液压卡盘设计 论文

目录

1 卡盘结构及原理 (2)

1.1 结构 (2)

1.2 原理 (3)

2 主要零件的制造要点 (4)

3 液压卡盘的设计要求 (4)

4 液压卡盘的结构 (5)

5 液压卡盘的工作原理 (5)

6 液压卡盘的工作原理 (6)

7 主要参数设计 (7)

7.1 液压卡盘承载力的确定 (7)

7.2 卡瓦对钻杆的夹紧力Q (8)

7. 3 蝶形弹簧的轴向推力F 的计算 (8)

7.4 设计蝶形弹簧 (10)

7.5 活塞行程S 的确定 (11)

7.6夹紧包角 (13)

7.7夹紧力与夹紧油压 (14)

7.8转动丝杆之驱动力矩 (16)

7.8.1 驱动活塞产生有压缩需要力矩 (16)

7.8.2丝杆与缸盖的止推摩擦力矩 (17)

8 液压控制系统的设计 (18)

9结束语 (19)

10参考文献 (20)

液压卡盘的设计与控制液压卡盘是钻机的一个主要部件，其功能是夹紧钻机上的钻杆，并向钻杆传递转矩和轴向力，驱动钻具实现回转和给进，完成加减压钻进。本文结构介绍液压卡盘的原理及制造要点。

1 卡盘结构及原理

1.1 结构

卡盘的结构如图1 所示，主要由活塞杆1、座板2、滚轮3、卡盘座4、销轴5、螺栓组件6、转动板7、压轮架8、连杆9、螺母10 和卡盘爪11 等组成（油缸部分没有画出）。连接方式为：座板和压轮架夹住滚轮，滚轮两端穿入转动板的孔中，活塞杆穿入座板和压轮架中心孔并由螺母锁紧，转动板的另外两个孔分别用螺栓组件与卡盘座和卡盘爪连接，连杆也分别用销轴与卡盘座和卡盘爪连接。从图1 中可以看出，当活塞杆在液压的作用下作轴向运动时，带动滚轮既沿卡盘轴向又沿卡盘径向远动，实际上滚轮是绕卡盘座的定点转动，也就是转动板在滚轮的带动下绕卡盘座的定点转动，卡盘爪在转动板的带动下同时又受连杆的限定既沿卡盘轴向又沿卡盘径向远动，保证卡盘爪

可靠撑住物体

1.2 原理

卡盘的工作原理如图2 所示：该机构是一个平行四杆机构，AD （卡盘座）静止，AB =DC，AD=BC，A、D两点为定点，当AB（转动板）绕A 点转动时，DC（连杆）在BC（卡盘爪）的带动下绕D 点

也就是在该平行四杆机构中，AB、DC 作转动，BC 作平动。只有BC 作平动，才能保证卡盘爪的径向运动，从而实现卡盘的功能。

2 主要零件的制造要点

该卡盘采用3 个卡盘爪，因三点定圆，所以能可靠撑住圆形内孔的物体，而且轮胎的中心与卡盘的中心重回。卡盘座上的A、D 两孔与卡盘中心的相对位置必须精确。卡盘爪上的两孔中心距BC 必须与AD 相等。连杆上的两孔中心距CD 必须与转动板上的两孔中心距AD 相等。座板的内孔中心线必须与端面垂直。压轮架分度精确，压轮平面与内孔垂直。总之，该卡盘各零件的尺寸公差和形位公差均不能超差，而且表面粗糙度要高，否则，动作不会灵活，如严重超差，卡盘可能无法使用。鉴于此，主要零件最好使用数控机床加工。

3 液压卡盘的设计要求

液压卡盘既要向钻杆传递扭矩和回转运动，又要向钻杆传递轴向运动和给进力。为了使钻机的工作可靠，设计液压卡盘时首先应保证卡瓦对钻杆具有足够的夹紧力，且夹紧后有自锁能力，使卡瓦夹紧主动钻杆后不出现轴向或周向的相对滑动；其次，夹紧面积要大，夹紧力分布要均匀，不致损伤主动钻杆表面；第三，应考虑各零部件相互拆装时的难易程度、易损件和卡瓦更换时的方便程度；第四，使用钻杆的直径规格不能太多，否则随卡瓦径向移动尺寸的增大，液压卡盘的外形尺寸也相应增加，如果采取更换卡瓦来满足不同直径的钻杆，液压卡盘就要经常拆装，将影响钻机的使用性能。因此，液压卡盘的设计既要保证夹紧可靠和拆装方便，又要尽量缩小其外形尺寸。

4 液压卡盘的结构

由于碟形弹簧具有结构紧凑、加压均匀以及独特的非线性特性等特点，座箱式钻机的液压卡盘采用碟形弹簧式结构，为液压松开常闭式。它由3 大部分组成，见图1。

1）夹紧动力装置。见图1蝶形弹簧2，其作用是产生轴向力和轴向运动

2）中间传动机构。见图1 空心轴1、卡套3、活塞4 等，其作用是改变作用力的大小和方向，即将轴向作用力改变为径向作用力，传递给夹紧元件，且具有增力作用。

3）夹紧元件。见图1 卡瓦6，其作用是将中间传动机构传递来的夹紧力施于钻杆，将其夹紧。

5 液压卡盘的工作原理

高压油从上部进入推动活塞移动，活塞带动推力轴承和卡套下

行，卡套压紧蝶形弹簧，由于卡套与卡瓦为斜面配合，因此卡套下行驱动卡瓦在卡套的“,”型槽内向外移动，松开钻杆。需要夹紧时，操作液压系统的卡盘控制阀，卸掉油压，在蝶形弹簧的弹力作用下，卡套上移，驱动卡瓦作径向收缩，卡紧钻杆。

6 液压卡盘的工作原理

卡盘安装在主轴上．随主轴转动．是一个液压—机械装置转动丝轩．推动有内螺纹的活塞(螺母)下移，将介质(黄油)挤出，产

生油压．使四个夹紧柱塞伸出，顶着活动爪．压紧被央体(单体液压支柱的底座或缸体)：开动电机，台上离合器．此时被夹体即髓卡盘转动．而支柱的缸体或手把则被夹紧在机身导轨上．它们之间便产生了相对转动，能很方便取(甚至自动退)出其联接钢丝．解体支柱之后．打开离台器或停下电机，反转丝轩，活塞上移．在回程弹簧作厢下括动爪退回复位。并将夹紧柱塞带回．黄油返回驱动缸(活塞下部)．完成一个工作循环

本装置采用液压传动，螺纹驱动自锁．即稳压因而夹紧力均匀、稳定，好调节。黄油相对其他液压油易密封．不流动．给制造与维护带来很大方便。但存在空气难以排尽．动作有滞后的问题．还需进一步研究与探讨用黄油做介喷。在液压传动上也是一个有益的偿试

7 主要参数设计

7.1 液压卡盘承载力的确定

液压卡盘的承载力一般根据正常钻进和强力起拔两种工况中的最大

载荷来确定。

最大载荷Pmax

强力起拔工况下, 液压卡盘负荷:

P b = αPmax ( 1)

式中: α—安全系数, 取1.25-1.6;

Pmax —给进油缸最大起拔力( 按系统最大压力计算)。