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jx272 一体化 液压 钻机 动力 回转 机构 设计

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邵阳学院毕业设计（论文）任务书 专业班级 机械制造工艺与设备 学生姓名 谭海强 学 号 0430817034 课题名称 一体化液压潜孔钻机 动力头 回转机构设计 设计 (论文 ) 起止时间 2007 年 3 月 6 日至 2007 年 5 月 28 日 课题类型 工程设计、应用研究、开发研究、 软件工程、理论研究、其他 课题性质 真实、模拟、虚拟 一、 课题研究的目的与主要内容 研究目的：设计计算一体化液压潜孔钻机动力头回转机构的液压系统，妥善解决传动部分与工作 部分的联接，完成工作要求。与山河智能机械股份有限公司校企合作，与生产实践结合，全面提高学生综合设计能力，工程实践能力。 主要内容： 1：对一体化液压潜孔钻机进行结构分析。 2：设计一体化液压潜孔钻机的动力头回转机构。 3：绘制一体化液压潜孔钻机动力头回转机构的液压系统图。 二、 基本要求 1：必须独立完成毕业设计工作。 2：按制图标准设计一体化液压潜孔钻机动力头回转机构的装配图和有关零件的零件图，图纸比例 1：毕业设计 图纸总工作量不少于 零号图纸。 3： 按学院毕业设计的书写格式要求，撰写设计说明书， 毕业设计说明书不少于 10000 字。 4：每个学生 应完成与毕业设计有关的 3000文字的外文资料翻译，译文要求准确，文字流畅。 注： 1、此表由指导教师填写，经各系、教研室主任审批生效； 2、此表 1 式 3 份，学生、指导教师、教研室各 1 份。 三、课题研究已具备的条件（包括实验室、主要仪器设备、参考资料） 1 邵阳学院的实习工厂。 2 机械与能源工程系机械设计实验室，数控加工中心实验室，主要仪器设备有：线切割加工机床，点火花成形加工机床，数控加工中心，类型较多的机械设计零件等。 3 邵阳学院图书馆 4 主要参考资料 （ 1）液压传动与气压传动 （ 2） 工程 机械 （ 3）机械工程设计手册 （ 4）现代工程机械液压与液力系统 基本原理 四、设计（论文）进度表 2007 年 3 月 6 日至 4 月 17 日 搜集资料， 完成开题报告。 2007 年 4 月 18 日至 4 月 28 日 一体化液压潜孔钻机 动力头 回转结构液压系统结构的确定 2007 年 4 月 29 日至 5 月 10 日 绘制 一体化液压潜孔钻机 动力头 回转结构部分装配图 2007 年 5 月 11 日至 5 月 28 日 外文资料翻译，完成设计说明书 2007 年 5 月 29 日至 6 月 8 日 毕业设计文件打印， 毕业答辩 五、教研室审批意见 教研室主任（签名） 年 月 日 六、院（系）审批意见 院（系）负责人（签名） 单位（公章） 年 月 日 指导教师（签名） 学生（签名） I 摘 要 潜孔钻机是一种典型的工程机械，液压系统缓冲技术是影响回转运动平稳性的重要因素，既要满足回转机构的快速回转运动以获得较高的作业效率，又要保证回转运动的平稳停止和精确定位性能，就必须有效的优化 动力头 液压回转系统的 工作原理 。 本文首先分析了工程机械和潜孔钻机的发展趋势及市场需求，以及潜孔钻机的 动力头 液压回转机理，回转作业下对潜孔回转机构 工作原理 的要求，分析了潜孔钻机 动力头 液压回转系统的 工作原理 是影响钻孔回转机构 工作原理 的关键因素，在工程机械中具有典型性，国内外工程机械企业都十分重视回转运动平稳性及精确定 位性能的研究与应用，提出了解决现有技术问题的意义，以及进行本课题研究的必要性。 本文是本人在湖南山河智能股份有限公司的生产实习与理论相结合的前提下，分析了潜孔钻机 动力头 液压回转系统的 工作原理 ，建立了潜孔钻机 动力头 液压回转系统的 工作原理图 ，研究分析了潜孔钻机 动力头 回转机构 各种执行元件 对机构回转的 工作原理 的影响，通过对 动力头回转液压系统的回路压力 损失 和 液压系统的发热温升 的验算 ，获得了具有设计指导意义的数据， 取得了较显著的效果。 通过本次的设计，使我了解并得到了潜孔钻机 动力头 液压回转系统的 工作原理分析的理论依据 ，掌握了合理应用基础的液压元件对液压系统进行优化匹配的科学方法，同时为以后的潜孔钻机设计提供了可参考的理论依据，希望可以提升国产工程机械产品的技术性能及整体的技术水平，为中国潜孔钻机走向国际化打下了基础。 is a of is of of of of to a of of of is a of of in of in in of of In or at to of of I of of on of by o. of of to of of of of I to of of to of of of 邵 阳 学 院 毕业设计 (论文 ) 课题名称 一体化液压潜孔钻机 动力头 回转机构设计 学生姓名 谭 海 强 学 号 0430817034 院（系）、专业 机械与能源工程系 机械制造工艺与设备 指导教师 陈 志 刚 职 称 副 教 授 2007 年 5 月 27 日 邵 阳 学 院 毕业设计（论文）开题报告书 课 题 名 称 一体化 液压 潜孔钻机 动力头 回转机构设计 学生 姓 名 谭 海 强 学 号 0430817034 院（系）、专业 机械与能源动力工程系 指 导 教 师 陈 志 刚 2007 年 4 月 17 日 一、课题的来源、目的意义（包括应用前景）、国内外现状及水平 由中南大学机电工程学院智能机械研究所和湖南山河智能机械股份有限公司共同开发研制的一体化液压潜孔钻机是目前我国设计最先进、配置最高端的高效低耗液压钻机。是替代价格昂贵的国外液压钻机的理想机型，具有国外钻机无可比拟的优越的性价比（其价格只有进口钻机的1/2左右）， 钻机孔径： 152 风压： 一体化液压潜孔钻机设计中采用全新的设计理念，运用人性化模块化设计和机电液一体化设计、人机与自然相融合的原 则，将产品的性能与可靠性、灵便性、舒适性、安全性、保障维护性等人机工程有机结合起来，设计与生产一流的产品。 计算机优化设计以及功率匹配与负载适应系统的开发应用，实现了动力系统从动力 - 泵 - 负载全局功率匹配，有效降低了整机能耗，确保了整机最佳性能与高可靠性。 一体化 液压 潜孔 钻机技术处于国内领先、国际先进水平，特点如下： 1：钻机、空压机，内燃发动机（或变压器）三位一体，具有良好的机动性。 2：钻机所有的操纵、姿态调整、孔位选定都由液压先导操纵手柄集中控制，司机室带冷暖空调，空气净化装置，大大改善了劳动条件 ，钻机所有的指示灯、报警灯都安装于同一板面，司机对作业情况一目了然。 3：设有高灵敏的自动防卡钻机构（专利技术），带有孔深仪表显示及声音提醒装置。 4：设有冲击器、钻杆自动拆卸装置，减轻劳动强度，提高工作效率。 5：回转机构设有液压加弹簧减震装置，能有效吸收、化解冲击负荷，保证回转机的工作平稳性及提高、延长使用寿命。 6：空压机选用世界品牌 中风压螺杆空压机，从根本上保证了钻机的高效率。 7：底盘采用山推的四轮一带，并设有液压调平装置，回转、推进、行走马达均采用原装进口件，钻杆采用 9米 /根或超长钻 杆，减少接卸钻杆等辅助作业时间，极大地提高了穿孔速度，提高了工作效率。 二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施 一体化液压潜孔钻机 的回转机构由液压马达 、 中心传动机构（ 力头）、滑板、接头、油泵等组成，液压马达 、 中心传动机构（动力头）是回转机构的重要组成部分， 其性能的好坏直接关系到机组的性能好坏。本设计主要设计回转机构的液压系统。 我将分五步来完成本课题的设计与制作。 第一步：结合我的课题查阅相关的资料 我将在 学校及 公司资料室借 阅大量与之有关的 资料 。来吸收相关的知识。利用当今网络资源广泛收集有用的资料。通过社会调查和人际交往来获得有关信息。 第二步：信息整理 通过第一步的准备。我将收集到大量而无序的信息。在这个阶段我将筛选和整理有用信息，使之系统法。 第三步：方案制订与分析 在这个阶段我将根据需要和我查的有关资料来制订几套 原理 方案。并通过验证对比选取最佳方案确定下来。 第四步：装置制作 在这个阶段我将把我所构思的装置成型。 第五步：实验总结，论文写作 通过以上工作。 装置制作 完成。最后将通过论文发布我的 设计 情况。 三、 现有基础和具备的条件 1 已学液压传动方面的理论基础知识； 2 湖南山河智能 股份有限 公司 一体化液压潜孔钻机 样机； 3 部分设计参考图； 4 学校及 公司资料室部分相关书籍、资料 ； 子文献 （ 1）液压传动与气压传动 何存兴 张铁华 华中科技大学出版社 （ 2）现代工程机械液压与液力系统 基本原理 颜荣庆 李自刚 人民交通出版社 （ 3）机械设计基础 刘江南 郭克希 湖南大学出版社 四、总的工作任务，进度安排以及 预期结果 完成 一体化液压潜孔钻机的回转机构 的设计与制作，优化其结构性能。 以下是我的进度安排： 2007 年 3 月 6 日至 4 月 17 日 查阅，熟悉资料，方案对比分析，选定方案并确定技术参数，完成开题报告。 2007 年 4 月 18 日至 4 月 28 日 一体化液压潜孔钻机 回转结构液压系统结构的确定 2007 年 4 月 29 日至 5 月 10 日 绘制 一体化液压潜孔钻机 回转结构部分装配图 2007 年 5 月 11 日至 5 月 28 日 外文资料翻译，完成设计说明书 2007 年 5 月 29 日至 6 月 8 日 毕业设计文件打印， 毕业答辩 该 系统设计 将能满足课题的要求，能满足 一体化液压潜孔钻机工作需求 ，本设计力求 提高产品性能，实现 一体化液压潜孔钻机 在最低能量损失下工作，优化结构。 五、指导教师审查意见 指导教师（签名） 年 月 日 六、教研室审查意见 教研室主任（签名） 年 月 日 七、院（ 系）审查意见 院（系）主任（签名） 年 月 日 备 注 目 录 摘要 1 前言 1 程机械的发展概况 1 孔钻机 的发展概况 2 设计研究的主要内容 4 2 机构 系统分析 5 体化液压潜孔 钻机总体结构分析 5 体化液压潜孔钻机 动力头回转机构系统分析 8 3 回转动力头机构液压原理技术参数的计算 11 压马达参数的确定 11 力头输出参数计算 12 4 回转动力头机构液压原理设计 15 转动力头机构液压回路的选择 15 压系统原理图 19 压元件的选择 21 5 液压系统性能的验算 27 路压力损失验算 27 压系统的发热温升 验算 27 总结 30 致谢 31 参考文献 33 邵阳学院毕业设计（论文） 1 1 前 言 当今的世界处于高速发展的时代，人的劳力活动逐渐有机械代替，尤其在基础建设、资源开发、的过程中，将逐步由各种钻孔机械、土方开挖机械、路面机械、筑路机械承担，随着人们生活水平的提高，欧洲工程机械市场的两极分化，矿山用的大型钻孔机械、土方机械的普及化，已在全球形成了时常需要的定局，因此工程机械将成为基础产业的又一支生力军。 随着全球经济的高速发展，基本建设范围的持续拓宽，以人为本和保护环境的理念及至相关法津法规实施的不断强化，使 钻 基础特别是 矿山钻孔 基础几乎取代了 其 他基础，得到了广泛的应用空间。 潜孔钻 机 因其效率高、污染少、功能多的特点，适应上述综合发展的需求，在国内外的 矿山钻孔 施工中得到了广泛应用。 到 90年代末，我国 潜孔钻机 的拥有量仅为 100台左右， 2002年，我国进口各种潜孔钻机 近百台，截止 2003年底，我国 潜孔钻机 的保有量为 350，截止 2004年底，我国 潜孔钻机 的保有量为 450目前生产厂家有瑞典阿特拉斯、美国英格索兰、日本古河、芬兰山特维克；从本世纪开始，我国对潜孔钻机的开发速度加快，目前国内主要的生产厂家有湖南山河智能、宣化恒泰、江西鑫通、泰安新龙等。 工程机械的 发展概况 在十八世纪以后，英国、美国相继完成工业革命。随着城市及城市工业的发展，需要大量的劳动力，因此，农村大批劳动力向城市转移，这就促进了拖拉机、播种机、收割机等农业机械、城市施工机械的大发展 1 综观工程机械的发展过程，从其结构、控制系统以及性能来看：经历了动力技术革命、传统技术革命、钢结构技术革命、控制技术革命几个阶段，也所谓经历了几次飞跃和更新换代。 首先是动力技术革命 :随着体积小、重量轻、强有力的内燃机技术的出现，解决了工程机械移动的动力源，促使工程机械的诞生和发展。 其次是传动技术革命 :移动性动力源的问题解决之后，主要矛盾转移到如何有效地传递动力、完成作业的焦点上。 20 世纪 50 年代出现了液体传动（液压和液力），由于液压传动具有功率密度高、结构紧凑、容易实现各种运动形式的转换以满足复杂的 作业要求，速度刚性大、便于冷却散热，配置灵活、组装方便、可靠耐用等独到特点，以最小的空间、最灵便的途径、传递最大的动力，而且动力特性好，具有许多优良的传动性能，传动平稳、自动防止过载，容易实现无极变速，操纵简单轻便、控邵阳学院毕业设计（论文） 2 制性能好。因此，液压技术作为机械传动的一中有力的补充，以成功地用语一切需要中等以上功率输出 ，以及需要对运动工程进行灵活控制和调节的地方，在工程机械中得到广泛的应用。 随着控制技术革命及液压机械向高压、高速、集成化方面的发展，因而液压机械的应用范围在逐渐扩大到各个方面。由于工程机械找到了理想的传动装置，推进了工程机械的飞速发展，应来了工程机械的多样化时代，出现了形形色色完成各种施工作业的工程机械。随着欧美发达地区基础建设的完善及保养阶段的到来，工程机械得益于液压传动技术的推广应用，丰富多彩的多用途装置辅助功能促使工程机械的快速发展。 潜孔钻机 的发展概况 潜孔钻机是工程机械新兴发展具代表 性的品种，潜孔钻机在国际上已经发展了几十年了，世界上潜孔钻机产销量最大的是英格索兰和阿特拉斯两大知名产业，随着液压技术的进一步发展，利用液压技术的进步，通过回转马达推动工作装置实现回转作业，在机构回转至极端位置停车出现瞬间的惯性冲击，回转运动到中间位置时换向阀快速换向或关闭冲击等危害上独具专有技术，推出真正意义上的一体化液压潜孔钻机。促进了潜孔钻机的真正发展。新型潜孔钻机的换代产品，添加了独有的全新精准控制系统、智能化液压系统，使操作达到最轻便、最舒适的程度，能量最合理化分配，最大限度的节能将耗。带有防回转 功能，吸收回转装置突然停止运动 因惯性作用而产生的左右摆振能量，消除回转过量和不足现象，一改善工作循环时间和工作装置的定位关系，在消除回转工况因突然停止造成的 冲击等方面下了很大的工夫 7 相比之下，我国的工程机械行业创建与 60 年代初，起步较晚，经历了模仿、引进到自主创新三十多年的发展历程。在国内产品的关键技术研究与国外先进水平相差非常大。 液压技术的发展有限元设计方法和三维造型技术的诞生并得到推广应用，极大的推动可我国工程机械的自主开发技术创新，由于这些技术进步发展的较早，技术程度较高，所以在中 国工程机械 一模拟创新和技术引进创新为主的技术进步过程中，中国工程机械行业在这些领域的技术水平与国际先进水平相差较小。随着信息技术进步的发展，通过畅通的渠道也很容易实现工程机械动力、传动、主要液压泵阀的国际化采购，新一代的工程机械主要功能部件的配置情况和技术水平与国际 先进水平已经很小，整机主要参数与国际先进技术水平相当。 但由于国内在工程机械领域投入的精力、经验及研究的深度的局限性，对系统的邵阳学院毕业设计（论文） 3 特性研究涉足很浅，掌握个供参考的理论和经验甚少，国内对该部分的分析研究远远未达到国际先进水平，在工程机械液压回转系统 动态特性、回转动力特性对回转特性的影响研究方面，与国际相差很大，缓冲装置设计的合理性，引起的液压冲击、回转惯量对运动平稳性的影响，甚至损坏机器等技术难点，成为制约国内工程机械发展的瓶颈。 在我国最具影响的是湖南山河智能股份有限公司生产的一体化液压潜孔钻机。由中南大学机电工程学院智能机械研究所和湖南山河智能机械股份有限公司共同开发研制的一体化液压潜孔钻机是目前我国设计最先进、配置最高端的高效低耗液压钻机。是替代价格昂贵的国外液压钻机的理想机型，具有国外钻机无可比拟的优越的性价比（其价格只有进口钻机的 1/2左右 ）。 一体化液压潜孔钻机设计中采用全新的设计理念，运用人性化模块化设计和机电液一体化设计、人机与自然相融合的原则，将产品的性能与可靠性、灵便性、舒适性、安全性、保障维护性等人机工程有机结合起来，设计与生产一流的产品。计算机优化设计以及功率匹配与负载适应系统的开发应用，实现了动力系统从动力 - 泵 - 负载全局功率匹配，有效降低了整机能耗，确保了整机最佳性能与高可靠性。 一体化液压潜孔钻机技术处于国内领先、国际先进水平，特点如下： (1) 钻机、空压机，内燃发动机（或变压器）三位一体，具有良好的机动性。 (2) 钻机所有的操纵、姿态调整、孔位选定都由液压先导操纵手柄集中控制，司机室带冷暖空调，空气净化装置，大大改善了劳动条件，钻机所有的指示灯、报警灯都安装于同一板面，司机对作业情况一目了然。 (3) 设有高灵敏的自动防卡钻机构（专利技术），带有孔深仪表显示及声音提醒装置。 (4) 设有冲击器、钻杆自动拆卸装置，减轻劳动强度，提高工作效率。 (5) 回转机构设有液压加弹簧减震装置，能有效吸收、化解冲击负荷，保证回转机的工作平稳性及提高、延长使用寿命。 (6) 空压机选用世界品牌 从根本上保证了钻机的高效率。 (7) 底盘采用山推的四轮一带，并设有液压调平装置，回转、推进、行走马达均采用原装进口件，钻杆采用 9米 /根或超长钻杆，减少接卸钻杆等辅助作业时间，极大地提高了穿孔速度，提高了工作效率。 邵阳学院毕业设计（论文） 4 本设计研究的主要内容 本文主要研究小型工程机械一体化潜孔钻机装置在液压回转动力头系统动态特性上的应用问题。对国内外小型工程机械的技术发展、液压回转系统研究结果与国内产状进行研究分析，选择以中南大学机电工程学院智能机械研究所和湖南山河智能机械股份有限公司共同开发研制的系列一体化液压 潜孔钻机进行研究，系列一体化液压潜孔钻机是目前我国设计最先进、配置最高端的高效低耗液压钻机。山河智能公司的一体化液压潜孔钻机设计中采用全新的设计理念，运用人性化模块化设计和机电液一体化设计、人机与自然相融合的原则，将产品的性能与可靠性、灵便性、舒适性、安全性、保障维护性等人机工程有机结合起来，设计与生产一流的产品。计算机优化设计以及功率匹配与负载适应系统的开发应用，实现了动力系统从动力 - 泵 - 负载全局功率匹配，有效降低了整机能耗，确保了整机最佳性能与高可靠 性。 对一体化液压潜孔钻机总体结构的了解，并 具体对回转动力头机构液压原理技术参数的计算和回转动力头机构液压原理设计。 邵阳学院毕业设计（论文） 5 2 结构系统分析 一体化液压潜孔钻机总体结构分析 一体化液压潜孔钻机 为冲击回转式凿岩钻孔机械外观主视图 推进系统、回转装置、钻杆库、钻架、补偿油缸、滑架、举升油缸、卸杆器、吸尘罩、除尘装置、行走架、机架、支腿、后支架、空压机及压气系统、柴油机泵组、油箱、液压系统及多路阀组、司机室、护栏、钻架支座、等二十四部分组成。 图 一体化液压潜孔钻机外观 主视 图 邵阳学院毕业设计（论文） 6 图 一体化液压潜孔钻机外观俯视图 一体化液压潜孔钻机总的结构部分有： （ 1） 钻架 钻架是潜孔钻机的主要部件，是回转装置滑行、钻具推进和提升的导轨，是由工字型组合梁及角钢焊成箱形截面的衍架结构。钻杆支座固定在钻架的下端，以支撑钻杆及钻具。钻架通过补偿油缸及滑动导槽与滑架连接 ,由补偿油缸的作用钻架可相对滑架上下滑动 ,钻架起落时 ,补偿油缸将钻架提起 ,钻孔作业时 , 补偿油缸将钻架推出使钻架下支点支撑在作业面上。 （ 2） 滑架 滑架是 由工字钢焊接的平面结构件，用以连接支撑钻架。滑架由销轴与机架支座铰接，工作时由举升液压缸支撑，钻架滑架总成的起落及变更钻孔方向通过举升液压缸实现。 （ 3） 回转机构 该机构由液压马达，减速齿轮，接头、滑板及中心供气机构组成。推进机构的链条通过销轴与弹簧减震机构固定在滑板上。回转是液压马达做动力，可输出 0 50转 /分连续可调的转速。 （ 4） 推进机构 推进机构由推进液压马达，链轮组，链条及缓冲弹簧组成。链条的一端绕过主动链轮通过销轴固定在滑板的上部，另一端绕过从动链轮通过销轴固定在缓冲弹簧的一端，缓冲弹簧的 另一端连接在滑板的下部，推进与提升是通过控制液压马达的正反转来实现。推进液压马达自身由于控制系统的作用而具有缓冲作用。 邵阳学院毕业设计（论文） 7 （ 5） 钻杆 钻杆共两根，第一根为主钻杆，上端与回转机构接头联接，下端与冲击器接头联接。第二根为副钻杆，用以加长主钻杆，以便连续钻进孔深。主副钻杆各公母接头为锥形螺纹。 （ 6） 卸杆器 卸杆器由上卸杆器体、下卸杆器体、上卡爪、下卡爪、卡杆缸及卸杆缸等部分组成。卸杆时下卸杆器将下钻杆 (或冲击器 )由卡杆缸作用卡牢、上卸杆器将上钻杆由卡杆缸作用卡牢，然后卸杆缸动作便可将上下钻杆连接螺纹松动开，再 通过回转机构便可将钻杆卸下。 （ 7） 除尘装置 本钻机配置除尘装置，它由捕尘罩、旋风除尘器、层流式除尘器、风机及管道组成。工作时捕尘罩紧罩孔口，孔底岩粉通过排尘风压吹至孔口，再在除尘风机抽吸共同作用下，经管道进入除尘装置，旋风除尘除去粗尘，再由层流式除尘精细除尘，层流式除尘器中设有电磁脉冲阀，脉冲喷吹控制仪控制电磁脉冲阀，喷吹压缩空气对滤芯循序清灰，使除尘器的阻力保持在设定范围内，从而保证除尘器的处理能力和收尘效率。在除尘器的阻力过大时可将层流式除尘器的滤芯拆下用高压水冲洗。 （ 8） 行走机构 行走由行走架 、液压马达、多级行星式减速机、履带、驱动轮、从动轮及张紧装置等部分组成。由液压马达通过多级行星式减速机实现独立驱动。减速机内藏于履带宽度之中。黄油缸调节，弹簧张紧。履带外部花纹为交错形。带停车制动器。减速机内装 （ 9） 机架 机架是钻机的骨架与安装平台。空压机组、除尘装置、柴油机泵组、油箱、阀组、司机室等均安装在机架上。运输时，滑架与钻架落下支撑在后支架上，机架不装护栏。到工地后，滑架与钻架立起，机架装上护栏。机架的四角各安装有一条支腿油缸，作业时起用于钻机调平支撑。 （ 10） 压气系统 本 钻机压气系统配置成套螺杆空压机，由其给 击器与层流式除尘器的喷吹清灰系统供压缩空气。 （ 11） 冲击器 冲击器为英格索兰 结构及配气原理详见 文） 8 说明书。 （ 12） 钻杆库 钻杆库由上摆杆机构、下摆杆机构、摆杆油缸及油缸支座等组成。上摆杆机 装在钻架的上部，送杆臂卡住副钻杆的上端，在油缸的作用下，可将副钻杆送入或退出。下摆杆机构装在钻架的下部，副钻杆下部的母接头可插在送杆臂的插销上，在油缸的作用下，可将副钻杆送入或退出。 （ 13） 柴油机 配装康明斯 油机，功率 60 （ 14） 油箱 油箱由油箱体、回油滤清器、吸油滤清器、空气滤清器、液温液位计等组成。 （ 15） 液压系统 型全液压潜孔钻机的各个动作，都用液压比例先导阀或电磁阀操纵控制，可以无级调节工作机构的运动速度。全液压潜孔钻机的液压动作分为：履带行走、支腿、推进补偿、臂架举升、钻杆库摆杆、钻具夹紧、卸杆、动力头回转、链式推进等九大动作。下面具体分析 一体化潜孔 钻机动力头 回转动作。 一体化潜孔 钻机动力头 回转机构系统分析 该 一体化潜孔 钻机 回转机构 采用全液压驱动，主要 组成部分包括 11 （ 1） 原动力部分：双联变量式液压柱塞泵，它可将机械能转化成为液压能，是一个能量转化装置； （ 2） 执行 驱动部件 ： 为动力头 、摆线液压马达，其作用是将液压能重新转化为机械能，克服负载，带动机械完成所需要的运动 等，其动作包括动力头的回转 （正转、反转） 、给进和快速提升 等动作； （ 3） 控制部分：各种阀块，其中包括压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀； （ 4） 辅助部分：油箱、油管、漏油器、散热器等； （ 5） 传动介质部分： 46#液压油； 一体化潜孔钻机回转机构 采用 位置中左右回转 摆线液压马达 是对称的，此时 回转装 置处于 潜孔钻机 的轴线上。左右回转 摆线液压马达 的活塞杆端通过 矩形花键 分别与回转支座 上动力头 的 两个小齿轮轴 相连 。 回转 摆线液压马达 采用双作用式，通过左右回转 摆线液压马达 2 的活塞杆来回伸缩运动，推动回转支座 上动力头 的 两个小齿轮轴 旋转，从而带动整个 回转 装置 正反 回转工作。 邵阳学院毕业设计（论文） 9 回转运动过程如下 :左右回转 摆线液压马达 的大小腔交叉相连，即左回转油缸大腔与右回转油缸小腔相连，左回转油缸小腔与右回转油缸大腔相通。当压力油进入左回转油缸小腔、右回转油缸大腔时，左回转油缸活塞杆收缩、右回转油缸活塞杆外伸，推动回转支座 上的动力头 逆时 针运动，实现 反 回转 ;反之，当压力油进入左回转油缸大腔、右回转油缸小腔时，右回转油缸活塞杆收缩、左回转油缸活塞杆外伸，推动回转支座顺时针运动，实现 正 回转运动。绝大部分作业过程中， 回转 装置工作回转运动范围在从中间位置向左右各 60“ 范围内，但对整个工作装置要求能够从左极限位置到右极限位置作 1800 回转，分别回转 到 支座回转到左、右极限位置的状况。 在回转工作过程中 惯性冲击很大，造成液压冲击。为了减轻回转惯性所造成的液压冲击 ，在动力头回转支座下 设置了溢流阀进行溢流缓冲 和弹簧减震 缓冲装置 ，延长回转机构的使用寿命。 动力 头回转支座的结构简图如图 图 动力头支座立板 图 动力头支座侧板 邵阳学院毕业设计（论文） 10 图 动力头支座底板 一体化液压潜孔钻机总体结构布局 采用全新的设计理念，运用人性化模块化设计和机电液一体化设计、人机与自然相融合的原则，将产品的性能与可靠性、灵便性、舒适性、安全性、保障维护性等人机工 程有机结合起来，设计与生产一流的产品。而回转动力头的设计 减轻 在钻孔工作中 回转惯性所造成的液压冲击 。 邵阳学院毕业设计（论文） 11 3 回转动力头机构液压原理技术参数的计算 一体化液压潜孔钻机 回转动力头一般由动力机 (电机或风 马达 )、减速箱、法兰盘、连接件四部分组成动力机产生的回转力矩和转速 ，经减速箱、法兰盘、连接件传递给钻杆，带动冲击器和钻头进行凿岩作业 15 一体化潜孔钻机的动力头的外形如图 示： 小齿轮 ） 图 液压马达参数的确定 液压系统的主要参数为压力和流量。它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。负载决定压力；液压执行元件（即马达）的运动速度和结构尺寸决定了流量 已知驱动力矩：最大正转扭矩为 T =系统压力为 10）其机械效率为m=马达惯性力矩000， 则载荷力矩： 2000 21000 . 9 5 m （ 液压马达排量： V=2 T P = 6362 3 . 1 4 2 1 0 1 4 8 1 0 /1 0 1 0 0 . 9 5 （ 邵阳学院毕业设计（论文） 12 动力头输出参数计算 动力头它是回转动力头机构的传动装置， 它是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。负载决定压力；液压执行元件（动力头）的作为传 动机构必须满足 转动作安全，稳定的工作。 输出动力力矩 12 （ 式中： 输出动力矩为 612N m； M 动力机产生力矩 ， N m； i 动力头减速箱的传动比为 1 减速箱传动效率； 1=(O 91 0 99)t； t 传动级数； 2 连接件与钻杆、钻杆与钻杆间的传动效率； 与螺纹种类、钻杆数目有关 。 动力头减速箱的传动比为大小齿轮的齿数之比： 大齿轮齿数1Z=56，小齿轮轴的齿数为2Z： 12 56 134 . 3ZZ i （ 在齿轮啮合时应该避免根切现象的产生，在一般正常齿制齿轮中7Z ，短齿制齿轮4Z 。但若要求齿轮的齿数不产生根切，则应采用 变位齿轮。 变位齿轮和标准齿轮的模数和压力角相等，因而它们的分度圆和基圆也相等。由此可见，变位齿轮的齿轮廓曲线和标准齿轮的 轮廓曲线是同一个基圆上产生的紧近线，不过取不同的部位而已，变为齿轮的某些尺寸已非标准，如变位齿轮的变位系数为，2 ，齿顶高变大为 ，齿根高变小为 。 则动力头输出力矩为： 12 6 1 2 4 . 3 0 . 9 5 1 2 5 0 0 N m （ 输出转速 ： 0d （ 式中： 邵阳学院毕业设计（论文） 13 动力头输出转速； n 动力机产生回转转速。 0 195 4 5 . 3 / m i 3d （ 工作阻力矩的计算 潜孔钻机在钻进过程中，钻具所承受的阻力矩 (1) 剪切两次冲击 间岩瘤所产生的剪切力矩1M。活塞每次冲击一次钻头的转角为： (n f) 360。 （ 则每个钻 刃一次剪切岩瘤的长度为： L= R 80。 （ 其中： 21/R n d n （ 式中 ： 2n 为 ； d 为 石的最 大剪切宽度 ； 则 ： 1 0 02/dM n k n d R f（ 式 中： 0n 为钻具总数 ； k 为相邻凿痕对岩石深度的影响系数； 0 岩石抗剪强度 ； 为钻具转速 ；， f 冲击频率； R 钻刃中心到钻头中心的加权半径。 (2) 钻刃与孔底岩石的摩擦所形成的摩擦阻力矩2M。该阻力矩与钻具的轴压力及钻具和岩石间的摩擦系数有关： 20M （ 式 中： 0 钻刃与孔底间的摩擦系数 ； F 作用于钻具上的轴压力，其值应大小适中，太小钻头易反跳，太大会加邵阳学院毕业设计（论文） 14 剧钻刃磨损 ，缩短寿命； (3) 钻杆外缘与孔壁闻的岩粉摩擦所形成的分布阻力矩3M。钻孔时钻杆的柔性变形及偏摆与孔壁及岩粉摩擦产生阻力矩，它与岩石性质、岩粉粒度，钻头结构、排粉状况等密切相关 。 其关系式为 : 3 3 2M K M（ 3K 为 比例系数 ，一般取 0 1 O 3。 因此 ，总阻力矩： 1 2 3 4100 M M N m （ 对于不同的地质情况应有不同的扭矩及转速的原动机，一般要求12 2 M, 1 1 1 5。 通过以上对回转动力头技术参数的计算，得出了液压马达和回转动力头的主要技术参数为下面的回转动力头机构液压系统的设计部分作基础。 邵阳学院毕业设计（论文） 15 回转动力头机构液压原理设计 转动力头机构液压回路的选择 任何机械设备的液压传动系统，都有由一些液压基本回路组成的。所谓基本回路，就是由有关的液压元件组成，用来完成特定功能的典型油路 22 工程机械对液压回路系统主要要求是应该保证主机具有良好的工作性能。 为此，一个好的或比较好 的液压系统应满足一下几个要求： （ 1） 当主机在工作载荷变化大，并有急剧冲击和振动的情况下工作时，系统要有足够的可靠性。 （ 2） 系统应具有较完善的安全装置，如执行元件的过载卸符、缓冲和限速装置等。 （ 3） 减少系统的发热量，保证系统连续工作液压油不超过 65 度，要避免系统因油温而产生的损失。 （ 4） 由于工程机械在野外作业为多，工作条件恶劣，为了保证系统和元件的正常工作，系统必须设置良好的加油、吸油及压油过滤装置。 （ 5） 大型工程机械应考虑有应急能源。为了减轻驾驶员劳动强度，可采用先导操纵。 对于任何液压 传动系统来说，调速回路都是它的核心部分。这种回路可以通过事先的调整或在工作过程中通过自动调整来改变元件的运行速度，但它的主要功能却是在传递动力（功率）。 根据伯努力方程： 2 X （ 式中： q 主滑阀流量； 阀流 量系数； 阀芯流通面积； p 阀进出口压差； 流体密度； 其中 为常数，只有p 为变量。 首先由前面的设计可知，一体化液 压潜孔钻机的回转机构液压系统的功率不是很大，钻进过程的速度低，工作负载变化小，可采用进口容积节流调速回路的形式。为了解决进口节流调速回路在钻进过程中突然出现前冲现象，回路中要设置背压阀。 邵阳学院毕业设计（论文） 16 容积节流调速回路 容积节流调速回路的工作原理是：用压力补偿变量泵供油，用流量制阀调定进入马达或马达流出的流量来调节工作部件的运动。并使变量泵的输油量自动与马达 所需要流量相适应。这种容积节流调速回路，没有溢流损失，效率较高，速度稳定性也比单纯的容积调速回路好。 调速回路有三种：节流调速回路，容积调速回路，容积 节流调速回路。 （ 1） 节流调速回路效率较低，机械特性较软，变载下的运动平稳性较差，只适合在负载小、低速、小功率的场合。 （ 2） 容积调速回路没有溢流损失和节流损失，且工作压力随负载而变化，因此效率高，发热少。 （ 3） 容积节流调速回路用流量控制速度，使输油泵的流量自动与负载相适应，它没有溢流损失，效率较高，速度稳定性比比单纯的容积调速回路好。 因此选用容积节流调速回路。由于定压式容积节流调速回路大多用在负载变化不大的中小功率场合，而变压式容积节流调速回路用在负载变化大、速度较低的中小功率场合，故选用定压式 容积节流调速回路。对于泵来说是容积调速，对于阀来说是节流调速，用电液比例阀进行节流调速。 在这个液压系统的工作循环内，液压马达交替地要求油源提供低压大流量和高压小流量的油液。从提高效率、节省能量的角度上来看，采用单个变量泵作为油源显然是不合适的，宜选用双联式变量柱塞泵做为油源。如图 至 系 统图 双联式变量柱塞泵 制动回路的选择 对潜孔钻机而言，由于有定位精度要求，因此回转系统性能是一项重要参数，对作业的生产率、钻孔质量 和操纵舒适性起决定作用，而在回转系统中，除其回转速度邵阳学院毕业设计（论文） 17 指标外，回转制动性能尤为重要。由于液压系统选用了容积节流调速的方式。 目前回转制动分为闭式回转制动和开式回转制动。其中，开式回转制动作为被淘汰技术，它有许多缺点。它的制动通过两个动作完成，即首先切断油路，使马达被迫制动，然后通过刹车主气缸，控制机械制动器，使马达实现机械制动。这两个是分别通过手和脚的操纵来实现的，因此制动性能和制动效果的好坏，及冲击的大小，主要取决于操作者的熟练程度。而对于旋挖钻机而言，显然不能满足要求。开式制动在停机时，没有气源，不能实现 制动。因而移位换场或运输过程中，开式制动带来诸多不便。 而闭式制动可以是切断油路、控制机械闭式制动器或两者结合使用。它是自动实现回转制动，通过操作阀切断油路，然后通过时续控制自动控制液压马达中的闭式制动器，因而操作简单、回转精确、冲击小。并且停机时也能机械制动。因此选用闭式制动回路。而对于由单向阀组成的制动缓冲回路，显然有很大冲击，且无精度，因此选用的带节流阀的制动回路，如图 示： 图 节流阀的制动回路 速运 动和换向回路的选择 系统在采用节流调速回路后，不管是采用什么油源形式都必须考虑有单独的油路直接通向液压马达两腔，以实现快速运动，在换向回路中最重要的是换向阀。 （ 1） 换向阀的选择 换向阀的作用是利用阀芯和阀体间的相对运动，来变换油液流动的方向。以实现工作机构的直线往复或正反转，也可利用换向阀来接通或关闭油路。 邵阳学院毕业设计（论文） 18 （ 2） 换向阀的工作原理是： 换向阀主要由阀体及阀芯组成，阀体内加工了几条环形通道，阀杆上加几个台肩与之配合（有的是阀芯内部有通孔），以使某些通道连通，而另一些通道被封闭。当阀芯在阀体内移动时，可改 变各通道之间的连通关系。其工作原理如图 为了保证换向平稳起见，可采用下图的电液换向阀式换向接回路。 最后考虑压力控制回路。系统的调压问题已在油源中解决。斜荷问题如采用中位机能为 不必再设置专用的元件或油路。 图 换向阀工作原理图 在本系统中，液压马达要作差动连接，所以在系统的换向回路中应采用如下所式的形式， 其结构原理图为图 至工作执行部分图 电液换向阀 邵阳学院毕业设计（论文） 19 液压系统原理图 一体化液压潜孔钻机液压原理图 通过上面对 一体化液压潜孔钻机总装结构的了解，了解了它的结构组成，现进一步对其液压系统原理图的分析 25 其一体化液压潜孔钻机液压原理图如图 动力头回转机构液压原理图 综上所选出的各种回路组合画在一起 ,就可以得到 动力头回转机构液压原理图 如图 示 过滤器2 : 背 压 阀3 : 双 联 式 柱 塞 泵4 : 回 油 过 滤 器5 : 液 控 单 向 阀6 : 节 流 阀7 : 三 位 四 通 电 液 换 向 阀8 : 摆 线 液 压 马 达9 液 压 马 达 液 压 锁图 动力头回转机构液压原理图 但根据液压原理系统的 分析来看，可以发现，这个系统在整个回转机构工作过程中还存在问题，必须进行如下的修改和整理： （ 1）为了解决双联式泵的差动式供油现象而不使整个液压回转系统油压过高，无法建立压力问题，必须在双联式泵中串联一个单项阀 A。 （ 2）为了解决回转机构回转时回油路接通油箱，无法实现液压马达差动连接问题，必须在回油路上串联一个液控顺序阀 足回转过程的油压。 （ 3）为了便于操作人员能控制回转机构在工作是的正常工作压力，须在油路中设置一个油压表 ，通过油压表 的油压。 邵阳学院毕业设计（论文） 20 图 一体化液压潜孔钻机液压原理图 邵阳学院毕业设计（论文） 21 整理后的动力头回转机构液压系统图便如图 示 ,它在各方面都比较合理 ,完善。 过滤器2 : 背 压 阀3 : 双 联 式 柱 塞 泵4 : 回 油 过 滤 器5 : 液 控 单 向 阀6 : 节 流 阀7 : 三 位 四 通 电 液 换 向 阀8 : 摆 线 液 压 马 达9 ： 液 压 马 达 液 压 锁A ： 液 压 单 项 阀B ： 液 控 顺 序 阀C ： 油 压 表D ： 远 程 调 压 阀图 调整后的动力头回转机构液压原理图 液压元件的选择 液压系统是由液压元件和基本的控制回路组成的，而基本控制回路也是由液压元件通过管道和阀体组合而成的，因此液压元件是组成液压系统最基本单元。按照功能和执 行任务不同，液压元件大致可以分为液压动力元件，液压执行元件，液压控制元件和辅助元件四大类。液压动力元件的功能是为液压系统提供具有一定压力和流量的液体，如液压泵。液压执行元件的功能是将液体的压力能转化为机械能，以驱动工作装置，如液压缸和液压马达。液压控制元件是用来控制，调节液流方向、速度、流量、压力等参数，使整个系统按要求协调的工作，如各种控制阀。辅助元件包括蓄能器、油箱、滤清器等 29 液压马达的选择 （ 1） 计算液压马达排量 液压马达是双向回转的，其回油直接回油箱，视其出口压力为零 ，此， V=2 T P = 6362 3 . 1 4 2 1 0 1 4 8 1 0 /1 0 1 0 0 . 9 5 （ 邵阳学院毕业设计（论文） 22 其中， P = 21 液压马达进出口油压差。 （ 2） 液压马达的选择 已经计算得出马达排量为 148mL/r，正常工作时，输出转矩 统压力为 10择 2 5L/ （ V =195 mL/r, （ 85r/ （ 在 P=18出扭矩 T=m=61注油量 3L，驱动轴 J=2m 。（ 3） 马达实际所需流量计算 选择动力头箱体为山河智能公司的自制件，其传动比为 i=65/13=量m=210 因此，马达转速为： n=i 94.8 r/ （ 因此，马达实际所需流量为： Q=V n=195 610 194.8 r/8L/ （ （ 4） 22K 系列摆线液压马达是按照美国 司的产品图样和制造 技术生产的产品，是最先进的端面配流式摆线液压马达，产品工作效率高，安全可靠，形式多样，广泛应用于工程机械，农业机械，矿山机械，起重运 输以及机械制造、军工等行业。其特点如下： 排量范围大，适应广泛的转速扭矩要求。马达可由简单的液压控制阀块控制自由换向，并在双方向 获得同样的输出扭矩。 转速范围广，可在低至数转高至 1000转速范围内稳定工作。 最高连续工作压力可达 20足日益发展的液压系统的要求。 结构紧凑，体积小，可直接驱动工作部分，减少了系统所需要的机械联结，为系统的设计提供了广泛的适应性。 马达可以串联或并联使用。 （ 5） 摆线液压马达的结构和工作原理 2K 系列 摆线 液压马达为端面配流，压力 补偿摆线液压马达，具体结构 如 图 马达输出轴由高承载能力的两锥滚轴承支撑，是马达具有承受高径向负荷的能 邵阳学院毕业设计（论文） 23 图 摆线液压马达结构图 力，并与扭拒相匹配，使得马达可直接用于驱动工作的机构，无需要外加轴承，是系统结构简化。 配流盘具有良好的液压平衡和配油精度，平衡盘磨损自动补偿，效率高。 采用先进的 定转子技术 生产的嵌齿式定转子使的马达具有高效率，地转速稳定性。 特殊的联动轴花键的设计使马达具有稳定的转速，具有平稳的负载速度特性，可容易地实现调速。 先进可靠轴回转密封设计及进口密封件使得马达可承受高达 14背压。 马达规定多样，有多种输出轴，油口，联结法兰及特殊特征的选择，但一般在工程机械中选用标准液压马达，在此也是选用标准液压马达，如图 示： 图 邵阳学院毕业设计（论文） 24 标准摆线液压马达： 法兰靠近轴端面，是 一种使用马达的联结方式。一般采用管式连接的方式：以下为标准摆线液压马达管式连接结构图 口油口图 准液压马达管式连接图 （ 6） 2 标准摆线液压马达具有 6个齿的摆线转子和 7个圆弧齿的定子想啮合形成 7个封闭容积，配流盘上 12 个孔， 6 个通回油，辅助配流盘上的孔分别与相应的转定子形成的 7个容积腔相通。 当高压油由 临 3腔进高压油，转子在油压的作用下 ，使高压腔齿间容积增大的方向自转，由定子是固定不动的，转子在绕自身轴线低速旋转时，转子中心还绕定子中心作高速反向公转（当转子公转时，亦即转子沿定子滚动时，其吸排油腔不断地变化，但始终以两中心的连心线为界限分成两期那个，齿间容积增大的为高压腔，另一腔齿间容积缩小的为低压腔）。公转一转（此时每个齿间容积完成一次进回油循环）自转一齿，既转子公转 6 圈时才自转 1 圈，公转自转的速比为 6： 1，转子自转与转时，马达配油完成 42 个腔的进出油变化，因此相比其他马达具有低速扭矩的特点。配油盘有小联动州带动随转子同步旋转进行连续配 油，这样高压腔就不段扩大推动转子不断旋转。连续完成进出油工作过程。 转子自转通过长联动轴传给输出轴，从而使输出轴连续旋转，并输出转矩。带动回转动力头旋转，完成回转动作。 液压泵的选择 （ 1） 液压泵的选择 液压泵工作压力的确定 邵阳学院毕业设计（论文） 25 1（ 1P 是液压系统工作压力，即 1P =10P 为泵出口到液压马达入口的管道损失，由于系统中有换向阀，单向阀，取 P =工作压力为： 0+ （ 液压泵流量的 确定 )( 3m a x（ 其中 马达，缸最大流量之和，对于在工作中用节流调速的系统，还 须加上上溢流阀的最小溢流量，一般取 4 ， K 系统泄漏系数，一般取 K 处取 则液压泵流量： 8 （ 为了有一定的压力储备，所选液压泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25 60。 确定液压泵的驱动功率： 310（ 36334 5 . 6 1 0 1 0 . 5 1 060 9 . 4 ( )1 0 1 0 8 5 % W （ 其中 y 液压泵的总效率 液压泵总效率选择方案如表 表 液压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 合考虑到整机其它工况动作