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中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第83頁
1 緒論
1.1引言
煤炭是當(dāng)前我國能源的主要組成部分之一,是國民經(jīng)濟(jì)保持高速增長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但是目前我國的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)不能滿足整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。因此必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而,高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于煤炭工業(yè)的機(jī)械化。
煤炭工業(yè)的機(jī)械化是指采掘、支護(hù)、運(yùn)搬、提升的機(jī)械化。其中運(yùn)搬包括運(yùn)搬和輔助運(yùn)搬。絞車就是輔助運(yùn)搬的其中一種。我國絞車的發(fā)展大致分為三個(gè)階段。20世紀(jì)50年代主要是仿制設(shè)計(jì)階段;60年代,自行設(shè)計(jì)階段;70年代以后,我國進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)階段。
科技與裝備是煤礦安全生產(chǎn)的有力保障。我們的總體目標(biāo)是,省屬煤礦瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平,加快礦井機(jī)械化、自動(dòng)化和信息化建設(shè),力爭到2008年,采掘機(jī)械化程度達(dá)到95%以上;市縣屬以下煤礦加快采掘機(jī)械化和支護(hù)鋼鐵化進(jìn)程。
一是加快提升礦井裝備水平。制定了全省煤礦技術(shù)改造規(guī)劃,分類提出了技術(shù)改造的重點(diǎn)內(nèi)容和重點(diǎn)項(xiàng)目。大中型煤礦以發(fā)展綜合機(jī)械化為重點(diǎn),加大采掘、機(jī)電、運(yùn)輸?shù)戎饕O(shè)備的技術(shù)升級和更新改造,提高裝備現(xiàn)代化水平。目前,省屬煤炭企業(yè)綜采裝備達(dá)到133套,綜掘裝備208套,采掘機(jī)械化程度分別達(dá)到93.7%和94.8%。新礦集團(tuán)三年來投入6億多元,上綜采設(shè)備28套,綜掘設(shè)備46套,綜采綜掘機(jī)械化程度由2002年的幾乎為零發(fā)展到2005年的80%和55.3%。
二是積極推進(jìn)煤炭生產(chǎn)工藝改革。針對山東煤炭賦存條件差、薄煤層開采量大的實(shí)際,以提高安全保障水平和資源回收率為目標(biāo),在總結(jié)先進(jìn)適用技術(shù)的基礎(chǔ)上,突出抓了全省煤礦50項(xiàng)新技術(shù)推廣,加快淘汰落后生產(chǎn)方式,加大自主研發(fā)力度,在大傾角綜采、構(gòu)造復(fù)雜條件下綜采、薄煤層機(jī)采、極薄煤層螺旋鉆機(jī)采以及快速掘進(jìn)等方面取得了重大突破,最大限度地減少了炮采、炮掘。對無法實(shí)行機(jī)械化作業(yè)且不能保障安全生產(chǎn)的煤層,一律禁止開采。
三是加快煤礦信息化步伐。以自動(dòng)化技術(shù)改造礦井提升、供電、膠帶運(yùn)輸、排水等主要生產(chǎn)系統(tǒng),加速建立安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),對礦井上下各環(huán)節(jié)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和瓦斯、煤塵、火、水、頂板壓力等實(shí)行全過程、全方位監(jiān)測監(jiān)控,部分重點(diǎn)崗位實(shí)現(xiàn)了無人值守。在全省煤礦全部推廣應(yīng)用數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,到去年底省屬煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)。龍礦集團(tuán)投資1.5億元,建成了全數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)、礦井綜合自動(dòng)化控制和安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控等數(shù)十個(gè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了公司內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)化、監(jiān)控?cái)?shù)字化、操作自動(dòng)化、管理信息化。
四是大力開展科技攻關(guān)。充分利用全省煤炭系統(tǒng)己建成的1個(gè)國家級、5個(gè)省級技術(shù)中心,引導(dǎo)企業(yè)走產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合之路,集中攻克影響安全生產(chǎn)的共性、關(guān)鍵性技術(shù)難題?!笆濉逼陂g,共完成科技成果787項(xiàng),其中國家“863”科技攻關(guān)項(xiàng)目5項(xiàng);有114項(xiàng)成果獲省部級以上獎(jiǎng)勵(lì),2項(xiàng)獲國家級獎(jiǎng)勵(lì)。600米厚表土層井筒施工、600萬噸綜采工作面設(shè)備配套、海下采煤、大水礦區(qū)深部開采注漿帷幕截流、無人運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)的實(shí)施,有些填補(bǔ)了國內(nèi)空白,部分成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前全省正在進(jìn)行的高承壓巖溶水突水機(jī)理、高地壓軟巖巷道支護(hù)等11項(xiàng)重大課題的技術(shù)攻關(guān)也取得重大進(jìn)展。
五是切實(shí)加大安全投入。抓住近年來煤炭市場好轉(zhuǎn)的有利時(shí)機(jī),采取多種措施籌集資金,嚴(yán)格落實(shí)國家和省有關(guān)煤炭生產(chǎn)安全費(fèi)用、維簡費(fèi)用和科研費(fèi)用的政策規(guī)定,加強(qiáng)費(fèi)用提取使用監(jiān)管,督促企業(yè)加大投入,用足用好國家政策,確??萍?、裝備和安全生產(chǎn)需要。對國家支持的安全技改項(xiàng)目,全部落實(shí)配套資金。凡因投入不足造成事故的,從嚴(yán)追究有關(guān)責(zé)任人的責(zé)任?!笆濉逼陂g,省屬煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)投入60多億元,其中2005年達(dá)到17.2億元。
六是強(qiáng)化安全技術(shù)管理。健全了以總工程師為核心的安全技術(shù)管理體系,配齊配強(qiáng)采掘、機(jī)電、通防、地測防治水等專業(yè)技術(shù)部門及分管副總工程師,明確要求大型煤礦工程技術(shù)人員占到企業(yè)生產(chǎn)定員的5%,中型煤礦占到4%。企業(yè)對技術(shù)部門負(fù)責(zé)人、礦井總工程師的任命,都要征得總工程師的同意;總工程師負(fù)責(zé)組織制定煤炭生產(chǎn)安全費(fèi)用使用方案;對總工程師做出的安全技術(shù)決策,其他副職不得否定。
1.2 概述
鉆機(jī)主要用于露天礦山開采,建筑基礎(chǔ)開挖,水利、電站、建材、交通及國防建設(shè)等多種工程中的鑿巖鉆孔。與常見的鑿巖機(jī)相比,具有鉆孔深、鉆孔直徑大、鉆孔效率高、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn),是當(dāng)前通用的大型鑿巖鉆孔設(shè)備。
在鑿巖設(shè)備的研究開發(fā)方面,瑞典的阿特拉斯·科普柯、芬蘭的湯姆洛克、美國的英格索蘭、日本的古河等企業(yè)已經(jīng)走在了行業(yè)的前列,它們均推出不同品牌和系列的一體化潛孔鉆機(jī)。這些公司的產(chǎn)品經(jīng)過幾十年甚至上百年的積累、改進(jìn)與發(fā)展,無論是設(shè)計(jì)、選材還是制造水平都處于國際領(lǐng)先地位。其中瑞典的阿特拉斯·科普柯公司和芬蘭的湯姆洛克公司生產(chǎn)的液壓鑿巖設(shè)備占全球產(chǎn)t一半以上?,F(xiàn)在阿特拉斯·科普柯收購了英格索蘭鉆機(jī)部山特維克收購了湯姆洛克,特雷克斯也已收購了美國的Reedrillo
我國是一個(gè)快速發(fā)展的多山國家,礦山、能源、水電及國防等基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域中各種鑿巖開采的工程十分浩大。目前絕大部分大型高性能鑿巖鉆孔設(shè)備均依賴進(jìn)口。根據(jù)(工程機(jī)械“十一五”發(fā)展規(guī)劃)預(yù)測,化工原料和建筑材料是“十一五”期間發(fā)展的重點(diǎn)。雖然礦山開發(fā)總量增加有限,但是隨著向規(guī)?;?、集約化發(fā)展,小水泥廠將被關(guān)閉,大型石材礦山行業(yè)將得到快速發(fā)展,這些勢必促進(jìn)礦山企業(yè)更新開采設(shè)備,以提高自身的機(jī)械化水平。(工程機(jī)械“十一五”發(fā)展規(guī)劃)在重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域和重點(diǎn)產(chǎn)品中指出,在潛孔鉆機(jī)領(lǐng)域要優(yōu)先發(fā)展高氣壓和半液壓產(chǎn)品,以滿足金屬、水泥礦山推廣大直徑深孔采礦法的需求。預(yù)計(jì)2006年鑿巖機(jī)械將達(dá)到100000臺(tái)的市場規(guī)模,其中大型鉆機(jī)及鉆車將達(dá)到1 000臺(tái)左右。長期以來,以中南大學(xué)和北京科技大學(xué)等為主的高校及相關(guān)科研院所一直致力于鑿巖機(jī)械研究,推動(dòng)了國內(nèi)鑿巖機(jī)械的發(fā)展。
1972年冶金工業(yè)部組織原中南工業(yè)大學(xué)(后與其他高校合并為中南大學(xué))與長沙礦冶研究院研制液壓鑿巖鉆車和液壓鑿巖機(jī)。1980年我國第一臺(tái)CGJ2丫型液壓鑿巖鉆車和YYG80型液壓鑿巖機(jī)通過了冶金部的鑒定。隨后北京科技大學(xué)和中國煤炭科學(xué)院等10個(gè)單位參與了鑿巖機(jī)械的研究工作,并開發(fā)出一系列產(chǎn)品。其中,中南大學(xué)在純國產(chǎn)化液壓鑿巖設(shè)備研制中成果比較突出,除CGJ2丫型液壓鑿巖鉆車外,國內(nèi)第一臺(tái)用于實(shí)際生產(chǎn)的KZL120型露天液壓鉆車、配套的YY6250重型液壓鑿巖機(jī)以及CGJS-2YB型鐵路隧道半斷面鉆車都由該校研制成功。值得一提的是,這些成果不是照搬國外技術(shù),而是在機(jī)構(gòu)上有所創(chuàng)新,并且形成了一套獨(dú)具特色的理論研究和設(shè)計(jì)方法。不僅如此,國內(nèi)幾家鑿巖機(jī)械制造企業(yè)也為我國鉆鑿設(shè)備的發(fā)展做出了一定的努力。但隨著市場化逐步推進(jìn),有些企業(yè)因?yàn)轶w制上的束縛,技術(shù)創(chuàng)新嚴(yán)重滯后,產(chǎn)品性能難以得到提升,高檔次的國產(chǎn)液壓鑿巖設(shè)備始終沒能形成大氣候,這種影響一直延續(xù)至今。同時(shí),我國鑿巖機(jī)械市場受到進(jìn)口產(chǎn)品的嚴(yán)重沖擊,在眾多的重點(diǎn)工程中,國外設(shè)備幾乎一統(tǒng)天下。湖南山河智能機(jī)械股份有限公司與中南大學(xué)智能機(jī)械研究所有著長期的合作,其在礦山機(jī)械研究方面有著深厚的技術(shù)底蘊(yùn)。
2003年,湖南山河智能機(jī)械股份有限公司在廣泛調(diào)研、對比分析國外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,立項(xiàng)開發(fā)出SWDA165型高性能一體化液壓潛孔鉆機(jī),填補(bǔ)了國內(nèi)空白,產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。2004年,根據(jù)市場需要,又相繼開發(fā)了以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的SWDB165和SWDB120型液壓潛孔鉆機(jī),得到用戶一致認(rèn)可,其產(chǎn)品在湖北、重慶、安徽等地的工程中得到廣泛應(yīng)用。SWD系列的一體化液壓潛孔鉆機(jī)現(xiàn)已小批量生產(chǎn),并在多次招投標(biāo)中,以優(yōu)異的性價(jià)比獲得用戶的首肯。國內(nèi)潛孔鉆機(jī)行業(yè)存在的問題,國外的潛孔鉆機(jī)在接卸桿處都裝有急停拉線與控制傳感器,能及時(shí)防止事故的發(fā)生及擴(kuò)大,防止人員的傷害及機(jī)器的損壞,安全保護(hù)措施周到;在設(shè)計(jì)上堅(jiān)持以人為本的思想,駕駛環(huán)境舒適、安全、操作方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低并配t多種輔助機(jī)構(gòu)。在動(dòng)力頭與鉆架上還裝有指示箭頭,使接卸桿的到位情況一目了然,操作快捷方便,工作效率高。國內(nèi)工程機(jī)械有很多產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能與國際著名品牌的產(chǎn)品形似而神非,有些只是依葫蘆畫瓢,照搬照抄,或只做些表面文章。簡單的仿制導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及參數(shù)不能合理匹配,該注意的方面沒有注意到,使用時(shí)間一長,一些隱含的深層次問題就逐漸攀露出來,如系統(tǒng)匹配、熱平衡、油溫及可靠性等方面問題。存在漏油、滲油等現(xiàn)象,外購、外協(xié)件的質(zhì)量難以保證,許多細(xì)節(jié)沒有得到很好處理。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們生活水平的提高,對產(chǎn)品質(zhì)量與使用性能的要求也相應(yīng)提高。國家重點(diǎn)工程因工期短,因此施工單位要求設(shè)備要具有高質(zhì)f,高效率的特點(diǎn),能夠降低人力資源成本。國內(nèi)企業(yè)需開發(fā)出高檔產(chǎn)品,提高產(chǎn)品可操作性以滿足國內(nèi)市場的需要,并力爭出口。國內(nèi)制造企業(yè)下一步應(yīng)開發(fā)機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的臂架式一體化液壓潛孔鉆機(jī)。為了提高工作效率,降低能耗,還要進(jìn)一步開發(fā)液壓露天鉆車,以及礦井下使用的潛孔鉆機(jī)與液壓鉆車。在使用過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題,并在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中改進(jìn),不斷完善各種性能。另外,應(yīng)特別注意保養(yǎng)與維護(hù)。國外的潛孔鉆機(jī)都編制了詳細(xì)的使用維修說明書,規(guī)定了嚴(yán)格的操作規(guī)程,要求操作者嚴(yán)格執(zhí)行。進(jìn)口潛孔鉆機(jī)價(jià)格昂貴,備品、備件供貨周期長,價(jià)格不菲,因而使用單位一般也會(huì)嚴(yán)格按操作規(guī)程操作,并注意維修和保養(yǎng),所以其使用起來故障少,使用壽命長,生產(chǎn)效率高。而國產(chǎn)潛孔鉆機(jī)價(jià)格相對來說就便宜得多,備品、配件供貨也容易得到保證,相比之下使用單位對國產(chǎn)潛孔鉆機(jī)的使用要求就有所松懈,操作者常不能嚴(yán)格按操作規(guī)程操作,不注意維修與保養(yǎng)。因此,設(shè)備制造商應(yīng)要求用戶建立設(shè)備的詳細(xì)檔案,包括設(shè)備日常工作情況記錄表、維修保養(yǎng)記錄表,并要求用戶對工作場地進(jìn)行平整與整理,提高設(shè)備生產(chǎn)效率,重視管理所產(chǎn)生的巨大效益。國產(chǎn)潛孔鉆機(jī)如果能在設(shè)計(jì)上再完善一點(diǎn),選材上再可靠一點(diǎn),制造上再精細(xì)一點(diǎn),并注意維護(hù)和保養(yǎng),在工程施工中同樣也會(huì)發(fā)揮很好的作用,以高性價(jià)比的優(yōu)勢與進(jìn)口設(shè)備抗衡,并完全有可能取代進(jìn)口設(shè)備。一個(gè)高科技企業(yè)發(fā)展壯大的墓礎(chǔ)是科技創(chuàng)新,其產(chǎn)品只有在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善、更新才能獲得用戶的青睞。
目前,我國井下采用的一般坑道鉆機(jī)不能高效、經(jīng)濟(jì)地鉆進(jìn)瓦斯抽放孔,這是因?yàn)樗鼈冎亓看螅徇\(yùn)困難,或者重量雖輕,但扭矩和給進(jìn)力等技術(shù)參數(shù)又不能滿足需要,加之煤礦井下環(huán)境的制約,大鉆機(jī)更無法施展其能力,直接影響采煤安全和生產(chǎn)進(jìn)度。因而,在煤層開采過程中,迫切需要一種能滿足煤層瓦斯短鉆孔預(yù)抽放要求的輕便、強(qiáng)力、高效的鉆機(jī)。
1.2.1 短鉆孔瓦斯抽放鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
借鑒國外在施工瓦斯抽放孔鉆機(jī)方面的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn),針對我國礦井巷道環(huán)境條件和采抽工作特點(diǎn),利用優(yōu)化設(shè)計(jì)原理,結(jié)合眾多參考資料,我們設(shè)計(jì)出一種適應(yīng)性高的強(qiáng)力短鉆孔瓦斯抽放施工用鉆機(jī)。鉆機(jī)設(shè)計(jì)是以能高效、優(yōu)質(zhì)、安全、低耗鉆進(jìn)短鉆孔為前提,使設(shè)計(jì)的鉆機(jī)技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)合理,具有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。在滿足主要技術(shù)性能參數(shù)的條件下,盡可能地做到重量輕、解體性強(qiáng)、易搬遷和工效高。這種短鉆孔瓦斯抽放鉆機(jī)的設(shè)計(jì)思路如下:
(1)鉆機(jī)采用分組式布局,整機(jī)由主機(jī)、泵站、
操縱臺(tái)3大部分組成。各部分之間用高壓膠管連接,以便在不同場地?cái)[布靈活, 操作安全方便。
(2)不用液壓卡盤和液壓夾持器,以便大大降低重量和成本。
(3)鉆桿采用螺紋扣式或插銷式的螺旋鉆桿,加接鉆桿在孔口和回轉(zhuǎn)器之間進(jìn)行。
(4)液壓系統(tǒng)采用雙泵開式循環(huán)系統(tǒng),主泵管回轉(zhuǎn),副泵管給進(jìn)。
(5)若采用其他常規(guī)鉆探工藝方法,可在主軸過渡接頭和鉆桿之間,加接一個(gè)送循環(huán)液的水便裝置。
1.2.2 鉆機(jī)整體設(shè)計(jì)分析
短鉆孔瓦斯抽放鉆機(jī)總體可分為機(jī)械部分和液壓系統(tǒng)兩部分。機(jī)械部分主要是回轉(zhuǎn)器、給進(jìn)裝置和機(jī)架的主機(jī);液壓部分包括泵站和操縱臺(tái)
1.3 鉆機(jī)主要用途
鉆機(jī)是一種主要用于煤礦井下鉆進(jìn)瓦斯抽放孔、超前排放孔、煤層注水孔、通風(fēng)孔、地質(zhì)勘探孔、錨桿孔及其其它工程孔等的設(shè)備。
一般,煤礦用鉆機(jī)采用液壓傳動(dòng),主要由泵站、動(dòng)力頭、油缸推進(jìn)機(jī)架、立柱和操縱臺(tái)等組成。這種鉆機(jī)具有體積小,重量輕,操作簡便,解體性能好,數(shù)分鐘之內(nèi)便可完成分解或組合,便于搬遷,該機(jī)不僅占地面積小而且能適應(yīng)各種不同工作環(huán)境的需要。
1.4 鉆機(jī)組成部分
(1)泵站
泵站主要由電動(dòng)機(jī)、泵、油箱、溢流閥、冷卻器、過濾器、空氣濾清器以及底架組成。泵站是鉆機(jī)的動(dòng)力源,電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)泵旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)油路和推進(jìn)油路兩路不同流量、壓力的壓力油,其壓力分別由各油路上的溢流閥來調(diào)整,經(jīng)高壓油管輸送到操縱臺(tái),回油經(jīng)冷卻器、精濾油器后流回油箱。
油箱是用鋼板焊接而成的密封箱體。結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,采用整體密封,可使油液保持清潔。
為了保持液壓油的清潔,延長液壓元件的使用壽命,系統(tǒng)上設(shè)置有粗、精過濾器,在精過濾器的入口裝有一只壓力表,用來反映過濾器是否堵塞。此外,泵站上還設(shè)有一個(gè)溢流閥,可以保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)超壓。
(2)動(dòng)力頭
動(dòng)力頭主要由液壓馬達(dá)、主軸、殼體及水辮軸等組成。在壓力油的作用下液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),再通過水辮軸給鉆具傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩。
(3)油缸推進(jìn)機(jī)架
油缸推進(jìn)機(jī)架主要由油缸、導(dǎo)軌架、機(jī)架、拖板架、夾持器等部件組成。油缸前端通過拖板與動(dòng)力頭相連。動(dòng)力頭的進(jìn)退是通過油缸伸縮來實(shí)現(xiàn)的。泵站提供的小量油供給油缸,使油缸的推進(jìn)速度為1.4m/min,為了減少輔助時(shí)間,也可將泵站的大流量油供給油缸,從而實(shí)現(xiàn)油缸帶動(dòng)動(dòng)力頭快速進(jìn)退。
機(jī)架主要起支撐和推進(jìn)動(dòng)力頭、拆裝鉆桿的作用。機(jī)架下面有三個(gè)卡塊,是用于與立柱相連的。
夾持器有兩種形式分別適用于直徑φ42mm的光鉆桿和直徑φ70mm的螺旋鉆桿,以適應(yīng)在不同的巖層中鉆進(jìn)。
(4)安裝架
安裝架主要由底架、立柱、整體抱箍、橫梁、上、下、支承座等組成。是支承、安裝機(jī)架(包括動(dòng)力頭)的裝置。其錨固在頂?shù)装逯g,上、下、支承座可調(diào)整機(jī)架的安裝角,即可滿足鉆孔的傾角的要求。
立柱由內(nèi)立柱、外立柱、絲桿、千斤頂?shù)冉M成。該鉆機(jī)采用兩個(gè)立柱前后布置的型式。它可以起到支撐機(jī)架中心高在0.9~1.5m間調(diào)節(jié)。現(xiàn)場鉆孔中心高度需要調(diào)節(jié)時(shí),可通過調(diào)節(jié)管卡的位置來實(shí)現(xiàn)。
(5)操縱臺(tái)
操縱臺(tái)主要由臺(tái)架、多路換向閥組、節(jié)流閥(微調(diào))、壓力表、膠管等組成。操縱臺(tái)的作用是通過各操縱手把實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種動(dòng)作,對鉆機(jī)實(shí)行集中控制。多路換向閥組由三片閥組成,分別控制馬達(dá)的正反旋轉(zhuǎn)、推進(jìn)油缸的快速進(jìn)退和正常進(jìn)退。多路換向閥的下端有一個(gè)溢流閥是控制動(dòng)力頭的正轉(zhuǎn)壓力,上端有一個(gè)溢流閥是控制動(dòng)力頭反轉(zhuǎn)壓力。節(jié)流閥可調(diào)節(jié)推進(jìn)速度??焖龠M(jìn)退閥片可將旋轉(zhuǎn)油路的大流量壓力油合并至推進(jìn)油缸,實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)退。
在儀表板上有兩只壓力表,右邊的指示主油路壓力值,左邊的是指示推進(jìn)系統(tǒng)壓力值。
(6)鉆具
鉆具包括鉆頭、鉆桿。
此鉆機(jī)采用巖石和煤層兩種鉆頭。巖石鉆頭為三翼硬質(zhì)合金三級組合鉆頭,煤層鉆頭為二翼硬質(zhì)合金鉆頭。
鉆桿分為光鉆桿和螺旋鉆桿兩種,一般采用圓形錐螺紋連接,具有強(qiáng)度高、拆裝方便和對中性好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)需要,螺旋鉆桿可選用牙嵌卡子聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu),使鉆具在卡鉆時(shí)可以反轉(zhuǎn),提高抗卡鉆能力。
1.5 鉆機(jī)工作原理
鉆機(jī)采用全液壓傳動(dòng),大泵供油實(shí)現(xiàn)馬達(dá)及動(dòng)力頭輸出軸旋轉(zhuǎn),輸出轉(zhuǎn)速和扭矩。小泵供油實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭推進(jìn)、夾持器夾緊、卡盤松緊以及主機(jī)調(diào)整傾角。鉆機(jī)的各種動(dòng)作由多路換向閥進(jìn)行集中控制。根據(jù)鉆進(jìn)阻力的大小,通過旋轉(zhuǎn)調(diào)速閥手輪調(diào)節(jié)鉆機(jī)推進(jìn)速度。通過控制快速進(jìn)退閥,可將旋轉(zhuǎn)閥片的大流量油合并至進(jìn)給油路,實(shí)現(xiàn)進(jìn)給油缸的快速進(jìn)退。傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)中設(shè)有調(diào)斜油缸和平衡閥,防止傾角調(diào)整過程中因多路閥或油缸等內(nèi)泄造成機(jī)架下滑或顫動(dòng)
2 總 體 設(shè) 計(jì)
2.1設(shè) 計(jì) 總 則
1、煤礦生產(chǎn),安全第一。
2、面向生產(chǎn),力求實(shí)效,以滿足用戶最大實(shí)際需求。
3、貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定。
4、技術(shù)比較先進(jìn),并要求多用途。、
2.2 已 知 條 件
已知設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下:
動(dòng)力頭輸出扭矩:T=500 Nm
輸出轉(zhuǎn)速:n1=200 r/min
n2=60 r/min
進(jìn)給油缸推力:F=43750N
推進(jìn)速度:v1=0~0.9171.4 m/min
正常退回速度:v2=0~10.11m/min
快速退回速度:v3=0~14.085 m/min
鉆進(jìn)深度:h=150m (使用螺旋鉆桿)
錨固力:160KN
鉆桿直徑: φ=50mm
鉆孔傾角:
2.3 馬達(dá)的選擇與計(jì)算
液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的,將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置.
一、液壓馬達(dá)的特點(diǎn)及分類
從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看,液壓泵與液壓馬達(dá)是可逆工作的液壓元件,向任何一種液壓泵輸入工作液體,都可使其變成液壓馬達(dá)工況;反之,當(dāng)液壓馬達(dá)的主軸由外力矩驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),也可變?yōu)橐簤罕霉r。因?yàn)樗鼈兙哂型瑯拥幕窘Y(jié)構(gòu)要素--密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機(jī)構(gòu)。
但是,由于液壓馬達(dá)和液壓泵的工作條件不同,對它們的性能要求也不一樣,所以同類型的液壓馬達(dá)和液壓泵之間,仍存在許多差別。首先液壓馬達(dá)應(yīng)能夠正、反轉(zhuǎn),因而要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱;液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大,特別對它的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有一定的要求。因此,它通常都采用滾動(dòng)軸承或靜壓滑動(dòng)軸承;其次液壓馬達(dá)由于在輸入壓力油條件下工作,因而不必具備自吸能力,但需要一定的初始密封性,才能提供必要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于存在著這些差別,使得液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上比較相似,但不能可逆工作。
液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類。額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的屬于高速液壓馬達(dá),額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式 和軸向柱塞式等。它們的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,便于啟動(dòng)和制動(dòng),調(diào)節(jié)(調(diào)速及換向)靈敏度高。通常高速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩不大所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。低速液壓馬達(dá)的基本型式是徑向柱塞式,此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結(jié)構(gòu)型式,低速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是排量大、體積大轉(zhuǎn)速低(有時(shí)可達(dá)每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點(diǎn)幾轉(zhuǎn)),因此可直接與工作機(jī)構(gòu)連接,不需要減速裝置,使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡化,通常低速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩較大,所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。
二、液壓馬達(dá)的工作原理
1.葉片式液壓馬達(dá)
由于壓力油作用,受力不平衡使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片式液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達(dá)的排量和液壓馬達(dá)進(jìn)出油口之間的壓力差有關(guān),其轉(zhuǎn)速由輸入液壓馬達(dá)的流量大小來決定。由于液壓馬達(dá)一般都要求能正反轉(zhuǎn),所以葉片式液壓馬達(dá)的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油,在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應(yīng)設(shè)置單向閥,為了確保葉片式液壓馬達(dá)在壓力油通人后能正常啟動(dòng),必須使葉片頂部和定子內(nèi)表面緊密接觸,以保證良好的密封,因此在葉片根部應(yīng)設(shè)置預(yù)緊彈簧。 葉片式液壓馬達(dá)體積小,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,動(dòng)作靈敏,可適用于換向頻率較高的場合,但泄漏量較大,低速工作時(shí)不穩(wěn)定。因此葉片式液壓馬達(dá)一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動(dòng)作要求靈敏的場合。
2.徑向柱塞式液壓馬達(dá)
徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理,當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸的窗口進(jìn)入缸體內(nèi)柱塞的底部時(shí),柱塞向外伸出,緊緊頂住定子的內(nèi)壁,由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處,定子對柱塞的反作用力為 。力可分解為 和 兩個(gè)分力。當(dāng)作用在柱塞底部的油液壓力為p,柱塞直徑為d,力和之間的夾角為 X時(shí),力對缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過端面連接的傳動(dòng)軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。
以上分析的一個(gè)柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況,由于在壓油區(qū)作用有好幾個(gè)柱塞,在這些柱塞上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都使缸體旋轉(zhuǎn),并輸出轉(zhuǎn)矩。徑向柱塞液壓馬達(dá)多用于低速大轉(zhuǎn)矩的情況下。
3.軸向柱塞馬達(dá)
軸向柱塞泵除閥式配流外,其它形式原則上都可以作為液壓馬達(dá)用,即 軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是可逆的。軸向柱塞馬達(dá)的工作原理為,配油盤和斜盤固定不動(dòng),馬達(dá)軸與缸體相連接一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓力油經(jīng)配油盤的窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時(shí),柱塞在壓力油作用下外伸,緊貼斜盤斜盤對柱塞產(chǎn)生一個(gè)法向反力p,此力可分解為軸向分力及和垂直分力Q。Q與柱塞上液壓力相平衡,而Q則使柱塞對缸體中心產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩,帶動(dòng)馬達(dá)軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。軸向柱塞馬達(dá)產(chǎn)生的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的。若改變馬達(dá)壓力油輸入方向,則馬達(dá)軸按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。斜盤傾角a的改變、即排量的變化,不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩,而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大,轉(zhuǎn)速越低。
4.齒輪液壓馬達(dá)
齒輪馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上為了適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求,進(jìn)出油口相等、具有對稱性、有單獨(dú)外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外;為了減少啟動(dòng)摩擦力矩,采用滾動(dòng)軸承;為了減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)齒輪液壓馬達(dá)的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。
齒輪液壓馬達(dá)由干密封性差,容租效率較低,輸入油壓力不能過高,不能產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩。并且瞬間轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨著嚙合點(diǎn)的位置變化而變化,因此齒輪液壓馬達(dá)僅適合于高速小轉(zhuǎn)矩的場合。一般用干工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及對轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的機(jī)械設(shè)備上。
三、計(jì)算總機(jī)械傳動(dòng)效率
由于馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速較高,不能直接滿足負(fù)載(鉆頭)對扭矩的要求,需配置機(jī)械減速機(jī)構(gòu)。該減速機(jī)構(gòu)是三級減速,利用圓柱齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn),查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》知:三級圓柱齒輪減速器效率為。
取
1、計(jì)算馬達(dá)輸出扭矩
設(shè)傳動(dòng)比為。
(1)計(jì)算馬達(dá)實(shí)際輸出扭矩
其中:
(2)計(jì)算馬達(dá)理論輸出扭矩
其中:
2、計(jì)算馬達(dá)工作壓差
設(shè)馬達(dá)入口壓力,出口壓力,則
馬達(dá)工作壓差為
3、計(jì)算馬達(dá)的排量
根據(jù)能量守恒定律有:,則
其中:
4、計(jì)算馬達(dá)的流量
5、馬達(dá)外型尺寸為 121×209
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選用CMGF2040型齒輪油泵馬達(dá),其技術(shù)參數(shù)見表1:
CMGF2040
理論排量()
額定壓力()
最高壓力()
理論扭矩(N.m)
工作(壓力)扭矩(N.m)
功率(kw)
19.2
輸出轉(zhuǎn)速(r/min)
500
2.4 液壓缸
液壓缸又稱油缸,是一種將輸入的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置,用來驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)作直線或小于360度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓缸具有結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,制造容易和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),是應(yīng)用最廣的液壓執(zhí)行元件。 轉(zhuǎn)向缸在液壓缸中被廣泛應(yīng)用。它在伸出的時(shí)候(液壓桿從缸體中伸出),由于缸體一端是耳環(huán),并沒有被固定,所以在伸出的時(shí)候本身會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。它被用于各種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中。比如說產(chǎn)斗車的懸臂是由兩個(gè)轉(zhuǎn)向缸夠成,它們控制懸臂的旋轉(zhuǎn),使鏟斗能挖土。
液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟:
1.根據(jù)主機(jī)運(yùn)動(dòng)要求,按表23.6-39選擇液壓缸的類型。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要 求,按表23.6-40選擇液壓缸的安裝方式。
2.根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析,確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力速度,作用時(shí)間,內(nèi)徑,行程及活塞桿直徑等。
3.根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如缸體的壁厚,缸蓋結(jié)構(gòu)密封形式,排氣與緩沖等。
4.液壓缸性能的驗(yàn)算。
一、液壓缸工作原理:
液壓傳動(dòng)原理以油液作為工作介質(zhì),通過密封容積的變化來傳遞運(yùn)動(dòng),通過油液內(nèi)部的壓力來傳遞動(dòng)力。?
1、動(dòng)力部分-將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能(液壓能)。例如: 液壓泵。
2、執(zhí)行部分-將液壓泵輸入的油液壓力能轉(zhuǎn)換為帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的機(jī)械能。例如:液壓缸、液壓馬達(dá)。
3、控制部分-用來控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量和流動(dòng)方向。例如:壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。?
4、輔助部分-將前面三部分連接在一起,組成一個(gè)系統(tǒng),起貯油、過濾、測量和密封等作用。例如:管路和接頭、油箱、過濾器、蓄能器、密封件和控制儀表等。
5、在一定體積的液體上的任意一點(diǎn)施加的壓力,能夠大小相等地向各個(gè)方向 傳遞.這意味著當(dāng)使用多個(gè)液壓缸時(shí),每個(gè)液壓缸將按各自的速度拉或推,而這些速度取決于移動(dòng)負(fù)載所需的壓力.
6、??在液壓缸承載能力范圍相同的情況下,承載最小載荷的液壓缸會(huì)首先移動(dòng), 承載最大載荷的液壓缸最后移動(dòng).
???? 為使液壓缸同步運(yùn)動(dòng),以達(dá)到載荷在任一點(diǎn)以同一速度被頂升,一定要在 系統(tǒng)中使用控制閥或同步頂升系統(tǒng)元件.
2.4.1 液壓缸已知參數(shù)
(1)油缸推力:
(2)正常推進(jìn)速度:
(3)正常退回速度:
(4)初定液壓缸的工作壓力
(5)取液壓缸機(jī)械效率
2.4.2液壓缸幾何參數(shù)的計(jì)算
(1)取,所以:
(2)計(jì)算液壓缸內(nèi)腔截面積
一般,液壓缸在受壓狀態(tài)下工作,其活塞面積為
解上式得:
(3)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑
(4)計(jì)算活塞桿直徑
根據(jù)速度比的要求來計(jì)算活塞桿直徑
按GB/T2348-1993將所計(jì)算的與分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑,以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置,圓整后得。
2.4.3液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算
(1)液壓缸的輸出力
①單活塞桿液壓缸的推力
式中:
②單活塞桿液壓缸的拉力
式中:
(2)液壓缸的流量
單位時(shí)間內(nèi)油液通過缸筒有效截面的體積,稱作液壓缸的流量。
對于單活塞桿液壓缸,
①當(dāng)活塞桿伸出時(shí)
式中:
②當(dāng)活塞桿縮入時(shí)
式中:
液壓缸的安裝尺寸為下表:
液壓缸內(nèi)徑/mm
63
活塞桿直徑/mm
35
推力/KN
43.75
拉力/KN
35.43
最大行程/mm
2000
工作壓力/Mpa
10
活塞桿行程/mm
1100
Xc+/mm.
300+1100
MR/mm
45
液壓缸壁厚δ/mm
6.5
L=XC+MR
1445
3 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1國外減速器現(xiàn)狀
齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著,是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大,或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。國外的減速器,以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位,特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢,減速器工作可靠性好,使用壽命長。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主,體積和重量問題,也未解決好。最近報(bào)導(dǎo),日本住友重工研制的FA型高精度減速器,美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器,在傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相近,都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此,除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外,還在傳動(dòng)原理和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新,平動(dòng)齒輪傳動(dòng)原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動(dòng)機(jī)的連體結(jié)構(gòu),也是大力開拓的形式,并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號(hào)的產(chǎn)品。目前,超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機(jī)器人等領(lǐng)域中,微型發(fā)動(dòng)機(jī)已基本研制成功,美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸在納米級范圍,如能輔以納米級的減速器,則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。
3.2國內(nèi)減速器現(xiàn)狀
國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主,但普遍存在著功率與重量比小,或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外,材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn),特別是大型的減速器問題更突出,使用壽命不長。國內(nèi)使用的大型減速器(500kw以上),多從國外(如丹麥、德國等)進(jìn)口,花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大,體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)?。但受其傳動(dòng)的理論的限制,不能傳遞過大的功率,功率一般都要小于40kw。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破,因此,沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。90年代初期,國內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)(齒輪)減速器,是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器,它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比,傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕,結(jié)構(gòu)簡單,效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu),故使功率/體積(或重量)比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上,這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外,還有著大的功率/重量(或體積)比值,以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點(diǎn),處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。國內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作,發(fā)表過一些研究論文,在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開展了一些工作。二、平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡介,平動(dòng)齒輪減速器是指一對齒輪傳動(dòng)中,一個(gè)齒輪在平動(dòng)發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)下作平面平行運(yùn)動(dòng),通過齒廓間的嚙合,驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的作用。平動(dòng)發(fā)生器可采用平行四邊形機(jī)構(gòu),或正弦機(jī)構(gòu)或十字滑塊機(jī)構(gòu)。本成果采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為平動(dòng)發(fā)生器。平動(dòng)發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機(jī)構(gòu),也可以是實(shí)體的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)。有實(shí)用價(jià)值的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu),因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種情況。外平動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu),其內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)亦稱三環(huán)(齒輪)減速器。由于內(nèi)齒輪作平動(dòng),兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部,故其尺寸不緊湊,不能解決體積較大的問題。?內(nèi)平動(dòng)齒輪減速,其外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。由于外齒輪作平動(dòng),兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部,大大減少了機(jī)構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高、體積小、輸入輸出同軸線,故由廣泛的應(yīng)用前景。
3.3 各級傳動(dòng)比分配及總傳動(dòng)比
3.3.1 總傳動(dòng)比
i=500/200=2.5 (高速檔)
i=500/60=8.33 (低速黨)
3.3.2 傳動(dòng)比的分配
本減速器采用三級減速,我們設(shè)定:
高速檔時(shí):i1=2.3 i2=2.2 i3=0.5
低速檔時(shí):i1=2.3 i2=2.2 i3=1.67
3.3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
1)各軸輸入功率:
輸入軸:p1=19.2kw
中間軸:p2=19.2×0.97×0.97=18.07kw
輸出軸:p3=18.07×0.95×0.95×0.95×0.97×0.97=14.57kw
2)各軸轉(zhuǎn)速:
輸入軸:n1=500r/min
中間軸:n2=500÷2.3÷2.2=100r/min
輸出軸:n3=100÷0.5=200r/min(高速檔)
n3=100÷1.67=60r/min(低速檔)
3)各軸輸入扭矩
輸入軸:T1= 9550 =9550 = 458.4Nm
中間軸:T2=95501725.69Nm
輸出軸:T3=9550Nm(高速檔)
T3=9550Nm(低速檔
3.4 傳動(dòng)零件的計(jì)算
3.4.1 a-b齒輪副設(shè)計(jì)計(jì)算:
1)選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245~275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210~240HBS
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級,按估取圓周速度;
參考文獻(xiàn)[4]表8-14,表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d,參考文獻(xiàn)[4],由式(8-64)求得
齒寬系數(shù)參考文獻(xiàn)[4],查表8~23 按齒輪相對軸承為非對稱布置,取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ,圓整取
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-53)求得
載荷系數(shù)K 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-54)得
使用系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-20
動(dòng)載荷系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-55)及得
參考文獻(xiàn)[4],查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-22得
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-69)得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-69
參考文獻(xiàn)[4],應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8-70)
預(yù)設(shè)鉆機(jī)每天工作20小時(shí),每年工作350天,預(yù)期壽命為10年
則參考文獻(xiàn)[4],查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 、(不允許有點(diǎn)蝕)
硬化系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-71及說明
接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-27,按一般可靠度查
取
故的設(shè)計(jì)初值為
齒輪模數(shù)
參考文獻(xiàn)[4],查表8-3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計(jì)取有差距,對取值影響不大,不需修正
參考文獻(xiàn)[4],查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ,
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
齒形系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-67)
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-71)
彎曲疲勞極限 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-27
則
故
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參考文獻(xiàn)[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓
基圓直徑
齒距
中心距
傳動(dòng)比 .3
參考文獻(xiàn)[4]表8-31得知,當(dāng) ,選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3.4.2 c-d齒輪副:
1)選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245~275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210~240HBS
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級,按估取圓周速度;
參考文獻(xiàn)[4]表8-14,表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d,參考文獻(xiàn)[4],由式(8-64)求得
齒寬系數(shù)參考文獻(xiàn)[4],查表8~23 按齒輪相對軸承為非對稱布置,取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ,圓整取
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-53)求得
載荷系數(shù)K 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-54)得
使用系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-20
動(dòng)載荷系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-55)及得
參考文獻(xiàn)[4],查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-22得
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-69)得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-69
參考文獻(xiàn)[4],應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8-70)
預(yù)設(shè)鉆機(jī)每天工作20小時(shí),每年工作350天,預(yù)期壽命為10年
則參考文獻(xiàn)[4],查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 、(不允許有點(diǎn)蝕)
硬化系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-71及說明
接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-27,按一般可靠度查
取
故的設(shè)計(jì)初值為
齒輪模數(shù)
參考文獻(xiàn)[4],查表8-3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計(jì)取有差距,對取值影響不大,不需修正
參考文獻(xiàn)[4],查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ,
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
齒形系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-67)
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-71)
彎曲疲勞極限 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-27
則
故
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參考文獻(xiàn)[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓
基圓直徑
齒距
中心距
傳動(dòng)比
參考文獻(xiàn)[4]表8-31得知,當(dāng) ,選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3.4.3 e-f齒輪副:
1)選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245~275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210~240HBS
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級,按估取圓周速度;
參考文獻(xiàn)[4]表8-14,表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d,參考文獻(xiàn)[4],由式(8-64)求得
齒寬系數(shù)參考文獻(xiàn)[4],查表8~23 按齒輪相對軸承為非對稱布置,取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ,圓整取
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-53)求得
載荷系數(shù)K 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-54)得
使用系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-20
動(dòng)載荷系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-55)及得
參考文獻(xiàn)[4],查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-22得
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-69)得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-69
參考文獻(xiàn)[4],應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8-70)
預(yù)設(shè)鉆機(jī)每天工作20小時(shí),每年工作350天,預(yù)期壽命為10年
則參考文獻(xiàn)[4],查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 、(不允許有點(diǎn)蝕)
硬化系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-71及說明
接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-27,按一般可靠度查
取
故的設(shè)計(jì)初值為
齒輪模數(shù)
參考文獻(xiàn)[4],查表8-3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計(jì)取有差距,對取值影響不大,不需修正
參考文獻(xiàn)[4],查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ,
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
齒形系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-67)
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-71)
彎曲疲勞極限 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-27
則
故
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參考文獻(xiàn)[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓
基圓直徑
齒距
中心距
傳動(dòng)比
參考文獻(xiàn)[4]表8-31得知,當(dāng) ,選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3.4.4 j-h齒輪副:
1)選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245~275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210~240HBS
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級,按估取圓周速度;
參考文獻(xiàn)[4]表8-14,表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d,參考文獻(xiàn)[4],由式(8-64)求得
齒寬系數(shù)參考文獻(xiàn)[4],查表8~23 按齒輪相對軸承為非對稱布置,取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ,圓整取
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
齒輪j-h與e-h齒輪嚙合的中心距是相等的,所以有:
138=
齒輪模數(shù)
參考文獻(xiàn)[4],查表8-3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計(jì)取有差距,對取值影響不大,不需修正
參考文獻(xiàn)[4],查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ,
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
齒形系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-67)
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4],由式(8-71)
彎曲疲勞極限 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4],查表8-27
則
故
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參考文獻(xiàn)[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根