【正文】 綜合分析，發(fā)現(xiàn)開鐵口機(jī)基本采用液壓驅(qū)動大臂的轉(zhuǎn)動。因?yàn)橐簤汗ぷ鲏毫Ω?、可壓縮性小、運(yùn)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(jī)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性。 全液壓開鐵口機(jī) 與風(fēng)動開鐵口機(jī)相比較,液壓鑿巖機(jī)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(jī),液壓開鐵口機(jī)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(jī)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(jī)相比,全液壓開鐵口機(jī)鉆削開口的工作油壓是風(fēng)動開鐵口機(jī)風(fēng)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(jī),節(jié)省投資；與電動開鐵口機(jī)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(jī)可以和泥炮共用液壓泵站,因此,全液壓開鐵口機(jī)必將成為其他各種開鐵口機(jī)的替代產(chǎn)品。2 .本課題的總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)要求 本液壓開鐵口機(jī)適合爐口深度為2500mm左右的現(xiàn)代高爐，開鐵口機(jī)的鉆進(jìn)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(shí)間12～14s。打鐵口時(shí)，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(jì)方案本設(shè)計(jì)主要對全液壓驅(qū)動開鐵口機(jī)的液壓系統(tǒng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。而本機(jī)的液壓系統(tǒng)主要包括沖擊部分、轉(zhuǎn)釬部分、推進(jìn)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(dá)提供動力，驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；沖擊部分通過液壓缸提供動力，活塞桿正反運(yùn)動，高頻率地沖擊鉆桿尾部；推進(jìn)部分也由一個送進(jìn)液壓馬達(dá)通過鏈條為鉆桿提供一個鉆進(jìn)的推進(jìn)力；回轉(zhuǎn)部分液壓缸活塞桿的伸縮驅(qū)動，使回轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，以使整機(jī)轉(zhuǎn)到工作位置或停機(jī)位置。本課題只做了推進(jìn)部分和回轉(zhuǎn)部分的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)各支路液壓控制系統(tǒng)方案。進(jìn)行總體運(yùn)動狀況分析，開鐵口中，轉(zhuǎn)釬部分、沖擊部分和推進(jìn)部分運(yùn)動時(shí)，這時(shí)回轉(zhuǎn)部分不能運(yùn)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(shí)當(dāng)回轉(zhuǎn)部分運(yùn)動，帶動鉆進(jìn)部分轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)釬部分、沖擊部分和推進(jìn)部分這三部分也不能運(yùn)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(yùn)動循序有致。最后再對整個系統(tǒng)進(jìn)行各方面的校核和驗(yàn)算。 開鐵口時(shí)，～,反退速度為1m/s，工作周期16～18mm。根據(jù)開鐵口機(jī)推進(jìn)部分機(jī)械設(shè)計(jì)得知，該開鐵口機(jī)在工作時(shí)所需的推進(jìn)力F=20KN，工作壓力為16Mpa。鏈條帶動的小車及鑿巖機(jī)總重量約1500kg，鏈條節(jié)距p=,齒數(shù)z=17。據(jù)此可進(jìn)行下面推進(jìn)部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 工作載荷力矩的計(jì)算 ()式中 ———開鐵口時(shí)液壓馬達(dá)的工作載荷； ———液壓馬達(dá)總的機(jī)械效率,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng)驗(yàn)?。? ———鏈輪半徑(),可根據(jù)開鐵口機(jī)進(jìn)給部分的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算其值。分度圓直徑 由式()可得：式中 ———鐵口軸線與開鐵口機(jī)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(jì)算 ()式中 ———小車與軌道間的摩擦系數(shù),查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng)驗(yàn)取其摩擦系數(shù)=； ———小車及鑿巖機(jī)總重量1500kg； ———小車運(yùn)行時(shí)與水平面的夾角,大小為。由式()可得 開鐵口時(shí)所需驅(qū)動力矩的計(jì)算 由以上的計(jì)算結(jié)果可計(jì)算出開鐵口的驅(qū)動力： 液壓馬達(dá)的選擇 工進(jìn)時(shí)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的計(jì)算其工進(jìn)時(shí)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可由下式進(jìn)行計(jì)算： ()由式()得 式中 ———工進(jìn)時(shí)鉆頭的推進(jìn)速度,即鏈輪的速度,為。 快退時(shí)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的計(jì)算由式()可得 式中 ———快退時(shí)鉆頭的反退速度,即鏈輪的反退速度。 液壓馬達(dá)的選擇根據(jù)以上計(jì)算可知,推進(jìn)部分正常工作時(shí),需要的轉(zhuǎn)矩為,最高轉(zhuǎn)速為，取其工作壓力為16Mpa，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)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(dá)。，額定壓力16Mpa,轉(zhuǎn)速10~200r/min，額定轉(zhuǎn)矩1815，機(jī)械效率。 液壓馬達(dá)工作壓力的計(jì)算其實(shí)際工作壓力可由下式進(jìn)行計(jì)算： ()式中 ———液壓馬達(dá)的載荷轉(zhuǎn)矩；———液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量()； ———液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，此處取。由式()得 由于，所以所選液壓馬達(dá)滿足要求。 液壓馬達(dá)實(shí)際流量的計(jì)算其實(shí)際流量可由下式進(jìn)行計(jì)算： ()式中 ———液壓馬達(dá)的實(shí)際流量(L/min)；———液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量()； ———液壓馬達(dá)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(diǎn),工作時(shí)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(dá)。換向方式確定:雖然推進(jìn)部分的運(yùn)動只有進(jìn)給和快退,但在開鐵口機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，此部分不能運(yùn)動，否則將出現(xiàn)事故。采用三位換向閥，此時(shí)推進(jìn)部分處于中位，就能滿足這些要求，同時(shí)推進(jìn)部分有前進(jìn)和后退運(yùn)動，要求液壓馬達(dá)有正反轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)旋轉(zhuǎn)到位后，進(jìn)給部分在液壓馬達(dá)的恒速帶動下,開始打鐵口，為了保證液壓馬達(dá)壓力和速度的穩(wěn)定，直到開口機(jī)順利打開鐵口,系統(tǒng)可采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速,保證鉆桿穩(wěn)定、平衡地推進(jìn)。繼而可以初步繪出推進(jìn)部分的液壓系統(tǒng)原理圖。 推進(jìn)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(dá) 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(shí)間12～14s，且開鐵口機(jī)的鉆進(jìn)方向與鐵口軸線的傾斜角度為10176。由開鐵口機(jī)回轉(zhuǎn)部分的機(jī)械設(shè)計(jì)得知,該開鐵口機(jī)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(shí)的作用力20KN，液壓缸活塞桿行程約為960mm。由此可進(jìn)行下面回轉(zhuǎn)部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 回轉(zhuǎn)部分各參數(shù)計(jì)算 參數(shù)的計(jì)算由回轉(zhuǎn)部分的機(jī)械設(shè)計(jì)知,經(jīng)機(jī)械設(shè)計(jì)工藝布置后知mm,=3200mm。 開鐵口機(jī)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(fù)載計(jì)算①開鐵口機(jī)啟動階段的負(fù)載 ()式中 ———靜摩擦阻力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng) 驗(yàn)取其摩擦系數(shù)為=。所以由式()可得 =(KN)②開鐵口機(jī)快進(jìn)階段的負(fù)載 ()式中 ———動摩擦阻力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng)驗(yàn)取其摩擦系數(shù)為=；———開鐵口機(jī)慣性力，其大小可按下式計(jì)算 ()———回轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)間(s)。一般機(jī)械=~；本系統(tǒng)各取1s,回轉(zhuǎn)機(jī)械一般取=2~10(),取=~ m/； ———回轉(zhuǎn)運(yùn)動部件對機(jī)身回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量()；而 () ———回轉(zhuǎn)半徑(m)，可由下式進(jìn)行估算。 =(m)由式()可得 ()由式()可得 =(KN)由式()得 =(KN)③開鐵口機(jī)恒速階段的負(fù)載 ===(KN)④減速制動階段的負(fù)載其大小可由以下公式計(jì)算: ===)⑤開鐵口機(jī)工進(jìn)階段的負(fù)載 ()=+=(KN)⑥開鐵口機(jī)快退階段的負(fù)載==(KN)將以上計(jì)算的數(shù)據(jù)列于表格()。 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值工 況負(fù) 載 組 成負(fù) 載 值（F/KN）推力(F/)/KN啟 動F啟 = Ffs快 進(jìn)F進(jìn) = Ffd+Fm恒 速F恒 = Ffd制 動F制 = Ffd—Fm工 進(jìn)F工 = Ffd+Fg快 退F退 = Ffd注：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊液壓分冊》，取液壓缸的機(jī)械效率=。由前面可知開鐵口機(jī)啟動和制動時(shí)間1s，1s，于是根據(jù)開鐵口機(jī)總的回轉(zhuǎn)時(shí)間12s計(jì)算出恒速時(shí)間為122=10s。鐵口的深度為2500mm，開鐵口機(jī)工作時(shí)，鉆頭與鐵口水平軸線的傾斜角度為，鉆頭的鉆進(jìn)速度可由下式計(jì)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(jī)械手冊》取=； ———破碎單