【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 缸的伸縮來(lái)改變下托架和大臂之間的角度，通過(guò)這兩個(gè)油缸的相互配合便能夠使下托架抬起或改變?cè)诹⒚鎯?nèi)的工作角度。圖2—2為DDL300多功能鉆機(jī)工作時(shí)模型圖。圖2—2DDL300多功能鉆機(jī)工作時(shí)模型圖。1—擺動(dòng)柱 2—1號(hào)油缸 3—主臂 4—擺動(dòng)頭連接板 5—擺動(dòng)頭連接板 6—六角擺動(dòng)頭 7—2號(hào)液壓缸 8—3號(hào)液壓缸 9—郵箱圖2—3 DDL300多功能鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖根據(jù)施工需求，DDL300多功能鉆機(jī)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可簡(jiǎn)化成下圖所示。其中搭架可以通過(guò)1號(hào)油缸在立面內(nèi)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，同時(shí)1號(hào)油缸的伸縮還可以改變六角擺動(dòng)頭和大臂之間的角度，其角度的調(diào)整范圍在0度到90度之間。主臂的舉起和放下可以通過(guò)2號(hào)舉升液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。主臂能夠與水平面形成的最大夾角時(shí)30度。此外，可以通過(guò)3號(hào)液壓缸的伸縮來(lái)帶動(dòng)擺動(dòng)柱的繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)正負(fù)15度的旋轉(zhuǎn)角。這種結(jié)構(gòu)使得鉆桿可以在一些較為狹窄的空間內(nèi)能夠方便的對(duì)孔進(jìn)行定位，使鉆機(jī)對(duì)工況的適應(yīng)能力大大增強(qiáng)。在非施工時(shí)間內(nèi)可通過(guò)調(diào)整擺動(dòng)機(jī)構(gòu)使鉆架水平，這樣大大方便了行駛和運(yùn)輸。其變幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2—3所示。,SM5多功能鉆機(jī)的變幅結(jié)構(gòu) SM5多功能鉆機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)主要?jiǎng)颖?、變幅油缸、三角架、回轉(zhuǎn)支承構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)左右翻轉(zhuǎn)177。90176。，左右偏擺177。45176。且其動(dòng)臂可以前后移動(dòng)，增大了各個(gè)角度鉆孔的空間，而當(dāng)鉆機(jī)不工作時(shí)可將鉆臂收回，大大增加了空間利用率，且動(dòng)臂粗大而堅(jiān)實(shí)與機(jī)身接觸十分牢固，使鉆機(jī)在鉆孔時(shí)具有良好的穩(wěn)定性。如圖2—4為SM5多功能鉆機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)。 圖2—4 SM5多功能鉆機(jī)的變幅機(jī)構(gòu) 對(duì)比選型：ATLAS ROC D7的大臂系統(tǒng)伸縮能力為三種變幅機(jī)構(gòu)中最強(qiáng)的一種，使其前后活動(dòng)空間大，但DDL300和SM5的變幅機(jī)構(gòu)都配備了回轉(zhuǎn)支承，使其可以左右翻轉(zhuǎn)，可以對(duì)兩側(cè)面進(jìn)行打孔，所能打孔的角度和立體范圍大于ATLAS ROC D7的大臂系統(tǒng)，而且DDL300和SM5的變幅機(jī)構(gòu)皆粗實(shí)而又穩(wěn)固，其施工時(shí)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)好于ATLAS ROC D7的大臂系統(tǒng)，尤其是當(dāng)ATLAS ROC D7的大臂系統(tǒng)極度伸長(zhǎng)時(shí)其穩(wěn)定性應(yīng)較弱。而SM5的變幅機(jī)構(gòu)具有伸縮功能，這一點(diǎn)是DDL300所不具備的，也是SM5變幅機(jī)構(gòu)與DDL300變幅機(jī)構(gòu)的最大不同，這樣使得SM5的變幅機(jī)構(gòu)較DDL300相比具有更大的工作空間。經(jīng)過(guò)上述分析和對(duì)比可見(jiàn)，SM5的變幅機(jī)構(gòu)是一種性能較好的變幅機(jī)構(gòu)，所以決定選擇SM5的變幅機(jī)構(gòu)為所需設(shè)計(jì)鉆機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)。 變幅結(jié)構(gòu)的計(jì)算與設(shè)計(jì)如圖2—6所示，圖中A、B、C、皆為鉸點(diǎn)，而要對(duì)變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要就是要解決者三點(diǎn)之間位置的相互關(guān)系，這三點(diǎn)分別為：A：動(dòng)臂與三角架相連的鉸點(diǎn)；B：變幅油缸與三角架相連的鉸點(diǎn)；C：動(dòng)臂與變幅油缸相鉸接的鉸點(diǎn)； 在上述三個(gè)鉸點(diǎn)中，始終保持不變的兩點(diǎn)之間的距離就是變幅機(jī)構(gòu)所需要設(shè)計(jì)的參數(shù)，由圖可知AB和AC兩點(diǎn)間距離始終不變，而B(niǎo)C為液壓缸首尾兩點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，在按照設(shè)計(jì)要求的條件下BC兩點(diǎn)的最短和最長(zhǎng)長(zhǎng)度受到AC和AB長(zhǎng)度的限制，桅桿BD需要滿(mǎn)足既能水平鉆進(jìn)又能豎直鉆進(jìn)的要求，動(dòng)臂AC與水平線的最大夾角為，其余具體設(shè)計(jì)步驟將在液壓缸的設(shè)計(jì)中詳細(xì)講述。圖2—6 SM5多功能鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 第3章 變幅油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算、安裝方式、連接方式的選擇 液壓缸按結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為柱塞式液壓缸、活塞式液壓缸、葉片式液壓缸、組合式液壓缸等，本文僅就柱塞式液壓缸和活塞式液壓缸進(jìn)行討論并從中選取一種做為本次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式，表31為兩者的對(duì)比說(shuō)明表31名稱(chēng)圖形說(shuō)明柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單、只有一個(gè)油口，返回行程靠外力（如重力）完成；柱塞與缸筒不形成配合，缸筒加工要求不高，工藝性好；缸蓋上必須安裝導(dǎo)向套；為減小運(yùn)動(dòng)慣性，柱塞通常采用空心式?；钊揭簤焊讘?yīng)用極為廣泛；小型活塞缸活塞與活塞桿為整體式，大中型活塞缸活塞桿和活塞為分體式；按往返驅(qū)動(dòng)形式的不同分為雙作用式和單作用式。 變幅油缸缸工作要求安全性高、能夠提供雙向驅(qū)動(dòng)力且大量加工經(jīng)濟(jì)，通過(guò)表31的比較選用活塞式液壓缸。 整體尺寸初步設(shè)計(jì) （1）經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單幾何分析可知，當(dāng)機(jī)械不工作且桅桿水平放置時(shí)變幅機(jī)構(gòu)液壓缸兩端距離BC最短，其簡(jiǎn)圖如圖2—6.初步設(shè)定參數(shù)：AC=1300mm，AB=500mm,CAB=176。=ABD 據(jù)余弦定理 (31) 帶入數(shù)據(jù)得BC= （2）經(jīng)簡(jiǎn)單幾何分析可知，當(dāng)AC與水平線成最大夾角30176。且桅桿處于豎直位置時(shí)變幅油缸兩端距離BC最大，其簡(jiǎn)圖如圖3—1所示 圖3—1 因ABD固定不變且ABD=176。，CAB=120176。+ABD=176。 據(jù)公式(31)得BC=1770mm （3）計(jì)算液壓缸行程：S 由運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，可知 結(jié)合現(xiàn)實(shí)并進(jìn)行簡(jiǎn)單的幾何分析便可得知，無(wú)法制造這樣的油缸，故需重新擬定參數(shù)再進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （4）方案2 ①當(dāng)機(jī)械不工作且桅桿水平放置時(shí)重新設(shè)定參數(shù)：AC=1300mm,AB=400,CAB=45176。=ABD據(jù)公式(31)得BC= ②當(dāng)AC與水平線成最大夾角30176。且桅桿處于豎直位置時(shí),因ABD固定不變且ABD=45176。CAB=120176。+ABD=165176。據(jù)公式(31)得BC= ③計(jì)算液壓缸行程：S 由運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，可知《液壓缸活塞行程第三系列》對(duì)行程S進(jìn)行圓整得S=634mm 求變幅油缸的最大載荷 經(jīng)簡(jiǎn)單力學(xué)分析可知，當(dāng)桅桿處于水平位置時(shí)，且動(dòng)力頭在最左短時(shí)油缸推動(dòng)桅桿所需力最大，其簡(jiǎn)圖如圖3—2所示.圖3—2 為兩個(gè)夾持器重量約為4000N，離A點(diǎn)距離約為1m 為桅桿重量約為9000N， 為桅桿上油缸重量約為2000N， 為兩個(gè)液壓馬達(dá)的重量約為2000N，離A點(diǎn)距離約為3m 動(dòng)力頭的重量約為3000N，離A點(diǎn)距離據(jù)公式(31)得= 由理論力學(xué)可知=0 （32） 式中：F為液壓缸在圖示位置時(shí)所受的負(fù)載。 代入數(shù)據(jù)得F= 油缸的內(nèi)徑計(jì)算： （1）據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D為 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》《液壓內(nèi)徑尺寸系列》，可將D圓整得D=63mm 缸筒設(shè)計(jì)與計(jì)算 對(duì)缸筒要求 缸筒是液壓缸的主要零件，它與端蓋、活塞構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動(dòng)負(fù)載而做功，因而對(duì)其有強(qiáng)度、剛度、密封等方面的要求。 （1）有足夠的強(qiáng)度，在長(zhǎng)期承受額定工作壓力和短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力下而不致產(chǎn)生永久變形。 （2）有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝時(shí)的反作用力而不致彎曲。 （3）有可靠的密封性。 （4）缸筒有良好的可焊性。 缸筒材料的選擇 考慮到缸通材料來(lái)源的經(jīng)濟(jì)性，可以選擇45號(hào)精密冷拔無(wú)縫鋼管，其力學(xué)性能列于表32中.表 32 45號(hào)精密冷拔無(wú)縫鋼管力學(xué)性能力學(xué)性能（不小于）材料屈服強(qiáng)度（MPa）伸長(zhǎng)率硬度（HB）45號(hào)鋼600192 缸筒外徑的選擇據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，D=63mm時(shí)，外徑。 活塞設(shè)計(jì) 考慮到活塞上需要安裝兩個(gè)支撐環(huán)和兩個(gè)密封圈取。 活塞內(nèi)徑與活塞桿外徑采用H7/k6配合，活塞外徑與缸筒內(nèi)徑采用H8/f7配合，活塞桿與導(dǎo)向套采用H7/n6配合。據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式活塞桿直徑d==據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可將d圓整為d=45mm 選活塞桿直徑材料為：45鋼工藝：活塞桿粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229~285HB,必要時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度可達(dá)45~55HRC. （2）強(qiáng)度理論校核活塞桿直徑：此時(shí)液壓缸穩(wěn)定時(shí)，只承受軸向載荷 （33） 當(dāng)材料為碳鋼時(shí)，=100~120MPa，取 求得：所需最小直徑=45mm，滿(mǎn)足要求 （3）活塞桿平穩(wěn)性校核：由材料力學(xué)可知，當(dāng)載荷力接近臨界值時(shí)，桿將失去原有的平衡狀態(tài)而產(chǎn)生彎曲。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 活塞桿穩(wěn)定的條件為： 液壓缸的活塞桿承受的最大載荷（N） 活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷（N） 穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2~4。 計(jì)算活塞桿的臨界載荷。 采用歐拉公式計(jì)算臨界載荷，此時(shí)有: （34） E：活塞干材料的彈性模量，對(duì)于鋼，取為 ：活塞截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, 對(duì)于實(shí)心桿： ：活塞桿的安裝距離，m。通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析可取l= ：末端條件系數(shù)，此時(shí)取n=1 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，代入公式（34）可求得=144358N 由于變幅油缸的工作條件穩(wěn)定，且工作次數(shù)很少，可取安全系數(shù)=2，則有；所以活塞桿穩(wěn)定。 缸壁的材料選擇：45鋼的無(wú)縫鋼管 缸壁校核壁厚： 缸筒設(shè)計(jì)： 連接方式：缸蓋與缸筒采用連接方式（內(nèi)螺紋），使得結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小缸筒與后端蓋采用焊接連接據(jù)表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取螺紋為M73x2外徑：mm內(nèi)徑：則推應(yīng)力為： (35) 切應(yīng)力為：