旋挖鉆機卷揚機構設計

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中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 1 摘 要 旋挖鉆機是一種多功能 高效率的灌注樁成孔設備 被廣泛應用于水利工程 高層 建筑 城市交通建設 鐵路公路橋梁等樁基礎工程的施工 桅桿作為旋挖鉆機主執(zhí)行機 構的重要支撐和受力構件 是旋挖鉆機工作的重要組成部分 對于保證鉆機的正常運行 和工作質量起著重要作用 旋挖鉆機的卷揚有主副卷揚 2 種 卷揚的結構采用卷揚減速 機 具有卷揚 下放 制動功能 主卷揚應具有自由下放功能 且實現(xiàn)快 慢雙速控制 副卷揚用以提升鉆具 吊放護筒 下鋼筋籠等 是旋挖鉆機進行正常工作的輔助起重設 備 為了防止副卷揚鋼絲繩上升時自桅桿頂部脫出 在桅桿頂部設有防過卷開關 將開 關信號引到電磁閥 通過控制先導油路來控制主閥副卷揚聯(lián)動作 從而控制副卷揚馬達 的回轉 主 副卷揚應配有壓繩器 液壓系統(tǒng)是鉆機的能源轉換系統(tǒng) 也是鉆機各職能部 件的控制系統(tǒng) 關鍵詞 旋挖鉆機 馬達 鉆桅 軸承 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 1 目 錄 1 緒論 2 1 1 概論 2 1 2 旋挖鉆機的三種類型 2 1 3 旋挖鉆機的發(fā)展 3 1 4 國內外旋挖鉆機結構特點的探討 6 2 卷筒及防跑偏裝置 8 2 1 鋼絲繩的確定 8 2 2 鋼絲繩的計算 9 2 3 鋼絲繩長度的優(yōu)選 9 2 4 影響鋼絲繩壽命的主要原因 9 2 5 卷筒 11 2 6 防跑偏裝置 15 3 液壓馬達 17 3 1 液壓馬達的分類及特點 17 3 2 液壓馬達的工作原理 17 3 3 液壓馬達的主要技術參數(shù) 18 3 4 液壓馬達的選擇 18 4 軸承的計算與潤滑 21 4 1 滾動軸承 21 4 2 滾動軸承的潤滑 26 4 3 滾動軸承的密封 27 5 桅桿 28 5 1 桅桿 28 5 2 各部件與鉆桅的裝配關系 29 5 3 鉆桅計算工況的選擇 30 5 4 桅桿強度計算 30 6 液壓系統(tǒng) 33 6 1 液壓系統(tǒng) 33 6 2 電液比例技術 33 6 3 主卷揚工作原理 34 6 4 液壓控制閥的確定 36 結 論 37 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 2 致 謝 38 參考文獻 39 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 1 1 緒論 1 1 概論 旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔作業(yè)的施工機械 主要適于砂土 粘性土 粉質土等土層施工 在灌注樁 連續(xù)墻 基礎加固等多種地基基礎施工中得到廣泛應用 旋挖鉆機的額定功率一般為 125 450kW 動力輸出扭矩為 120 400kN m 最大成孔直 徑可達 1 5 4m 最大成孔深度為 60 90m 可以滿足各類大型基礎施工的要求 該類鉆 機一般采用液壓履帶式伸縮底盤 自行起落可折疊鉆桅 伸縮式鉆桿 帶有垂直度自動 檢測調整 孔深數(shù)碼顯示等 整機操縱一般采用液壓先導控制 負荷傳感 具有操作輕便 舒適等特點 主 副兩個卷揚可適用于工地多種情況的需要 該類鉆機配合不同鉆具 適 用于干式 短螺旋 或濕式 回轉斗 及巖層 巖心鉆 的成孔作業(yè) 還可配掛長螺旋鉆 地下連續(xù)墻抓斗 振動樁錘等 實現(xiàn)多種功能 主要用于市政建設 公路橋梁 工業(yè)和 民用建筑 地下連續(xù)墻 水利 防滲護坡等基礎施工 國內的專家認為 旋挖鉆機在國 內今后幾年仍有很大的市場 故對旋挖鉆機現(xiàn)狀與結構特點分析有著十分重要的意義 1 2 旋挖鉆機的三種類型 選擇旋挖鉆機的原則應該是能滿足用戶目前的主要工程需求 兼顧今后可能發(fā)生的 工程需求 旋挖鉆機根據(jù)其主要工作參數(shù) 扭矩 發(fā)動機功率 鉆孔直徑 鉆孔深度及 鉆機整機質量可以分為三種類型 1 2 1 小型機 扭矩 100kN m 發(fā)動機功率 170kW 鉆孔直徑 0 5 1m 鉆孔深度 40m 左右 鉆 機整機質量 40t 左右 小型機的應用市場定位 1 各種樓座的護坡樁 2 樓的部分承重結構樁 3 城市改造市政項目的各種小于 1m 的樁 4 適用于其他用途的樁 小型機的市場工作量覆蓋比例達到 30 以上 1 2 2 中型機 扭矩 180kN m 發(fā)動機功率 200kW 鉆孔直徑 0 8 1 8m 鉆孔深度 60m 左右 鉆 機整機質量 65t 左右 中型機的應用市場定位 1 各種高速公路 鐵路等交通設施橋梁的橋樁 2 大型建筑 港口碼頭承重結構樁 3 城市內高架橋橋樁 4 其他適用樁 中型機的市場工作量覆蓋比例達到 90 以上 1 2 3 大型機 扭矩 240kN m 發(fā)動機功率 300kW 鉆孔直徑 1 2 5m 鉆孔深度 80m 鉆機整機 質量 100t 以上 大型機的應用市場定位 1 各種高速公路 鐵路橋梁的特大橋樁 2 其他大型建筑的特殊結構承重基礎樁 大型機的市場工作量覆蓋比例達到 10 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 2 以上 1 3 旋挖鉆機的發(fā)展 1 3 1 國內產品發(fā)展現(xiàn)狀 旋挖鉆機在二戰(zhàn)以前首先在美國卡爾維爾特公司問世 二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展 1948 年意大利邁特公司首先開始研制 接著意大利 德國開始發(fā)展 到了 70 80 年代在 日本得到快速發(fā)展 當時日本稱之為回轉斗成樁 也叫阿司特利工法 EarthDriII 在德 國 日本這類工法相當普遍 我國在 80 年代初從日本引進過工作裝置 配裝在 KH 125 型履帶起重機上 1984 年 天津探礦機械廠引進美國 RDI 公司的旋挖鉆機并進行消化吸 收 1987 年在北京展覽館首次展出了意大利土力公司 SOILMEC 產品 1988 年北京城 建機械廠根據(jù)土力公司的樣機開發(fā)了 1 5m 直徑的履帶起重機附著式旋挖鉆機 1994 年鄭州勘察機械廠引進英國 BSP 公司附著式旋挖鉆孔機的生產技術 但都沒有 形成批量生產 1992 年寶峨公司在中國北京設立了代表處 開始了對華業(yè)務 并于 1995 年在天津成立了獨資子公司寶峨天津機械工程有限公司 組裝適合中國市場的寶峨 BG20 型旋挖鉆機 1998 年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機械股份有限公司 生產組裝 BG15 型 BG24 型旋挖鉆機 1998 年 徐工集團開始自主開發(fā)研制 RD18 旋挖鉆機 于 99 年試制成功并投入批量生產 最近幾年我國旋挖鉆機取得了快速發(fā)展 后來 北京經 緯巨力 三一重機等也紛紛涉足旋挖鉆機的生產 目前國內外生產旋挖鉆孔機廠商有近 二十家 1 3 2 國內主要生產產品的技術現(xiàn)狀分析 徐工科技 徐工科技主要產品有 RD15 RD18 RD20 RD22 三種旋挖鉆機 是國內 較早專業(yè)生產大口徑液壓旋挖鉆機的廠家 該系列鉆機是在廣泛吸收國外同類產品先進技術的基礎上設計開發(fā)的高新技術產品 主要性能指標達到了當代國際同類產品的先進水平 液壓等關鍵零部件采用國際化配套 保證整機的可靠性 整機采用液壓伸縮式履帶底盤 自行起落折疊式鉆桅 伸縮式自鎖 鉆桿 采用國際先進的 PLC 智能控制技術 CAN 總線控制系統(tǒng) 具有鉆孔定位自動對正 鉆桅垂直度自動控制 孔深自動檢測顯示 鉆孔速度扭矩自適應系統(tǒng) 故障診斷等多種 智能化功能 采用彩色屏翻屏顯示 優(yōu)化了界面 方便人工操作 控制器 傳感器等主要電 氣元件采用進口件 提高了產品可靠性 采用液壓先導控制 操作方便舒適 該系列鉆 機采用進口 CUMMINS 系列發(fā)動機 RD22 還采用了電噴發(fā)動機 最大扭矩 250kN m 最大成孔直徑 2500mm 具有充足的功率儲備 完全可以滿足在我國高原地區(qū)的施工 徐 工鉆機目前主要采用進口鉆桿 整機具有主副卷揚防過卷安全保護 變幅安全限位 駕 駛室內先導控制切斷等可靠的安全保護裝置 操縱室視野開闊 裝有冷暖空調并最大限 度的滿足操作人員的舒適要求 整機外型美觀大方 主要結構件采用高強度低合金結構 鋼焊接而成 機械強度高 剛度大 工作安全可靠 北京經緯巨力工程機械有限公司 北京經緯巨力工程機械有限公司是香港中國基礎 工程有限公司 CFC 100 投資控股企業(yè) 生產的產品主要有 ZY120 ZY160 ZY200 三種機型 其產品主要元件采用進口件 包括鉆桿在內的結構件均為自制件 功能及技 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 3 術性能與國內外同類產品相似 動力頭采用雙速減速機及單級平行軸齒輪減速增扭 所 選發(fā)動機功率較大 可在高原等惡劣條件下作業(yè) 河北石家莊煤礦機械公司 河北石家莊煤礦機械公司最新推出的 XZ 20 旋挖鉆孔機 是該公司在引進芬蘭永騰公司技術的基礎上 采用技貿結合的方式生產的新產品 該機 動力頭 鉆桿等均從進口永騰公司進口 制造成本較高 因此售價大大高于國內同類產 品機型 市場競爭力有待提高 內蒙古北方重型汽車股份有限公司 內蒙古北方重型汽車股份有限公司經過縝密的 市場調研 與吉林大學聯(lián)合研制了 ZY 200 型旋挖鉆機 ZY 200 型旋挖鉆機底盤選用卡 特彼勒公司履帶底盤 發(fā)動機選用美國康明斯發(fā)動機 可以旋挖直徑 2m 深 60m 的樁孔 是一種技術密集 資金密集的高新技術產品 天津寶峨公司 天津寶峨公司是德國寶峨公司設在天津的一家獨資企業(yè) 主要組裝 寶峨 BG 系列旋挖鉆機和連續(xù)墻施工設備 并提供在中國所有寶峨公司產品的售后服務 主要機型為 BG20 旋挖鉆機 該機最大的特點是動力頭為雙級扭矩輸出 當小扭矩輸出時 最大鉆進速度可達到 60r min 大大提高了施工效率 該機可配 5 種自鎖式或摩擦式 6 鍵 鉆桿 長度從 30 58m 發(fā)動機額定功率為 145kW 耗油量小 主要適于在平原施工 三一重機 三一重機主要產品是 SR220C 機型 最大扭矩 220kN m 最大成孔直徑 2000mm SYR220 旋挖鉆機選用了 CATERPILLAR330C 底盤 C 9 電噴發(fā)動機 內藏式 液壓可伸縮履帶結構 寬履帶提供較低的接地比壓 提高施工時整機穩(wěn)定性和適應性 且便于施工和運輸 SYR220 旋挖鉆機電子控制系統(tǒng)主要由發(fā)動機和泵電子控制系統(tǒng) 桅 桿垂直度自動調平系統(tǒng) PLC 功能控制系統(tǒng)等部分組成 卡特彼勒 C 9 電噴柴油發(fā)動機 是目前國際上最先進的動力裝置 發(fā)動機和泵電子控制系統(tǒng)可以控制主泵的輸出流量 發(fā)動機和泵控制器會根據(jù)發(fā)動機轉速和轉速旋鈕位置向控制主泵輸出的比例電磁鐵發(fā)出 電信號 指導主泵最佳輸出 讓液壓負載與發(fā)動機轉速相配 從而利用發(fā)動機的最大可 用功率 發(fā)動機轉速自動控制 AEC 在負荷較小或無負荷時 系統(tǒng)自動降低發(fā)動機轉 速 減少油耗 該發(fā)動機噪音低 振動小 廢氣排放量小 環(huán)保高效 性能穩(wěn)定可靠 桅桿垂直度自動調平系統(tǒng) 能對桅桿進行實時監(jiān)控 可實現(xiàn)手動和自動切換 在一定的 角度范圍內 自動調整角度 保證施工中樁孔的垂直度要求 提高施工質量 PLC 功能 控制系統(tǒng)還可實現(xiàn)鉆孔深度監(jiān)測調整 回轉自動定位 功能模式切換 工作裝置自動限 位等功能 液壓系統(tǒng)是鉆機的能源轉換系統(tǒng)和鉆機各職能部件的控制系統(tǒng) 發(fā)動機發(fā)出 的動力 通過液壓系統(tǒng) 將其轉換為推動鉆機各職能部件運動的驅動力 并對各職能部 件的運動規(guī)律進行有效的控制 液壓系統(tǒng)關鍵部分沿用卡特彼勒液壓系統(tǒng)主控回路 先 導控制回路 其精髓在于使用了先進的負載反饋技術 可使流量按需分配到系統(tǒng)各個工 作裝置 實現(xiàn)不同工況下的最佳匹配 先導控制使操作更加靈活 安全 舒適 精確 系統(tǒng)獨立散熱 泵 馬達 閥 油管及管接頭全采用進口產品 確保系統(tǒng)的高可靠性 SYR220 旋挖鉆機司機室大面積成型玻璃寬敞明亮 內設大功率綠色冷暖風空調 擁有可 調式豪華減振司機座椅 使司機人員有一個舒心的工作環(huán)境 輕巧靈活的人性化設計的 操縱手柄分立兩旁 正面觸摸屏和右側的監(jiān)控器顯示系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù) 還提供非正常狀態(tài) 報警項目和故障確認消除等一目了然 儀表臺上的壓力表還可為操作司機提供更為直觀 的工作狀態(tài) 整機啟動前還具備預先自動檢測功能 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 4 SYR220 旋挖鉆機桅桿采用大箱形截面 為動力頭和鉆桿提供導向作用 具有良好的 剛性和穩(wěn)定性 抗沖擊 耐振動 無需拆卸的可折疊式結構能減少整機長度和高度 便 于運輸 采用流行的平行四邊形結構 通過其上油缸的作用 可以使桅桿遠離機體或靠 近機體 改變桅桿的角度 以調節(jié)桅桿的工作幅度或運輸狀態(tài)桅桿的高度 以及桅桿相 對地面的角度 使其動作機動靈活 施工效率高 動力頭采用雙變量液壓馬達驅動小齒 輪 由小齒輪嚙合大齒輪帶動鍵套與鉆桿配套 可根據(jù)不同的地質條件自動無級改變旋 轉速度和輸出扭矩 高品質雙速減速機還可實現(xiàn)高速甩土功能 動力頭有獨立的潤滑 冷卻和換速液壓系統(tǒng) 確保動力頭能可靠高效地工作 SYR220 旋挖鉆機還可配套長 短 螺旋鉆具 普通鉆斗 撈沙鉆斗 筒式巖石鉆頭等鉆具以適應粘土層 沙礫層 卵石層 和中風化泥巖不同的施工要求 宇通重工 宇通重工新推出機型是 YTR230 該機型配置基本和三一重工的 SR220C 相同 主參數(shù)也基本相同 這是該公司首次涉足旋挖鉆機領域 技術上有待進一步完善 山河智能公司的 SWDM 20 鉆機和徐州東明公司的 TRM200 鉆機均采用自制底盤國產化 鉆桿 動力頭為國內同一家公司生產 技術水平相差無幾 中聯(lián) 中聯(lián) ZR200 旋挖鉆機技術特點是采用了卡特彼勒 330C 專用可拓展履帶底盤 C 9 增壓 中冷 電控發(fā)動機 內藏式液壓可伸縮履帶結構 發(fā)動機和泵自動控制系統(tǒng)能 最大限度地提高燃油效率 電子控制模塊 ECM 匯集所有發(fā)動機燃油 空氣 冷卻液 和排氣系統(tǒng)的傳感器 存儲并傳遞如轉速 油耗及故障診斷等狀態(tài)信息 能自動地與不 同的施工環(huán)境相匹配 即使在極端條件下也能穩(wěn)定地輸出最大扭矩 防止發(fā)動機熄火 冷卻系統(tǒng)能保證機器在 20 40 外部環(huán)境溫度下安全運轉 CAT330C 駕駛室 能有效 地阻隔噪音 駕駛室和操縱臺的設計符合人機工程學 駕駛員可輕松觸到駕駛室內所有 的開關 表盤和操縱手柄 自動控制的空調能自動調節(jié)室溫和空氣流量 滑移式遮陽板 保護駕駛員免受陽光直射 電子控制系統(tǒng)為 PLC 功能控制系統(tǒng)和桅桿垂直度自動調平系 統(tǒng) PLC 功能控制系統(tǒng)在基于嵌入式真彩 LCD 顯示屏的基礎上 應用 CANBUS 技術和 虛擬儀表技術 配合獨特的傳感器 來實現(xiàn)鉆機的精確控制 在作業(yè)中能動態(tài)顯示各控 制元件的狀態(tài) 鉆進過程孔深自動記錄 數(shù)字和動畫雙顯示 上車回轉數(shù)字和圖形雙引 導 快速自動找回 邏輯功能模塊可防止駕駛員誤操作 且具有功能模式切換 整機運 行狀態(tài)監(jiān)控 工作裝置自動限位等 桅桿垂直度自動調平系統(tǒng) 能對桅桿進行實時監(jiān)控 可實現(xiàn)手動和自動的切換 在一定的角度內可自動調整桅桿的垂直度 保證施工中樁孔 的垂直度要求 提高施工質量 液壓系統(tǒng)采用先導操縱的主 副雙回系統(tǒng) 各部件的運 動速度可以通過控制手柄位移的大小來控制 主泵系統(tǒng)采用分功率 負控制 且與發(fā)動 機泵電子控制系統(tǒng)相連 使機器在各檔油門位置都能實現(xiàn)發(fā)動機轉速的自動控制 副回 路采用了負荷傳感技術 獨特的動力頭潤滑系統(tǒng)保證機器可靠運行 雙液壓馬達變量驅 動的動力頭 可根據(jù)地質條件的不同自動地無級改變動力頭的轉速和扭矩 雙速減速機 通過動力換檔可實現(xiàn)高速甩土功能 鉆機為伸縮式鉆桿 鉆桿的下端裝有彈簧減振器 有兩種型號可供用戶選擇 且兩種鉆桿可互換 一種為摩阻式 5X13m 五節(jié)鉆桿 有 效鉆深為 60m 另一種為內鎖式 4X13m 有效深度為 48m 可配 800 2000mm 不同 規(guī)格和各種用途的鉆具 如長 短螺旋鉆具 普通鉆斗 撈沙鉆斗 筒式巖石鉆頭等以 滿足不同施工要求 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 5 1 4 國內外旋挖鉆機結構特點的探討 鉆頭的結構 鉆頭是決定旋挖鉆機能否較好適應復雜地層 提高工效的重要部件 目前國內外旋挖鉆機的鉆頭共分 3 種常用的結構 短螺旋鉆頭 600 2500mm 回 轉斗鉆頭 800 2500mm 和巖心鉆鉆頭 800 2500mm 如 R622 HD 旋挖鉆 機的鉆頭有 短螺旋鉆頭 單層底旋挖鉆頭 雙層底旋挖鉆頭工 4 個 900 1000 800 1500 目前國內外旋挖鉆機鉆頭的 3 種常用的進土結構如 下 1 短螺旋鉆頭 旋挖鉆頭主要以短螺旋鉆頭為主 他主要靠螺旋葉片之間的間 隙來容納從孔底切削下來的土 沙礫等 這種鉆頭結構簡單 造價低 地層較好時 使 用他也可達到好的效果 如果低沙礫石較多或含水較多時 在提鉆時很容易掉塊 鉆進 效率低 甚至于不能成孔 2 單層底旋挖鉆頭 在地下水位較高 或含沙礫較多的地 層 木多數(shù)旋挖鉆機均采用鉆頭鉆進 用靜壓泥漿護壁 這種鉆孔工藝已明顯優(yōu)于短螺 旋鉆頭鉆孔 最早的旋挖鉆頭是單層底 在底下方有對稱的 2 擅僅可向頭內方向打開的 合頁門 當鉆頭鉆進時 孔底切削下來的土 砂經合頁門壓入頭內 在提鉆時 在頭內 土砂的重力作用下 兩扇門向下關閉 以阻止砂土漏回孔內 由于這種重力作用不是十 分可靠 時常發(fā)生合頁門關閉不嚴 造成砂土漏回孔內 降低了鉆進效率 還會影響孔 底清潔度 3 雙層底旋挖鉆頭 自 20 世紀 90 年代以來 國外的一些鉆機制造公司 在原單層底鉆頭的基礎上 開發(fā)出雙層底的旋挖鉆頭 其特點是 2 層底可以相對回轉一 個角度 以實現(xiàn)頭底進土口的打開與關閉 即在順時針旋轉切削時 底部的進土口為開 放狀態(tài) 當鉆完一個回次后 將鉆頭逆時針旋轉一個角度 致使進土口強行關閉 從而 使切削物完整地保存在頭內 實踐表明 才復雜地層中 雙層底鉆頭的鉆進效率及孔底 清潔度明顯優(yōu)于單層底鉆頭 卷揚的結構 國內外旋挖鉆機的卷揚有主副卷揚 2 種 卷揚的結構采用卷揚減速機 具有卷揚 下放 制動功能 卷筒自行設計 主卷揚應具有自由下放功能 且實現(xiàn)快 慢雙速控制 主 副卷揚應配有壓繩器 液壓電器系統(tǒng) 意大利 德國制造的各類旋挖鉆機的機 電 液一體化高度集中 結構緊湊 操縱靈活方便 自動化程度高 他采用伸縮式鉆桿 節(jié)省了人力和加接鉆桿 的時間 施工中只需一人即可操縱整臺鉆機 工人勞動強度低 鉆架上裝有垂直度檢測 儀 可以檢測和顯示鉆架的偏斜度 并可通過鉆機的 微動 系統(tǒng)調整鉆架的垂直度 駕駛室控制面板上裝有孔深和鉆架垂直度顯示儀以及反映發(fā)動機 液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的 儀表 顯示屏及報警裝置 有的還裝有全電腦操作系統(tǒng) 使操作手能實時掌握鉆進深度 鉆架垂直度 保證鉆孔準確到達設計深度和良好的垂直度 旋挖鉆機的電液比例伺服控制系統(tǒng) 國內外旋挖鉆機采用電液比例伺服控制系統(tǒng) PLC CAN 總線控制等 提高了定位鉆孔精度 具有鉆孔深度的自動化檢測 熒光屏顯 示功能等 當鉆桅發(fā)生傾斜時 鉆機會自動報警 并進行自動調整 采用能顯示多種信 息的多功能液晶顯示器 能進行起鉆桅控制 自動垂直調平 回轉倒土控制 發(fā)動機的 監(jiān) 鉆孔深度測量及顯示 車身工作狀態(tài)動畫顯示及虛擬儀表顯示 故障檢測與報警等 信息的顯示 安全保護 國內外鉆機的設計充分考慮操作人員的安全 并采取了一些措 施 例如 駕駛室前窗配有 FOPS 防墜物保護 卷揚的高度限位 駕駛室內操作臺安 全控制 發(fā)動機 液壓等參數(shù)顯示 報警等 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 6 國外旋挖鉆機的主要特點 意大利 德國等制造的各類旋挖鉆機雖然能力大小有別 結構上略有差異 但總體性能和質量都比較先進 可靠 具有以下特點 1 機 電 液一體化高度集中 結構緊湊 操縱靈活方便自動化程度高 采用伸縮式鉆桿 節(jié)省了 人力和加接鉆桿的時間 2 可自行移動 自立桅桿 整個工作機構可在履帶底盤上做 3600 回轉 因而現(xiàn)場轉移 對孔位靈活方便 輔助時間少 3 與施工能力相同的常 規(guī)鉆機相比 回轉扭矩大 并可根據(jù)地層情況自動調整 4 鉆架采用 平行四邊形連 桿機構 三角形 的支撐結構 非常適合城市狹窄場地的施工 5 履帶底盤可伸縮 6 鉆架上裝有垂直度檢測儀 可以檢測和顯示鉆架的偏斜度 并可通過鉆機的 微動 系統(tǒng)調整鉆架的垂直度 7 駕駛室控制面板上裝有孔深和鉆架垂直度顯示儀 以及反 映發(fā)動機 液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的儀表 顯示屏及報警裝置 有的還裝有全電腦操作系統(tǒng) 使操作手能實時掌握鉆進深度 鉆架垂直度 保證鉆孔準確到達設計深度和良好的垂直 度 實時掌握各系統(tǒng)工作情況 便于及時采取維修措施 保證鉆機正常運轉 8 可實 現(xiàn)多工藝鉆進 能適應不同地層 不同樁基礎處理方法施工的需要 一般類型的旋挖鉆 機除能進行旋挖鉆進外 通過更換工作裝置 還可實現(xiàn)根管鉆進和長螺旋鉆進 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 7 2 卷筒及防跑偏裝置 2 1 鋼絲繩的確定 要合理優(yōu)選旋挖鉆機的鋼絲繩 首先必須對旋挖鉆機鋼絲繩的施工情況以及當前國 產鋼絲繩的種類和特點進行分析和研究 然后 根據(jù)不同廠家 不同型號旋挖鉆機和設 備額定提升能力確定鋼絲繩的最小直徑和類型 以保證設備在施工過程中的安全 2 1 1 旋挖鉆機鋼絲繩的使用工況及技術要求 旋挖鉆機使用的鋼絲繩一端固定于卷揚機的卷筒上 中間通過一個定滑輪和一個導 向輪 將另一端固定于鉆桿上端的提引器上 由于沒有安裝動滑輪設計 所以鋼絲繩單 繩拉力較大 才能保證提引器能在鋼絲繩反扭力的作用下自由旋轉 以保障起下鉆桿的 安全與可靠 因此 旋挖鉆機的鋼絲繩主要起提升鉆桿和鉆具的作用 旋挖施工過程中 提升和下降鉆桿時 作用在鋼絲繩的力是一個交變載荷 鋼絲繩 開始提升時 由于旋挖鉆斗與地層之間的握裹力及上覆泥漿的靜壓力 加上鉆具自重 鋼絲繩上承受的負荷最大 一旦將旋挖鉆斗提離鉆孔底部的瞬間 作用在鋼絲繩上的負 荷突然變小 此時 旋挖鉆斗與地層之間的握裹力消失 孔內的泥漿對旋挖鉆斗產生向 上的浮動 作用在鋼絲繩上的拉力最小 阻力為重力加上側摩阻力 以后由于浮力越來 越小 作用在鋼絲繩上的拉力逐漸增大 當旋挖鉆斗底部離開鉆孔泥漿液面的瞬間 作 用在鋼絲繩上的拉力第二次達到最大 鋼絲繩的最大拉力為鉆具的自重 旋挖鉆斗的自 重 鉆桶內渣土的重力之和 通過以上論述可以看出 旋挖鉆機施工需要頻繁提升 下 降鉆具 因此要求鋼絲繩耐磨性好 強度高 2 1 2 鋼絲繩分類 表 2 1 分類 依據(jù) 鋼絲繩類 別 優(yōu)點 缺點 點接 觸式 鋼絲與鋼絲間接觸 應力大 使用壽命短 線接 觸式 鋼絲繩與鋼絲繩之 間呈線狀接觸 消除了 點接觸的二次彎曲應力 降低了鋼絲繩工作時的 總彎曲應力 耐疲勞性 能好 價格較高 按鋼 絲繩中鋼 絲與鋼絲 的接觸狀 態(tài)分 面接 觸式 能承受較大的橫向 力 多用于索道承載索 旋挖鉆機 很少使用 按鋼 絲繩中繩 芯分 有機芯 麻芯或棉芯 擾性和彈性較高 不能承受橫向壓力 不宜纏繞在卷筒上 耐高溫輻射性差 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 8 纖維芯 彈性和擾性較高 不能承受橫向壓力 不宜纏繞在卷同上 耐高溫性差 石棉芯 彈性和擾性較高 耐高溫型較好 不能承受橫向壓力 鋼芯 強度較高 能承受 高溫和橫向壓力 適宜 受沖擊負荷 熱 擠壓 條件下工作 擾性較差 鋼絲繩新標準為 GB T8919 1996 優(yōu)質鋼絲繩 它適用于機械 建筑 船舶 漁業(yè) 林業(yè) 礦業(yè) 鉆井 索道及纜車等用途使用的各種圓股鋼絲繩和異型股鋼絲繩 但不包 括航空鋼絲繩和電梯鋼絲繩 2 2 鋼絲繩的計算 式 2 1 max1 298FG 50 kgNkg 式中 G 提升力 1 2 為安全系數(shù) 根據(jù)機械設計手冊 一般選 1 2 按 GB T3811 1983 計算 計算方法如下 式 2 2 maxdcF 0 96580 23 d 鋼絲繩直徑 根據(jù) 新版機械設計手冊 2 中 表 8 1 8 查得 機構工作級別 M5 最小安全系數(shù) 5 0 96 cmN 根據(jù) 新版機械設計手冊 2 選鋼絲繩直徑為 24mm 2 3 鋼絲繩長度的優(yōu)選 旋挖鉆機鋼絲繩長度的選擇需要注意以下兩個因素 一是當鉆具提出孔口缷渣時 鉆具中心線 定滑輪 導向輪 鋼絲繩位于卷揚的位置應在同一豎直平面內 二是在保 障安全的情況下 鋼絲繩越短越好 由于當鋼絲繩全部纏繞在卷揚機上 當鋼絲繩第一 層纏繞滿后 跳到第二層時 鋼絲繩自身有一個相互摩擦的過程 在鋼絲繩跳躍的地方 鋼絲繩磨損最快 因此 若鉆孔深度不是很深時 卷筒上鋼絲繩不宜超過兩層 鋼絲繩 總長度為孔深 鉆機高度之和 在剩余 15 20m 比較適合 2 4 影響鋼絲繩壽命的主要原因 旋挖鉆機與起重機的承載情況不同 卷揚系統(tǒng)不能使用多倍率滑輪組 既要高速牽 引又要承受大載荷 因此鋼絲繩和卷筒的工況很惡劣 有必要針對旋挖鉆機的特殊工況 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 9 研究專用的卷揚機和耐磨性好 強度高的鋼絲繩 導向滑輪 立柱頂部滑輪要保證鋼絲 繩所需的較大曲率半徑 導向滑輪的設置應滿足立柱受力和鋼絲繩與卷揚之間相對位置 的要求 應設置卷揚的高度限位 過載保護和鉆桿觸地自停及動力頭隨動裝置 防止鋼 絲繩重疊亂繩 滑脫擠壓和磨損損壞 延長工作壽命 2 4 1 鋼絲繩的潤滑性能和表面特性 首先 由于鋼絲繩在定滑輪上移動 將與定滑輪產生一定的摩擦 如果鋼絲繩沒有潤 滑 將產生較大的摩擦阻力 不但鋼絲繩容易損壞 而且有可能破壞定滑輪 造成機械事 故 因此 鋼絲繩的潤滑性能和表面特性直接影響鋼絲繩的使用壽命 保持鋼絲繩潤滑良 好 清潔 表面不能有泥土 砂礫及鐵屑等雜物 并且消除鋼絲繩內部張力 通常俗語叫 泄勁 是不能忽視的 2 4 2 鋼絲繩與卷揚機的聯(lián)結狀況 這是影響鋼絲繩使用壽命的一個非常重要的因素 2000 年 5 月 北京某工地的一臺 新到旋挖鉆機就出現(xiàn)類似情況 由于裝鋼絲繩時沒有仔細檢查 固定鋼絲繩的螺栓穿過卷 筒側壁進入卷筒內 進入部分不到 2 mm 結果只鉆進 20 延米 一根新的進口鋼絲繩即被 螺栓刮壞 因此 組裝鋼絲繩時必須檢查卷筒內壁及卷軸是否光滑 繩槽是否規(guī)整 排繩 器工作是否可靠 此外 鋼絲繩與提引器的聯(lián)結狀況直接關系到設備的安全程度 也是影響鋼絲繩使 用壽命的一個關鍵因素 鋼絲繩與提引器的連接應該可以考慮以下幾個問題 一是繩卡 的位置及方向 繩卡的規(guī)格 數(shù)量和間距等 必須按規(guī)定要求使用 正確的繩卡布置和 方向如圖 1 所示 二 提引器充分潤滑 旋轉自由靈活 三是提引器上端通過銷軸與索 具套相聯(lián)結 且通過定滑輪輪槽鉛垂而下的鋼絲繩與提引器的軸線處放同一鉛垂線上 聯(lián)結 且通過定滑輪輪槽鉛垂而下的鋼絲繩與提引器的軸線處在同一鉛垂線上 圖 2 1 鋼絲繩夾的正確布置方法 2 4 3 導向輪的運轉靈活程度 當卷筒內鋼絲繩由左向右排繩時 導向輪應隨鋼絲繩左右擺動 避免鋼絲繩與導向輪 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 10 輪槽之間的相互摩擦 造成鋼絲繩過早的磨損 2 4 4 定滑輪的磨損程度及潤滑 使用新滑輪時 鋼絲繩與滑輪之間的接觸面較小 摩擦阻力較小 隨著滑輪的磨損 鋼絲繩與滑輪之間的接觸面逐漸增加 摩擦阻力增大 當舊滑輪的磨損量超過鋼絲繩直 徑的一半時 鋼絲繩與滑輪之間的摩擦阻力達到極限 鋼絲繩在滑輪中移動非常容易被 損壞 因此就應該盡快更換滑輪 同時 滑輪的潤滑也關系到鋼絲繩的磨損速度 目前 旋挖鉆機的滑輪形式有 2 種 一種是設計有用于加潤滑油的黃油嘴 通過黃油嘴將潤滑 油注入到軸承中進行潤滑 這種潤滑方式簡單 方便 實用 便于設備維護人員定期對 滑輪潤滑 另一種是安裝時預先將潤滑油加在軸承中 滑輪運行時自潤滑 這種潤滑方 式必須定期將滑輪中的軸承拆卸出來 增添潤滑油 對施工單位和設備維護人員來說 滑輪保養(yǎng)不方便 在這里使用黃油嘴 這種潤滑方式簡單 方便 實用 便于對滑輪定 期潤滑 2 5 卷筒 2 5 1 卷筒直徑計算 旋挖鉆機的卷揚有主 副卷揚兩種 卷揚的結構采用卷揚減速機 具有卷揚 下方 制動功能 主卷揚是旋挖鉆機的關鍵部位 應具有自由下方功能 且實現(xiàn)快 慢雙速控 制 根據(jù)旋挖鉆機的施工特點 在鉆機每個工作循環(huán) 主卷揚的結構和功能都非常重要 鉆孔效率高低 鉆孔事故發(fā)生的幾率 鋼絲繩壽命的長短都與主卷揚有密切的關系 正 常情況下 副卷揚用以提升鉆具 吊放護筒 下鋼筋籠等 是旋挖鉆機進行正常工作的 輔助起重設備 為了防止副卷揚鋼絲繩上升時自桅桿頂部脫出 在桅桿頂部設有防過卷 開關 將開關信號引到電磁閥 通過控制先導油路來控制主閥副卷揚聯(lián)動作 從而控制 副卷揚馬達的回轉 工作原理與主卷揚工作原理基本相同 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 11 圖 2 2 卷筒最小直徑 minD 式 2 3 minhd 其中 d 鋼絲繩直徑 根據(jù) 新版機械設計手冊 2 由表 8 1 16 查得 h 18mm in1824 432mm 由 新版設計手冊 2 表 8 1 48 查得卷筒直徑 450mm minD 卷筒名義直徑 D 式 2 4 0d 450 24 426mm 其中 卷筒最小直徑 0min d 鋼絲繩直徑 圖 2 3 繩槽半徑 R R 0 53 0 56 d 式 2 5 0 53 24 12 72mm 根據(jù) 新版機械設計手冊 2 由表 8 1 49 查得 R 13mm 繩槽深度 標準槽 h 0 25 0 4 d 式 2 6 0 25 24 6mm 繩槽節(jié)距 P d 2 4 式 2 7 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 12 24 2 26mm 卷筒長度 mm 式 2 8 max1 HlpLnDdnd 496 其中 最大提升距離 max 滑輪倍組率 卷筒壁厚 式 2 9 0 26 1D 0 02 450 8 17mm 卷筒強度計算 且為多層卷繞3LD 式 2 10 12maxpAF 0 75803N 226 5Mpa 由 新版機械設計手冊 2 一般取 A1 0 75 由表 8 1 62 查得 1 82A 球墨鑄鐵 5b b 球墨鑄鐵抗拉強度極限 QT 500 7 的抗拉強度為 500Mpa 由 機械設計手冊 5by 根據(jù) 機械設計手冊 400Mpa by 1b 滿足要求 2 5 2 卷筒技術條件 材料 鑄造卷筒的材料球墨 QT500 7 球墨鑄鐵的力學性能比灰口鑄鐵高的多 抗拉 強度一般為 400 900MPa 接近于鑄鋼 鑄鐵是含碳量大于 2 11 的鐵碳合金 工業(yè)上常用的鑄鐵一般在 2 5 4 0 的范圍 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 13 內 此外還有硅 錳 硫 磷等元素 鑄鐵和鋼比 雖然力學性能較抵 但具有優(yōu)良的 鑄造性能和切削加工性能 生產成本低廉 并且具有耐壓 耐磨和減震等性能 所以廣 泛的應用 如按質量百分比計算 它在汽車 拖拉機中的應用約占 30 50 鑄鐵中的 碳主要以滲碳體和石墨兩種形式存在 根據(jù)碳存在的形式不同 鑄鐵可以分為白口鑄鐵 灰鑄鐵和麻口鑄鐵三種 白口鑄鐵的碳主要以滲碳體的形式存在 其斷口呈現(xiàn)白色 它 又脆又硬 很難進行切削加工 所以很少直接用來制造機器零件 灰鑄鐵的碳大部或全 部以石墨形式存在 其斷口呈現(xiàn)灰色 它是目前工業(yè)生產中應用最廣泛的一種鑄鐵 麻 口鑄鐵的碳大部分以滲碳體的形式存在 少部分以石墨形式存在 斷口出現(xiàn)灰白色這種 鑄鐵有較大的脆性 工業(yè)上很少使用 將球化劑加入溶化的鐵水中 使石墨呈現(xiàn)球狀析出 經這樣處理的鑄鐵叫球墨鑄鐵 由于球狀石墨對基體的割裂作用小 所以通過熱處理改變球墨鑄鐵的基本組織 對提高 力學性能有重要作用 常用的熱處理工藝有以下幾種 退火 退火的主要目的是為了得 到鐵素體基體的球墨鑄鐵 以提高球墨鑄鐵的塑性和韌性 改善切削加工性能 消除內 應力 正火 正火的目的是為了得到珠光體基體的球墨鑄鐵 從而提高其強度和耐磨性 調質 調質的目的是為了獲得回火索式體基體的球墨鑄鐵 從而獲得良好的綜合力學性 能 等溫淬火 等溫淬火是為了得到下貝式基體的球墨鑄鐵 從而獲得高強度 高硬度 高韌性的綜合力學性能 表面質量卷筒不得有裂紋 成品卷筒的表面上不得有影響使用性能和有損外觀的顯 著缺陷 如氣孔 疏松 夾渣等 尺寸公差和表面粗糙度同一卷筒上左右螺旋槽的底徑 即卷筒直徑 D 差 不得超過 GB T1801 1999 中規(guī)定 h12 加工表面未注公差尺寸的公差等級應按 GB T 1804 中的 m 級 中等級 未注加工表面粗糙度 Ra 值應按 GB T 1031 中 12 5 m 零件表面經加工后 看起來很光滑 若用放大鏡觀察 則會看到表面有明顯高低不 平的粗糙痕跡 這種零件加工表面上所存在的較小間距的峰谷組成的微觀幾何特性稱為 表面粗糙度 表面粗糙度反映了零件表面的質量 它對零件的裝配 工作精度 疲勞強 度 耐磨 抗蝕和外觀等都有影響 對于不同的表面粗糙度需采用不同的加工方法達到 因此 零件的表面粗糙度應根據(jù)零件的作用恰當?shù)剡x擇 從而在保證機器性能要求的前 提下 盡量降低生產成本 評定表面粗糙度的參數(shù)有三項 既輪廓算術平均偏差 Ra 微觀不平度十點高度 Rz 輪廓最大高度 Ry 允許的尺寸變動量稱為尺寸公差 簡稱公差 公差是一個沒有正 負號的絕對值 且不能為零 基本偏差是上偏差和下偏差這兩個極限偏差中的一個 用于確定公差帶相 對于零件的位置 基本偏差一般是指靠近零線或絕對值較小的那個極限偏差 公差與配 合的選擇是機械設計與制造中至關重要的一環(huán) 公差與配合的選擇是否恰當 對機械的 使用性能和制造成本都有很大影響 有時甚至起決定性作用 公差與配合的原則可以這 樣概括 保證機械產品的性能優(yōu)良 制造經濟可行 或者說 公差與配合的選擇應使機 械產品的使用價值與制造成本的綜合經濟效果最好 公差與配合的選擇方法有類比法 計算法與試驗法三種 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 14 2 6 防跑偏裝置 2 6 1 引言 排繩器的作用是把鋼絲繩均勻的布置在卷筒上 解決的是偏角過大的問題 防止亂繩 但 其不可避免的對鋼絲繩產生一個作用力 有磨損鋼絲繩的壞處 但關鍵是看那個因素更重要 如果由于亂繩產生的摩擦更大 則選擇排繩器是不錯的選擇 因為 可以在滾輪上想一定的辦 法 讓磨損減小 壓繩器的作用是保證鋼絲繩排列緊密 或者說一般的起重機都是帶重起升 一般問題不大 而假如空鉤起升比較多 并且在高位吊重下降 容易因為空鉤卷筒排列不緊密 而產生夾繩現(xiàn)象 故設置壓繩器的作用就是給一定的張緊力 當繩索傳動時 發(fā)生傳動松 動 壓緊繩索 保持良好的傳動 防止打滑而引起的無摩擦傳動 旋挖鉆機工作時 鋼絲繩在卷筒上繞制常常發(fā)生錯亂 這樣 鋼絲繩相互擠壓 磨 損嚴重 縮短了鋼絲繩的使用壽命 同時 當挖斗工作時 由于液壓馬達還在繼續(xù)工作 卷筒帶動鋼絲繩繼續(xù)工作 這時的鋼絲繩比較松垮 當提升挖斗時 鋼絲繩會出現(xiàn)打亂 現(xiàn)象 為了克服以上缺點 在旋挖鉆機上附加了一種機構 介紹如下 設計方法一 加傳感器 通過安裝傳感器 發(fā)出信號 使液壓馬達改變轉向 從中 可使鋼絲繩不會出現(xiàn)打亂現(xiàn)象 但是 由于工作條件不允許 電線不好排 所以這種方 法不實際 就不考慮了 設計方法二 壓繩器 通過研究相關的資料 覺得可以在旋挖鉆機上安裝這個裝置 下面就介紹下工作原理 2 6 2 壓繩器原理及工作過程 壓繩器由壓輪總成 支架總成 支座 拉座 支座 拉簧組成 其中 壓輪總成由 支架 軸套 壓輪 軸 軸套 螺母 擋圈 軸承等組成 支架總成由板 管 彎板 銷座等組成 基板是一塊長方形的鋼板 它上端的兩側與旋挖鉆機的支架固定 它中間 兩側與兩個彈簧的一端相連 兩個彈簧的另一端分別與板的一端相連 板的的另一端分 別與旋挖鉆機的壓輪相連 板的下端沿著其高度的方向上裝有一個拉座 由于使其結構 大為簡化 因此 本實用新型的滾筒旋挖鉆機壓繩器具有結構簡單 外型尺寸較小 維 修簡單 制造成本低等優(yōu)點 壓繩器的工作原理 如圖 4 壓繩器由壓輪總成 1 支架總成 2 支座 3 拉座 4 支座 5 拉簧 6 組成 其中 壓輪總成由支架 軸套 壓輪 軸 軸套 螺母 擋圈 軸 承等組成 支架總成由板 管 彎板 銷座等組成 基板是一塊長方形的鋼板 它上端 的兩側與旋挖鉆機的支架固定 它中間兩側與兩個彈簧的一端相連 兩個彈簧的另一端 分別與板的一端相連 板的的另一端分別與旋挖鉆機的壓輪相連 板的下端沿著其高度 的方向上裝有一個拉座 首先隨著液壓馬達帶動減速機運動 減速機又帶動卷筒 使卷 筒轉動 主動件卷筒旋轉 鋼絲繩不斷地纏繞在了卷筒上面 使得滾筒直徑變大 此時 使得圖中與之相接觸的卷筒向下壓 在支座 3 的作用下 由杠桿原理 支架總成 2 底端 拉動拉簧 6 使得拉簧拉伸 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 15 圖 2 4 壓繩器 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 16 3 液壓馬達 3 1 液壓馬達的分類及特點 從能量轉換的觀點來看 液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件 向任何一種液 壓泵輸入工作液體 都可使其變成液壓馬達工況 反之 液壓馬達的主軸由外力矩驅動 旋轉時 也可變?yōu)橐簤罕霉r 因為他們具有相同的基本結構要素 密封而又可以周期 變化的容積和相應的配油機構 液壓馬達按其結構類型來分可以分為齒輪式 葉片式 柱塞式和其他形式也可以按 液壓馬達的額定轉速分為高速和低速兩大類 額定轉速高于 500r min 的屬于高速液壓馬 達 額定轉速低于 500r min 的屬于低速液壓馬達 高速液壓馬達的基本形式有齒輪式 螺桿式 葉片式和軸向柱塞式等 它們的主要特點是轉速較高 轉動慣量小 便于起動 和制動 調節(jié) 調速及換向 靈敏度高 通常高速液壓馬達輸出轉矩不大 僅幾十 牛 米到幾百牛 米 所以又稱為高速小轉矩液壓馬達 低速液壓馬達的基本形式是徑 向柱塞式 此外在軸向柱塞式 葉片式和齒輪式中也有低速的結構形式 低速液壓馬達 的主要特點是排量大 體積大 轉速低 有時可達每分鐘幾轉甚至零點幾轉 因此可直 接與工作機構連接 不需要減速裝置 使傳動機構大為簡化 通常低速液壓馬達輸出轉 矩較大 可達幾千牛 米到幾萬牛 米 所以又稱低速大轉矩液壓馬達 3 2 液壓馬達的工作原理 常用的液壓馬達的結構與同類型的液壓泵很相似 下面以葉片式和徑向柱塞式液壓 馬達為例對其工作原理作簡單介紹 3 2 1 葉片式液壓馬達 當壓力油入壓油腔后 在葉片 1 3 上 一面作用有壓力油 另一面為低壓油 由于 葉片 3 伸出的面積大于葉片 1 伸出的面積 因此作用于葉片 3 上的總液壓力大于作用于 葉片 1 上的總液壓力 其作用原理同上 葉片 2 6 兩面同時受壓力油作用 受力平衡對 轉子不產生作用轉矩 葉片式液壓馬達的輸出轉矩與液壓馬達的排量和液壓馬達進出油 口之間的壓力差有關 其轉速由輸入液壓馬達的流量大小來決定 由于液壓馬達一般都要求能正反轉 所以葉片式液壓馬達的葉片要徑向放置 為了 使葉片根部始終通有壓力油 在回 壓油腔通入葉片根部的通路上應設置單向閥 為了 葉片式液壓馬達在壓力油通入后能正常起動 必須使葉片頂部和定子內表面緊密接觸 以保證良好的密封 因此在葉片根部應設置預緊彈簧 葉片式液壓馬達體積小 轉動慣量小 動作靈敏 可適用于換向頻率較高的場合 但泄漏量較大 低速工作時不穩(wěn)定 因此葉片式液壓馬達一般用于轉速高 轉矩小和動 作要求靈敏的場合 3 2 2 徑向柱塞式液壓馬達 當壓力油經固定的配油軸 4 的窗口進入缸體 3 內柱塞 1 的底部時 柱塞向外伸出 緊緊頂住定子 2 的內壁 由于定子與缸體存在一偏心距 e 在柱塞與定子接觸處 定子對 柱塞的反作用力為 FN 力 FN 可分解為 FF 和 FT 兩個分力 當作用在柱塞底部的油液壓 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 17 力為 p 柱塞直徑為 d 力 FF 和 FT 之間的夾角為 時 力 FT 對缸體產生一轉矩 使缸 體旋轉 缸體在通過端面連接的傳動軸向外輸出轉矩和轉速 以上分析的一個柱塞產生 轉矩的情況 由于在壓油區(qū)作用好幾個柱塞 在這些柱塞上所產生的轉矩都使缸體旋轉 并輸出轉矩 徑向柱塞液壓馬達多用于低速大轉矩的情況下 3 3 液壓馬達的主要技術參數(shù) 1 排量 馬達每旋轉一轉所需輸入的液體體積 2 額定壓力 在額定轉數(shù)范圍內連續(xù)運轉 能達到設計壽命的最高輸入壓力 3 最高壓力 允許短暫運動的最高壓力 4 背壓 液壓馬達運轉時出油口側的壓力 能保證馬達穩(wěn)定運轉時最低出油口 側的壓力稱為最低背壓 5 額定轉速 在額定壓力 規(guī)定背壓條件下 能繼續(xù)運轉并能達到設計壽命的最高 轉速 6 最低轉速 即在額定壓力下能穩(wěn)定運轉的最低轉數(shù) 7 額定轉矩 在額定壓力作用下液壓馬達輸出的轉矩 8 最大轉矩 允許短暫運行的最高壓力輸入馬達后所產生的轉矩 9 功率 液壓馬達輸出軸上輸出的機械功率 10 積效率 液壓馬達理論流量與實際流量的比值 11 總效率 液壓馬達的輸出功率與輸入功率的比值 3 4 液壓馬達的選擇 3 4 1 液壓馬達的計算 選擇液壓馬達時需要考慮的因素較多如 轉矩 轉數(shù) 工作壓力 排量 外形及連 接尺寸 容積效率 總效率等 液壓馬達的種類較多 可針對不同的工況 選擇合適的液壓馬達 表為各類液壓馬 達適用工況及應用范圍 低速運轉工況可選低轉速馬達 也可以采用高速馬達加減速機裝置 在兩種方案的 選擇上 應根據(jù)結構及空間情況 設備成本 驅動轉矩是否合理等進行選擇 確定所采 用的馬達種類后 可根據(jù)液壓馬達產品的技術參數(shù)概覽表選出幾種規(guī)格 然后進行綜合 分析 分析中應優(yōu)先考慮滿足轉矩要求又使系統(tǒng)流量較小 壓力較低 降低制造成本 其次對同類產品選擇總效率高的 壓降低的 最終選擇較合適的產品 表 3 1 各種液壓馬達的使用工況與應用范圍 馬達類型 適用工況 應用范圍 齒輪馬達 結構簡單 制造容易 但轉速脈動性較大 齒輪馬 達負載轉矩不大 速度平穩(wěn) 性要求不高 噪聲限制不嚴 適用于高轉速低轉矩情況下 鉆床 通風設備 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 18 葉片馬達 結構緊湊 外形尺寸小 運動平穩(wěn) 噪聲小 負載轉 矩小 磨床回轉工作臺 機床操縱機構 擺線馬達 負載速度中等 體積要 求小 塑料機械 煤礦 機械 挖掘機 軸向柱塞馬達 結構緊湊 徑向尺寸小 轉動慣量小 轉速較高負載 大 有變速要求 負載轉矩 較小 低速平穩(wěn)性要求高 起重機 絞車 鏟車 內燃機車 數(shù)控機 床 行走機械 徑向柱塞馬達 負載轉矩較大 速度中 等 徑向尺寸大 塑料機械 行走 機械等 內曲線徑向馬達 負載轉矩很大 轉速低 平穩(wěn)性高的場合 挖掘機 拖拉機 起重機 采煤機等 液壓馬達有齒輪式 葉片式和柱塞式等多種形式 馬達的特性各異 通常按已確定 的液壓馬達結構性能參數(shù) 如排量 轉速 轉矩 工作壓力等 從手冊或樣品中挑選轉 速范圍 轉矩 容積效率 總效率等符合系統(tǒng)要求 并從占用空間 安裝條件 工作機 構布置及經濟性等方面綜合考慮后 擇優(yōu)選定其規(guī)格型號 已知鉆桿重 7 噸 減速機的傳動比為 75 式 3 1 GkF 8 902 1 N83 式中 k 安全系數(shù) G 為鉆桿重量 F 為最大牽引力 式 3 2 dFT 1 219 083 mN 式中 F 最大牽引力 d 卷筒半徑 式 3 3 iT12 7508 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 19 mN 240 式中 馬達扭矩 T i 減速機的產動比 式 3 4 D vn 438 0 mi 6 in 9r 液壓馬達最大轉速 min 3574 7i 20 rnm 從手冊中選擇 A6VM 63W V 這種液壓馬達是一種裝有軸向錐形柱塞旋轉體的斜軸式 馬達 是為優(yōu)先安裝在減速機上而設計的 圖 3 2 馬達參數(shù) 公稱壓力 排量 最高轉速 最大流量 400bar 45 6cm3 5600min 1 255L min 3 4 2 液壓馬達的特征 斜軸結構變量馬達 帶軸向錐形柱塞旋轉組件 用于開式回路和閉式回路的靜液壓 傳 適用于行走機械和工業(yè)領域 通過寬的調節(jié)范圍 變量馬達能滿足高轉速和大扭矩 的要求 排量可從 Vgmax 和 Vgmin 0 無級調節(jié) 輸出轉速取決于泵的流量和馬達的排量 輸出扭矩隨高低壓側之間的壓差和排量的增加而增加 靜液壓傳動具有寬調節(jié)范圍 多 種控制裝置 無需變速器 可使用較小的泵 因而節(jié)省費用 軸承系統(tǒng)結構緊湊 堅固 耐用 使用壽命長 高功率密度 良好的啟閉特性 慣性矩小 斜軸擺動范圍大 A6VM 變量馬達不適合使用 HFA 油液 使用 HFB HFC 和 HFD 或環(huán)保型液壓油時 遵守 RC 90221 和 RC 90223 中所述的相關技術參數(shù)和密封限制條件 為了正確選擇液壓 油液 必須知道與環(huán)境溫度相關的工作溫度 在閉式回路中這是指回路溫度 在開式回 路中這是油箱溫度 液壓油應這樣選擇 即在工作溫度范圍內粘度處于最優(yōu)范圍 殼體 泄露溫度受壓力和轉速的影響 總是高于回路溫度或油箱溫度 系統(tǒng)內任何一點的溫度 都不能超過 115 度或 90 度 如果極端的工作參數(shù)而不能維持上述條件 建議通過 U 口或 使用沖洗和補油閥對殼體進行沖洗 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 20 4 軸承的計算與潤滑 4 1 滾動軸承 滾動軸承由內圈 外圈 滾動體和保持架組成 內圈 外圈分別與軸頸及軸承座孔 裝配在一起 多數(shù)情況下是內圈隨軸回轉 外圈不動 但也有外圈回轉 內圈不轉或內 外圈分別按不同轉速回轉等使用情況 滾動體是滾動軸承中的核心元件 它使相對運動 表面的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦 根據(jù)不同軸承結構的要求 滾動體有球 圓柱滾子 圓 錐滾子 球面滾子等 滾動體的大小和數(shù)量直接影響軸承的承載能力 在球軸承內 外 圈上都有凹槽滾道 它起著降低接觸應力和限制滾動體軸向移動的作用 保持架使?jié)L動 體等距離分布并減少滾動體間的摩擦和磨損 如果沒有保持架 相鄰滾動體將直接接觸 且相對摩擦速度是表面速度的兩倍 發(fā)熱和磨損都較大 滾動軸承的內 外圈和滾動體用強度高 耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造 常用牌號如 GCr15 GC r15SiMn 等 G 表示滾動軸承鋼 淬火后硬度不低于 61 HRC 65 HRC 工作 表面要求磨削拋光 保持架選用較軟材料制造 常用低碳鋼板沖壓后鉚接或焊接而成 實體保持架則選用銅合金 鋁合金 酚醛層壓布板或工程塑料等材料 優(yōu)點 1 在一般工作條件下 摩擦力矩大體和液體動力潤滑軸承相當 比混合潤滑 軸承要小很多倍 2 徑向游隙比較小 向心角接觸軸承可用預緊方法消除游隙 運動精 度高 3 對于同尺寸的軸頸 滾動軸承的寬度比滑動軸承小 可使機器的軸向結構緊湊 4 大多數(shù)滾動軸承同時受徑向和軸向載荷 故軸承組合結構簡單 5 消耗潤滑劑少 便于密封 易于維護 6 不需要用有色金屬 7 標準化程度高 成批生產 成本較低 缺點 1 承受沖擊載荷能力較差 2 高速重載荷下軸承壽命較低 3 振動及噪聲 較大 4 徑向尺寸比滑動軸承大 4 1 1 主滑輪軸承的計算 根據(jù)課題要求 我需算滑輪軸承的計算 決定軸承尺寸時 要針對主要失效形式必 要的計算 一般工作條件的回轉滾動軸承 應進行接觸疲勞壽命計算和靜強度計算 對 于擺動或轉動較低的軸承 只需作靜強度計算 高速軸承由于發(fā)熱而造成的粘著磨損 燒傷等是突出矛盾 除進行壽命計算外 還需要核驗極限轉速 此外 要特別注意軸承組合設計的合理結構 潤滑和密封 這對保證軸承的正常工 作往往其決定性的作用 與主要失效形式相對應 滾動軸承具有三個基本性能參數(shù) 滿足一定的疲勞壽命要 求的基本額定動載荷 滿足一定靜強度要求的基本額定靜載荷荷控制軸承磨損的極限轉 速 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 21 圖 4 1 主滑輪軸承受力圖 速度 式 4 1 601Dn 5940 min43 rs 式中 n 轉速 D 接觸直徑 轉矩 式 4 2 69 510PTn 624 mi150kwrN 圓周力 式 4 3 tTFD 62 59107N 徑向力 4rF 徑向力等于鉆桿與動力頭的總和 即為 14000N 在此不承受軸向力 即 0aF 預選軸承進行計算 由手冊查得軸承數(shù)據(jù)如下 軸承型號 Cr N C0r N D mm B mm N0 r min NF232 405000 552000 400 48 1400 根據(jù) 機械設計 上 0 的圓柱滾子軸承及滾針軸承只能承受徑向力 當量動 載荷 rPF 由于機械工作時常常有振動和沖擊 為此 軸承的當量動載荷 draPfXFY 沖擊載荷系數(shù) 根據(jù)下表選擇df 表 4 1 沖擊載荷系數(shù) 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 畢業(yè)設計 22 載荷性質 機器舉例 df 平穩(wěn)運轉或輕微沖擊 電