潜孔钻机底盘设计作业.doc
《潜孔钻机底盘设计作业.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《潜孔钻机底盘设计作业.doc（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
潜孔钻机底盘设计
学院：
机电工程学院
班级：
机械1214班
学号：
asdasdassadsa
姓名：
dasad
钻孔机械底盘设计
一、前言
钻孔机械的结构特点和性能决定了它在露天矿山开采、水电工程、筑路等石方工程钻孔等作业中具有名明显优势。
潜孔钻机是一种新型节能、高效凿岩设备，广泛地适用于中、小型矿山及筑路、国防、水利和石方工程中的大直径炮孔凿岩作业，也是露天矿山前期开采必不可少的凿岩设备，尤其适用于其它钻车无法正常作业的凹凸崎岖地势。
该机结构紧凑、操作方便、凿速快、效率高，整机可拆性好，搬运极为方便。
其作业环境要求其具有稳固的底盘机架及强有力的行走马达和悬浮履带保证优秀的可移动性，高的爬坡能力和在恶劣场地机动性。
功率较大，要保证其高效节能改用齿轮传动输出，达到最大节能的目的，免去更换叶片的烦恼。
整机适合人体工程学的设计，视野宽广及操纵杆的易操作性，更增加了操作人员的舒适性和生产效率。
履带底盘主要产品由马达和减速机一体化行走装置、钢履带、链轨、驱动轮、导向轮、支重轮、拖链轮、涨紧机构等组成。
具有结构紧凑、性能可靠、经久耐用、操作方便、维护简单、能耗少、经济性好等特点。
适用与锚固钻机、水井钻机、旋喷钻机、潜孔钻机、坑道钻机、水平定向钻、挖掘机、扒渣机、掘进机、高空作业平台、农业机械等。
底盘结构性能特点如下：
1. 支承主机重量，具有前进、后退转弯行走之功能。
2. 橡胶履带采用日本技术生产的建筑机械型，承载能力、牵引力大，噪音低，不伤及柏油路面，具有良好的行驶性能。
3. 配有内藏式低速大扭矩马达行走减速机，具有高通过性能。
4. 形行走架，结构强度、刚度大，利用折弯加工。
5. 支重轮、导向轮采用深沟球轴承，一次性加黄油润滑，免使用中维护和保养加油。
6. 轴端双密封结构，保证润滑油密封不外漏，并能防止泥水进入轮腔。
7. 支重轮，导向轮、驱动轮齿采用合金钢并经淬火处理，耐磨性好，使用寿命长，已经成批量生产
结合潜孔钻机的工作需求及履带式底盘结构的性能特点，因此，综合考虑本设计围绕履带式行走底盘的相关资料对其进行相应的设计及创新。
二、主要设计内容与关键技术
（1）设计任务
a.履带底盘结构分析及其确定；
b.产品的用途估计；
c．主要技术参数、性能参数的确定；
d．履带车辆相关性能的计算和确定；
e.张紧装置的设计与计算；
f.液压系统的设计与计算。
（2）关键技术
首先，本设计采用现在相关工业机械上的一些底盘设计与实物作为参考，综合考虑底盘结构，使其可以在不同的地域都可较好的支撑机体使其可以正常的工作。
本设计对驱动轮、支重轮、导向轮的特殊结构设计，是整个底盘结构较好的适应多山的环境。
三、设计任务书
1设计要求
在现有的机械资料的基础上，充分考虑到实际的要求，应满足结构的紧凑及其配合的合理。
同时，要对应该计算的部分进行必要的计算，但是实际的情况有所不同，应该根据实际作为标准结合计算的数据进行综合考虑，争取找到比较好的方案和结构。
2产品的用途
本次设计的履带底盘是对相应小型功率矿山机械使用的
3产品的主要技术指标与主要技术参数
电机驱动1480r/min
快速2km/h
慢速1km/h
整机质量2300kg
4考虑到的若干方案的比较
底盘可以分为履带式与轮式，轮式底盘运用较广，但是它的牵引附着性能较差，在坡地、粘重、潮湿地及沙土地的使用受到一定的限制；履带式底盘牵引附着性能好，单位机宽、牵引力大、接地比压低、越远性能强、稳定性好，在坡地、粘重、潮湿地及沙土地的使用具有更好的性能。
两者比较采用履带式底盘可更加适应多山的地貌特征。
5设计的关键问题及其解决方法
设计的关键问题是在保证正常工作下，其结构尽可能的简单方便。
同时，要注意结构的合理性与正确性。
本次设计采用圆螺母的定位方法，使其在结构上基本一致，同时结构也紧凑的连接，初步达到设计的目的。
还有，采用的支重轮与导向轮的轴承放入轮里的方案。
四、设计计算说明书
1结构方案分析与确定
履带行走装置有“四轮一带”（驱动轮，支重轮，导向轮，拖带轮或紧轮，以及履带），张紧装置和缓冲弹簧，行走机构组成。
机械行走时,驱动轮在履带紧边产生一个拉力，力图把履带从支重轮下拉出。
出于支重轮下的履带与地面有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使驱动轮卷绕履带向前滚动，导向轮把履带铺设到地面，从而使机体借支重轮沿履带轨道向前运行。
“四轮一带”在我国已经基本标准化，尤其是在大型、重型机械方面。
因此，本设计还是采用传统模式的设计方法
金属履带拖拉机牵引力大,适合重负荷作业,接地比压小,对地面压实、破坏程度轻,特别适合在低、湿地作业，综合利用程度较高。
但其主要缺点是在潮湿和砂性土壤上行走装置,如支重轮、导向轮、托带轮及履带板（俗称三轮一板）磨损较快,维修费用高,作业速度较慢,随着公路网发展,金属履带拖拉机转移越发困难,使用不便
橡胶履带拖拉机采用方向盘操纵的差速转向机构,可控性强,机动灵活,转弯更省力,履带接地面积大,并有减振效果,乘坐舒适,由于比压低,对地面破坏程度轻,尤其适于低湿地作业,并可大大提高作业速度,改善道路转移适应性。
橡胶履带寿命可达到6000小时,三轮寿命延长一倍,每台可节约维修保养费用和转移运输费用7000～10000元,
依据轮式与履带机械的特点，以其以上所叙述的比较分析，综合考虑后得出了履带的结构和所采取的安装方法和连接方案。
2履带式行走底盘总体的设计
根据矿山机械学、矿山汽车学、机械设计、机械原理等理论，对履带式行走底盘的驱动行走系统进行了理论分析与研究，完成了履带底盘主要工作参数的确定和力学的计算。
结构组成及其工作原理
履带行走装置有“四轮一带”（驱动轮，支重轮，导向轮，拖带轮或张紧轮，以及履带），张紧装置和缓冲弹簧，行走机构组成。
机械行走时,驱动轮在履带紧边产生一个拉力，力图把履带从支重轮下拉出。
出于支重轮下的履带与地面有足够的附着力，阻止履带的拉出，迫使驱动轮卷绕履带向前滚动，导向轮把履带铺设到地面，从而使机体借支重轮沿履带轨道向前运行。
“四轮一带”在我国已经基本标准化，尤其是在大型、重型机械方面，见图1
1-履带；2-驱动轮；3-机架；4-拖带轮；5-导向轮；6-支重轮
图1履带底盘结构图
履带与地面接触,驱动轮不与地面接触。
驱动轮在减速器驱动转矩的作用下,通过驱动轮上的轮齿和履带链之间的啮合,连续不断地把履带从后方卷起。
接地那部分履带给地面一个向后的作用力,而地面相应地给履带一个向前的反作用力,这个反作用是推动机器向前行驶的驱动力。
当驱动力足以克服行走阻力时,支重轮就在履带上表面向前滚动,从而使机器向前行驶。
3履带车辆性能计算
履带机械整机参数初步确定以后，一般应进行下列计算，以估计该履带机械的基本性能是否满足预期要求，整机参数选择是否合理。
这里主要是关于牵引性能的计算。
计算工况：
计算时所用的工况一般为：
在使用重量状态自受，适当坡度的碎石路面。
带牵引负荷（牵引线与地面平行）全油门等速行驶。
以下为表示的示意图。
图2潜孔钻机受力示意图
（1）履带式机械的驱动力
履带机械=kgf（3—1）
式中:
——发动机转矩kgf；
——各档总传动比；
——各档总传动效率；
——驱动轮动力半径m；
——履带驱动段半径效率，计算时一般去取=0.95。
（=2b;=1.5;=（1.1-1.2）。
式中：
——最大使用重量；
——履带接地长度；
b——履带板宽度；
——一般为0.35～0.5kgf/；
——额定牵引力；
——牵引力。
根据
（2）中的活动阻力，经计算即可得）
经计算后得结果=24.45KN.
（2）履带式机械的活动阻力
=fkgf（3—2）
式中:
——使用重量（kgf）；
f——履带式一般取0.1。
经计算后得结果=3.45KN
（3）行驶速度
理论速度=0.377km/h（3—3）
实际速度=（1-）km/h（3—4）
式中：
——发动机转速；
——驱动轮动力半径；
——驱动轮轮滑转率（履带式一般取0.07）。
经计算后得结果=（2.5~5）km/h
（4）履带式机械的牵引效率
=（3—4）
式中:
——各档的总传动效率；
——滚动效率；
——滑转效率；
——履带驱动带效率（一般取0.95）。
经计算后得结果=0.65
（5）履带机械的附着力（要求：
附着力应大于或等于履带行走机构的牵引力且大于等于各阻力之和。
）
=（3—5）
式中:
——一般取0.75；
——取3000千克。
经计算后得结果=25.875KN（符合要求）
4、转向最大驱动力矩的分析与计算
（1）履带转向时驱动力说明:
履带行走装置在转向时,需要切断一边履带的动力并对该履带进行制动,使其静止不动,靠另一边履带的推动来进行转向,或者将两条履带同时一前一后运动,实现原地转向,但两种转向方式所需最大驱动力一样。
因此以机器单条履带制动左转为例,见图（示意图）。
图3履带转左向示意图
左边的履带处于制动状态,在右边履带的推动下,整台机器绕左边履带的中心C1点旋转,产生转向阻力矩Mr,右边履带的行走阻力Fr/2。
一般情况,履带接地长度L和履带轨距B的比值L/B≤1.6,。
同时,L/B值也直接影响转向阻力的大小,在不影响机器行走的稳定性及接地比压的要求下,应尽量取小值,也就是尽量缩短履带的长度,可以降低行走机构所需驱动力。
（2）转向驱动力矩的计算
转向阻力矩是履带绕其本身转动中心O1（或O2）作相对转动时，地面对履带产生的阻力矩，如图所示，O1、O2分别为两条履带的瞬时转向中心。
为便于计算转向阻力矩的数值，作如下两点假设：
（1）机体质量平均分配在两条履带上，且单位履带长度上的负荷为：
（3—6）
式中:
车身总质量（kg）；
履带接地长度（m）。
经过计算：
.
形成转向阻力矩的反力都是横向力且是均匀分布的。
履带拖拉机牵引负荷在转向时存在横向分力，在横向分力的影响下，车辆的转向轴线将由原来通过履带接地几何中心移至，移动距离为。
图4履带转向受力图
根据上述假设，转向时地面对履带支承段的反作用力的分布为矩形分布。
在履带支承面上任何一点到转动中心的距离为x，则微小单元长度为dx，分配在其上的车体重力为qdx，总转向阻力矩可按下式：
（3—7）
式中:
转向阻力系数。
（经查表计算：
式中:
车辆作急转弯时转弯的转向阻力系数；B—履带轨距。
）
将式（3—6）代入上式积分得并简化得：
（3—8）
即：
N.m
（3）转向驱动力矩（假设机器重心与履带行走装置几何中心相重合）把转向半径分别考虑。
1）当转向半径如下图所示，两侧履带都向前运动，此时两侧履带受地面摩擦阻力朝同一方向（即行驶的反方向），外侧、内侧履带受力分别为：
（3—9）
图5此时转向示意图
2）当转向半径，如下图所示，此时两侧履带受地面摩擦阻力朝反方向，外侧、内侧履带受力分别为：
（3—10）
图6此时转向示意图
式中:
分别为内侧前进阻力和驱动力；
分别为外侧前进阻力和驱动力。
考虑机体的重心在中心位置，所以履带的前进阻力
为：
（3—11）
式中:
—履带滚动阻力系数
（即）
转向时的最大驱动力矩为：
式中：
r—驱动轮节圆直径。
3）大半径区转向行驶时主动轮上的力：
（3—12）
小半径区转向行驶时主动轮上的力：
（3—13）
式中：
—转向比，。
转向时的最大驱动力矩为：
经过以上介绍及公式计算得：
=506.25N.m；
分别计算转向半径的情况：
得到：
.
与根据文献“履带车辆行驶力学”，得主动轮上的最大的驱动力及力矩为：
所得结果相同
5、液压系统的设计
履带机械全液压式行走系统的设计要满足如下要求：
（1）正常行走速度在0.83～1.4m/s范围内，空载最大速度达到3m/s左右，转向速度在0.5～1.0m/s范围内。
（2）转速比要适当、操作灵活方便、成本低。
5.1液压系统及其动力计算
（1）液压系统的选择
以马达为执行元件，采用变量泵+变量马达系统，其液压系统如图1所示。
2.2工作过程分析停车时，油泵斜盘倾角为0°，不输出压力油；在伺服油缸弹簧力作用下，马达斜盘倾角达到最大值。
前进（增速）时，速度控制杆前推、换向阀H1的P与B相通，补油泵输出的压力油经换向阀进入伺服油缸。
在伺服油缸的作用下，油泵斜盘开始倾斜，变量泵P1输出压力油。
压力油在a点分流、经换向阀H4和H5到达马达M1和M2，两个马达的回油在b点汇合后流回油泵的低压腔。
随着油泵斜盘倾角的增加，行进速度增加。
当速度控制杆停止向前移动时，由于反馈作用，换向阀H1回到中位，泵斜盘停止移动，固定在某一倾角位置，马达保持在某一固定转速。
此阶段为变量泵+定量马达阶段。
当变量泵P1倾角达到最大值时，泵的输出流量最大。
此时，如果继续向前推移速度控制杆，则其对油泵换向阀的控制转移到对马达换向阀H2和H3的控制。
在马达伺服油缸的作用下，马达的倾角开始减小，马达排量减小、转速增高、行进速度增大。
此阶段为定量泵+变量马达阶段。
向前运动时，减速过程和上述相反。
先是定量泵+变量马达阶段，后为变量泵+定量泵阶段。
后退时，只需把速度控制杆从中位向后拉动，换向阀H1的P与A相通，使变量泵P1反向供油即可。
图3液压系统示意图
5.2主要液压元件选型
（1）选择系统持续工作压力p为24MPa，最高压力p为33MPa。
液压马达的排量q和最低转速n以及流量Q分别为
（3—24）
（3—25）
（3—26）
根据载荷转矩和系统工作压力，确定液压马达的排量；根据设计要求确定液压马达的转速；根据转速和排量确定液压马达所需流量，其计算结果见表1所示。
根据以上计算，选择Sundstrand公司seriers40产品M25MV马达为本系统的执行元件，其理论排量为25，额定压力33MPa，最高转速为5000r/min。
选择液压泵出口到液压马达入口之间总的管路损失为0.5，液压泵的最大工作压力为系统泄漏系数取1.2、液压马达的最大总流量为2×13013（/min）时液压泵的流量为
选择Sundstrand公司seriers40M25PV变量泵，
具体参数如下：
排量24.6、最高压力为34MPa、转速变化范围为500～4000r/min。
补油泵的流量
补油泵选CB-B10，其流量为10L/min；压力=2.5MPa；转速为1450r/min；容积效率0.85；
驱动功率为0.51kW。
源动机驱动功率W为
W=25kW
根据以上计算，选择阀类元件如表2：
表4选择阀类元件表
名称
工作压力
额定流量
型号
最大压力损失
连接方式
数目
节流阀
14
25
LF-B1OB
流量为48时取（0.6-0.15）
板式
3
溢流阀
14-35
0-50
YF-B1OC
流量为48时取（0.6-0.15）
板式
3
换向阀
6.3
40
34D-25Y
流量为48时取（0.6-0.15）
板式
2
单向阀
6.3
25
I-25B
流量为48时取（0.6-0.15）
板式
2
（2）选择液压辅助元件
a.管道的选择。
取吸油管流速为1m/s、有压管的流速为3m/s。
根据计算选择吸油管和有压管，
其结果见表3所示。
表5管道的选择
管材
公称直径（mm）
外径（mm）
内径（mm）
壁厚（mm）
管长（mm）
主泵吸油管
低压流体输送用焊接钢管
50
42.3
35.8
3.25
2000
补油泵吸油管
低压流体输送用焊接钢管
25
21.3
15.8
2.75
2000
马达油压管
20号冷拔无缝钢管
13.0
9.8
1.60
6000
主泵油压管
20号冷拔无缝钢管
22.0
16.4
2.80
3000
b.油箱容量的确定。
油箱的容量可选为
（24）
c.吸油管路滤油器的选择。
主泵吸油管采用WU-250×180，补油泵吸油管采用WU-63×180。
五、使用说明书
本机为液压回转、液压推进、冲击器凿岩式潜孔钻孔机构，底盘履带部分、车架体、摆臂、推进器及回转机、油缸、液压系统、气路系统、冲击器及辅具等主要部分组成。
该车架是本机的骨架，它是连接两个履带架、支撑钻机其他部分的主体。
车架采用槽钢焊接而成，通过下面的负重轮将钻机的重量传给履带。
液压系统由吸油滤油器、行走控制阀、回转控制阀、多路阀、减压阀、液压阀、油箱、液压管及操纵台等组成。
压力油由油泵经单向阀进入各控制阀，经过调压后（出厂已调试）的压力油进入各执行元件。
操作者可根据工作需要，随时调定推进压力、回转压力、行走压力、变副油缸压力，完成所需要的动作。
当然，一般情况下只需调整推进压力即可完成钻孔工作
参考文献：
[1]机械工程手册，电机工程手册编辑委员会.机械工程手册（6）[M].北京：
机械工业出版社，1989.
[2]机械工程手册，电机工程手册编辑委员会.机械工程手册（12）[M].北京：
机械工业出版社，1989.
[3]钻孔机械设计（陈玉凡,+朱祥）[M].北京：
机械工业出版社，1989.
升级会员 