ZDY760全液压钻机液压系统设计.pdf

第3 0 卷第6 期煤矿机械 V 0 1 ．3 0N o ．6 2 0 0 9 年6 月C o a lM i n eM a c h i n e r y J u n ．2 0 0 9 Z D Y 7 6 0 全液压钻机液压系统设计 王健 浙江杭钻机械制造股份有限公司，杭州3 1 0 0 1 6 摘要介绍了一种新型钻机液压系统，简述了该系统的工况分析、主要参数、相关液压原理、 液压系统图，说明了产品的主要组成部分结构和详细的设计计算过程，选取了部分经验数据，并对 设计结果进行验算。 关键词工况分析；主要参数；钻机液压系统图；结构特点 中图分类号T D 4 2 1 ．6 文献标志码A 文章编号1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 6 - 0 0 0 3 0 3 D e s i g no fZ D Y 7 6 0D r i l l i n gH y d r a u l i cS y s t e m W A N GJ i a n Z h e j i a n gH a n g z h o uD r i l l i n gM a c h i n eM a n u f a c t o r yC o ．，L t d ．，H a n g z h o u3 1 0 0 1 6 ，C h i n a A b s t r a c t An e wk i n do fh y d r a u l i cd r i l l i n gs y s t e ma si n t r o d u c e d ，i n t r o d u c e dt h ea n a l y s i so fw o r k i n gc o n d i t i o n ，m a i np a r a m e t e r s ，t h er e l a t e dh y d r a u l i cp r i n c i p l ea n dt h es y s t e md r a w i n g ．T h em a i np a r t sa n dt h e d e t a i l e dd e s i g n i n gp r o c e s sa r ei n t r o d u c e d ．T h ed a t aW a sc h o s e nb ye x p e r i e n c ed u r i n gt h ec o u r s e ，a l s o c h e c k e dt h ed e s i g nr e s u l t ． K e yw o r d s a n a l y s e so fw o r k i n gc o n d i t i o n ；m a i np a r a m e t e r s ；d r i l l i n gh y d r a u l i cs y s t e md r a w i n g ；s t r u c t u r e 1 Z D Y 7 6 0 钻机主要参数 根据煤矿市场的调研，用户需求Z D Y 7 6 0 全液 压钻机的主要技术参数为 1 回转参数 高速档转速／r m i n 一 低速档转速／r m i n 一 1 0 2 8 0 1 0 1 3 6 销轴受力可以按两端固定梁考虑 见图5 。d 销轴直径； 图4 销轴结构简图 图5 销轴的受力情况 由牵引力P 所产生的支座反力和最大弯矩 R R 口 P ／2 肘一 P L ／8 8 3 0 2 5 0N m m ， 式中 ￡一销轴两支座间距离。 销轴可能达到的极限弯矩 M 。 2 0 “ 。S ； 1 26 5 47 2 0N m m 式中S ，半截面的静矩，对直径为d 的圆截面 2 S ， d 3 ／6 ； 3 盯。材料的屈服强度，对4 0 C r 钢盯。 5 4 0 M P a 。 销轴的安全系数 ／1 , M 。／肘一 1 5 ．2 故安全可靠，满足设计要求。 3 结语 通过对平板车主要结构件进行设计计算，产品 载重大，整体高度小，运输效果好；结构更加简单， 尺寸更紧凑，重量更轻；运行阻力小，维护方便，完 全满足整体运输大吨位液压支架使用要求，能够保 证煤矿安全生产运输的需要。 参考文献 [ 1 ] 王志勇，夏琴芬．煤矿专用设备设计计算[ M ] ．北京煤炭工业出 版社，1 9 8 4 ． [ 2 ] 高明霞，朱启彦，郑广才，等．M P C 2 0 6 型矿用平板车强度校核 [ J ] ．铁法科技，2 0 0 5 1 3 2 3 5 ． [ 3 ] 秦强．矿用蕈型平板车的结构设计[ J ] ．煤矿机电。1 9 9 9 5 惦一2 0 ． 作者简介胡美红 1 9 7 3 一 ，河北磁县人，工程师，1 9 9 6 年毕 业于河北理工学院机械设计与制造专业，现在河北天择重型机械 有限公司从事煤矿机械设计工作，电话0 3 1 0 5 2 8 2 2 0 2 ，电子邮 箱s f z z q s o h u ．c o m ． 收稿日期2 0 0 9 一O l 0 8 ‰ 、 ‰ 万方数据 V 0 1 ．3 0 N o ．6 Z D Y 7 6 0 全液压钻机液压系统设计王健第3 0 卷第6 期 最大扭矩／N m 7 6 5 主轴内径／m m 6 0 2 给进参数 给进行程／m m 6 5 0 给进力／k N 2 6 给进速度／m 8 ～0 ～0 ．4 7 起拔力／k N 4 3 起拔速度／m s 。1 0 0 ．2 8 3 使用范围 钻孔深度／m 1 5 0 终孑L 直径／m m 。1 7 5 钻杆直径／m m4 2 、5 0 2 液压系统工况分析 负载与运动 1 钻机回转部分 本钻机的回转为2 档无级变速l O ～2 8 0 m ／s 和 1 0 ～1 3 6 m ／s ，最大转矩M 一 7 6 0N m 。 液压马达工作阶段的负载分析l 液压马达的负 载随着地质层的结构变化而变化，地质层坚硬时， 液压马达的负载增大，需调节液压系统，减少液压 马达的流量，降低液压马达的转速，保证输出的转 矩稳定；地质层疏松时，液压马达的负载减小，需调 节液压系统，增加液压马达的流量，提高液压马达 的转速，要求输出的转矩稳定。 工作时液压马达的流量是随着负载的变化进 行调节，但输出的转矩要求稳定。由经验可知，这 种工况决定液压系统 钻机的回转部分 采用变量 泵一定量马达的组合方式。 在变量泵一定量马达的回路中液压马达的输 出转矩 r m V mA p 。叩。。 K 。1A p 。 1 式中 7 。液压马达的机械效率； k 液压马达的排量； △p ；F 一液压马达进、出口压力差； K 。1 常数。 由式 1 看出液压马达的输出转矩与变量泵的 调节参数无关，而仅与A p 。有关。若△p 。 常数， 则液压马达在不同转速下 即在不同的调节参数 下 ，均能使输出转矩恒定。 参考大转矩、低转速摆线液压马达的性能参 数。摆线液压马达在一定的转速下，输出的转矩都 达不到本钻机的技术参数要求。因此在液压马达 。的输出部分连接了变速箱，回转传动经变速后输 出。变速部分是2 档变速，变速比分别为O ．8 4 和 1 ．7 6 ，推算油马达输出的转速 n 。 n d i 2 3 9 ．3 6r ／m i n 2 最大转矩 Ⅳ眦。 肘一／i 4 3 1 ．8 2N m 3 式中i 变进比，i 1 ．7 6 。 2 钻机的给进部分 液压油缸的负载在钻杆回转给进时，提供相 应的给进力 即下压力，钻头垂直作用在工作面上 的力 2 6k N ；随着钻孔深度的增加，增加钻杆时快 速回升卡盘时，所需的起拔速度O ．2 8m ／s ；起拔钻 具时提供最大的起拔力4 3k N 。 3 液压系统主要参数 3 ．1 初选系统压力 系统压力选定的是否合理，直接关系到整个系 统设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况 下，若系统压力选得过低，则液压元件的尺寸和重 量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得 较高，则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。 但系统压力不能选用过高，高压力对制造精度要求 过高。根据经验本钻机的液压系统工作压力选定 为1 7 M P a 。 3 ．2 计算液压马达排量和液压缸尺寸 1 计算液压马达排量 V m - - 器_ 1 8 9 1 0 ’6 m 3 ／r 4 式中r 液压马达的负载转矩，N m ； △p _ 液压系统压力，P a 。 2 计算液压缸尺寸 本钻机采用的液压缸结构为单活塞杆液压缸。 无杆腔为工作腔时 起拔 ，有 P l A l - p 2 A 2 5 F 4 3k N 有杆腔为工作腔时 给进 ，有 P l A 2 - p 2 A l 6 ’，c m F 2 6k N 式中P ，液压缸的工作腔压力； P 2 液压缸的回油腔压力； A 。液压缸无杆腔的有效面积， A l , t r D 2 ／4 ； A 液压缸有杆腔的有效面积， A I 霄 D 2 一d 2 ／4 ； D 液压缸内径； d 活塞杆直径； R 液压缸的最大工作力； F 液压缸的最大外负载； ，7 。f 一液压缸的机械效率，一般取 7 。 0 ．9 - 0 ．9 7 。 选取，7 。 O ．9 5 ，背压为0 ．5M P a ，杆径比为0 ．6 2 。起 拔时，计算得D 5 8 ．7 5m m ，d 3 6 ．4 2 5m m ；给进 时，计算得D 5 9 ．1 5m i l l ，d 3 6 ．6 7m m 。选取本钻 4 万方数据 第3 0 卷第6 期Z D Y 7 6 0 全液压钻机液压系统设计王健 V 0 1 ．3 0 N o ．6 机的液压缸D 6 3m m ，d 4 0m m 。 4 计算液压马达和液压缸所需流量及总功率 1 液压马达的最大流量 g 一 kn 一 4 5 4 8 6m L ／m i n 7 式中n 一液压马达的最高转速 参考工况分 析部分 。 2 液压缸的最大流量 4 5 5N m 。 2 液压缸 本钻机的液压油缸选用6 3 ／4 0 的车用液压油 缸。 ． 3 液压泵 ①确定液压泵的工作压力 P 。2P l A p 1 7 ．5M P a q 。。 AV m a x 5 23 6 9 ．7m L ／m i n 8 式中P 。执行元件 液压马达 的最大工作压 式中A 液压缸的有效面积；力； V m a x 液压缸的最大速度 起拔钻杆时，此 时回转器不工作 。 本液压系统中，液压马达和液压缸为并联联 接，流量不是同时达到最大，因此选取执行元件的 最大流量为5 23 6 9 ．7m L ／m i n 。 液压系统的最小流量，根据经验公式可算出 q m i n 5 23 6 9 ．7 1 5 ％ 5 49 8 8 ．2m L ／m i n 9 3 计算液压马达和液压缸的总功率 P P 万q l m i ．1 5 ．3k W 1 0 一， f1 一”、1 ”， J U ．， 式中p 液压系统压力，P a 。’ 5 拟订液压系统图 由前述可知，本钻机液压系统采用变量泵、定 量马达和液压油缸的回路。液压系统原理如图I 所示。 图1 液压原理图 1 ．电动机2 ．变量油泵3 ．截止阀4 ．过滤器5 ．油箱 6 ．冷却器7 ．过滤器8 ．多路换向阀9 ．单向节流阀 l o ．液压马达儿．单向减压阀1 2 单向节流阀1 3 ．给进油缸 1 4 ．截止阀1 5 ．夹持器1 6 ．液压卡盘1 7 ．给进压力表 1 8 ．起拔压力表1 9 ．系统压力表 6 主要液压元件的选择 1 液压马达 根据式 3 和式 4 的计算结果，参考液压马达 的性能参数，本钻机选用摆线液压马达K 1 9 5 m L ／r ，其性能参数表明在1 7M P a 时，转矩可达到 卸一按经验数据选取，△p 0 ．5M P a 。 ②确定液压泵的流量 q 。≥K ∑q 一 5 4 ．9L ／m i n 式中’ K 系统泄漏系数，一般取K 1 ．1 ～ 1 ．3 ，大流量取小值，小流量取大 值； ∑q 一执行元件的最大流量。 ③根据压力、流量选取液压泵的型号 液压泵的性能参数额定排量为4 0m L ／r ，额定 压力为2 0M P a ，最大工作压力为2 5M P a 的柱塞泵， 即可满足系统需要。此时液压泵的流量为5 4 ．1 L ／m i n o ④确定驱动液压泵的功率 P 。堕塾1 7 ．9k W ’ 刀p 式中’7 ，液压泵的总效率，取叼。 0 ．8 6 。 由转速及功率确定电动机的型号 1 8 ．5k W 、 14 7 0r ／m i n 。验算流量符合假设电机转速的设定 值。 7 液压系统的发热计算和验算 1 发热计算 Q P “一P 。。一Q o 6 ．4 8k W 式中P 。。液压泵的输入功率； P 。，一执行元件的输出功率； q 。油箱、管道散热功率。 由此确定冷却器的大小。 2 验算 按照选定型号的液压泵、液压马达、液压缸样 本上的技术参数进行验算，能够达到本钻机要求的 性能参数。系统温升可以得到控制。 参考文献 [ 1 ] 章宏甲．液压传动[ M ] ．北京机械工业出版社，2 0 0 2 ． [ 2 ] 官忠范．液压传动系统[ M ] ．北京机械工业出版社，1 9 9 7 ． [ 3 ] 成大先．机械设计手册[ K ] ．第4 版，北京化学- r 、I l , 出版社， 2 0 0 2 ． 作者简介王健 1 9 7 1 一 ，女．浙江杭州人，1 9 9 5 年毕业于 西安交通大学动力系，中级职称，从事相关煤矿设备的开发设计 工作． 一5 一 收稿日期2 0 0 9 0 1 1 5 万方数据 ZDY760全液压钻机液压系统设计ZDY760全液压钻机液压系统设计 作者王健， WANG Jian 作者单位浙江杭钻机械制造股份有限公司,杭州,310016 刊名 煤矿机械 英文刊名COAL MINE MACHINERY 年，卷期2009,306 参考文献3条参考文献3条 1.章宏甲 液压传动 2002 2.官忠范 液压传动系统 1997 3.成大先 机械设计手册 2002 本文链接