ZDY3200钻机孔口除尘装置设计及主要零件数控加工程序编制【说明书+CAD】
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摘 要 煤矿井下坑道空间狭小,ZDY3200钻机在穿凿炮孔过程中,产生大量的岩粉,只有将这些岩粉及时的排出来,才能使钻机及时而有效的进行工作。将岩粉从孔底排至地表的工作叫做“排渣”。被排集的岩粉,根据粒度的大小分为岩渣及粉尘两种。所谓集尘,就是使排出的岩粉通过一套机械设备将其捕集起来,不让他散步到周围大气中而影响人们健康的工作,并保证钻机的使用寿命。一般而言,只有小于5微米的粉尘才对人体有害。通过对患肺病人的检查得知,在肺中积存的粉尘粒度大部分在0.2-2微米之间。因此集尘工作的重点是解决细小粉尘的捕集和清集问题。国家规定穿孔作业带的空气最高粉尘浓度为2毫克/立方米,实际上大部分集尘装置达不到这个标准。为了确保工人的身体健康和机电设备的安全运转,在现代的钻机上大多设置空气增压净化装置,以便将司机室及机械室的降低到国家规定标准一下。本文主要介绍ZDY3200钻机孔口集尘装置的设计计算,工况分析,主要参数,集尘装置的原理、结构分析,并作相应的装配图设计、零件工作图设计,加以数控加工手工程序编制。最后进行对本设计的优缺点分析。本设计适用范围广泛,安装简单,使用方便,经济,便捷。关键词:集尘装置、粉尘、潜孔钻机ABSTRACT The coal mine tunnel space is narrow,ZDY3200drilling rig in the process of create hole, produce large amounts of rock powder, only will these rock powder of discharged in time, to make the drill work timely and effective.The rock powder from row to the surface of the bottom of the hole work is called discharge.Excluded from the rock powder, according to the size of the particle size is divided into two kinds of slag and dust. So-called dust removal, is to make the eduction of rock powder through a set of mechanical equipment to capture it, dont let him walk into the surrounding air and affect peoples health work, and ensure the service life of drill.In general, only less than 5 micron dust is harmful to human body.Through the examination of lung disease, the dust deposited in pulmonary most granularity between 0.2 to 2 microns.Therefore the focus of the dust removal is to solve the problem of the capture and remove the fine dust. Regulations of the state, perforation job with the highest air dust concentration of 2 mg/m3, in fact most of the dust removal device can not reach the standard.In order to ensure the safety of the workers health and mechanical and electrical equipment, on modern drill set mostly pressurized air purifying device, so that the driver room and equipment room of reduced to the standard prescribed by the state. This article mainly introduces the design and calculation of ZDY3200 drill hole dust removal device, the working condition analysis, main parameters, dust removal device principle, structure analysis, and the corresponding assembly drawing design, working drawing design, nc machining of manual programming.Finally analyses the advantages and disadvantages of this design.This design scope extensive, simple installation, easy to use, economic and convenient.Keywords: Dust removal device ;Stive;DTH drilling rig湖南科技大学本科生毕业设计(论文)目 录第一章 绪论. 1 1.1 概述. 1 1.1.1 钻机孔口集尘装置的应用及分类. 1 1.1.2 钻机孔口集尘装置的工作原理及特点. 11.2 集尘设计选择. 21.3 设计要求 . 3 第二章 ZDY3200钻机孔口集尘装置总体设计与结构分析. 52.1 ZDY3200钻机的基本信息. 5 2.1.1 适用范围. 5 2.1.2 型含义. 5 2.1.3 主要技术参数. 52.2 总体设计. 6 2.2.1 设计集尘装置应符合以下基本原则. 6 2.2.2 设计时应注意以下几点. 7 2.2.3 设计步骤. 7 2.2.4 集尘装置设计方案. 72.3 集尘装置工作原理. 8第三章 工况分析. 93.1 井底破碎岩石、土层所需功率计算. 93.2 钻头与孔底摩擦所需功率计算. 93.3 回转钻杆所需功率计算. 103.4 回转钻进所需功率计算. 10第四章 液压系统设计. 114.1 ZDY3200全液压钻机的主要参数. 114.2 液压系统工作原理. 114.3 液压系统的工况浅析(负载与运动). 134.4 液压系统主要参数. 14 4.4.1 初选系系统压力. 14 4.4.2 计算液压马达排量和液压缸尺寸. 14 4.5 计算液压马达和液压缸所需流量. 164.6 计算出液压马达和液压缸的总功率. 174.7 主要液压元件的选择. 17i湖南科技大学本科生毕业设计(论文) 4.7.1 液压马达. 17 4.7.2 液压缸. 17 4.7.3 液压泵. 17 第5章 集尘器主要技术参数计算. 19 5.1 过滤面积. 195.2 滤袋数量的确定及规格选型. 19 5.3 集尘效率. 20 5.4 通风率. 20 5.5 清灰气源要求记耗气量. 20 5.6 滤料的选择. 21 5.7 风机要求. 21 5.8 喷吹阀要求. 21第六章 集尘装置与钻机的稳装与部分结构设计. 226.1 集尘装置与钻机的稳装. 22 6.1.1 整机装配简述. 22 6.1.2 集尘装置与钻机精确装配. 236.2 部分结构设计. 24 6.2.1 集尘通道设计. 24 6.2.2 套筒设计. 26 6.2.3 密封圈设计. 286.3 空气增压净化装置. 29第七章 总结. 327.1 对本次设计的概括总结. 32 7.2 集尘装置经济效益分析. 327.3 对钻机设计的展望.34心得体会. 36致谢. 38参考文献. 39附录. 40ii湖南科技大学本科生毕业设计(论文)第一章 绪论1.1 概述1.1.1 钻机孔口集尘装置的应用及发展趋势在煤炭开采过程中,常常为满足地质、安全或其他工程方面的要求,在井下进行一些钻探作业。由于井下工作条件及对钻孔的要求具有特殊性,并对使用的钻探设备和工艺产生明显影响,因此逐渐形成一个相对独立的系统。为与地面钻探相区别,特称为坑道钻探。煤矿开采使用钻机过程中会产生大量岩渣,钻孔中排出的岩渣粒径大小不一,粒径越小,越难沉积,如果不加以控制和处理,它们就会散发到生产环境中去,危害工人健康。细微岩渣沉积到机器运动部件上,会加速金属磨损,影响机器正常工作,缩短钻机使用寿命。而现有钻机的集尘系统存在诸多弊端,集尘效率不高。因此,有必要改进集尘系统,提高集尘效率,以保证清洁的作业环境和设备较长的使用寿命。根据集尘方式的不同,可将集尘装置分为以下三类:即干式集尘、湿式集尘及混合式集尘。干式集尘:干式集尘是利用捕尘罩、沉降箱、旋风集尘器以及脉冲布袋集尘器等设备将岩粉捕集起来以降低空气粉尘浓度的一种集尘方法。干式集尘对于高寒缺水地区的穿孔作业是非常适用的,集尘效果也比较好。但是设备复杂,维修检修不便,捕集后的粉尘落在地上形成二次尘源重新污染大气,这些问题都有待进一步解决。 湿式集尘:湿式集尘是对排出岩粉进行湿化的一种集尘方式。根据湿化位置的不同,可将湿式集尘分为孔底湿化法及孔口湿化法两种。 孔底湿化法是利用风水混合物凿岩的。在凿岩过程中,水雾将孔底岩粉进行湿化,再借压气将其排至地表,然后,呈球团状颗粒的岩粉用通风机吹到钻机的一侧或前方。采用此等集尘方法所用设备简单轻便,同时能够比较彻底的解决粉尘飞扬问题,因此,是一种行之有效的集尘方法。但是,由于孔底湿化的排渣条件较差,排渣效果不够理想,所以不但是钻头使用寿命降低,而且也是穿孔速度受到影响,尤其在高寒地区工作还容易使供水系统冻结,影响钻机作业效率。 孔口湿化法是指将排出的岩粉在孔口进行喷施的一种方法。也有人将此方法称之为干排湿集法。采用这种方法即可以发挥干式集尘的优越性,又可以克服孔底湿化法的各种弊病。在我国目前的现场条件下,这是一种值得采用和深入研究的而且很有发展前途的集尘方法。混合式集尘:混合式集尘也是采用干湿排渣的。排出孔外的岩粉首先用干式集尘设备捕集起来、再用水雾将其喷湿,最后排入大气中的气流基本上就不带有粉尘了。混合式集尘系统如下图1.1所示。 图1.1 混合式集尘系统图1- 捕尘罩;2- 沉降箱;3- 旋风除尘器;4- 通风机;5- 文氏管;6- 风水分离器;7- 水泵;8- 水箱 含尘气流排出孔口后,通过捕尘罩1沉降箱2及旋风除尘器3的沉降与捕集之后,进入文氏管5在文氏管中用水泵7加入一部分高压水,于是细粒粉尘就在这里被湿化,然后被通风机4排至风水分离器6并进行风水分离,进化后的气体再由排气管道拍到大气中,而粉尘与分离水一起落到地面上。1.2 集尘设计选择对比分析以上三种钻机集尘系统的优缺点,结合我国煤炭井下环境状况,我选择配合ZDY3200钻机设计干式集尘器。目前在国内外井下钻机上采用了多种形式的干式集尘器。例如,国产特重型潜孔钻机KQ-250采用了沉降箱-旋风集尘器的集尘系统;重型潜孔钻机KQ-200采用了沉降箱-旋流器-气动脉冲布袋集尘系统;重型潜孔钻机KQ-150采用了沉降箱-多管旋流集尘器系统;在进口的美国45-R型牙轮钻机上采用了大型捕尘罩。实践证明,以脉冲布袋作为末级的干式集尘系统的集尘效果比较显著。捕尘罩与沉降箱是属于由重力作用而沉降岩粉的重力集尘器;旋风集尘器是属于由惯性力作用而分离岩粉的惯性力集尘器;脉冲布袋集尘器是属于由多孔介质过滤作用而阻留粉尘的过滤式集尘器。捕尘器的捕沉效果取决于捕尘器本身的结构类型及捕集岩粉颗粒的大小,因此,每种集尘器度有其一定的应用范围。比如,重力集尘器的捕沉粒度一般在0.1-5微米之间。 下面以国产KQ-200型潜孔钻机为例分别简述各级集尘器的结构、工作原理与简要设计。 干式集尘系统的主要动力机械是离心式通风机。岩粉排集孔口后,首先在捕尘罩9中捕集,粗颗粒岩渣落在孔口周围。接着含尘气流进入沉降箱10中进行沉降,较粗颗粒岩渣落入箱中。然后含尘气流进入旁氏旋风集尘器4,在这里进一步被捕集和沉降,最后进入脉冲布袋集尘器6,在这里进行过滤。过滤后的粉尘被阻留在集尘器内,而含有微量粉尘的气流有通风机5排至大气中。脉冲布袋集尘器中的粉尘用螺旋清灰器1排出。在脉冲布袋集尘器及旁氏旋风集尘器的底部都设有格式阀2,当电机12开动后,螺旋清灰器开始启动清灰,同时,格式阀进行旋转,粉尘通过格式阀2、清灰胶管11自动的落到地面上。脉冲布袋集尘器的动作由脉冲阀7及控制阀8进行控制。1.3 设计要求煤巷顺层长钻孔施工过程中产生的大量煤尘不仅严重危害钻孔作业人员的身体健康,引起尘肺病,而且许多煤尘在一定的条件下还具有燃烧爆炸性,导致人员伤亡、财产损失,同时大量煤尘排向巷道,将造成井下作业环境的严重污染。为了很好地贯彻“安全第一,预防为主,综合治理”的安全生产方针,根治煤尘危害,杜绝煤尘爆炸事故,必须做好煤尘的治理工作,因此,对井下煤尘治理是保障煤矿生命安全、身体健康和我国煤炭产业持续高效发展的重要前提。因此,针对煤矿井下煤巷顺层长钻孔风力排渣产生大量煤尘特点,开发研究集尘排渣(瓦斯)技术,最大限度减少煤尘(含瓦斯)对作业人员的危害及作业环境的污染,将对煤矿井下作业人员的生命与健康起重要保障作用,具有重要现实意义。1.3.1 技术装置设计功能要求(1)满足煤巷场地狭小的现实要求;(2)满足井下工人便于移动和提携的要求;(3)满足最大限度收集钻孔施工所排煤尘与瓦斯;(4)满足防爆性能要求;(5)满足固相、气相和液相有效分离要求;(6)满足不燃性要求;(7)装置设计满足工业企业设计卫生标准(GBZ 1-2002)。1.3.2 集尘装置关键技术难题(1)集尘罩与煤壁的接触问题;(2)集尘罩的形状与尺寸为题;(3)集尘罩的伸缩问题;(4)集尘罩材质选用问题;(5)集尘罩的阻燃技术问题;(6)集尘罩的防爆技术问题;(7)集尘罩的降噪问题;(8)集尘罩与钻杆的位置关系问题。本设计所采用的布袋式集尘装置具有集尘效率高,处理风量的范围广,结构简单,操作维修方便,对粉尘的特性不明感,不受粉尘及电阻的影响等优点,其满足的属性如下表1.1所示: 表1.1 布袋集尘装置的属性适用机型ZDY3200S钻机粉尘类型干矿粉渣、干石英粉、不黏性使用压缩空气质量4.3验收标准大气污染物排放限制,80mg 肉眼不可见第二章 ZDY3200钻机孔口集尘装置总体设计与结构分析2.1 ZDY3200钻机的基本信息2.1.1 适用范围ZDY3200S型钻机是动力头是全液压钻机,转速范围宽、扭矩大,能满足煤矿井下钻进各种用途的钻孔、注水孔及其他工程用孔,也可用于地表工程施工。主要用于大口径牙轮钻进,也适用于大口径硬质合金钻进和冲击回转钻进。2.1.2 型号含义2.1.3 主要技术参数a. 回转装置:额定转矩 N.m 3200额定转速 r/min 220油马达型号 A6V160MA 油马达排量 ml/r 46160 钻杆直径 mm 73主轴通孔直径 mm 75b. 给进装置:主轴倾角 090最大给进力 kN 112给进速度 m/s 00.22最大起拔力 kN 77起拔速度 m/s 00.32给进/起拔行程 mm 600 c. 泵站:电动机型号 YBK2-225S-4额定功率 kW 37额定电压 V 380/660额定转速 r/min 1480主油泵型号 A7V78MA(限量63ml/r)额定压力 MPa 35主油泵排量 ml/r 063主油泵流量 l/min 089副油泵型号 10SCY14-1B额定压力 MPa 31.5副油泵排量 ml/r 010副油泵流量 l/min 013液压系统额定压力 MPa 主油泵 22副油泵 22油箱有效容积 L 180d. 整机:适用钻孔深度 m 350/100 终孔直径 mm 150/200主机外形尺寸(长宽高)mm 230011001560钻机质量 kg 20402.2 总体设计2.2.1 设计钻机应符合以下基本原则(1)满足用户提出的孔深、地质条件,及有关使用条件的要求。(2)有足够长的使用寿命(应理解为装置需要大修时间间隔的长短),足够高的使用可靠性(应理解为装置被迫停止的次数)。(3)有较高的运转经济性。(4)有良好的动力平衡性。(5)维护检修方便。(6)尽可能采用新结构、新技术、新材料。(7)尽可能提高产品的“三化”(系列化、标准化、通用化)程度。(8)制造工艺性良好。(9)机器的尺寸小、重量轻。但是,上述原则往往是彼此矛盾的。例如尺寸小、重量轻与较高的运转经济性有矛盾。2.2.2总体设计时需要注意的几点钻机集尘装置是比较关键的钻机保护设备,在工作过程中要求连续运转时间长,停机检修时间短。因此,总体设计时,应注意以下几点:(1)液压易损件数目尽量少,寿命长,并能快速拆装。且要确保钻进过程中能够长期连续运转。钻机的大修期应在500010000小时以上,集尘装置应配合,钻机大修期应与钻机同步。(2)为了便于制造和维修,基本参数和零部件应符合“三化”要求。(3)考虑到主要是在井下作业,所以可拆装性要好,可操作性要强。(4)质量轻、占地面积小。钻机要经常搬家,对重量占地面积有一定的要求,并且安装维修要方便,利于钻机移动。2.2.3总体设计的步骤(1)选择合适的机型和结构;(2)确定主要结构参数;(3)选择合适的原动机或驱动方式;(4)初步确定钻机集尘装置的整体布置。钻机集尘装置的经济、技术指标是否先进,运转是否安全可靠,集尘效果是否达到国家标准,安装维修是否方便,都会影响钻机的钻探效果,使用寿命以及工人的身体健康,而这些很大程度上决定于总体设计阶段的考虑是否周到和适当。因此总体设计是设计过程中最重要的一个环节。为了使产品在满足设计要求的前提下,经济技术指标也是先进的,必须从总体设计阶段起就要认真汲取同类产品的设计经验,占有必须的国内外资料。2.2.4 集尘装置结构设计矿用液压钻机集尘去装置的设计本着简单、可靠、实用、高效的原则,根据井下现场具体情况,综合考虑各方面因素提出了从源头上控制煤尘产生和扩散的设计方案。矿用液压集尘装置主要由集尘罩,密封环,吸尘管,旋风集尘器,沉降箱,喷雾通气管等组成。利用液压钻机钻孔时,通过集尘罩收集粉尘在高压气流的作用下将大部分灰尘压入吸尘管,通过通道1从大口径1处排出,落入沉降箱,另外一小部分通过通道2在压力下进入大口径2处,再由喷气管的辅助气压作用下全部从大口径2处排到放布袋里。结构如下图所示。开钻前,在孔口将集沉罩安装在钻杆上,用密封环将集沉罩与钻杆密封,用导管一次将风机,集沉罩,沉降箱连接起来。开动后依靠钻杆前进动力将集沉罩压在岩壁上,由集沉罩收集的粉尘通过连接管排入沉降箱内,如下图2.1所示。 图2.1 ZDY3200钻机集尘装置2.3 集尘器工作原理矿用液压集尘器利用液压马达抽风形成的负压直接将钻孔煤尘收入集沉罩排入沉降箱,加上鼓吹机构高压气流作用下二次集尘,从而达到集尘目的。集尘效率在95%以上,适合于各种情形下的钻机钻孔。开钻前,将积尘罩安装在钻杆上,用密封环将集沉罩与吸尘管密封,在吸尘器侧面的孔口安装防布袋,将集沉罩压在打钻孔的位置,大块的煤渣粉尘由集沉罩下方的孔口收集,在风力引导下通过吸尘管落入沉降箱,另外一部分粉末状灰尘在钻机风嘴作用下进入吸尘罩上方,在吸尘器侧面的孔口收集,并在鼓风机构的高压气流作用下落入防布袋,最后统一将沉降箱里的煤尘和防布袋里的灰尘引导煤坑,以集中处理粉尘。第三章 工况分析由于本钻机主要是应用在井下,工作环境比较恶劣。 本钻机回转钻进所需功率为: .(3.1)式中: 回转钻进所需功率 井底破碎岩石、土层所需功率(kw); 钻头与孔底摩擦所需功率(kw); 回转钻杆所需功率(kw);3.1 井底破碎岩石、土层所需功率的计算根据经验公式: .(3.2) =0.48 W式中 钻头切削刃数,取=6;平轴转速(),=438.9;=.(3.3)取钻头圆周线速度,钻头直径D=0.077m 钻进速度(),; 岩石抗压强度(104Pa),10000;井底环状面积(m2),取钻头直径D=0.077 m,内孔直径d=0.059m。3.2 钻头与孔底摩擦所需功率的计算 根据经验公式 : .(3.4) = =8.4 W式中 孔底压力或岩石抗压强度(104Pa),=10000; 钻具与岩石直接摩擦系数,=0.5; 钻杆转速(r/min),n=438.9r/min; 钻头外圆半径(m) 钻头内孔半径(m) 3.3 回转钻杆所需功率的计算 根据经验公式: .(3.5) = =3.6 W式中 L孔深(m),L=100; d钻杆直径(m),d=0.042; 钻杆转速(m),; 冲洗液比重,;3.4 回转钻进所需功率为 .(3.6) = = 第四章 液压系统设计4.1 ZDY3200全液压钻机的主要参数 根据市场调研,用户需求 ZDY3200全液压钻机的主要技术参数为:回转参数。转速范围:50175 r/ min; 扭矩范围:2300850 Nm;主轴内径:75 mm。进给参数。给进行程:600 mm;给进力:102 kN;给进速度:00.22 m/s; 起拔力:70 kN;起拔速度:00.32 m/s。使用范围。钻孔深度:350/100 m;终孔直径:150/200 mm;钻杆直径:63.5/73 mm。4.2 液压系统工作原理钻机采用回转和给进分别供油的双泵开式循环液压系统。液压系统图如图4.1所示,工作原理如下:电动机(1)启动后,主油泵(2)经滤油器(3)截止阀(4)吸入低压油,输出的高压油进入操纵台多路换向阀(8)。副油泵(31)经吸油滤油器(29)截止阀( 30) 吸入低压油,输出的高压油先进入副油泵油路板,再进入多路换向阀(8) 的中联。多路换向阀(8)由三联阀组成,左边一联F1控制油马达(11) 的正转、反转和停止;中间一联F2控制支撑油缸的起落;右边一联F 3控制给进油缸(15)的前进、后退和停止。三联阀都处于中位时主、副油泵均卸荷,油马达(11)和油缸(15)处于浮动状态。操作阀F1,主油泵输出的高压油全部进入回转油路。副油泵的压力油可根据钻进工况选择有两种方式:一种是油液全部进入给进回路由调压溢流阀控制给进压力;另一种是油液分两路一路进入卡盘(或卡盘和夹持器)对卡盘实行高压输入,强力卡紧钻杆。另一路经减压阀进入给进回路,由减压阀控制给进压力。当阀F1处于中位时,操作阀F2或F3,主、副油泵油液合流,实现快速提升。 为防止系统过载,主油泵的工作压力由多路换向阀内设的安全溢流阀限定,调定压力为22MPa,其值由压力表(7)来监视。副油泵的工作压力由副油泵油路板上的安全溢流阀(32)控制,调定压力为22MPa,其值由压力表(9)监视,使用时不得超调。主油泵回油经回油滤油器(5)和冷却器(6)回到油箱,压力表(25)指示回油的压力大小,反映出回油滤油器的脏污程度。副油泵回油可进入主油泵回油路,也可以经油路板上的泄油路直接回到油箱。1.电动机 2.主变量泵 3.29.吸油滤油器 4.30.35.截止阀 5.回油滤油器 6.冷却器 7.主油泵系统压力表 8.多路换向阀 9.副油泵系统压力表 10.单向阀组 11.油马达 12.液压卡盘 13.精滤油器 14.夹持器 15.给进起拔油缸 16.18.36单向节流阀 17.起拔压力表 19.给进压力表 20.夹持器功能转换阀 21.起下钻功能转换阀 22.空气滤清器 23.支撑油缸 24.液压锁 25.回油压力表 26.油箱 27.卡盘回油阀 28.副油泵功能转换阀 31.副变量泵 32.安全溢流阀 33.调压溢流阀 34.单向减压阀图4.1 液压系统图在回转油路中设有单向阀组(10),油马达回转(正、反转)时向液压卡盘(12)供油,(其压力值与回转系统的压力相同)使卡盘夹紧。当夹持器功能转换手把置于联动位时,油马达的压力油液还可以进入夹持器,使其松开,此刻可实现回转、卡盘与夹持器三者之间的联动功能,有利于扫孔作业。液压卡盘的回油(即松开)是由阀(27)来控制的。该阀是由一个液控单向阀和节流阀串联组成,当卡盘夹紧时单向阀关闭,避免压力油泄漏, 卡盘需要松开时,来自给进或起拔的压力控制油自动打开单向阀,卡盘快速松开。调节节流阀可控制卡盘回油速度,可协调卡盘与夹持器的匹配关系。当夹持器与卡盘联动时其回油也经阀(27)流回油箱。一般情况下,应在回次结束前,将夹持器与回转器的联动分离,以利于夹持器能快速地夹持孔内钻具。油马达的回转速度(即回转器的回转速度)可以通过操纵马达上的变量手轮来实现。在给进、起拔回路中各串联一个单向节流阀(16)、(18),其作用是人为地调节给进、起拔时的回路背压,确保夹持器能够完全打开,避免因系统压力过低夹持器不能完全打开而造成钻杆擦伤的现象。调节单向节流阀(18)可控制钻进速度,防止钻头接触孔底时因速度过快产生冲击,损坏钻头;调节该阀还可实现减压钻进。一般情况下节流阀(18)不得关死,以防因油缸面积差而引起的局部回路超压现象。给进回路中设置了调压溢流阀(33),单向减压阀(34),副油泵功能转换阀(28),根据钻进工艺的要求,可进行不同形式的组合。当钻机的回转扭矩大而给进力相对小时(也就是硬质合金钻进工艺),此时,副油泵功能手把前推(即标牌上溢流给进位),副油泵的压力油全部进入给进回路,调节调压溢流阀(33)可控制给进压力的大小,其值由压力表(17)指示。当钻机的回转扭矩和给进力都比较大时,发现卡盘不能很可靠的卡紧钻杆,应将副油泵功能转换手把后拉(即卡盘增压位),同时关死调压溢流阀,此时副油泵的压力油分为两路:一路直接进入液压卡盘,保证卡盘在工作时可靠地卡紧钻杆(压力为副油泵的系统压力由压力表(9)指示)。另一路经减压阀进入给进回路,给进压力的大小由减压阀调节,其压力值由压力表(17)指示。注意:副油泵的流量在满足使用要求情况,应尽量调小,以降低系统的发热,提高效率。起下钻功能转换阀(21)为三位四通阀,通过操纵该阀可以改变液压卡盘(12)和夹持器(14)与油缸(15)的联动,其联动方式:起、下钻时先将联动转换阀手把置于相应位置(即起钻或下钻位),然后只需操作给进、起拔手把,即可完成起、下钻动作。当该阀处于中位时,其联动功能失效。夹持器油路中串联一个三位三通功能转换阀(20),该阀可以改变油马达(11)和夹持器(14)的联动方式,操纵该阀可使夹持器与油马达联动或分离。手把置于中位相当于一个截止阀,用于钻进或称重时关闭夹持器油路,使夹持器保持打开状态,不受其它动作的影响。4.3 液压系统的工况浅析(负载与运动)ZDY3200钻机的液压系统需执行三个功能回转、给进、夹持,三个功能分别由三个执行元件。执行元件是液压马达,为钻机提供回转部分的转速和转矩;执行元件是液压油缸,为钻机提供给进部分的给进力和起拔钻具的起拔力;另执行元件也是液压油缸,是夹持器、卡盘部分,提供夹持钻杆的夹紧力。钻机的回转部分。ZDY3200钻机的回转为一档无级变速50175 r/min,最大扭矩为3200 Nm。在变量泵定量马达的回路中液压马达的输出转矩为: .(4.1)式中:Tm为液压马达输出转矩;为液压马达机械效率;Vm为液压马达排量;为液压马达进、出口压力差;Km1=Vm常数(认为是常数)。式(1)为变量泵定量马达容积调速回路的转矩特性方程。因此在液压马达的输出部分连接了变速箱,回转传动经变速后输出。参考西安ZDY3200钻机可知,变速箱部分是无级一档变速,齿轮箱部分的传动比初步设计分别为i1=2.535和i2=2.56,所以i=i1i2=6.489,则取i=6.489。推算油马达输出的转速n和最大的转矩T。=1756.489=1 135.57 r/min .(4.2)=32006.489=493.14 Nm.(4.3)钻机的给进部分。液压缸的负载,随着钻头的回转供给相应的给进力102 kN,给进速度为00.22 m/s;随着钻孔深度的增加,添加钻杆时快速回升卡盘时,所需的起拔速度0.32 m/s,起拔钻具时提供最大的起拔力70 kN。钻机的夹持部分。夹持结构为液压打开,碟弹夹紧。液压打开方式为油缸活塞形式。夹持油缸有一定的结构限制,油压只需打开碟形弹簧即可。4.4 液压系统主要参数压力和流量是液压系统最主要的两个参数。根据这两个参数来计算和选择液压元件、辅助件和原动机的规格型号。4.4.1 初选系系统压力初选系系统压力选定的是否合理,直接关系到整个系统压力统设计的合理性。在液压系统功率一定的情况下,若系统压力选得过低,则液压元、辅件的尺寸和重量就增加,系统造价也相应增加;若系统压力选得较高,则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。然而,若系统压力选用过高,由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高,反而会增大或增加液压设备的尺寸、重量和造价,其系统效率和使用寿命也会相应下降,因此也一味追求高压。根据经验本钻机的液压系统工作压力选定为21 MPa。4.4.2 计算液压马达排量和液压缸尺寸计算液压马达排量。 .(4.4)式中:为液压马达的排量,单位为;T为液压马达的负载转矩,单位为;为液压马达进出口压力差,单位为Pa,;为液压马达机械效率,取0.9。由式(3)取T=493.14N。液压马达的最大工作压力:即液压系统压力 pa。 .(4.5)取=160ml/r所以本钻机所选择的马达为斜轴式变量马达A6V160MA,油马达排量40-160ml/r。计算液压缸尺寸,因本钻机的工作状况,决定液压缸的结构为单活塞杆液压缸。无杆腔为工作腔时(起拔): . (4.6)有杆腔为工作腔时(给进): .(4.7)式中:为液压缸的工作腔压力;为液压缸的回油腔压力;为液压缸无杆腔的有效面积,=;为液压缸有杆腔的有效面积,;D为液压缸内径;d为活塞杆直径;为液压缸的最大工作力;F为液压缸的最大外负载,无杆腔为工作腔时(起拔),F=70KN,有杆腔为工作腔时(给进),F=102KN;为液压缸的机械效率,一般取(0.9-0.97),选取=0.95。为调节给进及起拔的速度,本钻机的液压系统回路上分别设有减压阀和节流阀。根据液压回路特点选取背压的经验数据如表4.1所示。表4.1 背压经验公式回路特点 背压(MPa)回油路上设有节流阀 0.2-0.5回油路上有背压阀或调速阀 0.5-1.5采用补油泵的闭式回炉 1-1.5选取本钻机的液压缸回路的背压为1 MPa。杆径比(即活塞杆直径与活塞直径的比)d/D。 一般按下述原则选取:当活塞杆受拉时,一般取d/D=0.30.5,当活塞杆受压时,为保证压杆的稳定性,一般取d/D=0.50.7。杆径比d/D还常常按液压缸的往返速比 i=v2 / v1(其中v2 、v1分别为液压缸正反行程速度)的要求来选取。其经验数据如表4.2所示。表4.2 液压缸常用往返速比 往返速比I 1.1 1.2 1.33 1.46 1.61 2d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.7由钻机的给进参数可知: i=0.32/0.22=1.45 去d/D=0.55无杆腔为工作腔时: D=81.3 8mm,d=44.7 mm。有杆腔为工作腔时: D=81.3mm, d=44.7mm。 参考表4.3、表4.4液压缸内径和活塞直径系列,选取本钻机的液压缸D/d为: D=80 mm,d=50 mm (4-8)表4.3 液压缸内径系列(GB2348-80)内径系列16 20 25 32 40 50 6380 (90) 100 (110) 125 (140) 160表4.4 活塞直径系列(GB2348-80)直径系列16 20 22 25 28 32 3640 45 50 56 63 70 804.5 计算液压马达和液压缸所需流量液压马达的最大流量为: .(4.9) 式中:为液压马达最大流量,单位ml/min;为液压马达排量,单位ml/r;为液压马达最高转速参考工况浅析硕士论文部分,单位r/min由式(2)和(5)可得:=1135.57163.95=185 767.9 ml/min液压缸的最大流量为: q.(4.10)式中:A为液压缸的有效面积,A=();Vmax为液压缸的最大速度(起拔钻杆时),此时回转器不工作,Vmax=0.32 m/s。 =96509.6 ml/min在本钻机工作时,液压马达和液压缸是并联连接,而且液压马达和液压缸的流量论文格式范文同时达到最大。在本钻机的液压系统中,由于变量泵产生的流量还将消耗于液压泵、液压马达、液压缸和阀等的内泄上,因而变量泵产生的流量,只有在满足泄漏外尚有多余时,才能使液压马达、液压缸建立起足够的压力、输出转矩和压力。以此来确定液压系统的最小流量。由于液压缸的最大流量大于液压马达的最大流量,选取液压执行元件的最大流量为96509.6 ml/min。 液压系统的最小流量,根据经验公式可算出: =96509.6 ml/min(1+5)=101335.1 ml/min.(4.11)4.6 计算出液压马达和液压缸的总功率液压马达和液压缸在钻机打孔时,给进和回转同时进行。液压系统的功率为:
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