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沖擊鑿巖是破碎中硬以上巖石的主要工序,在采掘與開挖巖石工程中廣泛應用。在沖擊鑿巖系統(tǒng)中,鑿巖機是完成能量轉(zhuǎn)換的動力機構,釬桿是動力傳遞機構,釬頭是破碎巖石的工作機構。鑿巖機輸出的能量借助釬桿和釬頭(鑿巖釬具)傳遞給巖石,達到破碎巖石形成炮孔的目的。
鑿巖機的性能好壞是影響鑿巖生產(chǎn)率和成本最關鍵的設備。
液壓鑿巖機與氣動鑿巖機相比,因具有節(jié)能、高效、作業(yè)條件好等顯著優(yōu)點,近十幾年來,在國外得到迅速發(fā)展,在國內(nèi)一些礦山也逐步擴大使用。液壓鑿巖機的理論研究在國內(nèi)外都取得很大進展,但系統(tǒng)論述液壓鑿巖機的理論、設計和應用方面的書籍非常少。
本次設計是針對液壓鑿巖機機構和液壓系統(tǒng)設計,在設計中選擇合理的結構和液壓系統(tǒng)會使液壓鑿巖機的工作性能有很大的改善,效率高等優(yōu)點。
參數(shù):
沖擊功率:5.5 kw 沖擊頻率:50 Hz 回轉(zhuǎn)速度:350(r/min) 最大轉(zhuǎn)矩:175 N.m 沖擊壓力:17 Mpa
YM系列液壓隔膜計量泵,最大流量hL4000,供油壓力25-32Mpa。
XHM11-700擺線馬達,理論排量682ml/r,額定壓力25 Mpa,最高壓力35 Mpa,額定轉(zhuǎn)矩2667N.m,單位理論轉(zhuǎn)矩114(N.m/ Mpa),最大功率175Kw,最高可連續(xù)轉(zhuǎn)速240r/min,馬達重量94kg
液壓鑿巖機的基本機構
液壓鑿巖機主要由沖擊機構、回轉(zhuǎn)機構、釬尾反彈吸收裝置組成。
2.1 沖擊機構
沖擊機構是沖擊作功的關鍵部件,它由缸體、活塞、換向閥、蓄能器等主要部件和導向與封閉裝置等組成。
在設計沖擊機構前,首先應根據(jù)各方面的制造水平和外購件的質(zhì)量水平等情況,確定采用單面回油前腔常壓油型,還是采用雙面回油型液壓鑿巖機。雙面回油型的主要優(yōu)點是:活塞形狀最為合理,有利于提高活塞與釬具的壽命,增強破巖效果;排油時間長,回油管中峰值流量較小,減少了回油阻力和壓力脈動;采用較高的壓力油,供油流量較小,可使各方面的尺寸小一些。缺點是:閥和缸體結構復雜、工藝性差、要求加工精度高;回程制動階段前腔可能有吸空現(xiàn)象;采用高壓油需要加強密封。故只有加工設備與技術等個方面能夠保證,此方案才可行。前腔常壓油型的優(yōu)點是:結構簡單、工藝性好、制造成本低、回程制動階段無吸空現(xiàn)象。缺點是:活塞形狀不如雙面回油型好、排油時間較短、回油管中峰值流量大、回油阻力和壓力波動較大(此缺點可用回油蓄能器來減少其影響)。以上分析可知采用單面回油前腔常壓油型較好。具體設計如下。
2.1.1 活塞
這是沖擊機構的主體。設計的已知參數(shù)是沖擊能E=90J和沖擊頻率f=50Hz,由用戶或生產(chǎn)需要而定。需要設定的參數(shù)是沖擊末速度mv和供油壓力p。根據(jù)我國目前釬尾允許應力計算,mv一般不大于10m/s,國外也不大于12m/s。供油壓力各廠家根據(jù)自己的情況,選擇是不同的。有的采用較高壓力,這樣容易在小流量下得到較高的沖擊能,使機器、管路和泵等尺寸小些,但對加工精度和密封要求高。有的采用較低壓力,雖然供油流量大些,但加工與密封要求較低,維修性好。我國目前自己研制的液壓鑿巖機多選擇較低壓力,一般在(10-15)Mpa。本
5 :次設計中選用mv=9 m/s,P=14Mpa。
因為巖石的破碎是靠應力波傳遞的能量來完成的,故需研究入射波形對鑿入效果的影響。國內(nèi)外學者在這方面進行了大量的研究,由于活塞的形狀和撞擊面接觸條件不同,所產(chǎn)生的入射波形也各異。一般來說,細長的活塞,入射波幅低 而作用時間長;短粗的活塞,入射波幅高而作用時間短。
活塞形狀與入射波的關 系見圖2-1。圖中所示的活塞重量基本相同,而活塞長度L和活塞直徑1d不同,釬頭直徑2d相同。
根據(jù)理論分析和試驗研究,緩和的入射波形比陡起的有較高的鑿入效率。因此,細長活塞比短粗活塞鑿入效率要高。這也是液壓鑿巖機優(yōu)于氣動鑿巖機的理論根據(jù)。
活塞是主要傳遞沖擊能量的零件,由圖2-1可知,其形狀對傳遞能量的破巖效果有較大的影響。從波動力學理論可知,活塞直徑越接近釬尾的直徑越好,且在總長度上直徑變化越小越好。表2-1為氣動和液壓鑿巖機兩種活塞直徑的效果比較。由圖可知,活塞重量只差19%,可是輸出功率則相差一倍,而釬桿內(nèi)的應力峰值則減少了20%。只從這點出發(fā),可知液壓鑿巖機的活塞斷面變化越小,且細長,是最理想的活塞形狀。
具體設計時應遵守以下原則:1.活塞應為細長形,并減少不必要的斷面變化,以利于提高能量傳遞效率和提高釬具壽命;2.活塞沖擊頭的面積應盡量與釬尾端部的面積相等或接近,并要有一定的錐部長度,以利于沖擊波的傳遞;3.要保證活塞全程及超行程時不致?lián)p傷兩端密封結構;4.設計好防空打油墊尺寸及活塞各段的封油長度;5.一般貨代與缸體的配合間隙為0.05-0.08;活塞與支承套的配
項目 氣動活塞 液壓活塞 差值百分比 活塞重量/kg 沖擊末速度/(m/s) 沖擊能/N.m 沖擊頻率/bpm 輸出功率/kw 釬桿中的應力峰值/Mpa 7.9 9.8 379 1648 10 344 9.4 10.0 470 2600 20 278 +19% - +24% +58% +100% -20%
合間隙為0.03-0.05.在加工質(zhì)量和過濾精度能保證的情況下,間隙可選小一些。