[机械毕业设计论文]井下瓦斯抽放钻机设计说明书.doc

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1、目 录1.1引言11.2 概述3 122 钻机整体设计分析61.3 钻机主要用途61.4钻机组成部分61.5、钻机工作原理82 总 体 设 计9 2.1设 计 总 则9 2.2 已 知 条 件9 2.3 马达的选择与计算9 2.4液压缸13 2.4.1液压缸已知参数14 2.4.2液压缸几何参数的计算14 2.4.3液压缸性能参数的计算153 减速器的设计计算193.1国外减速器现状193.2国内减速器现状193.3 各级传动比分配及总传动比203.3.1 总传动比203.3.2 传动比的分配213.3.3 传动系统的运动和动力参数计算213.4传动零件的计算223.4.1 a-b齿轮副设计计

2、算：223.4.2 c-d齿轮副：283.4.3 e-f齿轮副：344 轴的设计及校核计算454.1 花键轴的设计计算：454.2 空心轴的设计计算484.3 轴承的选择与校核计算524.4 键的选择与校核计算54如需要图纸等资料，联系QQ1961660126如需要图纸等资料，联系QQ1961660126是学位论文又是毕业论文中华人民共和国国家标准VDC 001.81、CB 7713-87号文件给学术论文的定义为：学术论文是某一学术课题在实验性、理论性或观测性上具有新的科学研究成果或创新见解的知识和科现象、制定新理论的一种手段，旧的科学理论就必然会不断地为新理论推翻。”（斯蒂芬梅森）因此，没有

3、创造性，学术论文就没有科学价值。三、创造性学术论文在形式上是属于议论文的，但它与一般议论文不同，它必须是有自己的理论系统的，不能只是材料的罗列，应对大量的事实、材料进行分析、研究，使感性认识上升到理性认识。一般来说，学术论文具有论证色彩，或具有论辩色彩。论文的内容必须符合历史唯物主义和唯物辩证法，符合“实事求是”、“有的放矢”、“既分析又综合” 的科学研究方法。一般普通刊物（省级、国家级）审核时间为一周，高质量的杂志，审核时间为14-20天。核心期刊审核时间一般为4个月，须经过初审、复审、终审三道程序。3.期刊的级别问题。国家没有对期刊进行级别划分。但各单位一般根据期刊的主管单位的级别来对期刊

4、划为省级期刊和国家级期刊。省级期刊主管单位是省级单位。国家级期刊主管单位是国家部门或直属部门。如需要图纸等资料，联系QQ19616601264.4.1 轴上键的选择与校核544.5 轴系部件的结构设计55 4.5.1 轴承盖的结构设计554.6 轴外伸处的密封设计574.7 套筒的设计574.8 减速器箱体的设计584.9 油面位置及箱座高度的确定605钻机其他部件的设计605.1立柱的设计605.2夹持架的设计：615.3 机架的设计：626 钻机的操作和日常维护626.1 钻空操作：626.2 常见故障分析与处理方法636.3 钻机的维护、保养656.4 井下安装试车666.5 下井运输6

5、66.6 地面试车677结论69致 谢70参考文献71摘 要1963年，设计民微型Hydrack钻机。这是一种非常轻而短的钻机，其行程为851mm。采用三速齿轮箱，其最大转矩为691Nm，有效钻孔推力为2145公斤。设计钻杆较小，直径为41.3mm，长为762mm，也带锥形螺纹接头，称为ET/A型钻杆。ET/A型和最初的ET/N型钻杆是抽放瓦斯的两种标准钻孔设备，现已包括在英国煤炭部第613/1974号样本中。钻机有一个带滑板的机架，由滑板支撑。钻头安装在滑座上，由液压马达、变速齿轮箱和推力套以及供水旋转接头组成。在机架内滑座下是液压缸。机架上钻孔末端的导向夹持器用来固定和支持钻杆。Hydra

6、ck钻机是由由组标准件装置组成；动力设备这是一个装有液压油的油箱，下面有滑橇，便于运输。一台电动机和液压泵及其它辅助设备，如回油过滤器、安全阀、加油泵、油箱通气管以及湿度安全开关都安装在油箱上面。控制盘为四个装置中最小的。包含有钻孔功能的控制阀，指示转矩的压力计以及钻头上的钻进压力。装配式机架当准备钻孔时，机架支撑着钻机。机架形式多种以适应不同钻孔地形变化，有H型机架、A型机架和单支柱支座。后两项是根据钻机使用者提出来的要求设计的。液压油通过挠性液压软管从动力装置站输送到控制盘，然后进入钻机。软管一般长4m，能适应各种装置的定位。关键词：动力设备 控制盘 装配式机架ABSTRACTHydrac

7、k gas drilling rig is the first for the electro-hydraulic drilling rig, the rig before most of the air-powered. Drill pipe and bit by a hydraulic motor through the rotating six-speed gear box; to be thrust into power and the trip from 815 mm to achieve the hydraulic cylinders, with rack and pinion s

8、ystem to process will be carried out twice. About the most torque 949 Nm, a way to about 1702 mm bit on the effective thrust of about 2,794 kg. Diameter drill pipe design for the 60.3 mm, for the 1524 mm long with a cone-shaped male connector, commonly known as EF / N-type drill pipe. 1963, the desi

9、gn of the micro-Hydrack rig. This is a very short period of Qinger drilling rig, his trip to 851 mm. A three-speed gear box, the largest of its torque to 691 Nm, effective drilling thrust 2,145 kg. Design drill pipe smaller diameter of 41.3 mm, length of 762 mm, also with cone-shaped male connector,

10、 called ET / A-type drill pipe. ET / A-type and the initial ET / N-type drill pipe is the drainage of two standard gas drilling equipment, including in the United Kingdom is now No. 613/1974 of the Ministry of Coal samples. Hydrack drilling rig is installed by the group composed of standard parts; D

11、rill - a rack with skateboards, skateboards support. Bit installed in the sliding seat, by the hydraulic motors, Biansuchilun me and thrust as well as sets of component supply rotary joint. On the rack, slide under the hydraulic cylinder. Bored end of the rack-oriented holder used to support the dri

12、ll pipe and fixed. Power equipment - which is equipped with a hydraulic oil tank, following a slip-ski, makes it easy to transport. A motor and hydraulic pump and other auxiliary equipment, such as the return to the oil filter, safety valve, and pumps, tank airway and humidity safety switches are in

13、stalled in the fuel tank above. Control panel - the smallest of the four devices. Bored functions include the control valve, pressure gauge and the instructions of torque on the drilling bit pressure. Rack assembly - when the preparations for drilling, rack supports drilling rig. Rack to adapt to a

14、variety of different forms of drilling terrain changes, H-rack, A-frame and single-bearing pillars. The latter two are based drilling rig users to the requirements of the design. Hydraulic oil through hydraulic flexible hose from the power plant station transmitted to the control panel and then into

15、 the rig. General long hose 4 m, to adapt to the positioning devices.Keyword: Power equipment Control panel Rack assembly1 绪论1.1引言 煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。但是目前我国的煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要。因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运搬、提升的机械化。其中运搬包括运搬和辅助运搬。绞车就是辅助运搬的其中一种。我国绞车

16、的发展大致分为三个阶段。20世纪50年代主要是仿制设计阶段;60年代，自行设计阶段；70年代以后，我国进入标准化、系列化设计阶段。科技与装备是煤矿安全生产的有力保障。我们的总体目标是，省属煤矿瞄准世界先进水平，加快矿井机械化、自动化和信息化建设，力争到2008年，采掘机械化程度达到95%以上；市县属以下煤矿加快采掘机械化和支护钢铁化进程。 一是加快提升矿井装备水平。制定了全省煤矿技术改造规划，分类提出了技术改造的重点内容和重点项目。大中型煤矿以发展综合机械化为重点，加大采掘、机电、运输等主要设备的技术升级和更新改造，提高装备现代化水平。目前，省属煤炭企业综采装备达到133套，综掘装备208套，

17、采掘机械化程度分别达到93.7%和94.8%。新矿集团三年来投入6亿多元，上综采设备28套，综掘设备46套，综采综掘机械化程度由2002年的几乎为零发展到2005年的80%和55.3%。 二是积极推进煤炭生产工艺改革。针对山东煤炭赋存条件差、薄煤层开采量大的实际，以提高安全保障水平和资源回收率为目标，在总结先进适用技术的基础上，突出抓了全省煤矿50项新技术推广，加快淘汰落后生产方式，加大自主研发力度，在大倾角综采、构造复杂条件下综采、薄煤层机采、极薄煤层螺旋钻机采以及快速掘进等方面取得了重大突破，最大限度地减少了炮采、炮掘。对无法实行机械化作业且不能保障安全生产的煤层，一律禁止开采。 三是加快

18、煤矿信息化步伐。以自动化技术改造矿井提升、供电、胶带运输、排水等主要生产系统，加速建立安全监测监控系统，对矿井上下各环节主要设备运行状态和瓦斯、煤尘、火、水、顶板压力等实行全过程、全方位监测监控，部分重点岗位实现了无人值守。在全省煤矿全部推广应用数字化瓦斯远程监控系统的基础上，到去年底省属煤炭企业实现了内部联网。龙矿集团投资1.5亿元，建成了全数字通讯网络、矿井综合自动化控制和安全生产监测监控等数十个系统，实现了公司内部信息网络化、监控数字化、操作自动化、管理信息化。 四是大力开展科技攻关。充分利用全省煤炭系统己建成的1个国家级、5个省级技术中心，引导企业走产学研联合之路，集中攻克影响安全生产

19、的共性、关键性技术难题。“十五”期间，共完成科技成果787项，其中国家“863”科技攻关项目5项；有114项成果获省部级以上奖励，2项获国家级奖励。600米厚表土层井筒施工、600万吨综采工作面设备配套、海下采煤、大水矿区深部开采注浆帷幕截流、无人运输监控系统等技术的实施，有些填补了国内空白，部分成果达到国际先进水平。目前全省正在进行的高承压岩溶水突水机理、高地压软岩巷道支护等11项重大课题的技术攻关也取得重大进展。 五是切实加大安全投入。抓住近年来煤炭市场好转的有利时机，采取多种措施筹集资金，严格落实国家和省有关煤炭生产安全费用、维简费用和科研费用的政策规定，加强费用提取使用监管，督促企业加

20、大投入，用足用好国家政策，确保科技、装备和安全生产需要。对国家支持的安全技改项目，全部落实配套资金。凡因投入不足造成事故的，从严追究有关责任人的责任。“十五”期间，省属煤炭企业安全生产投入60多亿元，其中2005年达到17.2亿元。 六是强化安全技术管理。健全了以总工程师为核心的安全技术管理体系，配齐配强采掘、机电、通防、地测防治水等专业技术部门及分管副总工程师，明确要求大型煤矿工程技术人员占到企业生产定员的5%，中型煤矿占到4%。企业对技术部门负责人、矿井总工程师的任命，都要征得总工程师的同意；总工程师负责组织制定煤炭生产安全费用使用方案；对总工程师做出的安全技术决策，其他副职不得否定。1.

21、2 概述钻机主要用于露天矿山开采，建筑基础开挖，水利、电站、建材、交通及国防建设等多种工程中的凿岩钻孔。与常见的凿岩机相比，具有钻孔深、钻孔直径大、钻孔效率高、适应范围广等特点，是当前通用的大型凿岩钻孔设备。在凿岩设备的研究开发方面，瑞典的阿特拉斯科普柯、芬兰的汤姆洛克、美国的英格索兰、日本的古河等企业已经走在了行业的前列，它们均推出不同品牌和系列的一体化潜孔钻机。这些公司的产品经过几十年甚至上百年的积累、改进与发展，无论是设计、选材还是制造水平都处于国际领先地位。其中瑞典的阿特拉斯科普柯公司和芬兰的汤姆洛克公司生产的液压凿岩设备占全球产t一半以上。现在阿特拉斯科普柯收购了英格索兰钻机部山特维

22、克收购了汤姆洛克，特雷克斯也已收购了美国的Reedrillo我国是一个快速发展的多山国家，矿山、能源、水电及国防等基础建设领域中各种凿岩开采的工程十分浩大。目前绝大部分大型高性能凿岩钻孔设备均依赖进口。根据(工程机械“十一五”发展规划)预测，化工原料和建筑材料是“十一五”期间发展的重点。虽然矿山开发总量增加有限，但是随着向规模化、集约化发展，小水泥厂将被关闭，大型石材矿山行业将得到快速发展，这些势必促进矿山企业更新开采设备，以提高自身的机械化水平。(工程机械“十一五”发展规划)在重点发展领域和重点产品中指出，在潜孔钻机领域要优先发展高气压和半液压产品，以满足金属、水泥矿山推广大直径深孔采矿法的

23、需求。预计2006年凿岩机械将达到100000台的市场规模，其中大型钻机及钻车将达到1 000台左右。长期以来，以中南大学和北京科技大学等为主的高校及相关科研院所一直致力于凿岩机械研究，推动了国内凿岩机械的发展。1972年冶金工业部组织原中南工业大学(后与其他高校合并为中南大学)与长沙矿冶研究院研制液压凿岩钻车和液压凿岩机。1980年我国第一台CGJ2丫型液压凿岩钻车和YYG80型液压凿岩机通过了冶金部的鉴定。随后北京科技大学和中国煤炭科学院等10个单位参与了凿岩机械的研究工作，并开发出一系列产品。其中，中南大学在纯国产化液压凿岩设备研制中成果比较突出，除CGJ2丫型液压凿岩钻车外，国内第一台

24、用于实际生产的KZL120型露天液压钻车、配套的YY6250重型液压凿岩机以及CGJS-2YB型铁路隧道半断面钻车都由该校研制成功。值得一提的是，这些成果不是照搬国外技术，而是在机构上有所创新，并且形成了一套独具特色的理论研究和设计方法。不仅如此，国内几家凿岩机械制造企业也为我国钻凿设备的发展做出了一定的努力。但随着市场化逐步推进，有些企业因为体制上的束缚，技术创新严重滞后，产品性能难以得到提升，高档次的国产液压凿岩设备始终没能形成大气候，这种影响一直延续至今。同时，我国凿岩机械市场受到进口产品的严重冲击，在众多的重点工程中，国外设备几乎一统天下。湖南山河智能机械股份有限公司与中南大学智能机械

25、研究所有着长期的合作，其在矿山机械研究方面有着深厚的技术底蕴。2003年，湖南山河智能机械股份有限公司在广泛调研、对比分析国外产品的基础上，立项开发出SWDA165型高性能一体化液压潜孔钻机，填补了国内空白，产品性能达到国际先进水平。2004年，根据市场需要，又相继开发了以内燃机为动力的SWDB165和SWDB120型液压潜孔钻机，得到用户一致认可，其产品在湖北、重庆、安徽等地的工程中得到广泛应用。SWD系列的一体化液压潜孔钻机现已小批量生产，并在多次招投标中，以优异的性价比获得用户的首肯。国内潜孔钻机行业存在的问题，国外的潜孔钻机在接卸杆处都装有急停拉线与控制传感器，能及时防止事故的发生及扩

26、大，防止人员的伤害及机器的损坏，安全保护措施周到;在设计上坚持以人为本的思想，驾驶环境舒适、安全、操作方便、劳动强度低并配t多种辅助机构。在动力头与钻架上还装有指示箭头，使接卸杆的到位情况一目了然，操作快捷方便，工作效率高。国内工程机械有很多产品的结构、功能与国际著名品牌的产品形似而神非，有些只是依葫芦画瓢，照搬照抄，或只做些表面文章。简单的仿制导致设计结构及参数不能合理匹配，该注意的方面没有注意到，使用时间一长，一些隐含的深层次问题就逐渐攀露出来，如系统匹配、热平衡、油温及可靠性等方面问题。存在漏油、渗油等现象，外购、外协件的质量难以保证，许多细节没有得到很好处理。随着我国经济的发展，人们生

27、活水平的提高，对产品质量与使用性能的要求也相应提高。国家重点工程因工期短，因此施工单位要求设备要具有高质f,高效率的特点，能够降低人力资源成本。国内企业需开发出高档产品，提高产品可操作性以满足国内市场的需要，并力争出口。国内制造企业下一步应开发机动灵活、适应性强的臂架式一体化液压潜孔钻机。为了提高工作效率，降低能耗，还要进一步开发液压露天钻车，以及矿井下使用的潜孔钻机与液压钻车。在使用过程中不断发现问题，并在设计与生产中改进，不断完善各种性能。另外，应特别注意保养与维护。国外的潜孔钻机都编制了详细的使用维修说明书，规定了严格的操作规程，要求操作者严格执行。进口潜孔钻机价格昂贵，备品、备件供货周

28、期长，价格不菲，因而使用单位一般也会严格按操作规程操作，并注意维修和保养，所以其使用起来故障少，使用寿命长，生产效率高。而国产潜孔钻机价格相对来说就便宜得多，备品、配件供货也容易得到保证，相比之下使用单位对国产潜孔钻机的使用要求就有所松懈，操作者常不能严格按操作规程操作，不注意维修与保养。因此，设备制造商应要求用户建立设备的详细档案，包括设备日常工作情况记录表、维修保养记录表，并要求用户对工作场地进行平整与整理，提高设备生产效率，重视管理所产生的巨大效益。国产潜孔钻机如果能在设计上再完善一点，选材上再可靠一点，制造上再精细一点，并注意维护和保养，在工程施工中同样也会发挥很好的作用，以高性价比的

29、优势与进口设备抗衡，并完全有可能取代进口设备。一个高科技企业发展壮大的墓础是科技创新，其产品只有在实际应用中不断完善、更新才能获得用户的青睐。目前，我国井下采用的一般坑道钻机不能高效、经济地钻进瓦斯抽放孔，这是因为它们重量大，搬运困难，或者重量虽轻，但扭矩和给进力等技术参数又不能满足需要，加之煤矿井下环境的制约，大钻机更无法施展其能力，直接影响采煤安全和生产进度。因而，在煤层开采过程中，迫切需要一种能满足煤层瓦斯短钻孔预抽放要求的轻便、强力、高效的钻机。1.2.1 短钻孔瓦斯抽放钻机总体设计方案借鉴国外在施工瓦斯抽放孔钻机方面的先进技术与经验，针对我国矿井巷道环境条件和采抽工作特点，利用优化设

30、计原理，结合众多参考资料，我们设计出一种适应性高的强力短钻孔瓦斯抽放施工用钻机。钻机设计是以能高效、优质、安全、低耗钻进短钻孔为前提，使设计的钻机技术先进，经济合理，具有良好的经济技术指标。在满足主要技术性能参数的条件下，尽可能地做到重量轻、解体性强、易搬迁和工效高。这种短钻孔瓦斯抽放钻机的设计思路如下：（1）钻机采用分组式布局，整机由主机、泵站、操纵台3大部分组成。各部分之间用高压胶管连接，以便在不同场地摆布灵活， 操作安全方便。（2）不用液压卡盘和液压夹持器，以便大大降低重量和成本。（3）钻杆采用螺纹扣式或插销式的螺旋钻杆，加接钻杆在孔口和回转器之间进行。（4）液压系统采用双泵开式循环系统

31、，主泵管回转，副泵管给进。（5）若采用其他常规钻探工艺方法，可在主轴过渡接头和钻杆之间，加接一个送循环液的水便装置。1.2.2 钻机整体设计分析短钻孔瓦斯抽放钻机总体可分为机械部分和液压系统两部分。机械部分主要是回转器、给进装置和机架的主机；液压部分包括泵站和操纵台1.3 钻机主要用途钻机是一种主要用于煤矿井下钻进瓦斯抽放孔、超前排放孔、煤层注水孔、通风孔、地质勘探孔、锚杆孔及其其它工程孔等的设备。一般，煤矿用钻机采用液压传动，主要由泵站、动力头、油缸推进机架、立柱和操纵台等组成。这种钻机具有体积小，重量轻，操作简便，解体性能好，数分钟之内便可完成分解或组合，便于搬迁，该机不仅占地面积小而且能

32、适应各种不同工作环境的需要。1.4 钻机组成部分（1）泵站泵站主要由电动机、泵、油箱、溢流阀、冷却器、过滤器、空气滤清器以及底架组成。泵站是钻机的动力源，电动机通过联轴器驱动泵旋转，产生旋转油路和推进油路两路不同流量、压力的压力油，其压力分别由各油路上的溢流阀来调整，经高压油管输送到操纵台，回油经冷却器、精滤油器后流回油箱。油箱是用钢板焊接而成的密封箱体。结构简单，重量轻，采用整体密封，可使油液保持清洁。为了保持液压油的清洁，延长液压元件的使用寿命，系统上设置有粗、精过滤器，在精过滤器的入口装有一只压力表，用来反映过滤器是否堵塞。此外，泵站上还设有一个溢流阀，可以保护系统不会超压。（2）动力头

33、动力头主要由液压马达、主轴、壳体及水辫轴等组成。在压力油的作用下液压马达驱动主轴旋转，再通过水辫轴给钻具传递旋转运动和扭矩。（3）油缸推进机架油缸推进机架主要由油缸、导轨架、机架、拖板架、夹持器等部件组成。油缸前端通过拖板与动力头相连。动力头的进退是通过油缸伸缩来实现的。泵站提供的小量油供给油缸，使油缸的推进速度为1.4m/min,为了减少辅助时间，也可将泵站的大流量油供给油缸，从而实现油缸带动动力头快速进退。机架主要起支撑和推进动力头、拆装钻杆的作用。机架下面有三个卡块，是用于与立柱相连的。夹持器有两种形式分别适用于直径42mm的光钻杆和直径70mm的螺旋钻杆，以适应在不同的岩层中钻进。（4

34、）安装架安装架主要由底架、立柱、整体抱箍、横梁、上、下、支承座等组成。是支承、安装机架（包括动力头）的装置。其锚固在顶底板之间，上、下、支承座可调整机架的安装角，即可满足钻孔的倾角的要求。立柱由内立柱、外立柱、丝杆、千斤顶等组成。该钻机采用两个立柱前后布置的型式。它可以起到支撑机架中心高在0.91.5m间调节。现场钻孔中心高度需要调节时，可通过调节管卡的位置来实现。（5）操纵台操纵台主要由台架、多路换向阀组、节流阀（微调）、压力表、胶管等组成。操纵台的作用是通过各操纵手把实现钻机的各种动作，对钻机实行集中控制。多路换向阀组由三片阀组成，分别控制马达的正反旋转、推进油缸的快速进退和正常进退。多路

35、换向阀的下端有一个溢流阀是控制动力头的正转压力，上端有一个溢流阀是控制动力头反转压力。节流阀可调节推进速度。快速进退阀片可将旋转油路的大流量压力油合并至推进油缸，实现快速进退。在仪表板上有两只压力表，右边的指示主油路压力值，左边的是指示推进系统压力值。（6）钻具钻具包括钻头、钻杆。此钻机采用岩石和煤层两种钻头。岩石钻头为三翼硬质合金三级组合钻头，煤层钻头为二翼硬质合金钻头。钻杆分为光钻杆和螺旋钻杆两种，一般采用圆形锥螺纹连接，具有强度高、拆装方便和对中性好等优点。根据需要，螺旋钻杆可选用牙嵌卡子联结结构，使钻具在卡钻时可以反转，提高抗卡钻能力。1.5 钻机工作原理钻机采用全液压传动,大泵供油实

36、现马达及动力头输出轴旋转,输出转速和扭矩。小泵供油实现动力头推进、夹持器夹紧、卡盘松紧以及主机调整倾角。钻机的各种动作由多路换向阀进行集中控制。根据钻进阻力的大小,通过旋转调速阀手轮调节钻机推进速度。通过控制快速进退阀,可将旋转阀片的大流量油合并至进给油路,实现进给油缸的快速进退。倾角调整机构中设有调斜油缸和平衡阀,防止倾角调整过程中因多路阀或油缸等内泄造成机架下滑或颤动2 总 体 设 计2.1设 计 总 则1、煤矿生产，安全第一。2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求。3、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定。4、技术比较先进，并要求多用途。、2.2 已 知 条 件已知设计数据如下

37、：动力头输出扭矩：T=500 Nm输出转速：n1=200 r/min n2=60 r/min进给油缸推力：F=43750N推进速度：v1=00.9171.4 m/min正常退回速度：v2=010.11m/min快速退回速度：v3=014.085 m/min钻进深度：h=150m (使用螺旋钻杆)锚固力：160KN钻杆直径： =50mm钻孔倾角： 2.3 马达的选择与计算液压马达习惯上是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置.一、液压马达的特点及分类 从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之

38、，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素-密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。 液

39、压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500rmin的属于高速液压马达，额定转速低于500rmin的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式 和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不

40、需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。二、液压马达的工作原理1.叶片式液压马达 由于压力油作用，受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决定。由于液压马达一般都要求能正反转，所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置单向阀，为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封，因此在叶片根部应设置预紧弹簧。 叶片式液压马达体积小，转动惯量

41、小，动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合，但泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。 2.径向柱塞式液压马达 径向柱塞式液压马达工作原理，当压力油经固定的配油轴的窗口进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，由于定子与缸体存在一偏心距。在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为 。力可分解为 和 两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为，柱塞直径为，力和之间的夹角为 X时，力对缸体产生转矩，使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。 以上分析的一个柱塞产生转矩的情况，由于在压油区作用有好几个柱塞，在这些柱塞上所产

42、生的转矩都使缸体旋转，并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。3.轴向柱塞马达轴向柱塞泵除阀式配流外，其它形式原则上都可以作为液压马达用，即 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理为，配油盘和斜盘固定不动，马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作用下外伸，紧贴斜盘斜盘对柱塞产生一个法向反力，此力可分解为轴向分力及和垂直分力Q。Q与柱塞上液压力相平衡，而Q则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角的改变、即排

43、量的变化，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生转矩越大，转速越低。4齿轮液压马达 齿轮马达在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外；为了减少启动摩擦力矩，采用滚动轴承；为了减少转矩脉动齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。 齿轮液压马达由干密封性差，容租效率较低，输入油压力不能过高，不能产生较大转矩。并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化，因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用干工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。三、计算总机械传动效率由于马达输出转速较高，不能直接满足负载（钻头）

44、对扭矩的要求，需配置机械减速机构。该减速机构是三级减速，利用圆柱齿轮传动来实现，查机械设计手册知：三级圆柱齿轮减速器效率为。取1、计算马达输出扭矩设传动比为。（1）计算马达实际输出扭矩 其中：（2）计算马达理论输出扭矩其中：2、计算马达工作压差设马达入口压力，出口压力，则马达工作压差为 3、计算马达的排量根据能量守恒定律有：，则 其中：4、计算马达的流量5、马达外型尺寸为 121209查机械设计手册选用CMGF2040型齿轮油泵马达，其技术参数见表1：CMGF2040理论排量（）额定压力（）最高压力（）理论扭矩（N.m）工作（压力）扭矩（N.m）功率（kw）19.2输出转速（r/min）500

45、2.4 液压缸液压缸又称油缸，是一种将输入的液压能转换成机械能的能量转换装置，用来驱动工作机构作直线或小于360度的回转运动。液压缸具有结构简单，工作可靠，制造容易和使用维护方便等优点，是应用最广的液压执行元件。 转向缸在液压缸中被广泛应用。它在伸出的时候（液压杆从缸体中伸出），由于缸体一端是耳环，并没有被固定，所以在伸出的时候本身会转动。它被用于各种转向机构中。比如说产斗车的悬臂是由两个转向缸够成，它们控制悬臂的旋转，使铲斗能挖土。 液压缸的设计计算步骤： 1.根据主机运动要求，按表23.6-39选择液压缸的类型。根据机构的结构要 求，按表23.6-40选择液压缸的安装方式。 2.根据主机的

46、动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。如液压缸的推力速度，作用时间，内径，行程及活塞杆直径等。 3.根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计。如缸体的壁厚，缸盖结构密封形式，排气与缓冲等。 4.液压缸性能的验算。一、液压缸工作原理：液压传动原理以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。?1、动力部分将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）。例如： 液压泵。2、执行部分将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。例如：液压缸、液压马达。3、控制部分用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。例如：压力控制阀、流量控制阀和方向控

47、制阀。?4、辅助部分将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封等作用。例如：管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。 5、在一定体积的液体上的任意一点施加的压力,能够大小相等地向各个方向 传递.这意味着当使用多个液压缸时,每个液压缸将按各自的速度拉或推,而这些速度取决于移动负载所需的压力.6、在液压缸承载能力范围相同的情况下,承载最小载荷的液压缸会首先移动, 承载最大载荷的液压缸最后移动. 为使液压缸同步运动,以达到载荷在任一点以同一速度被顶升,一定要在 系统中使用控制阀或同步顶升系统元件.2.4.1 液压缸已知参数（1）油缸推力：（2）正常推进速度：（3）正常退回速度：（4）初定液压缸的工作压力 （5）取液压缸机械效率2.4.2液压缸几何参数的计算（1）取,所以： （2）计算液压缸内腔截面积一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为 解上式得： （3）计算液压缸内径