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XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
錨固鉆機(jī)動(dòng)力頭及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2013年 月 日
49
摘 要
本設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)錨固鉆機(jī)工作原理、工作的環(huán)境和工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際，在進(jìn)行細(xì)致觀察后，對(duì)錨固鉆機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)組成的各元件進(jìn)行了選型、計(jì)算和校核。
本文設(shè)計(jì)的錨固鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：鉆孔直徑：Φ100～Φ180mm
鉆孔深度：30～60m
鉆孔角度：0°～90°
回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：30rpm 60rpm 104rpm
最大扭矩：4.7kN.m
額定提升力：30kN
額定給進(jìn)力：15kN
提升速度 ：15m/min
電動(dòng)機(jī)功率：15kW，1470r/min
經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)完全滿足任務(wù)書(shū)的課題要求。
關(guān)鍵詞：錨固鉆機(jī)，液壓設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Abstract
This design is to analyze the working principle of anchoring drilling rig, the work environment and job characteristics, and combined with the practice, after the careful observation, the overall structure of the anchor rig is designed, composed of various components of the selection, calculation and check.
Anchor rig main technical parameters of this design: the hole diameter: Phi 100 to 180mm
The drilling depth: 30 ~ 60m
Drilling angle: 0 ° ~ 90 °
Rotary speed: 30rpm 60rpm 104rpm
Maximum torque: 4.7kN.m
Rated lifting force: 30kN
Rated feeding force: 15kN
Hoisting speed:15m/min
Motor power: 15kW, 1470r/min
After the design fully meet the requirements of the mission statement of the problem.
Keywords: hydraulic design of anchoring drilling rig,, structure design
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1液壓概況 1
1.2液壓工作原理 1
1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 3
1.4 錨固鉆機(jī)定義 4
1.5錨固鉆機(jī)的性能 4
第2章 錨固鉆機(jī)液壓原理設(shè)計(jì)及課題任務(wù) 5
2.1 液壓工作原理 5
2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求 6
第3章 錨固鉆機(jī)動(dòng)力頭設(shè)計(jì) 7
3.1回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率計(jì)算 7
3.1.1 破碎巖石土層所需功率 7
3.1.2鉆具與孔底磨擦所需功率 8
3.1.3回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率 8
3.2錨固鉆機(jī)鉆機(jī)總體方案 10
3.2.1已知條件 10
3.2.2總體傳動(dòng)方案的確定 10
3.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的基本計(jì)算 11
3.2.4液壓馬達(dá)、液壓泵以及電機(jī)的選擇計(jì)算 12
3.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.3.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 15
3.3.2液壓缸類型與安裝方式 16
3.3.3液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算 16
3.3.4液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算 18
3.3.5液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 19
3.3.6液壓缸的聯(lián)接計(jì)算 20
3.3.7液壓缸強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算 24
3.4液壓輔助元件的設(shè)計(jì) 27
3.4.1油箱容量計(jì)算 27
3.4.2油管 28
3.4.3管接頭 29
3.4.4過(guò)濾器 30
3.4.5冷卻器 34
3.4.6液壓控制閥的選用 35
第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38
4.1系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán) 38
4.2液壓執(zhí)行元件的配置 38
4.3負(fù)載分析計(jì)算 38
4.4液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 39
4.4.1液壓泵的最大工作壓力 40
4.4.2計(jì)算液壓泵的最大流量 40
4.4.3選擇液壓泵的規(guī)格 41
4.4.4計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率并選擇原動(dòng)機(jī) 42
4.5其他液壓元件的選擇 42
4.5.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇 42
4.5.2油管的選擇 43
4.5.3油箱及其輔件的確定 44
4.6液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 45
參考文獻(xiàn) 46
總結(jié) 47
致謝 48
第1章 緒論
1.1液壓概況
當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開(kāi)發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績(jī)。從17世紀(jì)中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動(dòng)在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀(jì)中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近10年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。
我國(guó)的液壓工業(yè)開(kāi)始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自1964年從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時(shí)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來(lái)，我國(guó)的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對(duì)西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計(jì)劃引進(jìn)、消化、吸收和國(guó)產(chǎn)化工作，以確保我國(guó)的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、人才培訓(xùn)、研究開(kāi)發(fā)等各個(gè)方面全方位地趕上世界水平。
1.2液壓工作原理
驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開(kāi)停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過(guò)開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向右移動(dòng)。這時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。為了克服移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對(duì)溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí)，油液才能頂開(kāi)溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
液壓傳動(dòng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力，因?yàn)?
液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場(chǎng)中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。
2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置
易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)500次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)1000次/min。
3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還
可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。
4） 液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，這是因?yàn)樗鼘?duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易
于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，接受遠(yuǎn)程控制。
5） 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在失速狀
態(tài)下工作而不會(huì)過(guò)熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無(wú)法辦到的。液壓件能自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)。
6） 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、
制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動(dòng)性。
7） 用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。
液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：
1） 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄
漏等原因造成的。
2） 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失
等），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。
3） 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影
響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。
4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)
較貴，而且對(duì)油液的污染比較敏感。
5） 液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源。
6） 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。
1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
1.4 錨固鉆機(jī)定義
錨固鉆機(jī)主要應(yīng)用于水電站、鐵路、公路邊坡各類地質(zhì)災(zāi)害防治中的滑坡及危巖體錨固工程，特別適合高邊坡巖體錨固工程，還適用于施工城市深基坑支護(hù)、抗浮錨 桿及地基灌漿加固工程孔、爆破工程的爆破孔、高壓旋噴樁、隧道管棚支護(hù)孔等，將其動(dòng)力頭略微變動(dòng)，即可方便地全方位施工。主要鉆進(jìn)方法：潛孔錘常規(guī)鉆進(jìn)、 跟管鉆進(jìn)、螺旋鉆進(jìn)。在各類復(fù)雜地層及不同鉆進(jìn)方法的造孔施工實(shí)踐中，其優(yōu)異的鑿孔性能，得到廣大施工單位和同行的認(rèn)可。
1.5錨固鉆機(jī)的性能
錨固鉆機(jī)主要用于鐵路、公路、水利、水電設(shè)施的滑波治理工程及危巖體錨固工程，控制建筑物位移等高邊坡巖體錨固工程，還用于施工城市深基坑支護(hù)及地基加固工 程孔、爆破工程的爆破孔和隧道管棚支護(hù)孔等。具有良好的性能：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，機(jī)動(dòng)靈活，能適用于在高邊坡和腳手架上展開(kāi)工作；液壓動(dòng)力頭的輸 出扭矩較大，鉆進(jìn)能力強(qiáng)，鉆機(jī)的使用范圍廣；動(dòng)力頭的輸出轉(zhuǎn)速為無(wú)級(jí)變速，可根據(jù)不同的施工要求和地質(zhì)情況自主選擇鉆進(jìn)參數(shù)，以達(dá)到最佳鉆進(jìn)效率。因此， 無(wú)論何種型式的錨固鉆機(jī)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是錨固鉆機(jī)設(shè)備重要的組成部分，如果維護(hù)不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，重影響設(shè)備的正常工作，所以應(yīng)當(dāng)十分重視液壓 系統(tǒng)的維護(hù)工作。液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障是多種多樣的，在使用過(guò)程中產(chǎn)生的大部分故障是由于油液選擇不當(dāng)、油液被污染，系統(tǒng)中進(jìn)入空氣以及油溫過(guò)高造成 的。以下分析了錨固鉆機(jī)茌日常維護(hù)中應(yīng)當(dāng)特別注意的幾個(gè)問(wèn)題。
第2章 錨固鉆機(jī)液壓原理設(shè)計(jì)及課題任務(wù)
2.1 液壓工作原理
液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作。也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。容積節(jié)流調(diào)速采用變量泵供油。節(jié)流閥或調(diào)速閥控制流人(或流出)執(zhí)行元件的流量，使泵的流量與執(zhí)行元件所需的流量相適應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)溢流損失，速度負(fù)載特性好，效率高。在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓．而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中．某段時(shí)問(wèn)不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在本系統(tǒng)中，采用變量泵供油，節(jié)流閥控制元件流量。
錨固鉆機(jī)快速開(kāi)啟關(guān)閉是本套矯直機(jī)的一大特點(diǎn)，要達(dá)到這一特性．泵站的瞬時(shí)流量就會(huì)很大，故采用蓄能器實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作，蓄能器的設(shè)計(jì)既大量
地節(jié)省了能源，又有效地緩解了液壓系統(tǒng)中的沖擊和脈動(dòng)。另外回油管路設(shè)置了單向閥，增加了回油背壓，使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，該原理圖中所有涂黑的截止閥在系
統(tǒng)的初始狀態(tài)都處于截止?fàn)顟B(tài)。
根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖，審查圖上各閥在各種工況下達(dá)到的最高工作壓力和最大流量，以此選擇閥的額定壓力和額定流量。閥的實(shí)際壓力和流量應(yīng)與額定值相接近，但必要時(shí)允許實(shí)際流量超過(guò)額定流量的20%。
液壓泵站上泵組的布置方式上分為上置式和非上置式。泵組置于油箱上的上置式液壓泵站中，采用立式電動(dòng)機(jī)并將液壓泵至于油箱之內(nèi)，成為立式，采用臥式電動(dòng)機(jī)時(shí)成為臥式，非置上式液壓泵站中，泵組與油箱并列布置的成為旁置式；泵組置于油箱下面的為下置式，本設(shè)計(jì)為旁置式液壓泵站，對(duì)于規(guī)模較大型液壓泵站，通常將采用管式聯(lián)接，調(diào)試和維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，外觀美觀，而且壓力損失小，消除了因接頭引起的泄露、震動(dòng)和噪聲。但是，其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化差，互換性不好，制造加工困難，使用受到限制。
2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：
1、 完成該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),根據(jù)設(shè)計(jì)要求, 通過(guò)計(jì)算確定錨固鉆機(jī)動(dòng)力頭主要結(jié)構(gòu)尺寸；
2、 根據(jù)錨固鉆機(jī)的動(dòng)作要求，完成液壓部分設(shè)計(jì)計(jì)算，元件選擇等；
3、 最后提交一套完整的圖紙,說(shuō)明書(shū)及外文翻譯資料等。
設(shè)計(jì)要求：
1、 設(shè)計(jì)成果應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范；
2、 總體方案，主要部件結(jié)構(gòu)合理；
3、 液壓系統(tǒng)功能完全。
鉆機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)：
鉆孔直徑：Φ100～Φ180mm
鉆孔深度：30～60m
鉆孔角度：0°～90°
回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：30rpm 60rpm 104rpm
最大扭矩：4.7kN.m
額定提升力：30kN
額定給進(jìn)力：15kN
提升速度 ：15m/min
電動(dòng)機(jī)功率：15kW，1470r/min
第3章 錨固鉆機(jī)動(dòng)力頭設(shè)計(jì)
本鉆機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置采用三相異步電動(dòng)機(jī)，為了安裝和機(jī)場(chǎng)的布置，鉆機(jī)和水泵各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。而回轉(zhuǎn)器和油泵共用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。
設(shè)電機(jī)輸出功率為NO ,那么
N0 =1.2Nj
Nj=(Ny +Nh)/η
式中:Nh—回轉(zhuǎn)鉆具所需功率KW η—效率 ，取η=0.8
Ny——油泵所需功率 KW
Nh=N1+N2+N3
式中:N1—井底破碎巖石土層所需功率 KW
N2—鉆頭與孔底摩擦所需功率 KW
N3—回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率 KW
3.1回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率計(jì)算
這部分的功率由三部分組成，即
Nh=N1+N2+N3的計(jì)算
3.1.1 破碎巖石土層所需功率
N1=
式中：m —鉆頭切削刀數(shù) 取m=6
n － 立軸轉(zhuǎn)數(shù) n= r/min 30rpm 60rpm 104rpm
h －轉(zhuǎn)進(jìn)速度 取h=1.5cm/min
δ —巖石抗壓強(qiáng)度 其值見(jiàn)表3-1
表3—1
巖 石 名 稱
抗 壓 強(qiáng) 度 δ（N/cm2）
煤
2000
粘土、頁(yè)巖、片狀砂巖
4000
石灰?guī)r、砂巖
8000
大理石、石灰?guī)r
10000
堅(jiān)硬的石灰?guī)r、頁(yè)巖
12000
A-井底破碎環(huán)狀面積
A=
3.1.2鉆具與孔底磨擦所需功率
N2=δfen(R+r)/1944800
式中：f—鉆具與巖石直間的摩擦系數(shù) f=0.5
e—側(cè)摩擦系數(shù) e=1.1
已知鉆孔直徑：Φ100～Φ180mm
R—鉆頭外圓半徑 R=9cm
r—鉆頭內(nèi)孔半徑 r=5cm
3.1.3回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率
N3= (當(dāng)n<200r/min時(shí))
N3= （當(dāng)n>200r/min時(shí)）
式中：L—孔深 鉆孔深度：30～60m
d—鉆桿直徑 d=180mm
γ—沖洗液比重 γ=1.5
將上述參數(shù)及立軸的不同轉(zhuǎn)速分別代入以上各式，所得值列表3—2中。
表3－2
N(KW)
r/min
N/c
80
155
215
410
2000
0.080
0.094
0.102
0.120
4000
0.159
0.188
0.204
0.240
8000
0.319
0.376
0.408
0.480
10000
0.399
0.470
0.510
0.600
12000
0.479
0.564
0.612
0.720
2000
0.308
0.596
0.826
1.576
4000
0.615
1.192
1.653
3.153
8000
1.231
2.384
3.307
6.307
10000
1.538
2.980
4.134
7.884
12000
1.846
3.576
4.916
9.461
――
0.752
1.635
2.480
4.730
2000
1.140
2.325
3.408
6.426
4000
1.526
3.015
4.337
8.123
8000
2.302
4.395
6.195
11.517
10000
2.689
5.085
7.124
13.214
12000
3.077
5.793
8.053
14.911
――
0.028
0.028
0.028
0.028
2000
1.168
2.353
3.436
6.454
4000
1.554
3.043
4.365
8.151
8000
2.330
4.423
6.223
11.545
10000
2.717
5.113
7.154
13.242
12000
3.105
5.821
8.081
14.939
動(dòng)力頭主要由液壓馬達(dá)，動(dòng)力頭架，水辨，水辨軸，拖板等部件組成。動(dòng)力頭采用BYM-160型擺線液壓馬達(dá)。變換動(dòng)力頭液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，可通過(guò)調(diào)節(jié)馬達(dá)的進(jìn)口溢流閥（見(jiàn)液壓系統(tǒng)圖）來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，選擇合適的轉(zhuǎn)速。待轉(zhuǎn)速確定后，溢流閥應(yīng)禁止在去調(diào)動(dòng)。
動(dòng)力頭架一端與動(dòng)力頭液壓馬達(dá)的法蘭相連，其內(nèi)部裝有兩盤(pán)單列圓錐滾子軸承（32208型），用以支承水辨軸并將其定心。
水辨是套在水辨軸上的，通過(guò)水辨上的與拖板相連的固定銷將其定位，水辨軸的相應(yīng)位置開(kāi)有通孔。水辨主要是向鉆頭供給冷卻水沖洗液。水辨體內(nèi)裝有兩套組合橡膠密封圈，以防止漏水。水辨上還設(shè)有旋塞，借以調(diào)節(jié)水量的大小。
動(dòng)力頭是通過(guò)其拖板，整體架在導(dǎo)軌面上的，與推進(jìn)部一樣，其托板上裝有四副銅質(zhì)條和調(diào)整塊，以減少導(dǎo)軌面的磨損。拖板上有個(gè)鉤子，以與推進(jìn)部托板相連。
動(dòng)力頭是液壓鉆機(jī)和其它一些液壓機(jī)床所具有的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，下面是動(dòng)力頭詳細(xì)的圖，如下圖：
3.2錨固鉆機(jī)鉆機(jī)總體方案
3.2.1已知條件
鉆孔直徑：Φ100～Φ180mm
鉆孔深度：30～60m
鉆孔角度：0°～90°
回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：30rpm 60rpm 104rpm
最大扭矩：4.7kN.m
額定提升力：30kN
額定給進(jìn)力：15kN
提升速度 ：15m/min
電動(dòng)機(jī)功率：15kW，1470r/min
3.2.2總體傳動(dòng)方案的確定
總體方案如下圖3-1
圖3.1
本錨固鉆機(jī)借鑒了柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，它由主機(jī)、操作臺(tái)及泵站三部分組成，各部分之間通過(guò)膠管連接，主機(jī)部分由相互配合的立柱總成、托架總成及回轉(zhuǎn)總成構(gòu)成。
創(chuàng)新點(diǎn)：本本鉆機(jī)采用立柱式機(jī)體
主要優(yōu)點(diǎn)：
1、 比類似產(chǎn)品重量輕、鉆孔速度快、精度高、定位準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、維修費(fèi)用極低。
2、可以鉆不同方位，不同角度的孔，適用于各種復(fù)雜的地理環(huán)境及工作面。
3.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的基本計(jì)算
1、鉆壓的計(jì)算
由有關(guān)資料可知，煤層的硬度介于1—4級(jí)之間，也即壓入硬度在0—1000Mpa之間，屬于中軟以下硬度的巖石，而本鉆機(jī)按適應(yīng)巖石硬度為f≤8的鉆壓來(lái)算，可實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)同時(shí)適應(yīng)井上和井下的工作要求。
為實(shí)現(xiàn)對(duì)8級(jí)及以下巖層的鉆進(jìn)，應(yīng)選擇胚塊式針狀硬質(zhì)合金作為鉆頭上的切削具，鉆頭形狀如圖3.2
每塊針狀硬質(zhì)合金所承受的壓力值為P≤2000N/塊。次鉆頭上銜接有5塊合金，由鉆壓計(jì)算公式
C=P·m
式中 -----C為鉆壓
P合金壓力值P=2000N/塊
m合金個(gè)數(shù)m=5
所以
C=P·m=2000*5=10kN
2、轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
經(jīng)多方的試驗(yàn)和研究(見(jiàn)《探礦工程學(xué)概論》)，在巖芯鉆探中，鉆機(jī)鉆進(jìn)功率為：
式中 ——鉆進(jìn)功率；
——空轉(zhuǎn)鉆桿柱的功率；
——克服由于傳送鉆壓、鉆桿柱彎曲并與孔壁接觸而產(chǎn)生摩擦阻力時(shí)增加的功率；
——鉆頭破碎巖石所需的功率(包括鉆頭與孔底的摩擦功率)
1).關(guān)于空轉(zhuǎn)鉆桿柱的功率
對(duì)于以50mm鎖接頭連接的鉆桿，鉆180mm鉆孔可用下式計(jì)算空轉(zhuǎn)功率
=0.64L··
式中 n——鉆桿柱的鉆速，n=4.5r/s
L——鉆桿柱長(zhǎng)度，L=25m
=0.64×25××
=0.514kw
2).關(guān)于摩擦增加的功率
由于鉆桿柱承受軸向力而使鉆桿柱彎曲與孔壁發(fā)生摩擦因而增加的功率，可由下式計(jì)算：
=a·C·n
式中 a——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取a=2.46×
C——鉆頭上的軸向壓力，C=10kn
n——鉆桿鉆速，n=4.5r/s
=2.46××10000×4.5
=1.2kw
3)關(guān)于鉆頭在孔底破碎巖石所需的功率
鉆頭破碎巖石的功率，常用下式計(jì)算：
=·A
式中 ——破碎孔底單位面積消耗的功率
硬質(zhì)合金和金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)——
=50×～150×w/，計(jì)算取
=100× w/
A——底孔破碎巖石的面積，
A=×π×=×π×
=0.00374
代入數(shù)值計(jì)算得：=3.74kw
由以上計(jì)算可知，
鉆機(jī)的鉆速ω===28.26rad/m
所以，鉆機(jī)的轉(zhuǎn)矩為：
M===193N·m
3.2.4液壓馬達(dá)、液壓泵以及電機(jī)的選擇計(jì)算
1、液壓馬達(dá)的選擇
由前面計(jì)算的扭矩：最大扭矩：4.7kN.m；
鉆機(jī)的工作轉(zhuǎn)速 回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：30rpm 60rpm 104rpm
選擇液壓馬達(dá)的型號(hào)為：BYM-160
排量V=160ml/min
轉(zhuǎn)速：10r/min-320 r/min
最大工作壓力：12Mpa
最大工作扭矩：210N·m
重量：7.8kg
馬達(dá)的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算：
將馬達(dá)的鉆速確定為104 r/min時(shí)
馬達(dá)的理論流量：160×10443.2L/min
馬達(dá)的實(shí)際流量： 43.2/0.9844.08L/min
馬達(dá)輸入功率： ·7.347kw
馬達(dá)輸出功率： 5.454kw
馬達(dá)總效率： 0.742
馬達(dá)機(jī)械效率：0.76
2、液壓缸的基本計(jì)算
1)液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算
液壓缸的工作壓力應(yīng)F=C,式中C為鉆壓
計(jì)算取，F(xiàn)=10kN
液壓缸內(nèi)徑：
式中——F液壓缸的工作壓力（kN）
p液壓缸的工作壓力p11Mpa
代入數(shù)值有
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》液壓缸缸筒內(nèi)徑系列(摘自GB/T2348-1993)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值：
2)活塞桿直徑的計(jì)算
計(jì)算根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑，
式中——活塞桿直徑
為液壓缸內(nèi)徑
為速度比
為活塞桿的縮入速度
為活塞桿的伸出速度
計(jì)算取，
代入數(shù)值計(jì)算：
根據(jù)活塞桿外徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值
3)液壓缸的流量計(jì)算
液壓缸的伸出速度也即鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度=1.4m/s
式中——液壓缸的流量
液壓缸的伸出速度
活塞無(wú)桿端面積，
液壓缸的機(jī)械效率，
代入數(shù)值：
4)泵的選擇與計(jì)算
由上面在計(jì)算可知泵的輸出流量
泵的輸出功率：
式中——泵的輸出功率
泵的出口流量
泵的出口壓力
代入數(shù)值：
所需液壓泵的排量
式中——泵的排量
泵的實(shí)際流量
泵的容積效率，=0.985
代入數(shù)值計(jì)算的泵的排量
由此查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用液壓泵的型號(hào)為：CB32
CB32的技術(shù)規(guī)格
型號(hào)
排量/ml·
壓力/Mpa
轉(zhuǎn)速/r·
容積效率
(%)
驅(qū)動(dòng)功率/kw
重量
/kg
CB32
32
最低
最高
最低
最高
≥90
8.72
6.4
10
12.5
1500
5)電機(jī)的選擇
根據(jù)以上選泵的驅(qū)動(dòng)功率，在此選擇電機(jī)為防爆型電機(jī)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇電機(jī)型號(hào)：Y160L-4
Y160L-4技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
額定功率/kw
滿載是額定轉(zhuǎn)速
r/min
額定轉(zhuǎn)矩
重量
/Kg
Y160L-4
15
1470
2.2
144
3.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟
1)根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，按表23.6-39選擇液壓缸的類型。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，按表23.6-40選擇液壓缸的安裝方式。(見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》)
2)根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。例如液壓缸的推力、速度、作用時(shí)間、內(nèi)徑、行程及活塞桿直徑等。
3)根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等。
4)液壓缸性能的驗(yàn)算。
3.3.2液壓缸類型與安裝方式
根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求選擇液壓缸的類型為：雙作用單活塞桿式推力液壓缸。
液壓缸的安裝方式為底部螺栓固定，頭部耳環(huán)連接。
3.3.3液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算
（1）液壓缸的輸出力
1）單桿活塞式液壓缸的推力
式中 ——液壓缸推力（kN）
——工作壓力（Mpa）
——活塞的作用面積（）
——活塞直徑（m）
代入數(shù)值：
2）單桿活塞式液壓缸的推力
式中 ——液壓缸推力（kN）
——工作壓力（Mpa）
——活塞的作用面積（）
——活塞直徑（m）
——活塞桿直徑（m）
代入數(shù)值：
（2）液壓缸的輸出速度
1）單桿活塞式液壓缸外伸時(shí)的速度
式中 ——活塞外伸的速度（m/min）
——進(jìn)入液壓缸的流量（）
——活塞的作用面積（）
——活塞桿直徑（m）
代入數(shù)值計(jì)算得=1.4m/s
2）單桿活塞式液壓缸活塞縮入時(shí)的速度
式中 ——活塞的縮入速度
——速度比
代入數(shù)值：
（3）液壓缸的作用時(shí)間
液壓缸的作用時(shí)間t為
式中 ——液壓缸的作用時(shí)間（s）
A——液壓缸的作用面積（）
活塞桿伸出時(shí)
活塞桿縮入時(shí)
S——液壓缸行程，S=1m
故，活塞伸出時(shí)的作用時(shí)間
活塞縮入時(shí)的作用時(shí)間
（4）液壓缸的儲(chǔ)油量
液壓缸的儲(chǔ)油量V為
式中 ——液壓缸的儲(chǔ)油量（）
——液壓缸的作用面積（）
——液壓缸的行程（）
代入數(shù)值：
（5）液壓缸的輸出功率
液壓缸的輸出功率N為
式中 ——液壓缸的輸出功率（kW）
——液壓缸的輸出力（kW）
——液壓缸的輸出速度（m/s）
代入數(shù)值：
3.3.4液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算
液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的內(nèi)徑D，活塞桿直徑d和液壓缸的行程s等。
（1）液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算
液壓缸的工作壓力 FC,式中C為鉆壓
故，F(xiàn)10kn
液壓缸內(nèi)徑：
式中——F液壓缸的工作壓力
p液壓缸的工作壓力p11Mpa
代入數(shù)值有
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》液壓缸缸筒內(nèi)徑系列(摘自GB/T2348-1993)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值：
（2）活塞桿直徑的計(jì)算
計(jì)算根據(jù)速度比的要求來(lái)計(jì)算活塞桿直徑，
式中——活塞桿直徑
為液壓缸內(nèi)徑
為速度比
為活塞桿的縮入速度
為活塞桿的伸出速度
計(jì)算取，
代入數(shù)值計(jì)算：
根據(jù)活塞桿外徑尺寸系列（GB/2348-1993）圓整成標(biāo)準(zhǔn)值
(3)液壓缸行程s的確定
液壓缸行程s，主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。但為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本，應(yīng)該根據(jù)GB2349-1980給出的標(biāo)準(zhǔn)系列值。根據(jù)鉆機(jī)的給進(jìn)要求，綜上述選擇液壓缸的行程為s=1000mm
3.3.5液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算
液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚、油口直徑、缸低厚度、缸頭厚度等。
（1）缸筒壁厚的計(jì)算
1）標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑，本液壓缸屬于工程機(jī)械擁缸，故應(yīng)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表23.6-59給出的工程機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的缸體外徑系列來(lái)選擇。
2）由于本液壓缸應(yīng)用于工程機(jī)械，且工作壓力較大，應(yīng)選按中等壁厚來(lái)計(jì)算，公式如下
式中 ——液壓缸壁厚；
——液壓缸工作壓力（Mpa）；
——液壓缸內(nèi)徑（mm）；
——缸筒材料的許用應(yīng)力（Mpa）；
對(duì)于鋼管=100～110Mpa
計(jì)算取=110Mpa
——強(qiáng)度系數(shù)，采用無(wú)縫鋼管時(shí)=1，本缸為無(wú)縫鋼管加工制造；
——計(jì)入筒壁公差及腐蝕時(shí)的附加厚度，一般可略去。
代入數(shù)值：
3）缸體外徑的計(jì)算
式中 ——缸體外徑
代入數(shù)值：
圓整后得=50mm
（2）液壓缸油口直徑的計(jì)算
液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度和油口最高液流速度而定
式中 ——液壓缸油口直徑（m）；
——液壓缸內(nèi)徑（m）；
——液壓缸最大輸出速度（m/min），=2 m/s；
——油口液流速度（m/s），取=0.54m/s。
代入數(shù)值：
（3）缸底厚度計(jì)算
缸體厚度計(jì)算如下式
式中 ——缸底厚度（m）；
——液壓缸內(nèi)徑（m）；
——工作壓力（Mpa）；
——缸底材料的許用應(yīng)力（Mpa）
計(jì)算取=110Mpa
代入數(shù)值：，即缸底厚度=5.48mm，為適應(yīng)缸底的最后設(shè)計(jì)形狀缸底允許加厚。
（4）缸頭厚度計(jì)算
由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導(dǎo)向孔，因此其厚度的計(jì)算方法與缸底有所不同。如下圖
式中 —缸頭厚度（m）
——導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度，在缸筒內(nèi)徑<80mm時(shí)，取缸筒內(nèi)徑的0.6～1.0倍（見(jiàn)《液壓傳動(dòng)》，東北大學(xué)出版社）
計(jì)算取
——自選尺寸，計(jì)算取=8mm
缸頭形狀如下圖：
3.3.6液壓缸的聯(lián)接計(jì)算
（1）缸蓋聯(lián)接計(jì)算
1）焊接的聯(lián)接計(jì)算
液壓缸缸底采用對(duì)焊時(shí)如圖3.3焊縫的拉應(yīng)力
式中 ——液壓缸輸出的最大推力（N）
由上面計(jì)算得=13800N
——液壓缸外徑（m）
——焊縫底徑（m）
——焊接效率，通常取=0.7
代入數(shù)值：
強(qiáng)度條件：
式中 ——焊縫的許用應(yīng)力,
——焊條的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)采用焊條時(shí)
——安全系數(shù)=3.3～4，計(jì)算取=4，計(jì)算得
所以焊縫的強(qiáng)度符合要求。
圖3-3
2）螺紋聯(lián)接的計(jì)算
根據(jù)缸體外徑并參考GB/T196-2003“普通螺紋 基本尺寸”標(biāo)準(zhǔn)，選擇缸體與缸蓋聯(lián)接處螺紋的基本尺寸如下：
公稱直徑（大徑）
、（mm）
螺 距
（mm）
中 徑
、（mm）
小 徑
、（mm）
48
2
46.701
45.836
表3-1
缸體與缸蓋用螺紋聯(lián)接時(shí)（如圖3.4），缸體螺紋處的拉應(yīng)力為
螺紋處的切應(yīng)力為
合成應(yīng)力及強(qiáng)度條件為
式中 ——液壓缸最大推力（N）；
——缸筒內(nèi)徑（m）；
——螺紋外徑（m）由表3.1得=0.048m；
——螺紋內(nèi)徑（m），采用普通螺紋時(shí)，可近似地按下式計(jì)算：
——螺紋螺距（m），==0.002m代入上式計(jì)算的=0.045836m；
——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)（=0.07～0.2），一般取=0.12；
——螺紋預(yù)緊力系數(shù)，取=1.25～1.5，計(jì)算取=1.4
——螺紋的許用應(yīng)力。，為缸筒材料的屈服極限，為安全系數(shù)，取=1.2 ～2.5，在此取=2。本缸的缸筒材料為45號(hào)鋼（中碳鋼）一般335MPa， 經(jīng)淬火并回火處理后45號(hào)鋼屈服極限可達(dá)=640Mpa（見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，程志紅，東南大學(xué)大學(xué)出版社）。故螺紋的許用應(yīng)力：
將數(shù)值代入以上各式有，
螺紋處的拉應(yīng)力：
螺紋處的切應(yīng)力：
合成應(yīng)力：
即有：
故，缸體與缸蓋的螺紋聯(lián)接強(qiáng)度符合要求。
圖3.4
（2）活塞與活塞桿的聯(lián)接計(jì)算
活塞桿與活塞肩部表面的壓應(yīng)力（《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社）
式中 ——活塞上的孔徑（m）；
——活塞孔上的倒角尺寸（m），；
0.002——活塞桿上的倒角尺寸（m）；
——許用壓應(yīng)力，活塞桿材料為45號(hào)鋼，所以
代入數(shù)值：
所以，活塞與活塞桿的聯(lián)接符合強(qiáng)度要求。
（3）耳環(huán)的聯(lián)接設(shè)計(jì)
根據(jù)缸徑的大小，參考JB1068-60或GB/T14042-1993（見(jiàn)《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》）
選擇耳環(huán)基本尺寸如下表：
（mm）
（mm）
（mm）
20
16
20
耳環(huán)形狀如下圖：
3.3.7液壓缸強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算
由于缸筒的剛度通常都大于活塞桿的剛度，故液壓缸的穩(wěn)定性主要取決于活塞桿的條件（見(jiàn)《液壓傳動(dòng)》，東北大學(xué)出版社）。
（1）活塞桿穩(wěn)定性驗(yàn)算
液壓缸承受軸向壓縮載荷時(shí)，當(dāng)活塞桿直徑與活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度之比大于10時(shí)（即），應(yīng)校核活塞桿的縱向抗彎強(qiáng)度或穩(wěn)定性。
根據(jù)材料力學(xué)概念，一根受壓的直桿，在其負(fù)載力超過(guò)穩(wěn)定臨界力是，即已不能維持原有軸線狀態(tài)下的平衡而喪失穩(wěn)定。所以液壓缸的穩(wěn)定條件為
式中 ——活塞桿最大推力；
——活塞桿縱向破壞的臨界載荷（穩(wěn)定臨界力）；
——穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=2～4，計(jì)算取=4。
對(duì)于沒(méi)有偏心載荷的細(xì)長(zhǎng)桿，其縱向彎曲強(qiáng)度的臨界值，可按等截面法和非等截面法計(jì)算。
如果液壓缸在受壓狀態(tài)下的最大撓度點(diǎn)（所在位置）發(fā)生在由導(dǎo)向中心偏向活塞桿一邊（，導(dǎo)向中心到活塞桿端支點(diǎn)的距離=1.16m）時(shí)，液壓缸的穩(wěn)定臨界壓力可按等截面桿來(lái)計(jì)算；若最大撓度點(diǎn)偏向缸筒一邊（），則應(yīng)按不等界面階梯桿來(lái)計(jì)算。其受力圖如下圖：
判別最大撓度點(diǎn)位置的之值可有下式計(jì)算：
式中 ——活塞桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼材；
——活塞桿截面慣性矩，對(duì)于實(shí)體活塞桿
代入數(shù)值：
顯然
故此處的臨界力應(yīng)按等截面桿計(jì)算，等截面計(jì)算法如下：
根據(jù)材料力學(xué)壓桿穩(wěn)定的理論，按等截面桿計(jì)算穩(wěn)定臨界力是有三種可能情況。
a．當(dāng)液壓缸的柔度，即為最大柔度桿時(shí)，穩(wěn)定應(yīng)力可按歐拉公式計(jì)算，即
式中 ——壓桿長(zhǎng)度折算系數(shù)，取決于液壓缸的支撐形式，本缸安裝形式為兩端固定，故取=0.5
——壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度（及液壓缸安裝長(zhǎng)度），=1.13m；
——活塞桿的回轉(zhuǎn)半徑，，為活塞桿直徑；
——大柔度桿的最小極限柔度，即臨界應(yīng)力相當(dāng)于材料比例極限時(shí)的柔度，其值為,其中為比例極限。常用材料的值見(jiàn)表3-2
b．當(dāng)，即為中柔度桿時(shí)，穩(wěn)定臨界力可按雅興斯基經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即
式中 ——中柔度桿的最小極限柔度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，，為材料的屈服極限。常用材料的值可按表3-2選?。?
、——實(shí)驗(yàn)常數(shù)，見(jiàn)表3-2
——活塞桿橫截面積。
c．當(dāng)，即為小柔度壓桿（或稱短壓桿）時(shí)，實(shí)驗(yàn)證明，它的破壞與失效現(xiàn)象無(wú)關(guān)，所以只需驚醒強(qiáng)度驗(yàn)算即可。
表3-2
實(shí)驗(yàn)參數(shù)
a/Pa
b/Pa
鋼（A3或25）
11.4
105
61
鋼（A5或45）
36.17
100
60
硅 鋼
38.17
100
60
經(jīng)計(jì)算得液壓缸的柔度，即
故有
代入穩(wěn)定條件公式
即液壓缸的穩(wěn)定性符合條件。
（2）活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
當(dāng)且時(shí)，活塞桿的強(qiáng)度驗(yàn)算。當(dāng)液壓缸僅有軸向壓縮載荷和自重G的作用，而不承受其它橫向作用力和縱向偏心力時(shí)，液壓缸的初始撓度值可按下式計(jì)算，即
式中 ——活塞桿與導(dǎo)向套的配合間隙，活塞桿外徑與導(dǎo)向套內(nèi)孔采用f9級(jí)配合，所以配合間隙=52；
——活塞與缸筒內(nèi)壁的配合間隙，活塞外徑采用h9級(jí)配合，故=62；
——活塞桿頭部銷軸孔至導(dǎo)向中心點(diǎn)A的距離，已算得=1.109m；
——缸筒尾部銷軸孔至導(dǎo)向中心點(diǎn)A的距離，=1.077m；
——活塞桿全部外伸時(shí)，液壓缸兩端銷之間的距離，=2.186m；
——活塞桿全部外伸時(shí)，導(dǎo)向套滑動(dòng)面前端到活塞滑動(dòng)面末端的距離，=0.06m；
——液壓缸最大推力，=13800N；
——液壓缸自重，重心位置假定在導(dǎo)向中心點(diǎn)A處，選定材料后，經(jīng)計(jì)算活塞的質(zhì)量約=0.24kg，活塞桿的質(zhì)量約=8.348kg，液壓缸筒的質(zhì)量=6.02kg，其它部件，則；
——液壓缸軸線與水平線的夾角，當(dāng)液壓缸水平工作時(shí)=1。垂直工作時(shí)=0。
代入數(shù)值：
活塞桿在偏心載荷作用下的合成應(yīng)力及強(qiáng)度條件為，
式中 ——活塞桿橫截面積，；
——活塞桿橫截面模數(shù)（即彎曲截面系數(shù)），
——材料的許用應(yīng)力，對(duì)于鋼管取=110MPa
代入數(shù)值：
顯然
故活塞桿的強(qiáng)度符合要求。
3.4液壓輔助元件的設(shè)計(jì)
在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，起輔助作用的元件稱為液壓輔助元件。它主要包括油箱、油管、管接頭、過(guò)濾器、冷卻器和密封裝置等。盡管這些元件在液壓傳動(dòng)中起的是輔助作用的，但它對(duì)保證液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有效地工作和一定的工作性能是十分重要的。下面是對(duì)液壓輔助元件的設(shè)計(jì)和選用。
3.4.1油箱容量計(jì)算
（1）油箱的有效容積（液面高度為油箱高度80%時(shí)的容積）應(yīng)該根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱，散熱平衡的原則來(lái)計(jì)算，這項(xiàng)計(jì)算在系統(tǒng)負(fù)載較大、長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)是必不可少的。但對(duì)于一般情況來(lái)說(shuō)，油箱的有效容積可以按液壓泵站的額定流量(L/min)估算出來(lái)。
式中 ——郵箱的有效容積，L:
——與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式：一般取3~5。計(jì)算取=3
代入計(jì)算，
根據(jù)JB/T7938—1999油箱容量圓整后得
（2）油箱基本尺寸的確定
設(shè)油箱長(zhǎng)、寬、高分別為，取、由油體的計(jì)算公式：
計(jì)算有
即有：
油箱實(shí)際高，油箱的外形尺寸還應(yīng)跟實(shí)際的需要適當(dāng)調(diào)整。
3.4.2油管
（1）油管的種類及特點(diǎn)
液壓系統(tǒng)中使用的油管種類很多，有鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠管等，須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來(lái)正確選用。油管的特點(diǎn)及其使用范圍可參見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》。
（2）油管參數(shù)的確定
1）油管內(nèi)徑的確定。油管內(nèi)徑主要由油液通過(guò)的流速來(lái)確定，直徑小流速高，壓力損失小，甚至生產(chǎn)噪聲和振動(dòng)；直徑大，不但難于彎曲安裝，而且管路所占空間加大，機(jī)器重量增加，因此要合理選擇油管內(nèi)徑。管徑有下式確定
式中 ——液體流量，；
——流速，，推薦用流速：對(duì)于吸油管（一般取1以下）；對(duì)于壓油管（壓力高、管道短或油液黏度小的情況取大值，反之取小值，局部或特殊情況可?。粚?duì)于回油路。
①對(duì)于推進(jìn)液壓缸油管，， 代入數(shù)值得
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.9-4取液壓缸用膠管內(nèi)徑，鋼絲層數(shù)Ⅱ，膠管外徑21，最小彎曲半徑160
②對(duì)于液壓馬達(dá)油管，，代入數(shù)值得
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4》表23.9-4取液壓馬達(dá)用膠管，鋼絲層數(shù)Ⅱ，膠管外徑28，最小彎曲半徑240。
2）膠管的選擇及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意事項(xiàng)。根據(jù)工作壓力和按上式求得的管子內(nèi)徑，選擇膠管的尺寸規(guī)格。高壓膠管的工作壓力，對(duì)不經(jīng)常使用的情況可提高20%；對(duì)與使用頻繁，經(jīng)常彎扭者要降低40%。膠管在使用及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意下列事項(xiàng)：
a．膠管的彎曲半徑不宜過(guò)小，一般不應(yīng)小于表23.9-4的值。膠管與管接頭的連接處應(yīng)留有一段值的部分，此段長(zhǎng)度不宜小于管外徑的兩倍。
b．膠管的長(zhǎng)度應(yīng)考慮到膠管在通入壓力油后，長(zhǎng)度方向?qū)l(fā)生收縮變形，一般收縮量為管長(zhǎng)的3%~4%。因此，膠管安裝時(shí)避免處于拉緊狀態(tài)。
c．膠管在安裝時(shí)應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，為便于安裝，可沿管長(zhǎng)涂以色紋，以便檢查。
d．膠管的管接頭軸線，應(yīng)盡量放置在運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)，避免兩端互相運(yùn)動(dòng)時(shí)膠管受扭。
e．膠管應(yīng)盡量避免與機(jī)械上尖角部分相互接觸和摩擦，一面管子損壞。
3.4.3管接頭
本鉆機(jī)泵站的管接頭有焊接式管接頭，卡套式管接頭和扣壓式管接頭
焊接式管接頭
卡套式管接頭
扣壓式管接頭
采用焊接式管接，應(yīng)用接管和管子焊接。接頭體和接管之間用O型管密封圈，端面密封。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性好，對(duì)管子尺寸精度要求不高，但要求焊接質(zhì)量高，裝卸不便。工作壓力可達(dá)31.5MPa，工作溫度為-25~80攝氏度，適用于油為介質(zhì)的管路系統(tǒng)。大泵選用管接頭的聯(lián)結(jié)螺紋為M42×2，管接頭的連接螺紋為M33×2。
卡套式管接利用卡套變形卡主管子并進(jìn)行密封，結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能良好，重量輕，體積小，使用方便，廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)中。工作壓力可達(dá)31.5Mpa，要求管子尺寸精度高，需用冷拔光管?？ㄌ拙纫喔?。適用于油、氣及一般腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)。
這種管接頭由接頭外套和接頭芯子組成，軟管裝好后再用模具扣壓，使軟管得到一定壓縮量，此種結(jié)果具有較好的看拔脫和密封性能?？膳c擴(kuò)口式，卡套式，焊接式或快換接頭聯(lián)接使用。工作壓力與軟管結(jié)構(gòu)及直徑有關(guān)。適用油、水、氣為介質(zhì)的管路系統(tǒng)。介質(zhì)溫度：油：-40～100攝氏度。
3.4.4過(guò)濾器
周圍環(huán)境中和液壓系統(tǒng)在制造、工作過(guò)程中所產(chǎn)生的固體雜質(zhì)，可以通過(guò)各種渠道污染工作液體，因而妨礙系統(tǒng)的正常工作，降低元件的壽命，加速工作液體的質(zhì)變過(guò)程。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)際統(tǒng)計(jì)表明，液壓系統(tǒng)故障有75%左右是由介質(zhì)的污染而直接或間接造成的。因此保護(hù)工作液體的清潔，防止其被污染，具有重要的意義。
（1）過(guò)濾器的一般工作原理和主要性能參數(shù)
過(guò)濾器的工作原理，就是在工作液體的通道中裝置多孔可透性的介質(zhì)或過(guò)濾元件（即濾芯），采用濾除油液中的非可溶性顆粒污染物。除此之外，還可以利用吸附、凝聚和磁性等過(guò)濾方式，對(duì)油液進(jìn)行凈化。
按照結(jié)構(gòu)和過(guò)濾方式，過(guò)濾器可分為表面型和深度型兩大類。
表面型過(guò)濾器的過(guò)濾通孔大小一般認(rèn)為是均勻的，它將所有大于通孔尺寸的污染物顆粒全部截留在濾芯的上游側(cè)，如圖3-3-1所示；而小于通孔尺寸的顆粒則通過(guò)濾芯到達(dá)下游。這種過(guò)濾器的過(guò)濾原理主要是直接阻截，如金屬式，繞線式，片式過(guò)濾器等。
圖3-3-1
深度型過(guò)濾器的過(guò)濾元件為多孔可透性材料，其表面孔徑不均勻，內(nèi)部具有曲折迂回的通道。它的過(guò)濾作用發(fā)生在表面孔和內(nèi)部通道中，大顆粒污染物可能被截留在濾芯上游，也可能進(jìn)入內(nèi)部通道，甚至穿過(guò)濾芯到達(dá)下游；而進(jìn)入內(nèi)部通道的小顆粒污染物也可以沉積在曲折的內(nèi)壁上。因此，深度型過(guò)濾器的作用，具有更大的隨機(jī)性。燒結(jié)式過(guò)濾器和各種纖維或?yàn)V紙介質(zhì)的過(guò)濾器，都屬于這種類型。
過(guò)濾器的有關(guān)參數(shù)和性能指標(biāo)包括過(guò)濾精度、壓差特性、納垢能量、工作壓力、過(guò)濾能力。
（2）過(guò)濾器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置
過(guò)濾器安裝在液壓系統(tǒng)的不同位置時(shí)，具有不同的濾清保護(hù)作用。而對(duì)不同位置過(guò)濾器的性能，也有不同的要求。通常，過(guò)濾器在液壓系統(tǒng)中有下述幾種安裝位置。
1）安裝在液壓泵吸油管道上
如圖3-3-2所示，圖中為安裝在液壓泵吸液管道上的過(guò)濾器，它可以保護(hù)整個(gè)液壓系統(tǒng)（包括液壓泵）免受大顆粒雜質(zhì)的