绞车实验台

1 绪论1．1 矿井提升在矿山生产中的地位矿井提升设备是沿井筒提升矿石、废石、升降人员和设备、下放材料的 大型机械设备。

它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽、是矿 山运输的咽喉。

因此，矿井提升设备在矿井生产全过程中占有及其重要的地 位。

随着科学技术的发展及生产的机械化和集中化，目前，世界上经济比较 发达的一些国家，提升机的运输速度已达20~25m s，一次提升量达到50t，电动机容量已经超过10000kw， 其安全可靠性尤为突出。

在矿井生产过程中， 如果提升设备出现了故障，必然会造成停产。

轻者，影响矿石产量，重者， 则会危及人身安全。

此外，矿山提升设备是一大型的综合机械－电气设备，其成本和耗电量 比较高，所以，在新矿井的设计和老矿井的改建设计中，确定合理的提升系 统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件，保证提升设 备在选型和运转两个方面都是合理的，即要求矿井提升设备具有经济性。

1．2 矿井提升设备的现状与发展趋势矿井提升装置是采矿业的重要设备，随着科学技术的进步和矿井生产现 代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备 及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升 设备中。

特别是机电、机液、电液在提升机控制中的应用己成为必然的发展 方向。

研制与发展(1)国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。

(2)大功率变频调速电控提升机其效率可达98%， 国内正在组织研究这种 系统，不少院校和研究单位都在着手研制。

如天津电气传动研究所已研制了 一台300kW的变频调速装置。

(3)可编程序控制器在提升机电控系统的应用1.3 液压系统液压系统主要由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件及传动介质 五大部分组成。

具有以下特点：通过能量的相互转换在运行过程中具有平稳无间隙传动功能，以实现大范围的无级变速，简化传动；可自动循环工作、 自动过载保护；在同等功率输出情况下，液压传动装置具有体积小、质量轻、 运动惯性小、动态性能好等特点；由于油作为传动介质，液压元件具有自我 润滑作用，寿命延长，且液压元件都是标准化、系列化产品，便于互换和推 广应用。

2液压系统的设计液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机 工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作 安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。

为此，要明确与液压系统有 关的主机参数的确定原则，要与主机的总体设计（包括机械、电气设计）综 合考虑，做到机、电、液相互配合，保证整机的性能最好。

液压系统设计的步骤一般是：1) 明确液压系统的使用要求，进行负载特性分析。

2) 设计液压系统方案。

3) 计算液压系统主要参数。

4) 绘制液压系统工作原理图。

5) 选择液压元件。

6) 验算液压系统性能。

7) 液压装置结构设计。

8) 绘制工作图，编制文件，并提出电气系统设计任务书。

2.1 液压系统的使用要求及速度负载分析2.1.1 使用要求主机对液压系统的使用要求是液压系统设计的主要依据。

因此，设计液 压系统前必须明确下列问题：1) 主机的用途、总体布局、对液压装置的位置及空间尺寸的限制。

2) 主机的工艺流程、动作循环、技术参数及性能要求。

3) 主机对液压系统的工作方式及控制方式的要求。

4) 液压系统的工作条件和工作环境。

5) 经济性与成本等方面的要求。

2.1.2 速度负载分析对主机工作过程中各执行元件的运动速度及负载规律进行分析的内容 包括：1) 各执行远近无负载运动的最大速度（快进、快退速度）、有负载的工作速度 （工进速度） 范围以及它们的变化规律， 并绘制速度图 （ ­v t）。

2) 各执行元件的负载是单向负载还是双向负载、是与运动方向相反的正值负载还是与运动方向相同的负值负载、 是恒定负载还是变负载，负载力的方向是否与液压缸活塞轴线重合，对复杂的液压系统需绘制复杂谱（ ­F t）。

2.2 液压系统方案设计2.2.1 确定回路方式一般选用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后 再进入液压泵的进口。

行走机械和航空航天液压装置为减少体积和重量可选 择闭式回路，即执行元件的排油直接进入液压泵的进口。

本设计选用开式回 路。

1. 选用液压油液普通液压系统选用矿油型液压油作工作介质，其中室内设备多选用汽轮 机油和普通液压油，室外设备则选用抗磨液压油或低凝液压油，航空液压系 统多选用航空液压油。

对某些高温设备或井下液压系统，应选用难燃介质， 如膦酸酯液、水一乙二醇、乳化液。

液压油液选定后，设计和选择液压元件 时应考虑其相容性。

本系统属于普通液压系统，故选用矿油型液压油作为工 作介质。

2. 初定系统压力液压系统的压力与液压设备工作环境、精度要求等有关。

工作压力 p可根据负载大小及机器的类型来初步确定，经相关资料初步 确定系统的工作压力P=10Mpa。

3. 选择执行元件1) 若要求实现连续回转运动，选用液压马达。

如果转速高于500r/min，可直接选用告诉液压马达，如齿轮马达、双作用叶片马达或轴向柱塞马达；若转速低于 500r/min，可选用低速液压马达或告诉液压马达加机械减速装置， 低速液压马达有单作用连杆型径向柱塞马达和多作用内曲线径向柱塞马达。

2) 要求往复摆动，可选用活塞液压缸。

3) 若要求实现直线运动，应选用活塞液压缸或柱塞液压缸。

如果是双向工作进给，应选用双活塞杆液压缸；如果只要求一个方向工作、反向退回，应选用单活塞杆液压缸；如果负载力不与活塞杆轴线重合或缸径较大、行程较长，应选用柱塞缸，反向退回则采用其他方式。

4. 确定液压泵类型1) 系统压力p<21MPa，选用齿轮泵或双作用叶片泵；p>21MPa，选用柱塞泵。

在本系统中为了保证整个系统的良好工作，选用叶片泵。

2) 若系统采用节流调速，选用定量泵，若系统要求高效节能，应选用变量泵。

本系统属于一泵多缸的系统，而且执行元件不是同时工作，所以本系统中选用变量柱塞泵。

3) 若液压系统有多个执行元件，且各工作循环所需流量相差很大，应选用多台泵供油，实现分级调速。

5. 选择调速方式1) 中小型液压设备特别是机床，一般选用定量泵节流调速。

若设备对速度稳定性要求较高，则选用调速阀的节流调速回路。

2) 设备可采用定量泵变转速调速，同时用多路换向阀阀口实现微调。

3) 采用变量泵调速，可以是手动变量调速，也可以是压力适应变量调速。

在本系统中选用手动变量调速。

6. 确定调压方式1) 溢流阀旁接在液压泵出口， 在进油和回油节流调速系统中为定压阀，保持系统工作压力恒定 ，其他场合为安全阀，限制系统最高工作压力。

当液压系统在工作循环不同阶段的工作压力相差很大时，为节省能量消耗，应采用多级调压。

2) 中低压系统为获得低于系统压力的二次压力可选用减压阀， 大型高压系统宜选用单独的控制油源。

3) 为了使执行元件不工作时液压泵在很小输出功率下工作， 应采用卸载回路。

4) 对垂直性负载应采用平衡回路，对垂直变负载则应采用限速锁，以保证重物平稳下落。

7. 选择换向回路1) 若液压设备自动化程度较高，应选用电动换向。

此时各执行元件的顺序、互锁、联动等要求可由电气控制系统实现。

2) 对行走机械， 为工作可靠， 一般选用手动换向。

若执行元件较多，可选用多路换向阀。

8. 绘制液压系统原理图液压基本回路确定以后，用一些辅助元件将其组合起来构成完整的液压 系统。

在组合回路时，尽可能多地去掉相同的多余元件，力求系统简单，元件数量、品种规格少。

综合后的系统要能实现主机要求的各项功能，并且操 作方便，工作安全可靠，动作平稳，调整维修方便。

对于系统中的压力阀， 应设置测压点，以便将压力阀调节到要求的数值，并可由测压点处压力表观 察系统是否正常工作。

此方案要在水泵车上加制动装置，制动器的安装可以用的方式，泵车上 的制动器成对安装于轨道两侧，制动器所需压力油用在泵车安装的液压站供 给，采用液压打开，无压时碟形弹簧制动，采用抱轨制动方式。

这种制动方 式属于事故安全型，即无论什么原因造成液压系统失压(断电、电磁不动作 等)，则制动器在碟形弹簧力作用下泵车可以安全制动。

因为采用抱轨制动 方式，所以要求轨道压板要有足够的预紧力，否则出现断绳时泵车下滑会把 轨道拉起一起滑落。

解决的方法是：可以在钢轨上在每个压板处焊接一个防 滑的挡板，将制动力转变为地脚螺栓的剪切力。

液压站如图，它的控制包括电机的控制，电磁继电器的控制和电磁换向 阀的控制。

液压系统大致分为两个工作状态。

油路工作状态： 如需进行移 动泵房时，令电机，电磁换向阀得电，油泵向液压缸及蓄能器供油，如果压 力继电器入口处的压力达到了继电器的调定压力，压力继电器发出信号，使 电机断电停止供油。

油路卸荷状态 ：如需使泵房静止不动时，使换向阀失 电，阀芯回到原始位置，液压缸内的油液卸载。

M液压泵站系统图2.3 液压系统各元件概述2.3.1 液压执行元件的选择由于该液压系统的液压执行元件是负责对盘式制动器的控制，因此 选择双作用、单活塞杆液压缸，由已知给定参数可知该系统中需要两个 液压缸。

2.3.2 液压控制元件的选定由于该系统为单泵多缸系统，因此选择两个三位四通电磁换向阀，考虑 到缸的进退，为保证其进退速度相同，选择可实现差动连接的滑阀机能，即 选用XOP型机能的电磁换向阀。

10 安装，为保证其正常工作，需要考虑背压，由于卸载油缸需要倾斜°故选用背压阀来实现该执行元件工作时的平衡。

考虑到两个油缸不同时工作，对于泵的卸荷采用带有远程控制的电磁溢 流阀。

为了实现在执行元件正常工作时对泵及油箱的检修，因此在泵的出口处 装有单向阀。

2.3.3 泵的选型液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机（电动机、柴油机）输入的 机械能（转矩T 和角速度w）转换为压力能（压力P和流量q）输出，为执 行元件提供压力油。

液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可 靠性，在液压传动中占用及其重要的地位。

由于该系统初定的工作压力为10Mpa，为了使该系统能够更好的达到这 一压力，并有较好的性能，选用柱塞式变量泵。

液压泵的工作原理:单柱塞泵由偏心轮、柱塞、弹簧、缸体和单向阀等组成，柱塞与缸体孔 之间形成的密闭容积。

当原动机带动偏心轮顺时针方向旋转时，柱塞在弹簧 力的作用下向下运动，柱塞与缸体孔组成的密闭容积增大，形成真空，油箱 中的油液在大气压下的作用下经单向阀进入其内（此时单向阀关闭）。

这一 过程成为吸油， 在偏心轮的几何中心转到最下点时， 容积增大到极限时终止。

吸油过程终了，偏心轮继续旋转，柱塞随偏心轮向上运动，柱塞与缸体孔组成的密闭容积减小，油液受挤压经单向阀排出，这一过程成为排油，到偏心 轮的几何中心转到最上点时，容积减小至极限终止。