第2章液壓驅(qū)動絞車整體方案確定2.1液壓絞車工作原理液壓絞車的傳動方式是通過電動機運行，為液壓泵中的液壓油賦能，從而用賦能的液壓油驅(qū)動液壓馬達，液壓馬達將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，再通過NGW減速器和一級齒輪減速器帶動傳動軸，將動力通過傳動軸傳遞給滾筒，使其進行回轉(zhuǎn)運動，同時由于鋼絲繩與滾筒上的卡扣相連，當(dāng)滾筒回轉(zhuǎn)時，鋼絲繩也在不斷地回收，從而實現(xiàn)將貨物進行升降、拖拉和牽引等。如圖2-1所示：圖2-1液壓絞車工作原理圖2.2液壓絞車傳動方案絞車的液壓傳動是一種利用液壓油作為工作介質(zhì)進行能量傳遞和控制的傳動方式。根據(jù)傳動過程中能量的不同表現(xiàn)形式，液壓傳動可以分為液壓傳動和液力傳動兩種形式。其中，液力傳動主要利用液壓油的動能進行能量轉(zhuǎn)換，而液壓傳動則主要依賴于液壓油的壓力來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。而在工業(yè)機械中，液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用可以帶來諸多優(yōu)勢。首先，它可以簡化機器的結(jié)構(gòu)，降低機器的質(zhì)量，從而減少材料的消耗和制造成本。其次，液壓傳動可以降低勞動強度，提高工作效率和工作的可靠性。與傳統(tǒng)的機械傳動和電力傳動相比，液壓傳動在運行中具有無極調(diào)速的廣泛適應(yīng)性、優(yōu)良的傳動性能、出色的平穩(wěn)性以及較小的運動慣性和快速的響應(yīng)速度等特點。絞車按傳動方式又可分為以下三類：（1）手動傳動絞車手動絞車（如圖2-2）是一種機械設(shè)備，這種絞車通常具有垂直安裝的絞纜筒，可以在沒有電源或氣源的惡劣環(huán)境中使用，它的主要功能是通過手推動搖桿，從而對重物起到一個牽引或提升的作用。圖2-2手動傳動絞車（2）電動傳動絞車電動絞車（如圖2-3）是一種利用電動機作為動力源的機械設(shè)備，主要用于提升和吊運重物。它通過電動機驅(qū)動絞盤運轉(zhuǎn)，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機械能，以實現(xiàn)貨物的吊裝和懸掛。圖2-3電動傳動絞車（3）液壓傳動絞車：液壓絞車（如圖2-4）是一種起重和拖拉重物的裝置，它通過液壓系統(tǒng)提供動力和進行控制。并且由于其操作簡單、牽引力大的特點，液壓絞車在物料升降或拖拉等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。圖2-4液壓傳動絞車而礦用絞車的傳動方式一般采用液壓驅(qū)動絞車中的液壓——機械的傳動（傳動裝置簡圖如下圖2-5），它承載能力較大，可以承載更重的物品或設(shè)備；通過液壓系統(tǒng)來控制升降高度，控制更加精準(zhǔn)，能夠精準(zhǔn)地將物品或設(shè)備定位在需要的高度；適用范圍更廣，可以適用于不同的工作環(huán)境和場景；維護相對來說更加簡單，只需要定期更換液壓油和液壓濾芯即可，維護成本也較低。1.電動機2.液壓泵3.液壓馬達4.減速箱5.液壓絞車滾筒圖2-5傳動裝置簡圖2.3液壓絞車整體結(jié)構(gòu)布置由于礦下開采運輸過程中井下巷道狹窄，因此，液壓驅(qū)動絞車滾簡與液壓馬達應(yīng)沿著巷道的一側(cè)垂直煤壁布置，液壓油箱、液壓泵和電動機則需沿著同一側(cè)水平煤壁布置。這種布置方式有利于液壓驅(qū)動絞車在礦下開采運輸過程中節(jié)省空間。如圖2-6所示：1.滾筒2.液壓馬達3.閥組4.液壓油箱5.液壓泵6.電動機圖2-6液壓驅(qū)動絞車布置圖2.4本章小結(jié)通過查閱相關(guān)資料，了解分析手動傳動、電動傳動、液壓傳動這三種絞車常見的傳動方式，同時介紹了幾種傳動方式的工作過程。通過對傳動過程的分析和比較，確定了以液壓絞車為研究方向。為了滿足設(shè)計需求，從而詳細(xì)的分析出了液壓驅(qū)動絞車的工作原理，以及大致的主要零部件布置位置。給出了設(shè)計背景，為后續(xù)的整體設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。第3章液壓驅(qū)動絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計3.1電動機選型設(shè)計（1）設(shè)計背景設(shè)計某款用于提升牽引F=30T重物的液壓驅(qū)動絞車傳動裝置，絞車的繩速確定為v=1m/s，使用年限8年，每年工作280天，單班制。（2）電動機的選取①選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式液壓絞車在常溫下連續(xù)工作，載荷平穩(wěn)，對啟動無特殊要求，故選用三相異步電動機，在保證結(jié)構(gòu)簡單、平穩(wěn)性高、維護方便、調(diào)速性能好的前提下，選擇了Y系列三相異步電動機。②電動機選型計算根據(jù)主要設(shè)計的參數(shù)計算出液壓驅(qū)動絞車工作所需要的功率：（3-1）系統(tǒng)的總效率η（3-2）查《械設(shè)計手冊》表1?1?3可得傳動效率:聯(lián)軸器的效率：；滾筒上鋼絲繩纏繞效率：；絞車卷筒效率：；外嚙合齒輪傳動效率：；電動機的工作功率為：（3-3）確定電動機工作軸的轉(zhuǎn)速：（3-4）查《機械設(shè)計手冊》表2?3推薦的傳動比范圍可知一級齒輪減速器傳動比為i1=3~5，由表10.1-1可知，NGW行星齒輪減速器的推薦傳動比為（3-5）（3-6）表1Y系列電動機的技術(shù)參數(shù)電機型號額定功率P(kW)同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）額定轉(zhuǎn)矩（N/m）Y280S-8377507402.0Y250M-610009802.0Y225S-4150014802.2根據(jù)表1可知所需的電動機功率和可選的電動機轉(zhuǎn)速范圍，通過查閱《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》中表12?1可知，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min、1000r/min、1500r/min這三種。綜合考慮減輕電動機及傳動系統(tǒng)的重量和節(jié)約資金，選用電動機型號為Y225S?4，其主要參數(shù)如下：額定功率Ped=37kW；額定轉(zhuǎn)速為（3）確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比①根據(jù)上述所選電動機的類型Y225S?4，可知電機的轉(zhuǎn)速nm=1480r/min，滾筒的轉(zhuǎn)速為（3-7）②總傳動比等于各級傳動比的連乘積，為使減速器部分設(shè)計方便，取齒輪傳動比為i=5（3-8）3.2滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖表2所示，是設(shè)計某款可以牽引30噸重物的液壓驅(qū)動絞車滾筒零部件的主要設(shè)計參數(shù)要求。表2液壓絞車滾筒的主要設(shè)計參數(shù)要求名稱設(shè)計要求鋼絲繩的承載力范圍0-30噸最內(nèi)層鋼絲繩速度0-10m/min最外層鋼絲繩額定張力30噸鋼絲繩直徑?滾筒的繩容量1500m液壓絞車滾筒的主要參數(shù)包括滾筒直徑和滾筒長度。滾筒直徑由所受重物的載荷決定，并代表其強度的最小值。然而，直徑的設(shè)計也不能過大，因為滾筒直徑的增加會導(dǎo)致絞車重量的增加。另一方面，滾筒的有效長度是根據(jù)提升或牽引重物的高度或距離來確定的。滾筒的直徑與長度共同決定了滾筒的容繩量，進而影響到液壓絞車的外形尺寸設(shè)計。（1）滾筒直徑根據(jù)《石油鉆井機械》參考可知，液壓絞車的滾筒直徑D為：（3-9）其中：d—鋼絲繩的直徑，。由上式（3-9）可知滾筒的直徑D在區(qū)間，所以選取滾筒規(guī)格。（2）滾筒長度由《石油鉆井機械》表10?12參考可得滾筒的長度L為：（3-10）其中：D—-滾筒的直徑，mm；由式前面結(jié)果得。所以,取。3.2.1滾筒每層的纏繞圈數(shù)鋼絲繩在纏繞的時候不能密度過大也不能使繩與繩間隙過大，因為間隙過大上層的鋼絲繩容易與底層鋼絲繩的混合，這樣鋼就會導(dǎo)致鋼絲繩的纏繞不均勻。所以鋼絲繩在纏繞的過程中，在同一層的相鄰的兩層鋼絲繩圈之間的間隔保持在2~3mm，所以滾筒的每層鋼絲繩的纏繞圈數(shù)Z為：（3-11）其中：L——滾筒有效長度，mm;D——鋼絲繩直徑，mm。(1)鋼絲繩纏繞的總層數(shù)鋼絲繩纏繞的總層數(shù)(2)鋼絲繩各層的額定張力鋼絲繩各層的額定張力Fn（3-12）其中：Fn——第n層的張力，KNTm——減速機額定輸出扭矩，Nη1m——齒輪機械效率，取0.95(3)滾筒每層最高繩速影響滾筒各層最高繩速的變量有：液壓泵的排量、液壓泵的容積效率、液壓馬達的容積效率、液壓馬達的排量、發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、滾筒的直徑以及鋼絲繩的直徑。滾筒各層最高繩速Vn（3-13）其中：V——滾筒第n層鋼絲繩的最高速度，m/min；n發(fā)動機——發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速，r/min，取其值為1480D——滾筒的直徑mm；D——為第n層鋼絲繩mm；Va——液壓泵的排量mL/r,取其值為250mL/rηmp——液壓泵的容積效率，其值取為ηmb——液壓馬達的容積效率，其值取為0.95Vm——液壓馬達的排量mL/r，取其值為380mL/r(4)滾筒隔層的容繩量液壓絞車滾筒各層的容繩量Ln（3-14）3.2.2鋼絲繩的強度校核由表1中的設(shè)計參數(shù)可知鋼絲繩直徑為d=26mm，且鋼絲繩劃分為6×19，6×37及6×61三種規(guī)格，在液壓驅(qū)動絞車領(lǐng)域，最常用的是6×19這種規(guī)格的鋼絲繩，而6×19鋼絲繩一般使用于受彎曲載荷較小且易遭受磨損的位置。結(jié)合礦業(yè)生產(chǎn)運輸?shù)沫h(huán)境條件，再6×19鋼絲繩特點，參考《機械設(shè)計手冊》中關(guān)于6×19鋼絲繩表17.1-14的力學(xué)性能，選擇了規(guī)格為6×19?26.0?170鋼芯鋼絲繩。由上可知鋼絲繩的規(guī)格型號，以此查《機械設(shè)計手冊》表17.1-14鋼絲繩力學(xué)性能可知鋼絲繩公稱抗拉強度1770N/mm2，鋼絲破斷拉力s=（3-15）式中：φ——拉力影響系數(shù)，取0=0.85故鋼絲繩的破斷拉力Sp為362100N/安全系數(shù)n（3-16）安全系數(shù)nr為（3-17）故鋼絲繩符合強度要求。3.3減速器的選型通過查閱《機械設(shè)計手冊》和以上計算數(shù)據(jù)可選擇NGW型行星齒輪減速器傳動比為i=2.8~13.5；3.4直齒圓柱齒輪設(shè)計3.4.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)①根據(jù)液壓絞車的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取α=20°。②參考表10-7選用8級精度。③材料選擇由表10?1選擇小齒輪35SiMn（調(diào)質(zhì)），硬度為217~269HBW，大齒輪45鋼（正火），硬度為162~217④初選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)。3.4.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計1)通過參考《機械設(shè)計手冊》式(10-11)可試算小齒輪分度圓直徑，即（3-18）①確定公式中的各參數(shù)值試選由液壓馬達的選型可知小齒輪的扭矩和轉(zhuǎn)速：（3-19）式中：T——傳遞到小齒輪上的扭矩Tbic——NGWηd（3-20）由《機械設(shè)計手冊》中表10-8可知選取齒寬系數(shù)φ計算區(qū)域系數(shù)Z（3-21）由《機械設(shè)計手冊》中表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。由《機械設(shè)計手冊》中式(10-9)計算接觸疲勞強度用重合度系數(shù)。（3-22）（3-23）（3-24）（3-25）計算接觸疲勞許用應(yīng)力由《機械設(shè)計手冊》中圖10-21c查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為由《機械設(shè)計手冊》中式(10-15)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：（3-26）（3-27）由《機械設(shè)計手冊》中圖10-19查取接觸疲勞系數(shù)取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式(10-14)得（3-28）（3-29）取中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即②試算小齒輪分度圓直徑（3-30）2)調(diào)整小齒輪分度圓直徑①計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度ν（3-31）齒寬b（3-32）②計算實際載荷系數(shù)K由《機械設(shè)計手冊》中表10-2查得使用系數(shù)KA根據(jù)v=0.71m/s、8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)齒輪的圓周力（3-33）查《機械設(shè)計手冊》中表10-3得齒間載荷分配系數(shù)KH由《機械設(shè)計手冊》中表10-4用插值法查得8級精度、小齒輪相對支承對稱布置時，得齒向載荷分布系數(shù)KHβ由此，得到實際載荷系數(shù)（3-34）③由《機械設(shè)計手冊》中式(10-12)，可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑（3-35）④確定模數(shù)（3-36）3.4.3按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計①由《機械設(shè)計手冊》中式(10-7)試算模數(shù)，即②確定公式中的各參數(shù)值。試選；由式(10-5)計算彎曲疲勞強度用重合度系數(shù)Y（3-37）計算由《機械設(shè)計手冊》中表10-5查得齒形系數(shù)查得應(yīng)力修正系數(shù)由《機械設(shè)計手冊》中圖10-20c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：（3-38）（3-39）由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.25，由《機械設(shè)計手冊》中式(10-14)得（3-40）（3-41）（3-42）（3-43）兩者取較大值，所以③試算齒輪模數(shù)1)調(diào)整齒輪模數(shù)①計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備圓周速度ν（3-44）（3-45）齒寬b（3-46）齒高h及齒寬比b/h（3-47）②計算實際載荷系數(shù)KF根據(jù)V=0.510查《機械設(shè)計手冊》中表10-3得齒間載荷分配系數(shù)K由《機械設(shè)計手冊》中表10-4用插值法查得KHβ=1.281，結(jié)合b/h=20.622則載荷系數(shù)為（3-48）③由《機械設(shè)計手冊》中式(10-13)，按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)（3-49）④計算分度圓直徑（3-50）對比計算結(jié)果，從滿足彎曲疲勞強度出發(fā)，從標(biāo)準(zhǔn)中取m=6mm；為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=217.344mm來計算小齒輪的齒數(shù)，即z1=3.4.4確定傳動尺寸1)計算中心距（3-51）2)計算小、大齒輪的分度圓直徑（3-52）（3-53）3)計算齒寬（3-54）考慮到不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計齒寬和節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬取B1=225mm、主要設(shè)計結(jié)論:如下圖表4，齒數(shù)z1=36，z2=180，模數(shù)m=6mm，壓力角α=20°，中心距a=648表4齒輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)名稱大齒輪小齒輪齒數(shù)zzz齒寬BBB分度圓直徑ddd模數(shù)mm=6壓力角αα中心距aa=6483.5密封圈選型液壓絞車是利用液壓油去傳遞能量，油液的高效利用可使能量損失減少，而密封圈是互聯(lián)合上的金屬和非金屬制品，一般用于液壓系統(tǒng)的各類密封部位，防止能量在傳遞時的損失，則密封圈在能量傳遞系統(tǒng)中尤為重要，故對密封圈進行了選型。（1）O型圈密封圈O型圈（如圖3-1）是一種簡單、常用的密封元件，由于其材料成本低、安裝方便，材質(zhì)一般選用橡膠或聚氨酯，具有高彈性、耐磨損等特點，廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)的各個部位。主要用途包括密封油封、水封、氣封等。O型圈還可以用于靜態(tài)密封和動態(tài)密封，是一種多用途的密封元件。圖3-1型圈密封圈（2）U型圈密封圈U型圈（如圖3-2）又稱U型槽密封圈，材質(zhì)一般選用橡膠或硅膠，是一種可逆性密封元件。U型密封圈適用于密封軸向動態(tài)密封，主要用于液壓機柱塞和活塞密封。U型圈可以承受高壓、高速、高溫等復(fù)雜工況下的密封要求。圖3-2U型密封圈（3）V型圈密封圈V型圈（如圖3-3）是一種用于軸向密封的彈性元件，材質(zhì)一般選用橡膠、聚氨酯、三元乙丙橡膠等。V型密封圈主要適用于密封旋轉(zhuǎn)軸的多用密封，可以有效防止液壓機中的氣體和雜質(zhì)進入密封空間。V型圈可用于液壓絞機中的泵、閥等部件中。圖3-3V型圈密封圈3.6軸承強度校核根據(jù)圖3-4所設(shè)計的礦用液壓絞車部分結(jié)構(gòu)中，軸承作為主軸支架的重要零部件安裝在其上端，液壓驅(qū)動絞車的構(gòu)件齒輪軸配合在軸承上，因此所選用的軸承型號為角接觸球軸承，轉(zhuǎn)速n=32r/min預(yù)期壽命H=7000h，依據(jù)以上數(shù)據(jù)對軸承的強度進行校核。軸即承受徑向載荷，也可同時承受軸向載荷，根據(jù)軸的受力情況采用。軸承部分布置如下圖1所示。圖3-4軸承的部分分布情況軸承受力Fa（3-54）則軸承受力Fa為7.5kN；同理Frmax査詢《機械設(shè)計手冊》可知：基本額定動載荷Cr=237KN；基本額定靜載荷Cr=278KN。3.6.1動載荷計算當(dāng)量動載荷P（3-55）則當(dāng)量動載荷P為30.175。計算額定動載荷Cr（3-56）則額定動載荷Cr為63KN<[Cr]。3.6.2靜載荷計算查詢《機械設(shè)計手冊》可知：。當(dāng)量靜載荷P（3-57）則當(dāng)量靜載荷P0為22.65kN安全系數(shù)S（3-58）則安全系數(shù)Cor為56.427<[Cor]。3.7滾筒強度校核在液壓驅(qū)動絞車結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，液壓絞車主要零部件滾筒的主要參數(shù)，已經(jīng)在滾筒的主要設(shè)計中被計算了出來。對尺寸較大，壁厚較薄的滾簡還需對簡壁進行抗壓穩(wěn)定性驗算，結(jié)合圖2中滾簡在礦用液壓絞車上的安裝位置，對滾簡強度進行校核。3.7.1壓應(yīng)力滾簡簡壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在滾簡內(nèi)壁的內(nèi)表面壓應(yīng)力σc（3-59）式中：σa——卷簡壁壓應(yīng)力(MPa)Smax——鋼絲繩最大靜拉力(N)A1——應(yīng)力減小系數(shù)。取AA2——多層卷繞系數(shù)。取Aδ——滾筒壁厚，取δT——滾筒節(jié)距，取t=33Smax——鋼絲繩的最大拉力，取S由上式（3-58）可知許用壓力[σ（3-60）則許用壓力[σb]故σ3.7.2拉應(yīng)力（3-61）式中：Wmax——鋼絲繩最大拉力時的彎矩，由軸受力知Wmax為M——抗彎截面模數(shù)。（3-62）式中：D一滾簡繩槽底徑；D一滾簡內(nèi)徑。則σc為（3-63）故σc<[根據(jù)對以上液壓絞車滾筒內(nèi)壁的壓應(yīng)力σa1<[3.8本章小結(jié)根據(jù)總體設(shè)計、傳動方案和設(shè)計背景，在設(shè)定的礦用液壓驅(qū)動絞車的主要參數(shù)基礎(chǔ)上，對液壓驅(qū)動絞車進行了重要零部件的設(shè)計，選型出了與原設(shè)定絞車功率相匹配的電動機、滾筒、鋼絲繩、液壓馬達、密封圈、液壓泵，計算出了滾筒每層的纏繞圈數(shù)和纏繞的總層數(shù)，并對鋼絲繩的強度進行了校核，之后便完成了，軸承和滾筒的強度校核，使其所選型設(shè)計出的液壓驅(qū)動絞車結(jié)構(gòu)達到設(shè)計要求。第4章液壓驅(qū)動絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計4.1系統(tǒng)設(shè)計思路及要求4.1.1設(shè)計思路液壓驅(qū)動絞車由于可以適應(yīng)礦下復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境、穩(wěn)定可靠性高以及功率質(zhì)量大等特點，在礦下的作業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，同時液壓絞車也是礦井中主要用于提升大型設(shè)備、巖石、人員、作業(yè)物料的主要使用設(shè)備，在礦下作業(yè)中起著舉足輕重的作用。針對液壓驅(qū)動絞車作業(yè)環(huán)境復(fù)雜和可靠性能要求高這兩個關(guān)鍵因素，對液壓驅(qū)動絞車的控制系統(tǒng)進行了針對性的分析和設(shè)計，并繪制出了貼合礦下液壓驅(qū)動絞車作業(yè)的簡單液壓系統(tǒng)原理圖。如圖4-1為液壓驅(qū)動絞車的系統(tǒng)控制原理結(jié)構(gòu)圖，液壓驅(qū)動絞車的液壓系統(tǒng)主要是由液壓驅(qū)動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)兩部分組成，同時分別由液壓驅(qū)動系統(tǒng)控制傳動裝置，液壓控制系統(tǒng)控制鋼絲繩的張力裝置。圖4-1液壓驅(qū)動絞車控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖4.1.2液壓驅(qū)動絞車的工況分析礦用液壓驅(qū)動絞車在作業(yè)工作過程中主要有鋼絲繩的釋放和鋼絲繩的回收兩個工作情況。如圖4-3鋼絲繩的釋放工作情況中，由絞車的液壓控制系統(tǒng)為液壓馬達提供賦能液壓油，液壓馬達B口進油A口回油，由兩油口液壓差所輸出的轉(zhuǎn)距經(jīng)過減速器扭矩的減小，從而驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)釋放鋼絲繩，此時，滾筒的轉(zhuǎn)速方向和負(fù)載轉(zhuǎn)距方向相反，即為液壓絞車鋼絲繩的釋放情況。1.滾筒2.鋼絲繩3.重物圖4-3鋼絲繩的釋放工況礦用液壓驅(qū)動絞車在鋼絲繩釋放作業(yè)工作后，還需對礦下重物進行牽引或提升。因此當(dāng)鋼絲繩處于回收工作情況時如圖4-4，由絞車的液壓控制系統(tǒng)為液壓馬達提供賦能的液壓油，賦能液壓油從液壓馬達的A口進B口出，此時由于兩油口液壓差所輸出的轉(zhuǎn)距經(jīng)過減速器扭矩的增大，從而驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)釋放鋼絲繩，此時，滾筒的轉(zhuǎn)速方向和負(fù)載轉(zhuǎn)距方向相同，即為液壓絞車鋼絲繩的回收情況。1.滾筒2.鋼絲繩3.重物圖4-4鋼絲繩的回收工況在傳統(tǒng)絞車牽引重物時，由于液壓系統(tǒng)的不穩(wěn)定，就會影響液壓絞車的穩(wěn)定性、可靠性以及調(diào)速精度，從而無法保證傳統(tǒng)絞車在作業(yè)復(fù)雜的環(huán)境中進行安全正常的工作。因此在液壓驅(qū)動絞車進行工作的時候，系統(tǒng)要根據(jù)載荷的大小以及穩(wěn)定性的變化，通過液壓系統(tǒng)自動控制液壓馬達的流量。當(dāng)絞車處于鋼絲繩釋放工況時，液壓泵的輸出流量緩慢穩(wěn)定的減小，滾筒的轉(zhuǎn)速勻速降低，鋼絲繩的承載力緩慢釋放。反之，當(dāng)絞車處于鋼絲繩回收工況時，液壓泵的輸出流量穩(wěn)定傳輸，滾筒的轉(zhuǎn)速勻速增大，鋼絲繩的承載力逐漸提高。因此絞車可以在復(fù)雜的工作環(huán)境中，保證在作業(yè)牽引和提升重物時的穩(wěn)定性、可靠性以及調(diào)速精度，這就是液壓驅(qū)動絞車的系統(tǒng)控制要求。4.1.3設(shè)計要求液壓驅(qū)動絞車作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，工作空間狹窄，空氣中含有易燃易爆氣體以及大量的粉塵顆粒。同時，由于是礦下作業(yè)，對液壓驅(qū)動絞車的功率要求大、體積小、平穩(wěn)性高以及可靠性強，所以普通的絞車系統(tǒng)已無法滿足礦下作業(yè)對生產(chǎn)的需求，故完善的絞車液壓系統(tǒng)，必須滿足對礦下作業(yè)的效率和可靠性。通過查閱大量相關(guān)資料，了解液壓驅(qū)動轎車的實際工況問題，液壓控制系統(tǒng)必須滿足以下條件：（1）明確絞車的基本用途、工作情況、工況環(huán)境，以及對轎車的整體布局。（2）確定適合的液壓驅(qū)動絞車系統(tǒng)，確保液壓系統(tǒng)可以可靠穩(wěn)定的運行。（3）各個運動機構(gòu)以及液壓元器件必須滿足對作業(yè)載荷的需求。（4）針對液壓驅(qū)動絞車的平穩(wěn)性、調(diào)速范圍以及運行精度等方面的要求。（5）針對絞車在礦下液壓系統(tǒng)正常運行的自動化和可靠性要求。（6）針對絞車在高強度作業(yè)條件下的效率以及作業(yè)成本的需求。4.2絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計4.2.1絞車液壓系統(tǒng)工作原理圖根據(jù)工況分析以及液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，故此對液壓系統(tǒng)進行了如圖4-5的液壓驅(qū)動絞車電液控制系統(tǒng)的工作原理圖設(shè)計，該絞車的液壓驅(qū)動工作原理圖是由液壓泵、液壓馬達、滾筒、電液比例溢流閥、電液比例換向閥、電磁換向閥和其他液壓元器件組成，絞車的液壓控制系統(tǒng)主要采用開式回路閉環(huán)調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、調(diào)試方便從而更能適應(yīng)礦下復(fù)雜的實際作業(yè)環(huán)境。1、26液壓油箱；2.過濾器；3.電動機；4.液壓泵；5、12溢流閥；6、7、13、14、15單向閥；8.電液比例換向閥；9.放大器；10.控制器；11.平衡閥；16.盤閥；17.液壓馬達；18.滾筒；19.液壓傳感器；20.鋼絲繩；21.電磁換向閥；22.蓄能器；23.重物；24.液壓壓力表；25.電液比例溢流閥。圖4-5液壓驅(qū)動絞車電液控制液壓系統(tǒng)原理圖4.2.2工作原理分析1.液壓絞車正轉(zhuǎn)油路情況原理：啟動液壓驅(qū)動絞車，電動機3運行，產(chǎn)生機械能，為液壓泵4中的液壓油賦能，賦能的液壓油通過單向閥6，再通過電液比例換向閥8，當(dāng)桿向左推動時，電液比例換向閥8處于右位，賦能的液壓油經(jīng)過放大器9、控制器10、傳感器19到達液壓馬達，液壓馬達再將賦能的液壓油傳遞的液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，從而帶動滾筒18正轉(zhuǎn)，因為滾筒18正轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鋼絲繩20處于回收狀態(tài)，將重物23緩慢的向上提升，同時液壓油離開液壓馬達后，經(jīng)過單向閥14，電流比例溢流閥25回到了液壓油箱26，由于液壓油箱1、26處于聯(lián)通狀態(tài)，液壓油箱26中的液壓油又重新回到了液壓油箱1中。2.液壓絞車反轉(zhuǎn)油路情況原理：當(dāng)工作人員摁下控制器10的反轉(zhuǎn)按鈕時，控制器10向三相四通電磁比例換向閥8傳遞一個向右的信號，此時桿向右推動，三相四通電磁比例換向閥8處于左位，賦能的液壓油經(jīng)過平衡閥11，到達液壓馬達17，由液壓馬達17將液壓油傳遞的液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，從而驅(qū)動滾筒18反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鋼絲繩20處于釋放狀態(tài)，將重物23緩慢的向下釋放，同時液壓油離開液壓馬達17，再次經(jīng)過，三相四通電液比例換向閥8以及單向閥7，回到了油箱1中。3.液壓絞車運行時的油路情況分析：為了滿足在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下的需求，液壓絞車控制系統(tǒng)中不但設(shè)有平衡閥11，使得液壓油被液壓馬達17轉(zhuǎn)化為機械能過程更加平穩(wěn)，驅(qū)動滾筒18正、反轉(zhuǎn)，釋放和回收重物23的運行情況更加平穩(wěn)可靠。還設(shè)有傳感器19，使得賦能的液壓油經(jīng)過傳感器19的測量，實時獲取液壓馬達17的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并將其通過電子線路反饋至控制顯示端10，再通過放大器9與比例電磁鐵，形成一個調(diào)速閉環(huán)，從而完成液壓馬達17將賦能的液壓油傳遞的液壓能轉(zhuǎn)化為機械能的速度控制，當(dāng)滾筒18處于正、反轉(zhuǎn)運行時，鋼絲繩20處于回收、釋放狀態(tài)，重物23處于提升、下放狀態(tài)的速度精度進行控制，使其絞車在工作運行時的調(diào)速精度、可靠性、穩(wěn)定性，得到了嚴(yán)格的保障。4.3液壓元器件選型4.3.1液壓馬達參數(shù)計算和選型為液壓馬達選型時時所需要的主要的參數(shù)有：轉(zhuǎn)速n、排量q、效率、輸出扭矩Tm等。（1）液壓馬達的輸出扭矩計算液壓馬達的壓力由絞車的負(fù)載決定，滾簡牽引重物時的最大負(fù)載扭矩決定液壓馬達的實際輸出扭矩。本液壓驅(qū)動絞車系統(tǒng)的液壓馬達與滾簡之間有減速機，且最大的負(fù)載扭矩W負(fù)（4-1）由上可知馬達的輸出轉(zhuǎn)矩為：（4-2）其中：W負(fù)——最大張力下的負(fù)載力矩，NF——鋼絲繩最大徑張力，N；Tm——馬達輸出端實際轉(zhuǎn)矩，ND——滾簡直徑，mm。（2）液壓馬達的理論排量計算（4-3）其中：q——液壓馬達的理論排量，ml/r；?p——液壓馬達進出口壓差，MPaηm——液壓馬達機械效率，0.83（3）液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速計算（4-4）其中：nmax——馬達最高轉(zhuǎn)速，t/minvmaxi——減速機傳動比；D——液壓絞車滾筒直徑。（4）液壓馬達的型號選擇液壓驅(qū)動絞車的液壓馬達通常采用柱塞式，而柱塞式液壓馬達按其分布形式又可分為徑向柱塞式和軸向柱塞式。根據(jù)絞車在礦業(yè)生產(chǎn)運輸、作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性以及不同的工況情況，選用合適的柱塞馬達。徑向柱塞式液壓馬達主要適用于速度較低，扭矩較大的工況，而軸向柱塞式液壓馬達適用于速度較高，扭矩較小的工況。由于液壓驅(qū)動絞車的液壓馬達的工況與后者相符，因此絞車的液壓馬達選擇軸向柱塞式。液壓馬達馬達型號選用丹佛斯公司生產(chǎn)的OMS315151F0548型號的液壓馬達，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1液壓馬達的主要技術(shù)參數(shù)型號結(jié)構(gòu)形式排量額定扭矩額定壓力OMS315151F0548柱塞型315ml/r315N?m28MPa4.3.2液壓泵參數(shù)計算和選型1.液壓泵的工作壓力在整個的液壓系統(tǒng)中，液壓泵在其絞車滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)下的工作壓力應(yīng)滿足下式:（4-5）其中：Pa——液壓泵的工作壓力，MPb——液壓元件各階段所需工作壓力最大值，M?Q——壓力損失，M2.液壓泵的工作流量根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計元器件選型手冊》液壓泵的實際工作流量應(yīng)該大于液壓馬達的進口流量，即（4-6）式中：K——所有同時流入液壓馬達工作的流量之和，L/min；f——系統(tǒng)回路泄露系數(shù)，f=1.1~1.3（4-7）其中：q——馬達理論排量，ml/r；nmax——馬達最高轉(zhuǎn)速，r/minηv3.液壓泵的功率（4-8）式中：Q——液壓泵的流量，L/min；η——液壓泵的總效率。4.液壓泵的選型據(jù)之前的設(shè)計計算，液壓馬達的供油量Q和輸出壓力Pa恰好滿足液壓回路的需求。為了確保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，在選擇液壓泵的型號時，應(yīng)確保供油量Q和輸出壓力Pa具有一定的余量。因此最終選擇表2液壓泵主要技術(shù)參數(shù)排量(ml/r)轉(zhuǎn)速(r/min)流量(L/min)功率（KW）25012006004004.4本章小結(jié)本章對所設(shè)計的液壓驅(qū)動絞車的液壓控制系統(tǒng)進行了工況分析、液壓系統(tǒng)控制原理圖進行了設(shè)計以及液壓絞車系統(tǒng)的工作原理進行了分析。通過查閱相關(guān)的液壓系統(tǒng)選型資料，對液壓系統(tǒng)進行了關(guān)于絞車穩(wěn)定性、可靠性和調(diào)速精度的設(shè)計，并對液壓系統(tǒng)進行了詳細(xì)的闡述，最后，經(jīng)過分析采用了電液控制系統(tǒng)的開式回路閉環(huán)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)，從而使得液壓驅(qū)動絞車的整體運行合理且完善。第5章總結(jié)與展望5.1設(shè)計工作總結(jié)液壓驅(qū)動絞車在礦業(yè)生產(chǎn)、海洋船舶、冶煉金屬等諸多工程應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，其中礦業(yè)開采井下運輸應(yīng)用的尤為廣泛，它對絞車的功率、可靠性、穩(wěn)定性、調(diào)速范圍有極高的要求，然而由于傳統(tǒng)絞車受限于作業(yè)空間狹窄、作業(yè)環(huán)境惡劣等問題已無法滿足井下開采運輸?shù)纫幌盗袕?fù)雜的環(huán)境。本文首先闡述了液壓驅(qū)動絞車的基本工作原理，并對絞車進行了整體布局，選型出了符合液壓驅(qū)動絞車結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)主要零部件并對其進行了相關(guān)的強度校核，并根據(jù)液壓系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，在設(shè)計液壓控制系統(tǒng)前對液壓驅(qū)動絞車進行了實際的工況分析，設(shè)計出了符合礦下應(yīng)用液壓絞車控制系統(tǒng)，并完成了以下工作內(nèi)容：（1）查閱文獻了解到了液壓驅(qū)動在傳統(tǒng)絞車中的實際應(yīng)用情況，進而引出了液壓驅(qū)動絞車的概念，表明出了液壓驅(qū)動絞車相對于傳統(tǒng)絞車具有更好的穩(wěn)定性、調(diào)速精度、可靠性等優(yōu)點，并通過國內(nèi)國外文獻具體闡述了，有關(guān)液壓驅(qū)動絞車在各個工業(yè)領(lǐng)域中的實際應(yīng)用和研究情況分析。（2）具體介紹了液壓驅(qū)動絞車的各個主要結(jié)構(gòu)組成部分，并通過查閱大量液壓絞車的資料對液壓驅(qū)動絞車進行了整體的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)已知的參數(shù)和《機械設(shè)計手冊》對其主要零部件電動機、滾筒、鋼絲繩、液壓馬達、液壓泵、密封圈進行了選型分析，并對滾筒和鋼絲繩進行了強度校核，使其可以充分適應(yīng)礦下復(fù)雜的業(yè)作環(huán)境。（3）根據(jù)液壓系統(tǒng)的一般設(shè)計原則，設(shè)計了液壓驅(qū)動絞車的電液比例控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是由液壓泵、三相四通電磁比例換向閥、溢流閥、單向閥、平衡閥、電磁換向閥、液壓馬達、油箱、滾筒等元件組成，與傳統(tǒng)的絞車相比，通過增加三相四通電液比例換向閥、平衡閥以及電磁換向閥使得整個液壓控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)回收和釋放控制，從而讓液壓絞車的控制系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定可靠，大大的提高了液壓驅(qū)動絞車在礦下復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中的適應(yīng)性。5.2設(shè)計工作展望此次液壓驅(qū)動絞車結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，在查閱大量資料的同時，發(fā)現(xiàn)近些年來，隨著工業(yè)時代4.0的到來，伴隨著計算機技術(shù)工業(yè)信息化的不斷發(fā)展，機器自動化的技術(shù)在不斷提升，人們對于液壓驅(qū)動自動化絞車已不再陌生，并且由于絞車設(shè)計結(jié)構(gòu)在不斷的完善簡化，液壓控制系統(tǒng)在不斷普及，導(dǎo)致液壓驅(qū)動絞車已運用至實際工作的方方面面之中，但在復(fù)雜的液壓控制和功率轉(zhuǎn)化的方面上仍有很長的道路路要走，而該液壓驅(qū)動絞車的電液比例控制系統(tǒng)可以達到本文的設(shè)計要求，液壓絞車的功率、穩(wěn)定性、可靠性以及調(diào)速范圍效果都較為理想，但在設(shè)計過程中，仍有一些不足和需要完善的地方。在本次設(shè)計中對礦下絞車重物的載荷，進行了大致的估算，但與實際情況可能存在一些差距，同時由于作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性和液壓能在傳遞過程中的損耗等問題，在絞車實際作業(yè)工程中，受環(huán)境的影響鋼絲繩在滾筒上排列易出現(xiàn)列錯疊和離隙等方面任存在著一些局限性。為了使得液壓驅(qū)動絞車更加貼近井下采礦運輸需求，能更好的被工業(yè)化時代所接受，就需要對這些存在的問題不斷的改進。在今后不斷的研究開發(fā)高強度、輕質(zhì)量、價格低的新材料，同時，針對液壓傳動控制系統(tǒng)和液壓傳動功率損耗的問題不斷的加以完善，使得液壓驅(qū)動絞車在今后的發(fā)展不斷向前。參考文獻[1]徐廣闊.大功率液壓絞車新型液壓系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2013.[2]張崢穎,許良元,宋子文,等.基于AMEsim的拖拉機電控液壓系統(tǒng)仿真分析與試驗驗證[J].青島理工大學(xué)學(xué)報,2023,44(03):97-103.[3]邱啟明,江國棟.自動拆包出料裝置的設(shè)計[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理,2018,31(09):31-33.DOI:10.13824/ki.cmtm.2018.09.010.[4]楊新佳.煤礦機械液壓傳動技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù),2018,(15):95.DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2018.15.086.[5]馬紅波.恒張力控制液壓絞車的系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].浙江師范大學(xué),2018.[6]秦亞洲,王傳禮,楊林建.液壓絞車電液控制系統(tǒng)設(shè)計及性能優(yōu)化[J].煤炭技術(shù),2018,37(04):267-269.DOI:10.13301/ki.ct.2018.04.102.[7]黃魯蒙,張彥廷,孫選建,等.海洋浮式鉆井液壓絞車升沉補償系統(tǒng)設(shè)計[J].石油學(xué)報,2017,38(09):1091-1098.[8]蔣曉光.7000m全液壓頂驅(qū)鉆機主軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的研究[D].燕山大學(xué),2016.[9]祖家龍,趙繼云,丁海港.防爆液壓絞車電液控制系統(tǒng)建模與仿真研究[J].液壓與氣動,2016,(01):28-31.[10]李旋.礦用裝載機的仿真優(yōu)化及有限元分析[D].長安大學(xué),2013.[11]王曉蘭.恒張力液壓滾筒絞車機群液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計及分析[D].天津理工大學(xué),2011.[12]劉天浪.作業(yè)絞車液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與分析[D].大慶石油學(xué)院,2007.[13]何建軍,金正謙.液壓倒繩滾筒絞車的研制與應(yīng)用[J].石油機械,2006,(11):64-65.[14]曹蔚,陳子琦,王棟等.行星齒輪減速器設(shè)計與有限元分析[J].煤礦機械,2020,41(12):10-13.DOI:10.13436/j.mkjx.202012004.[15]楊春慧.淺論提高機械設(shè)計制造