mz120全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型土錨鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書大學(xué)論文

第頁摘要錨桿鉆機(jī)是錨桿支護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，它影響著錨桿支護(hù)的質(zhì)量——錨桿孔的方位、深度、孔徑的準(zhǔn)確性以及錨桿安裝質(zhì)量，又涉及操作者的人身安全、勞動強(qiáng)度與作業(yè)條件等。采用旋轉(zhuǎn)切削方式破巖的單體錨桿鉆機(jī)是目前鉆孔機(jī)具的主導(dǎo)產(chǎn)品，但機(jī)體笨重、可靠性低，這些制約著它們進(jìn)一步推廣使用，迫切需要研制高性能的錨桿鉆機(jī)機(jī)具。針對這一狀況，本次設(shè)計主要針對全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型錨桿鉆機(jī)進(jìn)行設(shè)計。全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型錨桿鉆機(jī)是一部具有很大應(yīng)用價值的工程機(jī)械，施工對象主要是硬度較大的巖石。全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型錨桿鉆機(jī)因其工作壓力高、扭矩大、動力系統(tǒng)不受外界影響，在一些場合下是合理的機(jī)型。它的出產(chǎn)必將推動我國的社會主義建設(shè)事業(yè)的全面發(fā)展。本次設(shè)計主要涉及到以下幾個部分：1.采用履帶式液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計思想，對全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型錨桿鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，以滿足各種工況的要求；2.對整機(jī)的制造、使用、驗收等技術(shù)制定了相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞：全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型錨桿鉆機(jī)，單斗液壓挖掘機(jī)AbstractBoltrigisthekeyequipment,whichaffectsthequalityofboltholelocation,depth,accuracyandtheboltinstallationholequality,italsoinvolvesthesafetyoftheoperator,laborstrengthandoperatingconditions.Themonomerroofbolterbyrotarycuttingbreakingrockhasbecomethemaintrendoftheproductionanddevelopmentofdrillingmachinesforboltsupport.Heavymachinebodyandlowreliabilityisoneofthemaincommonfactorsrestrictingthemfurthersprdeadinguse.Itisurgentlynecessarytodevelopakindofroofbolterwithhighperformance.Accordingtotheexistingproblem,themainaimofthedesignforthenon-valve-hydraulicboltrigdesignisasfollows.FullhydraulicrotarypropulsiontypeRoofbolter,isagreatvalueofconstructionmachinery,mainlyforthelargehardnessoftherock.FullhydraulicrotarypropulsiontypeRoofbolter,hasitshighworkingpressure,torque,powersystemsarenotsubjecttooutsideinfluence,insomesituationsitisareasonabletomode.It’sproducedinChinawillpromotethecomprehensivedevelopmentofsocialistconstruction.Thisdesignmainlyinvolvesthefollowingparts:1.Iusedcrawlerexcavatorboomdesign,theimpactofnon-valve-typehydraulicbolter’sboomre-designedtomeettherequirementsofvariousworkingconditions.2.Onthemachine’smanufacture,use,inspectionandothertechnicaldeveloptherelevanttechnicalindicators.Keywords:FullhydraulicrotarypropulsiontypeRoofbolter,Singlebuckethydraulicexcavators目錄1緒論 11.1國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 11.1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀 11.1.2發(fā)展趨勢 21.2設(shè)計的意義和目的 41.2.1本次設(shè)計的技術(shù)難點及分析 41.2.2完成設(shè)計課題采用的方法 41.3方案的構(gòu)思與抉擇 41.3.1基本工作原理及主要工藝 41.3.2主要方案構(gòu)思 51.3.3各方案的特點 51.3.4各部分方案的選擇 52方案的構(gòu)思和抉擇 72.1基本工作原理及其主要工藝 72.1.2液壓系統(tǒng)主要設(shè)計部分的方案構(gòu)思 72.2系統(tǒng)液壓原理圖 73夾緊液壓缸參數(shù)計算與選擇 93.1夾緊液壓缸的尺寸的確定 93.1.1夾緊液壓缸的工作壓力的確定 93.1.2缸筒結(jié)構(gòu) 103.1.3缸筒材料 103.1.4缸筒內(nèi)徑的確定 103.1.5缸筒壁厚驗算 113.1.6缸筒制造加工要求： 133.2活塞桿直徑的確定 133.2.1液壓缸推力計算 143.2.2活塞桿的強(qiáng)度校核和穩(wěn)定性計算 143.2.3活塞桿結(jié)構(gòu)的形式的選擇 163.2.4活塞桿中隔圈的設(shè)計計算 173.2.5活塞桿和活塞的連接形式： 173.2.6活塞桿防塵圈的選擇 173.2.7液壓缸效率和液壓缸流量的確定 183.3缸筒端蓋的計算 193.3.1厚度t的計算 193.3.2厚度強(qiáng)度驗算 193.4活塞的設(shè)計計算 203.4.1活塞結(jié)構(gòu)形式的選取 213.4.2活塞密封裝置的選取 223.4.3活塞的材料選取 223.4.4活塞外徑Ф的計算 223.4.5活塞寬度的計算 233.5連接螺栓強(qiáng)度的校核 233.5.1主要受力螺栓的校核 233.5.2其它非主要螺栓的設(shè)計 243.6活塞桿導(dǎo)向套 253.6.1導(dǎo)向套長度確定 253.6.2導(dǎo)向套的材料選取 253.6.3導(dǎo)向套的加工要求 253.6.4液壓油口直徑d的確定 253.7端蓋的計算 263.8液壓缸筒長度 263.9液壓缸缸頭的設(shè)計 273.9.1的連接形式 273.9.2缸頭的設(shè)計計算 283.9.3缸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 283.9.4活塞桿長度的確定 304主梁液壓缸的設(shè)計計算 314.1夾緊液壓缸的尺寸的確定 314.1.1夾緊液壓缸的工作壓力的確定 314.1.2缸筒結(jié)構(gòu) 314.1.3缸筒材料 324.2缸筒內(nèi)徑的確定 324.2.1缸筒壁厚驗算 334.2.2對缸筒壁厚的驗算 334.2.3缸筒制造加工要求： 344.3活塞桿直徑的確定 354.3.1活塞桿工作行程的確定， 364.4液壓缸推力計算 364.5活塞桿的強(qiáng)度校核和穩(wěn)定性計算 364.5.1強(qiáng)度計算 364.5.2穩(wěn)定性驗算 374.5.3活塞桿結(jié)構(gòu)的形式的選擇 38活塞桿的材料和技術(shù)要求 384.6液壓缸效率和液壓缸流量的確定 394.7缸筒端蓋的計算 404.7.1厚度t的計算 404.7.2厚度強(qiáng)度驗算 414.8活塞的設(shè)計計算 424.8.1活塞結(jié)構(gòu)形式的選取 424.8.2活塞密封裝置的選取 424.8.3活塞的材料選取 424.8.4活塞外徑Ф的計算 424.8.5活塞中心孔直徑 434.8.6活塞寬度的計算 434.8.9連接螺栓強(qiáng)度的校核 444.9活塞桿導(dǎo)向套 454.9.1導(dǎo)向套長度確定 454.9.2導(dǎo)向套的材料選取 454.9.3導(dǎo)向套的加工要求 454.10液壓油口直徑d的確定 464.11端蓋的計算 464.12液壓缸筒長度 464.13缸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 474.14活塞桿長度的確定 485液壓馬達(dá)的選用 495.1動力頭液壓馬達(dá)的選擇 495.2行走裝置的液壓馬達(dá)的選擇 495.2.1馬達(dá)的排量 495.2.2馬達(dá)的流量 505.3鏈輪液壓馬達(dá)的選擇 505.3.1馬達(dá)的排量 506液壓泵的選擇 516.1液壓泵概述 516.2確定泵的流量 516.3選擇液壓泵。 527液壓泵站設(shè)計及液壓附件的選取 537.1液壓閥的選取 537.1.1換向閥 537.1.2溢流閥 537.1.3單向閥 537.1.4液壓管路及其連接 537.2液壓泵站的設(shè)計 557.2.1油箱的設(shè)計與計算 557.2.2過濾器 577.2.3放油塞 577.2.4原動機(jī)的選擇 587.2.5聯(lián)軸器 587.2.6液壓泵站總圖 588液壓系統(tǒng)的性能驗算 598.1液壓系統(tǒng)壓力損失 598.1.2局部壓力損失 608.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱計算 608.2.1發(fā)熱計算 608.2.2散熱計算 619液壓系統(tǒng)的安裝和維護(hù) 639.1液壓元件的安裝 639.2液壓元件的維護(hù) 6410總結(jié) 65參考文獻(xiàn) 66附錄：圖紙清單及編號 67致謝 681緒論1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備以錨桿鉆機(jī)為主體。錨桿鉆機(jī)按結(jié)構(gòu)分為單體式、鉆車式、機(jī)載式；按動力分為電動式、氣動式、液壓式；按破巖方式分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式、沖擊回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)沖擊式。與錨桿鉆機(jī)配套的鉆具，因破巖方式不同而不同，總的來說有回轉(zhuǎn)類破巖鉆具、沖擊類破巖鉆具以及回轉(zhuǎn)沖擊類破巖鉆具。到目前為止，我國已開發(fā)了30多種型號和不同種類的錨桿鉆機(jī)?？偟膩碚f主要分為以下幾個大的類型：（1）單體氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類型氣動馬達(dá)中，葉片馬達(dá)是已基本淘汰，齒輪式馬達(dá)與柱塞式馬達(dá)在扭矩-轉(zhuǎn)速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、機(jī)重、對潤滑的要求與抗污染等方面各有優(yōu)缺點，在不同使用條件下都有各自的市場?？偟膩碚f，國產(chǎn)氣動錨桿鉆機(jī)的水平逐步提高，齒輪氣動馬達(dá)式已基本能代替進(jìn)口產(chǎn)品，但玻璃鋼支腿等部分的可靠性應(yīng)進(jìn)一步提高；柱塞馬達(dá)式錨桿鉆機(jī)尚處于小批量生產(chǎn)階段，尚需進(jìn)一步考核。（2）液壓錨桿鉆機(jī)輸出的扭矩高于氣動錨桿鉆機(jī)，在某些場合下應(yīng)用較好，特別是與掘進(jìn)機(jī)配套是腳優(yōu)越的工作方式。從目前已正式使用的支腿式液壓錨桿鉆機(jī)來看，鉆機(jī)輸出扭矩仍然偏低，液壓系統(tǒng)容易發(fā)熱。由于以礦物油為工作介質(zhì)，在煤礦井下使用中存在安全隱患。（3）電動錨桿鉆機(jī)的輸出特性較差，實際鉆孔速度較低，電機(jī)可靠性及防水性能存在嚴(yán)重問題，尚無良好的推進(jìn)方式。因此，盡管以鑒定了多種電動錨桿鉆機(jī)，但近期尚難大量用于井下錨桿支護(hù)。（4）已開發(fā)的鉆車式與機(jī)載式錨桿鉆機(jī)都具有一定特點，并取得一些效果，但因煤礦井下具體條件以及經(jīng)濟(jì)上的原因，近期難以廣泛應(yīng)用。（5）氣動沖擊式錨桿鉆機(jī)基本以雙極氣腿式為主，因其結(jié)構(gòu)較成熟，可以在堅硬巖石上鉆進(jìn)。盡管在某種巖石條件下的鑿巖速度低于回轉(zhuǎn)式，且噪聲頗高，但仍被相當(dāng)多地應(yīng)用于錨桿支護(hù)。國外錨桿鉆進(jìn)設(shè)備的品種與功能多樣，技術(shù)性能優(yōu)越，可靠性高。美國大量使用塔架鉆車式錨桿鉆機(jī)。班工作效率達(dá)120~140根，并著手開發(fā)計算機(jī)控制的全自動錨桿鉆機(jī)。法國生產(chǎn)的轉(zhuǎn)架式錨桿鉆機(jī)集鉆孔、安裝錨桿為一體，并就有儲存錨桿桿體的錨桿倉。芬蘭生產(chǎn)具有樹脂注射系統(tǒng)的鉆車式錨桿鉆機(jī)，是鉆孔、安裝錨桿桿體、注入粘結(jié)劑全由機(jī)械完成，機(jī)械化城垛頗高。澳大利亞有4家錨桿鉆機(jī)生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)各種不同類型的錨桿鉆機(jī)，尤以單體氣動支腿式錨桿鉆機(jī)使用居多，并有多家公司生產(chǎn)能與掘進(jìn)配套的單體支腿式液壓錨桿鉆機(jī)。澳大利亞氣動支腿式錨桿鉆機(jī)主要有柱塞馬達(dá)與齒輪馬達(dá)式兩種（早起葉片式氣動馬達(dá)已淘汰），采用玻璃鋼碳素纖維支腿。澳大利亞液壓錨桿鉆機(jī)可以以礦物油和難燃液為工作液，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由擺線液壓馬達(dá)驅(qū)動，有的產(chǎn)品采用玻璃鋼纖維支腿式集中減輕。1.1.2發(fā)展趨勢錨桿鉆進(jìn)設(shè)備是土錨鉆機(jī)發(fā)展的客觀需要，它必然按一定規(guī)律向前發(fā)展，土錨鉆機(jī)及其配套鉆具的研究、開發(fā)、生產(chǎn)與使用，都必須符合客觀規(guī)律。分析國內(nèi)外有關(guān)信息，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，注意煤礦錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備發(fā)展的基本趨向，有利于是產(chǎn)品在市場競爭中不斷發(fā)展。展望未來，氣動、液壓單體回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是一個時期的主流?？v觀國外錨桿鉆機(jī)發(fā)展歷程以及國內(nèi)多方面實踐，針對大多數(shù)工程的具體特點，單體回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是一個時期內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)和開發(fā)的主流。從目前技術(shù)現(xiàn)狀看，在具有壓縮空氣源的條件下，氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)仍為首選產(chǎn)品。但是，如何解決壓縮空氣工作壓力不足的問題會逐步引起人們的重視。合理選擇壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)，正確確定空壓機(jī)及其動力系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，開發(fā)新型的提套壓縮空氣壓力的機(jī)械設(shè)備，將成為進(jìn)一步發(fā)揮氣動錨桿鉆機(jī)作用的關(guān)鍵。氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)中，采用柱塞式馬達(dá)與齒輪式馬達(dá)個有優(yōu)缺點。兩種不同類型氣動馬達(dá)錨桿鉆機(jī)的競爭核心，是如何是鉆速高、可靠性好、維修費低。產(chǎn)品進(jìn)一步研究開發(fā)的核心將是采用合理技術(shù)參數(shù)、高科技、新材料、先進(jìn)工藝。液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)因其工作壓力高、扭矩大、動力系統(tǒng)可不受外界影響，在一些場合下是合理的機(jī)型。一個時期內(nèi)，液壓錨桿鉆機(jī)主要用于與掘進(jìn)進(jìn)配套，公用其液壓泵站。經(jīng)過一定時期以后，用戶會根據(jù)錨桿支護(hù)的需要與具體條件，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在適宜的場所確定采用液壓回轉(zhuǎn)是錨桿鉆機(jī)。又有液壓錨桿鉆機(jī)使用量的增加，礦物油介質(zhì)的安全性問題會日益突出，開發(fā)難燃液壓錨桿鉆機(jī)的問題將適時提到日程上來。電動錨桿鉆機(jī)的動力單一，是人們理想的首先機(jī)型。但因目前技術(shù)水平所限，其支腿配套方式、扭矩-轉(zhuǎn)速外特性和電機(jī)防水耐潮性能差等，都不利于其更快地向前發(fā)展。在一定時期內(nèi)，電動錨桿鉆機(jī)差評仍會以“技術(shù)攻關(guān)”為基本特征。今后回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)的發(fā)展前途將是如何擴(kuò)大鉆機(jī)巖石的范圍、提高產(chǎn)品可靠性與減輕機(jī)重。研究錨桿鉆機(jī)扭矩與改革鉆頭是發(fā)展回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵?；剞D(zhuǎn)是錨桿孔鉆進(jìn)方式有其一定的優(yōu)越性，但若更加廣泛地應(yīng)用，必須首先從提高扭矩入手，配以合適的鉆頭，適用于鉆機(jī)具有較高磨蝕性的巖石。提高鉆頭的水平，離不開高新技術(shù)，盡量采用新材料和新工藝，特別是經(jīng)濟(jì)有效的表面強(qiáng)化技術(shù)。硬質(zhì)合金仍是錨桿孔鉆進(jìn)的主要鉆具材料。采用高新技術(shù)，改進(jìn)硬質(zhì)合金片的性能，同時，研究合理的鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)，仍是小直徑回轉(zhuǎn)式巖石鉆頭的主攻方向。高新技術(shù)的發(fā)展，有益于錨桿孔鉆進(jìn)技術(shù)的變革。幾十年來，錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備已有了一定的提高，隨著知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，錨桿鉆機(jī)及其配套鉆具會逐步有所變革，預(yù)計在以下方面會引起產(chǎn)品的重大變化：（1）結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化以及高科技新材料的應(yīng)用，是單體錨桿鉆機(jī)性能提高、重量減輕。采用了高新技術(shù)的巖石鉆頭將是回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)方式擴(kuò)大應(yīng)用范圍。（2）高科技微電子技術(shù)在不通動力、不同類型錨桿鉆機(jī)上的應(yīng)用，可能會使錨桿鉆機(jī)發(fā)生某些根本性的變革，例如改變鉆進(jìn)特性、改善操作性能、提高可靠性等。國外已探討計算機(jī)控制的錨桿孔鉆進(jìn)與錨桿安裝的綜合性自動化設(shè)備。鑿巖機(jī)器人的成功應(yīng)用必將有力地促進(jìn)錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的進(jìn)步。（3）錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的發(fā)展，以錨桿支護(hù)技術(shù)與鑿巖技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，錨桿支護(hù)新類型、新材料的出現(xiàn)會對錨桿鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、技術(shù)參數(shù)與功能提出新的要求。錨桿孔鉆機(jī)的開發(fā)必須隨錨桿支護(hù)的技術(shù)發(fā)展。同時，鑿巖技術(shù)的發(fā)展會促進(jìn)錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的提高。不同鑿巖方式的研究以及通用鑿巖機(jī)具的研究成果，都將會及時地移植到錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的開發(fā)上來。（4）錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備是錨桿支護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，它影響著錨桿支護(hù)的質(zhì)量—錨桿孔的方位、深度、孔徑的準(zhǔn)確性以及錨桿安裝質(zhì)量，有涉及操作者的人身安全、勞動強(qiáng)度與作業(yè)條件。錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的核心是高效與安全。發(fā)展煤礦錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備以高效、安全為核心，就會有強(qiáng)勁的競爭力，這是產(chǎn)品具有發(fā)展前途的根本。1.2設(shè)計的意義和目的1.2.1本次設(shè)計的技術(shù)難點及分析本次設(shè)計的技術(shù)難點就是對工作裝置中動臂的設(shè)計，因為要將其原有的復(fù)雜裝置簡單化的同時滿足技術(shù)參數(shù)和技術(shù)條件，所以此部分的設(shè)計是本次設(shè)計的關(guān)鍵之一，更是難點。我將此難點分為以下兩個部分：一、動臂的運動分析設(shè)計；二、動臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)整機(jī)的運動分析，我把工作臂的設(shè)計明確為對動臂和主梁的幾個工作鉸點的布置設(shè)計。設(shè)計是我采用了履帶式挖掘機(jī)的動臂部分的設(shè)計方法，對動臂的運動進(jìn)行合理的分析和計算，從而通過幾何方法得到了這幾個鉸點的正確布置位置，克服了這一難題，至于要實現(xiàn)整機(jī)360度全方位回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)全方位的鉆孔工作，我們借鑒了在液壓挖掘機(jī)中已經(jīng)相當(dāng)成熟的回轉(zhuǎn)支承技術(shù)，做出了可回轉(zhuǎn)的行走履帶，解決了這一問題。1.2.2完成設(shè)計課題采用的方法完成課題主要采用的手段包括：數(shù)學(xué)計算、幾何計算、計算機(jī)繪圖等；方法包括比擬法、經(jīng)驗設(shè)計、傳統(tǒng)設(shè)計方法。首先對整機(jī)所要求的技術(shù)目標(biāo)分析，再對機(jī)體中具有決定作用的重要部件進(jìn)行正確分析，最終解決問題。1.3方案的構(gòu)思與抉擇1.3.1基本工作原理及主要工藝設(shè)計之初必須明確設(shè)計的基本工作原理，對于一般的工程機(jī)械來說，其機(jī)械系統(tǒng)無疑包括動力系統(tǒng)、底盤及行走系統(tǒng)、工作機(jī)構(gòu)以及機(jī)械控制系統(tǒng)。動力系統(tǒng)主要采用柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動機(jī)；底盤及行走系統(tǒng)主要有輪式底盤、步履式底盤和履帶式底盤；工作裝置的類型比較多也比較復(fù)雜；控制系統(tǒng)對于工程機(jī)械一般都采用液壓控制系統(tǒng)。因此整個工程機(jī)械的設(shè)計最主要的是這四個部分的設(shè)計，只要確定了它們，就確定了基本的設(shè)計方案。1.3.2主要方案構(gòu)思方案一：根據(jù)芬蘭Normet公式的隧道施工系列產(chǎn)品，將其輪式底盤改為履帶式底盤，將其工作裝置主梁及動力頭連接在動臂上；方案二：在廣西玉柴公司的WY3.5-2型液壓挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上，將其橡膠履帶改為鋼履帶，將其工作裝置的斗桿部分改為無閥沖擊型全液壓錨桿鉆機(jī)的主梁及動力頭裝置；方案三：仿照瑞典Randvik公司的錨桿臺車將其主梁該為無閥沖擊型全液壓錨桿鉆機(jī)的主梁及動力頭裝置。1.3.3各方案的特點采用方案一：因為此方案最終產(chǎn)品體積大，難以實現(xiàn)整機(jī)的360度全方位回轉(zhuǎn)，不適用于一般的基礎(chǔ)錨固，其適用性較差，故不采用；采用方案二：在廣西玉柴公司的WY3.5-2型液壓挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造具有以下優(yōu)點：鋼履帶對工作場地適應(yīng)性好，整機(jī)穩(wěn)定性好；采用小型的履帶底盤，使用全液壓驅(qū)動，可實現(xiàn)無極變速和自動剎車；采用液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)平臺中的回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)，可以輕松實現(xiàn)錨桿鉆機(jī)工作時360度全方位回轉(zhuǎn)功能；采用液壓挖掘機(jī)式的工作裝置，可以大大增強(qiáng)鉆機(jī)鉆孔工作的范圍，工作能力得到了進(jìn)一步提高；液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)和制造工藝已經(jīng)十分完善，是我們設(shè)計的產(chǎn)品更加容易投入生產(chǎn)實際，創(chuàng)造價值。因此這一方案比較切實可行，故采用此方案進(jìn)行設(shè)計。采用方案三：其主梁可實現(xiàn)360度全方位回轉(zhuǎn)，但這一部分技術(shù)的實現(xiàn)難度比較大，而且履帶式底盤采用了回轉(zhuǎn)支承后就可實現(xiàn)360度全方位回轉(zhuǎn)，因此主梁部分的360度全方位回轉(zhuǎn)沒有太大的必要，而且其工作臂的工作范圍會因為其結(jié)構(gòu)而受到限制，所以不能采用此方案。1.3.4各部分方案的選擇根據(jù)設(shè)計的要求，考慮到實用性、經(jīng)濟(jì)性及生產(chǎn)工藝等各方面的因素，現(xiàn)采用第二套方案。各部分的方案確定如下：動力系統(tǒng)采用柴油機(jī)；傳動系統(tǒng)采用靜壓傳動系統(tǒng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有：機(jī)體、動臂、主梁、動力頭等；控制系統(tǒng)主要是液壓控制系統(tǒng)；底盤采用履帶式底盤；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)2方案的構(gòu)思和抉擇2.1基本工作原理及其主要工藝2.1.2液壓系統(tǒng)主要設(shè)計部分的方案構(gòu)思錨桿鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)的主要功能如下：動力頭液壓驅(qū)動系統(tǒng)。由動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和動力頭推拉系統(tǒng)兩部分組成。負(fù)責(zé)鉆機(jī)作業(yè)過程中動力頭的運動。錨固定位系統(tǒng)。用于施工中轉(zhuǎn)機(jī)的定位，保證鉆機(jī)在施工過程中的位置穩(wěn)定性。夾緊系統(tǒng)。用于鉆桿的添加和拆卸。行走系統(tǒng)。提高設(shè)備的機(jī)動性。輔助系統(tǒng)。包括前后支腿、前后機(jī)架以及鉆桿自動潤滑裝置。前后支腿、前后機(jī)架均由液壓缸控制，前者用來保證機(jī)器作業(yè)時機(jī)身位置的平穩(wěn)，后者用以調(diào)節(jié)合適的鉆進(jìn)角。鉆桿自動潤滑裝置由潤滑脂自動控制泵控制，對鉆桿進(jìn)行潤滑。2.2系統(tǒng)液壓原理圖圖2-1液壓原理圖液壓系統(tǒng)的的工作原理為：該液壓系統(tǒng)采用雙聯(lián)液壓泵變量液壓馬達(dá)開式系統(tǒng)。雙聯(lián)泵的的A組成一天單獨的回路，他通過換向閥控制著左行走馬達(dá)，支撐缸，動力頭馬達(dá)。雙聯(lián)泵的B組成一條單獨的回路，它控制著右行走馬達(dá)，鏈輪驅(qū)動馬達(dá)，主梁調(diào)整油缸，夾緊油缸。該液壓系統(tǒng)采用兩個泵-兩個馬達(dá)閉式回路驅(qū)動，通過變量馬達(dá)排量的改變，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速小扭矩與低轉(zhuǎn)速大扭矩的作業(yè)方式，以滿足不同工況的需要。當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)時，方向控制閥向左邊接通，動力頭馬達(dá)順時針轉(zhuǎn)動，鏈輪驅(qū)動馬達(dá)通過鏈輪及鏈條使動力頭前進(jìn)，鉆桿通過動力頭馬達(dá)的順時針轉(zhuǎn)動和鏈輪馬達(dá)的推力實現(xiàn)鉆進(jìn)工作。鉆機(jī)鉆進(jìn)裝置后退時，方向控制閥右邊接通，動力頭反轉(zhuǎn)，鏈輪驅(qū)動馬達(dá)也反轉(zhuǎn)，鉆桿通過動力頭馬達(dá)的反轉(zhuǎn)和鏈輪驅(qū)動的馬達(dá)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拉力使鉆桿退出。行走系統(tǒng)，鉆機(jī)前進(jìn)時，兩個方向控制閥的的左邊接通，分別控制左右兩個行走馬達(dá)正轉(zhuǎn)是鉆機(jī)前進(jìn)，鉆機(jī)后退時，兩個方向控制閥的右邊接通，分別控制兩個行走馬達(dá)反轉(zhuǎn)使鉆機(jī)后退。鉆機(jī)停穩(wěn)后兩個液壓鎖分別鎖定兩個行走馬達(dá)不在供油，使得在鉆進(jìn)過程中，整機(jī)不移動。3夾緊液壓缸參數(shù)計算與選擇本章是針對參數(shù)計算與選擇，確定主要參數(shù)是指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。執(zhí)行元件的工作壓力，可以根據(jù)負(fù)載圖中的最大負(fù)載來選取，也可以根據(jù)主機(jī)的類型來選?。欢畲罅髁縿t由執(zhí)行元件速度圖中的最大速度計算出來。這兩者都與執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)(指液壓缸的有效工作面積A或液壓馬達(dá)的排量VM)有關(guān)。一般的做法是,先選定工作壓力p,再按最大負(fù)載和預(yù)估的執(zhí)行元件機(jī)械效率求出A或VM經(jīng)過各種必要的驗算\修正和圓整后定下這些結(jié)構(gòu)參數(shù),最后再算出最大流量ｑmax來。在機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，通常工作壓力選得小些，有助于提高系統(tǒng)的可靠性、低速平穩(wěn)性和降低噪聲，但在結(jié)構(gòu)尺寸和造價方面則須付出一定的代價。3.1夾緊液壓缸的尺寸的確定3.1.1夾緊液壓缸的工作壓力的確定液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計師可用類比法來確定表3-1液壓設(shè)備常用工作壓力：設(shè)備類型精加工機(jī)床組合機(jī)床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)、重型機(jī)械，大中型挖掘機(jī)、起重運輸機(jī)械工作壓力P/MPa0.8-23-55-101-1616-32初選的液壓系統(tǒng)工作壓力為：16MPa，則其額定壓力為20MPa3.1.2缸筒結(jié)構(gòu)缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，形成內(nèi)壓，推動活塞運動。設(shè)計缸筒時，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和有效行程，而且必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-6，常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，通常缸筒與缸蓋、缸頭的連接型式取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。綜合考慮上述因素缸筒與缸頭采用焊接形式，具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，工藝性好，使用廣的優(yōu)點；缺點是缸體有可能變形。缸筒與缸蓋采用外螺紋連接具有重量輕，外徑較小的優(yōu)點，而且便于拆卸和檢修。3.1.3缸筒材料缸筒要有足夠的強(qiáng)度，能長期承受較高工作壓力及短期動態(tài)工作壓力而不至產(chǎn)生永久變形；還要有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不至產(chǎn)生彎曲；在內(nèi)表面密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損減少，尺寸公差等級和形位公差等級是以保證活塞密封件的密封性；需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊接性，以便在焊上管接頭或缸頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過大變形。液壓缸的常用材料有20鋼、35鋼、45鋼的無縫鋼管。缸筒與缸底采用焊接方式，故采用焊接性能較好的35鋼的冷拔無縫鋼管，粗加工后調(diào)制，由手冊中查得45鋼的抗拉強(qiáng)度，屈服極限3.1.4缸筒內(nèi)徑的確定為得到所需要的加緊力，油缸的有效工作面積和加緊力應(yīng)該滿足下面的等式,由同組同學(xué)計算得此處夾緊力QUOTE.QUOTE(3-1)——液壓缸的機(jī)械效率，一般取,這里取0.95(3-2)(3-3)(3-4)圓整為：D=80mm。見《機(jī)械設(shè)計手冊》第四版第17章第4頁。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》第20篇液壓傳動表20-6-9表3-2液壓缸內(nèi)徑和外徑的選擇產(chǎn)品系列代號額定壓力p/MPa內(nèi)徑506380100125140160180外徑A型20607695121146168194219通過表得缸的外徑為QUOTE95mm，內(nèi)徑D為80mm則缸的壁厚QUOTE3.1.5缸筒壁厚驗算對于最終采用的缸筒壁厚采用四方面的驗算：額定工作壓力應(yīng)小于一定的極限值，以保證工作安全：QUOTE(3-5)QUOTE=16MPa≤36.65MPa（符合要求）同時額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：QUOTEQUOTE(3-6)式中：——缸筒發(fā)生塑性變形的壓力MPa；QUOTE——缸的額定工作壓力MPa；——缸筒材料的屈服強(qiáng)度360MPa；（符合要求）此外，QUOTE(3-7)式中：D——油缸內(nèi)經(jīng)，mm；——油缸外徑，mm；——額定壓力，MPa；見《機(jī)械設(shè)計手冊》第一卷第三章第61頁表3-1-86?？梢圆榈靡簤焊淄驳膮?shù)如表4-8所示.表3-3液壓缸筒參數(shù)內(nèi)徑公稱尺寸/mm公差帶/外徑/mm允許偏差/mm80H8H9H1095+460+740+12003.1.6缸筒制造加工要求：缸筒直徑D采用H7或H8級配合，表面粗糙度Ra值一般為0.16QUOTE都需進(jìn)行研磨；熱處理，調(diào)制，硬度HBQUOTE缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差的一半；缸筒的直線度公差在500㎜長度上不大于0.03；缸筒端面對內(nèi)徑的垂直度在直徑100㎜上不大于0.04㎜。此外，還有通往油口、排氣閥孔的內(nèi)孔口必須有倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔應(yīng)倒15度角。需要在缸筒上焊接油口、排氣閥座時都必須在半精加工以前進(jìn)行。以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。如欲防止腐蝕和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，再進(jìn)行研磨或拋光，在缸筒內(nèi)表面涂耐油油漆。3.2活塞桿直徑的確定對于雙作用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑可根據(jù)往復(fù)速比來確定。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》卷4，P17-259，表17-6-3。表3-4活塞速比系數(shù)與壓力的關(guān)系公稱壓力（）=12.5～20速比系數(shù)（）1.331.46～22當(dāng)系統(tǒng)壓力確定后，查出速比系數(shù)并按下式計算：（3-8）式中：行程速比取1.8根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》第四卷表17-6-2可取表3-5活塞桿直徑系列表（GB2348-80）活塞桿直徑系列（GB/T2348-1993/mm）4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360通過上表可選活塞桿直徑d=45mm活塞桿工作行程的確定，經(jīng)工況分析并結(jié)合轉(zhuǎn)體油缸的各種運動情況，再結(jié)合力學(xué)分析的結(jié)果可以求得油缸的最大工作行程為50mm.3.2.1液壓缸推力計算當(dāng)液壓缸的無桿腔進(jìn)油時，作用在活塞上的理論推力為：(3-9)當(dāng)液壓缸的有桿腔進(jìn)油時，作用在活塞上的有用推力為：式中：P——工作壓力（Pa）；D——活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）（m）；d——活塞桿直徑（m）；——液壓缸的機(jī)械效率，取=0.9；所以得：3.2.2活塞桿的強(qiáng)度校核和穩(wěn)定性計算強(qiáng)度計算(3-10)式中：——油缸的最大外載荷，；——活塞桿材料的許用應(yīng)力，；——材料的抗拉強(qiáng)度，；現(xiàn)采用45鋼600；夾緊液壓缸活塞桿最大作用力=60.11KN；則活塞桿的強(qiáng)度合格。穩(wěn)定性驗算當(dāng)活塞行程較大時（和活塞桿伸出時，油缸的計算長度大于活塞桿直徑的十倍以上）活塞桿承受的壓力超過一定數(shù)值時，油缸的總體將沿著軸向方向呈現(xiàn)出彎曲的現(xiàn)象，只是華東表面產(chǎn)生偏磨，甚至活塞桿折斷。為消除這種弊端，除要滿足強(qiáng)度外，還根據(jù)油缸的支撐形式進(jìn)行穩(wěn)定性驗算。通過查≤機(jī)械設(shè)計手冊≥可得當(dāng)液壓缸支撐長度QUOTE需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性，因本次設(shè)計支撐長度所以需要算穩(wěn)定性，因為受力完全在軸線上，所以按下式驗算：QUOTE（3-11）式中：QUOTE——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力（N）QUOTE——實際彈性模數(shù)，QUOTEI——活塞桿橫截面慣性矩QUOTE；K——液壓缸安裝及向?qū)禂?shù)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》可取K=1.5QUOTE——液壓缸支撐長度m；QUOTE——安全系數(shù)，這里取4：所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求3.2.3活塞桿結(jié)構(gòu)的形式的選擇活塞桿必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便承受拉力、彎曲應(yīng)力、振動和沖擊載荷的作用。同時還要注意他對活塞有效面積的影響，保證液壓缸達(dá)到所要缺的作用力和運動速度，活塞桿應(yīng)有一定的耐磨性，具有較高的尺寸精度和表面光潔度。采用實心結(jié)構(gòu)，端部選用單耳環(huán)通過螺紋與活塞桿連接?；钊麠U的材料和技術(shù)要求材料：選用45鋼技術(shù)要求： 淬火.淬火深度，表面鍍鉻；活塞桿在導(dǎo)向套中滑動，采用配合，太緊了，摩擦大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象；圓度的圓柱公差不大于直徑公差一半；安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于，以保證安裝不產(chǎn)生偏斜；安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于；活塞桿的外圓粗糙度，太光了，表面形不成油膜，不利于潤滑；活塞桿表面進(jìn)行鍍鉻處理，并進(jìn)行拋光和磨削加工；活塞桿內(nèi)端的卡鍵和緩沖裝置也要保證與軸線同心，特別是緩沖柱，最好是與活塞做成一體。3.2.4活塞桿中隔圈的設(shè)計計算（1）在長行程液壓缸中，由于安裝方式及負(fù)載的導(dǎo)向條件，可能使活塞桿導(dǎo)向套收到過大的側(cè)向力而導(dǎo)致嚴(yán)重的磨損，因此在長行程液壓缸內(nèi)需在活塞與有桿側(cè)端蓋之間安裝一個中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍有足夠的支撐長度。因為是行程短所以不需要中隔圈。3.2.5活塞桿和活塞的連接形式：活塞與活塞桿的連接形式有很多，各種形式內(nèi)部均有鎖緊措施，以防工作時由于反復(fù)運動而松開，并且活塞和活塞桿之間還設(shè)有靜密封。根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊的，一般工程用液壓缸的活塞和活塞桿之間多采用卡環(huán)連接，結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-1活塞與活塞桿的連接形式3.2.6活塞桿防塵圈的選擇根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計手冊≥表6-38本設(shè)計材料為丁青橡膠，在外表面上具有數(shù)字形截面的密封表面，保證它在溝槽中可靠的定位。表3-6防塵圈的選用名稱作用直徑范圍/mm工作范圍溫度/速度A型防塵圈防塵6～390-30～110≤13.2.7液壓缸效率和液壓缸流量的確定a液壓缸效率的計算已知（3-12）式中：——液壓缸機(jī)械效率，取=0.9；——液壓缸的容積效率；當(dāng)活塞密封為彈性材料時，=1；當(dāng)活塞密封為金屬環(huán)時，=0.98；本次設(shè)計密封裝置均為彈性密封圈，故=1。=×=0.9×1=0.9液壓缸的流量Q的確定(3-13)式中：A——液壓缸有效作用面積；無桿腔時的面積;有桿腔時的面積（3-14）V——活塞運動速度，取V=1.5；——活塞容積效率；所以3.3缸筒端蓋的計算本次設(shè)計采用焊接型液壓缸，及前端蓋浴缸同之間采用內(nèi)外螺紋連接，而后端蓋與缸筒則采用焊接連接。后端蓋與缸筒的連接形式：圖3-2端蓋與缸筒的連接形式3.3.1厚度t的計算設(shè)計為平底端蓋，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》可知無孔時:QUOTE（3-15）有孔時QUOTE（3-16）式中：t——剛改有效厚度QUOTE——缸蓋止口內(nèi)徑QUOTE——缸蓋孔直徑QUOTE——系統(tǒng)最高工作壓力取QUOTE其中：QUOTE；同前QUOTE故：取t=15mm3.3.2厚度強(qiáng)度驗算缸筒與端蓋用焊接時，焊縫應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)作如下校核：（3-17）(符合要求)式中：F——缸內(nèi)最大推力，N;——缸筒外徑，mm；D——焊縫底徑，mm；——焊接效率，=0.7；——焊條材料的抗拉強(qiáng)度，MPa；n——安全系數(shù)，參照缸筒安全系數(shù)選取。一般n=5；——由，取值為122Mpa3.4活塞的設(shè)計計算活塞在崗內(nèi)徑作往復(fù)直線運動，因此配合不應(yīng)過緊；但活塞應(yīng)保證有桿腔和無桿腔兩端油液不相通，故配合又不應(yīng)過松；活塞設(shè)計的好壞，將直接影響液壓系統(tǒng)效率的高低。3.4.1活塞結(jié)構(gòu)形式的選取活塞結(jié)構(gòu)形式多種多樣，通常分為整體活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封安裝時也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要有密封形式?jīng)Q定。組合式活塞大多可以多次拆裝，密封件使用壽命長。隨著耐磨導(dǎo)向環(huán)大量的使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向套聯(lián)合使用，大大降低了活塞加工成本。因此，經(jīng)比較選擇組合式活塞。根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計手冊≥得選用車氏C型滑環(huán)密封組合式活塞。具體結(jié)構(gòu)如下：圖3-3活塞的結(jié)構(gòu)形式3.4.2活塞密封裝置的選取活塞的結(jié)構(gòu)形式主要由密封形式?jīng)Q定。本系統(tǒng)采用車氏組合密封。該密封材料的特點：聚氯橡膠材料制作的滑環(huán)及O型圈組合，結(jié)構(gòu)簡單，摩摖阻力小，密封性能好，多次拆卸可重復(fù)使用等。活塞的密封形式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用力和不同工作壓力選擇。3.4.3活塞的材料選取本次設(shè)計采用導(dǎo)向環(huán)的活塞：優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼，在外徑套氯乙烯PTFE+玻璃纖維和聚三氯乙烯材料制成的支撐環(huán)。3.4.4活塞外徑Ф的計算活塞外徑的大小與活塞的缸徑D和活塞表面的支撐形式有關(guān)，根據(jù)上面的活塞結(jié)構(gòu)形式的選取，知式中：D——缸筒的內(nèi)徑；δ——支撐環(huán)材料的厚度；一般δ=2～4mm，缸徑較小時取值較小，在此取δ=4mm。Ф=D-2=80-2×3=76mm活塞中心孔直徑（3-18）式中：——系統(tǒng)工作時最高壓力；——活塞材料許用應(yīng)力，=0.75；——活塞材料的屈服極限，選用45號鋼；取3.4.5活塞寬度的計算活塞寬度一般是活塞外徑的0.6～1.0倍，具體設(shè)計時還需考慮密封件的形式，本次設(shè)計取活塞寬度為外徑的0.6倍。QUOTE=D-6=80-6=74β=0.6×74=44.4mm?。害?45mm活塞的配合要求及加工公差活塞外徑的配合一般采用f8，外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙度根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同而定。本次設(shè)計表面粗糙度選用0.16μm。圖3-2活塞的裝配方式圖3.5連接螺栓強(qiáng)度的校核3.5.1主要受力螺栓的校核螺紋處的拉應(yīng)力：QUOTE（3-19）螺紋處的剪應(yīng)力：QUOTE（3-20）合成應(yīng)力：QUOTE（3-21）QUOTE（3-22）式中F——液壓缸負(fù)載（N）K——螺紋擰緊系數(shù)，一般取QUOTEQUOTE——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取QUOTEQUOTE——螺紋直徑，對于標(biāo)準(zhǔn)緊固螺紋，取，t為螺紋螺距；Z——螺栓個數(shù)；QUOTE——材料屈服極限，對45鋼，取QUOTEQUOTE——安全系數(shù)，一般取1.21.5.則則此處的螺栓強(qiáng)度合格3.5.2其它非主要螺栓的設(shè)計這些螺栓只起到外殼連接作用：a連接結(jié)合面的幾何形狀合理，考慮到盡可能成軸對稱，結(jié)合接觸面合理，便于加工制造。b螺栓組的形心與結(jié)合面形心基本重合。c螺栓靠近結(jié)合面邊緣，減少受力。d同一組螺栓的規(guī)格都一樣，便于選用裝配?？紤]其受力用途，本設(shè)計選用小六角頭鉸制孔用螺栓：GB/T27—1998-M160×215此螺栓的特點是：能夠精確的固定被連接件的相互位置，并且能夠承受有橫向力產(chǎn)生的剪切和擠壓。由于其為非主要受力件，故不需要對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。3.6活塞桿導(dǎo)向套3.6.1導(dǎo)向套長度確定故導(dǎo)向套的長度H=43mm一般導(dǎo)向套滑動面的長度A,在缸筒內(nèi)徑D<80mm時，取A=(0.6~1.0)D;在缸筒內(nèi)徑D80mm時，取A=(0.6~1.0)d；所以本次設(shè)計長度A=0.6×80=48mm3.6.2導(dǎo)向套的材料選取金屬導(dǎo)向套一般采用摩摖系數(shù)小，耐磨材料好的青銅制作，非金屬導(dǎo)向套可以用塑料、聚四氟乙烯或聚三氟氯乙烯材料制作端蓋式直接導(dǎo)向性型的導(dǎo)向材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等。本設(shè)計采用青銅材料制作導(dǎo)向套。3.6.3導(dǎo)向套的加工要求導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多位公差的一半，內(nèi)空中的環(huán)形油槽要淺而寬要保證良好的潤滑。3.6.4液壓油口直徑d的確定油口包括有口孔和油口連接螺紋，液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在缸蓋或缸筒上。QUOTE(3-23)式中：Q——液壓缸最大流量；V——液壓油流速，取v=1.5m/min；所以：QUOTE油口連接尺寸為：M27QUOTE3.7端蓋的計算裝配長度：QUOTE，其值與缸徑大小有關(guān)，缸徑較小時，取值較小，本次設(shè)計；缸頭內(nèi)孔尺寸：式中;——活塞桿緊固位置的最大外徑；δ——緊固裝置孔壁間的最大間隙：一般取δ=2~10mm，本次設(shè)計取δ=7mm。因此：；前端蓋的材料一般要有足夠的強(qiáng)度和足夠的韌性，所以本次設(shè)計采用45號鋼。3.8液壓缸筒長度QUOTE(3-24)式中：——裝配長度，=5mm——活塞行程系數(shù)，一般取=2~3mm；本次取=3mm；——活塞寬度，取=45mm；L——油缸行程，L=25mm；QUOTE——端蓋配合臺階長度，本次設(shè)計取QUOTE=5mm所以L=5+3+45+25+5=80mm3.9液壓缸缸頭的設(shè)計3.9.1的連接形式連接形式如圖3-3所示：圖3-3缸頭與缸筒焊接缸筒與缸頭用焊接時（如圖3-3所示），焊縫應(yīng)力強(qiáng)度校核：（3-25）式中：——缸內(nèi)最大推力，；——缸筒外徑，；——焊縫底徑，；——焊接效率，取=0.7；——焊條材料的抗拉強(qiáng)度，，取——安全系數(shù)，參照缸筒安全系數(shù)選取。一般=；，故滿足強(qiáng)度要求。3.9.2缸頭的設(shè)計計算由于該油缸采用耳環(huán)連接的形式，底部的最小厚度按近似的公式計算如下：（3-26）式中：——缸筒直徑，；——缸筒底部厚度，；——缸內(nèi)最大工作壓力，；由于缸筒底部材料用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，故3.9.3缸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計缸頭的結(jié)構(gòu)如下圖所示缸頭材料一般要求足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求具有良好的焊接性能，根據(jù)上述要求，采用45號鋼。缸蓋內(nèi)孔尺寸公差一般取H7,H8；缸蓋內(nèi)孔d與之口外徑D的圓度，圓柱度誤差不大于直徑公差之半。缸蓋內(nèi)孔d與之口外徑的D同軸度誤差不大于0.03，端面A,B對軸線的圓跳動，在直徑100以上不大于0.04。圖3-8缸頭結(jié)構(gòu)裝配臺階外徑：=80裝配長度：=5～20式中：——裝配深度，其值與缸徑大小有關(guān)，缸徑小時取小值，取L4=10缸頭內(nèi)徑：（3-27）式中：——活塞固緊裝置的最大外徑，取50；——固緊裝置與孔壁間隙，一般取=2～10，此處取=10；=50+2×10=70缸頭內(nèi)徑深度：（3-28）式中：——活塞外側(cè)桿頭長度，取=23；——活塞行程余量，一般取2～3，取=3；故=23-3=203.9.4活塞桿長度的確定圖3-9活塞桿長度的確定（3-29）式中：——活塞外側(cè)桿頭的長度，23；——活塞厚度,45；——活塞行程,25；——導(dǎo)向長度,43；——活塞桿全部縮入桿腔時的外露余量，此處取=25；——活塞桿螺紋連接長度，取63；L=53+64+45+36+15+45=224mm4主梁液壓缸的設(shè)計計算4.1夾緊液壓缸的尺寸的確定4.1.1夾緊液壓缸的工作壓力的確定液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計師可用類比法來確定表4-1液壓設(shè)備常用工作壓力：設(shè)備類型精加工機(jī)床組合機(jī)床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(jī)、重型機(jī)械，大中型挖掘機(jī)、起重運輸機(jī)械工作壓力P/MPa0.8-23-55-101-1616-32初選的液壓系統(tǒng)工作壓力為：16MPa，則其額定壓力為20MPa4.1.2缸筒結(jié)構(gòu)缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，形成內(nèi)壓，推動活塞運動。設(shè)計缸筒時，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和有效行程，而且必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-6，常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，通常缸筒與缸蓋、缸頭的連接型式取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。綜合考慮上述因素缸筒與缸頭采用焊接形式，具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，工藝性好，使用廣的優(yōu)點；缺點是缸體有可能變形。缸筒與缸蓋采用外螺紋連接具有重量輕，外徑較小的優(yōu)點，而且便于拆卸和檢修。4.1.3缸筒材料缸筒要有足夠的強(qiáng)度，能長期承受較高工作壓力及短期動態(tài)工作壓力而不至產(chǎn)生永久變形；還要有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不至產(chǎn)生彎曲；在內(nèi)表面密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損減少，尺寸公差等級和形位公差等級是以保證活塞密封件的密封性；需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊接性，以便在焊上管接頭或缸頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過大變形。液壓缸的常用材料有20鋼、35鋼、45鋼的無縫鋼管。缸筒與缸底采用焊接方式，故采用焊接性能較好的35鋼的冷拔無縫鋼管，粗加工后調(diào)制，由手冊中查得45鋼的抗拉強(qiáng)度，屈服極限4.2缸筒內(nèi)徑的確定為得到所需要的加緊力，油缸的有效工作面積和加緊力應(yīng)該滿足下面的等式,此處夾緊力QUOTE：QUOTE(4-1)——液壓缸的機(jī)械效率，一般取QUOTE，這里取0.9(4-2)(4-3)(4-4)圓整為：D=125mm。見《機(jī)械設(shè)計手冊》第四版第17章第4頁。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》第20篇液壓傳動表20-6-9表4-2液壓缸內(nèi)徑和外徑的選擇產(chǎn)品系列代號額定壓力p/MPa內(nèi)徑506380100125140160180外徑A型20607695121146168194219所以缸筒外徑=125，取外徑為146mm4.2.1缸筒壁厚驗算額定工作壓力應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全：缸的額定工作壓力一般比系統(tǒng)高25%，則缸的額定工作壓力為20MPa。4.2.2對缸筒壁厚的驗算對于最終采用的缸筒壁厚采用四方面的驗算：額定工作壓力應(yīng)小于一定的極限值，以保證工作安全：QUOTE(4-5)QUOTE=16MPa≤33.6MPa（符合要求）同時額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：QUOTE(4-6)式中：——缸筒發(fā)生塑性變形的壓力MPa；QUOTE——缸的額定工作壓力MPa；——缸筒材料的屈服強(qiáng)度360MPa；（符合要求）此外，QUOTE(4-7)式中：D——油缸內(nèi)經(jīng)，mm；——油缸外徑，mm；——額定壓力，MPa；見《機(jī)械設(shè)計手冊》第一卷第三章第61頁表3-1-86?？梢圆榈靡簤焊淄驳膮?shù)如表4-8所示.表4-3液壓缸筒參數(shù)內(nèi)徑公稱尺寸/mm公差帶/外徑/mm允許偏差/mm125H8H9H10146+460+740+12004.2.3缸筒制造加工要求：缸筒直徑D采用H7或H8級配合，表面粗糙度Ra值一般為0.16QUOTE都需進(jìn)行研磨；熱處理，調(diào)制，硬度HBQUOTE缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差的一半；缸筒的直線度公差在500㎜長度上不大于0.03；缸筒端面對內(nèi)徑的垂直度在直徑100㎜上不大于0.04㎜。此外，還有通往油口、排氣閥孔的內(nèi)孔口必須有倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔應(yīng)倒15度角。需要在缸筒上焊接油口、排氣閥座時都必須在半精加工以前進(jìn)行。以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。如欲防止腐蝕和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，再進(jìn)行研磨或拋光，在缸筒內(nèi)表面涂耐油油漆。4.3活塞桿直徑的確定對于雙作用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑可根據(jù)往復(fù)速比來確定。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》卷4，P17-259，表17-6-3。表4-4活塞速比系數(shù)與壓力的關(guān)系公稱壓力（）=12.5～20速比系數(shù)（）1.331.46～22當(dāng)系統(tǒng)壓力確定后，查出速比系數(shù)并按下式計