1、 2011 届毕业设计说明书海洋采矿破碎试验台液压系统设计系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 教授 专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 机本 0703 班 完成时间： 2011 年 5 月 摘 要随着陆地上的矿产资源不断被开发利用，深海采矿的战略意义越来越重要。本文设计了一台用于模拟深海采矿的螺旋滚筒破碎试验台。其设计内容主要包括该设备的液压系统设计及其电气系统设计。液压系统设计主要有系统原理设计、元件选型、油路块的设计、液压泵站的设计以及实现该系统功能的电气控制系统设计。其中液压控制元件选择了叠加阀, 为了防止螺旋滚筒在切割工料时因矿石的凸凹不平产生倾斜，进而产生严重
2、的偏载，本系统采用了双单向节流阀以达到液压缸的同步控制。电气控制系统采用较为简单的继电器控制，最后本文还合理设计了液压泵站。 关键词： 深海采矿； 螺旋滚筒； 液压系统； 电气控制全套图纸，加 153893706ABSTRACTAlong with the exploitation of mining resource on the land, the stratagetic meaning of the deep-sea mining is becoming more and more important. So I design a set of crash experimental be
3、nch with helical cutting dram .The experimental bench is used to simulate mining in deep sea. The content includes design of hydraulic system and electrical system of this experimental bench. The design of hydraulic system contains five parts. They are theoretical design of the system , selecting hy
4、draulic elements, oil route block design , pumping station design and the electric controlling system design. The system selects superimposing valves as hydraulic control elements. In the cutting , the helical cutting drum will lean for the rugosity of the ore. The both-unilateralism throttles will
5、solve the problem by in-phase control of the hydraulic cylinders. The electric controlling system selects relay control. At last, I design the hydraulic pumping station reasonablely.Key words： Deep-sea Mining；Helical Cutting Drum；Hydraulic System； Electric Control目 录1 绪论11.1 文献综述11.1.1 课题研究背景11.1.2
6、深海采矿技术的发展11.1.3 课题研究的意义21.1.4 本文设计的内容21.2 液压技术简介31.2.1 液压系统概述31.2.2 液压传动的优点 41.2.3 液压技术的缺点51.3 本章小结62 液压系统设计72.1 液压系统设计要求及有关设计参数 72.1.1 破碎试验台液压系统要求 72.1.2 液压系统设计参数 72.2 制定系统方案和系统原理图 72.2.1 制定系统方案82.2.2 拟订液压系统图82.2.3 液压原理图的分析设计112.3 液压执行元件载荷力和载荷转矩计算132.3.1 升降缸的载荷计算132.3.2 截割部液压马达载荷转矩计算142.3.3 牵引部液压马达
7、载荷转矩计算142.4 液压系统主要参数计算142.4.1 初选系统工作压力142.4.2 计算升降缸的主要结构尺寸152.4.3 计算液压马达的排量162.4.4 计算液压执行元件实际工作压力162.4.5 液压执行元件实际所需的流量172.5 液压元件的选择172.5.1 液压泵的选择172.5.2 液压马达的选择182.5.3 液压阀的选择182.5.4 电动机功率的确定192.5.5 确定油箱的有效容积202.5.6 管道尺寸的确定 203 油路块设计213.1 液压元件的联接方式213.1.1 管式联接213.1.2 板式联接213.1.3 法兰联接213.2 油路块的设计准则213
8、.2.1 块体结构及其结构尺寸的确定213.2.2 油路块内油道孔设计 223.3 油路块的具体设计 233.3.1 油路块的总体结构设计233.3.2 输出油孔的设计243.3.3 进回油孔的设计253.3.4 工艺孔的设计254 电气控制系统设计274.1 电气控制系统的要求和内容 274.1.1 电气控制系统的要求 274.1.2 电气控制系统的内容 284.2 电气控制原理图的设计 284.2.1 主电路的设计 284.2.2 控制电路的设计 284.2.3 辅助电路的设计294.2.4 总体电气原理图295 液压泵站设计分析 305.1 电机泵组设计与选型305.1.1 液压泵的分析
9、计算与选型 305.1.2 电机的选型315.2 液压油箱的设计计算315.2.1 液压油箱的设计要求325.2.2 液压油箱容积的计算分析325.2.3 液压油箱附件的选型335.3 液压的热平衡校核345.3.1 液压油箱发热功率计算345.3.2 液压油箱热平衡校核345.4 本章小结356 技术经济分析366.1 技术经济分析的目的366.2 技术经济分析37参考文献39致谢40附录411绪论1.1 文献综述1.1.1 课题研究背景随着陆地上的矿产资源不断被开发利用，容易开采、冶炼加工的矿石越来越少，然而大洋海底矿石(金属结核)却非常丰富。海洋资源开发利用晚于陆地，是具有战略意义的新兴
10、开发领域，具有巨大的开发潜力。在未来的岁月中，人类的生存和发展将越来越多地依赖海洋，重返海洋不是幻想，而是一项可以实现的战略目标。海洋不仅有大量、宝贵的生物资源；海洋矿藏资源也极为丰富，包括多金属结核，热液矿床和钴结壳。这些矿石结核含锰 20，铁 20以及铜、镍、钻、钻等多种有色金属，目前的储量可供人类开采利用几千年，而且还以每年 100万吨的速度增长。由于 90%以上的深海区至今尚未进行过详细勘查，其资源储量也无精确计算。其中，多金属结核资源勘探程度最高，也最为国际社会的关注 1。1.1.2 深海采矿技术的发展世纪之交，国际海底区域活动及其科技、经济、政治及法律环境都发生了深刻的变化。其主要
11、特点是：当今“区域”活动由单一多金属结核资源向多种资源（富钴结壳、热液硫化物、多金属软泥、天然气水合物、生物基因资源等）发展和出现“区域”多种资源的第二轮竞争的严峻形势。70 年代初，西方发达国家就开始进行深海多金属结核资源采矿技术和装备的研究开发。以美国公司为主的四大财团研究开发的集矿机和管道提升采矿系统，于 70 年代末在太平洋 CC 区首先进行了每小时 3040t 的海上中间性试验。该系统配套的设备是：拖曳式水力和机械式动力集矿机；气力和水力提升管道，以及 24.5 万 t 级宽体双底采矿船。80 年代，法国研制成 PKA26000 号深海多金属结核采矿系统，可从 6000m的深海底进行
12、快速采矿，日产可达 15002000t，然后按自控程序返回海面。英国也正在研制一种气力提升采矿系统，日产量可高达 10000t。专家普遍认为日产千吨级以上的采矿系统将成为 21 世纪最有前途的第一代深海商业开采系统。包括日本在内的西方发达国家目前在深海开采技术方面已经拥有了足够的技术储备，正在等待商业开采时机的到来。我国自 90 年代以来开展“海底多金属结2核资源开采技术”的研究开发，现已研制出两套集矿原理机水力式集矿机和复合式集矿机的模型机，具有结构简单、作业可靠、采收率高的特点，其室内集矿效率达到 85以上；建成了一套高 30m、管径 100cm 的实验室扬矿系统。研制单位较系统地进行了水
13、力（矿浆泵、清水泵、射流泵）和气力扬矿方法的实验室研究，以及配套的遥测遥控技术。但是这套系统仅局限在试验室不足 5m水深的水池内，距离五、六千米水深采矿的技术要求相差甚远。大洋协会计划2000 年将对这套改进的采矿系统进行水深 120130m 的湖试，为下个世纪初进入海试作技术准备。世界深海高新技术的发展趋势是朝着多功能、自动化、智能化和遥测遥控的方向发展，主要技术及装备有：深海（6000m）载人深潜器和无人自治深潜器；高精度定位技术、水声技术和水下目标跟踪技术；多种资源的勘查技术系列，包括高精度、高分辨率的探测、浅部深部地层剖面探测，采样、化探、资源评价技术，环境监测与评价技术；包括水力、气
14、力、机械动力的集矿与扬矿，遥测遥控、水面支持的日产千吨级万吨级的深海采矿系统。当今国际海底区域活动竞争的焦点是资源，而获得资源的手段又是深海高新技术。因此，发展深海高新技术，是高效勘查和占有高质量的矿区、从“区域”中获得资源优先权的一把钥匙，而且还可以技术的优势通过合作来获得更多的资源和经济利益。1.1.3 课题研究的意义20世纪70年代人们就对深海采矿系统的动力学问题进行了系统的研究，其中美国、日本、德国、韩国、前苏联等国在此方面做了大量的工作。我国在“九五”期间，开始对深海采矿系统的动力学特性进行了研究，并取得了一定的成果。中国是世界上人口最多的国家，在开发利用陆地资源的同时，必须重视开发
15、利用海洋资源，而且要树立全球海洋观念，既充分利用自己管辖的海洋资源，又积极利用世界其他地区的海洋资源。因此，研究深海采矿技术，对陆地资源日益枯竭的今天，为找到一种高效、可行的能源开采方法；或者找到取之有效的、更优良的替代能源来说是非常重要和影响深远，造福人类的新技术，对人类的文明发展势必做出重大的贡献。1.1.4 本文设计的内容本文主要是海洋采矿破碎试验台液压系统设计，试验研究表明用螺旋滚筒式截齿截割矿料是最节能最有效的方法，本文设计了一套用于模拟深海采矿中3截割矿石的螺旋滚筒式破碎试验台，从而研究截齿的最优排列，达到增加效率，减少能耗的目的。此次设计内容包括：1）螺旋滚筒破碎试验台的液压系统
16、设计；2）液压阀用油路块设计；3）螺旋滚筒破碎试验台液压泵站的设计；4）液压系统电气系统设计；1.2 液压技术的简介1.2.1 液压系统的概述能量传递在机器上通常采用四种方式，即：机械传动、电气传动、气体传动和液体传动。液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。一个完整的液压系统由五个部分组成，即能源装置、执行元件、控制元件、辅助元件、液压油。能源装置的作用是将原
17、动机的机械能转换成液体的压力能。一般液压系统中能源装置是的液压泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。辅助元件是保证系统正常工作以外的装置。如过滤器、油箱、管件等。液压
18、技术是指液压传动的专门技术，一般指的是用动力机（如电动机、柴油机等）驱动液能发生器液压泵，使作为中间传动介质的液体具有一定的能量，并用以驱动液能转换器液压马达、液压缸等进行旋转、往复、摆动等不同形式的运动。液体的能量有位能、压力能和速度能（动能）三种。在液体传动装置中，4能量的转换主要以机械能液体动能机械能和机械能液体压力能两种方式进行。前一种主要依靠液体动能进行工作的传动叫做动力式液体传动，通称液力传动（如液力连轴器及涡轮变矩器传动） ；后一种主要依靠液体压力能进行工作的传动方式叫做容积式液体传动，通称液压传动（如液压泵、阀与液压马达、液压缸组成的传动） 。1.2.2 液压技术的优点：（1）
19、重量功率比和重量扭矩比较小，容量大。这是海洋开发机器减少体积和重量所需要的。在相同功率下，电动机比油马达重量重 1225 倍，气动马达也比油马达重 37 倍；在相同扭矩下，电动机比油马达重 12150 倍，气动马达也比油马达重 350 倍。（2）容易获得较大的力或力矩。一般机械传动欲获得很大的力或力矩，要通过一系列复杂的减速，不但结构庞杂、效率低、成本也高。气体传动由于使用单位压力较低，获得很大的力或力矩需要庞大的气缸，同样不经济。而液压传动由于比较容易使工作液体获得高度的单位压力，因而成为工业上需要很大力或力矩的机械所必须的传动方式。用于海洋开发的大吨位起重机、千吨以上自升式石油钻井平台的升
20、降装置，则往往采用这样的液压传动。（3）能在较大范围内实现无级调速。当液压传动用于主传动时，一般用变量液压泵进行速度调节。速度可从零调节至额定转速（如从 01500r/min） 。用于辅助传动（如液压缸给进） ，以调速阀进行无级调速，流量可从 0.02 L/min 调节至 100 L/min 以上，调速比可达 2000 甚至更高。这正是深海操作机器（如液压机械手等）所需要的特性。（4）用压力补偿的变量液压泵，容易在较大范围内实现恒功率调节，在同等功率下，可以有效地提高工作效率，减少辅助时间。压力补偿的自动变量液压泵的特点是：当负载大时，液压泵可以自动减少排油量，同时提高工作压力，以适应负载的增
21、大；当负载减小时，又可以自动增大排油量，以增快动作完成过程。即在 pv 值（即压力与速度的乘积）基本恒定的情况下，自动适应工作负荷经常变化的需要。在不增加辅助装置的条件下，恒功率调节范围可达 3 倍以上，因此在海洋开发机器负荷经常变化的场合下使用，可以有效地提高工作效率，减少动力消耗。（5）易于实现慢速转动、直线运动、往复运动和摆动以及由这些运动组合的各种复杂动作，是实现强力机械自动化最好的手段。当需要慢速大扭矩的转动时，用机械传动、就需要庞杂的减速机构，而用液压传动只需要一个低速大扭矩液马达就可以了。当需要直线、往复或摆动时，用机械传动除需要庞杂的减速机构外，还需要诸如螺旋、凸轮、四连杆机构
22、等以实现直线、往复、摆动5等动作，而液压传动则仅需要简单的直线或摆动液压缸就可以了，海洋开发机器的运动正需要有这样的特点。（6）传递运动平稳、均匀，无冲击，运动惯性小。由于液马达体积小、重量轻，并且有油液吸收冲击，所以，它的运动惯性质量不超过同功率电动机的10 。启动中等功率电机需要 12 秒，而启动同功率液马达不超过 0.1 秒。在高速换向时（5060m/min）用液压换向，冲击大为减少。这些特点，对于海中作业机械动作的准确性、灵敏度和效率带来了好处。（7）易于防止过载，避免机械、人身事故。由于液压传动可用溢流阀调节和控制最高压力，在负荷（压力）达到最高时，油液便安全溢流回油箱，可避免超载和
23、由此引起的事故，这一点对于海中工作的遥控机械显得更重要。（8）液压传动液压缸与高压压缩空气并联，形成一强弹性体，可在大吨位和大行程（500 吨以上负荷和 10m 以上行程）的范围作运动补偿。这正是在恶劣海况下进行石油钻井、海上提吊重物及输送人员或物资所配备压力补偿或恒张力装置机器所必需的。（9）液压传动比机械传动容易按不同位置和空间布局。例如机械传动需要万向轴、锥齿轮、链条等，而液压传动则只要按实际需要将液压执行器（液压缸、液马达）放在理想位置，然后用软管连接就可以了。（10）操纵性好。操纵性的好坏是看它是否便于操纵、便于控制力和速度、控制运动和停止，且控制力小（即操纵灵活轻巧）等。由于液压传
24、动可以方便采用电磁阀为先导的液动换向等放大装置，因此它是当今任何强力机械进行控制和操纵从不可缺少的环节，这是它突出的优点之一，也是当今海洋开发机器普遍采用的操纵控制所必需的。（11）液压传动大都用油或水基添加润滑防蚀剂为工作介质，自润滑性能好，工作元件寿命较长。（12）液压元件通用性强，容易实现标准化、系列化和通用化，便于组织批量生产，从而可以大大节约成本，减少开支。（13）与无线电、电力、气动相配合，可以创造出各方面性能良好、自动化程度较高的传动和控制系统，是采用微处理机、实现遥控、自动控制、程序控制、数控等不可缺少的组成躯干。（14）液压传动与电驱动相比，在海洋环境中特别是海水中易于实现密
25、封，易于防腐蚀和防爆，也不会象电驱动那样，渗入海水会造成短路等故障。因而广泛应用于海中或海底工作机械、甲板机械和石油天然气开发的防暴区工作的机械。1.2.3 液压技术的缺点：6（1）液压传动难以避免出现泄漏。近二十年来，由于密封结构的改进，液压传动的外泄漏已有明显的减少，甚至可以完全避免，但内泄漏是难以避免的。由于泄漏引起容积损失，因此影响了效率。（2）由于油的粘度随温度变化会引起工作状态不稳定，在高温或超低温工作时，需用特殊流体介质。此外，油易于氧化，必须定期（一般为半年）换油。但近年来采用以水基的润滑、防蚀添加剂的液压传动介质，不但降低了成本，还在某种程度上提高了性能。（3）液压元件制造精
26、密，系统工作过程中发生故障不易诊断，使用维修技术条件要求较高。（4）空气易渗入液压系统，可能引起系统的震动、爬行、噪音等不良现象。（5）由于液压传动有明显的压力损失，所以不能用于远距离的传动。1.3 本章小结在我国深海采矿技术还是个新兴学科，从各项研究表明，采用螺旋滚筒式截割设备进行矿体截割效率高、能耗少。本次设计的螺旋滚筒式破碎试验台采用液压驱动，驱动力大、传动平稳；升降部分采用了性能较好的双单向节流阀，实现了两个升降缸同步，从而使煤层的截割厚度保持一定。液压系统采用电气控制，控制过程简单、灵活、可靠，能较好地满足系统的设计要求。 72 破碎试验台液压系统设计2.1 液压系统设计要求及有关设
27、计参数2.1.1 破碎试验台液压系统要求：（1）试验台的工作概况： 试验台破碎机主要用于切削破碎深海矿石，工作特点是长期连续工作； 其液压系统需要完成驱动滚筒旋转切削工料，盛装工料的小车均匀平稳前进，且时刻自动调节螺旋滚筒的高度以此来控制螺旋滚筒切削工料的深度和精度； 液压系统能够控制各个执行元件同时且连续工作，能够控制螺旋滚筒根据检测系统反馈的工料的凹凸不平的地形信号而自动调节其运动方向和运动速度。（2）整个系统的动作要求整个系统可分为三个部分： 牵引部，主要是进料小车的进给及返回。截割部，是螺旋滚筒截割矿石。 升降部，螺旋滚筒根据矿石的高低而自动调节其高度。其具体动作要求： 牵引小车机构要
28、求运动平稳,速度均匀；能够实现正反方向运动，且运动速度可调； 截割部螺旋滚筒在切割时应保证切割顺利，滚筒转速平稳无大范围频繁的跳动现象，且要求能实现正反转，有高压及过载保护； 升降缸部分必须有双缸同步动作回路,避免双缸不同步使机械部分扭曲，甚至造成破坏；在回路中带液压自锁功能，实现液压缸在任何位置都能精确定位,保证截割厚度满足要求，升降缸升降速度须可调，升降过程中换向灵敏。2.1.2 液压系统设计参数螺旋滚筒式破碎试验台液压系统设计参数如下：牵引部工作台长度： L = 1.5m进给周期: T = 40s截割部滚筒转速： N = 3060 r/min max切削力： F =3000 N.m升降缸
29、行程： S = 500 mm速度： V = 0.02m/s切深： H = 1520 cm82.2 制定系统方案和系统原理图2.2.1 制定系统方案由上分析本试验台采用液压系统驱动,运动部分分为： 牵引部， 截割部，升降部三个部分，其执行元件分别为牵引马达，截割马达和两个升降缸。其动作要求的实现如下：（1）牵引部实现牵引小车的往复直线运动，由牵引液压马达正反旋转来实现，正反转由三位四通电磁换向阀改变油路实现，运动速度是靠阀双单向节流阀改变。（2）截割部为螺旋滚筒的转动带动滚筒上曲线分布的截齿旋转，完成截割的，该部分亦是通过液压马达来实现，马达的正反转和速度分别由三位四通电磁换向阀和双单向节流阀来
30、实现的。（3）升降缸的升降动作和调速功能分别由三位四通电磁换向阀和双单向节流阀来实现的；液压缸的自锁功能由液控单向阀来完成。（4）液压安全措施 本系统为了保护液压系统不会因负载过高或液压系统堵塞等方面原因而遭到破坏,在每个单块回路中分别设置了溢流阀来保证压力不至于突然过高破坏液压元件；在液压泵出口处设置了总溢流阀来保护泵的安全工作。（5）液压源的选择 该液压系统在整个工作过程中，流量和大小在时刻变化的且幅度较大，但功率不高，用单泵供油可保证系统正常工作。2.2.2 拟订液压系统图（1）换向回路的选用在本系统中液压马达和液压缸回路中均采用三位四通电磁换向阀作为换向回路，且采用中位机能是 O 型，
31、因为当运动到目的地停留时，让系统不卸荷。（2）调速回路的比较调速回路按液压泵是否变量分为采用定量泵节流调速回路和变量泵容积调速回路。定量泵节流调速回路分为进油、回油节流调速回路和旁路节流调速回路。进油、回油节流调速回路。结构简单，价格低廉，但效率较低，只宜用在负载变化不大、低速、小功率的场合，如某些机床的进给系统中。旁路节流调速回路。这是将节流阀装在液压缸并联的支路上，此类回路只有节流损失，而无溢流损失，因此功率损失比前两种调速回路小，效率高。一般用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。变量泵容积调速回路分为：手动调节容积调速回路和自动调节容积调速回路。效率很高但费用也高，一般用于功率较大的
32、场合。9（3）调速回路的选用调速回路的选用首先与主机采用液压传动的目的有关,而且要综合考虑各方面的因素后才能做出决定。其次要考虑的是功率的大小，一般认为 3kw 以下的用节流调速回路；35kw 的用容积节流调速回路或容积调速回路；5kw 以上的则用容积调速回路。最后从费用上考虑，要求费用低廉时用节流调速回路；允许费用高些时用容积节流调速回路或容积调速回路。综上，本系统采用节流调速，因液压马达和液压缸均需双向运动则采用双单向节流阀来进行调速，液压缸的同步误差为 5%-10%能满足系统的要求。当马达正反转和液压缸升降时均是进油调速。 （4）具体液压原理图的确定 牵引部分液压原理图的确定。液压系统回
33、路有开式和闭式两种。采用闭式系统时,原理图如图 1 所示；采用开式系统时,原理图如图 2 所示。通过比较可知闭式系统结构比紧凑、对称，但系统较为复杂，为了保证控制系统能正常工作，需要提供低压液压油给控制回路，所以回路中需安排一个低压保护措施来保证控制正常；在闭式系统中油温升高后，散热较慢，需要提供专门的散热回路来冷却工作油，这就增加了液压设备，使系统复杂化；闭式系统采用容积调速回路，而容积调速回路一般是用在大功率，经济条件允许宽裕的场合。开式回路结构上比闭式回路简单，散热条件好，无须附加专门的散热回路来冷却油液，经济上要求不高，保护回路易于实现，采用双单向节流调速，方便快捷亦可实现容积调速回路
34、的无级调速，对于本破碎试验台比较合适。10图 1 牵引部分闭式液压系统图 2 牵引部开式液压系统 截割部分液压原理图的确定：截割部要求滚筒切削平稳,无较大冲击；切削速度易于控制，为了保护液压设备，避免在切削过程中样品过硬或其他原因造成的阻力增加破坏液压元件，应该在回路中加入保护措施。其液压原理图如图 3 所示。图 3 截割部液压原理图 升降缸部分液压原理图的确定：升降缸部分要求有液压自锁功能，确保液压缸能够在任何位置自如的停止并自锁，在系统不供油时不能因液压缸误动作影响滚筒的切削深度；升降部分11的调速和换向需灵敏无误差，且要求能精确控制切削深度，故本系统在升降缸部分采用双单向节流阀来控制升降
35、缸同步动作，用夜控单向阀实现液压缸的自锁。其液压原理图实现如图 4 所示。图 4 升降缸液压原理图2.2.3 液压原理图的分析设计本液压系统属于中低压系统，综合考虑一切因数，采用定量泵向系统供油。综合以上各个部分的调速回路方案，补充系统的保护回路，方向控制回路和卸荷回路而设计出系统总的液压原理图。如下图 5 所示:12图 5 液压原理图升 降 缸 1升 降 缸 2截 割 马 达 牵 引 马 达13表 1 液压系统电磁铁调度表电磁铁状态 执行元件状态信号来源 1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA 升降缸截割马达牵引马达启动电源开关 + 正转牵引控制开关 + + 正转 正转升降控制信号
36、 + + + + 降 正转 正转升降控制信号 + + + 升 正转牵引停 + 正转截割控制信号 + 反转截割停 牵引控制信号 + 反转关闭信号 工作原理如下：破碎试验台完成截割工作是通过螺旋滚筒破碎样品块，牵引小车进给工料的。由于样品块表面起伏变化，为了能保证截割厚度相同，用电液比例方向流量阀来灵敏、精确的控制升降缸的动作。工作过程为，启动电源开关，电磁铁 5 左位工作，截割部马达正转；此后升降缸下降到预定高度（保证截割样品厚度相同） ，即比例阀左位工作，液压缸下压；随后电磁铁 7 左位工作，牵引马达正转带动小车前进给料。在工作过程中升降缸时刻升降，保证截割厚度。破碎完成后，将截割滚筒上抬，使
37、截齿离开工料，截割部反转后停止转动，牵引马达反转，小车回退，完成指定工作。在工作过程中若截齿被卡住，应立即停车，滚筒反转，小车回退至截齿脱离工料后方可继续工作。油液流动情况为： 螺旋滚筒截割工料：泵 12 电磁换向阀 7 双单向节流阀 6 溢流阀 5截割马达 2 溢流阀 5 双单向节流阀 6 电磁换向阀 7 滤油器 13 回油箱牵引小车进给供料：泵 12 电磁阀换向阀 7 双单向节流阀 6 溢流阀 5牵引马达 1 溢流阀 5 双单向节流阀 6 电磁换向阀 7 滤油器 13 回油箱升降缸升降:泵 12 电磁换向阀 7 双单向节流阀 6 叠加式液控单向阀4 液压缸 叠加式液控单向阀 4 双单向节流
38、阀 6 电磁换向阀 7 滤油器13 回油箱2.3 液压执行元件载荷力和载荷转矩计算142.3.1 升降缸的载荷计算升降缸在本系统中的载荷主要由工作载荷 ，惯性载荷 组成的。即外载gFa荷 ，考虑到外载荷在系统中是时刻变化的，大小变化范围很大，由wgaF实验数据求得外载荷 。取得液压缸的机械效率 ，求得作用380wFN0.9m于活塞上的载荷力： ，两个液压缸对称分布，受载情况mW411.相同，偏载几率也相等，故 。20表 2 各液压缸上的载荷力液压缸名 工况 液压缸外载荷 ()wFN活塞上载荷力 ()FN升降缸 升降 40.38140.12.3.2 截割部液压马达载荷转矩计算由实验数据测得液压马
39、达的转矩（截割部） ，取液压马达max6jTN的机械效率为 ，其载荷转矩为：0.95m(1)64j NT取 7.jN2.3.3 牵引部液压马达载荷转矩计算牵引部液压马达转矩： (2)qTFR小车线速度： (3)1.50.37/4lmvsts（其中 L 试验台长，t 运行时间）半径： (4)ccR.21.62（c 为输出轴周长）又 (5)Rnv30故 (6)mi/16rlv可求得 24.50qTFN取其机械效率为 ，其载荷转矩 95.0mqT2.4 液压系统主要参数计算2.4.1 初选系统工作压力本系统中螺旋滚筒截割破碎试验台液压系统属于小型液压机械类型，工作过程中压力不是很大，截割载荷最大出现
40、在样本块过硬的切割过程中，升降缸15载荷力为： ，根据实际情况，可初选系统工作压力为：4max0.1FN8pMP表 3 按载荷选择工作压力载荷（ ）4105工作压力 MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 572.4.2 计算升降缸的主要结构尺寸：确定液压缸的活塞以及活塞杆直径，升降缸最大最大载荷出现在向下压料截割时，其载荷力为 ，工作在活塞杆受拉状态如图 6，按表 4 取执行40.1N元件背压力： 。23PM图 6 表 4 执行元件背压力系 统 类 型 背压力 MPa简单系统或轻载节流系统 0.20.5回油带调速阀系统 0.40.6回油路设置有背压阀系统 0.51.5用补油泵闭式回
41、路 0.81.5回油路较复杂的工程机械 1.23回油路较短，且直接回油箱 可忽略不计则： ， 121wmFPA（7）式中： 221,()4Dd（8）16则活塞面积为： 12PAF按表 2-4 取液压缸杠径比 d/D = 0.7,则活塞杠直径： 2121440.29()()dDmPP根据液压缸活塞杠尺寸系列 取 D =40mm,那么活塞杆直径 d =25mm表 5 按工作压力取 d/D工作压力 MPa .05.07:7.0d/D 0.50.55 0.620.70 0.7所选液压缸：HSGL01-40/25EBZE C300 液压缸 榆次液压件厂生产2.4.3 计算液压马达的排量截割部液压马达双向
42、旋转，回油时经换向阀直接回油箱，流量较大，按表4 执行元件背压取 0.3MPa，机械效率取为 ，则截割部液压马达的排量0.95m为： （9）rLPTVj /7.107.43261 牵引部液压马达也是双向旋转，回油时经电磁换向阀回油箱，执行元件背压取为 0.3MPa，机械效率取为 ，则牵引部马达排量为：.95m（10）/7.017.43261 LPTVj 2.4.4 计算液压执行元件实际工作压力按最后确定的液压缸机构尺寸和液压马达排量计算出液压执行元件的允许最大实际工作压力，如下：升降缸，载荷压力 ： 40.1FN背压 ： P=0.25MPa有 （11）44211256108.7(78)PAMP
43、a缸截割部，马达载荷转矩： 0jTNm压力损失： 1.3Pa17有 （12） 627.10jTPPaV马 达 1牵引部，马达载荷转矩： 05qNm压力损失： 2.Ma有 67.10qTPPV马 达（13）表 6 各液压执行元件的实际工作压力工况执行元件名称 载荷背压力2()PMa工作压力 1()Pa公式升降升降缸 0.4 410N0.3 9.2 211FPA截割截割马达 700 m0.3 7.7 1TV牵引牵引马达 105N0.3 7.7 2P2.4.5 液压执行元件实际所需的流量根据最后确定的液压缸结构尺寸和液压马达的排量极其运动速度或转速计算出液压执行原件所需实际流量如表 7：表 7工况 执行元件名称 运动速度 结构参数 流量：L/s 公式升降 升降缸 0.02m/s 412.5602
