盘比较有以下优点:①具有足够的夹紧力,而且夹紧力的大小可以随着系统压力的增加而增大。
②质量分布十分均匀,高速回转(主轴转速n=2800r/min)时仍十分平稳。
③能保证自动定心,同轴度较高。
第三章钻机胶套式液压卡盘分析④操作灵活,卡瓦夹紧与松开的速度快,实现无塔升降钻具过程中卡、夹联动较理想。
⑤结构紧凑,体积小,重量轻。
⑥密封性能好,不易渗漏油。
3.2.1DIAMEC-251E型钻机液压卡盘的结构分析DIAMEC.251E型全液压坑内钻机所配备的液压卡盘属于此种类型。
它是由端盖(2)、弹簧组(6)、卡瓦组(7)、隔圈(8)、胶套a0)、外壳0D等所组成(见图9)。
图9DIAMEC.25IE型液压卡盘工作原理:液压卡盘是通过四根螺杆(4)与回转器空心主轴相连,在轴上还有四个小孔与外壳QD相通,高压油从小孔输入隔圈套在胶套中部形成压力腔,使胶套受到径向的压缩力,迫使卡瓦组径向移动而夹紧钻杆;回油时,卡瓦组在弹簧组的作用下自动复位而松开。
DIA2VlEC.251E型全液压坑内钻机液压卡盘在使用中存在如下问题:①卡瓦组的形状复杂且不易加工,热处理时容易变形。
第三章钻机胶套式液压卡盘分析②卡瓦是整体式(见图lo),磨损后内径增大即全部报废,成本高。
图10整体式卡瓦③胶套内孔断面为四方形(见图11),受力面不是等面积,特别是在四角显得更加薄弱,易于产生裂纹而损坏,使用寿命短,且加工困难。
麟嘲霪氅戮麟,么秦姒、渤划Jo龄—勿夕图11胶套内孔方形断面14第三章钻机胶套式液压卡盘分析④壳体的内部尺寸在加工时不易保证,造成胶套的密封带压缩量不够而产生泄漏。
⑤隔圈装配困难且不易加工。
⑥四根长螺杆在安装时有憋劲现象,与主轴不易对中,端部外六方头尺寸小,易损坏,螺杆经常断裂。
3.2.2Z7556型钻机液压卡盘结构分析Z7556型全液压坑内钻机采用胶套式液压卡盘,基于以上问题作了如下改进(见图12):图12Z7556型钻机卡盘①将卡瓦部分改为分体式(见图13),卡瓦是插入瓦体的,其形状简单,易于加工和更换。
②胶套内孔断面改为圆形(见图14),受力均匀,不易产生裂纹,其材料选用I-4优质耐油胶料,使用寿命延长几十倍,且加工简单,成本降低,卡瓦组自动复位动作更加灵敏。
第三章钻机胶套式液压卡盘分析图13分体式卡瓦口70lt●i强戮骚瀚秣粼—一高迥《蔷魁鹬辫焱嬲幽¨M、图14圆形内孔断面③改进后的壳体易于保证加工精度,省去了隔圈,更便于装配。
3.3卡盘传递能力的计算在液压钻机卡盘的设计中均根据轴心力的大小,也就是根据进给油缸最大推第三章钻机胶套式液压卡盘分析力乘以安全系数来确定卡盘的夹紧能力。
对于全液压坑内钻机来说,必须考虑以下两种情况:其一,垂直向下钻孔时的最大提升载荷;其二,卡盘在加压钻进过程中同时传递轴向力和扭矩给钻杆。
(一)、最大提升载荷的计算Q。
,=mgxKl×K2×K3=qxh×gxKl×K2×K3式中:q.o52mm钢钻杆q=4.54kg/mh一钻具长度h--400mK1.无接头连接K.一lK:一钻杆在冲洗液中的失重系数K:=O.85K3一阻力系数K3=1.5Q~=4.54x400x9.81×1×0.85x1.5=22714.07N(二)、轴向力与扭矩的作用力Q=i1叫瞩=1fNL(2/函dj2+p。
2式中:f.卡瓦与钻杆的摩擦系数f=0.30d一钻杆外径d=52mmM:9550x—N×T111其中N.动力机功率N=45kWn,最低转速n=500r/min11-传递效率(考虑油泵、液压马达及齿轮箱等)”。
U.88×0.88×0.95=0.735M:9550×竺×o.735:631.73Nm500埽警-z×器=24297.3NP轴一考虑正常工作时实际加压迸给力不超过9800NQ=去厄丽丽矿堋330‘7N从上述计算中可以看出:在回转钻进中卡盘主要传递扭矩第三章钻机胶套式液压卡盘分析(三)、卡盘轴向夹紧力的计算P=Ⅱdlpd.胶套受压直径d=l55rnm1-胶套受压长度l=66mmp一额定工作压力p=20MPaP=3.14x155×10-;×66×10。
×20x106=642444N轴向夹紧力Q=fx只=O.30x642444=192733.20N(四)、卡盘弹簧复位能力的计算为保证卡盘工作可靠,在迅速打开卡瓦时,复位弹簧必须克服一定的背压。
如图15所示:图15弹簧背压PT一弹簧复位能力PB一由于背压产生的阻力PB=3”d14x155x66x10-;x0.3x106=24。
9.17N牲厨酉=誓础Ⅲz………:4由PT>PB,一般背压值≤0.3MPa,代入上述关系可得到P>851.77N只力的大小即为设计弹簧的工作载荷值,同时还必须考虑卡瓦夹紧或松开时的变形量等。
第三章钻机胶套式液压卡盘分析3.4胶套式液压卡盘在使用中应注意的问题1.关于卡瓦组与端盖配合间隙问题卡瓦组装置在胶套内,前后端盖将其固紧,这样,既要保证胶套两端密封带压住以防止泄露,又要保证在高压油作用下,卡瓦组能在前后端盖之间做径向移动。
端盖与垫板之间的间隙太大,由于高压油进入压力容腔,胶套立即产生变形,橡胶同时被挤入间隙内,每挤入一次,就被啃去~小点,并且将逐渐扩大形成一条麻点区,长期使用后即产生裂纹,这也是胶套损坏的主要原因之一。
为了解决这个问题,其一是间隙值要尽量缩小,其二是胶套端面内孔改为圆形,在高压油作用下,胶套虽变形也不会向间隙充填,从而克服胶套被啃的现象,大大延长胶套的使用寿命。
2.关于间隙密封问题一般液压卡盘卡瓦的夹紧力是由弹簧——滑块组或推力轴承——滑块组所获得,对于轻型全液压坑内钻机来说,其弹簧的数量和推力轴承的规格都显得太大了。
通过高压油直接施加径向力于卡瓦,结构紧凑且能产生足够的夹紧力。
高速回转的液压卡盘所获得的高压油是从空一Ii,主轴注入,而空心主轴与不转动的铜套形成了间隙密封装置。
间隙密封是一种实用密封类型,也是一种非接触式密封,即允许具有合理的间隙来排出一定的泄漏油量。
影响间隙密封泄漏油量的因素很多,对于带有偏心环状间隙的泄漏油量可以按照下述公式进行计算:Q。
型fl+1.58:1121,tl、7从公式中可以看出:(1)当空心主轴外径d、密封铜套长度1、油的粘度u~定时,其泄漏量Q与压力差△p、间隙值63成正比,其中与6值因成立方关系,影响极大,一般控制在O.04--0.06ram范围内。
(2)偏心.
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