畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）SWDM16旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)及履帶

1、1 前言旋挖鉆機(jī)是一種適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械。主要適于砂土、粘性土、粉質(zhì)土等土層施工，在灌注樁、連續(xù)墻、基礎(chǔ)加固等多種地基基礎(chǔ)施工中得到廣泛應(yīng)用，旋挖鉆機(jī)的額定功率一般為125450kw，動(dòng)力輸出扭矩為120400knm，最大成孔直徑可達(dá)1.54m，最大成孔深度為6090m，可以滿足各類大型基礎(chǔ)施工的要求。該類鉆機(jī)一般采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動(dòng)檢測(cè)調(diào)整、孔深數(shù)碼顯示等，整機(jī)操縱一般采用液壓先導(dǎo)控制、負(fù)荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點(diǎn)。主、副兩個(gè)卷?yè)P(yáng)可適用于工地多種情況的需要。該類鉆機(jī)配合不同鉆具，適用于干式（短螺旋）或濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖

2、層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，還可配掛長(zhǎng)螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動(dòng)樁錘等，實(shí)現(xiàn)多種功能，主要用于市政建設(shè)、公路橋梁、工業(yè)和民用建筑、地下連續(xù)墻、水利、防滲護(hù)坡等基礎(chǔ)施工。1.1 旋挖鉆機(jī)的簡(jiǎn)介1.1.1 旋挖鉆機(jī)的特點(diǎn)swdm-16鉆機(jī)采用自制專用液壓伸縮專用底盤，主、副卷?yè)P(yáng)安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，其工作裝置對(duì)回轉(zhuǎn)支撐的傾翻載荷相對(duì)較小，同時(shí)，配重按照主機(jī)穩(wěn)定性要求設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證了整機(jī)穩(wěn)定性非常好，其實(shí)施效果是360度可進(jìn)行施工作業(yè)。而采用挖機(jī)底盤的旋挖鉆機(jī)穩(wěn)定性存在先天性不足。只能在順履帶方向的一定角度范圍內(nèi)施工，絕對(duì)不容許在與履帶垂直的方向進(jìn)行施工1。其底盤結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度按旋挖鉆機(jī)的實(shí)際

3、載荷設(shè)計(jì)；履帶行走所用的四輪一帶選型更加合理可靠，其剛度、強(qiáng)度和可靠性明顯優(yōu)于同級(jí)別采用通用挖掘機(jī)底盤的旋挖鉆機(jī)。旋挖鉆機(jī)因其施工速度快、成孔質(zhì)量高、環(huán)境污染小、操作靈活方便、安全及適用性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，已成為發(fā)達(dá)國(guó)家鉆孔灌注樁施工的主要成孔設(shè)備。 1.1.2 旋挖鉆機(jī)的分類及主要結(jié)構(gòu)特性國(guó)內(nèi)外旋挖鉆機(jī)可按進(jìn)行如下分類：(1) 按底盤結(jié)構(gòu)可分為輪式、履帶式和步履式底盤的旋挖鉆機(jī)。其中履帶式底盤又可分為專用底盤結(jié)構(gòu)和選用通用挖掘機(jī)或履帶吊底盤結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式；(2) 按動(dòng)力頭懸掛裝置的結(jié)構(gòu)可分為鉆桅式和臂架式旋挖鉆機(jī)；(3) 按動(dòng)力源不同可分為電動(dòng)和內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)的旋挖鉆機(jī)。(4) 按工作裝置的結(jié)構(gòu)形式

4、分：鉆桅加雙三角平行四邊形連桿變幅機(jī)構(gòu)和鉆桅加大三角架支撐兩種機(jī)型。其中前者是主流形式，占國(guó)內(nèi)外機(jī)型的90%，其優(yōu)點(diǎn)：工作裝置調(diào)整靈活；鉆桅收放也較方便，易于實(shí)現(xiàn)自裝自卸。缺點(diǎn)：鉆桅調(diào)整穩(wěn)定性相對(duì)較差。而后者的的優(yōu)缺點(diǎn)正好與前者相反2。1.1.3 swdm-16旋挖鉆機(jī)機(jī)構(gòu)組成部分swdm16旋挖型號(hào)組成及意義如下：s w d m 16 最大回轉(zhuǎn)扭矩（8knm） drilling machine（鉆孔機(jī)）sunward（山河智能）該設(shè)備主要由底盤、轉(zhuǎn)臺(tái)、鉆桅及變幅機(jī)構(gòu)、主、副卷?yè)P(yáng)、動(dòng)力頭、鉆桿、鉆頭、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、駕駛室、機(jī)棚、配重組成。關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件材料采用低合金高強(qiáng)度鋼，確保

5、設(shè)備合理的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。該機(jī)自帶動(dòng)力，具有履帶行走、底盤履帶軌距可伸縮、自行起落鉆桅、伸縮鉆桿、全液壓驅(qū)動(dòng)等功能。該機(jī)的機(jī)棚、轉(zhuǎn)臺(tái)、邊縱梁及配重均采用大圓弧流線形設(shè)計(jì)造型。整機(jī)結(jié)構(gòu)合理，外形美觀，操作界面充分體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì), 駕駛室?guī)Х缐嬑锉Ｗo(hù)裝置，駕駛室內(nèi)配有空調(diào)，操作舒適。如圖1.1所示：圖1.1 swdm-16挖鉆機(jī)外觀圖1.2 旋挖鉆機(jī)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)旋挖鉆機(jī)是在回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)和全套管鉆機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，第二次世界大戰(zhàn)前，美國(guó)calweld首先研制出回轉(zhuǎn)斗，短螺旋鉆機(jī)。二十世紀(jì)五十年代，法國(guó)benoto將全套管鉆機(jī)應(yīng)用于樁基礎(chǔ)施工，而后由歐洲各國(guó)將其組合并不斷

6、完擅，發(fā)展成為昨天的多功能組合模式。意大利土力公司首先從美國(guó)將安裝在載重汽車上和附著在履帶起重機(jī)上的鉆機(jī)引進(jìn)歐洲，動(dòng)力頭為固定式，不能自行安裝套管，難以適應(yīng)硬質(zhì)土層施工，1960年德國(guó)維爾特和蓋爾茨蓋特公司同時(shí)開發(fā)了可動(dòng)式動(dòng)力頭。1975年德國(guó)寶峨公司研制了配有伸縮鉆桿的bg7型鉆機(jī)，該鉆機(jī)直接從底盤供給動(dòng)力，配置可鎖式鉆桿實(shí)現(xiàn)加壓鉆孔，鉆孔扭矩增大，可實(shí)當(dāng)初嚴(yán)密砂礫和巖層的鉆孔。日本于1960年從美國(guó)引進(jìn)calweld旋挖鉆機(jī)，同時(shí)加藤制造所開發(fā)了15-h型鉆機(jī)。以后開發(fā)了可配套搖管裝置和抓斗的鉆機(jī)，1965年日立建機(jī)研制了利用挖掘機(jī)底盤裝有液壓加壓裝置的鉆機(jī)，1974年開發(fā)了利用液壓履帶起

7、重機(jī)底盤由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。1980年日立建機(jī)與土力公司競(jìng)爭(zhēng)開發(fā)了為提高單樁承載力和擴(kuò)底灌注樁的施工范疇。德國(guó)寶峨的參加和日立建機(jī)與住朋建機(jī)的同盟進(jìn)一步增進(jìn)了旋挖鉆機(jī)技術(shù)在日本的發(fā)展。日本的旋挖鉆機(jī)扭矩比歐洲的同類產(chǎn)品小3。目前國(guó)外的旋挖鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家為：德國(guó)：bauer、liebherr、delmag、wirth、mgf,意大利soilmec、mait、cmv、casagrande、imt、entego；西班牙：llamada。日本：日車車輛、hitachi、住敵、加藤；芬蘭：junttan、tamrock；美國(guó)：ape、ingersoll-rand；英國(guó)：bsp等。從旋挖鉆機(jī)的發(fā)展歷程

8、來(lái)看，今后旋挖鉆機(jī)將在結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)方面體現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)。（1） 底盤結(jié)構(gòu)采用專用化設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)整機(jī)的結(jié)構(gòu)剛性和工作穩(wěn)定性；（2） 功能實(shí)現(xiàn)和操作系統(tǒng)及界面設(shè)計(jì)更趨人性化；（3） 控制系統(tǒng)向管理信息化、操作自動(dòng)化、監(jiān)控智能。1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀1984年天津探礦機(jī)械廠首次從美國(guó)rdi公司引起車載式旋挖鉆機(jī)。1988年北京城建工程機(jī)械廠仿制了土力公司1.5m直徑附著式旋挖鉆機(jī)。1994年鄭州勘察機(jī)械廠引進(jìn)英國(guó)bsp公司附著式旋挖鉆機(jī)，1998年上海金泰股份有限公司與寶峨合作組裝bg15。1999年哈爾濱四海工程機(jī)械公司和徐州工程機(jī)械股份公司先后開發(fā)了附著式旋挖鉆機(jī)和獨(dú)立式旋挖鉆機(jī)。2001年經(jīng)緯

9、巨力第一臺(tái)旋挖鉆機(jī)試制成功。2003年后三一、山河智能等多家生產(chǎn)廠家的旋挖鉆機(jī)陸續(xù)下線，產(chǎn)銷兩旺。 目前，國(guó)內(nèi)的旋挖鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家為：湖南山河智能、湖南三一、徐工、中聯(lián)重科、徐州東明、北京巨力、天津?qū)毝?、石家莊煤機(jī)、連云港黃海、哈爾濱四海、內(nèi)蒙古北方重汽、宇通重工、南車時(shí)代、山東鑫國(guó)、鄭州勘察等。 根據(jù)旋挖鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，如扭矩、鉆孔直徑、鉆深、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、整機(jī)質(zhì)量等，可分為大中小3種類型。 旋挖鉆機(jī)因其具有裝機(jī)功率大，輸出扭矩大，軸向壓力大，機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高、環(huán)保等特點(diǎn)，配合不同鉆具，適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的地質(zhì)條件，成為適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)最理想的施工機(jī)械。近年來(lái)，北京地鐵、環(huán)

10、線路網(wǎng)建設(shè)、特別是青藏鐵路、奧運(yùn)場(chǎng)館、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓等大型工程的施工中，旋挖鉆機(jī)高效、環(huán)保、效益高的優(yōu)勢(shì)得到公認(rèn)。 隨著改革開放的逐步深化，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求，使鐵路公路水路交通、城市公共設(shè)施和工業(yè)民用建筑、水利電力設(shè)施、港口碼頭機(jī)場(chǎng)的建設(shè)全面飛速發(fā)展樁基礎(chǔ)施工機(jī)械潛在的巨大市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)。僅鐵路建設(shè)方面，2005年我國(guó)將再上一批新項(xiàng)目，到2020年鐵路建設(shè)總投資要超過(guò)2萬(wàn)億元。2 swdm-16旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)液壓回路及方案選擇swdm-16挖鉆機(jī)是一種用于樁基礎(chǔ)工程現(xiàn)場(chǎng)灌注樁施工的成孔機(jī)械,整機(jī)主要有底盤行走機(jī)構(gòu)、鉆桅、自行起落架、主副卷?yè)P(yáng)、動(dòng)力頭、鉆桿、鉆頭、轉(zhuǎn)臺(tái)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、駕駛室、機(jī)

11、棚、配重、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，該機(jī)自帶動(dòng)力，具有履帶行走、底盤可伸縮履帶軌距、自行起落鉆桅、伸縮鉆桿、全液壓驅(qū)動(dòng)等功能。該機(jī)的機(jī)棚、轉(zhuǎn)臺(tái)、邊縱梁及配重均采用大圓弧流線設(shè)計(jì)造型。2.1 鉆桅及變幅機(jī)構(gòu)（1）鉆桅采用箱形大截面，具有良好的剛性和穩(wěn)定性，共有四節(jié)，上部鵝頭與鉆桅、上部一節(jié)鉆桅與主鉆桅、下部一節(jié)鉆桅與主鉆桅之間采用折疊式結(jié)構(gòu)。上部鵝頭裝有滑輪，主、副卷支揚(yáng)鋼絲繩從中穿過(guò)；下面一節(jié)鉆桅裝有支腿油缸，當(dāng)調(diào)整軌距時(shí)，鉆桅轉(zhuǎn)到履帶一側(cè)(90方面)，腿油缸伸出，將該側(cè)履帶抬起，即可通過(guò)控制閥將履帶伸縮油缸自由伸出或縮回，從而加大或縮小軌距。同時(shí)可用來(lái)作為底盤檢修、維護(hù)保養(yǎng)、更換履帶。每節(jié)鉆

12、桅都帶有滑軌，動(dòng)力頭、鉆桿依靠滑軌上下滑動(dòng)。通過(guò)桅桿支腿的支撐可實(shí)現(xiàn)履帶在最小載荷狀態(tài)下完成履帶的拓展與收縮，克服了無(wú)支撐而造成的履帶拓展力或收縮力過(guò)大、損壞地基等問(wèn)題。（2）變幅機(jī)構(gòu)如圖2.1所示，由動(dòng)臂4、三角架1、連桿5及變幅油缸2、6組成。變幅采用兩級(jí)油缸，動(dòng)臂變幅油缸調(diào)節(jié)動(dòng)臂的幅度，鉆桅傾斜油缸調(diào)節(jié)鉆桅的垂直。鉆桅左右可調(diào)整角度各為5，前后可調(diào)整角度分別為5、15。各關(guān)節(jié)采用自潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)，維護(hù)保養(yǎng)方便4。由于主、副卷?yè)P(yáng)移到回轉(zhuǎn)平臺(tái)，減輕了鉆桅重量，改善了變幅機(jī)構(gòu)的受力，同時(shí)使得旋挖鉆機(jī)在鉆大口徑（1000mm）樁孔時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生“點(diǎn)頭”而造成的樁孔失圓、超方現(xiàn)象，以及塌孔、縮孔的產(chǎn)生

13、。該鉆桅及變幅機(jī)構(gòu)具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）鉆桅變幅油缸下鉸座與動(dòng)臂的上鉸軸同軸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，便于維修。（2）鉆機(jī)運(yùn)輸或轉(zhuǎn)場(chǎng)組裝時(shí)，利用自身的動(dòng)力和結(jié)構(gòu)，不需要吊車輔助即可在主鉆桅小于90傾角（鉆桅處于后傾狀態(tài)）時(shí)實(shí)現(xiàn)下鉆桅與主鉆桅的自裝自卸功能，降低了客戶的使用成本，并提高了設(shè)備裝卸時(shí)的穩(wěn)定性5。（3）通過(guò)鉆桅、動(dòng)臂、三角架、各變幅油缸及連桿各鉸接點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增大了鉆桅的驅(qū)動(dòng)力，確保了動(dòng)力頭處于任意鉆桅位置都能實(shí)現(xiàn)鉆桅的平舉和變幅。（4）該機(jī)工作半徑大，可沿底盤360任意位置鉆孔施工，適應(yīng)能力強(qiáng)6。1.三角架 2.鉆桅變幅油缸 3.鉆桅 4.動(dòng)臂 5.連桿 6.動(dòng)臂變幅油缸圖2.1

14、變幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖2.2 變幅機(jī)構(gòu)液壓回路選擇2.2.1 主干回路選擇液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路只要有調(diào)速回路、同步回路。調(diào)速回路方案選擇，調(diào)速回路有三種：節(jié)流調(diào)速回路，容積調(diào)速回路，容積節(jié)流調(diào)速回路7。（1）節(jié)流調(diào)速回路效率較低，機(jī)械特性較軟，變載下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較差，只適合在負(fù)載小、低速、小功率的場(chǎng)合。（2）容積調(diào)速回路沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，且工作壓力隨負(fù)載而變化，因此效率高，發(fā)熱少。（3）容積節(jié)流調(diào)速回路用流量控制速度，使輸油泵的流量自動(dòng)與負(fù)載相適應(yīng)，它沒(méi)有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比比單純的容積調(diào)速回路好8。因此選用容積節(jié)流調(diào)速回路。由于定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路大多用在負(fù)載變化不大的中

15、小功率場(chǎng)合，而變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路用在負(fù)載變化大、速度較低的中小功率場(chǎng)合，故選用定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路。對(duì)于泵來(lái)說(shuō)是容積調(diào)速，對(duì)于閥來(lái)說(shuō)是節(jié)流調(diào)速，用電液比例閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，如圖2.2所示：圖2.2 電液比例閥對(duì)于任何液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，調(diào)速回路都是它的核心部分。這種回路可以通過(guò)事先的調(diào)整或在工作過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)調(diào)整來(lái)改變?cè)倪\(yùn)行速度，但它的主要功能卻是在傳遞動(dòng)力（功率）。根據(jù)節(jié)流口 （2.1） 式中：主滑閥流量 閥流量系數(shù) 閥口通流面積閥進(jìn)出口壓差流體密度 其中和為常數(shù)，只有和為變量。液壓缸活塞桿的速度： （2.2）式中為活塞桿無(wú)桿腔或有桿腔的有效面積，調(diào)節(jié)流量q（調(diào)節(jié)）即調(diào)節(jié)液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)

16、速度。同步回路選擇方案：一般情況下，兩調(diào)平液壓缸是完全一樣的，即可確定和所以要保證兩缸同步，只需使，由式（2.2）可知，只要主滑閥流量一定，則活塞桿的速度就能穩(wěn)定。又由式（2.1）分析可知，如果為一定值，則主滑閥流量與閥芯流通面積成正比即：,所以要保證兩缸同步，則只需滿足以下條件： ，且此處主滑閥選擇三位四通的電液比例方向流量控制閥，如圖2.3所示。 圖2.3 三位四通的電液比例方向流量控制閥它是一種按輸入的電信號(hào)連續(xù)地、按比例地對(duì)油液的流量或方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的閥。比例閥一般都具有壓力補(bǔ)償性能，所以它輸出的流量可以不受負(fù)載變化的影響。與手動(dòng)調(diào)節(jié)的普通液壓閥相比，它能提高系統(tǒng)的控制水平。它和電

17、液伺服閥的區(qū)別見表2.1表2.1 比例閥和電液伺服閥的比較項(xiàng)目比例閥伺服閥電位移轉(zhuǎn)換器功率較大（約50w）的比例電磁鐵，用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)閥芯或壓縮彈簧功率較?。s0.10.3w）的力矩馬達(dá)，用來(lái)帶動(dòng)噴嘴擋板或射流管放大器。其先導(dǎo)級(jí)輸出功率約為100w過(guò)濾要求由于是由普通閥發(fā)展起來(lái)的，沒(méi)特性要求為了保護(hù)精密斷面（零遮蓋），要求進(jìn)口過(guò)濾線性度在低壓降（0.8）下工作，通過(guò)較大流量時(shí)，閥體內(nèi)部的阻力對(duì)線性度有影響（飽和）在高壓降（7）下工作，閥體內(nèi)部的阻力對(duì)線性度影響不大滯環(huán)約1%約1%遮蓋20%一般精度，可以互換0極高精度，單件配作響應(yīng)時(shí)間4060ms510ms頻率響應(yīng)210hz10-300hz或更高

18、電子控制電子控制板與閥一起供應(yīng)，比較簡(jiǎn)單電子電路針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合專門設(shè)計(jì)，包括整個(gè)閉環(huán)電路應(yīng)用領(lǐng)域執(zhí)行元件開環(huán)控制執(zhí)行元件閉環(huán)控制價(jià)格約為普通閥的36倍約為普通閥的10倍以上與電液伺服閥相比，它雖在某些性能方面稍遜色些，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，所以它被廣泛應(yīng)用于要求對(duì)液壓參數(shù)進(jìn)行連續(xù)遠(yuǎn)距離控制或程序控制和對(duì)控制精度和動(dòng)態(tài)特性要求不太高的液壓系統(tǒng)中。又因?yàn)樵谡麄€(gè)舉身或收回過(guò)程中，單缸負(fù)載變化范圍變化比較大（050t），而且舉身和收回時(shí)是勻速運(yùn)動(dòng)，所以調(diào)平缸的功率為，為變功率調(diào)平，為達(dá)到節(jié)能效果，選擇變量泵。綜上所可得，主干調(diào)速回路選用容積節(jié)流調(diào)速回路。容積節(jié)流調(diào)速回路沒(méi)有溢流損失，效率高，速度穩(wěn)定性

19、也比單純?nèi)莘e調(diào)速回路好。為保證值一定，可采用負(fù)荷傳感液壓控制，其控制原理圖如圖2.4所示。它主要利用負(fù)荷傳感和壓力補(bǔ)償技術(shù)，可用單泵（或一組泵）驅(qū)動(dòng)多個(gè)執(zhí)行元件，各執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度僅依賴于各節(jié)流閥開啟度，而與各執(zhí)行元件的負(fù)載壓力和其它執(zhí)行元件的工作狀態(tài)無(wú)關(guān)。即使當(dāng)泵的輸出流量達(dá)不到實(shí)際需要時(shí)，各執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的比例關(guān)系仍然可以得到保持。此系統(tǒng)的這一特有的獨(dú)立調(diào)速功能大大減少了作業(yè)中操縱者協(xié)調(diào)各執(zhí)行元件動(dòng)作所花費(fèi)的時(shí)間，不但顯著提高了作業(yè)效率，而且有效減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。另外，能夠以最節(jié)省能量的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速，系統(tǒng)無(wú)溢流損失，并以推動(dòng)執(zhí)行元件動(dòng)作所需的最低壓力供油。在工作間隙(發(fā)動(dòng)機(jī)不停機(jī)，

20、各執(zhí)行元件處于無(wú)載狀態(tài)，不動(dòng)作)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的排量到最小值。可以有效降低功率損耗、減小液壓系統(tǒng)的溫升，所以它是一種性能較好的新型液壓系統(tǒng)。圖2.4 ls同步控制系統(tǒng)原理圖一般的同步回路還有：機(jī)械連接同步回路；用分流閥或分流集流閥的同步回路；用調(diào)速閥的同步回路；串聯(lián)缸的同步回路等，但這些同步回路同步精度一般比較低，而且大多數(shù)只是保證速度同步而不能保證位置同步，受負(fù)載變化的影響較大。舉升回路：圖中兩個(gè)執(zhí)行元件中的最高壓力，可以通過(guò)單向閥選出，作為負(fù)荷傳感壓力分別引到負(fù)荷傳感閥和各壓力補(bǔ)償閥的彈簧腔。當(dāng)負(fù)荷傳感閥芯及各壓力補(bǔ)償閥芯達(dá)到平衡時(shí)，各節(jié)流口前壓力為負(fù)荷傳感壓力加上負(fù)荷傳感閥下腔彈簧壓力

21、;各節(jié)流口后壓力均為負(fù)荷傳感壓力加上壓力補(bǔ)償閥左腔彈簧壓力，由此可以得兩節(jié)口壓力差為： 可知，只與兩彈簧彈力有關(guān)，所以只要保證兩彈簧壓力差恒定，則值基本為一定值。因而通過(guò)各節(jié)流口流向執(zhí)行元件的流量與各節(jié)流口大小有關(guān)，而與每一執(zhí)行元件的負(fù)載壓力無(wú)關(guān)。圖2.5 主干回路為保證桅桿工作時(shí)的垂直度，選用一種傾角傳感器，將檢查到的角度偏差信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制電液比例方向流量控制閥，從而調(diào)節(jié)桅桿的垂直度。傳感器 傳感器有測(cè)位移、速度和加速度，此處定位精度用角度標(biāo)示，因此用角位移傳感器是對(duì)癥下藥，同時(shí)由于目前角位移傳感器是非接觸式的，測(cè)量準(zhǔn)確。而使用測(cè)速度和加速度的傳感器都需要再次轉(zhuǎn)化，不很方便。因此，選

22、用的傳感器為：精密導(dǎo)電塑料角位移傳感器wds36-v/a（0-10v，4-20ma）用于旋挖鉆機(jī)在執(zhí)行立桅動(dòng)作時(shí)能自動(dòng)調(diào)至垂直。主干回路如圖2.5所示。2.2.2 其它回路選擇（1）平衡回路 平衡回路的功用在于防止垂直或傾斜放置的液壓缸和與之相連的工作部件因自重而自行下落。桅桿后仰和前傾時(shí)都要平衡，因此連接油缸兩端的回油路上都要設(shè)有起平衡作用的閥。下面主要考慮兩種平衡回路,分別如圖2.6和2.7所示。圖2.6 用直控平衡閥的平衡回路圖2.7 用遠(yuǎn)控平衡閥平衡的回路用直控平衡閥的平衡回路。調(diào)整平衡閥的開啟壓力，使其稍大于立式液壓缸活塞及其工作部件自重在液壓缸下腔所產(chǎn)生的壓力，活塞部件則不會(huì)因自重

23、而下落?；钊陆禃r(shí)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但功耗較大。用遠(yuǎn)控平衡閥平衡的平衡回路。遠(yuǎn)控平衡閥的開啟取決于控制壓力，與載荷無(wú)關(guān)。在活塞下行時(shí)，平衡閥被控制油打開，被壓很小，故系統(tǒng)效率較高。但活塞部件有可能加速下滑，以致產(chǎn)生振蕩，所以應(yīng)在平衡閥的控制口接入節(jié)流閥。（2）鎖緊回路鎖緊回路的功用是在液壓執(zhí)行元件不工作時(shí)切斷其進(jìn)、出油通道，確切地使是它保持在既定的位置上。下面也主要考慮兩種鎖緊回路，如圖2.8和2.9所示。圖2.8 用換向閥鎖緊的回路圖2.9 用液控單向閥雙向鎖緊的回路用換向閥鎖緊的回路。三位四通換向閥在中位時(shí)，分別與油缸相連的兩油路被封閉，構(gòu)成了雙向鎖緊回路。采用換向閥鎖緊，回路簡(jiǎn)單，但是鎖緊精度

24、較低。用液控單向閥雙向鎖緊的回路。用兩個(gè)液控單向閥可實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的雙向鎖緊。圖示位置時(shí)，液壓泵卸荷，兩個(gè)液控單向閥均為關(guān)閉，活塞被所在不動(dòng)?；钊梢栽谌我馕恢帽绘i緊。圖2.10 用液控平衡閥的平衡鎖緊回路考慮桅桿的功能要求：由于桅桿自身重力的作用，舉身過(guò)程要比較平穩(wěn)，而且在任意位置要能被鎖定，所以背壓閥的壓力值要設(shè)得比較??；工作是也要很好的被鎖?。磺皟A是也要平穩(wěn)和能被鎖住，所以背壓閥值要設(shè)得比較大。再考慮到平衡和鎖緊的功能，可以使用液控平衡閥來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)作用。其原理如圖2.10所示9。舉身過(guò)程中，開始時(shí)桅桿自重對(duì)液壓缸的壓力比較大，進(jìn)油路壓力很大，所以回油路上的背壓值很小，隨著舉身過(guò)程的進(jìn)

25、行桅桿自重對(duì)缸的壓力減小，回油路上的背壓值也隨著增加。前傾過(guò)程中，進(jìn)油路上壓力值很小，所以回油路上的背壓值特別大，收回過(guò)程和此分析相反。要鎖緊時(shí)可以可以用換向閥切斷進(jìn)油路，從而靠平衡閥直接鎖住。2.3 液壓系統(tǒng)方案的選擇設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手進(jìn)行液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及改設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面的情況了解清楚。主機(jī)的概括：用途、性能、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；（1）液壓系統(tǒng)要完成的動(dòng)作，動(dòng)作完成的順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系；（2）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)速度；（3）各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；（4） 對(duì)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要

26、求；（5）自動(dòng)化程度、操作控制方式的要求；（6）對(duì)防塵、防寒、安全可靠性方面的要求；（7）對(duì)效率、成本方面的要求。按照液流循環(huán)方式的不同，靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可以分為開式循環(huán)系統(tǒng)和閉式循環(huán)系統(tǒng)兩種。對(duì)于開式循環(huán)系統(tǒng)，油泵自油箱吸油，供入油馬達(dá)后，低壓油直接返回油箱。油馬達(dá)通過(guò)換向閥改變運(yùn)動(dòng)方向。開式循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)為：（1）系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單；（2）系統(tǒng)散熱條件好；（3）由于油泵直接從油箱吸油，因此油箱需要較大的容積；（4）因?yàn)橛拖漭^大，空氣和油液及管路接觸的機(jī)會(huì)較多，容易滲入管路，造成管路振動(dòng)；（5）當(dāng)系統(tǒng)采用不可自吸的油泵時(shí)，需要一個(gè)較大的輔助供油泵。對(duì)于閉式循環(huán)系統(tǒng)，油泵的進(jìn)油管直接與液壓油缸連通，

27、形成一個(gè)閉合回路。為了補(bǔ)償系統(tǒng)中的泄漏損失，還需要專設(shè)一個(gè)輔助供油泵。因此，在閉式系統(tǒng)中常采用雙向變量軸向柱塞泵。閉式循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)為：（1）系統(tǒng)比較復(fù)雜；（2）系統(tǒng)中的流量基本上都在主管路內(nèi)循環(huán)，與油箱中交換的油量?jī)H為系統(tǒng)中泄漏的那一部分，因此系統(tǒng)的散熱條件較差，管路容易發(fā)熱。為了改善這種情況，可以采用流量較大的輔助泵，增加與油箱交換的油量，成為一種半閉式循環(huán)系統(tǒng)；（3）油箱所需容積較小，比較緊湊；（4）無(wú)論是高壓管路還是低壓管路都有一定的壓力，因此空氣進(jìn)入管路的機(jī)會(huì)較少，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)；（5）由于系統(tǒng)中的流量基本上都在主管路內(nèi)循環(huán)，同時(shí)在輔助泵的出口管路中可以采用過(guò)濾精度較高的濾油器，因此

28、系統(tǒng)比較容易保持干凈；一般來(lái)說(shuō)，通常車輛的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)均為閉式系統(tǒng)，從元件配置上看，技術(shù)比較成熟，但有其固有缺陷，比較致命的兩個(gè)缺陷如下：（1）無(wú)法實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行系統(tǒng)的動(dòng)作要求如旋挖鉆機(jī)包括液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及立桅定位系統(tǒng)等，為了驅(qū)動(dòng)多個(gè)系統(tǒng)，勢(shì)必要再增加液壓泵源，導(dǎo)致成本升高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置困難。（2）液壓元件的選擇問(wèn)題10國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的液壓泵和液壓馬達(dá)，由于技術(shù)性能與國(guó)外產(chǎn)品存在較大差距，如果使用國(guó)外的進(jìn)口產(chǎn)品，則價(jià)格昂貴，產(chǎn)品開發(fā)增加。因此可見，選用一泵多用，能協(xié)調(diào)工作，節(jié)能省功，性能優(yōu)良，價(jià)格較低的開式系統(tǒng)十分必要。 綜上所述：通過(guò)計(jì)算、分析和比較，采用開式循環(huán)系統(tǒng)

29、，負(fù)荷傳感液壓控制，并搭配沒(méi)有溢流損失、效率高、速度穩(wěn)定性好的主干容積調(diào)速回路。采用掖控平衡閥來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡與鎖緊雙重功效。最終達(dá)到平舉和立桅兩動(dòng)作的順利實(shí)現(xiàn)。3 swdm-16旋挖鉆機(jī)履帶伸縮動(dòng)作液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 swdm-16旋挖鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求該機(jī)主要功能為上車鉆孔作業(yè)和下車移動(dòng)行駛,兩部分有互鎖機(jī)構(gòu).下車行駛工作時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)液壓泵供油,高壓油經(jīng)中心回轉(zhuǎn)體行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走減速機(jī),實(shí)現(xiàn)底盤的行走、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等功能。履帶軌距伸縮、鉆桅起落、動(dòng)力頭加壓均通過(guò)控制閥分別由相應(yīng)液壓缸驅(qū)動(dòng)，而鉆桿旋轉(zhuǎn)、主副卷?yè)P(yáng)提升、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)則通過(guò)控制閥分別由相應(yīng)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)減速機(jī)。動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)減速

30、機(jī)具有兩種轉(zhuǎn)速，正常鉆孔作業(yè)采用低速，拋土作業(yè)采用高速。動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)減速及大小齒輪減速帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)，同時(shí)供油給加壓油缸，使動(dòng)力頭有垂直向下的壓力，實(shí)現(xiàn)正常鉆進(jìn)作業(yè)，提升鉆桿時(shí)主卷?yè)P(yáng)回轉(zhuǎn)，將鉆頭提升至地面，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)至地面的拋土位置，若為短螺旋鉆頭，則減速機(jī)換檔由動(dòng)力頭馬達(dá)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)拋土作業(yè)；若為回轉(zhuǎn)斗則需再提升鉆頭至動(dòng)力頭下端擋板位置，通過(guò)撞擊下?lián)醢迨够剞D(zhuǎn)斗下端開啟實(shí)現(xiàn)拋土。鉆孔深度則由電氣數(shù)碼顯示。當(dāng)鉆至要求深度后即可停止作業(yè)。下放護(hù)壁套筒時(shí)，可由動(dòng)力頭下?lián)醢逯苯訅喝牖蛴蓜?dòng)力頭驅(qū)動(dòng)的護(hù)筒將護(hù)套筒旋入地下，這樣可提高成孔質(zhì)量。運(yùn)輸鉆機(jī)時(shí)，可將鉆桅下放至水平位置、鵝頭部分和下段動(dòng)力頭折疊，

31、根據(jù)牽引車載重情況，也可將配重拆下，此時(shí)履帶橫向縮回至最小距離，這樣鉆機(jī)即可自行至牽引車上進(jìn)行運(yùn)輸。 swdm-16旋挖鉆機(jī)采用進(jìn)口康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)及力士樂(lè)油泵，為整機(jī)提供了可靠的動(dòng)力源；系統(tǒng)采用油泵智能控制及負(fù)載傳感控制，最大限度降低系統(tǒng)能耗，減小系統(tǒng)發(fā)熱，為系統(tǒng)可靠工作提供了保障。采用液壓可伸縮式履帶底盤，具有良好的整機(jī)穩(wěn)定性。配重整體鑄造，造型美觀，拆卸方便。進(jìn)口力士樂(lè)馬達(dá)、內(nèi)藏式行星減速機(jī)卷?yè)P(yáng)，具有可控式自由下落功能。可拆卸式鉆桿，帶有垂直度自動(dòng)調(diào)整和深度自動(dòng)檢測(cè)功能。進(jìn)口動(dòng)力頭減速器及動(dòng)力頭雙邊密封軸承，使動(dòng)力頭工作可靠，維護(hù)方便?？蓪?shí)現(xiàn)雙速控制的加壓油缸。進(jìn)口液壓變量馬達(dá)、變速減速機(jī)，

32、具有雙速鉆進(jìn)、高速拋土、根據(jù)地質(zhì)條件改變其扭矩及轉(zhuǎn)速功能。采用摩擦式伸縮鉆桿，根據(jù)用戶需要可采用5節(jié)鉆孔深60米、4節(jié)鉆孔深40米?？膳涠搪菪@、回轉(zhuǎn)斗、巖芯回轉(zhuǎn)斗、巖芯鉆等多種鉆頭，直徑500-1800mm。swdm-16旋挖鉆機(jī)使用環(huán)境溫度為-1540,工作地面傾斜度不大于2,當(dāng)遇有暴風(fēng)雨雪天氣或風(fēng)速大于15m/s時(shí),應(yīng)停止工作,并將鉆桅收起。swdm-16旋挖鉆機(jī)主要性能參數(shù)以及部分液壓裝置的尺寸如表3.1所示。3.2 分析系統(tǒng)工況,確定主要參數(shù)3.2.1 確定執(zhí)行元件執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)的輸出部分，必須滿足機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動(dòng)功能、性能要求和結(jié)構(gòu)、安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運(yùn)動(dòng)形態(tài)，選用不

33、同的執(zhí)行元件配置，如表3.2所示。在本設(shè)計(jì)中，swdm-16旋挖鉆機(jī)的履帶伸縮選用的則是液壓缸（伸縮油缸）。表3.1 swdm-16旋挖鉆機(jī)主要性能參數(shù)項(xiàng) 目參 數(shù)最大鉆孔直徑帶護(hù)筒管 mm1300不帶護(hù)筒 mm1800最大鉆孔深度 m55(5節(jié))/42（4節(jié)）外形尺寸工作狀態(tài) mm8640420019900運(yùn)輸狀態(tài) mm1450032003370整機(jī)重量 t57 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)cumminsqsb5.9-240額定功率 kw/rpm186/2200液壓系統(tǒng)最大扭矩 n.m/rpm990/1500最大工作壓力 mpa主泵30副泵28最大流量 l/min395+99 l/min 轉(zhuǎn) 臺(tái)回轉(zhuǎn)角度 36

34、0回轉(zhuǎn)速度 r/min3底 盤最大行走速度 km/h1.63最小爬坡度40最小離地間隙 mm390履帶寬度 mm700軌距 mm2500-3500履帶縱向輪距 mm4230表3.2 執(zhí)行元件配置的選擇運(yùn) 動(dòng) 形 態(tài)執(zhí) 行 元 件直 線 運(yùn) 動(dòng) 液壓缸液壓馬達(dá)+齒輪齒條機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)+螺旋機(jī)構(gòu)旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng)液壓馬達(dá)擺 動(dòng)液壓馬達(dá)+連桿機(jī)構(gòu)液壓缸+齒輪機(jī)構(gòu)3.2.2 執(zhí)行元件的工況分析 對(duì)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件進(jìn)行工況分析，就是查明每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過(guò)程中的速度和負(fù)載的變化規(guī)律。 在一般情況下，液壓缸承受的負(fù)載有六部分組成，即工作負(fù)載、導(dǎo)軌摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、重力負(fù)載、密封負(fù)載和背壓負(fù)載，其中前五項(xiàng)

35、構(gòu)成液壓缸所要克服的機(jī)械總負(fù)載。 液壓缸各個(gè)主要工作階段的機(jī)械總負(fù)載f按下列公式計(jì)算11啟動(dòng)加速階段： （3.1）快速階段： （3.2）工進(jìn)階段： （3.3）制動(dòng)減速階段： （3.4） 其中 ；（t=0.01-0.5s,輕載低速時(shí)取較小值）。 在本設(shè)計(jì)履帶伸縮動(dòng)作中液壓缸（伸縮油缸）在工作過(guò)程中為勻速運(yùn)動(dòng)，在伸出和收縮兩過(guò)程中的負(fù)載分別為：履帶伸出階段： 履帶收縮階段： 將液壓缸（伸縮油缸）在各階段的速度和負(fù)載值列于表2.3中：表3.3 液壓缸在各階段的速度和負(fù)載值工作階段速度v/(m/s)負(fù)載f/n履帶伸14.5m/min418587.12履帶縮18.1m/min350025.503.2.3

36、 確定執(zhí)行元件的主要參數(shù)(1) 液壓缸（伸縮油缸）的主要參數(shù) 初選液壓缸的工作壓力工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，乃至整個(gè)系統(tǒng)性能。工作壓力選得高，執(zhí)行元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，但對(duì)元件的強(qiáng)度、剛度及密封要求高，且要采用較高壓力的液壓泵；反之，如果工作壓力選得低，就會(huì)增大執(zhí)行元件及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。?zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載值或者主機(jī)設(shè)備類型選取，如上表3.5，表3.6所示。由負(fù)載值大小查表3.5，參考同類型旋挖鉆機(jī)，取液壓缸工作壓力為28mpa12。表3.5 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系負(fù)載f/kn1

37、010-2020-3030-5050工作壓力（p/mpa）0.8-1.21.5-2.53.0-4.04.0-5.05.0表3.6 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型精加工機(jī)床半精加工機(jī)床粗加工或重型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)、重型機(jī)械、大中型挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力（p/mpa）0.8-23-55-1010-1620-32 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)履帶伸縮油缸受最大載荷時(shí)，活塞桿是工作在受壓狀態(tài)，如圖3.1所示: 圖3.1 活塞桿受壓狀態(tài)圖一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為： （3.5） 運(yùn)用式（3.5）須確定與的關(guān)系，或是活塞桿徑與活塞直徑的關(guān)系，由表3.

38、3看出最大負(fù)載為履帶伸階段的負(fù)載f=418587.12n，則 （3.6） 查設(shè)計(jì)手冊(cè),按液壓缸內(nèi)徑系列表將以上計(jì)算值圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑,取d=140mm。 活塞桿直徑d可根據(jù)工作壓力選取，如表3.7所示。表3.7 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑液壓缸工作壓力（p/ma）55-77推薦活塞桿直徑（0.5-0.55）d（0.6-0.7）d0.7d根據(jù)上表，取d=0.7d,所以 d=0.7140mm=98mm同樣圓整成標(biāo)準(zhǔn)系列活塞桿直徑，取d=100mm.由d=140mm,d=100mm算出液壓缸無(wú)桿腔有效作用面積為，有桿腔有效作用面積為 。履帶伸縮采用m8多路閥控制其流量從而調(diào)節(jié)它的伸縮速度，查產(chǎn)品樣本，

39、它的最小穩(wěn)定流量,因履帶伸縮動(dòng)作過(guò)程中的最小速度,則: （3.7）故能滿足低速穩(wěn)定性要求。液壓缸的缸筒長(zhǎng)度l由液壓缸最大行程，活塞寬度、活塞導(dǎo)向套長(zhǎng)度、活塞桿密封長(zhǎng)度和特殊要求的其它長(zhǎng)度確定。其中，活塞寬度b=（0.6-1.0）d，導(dǎo)向套長(zhǎng)度c：當(dāng)d80mm時(shí)，c=（0.6-1.0）d；當(dāng)d80mm時(shí)，c=（0.6-1.0）d。為減小加工難度，一般液壓缸缸筒長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。由此可知：履帶伸縮油缸的最大行程為1100mm?；钊麑挾萣=0.8d=0.8140=112mm，導(dǎo)向套長(zhǎng)度c=0.8d=0.8100=80mm。缸筒長(zhǎng)度根據(jù)需要?jiǎng)t取l=18d=18140=2520mm。（2）

40、計(jì)算液壓缸的工作壓力、流量和功率13 復(fù)算工作壓力 根據(jù)表3.8，本系統(tǒng)的背壓估計(jì)值可在16-32mpa范圍內(nèi)選取，故暫定：工進(jìn)時(shí)， ;快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，。液壓缸在工作階段的工作壓力計(jì)算如下：差動(dòng)快進(jìn)階段: （3.8） 無(wú)桿腔進(jìn)油工進(jìn)階段: （3.9） 有桿腔進(jìn)油快退階段: （3.10） 式中： a1、a2液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效面積； f液壓缸在各工作階段的最大機(jī)械總負(fù)載； pb液壓缸回油路的背壓，即回油路的總壓力損失。表3.8 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值系 統(tǒng) 類 型背壓pb/mpa中低壓系統(tǒng)（0-8mpa）簡(jiǎn)單系統(tǒng),一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2-0.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.5-0.8回油路帶背

41、壓閥0.5-1.5帶補(bǔ)油泵的閉式回路0.8-1.5中高壓系統(tǒng)(8-16mpa)同上比中低壓系統(tǒng)高50%-100%高壓系統(tǒng)(16-32mpa)如鍛壓機(jī)械初算時(shí)背壓忽略不計(jì) 計(jì)算液壓缸的輸入流量因快進(jìn)、快退速度,最大工進(jìn)速度,則液壓缸各階段的輸入流量需為：快進(jìn)階段: （3.11） 工進(jìn)階段: （3.12）快退階段: （3.13）（3）計(jì)算液壓缸的輸入功率快進(jìn)階段: （3.14） 工進(jìn)階段: （3.15） 快退階段: （3.16） 將以上計(jì)算的壓力、流量和功率值列于表3.9中。 表3.9 液壓缸在各工作階段的壓力、流量和功率工作階段工 作 壓 力p1/mpa輸入流量qv1/(l/min) 輸入功率

42、p/kw快速前進(jìn)27.577.4635.5工作進(jìn)給30.5197.82100.6快速回退29.880.8240.13.3 制定系統(tǒng)原理圖3.3.1 液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)（1）主干回路設(shè)計(jì)對(duì)于任何液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，調(diào)速回路都是它的核心部分。這種回路可以通過(guò)事先的調(diào)整或在工作過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)調(diào)整來(lái)改變?cè)倪\(yùn)行速度，但它的主要功能卻是在傳遞動(dòng)力（功率）。根據(jù)伯努力方程： （3.17）式中： 主滑閥流量 閥流量系數(shù) 閥芯流通面積閥進(jìn)出口壓差流體密度 其中和為常數(shù)，只有和為變量。液壓缸活塞桿的速度： （3.18） 式中:為活塞桿無(wú)桿腔或有桿腔的有效面積由式（3.18）可知，只要主滑閥流量一定，則活塞桿的速度

43、就能穩(wěn)定。又由式（3.17）分析可知，如果為一定值，則主滑閥流量與閥芯流通面積成正比即：。 此處主滑閥選擇三位四通的液動(dòng)換向閥，如圖3.2所示。 圖3.2 三位四通的液動(dòng)換向閥 它是一種利用控制油路的壓力油來(lái)改變閥芯位置的換向閥。通過(guò)電磁換向閥起先導(dǎo)作用，液動(dòng)換向閥改變控制液流的方向，從而改變起主閥作用的液動(dòng)換向閥的工作位置。由于操縱主閥的液壓推力很大，所以主閥芯的尺寸可以做得很大，允許大流量通過(guò)。這樣液動(dòng)換向閥通過(guò)與電磁換向閥的連接實(shí)際具有電液動(dòng)換向閥的作用，一般都具有壓力補(bǔ)償性能，所以它輸出的流量可以不受負(fù)載變化的影響。與手動(dòng)調(diào)節(jié)的普通液壓閥相比，它能提高系統(tǒng)的控制水平。它和電液伺服閥的區(qū)

44、別見表3.10。與電液伺服閥相比，它雖在某些性能方面稍遜色些，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，所以它被廣泛應(yīng)用于要求對(duì)液壓參數(shù)進(jìn)行連續(xù)遠(yuǎn)距離控制或程序控制，但對(duì)控制精度和動(dòng)態(tài)特性要求不太高的液壓系統(tǒng)中。表3.10 電液換向閥和電液伺服閥的比較項(xiàng)目電液換向閥伺服閥電位移轉(zhuǎn)換器功率較大（約50w）的電磁鐵，用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)閥芯或壓縮彈簧功率較?。s0.1-0.3w）的力矩馬達(dá)，用來(lái)帶動(dòng)噴嘴擋板或射流管放大器。其先導(dǎo)級(jí)輸出功率約為100w過(guò)濾要求約25由于是由普通閥發(fā)展起來(lái)的，沒(méi)特性要求1-5為了保護(hù)精密斷面（零遮蓋），要求進(jìn)口過(guò)濾線性度在低壓降（0.8）下工作，通過(guò)較大流量時(shí)，閥體內(nèi)部的阻力對(duì)線性度有影響（飽

45、和）在高壓降（7）下工作，閥體內(nèi)部的阻力對(duì)線性度影響不大滯環(huán)約1%約0.1%遮蓋20%， 一般精度，可以互換0， 極高精度，單件配作響應(yīng)時(shí)間40-60ms5-10ms頻率響應(yīng)2-10hz10-300hz或更高電子控制電子控制板與閥一起供應(yīng)，比較簡(jiǎn)單電子電路針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合專門設(shè)計(jì)，包括整個(gè)閉環(huán)電路應(yīng)用領(lǐng)域執(zhí)行元件開環(huán)控制執(zhí)行元件閉環(huán)控制價(jià)格約為普通閥的3-6倍約為普通閥的10倍以上3.3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖根據(jù)以上計(jì)算，選擇合適的各控制回路以及換向回路，可得到swdm-16旋挖鉆機(jī)履帶伸縮動(dòng)作總的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖3.3所示。swdm-16旋挖鉆機(jī)履帶伸縮動(dòng)作在工作運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定性和很強(qiáng)，且有效的

46、改善了大型旋挖鉆機(jī)在本身大質(zhì)量的工作狀況下，能不發(fā)生機(jī)身的傾斜。提高了操作的安全性，改善了大噸位履帶旋挖鉆機(jī)在狹窄路面上以及不平穩(wěn)的工地上的的行駛通過(guò)性，又保持了大噸位履帶旋挖鉆機(jī)在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的常規(guī)的負(fù)載和行走的能力。采用液壓進(jìn)行動(dòng)作是現(xiàn)有的工程機(jī)械的主要的動(dòng)作的方式，因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)不但解決了大功率傳動(dòng)中所需求的大動(dòng)力的問(wèn)題，也使得機(jī)械在工作過(guò)程中動(dòng)作更加平穩(wěn)，對(duì)工作頻率的控制能有效的把握。所以如何優(yōu)化一個(gè)液壓系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，使得工作時(shí)的效率更高，提高能源的利用率是設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)14。 1-液動(dòng)換向閥 2-履帶伸縮油缸 3-電磁換向閥 4-m4主閥 5-雙聯(lián)泵圖3.3 液壓系統(tǒng)原理圖3.4 液壓

47、元件的選擇3.4.1 液壓泵的選擇(1) 液壓泵工作壓力的確定15 （3.19）是執(zhí)行元件的最高工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)，最高壓力是履帶伸縮油缸受最大載荷時(shí)的入口壓力。再次確定系統(tǒng)的工作壓力: （3.20） 是泵到執(zhí)行元件間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到缸之間串接有一個(gè)m8閥、液動(dòng)換向閥、電磁換向閥、，取，則液壓泵的工作壓力為： （3.21） (2) 液壓泵流量的確定 （3.22） （3.23） 取泄露系數(shù)k=1.2，求得液壓泵流量 （3.24）根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選軸向柱塞變量泵a10vo（開式回路）。3.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選擇 由于整個(gè)履帶伸縮過(guò)程中，負(fù)載變化很

48、小，所以系統(tǒng)的壓力和流量基本沒(méi)有變化,所需功率變化小，為滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要，按最大功率來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率。取泵的總效率，則泵的總驅(qū)動(dòng)功率為： （3.25）根據(jù)此數(shù)值查閱發(fā)動(dòng)機(jī)目錄，最后選定美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī),其額定功率為246kw16。3.4.3 液壓閥的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量，可選用合適的液壓閥，下面為主要多路閥的選擇。(1) m8整體多路閥的技術(shù)特點(diǎn)分析及主要作用 m8閥的作用:m8整體多路閥主要在液壓系統(tǒng)中用于履帶驅(qū)動(dòng)、伸縮和輪式挖掘機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能控制如動(dòng)臂、鏟斗，行走、斗桿及回轉(zhuǎn)等(如圖3.3)。此閥還可以用于鉆機(jī)及起重機(jī)械的控制。 m8多路閥

49、取代了以前雙控制回路中的4閥芯多路閥。這種閥優(yōu)于分片式結(jié)構(gòu)的多路閥，優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省組裝閥體幾連接油路的費(fèi)用和時(shí)間。 m8閥的技術(shù)特點(diǎn)：閥的控制原理為3位6通比例控制特性，更加精確靈敏的流量控制，由th型先導(dǎo)操作閥控制的液壓控制多種回路形式（并聯(lián)、串聯(lián)、串并聯(lián)）可同時(shí)控制多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（多達(dá)3個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)），具有內(nèi)部合流（其他外部合流）用于履帶行走控制的閥芯帶內(nèi)裝式制動(dòng)功能，可法蘭安裝帶有和行走聯(lián)閥芯的平衡分流閥，用于油箱、冷卻器和補(bǔ)油的油口以及各種一次和二次插裝溢流閥。1-背壓閥 2-行走平衡閥 3-合流閥 4-二次閥 5-閥芯 6-負(fù)載保壓閥3.3圖 m8閥原理圖由于m8閥可用于履帶驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的控制并且還可節(jié)省組裝閥體連接油路的費(fèi)用和時(shí)間,所以在履帶伸縮動(dòng)作液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇多路控制閥m8閥。4 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算4.1 swdm-16旋挖鉆機(jī)履帶