矿用液压钻机试验台机械台架设计(附件)【字数：8941】
摘 要该设计是为了使得矿用液压钻机在出厂时的参数检测能够合格，它主要用来检测钻机在出厂时动力头的实际输出功率以及工作效率。转矩转速仪是本设计中所采用的一种测量工具，它的测量对象为低速大扭矩的液压马达，由于转速太低，驱动负载的能力不够，所以在此设计中我们添加了一个增速的装置，这样的话在液压的驱动时就能够提升它的转速。同时本设计在钻头和试验台中间增加了一个轴承架的设置，这是为了使其能够承受所有的轴向力。而其他装置不变，依旧固定于实验台架之上，这就改变了转速转矩仪不能承受轴向力的事实。该实验装置使用节流阀来调速加载，这是因为它结构简单，操作方便。
目 录
第一章 液压试验台方案的选择 1
1.1回转加载的方案检测 1
1.1.1试验台的检测重点 1
1.1.2测试方案的选择 1
1.1.3油泵加载型方案的选取 4
1.2试验台移动加载型的选择 4
1.3测量的要求及工具 5
第二章 液压元件和液压缸的选取 6
2.1基础数据的整理 6
2.2试验台液压泵的选取 6
2.3液压泵电机的选取 6
2.4液压缸的选取 6
2.5液压系统中油管和油箱的选取 9
第三章 试验台的液压系统 10
3.1系统的工作原理 10
第四章 台架设计中传感器的应用 11
4.1转速和转矩仪的选取 11
4.1.1型号的确定 11
4.1.2传感器的形状及尺寸大小 11
4.2压力传感器的选择与应用 12
4.2.1传感器的有关介绍 12
4.2.2霍尔电压式传感器的应用 13
4.2.3霍尔电流式传感器的应用 13
4.3光纤温度传感器的应用 13
第五章 增速器中相关零件的确定 14
5.1基本参数的确定 14
5.2一级齿轮增速器的确定 14
5.3有关数据的整理 14
5.3.1轴在工作中相关参数的计算 14
5.3.2齿轮有关参数的确定 15
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/> 5.3.3齿轮强度的校核 15
5.3.4轴的选用 16
5.3.5轴承的确定及使用 21
第六章 台架其余部分的确定 23
6.1滚子轴承的选用 23
6.2台架设计中各个键的设计 23
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 液压试验台方案的选择
1.1回转加载的方案检测
1.1.1试验台的检测重点
判断一台钻机是否符合质量要求，我们应该认真仔细的按照相关企业的要求，来对试验台进行相关性能参数的测试。对液压试验台来说正确可靠的数据是很关键的。输出功率及整机效率是全液压坑道钻机中最主要的性能和参数所在。我们主要对液压试验台电动机和动力头的输出功率以及转矩转速进行相关测量，还有油箱温度的范围，油缸的推、拉力大小和在系统中的压力值。在这之中，我们可以用霍尔电压和电流传感器来测量计算出电动机的输出功率，这也能够得出动力头的输出功率，当然我们也能用温度传感器和压力传感器来测量出油箱的温度值以及系统的压力值。因为这些数据都能够被测量计算出来，不属于和机械相关的设计成分，所以在下文中不会重点介绍。用一些计算公式能得出动力头的输出转矩、转速，这些会在下面的文章中一一说明介绍。虽然我们通过压力传感器能够间接测量出推进油缸的有关数据，但因它与液压试验台整体的结构相关联，所以它也是此次设计的重点之一。
1.1.2测试方案的选择
1、油泵的加载型方案
工作原理为:将液压钻机动力头回转状态下输出轴的旋转运动作为试验台加载油泵的输入动力,通过转速扭矩传感器及联轴器连接油泵轴,从而驱动油泵工作,泵出高压油,而油泵泵出的不同油压值就反映了它不同的输出功率,这也就代表了钻机相对应的输出功率。油泵、油箱、溢流阀及冷却器主要构成负载。由于钻机加载时要有较大的压力范围,一般我们选择轴向的柱塞泵。从图1来看,加载油泵、变速箱和转速扭矩传感器被固定安装在台架之上。钻机动力头输出轴经联轴器或万向节来连接转速扭矩传感器,再连接到变速箱、联轴器与油泵输入轴相连。变速箱的作用是将钻机主轴的输出转速与接近油泵的额定转速相匹配,从而保证油泵能够正常工作。而加载的方法是通过调整溢流阀的压力调节泵的输出压力,以便达到加载的目的。这种加载方式不仅结构简单,而且制造成本比较低。由于加载的装置没有电机,所以在此过程中不需消耗额外的能量。这非常适合小扭矩钻机的检测测量,同样也适合小批量生产钻机的工厂使用。不足的地方是,加载载荷的大小,由溢流阀的设定压力来决定,在加载检测的过程中,因为溢流阀一直处于打开溢流的状态,所以加载油泵的输出功率全部转化为热能,从而液压油的温升明显。所以合理的选择冷却器,并且连续进行冷却,这样才能保证检测的顺利进行。此外,钻机主轴与油泵轴的连接比较难保证同轴,而柔性连接具有短的使用寿命,故长时间工作会使加载油泵容易损坏。油泵加载型的示意图为下图1－1。
图1－1 油泵加载型工作原理图
2、液压马达的加载型方案
这种加载是利用额外的液压马达通过反向旋转，从而给液压钻机主轴施加一个反方向的抵抗力矩,它的结构由下图2显示:在台架上固定安装了马达、变速箱和转速扭矩传感器。主要部分有电机、油泵、油箱、冷却器、溢流阀以及液压马达。原理为电动机驱动一个比钻机油泵压力较低的油泵向液压马达提供给液压油,马达的输出轴通过转速及扭矩传感器与液压钻机主轴相连接,当动力头主轴旋转时驱动马达也随之旋转,在马达的出油管路上添加有节流阀和溢流阀,这使得出油管路产生一定的压力,、随之产生与动力头方向相反的阻力矩,从而实现加载的目的。为了确保马达能够正常运行,我们一定要在钻机和马达中间添加一个增速器,它的传动路径是:马达—小齿轮—大齿轮—变速箱主轴—转速和扭矩传感器—钻机动力头。该加载装置与油泵加载试验台相比较而言,测量范围较大,一般在100kW之内。液压油的发热情况与油泵加载型相类似,也需配置相适应的冷却器。此外,它的使用和制造成本相对油泵加载型要稍微高一些。但是它的输入功率以及整机效率的检测方法大致与油泵加载型试验台相类似。图1－2表示为马达加载型设备的工作原理。
图1－2 液压马达的加载型设备流程图
3、磁粉制动器的加载型方案
这是一个利用磁粉制动器来产生阻力矩以用来实现加载目的的方法。它的原理为磁粉制动器的输出轴由转速转矩仪和动力头主轴相连接,我们调节激磁电流来控制传输扭矩的大小。由于磁粉制动器的这种特性决定了它的加载方式有扭矩控制精度高,定转矩效果好的特点。但是磁粉的加入量和磁粉的磁性变化都会对扭矩的大小产生影响,特别是使用过一段时间之后,磁粉的磁性逐步衰减,它的阻力矩也会随之下降,故我们需经常性的对磁粉制动器加以维护。输入功率及整机效率的检测测量可用油泵加载型试验台的方式来测算,也可用图1－4的形式。图1－3试验台a与图1－4试验台b的区别之处在于中间增加了计算机集中控制部分,因为这样它的自动化程度高,使用也比较方便。
目 录
第一章 液压试验台方案的选择 1
1.1回转加载的方案检测 1
1.1.1试验台的检测重点 1
1.1.2测试方案的选择 1
1.1.3油泵加载型方案的选取 4
1.2试验台移动加载型的选择 4
1.3测量的要求及工具 5
第二章 液压元件和液压缸的选取 6
2.1基础数据的整理 6
2.2试验台液压泵的选取 6
2.3液压泵电机的选取 6
2.4液压缸的选取 6
2.5液压系统中油管和油箱的选取 9
第三章 试验台的液压系统 10
3.1系统的工作原理 10
第四章 台架设计中传感器的应用 11
4.1转速和转矩仪的选取 11
4.1.1型号的确定 11
4.1.2传感器的形状及尺寸大小 11
4.2压力传感器的选择与应用 12
4.2.1传感器的有关介绍 12
4.2.2霍尔电压式传感器的应用 13
4.2.3霍尔电流式传感器的应用 13
4.3光纤温度传感器的应用 13
第五章 增速器中相关零件的确定 14
5.1基本参数的确定 14
5.2一级齿轮增速器的确定 14
5.3有关数据的整理 14
5.3.1轴在工作中相关参数的计算 14
5.3.2齿轮有关参数的确定 15
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/> 5.3.3齿轮强度的校核 15
5.3.4轴的选用 16
5.3.5轴承的确定及使用 21
第六章 台架其余部分的确定 23
6.1滚子轴承的选用 23
6.2台架设计中各个键的设计 23
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 液压试验台方案的选择
1.1回转加载的方案检测
1.1.1试验台的检测重点
判断一台钻机是否符合质量要求，我们应该认真仔细的按照相关企业的要求，来对试验台进行相关性能参数的测试。对液压试验台来说正确可靠的数据是很关键的。输出功率及整机效率是全液压坑道钻机中最主要的性能和参数所在。我们主要对液压试验台电动机和动力头的输出功率以及转矩转速进行相关测量，还有油箱温度的范围，油缸的推、拉力大小和在系统中的压力值。在这之中，我们可以用霍尔电压和电流传感器来测量计算出电动机的输出功率，这也能够得出动力头的输出功率，当然我们也能用温度传感器和压力传感器来测量出油箱的温度值以及系统的压力值。因为这些数据都能够被测量计算出来，不属于和机械相关的设计成分，所以在下文中不会重点介绍。用一些计算公式能得出动力头的输出转矩、转速，这些会在下面的文章中一一说明介绍。虽然我们通过压力传感器能够间接测量出推进油缸的有关数据，但因它与液压试验台整体的结构相关联，所以它也是此次设计的重点之一。
1.1.2测试方案的选择
1、油泵的加载型方案
工作原理为:将液压钻机动力头回转状态下输出轴的旋转运动作为试验台加载油泵的输入动力,通过转速扭矩传感器及联轴器连接油泵轴,从而驱动油泵工作,泵出高压油,而油泵泵出的不同油压值就反映了它不同的输出功率,这也就代表了钻机相对应的输出功率。油泵、油箱、溢流阀及冷却器主要构成负载。由于钻机加载时要有较大的压力范围,一般我们选择轴向的柱塞泵。从图1来看,加载油泵、变速箱和转速扭矩传感器被固定安装在台架之上。钻机动力头输出轴经联轴器或万向节来连接转速扭矩传感器,再连接到变速箱、联轴器与油泵输入轴相连。变速箱的作用是将钻机主轴的输出转速与接近油泵的额定转速相匹配,从而保证油泵能够正常工作。而加载的方法是通过调整溢流阀的压力调节泵的输出压力,以便达到加载的目的。这种加载方式不仅结构简单,而且制造成本比较低。由于加载的装置没有电机,所以在此过程中不需消耗额外的能量。这非常适合小扭矩钻机的检测测量,同样也适合小批量生产钻机的工厂使用。不足的地方是,加载载荷的大小,由溢流阀的设定压力来决定,在加载检测的过程中,因为溢流阀一直处于打开溢流的状态,所以加载油泵的输出功率全部转化为热能,从而液压油的温升明显。所以合理的选择冷却器,并且连续进行冷却,这样才能保证检测的顺利进行。此外,钻机主轴与油泵轴的连接比较难保证同轴,而柔性连接具有短的使用寿命,故长时间工作会使加载油泵容易损坏。油泵加载型的示意图为下图1－1。
图1－1 油泵加载型工作原理图
2、液压马达的加载型方案
这种加载是利用额外的液压马达通过反向旋转，从而给液压钻机主轴施加一个反方向的抵抗力矩,它的结构由下图2显示:在台架上固定安装了马达、变速箱和转速扭矩传感器。主要部分有电机、油泵、油箱、冷却器、溢流阀以及液压马达。原理为电动机驱动一个比钻机油泵压力较低的油泵向液压马达提供给液压油,马达的输出轴通过转速及扭矩传感器与液压钻机主轴相连接,当动力头主轴旋转时驱动马达也随之旋转,在马达的出油管路上添加有节流阀和溢流阀,这使得出油管路产生一定的压力,、随之产生与动力头方向相反的阻力矩,从而实现加载的目的。为了确保马达能够正常运行,我们一定要在钻机和马达中间添加一个增速器,它的传动路径是:马达—小齿轮—大齿轮—变速箱主轴—转速和扭矩传感器—钻机动力头。该加载装置与油泵加载试验台相比较而言,测量范围较大,一般在100kW之内。液压油的发热情况与油泵加载型相类似,也需配置相适应的冷却器。此外,它的使用和制造成本相对油泵加载型要稍微高一些。但是它的输入功率以及整机效率的检测方法大致与油泵加载型试验台相类似。图1－2表示为马达加载型设备的工作原理。
图1－2 液压马达的加载型设备流程图
3、磁粉制动器的加载型方案
这是一个利用磁粉制动器来产生阻力矩以用来实现加载目的的方法。它的原理为磁粉制动器的输出轴由转速转矩仪和动力头主轴相连接,我们调节激磁电流来控制传输扭矩的大小。由于磁粉制动器的这种特性决定了它的加载方式有扭矩控制精度高,定转矩效果好的特点。但是磁粉的加入量和磁粉的磁性变化都会对扭矩的大小产生影响,特别是使用过一段时间之后,磁粉的磁性逐步衰减,它的阻力矩也会随之下降,故我们需经常性的对磁粉制动器加以维护。输入功率及整机效率的检测测量可用油泵加载型试验台的方式来测算,也可用图1－4的形式。图1－3试验台a与图1－4试验台b的区别之处在于中间增加了计算机集中控制部分,因为这样它的自动化程度高,使用也比较方便。
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