全液壓掘進(jìn)鉆車設(shè)計畢業(yè)論文.doc

關(guān)鍵字:計算 確定 參數(shù) 壓力 推進(jìn) 沖擊 液壓 最大 活塞 液壓缸 前 言履帶式全液壓鑿巖鉆車是由國民經(jīng)濟發(fā)展的需要,由原國家機械部安排宣化采掘機械廠和法國噻珂瑪公司聯(lián)合制造的,已于1987年投入批量生產(chǎn)。主要用于煤炭的巖巷的掘進(jìn)。該機機身小,結(jié)構(gòu)緊湊,車體(長7.2米,寬1米,高1.6米)適應(yīng)于斷面17.5平方米(巷寬3.5米,巷高4.8米)以下的巖石巷道中作業(yè)。該機雙臂鑿巖,機動靈活,鑿巖速度快工作效率高,鑿巖速度可達(dá)0.81.5米/分;液壓系統(tǒng)先進(jìn),維修方便;工作穩(wěn)定,爬坡能力強;操作方便,安全可靠。幾年來在煤炭系統(tǒng)的礦山中發(fā)揮了重要的作用。該鉆車不僅適應(yīng)于煤炭,而且還可以用于冶金、建材、化工、水電、鐵路等部門的巷道、隧道、涵洞的掘進(jìn)工程中使用,適用面廣,是當(dāng)前我國工程建設(shè)中的一種先進(jìn)的鑿巖設(shè)備。本次設(shè)計的論文共分六個部分,詳細(xì)的介紹了履帶式全液壓掘進(jìn)鉆車液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程,是整個鉆車開發(fā)設(shè)計的綱領(lǐng)。它全程介紹了全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車的應(yīng)用領(lǐng)域;全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的設(shè)計計算及確定;全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)動力源的設(shè)計計算及確定;全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)設(shè)計及液壓控制閥的選取;全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)管路的配置和液壓系統(tǒng)的驗算等。同時還詳細(xì)的說明了液壓鉆車的維修保養(yǎng)的的一些知識點,以便于在使用中的一些保養(yǎng)和出現(xiàn)故障后的簡單維修。我們設(shè)計組的六個成員通過鉆車液壓系統(tǒng)的設(shè)計而對鉆車的結(jié)構(gòu)、性能、操作方法及維護保養(yǎng)規(guī)則有一個全面系統(tǒng)的了解,為以后能正確的使用、操作和維護鉆車,減少使用故障有里一個堅實的基礎(chǔ)。本次設(shè)計我們主要是針對鉆車的液壓系統(tǒng)的設(shè)計,因為鉆車的液壓系統(tǒng)是整臺機器的神經(jīng)系統(tǒng),鉆車的每個執(zhí)行動作都是由液壓傳動來完成的。同時采用液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)點有:1、節(jié)約能源;2、鑿巖效率高,速度快;3、降低鑿巖成本;4、改善鑿巖環(huán)境,噪音低;5、液壓鑿巖施工可提高施工質(zhì)量。通過本次設(shè)計我們主要可以學(xué)會液壓執(zhí)行元件確定、液壓動力元件的選擇、各液壓控制閥的選擇和確定及液壓管路的分析。通過本次設(shè)計之后我們可以知道了液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟為:(1) 明確設(shè)計依據(jù),進(jìn)行工況分析;(2) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù);(3) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖;(4) 液壓元件及液壓油的選擇;(5) 液壓系統(tǒng)性能驗算;(6) 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件。本次設(shè)計說明書的重點突出,對某些不重要的環(huán)節(jié)進(jìn)行省略,有不明之處,可參閱有關(guān)書籍和資料。1 全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車的應(yīng)用領(lǐng)域在本節(jié)我們主要介紹全液壓鑿巖鉆車的應(yīng)用范圍、闡述液壓鉆車的性能特點和對鉆車的主要技術(shù)參數(shù)的介紹1.1 鉆車主要適用范圍履帶式全液壓鑿巖鉆車機身小,采用履帶自行和雙臂液壓鑿巖結(jié)構(gòu),設(shè)計科學(xué)合理,吸取了同類設(shè)備的優(yōu)點,工作性能穩(wěn)定,能實現(xiàn)工作面全方位鑿巖;配套的防卡釬自動停車裝置,鑿巖速度快、成本低,保證施工質(zhì)量。該產(chǎn)品適用于煤礦、鐵路、冶金、水電等建設(shè)中掘進(jìn)巷道、隧道,還可以對掌子面、頂板、側(cè)幫、底板進(jìn)行鑿巖作業(yè)。因其工作噪聲低、安全性高、能減少環(huán)境污染和工人勞動強度,是目前在礦山推行的綠色環(huán)保、安全設(shè)備1.2液壓鉆車的主要特點1、機身小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定性好。 2、操作方便、安全舒適、作業(yè)噪音低、污染少。 3、履帶自行、機動靈活、爬坡能力強。 4、雙臂液壓鑿巖、能在工作面任意鑿巖、定位準(zhǔn)確;施工質(zhì)量好、鑿巖成本低。 5、具有逐步打眼裝置,鑿孔穩(wěn)定,工作效率高。 6、設(shè)有防卡釬自動停車裝置,沖擊頻率可調(diào),鑿巖速度快。 7、動力單一化,能耗低。 8、液壓系統(tǒng)先進(jìn),管路布置合理,檢修方便。1.3鉆車主要技術(shù)參數(shù)表1-1項目單位主要技術(shù)參數(shù)外形尺寸mm7200 1030 1600鑿孔直徑mm2742鉆孔深度mm2100推進(jìn)器最大推進(jìn)力N7000行走速度km/h3爬坡能力%25%約14度最小轉(zhuǎn)彎半徑m6補償行程mm1500適用最大斷面m 17.5裝機容量kw45供電電壓V380/660電機轉(zhuǎn)數(shù)r/min1470鑿巖機沖擊能J200總重t約82 全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的設(shè)計計算及確定液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件是各液壓缸和液壓馬達(dá)和液壓鑿巖機,在本節(jié)進(jìn)行的是各液壓缸和液壓馬達(dá)的設(shè)計計算和確定和液壓鑿巖機的選擇。我們需要確定的液壓缸主要有后支腿液壓缸、前支腿液壓缸、推進(jìn)器擺角液壓缸、推進(jìn)器俯仰液壓缸、鉆臂回轉(zhuǎn)液壓缸、鉆臂擺動液壓缸、鉆臂升降液壓缸、推進(jìn)補償液壓缸、扶釬器開閉液壓缸、推進(jìn)缸、工作臺升降缸。需要確定和計算的液壓馬達(dá)主要有行走馬達(dá)和鉆臂回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)以及選擇合適的跟鉆車配套的液壓鑿巖機2.1 支腿液壓缸的計算和確定根據(jù)同類產(chǎn)品對比可預(yù)選液壓缸的最大推進(jìn)力F 約為7.6 10 N一、選單桿活塞缸 d0.688D二、確定支腿液壓缸的主要參數(shù)1、初選壓力為p116MPa2、參數(shù)的計算p1 A1-p2 A2F /式中:p1-液壓缸工作腔壓力 MPa;p2-液壓缸有桿腔壓力 MPa;A1-活塞桿無桿腔面積 m2;A2-活塞桿有桿腔面積 m2;F-最大推進(jìn)力 N;-總效率。取0.95,背壓力p2約為0MPa即:3.14p1 D /4F /N16 10 3.14D /476000/0.95由此可算出:D80mm d0.688D55mm根據(jù)設(shè)計要求可知液壓缸的行程為243mm和269mm3、計算支腿液壓缸的最大流量初選 v20mm/s0.02m/s可知 QA1 v3.14 D /4 v3.14 6400 10 0.02/46.0288L/min所以可確定前支腿的各參數(shù)為:p16MPa Q6.0288L/minD80mm d55mm因此前支腿可選擇HSGK-02-80/55E-1411-243型號的液壓缸、后支腿可選擇HSGK-02-80/55E-1411-269型號的液壓缸2.2 七連閥上各動作液壓缸的設(shè)計計算2.2.1 鉆臂升降缸根據(jù)同類產(chǎn)品對比可預(yù)選液壓缸的最大推進(jìn)力F 約為96000N一、選單桿活塞缸 d0.556D二、確定鉆臂升降液壓缸的主要參數(shù)1、初選壓力為p116MPa2、參數(shù)的計算p1 A1-p2 A2F /式中:p1-液壓缸工作腔壓力 MPa;p2-液壓缸有桿腔壓力 MPa;A1-活塞桿無桿腔面積 m2;A2-活塞桿有桿腔面積 m2;F-最大推進(jìn)力 N;-總效率。取0.95,背壓力p2約為0MPa即:3.14p1 D /4F/16 10 3.14D /496000/0.95由此可算出:D90mm d0.556D50mm根據(jù)設(shè)計要求可知液壓缸的行程為435mm3、計算鉆臂升降液壓缸的最大流量初選 v20mm/s0.02m/s可知 QA1 v3.14 D /4 v3.14 8100 10 0.02/47.6302L/min所以可確定鉆臂升降液壓缸的各參數(shù)為:p16MPa Q7.6302L/minD90mm d50mm因此鉆臂升降可選擇HSGK-02-90/50E-1311-435型號的液壓缸2.2.2 推進(jìn)補償缸根據(jù)同類產(chǎn)品對比可預(yù)選液壓缸的最大推進(jìn)力F 約為19000N一、選單桿活塞缸 d0.625D二、確定推進(jìn)補償液壓缸的主要參數(shù)1、初選壓力為p116MPa2、參數(shù)的計算p1 A1-p2 A2F /式中:p1-液壓缸工作腔壓力 MPa;p2-液壓缸有桿腔壓力 MPa;A1-活塞桿無桿腔面積 m2;A2-活塞桿有桿腔面積 m2;F-最大推進(jìn)力 N;-總效率。取0.95,背壓力p2約為0MPa即:3.14p1 D /4F/16 10 3.14D /419000/0.95由此可算出:D40mm d0.556D25mm根據(jù)設(shè)計要求可知液壓缸的行程為1500mm3、計算推進(jìn)補償液壓缸的最大流量初選 v100mm/s0.1m/s可知 QA1 v3.14 D /4 v3.14 1600 10 0.1/47.538L/min所以可確定推進(jìn)補償液壓缸的各參數(shù)為:p16MPa Q7.538L/minD40mm d25mm因此推進(jìn)補償缸可選擇HSGK-02-40/25E-1411-1500型號的液壓缸2.2.3 鉆臂擺動缸根據(jù)同類產(chǎn)品對比可預(yù)選液壓缸的最大推進(jìn)力F 約為76000N一、選單桿活塞缸 d0.563D二、確定鉆臂擺動液壓缸的主要參數(shù)1、初選壓力為p116MPa2、參數(shù)的計算p1 A1-p2 A2F /式中:p1-液壓缸工作腔壓力 MPa;p2-液壓缸有桿腔壓力 MPa;A1-活塞桿無桿腔面積 m2;A2-活塞桿有桿腔面積 m2;F-最大推進(jìn)力 N;-總效率。取0.95,背壓力p2約為0MPa即:3.14p1 D /4F/16 10 3.14D /476000/0.95由此可算出:D80mm d0.563D45mm根據(jù)設(shè)計要求可知液壓缸的行程為253mm3、計算鉆臂擺動液壓缸的最大流量初選 v20mm/s0.02m/s可知 QA1 v3.14D /4 v3.14 640000 10 0.02/46.288L/min所以可確定鉆臂擺動液壓缸的各參數(shù)為:P16MPa Q6.288L/minD80mm d45mm因此鉆臂擺動缸可選擇HSGK-02-80/45E-1411-253型號的液壓缸2.2.4 推進(jìn)器俯仰缸因推進(jìn)器俯仰缸和鉆臂擺動缸的受力情況基本一樣,因此他們的各參數(shù)也是基本一樣的,只不過根據(jù)鉆車的工作要求推進(jìn)俯仰缸的行程是435mm因此推進(jìn)器補償缸可選擇HSGK-02-80/45E-1411-435型號的液壓缸2.2.5 推進(jìn)器擺角缸根據(jù)同類產(chǎn)品對比可預(yù)選液壓缸的最大推進(jìn)力F 約為47000N一、選單桿活塞缸 d0.556D二、確定推進(jìn)器擺角液壓缸的主要參數(shù)1、初選壓力為p116MPa2、參數(shù)的計算p1 A1-p2 A2F /式中:p1-液壓缸工作腔壓力 MPa;p2-液壓缸有桿腔壓力 MPa;A1-活塞桿無桿腔面積 m2;A2-活塞桿有桿腔面積 m2;F-最大推進(jìn)力 N;-總效率。取0.95,背壓力p2約為0MPa即:3.14p1 D /4F/16 10 3.14D /447000/0.95由此可算出:D63mm d0.556D35mm根據(jù)設(shè)計要求可知液壓缸的行程為277mm3、計算推進(jìn)器擺角液壓缸的最大流量初選 v30mm/s0.03m/s可知 QA1 v3.14 D /4v3.14 640000 10 0.03/45.6082L/min所以可確定推進(jìn)器擺角液壓缸的各參數(shù)為:p16MPa Q5.6082L/minD63mm d35mm因此推進(jìn)器擺角可選擇HSGK-02-63/35E-1411-277型號的液壓缸2.2.6 扶釬器開閉缸(夾緊缸)根據(jù)同類產(chǎn)品對比可預(yù)選液壓缸的最大推進(jìn)力F約為15500N一、選單桿活塞缸 d0.694D二、確定推進(jìn)缸的主要參數(shù)1、初選壓力為p116MPa2、缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)計算p1 A1-p2 A2F /式中:p1-液壓缸工作腔壓力 MPa;p2-液壓缸有桿腔壓力 MPa;A1-活塞桿無桿腔面積 m2;A2-活塞桿有桿腔面積 m2;F-最大推進(jìn)力 N;-總效率。取0.95,背壓力p2約為0MPa即:3.14p1 D /4F/16 10 3.14D /415500/0.95由此可算出:D36mm d0.694D25mm根據(jù)設(shè)計要求可知液壓缸的行程為50mm3、計算扶釬器開閉缸的最大流量初選 v100mm/s0.1m/s可知 QA1 v3.14 D /4 v3.14 1296 10 0.1/46.104L/min所以可確定扶釬器開閉液壓缸的各參數(shù)為:p16MPa Q6.104/minD50mm d35mm根據(jù)以上計算結(jié)果可以確定扶釬器開閉缸的各主要參數(shù)分別為:缸徑: 36桿徑: 25行程:50mm工作壓力:16Mpa因為我們選擇的扶釬器開閉缸不是標(biāo)準(zhǔn)系列的液壓缸,所以需要定做HSGK系列液壓缸的外形圖和平面圖分別如下所示:圖2-1 HSGK液壓缸HSGK系列液壓缸的主要型號說明如下:HSG 系列液壓缸HSG 系列雙作用單桿活塞式液壓缸,是液壓系統(tǒng)中作往復(fù)直線運動的執(zhí)行機構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、裝拆方便、易于維修、可帶緩沖裝置及連接方式多樣等特點。他適用于工程機械、礦山機械、起重運輸機械、冶金機械及其他機械等。 型號說明 .雙作用單桿活塞式液壓缸。.缸蓋連接方式:L-螺紋缸徑80;K-卡件缸徑80;80/55無卡件式。 .設(shè)計序號:01-活塞為y型圈密封;02-活塞為組合密封。.缸徑mm。 .活塞桿直徑mm。 .壓力等級 16MPa。.缸頭、缸筒連接方式:(見附表)。.活塞桿端連接方式:(見附表)。 .緩沖部位:(見附表)。.油口連接方式:1-內(nèi)螺紋。 .與主機連接方式。 缸頭、缸筒連接方式編 號連 接 方 式備 注1缸頭耳環(huán)帶襯套2缸頭耳環(huán)裝關(guān)節(jié)軸承3鉸軸用于缸徑D80(指卡鍵連接)4端部法蘭5中部法蘭活塞桿端連接方式編 號連 接 方 式備 注1桿端外螺紋編號2、4、6用于缸徑632桿端內(nèi)螺紋3桿端外螺紋桿頭耳環(huán)帶襯套4桿端內(nèi)螺紋桿頭耳環(huán)帶襯套5桿端外螺紋桿頭耳環(huán)裝關(guān)節(jié)軸承6桿端內(nèi)螺紋桿頭耳環(huán)裝關(guān)節(jié)軸承7整體式活塞桿耳環(huán)帶襯套僅用于40、50缸徑8整體式活塞桿耳環(huán)裝關(guān)節(jié)軸承緩沖部位編 號部 位備 注0不帶緩沖40、50、63缸徑不帶緩沖;速比2時只有缸頭端帶緩沖。 1兩端帶緩沖2缸頭端帶緩沖3桿頭端帶緩沖圖2-2 HSGK系列液壓缸型號說明2.3 鉆臂回轉(zhuǎn)馬達(dá)的各參數(shù)的設(shè)計計算根據(jù)鉆車的工作條件和鉆車本身的主要性能可初步估算鉆臂的鉆矩約為M646.93N m則可初選 0.8 注:為總效率p116MPap20MPa則 q6.28M/pp1-工作腔的壓力p2-執(zhí)行腔的壓力q-排量M-鉆矩p-壓力差q6.28 M/p1-p2 6.28 646.93/16 10 0.8317.4 10 m /r317.4ml/r由上面的壓力p16MPa流量q317.4mil/r則可選擇上海飛機制造廠生產(chǎn)的BM-D320型液壓馬達(dá),它的具體參數(shù)如下表表2-1排量(ml/r)壓力MPa轉(zhuǎn)數(shù)r/min額定轉(zhuǎn)矩N m額定流量L/min功率KW重量kg額定最高額定最高317.416 20 250 3106758016.722.6BM-D320馬達(dá)的外形圖如下圖所示:圖2-3 BM-D320液壓馬達(dá)2.4 推進(jìn)缸的設(shè)計計算因為推進(jìn)過程是和轉(zhuǎn)釬沖擊配合一起完成工作的,所以我們還得單獨計算推進(jìn)缸的各參數(shù)。推進(jìn)缸的各參數(shù)計算過程如下:根據(jù)同類產(chǎn)品對比可預(yù)選液壓缸的最大推進(jìn)力F約為29830N一、選單桿活塞缸 d0.7D二、確定推進(jìn)缸的主要參數(shù)1、初選壓力為p116MPa2、缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)計算p1 A1-p2 A2F /式中:p1-液壓缸工作腔壓力 MPa;p2-液壓缸有桿腔壓力 MPa;A1-活塞桿無桿腔面積 m2;A2-活塞桿有桿腔面積 m2;F-最大推進(jìn)力 N;-總效率。取0.95,背壓力p2約為0MPa即:3.14p1 D /4F/16 10 3.14D /429830/0.95由此可算出:D50mm d0.7D35mm根據(jù)設(shè)計要求可知液壓缸的行程為1195mm3、計算推進(jìn)液壓缸的最大流量初選 v100mm/s0.1m/s可知 QA1 v3.14 D /4 v3.14 2500 10 0.1/411.775L/min所以可確定鉆臂升降液壓缸的各參數(shù)為:p16MPa Q11.775L/minD50mm d35mm根據(jù)以上計算結(jié)果可以確定推進(jìn)缸的各主要參數(shù)分別為:缸徑: 50桿徑: 35行程:1195mm壓力:16MPa因為我們選擇的推進(jìn)缸不是標(biāo)準(zhǔn)系列的液壓缸,所以需要定做以上就是鉆臂上各工作缸和工作馬達(dá)的計算和確定,具體工作原理圖如下所示:圖2-4 鉆車的鉆臂2.5 行走馬達(dá)的各參數(shù)的設(shè)計計算一、參數(shù):轉(zhuǎn)矩M80.946N m初選 0.8 為總效率p 16MPa p 0MPa所以 q6.28M/p6.28 80.946/16 10 0.839.714 10 m /r39.714ml/rp1-工作腔的壓力p2-執(zhí)行腔的壓力q-排量M-鉆矩p-壓力差根據(jù)上面計算的參數(shù)可選用韓國東明重工業(yè)株式會社生產(chǎn)的TM07VA型的液壓馬達(dá),他的具體參數(shù)如下表:表2-2型號最大輸出轉(zhuǎn)矩最高使用壓力最高轉(zhuǎn)速最大流量TM07VA671Nm29.4MPa3500r/min139L/min圖2-5 TM07VA型液壓馬達(dá)2.6 液壓鑿巖機的選擇根據(jù)鉆車的工作要求和設(shè)計要求我們可選擇HYD?200型液壓鑿巖機,HYD?200型液壓鑿巖機是一種新型高效的鑿巖設(shè)備,液壓鑿巖機采用循環(huán)的高壓油作動力,能量利用率高、機械性能好、鑿巖速度高,性能參數(shù)可調(diào),以適應(yīng)不同的巖石,減少故障,消除了污染,凈化工作環(huán)境,噪聲低改造了工作條件。自動化程度高,減輕工人勞動強度、潤滑條件好,零件壽命高。根據(jù)設(shè)計要求的HYD?200型液壓鑿巖機的主要性能參數(shù)如下:沖擊油壓 16MPa沖擊流量 3045L/Min沖擊能 100200J沖擊頻率 3467HZ(三個頻檔)轉(zhuǎn)釬速度 200240r/min鉆孔直徑 2845mm機重 115Kg所以我們選擇的HTD200型鑿巖機具體參數(shù)如下:表2-3液壓鑿巖機HYD200沖擊能 J沖擊頻率 Hz沖擊油壓 Mpa沖擊流量 L/min旋轉(zhuǎn)扭矩 N.M20034-6714-1630-4560-300旋轉(zhuǎn)油壓 Mpa旋轉(zhuǎn)流量 L/min轉(zhuǎn)釬數(shù) r/min鉆孔直徑 mm重量 Kg4.5-1.540-70200-40027-6495沖擊機構(gòu)工作原理(見下圖)沖擊機構(gòu)由活塞1,與其配合的缸體2,和起換向作用的配油閥3,后缸蓋4,蓄能器5等組成。HYD-200液壓鑿巖機是沖擊回轉(zhuǎn)式的。沖擊和回轉(zhuǎn)分別由兩條液壓油路分別驅(qū)動。其沖擊部分的工作原理是:沖擊部分采用活塞前腔恒高壓式,活塞后腔回油有配油閥的結(jié)構(gòu),由于活塞前腔為恒高壓,所以推動活塞進(jìn)入回程。當(dāng)活塞回程運動信號液壓油到配油閥的推閥腔,推動配油閥交變切換位置,使高壓油進(jìn)入活塞后腔,吸收活塞回程的運動能量。當(dāng)活塞繼續(xù)運動到回程速度等于零的位置,由于活塞后腔高壓油形成的軸向推力大于活塞前腔恒高壓條件下的面積差的軸向力,活塞開始向前運動進(jìn)入沖程,當(dāng)活塞快要打擊釬尾之前,活塞上的泄壓槽把低壓回油路與配油閥孔道接通,使得配油閥的推閥腔很快失壓,于是配油閥交變復(fù)位,切斷了向活塞后腔供油,同時把低壓回油路與活塞后腔溝通,使活塞后腔失壓,由于這時的活塞沖程能量最大,雖然活塞前腔恒高壓開始吸收沖擊能量,但活塞仍然靠慣性向前高速運動,很快打擊釬尾,此后又開始進(jìn)入回程進(jìn)行下一個工作循環(huán),不斷的對釬尾進(jìn)行沖擊。沖擊動作大致可分為四個階段,即回程?回程換向?沖擊?沖擊換向。這四個階段是由配油閥的供油狀態(tài)決定的。蓄能器從回程開始積蓄能量回程轉(zhuǎn)換結(jié)束蓄能完畢;從沖擊轉(zhuǎn)換開始釋放能量,沖擊完畢,釋放能量結(jié)束 活塞開始后退時的液壓原理圖 圖2-6 沖擊器的沖擊原理3 全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)動力源的設(shè)計計算及確定;本節(jié)我們主要根據(jù)執(zhí)行元件的各參數(shù)來確定和選擇動力源。鑿巖鉆車的工作原理是由動力系統(tǒng)把動力源接入鉆車的動力模塊,由動力模塊通過四聯(lián)泵和二聯(lián)泵把電能轉(zhuǎn)化成液壓能。所以我們需要確定的動力元件主要有電機的各參數(shù)確定和液壓泵的參數(shù)計算和確定3.1 電機的選擇根據(jù)動力源要帶動液壓泵驅(qū)動液壓馬達(dá)而且一般都是井下作業(yè),如果選擇柴油機作為動力源的話肯定是危險性較高,因此我們可以選擇45kw防爆增安型防腐三相異步電動機作為動力源,具體參數(shù)如下表表3-1額定功率kw型 號滿 載 時堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流/額定電流最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩重量kg電流A效率轉(zhuǎn)速r/min功率因素cos45YA250M-4WF84.592?14700.881.77.02.24253.2 液壓泵的計算和確定本鉆車所用的液壓泵有兩個,主泵為四聯(lián)組成,供給鑿巖機沖擊和轉(zhuǎn)釬用。或供行走馬達(dá)用。一個輔泵由兩聯(lián)組成,供左右鉆臂各種動作和支腿液壓缸用。該泵具有技術(shù)指標(biāo)先進(jìn),轉(zhuǎn)速高、壓力高、效率高、結(jié)構(gòu)簡單,承受沖擊性能好的特點。零件使用壽命長,使用方便,但自吸能力差,特別適用于多泵油源的液壓系統(tǒng)中,可發(fā)揮一泵多能的獨特優(yōu)勢。他們的各參數(shù)的確定過程如下:3.2.1 輔泵的確定因為輔泵主要是供左右鉆臂各種動作和支腿液壓缸用,而這些執(zhí)行元件中鉆臂升降液壓缸的受力和流量最大,因此只要能滿足鉆臂升降缸的各種動作那其他各執(zhí)行液壓缸和液壓馬達(dá)必定能夠滿足,所以我們就可以根據(jù)鉆臂升降缸的各參數(shù)來確定輔泵的各參數(shù),計算過程如下: 1、液壓泵的最大工作壓力ppppp1+ p注:p1為最大工作壓力p為系統(tǒng)進(jìn)油路上的總壓力損失經(jīng)過類比可知:p116MPa p0.2MPa所以 pp16.2MPa2、液壓泵的最大流量QpKq 注:K為泄漏系數(shù)K取1.1 Q7.6302L/min所以 Qp1.1 7.63028.39322L/min3、液壓泵的驅(qū)動功率Pppp Qp/16.2 10 8.39322 10 /60 0.92.518KW所以計算出的泵的各參數(shù)為:壓力p16.2MPa流量Qp8.39322L/min 根據(jù)以上確定的參數(shù)可以選擇CBKO-6.3-AZA-101型的液壓泵3.2.2 主泵的確定1、主泵主要是供給鑿巖機沖擊和轉(zhuǎn)釬用。最后合流供行走馬達(dá)用。因為主泵是由四聯(lián)泵組成,而我們設(shè)計的液壓系統(tǒng)是對稱的系統(tǒng),所以每個鑿巖沖擊和轉(zhuǎn)釬系統(tǒng)有兩個泵供油,為了便于分析我們可以定義為主泵1和主泵2由已經(jīng)確定的鑿研機和推進(jìn)缸的各參數(shù)可知:Q 41L/min Q 11.775L/min初選主泵的排量q28ml/r所以主泵的流量Qnq1470r/min 28ml/r41160ml/min41.16L/min由系統(tǒng)要求可知泵2主要帶動推進(jìn)缸和鑿巖機中的轉(zhuǎn)釬馬達(dá)用,泵1主要是帶動沖擊器做沖擊用所以有 Q Q -Q 41.16-11.77529.385L/minQ Q - Q 41-29.38511.665L/minQ 41.16L/min Q 11.615L/minQ -鉆釬馬達(dá)的流量Q -沖擊器的流量Q -鑿巖機的流量Q1、Q2分別為主泵1和主泵2的流量Q -推進(jìn)油缸的流量所以排量為28ml/r的主泵完全能夠鑿巖機和推進(jìn)缸的工作要求2、主泵1和主泵2合流后再帶動行走馬達(dá)工作因為行走系統(tǒng)選用了TM07VA型的馬達(dá)它的排量為39.714ml/r由上面的計算過程可知 Q Q + Q 41.16L/min+41.16L/min82.32L/min所以 n Q /q82.32 10 /39.7142072.82r/min因為TM07VA型馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速是3500r/minn所以主泵合流后能滿足行走馬達(dá)的轉(zhuǎn)速要求所以主泵的排量選擇28ml/r是合理的根據(jù)以上確定的參數(shù)我們可以選擇GY-A10V28.28DR/31R-PSCK01型的液壓泵主要型號說明如下:圖3-1 液壓泵型號說明4 全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)設(shè)計及液壓控制閥的選取; ? 4 全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)設(shè)計及液壓控制閥的選取; 本節(jié)我們主要是通過前面已經(jīng)計算出來的各執(zhí)行元件的和動力元件的各參數(shù)來確定各液壓控制閥的參數(shù),通過這些參數(shù)來選取各液壓控制閥。根據(jù)我們設(shè)計的鉆車的具體工作情況和其實際的管路連接情況,我們可以把總回路圖分成五個小回路來分別分析確定各個回路的控制閥,分別是支腿回路、七聯(lián)閥回路、沖擊回路、轉(zhuǎn)釬推進(jìn)回路、行走回路 4.1 支腿液壓回路控制閥的確定 各液壓控制閥的額定壓力和額定流量一般應(yīng)與其使用壓力和流量相接近。對于可靠性要求較高的系統(tǒng),閥的額定壓力應(yīng)高出其使用壓力較多。如果額定壓力和額定流量小于使用壓力和流量,則易引起液壓卡緊和液動力不足,并對閥的工作品質(zhì)產(chǎn)生不良影響 由上面所得的支腿液壓缸和液壓泵的各參數(shù)可知通過方向控制閥的最大流量是Q9.261L/min,最大壓力p16MPa所以可選擇四川長江液壓件廠生產(chǎn)的ZL15G-OTOT-J型三位六通手動多路換向閥 型號說明如下: 4.2 七聯(lián)閥回路控制閥的確定 由上面的計算我們可以知道七聯(lián)閥中控制七個執(zhí)行元件,其中鉆臂升降液壓缸的受力最大,所以執(zhí)行元件中就可以根據(jù)鉆臂升降缸的參數(shù)來確定方向控制閥的各參數(shù)。因鉆臂升降缸的最大流量為Q7.6302L/min ? 最大壓力為p16MPa 同時我們也同樣得考慮液壓泵的供油流量和壓力。因液壓泵的最大流量為? 9.261L/min,最大提供壓力為16MPa 根據(jù)以上參數(shù)我們可以確定通過方向控制閥的最大壓力為p16MPa 最大流量為Q9.261L/MIN 所以我們可以選擇四川長江液壓件廠生產(chǎn)的ZS3-L10F-7OT型液壓控制閥 型號說明如下: 圖4-1? 方向控制閥型號說明 4.3 沖擊液壓回路方向控制閥的確定 因為沖擊器是在液壓鑿巖機連成一體的,所以沖擊器的最大壓力和最大流量應(yīng)按照鑿巖機的最大流量和壓力來計算。由前面我們已經(jīng)確定的參數(shù)可知鑿巖機的最大流量Q41L/min最大壓力p16MPa 而沖擊器是由主泵帶動的,前面我們已經(jīng)確定出主泵的最大壓力和最大流量分別為? Q41.16L/minp16MPa 所以由液壓泵的參數(shù)可以確定控制閥的最大流量和最大壓力分別不小于41.16L/min和16MPa 根據(jù)以上參數(shù)我們可以選用四川長江液壓件廠生產(chǎn)的ZL15G-YT-J型方向控制閥 因沖擊器要控制推進(jìn)補償缸,所以在沖擊器進(jìn)油口和補償缸之間要有一個二位四通的換向閥連接,因壓力和流量分別不小于沖擊器和推進(jìn)缸的壓力和流量,所以我們可選擇上海立新液壓件廠的WMM10G50型方向控制閥,其具體參數(shù)如下: 表4-1 通徑mm 最大流量L/min 最大工作壓力MPa 操縱力N 重量kg 生產(chǎn)廠家 10 100 31.5 20-27 4 上海立新 ? 4.4 轉(zhuǎn)釬推進(jìn)方向控制閥的確定 因為控制轉(zhuǎn)釬馬達(dá)的方向控制閥和控制推進(jìn)缸的控制閥是一個組合二聯(lián)閥,因轉(zhuǎn)釬馬達(dá)是鑿巖機的一部分,最大流量為41L/min,而推進(jìn)缸的最大流量為11.775L/min,他們的最大壓力均為16MPa,所以控制閥的最小流量應(yīng)不小于41L/min,壓力不小于16MPa 同時根據(jù)液壓泵的要求又可知,方向控制閥的最小流量又不小于41.16L/min,壓力不應(yīng)小于16MPa 所以我們可選擇四川長江液壓件廠生產(chǎn)的ZL15GOW03W-J型方向控制閥 4.5 行走回路控制閥的確定 我們已經(jīng)確定了行走馬達(dá)的最大流量為139L/min,最大壓力是29.4MPa.液壓泵供油到行走馬達(dá)時已經(jīng)是主泵中的雙泵合流了,所以能提供的最大流量是82.32L/min,最大壓力是16MPa 根據(jù)上述條件我們可以確定方向控制閥的最小流量不小于139L/min,最小壓力應(yīng)不小于29.4MPa,因此我們可以選擇上海立新液壓件廠生產(chǎn)的4WMM16G50型的換向閥,閥的具體參數(shù)和立體圖如下圖所示: 表4-2 通徑mm 最大流量L/min 最大工作壓力MPa 操縱力N 重量kg 生產(chǎn)廠家 16 300 35 約75 8 上海立新 ? 圖4-2? WMM手動換向閥 ? 4.6 其它各控制閥的參數(shù)確定 系統(tǒng)中的其他各控制閥只要是閥的最小流量和最小壓力分別不小于41.16L/min和16MPa都能滿足條件,所以我們也可以選擇和確定其他各控制閥的型號和參數(shù)如下:。 1、溢流閥 表4-3 壓力MPa 公稱直徑 型號 調(diào)壓范圍 最大流量 重量kg 18 3/8in BT-03*-32 0.5-25.0MPa 100L/min 5.0 15 BG-03*-32 4.7 2、DA型先導(dǎo)式卸荷溢流閥 表4-4 通徑mm 最大工作壓力MPa 最大流量L/min 切換壓力 介質(zhì)溫度 介質(zhì)粘度10 重量kg 25 31.5 100 17?以內(nèi) -2070 2.8380 7.7 3、SV10型單向閥 表4-5 控制容積cm 工作壓力MPa 控制壓力MPa 油溫范圍 黏度范圍mm /s 重量kg 2.2 31.5 0.531.5 -3070 2.8380 2.5 4、2LQFW型冷卻器 表4-6 換熱面積m 傳熱系數(shù)w*m *k 設(shè)計溫度 工作介質(zhì)壓力MPa 冷卻介質(zhì)壓力MPa 由惻壓力降MPa 介質(zhì)黏度10 m /s 0.516 348407 100 1.6 0.8 0.1 10326 5、XU-63*200濾油器 表4-7 流量L/min 額定壓力MPa 過濾精度m 初始壓力降MPa 重量kg 63 6.18 200 0.06 7.40 另外其他還要確定的液壓元件和選擇的型號主要有: 壓力傳感閥:DPSZ-10-P-S-O-20 減壓切斷閥:PSV8-10-S-0-24/20 PRV12-10-S-O-15/8 順序閥:PSV8-10-S-O-24/20 4.7 油箱容積的計算: 油箱容積的有效容量一般為泵的容量的三到七倍,對行走機械冷卻效果比較好的設(shè)備,油箱的容量可選擇小些,對固定設(shè)備、空間面積不受限制的設(shè)備則應(yīng)采用較大的容量。 油箱中油液溫度一般推薦30-50,最高不應(yīng)超過65,最低不低于15,行走機械工作中允許達(dá)到65,在特殊情況下可達(dá)到80 油箱有效溶劑VO按三對泵每分鐘;流量之和的四倍計算: VO42Q1+2Q2+2Q3 式中:Q1表示主泵1的流量;Q2代表主泵2的流量;Q3代表輔泵的流量 V04241.16+241.16+29.261732.648L 4.8 計算油管直徑,選擇油管 系統(tǒng)上一般管道的通經(jīng)按所連接元件的通經(jīng)選取,現(xiàn)只計算主系統(tǒng)、主泵1、主泵2和輔泵上輸出的管子和主泵1、主泵2合流后的管子的參數(shù) (1)軟管內(nèi)徑:可根據(jù)軟管內(nèi)徑與流量、流速的關(guān)系按下式計算: A(1/6)Q/V A?軟管的通流截面積? cm2 Q-管內(nèi)流量L/min V-管內(nèi)流速 m/s通常軟管的允許流速v?6m/s 2軟管尺寸規(guī)格:根據(jù)工作壓力和上式求得的內(nèi)徑,選擇軟管的尺寸規(guī)格,高壓軟管的工作壓力對不經(jīng)常使用的情況下可提高20?,對使用頻繁經(jīng)常彎曲的要降低40? ? (3)軟管的長度:應(yīng)考慮軟管在通入壓力油以后長度方向?qū)l(fā)生收縮變形,一般收縮長度的3?-4?。因此在選擇管長及軟管安裝時應(yīng)避免軟管處于拉緊 狀態(tài)。計算過程如下: 主泵:取管內(nèi)許用流速為vp1.8m/s, 管的內(nèi)徑為: 主泵1? d11.13 1.13 0.022m 22mm 由于主泵1和主泵2 的型號相同d222mm,所以油管可選M22JB1887-77 輔泵:取管內(nèi)許用流速為vp0.608m/s, 管的內(nèi)徑為: ? 所以? d31.13 1.13 0.018m 18mm 所以輔泵的輸出油管可選M18JB1887-77 主泵1和主泵2合流后的油管:取管內(nèi)許用流速為vp3.62m/s, 管的內(nèi)徑為: ? 所以? d41.13 1.13 0.022m 22mm 由于主泵1和主泵2合流后的油管可選M22JB1887-77 通過類比可知其他油管都可選用M22JB1887-77油管 除卸荷閥控制油管稍細(xì)點可選用M14JB1887-77外 管接頭的具體選擇型號和參數(shù)可參照圖中的明細(xì)表 5 全液壓驅(qū)動鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)管路的配置 本節(jié)我們主要介紹各液壓回路的組成情況及各回路的解釋說明,為了設(shè)計和分析的方便,我們可以把我們要設(shè)計的液壓系統(tǒng)分成支腿液壓回路、七聯(lián)閥液壓回路、轉(zhuǎn)釬推進(jìn)液壓回路、沖擊液壓回路、行走液壓回路五個分系統(tǒng)回路,最后把個回路組合成總液壓回路。該鉆車的液壓系統(tǒng)的主要特點是: 鉆車行走和液壓鑿巖機沖擊、轉(zhuǎn)釬共用一個四聯(lián)泵,由于鉆車在鑿巖作業(yè)時不行走,行走時不鑿巖,所以四聯(lián)泵交替供油。行走時四聯(lián)泵中各二聯(lián)合流向左右行走馬達(dá)供油,并同時向液壓制動離合器供油,打開制動器。停止行走時即停止供油,液壓離合器失壓制動,行走停止。行走馬達(dá)的制動由馬達(dá)油路控制。 我們選擇液壓系統(tǒng)作為各執(zhí)行元件的控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點有: v? 節(jié)約能源 ? 對一定鉆進(jìn)能力的鉆車來說,電動液壓系統(tǒng)所需功率,只有氣動鉆進(jìn)功率損耗的三分之一,功率損失小,故可節(jié)約能源。 v? 巖鑿效率高,速度快 經(jīng)試驗對比,在同類巖石和相同孔徑的條件下,鑿深孔用液壓鑿巖機比氣動鑿巖,鑿巖速度提高二倍以上。液壓鑿巖速度可達(dá)0.81.5米/分。 v? 降低鑿巖成本 由于液壓壓力比氣動壓力高10倍左右。因此在同樣沖擊速度時液壓鑿巖機活塞受力面積小,沖擊活塞面積接近釬尾面積,應(yīng)力傳遞損失小,受力均勻,壽命高、故障少、故成本費用可降低30%左右 v? 改善工作環(huán)境,噪聲低 ? 由于液壓鑿巖不必排除廢氣,因而也沒有廢氣所夾雜的油污所造成的對環(huán)境的污染。提高了工作面的能見度,改善操作環(huán)境。液壓鑿巖除金屬撞擊聲外,無廢氣排放聲音,故比氣動鑿巖噪聲可降低510分貝。 v? 液壓鑿巖施工可提高施工質(zhì)量 由于液壓鑿巖爆破后巷道規(guī)格尺寸和表面規(guī)整。采用光爆錨噴以及自動控制先進(jìn)技術(shù),該鉆車能保證鉆孔深度和間距的精度故可提高工程的施工質(zhì)量。 各回路和總圖的分析說明如下: 5.1 七聯(lián)閥液壓回路 圖5-1? 七聯(lián)閥回路 七聯(lián)閥液壓回路的組成見上圖: 如圖所示,該回路由液壓泵、組合七聯(lián)閥、保護溢流閥、控制推進(jìn)缸的組合閥、各缸的單向調(diào)速閥、各執(zhí)行油缸的液壓鎖以及各執(zhí)行液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件。 該油路的液壓油是通過支腿換向閥的過橋閥蓋引入的,整個油路的油壓由一個卸荷閥控制的,該油路共控制六個液壓缸和一個液壓馬達(dá)的工作,采用一個七聯(lián)閥控制油液的流動方向,從而使它們完成了不同的動作。 由于鉆車對推進(jìn)器擺角、推進(jìn)器俯仰、鉆臂擺動鉆臂升降的位置都有非常精確的要求于是,在這幾個液壓缸前均裝有液壓鎖,以使液壓缸可在任何位置鎖定。為了避免進(jìn)行推進(jìn)器擺動、推進(jìn)器俯仰、液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動、鉆臂擺動等動作時發(fā)生沖擊,在各缸和鉆臂回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的進(jìn)出口油路均裝有單向調(diào)速閥。鉆臂上升時,由于鉆臂升降缸在上升時受力較大,在其出油路不必安裝調(diào)速閥,而鉆臂下降時鉆臂受超越載荷,為了防止鉆臂快速下降,在鉆臂下降時的出油路需安裝一個調(diào)速閥。 推進(jìn)補償油缸的進(jìn)出口油路之間裝有一個組合閥,當(dāng)推進(jìn)補償缸壓力過高時,組合閥內(nèi)的溢流閥自動卸荷,兩位四通閥的一個接口接沖擊器進(jìn)油口,當(dāng)沖擊器工作時將此閥打至工作位置,當(dāng)沖擊器沖擊出一定空隙之后,則液壓油會通過此閥使推進(jìn)缸進(jìn)行補償推進(jìn),以使沖擊器繼續(xù)工作。 5.2 沖擊液壓回路 圖5-2? 沖擊液壓回路 如上圖所示,沖擊回路由液壓泵、保護溢流閥、換向閥、濾油器、壓力傳感閥等元件組成。 該系統(tǒng)液壓泵為一個手動伺服變量泵,為系統(tǒng)提供液壓油。由一個保護溢流閥將系統(tǒng)壓力控制在18MPa,當(dāng)壓力達(dá)到18MPa時,液壓油直接通過溢流閥回油箱。換向閥則通過一個小液壓油缸、壓力閥連接推進(jìn)缸進(jìn)油口。當(dāng)推進(jìn)缸在推進(jìn)過程中遇到較大阻力時,其進(jìn)油口油壓升高,壓力閥接通,從而使小油缸發(fā)生動作,換向閥打到工作位置,液壓泵和沖擊器之間的油路被接通,沖擊器開始沖擊。 在沖擊器的進(jìn)出油口之間裝有壓力傳感器,其控制油路接轉(zhuǎn)釬馬達(dá)進(jìn)油口,此接法可完成兩個要求:1 當(dāng)沖擊器壓力過高時,液壓油直接通過壓力傳感器回油箱,對沖擊器起保護作用。2 當(dāng)轉(zhuǎn)釬馬達(dá)遇到阻力時,其進(jìn)油口壓力升高,壓力傳感器發(fā)生作用,從而使沖擊器進(jìn)油口壓力油直接通油箱,沖擊器停止工作。 5.3 行走回路 圖5-3 行走回路 行走液壓回路的組成見圖: 如圖所示由組合泵、行走換向閥、過載保護溢流閥、制動器、行走馬達(dá)及起浮動補油作用的單向閥等組成。 當(dāng)合流泵泵向系統(tǒng)供壓力油時,操作換向閥即可控制行走馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)。只有沖擊換向閥及轉(zhuǎn)釬閥處于中位時,行走液壓回路才可能形成。 在液壓回路形成后,行走通過換向閥來控制鉆車的前進(jìn)后退,轉(zhuǎn)彎停止。當(dāng)鉆車停止即換向閥處于中間位置時,行走回路建立不