气动锚杆钻机总体方案的研究与设计

气动锚杆钻机总体方案的研究与设计
 
2.1设计方案的确定
2.1.1推进方案的确定
一、气缸的选择
气动执行元件与液压执行元件相比，具有如下的特点: (l）气动执行元件的运动速度快，工作压力低，适用于低输出力的场合。能正常工作
的环境温度范围宽，一般可在35℃一+80℃(有的甚至可达+200℃的环境下正常工作)。
 
(2)相对机械运动来说，气动执行元件的结构简单，制造成本低，维修方便，便干调节其输出力和速度的快慢。另外，其安装方式、运动方向和执行元件的数目，又可根据机械装置的要求由设计者自由选择。特别是制造技术的发展，气动执行元件已向模块化、标准化发展。借助于计算机数据传输技术发展起来的气动阀，使气动系统的接线大大简化。
这就为简化整机结构设计和控制提供了有利条件。
 
二、气缸结构和安装方式的选择
 
气缸的种类很多，一般按压缩空气作用在活塞面上的方向、结构特征和安装方式来分类。按压缩空气作用在活塞面上的方向可以分为单作用气缸、双作用气缸和特殊气缸等;
按结构特征则可以分为柱塞式、活塞式、薄膜式、套筒式等;
按安装方式的不同则可以分
为固定式、轴销式等。结合要设计的气动支腿式帮锚杆钻机的推进机构对运动和结构的要求，选择单作用套筒式(即伸缩式)
气缸，工作时气缸的一端固定，另一端自由。
 伸缩式气缸与其他类型的气缸相比，具有如下的优点: 
(l)伸缩气缸工作时行程可以相当长，不工作时整个缸的长度可以缩的较短; 
(2)伸缩缸逐个伸出时，有效工作面积逐渐减少。因此，当进气量相同时，外伸速度逐次增大，当负载恒定时，气缸的工作压力逐次提高; 
(3)单作用伸缩缸的外伸依靠气压，内缩依靠自重或负载的作用。因此，多用于垂直放置的场合。
 
缸筒的安装由内到外为三、二、一级，外缸筒二各缸筒的外导向部分装有密封圈，防止气体泄漏。内、外导向套均与各级缸筒加工成一体。当一级缸筒上升到全部伸出时，一级缸筒的外导向部分与外缸筒的内导向部分相遇，带动二级缸筒上升，三级缸筒的上升同理。

2.1.2动力机构方案的确定
一、马达的选择  气马达是把压缩空气的压力能转换成连续回转运动的机械能的气动执行元件。气马达与油马达相比，其具有油马达所没有的特点:即气马达在长时间的满载工作时，温升较低。一般使用的4-8kg每平方厘米的低压输气管也比高压油管便宜，经济性比油马达有优势，使用费用较低。  由于空气的可压缩性与气马达的工作转速随负载而降低。气马达和电动机相比，有如下的特点: 
（1）工作安全，适用于恶劣的工作环境。在易燃、高温、振动、潮湿及粉尘等不利条件下都正常工作。在具有爆炸性瓦斯的工作场所，无引起爆炸的危险，同时不受震动与高温的影响； 
（2）可以无级调速。只要控制进气阀的开闭程度即控制气体流量就能调节马达的功率； 
（3）有过载保护作用，不会因过载而发生烧毁二过载时气马达会降低速度或停车，当过载减少时即能重新正常运转； 
（4）能够实现正反转，气马达回转部分惯性矩小，所以能快速启动和停止。只要改变进排气的方向，就能实现输出轴的正转和反转的转换； 
（5）具有高的起动力矩，可以直接负载起动，起动、停止迅速； 
（6）满载连续运行，由于压缩空气的绝热膨胀的冷却作用，能降低滑动摩擦部分的发热，因此气马达可在高温环境中使用。在长时间满载连续运行时，其温升较小； 
（7）功率范围及转速范围较宽，气马达功率小到几百瓦:大到几万瓦，转速可以从0-25000r/min或更高； 
（8）操纵方便，维修简单；  (9)功率较低。  除此之外汽马达得到正确良好润滑后，它可在2次检修期间实际运转2500-3000h。 
根据其性能来看气马达应用于以下场合:需要安全、无级调速、经常改变旋转方向、起动频繁以及防爆、负载起动、有过载可能的场合。当要求多种速度运转、瞬时起动和制动或可能经常发生失速和过负载的情况时采用气马达要比别的类似设备价格便宜，维护简单。因此气马达广泛应用于矿山机械中。  基于以上气马达与油马达及电动机相比所具有的各种优点，在本产品的设计中选用了气马达。
马达按结构形式可分为叶片式、活塞式和齿轮式3类。其性能、特点比较如表2-1。 根据表2-1中性能比较，本产品采用了齿轮式气马达。这是由于齿轮式气马达与其他类型的气马达相比，具有体积小、重量轻、结构简单、对气源质量要求低、耐冲击及惯性小等优点，非常适合应用于矿山机械。
三、消声器的选择 
噪声是众所周知的公害之
一。它损害人的听觉，影响人的健康和工作，严重时还会造成各种意外事故。所以噪声问题已日益引起重视并把它作为改善劳动条件和保护环境的重要内容之一。  使用消声器消除噪声的主要措施是吸声。吸声使用吸声材料，如玻璃棉、矿渣棉等装饰在容器的内壁，或敷设在管道的内壁上，将噪声吸收一部分，从而达到降低噪声的目的。  本产品使用的阻性消声器是利用在气流通道内表面的多孔吸声材料来吸收声能。其结构简单，能在较宽的高频范围内消声，特别是对刺耳的高频声波有突出的消声作用，但对低频的消声效果较差。
2.1.3操纵机构方案的确定
一、气阀和水阀的选择 
（1）开关方式的选择   该气动支腿式锚杆钻机有l个主气阀、l个气腿阀和l个水阀，都采用了人力控制阀。在单体式气动锚杆钻机中一般用人力控制阀直接操纵气动执行元件。      水阀和气腿阀都采用了拨动式开关。这是因为拨动式开关的操纵方式具有定位性能即操作力除去后仍能保持阀的工作状态不变。而这2个阀在工作开始之前需要打开，以进气和进水，但是在工作过程中需要稳压，拨动式手动阀能很好的解决这个问题。其阀芯结构基本上和机控阀相同。      马达进气阀开关采用了压柄式。可以根据工作需要，控制进气量的大小。 
（2）控制阀原理的选择  气腿阀原理图如图2-2采用二位三通阀，手动换位，弹簧复位的形式，P口接高压气，T口接大气，A口接气腿气路。左位机能接通P、T口，高压气排入大气。右位机能接通P、A口，高压气进入气腿气路。  主气阀原理图如图2-2采用二位二通阀，手动换位，弹簧复位的形式。P口接高压气，A口接马达气路。左位机能将两口断开，高压气无法进入马达气路。右位机能接通两口，高压气进入马达气路。  水阀原理同主气阀。P口接水接头，A口接冷却水水路。  气腿的排气阀采用快速排气阀二快速排气阀安装在靠近气腿气缸排气口，使气缸快速排气，达到提高生产效率的目的。
二、油雾器的选择  气动系统中所用的许多元件和装置都有运动部分。为使其能正常的工作，需要进行润滑。然而，以压缩空气为动力源的气动元件运动部分都构成密封的气室，不能用普通的方
  9  法注油，只能用某种特殊的方法将油注入气流带到需要润滑的部位。因此，必须在空气管路中设置特殊功能的元件，使普通的液态油滴雾化成细微的油雾进入高压气，随气流输入到运动部位。油雾器就是这样一种特殊的给油装置。当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气一起流进需要润滑的部件，达到润滑的目的。 
使用油雾器有以下优点:
①油雾可输送到任何有气流的地方，且润滑均匀稳定。
②气路一接通就开始润滑，气路断开就停止供油。
③可以同时对多个元件进行润滑。  油雾器的主要特性参数有流量特性和起雾流量2个参数，他们是选用油雾器的主要依据。流量特性是指压力降流量特性，即油雾器的进口压力在规定值时，其输出空气的流量与出口侧的压力降之间的关系;起雾流量是指进口压力在规定值、润滑油在正常工作油位，滴油量每分钟5滴时流过的空气流量。对于一定的进口压力而言，起雾流量越低说明油雾器在小流量工作时润滑油的雾化性能越好。