【導(dǎo)讀】鑿巖臺(tái)車是鉆鑿井下平行巷道的掘進(jìn)臺(tái)車。由于在礦山井下作業(yè)，臺(tái)車體積受井下。巷道空間的限制，要求臺(tái)車重量輕，外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。復(fù)雜，液壓元件數(shù)量多，管路復(fù)雜。在有限的空間內(nèi)，容納必備的液壓元件，合理地布。置管路，保證臺(tái)車操作、檢測(cè)和維修方便，是鑿巖臺(tái)車設(shè)計(jì)者必須解決的一個(gè)重要課題。在設(shè)計(jì)液壓鑿巖鉆車液壓系統(tǒng)時(shí)試制一種整體扦入式集成液壓系統(tǒng)。壓鑿巖機(jī)能達(dá)到最佳鉆進(jìn)速，逐漸被各種型號(hào)液壓鑿巖臺(tái)車所應(yīng)用。

　　

【正文】 A活塞的有效作用面積 ( 當(dāng)桿外推時(shí)為 A1 ，內(nèi)拉時(shí)為 A2 ) ?Q 液壓缸的流量 當(dāng) ?Q =常數(shù)時(shí)， ?? =常數(shù)，但實(shí)際上活塞在行程兩端各有一個(gè)加速或減速階段。 2）活塞外推時(shí)活塞的平均線速度 m? m? = tS 式（ 7） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 27 式中： S活塞行程 （ m） t活塞在單一方向全程的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 （ s） 工藝給定值： S = 450 mm= m t = 30 s 則有： m? =tS = = sm 3) 活塞桿外推時(shí)活塞的最高線速度 max? max? = k? m?? ( sm ) 式（ 8） 式中： k? 活塞的線速度系數(shù) k? = 因此： max? = k? m?? = ? = sm 活塞桿外推時(shí)液壓缸的 最大體積流量 Q? Q? = ??? 1maxA 式中： ?? 容積效率， ?? = 代入數(shù)據(jù)： Q? = ??? 1maxA = ??? ? 410?? sm3 ? minL 但活塞在行程開(kāi)始的加速階段和行程結(jié)束的減速階段非常短暫，在工程實(shí)際應(yīng)用中一般忽略。因此可以認(rèn)為活塞在行程過(guò)程中保持恒定速度 m? 運(yùn)動(dòng)。 則液壓缸的流量 Q 為： Q= ??? 1Am = ??? ? 310?? sm3 ? minL （二） .活塞桿縮回 ，直接應(yīng)用上面的結(jié)果： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 28 m? = sm max? = sm Q? Q? = ??? 2maxA 式中： ?? 容積效率， 取 ?? = 代入數(shù)據(jù)： Q? = ??? 2maxA = ??? ? 410?? sm3 ? minL 但活塞在行程開(kāi)始的加速階段和行程結(jié)束的減速階段非常短暫，在工程實(shí)際應(yīng)用中一般忽 略。因此可以認(rèn)為活塞在行程過(guò)程中保持恒定速度 m? 運(yùn)動(dòng)。 則液壓缸的流量 Q 為： Q= ??? 2Am = ??? ? 410?? sm3 ? minL 缸筒壁厚的計(jì)算 對(duì)于 液壓 缸的缸筒壁厚 ? 、活塞桿直徑 d 和缸蓋處固定螺釘?shù)闹睆?，在高壓系統(tǒng)中，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2[ ]yPD? ?? 式 中 D液壓缸內(nèi)徑 ； yP 試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力 nP 16MPa 時(shí) ，取 yP = ； []? 缸筒 材料 的 許用應(yīng)力 ， []bn?? ? ， b? 為材料抗拉強(qiáng)度， n為安全系數(shù)，一般取 n=5。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 29 yP= 25? = 選用 45 鋼時(shí)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版第 5 卷 成大先主編表 21 6 7?? ，查得b? =610MPa 則有 2[ ]yPD? ??= 6102 5? ??（ m） 當(dāng) ? ?=10， ? 需要按壁厚計(jì)算公式： [ ] 0 . 4( 1 )2 [ ] 1 . 3yyPD P?? ? ????來(lái)計(jì)算液壓缸的壁厚。 610 0 .4 3 1 .2 5[ ] 0 .4 0 .1 5116102 [ ] 1 .3 2 1 .3 3 1 .2 55yyPDP????????????? ? ? ?????? ????=（ m） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)再加上適當(dāng)厚度： 0 1 2CC??? ? ? 其中： 0? 缸筒材料強(qiáng)度要 求的最小值 ，此處去 1C 缸筒外徑公差余量 2C 腐蝕余量 根據(jù) GB108667 最終值定為 ? =20mm 則缸筒的外徑取值定為 1D =100+20? 2=140mm 對(duì)缸筒壁厚進(jìn)行驗(yàn)算： 要求 額定工作壓力低于一定極限值，以保證工作安全。 已知 nP =25MPa 22121()0 .3 5 sn DDP D? ?? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 30 式中： s? 缸筒材料的屈服極限強(qiáng)度（ MPa），此處取 s? =360MPa 22121()0 .3 5 sn DDP D? ?? = 222360 ( 4 ) 3?? = 因此缸的上述參數(shù)選擇合理。 額定工作壓力應(yīng)與完全塑性變形有一定的比例范圍，避免塑性變形： ( )n rlPP? （ MPa） 式中 nP 額定工作壓力 plP 缸筒發(fā)生完全塑性變形時(shí)的壓力 rlP = 1logs DD? ? 則 ( 0 .3 5 ~ 0 .4 2 ) 9 4 .3nP ?? =（ 33～ ） MPa 由于 25 ( 33 ~ )M Pa M Pa? 所以選擇參數(shù)合理。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版第 5 卷 成大先主編表 21 6 8?? ，可得一下 驗(yàn)算缸筒徑向變形 D? 應(yīng)處于允許范圍內(nèi)： 221221TDPEDDD DD ????? ? ?????? (m) 其中： TP 缸筒耐壓試驗(yàn)壓力， 對(duì)缸選取 TP =490MPa E缸筒材料彈性模量，對(duì) 45 ， E=246 610? ? 缸筒材料泊松比，對(duì)鋼材， ?? 則 221221TDPEDDD DD ????? ? ??????= 226 2 20 .1 4 9 0 0 .1 4 0 .1 0 .32 4 6 1 0 0 .1 4 0 .1???? ???????= 變形量 D? 不應(yīng)超過(guò)密封圈允許范圍 缸筒材料選擇： 要求有足夠的強(qiáng)度，可采用無(wú)縫缸筒 45 鋼 。 技術(shù)加工要求： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 31 當(dāng)缸筒與活塞采用橡膠密封圈時(shí)，其配合采用 9 8H f ，缸筒內(nèi)徑表面進(jìn)行剖 光。 缸筒內(nèi)徑的圓度與圓柱度誤差不大于直徑誤差的一半，缸體內(nèi)表面的線輪廓誤差在400mm長(zhǎng)度不大于 。 當(dāng)缸筒端面與缸蓋固定時(shí)，缸筒端面的跳動(dòng) 直徑在 100mm上不大于 。 缸筒與缸蓋用螺栓連接，螺紋一般采用中等精度。 活塞的設(shè)計(jì)： 結(jié)構(gòu)的確定 活塞根據(jù)密封裝置型式來(lái)選取其結(jié)構(gòu)型式 (密封裝置則按工作條件而選定 )， 通常分為整體活塞聯(lián)接或組合活塞兩類，整體活塞可采用活塞環(huán)，“ O”型密封圈，唇形密封圈等來(lái)密封。 組合活塞可采用組合密封圈倆密封，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工作量大。 材料的確定 初步選定 為 45 。 活塞桿的設(shè)計(jì)： 結(jié)構(gòu)的確定 （ 1） 桿分為實(shí)心桿和空心桿兩種， 實(shí)心桿制造工藝簡(jiǎn)單，空心桿多用于 dD 比值較大的式，桿心須安裝有如位置傳感器等結(jié)構(gòu)的情況，本系統(tǒng)采用實(shí)心桿心。 （ 2） 在缸筒上裝有溢流閥和單個(gè)液壓鎖 ，需要有鎖緊裝置。 確定活塞桿直徑 : 1dD???? D缸筒直徑， D=100mm ? 速度比， ? =2 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 32 所以 1dD???? =100 212? ?70mm 確定活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 實(shí)心桿 mind ? 314 10[]F?? ?? （ m） 其中： F= 510? N, []sn?? ? s? =360MPa n安全系數(shù)。只與載荷情況有關(guān)。 n =1， 340[ ] 3 4 01sn?? ? ? ?MPa， 則 5m i n 64 4 1 8 1 0[ ] 3 . 1 4 3 4 0 1 0Fd ?? ???? ??= 因?yàn)?mindd? ，所以強(qiáng)度足夠。 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算： 當(dāng)液壓缸支承在 L(10~ 15)時(shí)，須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性，此系統(tǒng)中 L=400mm ，10d=10? 70=700mm ， L10d 所以不需要驗(yàn)算活塞桿彎曲強(qiáng)度。 活塞桿材料及其技術(shù)要求： 對(duì) 于 實(shí)心活塞桿 采用 35 、 45 號(hào)鋼， 空心桿采用 35 、 45 號(hào)無(wú)縫鋼。這里取活塞桿材料為 45 鋼。 活塞桿經(jīng)過(guò)粗加工后調(diào)值 ，硬度為（ 229~ 285） 7f ~ 9f 。表面粗糙度大于 m? ，工作表面的直線度誤差在 400mm長(zhǎng)度上 ? ，活塞桿工作部分及其安裝活塞的部分圓度和圓柱度誤差不大于各自直徑公差的一半，跳動(dòng)不大于 ，防腐蝕因該先鍍層軟鉻，后鍍硬鉻，鍍后剖光。 活塞桿的導(dǎo)向及其密封： 活塞桿導(dǎo)向套材料應(yīng)用摩擦力較小，耐磨性能好 的青銅 作為材料的，導(dǎo)向套的加工內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 33 要求為導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為 8 7Hf ，內(nèi)孔與活塞桿外徑的配合 多為98Hf ，外圓與內(nèi)孔同軸不大于 ，密封中采用 O 型密封圈。 液壓缸型號(hào)的選擇 ： 選擇重載液壓缸 其液壓缸型號(hào)： CD250B10070 — 450A1001 CGUMA 舉升液壓缸的 計(jì)算與選型 已知 參數(shù)（工藝給定）： 活塞桿最大受力： WF =127KN 活塞桿行程： S=550mm 活塞桿單行程的動(dòng)作時(shí)間： t=40s 舉升液壓缸 參 數(shù)的計(jì)算 與選型 和推進(jìn)鑿巖機(jī)的液壓缸完全相同，這里不重復(fù)計(jì)算過(guò)程，只寫(xiě)計(jì)算結(jié)果。 液壓缸直徑 125mm 活塞桿直徑 90mm 活塞桿伸出時(shí)液壓缸所需的流量 minL 活塞桿縮回時(shí)液壓缸所需的流量 minL 液壓缸的 最大體積流量 minL 液壓缸伸出時(shí)液壓缸的功率 14Kw 液壓缸的總效率 活塞桿伸出時(shí) t? = 活塞桿縮回時(shí) t? = 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 34 液壓缸型號(hào) ： CD250B12590 — 550 A1001 CGUMA 大臂延伸 液壓缸的 計(jì)算與選型 已知 參數(shù)（工藝給定）： 活塞桿最大受力： WF = 25 KN 活塞桿行程： S=1250mm 活塞桿單行程的動(dòng)作時(shí)間： t=40s 大臂延伸液壓缸 參數(shù)的計(jì)算 與選型 和推進(jìn)鑿巖機(jī)的液壓缸完全相同，這里不重復(fù)計(jì)算過(guò)程，只寫(xiě)計(jì)算結(jié)果。 液壓缸直徑 63mm 活塞桿直徑 45mm 活塞桿伸出時(shí)液壓缸所需的流量 minL 活塞桿縮回時(shí)液壓缸所需的流量 minL