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大慶石油學(xué)院2007屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)MG100型錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：刁玉才 指導(dǎo)教師：趙偉民教授 課題來(lái)源：北京建筑機(jī)械化研究院概況鉆孔機(jī)械是地下水開采及 基本建設(shè)基礎(chǔ)施工必不可少的設(shè)備，隨著錨桿支護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展，用于鉆鑿錨桿孔的錨桿鉆機(jī)也得到了快速發(fā)展。目前，錨桿鉆機(jī)主要有電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)三種形式。國(guó)內(nèi)外錨桿鉆機(jī)的研制現(xiàn)狀 目前國(guó)外應(yīng)用較為普遍的錨桿鉆機(jī)主要有風(fēng)動(dòng)和目前國(guó)外應(yīng)用較為普遍的錨桿鉆機(jī)主要有風(fēng)動(dòng)和液壓錨桿鉆機(jī)兩種，風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)有澳大利亞的克萊液壓錨桿鉆機(jī)兩種，風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)有澳大利亞的克萊姆公司姆公司W(wǎng)OMBATWOMBAT型型,瑞典瑞典PRB-300PRB-300型等；液壓錨桿鉆機(jī)型等；液壓錨桿鉆機(jī)有英國(guó)有英國(guó)WISPWISP型，澳大利亞型，澳大利亞PROBAMPROBAM型等型等 。特別是澳利。特別是澳利亞在風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)方面一直保持著較為領(lǐng)先的技術(shù)和亞在風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)方面一直保持著較為領(lǐng)先的技術(shù)和產(chǎn)品。產(chǎn)品。我國(guó)錨桿鉆機(jī)的研究始于我國(guó)錨桿鉆機(jī)的研究始于2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代末，先后年代末，先后研制過機(jī)械支腿式錨桿鉆機(jī)，鉆車式錨桿鉆機(jī)研制過機(jī)械支腿式錨桿鉆機(jī)，鉆車式錨桿鉆機(jī),支腿支腿與導(dǎo)軌式液壓錨桿鉆機(jī)，支腿式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)與導(dǎo)軌式液壓錨桿鉆機(jī)，支腿式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī),非機(jī)非機(jī)械傳動(dòng)電動(dòng)錨桿鉆機(jī)，機(jī)載式錨桿鉆機(jī)等錨桿鉆機(jī)。械傳動(dòng)電動(dòng)錨桿鉆機(jī)，機(jī)載式錨桿鉆機(jī)等錨桿鉆機(jī)。到現(xiàn)在已經(jīng)有風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大系列到現(xiàn)在已經(jīng)有風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大系列3030多個(gè)品種。多個(gè)品種。鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)：鉆孔直徑鉆孔直徑 100200 mm；鉆頭轉(zhuǎn)速鉆頭轉(zhuǎn)速 080r/min；鉆頭扭矩鉆頭扭矩 900Nm；鉆頭行程鉆頭行程 20002500 mm；推力推力 5060 kN；沖擊頻率沖擊頻率 20002200次次/min；系統(tǒng)壓力系統(tǒng)壓力 25MPa；發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 100kW；行走方式行走方式 履帶式；履帶式；重量重量 1200014000 kg 本課題所涉及的內(nèi)容通過對(duì)上述三種錨桿鉆機(jī)的特性分析，對(duì)比三種通過對(duì)上述三種錨桿鉆機(jī)的特性分析，對(duì)比三種錨桿鉆機(jī)的特點(diǎn)與性能，液壓錨桿鉆機(jī)由于有中、錨桿鉆機(jī)的特點(diǎn)與性能，液壓錨桿鉆機(jī)由于有中、高壓液壓泵站的支持，扭矩的增大有更大的空間，高壓液壓泵站的支持，扭矩的增大有更大的空間，因而液壓錨桿鉆機(jī)的應(yīng)用將越來(lái)越廣。所以選取因而液壓錨桿鉆機(jī)的應(yīng)用將越來(lái)越廣。所以選取液壓錨桿鉆機(jī)。本文通過對(duì)錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)液壓錨桿鉆機(jī)。本文通過對(duì)錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)而更好的推進(jìn)液壓錨桿鉆機(jī)的推廣應(yīng)用。計(jì)，進(jìn)而更好的推進(jìn)液壓錨桿鉆機(jī)的推廣應(yīng)用。所涉及的主要內(nèi)容有：鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)；液壓系所涉及的主要內(nèi)容有：鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)；液壓系統(tǒng)原理分析與設(shè)計(jì)；液壓系統(tǒng)的動(dòng)力特性分析；統(tǒng)原理分析與設(shè)計(jì)；液壓系統(tǒng)的動(dòng)力特性分析；液壓系統(tǒng)的三維布管設(shè)計(jì)以及相關(guān)論文的撰寫。液壓系統(tǒng)的三維布管設(shè)計(jì)以及相關(guān)論文的撰寫。鉆進(jìn)總體設(shè)計(jì)底盤：由于鉆機(jī)要適用于野外底盤：由于鉆機(jī)要適用于野外及比較泥濘的巷道作業(yè)，所及比較泥濘的巷道作業(yè)，所以選用履帶形底盤。以選用履帶形底盤。鉆進(jìn)方式：錨桿鉆機(jī)的鉆方式鉆進(jìn)方式：錨桿鉆機(jī)的鉆方式主要有旋轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖主要有旋轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖擊旋轉(zhuǎn)式為了能夠適應(yīng)在堅(jiān)擊旋轉(zhuǎn)式為了能夠適應(yīng)在堅(jiān)硬巖石層鉆進(jìn)，選用沖擊旋硬巖石層鉆進(jìn)，選用沖擊旋轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)方式，右圖為三種轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)方式，右圖為三種沖擊旋轉(zhuǎn)形式。沖擊旋轉(zhuǎn)形式。換鉆桿裝置：為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換換鉆桿，參考美國(guó)阿換鉆桿裝置：為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換換鉆桿，參考美國(guó)阿特拉斯公司的錨桿鉆機(jī)所用的換鉆裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，該特拉斯公司的錨桿鉆機(jī)所用的換鉆裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，該裝置類似于彈夾式，也是通過它的整體旋轉(zhuǎn)將鉆桿送裝置類似于彈夾式，也是通過它的整體旋轉(zhuǎn)將鉆桿送到指定位置來(lái)實(shí)現(xiàn)換鉆桿的。它的整體旋轉(zhuǎn)采用棘輪、到指定位置來(lái)實(shí)現(xiàn)換鉆桿的。它的整體旋轉(zhuǎn)采用棘輪、棘爪嚙合方式，通過油缸活塞帶動(dòng)棘爪移動(dòng)來(lái)推棘爪嚙合方式，通過油缸活塞帶動(dòng)棘爪移動(dòng)來(lái)推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)，從實(shí)現(xiàn)其動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)，從實(shí)現(xiàn)其整體旋轉(zhuǎn)，將鉆桿送到整體旋轉(zhuǎn)，將鉆桿送到指定位置。利用棘輪、指定位置。利用棘輪、棘爪嚙合的方式，可以棘爪嚙合的方式，可以實(shí)現(xiàn)棘輪的定角度轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)棘輪的定角度轉(zhuǎn)動(dòng)使鉆桿的送進(jìn)精度更高使鉆桿的送進(jìn)精度更高主臂：主臂多采用箱形結(jié)構(gòu)，分為整體式和可伸主臂：主臂多采用箱形結(jié)構(gòu)，分為整體式和可伸縮式兩種，整體式載荷分布均勻，能夠承受較縮式兩種，整體式載荷分布均勻，能夠承受較大的載荷，但當(dāng)?shù)妆P固定時(shí)鉆機(jī)的作業(yè)范圍??；大的載荷，但當(dāng)?shù)妆P固定時(shí)鉆機(jī)的作業(yè)范圍小；可伸縮式雖然承受載荷能力沒有整體式好，但可伸縮式雖然承受載荷能力沒有整體式好，但底盤固定時(shí)鉆機(jī)的作業(yè)范圍大，能夠適應(yīng)多種底盤固定時(shí)鉆機(jī)的作業(yè)范圍大，能夠適應(yīng)多種工況要求，因此選用可伸縮式主臂。工況要求，因此選用可伸縮式主臂。夾緊機(jī)構(gòu)：因?yàn)殂@機(jī)的鉆夾緊機(jī)構(gòu)：因?yàn)殂@機(jī)的鉆孔直徑為孔直徑為100-200mm，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同直為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同直徑鉆柱的夾緊，選用如徑鉆柱的夾緊，選用如右圖所示的夾緊機(jī)構(gòu)右圖所示的夾緊機(jī)構(gòu)。液壓動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)傳動(dòng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 錨桿鉆機(jī)的動(dòng)力裝置采用液壓傳動(dòng)，動(dòng)力是由液壓馬錨桿鉆機(jī)的動(dòng)力裝置采用液壓傳動(dòng)，動(dòng)力是由液壓馬達(dá)傳出通過齒輪傳動(dòng)到鉆柱上，最終實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。鉆進(jìn)達(dá)傳出通過齒輪傳動(dòng)到鉆柱上，最終實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。鉆進(jìn)方式采用沖擊旋轉(zhuǎn)式，它的工作原理為：由液壓馬達(dá)方式采用沖擊旋轉(zhuǎn)式，它的工作原理為：由液壓馬達(dá)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)內(nèi)外層鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，由高頻沖擊油缸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)內(nèi)外層鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，由高頻沖擊油缸驅(qū)動(dòng)內(nèi)層鉆柱振動(dòng)，產(chǎn)生沿鉆進(jìn)方向沖擊力，使巖石產(chǎn)生內(nèi)層鉆柱振動(dòng)，產(chǎn)生沿鉆進(jìn)方向沖擊力，使巖石產(chǎn)生裂紋甚至破碎，從而實(shí)現(xiàn)沖擊碎巖的作用。這樣就易裂紋甚至破碎，從而實(shí)現(xiàn)沖擊碎巖的作用。這樣就易于內(nèi)外層鉆桿旋轉(zhuǎn)切屑巖石，從而實(shí)現(xiàn)有效地鉆進(jìn)。于內(nèi)外層鉆桿旋轉(zhuǎn)切屑巖石，從而實(shí)現(xiàn)有效地鉆進(jìn)。液壓沖擊器上圖為沖擊器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，利用簡(jiǎn)單的力學(xué)方程即上圖為沖擊器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，利用簡(jiǎn)單的力學(xué)方程即Fw=A(P1-P2)，初算液壓沖擊器活塞及活塞桿的直徑，初算液壓沖擊器活塞及活塞桿的直徑為為d=50mm，D=86mm。近似看作活塞在沖擊過程中。近似看作活塞在沖擊過程中為勻加速運(yùn)動(dòng)，沖程為勻加速運(yùn)動(dòng)，沖程s=10mm，沖擊頻率為，沖擊頻率為20002200次次/分。分。進(jìn)一步計(jì)算得出：進(jìn)一步計(jì)算得出：流量流量q=2.824L/s；儲(chǔ)油量?jī)?chǔ)油量 V=0.78L。液壓原理設(shè)計(jì)分析總體液壓原理圖總體液壓原理圖下圖為車體內(nèi)部布線圖原理的各部分分析一、動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一、動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)如圖，由平衡閥、變量馬達(dá)和液壓減速機(jī)組如圖，由平衡閥、變量馬達(dá)和液壓減速機(jī)組成。油口成。油口P1和和P2與主油路換向閥相接，油口與主油路換向閥相接，油口S與油箱連接。其中與油箱連接。其中,平衡閥主要起到過載保護(hù)平衡閥主要起到過載保護(hù)的作用；馬達(dá)轉(zhuǎn)速可以通過減速機(jī)內(nèi)部控制，的作用；馬達(dá)轉(zhuǎn)速可以通過減速機(jī)內(nèi)部控制，也可以通過人為強(qiáng)制，其型號(hào)為依頓盤配流也可以通過人為強(qiáng)制，其型號(hào)為依頓盤配流4000系列馬達(dá)。系列馬達(dá)。加壓馬達(dá)該馬達(dá)主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)，在鉆進(jìn)過程該馬達(dá)主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)，在鉆進(jìn)過程中對(duì)動(dòng)力頭加壓和在換鉆桿過程中對(duì)動(dòng)力頭加壓和在換鉆桿過程中提升動(dòng)力頭，因此它應(yīng)具有自中提升動(dòng)力頭，因此它應(yīng)具有自動(dòng)鎖緊功能，該功能是通過進(jìn)油動(dòng)鎖緊功能，該功能是通過進(jìn)油控制一個(gè)單作用油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂埔粋€(gè)單作用油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。高壓油在流入馬達(dá)之前分流，一高壓油在流入馬達(dá)之前分流，一路流入馬達(dá)，另一路通過梭閥油路流入馬達(dá)，另一路通過梭閥油缸，馬達(dá)工作時(shí)，油缸活塞縮回，缸，馬達(dá)工作時(shí)，油缸活塞縮回，解除自鎖；否則，活塞在彈簧作解除自鎖；否則，活塞在彈簧作用下伸出，實(shí)現(xiàn)自鎖，為了施工用下伸出，實(shí)現(xiàn)自鎖，為了施工過程中的安全，在油路中安裝平衡閥過程中的安全，在油路中安裝平衡閥。雙作用平衡閥在液壓系統(tǒng)中多處都用到了平在液壓系統(tǒng)中多處都用到了平衡閥，圖示為它的原理圖，圖衡閥，圖示為它的原理圖，圖中中P和和T為平衡閥的進(jìn)口；為平衡閥的進(jìn)口；A和和B為平衡閥的出口為平衡閥的出口。主要起到。主要起到液壓鎖和過載保護(hù)的功能。液液壓鎖和過載保護(hù)的功能。液壓鎖功能：當(dāng)系統(tǒng)停止對(duì)壓鎖功能：當(dāng)系統(tǒng)停止對(duì)P、T口供油時(shí)，在單向閥的作用下，口供油時(shí)，在單向閥的作用下，油液不能流回，即起到油液不能流回，即起到 液壓鎖液壓鎖緊的功能；緊的功能；過載保護(hù)功能過載保護(hù)功能;當(dāng)外當(dāng)外力過大或急劇變化使得力過大或急劇變化使得A、B口口壓力大于溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，壓力大于溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥溢流，即起到過載保護(hù)溢流閥溢流，即起到過載保護(hù)的功能。的功能。支腿多路閥如圖，該部分的換向閥采用力士樂公司的差裝如圖，該部分的換向閥采用力士樂公司的差裝多路閥，插裝三位五通電磁換向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)多路閥，插裝三位五通電磁換向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)泄油功能，液壓油通過自動(dòng)泄油功能，液壓油通過P 口流入多路閥，口流入多路閥，在閥塊中各電磁閥均處于中位時(shí)，油液通過兩在閥塊中各電磁閥均處于中位時(shí)，油液通過兩位兩通電磁換向閥的上位即通路經(jīng)位兩通電磁換向閥的上位即通路經(jīng)T口返回油箱；口返回油箱；當(dāng)電磁換向閥的上位或下位工作時(shí)進(jìn)油路的一當(dāng)電磁換向閥的上位或下位工作時(shí)進(jìn)油路的一部分液壓油通過梭閥作用于兩位兩通換向閥，部分液壓油通過梭閥作用于兩位兩通換向閥，使其下位工作，即自動(dòng)泄油回路斷開，保證該使其下位工作，即自動(dòng)泄油回路斷開，保證該部分液壓系統(tǒng)的正常工作，圖中的兩個(gè)溢流閥部分液壓系統(tǒng)的正常工作，圖中的兩個(gè)溢流閥均起到過載保護(hù)的功能。均起到過載保護(hù)的功能。結(jié)論本文通過對(duì)錨桿鉆機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r的分析，了解本文通過對(duì)錨桿鉆機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r的分析，了解了目前錨桿鉆機(jī)的主要分類，在對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分了目前錨桿鉆機(jī)的主要分類，在對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析對(duì)比的基礎(chǔ)上，選取液壓錨桿鉆機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。析對(duì)比的基礎(chǔ)上，選取液壓錨桿鉆機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在鉆機(jī)總體方案的確定中，通過方案對(duì)比的方式分在鉆機(jī)總體方案的確定中，通過方案對(duì)比的方式分別對(duì)鉆機(jī)的履帶、傳動(dòng)方式、鉆進(jìn)方式、主臂和夾別對(duì)鉆機(jī)的履帶、傳動(dòng)方式、鉆進(jìn)方式、主臂和夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了選型及設(shè)計(jì)。緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了選型及設(shè)計(jì)。在液壓動(dòng)力裝置的分析與設(shè)計(jì)中，了解了液壓振動(dòng)在液壓動(dòng)力裝置的分析與設(shè)計(jì)中，了解了液壓振動(dòng)沖擊器的形式及其工作原理，對(duì)比選取配流式液壓沖擊器的形式及其工作原理，對(duì)比選取配流式液壓沖擊器。并且對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。沖擊器。并且對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在液壓原理部分中，通過對(duì)錨桿鉆機(jī)液壓原理圖的在液壓原理部分中，通過對(duì)錨桿鉆機(jī)液壓原理圖的分析，介紹了鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件及其輔分析，介紹了鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件及其輔助元件，并對(duì)原理圖中的各部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。助元件，并對(duì)原理圖中的各部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。在液壓系統(tǒng)中主要元件的選取上，通過相關(guān)手冊(cè)的在液壓系統(tǒng)中主要元件的選取上，通過相關(guān)手冊(cè)的公式進(jìn)行計(jì)算，并在力士樂、林德等公司的樣本及公式進(jìn)行計(jì)算，并在力士樂、林德等公司的樣本及手冊(cè)中進(jìn)行選取。手冊(cè)中進(jìn)行選取。最后通過計(jì)算、對(duì)比整機(jī)的傾翻力矩與反傾翻力矩最后通過計(jì)算、對(duì)比整機(jī)的傾翻力矩與反傾翻力矩進(jìn)行整機(jī)穩(wěn)定性分析。進(jìn)行整機(jī)穩(wěn)定性分析。歡迎各位老師提出寶貴意見!