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摘要
煤炭的重要性不言而喻，它是世界上一種很寶貴而又不可再生的稀有物資。在咱們國家，這種物資的需求量越來越大，所以導致了煤的開采量也越來越大，開采煤是一種高危職業(yè)，其人身安全和財產(chǎn)應該得到相應的措施。在工人開采煤礦的時候，我們需要用錨桿錨索來支護煤礦巷道，所以，我們在這里就要引出另一種及其關鍵的設備，那就是---錨索鉆機。普通礦用巷道底板錨索鉆機包括車架、固定機構、回轉機構、推進機構、沖擊機構和操作機構。它是由每個機構的相互制約和輔助的作用下，對礦井巖石的沖擊鉆打完成的工作。當煤礦越挖越深的時候，深部的巷道圍巖會出現(xiàn)松軟的情況，這個時候，巷道的支護必須利用錨桿構成封閉結構支撐圈。但是不足的是，煤礦的巷道底板并沒有得到相應的支護導致，沒有形成承載圈。這樣的對鉆機工作是有一定的不良影響，同時也會帶來嚴重的經(jīng)濟和人身的安全隱患。
論文研制的5m鉆深32mm孔徑底板錨索鉆機詳細研究國內外各種開采煤礦的設備，結合了其身上的優(yōu)缺點，并根據(jù)煤礦巷道的特點，得出的結論就是：急需研發(fā)一種較為先進，運行操作方便的錨桿打孔的設備，使錨桿支護技術和方法不斷改善。通過對該鉆孔設備的研究，希望能夠為煤礦事業(yè)出一份綿薄之力。
關鍵詞 巷道圍巖變形；底板錨索鉆機；結構設計
Abstract
The importance of coal is self-evident. It is a precious and non-renewable material in the world. In our country, the demand for this kind of material is getting larger and larger, which leads to the increasing exploitation of coal. Coal mining is a high-risk occupation, and its personal safety and property should receive corresponding measures. When workers mine coal mines, we need to use anchor bolts to support the coal roadway. Therefore, we need to introduce another key equipment here: the cable rig. Ordinary mine tunnel floor cable rig includes frame, fixed mechanism, swing mechanism, propulsion mechanism, impact mechanism and operating mechanism. It is the work done by each organization's mutual restraint and assisting the impact on the rock of the mine. When the coal mine becomes deeper and deeper, the surrounding rock in the deep roadway will appear soft. At this time, the support of the roadway must use bolts to form a closed structural support ring. But the downside is that the roadway floor of the mine has not been supported by the corresponding support, and no bearing ring has been formed. This has certain adverse effects on the drilling rig, and it also brings serious economic and personal safety risks.
The 5m-drilled 32mm hole-bottomed cable rig developed by this thesis has studied in detail the equipment of various mining coal mines at home and abroad, combined the advantages and disadvantages of the body, and according to the characteristics of coal mine roadway, concluded that: it is urgent to develop a more advanced technology. , The operation and convenient operation of the bolt drilling equipment, the bolt support technology and methods continue to improve. Through the study of the drilling equipment, it is hoped that it will provide a meager force for the coal mine industry.
Keywords deformation of roadway surrounding rock floor anchor cable rig the structure design
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1背景和意義 1
1.1.1背景 1
1.1.2 課題研究的意義 1
2 底板錨索鉆機整體結構方案設計 2
2.1設計參數(shù) 2
2.2底板錨索鉆機總體結構設計 2
2
3履帶式行走機構設計 3
3.1結構組成 3
3.1.1車架 3
3.1.2三輪一帶 3
3.1.3張緊裝置 4
3.2 履帶行走部的傳動方式 4
3.3 行走裝置的設計與計算 4
3.4 計算行走裝置牽引力 7
3.4.1計算爬坡能力 7
3.4.2計算附著力 7
3.5計算單邊履帶行走機構輸入功率 7
4 鉆進系統(tǒng)設計 7
4.1鉆進系統(tǒng)的結構 8
9
4.2鉆進系統(tǒng)相關計算 9
4.2.1鏈傳動設計計算 9
4.2.2銷軸的與校核 11
4.2.3螺栓的校核 11
5 液壓系統(tǒng)設計 15
5.1 底板錨索鉆機對液壓系統(tǒng)的要求 15
5.2液壓系統(tǒng)方案設計 15
（1）馬達切換回路 16
5.4初選工作壓力 16
5.5推進液壓缸的結構設計 17
5.5.1液壓缸參數(shù)的計算 17
（1）缸筒內徑 17
5.5.2缸筒壁厚的確定 19
5.5.3液壓缸缸底厚度的計算 20
5.5.4液壓缸的左右腔面積的確定 20
5.5.5活塞桿的穩(wěn)定性驗算 21
5.5.6液壓缸的性能參數(shù) 22
5.5.7液壓缸的零部件 23
5.6液壓執(zhí)行元件的計算與選擇 26
5.6.1鉆進馬達的選取 26
5.6.2行走馬達的選取 27
5.6.3 液壓缸主參數(shù)計算與選型 30
5.7液壓泵的選型 30
5.8泵站電動機的選型 31
6 液壓泵站的設計 32
6.1泵站的類別 32
6.2液壓元件的選型 33
6.3油箱的設計 34
6.4液壓泵站的使用與檢查 38
結論 39
致 謝 40
參考文獻 41
V
1 緒論
1.1背景和意義
1.1.1背景
在中國，煤炭的產(chǎn)量占世界第一。據(jù)了解，隨著淺部資源的不斷開采，煤礦的巷道的深度在不斷的向地下延伸，深部巷道出現(xiàn)了嚴重的高壓和高滲透壓力等問題。隨著高應力巷道越來越大的變形和不穩(wěn)定，大量的開挖和維修費用增加了一倍，不僅給工人的工作環(huán)境帶來了安全隱患，而且極大地阻礙了礦井的正常生產(chǎn)。一般來說，高應力巷道和弱圍巖巷道的變形是完全橫斷面的，不僅在巷道的兩側和拱頂，而且在底部。地面變形對巷道的影響很大，不僅降低了巷道斷面，而且破壞了設備的底板和軌道，極大地影響了巷道的運輸、通風和行人要求。為了處理底板變形，一般可以將螺栓、錨索和灌漿應用于底板。然而，這些措施的實施需要鉆探底板巖體，鉆孔施工質量直接影響錨索錨索的安裝效果。過去，在礦山巷道中使用的地面鉆機大多是旋轉麻花鉆。這種鉆具被廣泛應用，特別是在頂板鉆進中，實際上可以收到一定的效果。但是當遇到底部時，深部的碎石不能排除和卡住。這種現(xiàn)象，特別是當它遇到非常松散的巖石，當它鉆打好了就好馬上出現(xiàn)塌陷，卡鉆，和斷棒等。鉆進深度不能太深，不能安裝長錨索。高應力松軟圍巖巷道底板變形的控制，長期不能完全解決。關鍵在于地面鉆機和錨索。施工問題尚未徹底解決。
1.1.2 課題研究的意義
通過上述的詳細分析，我們可以深刻的認識到對錨桿支護和方法完善的必要性。錨桿鉆機的作用對錨桿打孔的影響極大，是錨桿支護非常重要的設施。通過對該設備的研究，我們希望能夠在加速巷道成形、減少一些不必要的支護成本，提高器械以及工人的工作效率等等各個方面都有顯著變好的趨勢，為煤礦挖掘事業(yè)提供技術支撐。
2 底板錨索鉆機整體結構方案設計
2.1設計參數(shù)
（1） 鉆機鉆孔深：=5m
（2）鉆孔孔徑：
2.2底板錨索鉆機總體結構設計
鉆機是由起升系統(tǒng)，旋轉系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，底座還有輔助設備等等系統(tǒng)組成。該鉆機體積不大，占空間小，有利于鉆機工作的進行。見圖2-1：
3履帶式行走機構設計
3.1結構組成
眾所周知，履帶式的行走機構主要用在井下作業(yè)的設備上，比如煤礦用掘進機和裝煤機等等，因為其主要組成結構是履帶鏈，驅動裝置，支重輪，引導輪，底板架子還有張緊裝置。見圖3-1：
3.1.1車架
它的組成結構是橫梁，履帶安裝板架，底板，并且它的焊接一般是用16錳鋼板。
3.1.2三輪一帶
1.履帶
履帶分為組合式履帶和整體式履帶。
在國內的煤礦機械行走機構基本上用的是整體式履帶。整體式履帶是履帶板上帶嚙合齒，和驅動輪嚙合，并且嚙合方式是屬于非共軛嚙合傳動。這種履帶相對于組合式履帶來說，制造相對簡單，制造拆裝相對容易，成本較低。但是，缺點也較為顯著，那就是損耗快。
組合式履帶行走式到現(xiàn)在為止主要是應用在液壓挖掘機、裝載機中，它的組成結構由履帶板，履帶螺栓，銷套等等。它的優(yōu)點是耐磨，有比較快的行走速度，繞轉性能也比較好，缺點就是拆裝相對麻煩。
本機采用密封式組合履帶。
2.驅動輪
驅動輪是一種提供動力的部件，主要是用于驅動裝載機的行走，并且承載著較大的重量以及磨粒的損耗。為了延長履帶的使用時間和提高功率以及減少履帶驅動的長度，一般情況下，會將其放在后面。驅動輪的形狀是由與履帶的嚙合情況來決定的。
3.支重輪
支重輪輪體材料通常是等材料，它的主要結構是由輪體,支重輪軸,密封圈以及端蓋等等有關部件組成。其主要作用是支撐著整個鉆機的重量，讓履帶沿著輪子前進。并夾著履帶，使其縱向運動，避免橫向脫落，在改變方向時，讓履帶沿著地上滑移。對支重輪的要求是其輪子邊緣要有足夠的強度和硬度，并且耐磨性要高，另外，其密封性也要高，避免出現(xiàn)漏油的情況。
3.1.3張緊裝置
我們都知道，履帶式行走裝置用了不久過后，會導致履帶脫落，無法繼續(xù)行走，那是因為磨損導致節(jié)距變大，履帶長度變長。所以，這時候張緊裝置就體現(xiàn)了作用，它能是每條履帶擁有適當?shù)膹埦o力，這樣做的目的是為了不讓履帶脫出。我們在對行走裝置研究時，其重點就是要計算張緊裝置的參數(shù)。
3.2 履帶行走部的傳動方式
該裝置主要采用的傳動方式是液壓傳動，采用這種傳動方式是為了能夠去掉傳動中一些復雜的部件。液壓傳動上的履帶自帶液壓馬達還有減速系統(tǒng)，并且可以獨自運行，因此裝載機既可以換后移動還可以原地打轉，提高作業(yè)效率。
減速器可以安裝在驅動輪和行走馬達之間，液壓馬達轉速和驅動輪所需轉速來規(guī)定減速器的減速比。
該鉆機應用的是低速大扭矩液壓馬達，減速器與馬達結合一體。
3.3 行走裝置的設計與計算
（1）輪距、軌距和履帶板寬的計算
履帶接地長度，履帶間中心距和履帶板寬度,他們之間的關系要滿足以下這些要求：
（3-1）
取質量，代入得：
取
（2）履帶中心距的計算
采用寬為的履帶板，履帶中心距與履帶板的寬度之間的關系：
（3-2）
履帶中心距為
所以
（3）履帶板長度的計算
履帶板長度與履帶中心距的關系：
（3-3）
所以
所以
（4） 平均接地比壓
（3-4）
公式
（5）履帶節(jié)距和齒數(shù)的計算
履帶節(jié)距，應該盡量取較小的值。
與G的經(jīng)驗公式為：
（3-5）
上式 []為；[G]為
驅動輪齒數(shù)為奇數(shù)，。當較小值時，那么為較大值；同理，當較大值時，則為較小值。
代入（3-5），
查表，取
（6）“三輪”直徑的計算
由確定后的和Z，可以計算“四輪”直徑。
驅動輪直徑
（3-6）
引導輪直徑比略小
（3-7）
支重輪直徑
（3-8）
將，代入上式，得
（7）履帶板總數(shù)的計算
由公式得：
（3-9）
式中 --。
（3-10）
代入數(shù)據(jù)，得
圓整后，
3.4 計算行走裝置牽引力
3.4.1計算爬坡能力
通常情況下，鉆機行走裝置的爬坡要求，
那么鉆機爬坡時一般要克服如下阻力：
（1）坡阻力
（2）運行阻力
則 總阻力
3.4.2計算附著力
附著力
式中 數(shù)，通常情況下可以
為了使得牽引力上坡有足夠的力度，牽引力取值范圍：
取
則單邊履帶的牽引力 F’
3.5計算單邊履帶行走機構輸入功率
（3-11）
，有支重輪時
本機構履帶鏈有支重輪，??；
則單邊履帶行走機構輸入功率為：
則履帶行走機構輸入功率為：6.6KW
4 鉆進系統(tǒng)設計
4.1鉆進系統(tǒng)的結構
鉆機的整體結構設計決定了其鉆進速度。所以這個鉆機的結構設計如下：
；；；；；
在設計該錨索鉆機的推進系統(tǒng)，我們采取應用的是鏈條-油缸倍增推進機構，其目的是可以便于對邊孔的施工，確保鉆進的安全性和有效性。
在鉆機打孔時，撐頂油缸和滑道組件都受到巷道頂板與底板的反作用力。
擺角油缸的作用是調節(jié)鉆機的水平面的傾斜角度。
支撐油缸的作用是支撐鉆架的作用。
翻轉油缸是位于連接架子上，它的作用是調整鉆架與水平面角度。
鏈條-油缸倍增推進機構也叫做倍速機構，因為在油缸的推動行程是動力頭行程的二分之一。又因為油缸兩腔的截面積不同，所以其回拖力與頂進力大小也
鏈條-油缸倍增推進機構的傳動效果圖，見圖4-2：
圖4-2 鏈條-油缸倍增推進機構傳動示意圖
1-前鏈輪；2-前鏈條；3-動力頭；4-后鏈條；
5-后鏈輪；6-油缸；7-鏈輪組
4.2鉆進系統(tǒng)相關計算
4.2.1鏈傳動設計計算
設鉆進速度為。
（1）平均傳動比
有上述可知，該設計是采取的是鏈條-油缸倍增推進機構，因此平均傳動比。
（2）大小鏈輪齒數(shù)
小鏈輪大，鏈條總拉力下降，結構重量變大，切取奇數(shù)合適一點，。
（3）鏈條的選用
對于鏈速的低速鏈傳動，鏈條會出現(xiàn)斷開的情況，所以有必要對其靜強度校核。
靜強度安全系數(shù)滿足：
（4-1）
式中，——
已知，， ，則
根據(jù)《機械設計手冊》，選用
鏈條節(jié)距，用雙排鏈,極限拉伸載荷為，符合要求。
（4）滾子鏈鏈輪參數(shù)計算
齒數(shù)取
分度圓直徑
（4-2）
查機械設計手冊可知
則
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
尺側凸緣直徑
（4-3）
可由機械設計手冊查取，為
帶入得
齒寬為，鏈輪寬度。
4.2.2銷軸的與校核
（1）鏈輪在軸上的壓軸力
（4-4）
式中 ——壓軸力系數(shù)，取=1.3
銷軸選取鋼，。
銷軸直徑
取
4.2.3螺栓的校核
滑塊見圖4-3
圖4-3 滑塊
滑塊所選螺栓為
（1）剪應力校核
橫向載荷
螺栓機械性能等級
螺栓屈服強度
： σ≤[σ] 滿足。
（2）疲勞強度校核
[σa]
σa
： σa≤[σa] 見圖4-4。
圖4-4 動力頭
連接套所選螺栓為
（1）剪應力校核
： σ≤[σ]
（2）疲勞強度校核
[σa]
： σa≤[σa] 。
5 液壓系統(tǒng)設計
5.1 底板錨索鉆機對液壓系統(tǒng)的要求
為了使底板錨索鉆機能夠正常運行，我們對液壓系統(tǒng)做出以下幾個要求：
（1）為避免液壓油參雜空氣中的灰塵小顆粒等雜質，最好在系統(tǒng)中設置過濾器和防塵設備，盡量保持液壓油干凈。
（2）我們要讓每個油缸都能保持獨立工作，也能可以相互合作配合。
（3）要保證液壓系統(tǒng)和原件的強度和硬度，避免在劇烈的工作強度之下而輕易損壞。
（4）為保持系統(tǒng)的工作溫度能夠在適合的范圍內波動，我們將選擇合適的冷卻散熱器。
（5）盡量不要讓運輸馬達一直制動和啟動不停地轉換，這樣會降低馬達的使用壽命。
（6）為使鉆機能夠更加靈活，既可以左右前后行走，又可以原地旋轉，我們將鉆機的左右兩條履帶設置可以自主運動。
5.2液壓系統(tǒng)方案設計
該系統(tǒng)采用雙聯(lián)齒輪泵，系統(tǒng)原理圖如下，見圖5-1。
；2；；；；；；；；；；
；；；；；；；；；；；
5.3液壓系統(tǒng)工作原理
（1）馬達切換回路
我們選擇的換向閥是三位六通手動換向閥，來自液壓泵的壓力油可以在行走機構和鉆進馬達之間相互流動提供壓力。為使雙邊行走馬燈可以進行完成行走動作，我們可以將三位六通閥處于中位狀態(tài)，將壓力油切換到行走機構的分流閥。如果該閥不出于中位時，壓力油將流向鉆進馬達，這樣馬達就可以正反轉。當鉆機鉆進時，就沒有壓力油進入行走裝置，行走馬達就停止運行，避免對工作人員和器械造成損失。
（2）油缸回路
油缸回路的動力源來自于泵供應的壓力油。其油缸的伸縮運動是通過三位六通手動換向閥來控制的。
（3）馬達調速回路
我們通過調節(jié)旁路節(jié)流閥的開口來控制馬達的速度。當旁路節(jié)流閥的開口調大時，馬達速度變慢，當旁路節(jié)流閥的開口調小時，馬達速度變快。這種調速的好處就是消耗的能量可以盡可能地降低。
（4）冷卻系統(tǒng)
在井下工作時，其液壓冷卻方式一般可以油兩種形式，一水冷，二風冷。我們通常對液壓油的冷卻方式是風冷，防止對底板造成損壞。
5.4初選工作壓力
工作壓力的選擇，不僅僅要考慮載荷和工作壓力的大小，還要根據(jù)執(zhí)行元件的結構尺寸以及性價比來決定。對于液壓系統(tǒng)來說，對缸，閥，泵以及其他元件的材料質量，密封性以及其制造精度都有極高的要求。這對于在礦山機械中，要做到性價比高，穩(wěn)定性高，且安全性高，拆裝簡便的液壓系統(tǒng)是極其困難的。以下是同類鉆機的調查了解，見表5-1。
表5-1不同類別機械的系統(tǒng)工作壓力
選取錨索鉆機的液壓系統(tǒng)的工作壓力為。
5.5推進液壓缸的結構設計
缸筒的要求：
（1） 要有一定的強度和硬度，因為液壓缸是一直承受高強度的工作壓力以及瞬時試驗壓力，而且缸筒還承受活塞的側向力，如果沒有足夠的強度和硬度，缸筒極易容易導致變形和報銷。
（2）安裝缸筒的緩沖裝置，避免因部件運動速度過快，在行程終點產(chǎn)生活塞跟端蓋的撞擊，破壞液壓缸。
（3）應在缸筒內安裝排氣裝置，因為液壓油中可能會混入空氣，在運行過程中因氣體的壓縮會導致部件運行緩慢等不良現(xiàn)象。所以缸筒應有排氣裝置。
綜上所述，在設計缸筒時，一定要保證缸筒的密封性，耐用性。
5.5.1液壓缸參數(shù)的計算
（1）缸筒內徑
當鉆機開始運行時，鉆桿受到的壓力為,根據(jù)前面提到的鏈條-油缸倍增推進機構，所以推進液壓缸活塞桿受力為F’。
（）
通過查表可以得出以下與工作壓力 的關系，見表5-2。
表5-2速度比與工作壓力的關系
，；
，；
根據(jù)尺寸系列，圓整,取。
（2） 計算活塞桿的直徑
由速度比可以確定
（5-2）
式中
代入數(shù)據(jù)，得
根據(jù)標準圓整
（3）計算液壓缸行程s
液壓缸行程，為了使成本低一點，所以選取。
5.5.2缸筒壁厚的確定
（5-3）
式中 （）；
——（）；
（）；
（）；
，取
缸筒材料屈服強度為610；
當，可以通過借鑒各種液壓缸的參數(shù)可以確定的取值，=11。因此缸外徑
一般情況下
當額定壓力時
。
當額定壓力時
。
本文剛開始確定的額定壓力，因此，其耐壓試驗壓力
（5-4）
由此>>
所以 液壓缸安全使用
式中 ——缸筒內徑（）；
——缸筒外徑（）；
——液壓缸的額定壓力（）；
——缸筒耐壓試驗壓力（）；
——缸筒材料的屈服強度（）；
缸筒材料為45鋼，其屈服強度為610；
5.5.3液壓缸缸底厚度的計算
因為液壓缸底面是平的，所以可以依據(jù)圓盤強度公式來確定缸底上底面與下底面的寬度。
（5-5）
式中 ——（）；
?。ǎ?；
（）；
（MPa）
因此，缸底厚度不能小于才符合要求。
5.5.4液壓缸的左右腔面積的確定
（1）液壓缸無桿腔面積
（2）液壓缸有桿腔面積
5.5.5活塞桿的穩(wěn)定性驗算
液壓缸工作時受到軸向的壓力，活塞桿直徑遠遠大于長度時，我們就要校核其穩(wěn)定性。
1、 無偏心載荷
沒有偏心載荷的細長桿，按等截面法和非等截面法計算。
等截面計算法：
當細長比時，可按歐拉公式計算臨界載荷。
式中 ——
n
——，對于鋼，取
——（）
實心活塞桿
式中
——
——
實心活塞桿
A——活塞桿截面積（）
實心活塞桿
如果活塞桿是實心的話，那么將上面公式變?yōu)?
已知：
代入數(shù)據(jù)，得
通過上述可得，其強度完全符合要求。
5.5.6液壓缸的性能參數(shù)
1、效率
(1) 機械效率
有摩擦力的存在，所以其效率不可能完全都發(fā)揮到極致，必然有機械能受到損耗，
一般情況下。
(2)容積效率
因為液壓缸并不是完全是密不透風的，多少會出現(xiàn)泄漏，當出現(xiàn)這種情況是，我們可以采用彈性封閉也可以采用活塞環(huán)密封。本系統(tǒng)采用彈性密封，所以。
(3)作用力效率
由回油背壓的原因，當回油口接油箱時，。
(4)總效率
2、實際工作壓力
式中 ——；
——。
本系統(tǒng)最先的壓力為，,因此結果符合條件。
3、計算推進液壓缸最大流量
活塞桿伸出時主進液壓缸的流量為：
活塞桿縮回時主退液壓缸的最大流量:
由上可得主推進液壓缸的最大流量為
5.5.7液壓缸的零部件
1、 缸筒與端蓋
缸筒是液壓缸的主要部件，所以它要有一定的剛度和強度。而且在工藝制造缸筒時，必須要精密加工，使其與活塞和其密封件和支承件保證密封效果。
端蓋的結構有前端蓋和后端蓋。前端蓋在液壓缸的作用是對活塞桿的導向和密封。后端蓋是起到了密封的效果，并且是連接液壓缸其他元件。
（1）材料
缸筒要有足夠的強度，因為缸筒要長期受到強度較大的工作壓力和瞬時試驗壓力，如果強度不夠的話很容易發(fā)生形變或者損壞。
缸筒的材料要還有一定的剛度，不會因為活塞的側向力而發(fā)生形變。
缸筒要焊接，所以要有好的焊接性能。
到現(xiàn)在為止，我們一般用的缸筒材料都是熱軋或是冷軋無縫鋼管。通過計算了解，可選如下材料：
1. 鋁合金等；
2. 碳素鋼號等；
3. 鑄鋼。
在本文中，缸筒材料是鋼。
（2） 結構
通常情況下，缸筒與端蓋的連接方式有很多種，比如有焊接，內外螺紋，法蘭等等。在本文中，前端蓋采用法蘭連接，后端蓋采用焊接連接。
2、活塞
（1）結構
活塞的結構形式由密封件的的工作條件決定的，比如說速度，溫度等等。
活塞的寬度的由密封件和導向環(huán)的大小決定的。
（2）密封
缸筒與活塞的密封方式一般有活塞環(huán)，間隙密封，形密封等。就現(xiàn)在來說，市面上用的比較多的就是組合密封設備。這樣做的好處有很多，比如說能是它的密封性更好，減少摩檫力等等。
但是在本系統(tǒng)中兩者之間的的密封方式是間隙密封，這樣可以減少之間的摩擦，延長使用壽命。
（3）導向環(huán)
導向環(huán)支撐活塞與活塞桿運動的零件，預防活塞或活塞桿在運動中與缸體發(fā)生摩擦，起到保護缸體或活塞或活塞缸的作用。導向環(huán)還可以起到導向的作用。導向環(huán)制作材料是采用的是耐磨的材料，具有很好的耐磨性。同時，導向環(huán)還可以是活塞與缸筒之間的間隙更加均勻，封閉效果更佳。
（4）活塞的材料
本文中，活塞的材料選用鋼。
3、活塞桿
（1）結構
活塞桿有分為實心桿和空心桿。
活塞桿的外端是與外界負載接觸?；钊麠U內端是用來與活塞接觸。
本文選用的是實心活塞桿結構。
（3） 活塞桿的導向、密封和防塵
（4）
1 導向
活塞桿的導向，一是有無導向，二是金屬導向，三是非金屬導向。
最小導向長度
當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度。對于普通液壓缸，最小導向長度必須符合下列要求：
（5-6）
2 密封
Ｏ型密封加擋圈有加普通擋圈和加弧形擋圈。
型密封圈有兩種截面形狀，一種是單唇，另一種是雙唇。
本文采用的是型密封。
3 防塵
雙唇形防塵圈是較為常用的防塵設施，同時還可以起到密封的作用。
本文用的是型防塵圈。
4、排氣閥
液壓缸上面必須安裝排氣閥，這是為了防止空氣進入液壓缸里面，如果有過多的空氣跑進液壓系統(tǒng)，那么會造成整個機器的震動，很大影響液壓的工作效率。不僅要裝排氣閥，且安裝的位置也及其關鍵，最好是要裝在端蓋的上方，因為空氣的的密度比油小，會漂浮在油的上端。安裝完畢后，在運行之前，還得將缸的空氣及時排出去，避免在缸內出現(xiàn)多余的空氣。
我們將采用整體排氣閥結構形式。這種結構的閥體和閥針是連在一起的，構成一個整體。用螺紋與缸筒或者端蓋連在一起。當需要排氣時。將螺母擰松，缸內空氣就通過出空排出去。
我們采用閥的材料是號碳素鋼。
5、液壓缸進油口尺寸和出油口尺寸見圖5-3。
本系統(tǒng)的進、出油口采取的是螺紋連接的方式?？蓞⒖紘覙藴蔊B/T2878-1993規(guī)定了液壓缸進、出油口螺紋連接尺寸系列。如表。
（）
(6)液壓缸緩沖裝置
活塞桿在行進過程中，會與液壓缸的端蓋和缸底發(fā)生接觸抨擊，那么這時候為了減少這種碰撞的沖擊力，我們就很有必要給液壓缸安裝緩沖裝置，雖然安裝了這種裝置也無法避免機械碰撞，但可以大大減少這個沖擊力。
本文中是用減少缸底進油口和出油口的橫截面積去減少沖擊力。
5.6液壓執(zhí)行元件的計算與選擇
5.6.1鉆進馬達的選取
已知見表。
表5-4馬達額定轉速與額定扭矩
因為動力頭不減速，因此鉆進馬達力矩：
鉆進馬達所需轉速為
。
馬達理論排量
（5-7）
式中 ——，m3/r
——，
—— ，單位為。取
——，取
代入得：
馬達所需流量
（5-8）
式中 ——，m3/r
n——，m3/r
——，取
鉆進馬達功率
（5-9）
式中
，單位為Pa。取
代入得
根據(jù)轉速、排量、壓力、力矩選取馬達型號，見表。
5-5馬達技術參數(shù)表
5.6.2行走馬達的選取
已知：見表5-6。
表5-6 每條履帶所需牽引力、行走速度與驅動輪分度圓直徑
則：每條履帶所需牽引力矩，為
（5-10）
式中 ——,
——,
代入得
驅動輪轉速
（5-11）
式中 ——
——
代入得
（5-11） （5-11）
驅動輪轉速低，扭矩大，應選用低速大扭矩馬達。選用系列柱塞馬達。其傳動比。
則：馬達所需力矩
（5-12）
式中
M——，
——，取
馬達轉速
（5-13）
代入公式
驅動馬達排量
（5-14）
式中 ——，m3/r
——，
—— ，單位為。取
——，取=
代入公式：
馬達所需流量
（5-15）
式中 ——，m3/r
n——，m3/r
——，取=
單邊履帶行走機構輸入功率
（5-16）
式中 P1——，
—— ，單位為。取=
q2——
代入得
雙邊履帶行走機構輸入功率
根據(jù)轉速、排量、壓力、力矩選取IKY2.5B系列集成馬達，其型號和參數(shù)見表5-7。
表5-7 選取型號和主要參數(shù)
5.6.3 液壓缸主參數(shù)計算與選型
推進油缸在5.5中已經(jīng)講述。
本機液壓缸選用工程液壓缸，根據(jù)國標規(guī)定的相關尺寸系列，選取本機液壓缸的尺寸參數(shù)，見表5-8。
表5-8 液壓缸的尺寸參數(shù)
油缸名稱
伸出速度(v1m/s)
速度比φ
行程S（mm）
支撐油缸
撐頂油缸
擺角油缸
補償油缸
翻轉油缸
推進油缸
我們通常是由系統(tǒng)的工況來選擇液壓泵的類型
泵的主要參數(shù)有壓力、流量、轉速、效率。
5.7液壓泵的選型
1. 液壓泵的參數(shù)計算
(1) 泵的最大工作壓力
通常情況下，泵的最大工作壓力等于工作時液壓缸需要的最大壓力加上油路壓力損失的總和。也就是：
（5-17）
式中??；
——，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：管路簡單、流速不大的，??；管路復雜，進口有調閥的，取。本系統(tǒng)取。
2.泵的流量
液壓系統(tǒng)總流量
（5-18）
式中 q1
代入得
液壓泵的輸出流量應為
?? （5-19）
式中 K，一般取，
，。
代入得
3.主泵排量：
選取型號為雙聯(lián)齒輪泵。見表5-9。
表5-9 選用型號和主要參數(shù)
5.8泵站電動機的選型
1．傳動裝置效率
本系統(tǒng)中，效率有
液壓缸的傳動效率：；
液壓泵的效率：；
馬達的傳動效率：
則總效率為
2．電動功率的確定
由可得出，泵的驅動功率為，因此，電動機的輸出功率為：
式中 ——；
6 液壓泵站的設計
液壓泵屬于的動力元件，主要是提供壓力油給執(zhí)行元件，能夠讓執(zhí)行元件有足夠的動力運行。液壓運行的可靠性和有效性完全取決于液壓泵質量的好壞。我們在進行液壓泵站的設計時，應盡量根據(jù)需求和能發(fā)揮出其優(yōu)點的液壓泵，爭取設計出一款能夠提高工作效率并且能夠將成本降到最低并且操控起來較為便捷但是又能保證質量的傳動系統(tǒng)。
6.1泵站的類別
液壓泵按布置形式可分為整體式和分離式。
(1) 整體式
可制造成定量型或變量型。
整體式可分為
（1） 上置式
主要是應用在中功率和小功率液壓泵站，油箱容量可以達到。
（2）非上置式
通常情況下，在傳動功率大的地方用到這種非上置式的會比較多。
2．分離型
可分為非上置式和旁置式．
分離型顧名思義泵站是油箱不連在一起，獨立分開安裝在地面上，這種類型的泵站維修起來比較方便，但是占地面積很大。
分離型的泵站一般主要是運用在那些傳動功率較大的地方。
可制造成定量型或變量型
在這里我們運行的液壓泵站是分離型的泵站。
液壓泵是屬于動力元件，將油箱里的壓力油通過管道提供給鉆機，給鉆機的運行提供帶來動力。見圖。
6.2液壓元件的選型
本設計系統(tǒng)所有液壓閥的額定壓力為，系統(tǒng)總額定流量定為，。查手冊，選取各閥的型號如下：
1． 溢流閥選型
溢流閥主要是安置在泵站的出口處附近，也可以安置在執(zhí)行元件的進口處附近。它的主要功能是保證整個液壓系統(tǒng)的壓力的穩(wěn)定或者是對執(zhí)行元件進行保護，保證整個系統(tǒng)能夠正常運行。根據(jù)結構它可以分為直動型和先導型兩種形式。在這里我們選取的是：
名稱：直動型溢流閥
公稱直徑：
型號：
調壓范圍/：
調定壓力為。
重量/：
生產(chǎn)廠家：北京華德液壓閥分公司；上海立新液壓件廠。
2．三位四通手動換向閥選型
名稱：型手動換向閥
型號：
通徑/：
工作壓力/：
額定流量：
重量/：
生產(chǎn)廠家：沈陽液壓件制造有限公司；北京華德液壓閥分公司；上海立新液壓件廠。
3.單向調速閥選型
名稱：
型號：
通徑/：
最大流量：
工作壓力/：
過濾精度/ ：
重量/：
4.壓力表
我們知道，壓力表會因為裝備的劇烈震蕩導致壓力表的精度大大降低，縮短其使用壽命。所以，在這里，我們將采用耐震壓力表。
選取型耐震壓力表。
5.過濾器
我們都知道，為了避免液壓油受污染，我就需要安裝過濾器來給系統(tǒng)過濾油液中的雜質。所以，過濾器是很有必要裝置的。
(1)選擇過濾器的基本要求
1.過濾精度應滿足液壓系統(tǒng)的要求，見表6-1。
表6-1
1.過濾器要有優(yōu)良的耐腐蝕性；
2.在規(guī)定的溫度保持穩(wěn)定，要有足夠大的過濾能力；
3.清潔和簡單的維修，更換過濾器；
4.盡可能的簡單，結構緊湊。
(2)選型
在本文中，為了降低油液污染對泵體的損害，我們將在泵吸油管路上安裝一個過濾器，這里我們選用的是網(wǎng)式過濾器。型號為。
為了降低油箱的油液受污染程度，我們需要在系統(tǒng)的回油管路中裝置一個過濾器，其型號為。
6.3油箱的設計
1.油箱的設計要點
1) 油箱要有足夠大的容量。因為其一，不管液壓系統(tǒng)是否處于工作狀態(tài)，系統(tǒng)內都應要有足夠的工作液。其二，只有當油箱容積足夠大時，才能夠散熱充足，如果不滿足散熱時，就有必要安裝冷卻裝置。
2) 油箱最好跟地面保持一定的距離，可以控制在以上，這樣做的主要原因是為了方便油箱的散熱以及搬運等等。
3) 吸油管和回油管最好隔離遠一點好些，如果可以的話，有隔離板是最好的，這樣既可以促進液體之間的流動循環(huán)，還可以提高散熱效果，順便可以把一些雜質或沉淀物沉淀下來便于過濾。
4) 油箱底面可以做成一定的傾斜度，并設置清洗空和放油塞，箱底要朝放油塞和清洗空傾斜，這樣做可以加速油箱的清洗效率。
2.油箱的功用
油箱在液壓系統(tǒng)的主要作用是為液壓系統(tǒng)儲備充足的油量，和散發(fā)熱量等等。油箱在整個液壓系統(tǒng)起到非常關鍵的作用，其質量好壞直接影響這個液壓系統(tǒng)工作的效率，所以，對于油箱的設計，我們應該注意以下幾點：
（1）可以儲存足夠的油量，使液壓系統(tǒng)正常工作。
（2）液位指示器和其他設備提供的位置應便于觀測顯示的水平的變化。
（3）體積要夠大，便于系統(tǒng)熱量的揮發(fā)。
（4）要設有隔板，能夠阻止外物污染油液。
（5）油箱中的油管應盡量延長，這樣油液在流動的過程中就可以對雜質進行沉淀和分離。
（6）強度和硬度是油箱質量的保證。
3.油箱的類型
油箱的構造，分為整體式油箱和分離式油箱兩種結構。
整體式油箱和主機一起澆鑄或焊接大型儲油庫。這種油箱形式結構較為緊湊，便于回收漏油。但是，缺點也比較顯著，那就是散熱性差，會影響周圍機械設備的精度，再者其機械設備復雜，不方便維修。因此，到目前為止，大多數(shù)的還是才用的是分離式油箱結構居多。
分離式油箱是一個單獨與主機分開的裝置。這種裝置的長處很明顯，其維修和保養(yǎng)起來相對來說較為簡單，能夠減少油箱熱量的散和對周圍設備精密度的干擾。對于一些小型的液壓設備，我們?yōu)榱斯?jié)省占地面積和加快生產(chǎn)效率，我們采用的是整體式油箱。
4.油箱容量的確定
油箱容量的計算對于油箱的設計是至關重要的，當油箱只供油而沒有回油的時候，為了避免氣體的進入，必須保證最低液面在過濾器之上。當油箱只回油而沒有供油時，要保證油液不會漫出來。
參照經(jīng)驗公式，綜合考慮本機是閉式回路，
油箱容量取最大流量的倍，
=
：
：
⑴鉆進時最大
取
查手冊取油箱公稱容量系列取:
取油箱的長寬高分別為：
;;
根據(jù)手冊，油箱的散熱面積為:
見圖6-1
液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升計算
在整個工作循環(huán)中，行走并卷纜產(chǎn)生的溫升最大，故按行走并卷纜工況驗算液壓系統(tǒng)溫升。
液壓泵的輸入功率為：
，
液壓泵輸出功率為：
油箱的散熱功率為
——，查手冊取
——，取
油箱必須再安裝冷卻器。因為油箱管路散熱的功效的微乎其微的。
冷卻器所需冷卻面積的計算
冷卻面積為：
式中——，
取油進冷卻器的熱度為,出冷卻器的熱度為，冷卻水入口溫度，冷卻水出口溫度為
則
求得所需冷卻器散熱面積為：
考慮到設備侵蝕和油垢，水垢對傳導熱量油有比較嚴重的干擾。所以：
冷卻實際散熱面積：
選擇型號冷卻器，散熱面積取㎡
6.4液壓泵站的使用與檢查
高質量的液壓系統(tǒng)是專為長期無故障使用壽命。它只需要很小的維修。但是，就是這些少量的維修才是使液壓泵站正常工作的必要保證。同時，為了避免液壓系統(tǒng)受到污染或者維護不足，我們還應對這個液壓系統(tǒng)進行定期的檢測和維護，使其提高工作效率和延長使用壽命。
液壓泵站使用中的注意事項如下：
在低的溫度下，油應攝氏度以上的連續(xù)操作；油溫度以上應注意工作的系統(tǒng)的工作狀況。
該設備運行小時以上時，應將液壓泵工作在分鐘內開孔。
檢查
各種類型的液壓系統(tǒng)有其特性和使用要求。為了了解和控制液壓站，以及整個系統(tǒng)狀態(tài)，消除故障、維修時間，減少了現(xiàn)場檢查的規(guī)則和程序，用系統(tǒng)的查證進行驗證。
55
結論
1、 這篇論文是對履帶式液壓底板錨索鉆機的設計，其內容是設計了錨索鉆機鉆進系統(tǒng)的結構和鉆機的液壓系統(tǒng)。
2、 本文設計的錨索鉆機采用的是履帶式行走機構與鉆進機構設計于一體的設計，這種機構功能齊全，安全性好，可靠性高，且接地面大，轉彎半斤小，移動方便，鉆孔可準確定位，轉速穩(wěn)定。
3、 該設計主要是可用于礦山深部破碎圍巖，為煤礦高應力軟巖巷道底板快速錨桿支護提供有力的技術支持，實現(xiàn)一定的社會效益和經(jīng)濟效益。
4、液壓泵在較低的溫度下，油應20攝氏度以上的連續(xù)操作；油溫度60℃以上應注意工作的系統(tǒng)的工作狀況。
5、為了避免液壓系統(tǒng)受到污染或者維護不足，我們應對這個液壓系統(tǒng)進行定期的檢測和維護，使其提高工作效率和延長使用壽命。
致 謝
不得不感嘆時間過得真的快，大學馬上就面臨畢業(yè)。在徐州工程學院機電工程學院的四年學習生涯里，我為全面地學習了機械相關方面的知識，感覺受益匪淺。當然除了學到了書本上的知識，我感受最深的還是跟老師還有同學為人處世的道理，并深深的感受到了師生之間和同學之間的情誼。
在這里我尤其要謝謝我的畢業(yè)設計指導老師劉磊老師。在論文撰寫的整個過程當中，從論文的選題到撰寫，劉老師都為我做出了許多指導性的建議和意見。劉老師是一個為人極為謙遜的老師，在我遇到瓶頸的時候，老師總是毫無保留的幫我提供思路，在我放一些錯誤的時候，老師也是孜孜不倦的教導我，我真的非常感動，感激劉老師。
我的論文還有諸多不足之處，但這次撰寫論文的經(jīng)歷的的確確讓我受益匪淺。它讓我明白了要想成功,就得真真正正用心去做，耐下心來，沉住氣，功夫不負有心人的。
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附錄：中英文文獻翻譯名稱——基于模糊可靠性理論的液壓錨桿鉆機的電液進料系統(tǒng)的研究