【正文】 鉆孔達(dá)六米。具有操作方便，更加省時(shí)，省力，具有鑿速快、效率高等特點(diǎn)。 圖 2 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 內(nèi)燃鑿巖機(jī) 。這些鑿巖機(jī)的沖擊機(jī)構(gòu)在回程時(shí) ，由轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)強(qiáng)迫鋼釬轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使 釬頭 改變位置繼續(xù)鑿擊巖石。適用于無(wú)電源、無(wú)氣源的施工場(chǎng)地。電動(dòng)式 由電動(dòng)機(jī)通過(guò) 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)錘頭沖擊鋼釬，鑿擊巖石。 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 。此類穿孔設(shè)備最典型的是牙輪鉆機(jī)。此類鉆孔設(shè)備有電鉆和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)； (3) 旋轉(zhuǎn) 沖擊破碎巖石鉆孔 ， 又稱為碾壓破碎鉆孔。此類鉆孔設(shè)備有潛孔鉆機(jī)和鑿巖機(jī)等； (2) 旋轉(zhuǎn)破碎巖石鉆孔采用旋轉(zhuǎn)式多刃釬具切割巖石，同時(shí)施加較大的推力破碎巖石。 圖 1 鑿巖機(jī) 迄今為止，鑿巖爆破是實(shí)施巖石破碎的主要方法，破碎巖石首先需要在巖 (礦 ) 石中鉆鑿按爆破要求設(shè)計(jì)的炮孔。 鑿巖機(jī)是用來(lái)直接開(kāi)采石料的工具 ，如圖 1 所示。氣腿式鑿巖機(jī)和釬頭的不斷完善，對(duì)鑿巖機(jī)的效率又提出了新的要求， 20 世紀(jì) 60 年代初，開(kāi)發(fā)了獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)，隨后發(fā)展和完善了架柱式鑿巖機(jī)和鑿巖鉆車。 鑿巖機(jī)行走機(jī)構(gòu)總體方案和零部件參數(shù)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 課題的研究背景和意義 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，手錘打眼已不能滿足生產(chǎn)要求。通過(guò)前人的努力， 1887 年制造出第一臺(tái)輕型氣動(dòng)鑿巖機(jī)， 1938 年發(fā)明了氣腿和碳化鎢釬頭。在鑿巖機(jī)不斷發(fā)展的同時(shí)，注意到隨著孔深的增加，深孔鑿巖接桿釬具聯(lián)接處能量損失較大，提出了將鑿巖機(jī)送入孔底的設(shè)想，因而發(fā)明了潛孔沖擊器 。 它在巖層上鉆鑿 出炮眼，以便放入炸藥去炸開(kāi)巖石，從而完成開(kāi)采石料或其它石方工程 ， 此外，鑿巖機(jī)也可改作破壞器，用來(lái)破碎混凝土之類的堅(jiān)硬層。目前采用機(jī)械破碎巖石鉆孔的方法主要有以下三種類型： (1) 沖擊 旋轉(zhuǎn)破碎巖石鉆孔 采用沖擊載荷和轉(zhuǎn)動(dòng)釬具一定角度，并施加合理的推力來(lái)破碎巖石 ， 適應(yīng)在 中硬、堅(jiān)硬的巖石中鉆孔。適應(yīng)在磨蝕性小及中硬以下的巖石中鉆孔。它是施加很大的軸壓 (一般大于 300 kN) 給鉆頭，同時(shí)旋轉(zhuǎn)滾齒傳遞沖擊和壓入力，滾齒壓入巖石的作用比沖擊作用大，通過(guò)旋轉(zhuǎn) 沖擊破碎巖石。 鑿巖機(jī)按其動(dòng)力來(lái)源可分為 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 、 內(nèi)燃鑿巖機(jī) 、 電動(dòng)鑿巖機(jī) 和 液壓 鑿巖機(jī) 等四類。 如圖 2 所示， 風(fēng)動(dòng)式以壓縮空氣驅(qū)使活塞在氣缸中向前沖擊，使鋼釬鑿擊巖石，應(yīng)用最廣。并利用排粉機(jī)構(gòu)排出石屑，內(nèi)燃式利用內(nèi)燃機(jī)原理，通過(guò)汽油的燃爆力驅(qū)使活塞沖擊鋼釬，鑿擊巖石。液壓式依靠液壓通過(guò)惰性氣體和沖擊體沖擊鋼釬，鑿擊巖石。通過(guò)柴油的燃爆力驅(qū)使活塞沖擊鋼釬，如此不斷地沖擊和旋轉(zhuǎn)，并利用排粉機(jī)構(gòu)排出石屑，即可鑿成炮孔。 如圖 3 所示， 內(nèi)燃鑿巖機(jī)不用更換機(jī)頭內(nèi)部零件，只需按要求搬動(dòng)手柄，即可作業(yè)。在巖石上鑿孔，可垂直向下、水平向上小于 45176。無(wú)論在高山、平地，無(wú)論在 40176。 的 嚴(yán)寒地區(qū) 均可進(jìn)行工作，本機(jī)具有廣泛的適應(yīng)性。 圖 3 內(nèi)燃鑿巖機(jī) 電動(dòng)鑿巖機(jī)。 圖 4 電動(dòng)鑿巖機(jī) 液壓鑿巖機(jī)。由閥控制 (也有無(wú)閥的 )活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。雖與 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī) 近似，但其活塞直徑較小、長(zhǎng)度較大、波形較好。其優(yōu)點(diǎn)：鉆速快 (比風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)高兩倍以上 )， 沖擊功 高、 扭矩 大、頻率亦高；具有可調(diào)性、能耗低 (為風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的 1/3 左右 )；效率高；便于自動(dòng)化和電腦控制，卡鉆事故少，鉆具壽命長(zhǎng)，使工作環(huán)境大為改善。此類鑿巖機(jī)的能量較大，一般在 1~6kN 氣動(dòng)鑿巖機(jī)雖然具備很多優(yōu)點(diǎn)，但存在著能耗大和作業(yè)環(huán)境惡劣的缺點(diǎn)，1946 年研制成功礦用牙輪鉆機(jī)， 20 世紀(jì) 70 年代初期液壓鑿巖機(jī)投入市場(chǎng)。 圖 5 液壓鑿巖機(jī) 液壓鑿巖機(jī)作為重要的旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔設(shè)備 ,廣泛應(yīng)用于中小型露天礦、巖土工程、鐵路、公路、水電等領(lǐng)域 ,進(jìn)行基礎(chǔ)施工、隧道開(kāi)挖、勘探、采石、采礦作業(yè)爆破孔的鉆鑿。一般可達(dá) 40%以上 ,據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示 :液壓鑿巖機(jī)與氣動(dòng)鑿巖機(jī)的能耗比為 1: ； 。 。 ,消除了排氣噪聲和油霧 ,改善工作面的環(huán)境 。 ,克服了氣動(dòng)鑿巖機(jī)隨海拔高度升高而降低工作效率的缺陷 ,適用范圍廣。工作時(shí)活塞做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷地沖擊釬尾?；钊嘶睾?，釬子轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，活塞向 前運(yùn)動(dòng)，再次沖擊釬尾時(shí)，又形成一道新的凹痕?；钊粩嗟貨_擊釬尾，并從釬子的中心孔連續(xù)地輸入壓縮空氣或壓力水，將巖渣排出孔外，即形成一定深度的圓形鉆孔。 1970 年 ,第一臺(tái)實(shí)用化液壓鑿巖機(jī)于法國(guó) Montabert 公司誕生 ,并得到推廣。目前國(guó)外生產(chǎn)液壓鑿巖機(jī)的公司主要有 :美國(guó) GardnerDenver 公司、 IngersollRand 公司、瑞典 Atlas Copco 公司、 LindenAlimak 公司、芬蘭 Tamrock 公司、法國(guó) EimcoSea公司、 Montabert 公司、德國(guó) Krupp 公司和 R 本古河 (FURU KAWA)公司等。 作為第一臺(tái)實(shí)用化液壓鑿巖機(jī)的生產(chǎn) 廠家 ,法國(guó) Montabert 公司在液壓鑿巖機(jī)的研究有其獨(dú)到之處 :①為了提高鑿巖機(jī)破碎效率 ,采用頂端粗大的活塞結(jié)構(gòu) 。③工作壓力相對(duì)較低 ,一般在 15MPa 左右 。 圖 7 Cop3060 液壓鑿巖機(jī) 芬蘭 Tamrock 公司的液壓鑿巖機(jī)在世界上享有盛譽(yù)。②配流閥采用套閥形式 。④工作壓力有增高的趨勢(shì) ,達(dá)到了 Atlas 液壓鑿巖機(jī)相近的程度 。 圖 8 HFX5T 鑿巖機(jī) 國(guó)內(nèi)液壓鑿巖機(jī)研究現(xiàn)狀 目前我國(guó)參與鑿巖機(jī)研制的單位主要有煤炭研究院北京建井研究所、北京科技大學(xué)、中南大學(xué)、山河智能裝備集團(tuán)、長(zhǎng)沙礦冶研究院、天水風(fēng)動(dòng)工具廠、沈陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具廠、瞿州鑿巖機(jī) 廠、蓮花山鑿巖釬具有限公司等 10 多個(gè)單位 ,成功研制了 20 多種型號(hào)的鑿巖機(jī)。 這些鑿巖機(jī)的沖擊能多在 150250J 之間 ,鉆孔直徑一般為 40?50mm,只有SWHD90、 SWHD2 YYG250A、 YYGJ145, TYYG20 和 DZYG38B 型液壓鑿巖機(jī) 鉆孔直徑孔徑大于 50mm,最大可達(dá) 120nim。其 中由中南工業(yè)大學(xué)研究設(shè)計(jì)的 YG90 型液壓鑿巖機(jī) ,1988 年在汝城鶴礦使用時(shí) ,創(chuàng)造了在 m 的斷面中月進(jìn)尺 250m,掘進(jìn)工效穩(wěn)步超過(guò) 1 m /工班的好成績(jī) ,1991 年在桓仁銅鋅礦創(chuàng)造過(guò)單臺(tái)單班進(jìn)尺 ?6 m 的好成績(jī)。 圖 9 HYD300 鑿巖機(jī) 雖然我國(guó)在液壓鑿巖機(jī)方面取得了一定的成績(jī) ,但是與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)尚有較大的距離。究其原因主要有 :① 缺乏適用于局頻、尚速、局壓的密封件技術(shù) 。③ 蓄能器隔膜的壽命短 。這些因素嚴(yán)重限 制了我國(guó)液壓鑿巖機(jī)的發(fā)展。 本文將對(duì)鑿巖機(jī)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體建模，制造虛擬樣機(jī)，同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。在這一領(lǐng)域，美國(guó)處于國(guó)際研究的前沿 ， 福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開(kāi)發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的發(fā)布時(shí)間。 基于產(chǎn)品的數(shù)字化模型，應(yīng)用先進(jìn)的系統(tǒng)建模和仿真優(yōu)化技術(shù)，虛擬制造實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、制造到檢驗(yàn)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬 (如圖 11)，并對(duì) 其 運(yùn)作進(jìn)行了合理的決策與最優(yōu)控制 。 本文的研究?jī)?nèi)容 鑿巖機(jī)用于道路橋梁的鉆孔工作，工作條件惡劣，要求采用液壓傳動(dòng)進(jìn)行總體動(dòng)力輸出，通過(guò)本課題掌握機(jī)械設(shè)計(jì)和液壓設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)以及設(shè)計(jì)過(guò)程。 圖 11 虛擬制造和動(dòng)態(tài)模擬 圖 10 777 型大型客機(jī) 第二章 鑿巖機(jī)行走機(jī)構(gòu) 總體方案和 零部件參數(shù)設(shè)計(jì) 行走機(jī)構(gòu)總體方案 行走機(jī)構(gòu)總體方案如圖 1 所示。通過(guò)齒輪和履帶進(jìn)行嚙合，驅(qū)動(dòng)履帶行走。 V 帶傳動(dòng)是靠 V帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的。 V 帶較平帶結(jié)構(gòu)緊湊，而且 V 帶是無(wú)接頭的傳動(dòng)帶，所以傳動(dòng)較平穩(wěn)，是帶傳動(dòng)中應(yīng)用最廣的一種傳動(dòng)。按齒輪軸線的相對(duì)位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸 螺旋齒傳動(dòng) 。 本章將對(duì)行走機(jī)構(gòu)中齒輪、 V 帶和軸等零部件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和校核，使得行走機(jī)構(gòu)力學(xué)性能能夠適應(yīng)山地復(fù)雜多變的環(huán)境。 鑿巖機(jī)構(gòu)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度。查表選擇 小 齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 2)根據(jù)工作輸出功率 P1( 設(shè)為 ) 、效率 ( 設(shè)為 98%) 和轉(zhuǎn)速 n1(設(shè)為)， 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 4)查表得材料的彈性影響系數(shù) MPa? 。 6)由公式 60 hN njL? 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 ? ? 81 6 0 1 5 6 . 6 7 1 5 . 4 1 1 02 8 3 0 0 1 2N ? ? ? ? ?? ? ? 8 82 5. 4 10 1. 1 ?? ? ? 7)取接觸疲勞壽命系 數(shù)