液压土锚钻机液压系统设计计算【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 摘要 液压土锚钻机是进行土层锚固的关键设备，被广泛应用于建筑施工、路桥构筑和坝基稳固等工程中。研究与开发液压土锚钻机，对于促进土层锚固技术的快速发展，实现高性能液压土锚钻机的国产化，具有重要意义。 本设计对液压土锚钻机工作原理分析的基础上，主要对其液压系统进行详细的分析与设计。在设计过程中，针对原有的 液压步履土锚钻机的基础上，采用单斗液压挖掘机的部分设计思想。重点对液压缸与油箱的结构参数进行设计计算，以及液压泵、液压马达和控制阀等元件的选用。 最后，还应该对液压系统的安装，使用和维护进 行分析。 经过对以上部件的计算和选型，锚杆钻机的液压系统已经初步完成。此次设计说明锚杆钻机液压系统的每个参数都是关联的，因此要充分考虑相关机构的参数，使得性能符合要求，并具有一定的经济性。最终完成锚杆转机的工作要求。 根据各项计算的结果，表明各液压系统的结构参数满足土锚钻机的使用要求。 关键词： 液压土锚钻机液压系统 液压缸 油箱 安装维护 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 is in of of on is of of on of in of In of we of to of It on of of of of is to in in to to of of of of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 目录 绪论 . 1 言 . 1 杆钻机发展阶段 . 1 内外锚杆钻机发展概况 . 1 外锚杆钻机发展概况 . 1 内锚杆钻机的研制状况 . 2 本次设计的主要内容 . 3 本次设计的意义和目的 . 3 本次设计的技术难点及分析 . 4 完成课题所采用的主要方法、手段。 . 4 2 液压系统设计 . 4 液压系统工作原理图 . 4 液压系统工作原理 . 5 3 液压缸的设计 . 7 液压缸的分类及其特点 . 7 液压缸的工况分析及负载的确定 . 8 液压结构工作原理简图 . 8 最大负载的确定 . 8 液压缸工作压力的初选 . 10 液压缸内径 D 的计算 . 11 液压缸的壁厚和外径的确定 . 11 液压缸工作行程 S 的确定 . 13 压缸、活塞杆、活塞主要参数和结构形式的确定 . 14 塞杆直径的计算 . 14 塞和缸体的密封形式及活塞外径的计算 . 14 塞中心孔的计算 . 15 塞的密封、材料、尺寸和加工公差的确定 . 15 压缸纵向弯曲极限应力的计算和稳定校核 . 16 塞杆的结构 . 17 活塞杆的材料和技术要求 . 17 头主要尺寸的确定 . 18 缸盖厚度的确定 . 19 缸筒长度的确定 . 20 塞杆长度的确定 . 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 压缸筒和缸头的连接计算 . 21 筒和缸盖的连接计算 . 22 塞杆的导向套 . 22 液压管件的设计 . 23 4 液压马达的选择 . 24 动力头液压马 达选择 . 24 行走装置液压马达的选择 . 25 链轮液压马达的选择 . 26 转向机构液压马达的选择 . 26 5 液压泵的选择 . 27 液压泵概述 . 27 确定泵的流量 . 27 选择液压泵 . 28 6 油箱的设计计算 . 29 箱的容量及计算 . 29 箱容量的初步计算 . 29 发热和散热关系确定油箱容量 . 30 箱的构造与设计要点 . 32 7 液压辅助元件的 选用 . 33 滤器的选用 . 34 件的选择 . 35 管的选用及计算 . 35 接头的选择 . 38 封装置 . 39 密封装置的要求 . 39 封件的材料及密封件的类型 . 39 力表及压力表辅件 . 39 压油的选择 . 39 8 液压传动 系统的安装、使用和维护 . 40 压元件的安装 . 40 压泵的安装要求 . 40 压马达的安装要求 . 40 压阀的安装要求 . 40 压缸的安装要求 . 41 箱装置安装要求 . 41 他辅助元件的安装要求 . 41 液压元件的使用和维护 . 42 液压系统的日常检查和定期检查 . 42 液压系统的一些注意事项 . 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 致 谢 . 45 参考文献 . 45 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 绪论 言 液压传动是现代工程中广泛使用的传动方式，具有 其自身的技术优势。目前，液压技术的应用已遍布各行业、各领域，如船舶机械、工程机械、起重机机械、矿山机械、建筑机械、农业机械、冶金机械、轻功机械、汽车工业及智能机械等。 随着液压技术的快速发展，我国从事液压系统设计、制造、使用、和维护的工程技术人员不断增加，他们迫切需要更新、全面的液压专业知识。本文主要介绍了锚杆钻机的液压系统的介绍。 杆钻机发展阶段 锚杆钻机与钻具是应用锚杆支护的关键。目前，国有重点煤矿的年进 500多万 用锚喷支护的只有 100多万 m。按达到年锚喷支护率 50%的目标，每年将有 200 多万 m 的巷道采用锚喷支护，有 1 500 个左右的掘进工作面配备锚杆钻机，加上一定数量的备用，需要数千台锚杆钻机。目前，每年投入煤矿的锚杆钻机只有 500 600台左右，质量与性能参差不齐，真正在井下连续运转的不多。 1995 年以来，全国各煤矿从澳大利亚引进了 500 600台气动锚杆钻机，有的煤矿在应用中取得了一些成效，并积累了经验；但也有的煤矿过早报废了引进的产品，得到了一些教训。种种迹象表明，锚杆钻机在我国仍处于向前发展的阶段，技术管理、产品开发、制造以及使用维修等均需不断总结经验教训，在经过一个时期以后 ，锚杆钻机的发展会走上正轨，在发展我国锚杆支护技术中起到应有作用。 锚杆钻机的发展以凿岩技术与锚杆支护技术为基础，高钻进速度、良好的适应性、高可靠性以及生产厂家的优质服务是锚杆钻机产品竞争的目标。锚杆钻机性能参数的研究、产品结构设计与材料选择的合理化以及产品质量保证体系的建立是锚杆钻机产品进一步发展的基础。 内外锚杆钻机发展概况 外锚杆钻机发展概况 国外锚杆钻机的品种与功能多样 , 技术性能优越 , 可靠性高。在国外目前应用较为普遍的单体锚杆钻机主要有气动和液压两种。气动锚杆钻机有澳大利亚的 克莱姆公司 、瑞典 等 ; 液压锚杆钻机有英国 、澳大利亚 等。美国煤矿大量使用塔架钻车式买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 锚杆钻机 , 并着手开发计算机控制的全自动锚杆钻机。法国生产的转架式锚杆钻机集钻孔、安装锚杆为一体 , 并有储存锚杆的锚杆仓。芬兰生产具有树脂注射系统的钻车式锚杆机 , 使钻孔、安装锚杆、注入粘结剂全由锚杆完成 , 机械化程度颇高。澳大利亚有 4 家锚杆钻机生产厂家 , 生产各种不同类型的锚杆钻机 , 在气动锚杆钻机方面一直保持着较为领先的技术 , 尤以单体气动 支腿式锚杆钻机使用居多 , 并生产能与掘进配套的单体支腿式液压锚杆钻机。气动支腿式锚杆钻机主要有柱塞马达与齿轮马达式两种 , 采用玻璃钢碳素纤维支腿 , 产品特点是重量轻、扭矩大、噪声低、耗气量小、机身矮等。 新型锚机组的出现虽然时间很短 , 但在国外受到重视 , 发展很快 , 无论是房柱式开采还是长壁式开采 , 都采用性能优良、技术先进、操作维修方便、应用范围广的锚杆钻机与采掘设备配套的锚机组。如乔伊公司生产的 14采掘锚机组、 12采掘锚机组、鲍拉特公司的 采掘锚机组、郎艾道公司的 50L 型锚杆钻车等 , 班工作效率已达 120 240 根。 内锚杆钻机的研制状况 我国煤矿专用锚杆钻机的研究始于 20世纪 70 年代末 , 曾先后研制过机械支腿式锚杆钻机、钻车式锚杆钻机、支腿与导轨式液压锚杆钻机、支腿式气动锚杆钻机、非机构传动电动锚杆钻机、机载式锚杆钻机等等。目前已形成液压、电动、气动三大系列 30 多个品种。下面分别予以介绍。 液压锚杆钻机 液压锚杆钻机是通过液压马达驱动 , 旋转切削破岩的 , 通常都附带泵站 , 由泵站提供动力 , 带动液压马达转动。现多采用低速转动的结构 , 省 去齿轮传动机构 , 直接带动钻机。液压锚杆钻机可分为单体导轨式和手持式两种形式 : ( 1) 单体导轨式钻机主要是 系列 , 由主机、操纵架和泵站三大部分组成。这种机型只能钻顶部锚杆孔 , 但钻孔平稳 , 一次推进行程长。不足的是重量较重 , 一般在 70上 , 移动费力 ; (2) 手持式轻型钻机主要有 列、 种机型不仅可钻顶部孔 , 还可钻边帮孔和工作面炮孔 , 而且重量轻 , 操作简单方便。缺点是推进行程短 , 一般需要换钎杆。 液压钻机的特点是噪声小 , 钻孔速度快 ,钻孔质量好 , 自带动力源 , 但由于泵站重量大 , 移动不方便。一般地 , 为减少泵站 , 液压锚杆钻机常与采掘机械或装岩机配套使用 , 结合在一起构成采掘装锚机组 ( 机载锚杆钻机 ) 。该机实现了采掘与支护平行作业 , 是快速采掘等工作的理想设备 , 这是采掘机械化的发展趋势 , 目前中科院南京所研制的机载锚杆钻机可与中小型悬臂式掘进机( 如 132, 160 ) 配套 , 构成掘锚机组 , 掘出顶板即可及时支护 , 距工作面最小支护间距为 0.2 m,适用于岩石硬度 120 +54 0 +87 0 +140 0 根据机械设计手册（下册），液压缸用精密内径无缝钢管优先选用尺寸系列见表 3 4。查表得出液压缸壁厚和外径的标准值。 液压缸 的壁厚： 12 7 . 5 m m 以上可知，满足壁厚的强度要求。 由内径尺寸公差见表 压缸内径公差带： +87 0 液压缸内径的锥度、椭圆度误差应小于或等于直径公差的一半。弯曲度在500面的不垂直度在直径 100体的内径与螺纹或卡环的不同心度允差为 般用调质处理，241 285 此外，还有通往油口、排气阀孔的内孔口必须 倒角，不允许有飞边、毛刺，以免划伤密封件。为便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒 15角。需要在缸筒上焊接法兰、油口和排气阀座时，都必须在半精加工以前进行，以免精加工后焊接而引起内孔变形。如欲防止腐蚀生锈和提高使用寿命，在缸筒内表面可以度铬，再进行研磨或抛光，在缸筒外表面涂耐油油漆。 液压缸工作行程 S 的确定 液压缸工作行程的长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表 3取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表 3的 1、 2、 3 选用。 表 3液 压缸行程系列（ 349 /5 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表 3液压缸行程系列（ 349 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 表 3液压缸行程系列（ 349 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 根据实际和表格数据 取 S=630压缸、活塞杆、活塞主要参数和结构形式的确定 塞杆直径的计算 根据速度比的要求来计算活塞杆的直径 d 1 (3式中 m） m） 液压缸的往复运动速度比，一般有 2、 据下表选取速度比。 表 3 和 工作压力 p/ 10 0 20 速度比 2 2 由于工作压力 p=20选取速度比 =2 按公式代入数据，求得 d=据活塞杆直径系列取值 d=56 活塞和缸体的密封形式及活塞外径的计算 因为主梁和动臂液压缸是在 20力下往复速度较高，所以活塞和缸体密封采 用 选择活塞厚度为活塞杆直径的 1 倍，因为活塞杆直径是 56个在后面的活塞杆设计中会给出解释），所以活塞的厚度为 56 活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件，所以要求不高，这里不加叙述。 活塞外径对内孔的同轴度公差不大于 面与轴线的垂直度公差不大于 00表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。 活塞外径的大小与活塞缸径和活塞表面的支撑形式有关 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 2 D （ 3 式中： D液压缸筒内径； 尼龙支撑环厚度，一般取 =24中液压缸径较小时， 较小值，故 =2mm 622801 622802 （ 3 塞中心孔的计算 活塞中心孔径 2 的大小，除了要考虑活塞杆的连接强度外，还需要保证活塞与活塞杆装配符合安全强度的要求，由此，可得其最大计算孔径 : 222c m（ 3 式中： d活塞杆直径； D液压缸内径； P液压缸的工作压力； c活塞杆材料的许用应力， c=s为材料的屈服极限，选用 45 钢，调制处理，s=3602222222222212121(3取 塞的密封、材料、尺寸和加工公差的确定 活塞的结构为整体式，活塞与活塞杆的连接为卡环式，活塞的密封采用 塞的 材料为优质碳素钢 45，活塞的宽度一般为液压缸内径的 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 倍，但也要根据密封件的型式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定，有时，可以结合中隔离圈的布置确定活塞的宽度。活塞外径的配合一般采用 径对内孔的同轴度公差不大于 面与轴线的垂直度公差不大于 00表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差的一半，表面粗粗糙度应满足结构的要求。 压缸纵向弯曲极限应力的计算和稳定校核 活塞杆受轴向压力作用时，有可能产生弯曲，当轴向力达到临界值 ，会出现压杆不稳定现象，临界值 大小与活塞杆的长度、直径以及液压缸的安装形式有关，所以必须根据安装形式进行稳定性验算。一般液压缸的杆径比较大，因此采用等截面来进行稳定性计算。 使液压缸保持稳定的条件为： 3 式中： F 液压缸承受的轴向压力； 活塞杆不产生弯曲变形的临界力； 般取 62根据细长比 （ 1）当细长比 L 时： 2F i （ 3 （ 2）当细长比 L ，且 2 0 1 2 0时： 1（ 3 （ 3）当细长比 20时，液压缸具有足够的稳定性，不必校核。 上述三式中： L安装长度，其值与安装形式有关，见表 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 k活塞杆最小截面的惯性半径， k= m柔度系数，对钢取 m=85； i由缸支撑方式决定的末端系数，其值见表 E活塞杆材料的弹性模量，对钢取 E=206 J活塞杆最小截面的惯性距； f由材料强度决定的实验值，对钢取 f 490 A活塞杆最小截面的截面积； a实验常数， 对钢取 a=1/5000。 根据设计要求，动臂液压缸和主梁调整液压缸都采用两端球铰的安装形式。 由 A，知： 20,202211 压缸具有足够的强度。 塞杆的结构 一般情况，杆体采用实心杆，杆内端见图 活塞杆的外端头部与载荷的拖动机构相连接，为了避免活塞杆在工作中产生偏心承载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率。由于动臂液压缸和主梁调整液压缸都是改变工作行程和范围的，故采用方形单耳环，其结构见图 3 图 3 活塞杆外端结构 活塞杆的材料和技术要求 活塞杆要在导向套中滑动，一般采用 H8/ H8/合，太紧，则摩擦力大，太松，则容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差不大于直径公差的一半，安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于 为了保证活塞杆外圆活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向套的卡滞买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度不大于 00保证活塞安装不产生歪斜。 活塞杆的外圆粗糙度 m，太光 滑了，表面无法形成油膜，反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需进行镀铬处理，铬层厚 进行抛光或磨削加工。对于工作条件恶劣、碰撞机会较多的情况，工作表面需先经高频淬火后再镀铬。用于低载荷（如低速度、低工作压力）和良好环境条件时，可不做表面处理。 活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心，特别是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。卡环槽取动配合公差，螺纹取较紧的配合。 头主要尺寸的确定 图 3D （ 3 式中： 液压缸筒内径 (3则， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 4 5 1 5L m m (3式中： 4L 装配深度，其值与液压缸径有关，液压缸径取较小值时， 4 1 4 2 10L L m m (3 132 (3式中： 3 活塞紧固装置（螺帽和卡键罩）的最大外径 参照图 3 = 紧固装置与孔壁间隙，一般取 =210处取 = (331 (3式中： 1L 活塞外侧杆头长度，参照图 3 1L =27 x 活塞行程余量，即活塞全部缩入时，活塞边缘间距离一般取x =23处取 x =2 1 1 13 2 1 22 7 2 2 52 7 2 2 5 m m m m m m m (3缸盖厚度的确定 缸盖材料选用 45钢，正火处理，一般液压缸为平底缸盖，其有效厚度可 以用式进行计算。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20 页 3 式中： t缸 盖的有效厚度； 2D 缸盖上的内径； p 缸盖材料的许用应力， p =122 p液压缸的工作压力； 2 (3为了安全需要 521 。 缸筒长度的确定 缸筒长度： 43 S B L S (3式中： 4L 缸头装配长度； 10mm 活塞行程余量，一般取 2； B活塞宽度； 56液压缸行程； 3L 缸盖装配台阶长度； 25mm 7 2 36 3 025562103421 （ 3 塞杆长度的确定 活塞杆长度：61 x (3式中： 1L 活塞外侧杆头的长度； B活塞厚度； S活塞行程； t端盖法兰宽度； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 21 页 塞杆全部缩入时杆的外露余量，一般为 510处取 8 6L 活塞杆方形单耳环长度， 6L =50 7 9 1508206 3 056276121 （ 3 压缸筒和缸头的连接计算 液压缸采用焊接连接方式，液压缸的焊接图如图 3 图 3缸筒和缸头的连接 采用角焊缝时的应力为： 6221110()4 (3式中： F液压缸内的最大拉力； F 23001 84002 1D 液压缸筒外径； 95d 焊缝底径； 取 91 焊接效率，取 = 钢结构的角焊缝的许用应力； M P 3840010)(4230010)(46226212212262262112