潛孔鉆機底盤設(shè)計作業(yè)

1、潛孔鉆機底盤設(shè)計 學(xué)院：機電工程學(xué)院 班級： 機械1214班 學(xué)號：asdasdassadsa 姓名： dasad 鉆孔機械底盤設(shè)計一、 前言鉆孔機械的結(jié)構(gòu)特點和性能決定了它在露天礦山開采、水電工程、筑路等石方工程鉆孔等作業(yè)中具有名明顯優(yōu)勢。 潛孔鉆機是一種新型節(jié)能、高效鑿巖設(shè)備，廣泛地適用于中、小型礦山及筑路、國防、水利和石方工程中的大直徑炮孔鑿巖作業(yè)，也是露天礦山前期開采必不可少的鑿巖設(shè)備，尤其適用于其它鉆車無法正常作業(yè)的凹凸崎嶇地勢。該機結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、鑿速快、效率高，整機可拆性好，搬運極為方便。 其作業(yè)環(huán)境要求其具有穩(wěn)固的底盤機架及強有力的行走馬達和懸浮履帶保證優(yōu)秀的可移動性，高的

2、爬坡能力和在惡劣場地機動性。功率較大，要保證其高效節(jié)能 改用齒輪傳動輸出，達到最大節(jié)能的目的，免去更換葉片的煩惱。整機適合人體工程學(xué)的設(shè)計，視野寬廣及操縱桿的易操作性，更增加了操作人員的舒適性和生產(chǎn)效率。 履帶底盤主要產(chǎn)品由馬達和減速機一體化行走裝置、鋼履帶、鏈軌、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、拖鏈輪、漲緊機構(gòu)等組成。具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、經(jīng)久耐用、操作方便、維護簡單、能耗少、經(jīng)濟性好等特點。適用與錨固鉆機、水井鉆機、旋噴鉆機、潛孔鉆機、坑道鉆機、水平定向鉆、挖掘機、扒渣機、掘進機、高空作業(yè)平臺、農(nóng)業(yè)機械等。底盤結(jié)構(gòu)性能特點如下：1. 支承主機重量，具有前進、后退轉(zhuǎn)彎行走之功能。2.&#

3、160;橡膠履帶采用日本技術(shù)生產(chǎn)的建筑機械型，承載能力、牽引力大，噪音低，不傷及柏油路面，具有良好的行駛性能。3. 配有內(nèi)藏式低速大扭矩馬達行走減速機，具有高通過性能。4. 形行走架，結(jié)構(gòu)強度、剛度大，利用折彎加工。5. 支重輪、導(dǎo)向輪采用深溝球軸承，一次性加黃油潤滑，免使用中維護和保養(yǎng)加油。6. 軸端雙密封結(jié)構(gòu)，保證潤滑油密封不外漏，并能防止泥水進入輪腔。7. 支重輪，導(dǎo)向輪、驅(qū)動輪齒采用合金鋼并經(jīng)淬火處理，耐磨性好，使用壽命長，已經(jīng)成批量生產(chǎn)結(jié)合潛孔鉆機的工作需求及履帶式底盤結(jié)構(gòu)的性能特點，因此，綜合考慮本設(shè)計圍繞履帶式行走底盤的相關(guān)資料對

4、其進行相應(yīng)的設(shè)計及創(chuàng)新。二、主要設(shè)計內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)（1）設(shè)計任務(wù)a. 履帶底盤結(jié)構(gòu)分析及其確定；b. 產(chǎn)品的用途估計；c主要技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)的確定；d履帶車輛相關(guān)性能的計算和確定；e. 張緊裝置的設(shè)計與計算；f. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算。（2）關(guān)鍵技術(shù)首先，本設(shè)計采用現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)機械上的一些底盤設(shè)計與實物作為參考，綜合考慮底盤結(jié)構(gòu)，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機體使其可以正常的工作。本設(shè)計對驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，是整個底盤結(jié)構(gòu)較好的適應(yīng)多山的環(huán)境。三、 設(shè)計任務(wù)書 1 設(shè)計要求在現(xiàn)有的機械資料的基礎(chǔ)上，充分考慮到實際的要求，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的緊湊及其配合的合理。同時，要對應(yīng)該計

5、算的部分進行必要的計算，但是實際的情況有所不同，應(yīng)該根據(jù)實際作為標準結(jié)合計算的數(shù)據(jù)進行綜合考慮，爭取找到比較好的方案和結(jié)構(gòu)。 2 產(chǎn)品的用途本次設(shè)計的履帶底盤是對相應(yīng)小型功率礦山機械使用的 3 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標與主要技術(shù)參數(shù)電機驅(qū)動 1480r/min 快速 2km/h 慢速 1km/h 整機質(zhì)量 2300kg 4 考慮到的若干方案的比較底盤可以分為履帶式與輪式，輪式底盤運用較廣，但是它的牽引附著性能較差，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用受到一定的限制；履帶式底盤牽引附著性能好，單位機寬、牽引力大、接地比壓低、越遠性能強、穩(wěn)定性好，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用具有更好的性能。兩者比較

6、采用履帶式底盤可更加適應(yīng)多山的地貌特征。5 設(shè)計的關(guān)鍵問題及其解決方法設(shè)計的關(guān)鍵問題是在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡單方便。同時，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。本次設(shè)計采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達到設(shè)計的目的。還有，采用的支重輪與導(dǎo)向輪的軸承放入輪里的方案。四、 設(shè)計計算說明書1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機構(gòu)組成。機械行走時,驅(qū)動輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動輪卷繞履帶

7、向前滾動，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機體借支重輪沿履帶軌道向前運行?！八妮喴粠А痹谖覈呀?jīng)基本標準化，尤其是在大型、重型機械方面。因此，本設(shè)計還是采用傳統(tǒng)模式的設(shè)計方法金屬履帶拖拉機牽引力大, 適合重負荷作業(yè) , 接地比壓小, 對地面壓實、破壞程度輕, 特別適合在低、濕地作業(yè)，綜合利用程度較高。但其主要缺點是在潮濕和砂性土壤上行走裝置, 如支重輪、導(dǎo)向輪、托帶輪及履帶板( 俗稱三輪一板) 磨損較快, 維修費用高, 作業(yè)速度較慢, 隨著公路網(wǎng)發(fā)展, 金屬履帶拖拉機轉(zhuǎn)移越發(fā)困難, 使用不便橡膠履帶拖拉機采用方向盤操縱的差速轉(zhuǎn)向機構(gòu), 可控性強, 機動靈活, 轉(zhuǎn)彎更省力, 履帶接地面積大, 并有

8、減振效果, 乘坐舒適, 由于比壓低, 對地面破壞程度輕, 尤其適于低濕地作業(yè), 并可大大提高作業(yè)速度, 改善道路轉(zhuǎn)移適應(yīng)性。橡膠履帶壽命可達到6000 小時, 三輪壽命延長一倍, 每臺可節(jié)約維修保養(yǎng)費用和轉(zhuǎn)移運輸費用700010000 元,依據(jù)輪式與履帶機械的特點，以其以上所敘述的比較分析，綜合考慮后得出了履帶的結(jié)構(gòu)和所采取的安裝方法和連接方案。2 履帶式行走底盤總體的設(shè)計根據(jù)礦山機械學(xué)、礦山汽車學(xué)、機械設(shè)計、機械原理等理論，對履帶式行走底盤的驅(qū)動行走系統(tǒng)進行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計算。 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪

9、，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機構(gòu)組成。機械行走時,驅(qū)動輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動輪卷繞履帶向前滾動，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機體借支重輪沿履帶軌道向前運行。“四輪一帶”在我國已經(jīng)基本標準化，尤其是在大型、重型機械方面，見圖1 1-履帶；2-驅(qū)動輪；3-機架；4-拖帶輪；5-導(dǎo)向輪；6-支重輪圖1 履帶底盤結(jié)構(gòu)圖履帶與地面接觸, 驅(qū)動輪不與地面接觸。驅(qū)動輪在減速器驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用下, 通過驅(qū)動輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合, 連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個向

10、后的作用力, 而地面相應(yīng)地給履帶一個向前的反作用力, 這個反作用是推動機器向前行駛的驅(qū)動力。當驅(qū)動力足以克服行走阻力時, 支重輪就在履帶上表面向前滾動, 從而使機器向前行駛。3 履帶車輛性能計算履帶機械整機參數(shù)初步確定以后，一般應(yīng)進行下列計算，以估計該履帶機械的基本性能是否滿足預(yù)期要求，整機參數(shù)選擇是否合理。這里主要是關(guān)于牽引性能的計算。計算工況：計算時所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自受，適當坡度的碎石路面。帶牽引負荷（牽引線與地面平行）全油門等速行駛。以下為表示的示意圖。圖2 潛孔鉆機受力示意圖(1) 履帶式機械的驅(qū)動力 履帶機械= kgf （31）式中: 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩 kgf； 各檔總傳動

11、比； 各檔總傳動效率； 驅(qū)動輪動力半徑 m； 履帶驅(qū)動段半徑效率，計算時一般去取=0.95。( =2b; =1.5; =（1.1-1.2）。式中：最大使用重量；履帶接地長度；b履帶板寬度；一般為0.350.5 kgf/；額定牽引力；牽引力。根據(jù)(2)中的活動阻力，經(jīng)計算即可得)經(jīng)計算后得結(jié)果=24.45KN.(2) 履帶式機械的活動阻力 =f kgf （32）式中: 使用重量 (kgf)；f 履帶式一般取0.1。經(jīng)計算后得結(jié)果=3.45KN(3) 行駛速度 理論速度 =0.377 km/h （33）實際速度 =(1-) km/h （34）式中：發(fā)動機轉(zhuǎn)速； 驅(qū)動輪動力半徑；驅(qū)動輪輪滑轉(zhuǎn)率（履帶

12、式一般取0.07）。經(jīng)計算后得結(jié)果=（2.55）km/h（4）履帶式機械的牽引效率 = （34）式中: 各檔的總傳動效率；滾動效率；滑轉(zhuǎn)效率；履帶驅(qū)動帶效率（一般取0.95）。經(jīng)計算后得結(jié)果=0.65(5) 履帶機械的附著力（要求：附著力應(yīng)大于或等于履帶行走機構(gòu)的牽引力且大于等于各阻力之和。） = （35）式中: 一般取0.75；取3000千克。經(jīng)計算后得結(jié)果=25.875KN (符合要求)4、轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動力矩的分析與計算 （1) 履帶轉(zhuǎn)向時驅(qū)動力說明:履帶行走裝置在轉(zhuǎn)向時, 需要切斷一邊履帶的動力并對該履帶進行制動, 使其靜止不動, 靠另一邊履帶的推動來進行轉(zhuǎn)向, 或者將兩條履帶同時一前一后

13、運動, 實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向, 但兩種轉(zhuǎn)向方式所需最大驅(qū)動力一樣。因此以機器單條履帶制動左轉(zhuǎn)為例, 見圖（示意圖）。圖3 履帶轉(zhuǎn)左向示意圖左邊的履帶處于制動狀態(tài), 在右邊履帶的推動下, 整臺機器繞左邊履帶的中心C1 點旋轉(zhuǎn), 產(chǎn)生轉(zhuǎn)向阻力矩Mr, 右邊履帶的行走阻力Fr/ 2 。一般情況, 履帶接地長度L 和履帶軌距B 的比值L/ B1.6,。同時, L/ B 值也直接影響轉(zhuǎn)向阻力的大小,在不影響機器行走的穩(wěn)定性及接地比壓的要求下, 應(yīng)盡量取小值, 也就是盡量縮短履帶的長度,可以降低行走機構(gòu)所需驅(qū)動力。(2) 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩的計算轉(zhuǎn)向阻力矩是履帶繞其本身轉(zhuǎn)動中心O1（或O2）作相對轉(zhuǎn)動時，地面對履帶產(chǎn)生

14、的阻力矩，如圖所示，O1、O2 分別為兩條履帶的瞬時轉(zhuǎn)向中心。為便于計算轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)值，作如下兩點假設(shè)：(1)機體質(zhì)量平均分配在兩條履帶上，且單位履帶長度上的負荷為： （36）式中: 車身總質(zhì)量（kg）； 履帶接地長度(m)。經(jīng)過計算：.形成轉(zhuǎn)向阻力矩 的反力都是橫向力且是均勻分布的。履帶拖拉機牽引負荷在轉(zhuǎn)向時存在橫向分力，在橫向分力的影響下，車輛的轉(zhuǎn)向軸線將由原來通過履帶接地幾何中心移至，移動距離為。圖4 履帶轉(zhuǎn)向受力圖根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時地面對履帶支承段的反作用力的分布為矩形分布。在履帶支承面上任何一點到轉(zhuǎn)動中心的距離為x，則微小單元長度為dx，分配在其上的車體重力為qdx，總轉(zhuǎn)向阻力矩

15、可按下式： （37）式中: 轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)。（經(jīng)查表計算： 式中: 車輛作急轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)； B履帶軌距。）將式（36）代入上式積分得并簡化得：（38）即：N.m（3） 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩(假設(shè)機器重心與履帶行走裝置幾何中心相重合)把轉(zhuǎn)向半徑分別考慮。1)當轉(zhuǎn)向半徑如下圖所示，兩側(cè)履帶都向前運動，此時兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝同一方向（即行駛的反方向），外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為： （39）圖5 此時轉(zhuǎn)向示意圖 2)當轉(zhuǎn)向半徑，如下圖所示，此時兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝反方向，外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為： （310）圖6 此時轉(zhuǎn)向示意圖式中: 分別為內(nèi)側(cè)前進阻力和驅(qū)動力； 分別為外側(cè)前進阻力和驅(qū)動力

16、?？紤]機體的重心在中心位置，所以履帶的前進阻力為： （311） 式中: 履帶滾動阻力系數(shù)（ 即）轉(zhuǎn)向時的最大驅(qū)動力矩為： 式中：r驅(qū)動輪節(jié)圓直徑。3）大半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力： （312）小半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力： （313）式中：轉(zhuǎn)向比，。轉(zhuǎn)向時的最大驅(qū)動力矩為：經(jīng)過以上介紹及公式計算得： =506.25N.m； 分別計算轉(zhuǎn)向半徑的情況：得到：.與根據(jù)文獻“履帶車輛行駛力學(xué)”，得主動輪上的最大的驅(qū)動力及力矩為： 所得結(jié)果相同5、液壓系統(tǒng)的設(shè)計履帶機械全液壓式行走系統(tǒng)的設(shè)計要滿足如下要求：(1) 正常行走速度在0.831.4m/s范圍內(nèi)，空載最大速度達到3m/s 左右，轉(zhuǎn)向速度在0

17、.51.0m/s范圍內(nèi)。(2) 轉(zhuǎn)速比要適當、操作靈活方便、成本低。5.1 液壓系統(tǒng)及其動力計算(1) 液壓系統(tǒng)的選擇以馬達為執(zhí)行元件，采用變量泵+變量馬達系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)如圖1 所示。2.2 工作過程分析停車時，油泵斜盤傾角為0°，不輸出壓力油；在伺服油缸彈簧力作用下，馬達斜盤傾角達到最大值。前進(增速)時，速度控制桿前推、換向閥H1 的P 與B 相通，補油泵輸出的壓力油經(jīng)換向閥進入伺服油缸。在伺服油缸的作用下，油泵斜盤開始傾斜，變量泵P1 輸出壓力油。壓力油在a 點分流、經(jīng)換向閥H4 和H5 到達馬達M1 和M2，兩個馬達的回油在b 點匯合后流回油泵的低壓腔。隨著油泵斜盤傾角的增

18、加，行進速度增加。當速度控制桿停止向前移動時，由于反饋作用，換向閥H1 回到中位，泵斜盤停止移動，固定在某一傾角位置，馬達保持在某一固定轉(zhuǎn)速。此階段為變量泵+定量馬達階段。當變量泵P1傾角達到最大值時，泵的輸出流量最大。此時，如果繼續(xù)向前推移速度控制桿，則其對油泵換向閥的控制轉(zhuǎn)移到對馬達換向閥H2 和H3 的控制。在馬達伺服油缸的作用下，馬達的傾角開始減小，馬達排量減小、轉(zhuǎn)速增高、行進速度增大。此階段為定量泵+變量馬達階段。向前運動時，減速過程和上述相反。先是定量泵+變量馬達階段，后為變量泵+定量泵階段。后退時，只需把速度控制桿從中位向后拉動，換向閥H1 的P 與A 相通，使變量泵P1 反向供

19、油即可。 圖3 液壓系統(tǒng)示意圖5.2 主要液壓元件選型(1) 選擇系統(tǒng)持續(xù)工作壓力p 為24MPa，最高壓力p 為33MPa。液壓馬達的排量q 和最低轉(zhuǎn)速n 以及流量Q 分別為 （324） （325） （326）根據(jù)載荷轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)工作壓力，確定液壓馬達的排量；根據(jù)設(shè)計要求確定液壓馬達的轉(zhuǎn)速；根據(jù)轉(zhuǎn)速和排量確定液壓馬達所需流量，其計算結(jié)果見表1 所示。根據(jù)以上計算，選擇Sundstrand 公司seriers40 產(chǎn)品M25MV 馬達為本系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其理論排量為25，額定壓力33MPa，最高轉(zhuǎn)速為5000r/min。選擇液壓泵出口到液壓馬達入口之間總的管路損失為0.5，液壓泵的最大工作壓力為

20、系統(tǒng)泄漏系數(shù)取1.2、液壓馬達的最大總流量為2×13013 (/min)時液壓泵的流量為選擇Sundstrand 公司seriers40M25PV 變量泵，具體參數(shù)如下：排量24.6、最高壓力為34MPa、轉(zhuǎn)速變化范圍為5004000r/min。補油泵的流量補油泵選CB-B10，其流量為10L/min；壓力=2.5MPa；轉(zhuǎn)速為1450r/min；容積效率0.85；驅(qū)動功率為0.51kW。源動機驅(qū)動功率W 為 W =25kW根據(jù)以上計算，選擇閥類元件如表2 ：表4 選擇閥類元件表名稱工作壓力額定流量型號最大壓力損失連接方式數(shù)目節(jié)流閥1425LF-B1OB流量為48時取(0.6-0.15)板式3溢流閥14-350-50YF-B1OC流量為48時取(0.6-0.15)板式3換向閥6.34034D-25Y流量為48時取(0.6-0.15)板式2單向閥6.325I-25B流量為48時取(0.6-0.15)板式2(2) 選擇液壓輔助元件a. 管道的選擇。取吸油管流速為1m/s、有壓管的流速為3m/s。根據(jù)計算選擇吸油管和有壓管，其結(jié)果見表3 所示。表5 管道的選擇管材公稱直徑