带式输送机断带捕捉器

题目：带式输送机断带捕捉器

——液压缸设计过程软件化的实现带式输送机结构示意图：

向上传输倾角β=30°长度L=200米

方案：油缸、油压松闸、弹簧制动、同步、目的操作。

液压系统设计：包括设计液压缸，选择油缸、阀、泵。

要求编程：可采用各种编程语言，如Matlab，C语言、汇编语言等。

第一阶段：液压缸的设计

——matlab可视化软件的实现

1.液压缸负载的计算

1.1单台抓捕器抓捕力的计算

单台抓捕力：

（1-1）

其中

式中 K ——多台捕捉器出力不均匀系数,取K=1.3;

n ——捕捉器台数;

ΣF ——输送带在机头处断裂后,要求的总捕捉力;

q ——负载单位长度质量,kg/m;

——输送带单位长度质量,kg/m;

q

d

q

——上托辊组单位长度质量,kg/m;

t

β——输送机布置倾角,当倾角不一致时,应分别计算;

L ——输送机长度,m;

ω——输送带运行阻力系数;

a ——输送带制动减速度,取a=0.2～0.3m/s2。

1.2 matlab软件的界面设计

在上面的界面中输入K=1.3，n=8，q=100，q

d =20，q

t

=15，β=30，L=200，

ω=0.04，a=0.2，g=9.8.单击计算得到结果如下：

即得到单台抓捕器在制动时需要的抓捕力F=18489N。

1.3液压缸负载的计算

在设计液压缸之前需要进行液压缸负载的计算，以下为计算原理及过程：根据对所设计液压缸的工作方式的分析，知道在液压缸未工作时，活塞受弹簧力的大小等于抓捕力F

抓

；在向液压缸中开始供油后活塞受到的工作载荷为：

（1-2）

（1-3）

式中：K——蝶形弹簧系数；

X——活塞杆移动的距离m；

——液压缸密封处的阻力N；

——液压缸的机械效率，一般取0.90～0.95；

则活塞上的载荷由下式：

（1-4）

整理得：

（1-5）

利用软件计算得单个液压缸的负载如下：

2.液压缸尺寸的计算

2.1 液压缸工作压力的选取

根据上面得出的负载，利用线性方法从下表中选取一个工作压力：

负载/KN <5 5～1010～2020～3030～50>50 工作压力/MP a ≤0.8～1 1.5～2 2.5～33～44～5>5

可以利用软件功能实现工作压力P选择的结果如下：

根据下面得表1，利用软件选择一个标准的公称压力：

图表1

2.2 液压缸内径、壁厚和活塞杆直径的计算

依据表2选择一个i=d/D=0.5：

工作压力/MP a≤5.0 5.0～7.0≥7.0

d/D 0.5～0.550.62～0.700.7

图表 2

然后按照公式：计算出有杆腔活塞有效面积；

根据公式：（2-1）

将i=d/D=0.5代入式（1-6），通过软件计算得结果如下：

计算出的液压缸内径D和活塞杆直径d按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整后的结果：

根据公式：

（2-2）

（2-3）

分别计算出活塞杆截面面积和液压缸截面面积。有杆腔的面积：

液压缸壁厚t的计算依据公式：

（2-4）式中：t——管壁厚（最小厚度）mm

P——最大压力kg/cm2

D——管内径mm

S=δ/5——安全系数

δ——液压缸所用材料的抗拉强度最低值

利用软件计算的液压缸壁厚圆整后的结果如下：

2.3 液压缸壁厚、活塞杆强度的校核

2.3.1壁厚校核的原理是：

中、高压液压缸一般采用无缝钢管做缸筒，大多属于薄壁筒。

当t/D ≤0.08,根据材料力学中薄壁圆筒的计算公式验算缸筒的壁厚，即

（2-5）

当t/D ≥0.3时，可用下式校核缸筒壁厚：

（2-6）

当0.08

（2-7）

上面三个式中：

P max ——缸筒内的最高工作压力（Pa ），当工作压力p<16MPa 时， P max =1.5p ；当工作压力p>16MPa 时，P max =1.25p 。

D ——缸筒的内径（mm ）。

[σ]——缸筒材料的许用应力（Pa ）；b

[σ]=

n

σ，n 为安全系数，由下表查得：

n=12。所以，600

b

[σ]=

50MPa n

12

σ=

=。（由《材料手册》查得45号钢：b σ=600MPa ）

材料

静载荷

交变载荷

冲击载荷

对称

不对称

钢 3 5 8 12

铸铁 4 6 8 15

2.3.2 活塞杆强度计算：

活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算：

式中：F=Fmax——活塞杆的作用力，N

d——活塞杆的直径，m

σp——材料的许用应力，无缝钢管σp=100～110MPa，中碳钢（调质）σp=400MPa

液压缸所用材料（45钢）的许用应力[σ]=50 MPa,则校核的结果如下：

软件的设计界面如下：