简述国内外凿岩台车站臂的几种液压平动机构.pdf

1 9 8 9 年第 7期 煤矿机械 简述国内外凿岩 台车钻臂 的几种液压平动机构 上海 渫研所王 毒t 凿岩 台车钻臂 上的平动 机构是 为减少 调 整炮孔位 置 的辅助 时问，提高炮 眼利用 率和 掏槽 炮孔 的平 行精度，增 加爆 破效 果， 从而 提 高凿岩 劳动 生产 率而专 门设置的。 机械平动 机构如平 行四 连杆 虽简 单， 、 当支臂 长度 较 大时， 连杆的长 粗比太大 ， E 用加载架配砝 码 ，加载 示意 图如 图 2所示 。 五 、实 验结果 与分析 实验 测 得各测点 的应力 值 ，由 曲 线拟 合 ，求 得各边 界棱 上应 力分布 曲线如 图 4所 示 与有 限元计 算 曲线o． e] 楣 比，两 种方 法所 得结果 是吻合 的，最大 相对 误差 在1 O 埘内，在 目前实验 条件下 ，完全 能满 足矿 山 精度 的要求 。 L1 Ll 棱 遵 应 力 丹 布 1⋯4 应 方 曲 城 L， ‘ L， 被 遗窟力丹 布 1 4有 限元 盘力 瞳 缦 囤4赛 验应 力分 析 蛄 果 与有限 元蛄 果 出较 曲 缦 实验 应力分析所 得臂 壳应力分布状 态， 为摇臂结构设计的改造提供了以下依据， 1．臂 套 两端 由于横 截 面小，且有 载荷 直接作用 ， 则 应力值 很 大， 为避免 这种 应 力不均匀 的严重现象 ，可 考虑臂套 中间部分 断 面尺 寸，在壳 内传动 齿轮 满 足强度要 求 的 条 件 下，尽可 能减小 。同时适 当加大 两侧 断 面尺寸，使整个臂壳强度相差减小，既节省 材料， 又能提高装 煤效 率。 2．摇臂输入 轴套 伸出空心轴和 滚 筒轴 套与中间臂套 连接 的截 面，受应力 最集 中，很容 易在 该两 处断 裂或塑 性 变 形。 因 此 ，最好在 这 两处设计 成凸缘结 构， 以增 大 强度 且凸缘与臂套用过渡曲线连接，截面 逐 渐减 小 ，以免 应力集 中，又不影 响装煤效 果 。 由上可见 ，模型实验 应力分析 ，应用 于 采煤 机摇臂是 完全可行 的，且具有一 定的实 用 价值 。避免 了大规模 、大劳动量 的采煤机 试验 的不 便， 为采掘机械 的实验 室研 制试验 提供 了线索。随 着对采 煤机 强度 分析 的不断 深入 ，将会 得 到更有 效 的实验 分析方 法，与 有限元分析 相结合，从 而使采 煤机 的强度 分 析更 精确而 趋于完善 。 参考文做 1张扣一 ． 菌 耀祯t 实验 应力 骨折 2 丁 予晨 信载工 况 下鞋蓑 机 珈t ■度 的研 究 ， 矿 山 机 械 时 ． 8 [ 0翟咏 华 扳薄攥 腰 果煤 帆插 t竞幛 的嗫度 爰动矗特性骨折t 疆士侍立 维普资讯 煤矿机械 1 9 8 9 年第 7期 至刚度 不易保证 ，这就 大大地 限制了它的使 用范 围。液压平动 机构具有尺 寸 小 、重 量 轻、机 构紧凑 、操 作灵活 等优 点，可用 于各 种形式 的钻臂。 由于液压平动机 构不存在 平 行四连 杆机构的 刚度 问题，因 此适合用 于较 长和较 重的钻臂， 符合 快速掘 进 中打 中、深 孔炮 眼的要求 ，可增 大循环进 尺，提高掘 进 生 产 率 。 液压 平动 机构 的形式 一般可 分 为不加平 动缸的和加平 动缸 的两 种，其平动 原理 又可 根据 两油 缸安装在钻臂 的异侧和 同侧 而有所 不 同 。 一 、 不加 平 动 缸 的 平 动 机 构 1．两缸在 钻臂异侧 见 图 1。 A 图1 AB为钻臂臂 杆，缸 1是使 钻臂 升 降 的 支臂 油缸，缸 2是 使推进器 上有凿岩 机 俯仰 的油缸，△ AcD～△BEF ， 各对 应 边 边长之 比为常数 K， AB为两三 角形 公共边， 故两三 角 形各对 应 边互 相平行。缸 1举升钻 臂 a仰 角时， 其伸 长 量 △a CD 一CD。 由于采 用 丁图 2的 回路， 缸 1的小腔 有 活 塞 杆腔 ，下 同 与缸 2的 大 腔 无 活 塞 杆 腔 ，下 同 相连， 这时 缸 2 也 随 之 伸 长 △a EI F 一EF， 令 △a ／ △a CD／ EF K，则cD△aK xEFK △a ， 即 K CD△a ／ EF△a CD ／ Et F ， 该 式表 明，只要 两 油缸伸 长量 下 降时 圈2 闱l ， 闻2 一手 动 挺 向 闻； 闱 8， 网 4，问 5、 嘲 B一 双 向{ 奁压镀 为伸缩量 之比 为常数 K。 那 么钻臂 在 上升 或 下降时两三 角形 仍相似， 推进器 则始 终保 持 与 初始 位置 平 行。 为保 证 两油缸伸 长量 收 缩量 之 比为 常数 K，必 须合理 选择 两油缸 的缸径 ，缸 1 活塞 杆的粗 细以及 由 油缸，臂杆 和联接 座等 所构 成的三 角形尺寸 和可 靠 的液压 回路 详 细计 算略。 液压 回路动作 原理操 纵阀 1，压 力油 通过 阀 1， I珂 3 同时打 开 阀 3 、阀 4 同时打 开 I珂4 进入 缸 1大腔，其 活塞杆 伸 出举升 钻臂 ， 缸 I 小腔 回油经阀 4、 I 珂6 同 时打 开阀 6 进入缸 2大腔 ， 缸 2活塞 杆 伸出 将 推进 器下俯 ，缸 2小腔 回油 经阀6 、 I珂3和 阀 1回油箱 ， 阀 1换 向后，压 力油 通过 阀 i 经阀 3 同时打开 阀 3 、 阀 6 同时打开 阀 6进入缸 2小 腔， 缸 2活塞杆 收缩 ，推 进器上仰， 缸 2大腔 回油经阀 6， 闽 4 同 时打开 阀 4 进入 缸 1小腔 、缸 1活塞 杆收 缩，钻臂下 降 ， 缸 1大腔 回油经 I 珂4、 I珂 3和 阀 1回油箱 。 当操纵 I珂 2时 ， 缸 2单 独运动 ， 使推进器俯或仰， 以满足打不同倾角的炮眼 2．两缸在钻臂 同侧 见 图3 有 时 由于结构 上的 限制， 缸 2需放在 缸 1 的同侧， 这时△ACD巳不相似于AB E F， 维普资讯 1 9 8 9 年第 7期 煤矿机械 1 3 圉 3 但只要保 证AC K xB E ，AD K xB F ， △a K△a ，并选定台适的工 作 区，即 确定两缸的初始安装角与钴臂的最大仰角和 俯 角， 使工作 区域 内两 缸的对应 转角 △ 口 △口 ，则 推进器始终 与初始 位置基 本 平 行 其误差在 允许范 围内， 详细计算 略。 图 4回路与 图 2所不 同的是 缸1 、 缸 2小 腔 相通 ， 即缸 1伸长钻臂 上升， 这时 缸 2收 缩使 推进器 下俯 ，缸 2伸长使推 进器 上仰 ， 这 时缸 1收缩 钻臂下 降。 围4 二 、加 平 动 缸 的 平 动 机 构 由于不 加 平动 缸的平动机构 ，缸 2的缸 径 较大，有时 考虑 到布置在 前面有 困难，而 且从受力 角度 来看 缸径 并不 需那么大，所 以 有 些钻臂采用 加平动 缸的平动机 构， 下面从 Ta m r o c k Z RS 7 0 0 H钻臂采 用 的平动 机构 为例， 见图 5。 缸 1是 平 动缸， 缸 2 是 俯仰 缸， 缸 8为 支臂缸 ，缸 1与缸 2的缸径 和活 塞杆粗 细相 同 缸径大小根 据缸 2的受 力条件 确定 ， 缸 1 缸 2安装在 钻臂 同侧， 其 平动 原理 同前 下面 来分析 此钻 臂所采用 的 液压 回 4 圉6 是 溢流 阀，超过 载保护 I阀 5、 阔 6 阈 7 和 阀 8是 平衡 阀，主要是 使油 缸运动平 稳并 起锁紧 作用 动作 原理压 力油通过 阔 i， 经阔 7中 的 单 向阀进入 缸 8大腔 ，同时打 开闻 8， 缸 3活塞 杆伸 出举 升钻臂， 缸 3回油经阀 8、 阀 l回油箱 ， 由于缸 1活塞杆连在 臂秆上， 故缸 1 被迫伸出， 压出小腔油进入缸 2小腔， 使 缸 2娃 缩， 这时推进器 下俯， 缸 2大脏油 画 到缸 1大腔， 阔 1换 向后，压 力油 通过阀 1， 经阀 8中的单向阔 进入 缸 3小腔， 阀 时 打开阔 7、缸 3活塞杆收缩使钻臂下降，缸 8大腔回油经阔 7 、 阈 1回油藕 ，同样缸 l 话塞杆被 迫收缩 ，缸 1大腔油 进 入 缸0大 腔，缸 2活塞杆伸 长使推 进器上仰，缸 2小 腔油 回到缸 1 小腔 ，从而使 推进器始终 与初 始位置 平行。 阕 8 ， 、闷 4用 于缸 2由于某 种 维普资讯 煤矿机械 i 0 8 0 年第 7期 外 力使 压力上升时 的高压通道 。 使 用 阀 2 时 ，压力 油 同时动作在 缸 1、缸 2大腔或 同 时 作用在缸 1、缸 2小 腔， 由于缸 3 缸径 大于缸 l、缸 2 被平衡 阀锁 住不动，从而 缸 1也不动．缸2单 独 运动， 以满 足打不 同倾 角的炮眼。 阀 2采用 Y 型换 向阀， 当 缸 2回油进入 缸 1稍有 不足时， 可进行 补油， 以弥补 制造 上的误差和管 路上 的微量 泄漏。 以上简述 了垂直方 向上的两种 形式 的液 压平动 机构，水平 方 向上 的平动 同样考虑 。 但对 于具体采用 怎样的液 压平动 机 构只能 根 据所确定 的钻臂 结构 来定 。对于极 坐标钻臂 来说，缸 l 和缸 2一 般采 用同侧布置， 却只 要 满足垂直方 向上的平动 即可 ，对直 角坐标 钻 臂来说 ，不 仅要 满足垂直方 向上 的平 动， 还要满足水平方向上的平动，在垂直方 向， 考虑 到钻臂 头部着地 ， 缸1 与缸 2一 般采用 异 倒布 置。有些直 角坐标钻臂 的推进器只能在 旋 转平 面内的特定位置 1 2 点⋯即凿岩机 在 推进器正上面 ， 或l 2 点和6 点一一 推进器转 1 8 0 。 实现 平动， 究其原因是 由于这 些推进 器在其它位置 时缸 2被旋转 了一 角度，造成 了既不符台 异倒布置 又不符合 同侧布置 的情 形，故平动 失效。 这就是 说，钻 眼时 必须将 推进器调整在这二位置上，方能使打出的炮 眼互相平行。这 使 得钻 眼的辅助时 间增加， 影响掘 进速度。欲使 推进器旋 转任何 角度钻 臂都 能保持平动 ，缸 2的位 置应布 置在 与旋 转油缸无关 的地方。 下面介 绍At l a s Co p c o 的BUT3 0 液压钻臂 完全平动 的 结 构 和 原 理 ． 钻臂 为直 角坐标 型式，结构如 图 1。 平 动 由缸 1和缸 2、缸 l 和缸 2 组 成，油缸 为异侧布置 ，缸 1与 缸 l 尺 寸 相 同， 缸 2 与缸 2 尺寸相 同，缸 1、缸 2与缸 1 、缸 2 的缸径 比倒 、 所组 成三角形的 安 装 尺 寸 等 的设计 同前 。缸 3是 来复式旋 转油缸，旋 转时 与缸 2和缸 2 无关， 故能 达 到 推 进 器 左 ． 1_ tJ 籍 i _ - n 日7 ． 在 任何 角度 位置仍保持 平动。 现在 我们 来看液 压 回路是 怎样保证 推进 器平动 的。 见图 8 。 阀 1 是 先导控 制阀， 由操纵手柄 控制 4 个减 压 阀a 、b 、c 、d j 阀 2、阀 8，阀 4， 闻 5和 闻6 是 二位 滑 阀 阀 7是 二位 手 动换 向 阀，用 于卸荷， 阀 8、 阀 9为弹簧对 中型 液 控换 向阀I阀1 0 、 阀l 1 是 双 向液 控锁 ，阑 l 2 、阀1 3 、 阀1 4 和 阀1 5 是 平衡 阀， 主要使 油 缸运 动平稳并 起锁 紧作 用I 闻1 6 、闻l 7 为逻 辑阀，控制平 动和使 平 动 失 效 ，阀1 8 、闵 l 9 、阀2 O 和 阀2 1 是 单 向液控锁， 阀2 2 是减压 阀 。 其动作原 理如下 ； 1．钻臂 下降 操 纵阀 1手 柄将b 、c 压 下，从阀2 2 来的 控制油经过b 、c 分别流向闻 5、阀 3。 自阑 3来的控制 油作 用在 阀 9右 边将 阀 9打开， 压 力油通过 阀 9经阀1 1 同时打 开阀1 1 、 阀 1 4 中的单 向阀进入缸 2 小腔， 同 时 打 开 阀2 0 ， 缸 2 大 腔回油经阀2 0 、闻1 9 进 入 缸 l 小腔 ， 同时打开 阀1 3 压 力 油 l璺 阀 4作 用在 阀 1 6 、阀】 7 上，故阀 1 6 ，阀1 7 关闭． 缸 1 大腔 回油经阀1 3 、阀 n 、阀 9 回油箱 ， 同时 自阀 5来的控制油作用在阀 8左边将阀 8打 开、压力油 通过阀 8经 阑1 0 同时打开 阀1 0 、阀1 5 中的单向阀 进入 缸 2小 腔。 同 可 维普资讯 l 9 8 9 年第 7期 煤矿机械 1 5 ▲ 脚 8 时打开阀2 1 ， 缸 2大腔 回油经阀2 1 、阀1 8 进 入缸 1小 腔， 同时打开阀1 2 阀1 6 关闭 ， 缸 1 大 腔 回油经 阀l 2 、阀1 O 、阀 8回油箱 。 由于缸 1、缸1 同时收缩使 钻臂 下 降， 缸 2、缸 2 也 同时收缩使 推 进器 上 仰，从 而保证推进器平动。 2．钻 臂上升 操纵阀 l手 柄将a 、d 压下 ，从 阀2 2 来 的 控 制油经a 、d 分 别流向阀 2、 阀 6 白阀 2 来 的控 制油作用在 阀 9左 边将阀 9打开， 压 力袖通过 阀 9经阀 1 1 同时 打开阀n 、阀 1 3 中的单 向阀 进入缸 1 大腔， 同时 打 开阀 1 9 ， 缸 1 小腔 回油经 阀1 9 、 阀2 0 阀 1 7 关 闭进 入缸 2 大腔， 同时 打开 阀1 4 、 缸 2 小 腔 回油经阀1 4 、阀l 1 、阀 9回油箱， 同时 白阀 e来的控制 油作用在 阀 8右边 将阀 8打 开，压力 油通过阀 8经阀l O 同 时 打 开阀 1 O 、阀 1 2 中 的单 向阀进 入缸 1 大腔 ， 同时 打开阀1 8 ，， 缸 1小腔 回油经阀1 8 阀1 6 关 闭、阀2 1 进入 缸 2大腔， 同时打开阀 1 5 ， 缸 2小腔 回油经阀1 5 、阀1 O 、阀 8回油箱 。 由于缸 1、缸 1 同时伸长使钻 臂上升 ， 缸 2、缸 2 也 同时伸长使 推进器 下 俯， 从 而 保证 推进 器平动。 8．钻臂 向左 右 摆动 操纵 阀 1手柄将a 、b 压 下，从阀2 2 来的 控制油 经a 、b 分别 流 向阀 2、阀 5。 自阀 2 来 的控 制油作 用在 阀 9左 边将阀 9 打开 ， 压力 油通过 阀 9经阀 1 1 同时 打开闽1 1 、阀1 3 中 的单 向阀进入 缸 1 大腔 ， 同时打开阀 1 9 ， 缸 1 小腔 回油经阀I 9 、阀2 O 阀 1 7关闭 进 入缸 2 大腔， 同时打开阀 1 4 ，缸2 小 腔 回 油经 阀 1 4 、阀l l 、阀 9回油箱J 同时 白阈 5 来的控制 油作 用在阀 8左 边将 阀 8打开 ，压 力油 经阀 8、阀1 0 同时打开阈1 O 、阀1 5 中的单 向阀进 入缸 2小腔， 同时打 开阀2 1 ， 缸 2大腔 回油经阀 2 1 、阀1 8 阀 1 6 关闭进 入缸 1小腔 ， 同时 打开阀1 2 ，缸 1大腔 回油 经阀l 2 、阀l 0 、阀 8回油箱 。 ， 由于缸 1 、缸 2 伸长，缸 1、缸 2收 缩，故钻臂 向左摆 ，推进器 向右 摆， 从而保 证推进器平动。 当操纵阀 1 手柄 将c 、d 压下时， 缸l 、 维普资讯 1 6 煤矿机械 1 9 9 年第 7期 缸2 收缩，缸 1、缸 2伸长，这时 钻臂 向右 摆动，推 进器 向左摆 ，从而保 证推 进 器 平 动， 其 回路可 类似分析 。 4．钻 臂斜线 上升 或下 降 操纵阔 1 手柄 将b 压下，从 阀2 2 来 的 控 y 制 油通过b 经 阀 5作用在 阀 8左 边 将 阀 8打 u 开，压 力油通过 阀 8经阈1 0 同 时 打 开阀 茸9 1 0 、阀1 5 中 的单 向阀进入缸 2小腔， 同时 时 ，钻臂不 动作 。 回路分析 从略。 打开阀2 1 ，缸 2大腔 回油 经阀2 1 、阀1 8 阀 此外 ，操 纵阁 1 先导控 制J 珂时，可 1 6 E进入缸 l 小腔，同时打开阀1 2 ，缸 * 通过对手柄的控制实现对弹簧对中型液动换 l大腔 回油经 阀1 2 、阀l 0 、阀 8回油箱 。i 廷 向阀 的 比例控 制 ，使 油缸 获 得 不 同 的速 由于缸 2、缸 1收缩，缸 1 、缸 2 无 度 。 压力油 进入被锁 住，钻臂 向左 、 向下作复合 At l a s Co p c o BUT3 0 钻臂 解决 了推进 运动 ，推进器 向右、 向上 作复台运 动， 推进 器在 旋 转平面 内的平动 问题 。 器保持平动。 以上讨论都是假定推进器的初始位置是 操纵阔 l手柄将c 压 下，缸 2 、缸1 收 垂直工 作面 的 。 当推进 器在垂直 平 面和水 平 缩，缸 1、缸 2无压力 油进入被锁住 ，钻臂 平面 内的初始位 置不正 时，必 然使 平动产生 向下、向右作复 合运动， 推进器 向上 、 向左 误差， 下面简介 推进 器在 垂直 乎面的初始位 作复合运 动，推进器 保持平动 。 置不 正 时所 产生 的角度 误差， 见 图1 0 。 维普资讯 1 9 f 9 年第 7期 煤矿机械 ‘ i 7 ‘ 渐开线圆柱直齿轮成形刀具 齿形设计的微机计算 史_同矿务局机 电修配厂主蛊愉 对于渐开线成型刀县曲齿形设计，采用 坐标计 算法，十分繁 杂，叉不 易检验正 确与 否。 我局从七十年 代初 采用 “ 计 算 一作 图 法”设 计， 虽简化 了计算 ，可 以对特 殊 点进 行校 验，但 却需作放大 图， 靠 目测坐 标值的 太小 ，误 差难 以控制 。近年 来，我 厂 利用 P B 一 7 0 0 型个人计算机，采用B AS I C 语 言进 行 程序 控制，对 成形刀具 进行 辅 助设 计，取 得 了 良好 的效 果 。 P B一 7 0 0 型计 算 机 是 日 本 C AS I O公司 1 9 8 3 年下半 年推出的最 新产品，其 功能优 于 S h a r p PC一 1 5 0 0 型微机 。它具 有能扩 充到 1 6 K字节 的大 容量随机 存 贮器 RAM，可 以 存 贮直 1 5 0 0 0 个字符 的正式程 守 ， 有 4行 2 0 字符的大屏幕显示器，高精度、宽幅面可 以绘制各 种图形、表格 的四色绘 图打 印机和 微盒 式 录音机 ，可以在 0 ～4 O ℃的 环 境 温度 下稳定地 工作。 利用微机 进行 成型刀具齿 形辅助设计 的 过程 为t提 出计算任 务建立数 字模型一 画 程序 流程 图 方框 图一编 制程序一 上机运 算 ，输出打印结果。 一 、设计任 务 已知圆柱直齿轮参数如下 模数 r a1 2 齿数 z2 2 分 圆 压 力 角 0 tI 20。 齿 顶 高 系 数 f 1 径 向 间 隙 系数 CoO ． 2 齿厚减簿量 △S 0 变位系数 lO ． 2 根据齿轮参数，要求计算打印渐开线及 过渡 曲线各点坐标值 。 。 二 、建 立教 学摸 型 齿 形渐开 线部 分的计算 参见 图l 、 表 1。 齿根过渡 曲线类 型的确定和 计算 参见 图 2、 图 3 表 2。 圉 l渐 开 巍齿 彤 及样帆 一 E F ／ 2 B F B E ，推进器运动 中 的 角度 变化 △ q ． dE BF一 9 0 。 △卢 ， 推 进器 与工 作面总的 角度偏 离 △ △卢 A a， 一△ a ， △Y为正值 时表 示推进器 下俯，为负值时 推 进 器上仰，当推进器初 始 位置上 仰时 ， △卢以负 值 代入 。 水平平面内的角度误差同样考虑。实际 计算还应 包括制造时 产生 的误差。 1 ； 0 J ～ 算 ～ ～计 ～ ● ● ● ～计 m ～设 ～ ；a L 维普资讯