三油缸驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)設(shè)計(jì)最新說(shuō)明書(shū)

1、液壓缸驅(qū)動(dòng)連桿式刀盤(pán)掘進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算刀盤(pán)及其驅(qū)動(dòng)形式是頂管機(jī)和盾構(gòu)的重要部件之一，相對(duì)于同心圓切削刀盤(pán)，平行連桿多圓切削形式更具有優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)性，是新的發(fā)展方向。本設(shè)計(jì)針對(duì) 1860 的頂管機(jī)而編寫(xiě)， 但它的原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則也適用于任何直徑的頂管機(jī)和盾構(gòu)。1 設(shè)計(jì)主參數(shù)：頂管外徑： D 1860mm ；刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)形式： 1 、帶連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)（三缸、五缸） ；2 、無(wú)連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)（三缸、五缸）；刀盤(pán)支撐形式：四軸支承；刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)偏心距： r 130mm 。2 總體簡(jiǎn)介：刀盤(pán)簡(jiǎn)介：傳統(tǒng)刀盤(pán)形式（如圖 1 所示）是在圓周上同心圓布刀，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，每把刀切削一個(gè)同心圓。 這種切削機(jī)構(gòu)形式的不足是： 隨

2、著刀盤(pán)直徑增大， 軸承受力劇增，另外，刀盤(pán)磨損不均，驅(qū)動(dòng)能量大，切削異形斷面困難。圖片傳統(tǒng)刀盤(pán)平行連桿式也稱(chēng) DPLEX (Developing Parallel Link Excavating Shield )-實(shí)際上是一種衍生平行連桿扭擺機(jī)構(gòu)，它是火車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如圖2所示)的逆向應(yīng)用。偏心r被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，連桿任何一點(diǎn)都做半徑為 r的圓周運(yùn)動(dòng)，切削出相應(yīng)的 圓。同樣，四個(gè)支承點(diǎn)形成矩形框架，框架任何一點(diǎn)都形成相同圓，這就是連桿機(jī)構(gòu)的基本原理?？蚣苄螤顩Q定它切削出的斷面，所以，它可以切削出任意斷面，結(jié)構(gòu)如圖3及圖4所示。從上分析，平面連桿切削機(jī)構(gòu)(刀盤(pán))較傳統(tǒng)單軸圓形切削機(jī)構(gòu)(刀盤(pán))有以下幾大優(yōu)

3、點(diǎn)：、通過(guò)變化切削刀盤(pán)形狀，可以切削出多種斷面形狀的隧道；、每把切削刀半徑均相同，且切削半徑小，因而刀具的磨損相同，且磨耗量小，延長(zhǎng)刀具壽命，保證盾構(gòu)長(zhǎng)距離切掘進(jìn)；、軸承希望以多軸承代替單軸承，這樣軸承受力?。?、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，便于降低盾構(gòu)重量，減少盾構(gòu)操作時(shí)間，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益；、切削輸出功率小，可降低電力設(shè)備消耗，節(jié)約能源。刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)形式簡(jiǎn)介：支承形式：所有偏心軸都支承在盾構(gòu)的隔板上， 切削刀盤(pán)支承在偏心軸上， 其與外殼是相對(duì)固定的， 偏心軸的數(shù)量與支承數(shù)量相同。 從穩(wěn)定的角度出發(fā)， 支承數(shù)量最少為三支承，支承數(shù)受刀盤(pán)切削斷面面積的影響，三支承多用于小斷面切削機(jī)構(gòu)，通常情況下以四支承為最適宜

4、， 五支承、 六支承均可使用， 但多支承工藝比較復(fù)雜。驅(qū)動(dòng)形式：刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)形式多采用液壓驅(qū)動(dòng)，主要有以下三種：液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；帶連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)(三缸、五缸、七缸、九缸) ；不帶連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)(三缸、五缸、七缸、九缸) 。(1 ) 、液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)(圖 5) ：液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 5所示:它用液壓馬達(dá)帶動(dòng)減速器，減速器驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)平行移動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)可全軸驅(qū)動(dòng)，也可部分軸驅(qū)動(dòng)，具體由液壓馬達(dá)的功率及偏心軸等 因素確定。這種驅(qū)動(dòng)形式的優(yōu)點(diǎn)是：輸出流量穩(wěn)定、偏心軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、布置容易、平面 結(jié)構(gòu)尺寸較小，但軸向結(jié)構(gòu)長(zhǎng)，液壓馬達(dá)加減速箱價(jià)格昂貴，而且液壓馬達(dá)壽命 低

5、，維護(hù)要求高。（2）、帶連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)：帶連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 6所示：液壓缸（三缸、五缸）與連接板連接，連接板再與偏心軸連接，液壓缸按一 定順序推動(dòng)（拉動(dòng)）固定板作平面運(yùn)動(dòng)，繼而偏心軸旋轉(zhuǎn)，最后驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)作平面 運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)液壓缸數(shù)量最少為三缸，依次為五缸、七缸、九缸。驅(qū)動(dòng)液壓缸數(shù)量 主要取決于盾構(gòu)直徑大小、液壓缸尺寸、結(jié)構(gòu)處理、轉(zhuǎn)動(dòng)脈動(dòng)大小等因素。盾構(gòu) 直徑越大，驅(qū)動(dòng)缸數(shù)量越多，脈動(dòng)越小。驅(qū)動(dòng)液壓缸的布置一般采取圓周等分均 布。這種形式較液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命可靠、價(jià)格低廉，液壓缸替代液壓馬達(dá)，軸向尺寸也較短，但是當(dāng)泵供應(yīng)流量一定時(shí)，轉(zhuǎn)速是脈動(dòng)的, 故在要求

6、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，需要采用一些控制措施。如參數(shù)達(dá)到一定時(shí)，脈動(dòng)很小, 則無(wú)需采取控制措施。圖6-帶連接板的軟拉驅(qū)砂(3)、無(wú)連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)無(wú)連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式如圖7所示:陽(yáng)7-無(wú)連僂板的林加驅(qū)亂它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是去掉連接板，液壓缸直接驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，液壓缸按一定順序驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，達(dá)到刀盤(pán)平動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：去掉連接板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向長(zhǎng)度更短，這對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸軸承的選取更有利。當(dāng)然，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供 應(yīng)包流量時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)同樣存在，這可通過(guò)采取控制措施解決，當(dāng)驅(qū)動(dòng)液壓缸數(shù)達(dá) 到一定數(shù)目時(shí)，脈動(dòng)可很小，無(wú)需特殊控制措施有關(guān)尺寸確定原則：刀盤(pán)偏心距r與盾構(gòu)外徑之間的關(guān)系盾構(gòu)刀盤(pán)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下

7、圖8所示：期K7T投1日矩形上盤(pán)E l百閭刀匠換工與同因?qū)A形盾構(gòu)，刀盤(pán)外徑Do為：D0 D 2r矩形盾構(gòu)，刀盤(pán)寬度B。，長(zhǎng)度L。:B0 B 2rLo L 2r式中：D圓形盾構(gòu)外徑；r 偏心距；B 矩形盾構(gòu)寬度；L 矩形盾構(gòu)長(zhǎng)度。偏心距r （切削半徑）的確定原則：切削偏心距r受多種因素制約，偏心距的選取是在對(duì)土質(zhì)、切削能力、切削 土的通過(guò)能力、刀頭的配置、驅(qū)動(dòng)扭矩以及攪拌能力等各種因素作反復(fù)研究后才能決定的加大切削半徑是，在偏心載荷作用下驅(qū)動(dòng)軸受到的彎矩在增大， 對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度 產(chǎn)生不利；相反將切削半徑減小時(shí)，偏心量小對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度有利。止匕外，對(duì)于刀頭 配置和掘進(jìn)軌跡的關(guān)系上，旋轉(zhuǎn)半徑越是小，每把刀

8、頭的間隔范圍也越小，為此 有必要增加刀頭數(shù)和加密配置間隔，而過(guò)密的間隔會(huì)造成刀頭間的泥土流動(dòng)性不 暢，容易發(fā)生土體固結(jié)。相反切削半徑過(guò)大時(shí)，切削刀盤(pán)構(gòu)架內(nèi)部土砂通過(guò)性能 變得惡劣。一般要選取多種r ,作刀具切削軌跡制定，切削率應(yīng)達(dá)到 97 %以上。根據(jù) 目前統(tǒng)計(jì)資料，一般可參照下面圖 9選擇偏心距r o當(dāng)盾構(gòu)直徑較大時(shí)，偏心距 不宜取過(guò)大值，因過(guò)大的偏心距切削時(shí)會(huì)對(duì)土體穩(wěn)定產(chǎn)生影響。圖9-偏心距選擇參考圖刀具：對(duì)于單軸型盾構(gòu)，切削刀頭圍繞支承軸心做同心圓運(yùn)動(dòng)， 故主刀具一般采取兩邊都有刀刃的T型刀頭，而對(duì)于偏心多軸式這種連桿式盾構(gòu)，由于刀具是呈全方位切削，所以刀頭形狀必須做成上下、左右方向都可

9、進(jìn)行切削。為此，在刀盤(pán)上作為主刀頭是安裝了可作全方位切削的十字刀頭，而輔助性刀頭則是采用頂板 刀頭，止匕外，在某些特殊部位可安裝一些其它形式的刀頭偏心多軸刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式一般常采用輻條型或面板型兩種類(lèi)型（如下圖102.3.4刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式:所示），其具體選用需考慮切削刀的形狀和數(shù)量、以及已切削土體的通過(guò)能力、刀盤(pán)的強(qiáng)度、及刀盤(pán)的切削率等因素來(lái)綜合考慮選用。 綜合考慮，本例選用輻條型刀盤(pán)本計(jì)算中所采用的刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)及其切削軌跡如下圖11所示:圖11刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式及切削軌跡圖其切削軌跡如上圖11所示：盾構(gòu)的外殼所包絡(luò)的面積為 2717163.5 mm2,面桁取輻午型Eio用心會(huì)軸，宣里柑多式每一把刀的

10、切削軌跡的包絡(luò)線(xiàn)為一個(gè)圓環(huán)，未切削面積為219276.1 mm2 ,切削 率為 91.93%。切削阻力計(jì)算平行連桿切削機(jī)構(gòu)，切削阻力矩較常規(guī)單軸式要小，切削阻力矩T可按如下 三種方式計(jì)算，再綜合考慮確定。（1）、計(jì)算方法A：T D3 （ KN m ）式中：T 切削阻力矩（KN m）；D 盾構(gòu)當(dāng)量直徑（m）0對(duì)圓形盾構(gòu)，D為盾構(gòu)外徑；對(duì)非圓形盾構(gòu)，取當(dāng)量直徑D其中：A刀盤(pán)總切削斷面面積。-轉(zhuǎn)矩系數(shù)，可根據(jù)下表1選取表1轉(zhuǎn)矩系數(shù)表土質(zhì)混凝土砂礫砂、粘性土礫石弱混凝土mx6.38.46.17.23.7H4.25.64.04.82.5mx88.2116.9108.2137.471.2H58.877.8

11、72.191.647.5(2)、計(jì)算方法B:T r D2 ( KN m)式中：T 切削阻力矩（KN m）；r 偏心距（ m ） ；轉(zhuǎn)矩系數(shù)（參見(jiàn)上表） 。（3） 、計(jì)算方法C：T 0 D 2 （ KN m ）式中： T 切削阻力矩（ KN m ） ；r 偏心距（ m ） ；o轉(zhuǎn)矩系數(shù)，一般取5070。一般情況下， 根據(jù)以上三種情況計(jì)算出的切削阻力矩是不相同的， 具體采用何種計(jì)算方法需要由施工實(shí)際情況確定。3 具體設(shè)計(jì)計(jì)算雖然下面分析是針對(duì) 1860 頂管設(shè)計(jì)， 但它的設(shè)計(jì)原則及力學(xué)分析具有普遍意義， 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)不在我們的工作范圍。 下面所分析的模型是建立在所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，具體結(jié)構(gòu)可參考

12、相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙。帶連接板液壓缸驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)算三驅(qū)動(dòng)缸、四支承軸時(shí)的設(shè)計(jì)計(jì)算切削刀盤(pán)的阻力矩普通盾構(gòu)的切削刀盤(pán)裝備扭矩主要有兩種計(jì)算方法： 設(shè)計(jì)扭矩計(jì)算法和慣用公式計(jì)算法，這里我們采用慣用算法，其也有兩種計(jì)算方法。第一種：T D3式中 T 裝備扭矩（ kN ? m ） ;D 盾構(gòu)直徑（ m ） ；扭矩系數(shù)。第二種：T r D2T 裝備扭矩（ kN m ） ;偏心多軸扭矩系數(shù)r 偏心半徑（ m ）D 盾構(gòu)直徑（ m ） ；扭矩系數(shù)雖因盾構(gòu)直徑、土質(zhì)、偏心半徑等而異，對(duì)土壓平衡盾構(gòu)，其值一般為：約為4.08.4約為5070按T D3其中參閱資料選用砂粘性土土質(zhì)條件下，取 =6.13T 6.1 1.

13、83=39.3kN取 =70按取T r D2 偏心矩r的取法在本文第二部分部分，取r =0.13mmT 70 0.13 1.82 =31.5kN根據(jù)日本技術(shù)資料，取6.1時(shí)對(duì)應(yīng)的 =108.2, 土質(zhì)為砂粘性土。一 一一 2T 108.2 0.15 1.8=48.7kN實(shí)際計(jì)算時(shí)取兩種情況進(jìn)行，即分別取 T=40kN和T=48.7kN兩種情況進(jìn) 行計(jì)算。本計(jì)算說(shuō)明書(shū)取 T=40kN 這種情況進(jìn)行，T=48.7kN與此相似，本計(jì) 算說(shuō)明書(shū)不再列出。在實(shí)際的刀盤(pán)切削阻力矩的選取過(guò)程中， 還要考慮要施工路 段的土質(zhì)情況，根據(jù)各種情況綜合確定切削機(jī)構(gòu)的裝備扭矩。3.1.1.2液壓缸的尺寸的確定：確定的

14、液壓缸尺寸示意圖如下圖12所示：本例選取液壓缸類(lèi)型為耳軸聯(lián)接型，三個(gè)液壓缸的形狀和連接均相同。根據(jù)切削扭矩40KN m ,計(jì)算所選擇的液壓缸的尺寸為：D 110mm ,d 70mm ,最大工作壓力選取ps 26.56MPa 行程：260 +16mm 。液壓缸在額定工作壓力下小腔和大腔推力比（面積比）為 1: 1.6,Ad 0.0095m2; Fd ps Ad 26.1 106 0.0095 252.32kNA 0.00565m2; Fd Ps Ad 26.1 106 0.00565 150.1kN液壓缸在額定工作壓力下小腔和大腔分別作用時(shí)產(chǎn)生的極值推力分別為：Fd 252.32kN和Fd 15

15、0.1kN .圖1所示為液壓缸處于最短狀態(tài)時(shí)液壓缸圖,Lmin 528mm,虛線(xiàn)圓為液壓缸活塞端部運(yùn)行軌跡，3.1.1.3液壓缸布置 H曲幻L圖13二缸驅(qū)動(dòng)液壓缸布置圖三個(gè)液壓缸的布置采用沿圓周方向均布，如圖的正上方，缸2缸3分別在卜力的左右兩側(cè)，夾角為環(huán)的運(yùn)行軌跡為半徑130mm 的圓。3.1.1.4液壓缸的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析模型個(gè)半徑為 130 mm的圓。 :一J13所示，7壓缸1處于垂直120 0 0每個(gè)液壓缸端部耳液壓缸運(yùn)動(dòng)的力學(xué)分析模型圖如下圖 14所示:油帽1Q7180*圖14三缸驅(qū)動(dòng)液壓缸受力分析示意圖（注：圖示中l(wèi)o為圖12所示的lmax, 為偏心運(yùn)動(dòng)的偏心距。）三個(gè)液壓缸在18

16、00的范圍內(nèi)均布，三處液壓缸的位置相互差120 ,1、2、3為三個(gè)液壓缸的軸線(xiàn)位置與分布軸線(xiàn)位置的夾角，l 0為液壓缸的耳環(huán)旋轉(zhuǎn)位置與油、缸活塞端部耳環(huán)的偏心圓之間的距離，取三個(gè)液壓缸的I。為相同的，r為偏心旋轉(zhuǎn)半徑。下述公式推導(dǎo)取初始位置為液壓缸端部耳環(huán)中心位于最上端時(shí)的位置，刀盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)?？梢葬槍?duì)每一個(gè)液壓缸建立其數(shù)學(xué)模型（包括液壓缸軸 心線(xiàn)的偏轉(zhuǎn)角、活塞伸縮長(zhǎng)度、液壓缸活的運(yùn)動(dòng)速度、液壓缸產(chǎn)生的切向力、液 壓缸產(chǎn)生的法向力)。3.1.1.4.1液壓缸偏轉(zhuǎn)角與聯(lián)接板偏心旋轉(zhuǎn)角度x的關(guān)系10r cos x1= arccos 1102 r2 2 10 r cos(x)10+ r sin x

17、302= arccos 22_10 r 2 10 r sin(x 30 )10 r sin 30 x3= arccos 102 r2 2 10 r sin(30 x)3.1.1.4.2活塞伸長(zhǎng)量與轉(zhuǎn)角x的關(guān)系11= 102r22r10cos(x)12= 102r22r10cos(x 120 )13= .102r22r10cos(120 x)3.1.143活塞運(yùn)動(dòng)速度與x關(guān)系對(duì)液壓缸活塞伸長(zhǎng)量進(jìn)行求導(dǎo)，可得活塞運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間 t的關(guān)系式10 r sin(x)i= 二,10 r2 2 10 r cos(x)10 r cos(x 30 )2= .102 r2 2 10 r sin(x 30 )10

18、r cos(30 x)3602 r2 2 10 r sin(30 x)=2一nrad /s,式中為刀盤(pán)作偏心運(yùn)動(dòng)的角速度。60切向分力公式 將三個(gè)液壓缸產(chǎn)生的力（小腔力Fd ,大腔力Fd）分別往切向方向做投影，可求為拉力， FD 為推力，兩者各形成180FD sin 1 x xT1D1Fd sin( 1 x) xFD cos 2 x 30T2Fd cos( 2 x 30 )Fd cos 3 x 30T3d 3FD cos( 3 x 30 )切向力的合力 T T1 T2 T3 。要使切力較平均，于液壓系統(tǒng)壓力N1FD cos 1 xFd cos( 1 x)x 0 180 x 180 360FD

19、sin 2 x 30N22 Fd sin( 2 x 30 )x 0 60, 240 360 x 60 240T 。 切向分力 T 通過(guò)偏心半徑形成力矩， 用來(lái)克服刀盤(pán)切削的阻力矩。 其中 Fd的切向分力。 如下所示 ：0 180180 360 x 0 60, 240 360 x 60 240 x 0 120, 300 360 x 120 300要使切向力比較平均，由于液壓系統(tǒng)的壓力當(dāng)?shù)侗P(pán)的阻力矩一定時(shí)， 切向力的合力也為定值， 即等于刀盤(pán)的阻力矩除以偏心半徑， 故系統(tǒng)只存在壓力波動(dòng)。 若切向力的合力越平均， 則壓力 的波動(dòng)越小。法向分力公式將三個(gè)液壓缸的力分別往法向方向做投影，可求出法向分力

20、N 。法向分力 是計(jì)算軸的強(qiáng)度和軸承強(qiáng)度的依據(jù)。 如下所示 （正數(shù)為指向圓心， 負(fù)數(shù)為背離圓N3Fd sin 3x 30FD sin( 3x 30 )x 0 120, 300 360 x 120 300工作壓力為額定工作壓力時(shí)，切向力 T 的變化曲線(xiàn)圖如下圖 15 所示，單個(gè)液壓缸的切向力變化曲線(xiàn)趨勢(shì)完全相同，但其在相位位單：力向切Ps 26.5MPa,數(shù)據(jù)計(jì)算所選擇的液壓缸為 Ad 95cm2, Ad 56.5cm2,大小腔面積比為：1.68:1, Fd ps Ad 252.32kN,FdPs Ad 150.1kN單個(gè)液壓缸的曲線(xiàn)變化比較劇烈，但三個(gè)液壓缸切向力合成以后，由其提供的切向力的合

21、力變化趨勢(shì)比較平緩。Tmax 411.87kNTmin 307.68kN切向力的脈動(dòng)： 寸 迫4* 25.3%450 1400 -350 -300 -250 -200 -150 -媼100 -50 -0 -0306090120150180210240270300330360偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角圖15三缸驅(qū)動(dòng)切向力圖切削阻力矩為定值時(shí)，壓力的變化曲線(xiàn)上圖15所示的切向力曲線(xiàn)為當(dāng)壓力穩(wěn)定在額定工作壓力26.5Mpa時(shí)三個(gè)液壓缸單獨(dú)產(chǎn)生的切向分力及其切向分力的合力。而實(shí)際的工作情況是：三個(gè)工作液壓缸輸出的切向力的合力為定值，即工作情況假定為切削的阻力矩設(shè)定為定值，在此情況下，液壓系統(tǒng)的工作壓力則會(huì)波動(dòng)，而

22、液壓缸輸出的切向分力的合力則為定值。即三個(gè)工作液壓缸輸出的切向力的合力穩(wěn)定在上述曲線(xiàn)的最小值處。即滿(mǎn)足:Ti T2 T3 Tmin307.68kN由前面的切向力公式，將壓強(qiáng)P和大小腔面積Ad、Ad帶入,p AD sin0 180p Ad sin( 1x)180 360p ADp Adcos300 60240 360cos( 230 )60 240p Adp ADcos 3cos( 33030 )0 120120 300300 360則要求的壓力波動(dòng)公式為:式中:Tmin307.68 s10（單位：MPa ）P 一切削液壓系統(tǒng)的工作壓力一三個(gè)工作液壓缸合成的切向力系數(shù)， 隨x角度不同時(shí)會(huì)有不同的

23、組合3 各個(gè)工作液壓缸的切向力系數(shù)AD sin0 180Ad sin( 1x)180 360cos300 60, 240 360Adcos( 230 )60 240AdADcos 3cos( 33030 )0 120120 300300 360則可以得出切削液壓系統(tǒng)的工作壓力的波動(dòng)如下圖16所示:a p M位實(shí)際壓力15 -100 n1f1r1Tt1Irr111yr10306090120150180210240270300330360偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角圖16三缸驅(qū)動(dòng)壓力脈動(dòng)圖Pmax 26.5Mpa Pmin 19.8Mpa則運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，切削液壓系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)為:PmaxPmin 26.5 19.

24、8 25 3% %。Pmax26.5工作壓力為額定工作壓力時(shí)，法向力的變化曲線(xiàn)圖工作壓力為額定工作壓力時(shí)，法向力的變化曲線(xiàn)圖如下圖17所示:圖示的曲線(xiàn)是在假定系統(tǒng)的工作壓力固定在額定壓力26.5MPa ,數(shù)據(jù)計(jì)算所選擇的液壓缸為Ad95cm2 , Ad56.5cm2,大小腔面積比為：1.68:1 ,FdPs Ad252.3kN , FdPs A 150.1kN 。由上述圖形可以看出，法向 力的取值有正值和負(fù)值之分，正值表示法向力的方向指向圓心，負(fù)值表示法向力 的方向背離圓心，法向力的合力等于三個(gè)液壓缸法向力的和。由圖上可以看出, 其法向力的變化比較劇烈，且方向頻繁改變。指向圓心和背離圓心的最大

25、法向力分別為:300法.向力N1!法向力N3ib _ / )ri m rn 法；向力N2 ；f =Em r( Fja!ti nr irri reNmax 407.4kN Nmin 412.16kN訪(fǎng) 向力合力陣N1+N2十N3：力合力向2001000-100-200-3000306090120150180210240270300330360150位 100單 一0 _-50法-100-150 -200各-250 -3000306090120150180210240270300330360偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角300偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角圖17 土缸驅(qū)動(dòng)法向力變化曲線(xiàn)圖切削阻力矩為定值時(shí)，法同力的變化曲線(xiàn)圖上圖

26、17所示的法向力曲線(xiàn)為當(dāng)壓力穩(wěn)定在額定工作壓力25Mpa時(shí)三個(gè)液壓缸單獨(dú)產(chǎn)生的法向分力及其法向分力的合力。而實(shí)際的工作情況是： 切削阻力矩為定值， 則三個(gè)工作液壓缸輸出的切向力的合力為定值， 即切向力的合力穩(wěn)定在切向力曲線(xiàn)的最小值處， 在此情況下， 液壓系統(tǒng)的工作壓力則會(huì)波動(dòng)， 從而法向力的變化曲線(xiàn)則與上述曲線(xiàn)不同。N1 N2 N3 N法向力的公式簡(jiǎn)化為：psN式中：ps 液壓系統(tǒng)額定工作壓力三個(gè)工作液壓缸合成的法向力系數(shù)(注：其可由上述推導(dǎo)的法向力公式得出， 隨偏心運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角變化而變化， 其不為定值。 如對(duì)于 x (0,60 ) 時(shí)，由公式： N1 N2 N3 N 可心推導(dǎo)求出 的表達(dá)式如

27、下所示：AD cos(x 1 ) AD cos( 2 x 30 )Ad sin( 3 x 30 )(x (0,60 ) )其中： 1 3如前述公式推導(dǎo)所示。其它區(qū)間 的表達(dá)式此處不再詳細(xì)推導(dǎo)。 )N 三個(gè)工作液壓缸合成法向力則實(shí)際工作時(shí)的法向力公式簡(jiǎn)化為：N?p (單位： kN )式中： p 切削液壓系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力 (注： 此處的 p 為切削阻力矩為定值即切向力的合力為定值時(shí)切削液壓系統(tǒng)的工作壓力。 )則可以得出三缸驅(qū)動(dòng)實(shí)際的法向力圖如下圖18 所示：250M :位產(chǎn)力向法際實(shí)200150100500-50-100-150-200306090120150180210 24027030033

28、0 360偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角M :位單1力合力向法際實(shí)200180160140120100806040200-20-40-60-80-100-120-140-160-180-2000306090120150180210240270300330360偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角圖18三缸驅(qū)動(dòng)實(shí)際的法向力曲線(xiàn)圖偏心運(yùn)動(dòng)的角速度w為定值時(shí)液壓缸流量變化曲線(xiàn)下述曲線(xiàn)19是在偏心運(yùn)動(dòng)的角速度w為定值時(shí)，計(jì)算出的各個(gè)液壓缸的流量變化曲線(xiàn)和三個(gè)液壓缸流量的合成曲線(xiàn)。流量的計(jì)算根據(jù)前面推導(dǎo)的速度與轉(zhuǎn)角x的關(guān)系，乘以相應(yīng)的大小腔面積即可。從圖中可看出單個(gè)液壓缸的流量變化比較大，合成流量的變化比較小。合成流量的極值為：Qmax 5

29、8.9L/ min Qmin 43.4L/ min Q 54.7L/ min流量脈動(dòng):26.3%Qmax Qmin 58.9 43.4Qmin58.970 .65 .6055504540 一3530(25 _縣 “至20流1510 .Q2I i Y -m(叫，MJ g* b-M 119mi 1 nm mi 二-4 i J-個(gè),1 1/i工A 1 1/j:A i Z“，?，*，T!，/，E 1Xi/III .MJ BIBSIB 431131 1 A. .H Ilk m3 IlkU 1. M B II.a . . .a i.- - . ,-，.Q1 Li Q3ii11一 rf -j _!fi：jJ

30、=/ = KJ! / j Xix V1 i J t二IAi R / rmrii mth，; =TL5JT1/工L.憶o 二:a ，Xr*JJ*1 十,0306090120150180 210 240270 300 330 360偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角圖19三缸驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)速時(shí)的流量變化曲線(xiàn)圖當(dāng)三個(gè)工作合成流量為定值時(shí)，偏心運(yùn)動(dòng)的角速度 w的變化曲線(xiàn)上述的曲線(xiàn)是假設(shè)偏運(yùn)動(dòng)的角速度 w為定值時(shí)而得到的流量曲線(xiàn)，而實(shí)際工作過(guò) 程中，有可能是切削液壓系統(tǒng)的流量為定值，而此時(shí)的偏心運(yùn)動(dòng)的角速度w則會(huì) 發(fā)生波動(dòng)。上述的流量公式為:10 r cos(30 x) A2r2 2 10 r sin(30 x)10 r sin

31、(x)10 r cos(x 30 )102AA r2lo r 2 lo rsin(x 30 ) 2 10 r cos(x)102 r2 2 10 rsin(x 30 )10式中A結(jié)合液壓缸工作關(guān)系圖，不同時(shí)刻取不同值，大腔面積AD 0.0095m2，小腔面積 Ad 0.00565m2簡(jiǎn)化如下：式中:一假定的恒定的偏心運(yùn)動(dòng)的角速度（=-nrad /s）60n 轉(zhuǎn)速（取 n 4r/min ）一三缸作用的流量系數(shù)（1o r sin(x),22lo r 2 lo r cos(x)10 r cos(x 30 )10 r cos(30 x)1o2 r2 2 lo r sin(30 x),其中面積A隨偏轉(zhuǎn)角

32、x的不同而變化。）Q 一切削液壓系統(tǒng)的流量則當(dāng)Q Q （注：此處Q取為圖17所示的Qi Q2 Q3的流量曲線(xiàn)的均值） 為恒 流量時(shí)，偏心運(yùn)動(dòng)的實(shí)際角速度可表小為:由圖19所得的恒流量Q 45.5L/min，可以得到偏心運(yùn)動(dòng)角速度隨偏心運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角的變化曲線(xiàn)如下圖20所示:1.00.0111| I1 fs r-11 I1 I1 IQ I1 I- I0306090120150180210240270300330360偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角圖20三缸驅(qū)動(dòng)恒流量時(shí)的角速度脈動(dòng)圖角速度的極值為： TOC o 1-5 h z Wmax0.53rad/, Wmin0.39ra% 64.45吆轉(zhuǎn)速脈動(dòng)為：Wmax Wmin0.53 0.39 /。/26.4%Wmin0.53上述曲線(xiàn)之所以以偏心運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)角為橫座標(biāo)，是因?yàn)槠倪\(yùn)動(dòng)角速度變化時(shí)，要確定其與時(shí)間t的變化關(guān)系需要由下述方程決定：A1。r sin( t) 從10 r cos( t 30 )