机械毕业设计（论文）-液压土锚钻机液压系统设计【全套图纸】.doc

全套设计全套设计 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YM160型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 安装维护全套图纸，加153893706AbstractHydraulic anchor for soil drilling is the important equipment for anchor soil, and has been used extensively in construction of buildings, building road and bridge and firming the foundation of dam etc. The research on hydraulic anchor for soil drilling is importantly significant for promoting the fast development of anchor soil technology and realizing home-mediation of hydraulic anchor for soil drilling.Based on analyzing the work principle of hydraulic anchor for soil drilling, this paper mainly analyzes and designs in detail the work principle of its hydraulic system. In the process of design, we adopt the design thoughts of the hydraulic excavation machine, response to the original design foundation of the model YM160 hydraulic walking type drill rig for layer anchor pile. It concentrates on calculatating and designing of hydraulic cylinder, tank; and the choose of hydraulic pump, hydraulic motor and control valve etc. Finally, should the hydraulic system, installation, use and maintenance of analysis.After the above calculation and selection of components, bolt rig hydraulic system has been initially completed. The bolt rig hydraulic system design specifications for each parameter is associated, and therefore gives full consideration to relevant institutions, results in performance in line with requirements and has certain economic. Anchor transfer to finalize the work requirements. According to all results of calculatating, they indicate that the mechanism parameter of hydraulic system meets the demand of using of hydraulic anchor for soil drilling.Key Words： Hydraulic system of hydraulic anchor for soil drilling Hydraulic cylinder Tank 目录绪论11.1引言11.2锚杆钻机发展阶段11.3国内外锚杆钻机发展概况11.3.1国外锚杆钻机发展概况11.3.2国内锚杆钻机的研制状况21.4 本次设计的主要内容31.5 本次设计的意义和目的31.6 本次设计的技术难点及分析41.7 完成课题所采用的主要方法、手段。42 液压系统设计42.1 液压系统工作原理图42.2 液压系统工作原理53 液压缸的设计73.1 液压缸的分类及其特点73.2 液压缸的工况分析及负载的确定83.2.1 液压结构工作原理简图83.2.2 最大负载的确定83.3 液压缸工作压力的初选103.4 液压缸内径D的计算113.5 液压缸的壁厚和外径的确定113.6 液压缸工作行程S的确定133.7 液压缸、活塞杆、活塞主要参数和结构形式的确定143.7.1 活塞杆直径的计算143.7.2活塞和缸体的密封形式及活塞外径的计算143.7.3 活塞中心孔的计算153.7.4活塞的密封、材料、尺寸和加工公差的确定153.7.5液压缸纵向弯曲极限应力的计算和稳定校核163.7.6活塞杆的结构173.7.7 活塞杆的材料和技术要求173.7.8 缸头主要尺寸的确定183.7.9 缸盖厚度的确定193.7.10 缸筒长度的确定203.7.11 活塞杆长度的确定203.7.12 液压缸筒和缸头的连接计算213.7.13缸筒和缸盖的连接计算223.7.14 活塞杆的导向套223.7.15 液压管件的设计234 液压马达的选择244.1 动力头液压马达选择244.2 行走装置液压马达的选择254.3 链轮液压马达的选择264.4 转向机构液压马达的选择265 液压泵的选择275.1 液压泵概述275.2 确定泵的流量275.3 选择液压泵286 油箱的设计计算296.1油箱的容量及计算306.1.1油箱容量的初步计算306.1.2按发热和散热关系确定油箱容量306.2油箱的构造与设计要点347 液压辅助元件的选用357.1过滤器的选用357.2管件的选择367.2.1油管的选用及计算367.2.2管接头的选择397.3密封装置407.3.1对密封装置的要求407.3.2密封件的材料及密封件的类型407.4压力表及压力表辅件407.5液压油的选择408 液压传动系统的安装、使用和维护418.1液压元件的安装418.1.1液压泵的安装要求418.1.2液压马达的安装要求418.1.3液压阀的安装要求418.1.4液压缸的安装要求428.1.5油箱装置安装要求428.1.6其他辅助元件的安装要求428.2 液压元件的使用和维护438.2.1 液压系统的日常检查和定期检查438.2.2 液压系统的一些注意事项45致 谢45参考文献46 第27 页绪论1.1引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。1.2锚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m巷道中，采用锚喷支护的只有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500600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500600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。1.3国内外锚杆钻机发展概况1.3.1国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WOMBAT型阿明克公司GOPHER 型、瑞典PRB-300 型等; 液压锚杆钻机有英国WISP 型、澳大利亚PROBAM型等。美国煤矿大量使用塔架钻车式锚杆钻机, 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14CM10 型采掘锚机组、12ED18 型采掘锚机组、鲍拉特公司的E230 型采掘锚机组、郎艾道公司的RB1 - 50L 型锚杆钻车等, 班工作效率已达120 240 根。1.3.2国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MZ 等系列, 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70kg 以上, 移动费力;(2) 手持式轻型钻机主要有QYM系列、ZYX系列。这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EHJ - 132, EBJ - 160HN 等) 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f80120+540+870+1400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34。查表得出液压缸壁厚和外径的标准值。液压缸的壁厚：以上可知，满足壁厚的强度要求。由内径尺寸公差见表3.5，液压缸内径公差带：H9：+870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500mm长度上应不大于0.03mm，端面的不垂直度在直径100mm上不大于0.04mm。缸体的内径与螺纹或卡环的不同心度允差为0.020.05mm。一般用调质处理，241285HBS。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。3.6 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3-6选取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表3-6中的1、2、3选用。 表3-6-1 液压缸行程系列（GB 2349-80） /mm2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000 表3-6-2 液压缸行程系列（GB 2349-80）406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600 表3-6-3 液压缸行程系列（GB 2349-80）240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800根据实际和表格数据 取S=630mm3.7 液压缸、活塞杆、活塞主要参数和结构形式的确定3.7.1 活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 (3-9)式中 d-活塞杆直径（m） D-液压缸直径（m） -速度比液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25和1.15等几种。根据下表选取速度比。 表3-3 和P的关系工作压力p/MPa 10 12.520 20速度比 1.33 1.46；2 2由于工作压力p=20MPa，故选取速度比 =2按公式代入数据，求得d=0.05656m 根据活塞杆直径系列取值d=56mm3.7.2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20MPa压力下往复速度较高，所以活塞和缸体密封采用Y形密封圈。选择活塞厚度为活塞杆直径的1倍，因为活塞杆直径是56mm（这个在后面的活塞杆设计中会给出解释），所以活塞的厚度为56mm。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0.02mm，断面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外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. （3-10） 式中：D液压缸筒内径； 尼龙支撑环厚度，一般取=24mm，其中液压缸径较小时，较小值，故=2mm （3-11）3.7.3 活塞中心孔的计算活塞中心孔径的大小，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: （3-12）式中：d活塞杆直径； D液压缸内径； P液压缸的工作压力； 活塞杆材料的许用应力，=，为材料的屈服极限，选用45钢，调制处理，=360MPa (3-13)取3.7.4活塞的密封、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Y形密封，活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0.61.0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f9，外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04/100mm，外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。3.7.5液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时，会出现压杆不稳定现象，临界值的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： （3-14）式中：液压缸承受的轴向压力； 活塞杆不产生弯曲变形的临界力；-稳定性安全系数，一般取可根据细长比的范围按下述有关公式计算；（1）当细长比时： （3-15）（2）当细长比，且时： （3-16）（3）当细长比时，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3-6； 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3.6； E活塞杆材料的弹性模量，对钢取E=206GPa； 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f490MPa； 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，知： ，液压缸具有足够的强度。3.7.6活塞杆的结构一般情况，杆体采用实心杆，杆内端见图3.2,。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3-3。图3-3 活塞杆外端结构3.7.7 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/f7或H8/h7配合，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0.01mm，是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现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度不大于0.04mm/100mm，以保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3m，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0.030.05mm，并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。3.7.8 缸头主要尺寸的确定图3-4 缸头1.装配台阶中的外径 （3-17）式中：液压缸筒内径 (3-18)则， 2.装配长度： (3-19)式中：装配深度，其值与液压缸径有关，液压缸径取较小值时， (3-20)3.缸头内径 (3-21)式中：活塞紧固装置（螺帽和卡键罩）的最大外径 参照图3.4 取=59.4mm 紧固装置与孔壁间隙，一般取=210mm 此处取=6.3mm (3-22) 4.缸头内径深度 (3-23)式中：活塞外侧杆头长度，参照图3-4，取=27mm； 活塞行程余量，即活塞全部缩入时，活塞边缘间距离一般取=23mm，此处取=2mm (3-24)3.7.9 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。 (3-25) 式中：t缸盖的有效厚度； 缸盖上的内径；缸盖材料的许用应力，=122MPa；p液压缸的工作压力； (3-26)为了安全需要t适当取大些，取。3.7.10 缸筒长度的确定缸筒长度： (3-27)式中： 缸头装配长度；10mm 活塞行程余量，一般取； B活塞宽度；56mm S液压缸行程； 缸盖装配台阶长度；25mm （3-28）3.7.11 活塞杆长度的确定活塞杆长度： (3-29)式中：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； 活塞杆全部缩入时杆的外露余量，一般为510mm，此处取=8 mm； 活塞杆方形单耳环长度，=50mm。（3-30）3.7.12 液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3-5。图3-5 缸筒和缸头的连接采用角焊缝时的应力为： (3-31)式中：F液压缸内的最大拉力； 液压缸筒外径；95mm 焊缝底径； 取91mm 焊接效率，取=0.7； 钢结构的角焊缝的许用应力； （3-32）由钢结构查得角焊缝的许用应力=160MPa。3.7.13缸筒和缸盖的连接计算参考机械设计手册（液压传动）P20-288，表20-6-6，缸筒和缸盖选用内半环连接，如下图所示。 图3-6 液压缸筒和缸盖的连接1.弹簧圈 2.轴套 3.半环3.7.14 活塞杆的导向套活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂志、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。1.最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度，导向长度过小，将使液压缸的初始挠度减小，影响稳定性。因此，液压缸必须有一定的最小导向长度，对于一般液压缸，最小导向长度应满足以下要求： (3-33)式中：S液压缸的最大行程； D液压缸的内径。 （3-34） 取mm。2.导向套的材料及加工要求采用金属导向套，一般由摩擦系数小、耐磨性好的青铜制作。导向套外圆与端盖内孔的配合多为H8/f7，内孔与活塞杆的配合多为H9/f9。外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm，圆度和圆柱度公差不大于直径公差的一半，内孔中的的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。3.7.15 液压管件的设计1.液压流量的计算活塞伸出时： (3-35)活塞收缩时： (3-36)式中：D缸筒内径； v活塞速度，根据实际情况，取v=6 m/min； d活塞杆直径； 液压缸容积效率，取=0.96； (3-37) (3-38)2.油口直径的确定 (3-39)式中：Q液压缸的最大流量； v液压油流速，取v=4m/s；此处已删除，完整版加153893706致 谢历时三个多月的毕业设计已经接近尾声，首先最想说的是要感谢在毕业设计过程中给我提供了极大帮助的王发展老师，以及给我提供帮助的热心的同学们，因为有了他们的帮助，才能使我在遇到困难的情况下顺利完成毕业设计。在此我向他们表示最衷心的感谢。毕业设计是教学计划中十分重要的综合性教学环节，是本科四年学习的一次很好的实战演习，此次设计将我们四年所学知识系统化，不仅用到大量的专业知识，而且涉及了许多基础课程的知识。通过这次设计培养了我们从文献资料、科学试验、生产实践和调查研究各方面获取知识的能力。同时也培养了我们理论联系实际、从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力。锻炼了我们从事专业技术工作及管理工作所必须的各种基本技能和实践动手能力。对即将走上工作岗位我们也一次锻炼。在此次设计中，我受益匪浅，在学到很多知识的同时，更明白了作为一个机械工作者所必需拥有的科学、严谨、敢于质疑的治学态