(完整版)全液压钻机说明书(标准版)

学号：00603
课程设计
题目全液压钻床液压系统的设计
学院物流工程学院
专业机械设计制造及其自动化
班级机设0806班
姓名宋宏彬
指导教师袁兵
2011 年8 月15 日
目录
1设计要求及设计参数 (1)
1.1设计要求 (1)
1.2设计参数 (1)
2 运动与负载分析 (2)
2.1运动分析 (2)
2.2负载分析 (2)
2.3负载图F-t和速度图v-t图的绘制 (2)
3 拟定液压系统原理图 (3)
3.1整体设计思路 (3)
3.2液压回路设计 (4)
3.3液压回路分析 (5)
4液压系统主要参数 (6)
4.1系统参数的确定 (6)
4.2液压缸的选定 (7)
5液压元件的选择 (7)
5.1液压泵和马达及电机的确定 (7)
5.2液压阀及辅助元件的确定 (8)
5.3液压元件明细表 (9)
6小结体会 (10)
7参考资料 (10)
1.设计要求及设计参数
1.1设计要求
全液压钻机用于矿洞或露天等地点进行打孔作业，其钻杆的旋转、推进、起拔以及钻杆倾角的调整、固定等均由液压传动来实现。

钻机工作时噪声大，钻机附近粉尘较大，整个工作环境相当恶劣。

要求完成的主要设计内容包括：
1)For personal use only in study and research; not for commercial use
2)
3)根据钻机工况要求，拟定液压系统方案；
4)根据给定的技术参数，对液压系统进行计算，并对液压元件进行选型；
5)编写设计计算说明书(格式见附录)，并绘制液压系统原理图。

1.2设计参数
已知该钻机的主要技术参数如下表所示，请设计该钻机的液压驱动系统。

表1钻机的主要技术参数
2.运动与负载分析
2.1运动分析
钻机主机部分结构如上图所示，钻头(图中未画出)装夹在回转头上。

液压缸1用于支撑工作滑台并调节其倾角，使其在0~90°(水平向上)范围内升降；工作时，两台液压马达2和3共同驱动工作滑台上的回转头以带动钻杆旋转，同时推进缸4推动工作滑台前进。

反之，推进缸4退回，同时钻杆反向旋转，以拔出钻杆。

2.2负载分析
在全液压钻机工作前，支撑缸调节滑台倾角，工作时推进缸推动滑台前进，最大推进力37kN，最大起拔力70kN，所以推进时由液压缸有杆腔工作，起拔时由无杆腔工作。

在全液压钻机工作过程中,主要的运动件是液压马达。

本液压系统中用户要求双液压马达驱动回转头,回转头减速比约为1∶1.6 ,即马达的转速最大要求为160 r/ min ,单个转矩大于625 Nm ,钻机回转头给定的马达最大安装尺寸不得大于200 mm×200 mm。

在钻杆没接触到待钻物时，滑台以较小的负载力和较大的负载速度前进，接触后，负载力变大，负载速度减小。

钻完后以较大的力和较大的速度返回，详细过程见下面的负载图（图2）和速度图（图3）。

2.3负载图F-t和速度图v-t图的绘制
图2负载图F-t
图3速度图v-t
3.拟定液压系统原理图
3.1整体设计思路
在本次设计中决定采用分体结构,将整个钻机分为油源部分、控制台部分和钻机主体3部分,各部分之间用橡胶软管相连接。

这样设计,控制台可以灵活地放置在较远的地方,首先保证了操作人员的安全,其次使其工作环境相对来说噪声降低,粉尘量较小。

更便利于各种工作场地的布置,分体结构使操作人员能始终处于最佳观察控制位置。

根据这一思路,要求液压系统不仅功能齐全,性能安全可靠,同时还要求操作简便,直视性好,要能随时反映各工作机构的工作状况,以便操作者采取合适的措施进行控制,使钻机始
终工作在最佳工况。

3.2液压回路设计
根据总体设计思路,该全液压钻机液压系统主要由高压油源、控制系统、各执行机构及辅件组成。

根据钻机工况要求，拟定液压系统方案如下：
图4液压回路原理图
详细液压系统原理图见A3图纸。

图中包括：
①调速回路
由工况图可知，这台液压钻机滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。

为有较好的低速平稳性和速度负载特性，可选用调速阀调速，并在推进缸进油口设置单向调速阀。

②换向回路
由工况可知，该液压钻机的液压马达有正反转，液压缸有伸出和缩回，故采用三位四通O型机能手动换向阀实现回路的换向。

③锁紧回路
由工况可知，当推进缸和液压马达工作时要求支撑缸固定，故支撑缸进油口设置两个液控单向阀，形成锁紧回路，保证支撑缸的稳定性。

④卸荷回路
该钻机采用变量泵加安全阀来保证系统工作压力和最高压力。

变量泵根据系统情况自行改变油压，当达到安全阀调定值时，安全阀打开，保证各液压元件的安全。

3.3液压回路分析
压油源部分由油箱1、进口过滤器2、电机4、液压泵5、安全阀6、压力表P1、出口过滤器7和回油过滤器3组成,其功能为向工作机构提供压力油。

考虑到实际工作环境,油箱设计为封闭结构,其上装有油温表、油标、空气过滤器等。

电机4驱动液压泵5 ,把机械能转化为液压能。

出口过滤器是根据其特殊的工作要求而设置的,在多年的工程使用中,多次发生液压缸拉伤的情况,液压泵出口精密过滤是十分必要的。

溢流阀6为系统安全阀。

控制显示部分由调速阀8、多路换向阀10、液控单向阀11、12、单向调速阀18、分流节流阀15、压力表P2、P3、P4、P5组成,起着控制各执行元件的压力、流量、方向和显示其工作压力的功能。

当支撑缸13伸缩时,其他执行元件是不工作的,这时调速阀8控制支撑缸活塞杆的伸缩速度,以达到改变钻杆倾角的目的。

当支撑缸调节完成后,多路换向阀中的S1阀置于中位,钻杆的角度固定。

当钻杆钻进或拨起时,多路换向阀中的S2、S3换向阀各自搬到相应位置,此时单向调速阀18调整进给速度或拔起速度,压力表P4、P5分别显示进给缸进给压力或拔起压力,调速阀8调整液压马达的转速,进而控制钻杆的钻速,压力表P2、P3分别显示双马达进、出口的压力,进而得知钻杆的转矩。

各执行机构同处钻机主体部分,如下图所示,由液压缸13、液压马达14、16和液压缸19组成,液压缸13支撑钻机工作滑台,同时调节其倾角,使其在0°～90°(水平向上) 范围内升降。

双液压马达14、16共同驱动工作滑台上的回转头,使其旋转,同时推进缸19有杆腔进油,推动工作滑台前进,使钻杆钻进。

反之推进缸退回,同时钻杆反向旋转,拔出钻杆。

图5执行机构
4.液压系统主要参数
4.1系统参数的确定
根据负载分析的参数,选择上海飞机制造厂生产的BM-E315型摆线液压马达。

该液压马达的额定转速为320 r/ min。

额定转矩为630 Nm ,额定压力14 MPa ,安装尺寸178mm ×178 mm ,符合设计要求。

所以，以马达的额定压力14MPa作为该液压回路的系统压力，以此来计算选择液压缸和各类阀件及辅助元件。

表2按负载选择工作压力
负载/KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50
工作压力
/MPa
<0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5
表3各种机械常用的系统工作压力
机械类型
机床农业机械
小型工程机械
建筑机械
液压凿岩机
液压机
大中型挖掘机
重型机械
起重运输机械磨床组合机
床
龙门
刨床
拉床
工作压力
/MPa
0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32
4.2液压缸的选定
①推进缸的计算选择
推进缸在工作过程中的作用是推进或拉回回转头,达到推进或拔起钻杆的目的,推进时为有杆腔工作,拉回时为无杆腔工作,工作速度一般很慢。

根据其工作性质,首先确定选择工程系列液压缸,因其一次推进行程要求达到800 mm ,考虑到安装的要求,初步定为HSGK80/ 55*HEZ型液压缸,该液压缸行程为950mm，D为80mm，d为55mm。

当液压马达额定压力限定在14 MPa时,该缸的最大工作压力也同样为14 MPa。

此时, 该液压缸的最大推力为:
F = 14×106[(80/ 1000)2- (55/ 1000)2]π/ 4= 37.09 kN
最大拨起力:
F = 14×10- 3×802×π/ 4 = 70.336 kN
该液压缸完全符合要求,所以最后确定选择HSGK80/ 55*HEZ1型液压缸为推进缸。

②支撑缸的计算选择
支撑缸在工作过程中只起到固定工作滑台倾角的作用,主要考虑的因素是能否满足钻杆在0°～90°(水平向下)范围内调节,根据钻机工作滑台结构,只要行程大于560 mm 即可,考虑到安装形式,故在此选定了和推进缸属同一系列的HSGL63/ 45*HEZ1工程液压缸,其行程为600 mm ,满足其要求。

5.液压元件的选择
5.1液压泵和马达及电机的确定
①液压马达的选择
本设计选择上海飞机制造厂生产的BM-E315型摆线液压马达。

该液压马达的额定转速为320 r/ min。

额定转矩为630 Nm ,额定压力14 MPa ,安装尺寸178mm×178 mm ,符合设计要求。

②液压泵的选择
全液压钻机在工作时,主要是液压马达在要求的转速下旋转,推进缸缓慢推进或拔起,泵的额定流量选择主要以液压马达的最大流量来确定液压马达的容积效率大于0.90 ,所以液压马达所需最大流量为:
q = 315×160×2/ 0.9×10- 3
= 112 (L/ min)
工程上一般用的液压泵为轴向柱塞泵,该类型的泵的容积效率大于96 % ,电机转速按1470 r/ min 计算,故所需泵的排量大于:
q = 112/ 1470×103
/ 0.96 = 79.365 (mL/ r)
钻机在钻孔的过程中,推进缸有缓慢的进给,以20 cm/ min 进给为例,所需流量约为0.53 L/ min ,几乎可以忽略不计。

选择排量为80 mL/ r 的泵,电机转速按1470 r/ min 计算,其流量为:
q = 80×10- 3
×1470×0.96 = 112.896 (L/ min)
该规格的液压泵的流量是可以满足其工作要求的。

根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取80PGY14-1B 柱塞泵，额定转速1500r/min ，公称排量为80mL/r ，满足要求。

③确定电动机功率及型号
不计油路损失，液压泵输出压力为14MPa ，液压马达所需最大流量为112 (L/ min)，又工作液压泵总效率9.0=p η，这时液压泵的驱动电动机的功率为：
KW q p P p
04.299
.07.186614max
max =⨯=≥
η
根据此数值查阅产品样本，选用电动机型为Y200L-4异步电动机，其额定功率为30kW ，额定转速为1470r/ min 。

5.2液压阀及辅助元件的确定
①液压阀的确定
根据实际工作压力以及流量大小即可选择液压阀。

②油箱容积的确定
液压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的5～7倍，本设计取6倍，故油箱容积
为：
()L
⨯
=
112.896
6=
L
V4.
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③管道及连接件的确定
管道及连接件由液压元件的尺寸确定。

液压缸的进出油管按输入、输出的最大流量来计算。

5.3液压元件明细表
6.小结体会
通过这次暑期强化拓展训练，加强了自己的专业能力。

包括：液压系统方案设计，液压系统的设计与计算(包括：负载分析和运动分析，元件计算与选型，系统性能验算等)，液压装置的结构设计(包括：结构类型的确定，油路块设计，液压泵站的设计等)，以及相关设计软件(如AutoCAD，Pro/Engineer等)和设计手册的熟练使用等。

在设计过程中培养了我的综合运用机械设计知识及其他理论知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用，但我觉得更为重要的一点是它更理性的认识我们专业，学会查阅资料的能力。

同时培养了我们的团队精神和吃苦耐劳的能力，相信我们有了些许设计方面的经验，将在设计应用方面有更大的进步。

7.参考资料
[1] 张利平. 液压传动设计指南. 化学工业出版社. 2009.7。

[2] 雷天觉. 新编液压工程手册. 北京理工大学出版社. 2005.9。

[3] 王守城, 段俊勇. 液压元件及选用. 化学工业出版社. 2007.1。

[4] 杜国森. 液压元件产品样本. 机械工业出版社. 2000.4。

仅供个人参考
仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。

For personal use only in study and research; not for commercial use.
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