氣動錨桿鉆機說明書

1、摘要目前，國內生產的錨桿鉆機無論從技術上還是質量上都落后于某些發(fā)達國家，所以對錨桿鉆機的理論研究尚需進一步深化，鉆機的質量需進一步提高。本文全面、系統(tǒng)、深入地分析了氣動錨桿鉆機的工作原理、齒輪馬達運動的特性，對氣動錨桿鉆機組成元件進行設計分析，提出氣動錨桿鉆機設計的基本思路和方法，并對氣動錨桿鉆機的回轉部分進行了詳細的設計校核，利用PROE對其進行建模和仿真。 本文根據(jù)流體力學和氣壓傳動原理，分析了齒輪式氣動馬達的結構和特點，本文還分析了氣動式錨桿鉆機產生噪聲、油霧的機理，探討了消除噪聲和油霧的途徑和方法，研制了具有消除排氣油霧和減小噪聲雙重功能的多機理除油霧消音器，消音器性能良好，能很好地滿

2、足設計要求和使用要求。關鍵詞:氣動錨桿鉆機、齒輪馬達、回轉部分、強度校核、消音器、支腿、操縱臂、建模、仿真ABSTRACTAt present, the domestic production of the jumbolter no matter from technology and quality are behind some developed countries, so the jumbolter to the study of the theory of the pending further deepening, the quality of the drilling rig t

3、o further improveThis paper, system, a further study on the working principle of the jumbolter pneumatic, gear motor sports characteristics, the jumbolter to pneumatic components design analysis, it puts forward the jumbolter pneumatic design basic idea and method, and the jumbolter to pneumatic rot

4、ating parts of detailed design respectively,Using PROE the modeling and simulation.In this paper, according to the principle of fluid mechanics and pneumatic transmission, this paper analyzes the gear type structure and characteristics of the pneumatic motor, this paper also analyzes the pneumatic t

5、ype the jumbolter to produce noise, the mechanism of oil mist, and probes into the oil mist eliminate noise and the way and the method, developed with dispels exhaust oil mist and reduce the noise of the double function mechanism in addition to more oil mist muffler, muffler performance is good, can

6、 well meet the design requirement and the use requirement.Key words: Pneumatic anchor rig Gear motor Rotary bodyStrength checkMuffleroutrigger Manipulating armmodelingsimulation目錄摘要IABSTRACTII第一章 緒論11錨桿鉆機簡介11.1錨桿支護的作用及意義11.2錨桿鉆機的發(fā)展與現(xiàn)狀11.3我國煤礦用錨桿鉆孔設備存在的主要技術問題21.4本課題研究的主要內容4第二章 氣動錨桿鉆機總體方案的研究與設計52.1設計方

7、案的確定5推進方案的確定5動力機構方案的確定6操縱機構方案的確定82.2工作原理92.3性能參數(shù)指標10第三章 氣動錨桿鉆機的結構設計103.1整體結構及參數(shù)的確定103.2回轉部分的設計及強度計算11減速機構設計11氣動馬達的參數(shù)確定33消聲器的設計353.3支腿部件設計35結構設計35支腿材料的分析與選擇36支腿的結構設計373.4操縱臂設計373.5整機結構37第四章 PROE建模及仿真384.1 Pro/Engineer軟件簡介384.2 Pro/Engineer軟件主要特性384.3 Pro/E建模394.4 Pro/E裝配514.4 Pro/E仿真55第五章 氣動錨桿鉆機使用維護說

8、明595.1適用范圍及型號定義59適用范圍簡介59型號定義595.2性能參數(shù)605.3使用條件60壓縮空氣60沖洗水61潤滑615.4作業(yè)前檢查615.5鉆錨桿孔作業(yè)625.6攪拌和安裝錨桿作業(yè)625.7作業(yè)之后625.8其他操作注意事項62第六章 結束語63參考文獻：64致謝65第一章 緒論1錨桿鉆機簡介1.1錨桿支護的作用及意義錨桿支護作為地下工程的一種新型的支護型式，目前已成為歐美和澳大利亞等先進采煤國家煤礦井下的主要支護方式。美國煤礦房柱式開采幾乎全部采用錨桿支護，長壁開采的巷道80%采用錨桿支護，澳大利亞90%的煤礦巷道采用錨桿支護。50年代末，錨桿支護就在我國少數(shù)煤礦得到利用，但是

9、由于對其認識不足，特別是缺乏對其支護機理的全面認識，在煤礦的應用始終得不到推廣。七十年代以后，在引進國外先進的采煤和掘進設備的同時，又片面強調了歐洲、美國的采煤模式，把鋼架支護作為煤礦的主要方向加以推廣。八十年代起，人們對錨桿支護有了重新認識，開始在煤層頂板比較穩(wěn)定的巷道中使用，如七臺河、大同、雙鴨山等礦區(qū)，繼而逐步在地質條件比較復雜的煤礦也得到了應用。如在新漢、徐州等礦區(qū)巷道圍巖穩(wěn)定性較差的地方;在龍口、平莊等礦區(qū)“三軟”條件下順槽的錨桿支護和錨梁網支護等。至今，幾乎在全國各大礦區(qū)都不同程度地應用了錨桿支護技術。煤礦巷道錨桿支護技術在改善支護效果，降低支護成本，加快成巷的速度，減少輔助運輸量

10、，減輕勞動強度，提高巷道斷面利用率等方面有著十分突出的優(yōu)越性，對我國煤礦的技術進步和經濟意義是十分巨大的。原煤炭工業(yè)部于1996年將煤巷錨桿支護技術列為“九五”五大科技攻關項目之一，攻關內容包括錨桿支護機理的研究、錨桿設計方法、錨桿材料、監(jiān)測儀器、支護工藝、快速掘進和錨桿鉆機等六個方面。我國錨桿鉆機的發(fā)展較晚，雖然從六十年代就開始了研制，但一直處于緩慢發(fā)展和低水平重復的階段。至今為止，尚無比較完善的錨桿鉆機設計理論。因此，研究適應我國煤礦的新型、高效、結實可靠、使用方便、維修簡單的錨桿鉆機，是我國錨桿支護技術中急待解決的問題。1.2錨桿鉆機的發(fā)展與現(xiàn)狀從結構型式上，錨桿鉆機可以分成臺車型、機載

11、型和單體型三大類。由于臺車型錨桿鉆機(亦稱錨桿鉆車)和機載錨桿鉆機具有功率大、鉆孔能力強、功能齊全、適應范圍廣、可自帶動力、操作安全等優(yōu)點，所以在國外應用較多，如瑞典Alas-Copco公司、芬蘭Tamrock公司以及法國SECOMA公司生產的錨桿鉆車。但這兩類錨桿鉆機操作復雜，維護成本高，一次投資成本也大，因而在國內使用較少。目前在巷道錨桿支護中，大量采用的是單體錨桿鉆機。它具有結構簡單、使用方便、移動靈活、適合手工操作等優(yōu)點。從機型結構上分，單體錨桿鉆機可分為架柱式、手持式和支腿式三種。架柱式錨桿鉆機機身固定在巷道頂、底板與側幫之間，由推力裝置將鉆機沿導軌推進，實現(xiàn)鉆孔。這種架柱式錨桿鉆機

12、整機重量較手持式錨桿鉆機和支腿式錨桿鉆機大，操作不方便，如國內MZ系列液壓錨桿鉆機，國外美國VITOR公司生產的液壓鉆機等。手持式錨桿鉆機與支腿式不同，它沒有推進系統(tǒng)，適于煤巷側壁的使用，如:澳大利亞CRAM公司、眼鏡王蛇公司生產的幫錨桿鉆機，國內煤科總院研制的ZQS-50幫錨桿鉆機。支腿式(手扶)錨桿鉆機是目前煤礦中錨桿鉆機應用的主流，這種鉆機使用的靈活性優(yōu)于架柱式，按動力上進行分有電動、液壓和氣動三種型式。電動錨桿鉆機的回轉鉆削直接由電動機驅動，不需要二次能量轉換，設備效率高。但受電機重量的限制，一般輸出功率較小(2-3KW )，支腿的推進需要采用另外動力源，且電機容易受潮，故障率高，同時

13、也不很安全，故目前實際應用較少。液壓支腿式錨桿鉆機帶有分體的專用液壓站，由它提供的動力液驅動回轉切削用的液壓馬達和推進用的液壓油缸，操作系統(tǒng)通過液壓閥組實現(xiàn)對轉速、扭矩和推進力的控制，這種鉆機輸出功率大，但主機重量較重，效率較低，維修相對困難。氣動錨桿鉆機是目前國內外大力發(fā)展的一種機型，應用前景非常廣泛。最初，井下曾使用氣動鑿巖機來鉆鑿錨桿孔，但由于打頂眼困難、鉆孔質量差、鉆進速度低、勞動強度大，因而專用的氣動錨桿鉆機便受到人們的重視。國內在八十年代中期開始采用葉片式氣馬達，如ZQM系列，M10系列，目前這兩種系列都停止生產。九十年代后期生產的MFC300活塞式氣動錨桿鉆機，由于故障率高，維修

14、困難，也慢慢退出市場，而齒輪式馬達結構簡單，制造成本較低，加之性能控制相對穩(wěn)定，故障率較低，操作、維護和維修也相對簡單，因而在我國得到大力發(fā)展。1.3我國煤礦用錨桿鉆孔設備存在的主要技術問題1. 開發(fā)的品種多，但性能適宜、可靠性高的產品不多目前我國已開發(fā)了40多種型號的錨桿鉆機，但適于井下使用且可靠性較好的只有3-4種產品，當前正式投入使用的僅占已開發(fā)產品總數(shù)的10%左右。目前錨桿鉆機技術發(fā)展狀況有以下基本特點:（1）單體氣動回轉式錨桿鉆機是錨桿鉆機產品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類型氣馬達中，葉片式馬達已基本淘汰，齒輪式馬達與柱塞式馬達在扭矩轉速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、機重

15、、對潤滑的要求與抗污染等方面各有優(yōu)缺點，在不同使用條件下都有各自的市場，總的來說，國產氣動錨桿鉆機的水平在逐步提高，齒輪氣馬達式錨桿鉆機已基本能代替進口產品，但玻璃鋼支腿等部分的可靠性應進一步提高，柱塞馬達式錨桿鉆機尚處于小批量生產階段，尚需進一步考核。（2）液壓錨桿鉆機輸出的扭矩高于氣動錨桿鉆機，在某些場合下應用較好，與掘進機配套是較優(yōu)越的工作方式，從目前已正式投入使用的支腿式液壓錨桿鉆機來看，鉆機輸出扭矩仍然偏低，液壓系統(tǒng)容易發(fā)熱。由于以礦物油為工作介質，在煤礦井下使用中存在安全隱患。（3）電動錨桿鉆機的輸出特性較差，鉆孔速度較低，電機可靠性及防水性能存在嚴重問題，尚無良好的推進方式。因此

16、，盡管已鑒定了多種電動錨桿鉆機，但近期尚難大量用于井下錨桿支護。2. 錨桿鉆機產品制造、使用管理不規(guī)范，很多產品難以在井下連續(xù)使用錨桿鉆機的可靠性與產品設計、制造、使用等因素有關，目前來說，錨桿鉆機實際利用率不高的主要原因是產品本身的可靠性問題，但使用中存在的問題也不容忽視。（1）錨桿鉆機產品可靠性不高主要來自產品設計不成熟與加工質量不高，有的錨桿鉆機因性能盲目改進，參數(shù)確定不合理，從投產起在井下工作無力，產品性能提高緩慢，有些產品的生產過程無可靠的質量保證體系，部件質量無法保證，又缺乏必要的檢測手段，產品性能與質量無法控制，自然影響井下長期使用，近年來，煤炭系統(tǒng)正式鑒定的錨桿鉆機有23種型號

17、，但在煤礦井下正式使用的只有2-3種，其主要原因是成果質量不高又沒有做技術鑒定后的后續(xù)工作。（2）錨桿鉆機與鉆具的產品管理問題嚴重，偽劣產品進入市場有可乘之機，錨桿鉆機與鉆具有一定技術含量，但結構并不十分復雜，很多人看好煤礦錨桿支護量大面廣的市場，有些人受經濟利益驅動，不按國家與煤炭行業(yè)標準生產，產品性能與可靠性低劣，使煤礦無法正常使用，有的廠家雖已批量生產錨桿鉆機與鉆具，但采取不正當手段推銷產品，對銷售的產品不負質量責任，煤礦用戶常常不知道有哪些技術標準與錨桿鉆機、鉆具有關，盲目相信廠家的“廣告”，采用未經技術鑒定與法定檢驗的產品，或購買不合格產品，致使企業(yè)遭受不必要的損失。（3）鉆頭是回轉

18、式錨桿孔鉆進設備的重要鉆具，鉆頭型式、國產硬質合金片的性能，影響鉆頭的應用范圍，目前，普通硬質合金的巖石鉆頭主要適用于頁巖、砂頁巖及部分砂巖磨蝕性不高的砂巖，壽命為30m左右-高于常規(guī)鉆頭價格50%的國產優(yōu)質合金鉆頭，可以鉆進抗壓強度60-80MPa的中等磨蝕性巖石，壽命可達25-30m，然而，相當多的生產廠家因受經濟利益驅動，不按標準要求組織生產，硬質合金質量低劣，工藝技術不高，產品壽命只有10-20m，甚至是5-10m。1.4本課題研究的主要內容本設計力圖開發(fā)一種適合煤礦掘進用的新型錨桿鉆機，要求結構簡單，操作簡便，重量輕，移動方便，適應性強，便于運輸和安裝。在設計中要嚴格執(zhí)行國家煤炭行業(yè)

19、相關規(guī)程、規(guī)定和技術標準，確保設計符合質量要求。本課題整個研究內容分以下幾個方面: （1）氣動錨桿鉆機總體方案的研究與設計； （2）氣動錨桿鉆機的結構設計； （3）氣動錨桿鉆機使用維護說明；第二章 氣動錨桿鉆機總體方案的研究與設計2.1設計方案的確定2.1.1推進方案的確定一、氣缸的選擇氣動執(zhí)行元件與液壓執(zhí)行元件相比，具有如下的特點:(l）氣動執(zhí)行元件的運動速度快，工作壓力低，適用于低輸出力的場合。能正常工作的環(huán)境溫度范圍寬，一般可在35一+80(有的甚至可達+200的環(huán)境下正常工作)。(2)相對機械運動來說，氣動執(zhí)行元件的結構簡單，制造成本低，維修方便，便干調節(jié)其輸出力和速度的快慢。另外，其

20、安裝方式、運動方向和執(zhí)行元件的數(shù)目，又可根據(jù)機械裝置的要求由設計者自由選擇。特別是制造技術的發(fā)展，氣動執(zhí)行元件已向模塊化、標準化發(fā)展。借助于計算機數(shù)據(jù)傳輸技術發(fā)展起來的氣動閥，使氣動系統(tǒng)的接線大大簡化。這就為簡化整機結構設計和控制提供了有利條件。二、氣缸結構和安裝方式的選擇氣缸的種類很多，一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、結構特征和安裝方式來分類。按壓縮空氣作用在活塞面上的方向可以分為單作用氣缸、雙作用氣缸和特殊氣缸等;按結構特征則可以分為柱塞式、活塞式、薄膜式、套筒式等;按安裝方式的不同則可以分為固定式、軸銷式等。結合要設計的氣動支腿式幫錨桿鉆機的推進機構對運動和結構的要求，選擇單作用套筒

21、式(即伸縮式)氣缸，工作時氣缸的一端固定，另一端自由。伸縮式氣缸與其他類型的氣缸相比，具有如下的優(yōu)點:(l)伸縮氣缸工作時行程可以相當長，不工作時整個缸的長度可以縮的較短;(2)伸縮缸逐個伸出時，有效工作面積逐漸減少。因此，當進氣量相同時，外伸速度逐次增大，當負載恒定時，氣缸的工作壓力逐次提高; (3)單作用伸縮缸的外伸依靠氣壓，內縮依靠自重或負載的作用。因此，多用于垂直放置的場合。缸筒的安裝由內到外為三、二、一級，外缸筒二各缸筒的外導向部分裝有密封圈，防止氣體泄漏。內、外導向套均與各級缸筒加工成一體。當一級缸筒上升到全部伸出時，一級缸筒的外導向部分與外缸筒的內導向部分相遇，帶動二級缸筒上升，

22、三級缸筒的上升同理。2.1.2動力機構方案的確定一、馬達的選擇氣馬達是把壓縮空氣的壓力能轉換成連續(xù)回轉運動的機械能的氣動執(zhí)行元件。氣馬達與油馬達相比，其具有油馬達所沒有的特點:即氣馬達在長時間的滿載工作時，溫升較低。一般使用的4-8kg每平方厘米的低壓輸氣管也比高壓油管便宜，經濟性比油馬達有優(yōu)勢，使用費用較低。由于空氣的可壓縮性與氣馬達的工作轉速隨負載而降低。氣馬達和電動機相比，有如下的特點:（1）工作安全，適用于惡劣的工作環(huán)境。在易燃、高溫、振動、潮濕及粉塵等不利條件下都正常工作。在具有爆炸性瓦斯的工作場所，無引起爆炸的危險，同時不受震動與高溫的影響；（2）可以無級調速。只要控制進氣閥的開閉

23、程度即控制氣體流量就能調節(jié)馬達的功率；（3）有過載保護作用，不會因過載而發(fā)生燒毀二過載時氣馬達會降低速度或停車，當過載減少時即能重新正常運轉；（4）能夠實現(xiàn)正反轉，氣馬達回轉部分慣性矩小，所以能快速啟動和停止。只要改變進排氣的方向，就能實現(xiàn)輸出軸的正轉和反轉的轉換；（5）具有高的起動力矩，可以直接負載起動，起動、停止迅速；（6）滿載連續(xù)運行，由于壓縮空氣的絕熱膨脹的冷卻作用，能降低滑動摩擦部分的發(fā)熱，因此氣馬達可在高溫環(huán)境中使用。在長時間滿載連續(xù)運行時，其溫升較??；（7）功率范圍及轉速范圍較寬，氣馬達功率小到幾百瓦:大到幾萬瓦，轉速可以從0-25000r/min或更高；（8）操縱方便，維修簡單

24、； (9)功率較低。除此之外汽馬達得到正確良好潤滑后，它可在2次檢修期間實際運轉2500-3000h。 根據(jù)其性能來看氣馬達應用于以下場合:需要安全、無級調速、經常改變旋轉方向、起動頻繁以及防爆、負載起動、有過載可能的場合。當要求多種速度運轉、瞬時起動和制動或可能經常發(fā)生失速和過負載的情況時采用氣馬達要比別的類似設備價格便宜，維護簡單。因此氣馬達廣泛應用于礦山機械中?；谝陨蠚怦R達與油馬達及電動機相比所具有的各種優(yōu)點，在本產品的設計中選用了氣馬達。馬達按結構形式可分為葉片式、活塞式和齒輪式3類。其性能、特點比較如表2-1。根據(jù)表2-1中性能比較，本產品采用了齒輪式氣馬達。這是由于齒輪式氣馬達與

25、其他類型的氣馬達相比，具有體積小、重量輕、結構簡單、對氣源質量要求低、耐沖擊及慣性小等優(yōu)點，非常適合應用于礦山機械。表2-1齒輪式、柱塞式、葉片式3種氣馬達性能特點比較二、傳動系統(tǒng)方案的確定傳動系統(tǒng)方案如圖2-1所示，動力由馬達齒輪3輸入，經過減速箱后，由主軸6將動力傳遞給鉆桿。傳動路線為:馬達齒輪3-馬達輸出齒輪4-初級被動齒輪2-齒輪軸l-次級被動齒輪5-主軸6。減速箱采用同軸線式，即輸入軸與輸出軸的軸線在同一直線上。這種型式減速箱箱體長度小，結構緊湊。圖2-1減速器傳動系統(tǒng)圖三、消聲器的選擇噪聲是眾所周知的公害之一。它損害人的聽覺，影響人的健康和工作，嚴重時還會造成各種意外事故。所以噪聲

26、問題已日益引起重視并把它作為改善勞動條件和保護環(huán)境的重要內容之一。使用消聲器消除噪聲的主要措施是吸聲。吸聲使用吸聲材料，如玻璃棉、礦渣棉等裝飾在容器的內壁，或敷設在管道的內壁上，將噪聲吸收一部分，從而達到降低噪聲的目的。本產品使用的阻性消聲器是利用在氣流通道內表面的多孔吸聲材料來吸收聲能。其結構簡單，能在較寬的高頻范圍內消聲，特別是對刺耳的高頻聲波有突出的消聲作用，但對低頻的消聲效果較差。2.1.3操縱機構方案的確定一、氣閥和水閥的選擇（1）開關方式的選擇 該氣動支腿式錨桿鉆機有l(wèi)個主氣閥、l個氣腿閥和l個水閥，都采用了人力控制閥。在單體式氣動錨桿鉆機中一般用人力控制閥直接操縱氣動執(zhí)行元件。

27、水閥和氣腿閥都采用了撥動式開關。這是因為撥動式開關的操縱方式具有定位性能即操作力除去后仍能保持閥的工作狀態(tài)不變。而這2個閥在工作開始之前需要打開，以進氣和進水，但是在工作過程中需要穩(wěn)壓，撥動式手動閥能很好的解決這個問題。其閥芯結構基本上和機控閥相同。 馬達進氣閥開關采用了壓柄式。可以根據(jù)工作需要，控制進氣量的大小。（2）控制閥原理的選擇氣腿閥原理圖如圖2-2采用二位三通閥，手動換位，彈簧復位的形式，P口接高壓氣，T口接大氣，A口接氣腿氣路。左位機能接通P、T口，高壓氣排入大氣。右位機能接通P、A口，高壓氣進入氣腿氣路。主氣閥原理圖如圖2-2采用二位二通閥，手動換位，彈簧復位的形式。P口接高壓氣

28、，A口接馬達氣路。左位機能將兩口斷開，高壓氣無法進入馬達氣路。右位機能接通兩口，高壓氣進入馬達氣路。水閥原理同主氣閥。P口接水接頭，A口接冷卻水水路。氣腿的排氣閥采用快速排氣閥二快速排氣閥安裝在靠近氣腿氣缸排氣口，使氣缸快速排氣，達到提高生產效率的目的。二、油霧器的選擇氣動系統(tǒng)中所用的許多元件和裝置都有運動部分。為使其能正常的工作，需要進行潤滑。然而，以壓縮空氣為動力源的氣動元件運動部分都構成密封的氣室，不能用普通的方法注油，只能用某種特殊的方法將油注入氣流帶到需要潤滑的部位。因此，必須在空氣管路中設置特殊功能的元件，使普通的液態(tài)油滴霧化成細微的油霧進入高壓氣，隨氣流輸入到運動部位。油霧器就是

29、這樣一種特殊的給油裝置。當壓縮空氣流過時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣一起流進需要潤滑的部件，達到潤滑的目的。使用油霧器有以下優(yōu)點:油霧可輸送到任何有氣流的地方，且潤滑均勻穩(wěn)定。氣路一接通就開始潤滑，氣路斷開就停止供油?？梢酝瑫r對多個元件進行潤滑。油霧器的主要特性參數(shù)有流量特性和起霧流量2個參數(shù)，他們是選用油霧器的主要依據(jù)。流量特性是指壓力降流量特性，即油霧器的進口壓力在規(guī)定值時，其輸出空氣的流量與出口側的壓力降之間的關系;起霧流量是指進口壓力在規(guī)定值、潤滑油在正常工作油位，滴油量每分鐘5滴時流過的空氣流量。對于一定的進口壓力而言，起霧流量越低說明油霧器在小流量工作時潤滑油的霧化性能越好。

30、2.2工作原理如圖2-2所示， 壓縮空氣經過濾器、注油器、濾網J進入操縱臂部件的閥塊。手壓扳機，開啟馬達控制閥，壓縮空氣驅動齒輪式氣馬達，輸出齒輪經兩級減速，帶動主軸順時針方向旋轉。轉動旋鈕開啟氣腿控制閥，壓縮空氣經快速排氣閥進入氣腿上腔，氣腿伸長。當關閉氣腿控制閥，氣腿上腔余氣即從快速排氣閥放空，氣腿靠鉆機重力回落。轉動旋鈕開啟水控制閥，沖洗水即經濾網、水閥、水套、主軸內孔進入鉆桿，沖洗鉆孔。手動調節(jié)各閥的開啟量，即可調節(jié)轉速，推力或水量。圖2-2氣動錨桿鉆機工作原理圖2.3性能參數(shù)指標根據(jù)我國煤礦井下巷道和地下工程實際情況，要求氣動錨桿鉆機既可鉆頂板錨桿孔，也可鉆頂板錨索孔，還可以作為樹脂

31、藥卷類的錨桿，錨索攪拌和安裝設備，不再需要其它輔助設備，實行螺母一次性旋緊，達到一次性初錨預緊力的要求。確定氣動錨桿鉆機的輸出參數(shù)為: 最大功率時轉矩50N.M 最大功率時轉速230-250r/min推進力6-8KN上述氣動錨桿鉆機性能參數(shù)，既能滿足現(xiàn)場的使用要求，又能最大限度地利用鉆機的功率，并盡可能地降低鉆機的重量，改善煤巷支護的勞動條件。第三章 氣動錨桿鉆機的結構設計3.1整體結構及參數(shù)的確定氣動錨桿鉆機由回轉切削機構、推進機構和操作機構三大部分組成?；剞D切削機構由回轉器總成、消聲器總成、護圈總成三部分組成，包括馬達、齒輪箱、超越軸承、主軸、水套、消聲器等零部件。推進機構包括支腿、固定套

32、兩大部件。支腿部分由三級氣缸組成，通過固定套與回轉機構連接，氣缸下部裝有頂錐，作業(yè)時頂錐頂住地面。支腿氣缸及固定套均由非金屬材料制成，強度高，重量輕，耐腐蝕，阻然、抗靜電。操縱部分由閥體、操縱桿兩大總成組成，包括注油器、三通閥、操縱桿、手把架等零部件，三通與固定套連接，通過操縱開關、水、氣旋扭控制馬達閥、水閥、支腿氣閥。根據(jù)我國煤礦煤巷錨桿支護的大部分巷道頂板巖石硬度為f5，錨桿鉆孔直徑為28-30mm，確定該氣動錨桿鉆機的輸出參數(shù)為:額定壓力：0.5MPa；額定轉速：240r/min；額定轉矩：50N.m；最大負載轉矩：120N.m；推進力：6.2kN該氣動煤幫錨桿鉆機適用于礦山企業(yè)，特別是

33、巷道巖石硬度f4的、巷道高度1.6米3.6 米的錨桿支護的巖巷、半煤巷、煤巷的臨時支護和永久支護。它主要完成鉆孔、安裝錨桿、攪拌藥卷、緊固螺母等項工作。3.2回轉部分的設計及強度計算回轉切削機構是氣動錨桿鉆機的核心，它由氣動馬達、減速機構、消音器三部分組成。它的輸出是轉矩與轉速，是由氣動馬達的輸出特性決定的。3.2.1減速機構設計減速機構采用齒輪傳動，傳動效率，。減速比為1:17.45。一、各軸運動和動力參數(shù)計算（一）計算各軸轉速 （2） 計算各軸功率（3） 計算各軸轉矩 將以上計算參數(shù)整理成表軸名P(KW)T(N.m)n(r/min)傳動比效率軸61.25502403.2310.941軸11

34、.3316.444773.385軸71.393.1714187.0795.40.9603表3-1（4） 齒輪強度校核（1） 次級被動齒輪5與齒輪軸1輪齒的校核1. 齒輪的類型、材料、精度等級及主要尺寸該減速機構選用直齒圓柱齒輪傳動，精度等級都為8級，齒輪5材料為40Cr（調質），硬度為250HBS，齒輪軸1輪齒材料為40Cr（齒面淬火），硬度為47HRC。主要尺寸如表3-2。齒輪5齒輪軸1齒數(shù)模數(shù)齒寬變位系數(shù)齒數(shù)比分度圓直徑節(jié)圓直徑齒寬系數(shù)嚙合角表3-22.齒面接觸強度的校核因為兩嚙合齒輪的齒面接觸強度相等所以只校核一個齒輪即可。（1）計算齒面接觸強度1）計算圓周速度：2）計算載荷系數(shù)：根據(jù)，

35、8級精度。由書1圖10-8查得動載荷系數(shù)，直齒輪：，由表10-2得使用系數(shù)；由書1表10-4用插值法查得8級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置時，。由，查書1圖10-13得。故載荷系數(shù)為3)由書1表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)，查書2圖32.1-13得（2） 計算接觸疲勞許用應力1)由書1圖10-21d、e按齒面硬度查得齒輪軸1的接觸疲勞強度極限，齒輪5的接觸疲勞強度極限。2)計算應力循環(huán)次數(shù)。3)由書1圖10-19選取接觸疲勞壽命系數(shù);。4)計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1%，安全系數(shù)，得；。因,故符合接觸強度要求。3.齒根彎曲強度校核（1）計算齒根彎曲強度1) 計算載荷系數(shù)2) 齒輪軸1

36、 由書2圖32.1-16查得。則3）齒輪5由書1表10-5查得， （2）計算齒根彎曲許用應力 取S=1.41） 齒輪軸1由書1表10-18查得；由書1圖10-20d得則，滿足要求。2） 齒輪5由書1表10-18查得；由書1圖10-20得則，滿足要求。（二） 齒輪2和齒輪軸7輪齒的校核1. 齒輪的類型、材料、精度等級及主要尺寸該減速機構選用直齒圓柱齒輪傳動，精度等級都為8級，齒輪2材料為40Cr（調質），硬度為250HBS，齒輪軸7輪齒材料為40Cr（齒面淬火），硬度為47HRC。主要尺寸如表3-3。齒輪2齒輪軸7齒數(shù)模數(shù)齒寬變位系數(shù)齒數(shù)比分度圓直徑節(jié)圓直徑齒寬系數(shù)嚙合角表3-32.齒面接觸強度

37、的校核因為兩嚙合齒輪的齒面接觸強度相等所以只校核一個齒輪即可。（1）計算齒面接觸強度1）計算圓周速度：2）計算載荷系數(shù)：根據(jù)，8級精度。由書1圖10-8查得動載荷系數(shù)，直齒輪：，由表10-2得使用系數(shù)；由書1表10-4用插值法查得8級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置時，。由，查圖10-13得。故載荷系數(shù)為3) 由書1表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)，查書2圖32.1-13得(2) 計算接觸疲勞許用應力1) 由書1圖10-21d、e按齒面硬度查得齒輪軸1的接觸疲勞強度極限，齒輪5的接觸疲勞強度極限。2) 計算應力循環(huán)次數(shù)。3) 由書1圖10-19選取接觸疲勞壽命系數(shù);。4)計算接觸疲勞許用應力。取

38、失效概率為1%，安全系數(shù)，得；。因,故符合接觸強度要求。3.齒根彎曲強度校核（1）計算齒根彎曲強度1) 計算載荷系數(shù)2) 齒輪軸7 由書2圖32.1-16查得。則3）齒輪2由書1表10-5查得， （2）計算齒根彎曲許用應力 取S=21) 齒輪軸7由書1表10-18查得；由書1圖10-20d得則，滿足要求。2) 齒輪2由書1表10-18查得；由書1圖10-20得則，滿足要求。三軸的設計（一）齒輪軸1的設計1.軸上的參數(shù) 2.求作用在齒輪軸上的力（1）求齒輪軸輪齒上的力因已知齒輪軸輪齒的節(jié)圓直徑，則（2）求齒輪4上的力因已知齒輪4的節(jié)圓直徑，則3. 初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為40Cr。根據(jù)

39、書1表15-3選取于是得4.軸的結構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案如圖3-1圖3-1（2）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度。1）軸的最小直徑顯然是安裝軸承處，軸承只受徑向力，故初選深溝球軸承，為保證安全，使所選軸承內徑比最小軸頸大，則選用6203深溝球軸承，其尺寸為。故取，左端軸承外圈用減速殼體定位，取殼體直徑為36mm，內圈為輪齒定位。右端軸承外圈用軸承座定位，取軸承座相應直徑為36mm，內圈用齒輪定位。2）2-3處為輪齒，。3）取安裝齒輪處軸段的直徑，齒輪的右端與軸承內圈相互定位，故軸端等于輪轂寬度，取。至此已初步確定了軸的各段直徑和長度。（3） 軸上零件的周向定位1)齒輪與軸的周

40、向定位采用平鍵連接，按由書1表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為18mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；2)鍵的強度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由書1中表6-2查得，許用擠壓應力為。取，鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。則：（合適）鍵的標記為：鍵C 6×6×14 GB/T 1096-2003（4）確定軸上圓角和倒角尺寸，參考書1表15-2，選軸端倒角為，各處圓角半徑為1mm。5.求軸上的載荷首先根據(jù)軸結構圖做出軸的計算簡圖。軸承的支撐點位置由手冊中查出a值，對于6203型軸承，由手冊查得，因此，作為簡支梁的支撐跨距。根據(jù)

41、軸的計算簡圖做出軸的彎矩和扭矩圖如圖3-2。從圖中可以看出C、D面是軸的危險截面，將計算結果列于3-4表載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩 扭矩T表3-46.按彎扭合成應力校核軸的強度C面:通常只校核危險截面強度，據(jù)上表數(shù)據(jù)，軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取。軸的計算應力前已選定軸的材料為40Cr，由書1表15-1查得因此，安全。D面：軸的計算應力前已選定軸的材料為40Cr，由書1表15-1查得因此，安全。圖3-2軸的彎矩扭矩圖7.精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面：4面的右側。（2）截面4右側抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面4左側的彎矩為 截面4上的扭矩為 截面上的彎曲應

42、力 截面上的扭轉切應力軸的材料為40Cr，由書1中表15-1查得，。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)按書1附表3-2查取。因，經插值后可查得 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為故有效應力集中系數(shù)為由附圖3-2的尺寸系數(shù)，由附圖3-3的扭轉尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質量系數(shù)為。軸未經表面強化處理，即，則綜合系數(shù)為：合金鋼的特性系數(shù) 所以軸在截面4右側的安全系數(shù)為： 故可知其安全。因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。（二）齒輪軸7的設計1.軸上的參數(shù) 2.求作用在齒輪軸上的力（1）求齒輪2上的力因已知齒輪軸輪齒的節(jié)圓直徑，則（2）求齒輪軸7的輪齒

43、上的力因已知輪齒7的節(jié)圓直徑，則3. 初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為40Cr。根據(jù)書1表15-3選取于是得4.軸的結構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案如圖3-3圖3-3（2）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度。1）軸的最小直徑顯然是安裝軸承處，軸承只受徑向力，故初選深溝球軸承，為保證安全，使所選軸承內徑比最小軸頸大，則選用6204深溝球軸承，其尺寸為。故取，取，為了便于軸承安裝取左端軸承外圈用軸承座定位，內圈用軸用彈性擋圈定位。右端軸承內圈用軸用彈性擋圈定位，故，外圈用軸肩定位，取 。2）4-7處安裝齒輪，取，取。為使齒輪定位可靠，取，。3）齒輪左端用套筒定位，套筒寬4mm，故取。4）

44、軸的右端為輪齒，留有退刀槽，取。至此已初步確定了軸的各段直徑和長度。（3）軸上零件的周向定位1）齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接，按由書1表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為56mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；2）鍵的強度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由書1中表6-2查得，許用擠壓應力為。取，鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。則：（合適）鍵的標記為：鍵 8×7×56 GB/T 1096-2003（4）確定軸上圓角和倒角尺寸，參考書1表15-2，選軸端倒角為，各處圓角半徑為1mm。5.求軸上的載荷首先根據(jù)軸結構圖做出軸的計

45、算簡圖。軸承的支撐點位置由手冊中查出a值，對于6203型軸承，由手冊查得，因此，作為簡支梁的支撐跨距。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩和扭矩圖如圖3-4。從圖中可以看出C面是軸的危險截面，將計算結果列于3-5表載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩 扭矩T表3-56.按彎扭合成應力校核軸的強度通常只校核危險截面強度，據(jù)上表數(shù)據(jù)，軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取。軸的計算應力前已選定軸的材料為40Cr，由書1表15-1查得因此，安全。圖3-4彎矩扭矩圖7.精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面：8面的右側。（2）截面8右側抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面4左側的彎矩為 截面4上的扭矩為

46、截面上的彎曲應力 截面上的扭轉切應力軸的材料為40Cr，由書1中表15-1查得，。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)按書1附表3-2查取。因，經插值后可查得 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為故有效應力集中系數(shù)為由附圖3-2的尺寸系數(shù)，由附圖3-3的扭轉尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質量系數(shù)為。軸未經表面強化處理，即，則綜合系數(shù)為： 合金鋼的特性系數(shù) 所以軸在截面4右側的安全系數(shù)為：故可知其安全。因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。因為輸入軸和軸7結構相似，故不必再校核。（三）輸出軸6的設計1.軸上的參數(shù) 2.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為40

47、Cr。根據(jù)書1表15-3選取于是得4.軸的結構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案如圖3-5圖3-5（2）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度。1）由于，最小軸頸為裝軸承處，初選6205深溝球軸承，取。2）6-7為裝齒輪處，齒輪右端用彈性擋圈定位，取。3）4-5裝超越軸承，防止鉆桿反轉，。4）3-4裝軸承，初選6206型深溝球軸承，。5）在距左軸端31mm處鉆一7.5的孔，通水氣，左端螺紋21mm，M301.5。因鉆頭底部需需插入左軸端，故左軸端應鉆出相應的孔，使鉆頭可正常安裝。孔徑為19mm。（3）軸上零件的周向定位1）齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接，按由書1表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑

48、刀加工，長為25mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；2）鍵的強度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由書1中表6-2查得，取，鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。則：（合適）鍵的標記為：鍵 8×7×22 GB/T 1096-2003（4）確定軸上圓角和倒角尺寸，參考書1表15-2，選軸端倒角為，各處圓角半徑為0.5mm。四.軸承的校核預期壽命（一）6204型深溝球軸承的校核查手冊得6204型深溝球軸承因只受徑向力，取驗算6204軸承的壽命故所選軸承可滿足壽命要求。（二）6203型深溝球軸承的校核查手冊得6203型深溝球軸承1下端6203型因

49、只受徑向力，取驗算6203軸承的壽命故所選軸承可滿足壽命要求。2.上端6203型因只受徑向力，取驗算6203軸承的壽命故所選軸承可滿足壽命要求。3.2.2氣動馬達的參數(shù)確定一、氣動馬達的輸出主參數(shù)小功率氣動馬達的輸出轉速比較高，一般在最大功率下的轉速要達到40006000 r/min，由前面確定的該氣動錨桿鉆機最大功率時的輸出轉速為240 r/min，最大功率時轉矩為50N. M，由減速機構中確定的減速比為l: 17.45，并考慮到減速機構的傳動效率為0.904。則氣動馬達的輸出參數(shù)為:最大輸出轉矩： 最大功率下轉速： 最大功率： 理論轉矩： 理論功率： 取氣馬達的總效率。不同類型氣馬達效率的

50、取值見下表：表3-6二、氣動馬達的輸入參數(shù)由于在煤礦井下氣路鋪設較長，經過管道壓力損耗后，一般氣動設備壓力為不超過0.6MPa，根據(jù)煤礦用錨桿鉆機通用技術條件有關規(guī)定，氣動設備標準驗收氣壓P1為0.5MPa，在0.5 MPa壓力下，氣動設備的耗氣量計算為折算到常溫20 0C，標準大氣壓下的氣體流量。耗氣量Q為:式中 V1一一馬達齒輪嚙合之間密封容積; Z一一馬達齒輪齒數(shù); P2一一絕對壓力，MPa; T1一一絕對溫度。根據(jù)馬達齒輪直徑、齒頂高、齒根圓近似計算，馬達齒輪嚙合之間密封容積以及馬達齒輪模數(shù)m=5.5，齒數(shù)Z=9，壓力角a =20，齒頂高h=l可以近似計算。把壓縮空氣折算到常溫293K

51、，絕對壓力P2為.1MPa時理論耗氣量Q為:考慮漏損，余隙容積和進氣節(jié)流壓降的影響，實際耗氣量為:為確?；剞D切削機構尺寸不致過大，傳遞平穩(wěn)，經過多次設計驗證，選擇馬達齒輪模數(shù)m=5.5，齒數(shù)Z=9，壓力角a=20。3.2.3消聲器的設計為了降低錨桿鉆機氣動馬達的噪聲，一般都在馬達排氣口安裝消聲器，一般來說，對氣動馬達消聲器有三個基本要求:(1)具有較高的消聲值和較寬的消聲頻率范圍；(2)消聲對氣流的阻力要盡可能的小，安裝消聲器后所增加的阻力損失要適合馬達的背壓要求；(3)結構上要求消聲器體積小，重量輕，結構簡單，易于加工并且要堅固耐用，使用壽命長。根據(jù)上述理論分析，以及錨桿鉆機消聲器的尺寸和體

52、積的限制，選擇相同孔隙率的發(fā)泡聚脂材料，消音效果比較好，設置檔流反射板，使介質中氣體流動均勻化，并阻止高壓氣體直接排出，能提高消音量3dB以上，擴大消音器的二次排氣空間，也有增大消音量的作用。目前多數(shù)氣動錨桿鉆機多采用金屬外殼中填充多孔介質的簡易消聲器，裝備這種消聲器的錨桿鉆機的噪聲為110-120dB，且排氣中的含油量為2.8g/m:而通過裝備除油霧消聲器，使其工作時噪聲從110-120dB降低到85-90dB，且排氣中的含油量降到0.2g/m 。3.3支腿部件設計3.3.1結構設計由于鉆機實際鉆孔深度在1.8-2M之間，因此其推進機構大多數(shù)采用多級可伸縮式結構，如圖3-6所示。一般采用三級

53、支腿(每級伸出長度為0.6m左右)，以適應巷道的不同高度。由于聯(lián)接頭與鉆機主體相連接，壓縮空氣通過控制機構進入支腿，推動中缸和內缸伸出，使鉆機主體上升，進行鉆頂板錨桿孔。鉆孔完畢后，關閉進氣閥門，放氣閥自動打開，各級缸筒在鉆機主體自重的作用下，逐級收縮。在設計推進機構時還應考慮的問題是推進機構采用正裝和倒裝哪種形式。正裝由于鉆機鉆孔作業(yè)支腿受力時，彎、扭變形以頂板孔為支點，危險截面發(fā)生在底版，而此時抗彎、抗扭強度高的外筒在下，穩(wěn)定性較好，但密封面在上，鉆孔作業(yè)頂板巖塊易掉入，故抗污性能較差，故障率高。而倒裝的特點與之正好相反，在保證內筒具有較高的抗彎、抗扭強度的同時，也提高了推進機構可靠性。因此，實際設計中建議采用如圖3-6所示的倒裝形式。圖3-6氣動錨桿鉆機推進機構3.3.2支腿材料的分析與選擇推進機構是氣動錨桿鉆機中最能體現(xiàn)重量、強度比的關鍵部件。通常液壓傳動系統(tǒng)中由于油壓高，可采用小直徑鋼制油缸，重量可得到一定的控制。氣動錨桿鉆機由于風壓低，不適合采用鋼制的推進機構。目