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旋挖钻机钻桅及提升卷扬机构的设计【含CAD图纸】

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钻机 提升 卷扬 机构 设计 CAD 图纸
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内容简介:
I摘摘 要要旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备,被广泛应用于水利工程、高层建筑、城市交通建设、铁路公路桥梁等桩基础工程的施工。桅杆作为旋挖钻机主执行机构的重要支撑和受力构件,是旋挖钻机工作的重要组成部分,对于保证钻机的正常运行和工作质量起着重要作用。旋挖钻机的卷扬有主副卷扬2种,卷扬的结构采用卷扬减速机,具有卷扬、下放、制动功能,主卷扬应具有自由下放功能,且实现快、慢双速控制。副卷扬用以提升钻具、吊放护筒、下钢筋笼等,是旋挖钻机进行正常工作的辅助起重设备。为了防止副卷扬钢丝绳上升时自桅杆顶部脱出,在桅杆顶部设有防过卷开关,将开关信号引到电磁阀,通过控制先导油路来控制主阀副卷扬联动作,从而控制副卷扬马达的回转。主、副卷扬应配有压绳器。液压系统是钻机的能源转换系统, 也是钻机各职能部件的控制系统。关键词关键词:旋挖钻机;马达;钻桅 ;轴承IIAbstractRotary drilling rig is an equipment which can pour into hole.It is multifunction and high efficiency.Rotary drilling rig is widely used in primary engineering buildings that are water conservancy projects,heigh-rise buildings,urban transport constructions,railway,bridges and other road constructions.The important supports and force structures of rotary drilling rig are masts which are main execution structures.Masts play important roles in assuring rotary drilling rig on control and the working qualities.There are two kinds of winches in rotary drilling rig .They are the main and the secondary.The structure of winch uses winch reducer,having winching,moving down and brake.The main winch should have moving down freely and it also can bring about two-speed controls -fast and slow.The secondary winch uses in promoting drilling tool,hanging pile casing and putting reinforcing cage.The secondary winch is accessorial hoisting apparatus when rotary drilling rig is working.In order to prevent the rising secondary winchs rope from emerging the top of masts.Its equipped with an over-wind switch on the top of masts.So that it can send signal to solenoid pilot actuated valve.Main valve of the secondary winch is linkaging through controlling previous oilpassage so that can control the turning of the secondary winch.The main winch and the secondary winch should have knotters.Hydraulic circuit is power source changing transform system of rotary drilling rig and its also the control system of each parts function for rotary drilling rig.Keywords Rotary Drilling Rig motor drilling masts BearingIII目目 录录1 绪论.11.1 概论.11.2 旋挖钻机的三种类型.11.2.1 小型机.11.2.2 中型机.11.2.3 大型机.21.3 旋挖钻机的发展.21.3.1 国内产品发展现状.21.3.2 国内主要生产产品的技术现状分析.21.4 国内外旋挖钻机结构特点的探讨.52 卷筒及防跑偏装置.82.1 钢丝绳的确定.82.1.1 旋挖钻机钢丝绳的使用工况及技术要求.82.1.2 钢丝绳分类.82.2 钢丝绳的计算.92.3 钢丝绳长度的优选.92.4 影响钢丝绳寿命的主要原因.102.4.1 钢丝绳的润滑性能和表面特性.102.4.2 钢丝绳与卷扬机的联结状况.102.4.3 导向轮的运转灵活程度.112.4.4 定滑轮的磨损程度及润滑.112.5 卷筒.112.5.1 卷筒直径计算.112.5.2 卷筒技术条件.142.6 防跑偏装置.162.6.1 引言.162.6.2 压绳器原理及工作过程.163 液压马达.183.1 液压马达的分类及特点.183.2 液压马达的工作原理.18IV3.2.1 叶片式液压马达.183.2.2 径向柱塞式液压马达.193.3 液压马达的主要技术参数.193.4 液压马达的选择.193.4.1 液压马达的计算.193.4.2 液压马达的特征.214 轴承的计算与润滑.234.1 滚动轴承.234.1.1 主滑轮轴承的计算.234.1.2 副滑轮轴承的计算.254.2 滚动轴承的润滑.274.3 滚动轴承的密封.295 桅杆.305.1 桅杆.305.2 各部件与钻桅的装配关系.315.3 钻桅计算工况的选择.325.4 桅杆强度计算.336 液压系统.366.1 液压系统.366.2 电液比例技术.366.3 主卷扬工作原理.386.4 液压控制阀的确定.396.4.1 液压阀选择的总体原则.396.4.2 方向控制阀的选用.396.4.3 压力控制阀的选用.406.4.4 流量控制阀选用.40结论.41致谢.42参考文献.43附录.44附录 1.44英文资料.44V中文翻译.6011 绪论1.1 概论旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工,在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用,旋挖钻机的额定功率一般为 125450kW,动力输出扭矩为 120400kNm,最大成孔直径可达 1.54m,最大成孔深度为 6090m,可以满足各类大型基础施工的要求。该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等,整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感,具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具,适用于干式(短螺旋)或湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业,还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等,实现多种功能,主要用于市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利、防渗护坡等基础施工。国内的专家认为:旋挖钻机在国内今后几年仍有很大的市场。故对旋挖钻机现状与结构特点分析有着十分重要的意义。1.2 旋挖钻机的三种类型 选择旋挖钻机的原则应该是能满足用户目前的主要工程需求,兼顾今后可能发生的工程需求。旋挖钻机根据其主要工作参数:扭矩、发动机功率、钻孔直径、钻孔深度及钻机整机质量可以分为三种类型: 1.2.1 小型机 扭矩 100kNm。发动机功率 170kW,钻孔直径 0.51m,钻孔深度 40m 左右,钻机整机质量 40t 左右。小型机的应用市场定位: (1)各种楼座的护坡桩; (2)楼的部分承重结构桩; (3)城市改造市政项目的各种小于 1m 的桩; (4)适用于其他用途的桩。小型机的市场工作量覆盖比例达到 30%以上1.2.2 中型机 扭矩 180kNm,发动机功率 200kW,钻孔直径 0.81.8m,钻孔深度 60m 左右,钻机整机质量 65t 左右。中型机的应用市场定位: (1)各种高速公路、铁路等交通设施桥梁的桥桩; (2)大型建筑、港口码头承重结构桩; (3)城市内高架桥桥桩; (4)其他适用桩。中型机的市场工作量覆盖比例达到 90%以上。 21.2.3 大型机 扭矩 240kNm,发动机功率 300kW,钻孔直径 12.5m,钻孔深度 80m。钻机整机质量 100t 以上。大型机的应用市场定位: (1)各种高速公路、铁路桥梁的特大桥桩; (2)其他大型建筑的特殊结构承重基础桩。大型机的市场工作量覆盖比例达到 10%以上。1.3 旋挖钻机的发展 1.3.1 国内产品发展现状 旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世,二战之后在欧洲得到发展,1948 年意大利迈特公司首先开始研制,接着意大利、德国开始发展,到了 7080 年代在日本得到快速发展,当时日本称之为回转斗成桩,也叫阿司特利工法(EarthDriII) ,在德国、日本这类工法相当普遍。我国在 80 年代初从日本引进过工作装置,配装在 KH-125型履带起重机上。1984 年,天津探矿机械厂引进美国 RDI 公司的旋挖钻机并进行消化吸收。1987 年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司(SOILMEC)产品,1988 年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了 1.5m 直径的履带起重机附着式旋挖钻机。 1994 年郑州勘察机械厂引进英国 BSP 公司附着式旋挖钻孔机的生产技术,但都没有形成批量生产。1992 年宝峨公司在中国北京设立了代表处,开始了对华业务。并于 1995年在天津成立了独资子公司宝峨天津机械工程有限公司,组装适合中国市场的宝峨 BG20型旋挖钻机。 1998 年在上海又成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司,生产组装BG15 型、BG24 型旋挖钻机。1998 年,徐工集团开始自主开发研制 RD18 旋挖钻机,于 99年试制成功并投入批量生产,最近几年我国旋挖钻机取得了快速发展。后来,北京经纬巨力、三一重机等也纷纷涉足旋挖钻机的生产,目前国内外生产旋挖钻孔机厂商有近二十家。 1.3.2 国内主要生产产品的技术现状分析 徐工科技:徐工科技主要产品有 RD15、RD18/RD20、RD22 三种旋挖钻机,是国内较早专业生产大口径液压旋挖钻机的厂家。 该系列钻机是在广泛吸收国外同类产品先进技术的基础上设计开发的高新技术产品,主要性能指标达到了当代国际同类产品的先进水平,液压等关键零部件采用国际化配套,保证整机的可靠性。整机采用液压伸缩式履带底盘,自行起落折叠式钻桅、伸缩式自锁钻杆,采用国际先进的 PLC 智能控制技术,CAN 总线控制系统,具有钻孔定位自动对正、钻桅垂直度自动控制、孔深自动检测显示、钻孔速度扭矩自适应系统、故障诊断等多种3智能化功能。采用彩色屏翻屏显示,优化了界面,方便人工操作,控制器、传感器等主要电气元件采用进口件,提高了产品可靠性。采用液压先导控制,操作方便舒适。该系列钻机采用进口 CUMMINS 系列发动机,RD22 还采用了电喷发动机,最大扭矩 250kNm,最大成孔直径 2500mm,具有充足的功率储备,完全可以满足在我国高原地区的施工。徐工钻机目前主要采用进口钻杆,整机具有主副卷扬防过卷安全保护、变幅安全限位、驾驶室内先导控制切断等可靠的安全保护装置。操纵室视野开阔,装有冷暖空调并最大限度的满足操作人员的舒适要求,整机外型美观大方,主要结构件采用高强度低合金结构钢焊接而成,机械强度高,刚度大,工作安全可靠。 北京经纬巨力工程机械有限公司:北京经纬巨力工程机械有限公司是香港中国基础工程有限公司(CFC)100%投资控股企业,生产的产品主要有 ZY120、ZY160、ZY200 三种机型,其产品主要元件采用进口件,包括钻杆在内的结构件均为自制件,功能及技术性能与国内外同类产品相似,动力头采用双速减速机及单级平行轴齿轮减速增扭,所选发动机功率较大,可在高原等恶劣条件下作业。 河北石家庄煤矿机械公司:河北石家庄煤矿机械公司最新推出的 XZ-20 旋挖钻孔机是该公司在引进芬兰永腾公司技术的基础上,采用技贸结合的方式生产的新产品。该机动力头、钻杆等均从进口永腾公司进口,制造成本较高,因此售价大大高于国内同类产品机型,市场竞争力有待提高。 内蒙古北方重型汽车股份有限公司:内蒙古北方重型汽车股份有限公司经过缜密的市场调研,与吉林大学联合研制了 ZY-200 型旋挖钻机,ZY-200 型旋挖钻机底盘选用卡特彼勒公司履带底盘,发动机选用美国康明斯发动机,可以旋挖直径 2m,深 60m 的桩孔,是一种技术密集、资金密集的高新技术产品。 天津宝峨公司:天津宝峨公司是德国宝峨公司设在天津的一家独资企业,主要组装宝峨 BG 系列旋挖钻机和连续墙施工设备,并提供在中国所有宝峨公司产品的售后服务。主要机型为 BG20 旋挖钻机,该机最大的特点是动力头为双级扭矩输出,当小扭矩输出时,最大钻进速度可达到 60r/min,大大提高了施工效率,该机可配 5 种自锁式或摩擦式 6 键钻杆,长度从 3058m,发动机额定功率为 145kW,耗油量小,主要适于在平原施工。 三一重机:三一重机主要产品是 SR220C 机型,最大扭矩 220kNm,最大成孔直径2000mm。SYR220 旋挖钻机选用了 CATERPILLAR330C 底盘、C-9 电喷发动机、内藏式液压可伸缩履带结构,宽履带提供较低的接地比压,提高施工时整机稳定性和适应性,且便于施工和运输。SYR220 旋挖钻机电子控制系统主要由发动机和泵电子控制系统、桅杆垂直度自动调平系统、PLC 功能控制系统等部分组成。卡特彼勒 C-9 电喷柴油发动机,是目前国际上最先进的动力装置,发动机和泵电子控制系统可以控制主泵的输出流量,发动机和泵控制器会根据发动机转速和转速旋钮位置向控制主泵输出的比例电磁铁发出电信号,指导主泵最佳输出,让液压负载与发动机转速相配,从而利用发动机的最大可用功率,发动机转速自动控制(AEC)在负荷较小或无负荷时,系统自动降低发动机转速,减4少油耗。该发动机噪音低,振动小,废气排放量小,环保高效,性能稳定可靠。桅杆垂直度自动调平系统,能对桅杆进行实时监控,可实现手动和自动切换,在一定的角度范围内,自动调整角度,保证施工中桩孔的垂直度要求,提高施工质量。PLC 功能控制系统还可实现钻孔深度监测调整,回转自动定位,功能模式切换,工作装置自动限位等功能。液压系统是钻机的能源转换系统和钻机各职能部件的控制系统。发动机发出的动力,通过液压系统,将其转换为推动钻机各职能部件运动的驱动力,并对各职能部件的运动规律进行有效的控制。液压系统关键部分沿用卡特彼勒液压系统主控回路、先导控制回路,其精髓在于使用了先进的负载反馈技术,可使流量按需分配到系统各个工作装置,实现不同工况下的最佳匹配。先导控制使操作更加灵活、安全、舒适、精确。系统独立散热。泵、马达、阀、油管及管接头全采用进口产品,确保系统的高可靠性。SYR220 旋挖钻机司机室大面积成型玻璃宽敞明亮,内设大功率绿色冷暖风空调,拥有可调式豪华减振司机座椅,使司机人员有一个舒心的工作环境;轻巧灵活的人性化设计的操纵手柄分立两旁;正面触摸屏和右侧的监控器显示系统状态参数,还提供非正常状态报警项目和故障确认消除等一目了然;仪表台上的压力表还可为操作司机提供更为直观的工作状态;整机启动前还具备预先自动检测功能。 SYR220 旋挖钻机桅杆采用大箱形截面,为动力头和钻杆提供导向作用,具有良好的刚性和稳定性,抗冲击、耐振动,无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度,便于运输。采用流行的平行四边形结构,通过其上油缸的作用,可以使桅杆远离机体或靠近机体,改变桅杆的角度,以调节桅杆的工作幅度或运输状态桅杆的高度,以及桅杆相对地面的角度,使其动作机动灵活,施工效率高。动力头采用双变量液压马达驱动小齿轮,由小齿轮啮合大齿轮带动键套与钻杆配套,可根据不同的地质条件自动无级改变旋转速度和输出扭矩,高品质双速减速机还可实现高速甩土功能,动力头有独立的润滑、冷却和换速液压系统,确保动力头能可靠高效地工作。SYR220 旋挖钻机还可配套长、短螺旋钻具、普通钻斗、捞沙钻斗、筒式岩石钻头等钻具以适应粘土层、沙砾层、卵石层和中风化泥岩不同的施工要求。 宇通重工:宇通重工新推出机型是 YTR230,该机型配置基本和三一重工的 SR220C 相同,主参数也基本相同,这是该公司首次涉足旋挖钻机领域,技术上有待进一步完善。山河智能公司的 SWDM-20 钻机和徐州东明公司的 TRM200 钻机均采用自制底盘国产化钻杆,动力头为国内同一家公司生产,技术水平相差无几。 中联:中联 ZR200 旋挖钻机技术特点是采用了卡特彼勒 330C 专用可拓展履带底盘,C-9 增压、中冷、电控发动机,内藏式液压可伸缩履带结构。发动机和泵自动控制系统能最大限度地提高燃油效率,电子控制模块(ECM)汇集所有发动机燃油、空气、冷却液和排气系统的传感器,存储并传递如转速、油耗及故障诊断等状态信息,能自动地与不同的施工环境相匹配,即使在极端条件下也能稳定地输出最大扭矩,防止发动机熄火。冷却系统能保证机器在-2040外部环境温度下安全运转。CAT330C 驾驶室,能有效地5阻隔噪音,驾驶室和操纵台的设计符合人机工程学,驾驶员可轻松触到驾驶室内所有的开关、表盘和操纵手柄。自动控制的空调能自动调节室温和空气流量。滑移式遮阳板保护驾驶员免受阳光直射。电子控制系统为 PLC 功能控制系统和桅杆垂直度自动调平系统。PLC 功能控制系统在基于嵌入式真彩 LCD 显示屏的基础上,应用 CANBUS 技术和虚拟仪表技术,配合独特的传感器,来实现钻机的精确控制。在作业中能动态显示各控制元件的状态:钻进过程孔深自动记录,数字和动画双显示;上车回转数字和图形双引导,快速自动找回;逻辑功能模块可防止驾驶员误操作,且具有功能模式切换、整机运行状态监控、工作装置自动限位等。桅杆垂直度自动调平系统,能对桅杆进行实时监控,可实现手动和自动的切换,在一定的角度内可自动调整桅杆的垂直度,保证施工中桩孔的垂直度要求,提高施工质量。液压系统采用先导操纵的主、副双回系统。各部件的运动速度可以通过控制手柄位移的大小来控制。主泵系统采用分功率、负控制,且与发动机泵电子控制系统相连,使机器在各档油门位置都能实现发动机转速的自动控制。副回路采用了负荷传感技术。独特的动力头润滑系统保证机器可靠运行。双液压马达变量驱动的动力头,可根据地质条件的不同自动地无级改变动力头的转速和扭矩,双速减速机通过动力换档可实现高速甩土功能。钻机为伸缩式钻杆,钻杆的下端装有弹簧减振器。有两种型号可供用户选择,且两种钻杆可互换。一种为摩阻式(5X13m)五节钻杆,有效钻深为60m;另一种为内锁式(4X13m) ,有效深度为 48m。可配 8002000mm 不同规格和各种用途的钻具,如长、短螺旋钻具、普通钻斗、捞沙钻斗、筒式岩石钻头等以满足不同施工要求。 1.4 国内外旋挖钻机结构特点的探讨钻头的结构:钻头是决定旋挖钻机能否较好适应复杂地层、提高工效的重要部件,目前国内外旋挖钻机的钻头共分 3 种常用的结构:短螺旋钻头(6002500mm) 、回转斗钻头(8002500mm)和岩心钻钻头(8002500mm),如 R622-HD 旋挖钻机的钻头有:短螺旋钻头、单层底旋挖钻头、双层底旋挖钻头工 4 个(900、1000、800、1500) 。目前国内外旋挖钻机钻头的 3 种常用的进土结构如下:(1)短螺旋钻头 。旋挖钻头主要以短螺旋钻头为主,他主要靠螺旋叶片之间的间隙来容纳从孔底切削下来的土、沙砾等,这种钻头结构简单、造价低。地层较好时,使用他也可达到好的效果,如果低沙砾石较多或含水较多时,在提钻时很容易掉块,钻进效率低,甚至于不能成孔。 (2)单层底旋挖钻头。在地下水位较高,或含沙砾较多的地层,木多数旋挖钻机均采用钻头钻进,用静压泥浆护壁,这种钻孔工艺已明显优于短螺旋钻头钻孔。最早的旋挖钻头是单层底,在底下方有对称的 2 擅仅可向头内方向打开的合页门。当钻头钻进时,孔底切削下来的土、砂经合页门压入头内;在提钻时,在头内土砂的重力作用下,两扇门向下关闭,以阻止砂土漏回孔内。由于这种重力作用不是十分可靠,时常发生合页门关闭不严,造成砂土漏回孔内,降低了钻进效率,还会影响孔6底清洁度。 (3)双层底旋挖钻头。自 20 世纪 90 年代以来,国外的一些钻机制造公司,在原单层底钻头的基础上,开发出双层底的旋挖钻头。其特点是 2 层底可以相对回转一个角度,以实现头底进土口的打开与关闭。即在顺时针旋转切削时,底部的进土口为开放状态,当钻完一个回次后,将钻头逆时针旋转一个角度,致使进土口强行关闭,从而使切削物完整地保存在头内。实践表明,才复杂地层中,双层底钻头的钻进效率及孔底清洁度明显优于单层底钻头。卷扬的结构:国内外旋挖钻机的卷扬有主副卷扬 2 种,卷扬的结构采用卷扬减速机,具有卷扬、下放、制动功能,卷筒自行设计,主卷扬应具有自由下放功能,且实现快、慢双速控制。主、副卷扬应配有压绳器。液压电器系统:意大利、德国制造的各类旋挖钻机的机、电、液一体化高度集中,结构紧凑,操纵灵活方便,自动化程度高。他采用伸缩式钻杆,节省了人力和加接钻杆的时间,施工中只需一人即可操纵整台钻机,工人劳动强度低。钻架上装有垂直度检测仪,可以检测和显示钻架的偏斜度,并可通过钻机的“微动”系统调整钻架的垂直度。驾驶室控制面板上装有孔深和钻架垂直度显示仪以及反映发动机、液压系统工作状态的仪表、显示屏及报警装置,有的还装有全电脑操作系统,使操作手能实时掌握钻进深度、钻架垂直度,保证钻孔准确到达设计深度和良好的垂直度。旋挖钻机的电液比例伺服控制系统:国内外旋挖钻机采用电液比例伺服控制系统、PLC、CAN 总线控制等,提高了定位钻孔精度,具有钻孔深度的自动化检测,荧光屏显示功能等,当钻桅发生倾斜时,钻机会自动报警,并进行自动调整。采用能显示多种信息的多功能液晶显示器,能进行起钻桅控制、自动垂直调平、回转倒土控制、发动机的监、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测与报警等信息的显示。安全保护:国内外钻机的设计充分考虑操作人员的安全,并采取了一些措施,例如:驾驶室前窗配有 FOPS(防坠物保护) ;卷扬的高度限位;驾驶室内操作台安全控制;发动机、液压等参数显示、报警等。国外旋挖钻机的主要特点:意大利、德国等制造的各类旋挖钻机虽然能力大小有别,结构上略有差异,但总体性能和质量都比较先进、可靠,具有以下特点:(1)机、电、液一体化高度集中,结构紧凑,操纵灵活方便自动化程度高,采用伸缩式钻杆,节省了人力和加接钻杆的时间。 (2)可自行移动,自立桅杆,整个工作机构可在履带底盘上做3600 回转。因而现场转移、对孔位灵活方便,辅助时间少。 (3)与施工能力相同的常规钻机相比,回转扭矩大,并可根据地层情况自动调整。 (4)钻架采用“平行四边形连杆机构+三角形”的支撑结构,非常适合城市狭窄场地的施工。 (5)履带底盘可伸缩。(6)钻架上装有垂直度检测仪,可以检测和显示钻架的偏斜度,并可通过钻机的微动系统调整钻架的垂直度。 (7)驾驶室控制面板上装有孔深和钻架垂直度显示仪,以及反映发动机、液压系统工作状态的仪表、显示屏及报警装置,有的还装有全电脑操作系统,使操作手能实时掌握钻进深度、钻架垂直度,保证钻孔准确到达设计深度和良好的垂直7度;实时掌握各系统工作情况,便于及时采取维修措施,保证钻机正常运转。 (8)可实现多工艺钻进,能适应不同地层、不同桩基础处理方法施工的需要。一般类型的旋挖钻机除能进行旋挖钻进外,通过更换工作装置,还可实现根管钻进和长螺旋钻进。82 卷筒及防跑偏装置2.1 钢丝绳的确定要合理优选旋挖钻机的钢丝绳,首先必须对旋挖钻机钢丝绳的施工情况以及当前国产钢丝绳的种类和特点进行分析和研究,然后,根据不同厂家、不同型号旋挖钻机和设备额定提升能力确定钢丝绳的最小直径和类型,以保证设备在施工过程中的安全。 2.1.1 旋挖钻机钢丝绳的使用工况及技术要求旋挖钻机使用的钢丝绳一端固定于卷扬机的卷筒上,中间通过一个定滑轮和一个导向轮,将另一端固定于钻杆上端的提引器上,由于没有安装动滑轮设计,所以钢丝绳单绳拉力较大,才能保证提引器能在钢丝绳反扭力的作用下自由旋转,以保障起下钻杆的安全与可靠。因此,旋挖钻机的钢丝绳主要起提升钻杆和钻具的作用。旋挖施工过程中,提升和下降钻杆时,作用在钢丝绳的力是一个交变载荷。钢丝绳开始提升时,由于旋挖钻斗与地层之间的握裹力及上覆泥浆的静压力,加上钻具自重,钢丝绳上承受的负荷最大。一旦将旋挖钻斗提离钻孔底部的瞬间,作用在钢丝绳上的负荷突然变小,此时,旋挖钻斗与地层之间的握裹力消失,孔内的泥浆对旋挖钻斗产生向上的浮动,作用在钢丝绳上的拉力最小(阻力为重力加上侧摩阻力) 。以后由于浮力越来越小,作用在钢丝绳上的拉力逐渐增大,当旋挖钻斗底部离开钻孔泥浆液面的瞬间,作用在钢丝绳上的拉力第二次达到最大,钢丝绳的最大拉力为钻具的自重、旋挖钻斗的自重、钻桶内渣土的重力之和。通过以上论述可以看出:旋挖钻机施工需要频繁提升、下降钻具,因此要求钢丝绳耐磨性好,强度高。2.1.2 钢丝绳分类表 2-1分类依据钢丝绳类别优点 缺点点接触式钢丝与钢丝间接触应力大使用寿命短按钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态分线接触式钢丝绳与钢丝绳之间呈线状接触,消除了点接触的二次弯曲应力,降低了钢丝绳工作时的总弯曲应力,耐疲劳性能价格较高9好面接触式能承受较大的横向力多用于索道承载索,旋挖钻机很少使用有机芯(麻芯或棉芯)扰性和弹性较高不能承受横向压力,不宜缠绕在卷筒上,耐高温辐射性差纤维芯弹性和扰性较高不能承受横向压力,不宜缠绕在卷同上,耐高温性差石棉芯弹性和扰性较高,耐高温型较好不能承受横向压力按钢丝绳中绳芯分钢芯强度较高,能承受高温和横向压力,适宜受冲击负荷、热、挤压条件下工作扰性较差 钢丝绳新标准为 GB/T8919-1996 优质钢丝绳。它适用于机械、建筑、船舶、渔业、林业、矿业、钻井、索道及缆车等用途使用的各种圆股钢丝绳和异型股钢丝绳,但不包括航空钢丝绳和电梯钢丝绳。2.2 钢丝绳的计算 式(2.1)max1.2 9.8FG 50001.2 9.8/kgN kg58800N式中 G提升力;1.2 为安全系数,根据机械设计手册,一般选 1.2;按 GB/T3811-1983 计算,计算方法如下: 式(2.2)maxdc F 0.09658800 23.28mmd钢丝绳直径根据新版机械设计手册 2中,表 8.1-8 查得:机构工作级别 M5;最小安全系数 5;0.096/cmmN根据新版机械设计手册 2 ,选钢丝绳直径为 24mm。102.3 钢丝绳长度的优选旋挖钻机钢丝绳长度的选择需要注意以下两个因素:一是当钻具提出孔口缷渣时,钻具中心线、定滑轮、导向轮、钢丝绳位于卷扬的位置应在同一竖直平面内;二是在保障安全的情况下,钢丝绳越短越好。由于当钢丝绳全部缠绕在卷扬机上,当钢丝绳第一层缠绕满后,跳到第二层时,钢丝绳自身有一个相互摩擦的过程,在钢丝绳跳跃的地方,钢丝绳磨损最快,因此,若钻孔深度不是很深时,卷筒上钢丝绳不宜超过两层,钢丝绳总长度为孔深、钻机高度之和,在剩余 1520m 比较适合。2.4 影响钢丝绳寿命的主要原因旋挖钻机与起重机的承载情况不同,卷扬系统不能使用多倍率滑轮组,既要高速牵引又要承受大载荷,因此钢丝绳和卷筒的工况很恶劣。有必要针对旋挖钻机的特殊工况,研究专用的卷扬机和耐磨性好、强度高的钢丝绳。导向滑轮、立柱顶部滑轮要保证钢丝绳所需的较大曲率半径,导向滑轮的设置应满足立柱受力和钢丝绳与卷扬之间相对位置的要求。应设置卷扬的高度限位、过载保护和钻杆触地自停及动力头随动装置,防止钢丝绳重叠乱绳、滑脱挤压和磨损损坏,延长工作寿命。2.4.1 钢丝绳的润滑性能和表面特性首先 ,由于钢丝绳在定滑轮上移动 ,将与定滑轮产生一定的摩擦 ,如果钢丝绳没有润滑 ,将产生较大的摩擦阻力 ,不但钢丝绳容易损坏 ,而且有可能破坏定滑轮 ,造成机械事故。因此 ,钢丝绳的润滑性能和表面特性直接影响钢丝绳的使用寿命 ,保持钢丝绳润滑良好 ,清洁 ,表面不能有泥土、砂砾及铁屑等杂物 ,并且消除钢丝绳内部张力(通常俗语叫“泄劲” )是不能忽视的。2.4.2 钢丝绳与卷扬机的联结状况这是影响钢丝绳使用寿命的一个非常重要的因素。2000 年 5 月 ,北京某工地的一台新到旋挖钻机就出现类似情况。由于装钢丝绳时没有仔细检查 ,固定钢丝绳的螺栓穿过卷筒侧壁进入卷筒内 ,进入部分不到 2 mm ,结果只钻进 20 延米 ,一根新的进口钢丝绳即被螺栓刮坏。因此 ,组装钢丝绳时必须检查卷筒内壁及卷轴是否光滑 ,绳槽是否规整 ,排绳器工作是否可靠。此外,钢丝绳与提引器的联结状况直接关系到设备的安全程度,也是影响钢丝绳使用寿命的一个关键因素。钢丝绳与提引器的连接应该可以考虑以下几个问题:一是绳卡的位置及方向、绳卡的规格、数量和间距等,必须按规定要求使用,正确的绳卡布置和方向如图 1 所示;二:提引器充分润滑,旋转自由灵活;三是提引器上端通过销轴与索具套相联结,且通过定滑轮轮槽铅垂而下的钢丝绳与提引器的轴线处放同一铅垂线上。联结,且通过定滑轮轮槽铅垂而下的钢丝绳与提引器的轴线处在同一铅垂线上。11图 2-1 钢丝绳夹的正确布置方法2.4.3 导向轮的运转灵活程度当卷筒内钢丝绳由左向右排绳时 ,导向轮应随钢丝绳左右摆动 ,避免钢丝绳与导向轮轮槽之间的相互摩擦 ,造成钢丝绳过早的磨损。2.4.4 定滑轮的磨损程度及润滑使用新滑轮时,钢丝绳与滑轮之间的接触面较小,摩擦阻力较小,随着滑轮的磨损,钢丝绳与滑轮之间的接触面逐渐增加,摩擦阻力增大,当旧滑轮的磨损量超过钢丝绳直径的一半时,钢丝绳与滑轮之间的摩擦阻力达到极限,钢丝绳在滑轮中移动非常容易被损坏,因此就应该尽快更换滑轮。同时,滑轮的润滑也关系到钢丝绳的磨损速度。目前,旋挖钻机的滑轮形式有 2 种:一种是设计有用于加润滑油的黄油嘴,通过黄油嘴将润滑油注入到轴承中进行润滑,这种润滑方式简单、方便、实用,便于设备维护人员定期对滑轮润滑;另一种是安装时预先将润滑油加在轴承中,滑轮运行时自润滑,这种润滑方式必须定期将滑轮中的轴承拆卸出来,增添润滑油,对施工单位和设备维护人员来说,滑轮保养不方便。在这里使用黄油嘴,这种润滑方式简单、方便、实用,便于对滑轮定期润滑。2.5 卷筒2.5.1 卷筒直径计算12旋挖钻机的卷扬有主、副卷扬两种,卷扬的结构采用卷扬减速机,具有卷扬、下方、制动功能。主卷扬是旋挖钻机的关键部位,应具有自由下方功能,且实现快,慢双速控制。根据旋挖钻机的施工特点,在钻机每个工作循环,主卷扬的结构和功能都非常重要,钻孔效率高低、钻孔事故发生的几率、钢丝绳寿命的长短都与主卷扬有密切的关系。正常情况下,副卷扬用以提升钻具、吊放护筒、下钢筋笼等,是旋挖钻机进行正常工作的辅助起重设备。为了防止副卷扬钢丝绳上升时自桅杆顶部脱出,在桅杆顶部设有防过卷开关,将开关信号引到电磁阀,通过控制先导油路来控制主阀副卷扬联动作,从而控制副卷扬马达的回转。工作原理与主卷扬工作原理基本相同。图 2-2卷筒最小直径minD 式(2.3)minDhd其中 d钢丝绳直径。根据新版机械设计手册 2 ,由表 8.1-16 查得,h=18mm。min18 24D432mm13由新版设计手册 2 ,表 8.1-48,查得卷筒直径450mm。minD卷筒名义直径 D 式(2.4)0DDd 45024 426mm其中卷筒最小直径;0DminDd钢丝绳直径。图 2-3绳槽半径 R R(0.530.56)d 式(2.5)0.532412.72mm根据新版机械设计手册 2 ,由表 8.1-49,查得 R13mm。绳槽深度标准槽h(0.250.4)d 式(2.6)0.25246mm绳槽节距Pd(24) 式(2.7)24226mm14卷筒长度mm 式(2.8)max1.11.1HlpLnDndnDnd496其中最大提升距离;maxH滑轮倍组率。卷筒壁厚 式(2.9)00.026 10D0.02450817mm卷筒强度计算, 且为多层卷绕3LD 式(2.10)12max1pA AF 0.75 1.8 588001327Nmmmm226.5Mpa由新版机械设计手册 2 ,一般取 A1=0.75,由表 8.1-62 查得, =1.82A球墨铸铁 5bbb 球墨铸铁抗拉强度极限;QT 500-7 的抗拉强度为 500Mpa。由机械设计手册5byb根据机械设计手册400Mpa 5byb 1b 满足要求。2.5.2 卷筒技术条件材料:铸造卷筒的材料球墨 QT500-7,球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高的多,抗拉强度一般为 400900MPa,接近于铸钢。铸铁是含碳量大于 2.11%的铁碳合金。工业上常用的铸铁一般在 2.5%4.0%的范围内,此外还有硅、锰、硫、磷等元素。铸铁和钢比,虽然力学性能较抵,但具有优良的15铸造性能和切削加工性能,生产成本低廉,并且具有耐压、耐磨和减震等性能,所以广泛的应用。如按质量百分比计算,它在汽车、拖拉机中的应用约占 30%50%。铸铁中的碳主要以渗碳体和石墨两种形式存在,根据碳存在的形式不同,铸铁可以分为白口铸铁、灰铸铁和麻口铸铁三种。白口铸铁的碳主要以渗碳体的形式存在,其断口呈现白色,它又脆又硬,很难进行切削加工,所以很少直接用来制造机器零件。灰铸铁的碳大部或全部以石墨形式存在,其断口呈现灰色,它是目前工业生产中应用最广泛的一种铸铁。麻口铸铁的碳大部分以渗碳体的形式存在,少部分以石墨形式存在,断口出现灰白色这种铸铁有较大的脆性,工业上很少使用。将球化剂加入溶化的铁水中,使石墨呈现球状析出,经这样处理的铸铁叫球墨铸铁。由于球状石墨对基体的割裂作用小,所以通过热处理改变球墨铸铁的基本组织,对提高力学性能有重要作用。常用的热处理工艺有以下几种:退火,退火的主要目的是为了得到铁素体基体的球墨铸铁,以提高球墨铸铁的塑性和韧性,改善切削加工性能,消除内应力;正火,正火的目的是为了得到珠光体基体的球墨铸铁,从而提高其强度和耐磨性。调质,调质的目的是为了获得回火索式体基体的球墨铸铁,从而获得良好的综合力学性能。等温淬火,等温淬火是为了得到下贝式基体的球墨铸铁,从而获得高强度、高硬度、高韧性的综合力学性能。表面质量卷筒不得有裂纹。成品卷筒的表面上不得有影响使用性能和有损外观的显著缺陷(如气孔、疏松、夹渣等) 。尺寸公差和表面粗糙度同一卷筒上左右螺旋槽的底径(即卷筒直径 D)差,不得超过GB/T1801-1999 中规定 h12.加工表面未注公差尺寸的公差等级应按 GB/T 1804 中的 m 级中等级。未注加工表面粗糙度 Ra值应按 GB/T 1031 中 12.5。m零件表面经加工后,看起来很光滑,若用放大镜观察,则会看到表面有明显高低不平的粗糙痕迹。这种零件加工表面上所存在的较小间距的峰谷组成的微观几何特性称为表面粗糙度。表面粗糙度反映了零件表面的质量,它对零件的装配、工作精度、疲劳强度、耐磨、抗蚀和外观等都有影响。对于不同的表面粗糙度需采用不同的加工方法达到,因此,零件的表面粗糙度应根据零件的作用恰当地选择,从而在保证机器性能要求的前提下,尽量降低生产成本。评定表面粗糙度的参数有三项,既轮廓算术平均偏差 Ra;微观不平度十点高度 Rz;轮廓最大高度 Ry。允许的尺寸变动量称为尺寸公差,简称公差。公差是一个没有正、负号的绝对值,且不能为零。基本偏差是上偏差和下偏差这两个极限偏差中的一个,用于确定公差带相对于零件的位置。基本偏差一般是指靠近零线或绝对值较小的那个极限偏差。公差与配合的选择是机械设计与制造中至关重要的一环。公差与配合的选择是否恰当,对机械的使用性能和制造成本都有很大影响,有时甚至起决定性作用。公差与配合的原则可以这样概括:保证机械产品的性能优良,制造经济可行;或者说,公差与配合的选择应使机16械产品的使用价值与制造成本的综合经济效果最好。公差与配合的选择方法有类比法、计算法与试验法三种。2.6 防跑偏装置2.6.1 引言排绳器的作用是把钢丝绳均匀的布置在卷筒上,解决的是偏角过大的问题.防止乱绳,但其不可避免的对钢丝绳产生一个作用力,有磨损钢丝绳的坏处,但关键是看那个因素更重要,如果由于乱绳产生的摩擦更大,则选择排绳器是不错的选择,因为,可以在滚轮上想一定的办法,让磨损减小。压绳器的作用是保证钢丝绳排列紧密,或者说一般的起重机都是带重起升,一般问题不大,而假如空钩起升比较多,并且在高位吊重下降,容易因为空钩卷筒排列不紧密而产生夹绳现象,故设置压绳器的作用就是给一定的张紧力。当绳索传动时,发生传动松动,压紧绳索,保持良好的传动,防止打滑而引起的无摩擦传动。旋挖钻机工作时,钢丝绳在卷筒上绕制常常发生错乱。这样,钢丝绳相互挤压,磨损严重,缩短了钢丝绳的使用寿命;同时,当挖斗工作时,由于液压马达还在继续工作,卷筒带动钢丝绳继续工作,这时的钢丝绳比较松垮,当提升挖斗时,钢丝绳会出现打乱现象。为了克服以上缺点,在旋挖钻机上附加了一种机构,介绍如下。设计方法一,加传感器。通过安装传感器,发出信号,使液压马达改变转向,从中可使钢丝绳不会出现打乱现象。但是,由于工作条件不允许,电线不好排,所以这种方法不实际。就不考虑了。设计方法二,压绳器。通过研究相关的资料,觉得可以在旋挖钻机上安装这个装置。下面就介绍下工作原理。2.6.2 压绳器原理及工作过程压绳器由压轮总成、支架总成、支座、拉座、支座、拉簧组成。其中,压轮总成由支架、轴套、压轮、轴、轴套、螺母、挡圈、轴承等组成。支架总成由板、管、弯板、销座等组成。基板是一块长方形的钢板,它上端的两侧与旋挖钻机的支架固定,它中间两侧与两个弹簧的一端相连,两个弹簧的另一端分别与板的一端相连,板的的另一端分别与旋挖钻机的压轮相连,板的下端沿着其高度的方向上装有一个拉座,由于使其结构大为简化,因此,本实用新型的滚筒旋挖钻机压绳器具有结构简单、外型尺寸较小、维修简单,制造成本低等优点。压绳器的工作原理: 如图 4。压绳器由压轮总成 1、支架总成 2、支座 3、拉座 4、支座 5、拉簧 6 组成。其中,压轮总成由支架、轴套、压轮、轴、轴套、螺母、挡圈、轴承等组成。支架总成由板、管、弯板、销座等组成。基板是一块长方形的钢板,它上端的两侧与旋挖钻机的支架固定,它中间两侧与两个弹簧的一端相连,两个弹簧的另一端17分别与板的一端相连,板的的另一端分别与旋挖钻机的压轮相连,板的下端沿着其高度的方向上装有一个拉座,首先随着液压马达带动减速机运动,减速机又带动卷筒,使卷筒转动,主动件卷筒旋转,钢丝绳不断地缠绕在了卷筒上面。使得滚筒直径变大,此时使得图中与之相接触的卷筒向下压。在支座 3 的作用下,由杠杆原理,支架总成 2 底端拉动拉簧 6 使得拉簧拉伸。图 2-4 压绳器183 液压马达3.1 液压马达的分类及特点 从能量转换的观点来看,液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件,向任何一种液压泵输入工作液体,都可使其变成液压马达工况;反之,液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时,也可变为液压泵工况。因为他们具有相同的基本结构要素密封而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。 液压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其他形式也可以按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于 500r/min 的属于高速液压马达,额定转速低于 500r/min 的属于低速液压马达。高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小,便于起动和制动,调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大(仅几十牛米到几百牛米)所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本形式是径向柱塞式,此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构形式。低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转) ,因此可直接与工作机构连接,不需要减速装置,使传动机构大为简化。通常低速液压马达输出转矩较大(可达几千牛米到几万牛米) ,所以又称低速大转矩液压马达。3.2 液压马达的工作原理 常用的液压马达的结构与同类型的液压泵很相似。下面以叶片式和径向柱塞式液压马达为例对其工作原理作简单介绍。3.2.1 叶片式液压马达当压力油入压油腔后,在叶片 1、3 上,一面作用有压力油,另一面为低压油。由于叶片 3 伸出的面积大于叶片 1 伸出的面积,因此作用于叶片 3 上的总液压力大于作用于叶片 1 上的总液压力,其作用原理同上。叶片 2、6 两面同时受压力油作用,受力平衡对转子不产生作用转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关,其转速由输入液压马达的流量大小来决定。由于液压马达一般都要求能正反转,所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油,在回、压油腔通入叶片根部的通路上应设置单向阀。为了叶片式液压马达在压力油通入后能正常起动,必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触,以保证良好的密封,因此在叶片根部应设置预紧弹簧。19叶片式液压马达体积小,转动惯量小,动作灵敏,可适用于换向频率较高的场合。但泄漏量较大,低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。3.2.2 径向柱塞式液压马达当压力油经固定的配油轴 4 的窗口进入缸体 3 内柱塞 1 的底部时,柱塞向外伸出,紧紧顶住定子 2 的内壁。由于定子与缸体存在一偏心距 e。在柱塞与定子接触处,定子对柱塞的反作用力为 FN。力 FN 可分解为 FF 和 FT 两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为 p 柱塞直径为 d,力 FF 和 FT 之间的夹角为 时,力 FT 对缸体产生一转矩,使缸体旋转。缸体在通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。以上分析的一个柱塞产生转矩的情况。由于在压油区作用好几个柱塞,在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转,并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。3.3 液压马达的主要技术参数1 排量 马达每旋转一转所需输入的液体体积。2 额定压力 在额定转数范围内连续运转,能达到设计寿命的最高输入压力。3 最高压力 允许短暂运动的最高压力。4 背压 液压马达运转时出油口侧的压力。能保证马达稳定运转时最低出油口侧的压力称为最低背压。5 额定转速 在额定压力、规定背压条件下,能继续运转并能达到设计寿命的最高 转速。 6最低转速 即在额定压力下能稳定运转的最低转数。7额定转矩 在额定压力作用下液压马达输出的转矩。8最大转矩 允许短暂运行的最高压力输入马达后所产生的转矩。9功率 液压马达输出轴上输出的机械功率。10 积效率 液压马达理论流量与实际流量的比值。11 总效率 液压马达的输出功率与输入功率的比值。3.4 液压马达的选择3.4.1 液压马达的计算选择液压马达时需要考虑的因素较多如:转矩、转数、工作压力、排量、外形及连接尺寸、容积效率、总效率等。液压马达的种类较多,可针对不同的工况,选择合适的液压马达。表为各类液压马达适用工况及应用范围。20低速运转工况可选低转速马达,也可以采用高速马达加减速机装置。在两种方案的选择上,应根据结构及空间情况、设备成本、驱动转矩是否合理等进行选择。确定所采用的马达种类后,可根据液压马达产品的技术参数概览表选出几种规格,然后进行综合分析,分析中应优先考虑满足转矩要求又使系统流量较小,压力较低,降低制造成本。其次对同类产品选择总效率高的、压降低的,最终选择较合适的产品。表 3-1 各种液压马达的使用工况与应用范围马达类型 适用工况 应用范围 齿轮马达结构简单,制造容易,但转速脉动性较大,齿轮马达负载转矩不大,速度平稳性要求不高,噪声限制不严,适用于高转速低转矩情况下。 钻床、通风设备 叶片马达结构紧凑、外形尺寸小、运动平稳、噪声小、负载转矩小磨床回转工作台机床操纵机构摆线马达负载速度中等,体积要求小 塑料机械、煤矿机械、挖掘机轴向柱塞马达结构紧凑、径向尺寸小、转动惯量小、转速较高负载大、有变速要求、负载转矩较小、低速平稳性要求高 起重机、绞车、铲车内燃机车、数控机床、行走机械径向柱塞马达负载转矩较大,速度中等、径向尺寸大 塑料机械、行走机械等内曲线径向马达负载转矩很大,转速低、平稳性高的场合 挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机等 液压马达有齿轮式,叶片式和柱塞式等多种形式,马达的特性各异,通常按已确定的液压马达结构性能参数(如排量,转速,转矩,工作压力等) ,从手册或样品中挑选转速范围,转矩,容积效率,总效率等符合系统要求,并从占用空间,安装条件,工作机21构布置及经济性等方面综合考虑后,择优选定其规格型号。已知钻杆重 7 吨,减速机的传动比为 75 式(3.1)GkF 8 . 970002 . 1 N82320式中 k-安全系数;G-为钻杆重量;F-为最大牵引力。 式(3.2)dFT1 219. 082320 mN 08.18028式中 F-最大牵引力;d-卷筒半径。 式(3.3)iTT12 7508.18028 mN 240式中-马达扭矩;2Ti-减速机的产动比。 式(3.4)Dvn 438. 0min/60m min/4 .39 r液压马达最大转速,min/35574 . 575min/4 .3920rrnm 从手册中选择 A6VM/63W-V,这种液压马达是一种装有轴向锥形柱塞旋转体的斜轴式马达,是为优先安装在减速机上而设计的。马达参数公称压力 排量最高转速最大流量 400bar 45.6cm35600min1255L/min3.4.2 液压马达的特征22斜轴结构变量马达,带轴向锥形柱塞旋转组件;用于开式回路和闭式回路的静液压传;适用于行走机械和工业领域;通过宽的调节范围,变量马达能满足高转速和大扭矩的要求;排量可从 Vgmax和 Vgmin=0 无级调节;输出转速取决于泵的流量和马达的排量;输出扭矩随高低压侧之间的压差和排量的增加而增加;静液压传动具有宽调节范围;多种控制装置;无需变速器,可使用较小的泵,因而节省费用;轴承系统结构紧凑,坚固耐用,使用寿命长,高功率密度;良好的启闭特性;惯性矩小;斜轴摆动范围大。A6VM 变量马达不适合使用 HFA 油液。使用 HFB、HFC 和 HFD 或环保型液压油时,遵守RC 90221 和 RC 90223 中所述的相关技术参数和密封限制条件。为了正确选择液压油液,必须知道与环境温度相关的工作温度:在闭式回路中这是指回路温度,在开式回路中这是油箱温度。液压油应这样选择,即在工作温度范围内粘度处于最优范围。壳体泄露温度受压力和转速的影响,总是高于回路温度或油箱温度。系统内任何一点的温度都不能超过 115 度或 90 度。如果极端的工作参数而不能维持上述条件,建议通过 U 口或使用冲洗和补油阀对壳体进行冲洗。234 轴承的计算与润滑4.1 滚动轴承滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈、外圈分别与轴颈及轴承座孔装配在一起。多数情况下是内圈随轴回转,外圈不动;但也有外圈回转、内圈不转或内、外圈分别按不同转速回转等使用情况。滚动体是滚动轴承中的核心元件,它使相对运动表面的滑动摩擦变为滚动摩擦。根据不同轴承结构的要求,滚动体有球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子等。滚动体的大小和数量直接影响轴承的承载能力。在球轴承内、外圈上都有凹槽滚道,它起着降低接触应力和限制滚动体轴向移动的作用。保持架使滚动体等距离分布并减少滚动体间的摩擦和磨损。如果没有保持架,相邻滚动体将直接接触,且相对摩擦速度是表面速度的两倍,发热和磨损都较大。滚动轴承的内、外圈和滚动体用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造,常用牌号如GCr15、GCr15SiMn等(G 表示滚动轴承钢) ,淬火后硬度不低于 61 HRC65 HRC,工作表面要求磨削抛光。保持架选用较软材料制造,常用低碳钢板冲压后铆接或焊接而成。实体保持架则选用铜合金、铝合金、酚醛层压布板或工程塑料等材料。优点:1)在一般工作条件下,摩擦力矩大体和液体动力润滑轴承相当,比混合润滑轴承要小很多倍。2)径向游隙比较小,向心角接触轴承可用预紧方法消除游隙,运动精度高。3)对于同尺寸的轴颈,滚动轴承的宽度比滑动轴承小,可使机器的轴向结构紧凑。4)大多数滚动轴承同时受径向和轴向载荷,故轴承组合结构简单。5)消耗润滑剂少,便于密封,易于维护。6)不需要用有色金属。7)标准化程度高,成批生产,成本较低。缺点:1)承受冲击载荷能力较差。2)高速重载荷下轴承寿命较低。3)振动及噪声较大。4)径向尺寸比滑动轴承大。4.1.1 主滑轮轴承的计算根据课题要求,我需算滑轮轴承的计算,决定轴承尺寸时,要针对主要失效形式必要的计算。一般工作条件的回转滚动轴承,应进行接触疲劳寿命计算和静强度计算;对于摆动或转动较低的轴承,只需作静强度计算;高速轴承由于发热而造成的粘着磨损、烧伤等是突出矛盾,除进行寿命计算外,还需要核验极限转速。此外,要特别注意轴承组合设计的合理结构、润滑和密封,这对保证轴承的正常工作往往其决定性的作用。与主要失效形式相对应,滚动轴承具有三个基本性能参数;满足一定的疲劳寿命要求的基本额定动载荷,满足一定静强度要求的基本额定静载荷荷控制轴承磨损的极限转速。24 图 4-1 主滑轮轴承受力图速度 式(4.1)60 1000Dn 5911400 /min60 100043/mmrm s式中 n-转速;D-接触直径。转矩 式(4.2)69.55 10PTn 662249.55 101400 /min1.5 10kwrN m圆周力 式(4.3)2tTFD62 1.5 105915076N径向力 14000rFN径向力等于钻杆与动力头的总和,即为 14000N。在此不承受轴向力,即0aFN预选轴承进行计算,由手册查得轴承数据如下:轴承型号Cr/NC0r/ND/mmB/mmN0/(r/min)NF232405000552000400481400根据机械设计上,=0的圆柱滚子轴承及滚针轴承只能承受径向力,当量动载荷rrPF25由于机械工作时常常有振动和冲击。为此,轴承的当量动载荷,draPfXFYF冲击载荷系数根据下表选择df表 4-1 冲击载荷系数载荷性质机器举例df平稳运转或轻微冲击电机、水泵、通风机、汽轮机1.0 1.2中等冲击车辆、机床、起重机、冶金设备、内燃机1.2 1.8强大冲击破碎机、轧钢机、振动筛、工程机械、石油钻机1.8 3.0由上表故选=1.5dfdrPf F1.5 1400021000N额定动载荷 式(4.4)316670rhnCPL表 4-2 滚动轴承预期使用寿命的推荐值使用条件预期使用寿命,h不经常使用的仪器和设备300 3000短期或间断使用的机械,中断使用不致引起严重后果,如手动机械、农业机械、装配吊车、自动送料装置3000 8000间断使用的机械,中断使用将引起严重后果如发电站辅助设备、流水作业的传动装置、带式运输机、车间吊车8000 12000每天 8 小时工作的机械,但经常不是满载荷使用,如电机、一般齿轮装置、压碎机、起重机和一般机械10000 25000每天 8 小时工作,满载荷使用,如机床、木材加工机械、工程机械、印刷机械、分离机、离心机20000 3000024 小时连续工作的机械,如压缩机、泵、电机、轧机齿轮装置、纺织机械40000 5000024 小时连续工作的机械,中断使用将引起严重的后果,如纤维机械、造纸机械、电站主要设备、给排水设备、矿用泵、矿用通风机10000031400210001500016670rC 26=226802.2 NCr rC 选用的轴承可以满足轴承的寿命要求。4.1.2 副滑轮轴承的计算图 4-2 副滑轮轴承受力图速度 式(4.5)60 1000Dn4301100 /min60 100024.8/mmrm s转矩 式69.55 10PTn(4.6)662249.5 101100 /min1.9 10kwrN m圆周力 式2tTFD(4.7)632 1.9 104308.8 10 N径向力 14000rFN径向力等于钻杆与动力头的总和,即为 14000N。在此不承受轴向力,即0aFN预选轴承进行计算,由手册查得轴承数据如下:27轴承型号Cr/NC0r/ND/mmB/mmN0/(r/min)NF232258000352000200401400根据机械设计上,=0的圆柱滚子轴承及滚针轴承只能承受径向力,当量动载荷rrPF由于机械工作时常常有振动和冲击。为此,轴承的当量动载荷,draPfXFYF冲击载荷系数根据下表选择:df表 4-3 冲击载荷系数载荷性质机器举例df平稳运转或轻微冲击电机、水泵、通风机、汽轮机1.0 1.2中等冲击车辆、机床、起重机、冶金设备、内燃机1.2 1.8强大冲击破碎机、轧钢机、振动筛、工程机械、石油钻机1.8 3.0由上表故选=1.5dfdrPf F1.5 1400021000N额定动载荷 式(4.8)316670rhnCPL表 4-4 滚动轴承预期使用寿命的推荐值使用条件预期使用寿命,h不经常使用的仪器和设备300 3000短期或间断使用的机械,中断使用不致引起严重后果,如手动机械、农业机械、装配吊车、自动送料装置3000 8000间断使用的机械,中断使用将引起严重后果如发电站辅助设备、流水作业的传动装置、带式运输机、车间吊车8000 12000每天 8 小时工作的机械,但经常不是满载荷使用,如电机、一般齿轮装置、压碎机、起重机和一般机械10000 25000每天 8 小时工作,满载荷使用,如机床、木材加工机械、工程机械、印刷机械、分离机、20000 3000028离心机24 小时连续工作的机械,如压缩机、泵、电机、轧机齿轮装置、纺织机械40000 5000024 小时连续工作的机械,中断使用将引起严重的后果,如纤维机械、造纸机械、电站主要设备、给排水设备、矿用泵、矿用通风机10000031400210001500016670rC =226802.2 NCr rC 选用的轴承可以满足轴承的寿命要求。4.2 滚动轴承的润滑滚动轴承润滑的目的主要是减小摩擦功耗,降低磨损率,同时还可起冷却、防尘、防锈以及吸振等作用。合理的润滑对提高轴承性能,延长轴承的使用寿命有重要的意义。滚动轴承一般高速时采用油润滑,低速时采用脂润滑,某些特殊环境如高温和真空条件下采用固体润滑。滚动轴承的润滑方式可根据速度因数 dn 值,参考表选择。d 为轴颈直径 mm;n 为工作转速,r/min。脂润滑能承受较大载荷,且结构简单,易于密封。润滑脂的装填量一般不超过轴承空间的 1/31/2,装脂过多,易于引起摩擦发热,影响轴承的正常工作。速度较高的轴承都用油润滑,润滑和冷却效果均较好。减速器轴承常用浸油或飞溅润滑。浸油润滑时油面不应高于最下方滚动体的中心,否则搅油能量损失较大易使轴承过热。喷油或油雾润滑兼有冷却作用,常用于高速情况。 表 4-5 滚动轴承润滑方式的选择 dn/(mmr/min)轴承类型浸油、飞溅润滑滴油润滑喷油润滑油雾润滑脂润滑圆柱滚子轴承52.5 1054 1056 1056 105(2 3) 10滚动轴承的润滑剂的选择主要取决于速度、载荷、温度等工作条件。一般情况下,采用的润滑油粘度应不低于 13mm2/s32mm2/s(球轴承油粘度略低而滚子轴承略高) 。载荷大、工作温度高时宜选用高粘度油,容易形成油膜;而 dn 值大或喷雾润滑时选用低粘29度油,搅油损失小,冷却效果好。脂润滑轴承在低速、工作温度 65 摄氏度以下时可选钙基脂或钙钠基脂;高速或载荷工况复杂时可选锂基脂;潮湿环境采用铝基脂或钡基脂,而不宜选用遇水分解的钠基脂。润滑脂中加入 3%5%的二硫化钼润滑效果将更好。润滑对轴承的性能的影响主要有以下几点:1)润滑轴承的各部分,减小轴承的摩擦和磨损;2)通过润滑带走了进口轴承内部因摩擦或其他原因产生的热量;3)使轴承的滚动接触面经常形成适当的油膜,延长轴承的疲劳寿命;4)通过润滑对轴承达到防锈和防尘的作用。脂润滑可做到充填一次润滑脂后长时间不需补充,而其密封装置的结构也比较简单,因此使用广泛。脂润滑有预先在密封型轴承中填充润滑脂的密封方式,以及在外壳内部充填适量润滑脂,每隔一段时间进行补充或更换的填充供脂方式。此外,对有多处轴承需要润滑的机械,还采用管道连接至各润滑处的集中供脂方式。润滑脂的强度极限在很大程度上取决于稠化剂的种类及其在润滑脂之中的用量,含皂量增多,则强度极限也增大。润滑脂强度极限与温度有关。温度越高,则脂的强度极限越小;温度下降,则脂的强度极限增大。根据高温时的强度极限可大致说明润滑脂的适用温度上限。在润滑脂实际使用中,润滑脂强度极限的使用范围约在 100- 300Pa 之间。一般来说,润滑脂的流动性常常是以高温下的强度极限值来预计其易于流动,而以低温下的相似粘度值来预计其是否能正常流动。高温黄油:由复合型超细粉稠化耐高温合成油,并加有抗氧化、抗极压和固体润滑剂等多种添加剂精致而成。性能特征具有优异的抗磨损性能,粘性强,润滑降噪效果良;好极佳的高温性,在高温下具有长久的使用期和稳定性,高温下不滴油,不结焦;优良的抗燃、抗氧化稳定性,极低的挥发损失;良好的抗水性,在接触水工况下,不流失,不乳化;使用温度范围:-40300推荐应用;适用于各种高温、中速、重负荷工况下滑动和滚动轴承、链条、齿轮的润滑;适用于高温、低速、重负荷工况条件下的滚动轴承的润滑,如陶瓷、电瓷、砖瓦隧道窑等窑车轴及一些烘烤设备的链条和轴承的润滑;适用于高温烤炉、烘干机械等链条、轴承或齿轮的润滑;适用于拉伸幅机和热定型机链条、轴承的润滑;适用于大型电机及高温烘房传动的润滑降噪。4.3 滚动轴承的密封为了防止润滑剂的泄露,防止灰尘、切屑微粒及其他有害异物和水分侵入,轴承必须进行必要的密封,以保持良好的润滑条件和工作环境,使轴承达到预期的寿命。密封装置一般可分为静密封和动密封两种,前者称为垫圈密封,后者称为密封圈密封。按结构一般分为接触式密封和非接触式密封。接触式密封就是密封装置和所需密封部件间存在着一定贴合压力的直接接触。因此接触式密封装置的接触形式、贴合压力、润滑状态、滑动速度以及相接触的表面加工质30量等因素都会直接影响到轴承的摩擦力矩、许用转速及温升。接触式密封常用的有毡圈密封、橡胶密封等结构形式,应用于不同场合。接触式密封,由于其密封件与配合件直接接触,在工作中摩擦力较大,发热亦大,接触面容易磨损,从而导致密封性能下降,因此适用于中、低速的工作条件。非接触式密封就是密封装置和所需密封部位间不发生直接接触。由于非接触式密封装置中的密封间隙处,除了存在润滑剂摩擦外均不会出现任何其他的摩擦,因此非接触式密封不会产生磨损,使用时间较长也不会明显的热量,可适用于转速较高的场合。但密封的间隙也不能过大,否则起不到密封效果。315 桅杆5.1 桅杆桅杆是钻机的重要工作机构,是钻杆、动力头的安装支承部件及工作进尺的导向部件。其上装有动力头加压油缸,桅杆左右两侧有导轨,对这两个工作机构的上下滑动起导向作用。桅杆下端装有安全销,上端装有滑轮架,滑轮架上的滑轮用以改变卷扬钢丝绳运动方向,滑轮架为可折叠式,运输状态时,将上、下桅杆折叠安装,滑轮架折叠,以减少运输状态整机长度。加压油缸的缸筒铰接于桅杆上,油缸活塞杆铰接于动力头托架上。通过加压油缸的伸缩,可以实现动力头对钻杆钻孔的进给压力。加压油缸上装有平衡阀,在不向加压油缸的情况下,可以将动力头可靠的锁定在任意位置上。桅杆油缸铰接于桅杆和三角架之间,通过桅杆油缸的伸缩,可以改变桅杆的角度。桅杆属于细长空间杆件,根据不同需要,其结构形式主要分为 3 类:整体式桅杆、分段式桅杆和伸缩式桅杆。桅杆是旋挖钻机的一个关键零部件。它是一个大箱形截面,为动力头和钻杆提供支撑和导向作用,具有良好的刚性和稳定性,抗冲耐震动、无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度,便于运输。目前流行的三段式折叠桅杆,配合三角架和平行四边形变幅机构,桅杆立柱采用大园角箱形截面,内部根据载荷情况,设置了20个加强筋板。滑轮架安装了两套顶滑轮,中桅安装了1套背滑轮,共3套滑轮组导向,滑轨采用方钢3,中桅段安装有加压液压缸,卷扬机安放在回转平台上。钻桅左右可调整角度为5,前倾可调整角度为5,后倾可调整角度为15。为动力头和钻杆提供导向作用,具有良好的刚性和稳定性,抗冲击、耐振动、无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度,便于运输。采用流行的平行四边形结构,通过其上油缸的作用,可使桅杆远离机体或靠近机体。通过桅杆角度的调整,可实现桅杆工作幅度或运输状态桅杆高度、桅杆相对地面角度的调节,使其动作灵活,施工效率高。旋挖钻机桅杆采用特制箱梁钢结构, 具有良好的刚性和稳定性, 抗冲击和耐振动, 无需拆卸的可折叠式结构能减少整机长度和高度, 便于运输。为提高工作效率并降低劳动强度, 在滑轮架上加装有伸缩液压缸。钻桅截面形式为梯形截面,钻桅下端有液压垂直支腿,上端有两套滑轮机构,上下两端均可折叠,钻桅上下左右可调整角度。宝采用流行的平行四边形结构, 通过变幅液压缸的作用, 可以使桅杆远离机体或靠近机体, 改变桅杆角度, 以调整桅杆的工作幅度或运输状态桅杆的高度。钻桅起立控制:控制器通32过采集手柄信号驱动液压油缸的比例阀实现钻桅起立控制,同时采集倾角传感器的信号,对钻桅起立过程中桅杆左右倾斜角度进行控制。钻桅垂直度控制:控制器采集倾角传感器的信号计算出桅杆的实际垂直度,驱动液压比例阀,自动调整桅杆垂直度;或者在手动模式下操作人员通过控制手柄直接调整桅杆的垂直度。桅杆结构至关重要,桅杆支撑钻杆实现桩孔的精确定位。一方面桅杆的强度的强弱决定了钻机能够使用什么样的钻杆,而钻杆的形式直接决定了传递转矩的大小和钻具的大小;另一方面,设备本身的动力装动力头扭转、液压系统、卷扬拉力以及支撑结构的设计也都与桅杆结构承载能力息息相关。钻桅起立控制:控制器通过采集手柄信号驱动液压油缸的比例阀实现钻桅起立控制,同时采集倾角传感器的信号,对钻桅起立过程中桅左右倾斜角度进行控制。由于桅杆在钻机工作不同工况时所受力情况较为复杂,因此对于桅杆进行关键部位结构计算及分析是确保旋挖钻机安全运行的需要。旋挖钻机桅杆全自动调平监控系统的硬件包括水平传感器、角位移传感器、控制器、多轴操作手柄和专用显示器。调平系统的主要功能包括桅杆位置显示、全自动立桅、自动调平等功能。按一下自动立桅键, 桅杆自行起立; 按下自动调平键, 桅杆自动找到零位, 稳定迅速。任何情况下, 桅杆偏离零位太多或传感器信号出现异常, 调平系统能自动停止桅杆立桅, 并且报警提示, 操作起来既安全又高效。旋转切土工况下,转矩通过平行四边形机构传递到履带底盘,平行四边形的各结构之间以及立柱与三角架之间都是用销轴连接的,桩架和底盘之间也采用了销轴连接。平行四边形机构最危险的工况是旋转挖掘。因为在这种工况下,平行四边形机构要将土作用于转斗的转矩传递到底盘。所以,为了提高平行四边形机构的强度和刚度,在后支梁的中间加入一些隔板是非常有效的。因为,后支梁截面往往是扁平的矩形,所以在矩形中间加入隔板,可以提高整体结构的抗扭强度。平行四边形机构: 平行四边形机构由动臂、支撑杆、三角形机架、变幅液压缸和桅杆液压缸等部件组成。旋挖钻机装了额头液压缸,实现滑轮架的自动折桅,极大地降低了人工劳动强度,提高了工作效率;钻孔机的加压油缸采用的是2个铰点固定的方式,铰点所需的立板通过23个铰点固定在钻桅上;国内的钻机是将铰点所需的立板通过螺栓间接地焊在钻桅上。加压油缸的防掉钻孔机的加压油缸在加压油缸的末端另有保护装置;国内的钻机则是利用上铰点来防掉的。旋挖钻机背轮上的2个滑轮是共面布置,主、副卷扬机的钢丝绳,在前后方向上错开,国内的钻机背上的2个滑轮是同心布置,主、副卷扬机的钢丝绳在左右方向上错开。旋挖钻机背轮在运输状态下,位于发动机与副卷扬机之间,并在用手动棘轮机构使之水平;国内的钻机背轮在运输状态下,位于配重后面,呈竖直状态。5.2 各部件与钻桅的装配关系旋挖钻机作业状态、旋挖钻机的动力头、加压油缸与钻桅的装配关系为:加压油缸33固定在钻桅的前端面,其缸筒的头部铰接在钻桅前盖板的支耳中,缸筒的尾部与钻桅前盖板的另一支耳浮动连接,油缸活塞杆的头部与动力头支耳通过销轴连接,动力头两侧的滑块支架扣在钻桅导轨上,其间有滑块相隔。旋挖钻机作业时,加压油缸推动动力头在钻桅上移动,滑块随动力头沿着钻桅导轨表面上下运动,整个运动过程中动力头前后及左右的摆动量,主要由滑块、钻桅导轨之间的间隙所决定。作业期间只要动力头运动,滑块、钻桅导轨之间的摩擦就会发生。随着滑块的磨损,动力头的摆动量也会随之逐渐加大。在滑块允许磨损范围内,所产生左右方向的摆动量,由加压油缸活塞杆头部安装耳和动力头油缸支耳之间的间隙予以补偿,所产生的侧向附加作用力由钻桅两侧导轨的外侧面承受。但是,图中钻桅导轨上下方向滑块磨损所产生的摆动量就毫无释放。动力头由此产生前后方向的附加作用力,只能由动力头下滑块和加压油缸活塞杆头部耳环承担。如果加压油缸活塞杆外伸较长,由于活塞杆产生变形,其作用力则主要由动力头上、下滑块承担,与钻桅导轨所受到的力相平衡。随着滑块的磨损,加压油缸在对钻杆施加压力的过程中,活塞杆将受到垂直于其轴线的附加弯曲载荷(主要是由钻机作业状态时,前后方向的附加作用力引起),该作用力随着活塞杆外伸长度的增加有所减小。加压油缸在全缩状态加压时,作用在油缸导向套、前铰点的附加力最大,如此工况频繁出现,极易造成导向套密封受载不均及磨损,从而无法保证加压油缸导向套密封件理想的使用寿命,甚至还会出现活塞杆“拉毛”和“啃杆”现象,从而进一步引起密封元件的损坏。如果其附加力超过加压油缸前铰点所能承受的极限载荷值,该铰点的损坏也就在所难免。旋挖钻机的钻孔深度最大可达几十米甚至上百米,钻杆的微小倾斜都可能导致较大的成孔偏差。钻机工作时,钻桅要经常随着上车回转移动,由于油缸泄露、钻桅受冲击等原因,钻杆会纵向产生偏斜,从而影响成孔质量。钻桅垂直度自动控制系统是一种能自动调整钻桅垂直度使其保持在规定范围以内的控制系统。首先通过操作员的手动控制调整钻桅的垂直高度在一定的偏差范围以内(如5) ,然后由数字控制系统自动调整钻桅垂直度,在规定的时间内达到较高精度。一般通过在钻桅上安装双轴倾角传感器来测量钻桅的角度,由数字控制器利用角位置传感器的反馈信号形成闭环控制回路,根据先进的控制算法和电液比例技术来控制液压缸的动作,达到最佳的控制效果。5.3 钻桅计算工况的选择钻桅有许多工况如起架工况、钻孔工况、提钻工况、卸土工况、转位工况等,对钻桅影响大的是起架工况、钻孔工况、提升工况,均属于危险工况。钻机起架工况下,计算时考虑到鹅头体积小重量大,将其作为集中质量计算,同时还要考虑钻杆、动力减速器和加压机构的重量。提钻有两种方式直接提钻和回转提钻。在直接提钻工况下,钻桅所受竖直方向的载荷主要有提钻力和自重。提钻力中包括钻杆、钻具等的重量及由于土的粘性阻力加34上真空负压等产生的提升阻力,为了保证所设计钻桅的安全可靠,本文所采取载荷为设计要求的最大载荷。钻孔工况下,钻桅在水平方向主要是风载,竖直方向主要是自重,重要的是承受动力减速器所施加转矩的影响。取动力减速器的两个位置进行有限元分析,一个位置是安装卷扬处,设为钻孔工况;另一个位置是当减速器远离钻桅下铰点接近油缸铰座时,设为钻孔工况.在直接提钻工况下,钻桅承受的载荷主要是提升力和风载。为安全起见,最大提升力包括钻杆、钻具等重量及岩土对钻具的提升阻力。由于钻桅高度较大,计算时应计入风载荷风压 P=250Mpa。钻孔工况下,钻桅承受的载荷主要是动力减速器施加的转矩和风载。风载按最不利的方向考虑;将动力减速器传递给钻桅的载荷简化成 2 个集中力,作用在动力减速器的导向滑块与钻桅导轨接触处。这样虽会引起局部分析误差,但并不会影响整体结果。5.4 桅杆强度计算箱体的形状比较不规则所以计算之前需要把他变成正方形。但是正方形不易于计算故因此我把它改为空心圆形如下图所示,图 5-1 不规则的箱体形状各圆周线绕轴线相对地旋转了一个角度,但大小、形状和相邻圆周线之间的距离不变。在校变形的情况下,纵向线近似地是一条直线,只是倾斜了一个微小的角度。变形前表面上的方格,变形后错动成菱形。根据材料力学 第四版,我们可以校核强度在空心圆形的情况下,由于截面的空心部分没有内应力,于是35 式(5.1)4432dDIp44132D 443804003200475. 032m441066. 4式中 D 和 d 分别为空心圆截面的外径和内径,R 为外半径,。Dd 式(5.2)RIWpt4416dDD43116Dm3510233最后,建立圆轴扭转的强度条件。根据轴的受力情况或扭矩图,求出最大扭矩Tmax。对等截面杆,按公式算出最大切应力。限制不超过许用应力。已知 Tmaxmaxmax 为 220,材料为 16Mn,它的为 195MPamKN 式(5.3)tWTmaxmax3531023310220mmNaP6104 .94aMP4 .9436 max故满足强度条件图 5-2 转化后的箱体形状对抗拉和抗压强度相等的材料,只要绝对值最大的正应力不超过许用应力即可。对抗拉和抗压强度不等的材料,则拉和压的最大应力都应不超过各自的许用应力。376 液压系统6.1 液压系统液压系统是钻机的能源转换系统, 也是钻机各职能部件的控制系统。其关键部分液压系统主控回路、先导控制回路, 其核心在于使用了先进的技术, 可使流量按需分配到系统各个工作装置, 实现不同工况的最佳匹配。先导控制使操作更加灵活、安全、舒适、精确。系统独立散热, 泵、马达、阀、油管和管接头全采用进口产品, 确保系统的高可靠性。旋挖钻机的卷扬有主、副卷扬两种,卷扬的结构采用卷扬减速机,具有卷扬、下方、制动功能。主卷扬是旋挖钻机的关键部位,应具有自由下方功能,且实现快,慢双速控制。根据旋挖钻机的施工特点,在钻机每个工作循环,主卷扬的结构和功能都非常重要,钻孔效率高低、钻孔事故发生的几率、钢丝绳寿命的长短都与主卷扬有密切的关系。正常情况下,副卷扬用以提升钻具、吊放护筒、下钢筋笼等,是旋挖钻机进行正常工作的辅助起重设备。为了防止副卷扬钢丝绳上升时自桅杆顶部脱出,在桅杆顶部设有防过卷开关,将开关信号引到电磁阀,通过控制先导油路来控制主阀副卷扬联动作,从而控制副卷扬马达的回转。工作原理与主卷扬工作原理基本相同。6.2 电液比例技术电液比例控制技术是近几年发展起来的机电传动控制的一门新技术,它使用方便、使用面广、抗干扰能力强、性价比高,同时在液压传动及控制技术的发展过程中,电液比例控制是续电液伺服控制之后电液控制的又一大重要进展。一般地,电液比例控制系统是由电子放大及校正单元、电液比例控制单元(比例阀,电液比例泵及液动机) 、动力执行单元及动力源、工程负载及信号检测处理单元所构成。电液比例控制技术的优点:能简单的实现自控、遥控和程控;工作平稳,灵敏度和控制精度高,成效快;可简化液压系统,减少元件使用,因此结构简单,同时污染能力强;可连续地、按比例地控制液压机构的力,速度,并能防止压力、速度变化或换向时的冲击;能把电的快速性、灵敏性及准确性等优点同液压动力传动等特点有机的结合起来。智能化、集成化、自动化程度高。它的设计较为简单,只有两个单向溢流阀和两个单向阀组成了它的回转系统,不包括它的操纵系统。设计成本低,但存在以下几个弊端。其一
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本文标题:旋挖钻机钻桅及提升卷扬机构的设计【含CAD图纸】
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