【正文】 綜合分析，發(fā)現(xiàn)開鐵口機基本采用液壓驅(qū)動大臂的轉(zhuǎn)動。因為液壓工作壓力高、可壓縮性小、運行平穩(wěn)、功率大、可較好地防止鉆削過程中轉(zhuǎn)臂的后移，能夠保證整機的穩(wěn)定性、準確性。 全液壓開鐵口機 與風動開鐵口機相比較,液壓鑿巖機鉆削、沖打能量大,工作可靠,結(jié)構(gòu)緊湊輕便,可省去專用空壓機,液壓開鐵口機可以和液壓泥炮共用一個液壓泵站,節(jié)省投資,特別是由于鉆削和沖打的能量大,開孔速度明顯加快,可大大減少鉆桿和鉆頭的消耗。目前,高爐開鐵口機根據(jù)動力源可以分為氣動、電動、液壓三種類型。與氣動式開鐵口機相比,全液壓開鐵口機鉆削開口的工作油壓是風動開鐵口機風壓的20~30倍,故鉆削、沖打能量大,工作可靠,結(jié)構(gòu)緊湊輕便,可省去專用空壓機,節(jié)省投資；與電動開鐵口機相比較,開口速度明顯加快,開出的孔道平直光滑。另外,目前國內(nèi)絕大多數(shù)高爐均已采用全液壓矮身泥炮堵塞出鐵口,選用全液壓開鐵口機可以和泥炮共用液壓泵站,因此,全液壓開鐵口機必將成為其他各種開鐵口機的替代產(chǎn)品。2 .本課題的總體設(shè)計方案 設(shè)計要求 本液壓開鐵口機適合爐口深度為2500mm左右的現(xiàn)代高爐，開鐵口機的鉆進方向與鐵口軸線的傾斜角度為10176。，回轉(zhuǎn)部分從停放位置到工作位置需旋轉(zhuǎn)105176。，旋轉(zhuǎn)時間12～14s。打鐵口時，鉆頭直徑60～80mm，轉(zhuǎn)速范圍0～300r/min，～,反退速度為1m/s。沖擊部分的沖擊頻率40～50HZ，而沖擊能量為250～300J。 設(shè)計方案本設(shè)計主要對全液壓驅(qū)動開鐵口機的液壓系統(tǒng)部分進行設(shè)計。而本機的液壓系統(tǒng)主要包括沖擊部分、轉(zhuǎn)釬部分、推進部分和回轉(zhuǎn)部分共四部分的液壓控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)釬部分由液壓馬達提供動力，驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)運動；沖擊部分通過液壓缸提供動力，活塞桿正反運動，高頻率地沖擊鉆桿尾部；推進部分也由一個送進液壓馬達通過鏈條為鉆桿提供一個鉆進的推進力；回轉(zhuǎn)部分液壓缸活塞桿的伸縮驅(qū)動，使回轉(zhuǎn)臂實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，以使整機轉(zhuǎn)到工作位置或停機位置。本課題只做了推進部分和回轉(zhuǎn)部分的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計，分別設(shè)計各支路液壓控制系統(tǒng)方案。進行總體運動狀況分析，開鐵口中，轉(zhuǎn)釬部分、沖擊部分和推進部分運動時，這時回轉(zhuǎn)部分不能運動，回轉(zhuǎn)液壓缸的活塞桿需保持固定的伸長值，使鉆桿軸線與鐵口軸線一致，順利完成對鐵口的打開；同時當回轉(zhuǎn)部分運動，帶動鉆進部分轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)釬部分、沖擊部分和推進部分這三部分也不能運動，不然可能破壞某些部件，發(fā)生事故。因此，這就需要液壓系統(tǒng)在控制方面，使各分支系統(tǒng)構(gòu)成一個整體控制系統(tǒng)，使整個運動循序有致。最后再對整個系統(tǒng)進行各方面的校核和驗算。 開鐵口時，～,反退速度為1m/s，工作周期16～18mm。根據(jù)開鐵口機推進部分機械設(shè)計得知，該開鐵口機在工作時所需的推進力F=20KN，工作壓力為16Mpa。鏈條帶動的小車及鑿巖機總重量約1500kg，鏈條節(jié)距p=,齒數(shù)z=17。據(jù)此可進行下面推進部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計。 工作載荷力矩的計算 ()式中 ———開鐵口時液壓馬達的工作載荷； ———液壓馬達總的機械效率,查《機械設(shè)計手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng)驗?。? ———鏈輪半徑(),可根據(jù)開鐵口機進給部分的機械設(shè)計計算其值。分度圓直徑 由式()可得：式中 ———鐵口軸線與開鐵口機鉆頭中心線的夾角。 鏈輪受力示意圖 小車在軌道上靜摩擦力的計算 ()式中 ———小車與軌道間的摩擦系數(shù),查《機械設(shè)計手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng)驗取其摩擦系數(shù)=； ———小車及鑿巖機總重量1500kg； ———小車運行時與水平面的夾角,大小為。由式()可得 開鐵口時所需驅(qū)動力矩的計算 由以上的計算結(jié)果可計算出開鐵口的驅(qū)動力： 液壓馬達的選擇 工進時液壓馬達轉(zhuǎn)速的計算其工進時液壓馬達的轉(zhuǎn)速可由下式進行計算： ()由式()得 式中 ———工進時鉆頭的推進速度,即鏈輪的速度,為。 快退時液壓馬達轉(zhuǎn)速的計算由式()可得 式中 ———快退時鉆頭的反退速度,即鏈輪的反退速度。 液壓馬達的選擇根據(jù)以上計算可知,推進部分正常工作時,需要的轉(zhuǎn)矩為,最高轉(zhuǎn)速為，取其工作壓力為16Mpa，查閱《機械設(shè)計手冊液壓分冊》, 選取型號為1JMD63型徑向柱塞式的徑向柱塞式馬達。，額定壓力16Mpa,轉(zhuǎn)速10~200r/min，額定轉(zhuǎn)矩1815，機械效率。 液壓馬達工作壓力的計算其實際工作壓力可由下式進行計算： ()式中 ———液壓馬達的載荷轉(zhuǎn)矩；———液壓馬達每轉(zhuǎn)排量()； ———液壓馬達的機械效率，此處取。由式()得 由于，所以所選液壓馬達滿足要求。 液壓馬達實際流量的計算其實際流量可由下式進行計算： ()式中 ———液壓馬達的實際流量(L/min)；———液壓馬達每轉(zhuǎn)排量()； ———液壓馬達的轉(zhuǎn)速()。由式()得 液壓系統(tǒng)圖的擬定執(zhí)行元件的類型:根據(jù)此部分系統(tǒng)的特點,工作時轉(zhuǎn)矩較大,速度較低,所以選用了低速大轉(zhuǎn)矩的徑向柱塞式液壓馬達。換向方式確定:雖然推進部分的運動只有進給和快退,但在開鐵口機旋轉(zhuǎn)時，此部分不能運動，否則將出現(xiàn)事故。采用三位換向閥，此時推進部分處于中位，就能滿足這些要求，同時推進部分有前進和后退運動，要求液壓馬達有正反轉(zhuǎn)運動，所以采用三位四通換向閥來控制。調(diào)速方式的選擇:開口機旋轉(zhuǎn)到位后，進給部分在液壓馬達的恒速帶動下,開始打鐵口，為了保證液壓馬達壓力和速度的穩(wěn)定，直到開口機順利打開鐵口,系統(tǒng)可采用進油路節(jié)流調(diào)速,保證鉆桿穩(wěn)定、平衡地推進。繼而可以初步繪出推進部分的液壓系統(tǒng)原理圖。 推進部分液壓系統(tǒng)原理圖1,2濾油器；3液壓泵；4溢流閥；5單向閥；6三位四通電液換向閥；7疊加式節(jié)流閥；8液壓馬達 回轉(zhuǎn)部分從停放位置到工作位置需旋轉(zhuǎn)105176。的角度，旋轉(zhuǎn)時間12～14s，且開鐵口機的鉆進方向與鐵口軸線的傾斜角度為10176。由開鐵口機回轉(zhuǎn)部分的機械設(shè)計得知,該開鐵口機的重量約為7300kg,底座以上部分重約為6600kg,其中回轉(zhuǎn)部分重約4600kg,打鐵口時的作用力20KN，液壓缸活塞桿行程約為960mm。由此可進行下面回轉(zhuǎn)部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計。 回轉(zhuǎn)部分各參數(shù)計算 參數(shù)的計算由回轉(zhuǎn)部分的機械設(shè)計知,經(jīng)機械設(shè)計工藝布置后知mm,=3200mm。 開鐵口機回轉(zhuǎn)部分示意圖 。由力矩平衡方程可得: () = =(KN)所以 =(KN) 各階段的負載計算①開鐵口機啟動階段的負載 ()式中 ———靜摩擦阻力，查《機械設(shè)計手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng) 驗取其摩擦系數(shù)為=。所以由式()可得 =(KN)②開鐵口機快進階段的負載 ()式中 ———動摩擦阻力，查《機械設(shè)計手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng)驗取其摩擦系數(shù)為=；———開鐵口機慣性力，其大小可按下式計算 ()———回轉(zhuǎn)運動部件總慣性力矩； ———起動或制動過程中角速度增量()； ———起動或制動時間(s)。一般機械=~；本系統(tǒng)各取1s,回轉(zhuǎn)機械一般取=2~10(),取=~ m/； ———回轉(zhuǎn)運動部件對機身回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量()；而 () ———回轉(zhuǎn)半徑(m)，可由下式進行估算。 =(m)由式()可得 ()由式()可得 =(KN)由式()得 =(KN)③開鐵口機恒速階段的負載 ===(KN)④減速制動階段的負載其大小可由以下公式計算: ===)⑤開鐵口機工進階段的負載 ()=+=(KN)⑥開鐵口機快退階段的負載==(KN)將以上計算的數(shù)據(jù)列于表格()。 液壓缸在各工作階段的負載值工 況負 載 組 成負 載 值（F/KN）推力(F/)/KN啟 動F啟 = Ffs快 進F進 = Ffd+Fm恒 速F恒 = Ffd制 動F制 = Ffd—Fm工 進F工 = Ffd+Fg快 退F退 = Ffd注：查閱《機械設(shè)計手冊液壓分冊》，取液壓缸的機械效率=。由前面可知開鐵口機啟動和制動時間1s，1s，于是根據(jù)開鐵口機總的回轉(zhuǎn)時間12s計算出恒速時間為122=10s。鐵口的深度為2500mm，開鐵口機工作時，鉆頭與鐵口水平軸線的傾斜角度為，鉆頭的鉆進速度可由下式計算。 ()式中 ———沖擊頻率(HZ)； ———由釬桿到炮泥的傳遞系數(shù)，； ———鉆頭直徑(cm)，8cm； ———釬頭換算系數(shù)，查《礦山機械手冊》取=； ———破碎單