鑿巖臺車(-鉆車)的設計

鑿巖臺車(-鉆車)的設計.液壓鑿巖臺車的設計\l“_TOC_250011“第一章：緒論 4\l“_TOC_250010“問題的提出 4\l“_TOC_250009“國外鑿巖臺車的爭論及進呈現(xiàn)狀 5\l“_TOC_250008“國內鑿巖臺車的爭論及進呈現(xiàn)狀 5\l“_TOC_250007“巖臺車的進展趨勢 6鑿巖臺車的全自動化進展趨勢 7鑿巖臺車的環(huán)?；M展趨勢 7鑿巖臺車的多樣化進展趨勢 7\l“_TOC_250006“本次設計的主要內容 8\l“_TOC_250005“其次章：鑿巖臺車的構造、原理和局部零部件的選型 8\l“_TOC_250004“總體構造和工作原理 9\l“_TOC_250003“鉆車工作機構 9推動器 102.2.2鉆臂 10回轉機構 12推動器平移機構 15第三章：局部零部件的SolidWorks建模與裝配193.1齒輪 19\l“_TOC_250002“3.2齒條 20\l“_TOC_250001“3.3前端蓋 21\l“_TOC_250000“3.4軸 213.5復合回轉機構裝配體.錯誤!未定義書簽。第一章：緒論問題的提出,國民經濟構造中根底設施建設始終占,在工程建設的眾多技術領域中隧道和地下工程技術格外突出。據(jù)來自于各方面的統(tǒng)計資料說明,至2023年年底,我國大陸已建成的鐵路隧道7400余座,4200km;1970余座,1000km;已建成運營的城市地鐵總長近200km,LPG等洞庫工程。從最近幾年的建設規(guī)模和速度來看,鐵路隧道和大路隧道分別約以每年300km和150km的建設速度在增長。正在規(guī)劃、設計和建設中的南水北調、西氣東輸和水電工程、LPG工程,也為隧道和地下工程事業(yè)的進展帶來了的、更大的機遇。從隧道和地下工程的數(shù)量、規(guī)模和建設速度來看,我國堪稱世界之最。在這些隧道中,中硬巖隧道占相當比例。承受的主要鉆眼方法有人工手持風槍配簡易臺架鉆眼法、鑿巖臺車鉆眼法和隧道掘進機法。鑿巖臺車鉆眼法在我國于20世紀80年月的長大隧道施工中被廣泛應用，但90年月以后,人工手持風槍配簡易臺架鉆眼法又再次被廣泛應用。對隧道施工而言,開挖是施工成敗的關鍵。人工手持風槍配簡易臺架鉆眼法本錢較低,但是工人勞動強度大、勞動環(huán)境惡劣、施工效率較低;鑿巖臺車有鉆孔速度快、能縮短非鉆孔時間、自動化程度高、施工安全、施工質量高、隧道開挖作業(yè)工作環(huán)境較好、施工作業(yè)的機械化水平較高,能實施超前鉆孔技術等優(yōu)點[1]。鑿巖臺車是隧道及地下工程承受鉆爆法施工的一種鑿巖設備，它能移動并支持Atlas,Tamarack等公司。當今，我國的道路建設正處于高速度進展時期，隧道的掘進和地下工程的進展與鑿巖臺車是密不行分的，特別是高性能自動化的鑿巖臺車，計算機把握的鑿巖臺車是以后的趨勢。而我國的鑿巖臺車的設計與制造與世界先進水平之間存在的差距是不容無視的，不管是從外觀還是內部性能，使用壽命。我國的道路建設和相關工程的高難度和特別性又加強了對高性能鑿巖臺車的依靠性，我國每年都要花大量資金從國外進口相當數(shù)量的工程機械，鑿巖臺車的進口就占其中的一局部，不僅花費了大量資金，臺車的保養(yǎng)和修理也是一個難題。因此，這些殘酷的事實告知我們，靠別人不如靠自己，高性能鑿巖臺車的研發(fā)和制造在我國已是大勢所趨，高性能鑿巖臺車將對我國的道路建設所帶來的意義是巨大的?；诖?，本次畢業(yè)設計為鑿巖臺車的設計[2]。鑿巖鉆車廣泛用于礦山巷道掘進和回采作業(yè)、鐵路隧道和國防工程等方面的施工。隨著鑿巖爆破工藝的不斷改善，鑿巖鉆車在生產建設中愈來愈顯示出它的優(yōu)越10m2無底柱分段崩落法對鉆孔角度的要求等，都是人力自由把握所難以保證的。但假設采用鑿巖鉆車進展鑿巖作業(yè)，不僅完全可以滿足上述各種要求，而且也為采礦過程自動把握制造了可能的前提條件。國外鑿巖臺車的爭論及進呈現(xiàn)狀國外研制液壓鑿巖機始于20世紀70年月,先后有美國Ingersoll2Rand公司、Gardner2Denver公司瑞典AtlasCopco公司Linden2Alimak公司芬蘭Tamrock公司、法國Eimco2Secoma公司、德國Krupp公司和日本古河(FURUKAWA)公司等投入力氣研制液壓鑿巖機及相關配套鉆車。其中瑞典 AtlasCopco 公司和芬蘭Tamrock公司生產的液壓鑿巖機及配套鉆車最具代表性,占有60%以上的市場份額。截止目前,無論是井下或露天掘進或采礦,都有相應的液壓鑿巖機供選用。如芬蘭Tamrock公司80年月初液壓鑿巖機只有3個系列,目前該公司的產品已進展到7個系列,從小型手持式到超重型,品種規(guī)格齊全。在進展回轉-沖擊式產品的同時,適用于軟巖上鉆孔的純回轉液壓鑿巖機也得到相應的進展。尤其是瑞典AtlasCopco公司能夠靈敏地依據(jù)用戶的某些特別要求,在某種基型產品上稍加改進,就可以組裝成專用產品,產品上的配套部件可隨不同地區(qū)和國家的不同環(huán)境而轉變,在輕型產品的研制中,大量承受塑料件來減輕整機的重量。液壓鑿巖機的外殼等多承受周密鑄造,從而使機器的構造緊湊,布局合理,外形也較美觀[3]。如今AtlasCopco公司生產的Cop系列液壓鑿巖機已經從Cop1022進展到最推出的Cop4050型重型液壓鑿巖機,Cop405040kW,裝配于Simba4450系列全液壓鉆車上,1993年成功用于瑞典盧基公司基律納鐵礦井下深孔采礦鑿巖,鉆鑿孔徑達115mm,這是傳統(tǒng)的潛孔沖擊器的工作范圍。潛孔鑿巖雖然能得到較好的孔直度,但速度較低。Cop4050能在兩倍于潛孔鑿巖速度的狀況下,得到幾乎全直的孔,并能使用通常的鉆管、釬桿或二者的組合。Tamrock公司生產的HL4000系列大功率超重型液壓鑿巖機,19842500t的比約納湖(Bjornevatn)鐵礦裝配Herbert鉆車用于露天礦山鉆鑿直徑230～275mm的炮孔,其鑿速相當于同級牙輪鉆機的116倍,而能耗僅為牙輪鉆機的1/2。由于液壓鑿巖機具有節(jié)能、高效、本錢低和作業(yè)條件好等顯著優(yōu)點,國外除地下鑿巖已推廣應用外,在中小型露天礦和巖石工程應用方面也有不小進展[4]。國內鑿巖臺車的爭論及進呈現(xiàn)狀1980年由長沙礦冶爭論院、株洲東方工具廠等單位研制成功我國第一臺用于生產的液壓鑿巖機YYG80，裝配于CGJ2Y型全液壓鉆車上在湘東鎢礦進展了工業(yè)試驗并通過了部級技術鑒定。由此拉開了國內研制液壓鑿巖機的序幕。相繼有北京科技大學、中南工業(yè)大學、長沙礦冶爭論院、馬鞍山礦山爭論院、中國礦業(yè)大學、煤炭科學院建井爭論所、沈陽風開工具廠、天水風開工具廠、衢州鑿巖機廠和宣化風10多個單位開發(fā)研制液壓鑿巖機和配套鉆車[5]，到了九十年月末期,我Cop1038H)、YYT30、YYG30、GGT70、YYG80AYYG90YYG250ACYY20(RPH200)YYG90ADZYG38B(仿Cop1238ME)等十二種機型通過了國家鑒定。其中沖擊能在150J以下的5種，其余7種沖擊能均在150～250J之間。可鉆孔徑大局部在40～50mm之間，只有YYG250A、YYGJ145、TYYG20DZYG38B型液壓鑿巖機可鉆孔徑大于50mm,120mmYYG80、YYT30YYG90A三種機型。12種型號中除3種為測繪仿制國外當時市場銷售的機型外，其余都是我國自行研制的[3]。CGJ25-2Y型全液壓鉆車,裝配兩臺YYG90型液壓鑿巖機,，1988年在汝城鎢礦使用時，與鏟插式裝巖機、214m×216m斷面中月進尺250m，掘進工效穩(wěn)步超過1m/工班的好成績，1991年在桓仁銅鋅礦制造過單臺單班進尺514～6m的好成績[6]。與法國水星系列液壓鉆車配套的HYD200和HYD300液壓鑿巖機由蓮花山有色冶金機械廠引進法國Eimco2Secoma公司技術生產，其國產化率已達95%，主要部件沖擊活塞壽命可達2萬m以上，各項指標均已到達國外同類機型的水平,已形成批量生產[6]。CTJY12-3YYGJ145AB741AT1541型液壓推動器及一個AF321型液壓工作平臺，是目前我國最大的具有80年月世界先進水平的地下掘進鉆車[3]。從上述可以看出,我國液壓鑿巖機的進展走的是一條自主研發(fā)與引進消化國外先進技術相結合的道路,經過幾十年的進展與探究已經初步形成了自己的產品規(guī)格與系列,到達了確定水平。但大多數(shù)廠家生產的液壓鑿巖機穩(wěn)定性指標均在500m左右(不拆機檢修)，而世界先進水平的瑞典產品則規(guī)定為6000m產的DZYG38B型液壓鑿巖機樣機的工業(yè)性試驗才到達這一世界水平的指標[3]。因此，國內液壓鑿巖機與國際先進水平尚存在很大差距，引進機型現(xiàn)在尚未完全國產化,其關鍵零部件仍依靠進口。究其緣由主要有如下幾個問題:一是高速、高壓下的密封構造和支承活塞運動的前、后導向套的構造；二是活塞、釬尾、導向套和密封材料的選擇與應用,以及材料熱處理和高精度加工；三是蓄能器隔膜的材料及壽命等。從而導致零件壽命低，密封不行靠，內外泄漏嚴峻，以及活塞研缸和導向套咬合等故障，造成國產液壓鑿巖機牢靠性指標下降[7]。巖臺車的進展趨勢隨著電液比例技術和自動化技術的進展及其在鑿巖臺車上的應用，鑿巖臺車呈現(xiàn)出從機械化向自動化、環(huán)?；?、多樣化進展的趨勢[8]。鑿巖臺車的全自動化進展趨勢隨著液壓把握和電子技術的進展和應用，鑿巖循環(huán)已實現(xiàn)自動化，即自動開孔、防卡釬、自動停機、自動退釬、臺車和鉆臂自動移位、定位以及遙控操作系統(tǒng)等。全自動化的臺車被稱為鑿巖機器人。由于這類鑿巖機器人主要用于隧道的開挖，又被稱為隧道鑿巖機器人。挪威、日本、法國、美國、英國、德國、芬蘭、瑞典及俄羅斯等國家的多家企業(yè)相繼參與了全自動化鑿巖機的研制工作。特別是近年來，液壓把握技術和計算機技術的結合更促進了鑿巖技術的進步，自動化鑿巖及自動鑿巖臺車也相繼消滅，并已到達有用化的程度[8]。鑿巖臺車的環(huán)?；M展趨勢為了降低噪聲，保護操作人員的安康和改善工作環(huán)境，一般選用液壓鑿巖機。這是由于液壓鑿巖機噪聲小，不會排出油霧和有害氣體。與氣動鑿巖機相比，液壓鑿巖機還具有動力消耗少、能量利率高、鑿巖效率高、沒有排氣噪聲等優(yōu)點。但是，90dB(A)100dB(A)左右，且聲能主要集中于1kHz一5kHz頻率段，仍在人耳敏感頻率范圍內。假設不實行噪聲防護措施，對施工人員的身體安康照舊有害。液壓鑿巖機的噪聲源主要有沖擊機構產生的噪聲、回轉機構產生的噪聲和釬頭裂開巖石產生的噪聲。液壓鑿巖機的噪聲主要由構造噪聲引起，液壓鑿巖機構造間隙、蓄能器參數(shù)、撞擊材料的特性以及連接件的松緊度等都是影響液壓鑿巖機噪聲的因素。要降低液壓鑿巖臺車的噪聲，應綜合實行多種措施。目前除了對液壓鑿巖機構造進展技術攻關、技術改造外，還在遠距離有線無線把握和設計研制全隔音駕駛室等方面取得了很大突破[8]。鑿巖臺車的多樣化進展趨勢目前世界上各大公司液壓鑿巖臺車的鉆臂、推動器和操縱系統(tǒng)等主要部件都已實現(xiàn)標準化和系列化。適用范圍廣，零件通用率高，可依據(jù)用戶的不同要求組裝成各種型式的臺車，實現(xiàn)了品種的多樣化，同時縮短了產品設計周期，產品更換代快[8]。國外大型臺車有定型和非定型兩類。定型臺車的工作斷面規(guī)格、鉆臂及其布置、鑿巖機、推動器配套規(guī)格，鉆臂安裝基座構件型式、鉆車底盤等均是定型的。當定型鉆車不能適應工程要求(主要是工作斷面、鑿巖生產率和臂數(shù)缺乏)時，則承受特地設計的非定型鉆車。它的主要工作部件如鉆臂、鑿巖機、推動器等與定型鉆車是通用的，不同之處在于依據(jù)用戶對掘進尺寸、外形、掘進速度等不同的要求選配鉆臂數(shù)、鉆臂在斷面的布置、安裝基座構件型式、底盤型式、舉升工作平面數(shù)量、液壓系統(tǒng)等[8]。另外為了適應各種施工的需要，鑿巖臺車還向著大型化和小型化的方向進展。本次設計的主要內容本次設計的主要內容是鑿巖臺車的構造設計和建模，包括液壓鑿巖機的設計、車橋及傳動的設計、液壓系統(tǒng)的設計以及工作機構的設計。我們是一個小組分工合作完成。液壓鑿巖機是鑿巖臺車的核心工作局部，屬于工作機構，實現(xiàn)最終的鉆孔工作。假設把整個液壓鑿巖臺車比作是一個人，鑿巖機就可以是手。車橋及傳動局部是整個臺車的行走機構，實現(xiàn)在臺車在工作時的運動，就像人體的腳的功能。液壓系統(tǒng)為臺車的一些機構供給運動的動力，同時也是各個機構工作的把握系統(tǒng)。就好比是人體的肌肉和神經系統(tǒng)。鑿巖臺車就是把一個或多個鑿巖機與一輛機車聯(lián)結起來，以提高鑿巖機的工作效率和質量，同時也減輕施工工人的負擔。而這個聯(lián)結鑿巖機和機車的局部就是工作機構，相當于人體的手臂。通過把握這個“手臂”的運動來把握鑿巖機的空間位置和運動，最終獲得要求的施工效果。工作機構是鑿巖機工作的傳動裝置，對鑿巖臺車能不能工作以及工作的效率的質量有著至關重要的作用。作者本次畢業(yè)設計的內容就是爭論和設計鑿巖臺車的工作機構。1-1DZ10型全液壓掘進鉆車其次章：鑿巖臺車的構造、原理和局部零部件的選型將一臺或幾臺鑿巖機連同自動推動器一起安裝在特制的鉆臂或鉆架上，并配以行走機構，使鑿巖作業(yè)實現(xiàn)機械化。鑿巖鉆車可分為平巷掘進鉆車、采礦鉆車、錨桿鉆車和露天開承受鑿巖鉆車等；依據(jù)鉆車的行走機構可分為軌輪、輪胎和履帶式；依據(jù)架設鑿巖機臺數(shù)可分為單機、雙機和多機鉆車?？傮w構造和工作原理依據(jù)平巷掘進作業(yè)和鉆孔布置的要求，以CGJ-2Y型全液壓鑿巖鉆車為例，來說明鑿巖鉆車必需具備的主要組成局部和它們的工作原理。圖2-1. CGJ-2Y型全液壓鑿巖臺車2-1812可使轉柱81910的軸線左右搖擺；利用支臂油缸54作上下左右的搖擺。推動器亦可借助俯仰油缸20和擺角油缸6作俯仰和左右搖擺運動。推動器可使安裝在推動器滑架上的液壓鑿巖機前進或后退。鑿巖時，推動器將給鑿巖機以足夠的推動力。借助由支臂油缸、推動器俯仰角油缸和擺角油缸以及相應的液壓把握系統(tǒng)等組成的液壓平移機構，可以獲得相互平行的鉆孔。單獨把握俯仰油缸和擺角油缸時，可鉆鑿具有確定角度的傾斜孔。通過翻轉油缸使推動器繞油缸的軸心線翻轉，以便獲得靠近巷道兩側和底部的鉆孔。由于上述各機構的相互協(xié)作，即可在巷道斷面內的任何部位鉆鑿各種方向的鉆孔。在推動器的前方安有釬桿托架2和頂尖7可使頂尖始終與工作面保持接觸。在鉆車車體上還布置著油箱與油泵站、操縱臺、車架與行走裝置、以及液壓、供電、供水、供氣等系統(tǒng)。為使車體在工作時保持平衡與穩(wěn)定，在車體上還裝有前后支腿1815。鉆車工作機構2-2所示。2-2.工作機構推動器推動器主要有鋼繩活塞式、風馬達活塞式、氣動螺旋副式。推動器的作用是:在預備開孔時，使鑿巖機能快速地駛向(或退離)工作面，并在鑿巖時給鑿巖機以確定的軸推力。推動器的運轉應是可逆的。推動器產生的軸推力和推動速度應能任意調整，以便使鑿巖機在最優(yōu)軸推力狀態(tài)下工作。2-3所示。2-3.鋼繩活塞式推動器鉆臂鉆臂是支撐鑿巖機的工作臂。鉆臂的構造和尺寸、鉆臂動作的靈敏性和牢靠性等，都將影響鉆車的適用范圍及其生產力氣。依據(jù)鉆臂的動作原理:有直角坐標、極坐標和復合坐標三種。直角坐標鉆臂具有鉆臂的升降和水平搖擺、托架(推動器)的俯仰和水平搖擺及推1912、俯仰角油20672-4所示。2-4.直角坐標鉆臂直角坐標鉆臂的優(yōu)點是簡潔，易設計、生產和操作。但缺點是不夠靈敏且直觀有死角。在實際生產中已根本被淘汰。2360°。支臂油缸32升降和旋轉。托架452-5所示。2-5.極坐標鉆臂極坐標鉆臂的構造和操作程序均有所簡化，油缸數(shù)亦有所削減。這種鉆臂可用以鉆鑿直線掏槽孔，亦可鉆貼近頂板、底板和側壁處鉆孔，從而大大地削減鑿巖盲區(qū)。操作時直觀性較差，司機看不到釬桿的運轉狀況，不易準時覺察和處理鑿巖時發(fā)生的故障。仍存在著確定的鑿巖盲區(qū)。既能在直角坐標內自由運動又能繞某一軸旋轉360度的鉆臂叫復合坐標鉆臂。46123和俯仰角油缸52-6所示。2-6.復合坐標鉆臂復合坐標鉆臂綜合了直角坐標鉆臂和極坐標鉆臂兩者的特點，它既能鉆鑿正面孔，又能鉆鑿兩側任意方向的鉆孔和垂直向上的錨桿孔及采礦用孔。本次設計為了到達最優(yōu)設計的目的，承受的是復合坐標鉆臂?；剞D機構回轉機構主要可分為：搖擺式轉柱、螺旋副式轉柱、極坐標鉆臂回轉機構幾種。搖擺式轉柱的構造特點是在轉柱軸3外面有一個可轉動的轉套2。鉆臂下端部和支臂油缸下鉸分別鉸接于轉動套上。當擺臂油缸1伸縮時，使轉動套繞軸線轉動，從而帶動鉆臂左右搖擺。搖擺式轉柱構造簡潔、工作牢靠．修理便利。如以以下圖2-7所示。2-7搖擺式轉柱搖擺式轉柱主要是用于直角坐標鉆臂。螺旋副式轉柱構造特點是轉柱本身即是一個內部帶有螺旋副的液壓油缸。如下2-8所示。2-8螺旋副式轉柱螺旋副式轉柱主要用于極坐標鉆臂。極坐標鉆臂回轉機構承受齒條傳動活塞油缸構造。由軸齒輪5、活塞桿齒條6、油缸21和回轉機構外殼等構成。鉆臂借助聯(lián)接器與中空齒輪5相聯(lián)，當向油缸一側供油時，隨著活塞的移動，通過齒條使齒輪轉動，從而帶動鉆臂轉動。為2-9所示。2-9極坐標鉆臂回轉機構這種回轉機構的主要特點是機構緊湊、外形尺寸小、運轉工作平穩(wěn)而靈敏，鉆360°。用于復合坐標鉆臂。本次設計承受的就是極坐標鉆臂回轉機構。推動器平移機構在鉆車中常用的平移機構有機械式平移機構和液壓平移機構兩大類。屬于機械式平移機構的有:剪式、平面四連桿式和空間四連桿式等幾種；屬于液壓平移機構的有無平移引導缸式和有平移引導缸式等。剪式平移機構因外形尺寸較大、機構繁冗和鑿巖盲區(qū)較大，故巳被淘汰。平面四連桿式平移機構常用的有內四連桿式和外四連桿式兩種。兩者工作原理一樣。只是因四連桿機構安裝在鉆臂的內部或外部而有所區(qū)分。內四連桿式平移機構如以以下圖2-10所示。當鉆平行孔時，只需將俯仰油缸3處于中間位置即可。此時，因AB=CD、BC=AD，構成四邊形ABCD的四個連桿實質上是AB桿垂直于車架，CD桿垂直于推動器水平軸線。當通過支臂油缸4使鉆臂升降時，AB桿與CD桿始終保持平行，使推動器的軸