全液壓鉆機(jī)說(shuō)明書(標(biāo)準(zhǔn)版)

1、僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途不得用于商業(yè)用途學(xué)號(hào)：00603毀課程訝題目全液壓鉆床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院物流工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)機(jī)設(shè)0806班姓名宋宏彬指導(dǎo)教師袁兵2011年8月15日TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù)1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1設(shè)計(jì)要求1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.2設(shè)計(jì)參數(shù)i HYPERLINK l bookmark14 o Current

2、Document 2運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.1運(yùn)動(dòng)分析2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.2負(fù)載分析2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.3負(fù)載圖F-t和速度圖v-t圖的繪制2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3擬定液壓系統(tǒng)原理圖3 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.1整體設(shè)計(jì)思路3 HYPERLIN

3、K l bookmark26 o Current Document 3.2液壓回路設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.3液壓回路分析5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4液壓系統(tǒng)主要參數(shù)6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 4.1系統(tǒng)參數(shù)的確定6 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.2液壓缸的選定7 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document

4、5液壓元件的選擇7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 5.1液壓泵和馬達(dá)及電機(jī)的確定7 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 5.2液壓閥及輔助元件的確定8 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 5.3液壓元件明細(xì)表96小結(jié)體會(huì)io7參考資料io設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù)1.1設(shè)計(jì)要求全液壓鉆機(jī)用于礦洞或露天等地點(diǎn)進(jìn)行打孔作業(yè)，其鉆桿的旋轉(zhuǎn)、推進(jìn)、起拔以及鉆桿傾角的調(diào)整、固定等均由液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆機(jī)工作時(shí)噪聲大，鉆機(jī)附近粉塵較大，整個(gè)工作環(huán)境相當(dāng)惡劣。要求完成

5、的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1）Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse2）3）根據(jù)鉆機(jī)工況要求，擬定液壓系統(tǒng)方案；4）根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)液壓元件進(jìn)行選型；5）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書（格式見(jiàn)附錄），并繪制液壓系統(tǒng)原理圖。1.2設(shè)計(jì)參數(shù)已知該鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該鉆機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。表1鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)鉆桿傾角090支撐液壓缸最大工作行程560mm一次推進(jìn)行程800mm液壓馬達(dá)數(shù)量2臺(tái)最大推進(jìn)力35kN最大工作轉(zhuǎn)速160rpm最大起拔力70kN單臺(tái)馬達(dá)額定轉(zhuǎn)矩630Nm回轉(zhuǎn)頭輸

6、出轉(zhuǎn)速10lOOrpm無(wú)級(jí)調(diào)速推進(jìn)液壓缸行程950mm減速比1:1.6最大推進(jìn)力37kN輸入轉(zhuǎn)速160rpm最大起拔力70kN最大輸出轉(zhuǎn)矩2000Nm僅供個(gè)人參考僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析2.1運(yùn)動(dòng)分析1支撐缸21回轉(zhuǎn)頭嶇動(dòng)馬達(dá)4推進(jìn)缸鉆機(jī)主機(jī)部分結(jié)構(gòu)如上圖所示，鉆頭（圖中未畫出）裝夾在回轉(zhuǎn)頭上。液壓缸1用于支撐工作滑臺(tái)并調(diào)節(jié)其傾角，使其在090（水平向上）范圍內(nèi)升降；工作時(shí)，兩臺(tái)液壓馬達(dá)2和3共同驅(qū)動(dòng)工作滑臺(tái)上的回轉(zhuǎn)頭以帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)，同時(shí)推進(jìn)缸4推動(dòng)工作滑臺(tái)前進(jìn)。反之，推進(jìn)缸4退回，同時(shí)鉆桿反向旋轉(zhuǎn)，以拔出鉆桿。2.2負(fù)載分析在全液壓鉆機(jī)工作前，支撐缸調(diào)節(jié)滑臺(tái)傾角，工作時(shí)推進(jìn)

7、缸推動(dòng)滑臺(tái)前進(jìn)，最大推進(jìn)力37kN，最大起拔力70kN，所以推進(jìn)時(shí)由液壓缸有桿腔工作，起拔時(shí)由無(wú)桿腔工作。在全液壓鉆機(jī)工作過(guò)程中，主要的運(yùn)動(dòng)件是液壓馬達(dá)。本液壓系統(tǒng)中用戶要求雙液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)頭，回轉(zhuǎn)頭減速比約為1：1.6,即馬達(dá)的轉(zhuǎn)速最大要求為160r/min,單個(gè)轉(zhuǎn)矩大于625Nm，鉆機(jī)回轉(zhuǎn)頭給定的馬達(dá)最大安裝尺寸不得大于200mmX200mm。在鉆桿沒(méi)接觸到待鉆物時(shí)，滑臺(tái)以較小的負(fù)載力和較大的負(fù)載速度前進(jìn)，接觸后，負(fù)載力變大，負(fù)載速度減小。鉆完后以較大的力和較大的速度返回，詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)下面的負(fù)載圖（圖2）和速度圖（圖3）。2.3負(fù)載圖F-t和速度圖v-t圖的繪制不得用于商業(yè)用途3.擬定液壓

8、系統(tǒng)原理圖3.1整體設(shè)計(jì)思路在本次設(shè)計(jì)中決定采用分體結(jié)構(gòu)，將整個(gè)鉆機(jī)分為油源部分、控制臺(tái)部分和鉆機(jī)主體3部分，各部分之間用橡膠軟管相連接。這樣設(shè)計(jì)，控制臺(tái)可以靈活地放置在較遠(yuǎn)的地方，首先保證了操作人員的安全，其次使其工作環(huán)境相對(duì)來(lái)說(shuō)噪聲降低，粉塵量較小。更便利于各種工作場(chǎng)地的布置，分體結(jié)構(gòu)使操作人員能始終處于最佳觀察控制位置。根據(jù)這一思路，要求液壓系統(tǒng)不僅功能齊全，性能安全可靠,同時(shí)還要求操作簡(jiǎn)便，直視性好，要能隨時(shí)反映各工作機(jī)構(gòu)的工作狀況，以便操作者采取合適的措施進(jìn)行控制，使鉆機(jī)始終工作在最佳工況。3.2液壓回路設(shè)計(jì)根據(jù)總體設(shè)計(jì)思路,該全液壓鉆機(jī)液壓系統(tǒng)主要由高壓油源、控制系統(tǒng)、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)及

9、輔件組成。根據(jù)鉆機(jī)工況要求，擬定液壓系統(tǒng)方案如下：圖4液壓回路原理圖詳細(xì)液壓系統(tǒng)原理圖見(jiàn)A3圖紙。圖中包括：調(diào)速回路由工況圖可知，這臺(tái)液壓鉆機(jī)滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小,故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速,并在推進(jìn)缸進(jìn)油口設(shè)置單向調(diào)速閥。換向回路不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途不得用于商業(yè)用途由工況可知，該液壓鉆機(jī)的液壓馬達(dá)有正反轉(zhuǎn)，液壓缸有伸出和縮回，故采用三位四通0型機(jī)能手動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)回路的換向。鎖緊回路由工況可知，當(dāng)推進(jìn)缸和液壓馬達(dá)工作時(shí)要求支撐缸固定，故支撐缸進(jìn)油口設(shè)置兩個(gè)液控單向閥，形成鎖緊回路

10、，保證支撐缸的穩(wěn)定性。卸荷回路該鉆機(jī)采用變量泵加安全閥來(lái)保證系統(tǒng)工作壓力和最高壓力。變量泵根據(jù)系統(tǒng)情況自行改變油壓，當(dāng)達(dá)到安全閥調(diào)定值時(shí)，安全閥打開，保證各液壓元件的安全。3.3液壓回路分析壓油源部分由油箱1、進(jìn)口過(guò)濾器2、電機(jī)4、液壓泵5、安全閥6、壓力表P1、出口過(guò)濾器7和回油過(guò)濾器3組成，其功能為向工作機(jī)構(gòu)提供壓力油?？紤]到實(shí)際工作環(huán)境，油箱設(shè)計(jì)為封閉結(jié)構(gòu)，其上裝有油溫表、油標(biāo)、空氣過(guò)濾器等。電機(jī)4驅(qū)動(dòng)液壓泵5,把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。出口過(guò)濾器是根據(jù)其特殊的工作要求而設(shè)置的，在多年的工程使用中，多次發(fā)生液壓缸拉傷的情況，液壓泵出口精密過(guò)濾是十分必要的。溢流閥6為系統(tǒng)安全閥?？刂骑@示部分由

11、調(diào)速閥8、多路換向閥10、液控單向閥11、12、單向調(diào)速閥18、分流節(jié)流閥15、壓力表P2、P3、P4、P5組成,起著控制各執(zhí)行元件的壓力、流量、方向和顯示其工作壓力的功能。當(dāng)支撐缸13伸縮時(shí)，其他執(zhí)行元件是不工作的，這時(shí)調(diào)速閥8控制支撐缸活塞桿的伸縮速度，以達(dá)到改變鉆桿傾角的目的。當(dāng)支撐缸調(diào)節(jié)完成后，多路換向閥中的S1閥置于中位，鉆桿的角度固定。當(dāng)鉆桿鉆進(jìn)或撥起時(shí)，多路換向閥中的S2、S3換向閥各自搬到相應(yīng)位置，此時(shí)單向調(diào)速閥18調(diào)整進(jìn)給速度或拔起速度,壓力表P4、P5分別顯示進(jìn)給缸進(jìn)給壓力或拔起壓力,調(diào)速閥8調(diào)整液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制鉆桿的鉆速，壓力表P2、P3分別顯示雙馬達(dá)進(jìn)、出口的壓

12、力，進(jìn)而得知鉆桿的轉(zhuǎn)矩。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)同處鉆機(jī)主體部分,如下圖所示，由液壓缸13、液壓馬達(dá)14、16和液壓缸19組成,液壓缸13支撐鉆機(jī)工作滑臺(tái)，同時(shí)調(diào)節(jié)其傾角，使其在090（水平向上）范圍內(nèi)升降。雙液壓馬達(dá)14、16共同驅(qū)動(dòng)工作滑臺(tái)上的回轉(zhuǎn)頭，使其旋轉(zhuǎn)，同時(shí)推進(jìn)缸19有桿腔進(jìn)油，推動(dòng)工作滑臺(tái)前進(jìn),使鉆桿鉆進(jìn)。反之推進(jìn)缸退回，同時(shí)鉆桿反向旋轉(zhuǎn)，拔出鉆桿。圖5執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)主要參數(shù)4.1系統(tǒng)參數(shù)的確定根據(jù)負(fù)載分析的參數(shù)，選擇上海飛機(jī)制造廠生產(chǎn)的BM-E315型擺線液壓馬達(dá)。該液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速為320r/min。額定轉(zhuǎn)矩為630Nm,額定壓力14MPa,安裝尺寸178mmX178mm，符合設(shè)計(jì)要求

13、。所以，以馬達(dá)的額定壓力14MPa作為該液壓回路的系統(tǒng)壓力，以此來(lái)計(jì)算選擇液壓缸和各類閥件及輔助元件。負(fù)載/KN5510102020303050工作壓力/MPa50三5表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.8235288101018液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械20324.2液壓缸的選定推進(jìn)缸的計(jì)算選擇推進(jìn)缸在工作過(guò)程中的作用是推進(jìn)或拉回回轉(zhuǎn)頭,達(dá)到推進(jìn)或拔起鉆桿的目的，推進(jìn)時(shí)為有桿腔工作,拉回時(shí)為無(wú)桿腔工作，工作速度一般很慢。根據(jù)其工作性質(zhì)，首先確定選擇工程系列液壓缸，因其一次推進(jìn)行程要求達(dá)到800

14、mm,考慮到安裝的要求，初步定為HSGK80/55*HEZ型液壓缸，該液壓缸行程為950mm,D為80mm,d為55mm。當(dāng)液壓馬達(dá)額定壓力限定在14MPa時(shí)，該缸的最大工作壓力也同樣為14MPa。此時(shí)，該液壓缸的最大推力為：F=14X106(80/1000)2-(55/1000)2n/4=37.09kN最大撥起力：F=14X10-3X802Xn/4=70.336kN該液壓缸完全符合要求，所以最后確定選擇HSGK80/55*HEZ1型液壓缸為推進(jìn)缸。支撐缸的計(jì)算選擇支撐缸在工作過(guò)程中只起到固定工作滑臺(tái)傾角的作用，主要考慮的因素是能否滿足鉆桿在090(水平向下)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，根據(jù)鉆機(jī)工作滑臺(tái)結(jié)構(gòu),

15、只要行程大于560mm即可，考慮到安裝形式，故在此選定了和推進(jìn)缸屬同一系列的HSGL63/45*HEZ1工程液壓缸，其行程為600mm,滿足其要求。表4按工作壓力選取d/D工作壓力/MPamaxmax=29.04KW耳0.9p根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用電動(dòng)機(jī)型為Y200L-4異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為30kW，額定轉(zhuǎn)速為1470r/min。5.2液壓閥及輔助元件的確定液壓閥的確定根據(jù)實(shí)際工作壓力以及流量大小即可選擇液壓閥。油箱容積的確定液壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍，本設(shè)計(jì)取6倍，故油箱容積為：V=(6X112.896)L=677.4L管道及連接件的確定管道及連接件由液壓元件的

16、尺寸確定。液壓缸的進(jìn)出油管按輸入、輸出的最大流量來(lái)計(jì)算。5.3液壓元件明細(xì)表表5液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱最大通過(guò)流量/L-min-1型號(hào)1油箱、溫度計(jì)、液面表CTW-2002吸油過(guò)濾器160WU-160X180S3回油過(guò)濾器250ZU-A250X10S4電機(jī)Y200L-45液壓泵112.9080PGY14-1B6安全閥200DB10A-2-30/31.57油路過(guò)濾器160ZU-H160X10S8調(diào)速閥160MSA30EP1609溢流閥200DB10A-2-30/31.510多路換向閥160ZS2-L25F-T-011液控單向閥SVPP20PA12液控單向閥SVPP20PA13支撐缸HSGL6

17、3/45*HEZ114液壓馬達(dá)112BM-E31515分流節(jié)流閥320ZSTF216液壓馬達(dá)112BM-E31517帶截止閥的壓力表YN-10018單向調(diào)速閥100QA-H2019推進(jìn)缸HSGK80/55*HEZ小結(jié)體會(huì)通過(guò)這次暑期強(qiáng)化拓展訓(xùn)練，加強(qiáng)了自己的專業(yè)能力。包括：液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（包括：負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析，元件計(jì)算與選型，系統(tǒng)性能驗(yàn)算等），液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（包括：結(jié)構(gòu)類型的確定，油路塊設(shè)計(jì)，液壓泵站的設(shè)計(jì)等），以及相關(guān)設(shè)計(jì)軟件（如AutoCAD，Pro/Engineer等）和設(shè)計(jì)手冊(cè)的熟練使用等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)了我的綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)及其他理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，真正做到了學(xué)以致用，但我覺(jué)得更為重要的一點(diǎn)是它更理性的認(rèn)識(shí)我們專業(yè)，學(xué)會(huì)查閱資料的能力。同時(shí)培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)精神和吃苦耐勞的能力，相信我們有了些許設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，將在設(shè)計(jì)應(yīng)用方面有更大的進(jìn)步。參考資料張利平.液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)指南.化學(xué)工業(yè)出版社.2009.7。雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè).北京理工大學(xué)出版社.2005.9。王守城，段俊勇.液壓元件及選用.化學(xué)工業(yè)出版社.2007.1。杜國(guó)森.液壓元件產(chǎn)品樣本.機(jī)械工業(yè)出版社.2000.4。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;n