氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的分析研究

1、.wd.wd.wd.氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的分析研究摘要目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的錨桿鉆機(jī)無(wú)論從技術(shù)上還是質(zhì)量上都落后于某些興旺國(guó)家，所以對(duì)錨桿鉆機(jī)的理論研究尚需進(jìn)一步深化，鉆機(jī)的質(zhì)量需進(jìn)一步提高。本文全面、系統(tǒng)、深入地分析了氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的工作原理、齒輪馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的特性，對(duì)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)組成元件進(jìn)展設(shè)計(jì)分析，提出氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)設(shè)計(jì)的 根本思路和方法，并對(duì)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)局部進(jìn)展了詳細(xì)的設(shè)計(jì)校核，利用PROE對(duì)其進(jìn)展建模和仿真。本文根據(jù)流體力學(xué)和氣壓傳動(dòng)原理，分析了齒輪式氣動(dòng)馬達(dá)的構(gòu)造和特點(diǎn)，本文還分析了氣動(dòng)式錨桿鉆機(jī)產(chǎn)生噪聲、油霧的機(jī)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(jī)

2、理除油霧消音器，消音器性能良好，能很好地滿足設(shè)計(jì)要求和使用要求。關(guān)鍵詞:氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)、齒輪馬達(dá)、回轉(zhuǎn)局部、強(qiáng)度校核、消音器、支腿、操縱臂、建模、仿真目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc326604908摘要 PAGEREF _Toc326604908 h IHYPERLINK l _Toc326604909ABSTRACT PAGEREF _Toc326604909 h IIHYPERLINK l _Toc326604910第一章緒論 PAGEREF _Toc326604910 h 1HYPERLINK l _Toc3266049111錨桿鉆機(jī)簡(jiǎn)介 PAGEREF

3、 _Toc326604911 h 1HYPERLINK l _Toc3266049121.1錨桿支護(hù)的作用及意義 PAGEREF _Toc326604912 h 1HYPERLINK l _Toc3266049131.2錨桿鉆機(jī)的開(kāi)展與現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc326604913 h 1HYPERLINK l _Toc3266049141.3我國(guó)煤礦用錨桿鉆孔設(shè)備存在的主要技術(shù)問(wèn)題 PAGEREF _Toc326604914 h 2HYPERLINK l _Toc3266049151.4本課題研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc326604915 h 4HYPERLINK l _Toc

4、326604916第二章氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)總體方案的研究與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604916 h 5HYPERLINK l _Toc3266049172.1設(shè)計(jì)方案確實(shí)定 PAGEREF _Toc326604917 h 5HYPERLINK l _Toc3266049182.1.1推進(jìn)方案確實(shí)定 PAGEREF _Toc326604918 h 5HYPERLINK l _Toc3266049192.1.2動(dòng)力機(jī)構(gòu)方案確實(shí)定 PAGEREF _Toc326604919 h 6HYPERLINK l _Toc3266049202.1.3操縱機(jī)構(gòu)方案確實(shí)定 PAGEREF _Toc32660

5、4920 h 8HYPERLINK l _Toc3266049212.2工作原理 PAGEREF _Toc326604921 h 9HYPERLINK l _Toc3266049222.3性能參數(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc326604922 h 10HYPERLINK l _Toc326604923第三章氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的構(gòu)造設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604923 h 10HYPERLINK l _Toc3266049243.1整體構(gòu)造及參數(shù)確實(shí)定 PAGEREF _Toc326604924 h 10HYPERLINK l _Toc3266049253.2回轉(zhuǎn)局部的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 P

6、AGEREF _Toc326604925 h 11HYPERLINK l _Toc3266049263.2.1減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604926 h 11HYPERLINK l _Toc3266049273.2.2氣動(dòng)馬達(dá)的參數(shù)確定 PAGEREF _Toc326604927 h 33HYPERLINK l _Toc3266049283.2.3消聲器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604928 h 35HYPERLINK l _Toc3266049293.3支腿部件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604929 h 35HYPERLINK l _Toc326604

7、9303.3.1構(gòu)造設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604930 h 35HYPERLINK l _Toc3266049313.3.2支腿材料的分析與選擇 PAGEREF _Toc326604931 h 36HYPERLINK l _Toc3266049323.3.3支腿的構(gòu)造設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604932 h 37HYPERLINK l _Toc3266049333.4操縱臂設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326604933 h 37HYPERLINK l _Toc3266049343.5整機(jī)構(gòu)造 PAGEREF _Toc326604934 h 37HYPERLINK l

8、 _Toc326604935第四章 PROE建模及仿真 PAGEREF _Toc326604935 h 38HYPERLINK l _Toc3266049364.1 Pro/Engineer軟件簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc326604936 h 38HYPERLINK l _Toc3266049374.2 Pro/Engineer軟件主要特性 PAGEREF _Toc326604937 h 38HYPERLINK l _Toc3266049384.3 Pro/E建模 PAGEREF _Toc326604938 h 39HYPERLINK l _Toc3266049394.4 Pro/E裝配

9、PAGEREF _Toc326604939 h 51HYPERLINK l _Toc3266049404.4 Pro/E仿真 PAGEREF _Toc326604940 h 55HYPERLINK l _Toc326604941第五章氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)使用維護(hù)說(shuō)明 PAGEREF _Toc326604941 h 59HYPERLINK l _Toc3266049425.1適用范圍及型號(hào)定義 PAGEREF _Toc326604942 h 59HYPERLINK l _Toc3266049435.1.1適用范圍簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc326604943 h 59HYPERLINK l _Toc3

10、266049445.1.2型號(hào)定義 PAGEREF _Toc326604944 h 59HYPERLINK l _Toc3266049455.2性能參數(shù) PAGEREF _Toc326604945 h 60HYPERLINK l _Toc3266049465.3使用條件 PAGEREF _Toc326604946 h 60HYPERLINK l _Toc3266049475.3.1壓縮空氣 PAGEREF _Toc326604947 h 60HYPERLINK l _Toc3266049485.3.2沖洗水 PAGEREF _Toc326604948 h 61HYPERLINK l _Toc3

11、266049495.3.3潤(rùn)滑 PAGEREF _Toc326604949 h 61HYPERLINK l _Toc3266049505.4作業(yè)前檢查 PAGEREF _Toc326604950 h 61HYPERLINK l _Toc3266049515.5鉆錨桿孔作業(yè) PAGEREF _Toc326604951 h 62HYPERLINK l _Toc3266049525.6攪拌和安裝錨桿作業(yè) PAGEREF _Toc326604952 h 62HYPERLINK l _Toc3266049535.7作業(yè)之后 PAGEREF _Toc326604953 h 62HYPERLINK l _T

12、oc3266049545.8其他操作本卷須知 PAGEREF _Toc326604954 h 62HYPERLINK l _Toc326604955第六章完畢語(yǔ) PAGEREF _Toc326604955 h 63HYPERLINK l _Toc326604956參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc326604956 h 64HYPERLINK l _Toc326604957致謝 PAGEREF _Toc326604957 h 65第一章 緒論1錨桿鉆機(jī)簡(jiǎn)介1.1錨桿支護(hù)的作用及意義錨桿支護(hù)作為地下工程的一種新型的支護(hù)型式，目前已成為歐美和澳大利亞等先進(jìn)采煤國(guó)家煤礦井下的主要支護(hù)方式。美國(guó)煤礦

13、房柱式開(kāi)采幾乎全部采用錨桿支護(hù)，長(zhǎng)壁開(kāi)采的巷道80%采用錨桿支護(hù)，澳大利亞90%的煤礦巷道采用錨桿支護(hù)。50年代末，錨桿支護(hù)就在我國(guó)少數(shù)煤礦得到利用，但是由于對(duì)其認(rèn)識(shí)缺乏，特別是缺乏對(duì)其支護(hù)機(jī)理的全面認(rèn)識(shí)，在煤礦的應(yīng)用始終得不到推廣。七十年代以后，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的采煤和掘進(jìn)設(shè)備的同時(shí)，又片面強(qiáng)調(diào)了歐洲、美國(guó)的采煤模式，把鋼架支護(hù)作為煤礦的主要方向加以推廣。八十年代起，人們對(duì)錨桿支護(hù)有了重新認(rèn)識(shí)，開(kāi)場(chǎng)在煤層頂板對(duì)比穩(wěn)定的巷道中使用，如七臺(tái)河、大同、雙鴨山等礦區(qū)，繼而逐步在地質(zhì)條件對(duì)比復(fù)雜的煤礦也得到了應(yīng)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(hù)

14、和錨梁網(wǎng)支護(hù)等。至今，幾乎在全國(guó)各大礦區(qū)都不同程度地應(yīng)用了錨桿支護(hù)技術(shù)。煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)在改善支護(hù)效果，降低支護(hù)成本，加快成巷的速度，減少輔助運(yùn)輸量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)我國(guó)煤礦的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)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(hù)技術(shù)列為“九五五大科技攻關(guān)工程之一，攻關(guān)內(nèi)容包括錨桿支護(hù)機(jī)理的研究、錨桿設(shè)計(jì)方法、錨桿材料、監(jiān)測(cè)儀器、支護(hù)工藝、快速掘進(jìn)和錨桿鉆機(jī)等六個(gè)方面。我國(guó)錨桿鉆機(jī)的開(kāi)展較晚，雖然從六十年代就開(kāi)場(chǎng)了研制，但一直處于緩慢開(kāi)展和低水平重復(fù)的階段。至今為止，尚無(wú)對(duì)比完善的錨桿鉆機(jī)設(shè)計(jì)理論。因此，研究適應(yīng)我國(guó)煤礦的新型、

15、高效、結(jié)實(shí)可靠、使用方便、維修簡(jiǎn)單的錨桿鉆機(jī)，是我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)中急待解決的問(wèn)題。1.2錨桿鉆機(jī)的開(kāi)展與現(xiàn)狀從構(gòu)造型式上，錨桿鉆機(jī)可以分成臺(tái)車(chē)型、機(jī)載型和單體型三大類(lèi)。由于臺(tái)車(chē)型錨桿鉆機(jī)(亦稱(chēng)錨桿鉆車(chē))和機(jī)載錨桿鉆機(jī)具有功率大、鉆孔能力強(qiáng)、功能齊全、適應(yīng)范圍廣、可自帶動(dòng)力、操作安全等優(yōu)點(diǎn)，所以在國(guó)外應(yīng)用較多，如瑞典Alas-Copco公司、芬蘭Tamrock公司以及法國(guó)SECOMA公司生產(chǎn)的錨桿鉆車(chē)。但這兩類(lèi)錨桿鉆機(jī)操作復(fù)雜，維護(hù)成本高，一次投資成本也大，因而在國(guó)內(nèi)使用較少。目前在巷道錨桿支護(hù)中，大量采用的是單體錨桿鉆機(jī)。它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便、移動(dòng)靈活、適合手工操作等優(yōu)點(diǎn)。從機(jī)型構(gòu)造上分，

16、單體錨桿鉆機(jī)可分為架柱式、手持式和支腿式三種。架柱式錨桿鉆機(jī)機(jī)身固定在巷道頂、底板與側(cè)幫之間，由推力裝置將鉆機(jī)沿導(dǎo)軌推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)鉆孔。這種架柱式錨桿鉆機(jī)整機(jī)重量較手持式錨桿鉆機(jī)和支腿式錨桿鉆機(jī)大，操作不方便，如國(guó)內(nèi)MZ系列液壓錨桿鉆機(jī)，國(guó)外美國(guó)VITOR公司生產(chǎn)的液壓鉆機(jī)等。手持式錨桿鉆機(jī)與支腿式不同，它沒(méi)有推進(jìn)系統(tǒng)，適于煤巷側(cè)壁的使用，如:澳大利亞CRAM公司、眼鏡王蛇公司生產(chǎn)的幫錨桿鉆機(jī)，國(guó)內(nèi)煤科總院研制的ZQS-50幫錨桿鉆機(jī)。支腿式(手扶)錨桿鉆機(jī)是目前煤礦中錨桿鉆機(jī)應(yīng)用的主流，這種鉆機(jī)使用的靈活性?xún)?yōu)于架柱式，按動(dòng)力上進(jìn)展分有電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種型式。電動(dòng)錨桿鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)鉆削直接由電動(dòng)機(jī)驅(qū)

17、動(dòng)，不需要二次能量轉(zhuǎn)換，設(shè)備效率高。但受電機(jī)重量的限制，一般輸出功率較小(2-3KW )，支腿的推進(jìn)需要采用另外動(dòng)力源，且電機(jī)容易受潮，故障率高，同時(shí)也不很安全，故目前實(shí)際應(yīng)用較少。液壓支腿式錨桿鉆機(jī)帶有分體的專(zhuān)用液壓站，由它提供的動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)切削用的液壓馬達(dá)和推進(jìn)用的液壓油缸，操作系統(tǒng)通過(guò)液壓閥組實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、扭矩和推進(jìn)力的控制，這種鉆機(jī)輸出功率大，但主機(jī)重量較重，效率較低，維修相對(duì)困難。氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外大力開(kāi)展的一種機(jī)型，應(yīng)用前景非常廣泛。最初，井下曾使用氣動(dòng)鑿巖機(jī)來(lái)鉆鑿錨桿孔，但由于打頂眼困難、鉆孔質(zhì)量差、鉆進(jìn)速度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，因而專(zhuān)用的氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)便受到人們的重視。國(guó)內(nèi)在八十

18、年代中期開(kāi)場(chǎng)采用葉片式氣馬達(dá)，如ZQM系列，M10系列，目前這兩種系列都停頓生產(chǎn)。九十年代后期生產(chǎn)的MFC300活塞式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)，由于故障率高，維修困難，也慢慢退出市場(chǎng)，而齒輪式馬達(dá)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造成本較低，加之性能控制相對(duì)穩(wěn)定，故障率較低，操作、維護(hù)和維修也相對(duì)簡(jiǎn)單，因而在我國(guó)得到大力開(kāi)展。1.3我國(guó)煤礦用錨桿鉆孔設(shè)備存在的主要技術(shù)問(wèn)題1.開(kāi)發(fā)的品種多，但性能適宜、可靠性高的產(chǎn)品不多目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)了40多種型號(hào)的錨桿鉆機(jī)，但適于井下使用且可靠性較好的只有3-4種產(chǎn)品，當(dāng)前正式投入使用的僅占已開(kāi)發(fā)產(chǎn)品總數(shù)的10%左右。目前錨桿鉆機(jī)技術(shù)開(kāi)展?fàn)顩r有以下 根本特點(diǎn):1單體氣動(dòng)回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是錨桿鉆機(jī)

19、產(chǎn)品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類(lèi)型氣馬達(dá)中，葉片式馬達(dá)已 根本淘汰，齒輪式馬達(dá)與柱塞式馬達(dá)在扭矩轉(zhuǎn)速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、機(jī)重、對(duì)潤(rùn)滑的要求與抗污染等方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，在不同使用條件下都有各自的市場(chǎng)，總的來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的水平在逐步提高，齒輪氣馬達(dá)式錨桿鉆機(jī)已 根本能代替進(jìn)口產(chǎn)品，但玻璃鋼支腿等局部的可靠性應(yīng)進(jìn)一步提高，柱塞馬達(dá)式錨桿鉆機(jī)尚處于小批量生產(chǎn)階段，尚需進(jìn)一步考核。2液壓錨桿鉆機(jī)輸出的扭矩高于氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)，在某些場(chǎng)合下應(yīng)用較好，與掘進(jìn)機(jī)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(jī)來(lái)看，鉆機(jī)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

20、工作介質(zhì)，在煤礦井下使用中存在安全隱患。3電動(dòng)錨桿鉆機(jī)的輸出特性較差，鉆孔速度較低，電機(jī)可靠性及防水性能存在嚴(yán)重問(wèn)題，尚無(wú)良好的推進(jìn)方式。因此，盡管已鑒定了多種電動(dòng)錨桿鉆機(jī)，但近期尚難大量用于井下錨桿支護(hù)。2.錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品制造、使用管理不標(biāo)準(zhǔn)，很多產(chǎn)品難以在井下連續(xù)使用錨桿鉆機(jī)的可靠性與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用等因素有關(guān)，目前來(lái)說(shuō)，錨桿鉆機(jī)實(shí)際利用率不高的主要原因是產(chǎn)品本身的可靠性問(wèn)題，但使用中存在的問(wèn)題也不容無(wú)視。1錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品可靠性不高主要來(lái)自產(chǎn)品設(shè)計(jì)不成熟與加工質(zhì)量不高，有的錨桿鉆機(jī)因性能盲目改良，參數(shù)確定不合理，從投產(chǎn)起在井下工作無(wú)力，產(chǎn)品性能提高緩慢，有些產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程無(wú)可靠的質(zhì)量保證體

21、系，部件質(zhì)量無(wú)法保證，又缺乏必要的檢測(cè)手段，產(chǎn)品性能與質(zhì)量無(wú)法控制，自然影響井下長(zhǎng)期使用，近年來(lái)，煤炭系統(tǒng)正式鑒定的錨桿鉆機(jī)有23種型號(hào)，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(zhì)量不高又沒(méi)有做技術(shù)鑒定后的后續(xù)工作。2錨桿鉆機(jī)與鉆具的產(chǎn)品管理問(wèn)題嚴(yán)重，偽劣產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)有可乘之機(jī)，錨桿鉆機(jī)與鉆具有一定技術(shù)含量，但構(gòu)造并不十分復(fù)雜，很多人看好煤礦錨桿支護(hù)量大面廣的市場(chǎng)，有些人受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，不按國(guó)家與煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，產(chǎn)品性能與可靠性低劣，使煤礦無(wú)法正常使用，有的廠家雖已批量生產(chǎn)錨桿鉆機(jī)與鉆具，但采取不正當(dāng)手段推銷(xiāo)產(chǎn)品，對(duì)銷(xiāo)售的產(chǎn)品不負(fù)質(zhì)量責(zé)任，煤礦用戶(hù)常常不知道有哪些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與錨桿鉆

22、機(jī)、鉆具有關(guān)，盲目相信廠家的“廣告，采用未經(jīng)技術(shù)鑒定與法定檢驗(yàn)的產(chǎn)品，或購(gòu)置不合格產(chǎn)品，致使企業(yè)遭受不必要的損失。3鉆頭是回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的重要鉆具，鉆頭型式、國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)合金片的性能，影響鉆頭的應(yīng)用范圍，目前，普通硬質(zhì)合金的巖石鉆頭主要適用于頁(yè)巖、砂頁(yè)巖及局部砂巖磨蝕性不高的砂巖，壽命為30m左右-高于常規(guī)鉆頭價(jià)格50%的國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鉆頭，可以鉆進(jìn)抗壓強(qiáng)度60-80MPa的中等磨蝕性巖石，壽命可達(dá)25-30m，然而，相當(dāng)多的生產(chǎn)廠家因受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，不按標(biāo)準(zhǔn)要求組織生產(chǎn)，硬質(zhì)合金質(zhì)量低劣，工藝技術(shù)不高，產(chǎn)品壽命只有10-20m，甚至是5-10m。1.4本課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)力圖開(kāi)發(fā)一種適

23、合煤礦掘進(jìn)用的新型錨桿鉆機(jī)，要求構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，重量輕，移動(dòng)方便，適應(yīng)性強(qiáng)，便于運(yùn)輸和安裝。在設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家煤炭行業(yè)相關(guān)規(guī)程、規(guī)定和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)計(jì)符合質(zhì)量要求。本課題整個(gè)研究?jī)?nèi)容分以下幾個(gè)方面: 1氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)總體方案的研究與設(shè)計(jì)； 2氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的構(gòu)造設(shè)計(jì)； 3氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)使用維護(hù)說(shuō)明；第二章氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)總體方案的研究與設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案確實(shí)定2.1.1推進(jìn)方案確實(shí)定一、氣缸的選擇氣動(dòng)執(zhí)行元件與液壓執(zhí)行元件相比，具有如下的特點(diǎn):(l氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度快，工作壓力低，適用于低輸出力的場(chǎng)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(dá)+200的環(huán)境下正常工作)

24、。(2)相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，氣動(dòng)執(zhí)行元件的構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造成本低，維修方便，便干調(diào)節(jié)其輸出力和速度的快慢。另外，其安裝方式、運(yùn)動(dòng)方向和執(zhí)行元件的數(shù)目，又可根據(jù)機(jī)械裝置的要求由設(shè)計(jì)者自由選擇。特別是制造技術(shù)的開(kāi)展，氣動(dòng)執(zhí)行元件已向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)展。借助于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的氣動(dòng)閥，使氣動(dòng)系統(tǒng)的接線大大簡(jiǎn)化。這就為簡(jiǎn)化整機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)和控制提供了有利條件。二、氣缸構(gòu)造和安裝方式的選擇氣缸的種類(lèi)很多，一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、構(gòu)造特征和安裝方式來(lái)分類(lèi)。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;按構(gòu)造特征那么可以分為柱塞式、活塞式、薄膜式、套筒式等;按安裝方

25、式的不同那么可以分為固定式、軸銷(xiāo)式等。結(jié)合要設(shè)計(jì)的氣動(dòng)支腿式幫錨桿鉆機(jī)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造的要求，選擇單作用套筒式(即伸縮式)氣缸，工作時(shí)氣缸的一端固定，另一端自由。伸縮式氣缸與其他類(lèi)型的氣缸相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn):(l)伸縮氣缸工作時(shí)行程可以相當(dāng)長(zhǎng)，不工作時(shí)整個(gè)缸的長(zhǎng)度可以縮的較短;(2)伸縮缸逐個(gè)伸出時(shí)，有效工作面積逐漸減少。因此，當(dāng)進(jìn)氣量一樣時(shí)，外伸速度逐次增大，當(dāng)負(fù)載恒定時(shí)，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(nèi)縮依靠自重或負(fù)載的作用。因此，多用于垂直放置的場(chǎng)合。缸筒的安裝由內(nèi)到外為三、二、一級(jí)，外缸筒二各缸筒的外導(dǎo)向局部裝有密封圈，防止氣體泄漏。內(nèi)、外導(dǎo)向套均

26、與各級(jí)缸筒加工成一體。當(dāng)一級(jí)缸筒上升到全部伸出時(shí)，一級(jí)缸筒的外導(dǎo)向局部與外缸筒的內(nèi)導(dǎo)向局部相遇，帶動(dòng)二級(jí)缸筒上升，三級(jí)缸筒的上升同理。2.1.2動(dòng)力機(jī)構(gòu)方案確實(shí)定一、馬達(dá)的選擇氣馬達(dá)是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣馬達(dá)與油馬達(dá)相比，其具有油馬達(dá)所沒(méi)有的特點(diǎn):即氣馬達(dá)在長(zhǎng)時(shí)間的滿載工作時(shí)，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廉價(jià)，經(jīng)濟(jì)性比油馬達(dá)有優(yōu)勢(shì)，使用費(fèi)用較低。由于空氣的可壓縮性與氣馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速隨負(fù)載而降低。氣馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)相比，有如下的特點(diǎn):1工作安全，適用于惡劣的工作環(huán)境。在易燃、高溫、振動(dòng)、潮濕及粉塵等不利條件下都正常工作。在

27、具有爆炸性瓦斯的工作場(chǎng)所，無(wú)引起爆炸的不安全，同時(shí)不受震動(dòng)與高溫的影響；2可以無(wú)級(jí)調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥的開(kāi)閉程度即控制氣體流量就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的功率；3有過(guò)載保護(hù)作用，不會(huì)因過(guò)載而發(fā)生燒毀二過(guò)載時(shí)氣馬達(dá)會(huì)降低速度或停車(chē)，當(dāng)過(guò)載減少時(shí)即能重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)；4能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，氣馬達(dá)回轉(zhuǎn)局部慣性矩小，所以能快速啟動(dòng)和停頓。只要改變進(jìn)排氣的方向，就能實(shí)現(xiàn)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換；5具有高的起動(dòng)力矩，可以直接負(fù)載起動(dòng)，起動(dòng)、停頓迅速；6滿載連續(xù)運(yùn)行，由于壓縮空氣的絕熱膨脹的冷卻作用，能降低滑動(dòng)摩擦局部的發(fā)熱，因此氣馬達(dá)可在高溫環(huán)境中使用。在長(zhǎng)時(shí)間滿載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，其溫升較小；7功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬，氣馬達(dá)功率小

28、到幾百瓦:大到幾萬(wàn)瓦，轉(zhuǎn)速可以從0-25000r/min或更高；8操縱方便，維修簡(jiǎn)單； (9)功率較低。除此之外汽馬達(dá)得到正確良好潤(rùn)滑后，它可在2次檢修期間實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)2500-3000h。 根據(jù)其性能來(lái)看氣馬達(dá)應(yīng)用于以下場(chǎng)合:需要安全、無(wú)級(jí)調(diào)速、經(jīng)常改變旋轉(zhuǎn)方向、起動(dòng)頻繁以及防爆、負(fù)載起動(dòng)、有過(guò)載可能的場(chǎng)合。當(dāng)要求多種速度運(yùn)轉(zhuǎn)、瞬時(shí)起動(dòng)和制動(dòng)或可能經(jīng)常發(fā)生失速和過(guò)負(fù)載的情況時(shí)采用氣馬達(dá)要比別的類(lèi)似設(shè)備價(jià)格廉價(jià)，維護(hù)簡(jiǎn)單。因此氣馬達(dá)廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械中?；谝陨蠚怦R達(dá)與油馬達(dá)及電動(dòng)機(jī)相比所具有的各種優(yōu)點(diǎn)，在本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中選用了氣馬達(dá)。馬達(dá)按構(gòu)造形式可分為葉片式、活塞式和齒輪式3類(lèi)。其性能、特點(diǎn)對(duì)比

29、如表2-1。根據(jù)表2-1中性能對(duì)比，本產(chǎn)品采用了齒輪式氣馬達(dá)。這是由于齒輪式氣馬達(dá)與其他類(lèi)型的氣馬達(dá)相比，具有體積小、重量輕、構(gòu)造簡(jiǎn)單、對(duì)氣源質(zhì)量要求低、耐沖擊及慣性小等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于礦山機(jī)械。表2-1齒輪式、柱塞式、葉片式3種氣馬達(dá)性能特點(diǎn)對(duì)比二、傳動(dòng)系統(tǒng)方案確實(shí)定傳動(dòng)系統(tǒng)方案如圖2-1所示，動(dòng)力由馬達(dá)齒輪3輸入，經(jīng)過(guò)減速箱后，由主軸6將動(dòng)力傳遞給鉆桿。傳動(dòng)路線為:馬達(dá)齒輪3-馬達(dá)輸出齒輪4-初級(jí)被動(dòng)齒輪2-齒輪軸l-次級(jí)被動(dòng)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(zhǎng)度小，構(gòu)造緊湊。圖2-1減速器傳動(dòng)系統(tǒng)圖三、消聲器的選擇噪聲是眾所周知

30、的公害之一。它損害人的聽(tīng)覺(jué)，影響人的安康和工作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成各種意外事故。所以噪聲問(wèn)題已日益引起重視并把它作為改善勞動(dòng)條件和保護(hù)環(huán)境的重要內(nèi)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(nèi)壁，或敷設(shè)在管道的內(nèi)壁上，將噪聲吸收一局部，從而到達(dá)降低噪聲的目的。本產(chǎn)品使用的阻性消聲器是利用在氣流通道內(nèi)外表的多孔吸聲材料來(lái)吸收聲能。其構(gòu)造簡(jiǎn)單，能在較寬的高頻范圍內(nèi)消聲，特別是對(duì)刺耳的高頻聲波有突出的消聲作用，但對(duì)低頻的消聲效果較差。2.1.3操縱機(jī)構(gòu)方案確實(shí)定一、氣閥和水閥的選擇1開(kāi)關(guān)方式的選擇 該氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)有l(wèi)個(gè)主氣閥、l個(gè)氣腿閥和l個(gè)水閥，都

31、采用了人力控制閥。在單體式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)中一般用人力控制閥直接操縱氣動(dòng)執(zhí)行元件。 水閥和氣腿閥都采用了撥動(dòng)式開(kāi)關(guān)。這是因?yàn)閾軇?dòng)式開(kāi)關(guān)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(gè)閥在工作開(kāi)場(chǎng)之前需要翻開(kāi)，以進(jìn)氣和進(jìn)水，但是在工作過(guò)程中需要穩(wěn)壓，撥動(dòng)式手動(dòng)閥能很好的解決這個(gè)問(wèn)題。其閥芯構(gòu)造 根本上和機(jī)控閥一樣。 馬達(dá)進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)采用了壓柄式?？梢愿鶕?jù)工作需要，控制進(jìn)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(dòng)換位，彈簧復(fù)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(jī)能接通P、T口，高壓氣排入大氣。右位機(jī)能接通P、A口，高壓氣進(jìn)入氣腿氣路

32、。主氣閥原理圖如圖2-2采用二位二通閥，手動(dòng)換位，彈簧復(fù)位的形式。P口接高壓氣，A口接馬達(dá)氣路。左位機(jī)能將兩口斷開(kāi)，高壓氣無(wú)法進(jìn)入馬達(dá)氣路。右位機(jī)能接通兩口，高壓氣進(jìn)入馬達(dá)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，到達(dá)提高生產(chǎn)效率的目的。二、油霧器的選擇氣動(dòng)系統(tǒng)中所用的許多元件和裝置都有運(yùn)動(dòng)局部。為使其能正常的工作，需要進(jìn)展?jié)櫥?。然而，以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)局部都構(gòu)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(rùn)滑的部位。因此，必須在空氣管路中設(shè)置特殊功能的元件

33、，使普通的液態(tài)油滴霧化成細(xì)微的油霧進(jìn)入高壓氣，隨氣流輸入到運(yùn)動(dòng)部位。油霧器就是這樣一種特殊的給油裝置。當(dāng)壓縮空氣流過(guò)時(shí)，它將潤(rùn)滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣一起流進(jìn)需要潤(rùn)滑的部件，到達(dá)潤(rùn)滑的目的。使用油霧器有以下優(yōu)點(diǎn):油霧可輸送到任何有氣流的地方，且潤(rùn)滑均勻穩(wěn)定。氣路一接通就開(kāi)場(chǎng)潤(rùn)滑，氣路斷開(kāi)就停頓供油?？梢酝瑫r(shí)對(duì)多個(gè)元件進(jìn)展?jié)櫥Ｓ挽F器的主要特性參數(shù)有流量特性和起霧流量2個(gè)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(jìn)口壓力在規(guī)定值時(shí)，其輸出空氣的流量與出口側(cè)的壓力降之間的關(guān)系;起霧流量是指進(jìn)口壓力在規(guī)定值、潤(rùn)滑油在正常工作油位，滴油量每分鐘5滴時(shí)流過(guò)的空氣流量。對(duì)于

34、一定的進(jìn)口壓力而言，起霧流量越低說(shuō)明油霧器在小流量工作時(shí)潤(rùn)滑油的霧化性能越好。2.2工作原理如圖2-2所示， 壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾器、注油器、濾網(wǎng)J進(jìn)入操縱臂部件的閥塊。手壓扳機(jī)，開(kāi)啟馬達(dá)控制閥，壓縮空氣驅(qū)動(dòng)齒輪式氣馬達(dá)，輸出齒輪經(jīng)兩級(jí)減速，帶動(dòng)主軸順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕開(kāi)啟氣腿控制閥，壓縮空氣經(jīng)快速排氣閥進(jìn)入氣腿上腔，氣腿伸長(zhǎng)。當(dāng)關(guān)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(jī)重力回落。轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕開(kāi)啟水控制閥，沖洗水即經(jīng)濾網(wǎng)、水閥、水套、主軸內(nèi)孔進(jìn)入鉆桿，沖洗鉆孔。手動(dòng)調(diào)節(jié)各閥的開(kāi)啟量，即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，推力或水量。圖2-2氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)工作原理圖2.3性能參數(shù)指標(biāo)根據(jù)我國(guó)煤礦井下巷道和地下工

35、程實(shí)際情況，要求氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)既可鉆頂板錨桿孔，也可鉆頂板錨索孔，還可以作為樹(shù)脂藥卷類(lèi)的錨桿，錨索攪拌和安裝設(shè)備，不再需要其它輔助設(shè)備，實(shí)行螺母一次性旋緊，到達(dá)一次性初錨預(yù)緊力的要求。確定氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的輸出參數(shù)為:最大功率1.0-3.OKW最大功率時(shí)轉(zhuǎn)矩50N.M最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速230-250r/min推進(jìn)力6-8KN上述氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)性能參數(shù)，既能滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求，又能最大限度地利用鉆機(jī)的功率，并盡可能地降低鉆機(jī)的重量，改善煤巷支護(hù)的勞動(dòng)條件。第三章 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的構(gòu)造設(shè)計(jì)3.1整體構(gòu)造及參數(shù)確實(shí)定氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)由回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)三大局部組成?；剞D(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)器總成、消聲器總成、

36、護(hù)圈總成三局部組成，包括馬達(dá)、齒輪箱、超越軸承、主軸、水套、消聲器等零部件。推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括支腿、固定套兩大部件。支腿局部由三級(jí)氣缸組成，通過(guò)固定套與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，氣缸下部裝有頂錐，作業(yè)時(shí)頂錐頂住地面。支腿氣缸及固定套均由非金屬材料制成，強(qiáng)度高，重量輕，耐腐蝕，阻然、抗靜電。操縱局部由閥體、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(guò)操縱開(kāi)關(guān)、水、氣旋扭控制馬達(dá)閥、水閥、支腿氣閥。根據(jù)我國(guó)煤礦煤巷錨桿支護(hù)的大局部巷道頂板巖石硬度為f5，錨桿鉆孔直徑為28-30mm，確定該氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的輸出參數(shù)為:額定壓力：0.5MPa；額定轉(zhuǎn)速：240r/min；額定轉(zhuǎn)矩

37、：50N.m；最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩：120N.m；推進(jìn)力：6.2kN該氣動(dòng)煤幫錨桿鉆機(jī)適用于礦山企業(yè)，特別是巷道巖石硬度f(wàn)4的、巷道高度1.6米3.6 米的錨桿支護(hù)的巖巷、半煤巷、煤巷的臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)。它主要完成鉆孔、安裝錨桿、攪拌藥卷、緊固螺母等項(xiàng)工作。3.2回轉(zhuǎn)局部的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的核心，它由氣動(dòng)馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)、消音器三局部組成。它的輸出是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，是由氣動(dòng)馬達(dá)的輸出特性決定的。3.2.1減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)效率，。減速比為1:17.45。一、各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算一計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算各軸功率計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩將以上計(jì)算參數(shù)整理成表軸名P(KW)T(N.m

38、)n(r/min)傳動(dòng)比效率軸61.25502403.2310.941軸11.3316.444773.385軸71.393.1714187.0795.40.9603表3-1齒輪強(qiáng)度校核次級(jí)被動(dòng)齒輪5與齒輪軸1輪齒的校核齒輪的類(lèi)型、材料、精度等級(jí)及主要尺寸該減速機(jī)構(gòu)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，精度等級(jí)都為8級(jí)，齒輪5材料為40Cr調(diào)質(zhì)，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(qiáng)度的校核因?yàn)閮蓢Ш淆X輪的齒面接觸強(qiáng)度相等所以只校核一個(gè)齒輪即可。1計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度

39、1計(jì)算圓周速度：2計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù)，8級(jí)精度。由書(shū)1圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪：，由表10-2得使用系數(shù)；由書(shū)1表10-4用插值法查得8級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，。由，查書(shū)1圖10-13得。故載荷系數(shù)為3)由書(shū)1表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)，查書(shū)2圖32.1-13得計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力1)由書(shū)1圖10-21d、e按齒面硬度查得齒輪軸1的接觸疲勞強(qiáng)度極限，齒輪5的接觸疲勞強(qiáng)度極限。2)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。3)由書(shū)1圖10-19選取接觸疲勞壽命系數(shù);。4)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)，得；。因,故符合接觸強(qiáng)度要求。3.齒根彎曲強(qiáng)度校核1計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算載

40、荷系數(shù)齒輪軸1 由書(shū)2圖32.1-16查得。那么3齒輪5由書(shū)1表10-5查得，2計(jì)算齒根彎曲許用應(yīng)力 取S=1.4齒輪軸1由書(shū)1表10-18查得；由書(shū)1圖10-20d得那么，滿足要求。齒輪5由書(shū)1表10-18查得；由書(shū)1圖10-20得那么，滿足要求。齒輪2和齒輪軸7輪齒的校核1. 齒輪的類(lèi)型、材料、精度等級(jí)及主要尺寸該減速機(jī)構(gòu)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，精度等級(jí)都為8級(jí)，齒輪2材料為40Cr調(diào)質(zhì)，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(qiáng)度的校核因?yàn)閮蓢Ш?/p>

41、齒輪的齒面接觸強(qiáng)度相等所以只校核一個(gè)齒輪即可。1計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度1計(jì)算圓周速度：2計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù)，8級(jí)精度。由書(shū)1圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪：，由表10-2得使用系數(shù)；由書(shū)1表10-4用插值法查得8級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，。由，查圖10-13得。故載荷系數(shù)為3) 由書(shū)1表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)，查書(shū)2圖32.1-13得(2) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力1)由書(shū)1圖10-21d、e按齒面硬度查得齒輪軸1的接觸疲勞強(qiáng)度極限，齒輪5的接觸疲勞強(qiáng)度極限。2)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。3)由書(shū)1圖10-19選取接觸疲勞壽命系數(shù);。4)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)，得；

42、。因,故符合接觸強(qiáng)度要求。3.齒根彎曲強(qiáng)度校核1計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算載荷系數(shù)齒輪軸7 由書(shū)2圖32.1-16查得。那么3齒輪2由書(shū)1表10-5查得，2計(jì)算齒根彎曲許用應(yīng)力 取S=2齒輪軸7由書(shū)1表10-18查得；由書(shū)1圖10-20d得那么，滿足要求。齒輪2由書(shū)1表10-18查得；由書(shū)1圖10-20得那么，滿足要求。三軸的設(shè)計(jì)一齒輪軸1的設(shè)計(jì)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齒輪軸輪齒的節(jié)圓直徑，那么2求齒輪4上的力因齒輪4的節(jié)圓直徑，那么3.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為40Cr。根據(jù)書(shū)1表15-3選取于是得4.軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)1擬定軸上零件的裝配方案如圖3-1圖3-

43、12根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(nèi)徑比最小軸頸大，那么選用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(nèi)圈為輪齒定位。右端軸承外圈用軸承座定位，取軸承座相應(yīng)直徑為36mm，內(nèi)圈用齒輪定位。22-3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(nèi)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(zhǎng)度。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(shū)1表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為18mm，同時(shí)為了保證齒輪

44、與軸配合有良好的對(duì)中性，應(yīng)選擇齒輪輪轂與軸的配合為；2)鍵的強(qiáng)度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由書(shū)1中表6-2查得，許用擠壓應(yīng)力為。取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。那么：適宜鍵的標(biāo)記為：鍵C 6614 GB/T 1096-20034確定軸上圓角和倒角尺寸，參考書(shū)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)軸構(gòu)造圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。軸承的支撐點(diǎn)位置由手冊(cè)中查出a值，對(duì)于6203型軸承，由手冊(cè)查得，因此，作為簡(jiǎn)支梁的支撐跨距。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩和扭矩圖如圖3-2。從圖中可以看出C、D面是軸的不安全截面，將計(jì)算結(jié)果列于3-4表載荷水平面H垂直面V支反

45、力F彎矩M總彎矩 扭矩T表3-46.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度C面:通常只校核不安全截面強(qiáng)度，據(jù)上表數(shù)據(jù)，軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取。軸的計(jì)算應(yīng)力前已選定軸的材料為40Cr，由書(shū)1表15-1查得因此，安全。D面：軸的計(jì)算應(yīng)力前已選定軸的材料為40Cr，由書(shū)1表15-1查得因此，安全。圖3-2軸的彎矩扭矩圖7.準(zhǔn)確校核軸的疲勞強(qiáng)度1判斷不安全截面：4面的右側(cè)。2截面4右側(cè)抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面4左側(cè)的彎矩為 截面4上的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力軸的材料為40Cr，由書(shū)1中表15-1查得，。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按書(shū)1附表3-2查取。因，

46、經(jīng)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(yīng)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(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由附圖3-4得外表質(zhì)量系數(shù)為。軸未經(jīng)外表強(qiáng)化處理，即，那么綜合系數(shù)為：合金鋼的特性系數(shù)所以軸在截面4右側(cè)的安全系數(shù)為：故可知其安全。因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性，故可略去靜強(qiáng)度校核。二齒輪軸7的設(shè)計(jì)1.軸上的參數(shù)2.求作用在齒輪軸上的力1求齒輪2上的力因齒輪軸輪齒的節(jié)圓直徑，那么2求齒輪軸7的輪齒上的力因輪齒7的節(jié)圓直徑，那么3.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為40Cr。根據(jù)書(shū)1表15-3選取于是得4.軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)1擬定軸上零件的裝配方案如圖

47、3-3圖3-32根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(nèi)徑比最小軸頸大，那么選用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(nèi)圈用軸用彈性擋圈定位。右端軸承內(nèi)圈用軸用彈性擋圈定位，故，外圈用軸肩定位，取。24-7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(zhǎng)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(shū)1表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工

48、，長(zhǎng)為56mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，應(yīng)選擇齒輪輪轂與軸的配合為；2鍵的強(qiáng)度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由書(shū)1中表6-2查得，許用擠壓應(yīng)力為。取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。那么：適宜鍵的標(biāo)記為：鍵 8756 GB/T 1096-20034確定軸上圓角和倒角尺寸，參考書(shū)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)軸構(gòu)造圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。軸承的支撐點(diǎn)位置由手冊(cè)中查出a值，對(duì)于6203型軸承，由手冊(cè)查得，因此，作為簡(jiǎn)支梁的支撐跨距。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩和扭矩圖如圖3-4。從圖中可以看出C面是軸的不安全截面，將計(jì)算結(jié)果列于3-5表

49、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(yīng)力校核軸的強(qiáng)度通常只校核不安全截面強(qiáng)度，據(jù)上表數(shù)據(jù)，軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取。軸的計(jì)算應(yīng)力前已選定軸的材料為40Cr，由書(shū)1表15-1查得因此，安全。圖3-4彎矩扭矩圖7.準(zhǔn)確校核軸的疲勞強(qiáng)度1判斷不安全截面：8面的右側(cè)。2截面8右側(cè)抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面4左側(cè)的彎矩為 截面4上的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力軸的材料為40Cr，由書(shū)1中表15-1查得，。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按書(shū)1附表3-2查取。因，經(jīng)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(yīng)力

50、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(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由附圖3-4得外表質(zhì)量系數(shù)為。軸未經(jīng)外表強(qiáng)化處理，即，那么綜合系數(shù)為：合金鋼的特性系數(shù)所以軸在截面4右側(cè)的安全系數(shù)為：故可知其安全。因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性，故可略去靜強(qiáng)度校核。因?yàn)檩斎胼S和軸7構(gòu)造相似，故不必再校核。三輸出軸6的設(shè)計(jì)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40Cr。根據(jù)書(shū)1表15-3選取于是得4.軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)1擬定軸上零件的裝配方案如圖3-5圖3-52根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。1由于，最小軸頸為裝軸承處，初選6205深溝球軸承，取。26-7為裝齒輪處，齒輪右端

51、用彈性擋圈定位，取。34-5裝超越軸承，防止鉆桿反轉(zhuǎn)，。43-4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(yīng)鉆出相應(yīng)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(shū)1表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為25mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，應(yīng)選擇齒輪輪轂與軸的配合為；2鍵的強(qiáng)度校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由書(shū)1中表6-2查得，取，鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。那么：適宜鍵的標(biāo)記為：鍵 8722 GB/T 1

52、096-20034確定軸上圓角和倒角尺寸，參考書(shū)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(yù)期壽命一6204型深溝球軸承的校核查手冊(cè)得6204型深溝球軸承因只受徑向力，取驗(yàn)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(cè)得6203型深溝球軸承1下端6203型因只受徑向力，取驗(yàn)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(yàn)算6203軸承的壽命故所選軸承可滿足壽命要求。3.2.2氣動(dòng)馬達(dá)的參數(shù)確定一、氣動(dòng)馬達(dá)的輸出主參數(shù)小功率氣動(dòng)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速對(duì)比高，一般在最大功率下的轉(zhuǎn)速要到達(dá)40006000 r/mi

53、n，由前面確定的該氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)最大功率時(shí)的輸出轉(zhuǎn)速為240 r/min，最大功率時(shí)轉(zhuǎn)矩為50N. M，由減速機(jī)構(gòu)中確定的減速比為l: 17.45，并考慮到減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率為0.904。那么氣動(dòng)馬達(dá)的輸出參數(shù)為:最大輸出轉(zhuǎn)矩：最大功率下轉(zhuǎn)速：最大功率：理論轉(zhuǎn)矩：理論功率：取氣馬達(dá)的總效率。不同類(lèi)型氣馬達(dá)效率的取值見(jiàn)下表：表3-6二、氣動(dòng)馬達(dá)的輸入?yún)?shù)由于在煤礦井下氣路鋪設(shè)較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)管道壓力損耗后，一般氣動(dòng)設(shè)備壓力為不超過(guò)0.6MPa，根據(jù)?煤礦用錨桿鉆機(jī)通用技術(shù)條件?有關(guān)規(guī)定，氣動(dòng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收氣壓P1為0.5MPa，在0.5 MPa壓力下，氣動(dòng)設(shè)備的耗氣量計(jì)算為折算到常溫20 0C，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

54、下的氣體流量。耗氣量Q為:式中 V1一一馬達(dá)齒輪嚙合之間密封容積; Z一一馬達(dá)齒輪齒數(shù);P2一一絕對(duì)壓力，MPa;T1一一絕對(duì)溫度。根據(jù)馬達(dá)齒輪直徑、齒頂高、齒根圓近似計(jì)算，馬達(dá)齒輪嚙合之間密封容積以及馬達(dá)齒輪模數(shù)m=5.5，齒數(shù)Z=9，壓力角a =20，齒頂高h(yuǎn)=l可以近似計(jì)算。把壓縮空氣折算到常溫293K，絕對(duì)壓力P2為.1MPa時(shí)理論耗氣量Q為:考慮漏損，余隙容積和進(jìn)氣節(jié)流壓降的影響，實(shí)際耗氣量為:為確保回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)尺寸不致過(guò)大，傳遞平穩(wěn)，經(jīng)過(guò)屢次設(shè)計(jì)驗(yàn)證，選擇馬達(dá)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(shè)計(jì)為了降低錨桿鉆機(jī)氣動(dòng)馬達(dá)的噪聲，一般都在馬達(dá)排氣口安裝

55、消聲器，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)氣動(dòng)馬達(dá)消聲器有三個(gè) 根本要求:(1)具有較高的消聲值和較寬的消聲頻率范圍；(2)消聲對(duì)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(dá)的背壓要求；(3)構(gòu)造上要求消聲器體積小，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于加工并且要穩(wěn)固耐用，使用壽命長(zhǎng)。根據(jù)上述理論分析，以及錨桿鉆機(jī)消聲器的尺寸和體積的限制，選擇一樣孔隙率的發(fā)泡聚脂材料，消音效果對(duì)比好，設(shè)置檔流反射板，使介質(zhì)中氣體流動(dòng)均勻化，并阻止高壓氣體直接排出，能提高消音量3dB以上，擴(kuò)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(dòng)錨桿鉆機(jī)多采用金屬外殼中填充多孔介質(zhì)的簡(jiǎn)易消聲器，裝備這種消聲器的錨桿鉆機(jī)的噪聲為1

56、10-120dB，且排氣中的含油量為2.8g/m:而通過(guò)裝備除油霧消聲器，使其工作時(shí)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(shè)計(jì)3.3.1構(gòu)造設(shè)計(jì)由于鉆機(jī)實(shí)際鉆孔深度在1.8-2M之間，因此其推進(jìn)機(jī)構(gòu)大多數(shù)采用多級(jí)可伸縮式構(gòu)造，如圖3-6所示。一般采用三級(jí)支腿(每級(jí)伸出長(zhǎng)度為0.6m左右)，以適應(yīng)巷道的不同高度。由于聯(lián)接頭與鉆機(jī)主體相連接，壓縮空氣通過(guò)控制機(jī)構(gòu)進(jìn)入支腿，推動(dòng)中缸和內(nèi)缸伸出，使鉆機(jī)主體上升，進(jìn)展鉆頂板錨桿孔。鉆孔完畢后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門(mén)，放氣閥自動(dòng)翻開(kāi)，各級(jí)缸筒在鉆機(jī)主體自重的作用下，逐級(jí)收縮。在設(shè)計(jì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)時(shí)還應(yīng)考慮的問(wèn)題是推

57、進(jìn)機(jī)構(gòu)采用正裝和倒裝哪種形式。正裝由于鉆機(jī)鉆孔作業(yè)支腿受力時(shí)，彎、扭變形以頂板孔為支點(diǎn)，不安全截面發(fā)生在底版，而此時(shí)抗彎、抗扭強(qiáng)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(diǎn)與之正好相反，在保證內(nèi)筒具有較高的抗彎、抗扭強(qiáng)度的同時(shí)，也提高了推進(jìn)機(jī)構(gòu)可靠性。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)中建議采用如圖3-6所示的倒裝形式。圖3-6氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)推進(jìn)機(jī)構(gòu)3.3.2支腿材料的分析與選擇推進(jìn)機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)中最能表達(dá)重量、強(qiáng)度比的關(guān)鍵部件。通常液壓傳動(dòng)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(dòng)錨桿鉆機(jī)由于風(fēng)壓低，不適合采用鋼制的推進(jìn)機(jī)構(gòu)。

58、目前大多數(shù)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用了材料密度小、強(qiáng)度高的玻璃鋼制品作為支腿材料，而這種玻璃鋼支腿也不是一般的玻璃鋼制品，其尺寸精度要求高。3.3.3支腿的構(gòu)造設(shè)計(jì)支腿的構(gòu)造尺寸設(shè)計(jì)包括缸筒的壁厚和直徑的計(jì)算，可根據(jù)鉆機(jī)實(shí)際所需的最大推進(jìn)力F確定支腿的各設(shè)計(jì)參數(shù)。而推進(jìn)力F取決于氣壓大小和缸筒的作用面積，煤礦井下壓縮空氣壓力一般在0.5MPa左右。當(dāng)支腿的各級(jí)缸筒長(zhǎng)度確定后，各級(jí)缸筒的截面模量是決定F的關(guān)鍵因素，由此可以確定各級(jí)缸筒的內(nèi)徑和壁厚。推進(jìn)機(jī)構(gòu)由聯(lián)接套與支腿兩局部構(gòu)成，支腿通過(guò)聯(lián)接套與回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)相連。國(guó)外錨桿鉆機(jī)聯(lián)接套采用工程塑料，這樣可以降低重量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，早期氣動(dòng)錨桿鉆

59、機(jī)聯(lián)接套采用聚胺脂材料，對(duì)比軟，易變形，后采用尼龍澆注而成。3.4操縱臂設(shè)計(jì)操縱臂設(shè)計(jì)如右圖所示：3.5整機(jī)構(gòu)造在完成了回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)、消音器系統(tǒng)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)各大部件設(shè)計(jì)后，進(jìn)展總體構(gòu)造設(shè)計(jì)，最終形成完整的MQT型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)，以下列圖就是整機(jī)裝配示意圖。第四章PROE建模及仿真4.1Pro/Engineer軟件簡(jiǎn)介Pro/Engineer操作 HYPERLINK :/baike.baidu /view/37.htm t _blank 軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱(chēng)，是參數(shù)化技術(shù)的最

60、早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。4.2 Pro/Engineer軟件主要特性Pro/E第一個(gè)提出了 HYPERLINK :/baike.baidu /view/725815.htm t _blank 參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。另外，它采用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/182267.htm t _blank 模塊化方式，用戶(hù)可以根據(jù)