凿岩机课程设计

液压凿岩机课程设计

液压凿岩机主要由冲击机构、回转机构、钎尾反弹吸收装置组成。

冲击机构：

冲击机构是冲击作功的关键部件，它由缸体、活塞、换向阀、蓄能器等主要部件和导向与封闭装置等组成。

液压凿岩机现在主要有两种结构：单面回油前腔常压油型和双面回油型液压凿岩机。双面回油型的主要优点是：活塞形状最为合理，有利于提高活塞与钎具的寿命，增强破岩效果；排油时间长，回油管中峰值流量较小，减少了回油阻力和压力脉动；采用较高的压力油，供油流量较小，可使各方面的尺寸小一些。缺点是：阀和缸体结构复杂、工艺性差、要求加工精度高；回程制动阶段前腔可能有吸空现象；采用高压油需要加强密封。故只有加工设备与技术等个方面能够保证，此方案才可行。前腔常压油型的优点是：结构简单、工艺性好、制造成本低、回程制动阶段无吸空现象。缺点是：活塞形状不如双面回油型好、排油时间较短、回油管中峰值流量大、回油阻力和压力波动较大（此缺点可用回油蓄能器来减少其影响）。本设计采用单面回油前腔常压油型。

活塞

冲击机构的主体。设计的已知参数是冲击能E=90J和冲击频率f=50Hz,由用户或生产需要而定。需要设定的参数是冲击末速度

v和供油压力p。根据我国目

m

前钎尾允许应力计算，

v一般不大于10m/s,国外也不大于12m/s。供油压力各

m

厂家根据自己的情况，选择是不同的。有的采用较高压力，这样容易在小流量下得到较高的冲击能，使机器、管路和泵等尺寸小些，但对加工精度和密封要求高。有的采用较低压力，虽然供油流量大些，但加工与密封要求较低，维修性好。我国目前自己研制的液压凿岩机多选择较低压力，一般在（10-15）Mpa。本次设计中选用

v=9 m/s，P=14Mpa。

m

根据理论分析和试验研究，缓和的入射波形比陡起的有较高的凿入效率。因此，细长活塞比短粗活塞凿入效率要高。这也是液压凿岩机优于气动凿岩机的理论根据。

活塞是主要传递冲击能量的零件，其形状对传递能量的破岩效果有较大的影响。从波动力学理论可知，活塞直径越接近钎尾的直径越好，且在总长度上直径变化越小越好。表2-1为气动和液压凿岩机两种活塞直径的效果比较。由图可知，活塞重量只差19%，可是输出功率则相差一倍，而钎杆内的应力峰值则减少了20%。只从这点出发，可知液压凿岩机的活塞断面变化越小，且细长，是最理想的活塞形状。

具体设计时应遵守以下原则：1.活塞应为细长形，并减少不必要的断面变化，以利于提高能量传递效率和提高钎具寿命；2.活塞冲击头的面积应尽量与钎尾端部的面积相等或接近，并要有一定的锥部长度，以利于冲击波的传递；3.要保证活塞全程及超行程时不致损伤两端密封结构；4.设计好防空打油垫尺寸及活塞各段的封油长度；5.一般货代与缸体的配合间隙为0.05-0.08；活塞与支承套的配

表2-1 两种活塞直径效果的比较

项目气动活塞液压活塞差值百分比

活塞重量/kg

冲击末速度/(m/s)

冲击能/N.m

冲击频率/bpm

输出功率/kw

钎杆中的应力峰值/Mpa

7.9

9.8

379

1648

10

344

9.4

10.0

470

2600

20

278

+19%

-

+24%

+58%

+100%

-20%

合间隙为0.03-0.05.在加工质量和过滤精度能保证的情况下，间隙可选小一些。根据以上原则本次设计的活塞形状如图2-2；

图2-2 活塞

活塞行程调节装置

为了适应钻凿不同性质的岩石，许多液压凿岩机的性能参数都是可以调节的。现在主要应用活塞行程调节装置来改变活塞的行程，以得到不同的冲击能和冲击频率。这样一台液压凿岩机可适应多种情况的岩石，大大提高了液压凿岩机的使用范围。

各型液压凿岩机的行程调节装置的具体结构是不同的，但原理基本上是一样的。行程调节装置的工作原理见图2-3。在行程调节杆上沿轴向铣有3个长度不等的油槽，沿圆周它们互差120度。当调节杆处于图2-3b所示位置时，反馈孔A通过油道与配留阀阀芯的左端面相通，一旦活塞回程左凸肩越过反馈孔A，活

塞前腔高压油就通过阀芯的左端面，同时，活塞右侧封油面也刚好封闭了阀芯右端面与高压油相通的油道，并使其与系统的回油相通，这样阀芯在左端面高压油的作用下，迅速由左位移到右位，于是活塞前腔与回油相通，而后腔与高压油相通，活塞由回程加速度转为回程制动。由于反馈孔A是三个反馈孔最左端的一个，所以这种情况下活塞运动的行程最短，输出冲击能最小而频率最高。当调节杆处于图2-3c所示位置时，反馈孔A被封闭，活塞行程越过反馈孔A并不能将系统的高压油引到阀芯左端面，因而不会引起换向阀换向，只有当活塞越过反馈孔B 时，阀芯左端面才与高压油相通，使阀芯换向，动作同前。此时活塞行程较前者为长，因此冲击能较高而频率则较低。当调节杆处于图2-3d所示的位置时，反馈孔A和B都被封闭，只有当活塞回程越过反馈孔C时才能引起阀芯换向。在这种情况下，活塞行程最长，冲击能最大，冲击频率最低。

1-调节杆 2-缸体 3-活塞 4-阀芯 5-蓄能器

图 2-3 液压凿岩机行程调节原理

活塞轴向推力的计算

由凿岩原理可知，为了取得较高的凿入效率，钎头必须与孔底岩石有良好的接触。因此，必须对凿岩机施加轴向推力，这个力也就作用在了活塞上。钻孔时，如推力过大，势必压迫钎杆使它转动困难，这既增加了回转阻力，

又增加了钎头

机重 /kg 冲击功率 /kw 冲击频率 /Hz

回转速度 （r/min ）

最大转矩 /N.m 冲击压力 /Mpa 39

5.5

50

350

175

17