【正文】 式中： bF —— 鋼絲繩規(guī)范中鋼絲破斷拉力的總和， maxF —— 鋼絲繩最大拉力， S—— 安全系數(shù)查本書表 247的 S=， ? —— 鋼絲繩破斷力換算系數(shù)查本 書 表 248 取 ? =。 放泥箱的受力分析 已知放泥箱尺寸為： 12 00 12 00 45 0??，挖泥孔為 2 ? ； 箱子質(zhì)量為： 80M kg?箱 ∵ 抓斗工作一次所挖泥的質(zhì)量為： 1200M kg?泥 ∴箱子和泥 的總質(zhì)量為： M=1280 kg ∴箱子和泥 的總重量為： G=12800 N 當(dāng)箱子在水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩給小車的拉力僅為箱子輪和鋼軌的摩擦力，其值很小可忽略。 缸尺寸的確定 缸工作時(shí)的最大負(fù)載是 當(dāng) 缸無桿腔為 工作腔時(shí)，故根據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社出版 、 張利平主編的《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》 一書中 表 57中公式可知 ： m ax1 1 2 2 [8]cmFp A p A ??? （ 式 ） 式中： 1A — 無桿腔面積 2A — 有桿腔面積 1p 、 2p — 缸工作腔和回油腔的壓力 ∴ m a x22 2 2 211() 10 138 cmFpAA m m mp? ??? ? ? ? ∴ 缸筒內(nèi)經(jīng) 14 4 2 .1AD m m??? 根據(jù) GB/T23481993 取 D=40mm 由化學(xué)工業(yè)出版社出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第 4 卷表 1964 查得在內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 26 系統(tǒng)壓力為 16MPa 時(shí)活塞往返速比 ? =，又根據(jù)本書表 19620中公式： [1]1dD???? （ 式 ） ∴ 活塞桿直徑為： d = = 根據(jù) GB/T23481993 取 d =25mm. 所以， 2A = 22()4 Dd? ?=898 mm 液壓缸最大流量的確定 ： 32m a x 1 m a x 1 5 0 8 7 . 5 1 7 1 8 0 5 . 8 6 . 6 0 m in4 mm Lq A v A v s?? ? ? ? ? ? ? 輔助缸進(jìn)油腔壓力的計(jì)算： 根據(jù) 化學(xué)工業(yè)出版社出版、張利平主編的《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表 510 中公式 ： 1 2 21 [8 ]1 ()cmFp p AA ??? （ 式 ） 式中： 1p — 負(fù)載壓力 2p — 背壓力 1A 、 2A — 無桿腔、有桿腔有效面積， F— 缸負(fù)載 ∴ 1p = MPa ∴液壓缸輸入功率為： 631 m a x 1 6 . 0 1 0 6 . 6 0 1 0 1 . 7 660P p q k w?? ? ?? ? ? 最低穩(wěn)定速度驗(yàn)證 查化學(xué)工業(yè)出版社出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版下冊(cè) L 型節(jié)流閥最小穩(wěn)定流量為 minq = minL ∴ 由 式可得： 2 2 2m i nm i n0 . 0 5 9 . 8 2 5 4 00 . 8 7 5 1 0 6 0q m m m m m mv ? ? ? ??? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 27 ∴ minminqv 既小于 活塞外徑又小于活塞桿外徑 ∴流量控制閥 —— 節(jié)流閥無論是在進(jìn)油路還是在回油路上，缸都能滿足工作部件最小速度要求 。又由已知條件 b =500mm ， h =600mm ∴ 39。 0F k b h? ? ? （ 式 ） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 25 式中： 0k — 切削 比阻力 b 、 h — 切削斷面尺寸 ,b 為切削寬度 , h 為切削深度。39。39。 參考相關(guān)資料可知抓斗受淤泥阻力最大值為鏟斗在湖底剛要開始挖泥的瞬間。F 為抓斗挖泥時(shí)的挖掘阻力 抓斗在整個(gè)挖掘過程中斗齒要受到淤泥的 阻力即 39。1 6 176。 助缸 由于兩輔助缸有同步性要求且兩缸結(jié)構(gòu)尺寸、受力和工作狀況完全相同，故只針對(duì)一個(gè)缸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 由 缸行程為 1700mm，取缸各級(jí)行程為第一級(jí)： 1L =180 mm ， 第二級(jí)： 2L =760 mm ， 第三級(jí)： 3L =760 mm.。 根據(jù)以上計(jì)算所得到的第三級(jí)活塞和活塞桿直徑，參考 各 廠家的三級(jí)伸縮式雙作用液壓缸的各種型號(hào)，并考慮活塞的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求決定選用3HSTG150E2280RJ 型的多級(jí)液壓缸為主液壓缸。 所以有， 20210 2 2 2( / ) / 0 . 1 3 8 8 9 1 0 1 3 8 8 . 9m a x3 2 2 3 1 1 61 6 0 . 9 1 0A F p A p m m mcm? ?? ? ? ? ? ? ???即第三級(jí)活塞有桿腔有效面積為 2mm 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 20 液壓缸行程為 1700mm，行程較大、系統(tǒng)壓力較高，若采用活塞式液壓缸活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性難以保證， 參考相關(guān)資料決定采用三級(jí)伸縮式液壓缸。 ∴ 缸帶動(dòng)抓斗在一個(gè)工作循環(huán)中負(fù)載工礦為： 啟動(dòng)階段： F=Fe 抓斗下降階段： F=Fe`+ Fi 上升階段： F= Fe 其中 Fe`— 抓斗自重即 Fe`=（ 15001200） *10=3000N； Fe— 抓斗及淤泥重量 由已知條件 可知 抓斗及淤泥質(zhì)量共為 1500Kg,但為了抓斗工作時(shí)的安全和可靠設(shè) 計(jì)時(shí)按抓斗和泥的質(zhì)量為 2021 Kg 計(jì)算，故 Fe=2021*10=20210 N。 對(duì)于摩擦負(fù)載 Ff 由于抓斗工作過程中不存在摩擦而只是活塞和缸同存在微小的摩擦，故 Ff 可忽略不計(jì)。 主液壓缸 負(fù)載分析 主液壓缸帶動(dòng)抓斗動(dòng)作循環(huán)為 ：啟動(dòng) — 抓斗下降 — 抓斗挖泥 — 抓斗上升。當(dāng)馬達(dá)停止工作時(shí)， 3YA、 4YA 都不通電 ，使閥 13 中位工作，此時(shí)泵通過閥 13中位卸荷，缸 15下腔沒有油液，彈簧使缸 15活塞桿伸出使馬達(dá)制動(dòng)。若缸 27先運(yùn)動(dòng)到底，則觸動(dòng)行程開關(guān) 32，使 11YA 通電，此時(shí)壓力油經(jīng)閥 35 左位進(jìn)入缸 26上腔 ， 使缸活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到底。但為了防止由于分流集流閥的同步失靈、同步誤差以及油液不 干凈造成的分流集流閥節(jié)流口不同程度的堵塞等因素造成的抓斗不同步，特設(shè)置由蓄能器 3換向閥 34 組成的補(bǔ)油回路。對(duì)于右輔助液壓缸保壓、泄壓過程相同。泄壓時(shí)， 6YA、 7YA 通電，由于缸 26 上腔沒有泄內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 17 壓，壓力油經(jīng)二位二通換向閥 24 將順序閥 29 打 開，泵進(jìn)入缸 26 下腔的油液經(jīng)順序閥 2節(jié)流閥 31 回油箱，調(diào)節(jié)節(jié)流閥 31的開度使下腔壓力約為 2MPa，還不足以使活塞回程，但能頂開液控單向閥 21 的卸荷閥芯，使上腔泄壓。抓斗工作 時(shí)需要保壓，保壓是通過帶卸荷閥芯的液控單向閥 21 來實(shí)現(xiàn)的，保壓時(shí) 5YA、6YA 斷電 ， 換向閥 17中位工作。 對(duì)兩輔助液壓缸油路： 油液經(jīng)閥 17 左位到達(dá)兩缸下腔，使兩缸活塞收縮，抓斗張開。由于下腔沒有泄壓，壓力油經(jīng)二位二通換向閥 9 將順序閥 10打開，泵進(jìn)入缸上腔的油經(jīng)順序閥 節(jié)流閥 11 回油箱，調(diào)節(jié)節(jié)流閥 11的開度，使缸上腔壓力約為 2MPa，還不足以使活塞回程，但能頂開液控單向閥 7 的卸荷閥芯，使缸下腔泄壓。當(dāng)缸 8下腔因泄漏壓力降低到電接點(diǎn)壓力表 12的調(diào)定下限值時(shí)，表 12 發(fā)出信號(hào)使 2YA 通電，壓力油進(jìn)入缸 8 下腔，使壓力升高。若需要缸 8在任意位置停止，可使 1YA 斷電，閥 5中位工作，則缸可在任意位置上停下?；赜吐飞希藭r(shí)控制油液將液控單向閥 7 打開，油液經(jīng)過閥 7和單向節(jié)流閥 6 回到油箱。當(dāng)啟動(dòng)油泵后，電 磁鐵 1YA、 6YA 通電。 至此一個(gè)循環(huán)作業(yè)完成進(jìn)入下個(gè)循環(huán)作業(yè)。當(dāng)主液壓缸上升到一定高度后，停止工作保壓，同時(shí)兩輔助液壓缸收縮，抓斗張開將泥卸到放泥箱。 當(dāng)主液壓缸將抓斗送至水下工作面后，兩輔 助液壓缸伸出使抓斗閉合進(jìn)行挖泥作業(yè) 。而方案二的回路不存在這些缺點(diǎn)且制動(dòng)效果好，故選方案二的馬達(dá)制動(dòng)回路。當(dāng)停止向馬達(dá)供油時(shí)，由于單向閥的作用制動(dòng)器在彈簧作用下立即復(fù)位制動(dòng)。 制動(dòng)器在 彈簧作用下對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行制動(dòng)，通入壓力油后松開液壓馬達(dá)。當(dāng)液壓泵不工作停止向馬達(dá)供油時(shí)，二位二 通換向閥的電磁鐵通電，閥左位工作，節(jié)流閥工作使馬達(dá)減速制動(dòng)。 方案一：如圖 所示，為由串聯(lián)在液壓馬達(dá)回油路上的節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)減速和液壓制動(dòng)。為了簡化系統(tǒng)回路決定采用方案二的回路。二位二通電磁換向閥 7 是為了保壓過程中切斷順序閥 5 的控制油路，保證回路的保壓性能。保 壓完畢后手動(dòng)換向閥 3左位接入回路，此時(shí)液壓缸上腔壓力油沒有卸壓， 壓力油將順序閥 5 打開，泵 1進(jìn)入液壓缸下腔的油液經(jīng)順序閥 5 和節(jié)流閥 6回油箱，由于節(jié)流閥的作用，回油壓力（可調(diào)值 2Mpa 左右）雖不足以使活塞回程，但能頂開液控單向閥 4 的卸荷閥芯，使缸上腔泄壓。 方案二：如圖 所示 ，為用順序閥控制的保壓泄 壓回路，回路采用帶卸荷閥芯的液控單向閥實(shí)現(xiàn)保壓 泄壓 。保壓期間如果液壓缸上腔因泄漏等因素壓力下降到電接點(diǎn)壓力表調(diào)定下限值（低壓觸電）時(shí)，壓力表 2發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵 2YT 通電，液壓泵恢復(fù)向液壓缸上腔供油使壓力上升。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 12 方案一：如圖 所 示 ，利用液控單向閥的自動(dòng)補(bǔ)油保壓回路。 另外，主液壓缸在上下運(yùn)動(dòng)過程中的任意位置停止時(shí)也需要保壓。而 泄壓 （也稱釋壓）回路則用于緩慢釋放液壓系統(tǒng)在保壓期間儲(chǔ)存的能量，以免突然釋放而產(chǎn)生液壓沖擊和噪聲。 經(jīng)過以上比較，結(jié)合挖泥船工作是負(fù)載變化大的實(shí)際情況，選方案二的同步回路。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 11 圖 方案比較： 方案一的節(jié)流閥同步回路只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的同步，液壓系統(tǒng)簡單、成本低、但同步精度受油溫和負(fù)載的影響較大且系統(tǒng)效率低，不宜用于偏載或負(fù)載變化頻繁的場合?；钊仙龝r(shí)分流集流閥起分流作用，活塞下降時(shí)分流集流閥起集流作用?；钊仙龝r(shí)油液經(jīng)單向閥進(jìn)入缸的下腔故只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向（向下）的同步。 圖 單側(cè)回油節(jié)流同步回路 方案一：如圖 所示采用液壓缸單側(cè)回油節(jié)流同步回路。 由以上分析可知，所設(shè)計(jì)的挖泥船液壓系統(tǒng)適合選用方案二的平衡回路，故平衡回路選用方案二。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 9 圖 換向閥組成的平衡回路 方案比較：方案一所 示 回路在活塞下行運(yùn)動(dòng)時(shí)，因要克服順序閥的背壓，功率損失較大，且“鎖緊”時(shí)活塞和與之相連的工作部件會(huì)因平衡閥和換向閥的泄露而緩慢下落，故只適用于工作部件重量不大、鎖緊定位要求不高的場合。適當(dāng)調(diào)節(jié)閥 4 的開度就可以防止超速下降。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 8 圖 方案二：如圖 所示，是用單 向 節(jié)流閥 4和換向閥 3組成的平衡回路。只要是閥 2的調(diào)壓 值 大于由于活塞及其相連工作 件 的重力在缸下腔產(chǎn)生的壓力值，則當(dāng)換 向閥處于中位時(shí)活塞和工作 部件 就能被平衡閥鎖住而不會(huì)因自重下降。 方案一：如圖 所示：自控 式 單向順序閥（簡稱平衡閥）的平衡 回路。 回路選擇 根據(jù)缸和馬達(dá)需要完成的動(dòng)作， 比較 選擇合適的回路。值得注意的事，這兩個(gè)輔助液壓缸在工作過程中一定要同步，否則挖泥船的效率將受到影響，并且挖泥不能保證裝滿抓斗。 原理圖 挖泥船采用支架支撐抓斗，由液壓驅(qū)動(dòng)抓斗的各項(xiàng)動(dòng)作來完成挖泥作業(yè)。方案二的挖泥船結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護(hù)費(fèi)用低、價(jià)格低。液壓馬達(dá)的主要作用是通過帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制放泥箱的排放淤泥運(yùn)動(dòng)。 方案 二 ：采用支架支撐抓斗， 由 液壓驅(qū)動(dòng)抓斗的各項(xiàng)動(dòng)作來完成挖泥作業(yè)，此方案執(zhí)行元件需要三個(gè)液壓缸和一個(gè)液壓馬達(dá)配合工作來完成一個(gè)循環(huán)作業(yè)，其中一個(gè)主液壓缸固定在支架上，其作用為控制抓斗的上下運(yùn)動(dòng) ,將抓斗送至水下工作面；另外兩個(gè)液壓缸為輔助液壓缸，其作用為控制抓斗的張合 ； 當(dāng)主液壓缸將抓斗送到水下工作面時(shí)兩個(gè)輔助液壓缸開始工作，控制 抓斗挖泥。通過對(duì)整個(gè)抓斗式挖泥船工作過程的分析，擬采用以下方案： 方案一 ：采用挖掘機(jī)整體上船的設(shè)計(jì)方案即將挖掘機(jī)固定在特