【正文】 馬達(dá)的選擇 工進(jìn)時液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的計算其工進(jìn)時液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可由下式進(jìn)行計算： ()由式()得 式中 ———工進(jìn)時鉆頭的推進(jìn)速度,即鏈輪的速度,為。 液壓馬達(dá)的選擇根據(jù)以上計算可知,推進(jìn)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(jī)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(dá)。 液壓馬達(dá)工作壓力的計算其實際工作壓力可由下式進(jìn)行計算： ()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。 液壓馬達(dá)實際流量的計算其實際流量可由下式進(jìn)行計算： ()式中 ———液壓馬達(dá)的實際流量(L/min)；———液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量()； ———液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速()。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，此部分不能運(yùn)動，否則將出現(xiàn)事故。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)。 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。由開鐵口機(jī)回轉(zhuǎn)部分的機(jī)械設(shè)計得知,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,打鐵口時的作用力20KN，液壓缸活塞桿行程約為960mm。 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(jī)械設(shè)計知,經(jīng)機(jī)械設(shè)計工藝布置后知mm,=3200mm。由力矩平衡方程可得: () = =(KN)所以 =(KN) 各階段的負(fù)載計算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)計手冊液壓分冊》及根據(jù)工廠經(jīng) 驗取其摩擦系數(shù)為=。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。 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)計手冊液壓分冊》，取液壓缸的機(jī)械效率=。鐵口的深度為2500mm，開鐵口機(jī)工作時，鉆頭與鐵口水平軸線的傾斜角度為，鉆頭的鉆進(jìn)速度可由下式計算。所以由式()可得 從而可計算出工進(jìn)的時間。啟動和加速階段 =80(mm)恒速階段 =800(mm)減速和制動階段 =80(mm)進(jìn)一步可計算出液壓缸在進(jìn)給階段的速度大小。 負(fù)載與時間工況圖 速度與時間工況圖 行程與時間工況圖 執(zhí)行元件工作壓力的確定由于開鐵口機(jī)屬于大型冶金設(shè)備，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊液壓分冊》的有關(guān)要求和工作經(jīng)驗，選取該部分液壓系統(tǒng)的工作壓力為=16Mpa。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊液壓分冊》中的液壓傳動設(shè)計部分初選背壓=。②缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積無桿腔有效面積 =活塞桿面積 有桿腔面積 液壓缸尺寸的計算①液壓缸缸筒長度L液壓缸的缸筒長度L由最大工作行程長度決定，鋼筒的長度一般最好不超過其內(nèi)徑的20倍，故經(jīng)過綜合考慮后取。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保留有一最小導(dǎo)向長度。 ()由式()可得 (mm)因此這里可以將最小導(dǎo)向長度適當(dāng)增大一些，最終取。為保證最小導(dǎo)向長度，過分增大A和B都是不適宜的，必要時可在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套，隔套的長度由需要的最小導(dǎo)向長度H決定，即C=(A+B)=50mm。所以計算如下：由于此處采用的是雙作用單活塞桿式液壓缸結(jié)構(gòu)，為了讓其能正常工作，還應(yīng)考慮兩端耳環(huán)的連接情況。 液壓缸強(qiáng)度校核 液壓缸聯(lián)接方式及材料選擇 一般情況下缸體、缸蓋采用45號鋼，缸體并調(diào)質(zhì)到242285HB，缸體內(nèi)徑采用H8配合，缸蓋端按7級精度選取。根據(jù)機(jī)械設(shè)計要求，活塞、活塞桿與外界相連采用雙作用單活塞桿耳環(huán)式聯(lián)接，活塞與活塞桿采用螺紋聯(lián)接，活塞桿選用實心45鋼需調(diào)質(zhì)229285HB，活塞桿的圓柱度公差值按8級精度選用，端面的垂直度公差值按7級精度選用。當(dāng)活塞桿外伸時，通過主密封圈留在活塞桿表層的油膜，即被防塵圈的內(nèi)唇刮下，這樣，在主密封圈與活塞桿之間保留一層油膜，起潤滑作用，提高密封圈的使用壽命。①活塞的結(jié)構(gòu)型式根據(jù)密封裝置型式來選活塞結(jié)構(gòu)型式，選擇分離式活塞。作用是防止油液的的泄漏及外界塵埃和異物的侵入，保證液壓設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。③活塞的導(dǎo)向安裝活塞外圓的導(dǎo)向環(huán)，具有精確地導(dǎo)向作用，并可吸收活塞運(yùn)動時產(chǎn)生側(cè)向壓力。帶導(dǎo)向環(huán)的活塞，在缸筒內(nèi)非金屬接觸，摩擦系數(shù)小，無爬行；導(dǎo)向環(huán)能改善活塞與缸筒的同軸度，使間隙均勻，減少泄漏；導(dǎo)向環(huán)采用耐摩材料，使用壽命長，并具有良好的承載能力。它能以較短的緩沖行程吸收最大的動能。這里采用蓄能器。構(gòu)形 缸筒壁厚和外徑計算缸筒相當(dāng)于一個兩端封閉的圓筒形受壓容器，由材料力學(xué)知，其應(yīng)力狀態(tài)是隨著缸筒內(nèi)徑和壁厚的比值的改變而變化的。①液壓缸的壁厚 根據(jù)此設(shè)備工作壓力要求較高等實際情況，所以采用薄壁筒液壓缸，因此可按材料力學(xué)薄壁圓筒公式進(jìn)行計算。所以由式()得 ，即，所以此液壓缸是屬于薄壁缸筒。 活塞桿強(qiáng)度驗算在液壓缸處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，活塞桿受到的軸向負(fù)載力小于穩(wěn)定臨界力時，由于初始撓度的存在，活塞桿將同時受到壓縮和彎曲。由式 ()得 因為活塞桿直徑，所以活塞桿強(qiáng)度滿足要求。由式()得 所以取。 液壓缸工作壓力、流量和功率的計算 液壓缸工作壓力的計算查閱《機(jī)械設(shè)計手冊液壓分冊》，~，故暫定工進(jìn)時=，快速運(yùn)動時=。換向方式確定:為了便于開鐵口機(jī)的回轉(zhuǎn)部分在打鐵口時停止轉(zhuǎn)動，使調(diào)整方便，所以采用三位換向閥。調(diào)速方式的選擇:開鐵口機(jī)由停放位置旋轉(zhuǎn)到工作位置，打鐵口完成后再由工作位置旋轉(zhuǎn)到停放位置，在每次旋轉(zhuǎn)接近終點時,由于載荷突然減小,為了保持開口機(jī)旋轉(zhuǎn)動作的平衡性,可采用疊加式節(jié)流閥,調(diào)節(jié)速度，同時給予系統(tǒng)背壓,防止突進(jìn)。 回轉(zhuǎn)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；7,8疊加式液控單向閥；9,10疊加式節(jié)流閥；11液壓缸5 總液壓系統(tǒng)圖的確定 總液壓系統(tǒng)的分析 液壓回路的選擇①推進(jìn)部分液壓馬達(dá)回路由開鐵口機(jī)運(yùn)動分析知，該部分要求實現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退動作。為了控制轉(zhuǎn)釬速度，在進(jìn)油路上采用節(jié)流調(diào)速控制調(diào)節(jié)。采用三位四通換向閥實現(xiàn)其運(yùn)動的換向。 總液壓系統(tǒng)原理圖的確定①控制油路的擬定現(xiàn)代工業(yè)需要高度的自動化，爐前開鐵口屬于高溫作業(yè)，一不小心，設(shè)備就可能被鐵水燒壞。本課題利用液壓控制系統(tǒng)控制的靈活性、反應(yīng)的快速性，采用自動化控制作業(yè)。開鐵口機(jī)旋轉(zhuǎn)到爐口后需停止運(yùn)動，推進(jìn)部分開始進(jìn)給，為了實現(xiàn)這一順序動作，可在回轉(zhuǎn)部分設(shè)置一行程開關(guān)來完成。同樣這一系列順序動作也可通過行程開關(guān)來實現(xiàn)。為了快速實現(xiàn)這一動作，可使用壓力繼電器，和采用一個節(jié)流閥，當(dāng)鐵口被鉆穿時推進(jìn)負(fù)載在穿孔的瞬間突然降低至接近于零，壓力繼電器的壓力突然升高，控制換向閥的換向，從而實現(xiàn)順序動作。③輔助裝置的選取 為了避免工作時電機(jī)或液壓泵出現(xiàn)故障，本設(shè)備的液壓泵和電機(jī)均使用1臺工作1臺備用的原則。同時為了保養(yǎng)該設(shè)備，使油路不發(fā)生堵塞，潔凈液壓油，在液壓泵之前及回油支路中使用過濾器。 開鐵口機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 繼電器、行程開關(guān)及各換向閥動作順序表 動作順序元件動 作動作順序元件YJ1YA2YA3YA4YA5YA開鐵口機(jī)旋轉(zhuǎn)到爐口++推進(jìn)部分開始工作+++打鐵口完成退出鐵口++開鐵口機(jī)回轉(zhuǎn)++開鐵口機(jī)回到停放位置+停 止注：+()表示換向閥交替換向。各液壓泵給系統(tǒng)供油，先導(dǎo)型電磁溢流閥(、)限制系統(tǒng)工作壓力及控制各部分的工作狀態(tài)。液壓鎖11保證鉆孔過程中換向閥10處于中位時轉(zhuǎn)臂保持不動。各換向閥既能接受手動按鈕控制，又能接受行程開關(guān)或壓力繼電器的控制。使5YA斷電，3YA通電。，壓力繼電器14動作，使5YA通電，推進(jìn)系統(tǒng)液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)將鉆進(jìn)部分帶出鐵口?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)油液流動情況如下： 進(jìn)油路：液壓泵3→→電液換向閥10(左位)→疊加式疊加式液控單向閥11→→→液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔→→→疊加式疊加式液控單向閥11→ 電液換向閥11(右位)→濾油器2→油箱。 總液壓系統(tǒng)在鐵口鉆穿后的控制過程 ①鉆進(jìn)部分自動退讓。 推進(jìn)系統(tǒng)油液流動情況如下： 進(jìn)油路