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本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂設(shè)計
院 系： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
2016年4月
摘要
煤炭采樣機(jī)是煤礦企業(yè)主要使用的幾種設(shè)備之一，隨著機(jī)械工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，各種不同類型的固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂將會被應(yīng)用到各種場合，與此同時，由于以往煤炭采樣機(jī)采掘臂的結(jié)構(gòu)以及裝配工藝之間的限制，使得固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的出現(xiàn)故障的頻率越來越頻繁，如果不對固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最基本的就是不能保證常規(guī)的煤炭采樣作業(yè)不能順利完成，嚴(yán)重的會導(dǎo)致煤炭采樣機(jī)出現(xiàn)安全事故，在以前，我國對這種現(xiàn)狀的重視程度還是不夠，即在固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂上有自帶的檢修工具，但這對于難度大點(diǎn)的檢修工作就帶來困難，如果發(fā)生故障，根本就不能夠使用，而對于固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的設(shè)計，主要是考慮其液壓系統(tǒng)的設(shè)計以及各個主臂等等的設(shè)計校核等，只有通過對液壓缸進(jìn)行正確的選型，對采掘臂進(jìn)行強(qiáng)度校核，才能夠設(shè)計出滿意的固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂。
本次設(shè)計是關(guān)于固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的設(shè)計，通過對傳統(tǒng)的固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，對它的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，使得此種類型的固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對今后的選型設(shè)計工作有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：采掘臂；液壓；固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂；參考
Abstract
For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start .This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism.
Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking.
Keywords：Manufacturing ,Location, Clamping, Process
目 錄
摘要 I
Abstract II
1引言 1
1.1研究的目的和意義 1
1.2研究的內(nèi)容 3
1.3本課題的發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.4液壓傳動的基礎(chǔ)知識 5
1.5采樣車的選型 7
1.6同類型產(chǎn)品的比較 7
2固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 7
2.1固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的總體方案圖 9
2.2固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的總體設(shè)計 10
2.2.1確定固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂參數(shù)的原則 11
2.2.2確定固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容 12
2.2.3固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂主要參數(shù)的確定 13
2.3液壓元件的選取與計算 17
2.4液壓缸的選型計算 17
2.4.1缸體壁厚的計算 18
2.4.2缸底厚度的計算 19
2.4.3缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力計算 19
2.4.4缸筒徑向變形計算 20
2.4.5活塞桿強(qiáng)度的計算 21
2.4.6管路的設(shè)計 22
3負(fù)載圖和速度圖的確定 23
4固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的控制原理 23
5固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的三維建模 24
結(jié)論 25
致謝 26
參考文獻(xiàn) 27
1 緒論
1.1 研究的目的和意義
由于液壓工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。液壓工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的液壓產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代液壓工程液壓和液壓設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。
大腦和手之間的人工智能和液壓工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用液壓制造。在過去，各種液壓離不開人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計算機(jī)科學(xué)和液壓工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使液壓工程。在第十九世紀(jì)，液壓工程的知識總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀(jì)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著液壓工程和知識增長的發(fā)展開始分解，液壓工程專業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時達(dá)到的峰值。由于液壓工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學(xué)科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有液壓工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識，包括社會科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。
1.2 研究的內(nèi)容
本次設(shè)計主要針對固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂進(jìn)行設(shè)計，從固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的整體方案出發(fā)，然后具體細(xì)化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個方面：
（1）到圖書館里查閱大量相關(guān)知識的資料，搜集出各類固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。
（2）分析固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。
（3）確定設(shè)計總體方案。
（4）確定具體設(shè)計方案（包括液壓傳動的設(shè)計，控制系統(tǒng)的設(shè)計，液壓缸，軸承等的選型設(shè)計等等）。
（5）固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂圖紙的繪制。
（6）說明書的整理。
1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀
當(dāng)今社會，隨著機(jī)械和液壓工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機(jī)械設(shè)備也在不斷地更新，不斷地完善，固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂同樣在發(fā)展著，傳統(tǒng)的固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂是采用固定的方式，這樣勞動效率低，運(yùn)煤效率同樣低下，不適合大批量的檢修汽車的場合?，F(xiàn)代固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂是用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的檢修固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的一種新型的固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂。隨著機(jī)械行業(yè)的大發(fā)展，固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的使用也越來越廣泛。如果使用傳動的臨時的固定式固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的的話，不但勞動強(qiáng)度大、效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量通用型的檢修要求。所以使用一個專用的固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂已成為發(fā)展趨勢。固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的產(chǎn)品圖片如圖1-1,1-2所示：
圖1-1
圖1-2
1.4 液壓傳動的基礎(chǔ)知識
廣泛的液壓工程和多方位的服務(wù)領(lǐng)域都需要液壓系統(tǒng)的支持，在各行各業(yè)，特別是工程機(jī)械領(lǐng)域，液壓缸的使用非常廣泛，幾乎無處不在。傳統(tǒng)的液壓傳動形式已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)今越來越快的工業(yè)腳步的進(jìn)展，迫切需要液壓系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代處理，從而來滿足當(dāng)今社會液壓工業(yè)發(fā)展的需要?？傊?，現(xiàn)代液壓工程有五個業(yè)務(wù)領(lǐng)域：能源液壓的開發(fā)和交付，用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的液壓開發(fā)和交付，在各種液壓服務(wù)的開發(fā)和交付，以及家庭和個人生活中的應(yīng)用提供了各種液壓的發(fā)展，液壓臂的開發(fā)和交付。水利工程的理論基礎(chǔ)的建立和發(fā)展。例如，在工程力學(xué)、流體動力學(xué)流體和壓力的研究；金屬和非金屬材料性能的研究，材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用；熱生成熱力學(xué)，傳導(dǎo)和開關(guān)；各種液壓部件的研究有不同的功能，工作原理，結(jié)構(gòu)，和液壓原理和液壓零件的科學(xué)設(shè)計計算；研究金屬和非金屬成型和金屬切削加工技術(shù)和非技術(shù)等。研究，并開發(fā)新的液壓產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代液壓產(chǎn)品來滿足當(dāng)前和未來的需求設(shè)計。液壓產(chǎn)品包括：規(guī)劃和實施生產(chǎn)設(shè)施；生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)計劃的發(fā)展和實施的準(zhǔn)備；制造工藝；設(shè)計和制造工具，模具和材料定額；確定工作定額；組織加工，裝配，測試和包裝運(yùn)輸；產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。液壓機(jī)制造企業(yè)的經(jīng)營管理。液壓系統(tǒng)的液壓部件通常是由許多獨(dú)特的形狀組合，精密零件的加工工藝復(fù)雜的產(chǎn)品。一個單件、小批量的生產(chǎn)量，而且在批量，大批量生產(chǎn)，直到。銷售目標(biāo)在所有行業(yè)和個人，家庭。還賣的社會經(jīng)濟(jì)條件影響下，可能會出現(xiàn)大的波動。因此，液壓元件制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，和生產(chǎn)管理的研究，規(guī)劃和管理等企業(yè)都開始在液壓行業(yè)。液壓產(chǎn)品的應(yīng)用。這包括選擇，排序，檢查，安裝，調(diào)整，操作，維護(hù)，修理和用于各種工業(yè)和成套液壓設(shè)備的液壓改造，液壓產(chǎn)品保證長期使用的可靠性和經(jīng)濟(jì)。液壓產(chǎn)品的應(yīng)用。這包括選擇，排序，檢查，安裝，調(diào)整，操作，維護(hù)，修理和改造各種工業(yè)用液壓及成套液壓設(shè)備，液壓產(chǎn)品，保證長期使用的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
1.5采樣車的選型
近年來，我國工業(yè)對煤炭質(zhì)量要求越來越高，為此對煤炭采樣要求也越來越高，機(jī)械化采樣逐步取代了人工采樣。70年代到現(xiàn)在，我國在煤炭采制樣設(shè)備方面發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，種類齊全，自動化程度高的設(shè)備大量涌現(xiàn)市場，設(shè)備的構(gòu)造越來越復(fù)雜，功能也有最初的單級采樣發(fā)展成為多級采樣，基本包括了采樣、制樣全過程，有的甚至包含了煤質(zhì)分析，越來越完善。但是總的來說，我國采樣-制樣系統(tǒng)方面，仍然落后于世界上的產(chǎn)煤用煤大國。對于不同類型以及不同性能的采樣設(shè)備，在不同的現(xiàn)場工況選定原則不同。文章就采樣設(shè)備工作原理進(jìn)行了研究分析，簡單介紹采樣設(shè)備的選型方法。
為了檢驗調(diào)整后采樣器采樣數(shù)據(jù)與停帶采樣數(shù)據(jù)，筆者根據(jù)電廠皮帶輸送線上煤流的數(shù)據(jù)計算采用中部采樣機(jī)，開口為150mm的采樣斗采樣分析數(shù)據(jù)如下表1所示。統(tǒng)計值tc由下面式子計算tc=dnSd式中：
d—成對樣品之間差值平均值；
n——檢驗值的成對組數(shù)；
Sd—成對樣品之間的差值標(biāo)準(zhǔn)差。計算得到1號系統(tǒng)樣本tc=1.48，2號系統(tǒng)tc=1.85查自由度（n-1）的t值表，得t=2.083，所以兩系統(tǒng)的采樣方法不存在偏倚，均能反映出樣本信息。
1.6同類型產(chǎn)品的比較
經(jīng)過多年的實踐、推廣、技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)形成完備的技術(shù)體系，現(xiàn)在新型的MXY300CPR產(chǎn)品擁有先進(jìn)的傳感器技術(shù)、精密的機(jī)械傳動、成熟的微機(jī)技術(shù)，是現(xiàn)在國內(nèi)體積小、重量輕、操作方便的煤灰分及發(fā)熱量測量儀器。而且本公司遵循著發(fā)展求生存以及滿足用戶需求的原則將不推出新型號的產(chǎn)品，使用先進(jìn)的技術(shù)，不斷完善不斷發(fā)展。 我公司核心研發(fā)人員是國內(nèi)早從事煤灰分測定儀的研發(fā)人員，國內(nèi)早的熱值快灰儀是在兗州礦務(wù)局使用，當(dāng)時的產(chǎn)品就我公司核心研發(fā)人員設(shè)計生產(chǎn)的?，F(xiàn)在我公司的產(chǎn)品經(jīng)過改進(jìn)已在眾多電廠及煤站使用，效果良好。
2 固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.1 固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的總體方案圖
固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂一般常見于對煤炭進(jìn)行采樣的場所，當(dāng)需要對煤炭進(jìn)行采樣作業(yè)時，啟動固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂，液壓缸打開行程，從而來推動采煤機(jī)大臂擺動，該固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂上面的采煤莊子會慢慢上升，當(dāng)采煤取樣作業(yè)完成后，液壓缸緩緩縮回行程，這樣就完成了一次采樣過程。本次設(shè)計的煤炭采樣機(jī)采掘臂的方案圖如下圖2-1所示：
2-1 固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂總體方案圖
2.2.固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的總體設(shè)計
2.2.1 確定固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂參數(shù)的原則
1、要滿足配套設(shè)備的相關(guān)要求；
2、與固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的工作方式相適應(yīng)；
3、結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便；
4、固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的工作穩(wěn)定性好。
2.2.2 確定固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容
1、確定正常工作條件下，固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系；
2、確定固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂總體與主要部件的布置與尺。
2.2.3 固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂主要尺寸的確定
1、固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂高度
2、固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂伸縮比
固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的伸縮比指最大與最小固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂高度之比值為：代入數(shù)據(jù)得m=1.3。
2.3 液壓元件選擇與計算
（一）液壓缸
液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為1.62MPa，如果取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa,為使壓力繼電器能可靠工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最高工作壓力0.5MPa，則小流量液壓泵的最大工作壓力為
大流量液壓泵在快進(jìn)，快速運(yùn)動時才向液壓缸輸油，如果取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量閥的最高工作壓力為:
，則由工況圖可知：
最大流量為17.64L/min,因系統(tǒng)比較簡單，所以取泄露系數(shù)為：
則兩個液壓泵的實際流量為
由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min,而工進(jìn)時輸入液壓缸的流量為0.5L/min，由小流量液壓泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為3.5L/min。
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R12-6/26型雙連葉片液壓泵，其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6ml/r和26ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速時該液壓泵的理論流量為20.08L/min，若取液壓泵的容積效率，由于液壓缸在工進(jìn)時輸入功率最大，這是液壓泵工作壓力為2MPa，流量為27.1L/min.按圖標(biāo)去液壓泵的總效率為則液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需的功率為：
根據(jù)此數(shù)值查閱電動機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動機(jī)，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速。
缸體、活塞和活塞桿的材料
1)缸體：
機(jī)床----多數(shù)采用高強(qiáng)度鑄鐵（HT200），當(dāng)壓力超過8MPa時，采用無縫鋼管。
工程機(jī)械----多數(shù)采用35鋼和45鋼無縫鋼管。壓力高時，可采用27SiMn無縫鋼管或45鋼鍛造。
2）活塞：
整體式活塞----多數(shù)采用35鋼和45鋼。
裝配式活塞----常采用灰鑄鐵、耐磨鑄鐵、鋁合金等，特殊需要的可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍耐磨套。
3)活塞桿：
一般采用35鋼和45鋼，當(dāng)液壓缸的沖擊振動很大時，可使用55鋼或40Cr等合金材料
（二）閥類原件及輔助原件：
1）單向閥
單向閥分成兩類:有普通單向閥和液控單向閥.普通單向閥只允許液流向一個方向通過.液控單向閥既有普通單向閥的功能,并且只要在遠(yuǎn)程控制口通以一定壓力的控制油液,液流反向也能通過.在工程應(yīng)用中常用兩個液控單向閥組成液壓鎖.
圖2.11 單向閥
液控單向閥可作為單向閉鎖和保壓使用。它用于液壓系統(tǒng)中，阻止油液反向流動，起到普通單向閥作用；但可利用控制壓力油，通過控制活塞打開單向閥芯，使油液實現(xiàn)反向流動。液控單向閥可用在需要嚴(yán)格封閉的油路中，進(jìn)行單向閉鎖，起到保壓作用。
對單向閥的要求：
1、對于正向開啟壓力為0.04Mpa的液控單向閥，使用時不允許閥芯錐面垂直向上方安裝。
2、管接頭連接處，禁止用油漆、麻絲、聚四氟乙烯密封帶，可用密封膠。
3、對于外泄式結(jié)構(gòu)的液控單向閥，控制活塞部分的泄漏油應(yīng)從L口單獨(dú)接回油箱。
2）溢流閥
圖示為球閥式直動型溢流閥。它也有一個阻尼活塞，但與錐閥式結(jié)構(gòu)不同活塞與球閥之間不是剛性連接，而是通過阻尼彈簧使活塞與球閥接觸（活塞兩端的液壓力平衡）。由于活塞的阻尼作用，可使始終與活塞相連接的球閥運(yùn)動平穩(wěn)。
當(dāng)壓力油自進(jìn)油口經(jīng)環(huán)形槽進(jìn)入油腔時，同時液壓油經(jīng)油道進(jìn)入閥芯右面腔。當(dāng)油口處壓力升高到作用在閥芯右側(cè)的力超過彈簧力的時候。閥芯左移，閥口處于某一開度，油腔和回油環(huán)形槽接通，油液從回油口排出，這時壓力油作用在閥心上的力就和開度下作用在閥芯上的彈簧力保持平衡：
P·A=Fs=k(x0+△x)
由于閥芯位移量△x遠(yuǎn)小于x0，所以
P·A=Fs=k(x0+△x)≈kx0
圖3.13 溢流閥
P=F/A= k(x0+△x)/A≈kx0/A=常數(shù)
即壓力也就基本穩(wěn)定在kx0數(shù)值上。
3）三位四通換向閥
由閥體和閥芯組成。閥體圓孔內(nèi)有5條環(huán)形槽，分別對應(yīng)P、A、B、T1四個油口，閥芯上有三個凸臺。
圖3.14 三位四通換向閥
2.4液壓缸的選型計算
液壓缸的設(shè)計計算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機(jī)結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長度L。
表3.1? 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑
液壓缸工作壓力p/MPa
<5
5～7
>7
推薦活塞桿直徑d
(0.5～0.55)D
(0.6～0.7)D
0.7D
強(qiáng)度校核的項目包括缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。
當(dāng)D/δ>10時為薄壁，δ按下式校核:
式中，D-缸筒內(nèi)徑；，
當(dāng)D/δ<10時為厚壁，δ按下式校核:
根據(jù)以上表格可知，
2.活塞桿直徑d
查表可得，
式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。
3.缸蓋固定螺栓直徑ds
查表可得，
式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；k—螺紋擰緊定螺栓個數(shù)；
[σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[σ]= σs/（1.22~2.5），σs為材料的屈服點(diǎn)。[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。
2.4.1缸體壁厚的計算
⑴按薄壁筒計算：?
⑵按中等壁厚計算：
⑶按厚壁筒計算：
［σ］缸體材料許用應(yīng)力；［σ］＝σb/?n=580/4=145；
σb缸體材料的抗拉強(qiáng)度。對于45鋼正火處理，σb＝580?Mpa；
n安全系數(shù)；一般取3.5～5,在這里取 n=4；
ψ強(qiáng)度系數(shù)；對于無縫鋼管ψ＝1；
c計入管壁公差及侵蝕的附加壁厚；一般按標(biāo)準(zhǔn)圓整缸體外圓值；
D缸體內(nèi)徑(mm);?
2.4.2缸底厚度的計算
⑴平形無油孔：=320-0.433X30X=11.33，取11.;
⑵平形有油孔：=320-1.5X30X=19.5，取20;
d0 油口直徑(mm)；
2.4.3缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力計算
式中：
Ppl缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力；
σs缸體材料的屈服強(qiáng)度。對于45鋼正火處理，σs＝340?Mpa；
D1缸體外徑；
2.4.4缸筒徑向變形計算
式中：△D? 缸體材料在試驗壓力下的變形量；
E?缸體材料彈性模數(shù)；對于鋼材E＝2.1×105Mpa；
γ缸體材料的泊松系數(shù)；對于鋼材γ＝0.3；
2.4.5活塞桿強(qiáng)度的計算
活塞桿強(qiáng)度計算公式為：
d1 活塞桿危險截面直徑；
整體式活塞桿的各種類型分別如下圖所示：
2.4.5 管路的設(shè)計
各元件間連接管道的規(guī)格按原件接口尺寸決定，液壓缸則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，如下表所示。
油液在壓油管中的流速取3m/min，
d≥2=2×mm=9.3mm
油液在吸油管中的流速取1m/min,
d≥2=2×mm=11.3mm
兩個油管都按GB/T2351-2005選用外徑Φ15mm、內(nèi)徑Φ12mm的無縫鋼管。
流量、速度
快進(jìn)
工進(jìn)
快退
輸入流量L/min
q1=(A1qp)/(A1-A2`)
=(19.63x6)/(19.63-10.01)
=12.24
q1=0.5
q1=qp=6
排出流量L/min
q2=(A2q1)/A1
=(10.01x12.24)/19.63
=6.24
q2=(A2q1)/A1
=(0.5x10.01)/19.63
=0.25
q2=(A1q1)/A2
=(19.63x6)/10.01
=11.76
3 負(fù)載圖和速度圖的確定
查相關(guān)表格可知，液壓缸的工作效率η=0.9，可以得到以下計算公式：
啟動：F=Ffj=880N;
F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N;
加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N;
F‵=F/η=1073.20/0.9=1193 N;
快進(jìn)：F=Ffd=290 N;
F‵=F/η=580/0.9=645 N;
工進(jìn)：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N;
F‵=F/η=3763/0.9=4182 N;
快退：F=Ffd=290N;
F‵=F/η=580/0.9=645 N;
根據(jù)工況負(fù)載F及行程S，繪制負(fù)載圖（根據(jù)工進(jìn)速度V1，快進(jìn)速度V2確定下圖）：
4 固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的控制原理
本次設(shè)計在固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂是通過單片機(jī)系統(tǒng)控制的，單片機(jī)系統(tǒng)輸出指令給電磁閥，電磁閥得電控制液壓缸打開行程，從而來推動大臂擺動，該固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂上面的采樣機(jī)構(gòu)會慢慢上升，當(dāng)采樣作業(yè)完成后，電磁閥失電，液壓缸緩緩縮回行程，這樣就完成了一次煤炭采樣過程。
5 固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的三維建模
5.1 后臂的三維建模
5.2 底座的三維建模
5.3 采煤機(jī)采樣機(jī)采掘臂的三維建模
結(jié) 論
通過本次設(shè)計,讓我學(xué)習(xí)到了許多知識，特別是對傳動機(jī)構(gòu)的應(yīng)用方面，是我收獲最大的地方。本次的設(shè)計的傳動機(jī)構(gòu)包含了電動缸驅(qū)動鋼絲繩輪這一最典型的機(jī)構(gòu)，通過查找與它相關(guān)的設(shè)計資料，到計算帶動欄桿升降所需要在輸出扭矩從而對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，包括傳動軸的校核，例如強(qiáng)度校核部分的設(shè)計，都花費(fèi)了我好多精力。同時，也讓我學(xué)到了好多知識。
在相關(guān)的實際問題的討論中，我的導(dǎo)師總是孜孜不倦的引導(dǎo)著我，幫助著我。每周一次的進(jìn)度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進(jìn)，不僅工作的按時保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無疑問，它們對我以后的工作，學(xué)習(xí)，生活都會起到深遠(yuǎn)而長久的良好影響。也能為人生打下一個夯實地基礎(chǔ)！
在具體的研究設(shè)計過程中，同學(xué)們也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要?dú)怵H，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計。
最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在濱海學(xué)院學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計的寶貴的鍛煉機(jī)會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識是無止境的，無價的，我愿在求真的道路上下而求索！
四年的大學(xué)生活就要結(jié)束了，在大學(xué)的四年將會是我這一生的財富。從大一的懵懵懂懂。到畢業(yè)時的依依不舍。這四年我成長了，這四年是我人生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，今天借畢業(yè)論文之便，我想表達(dá)我對學(xué)校，對幫助過我的人表示誠摯的感謝。首先需要感謝就是我的母校和我的學(xué)院，是你提供給我學(xué)習(xí)的機(jī)會。然后是要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師，是你的不辭辛勞的指導(dǎo)，我才能順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計的全部工作。在畢業(yè)設(shè)計的中間我給你帶來的不便，在此還希望你能夠海涵。然后是要感謝我的同學(xué)和學(xué)長們，正是你們的陪伴和幫助我走過了這幾年，在學(xué)習(xí)上的問題，很多都是同學(xué)給我解決的。沒有你們，我就不能成長到今天這么好。同時還要感謝我父母的養(yǎng)育之恩，是你們辛勤的工作給我換了了學(xué)習(xí)的機(jī)會。最后我還要感謝自己。感謝自己的堅持和努力。以后的生活將會是自己成長的另外一個階段了。今天完成這個畢業(yè)設(shè)計，我將會和我的母校說再見，但是在將來的學(xué)習(xí)和工作中，我一定拿出我們浙萬人的氣質(zhì)來。不給母校丟臉，在工作學(xué)習(xí)中勇為人先。幾年的大學(xué)生活：苦樂參半、一生留戀。
致 謝
時間過得很快，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計計算，查找各類固定式煤炭采樣機(jī)采掘臂的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。
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