出功率 （kw） 式中 —负载动载系数，一般取=1.15～1.3； —额定起升载荷（N）； —物品起升速度（m/s）； —机械总效率，取0.8～0.85。 本次设计Q=120000N。正常的情况下当起升载荷时，滑轮组倍率应取2，时，倍率可以取3～6，因此，m=3。 物品提升速度按下式计算 式中 —钢丝绳线速度（m/min） 根据真实的情况我选择=1.2，机械总效率取=0.85，卷筒机械效率=0.97， 把上面的数值代入式中得: =12.3KW (2)满负荷时液压马达输出的扭矩 式中 i—减速器传动比； z—钢丝绳在卷筒上的卷绕层数。 其余符号同以前的式子。 根据真实的情况，本次设计我选择的液压马达是速度比较低而且是大排量的液压马达，所以不不要安装减速器，故i=1。又根据卷筒钢丝绳卷绕三层,因此z=3。 把所有数值代入式中得： =18920.6 N·m 这种型号的液压马达的额定转矩T=31942 N·m，由于，故本次所选择的液压马达符合实际要求。 3.2 液压泵及电机的选择 3.2.1 液压泵概述 液压泵简单来说就是将电动机输入的机械能转换为油液的压力能，为马达旋转运动不断输出压力油和流量，因为液压泵是液压系统的动力部件。我们最终选择液压泵时，应该符合下面条件： （1）工作介质 （2）压力范围 （3）期望的速度范围 （4）最低和最高温度 （5）最大和最小粘度 （6）安装（管路等） （7）驱动类型（耦合联结等） （8）期望寿命 （9）最大噪音级 （10）维修的便利性 （9）可接受的最高成本 以上列出的仅是部分影响因素，还有很多因素没有列出，选择的液压泵也不可能都能够符合上面的要求，我们大家可以根据实际需要来选择液压泵。 液压泵按结构来分类，可分为齿轮式（外啮合式和内啮合式）、叶片式（单作用叶片式和双作用叶片式）、柱塞式（轴向柱塞式和径向柱塞式）。按照液压泵的流量是否能改变，我们可以将其分为定量泵和变量泵。按照液压泵供油的方向是不是能改变，我们大家可以将其可分为单向泵和双向泵；只要是单向泵（定量或者变量）就只能按照一个方向旋转；双向变量泵不但能改变泵的转向，而且还能够利用泵的变量机构以此来改变进、出油口，而双向定量泵只能改变其中之一。这可以看出双向泵的结构一定是对称的，而单向泵并不是对称结构，它只是针对某一个转向而设计的。 液压泵工作时的状况可以用图表示出来，它是在特定的油液、转动速度和环境下通过多少次总结绘制出来的。如下图3-2所示： 图3-2 液压系统的性能曲线 液压泵的选择 主要根据主机工况情况、功率需求多大以及系统对工作指标的要求，我们大家可以首先确定需要选用液压泵的类型，之后可以按照系液压统所实际要多大的压力、多大流量来选择其型号。 （1）工作所承受的压力、流量和工作效率 （2）功率密度 （3）噪声和寿命 经过查阅资料，根据自身的需求初步选定国外泵力士乐泵A10VG63,排量为63ml/r。具体参数如下图3-3表示： 图3-3 泵的参数 1、输出流量 = L/min 式中 -每转的体积排量（ml） n-转速（r/min） -容积效率，取0.97（国外泵） 所以 2、扭矩 T= p-工作所承受的压力n； -机械效率，取0.95 3、驱动功率 P= kw 式中 -总效率 所以 P==40.9kw 3.2.3 电机的选择 根据液压泵所需配备的电机功率： 根据自身的需求所以选用型号为Y225M-4,转速1480r/min,功率为45kw的标准电机。 3.3 液压阀的选择 液压阀是用来控制油液的压力、流量和方向，主要的功能就是保证液压元件能够按照工况的要求来进行工作。简单来说，液压阀是一种用压力油控制的自动化液压元件，这种元件受压力油的控制。液压阀常用于夹紧、控制、润滑等油路。可分为自动型液压阀和先导型液压阀，在大多情况下，多采用先导型液压阀。 液压阀内部结构主要是由阀心、阀体以及驱动阀心在阀体内作对立运动的 装置组成的，由此可看出液压阀是利用阀心在阀体内相对运动来控制其能否正常工作，来控制液压系统中的压力、流量和方向。滑阀、球阀和锥阀都是阀心的主要结构及形式；驱动装置能是手动、电控和液控。 液压阀按照功能分类：流量阀（节流阀，调速阀）、压力阀（溢流阀，减压阀，顺序阀，卸载阀）、方向阀（电磁换向阀，手动换向阀，单向阀，液控单向阀）。按照安装方法不同可以分类：板式阀、叠加阀、盖板阀、螺纹插装阀、管式阀。按照操纵方法不一样可分类：手动阀、电动阀、液动阀、机动阀、电液动阀等。按工作原理又可分为：伺服阀、压力阀、方向阀。 单向阀 单向阀顾名思义就是只能让油液沿着一个方向流动，其反方向油液却被阻止不能通过。这种阀要求正向液压油通过时压力损失较小，而反向截止时要求其密封性要好。 下面来说说单向阀在液压系统中的作用: （1）可以将单向阀安装在液压泵的输出的地方，这样以防止由于液压系统的压力突然增大，影响油泵的正常工作。 （2）如果将单向阀与节流阀并联，可构成执行机构正向慢速，反向快速；或者正向减速，反向自由流通回路。 （3）如果将单向阀与液压阀串联起来，可以逐渐提高调整压力，防止其受到反作用的影响。 （4）液控制单向阀可通过控制油路去开启单

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