锚杆钻机液压系统 (1)

3.3 液压缸工作压力的初选

对于不同的液压设备，由于工作条件不同。通常选用液压缸的工作压力也不同。工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据。它的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统的性能。在系统功率一定时，一般选用较高的工作压力，使执行元件和系统的结构紧凑、质量轻、经济性好。但是，若工作压力选得过达不到预期的经济效果，反而会降低元件的容积效率、增加系统发热、降低元件寿命和系统可靠性；反之，若工作压力选得过低，就会增大执行元件及整个高，则会提高对元件的强度、刚度及密封要求和制造精度要求，不但系统的尺寸，使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。 设备类型 压力范围/MPa 压 力 等 级 说 明 设备类型 压 力 范围/MPa

压力等级

说 明

机床，压铸机，汽车 ＜7 低压 低噪声，高可靠性系统 油压机，冶金机械，挖掘机，重型机械 21-31.5 高压 空间有限，响应速度

快

农业机械、工况车辆、注塑机、船舶、搬运机械、工程、冶金机械

7-20 中压 一般系统 金刚石压机、耐压试验机、飞机、液压机

具

＞31.5 超高压 追求大作用力、减轻重 量 本次设计根据《液压传动设计手册》表20-2-11如上表3—2选用工作压力为20MPa 。

3.4 液压缸内径D 的计算

液压缸的内径由压力p 和负载max F 决定，由2max 4m m F Ap D p πηη==

，得

液压缸的计算内径： max 4m

F D p πη=（3—6）

式中：

max F —活塞杆上的最大外负载；N

P —选定系统的工作压力；Map

m η—液压缸的机械效率。综合考虑排液对活塞产生的背压，活

塞和活塞杆处密封及导套产生的摩擦力，以及运动件质量产生

的惯性力等因素的影响，一般取机械效率m η=0.9～0.95，此

处取中间值m η=0.93；

max 11444230053.823.14200.93

m F D mm mm p πη

⨯===⨯⨯ max 22443840051.283.14200.93

m F D mm mm p πη⨯===⨯⨯ 参照《机械设计手册》表30-104液压缸内径系列，选取液压缸内径的标准值：D 1=80mm ，D 2=80mm 。

3.5 液压缸的壁厚和外径的确定

根据液压缸的内径，选取液压缸的外径，参考《机械设计手册》表20-6-9，如下图表3—3，其中A 代表工程液压缸，B 代表冶金液压缸。则选取液压缸的外径为：1112D D 95mm ==

表3—3 缸筒外径的选取

液压缸的壁厚由液压缸的强度条件计算，液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。由材料力学可知承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。

中、高压液压缸一般用无缝钢管作缸筒，大多属于薄壁筒，即/10D δ≥时，其最薄处的壁厚用材料力学薄壁圆筒公式计算，即：

2[]

pD δσ≥ （3—7） 式中:

Δ—薄壁筒壁厚；

P —缸筒内液体的压力；

[σ]—缸筒材料的许用应力,[]b

n σσ=,b σ为材料的抗拉刚度

n 为安全系数，当/10D δ≥时，一般取n=5。

131232200.0810 6.62[]2122200.0810 6.62[]2122pD mm mm pD mm mm δσδσ⨯≥

=⨯=⨯⨯≥=⨯=⨯ 内 径

壁 厚

1.5

2.0 2.5

3.0 3.5 5.0 6.0 7.5 10.0 12.5 15.0 20.0 外 径

80 ─ ─ 85 86 ─ 90 92 95 100 105 110 ─

内径公称尺寸/mm

公差带/μm

H8

H9 H10 >80～120 +54

0 +87 0 +140 0

系列见表3—4。查表得出液压缸壁厚和外径的标准值。

液压缸的壁厚：

127.5mm δδ==

以上可知，满足壁厚的强度要求。

由内径尺寸公差见表3.5，液压缸内径公差带：

H9：+87

液压缸内径的锥度、椭圆度误差应小于或等于直径公差的一半。弯曲度在500mm长度上应不大于0.03mm，端面的不垂直度在直径100mm上不大于0.04mm。缸体的内径与螺纹或卡环的不同心度允差为0.02～0.05mm。一般用调质处理，241～285HBS。

此外，还有通往油口、排气阀孔的内孔口必须倒角，不允许有飞边、毛刺，以免划伤密封件。为便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒15°角。需要在缸筒上焊接法兰、油口和排气阀座时，都必须在半精加工以前进行，以免精加工后焊接而引起内孔变形。如欲防止腐蚀生锈和提高使用寿命，在缸筒内表面可以度铬，再进行研磨或抛光，在缸筒外表面涂耐油油漆。

3.6 液压缸工作行程S的确定

4 液压马达的选择

液压马达工作时要考虑的因素有工作压力、转速范围、旋转扭矩、运行扭矩、总效率、容积效率、滑差特性、寿命等机械性能及在机械设备上的安装条件、外观等。

4.1 动力头液压马达选择

根据钻进n a =160rPm ，同时要求扭矩大于3.5kN ·m ，在这里取值为4机械变速。马达有效工作压力，根据溢流阀工作压力，P=20MPa

(1)马达排量:

max

0.159v M q p η= （4—1）

max 640000.141/0.1590.15920100.9

v M q L r p η===⨯⨯⨯ 查《机械设计手册》表20-5-77，本机液压动力头选用马达JM10-F0.16t F ，查出排量为163ml/r ，额定压力为20MPa ，最大压力为25MPa ，额定转速为500r/min ，额定转矩为458N ·M ，效率大于90%，质量为33.6kg 。

所以马达实际输出扭矩为

max 0.1590.159201630.9466.5v M pq N m η==⨯⨯⨯=•

此转矩大于要求的转矩，所以符合设计要求。

(2)马达流量:

Q qn = （4—2）

所以Q qn ==163x500=81500ml/min(即81.5L/min)

本机靠开式回路中的两个泵的合流来保证马达的“吸油口”有足够的油压，当钻杆慢进时单泵供油，双泵合流实现钻杆快进。钻杆动力头档位选择共有两档变速，可通过扳动变速手柄选择。动力头变速与液压供油泵选择结合起来可得到四种转速两种扭矩输出。采用双马达式液压动力头，设置与马达并联的旁通单向阀补油防止停钻过程中由于大惯性运动的马达缺油。使用在马达轴上的液压释放机械制动器进行长时间防止负载运动。

4.2 行走装置液压马达的选择