洛阳理工学院毕业设计（论文）
RAY Fr B RAX RBX Q 28 60 125 130 350 图6-2 受力简图
Fr RAX RBX 图6-3 水平力
46N.m 18N.m 图6-4 水平弯矩图
RAY Fr RBY 图6-5 垂直力
958N.m 103N.m 图6-6 垂直弯矩图
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958N.m
441N.m 60N.m 113N.m 图6-7 合成弯矩图
298N.m
图6-8 扭矩图
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第7章 液压系统的设计与计算
7.1 液压卡盘的设计与计算
卡盘的结构如图8－1所示，其工作原理是夹紧钻杆依靠喋型弹簧安装时的预紧力，使移动套上移，移动套内孔为圆锥形，迫使主轴槽内的三块卡块同时向中心移动，完成卡紧动作。
当松开卡盘时，是靠加入卡盘油缸中的压力油克服碟型弹簧的弹力，并压缩碟型弹簧，迫使活塞及移动套下移，由于移动套离开了卡瓦，主轴的两个涨环将卡瓦弹回到圆锥面外径的位置，完成松开钻杆的动作。
卡盘夹紧力的大小，取决于碟型弹簧的轴向推力，轴向推力越大，夹紧力就越大。
7.1.1 卡瓦对钻杆的夹紧力N
卡瓦对钻杆的夹紧力N必须满足下式： N·f≥Q
式中 Q—最大起拔力Q＝28500（N） f—卡瓦与钻杆的摩擦系数f=0.5。 所以 N≥Q/f=28500/0.5=57000(N)
7.1.2 碟型弹簧的轴向推力
由图8－2可知，弹簧对卡瓦的轴向推力F0为 F0＝K·N·tg(α+ρ)
式中： N—卡瓦与钻杆间的法向推力 α—卡瓦的斜角 α＝80 ρ—当量摩擦角 ρ＝8030ˊ K—储备系数 K＝1.6
所以 F0=1.6×57000tg(80+8030ˊ)=27000N
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图7-1 碟形弹簧的轴向推力示意图
7.1.3 卡盘松开时所需油压的计算
碟型弹簧的特性曲线如图8－2所示，松开卡盘时所需油压力为： P＝p/s
式中：p—碟型弹簧的最大理论弹力 p＝40890N s—环状油缸面积 s＝π(D2－d2)/4 D—油缸直径 D＝17cm d—活塞杆直径 d=14cm s=π(172-142)/4=73cm2 P=40890/73=56MPa
7.1.4 碟型弹簧总变形量的计算
△ L＝б·n＝（4.5～3.375）×9=40.5～30.375（mm）
图7-2 碟形弹簧特性曲线图
式中:△L—碟型弹簧总变形量 mm
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б—一片弹簧的变形量 mm n—弹簧片数 n＝9
九片弹簧预压变形最低为30.375mm,最大为40.5mm,移动套轴向移动范围只能在△L=40.5~30.375mm=10.12mm
7.1.5 卡瓦径向伸缩量计算
△ d＝2△Ltgα＝2×10.12×tg80=2.84 式中:△d—卡瓦径向伸缩量 α—卡瓦的斜角 α=80
7.1.6 刚体强度的计算
油缸壁厚为：t＝PP×D/2×ζp
式中：PP—试验压力，PP＝Pn×150％ 当Pn>16MPa时，PP＝Pn×125％ Pn—工作压力（Pa） D—油缸内径 D＝0.17(m) ζp—缸体材料许用拉压力 ζp=ζb/S 其中ζb为材料抗拉强度 S—安全系数 S=3.5～5 取S=4 Pn=600×104(Pa)
PP=600×104×150%=900×104 ζp=ζb/S=60×106/3.5=17×106Pa
t=900×104×0.17/2×17×106=0.0045(m) 取t=8mm,所以强度足够。
7.2 给进油缸的设计
给进油缸的结构如图8－4所示，为双作用单活塞杆往复运动油缸，所起的作用是：
1〕、完成钻孔过程中的给进运动；
2〕、当卡钻及处理事故时，配合绞车起拔在钻杆。
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