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大慶石油學(xué)院2007屆本科畢業(yè)設(shè)計MG100型錨桿鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名：刁玉才 指導(dǎo)教師：趙偉民教授 課題來源：北京建筑機械化研究院概況鉆孔機械是地下水開采及 基本建設(shè)基礎(chǔ)施工必不可少的設(shè)備，隨著錨桿支護技術(shù)的飛速發(fā)展，用于鉆鑿錨桿孔的錨桿鉆機也得到了快速發(fā)展。目前，錨桿鉆機主要有電動、氣動、液動三種形式。國內(nèi)外錨桿鉆機的研制現(xiàn)狀 目前國外應(yīng)用較為普遍的錨桿鉆機主要有風(fēng)動和目前國外應(yīng)用較為普遍的錨桿鉆機主要有風(fēng)動和液壓錨桿鉆機兩種，風(fēng)動錨桿鉆機有澳大利亞的克萊液壓錨桿鉆機兩種，風(fēng)動錨桿鉆機有澳大利亞的克萊姆公司姆公司W(wǎng)OMBATWOMBAT型型,瑞典瑞典PRB-300PRB-300型等；液壓錨桿鉆機型等；液壓錨桿鉆機有英國有英國WISPWISP型，澳大利亞型，澳大利亞PROBAMPROBAM型等型等 。特別是澳利。特別是澳利亞在風(fēng)動錨桿鉆機方面一直保持著較為領(lǐng)先的技術(shù)和亞在風(fēng)動錨桿鉆機方面一直保持著較為領(lǐng)先的技術(shù)和產(chǎn)品。產(chǎn)品。我國錨桿鉆機的研究始于我國錨桿鉆機的研究始于2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代末，先后年代末，先后研制過機械支腿式錨桿鉆機，鉆車式錨桿鉆機研制過機械支腿式錨桿鉆機，鉆車式錨桿鉆機,支腿支腿與導(dǎo)軌式液壓錨桿鉆機，支腿式氣動錨桿鉆機與導(dǎo)軌式液壓錨桿鉆機，支腿式氣動錨桿鉆機,非機非機械傳動電動錨桿鉆機，機載式錨桿鉆機等錨桿鉆機。械傳動電動錨桿鉆機，機載式錨桿鉆機等錨桿鉆機。到現(xiàn)在已經(jīng)有風(fēng)動、電動、液動三大系列到現(xiàn)在已經(jīng)有風(fēng)動、電動、液動三大系列3030多個品種。多個品種。鉆機的技術(shù)參數(shù)：鉆孔直徑鉆孔直徑 100200 mm；鉆頭轉(zhuǎn)速鉆頭轉(zhuǎn)速 080r/min；鉆頭扭矩鉆頭扭矩 900Nm；鉆頭行程鉆頭行程 20002500 mm；推力推力 5060 kN；沖擊頻率沖擊頻率 20002200次次/min；系統(tǒng)壓力系統(tǒng)壓力 25MPa；發(fā)動機發(fā)動機 100kW；行走方式行走方式 履帶式；履帶式；重量重量 1200014000 kg 本課題所涉及的內(nèi)容通過對上述三種錨桿鉆機的特性分析，對比三種通過對上述三種錨桿鉆機的特性分析，對比三種錨桿鉆機的特點與性能，液壓錨桿鉆機由于有中、錨桿鉆機的特點與性能，液壓錨桿鉆機由于有中、高壓液壓泵站的支持，扭矩的增大有更大的空間，高壓液壓泵站的支持，扭矩的增大有更大的空間，因而液壓錨桿鉆機的應(yīng)用將越來越廣。所以選取因而液壓錨桿鉆機的應(yīng)用將越來越廣。所以選取液壓錨桿鉆機。本文通過對錨桿鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)液壓錨桿鉆機。本文通過對錨桿鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)計，進而更好的推進液壓錨桿鉆機的推廣應(yīng)用。計，進而更好的推進液壓錨桿鉆機的推廣應(yīng)用。所涉及的主要內(nèi)容有：鉆機的總體設(shè)計；液壓系所涉及的主要內(nèi)容有：鉆機的總體設(shè)計；液壓系統(tǒng)原理分析與設(shè)計；液壓系統(tǒng)的動力特性分析；統(tǒng)原理分析與設(shè)計；液壓系統(tǒng)的動力特性分析；液壓系統(tǒng)的三維布管設(shè)計以及相關(guān)論文的撰寫。液壓系統(tǒng)的三維布管設(shè)計以及相關(guān)論文的撰寫。鉆進總體設(shè)計底盤：由于鉆機要適用于野外底盤：由于鉆機要適用于野外及比較泥濘的巷道作業(yè)，所及比較泥濘的巷道作業(yè)，所以選用履帶形底盤。以選用履帶形底盤。鉆進方式：錨桿鉆機的鉆方式鉆進方式：錨桿鉆機的鉆方式主要有旋轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖主要有旋轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖擊旋轉(zhuǎn)式為了能夠適應(yīng)在堅擊旋轉(zhuǎn)式為了能夠適應(yīng)在堅硬巖石層鉆進，選用沖擊旋硬巖石層鉆進，選用沖擊旋轉(zhuǎn)的鉆進方式，右圖為三種轉(zhuǎn)的鉆進方式，右圖為三種沖擊旋轉(zhuǎn)形式。沖擊旋轉(zhuǎn)形式。換鉆桿裝置：為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動換換鉆桿，參考美國阿換鉆桿裝置：為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動換換鉆桿，參考美國阿特拉斯公司的錨桿鉆機所用的換鉆裝置進行設(shè)計，該特拉斯公司的錨桿鉆機所用的換鉆裝置進行設(shè)計，該裝置類似于彈夾式，也是通過它的整體旋轉(zhuǎn)將鉆桿送裝置類似于彈夾式，也是通過它的整體旋轉(zhuǎn)將鉆桿送到指定位置來實現(xiàn)換鉆桿的。它的整體旋轉(zhuǎn)采用棘輪、到指定位置來實現(xiàn)換鉆桿的。它的整體旋轉(zhuǎn)采用棘輪、棘爪嚙合方式，通過油缸活塞帶動棘爪移動來推棘爪嚙合方式，通過油缸活塞帶動棘爪移動來推動棘輪旋轉(zhuǎn)，從實現(xiàn)其動棘輪旋轉(zhuǎn)，從實現(xiàn)其整體旋轉(zhuǎn)，將鉆桿送到整體旋轉(zhuǎn)，將鉆桿送到指定位置。利用棘輪、指定位置。利用棘輪、棘爪嚙合的方式，可以棘爪嚙合的方式，可以實現(xiàn)棘輪的定角度轉(zhuǎn)動實現(xiàn)棘輪的定角度轉(zhuǎn)動使鉆桿的送進精度更高使鉆桿的送進精度更高主臂：主臂多采用箱形結(jié)構(gòu)，分為整體式和可伸主臂：主臂多采用箱形結(jié)構(gòu)，分為整體式和可伸縮式兩種，整體式載荷分布均勻，能夠承受較縮式兩種，整體式載荷分布均勻，能夠承受較大的載荷，但當(dāng)?shù)妆P固定時鉆機的作業(yè)范圍??；大的載荷，但當(dāng)?shù)妆P固定時鉆機的作業(yè)范圍?。豢缮炜s式雖然承受載荷能力沒有整體式好，但可伸縮式雖然承受載荷能力沒有整體式好，但底盤固定時鉆機的作業(yè)范圍大，能夠適應(yīng)多種底盤固定時鉆機的作業(yè)范圍大，能夠適應(yīng)多種工況要求，因此選用可伸縮式主臂。工況要求，因此選用可伸縮式主臂。夾緊機構(gòu)：因為鉆機的鉆夾緊機構(gòu)：因為鉆機的鉆孔直徑為孔直徑為100-200mm，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對不同直為了能夠?qū)崿F(xiàn)對不同直徑鉆柱的夾緊，選用如徑鉆柱的夾緊，選用如右圖所示的夾緊機構(gòu)右圖所示的夾緊機構(gòu)。液壓動力裝置設(shè)計傳動設(shè)計傳動設(shè)計 錨桿鉆機的動力裝置采用液壓傳動，動力是由液壓馬錨桿鉆機的動力裝置采用液壓傳動，動力是由液壓馬達傳出通過齒輪傳動到鉆柱上，最終實現(xiàn)鉆進。鉆進達傳出通過齒輪傳動到鉆柱上，最終實現(xiàn)鉆進。鉆進方式采用沖擊旋轉(zhuǎn)式，它的工作原理為：由液壓馬達方式采用沖擊旋轉(zhuǎn)式，它的工作原理為：由液壓馬達馬達驅(qū)動內(nèi)外層鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進，由高頻沖擊油缸驅(qū)動馬達驅(qū)動內(nèi)外層鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進，由高頻沖擊油缸驅(qū)動內(nèi)層鉆柱振動，產(chǎn)生沿鉆進方向沖擊力，使巖石產(chǎn)生內(nèi)層鉆柱振動，產(chǎn)生沿鉆進方向沖擊力，使巖石產(chǎn)生裂紋甚至破碎，從而實現(xiàn)沖擊碎巖的作用。這樣就易裂紋甚至破碎，從而實現(xiàn)沖擊碎巖的作用。這樣就易于內(nèi)外層鉆桿旋轉(zhuǎn)切屑巖石，從而實現(xiàn)有效地鉆進。于內(nèi)外層鉆桿旋轉(zhuǎn)切屑巖石，從而實現(xiàn)有效地鉆進。液壓沖擊器上圖為沖擊器的運動簡圖，利用簡單的力學(xué)方程即上圖為沖擊器的運動簡圖，利用簡單的力學(xué)方程即Fw=A(P1-P2)，初算液壓沖擊器活塞及活塞桿的直徑，初算液壓沖擊器活塞及活塞桿的直徑為為d=50mm，D=86mm。近似看作活塞在沖擊過程中。近似看作活塞在沖擊過程中為勻加速運動，沖程為勻加速運動，沖程s=10mm，沖擊頻率為，沖擊頻率為20002200次次/分。分。進一步計算得出：進一步計算得出：流量流量q=2.824L/s；儲油量儲油量 V=0.78L。液壓原理設(shè)計分析總體液壓原理圖總體液壓原理圖下圖為車體內(nèi)部布線圖原理的各部分分析一、動力頭驅(qū)動馬達一、動力頭驅(qū)動馬達如圖，由平衡閥、變量馬達和液壓減速機組如圖，由平衡閥、變量馬達和液壓減速機組成。油口成。油口P1和和P2與主油路換向閥相接，油口與主油路換向閥相接，油口S與油箱連接。其中與油箱連接。其中,平衡閥主要起到過載保護平衡閥主要起到過載保護的作用；馬達轉(zhuǎn)速可以通過減速機內(nèi)部控制，的作用；馬達轉(zhuǎn)速可以通過減速機內(nèi)部控制，也可以通過人為強制，其型號為依頓盤配流也可以通過人為強制，其型號為依頓盤配流4000系列馬達。系列馬達。加壓馬達該馬達主要應(yīng)實現(xiàn)，在鉆進過程該馬達主要應(yīng)實現(xiàn)，在鉆進過程中對動力頭加壓和在換鉆桿過程中對動力頭加壓和在換鉆桿過程中提升動力頭，因此它應(yīng)具有自中提升動力頭，因此它應(yīng)具有自動鎖緊功能，該功能是通過進油動鎖緊功能，該功能是通過進油控制一個單作用油缸來實現(xiàn)的。控制一個單作用油缸來實現(xiàn)的。高壓油在流入馬達之前分流，一高壓油在流入馬達之前分流，一路流入馬達，另一路通過梭閥油路流入馬達，另一路通過梭閥油缸，馬達工作時，油缸活塞縮回，缸，馬達工作時，油缸活塞縮回，解除自鎖；否則，活塞在彈簧作解除自鎖；否則，活塞在彈簧作用下伸出，實現(xiàn)自鎖，為了施工用下伸出，實現(xiàn)自鎖，為了施工過程中的安全，在油路中安裝平衡閥過程中的安全，在油路中安裝平衡閥。雙作用平衡閥在液壓系統(tǒng)中多處都用到了平在液壓系統(tǒng)中多處都用到了平衡閥，圖示為它的原理圖，圖衡閥，圖示為它的原理圖，圖中中P和和T為平衡閥的進口；為平衡閥的進口；A和和B為平衡閥的出口為平衡閥的出口。主要起到。主要起到液壓鎖和過載保護的功能。液液壓鎖和過載保護的功能。液壓鎖功能：當(dāng)系統(tǒng)停止對壓鎖功能：當(dāng)系統(tǒng)停止對P、T口供油時，在單向閥的作用下，口供油時，在單向閥的作用下，油液不能流回，即起到油液不能流回，即起到 液壓鎖液壓鎖緊的功能；緊的功能；過載保護功能過載保護功能;當(dāng)外當(dāng)外力過大或急劇變化使得力過大或急劇變化使得A、B口口壓力大于溢流閥調(diào)定壓力時，壓力大于溢流閥調(diào)定壓力時，溢流閥溢流，即起到過載保護溢流閥溢流，即起到過載保護的功能。的功能。支腿多路閥如圖，該部分的換向閥采用力士樂公司的差裝如圖，該部分的換向閥采用力士樂公司的差裝多路閥，插裝三位五通電磁換向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)多路閥，插裝三位五通電磁換向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)自動泄油功能，液壓油通過自動泄油功能，液壓油通過P 口流入多路閥，口流入多路閥，在閥塊中各電磁閥均處于中位時，油液通過兩在閥塊中各電磁閥均處于中位時，油液通過兩位兩通電磁換向閥的上位即通路經(jīng)位兩通電磁換向閥的上位即通路經(jīng)T口返回油箱；口返回油箱；當(dāng)電磁換向閥的上位或下位工作時進油路的一當(dāng)電磁換向閥的上位或下位工作時進油路的一部分液壓油通過梭閥作用于兩位兩通換向閥，部分液壓油通過梭閥作用于兩位兩通換向閥，使其下位工作，即自動泄油回路斷開，保證該使其下位工作，即自動泄油回路斷開，保證該部分液壓系統(tǒng)的正常工作，圖中的兩個溢流閥部分液壓系統(tǒng)的正常工作，圖中的兩個溢流閥均起到過載保護的功能。均起到過載保護的功能。結(jié)論本文通過對錨桿鉆機國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r的分析，了解本文通過對錨桿鉆機國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r的分析，了解了目前錨桿鉆機的主要分類，在對其優(yōu)缺點進行分了目前錨桿鉆機的主要分類，在對其優(yōu)缺點進行分析對比的基礎(chǔ)上，選取液壓錨桿鉆機進行設(shè)計。析對比的基礎(chǔ)上，選取液壓錨桿鉆機進行設(shè)計。在鉆機總體方案的確定中，通過方案對比的方式分在鉆機總體方案的確定中，通過方案對比的方式分別對鉆機的履帶、傳動方式、鉆進方式、主臂和夾別對鉆機的履帶、傳動方式、鉆進方式、主臂和夾緊機構(gòu)進行了選型及設(shè)計。緊機構(gòu)進行了選型及設(shè)計。在液壓動力裝置的分析與設(shè)計中，了解了液壓振動在液壓動力裝置的分析與設(shè)計中，了解了液壓振動沖擊器的形式及其工作原理，對比選取配流式液壓沖擊器的形式及其工作原理，對比選取配流式液壓沖擊器。并且對主要參數(shù)進行計算。沖擊器。并且對主要參數(shù)進行計算。在液壓原理部分中，通過對錨桿鉆機液壓原理圖的在液壓原理部分中，通過對錨桿鉆機液壓原理圖的分析，介紹了鉆機液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件及其輔分析，介紹了鉆機液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件及其輔助元件，并對原理圖中的各部分進行了設(shè)計分析。助元件，并對原理圖中的各部分進行了設(shè)計分析。在液壓系統(tǒng)中主要元件的選取上，通過相關(guān)手冊的在液壓系統(tǒng)中主要元件的選取上，通過相關(guān)手冊的公式進行計算，并在力士樂、林德等公司的樣本及公式進行計算，并在力士樂、林德等公司的樣本及手冊中進行選取。手冊中進行選取。最后通過計算、對比整機的傾翻力矩與反傾翻力矩最后通過計算、對比整機的傾翻力矩與反傾翻力矩進行整機穩(wěn)定性分析。進行整機穩(wěn)定性分析。歡迎各位老師提出寶貴意見!