噴漿機械手的研究與設(shè)計

噴漿機械手的研究與設(shè)計,噴漿,機械手,研究,鉆研,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計(論文) （2013屆） 噴漿機械手的研究與設(shè)計 學(xué)生姓名 潘 行 莉 學(xué) 號 09143215 院 系 工學(xué)院機電系 專 業(yè) 機械電子工程 指導(dǎo)教師 董 雁 完成日期 2013- 5- 20 20 噴漿機械手的研究與設(shè)計 摘 要 噴漿機技術(shù)在我國自五十年代起就開始研究使用，并推廣到建筑、礦工等各個領(lǐng)域。我國的噴漿機技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的一個水平，機械化程度已經(jīng)很高。 本說明書對于噴漿機的主要設(shè)計要求是其機械化程度的提高，即對噴漿機械手的研究與設(shè)計以及對其控制系統(tǒng)的使用和設(shè)計，所以針對機械手和液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析設(shè)計。在已有的噴漿機械手基礎(chǔ)上，設(shè)法進(jìn)行改進(jìn)，以便達(dá)到更高的機械化程度。由于本次設(shè)計中可能發(fā)生疏忽，導(dǎo)致錯誤發(fā)生，懇請老師批評指正。 關(guān)鍵詞 噴漿機 機械手 液壓控制系統(tǒng) 機械化程度 RESEARCH AND DESIGN OF SHOTCRETE ROBOT Abstract The technology of machine of whitewashing began to be studied and used since the fifties in our country, and popularize to each fields, such as building, miner, etc.. The whitewashing technology of machine of our country has already reached a quite high level, the mechanized degree has been already very high. The main designing requirement to the whitewashing machine of this manual is the improvement of its mechanized degree, Namely the design and use and design of its control system of the manipulator of machine of whitewashing. So I have analysed and designs to the manipulator and hydraulic pressure control system. Go on and improve to whitewashing machine who others design, in order to reaching high mechanized degree. Because neglect in this design, may lead to the fact that the mistake happens, earnestly ask the teacher to make a comment KEY WORDS the machine of whitewashing manipulator control system mechanized degree 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 1 引言（前言） 2 第一章 噴漿機的方案設(shè)計 2 第一節(jié) 噴漿機的種類、特點及作用 2 第三節(jié) 當(dāng)前的井巷錨噴技術(shù)及典型設(shè)計 5 第四節(jié) 設(shè)計方案的確定 8 第二章 液壓控制系統(tǒng)及其零件 9 第一節(jié) 液壓系統(tǒng)圖的確定 9 第二節(jié) 液壓系統(tǒng)的特點 11 第三節(jié) 系統(tǒng)中各元件的選用 12 第四節(jié) 各油缸（馬達(dá)）的運動 15 第三章 各零件參數(shù)的設(shè)計及選定 16 第一節(jié) 底盤、支承架和加強板的參數(shù)設(shè)定 16 第二節(jié) 馬達(dá)的選定 16 第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計和聯(lián)結(jié) 17 第四節(jié) 連接桿的設(shè)計和校核 19 第五節(jié) 銷軸及耳環(huán)連接計算 20 第六節(jié) 機械手的技術(shù)特征 21 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 22 引言（前言） 人工噴漿存在著很多問題。為了解決這些問題，國內(nèi)外專家們提出，要從根本上克服這些缺陷的根本方法是采用噴漿機械手。之后，開始了噴漿機械手的設(shè)計與研究。 噴漿機技術(shù)在我國解放初期就開始研究，用于各工礦企業(yè)。在此以后不斷得到發(fā)展并推廣使用，特別是近幾年來技術(shù)日趨成熟，其使用范圍日趨擴大。國外對于噴漿機的研究起步比我國要早，開發(fā)了一些具有代表性的先進(jìn)施工工藝。隨著對其不斷應(yīng)用和開發(fā)，其巨大的優(yōu)越性將越來越多地顯示出來。對噴漿機的研究主要是對其支護機構(gòu)的研究，在此期間錨噴支護代替其他支護形式在國內(nèi)外的研究是一次具有重大意義的技術(shù)革。命 第一章 噴漿機的方案設(shè)計 第一節(jié) 噴漿機的種類、特點及作用 噴漿機用于不同行業(yè)，因此各種噴漿機有其各自的名稱，如井巷噴漿機、隧道噴漿機等。 一、 隧道錨噴支護的作用原理： 采用錨桿支護剛掘進(jìn)后的隧道，然后將錨桿安放在錨桿眼內(nèi)，對隧道圍巖予以人工加固，并向相鄰錨桿之間部分噴射混凝土予以支護，就是將一種凝固快、強度高、黏結(jié)力強和抗?jié)B能力好的一種混凝土材料，利用噴射機液壓系統(tǒng)的液壓壓力將其噴射到隧道圍巖表面，并填充隧道圍巖的凸凹處和巖石之間的縫隙，緊密的與巖石黏結(jié)在一起。以防止風(fēng)化，阻止巖石之間的相對位移和緩和應(yīng)力集中，使之成為一個整體。這樣就可以看作一個能夠承受載荷的巖體，構(gòu)成了具有高強度的結(jié)構(gòu)，提高了隧道的穩(wěn)定性及安全性。因此相對其它支護形式，其優(yōu)越更加突出。 隧道錨噴支護的主要作用和特點： 1、 主要作用： 1、 支撐作用 對噴射混凝土要求具備一定的物理機械性能?？箟簭姸染褪?.7×107 N/m其中一項重要的性能指標(biāo)之一，一般要求其抗壓強度能達(dá)到170公斤每平方厘米以上，使其能起到支撐低壓的作用，而且利用液壓噴射的混凝土要比在普通條件下澆灌的混凝土組織要致密的多，所以強度也高的多。而且在混凝土中摻入了一定量的速凝劑，使混凝土凝結(jié)的更快，緊跟開洞進(jìn)度，及時的起到支撐圍巖的功效。前蘇聯(lián)錨噴專家K.埃麥里對用不透氣的噴射混凝土支護的巷道與在達(dá)到的深度上內(nèi)壓力等于大氣壓力的沉箱進(jìn)行了類比，從而得到混凝土噴層的一個良好性能：壓力約等于0.2Mpa時，這種壓力能夠支撐厚3.5～4.0m的已破碎圍巖層。 2、 充填作用 由于干拌合料通過液壓壓力的輸送，在噴槍出口處速度可達(dá)60～80m/s，能很好的填充圍巖的裂隙，節(jié)理及巖面的凹穴。而填充到巖縫或裂隙中的混凝土，不僅具有很高的黏結(jié)力，而且增加了巖層裂隙間的摩擦力，起到了“鍥子”的作用，使原來分離的巖體成為一個緊密的整體，增強了圍巖自身的支撐能力。 3、 隔絕作用 噴射混凝土直接緊密地黏結(jié)在巖面上，因此能完全隔絕空氣，水與圍巖的接觸，使圍巖保持了原有的穩(wěn)定性強度。 4、 轉(zhuǎn)化作用 高速噴射到巖面上形成的混凝土層，與圍巖形成一個共同工作的力學(xué)統(tǒng)一體，具有把巖體荷載轉(zhuǎn)化為巖體承載結(jié)構(gòu) 作用，從根本上改變了過去各種支護消極承壓的弱點。根據(jù)中國科學(xué)院工程力學(xué)研究所和冶金建筑研究所及冶金建筑研究院等單位所作的模擬實驗資料表明：厚度為100㎜ 的純噴射混凝拱，在集中載荷作用下出現(xiàn)裂縫時的載荷分別為1.57和2.08噸，破壞載荷分別為6.25和7.63噸，當(dāng)它和模擬的不穩(wěn)定巖層拱組成組合拱（模擬的不穩(wěn)定巖層拱在外力作用下，巖塊極易滑動，幾乎無承載能力）后，出現(xiàn)裂縫時的載荷為8.32噸，破壞載荷分別為30.20和33.28噸，平均承載能力比單一的噴射混凝土拱提高3.6倍，它與模擬的穩(wěn)定巖層拱所組成的組合拱，其破壞載荷分別為42.73和47.25噸，平均承載能力比單一的噴射混凝土拱提高5.5倍。 2、主要優(yōu)點 1、 施工工藝簡單，掘進(jìn)量小，操作方便。 2、 機械化程度高，勞動強度低，減輕了工人繁重的體力勞動，提高了工作效率。 3、 施工速度快，效率高， 4、 由于噴射混凝土的強度高，因此可以減少襯砌厚度及圍巖挖掘量，一般比澆灌混凝土的井巷厚度小1/2-2/3，掘鑿工程量減少15-20%。 5、 使用范圍廣泛，適應(yīng)性強，除適用于一般巷道外，還能使用于大斷面巷道、破碎帶。有低鼓的巷道及受動壓作用的巷道，并在鶴崗、撫順、資興等地經(jīng)使用得以證明。 6、 質(zhì)量可靠，施工安全。 3、 存在問題 錨噴支護雖具有上述許多優(yōu)點，但由于目前對其作用原理研究得還很不夠，加之有的地方自動化程度低，對作業(yè)環(huán)境中的某些惡劣條件下防護不夠等，使其尚存在許多問題，主要表現(xiàn)為： 1、 噴射混凝土?xí)r會產(chǎn)生回彈物，因為它是由沙、石和附著在沙、石表面的少量水泥所組成的松散體。施工中產(chǎn)生回彈物，在一定程度上改變了混凝土的配合比，會影響混凝土的強度。 2、 干式噴射混凝土施工產(chǎn)生粉塵較大，達(dá)100-200mg/m3,大大超過了國家規(guī)定的2 mg/m3，噴射時操作人員要使用個體防護面具。但研究結(jié)果表明，能將粉塵量降低到6-25 mg/m3；噴射工藝不能保證巷道表面平滑和具有象澆灌混凝土那樣規(guī)整的巷道幾何形狀，因此，風(fēng)阻有所增大，并且巷道表面形狀差些。 3、 錨噴的機械化配套問題急需解決，自動化程度也待提高。目前配料、上料、攪拌料、噴射、錨固等一系列工序中，大部分還是人工操作，不僅使材料配比不能保證設(shè)計要求，工人的勞動強度仍然很大。 4、 錨噴的質(zhì)量檢測與工程測量手段尚很不完善，錨噴質(zhì)量還難很好保證。 第三節(jié) 當(dāng)前的井巷錨噴技術(shù)及典型設(shè)計 噴射混凝土是在噴漿的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的支護方法，1911年德國匹約堡煤礦第一次在井下巷道噴射砂漿，噴層厚度只有20-30㎜。到了五十年代初期，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)了能噴射20-30㎜粒徑的高效率混凝土噴漿機，同時出現(xiàn)了速凝劑，使噴射混凝土具有較高的早期強度，噴層厚度可達(dá)100-150㎜，其機械化程度得到了相當(dāng)?shù)奶岣?。?dāng)前，錨噴技術(shù)已在世界各地多項領(lǐng)域內(nèi)得到重視和發(fā)展，其機械化程度也越來越高，但我們應(yīng)看到，錨噴技術(shù)的機械化應(yīng)用尚處于開始發(fā)展階段，還沒有達(dá)到令人滿意的綜合機械化水平。在我國，大多數(shù)井巷的錨噴作業(yè)仍離不開人工的直接操作，還不能徹底解決噴射時粉塵量大，回彈率高等問題，致使噴層質(zhì)量不易保證。 為了實現(xiàn)噴射混凝土作業(yè)的攪拌、上料和噴射的綜合機械化，改善噴射手的勞動條件，提高生產(chǎn)效率，保證工作質(zhì)量，各國都在加緊研制高機械化程度的機械手，其中較具有代表性的有瑞典的“羅伯特”噴射法用機械手。該方法早在六十年代初期就在瑞典得到了成功的使用，它是將運輸機、漏斗、噴射機和機械手都集中在一條自動化作業(yè)線上聯(lián)合使用，爆破后立即向拱頂噴射混凝土。該方法所采用的機械手是裝在汽車上的全液壓設(shè)備。它是由底座、立柱、托臂和噴槍四部分組成。（如圖1） 升降油缸9和柱塞馬達(dá)14是用高壓油來推動的。升降油缸的作用是使活塞桿10帶動托臂作上、下移動，從而調(diào)整噴槍的高度。柱塞馬達(dá)的作用是使外齒圈15轉(zhuǎn)動，外齒圈是通過連接板與托臂尾部連接的的，從而使托臂左右旋轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)油缸18，伸縮油缸17和托臂上的水平油缸20是用低壓油推動的。司機可根據(jù)噴射情況分別控制各個閥門，達(dá)到操縱噴槍的目的。 1- 底座 2- 高壓油泵 3- 低壓油泵 4- 電動機 5- 常壓油泵 6- 高壓油箱 7- 低壓油箱 8- 操縱臺 9- 升降油缸 10- 活塞桿 11- 立柱 12- 托臂 13- 減速箱 14- 柱塞馬達(dá) 15- 外齒圈 16- 回轉(zhuǎn)油缸 17- 伸縮油缸 18- 噴槍 19- 照明燈 這種機械手由于構(gòu)造復(fù)雜，加工制造、維修都比較困難，而且要求巷道斷面大、不完全適合我國煤礦巷道作業(yè)條件。煤炭科學(xué)院北京研究所和一些施工單位聯(lián)合研制成功了合適我國煤礦井下作業(yè)條件HJ-1型簡易噴射機械手。（如圖2） 1- 噴槍 2- 回轉(zhuǎn)器 3- 杠桿 4- 拉桿 5- 手輪 6- 軟盤 7- 車架 8- 立柱 9- 電動機 10- 減速器 11- 軟軸 HJ-1型機械手是機械傳動的，它是由車架、立柱、杠桿、手輪和回轉(zhuǎn)器等組成。 噴槍掛在兩段互成1750角的長、短管上，當(dāng)電動機開動后，經(jīng)減速器、軟軸，使上部短管對下部長管做規(guī)律性的圓圈繞動。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，通過絲杠可以帶動拉桿，可以調(diào)整噴槍的前后傾角。調(diào)整立柱絲杠可以改變杠桿高度，為防止立柱絲杠升起后自動降落，在絲杠頂部柱帽部分設(shè)有定位螺釘，水平或垂直轉(zhuǎn)動杠桿可以改變噴槍的噴射位置。手輪可以調(diào)整噴槍的左右傾角?；剞D(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)速度為每分鐘90轉(zhuǎn)，杠桿的長度為保持適當(dāng)?shù)囊暰嗪兔馐芑貜椢飩Χ?米。 HJ-1型機械手主要技術(shù)特征： ⑴適用條件：最大噴射高度為4.2m（若在立柱下接一短支管可達(dá)5.0m）；最大噴射寬度為3-4m。 ⑵立柱調(diào)節(jié)范圍： 最高（車架平面到杠桿回轉(zhuǎn)點）------1240㎜。 最低（車架平面到杠桿回轉(zhuǎn)點）------680㎜。 ⑶回轉(zhuǎn)器最大傾角： 向前：450 向后：500 左右：3600 ⑷外形尺寸（長×寬×高） 最高噴射位置：2400×750×2850㎜ 最低噴射位置：2400×750×2150㎜ 最小外形尺寸（杠桿水平）：3200×750×1250㎜ ⑸電機型號：BJD2-22-2 ⑹電機功率：2.2kw HJ-1型簡易機械手適用于井下單、雙軌巷道噴射混凝土作業(yè)，可在3m以，外操作，避免回彈物的威脅，作業(yè)安全，并減輕了體力勞動，但它要占用軌道，在掘、噴順序作業(yè)時采用教易。 應(yīng)當(dāng)指出：HJ-1型機械手還是一種半機械化的簡易機械手。 錨噴支護作業(yè)的機械化程度很大程度上取決于機械手各部分的機械化程度，也就是對機械手各部分的運動進(jìn)行分析、規(guī)定，使其各部分的運動達(dá)到噴漿所要求的最佳效果?，F(xiàn)在使用的機械手的各部分的運動一般是由液壓缸所驅(qū)動。而液壓缸的使用使運動平穩(wěn)，速度均勻，使噴漿機噴出的混凝土均勻的噴射到巖體上，達(dá)到巖體各部分受力均勻，無集中應(yīng)力產(chǎn)生的目的。所以液壓系統(tǒng)在噴漿的設(shè)計中，還是使用當(dāng)中都是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了使機械手的各個組成部分達(dá)到各自的運動方式，液壓缸以各種形式存在，如支承缸、橫移油缸、擺動缸等。 第四節(jié) 設(shè)計方案的確定 結(jié)合兩種噴漿機械手的設(shè)計，設(shè)計出另一種機械化更高的噴漿機械手（如圖3）。此種機械手結(jié)合了這兩種機械手的優(yōu)點，同時又克服了第一種噴漿機械手所表現(xiàn)出來的一些缺點，如體積龐大、價格昂貴、裝載和操作不便等。 圖3 噴漿機械手裝配圖 1- 低壓油泵 2- 電動機 3- 常壓油泵 4- 支承缸 5- 底座 6- 底盤 7- 加強板 8- 支承架 9- 擺動缸 10- 橫軸 11- 支承缸 12- 連接桿 13- 支承座 14- 橫移油缸 15- 托架 16- 支架 17- 耐磨套 18- 支承缸 20- 導(dǎo)向桿 21- 擺動缸 22- 承托梁 23- 噴嘴 24- 夾具 25- 轉(zhuǎn)盤 26- 馬達(dá) 27- 角度調(diào)節(jié)缸 第二章 液壓控制系統(tǒng)及其零件 第一節(jié) 液壓系統(tǒng)圖的確定 液壓傳動的工作原理： 1）、液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞動力的。 2）、與利用液體動能的液力傳動是不同的是，液壓傳動是用液體的壓力能來傳遞動力的。 3）、液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開，是因為液壓傳動中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行工作的。 根據(jù)噴漿機對機械手各組成部分的運動要求，同時考慮到噴漿機的機械化程度、體積和效益。采用如下圖所示液壓控制系統(tǒng)圖（附圖4）。1為柱塞油泵、2為電動機、3為壓力表、4為手動截止閥、5為單向閥、6為蓄能器、7為外控順序閥、8為溢流閥、9為過濾器、10為冷卻器、11為單向元件、12為手動換向閥、13為單向調(diào)速閥、14為壓力表開關(guān)、15為組合操縱閥、16為雙向鎖、17為大擺轉(zhuǎn)動缸、18為微調(diào)擺動缸、19為微調(diào)油缸、20為上托架支撐缸、21為連桿支撐缸、22為下托架支撐缸、23為主推缸、24為馬達(dá)。 總之，液壓控制系統(tǒng)由以下四部分組成： 1）、能源裝置 2）、執(zhí)行裝置 3）、控制調(diào)節(jié)裝置 4）、輔助裝置 第二節(jié) 液壓系統(tǒng)的特點 液壓系統(tǒng)有以下優(yōu)點： 1）、在同等的體積下，液壓裝置比電氣裝置產(chǎn)生更多的動力，因為液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30-40倍。在同等的功率下，液壓政治的體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的特級和重量只有同等功率的電動機的12%左右。 2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。 3）、液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)屋脊調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），他還可以在運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4）、液壓傳動易于自動化，接受遠(yuǎn)程控制。 5）、液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓機能自行潤滑，使用壽命長。 6）、液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造和使用都比較方便。 液壓系統(tǒng)的缺點： 1）、液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比。 2）、有較多的能量損失。 3）、制造精度的要求比較高，造價較貴。 4）、尤其有單獨的能源。 5）、故障時不易找出原因。 第三節(jié) 系統(tǒng)中各元件的選用 1、 油泵 1）、型號：160SCY14-1B 2）、技術(shù)規(guī)格：排量=160ml/r、額定壓力=320×104N/m2、額定轉(zhuǎn)速=1000r/min、驅(qū)動功率=94.5kw、容效效率≥92%、重量=155kg 3)、主要參數(shù)：d=55mm、d1=M50mm、d2=64㎜,d3=M22×1.5 mm、d4=M20㎜,D0=198mm、D1=150 mm、D2=240mm、D3=300mm、l2=110mm、l3=180mm、H= 405mm、b0=16mm、t=58.5mm、L=585 mm、d0×h0=M16×35 mm A=120㎜,B=50㎜,E=90㎜,F=160㎜ 4）、采用原因：柱塞油泵的壓力比較大，如果機械臂一起動作時，可滿足必要的條件。且SCY14-1B本身的結(jié)構(gòu)和性能滿足使用要求。 2、 手動截止閥（K型壓力表開關(guān)） 1）、型號：K1-B 2）、技術(shù)規(guī)格：接口尺寸直徑為4㎜、壓力為6.3×10N/㎡、行程為7㎜、重量1.1㎏ 3、 單向閥 1）、型號：DIF-L32 H1 2）、技術(shù)規(guī)格；通徑為32㎜、壓力為210 ×104N/m2 、流量為200l/min、開啟壓力為0.35 ×104N/m2 3）、采用原因：根據(jù)流量大小 4、 蓄能器 1）、型號：氣囊式蓄能器 NXQ-L4 2）、主要參數(shù)：容積為4l、壓力為每平方厘米200㎏、通徑為M42×2㎜、尺寸A為536㎜、B為66㎜、C為80㎜、D為152㎜、F為60㎜、J為M42×2㎜、重量為18㎏ 5、 順序閥 1）、型號：XY型液動順序閥 XY-25 2）、技術(shù)規(guī)格：流量為25l/min、壓力為3-36×105N/m2米 3）、主要參數(shù)：尺寸C最大為149.5㎜、最小為145㎜、E為60㎜、H為55㎜、S1為18㎜S2為18㎜S3為16㎜、直徑F為42㎜ 4）、采用原因：根據(jù)流量大小 6、 溢流閥 1）、型號：DB8-1-20/315u 7、 過濾器 1）、型號：WU型網(wǎng)式濾油器 WU-160×180 2）、技術(shù)規(guī)格：流量為160l/min、通徑為40㎜、連接形式為螺紋連接 3）、主要參數(shù)：L為200㎜、D為82㎜、M為M48×2㎜、重量為0.5㎏ 4）、采用原因：根據(jù)流量大小 8、 冷卻器 1）、型號：2LQFW 2）、J技術(shù)規(guī)格：換熱面積為0.5㎡、設(shè)計溫度為100度、工作介質(zhì)壓力為16×105N/m2 3）、采用原因：根據(jù)產(chǎn)生的熱量 9、 單向元件 1）、型號；DIF-L20 H1 2）、技術(shù)規(guī)格；通徑為20㎜、壓力為210×104N/m2 、流量為80l/min、開啟壓力為0.35×104N/m2 3）、采用原因：根據(jù)流量大小 10、 壓力表 1）、型號；YXB-160 11、 手動換向器 1）、型號：34S-160BD 2）、技術(shù)規(guī)格：接口尺寸為28㎜、流量為160l/min、壓力為63×105N/m2、壓力損失小于3/×105N/m2、泄露小于30ml/min 4）、采用原因：根據(jù)運動需要 12、 單向調(diào)速閥 1）、型號：MK10 13、 組合操縱閥 1）、型號：ZC（7）A 2）、采用原因：根據(jù)運動需要 14、 雙向鎖 1）、型號：Z2S6 2）、采用原因：根據(jù)運動需要 15、 壓力表開關(guān) 1）、型號：K3-B 2）、技術(shù)規(guī)格：接口尺寸直徑為4㎜、壓力為63×105N/m2、行程為7㎜、重量1.4㎏ 在液壓系統(tǒng)圖中，組合操縱閥15由單個二位三通閥組成，而每二個二位三通閥組成一個小單元，由一個開關(guān)控制，就是說每個油缸的左、右缸都與一個二位三通閥相連。此種情況下有兩種連接，當(dāng)左右油路同時接通，且左路的油壓大于右路的油壓時可以形成一個差動連接。而當(dāng)兩邊的油壓相同時活塞桿不動。 第四節(jié) 各油缸（馬達(dá)）的運動 主油路：電動機帶動柱塞油泵1，油從油箱經(jīng)過濾器到泵1，變?yōu)楦邏河徒?jīng)單向閥5進(jìn)入主油路（打開手動截止閥4，觀察壓力表的讀數(shù)）。當(dāng)壓力值超過需要值時，溢流閥打開，液壓油經(jīng)8流回油箱。 回油路：高壓油經(jīng)個元件到回油路，經(jīng)冷卻器10冷卻，再通過單向閥11到油箱。 馬達(dá)24的運動原理：手動換向閥12左通，高壓油從主油路經(jīng)換向閥12，再經(jīng)單向調(diào)速閥到馬達(dá)24，馬達(dá)24順時針運動，回油經(jīng)單向閥到換向閥12到回油路，最后到油箱。反之，如果換向閥12右通，馬達(dá)24逆時針運動，回油從馬達(dá)左側(cè)回單向閥到換向閥12，最終到油箱。 主推缸23（橫移油缸）的運動原理：另一手動換向閥12左通，高壓油從主油路經(jīng)換向閥12，再經(jīng)單向調(diào)速閥到主推缸23，主推缸23活塞桿向前運動，回油經(jīng)單向閥到換向閥12到回油路，最后到油箱。反之，如果換向閥12右通，主推缸23活塞桿回縮，回油從主推缸23左缸回單向閥到換向閥12，最終到油箱。其中在活塞桿向右移動時，打開壓力表的客觀，并觀察壓力表的讀數(shù)，隨時調(diào)節(jié)單向調(diào)速閥，是液壓維持在正常的工作狀態(tài)。 下托架支撐缸22、連桿支撐缸21、上托架支撐缸20，微調(diào)油缸（角度調(diào)節(jié)缸）19、大擺轉(zhuǎn)動缸17和微調(diào)擺動缸18的運動原理是相同的。 以下托支撐缸22的運動原理為例：主油路的高壓油經(jīng)組合操縱閥同一單元的左、右二位三通閥，分別流向下托支撐缸22的左、右兩缸。①當(dāng)雙向鎖右邊通時（左路的液壓壓力大于右路液壓壓力），就形成差動連接，活塞桿向前推。此時左右缸的壓力差為主油路的壓力。下托支撐缸22活塞桿的運動速度由單向調(diào)速閥來調(diào)整，但左路的油壓必須大于右路的油壓。②當(dāng)左右油路的液壓壓力相同時，活塞桿停止運動。③當(dāng)右路液壓壓力大于左路液壓壓力一定的值時，活塞桿回縮。 以上是油缸工作時的液壓傳動。當(dāng)機械手作短暫的停頓時，打開順序閥7，從油泵流出的油直接回油箱，各馬達(dá)或油缸不運動。利用冷卻器對回油進(jìn)行冷卻，再回到油箱，防止油溫度過高，發(fā)生危險。 第三章 各零件參數(shù)的設(shè)計及選定 第一節(jié) 底盤、支承架和加強板的參數(shù)設(shè)定 根據(jù)汽車的一般長度，設(shè)定底盤的長度為3500㎜，高度為75㎜，用固定螺栓固定在汽車的底座上。并在底座上裝配電動機，低壓油泵和常壓油泵。用緊釘螺釘將支承架固定在底盤上，為了防止支承架扭動，利用加強板對其進(jìn)行加固。根據(jù)已有噴漿機的設(shè)計情況設(shè)定支承架的高度為1000㎜，寬度為270㎜，支承板的高度為450㎜。 第二節(jié) 馬達(dá)的選定 翻閱了大量有關(guān)噴漿機的圖書和資料，并對現(xiàn)在所用的噴漿機進(jìn)行實地調(diào)查，請教專業(yè)人員和操作員。根據(jù)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度（20-30r/min）選定馬達(dá)。以下為選定的馬達(dá)型號、技術(shù)規(guī)格和主要參數(shù)（外形尺寸）。 1）、型號：內(nèi)曲線油馬達(dá)（NJM型） 2NJM-G4 2）、技術(shù)規(guī)格：排量為4l/r，輸入壓力額定值為250×104N/m2、最高值為320×104N/m2，最高轉(zhuǎn)速為40/80r/min，輸出扭矩額定值為160/805 ×104N/m2、最大值為2060/1030 ×104N/m2，容積效率大于等于90%，機械效率大于等于90% 3）、外形尺寸：L為564（550）㎜，L1為200（203）㎜，L2為78（85）㎜，D為?560（632）㎜，D1為?480㎜、其上偏差為-0.08㎜、下偏差為-0.14㎜，D2為?524（?600）㎜，n1-d1為8-?21（10-?21）㎜，n2-d2為4-M27×2㎜，n3-d3為2-M33×2㎜，Z為38、m為2.5、ε為0.8、α為200 第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計和聯(lián)結(jié) 1、角度擺動缸的設(shè)計 由于馬達(dá)的選定且考慮到角度擺動缸的各種受力情況，經(jīng)查有關(guān)的資料，確定角度擺動缸受到的負(fù)載在小于5000N的范圍內(nèi)。按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力應(yīng)小于0.8到1Mpa。 設(shè)定負(fù)載F為3600N，工作壓力p為0.6Mpa，容積效率與機械效率都為97%，活塞桿速度都為2.5m/min。 計算：（差動連接） F=p(A1-A2)ηm=pd2πη/4 (3-1) V=qηv/(A1-A2)=4qπ-1d-2ηv (3-2) D=1.414d (3-3) 計算得： D=40㎜； d=28㎜； q=160ml/min 查表得到： 選定 ：D=40㎜； d=28㎜ A1=12.57㎝2； A2=6.41㎝2 P=63×105N/m2； 推力P1=7920N 拉力P2=4040N ； 最小重量為13.28㎏ 根據(jù)缸徑D=40㎜及有關(guān)條件選定油缸的行程為S=50㎜ 2、擺動油缸的選定 根據(jù)扭矩大小和角度擺動要求采用天津市液壓件廠生產(chǎn)的BM型擺動油缸。其中對于缸16（裝配圖所示）采用BM-16型擺動油缸，對于缸4（裝配圖所示）采用BM-500型變動油缸。 技術(shù)規(guī)格：BM-500和BM-16的壓力相同為7.14×105N/m2，流量為22.5l/min。 BM-500型的扭矩為50N·m，擺動角度為264度 BM-16性的扭矩為16N·m，擺動角度為284度。 3、橫移油缸（主推缸）的設(shè)計 估計橫移油缸受到的最大負(fù)載應(yīng)小于角度擺動缸受到的負(fù)載和缸體、導(dǎo)向桿自身重量之和（5000N）。 設(shè)定負(fù)載F1為4900N，工作壓力p1為1Mpa，p2為0 Mpa，容積效率與機械效率都為97%，活塞桿前進(jìn)速度V1都為3米/分，回縮的速度V2為4m/min。 計算：（差動連接） F1=（p1A1- p2A2）ηm = p1πηmD2/4 (3-4) V1=qηv/A1=4qπ-1D-2ηv (3-5) F2=（p1A2- p2A1）ηm (3-5) V2=qηv/A2=4qπ-1 [(D-d) (D＋d)]-1ηv (3-6) V2/ V1=1/[1-(d/ D) 2] (3-7) 計算得： D=80㎜； d=40㎜； q=155ml/min 查表得到： 選定 ：D=80㎜； d=40㎜； a=12.57㎝2 A1=50.27㎝2； A2=37.7㎝2 P=100×105N/m2； 推力P1=50300N 拉力P2=37600N； 最小重量為64.5㎏ 根據(jù)缸徑D=40㎜及有關(guān)條件選定油缸的行程為S=1000㎜。 4、其它液壓缸的設(shè)計 液壓缸6、19和23（裝配圖所示）的設(shè)計與角度擺動缸的設(shè)計相同。根據(jù)各自的條件進(jìn)行計算。 1）、液壓缸6（裝配圖所示）最后選定： D=80㎜; d=55㎜ ； A1=50.27×104㎡；A2=26.51×104㎡ ； P=160×104N/m2；推力P1=101790N； 拉力P2=56560N；最小重量為67.17㎏ 根據(jù)缸徑D=80㎜及有關(guān)條件選定油缸的行程為S=200㎜ 2）、液壓缸19（裝配圖所示）最后選定：D=80㎜; d=55㎜；A1=50.27×104㎡；A2=26.51×104；P=80×105N/m2；推力P1=40220N；拉力P2=21210N；最小重量為67.17㎏ 根據(jù)缸徑D=80㎜及有關(guān)條件選定油缸的行程為S=320㎜ 3）、液壓缸23（裝配圖所示）最后選定：D=110㎜; d=80㎜；A1=95.03×104㎡；A2=44.76×104㎡ ；P=200×105N/m2；推力P1=190060N；拉力P2=89520N；最小重量為188.5㎏ 根據(jù)缸徑D=110㎜及有關(guān)條件選定油缸的行程為S=500㎜ ①、 當(dāng)缸徑為50-60㎜時，公稱通徑為10㎜，接頭連接螺紋為M18×1.5。 ②、 當(dāng)缸徑為63-90㎜時，公稱通徑為15㎜，接頭連接螺紋為M22×1.5。 ③、 當(dāng)缸徑為100-125㎜時，公稱通徑為20㎜，接頭連接螺紋為M27×2。 第四節(jié) 連接桿的設(shè)計和校核 1、 連接桿的設(shè)計 根據(jù)隧道的一般高度（一般為5m到6m之間），減去噴漿機最高極限位置時各機械臂的最大長度和車高度（1.3m）。估算連接桿的長度在0.5m與2m之間。設(shè)定長度為1200㎜，直徑為85㎜。材料使用A3平爐鋼，其機械性能：σS不小于240MN/㎡,σb不小于380-470MN/㎡,ψ(δ5) 不小于26%，ψ(δ10) 不小于22%。 2、 連接桿的校合 連接桿頂端可能受到的最大力F：F約等于支撐座8和缸9、19、16和14（裝配圖所示）的總重量，再加上工作時受到的負(fù)載。8的材料為鑄鐵，密度為每立方厘米7.55克。液壓缸的材料為45號鋼，密度為7.8×103㎏/㎡. F總=（5030+220）×9.8N=51450N (3-8) M=l×Fa=1.2×51450N·m (3-9) σ=M/W≤[σ-1] (3-10) W=πd3/32≈0.1d3 (3-11) 校合結(jié)果滿足設(shè)計要求。 第五節(jié) 銷軸及耳環(huán)連接計算 1、 銷軸 1）、銷軸一般受力情況為雙面受剪（特殊安裝除外），其直徑d可按下式計算： d=(0.64P/[τ])1/2 式中： P——油缸的最大推力（N）； [τ]——材料的許用剪切應(yīng)力（×105N/m2）； 對于45號鋼，[τ]=700×105N/m2。 2）、銷軸長度l，根據(jù)結(jié)構(gòu)及耳環(huán)的寬度b決定。對于油缸銷軸的長度（如圖5），一般選取： l=d 2、 耳環(huán) 1）、耳環(huán)寬度： b=P/(d R壓) 式中： P——油缸的最大推力（N）； d——銷軸直徑（㎜）； R壓——材料的許用壓應(yīng)力（N/m2）； R壓=（0.2-0.25）σb（N/m2）； σb——材料的抗拉強度（N/m2）。 2)、耳環(huán)的有關(guān)尺寸，按照不同的情況推薦選取以下數(shù)值： 尺寸b： 當(dāng)壓力為63-160×105N/m2， b=1，2d 當(dāng)壓力>160-320×105N/m2， b=1，4d 尺寸R： 當(dāng)耳環(huán)不帶軸套時，R=d 當(dāng)耳環(huán)帶軸套時，R=1,2d 當(dāng)耳環(huán)帶球鉸時，R=1,4d 尺寸L： L=1，2d 第六節(jié) 機械手的技術(shù)特征 ⑴適用條件：最大噴射高度為5.5m（若在立柱下接一短支管可達(dá)6.0m）；最大噴射寬度為3-4m。 ⑵立柱調(diào)節(jié)范圍： 最高（車架平面到杠桿回轉(zhuǎn)點）------2200㎜。 最低（車架平面到杠桿回轉(zhuǎn)點）------1660㎜。 ⑶回轉(zhuǎn)器最大傾角： 向前：450 向后：500 左右：3600 ⑷外形尺寸（長×寬×高） 最高噴射位置：3500×800×5500㎜ 最低噴射位置：3500×800×2400㎜ 最小外形尺寸（杠桿水平）：4000×800×2200㎜ ⑸電機型號：BJD2-22-2 ⑹電機功率：2.2kw 結(jié)論 我設(shè)計題目是噴漿機，此次設(shè)計實踐性很強，要求我們學(xué)生必須具備綜合分析問題，解決問題的能力，為了能夠更好地完成，我翻閱了大量的圖書及有關(guān)此項設(shè)計的資料。針對自己的設(shè)計題目，作了仔細(xì)研究，并認(rèn)真收集資料，同時在老師的細(xì)心指導(dǎo)和同學(xué)幫助下，經(jīng)過長期的構(gòu)思，最后完成了設(shè)計任務(wù)。 通過此次設(shè)計，使我有了更在的收獲，把四年所學(xué)的知識綜合運用起來，鍛煉了自己解決實際問題能力，并且對所學(xué)的各種知識重新加以鞏固和運用，使我的繪圖和編排工藝技能有了很大的提高，為自己步入工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 但由于本人的知識和能力有限，經(jīng)驗不足，難免出現(xiàn)錯誤和不足之處，懇請各位老師批評指正。 參考文獻(xiàn) [1] 張利平.液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997 [2] 朱孝錄.機械傳動設(shè)計手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004 [3] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [4] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004 [5] 鄭明新.工程材料[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011 [6] 章宏甲.液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998 [7] 賈培起.液壓缸[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1987 [8] 黃誼.液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007 [9] 張躍峰 陳通..AutoCAD入門與提高[M].北京：清華大學(xué)出版社， [10] 王渙庭 李茅華..機械工程材料[M]. 北京：.大連理工大學(xué)出版社，1991 [11] Robert Mott. 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