C100型液压绞车设计

第一章绪论1.1液压传动系统概论1.1.1传动类型及液压传动的定义.一部完备的机器都是由原动机、传动装置和工作机组成。

原动机（电动机或内燃机）是机器的动力源；工作机是机器直接对外做功的部分；而传动装置则是设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换与控制，以满足工作机对力（或力矩）、工作速度及位置的要求。

按照传动件（或转速）的不同，有机械传动、电器传动、流体传动（液体传动和气体传动）及复合传动等的要求。

液体传动又包括液力传动和液压传动是以动能进行工作的液体传动。

液压传动则是以受压液体作为工作介质进行动力（或能量）的转换、传递、控制与分配的液体传动。

由于其独特的技术优势，以成为现代机械设备与装置实现传动及控制的重要技术手段之一。

1.1.2 液压系统的组成部分液压传动与控制的机械设备或装置中，其液压系统大部分使用具有连续流动性的液压油等工作介质，通过液压泵将驱动泵的原动机的机械能转换成液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行机器（液压缸、液压马达或摆动液压马达）中，转换为机械能去驱动负载。

这样的液压系统一般都是由动力源、执行器、控制阀、液压附件几液压工作介质的几部分所组成。

一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，称为液压回路。

为了实现对某一机器或装置的工作要求，将若干特定的基本回路连接或复合而成的总体称为液压系统。

1.1.3 液压系统的类型液压系统可以按多种方式进行分类，见表1.1。

.1.1.4 液压技术的特点与其它传动控制方式相比较，液压传动与控制技术的特点如下。

（1）优点1）、单位功率的重量轻。

2）、布局灵活方便。

表1-1 液压系统的分类3）、调速范围大。

4）、工作平稳、快速性好。

5）、易于操纵控制并实现过载保护。

6）、易于自动化和机电一体化。

7）、易于操纵控制并实现过载保护。

8）、液压系统设计、制造和使用维护方便。

（2）缺点1）、不能保证定比传动。

2）、传动效率低。

3）、工作稳定性易受温度影响。

4）、造价较高。

5）、故障诊断困难。

1.2绞车的简介在起重机械中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式，而这样的机器叫做卷扬机又叫绞车。

卷扬机的卷扬机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。

驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。

钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。

取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具挂梁等多种形式。

安全保护装置有超负载限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。

卷扬机的驱动方式有三种，分别为内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动。

内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括起升机构在内的各个工作机构，这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业。

为保证各机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。

由于内燃机不能逆转，不能带载起动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向，这种驱动方式调速困.难，操纵麻烦，属于淘汰类型。

目前只有少数地方应用。

电动机驱动是卷扬机的主要驱动方式。

直流电动机的机械特性适合起升机构的工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。

在大型的卷扬机中，常采用内燃机和直流发电机实现直流传动。

交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动卷扬机中应用广泛。

液压驱动的卷扬机，由原动机带动液压泵，将工作油液输入执行构件（液压缸或液压马达）使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。

液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。

缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄漏。

目前液压驱动在建筑卷扬机中获得日益广泛的应用。

1.3拟定绞车液压系统图系统的工作原理及其特点简要说明如下：（见图1.1）液压马达9的排量切换由二位四通电磁换向阀5实现，控制压力由液压马达9自身提供，为了防止下放时因超越负载作用而失速，在马达回油路上设置了外控式平衡阀4。

另外，为了提高系统工作可靠性，以防污染和过热造成的故障，在回油路上设置了回油过滤器7及冷却器8。

三位四通电磁换向阀9的中位机能为K型，所以，绞车停止待命时，液压泵可以中位低压卸荷，有利于节能。

表1.2绞车液压系统电磁铁动作顺序由表1.2可知：当电磁铁2YA通电时，三位四通电磁换向阀5切换至右位，液压油经过单向阀进入液压马达2，驱动滚筒卷扬方向旋转。

当电磁铁1YA通电时，负载由平衡阀支撑的同时快速下放，当需要制动时，电磁铁3YA通电，制动器制动。

图1.1多片式摩擦离合器2、液压马达3、6、溢流阀4、外控式平衡阀5、三位四通电磁换向阀7、回油过滤器8冷却器9、液压马达10、油箱第二章卷扬机构的方案设计卷扬机方案设计的主要依据：机构的驱动方式；安装位置的限制条件和机型种类与参数匹配等。

2.1 常见卷扬机构结构方案及分析2.1.1 非液压式卷扬机构方案比较根据卷扬机构原动机和卷筒组安装相对位置不同，卷扬机构结构布置方案的基本型有并轴式和同轴式两种。

而这两种基本型中又有单卷筒和双卷筒之分。

下面介绍几种常见的卷扬机构结构方案。

图.卷扬机构图2.1所示为并轴式单卷筒卷扬机构，他们的卷筒轴与原动机轴线并列平行布置，结构简单、紧凑。

为了提高取物装置在空载或轻载时的下降速度，有的卷扬机构设置了重力下降装置（图2.1b）。

在卷筒上装有带式制动器和内涨式摩擦离合器。

当离合器分离时，驱动卷筒的动力源被切断，卷筒处于浮动状态，这时可利用装在卷筒上的带式制动器控制取物装置以重力快速下降。

卷扬机构方案设计中一个重要问题是卷筒轴与减速器输出轴的连接方式。

图2.1（a）、（b）所示方案，它们是把卷筒安装在减速器输出轴的延长部分上，从力学观点看，属于三支点的超静定轴，减小了轴承受的弯矩。

但是，这种结构对安装精度要求很高，而且使的卷筒组和减速器的装配很不方便，减速器也不能独立进行装配和试运转，更换轴承也较困难。

然而，它的外形尺寸小，结构简单，适用于中小型建筑机械的卷扬机构。

图2.1（c）、（d）所示方案，卷筒组与减速器输出端均采用了补偿式连接。

图2.1（c）减速器的输出轴利用齿轮连轴节与卷筒连接，且直接把动力传递给卷筒。

图2.1（d）是采用十字滑块联轴节将卷筒和减速器输出轴连成一体，卷筒轴的右端伸入到减速器输出轴上的联轴节半体中心孔内，构成了轴的一个支点，输出轴和卷筒轴均为筒支结构，构造紧凑，制造、安装均有良好的分组性。

并轴布置双卷筒卷扬机构（图2.2），由一台液压马达通过二级齿轮减速器分别驱动装在两根平行轴上的主、副卷筒。

在这两个卷筒上分别装有离合器和制动器。

通过液压操纵系统的控制可使主、副卷筒独立动作，并能实现重力下降。

图2.2 并轴布置双卷筒卷扬机构双卷筒集中驱动，可减少一套液压马达及传动装置。

2.1.2 卷筒轴与减速器输出轴连接方式设计的基本原则.式设计的基本原则是：1．尽量避免采用多支点的超静定轴。

因为多支承点受力复杂且轴安装精度 不易保证。

2．优先采用减速器输出端直接驱动卷筒的连接方式，使卷筒轴不传递扭距， 尽可能避免卷筒轴收弯曲和扭转的复合作用，以减少轴的直径。

3．使机构有良好的总成分组行，以利制造、安装、调试和维修。

4．结构紧凑、构造简单，工作安全可靠。

5．卷筒组与减速器输出轴优先采用补偿式连接，这样，在安装时允许总成 间有小量的轴向、径向和角度位移，以补偿安装位置误差和机件的变形。

2.1.3 液压卷扬机构的分类工作压力又受系统压力限制，一般取2ϕ=1.15~1.3； Q ——额定起升载荷（N ） v ——物品起升速度（m/s ）η——机械总效率，初步计算时，取η=0.8~0.85。

额定起升载荷Q 根据下式计算 Q S m =⋅ 式中S ——钢丝绳自由端拉力（N ）；m ——滑轮组倍率。

根据已知S =10787.7N 。

一般当起升载荷50Q P kN ≤时，滑轮组倍率宜取2，250Q P kN ≤时，倍率取3~6，载荷量更大时，倍率可取8以上。

因此，2m =。

把数值代入到式子中得：10787.72Q =⨯=21575.4N物品提升速度按下式计算.：12v ==0.5m/s2ϕ根据需要选取2ϕ=1.3，机械总效率取η=0.85，卷筒机械效率m η=0.97，12v ==0.5m/s ，Q =21575.4N ，把数据代入式中得： 1.321575.40.510000.970.85m P ⨯⨯=⨯⨯=17.009kw （1）满载起升时液压马达输出扭矩m T 2[(21)]()2m Q D z d T N m mi ϕη+-=⋅式中i ——减速器传动比；z ——钢绳在卷筒上的卷绕层数。

其余符号同以前式子。

由于已知为大排量马达，选用低速方案。

因此不采用减速器，所以i =1。

又由已知卷筒钢丝绳卷绕三层，故z =3。

把所有数值代入式子中得：1.321575.4[0.2(231)0.008]220.970.85m T ⨯⨯+⨯-⨯=⨯⨯⨯=1004.845N m ⋅ 所选用的马达的额定转矩为T =1440N m ⋅，因为 m T T >，所以选用的马达转矩符合要求。

（2）计算液压马达的转速m n 和输入油量m Q 根据 60[(1)]m mivn D z d π=+-式中各符号同以前的式子。

把数值代入式中得：60210.5[0.220.08]m n π⨯⨯⨯=+⨯=176.43 r/min计算马达的输入油量用下式m mm m vq n Q η⋅⋅=式中m q ——液压马达的排量（ml/r ）；m v η⋅——液压马达容积效率。

马达的排量根据已知得m q =520 ml/r ， m v η⋅根据下式计算： mm v m mηηη⋅⋅= 式中m η——液压马达总效率；m m η⋅——液压马达机械效率。

根据表查得m η取0.85，m m η⋅取0.9。

把数代入式中得：0.850.9m v η⋅==0.95 把所计算的数据代入式中得：.3(/)m r选用的液压马达转速范围为2~400r/min ，由于计算得m n =88.5 r/min ，所以马达的转速符合要求。

5.2 平衡阀的计算与选用5.2.1 平衡阀的功能简介平衡阀用于液压执行元件承受物体重力的液压系统。

在物体下降时，重力形成动力性负载，反驱动液压执行元件按重力方向或重力所形成的力矩方向运动，平衡阀在执行元件的排油腔产生足够的背压，形成制动力或制动力矩，使执行元件作匀速运动，以防止负载加速坠下。

5.2.2 平衡阀的选用根据已知的马达的排量、工作压力和计算所得的泵的流量选用3210/60FD FA B 型平衡阀，所代表的意义和阀的外型结构见（图5.1）和（图5.2）。