氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)總體方案的研究與設(shè)計(jì)
 
2.1設(shè)計(jì)方案的確定
2.1.1推進(jìn)方案的確定
一、氣缸的選擇
氣動(dòng)執(zhí)行元件與液壓執(zhí)行元件相比，具有如下的特點(diǎn): (l）氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度快，工作壓力低，適用于低輸出力的場(chǎng)合。能正常工作
的環(huán)境溫度范圍寬，一般可在35℃一+80℃(有的甚至可達(dá)+200℃的環(huán)境下正常工作)。
 
(2)相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，氣動(dòng)執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，維修方便，便干調(diào)節(jié)其輸出力和速度的快慢。另外，其安裝方式、運(yùn)動(dòng)方向和執(zhí)行元件的數(shù)目，又可根據(jù)機(jī)械裝置的要求由設(shè)計(jì)者自由選擇。特別是制造技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)執(zhí)行元件已向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。借助于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)展起來(lái)的氣動(dòng)閥，使氣動(dòng)系統(tǒng)的接線大大簡(jiǎn)化。
這就為簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制提供了有利條件。
 
二、氣缸結(jié)構(gòu)和安裝方式的選擇
 
氣缸的種類很多，一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、結(jié)構(gòu)特征和安裝方式來(lái)分類。按壓縮空氣作用在活塞面上的方向可以分為單作用氣缸、雙作用氣缸和特殊氣缸等;
按結(jié)構(gòu)特征則可以分為柱塞式、活塞式、薄膜式、套筒式等;
按安裝方式的不同則可以分
為固定式、軸銷式等。結(jié)合要設(shè)計(jì)的氣動(dòng)支腿式幫錨桿鉆機(jī)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)的要求，選擇單作用套筒式(即伸縮式)
氣缸，工作時(shí)氣缸的一端固定，另一端自由。
 伸縮式氣缸與其他類型的氣缸相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn): 
(l)伸縮氣缸工作時(shí)行程可以相當(dāng)長(zhǎng)，不工作時(shí)整個(gè)缸的長(zhǎng)度可以縮的較短; 
(2)伸縮缸逐個(gè)伸出時(shí)，有效工作面積逐漸減少。因此，當(dāng)進(jìn)氣量相同時(shí)，外伸速度逐次增大，當(dāng)負(fù)載恒定時(shí)，氣缸的工作壓力逐次提高; 
(3)單作用伸縮缸的外伸依靠氣壓，內(nèi)縮依靠自重或負(fù)載的作用。因此，多用于垂直放置的場(chǎng)合。
 
缸筒的安裝由內(nèi)到外為三、二、一級(jí)，外缸筒二各缸筒的外導(dǎo)向部分裝有密封圈，防止氣體泄漏。內(nèi)、外導(dǎo)向套均與各級(jí)缸筒加工成一體。當(dāng)一級(jí)缸筒上升到全部伸出時(shí)，一級(jí)缸筒的外導(dǎo)向部分與外缸筒的內(nèi)導(dǎo)向部分相遇，帶動(dòng)二級(jí)缸筒上升，三級(jí)缸筒的上升同理。

2.1.2動(dòng)力機(jī)構(gòu)方案的確定
一、馬達(dá)的選擇  氣馬達(dá)是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣馬達(dá)與油馬達(dá)相比，其具有油馬達(dá)所沒有的特點(diǎn):即氣馬達(dá)在長(zhǎng)時(shí)間的滿載工作時(shí)，溫升較低。一般使用的4-8kg每平方厘米的低壓輸氣管也比高壓油管便宜，經(jīng)濟(jì)性比油馬達(dá)有優(yōu)勢(shì)，使用費(fèi)用較低。  由于空氣的可壓縮性與氣馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速隨負(fù)載而降低。氣馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)相比，有如下的特點(diǎn): 
（1）工作安全，適用于惡劣的工作環(huán)境。在易燃、高溫、振動(dòng)、潮濕及粉塵等不利條件下都正常工作。在具有爆炸性瓦斯的工作場(chǎng)所，無(wú)引起爆炸的危險(xiǎn)，同時(shí)不受震動(dòng)與高溫的影響； 
（2）可以無(wú)級(jí)調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥的開閉程度即控制氣體流量就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的功率； 
（3）有過(guò)載保護(hù)作用，不會(huì)因過(guò)載而發(fā)生燒毀二過(guò)載時(shí)氣馬達(dá)會(huì)降低速度或停車，當(dāng)過(guò)載減少時(shí)即能重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)； 
（4）能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，氣馬達(dá)回轉(zhuǎn)部分慣性矩小，所以能快速啟動(dòng)和停止。只要改變進(jìn)排氣的方向，就能實(shí)現(xiàn)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換； 
（5）具有高的起動(dòng)力矩，可以直接負(fù)載起動(dòng)，起動(dòng)、停止迅速； 
（6）滿載連續(xù)運(yùn)行，由于壓縮空氣的絕熱膨脹的冷卻作用，能降低滑動(dòng)摩擦部分的發(fā)熱，因此氣馬達(dá)可在高溫環(huán)境中使用。在長(zhǎng)時(shí)間滿載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，其溫升較??； 
（7）功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬，氣馬達(dá)功率小到幾百瓦:大到幾萬(wàn)瓦，轉(zhuǎn)速可以從0-25000r/min或更高； 
（8）操縱方便，維修簡(jiǎn)單；  (9)功率較低。  除此之外汽馬達(dá)得到正確良好潤(rùn)滑后，它可在2次檢修期間實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)2500-3000h。 
根據(jù)其性能來(lái)看氣馬達(dá)應(yīng)用于以下場(chǎng)合:需要安全、無(wú)級(jí)調(diào)速、經(jīng)常改變旋轉(zhuǎn)方向、起動(dòng)頻繁以及防爆、負(fù)載起動(dòng)、有過(guò)載可能的場(chǎng)合。當(dāng)要求多種速度運(yùn)轉(zhuǎn)、瞬時(shí)起動(dòng)和制動(dòng)或可能經(jīng)常發(fā)生失速和過(guò)負(fù)載的情況時(shí)采用氣馬達(dá)要比別的類似設(shè)備價(jià)格便宜，維護(hù)簡(jiǎn)單。因此氣馬達(dá)廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械中。  基于以上氣馬達(dá)與油馬達(dá)及電動(dòng)機(jī)相比所具有的各種優(yōu)點(diǎn)，在本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中選用了氣馬達(dá)。
馬達(dá)按結(jié)構(gòu)形式可分為葉片式、活塞式和齒輪式3類。其性能、特點(diǎn)比較如表2-1。 根據(jù)表2-1中性能比較，本產(chǎn)品采用了齒輪式氣馬達(dá)。這是由于齒輪式氣馬達(dá)與其他類型的氣馬達(dá)相比，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)氣源質(zhì)量要求低、耐沖擊及慣性小等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于礦山機(jī)械。
三、消聲器的選擇 
噪聲是眾所周知的公害之
一。它損害人的聽覺，影響人的健康和工作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成各種意外事故。所以噪聲問(wèn)題已日益引起重視并把它作為改善勞動(dòng)條件和保護(hù)環(huán)境的重要內(nèi)容之一。  使用消聲器消除噪聲的主要措施是吸聲。吸聲使用吸聲材料，如玻璃棉、礦渣棉等裝飾在容器的內(nèi)壁，或敷設(shè)在管道的內(nèi)壁上，將噪聲吸收一部分，從而達(dá)到降低噪聲的目的。  本產(chǎn)品使用的阻性消聲器是利用在氣流通道內(nèi)表面的多孔吸聲材料來(lái)吸收聲能。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在較寬的高頻范圍內(nèi)消聲，特別是對(duì)刺耳的高頻聲波有突出的消聲作用，但對(duì)低頻的消聲效果較差。
2.1.3操縱機(jī)構(gòu)方案的確定
一、氣閥和水閥的選擇 
（1）開關(guān)方式的選擇   該氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)有l(wèi)個(gè)主氣閥、l個(gè)氣腿閥和l個(gè)水閥，都采用了人力控制閥。在單體式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)中一般用人力控制閥直接操縱氣動(dòng)執(zhí)行元件。      水閥和氣腿閥都采用了撥動(dòng)式開關(guān)。這是因?yàn)閾軇?dòng)式開關(guān)的操縱方式具有定位性能即操作力除去后仍能保持閥的工作狀態(tài)不變。而這2個(gè)閥在工作開始之前需要打開，以進(jìn)氣和進(jìn)水，但是在工作過(guò)程中需要穩(wěn)壓，撥動(dòng)式手動(dòng)閥能很好的解決這個(gè)問(wèn)題。其閥芯結(jié)構(gòu)基本上和機(jī)控閥相同。      馬達(dá)進(jìn)氣閥開關(guān)采用了壓柄式?？梢愿鶕?jù)工作需要，控制進(jìn)氣量的大小。 
（2）控制閥原理的選擇  氣腿閥原理圖如圖2-2采用二位三通閥，手動(dòng)換位，彈簧復(fù)位的形式，P口接高壓氣，T口接大氣，A口接氣腿氣路。左位機(jī)能接通P、T口，高壓氣排入大氣。右位機(jī)能接通P、A口，高壓氣進(jìn)入氣腿氣路。  主氣閥原理圖如圖2-2采用二位二通閥，手動(dòng)換位，彈簧復(fù)位的形式。P口接高壓氣，A口接馬達(dá)氣路。左位機(jī)能將兩口斷開，高壓氣無(wú)法進(jìn)入馬達(dá)氣路。右位機(jī)能接通兩口，高壓氣進(jìn)入馬達(dá)氣路。  水閥原理同主氣閥。P口接水接頭，A口接冷卻水水路。  氣腿的排氣閥采用快速排氣閥二快速排氣閥安裝在靠近氣腿氣缸排氣口，使氣缸快速排氣，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。
二、油霧器的選擇  氣動(dòng)系統(tǒng)中所用的許多元件和裝置都有運(yùn)動(dòng)部分。為使其能正常的工作，需要進(jìn)行潤(rùn)滑。然而，以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)部分都構(gòu)成密封的氣室，不能用普通的方
  9  法注油，只能用某種特殊的方法將油注入氣流帶到需要潤(rùn)滑的部位。因此，必須在空氣管路中設(shè)置特殊功能的元件，使普通的液態(tài)油滴霧化成細(xì)微的油霧進(jìn)入高壓氣，隨氣流輸入到運(yùn)動(dòng)部位。油霧器就是這樣一種特殊的給油裝置。當(dāng)壓縮空氣流過(guò)時(shí)，它將潤(rùn)滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣一起流進(jìn)需要潤(rùn)滑的部件，達(dá)到潤(rùn)滑的目的。 
使用油霧器有以下優(yōu)點(diǎn):
①油霧可輸送到任何有氣流的地方，且潤(rùn)滑均勻穩(wěn)定。
②氣路一接通就開始潤(rùn)滑，氣路斷開就停止供油。
③可以同時(shí)對(duì)多個(gè)元件進(jìn)行潤(rùn)滑。  油霧器的主要特性參數(shù)有流量特性和起霧流量2個(gè)參數(shù)，他們是選用油霧器的主要依據(jù)。流量特性是指壓力降流量特性，即油霧器的進(jìn)口壓力在規(guī)定值時(shí)，其輸出空氣的流量與出口側(cè)的壓力降之間的關(guān)系;起霧流量是指進(jìn)口壓力在規(guī)定值、潤(rùn)滑油在正常工作油位，滴油量每分鐘5滴時(shí)流過(guò)的空氣流量。對(duì)于一定的進(jìn)口壓力而言，起霧流量越低說(shuō)明油霧器在小流量工作時(shí)潤(rùn)滑油的霧化性能越好。