锚杆钻机说明书修订版 - 图文

河北工程大学毕业设计

摘 要

目前，国内外锚杆钻机在采矿方面应用极为广泛，在采矿行业得到了人们的高度评价。但是，国内生产的锚杆钻机无论从技术上还是质量上都落后于某些发达国家，因此对锚杆钻机的理论研究是我们一个研究的重点和急需突破的难点。

本文全面、系统、深入地分析了气动锚杆钻机的工作原理、齿轮马达运动的特性，对气动锚杆钻机组成元件进行设计分析。提出气动锚杆钻机设计的基本思路和方法，并对气动锚杆钻机的回转部分进行了详细的设计校核，利用三维软件对其回转部分的各个部件进行建模，并对回转部分进行仿真和动画录制。

关键词:气动锚杆钻机、齿轮马达、回转部分、强度校核、建模、仿真

I

河北工程大学毕业设计

ABSTRACT

At present, domestic and foreign jumbolter in mining is widely used in mining industry, got the height of people evaluation. However, the domestic production of the anchor drilling machine from the technical or quality is behind some of the developed countries, so the anchor rig theory is a focus of the study and the urgent need to break through difficulty.

This paper, analyse the pneumatic anchor drilling machine and the working principle of gear motor characteristics comprehensively. Make the pneumatic anchor drilling machine components design and analysis. Put forward the basic ideas and methods of pneumatic anchor drilling machine design , design rotary parts of the pneumatic anchor drilling machine in detail. Use of dimensional software on the rotating part of the various components of modeling, and the rotary part of the simulation and animation recording.

Key words： anchor drilling machine，Gear motor ，Rotary body，Strength check， modeling，simulation

II

河北工程大学毕业设计

目 录

摘 要 ................................................................................................................................................ I ABSTRACT .................................................................................................................................. II 第一章 绪论 ................................................................................................................................... 1 1锚杆钻机简介 .......................................................................................................................... 1 1.1锚杆支护的作用及意义 .................................................................................................... 1 1.2锚杆钻机的发展与现状 .................................................................................................... 1 1.3我国煤矿用锚杆钻孔设备存在的主要技术问题 ............................................................ 2 1.4本课题研究的主要内容 .................................................................................................... 4 第二章 气动锚杆钻机总体方案的研究与设计 ........................................................................... 4 2.1设计方案的确定 ................................................................................................................... 4 2.1.1回转部分设计方案的确定 ............................................................................................. 5 2.1.2支腿设计方案的确定 ..................................................................................................... 7 2.1.3操纵臂设计方案的确定 ................................................................................................. 8 2.2工作原理 ............................................................................................................................... 9 2.3性能参数指标 ..................................................................................................................... 10 第三章 气动锚杆钻机的结构设计 ............................................................................................. 10 3.1整体结构及参数的确定 ..................................................................................................... 10 3.2回转部分的设计及强度计算 ............................................................................................. 11 3.2.1减速机构设计 ............................................................................................................... 11 3.2.2气动马达的参数确定 ................................................................................................... 16 3.2.3消声器的设计 ............................................................................................................... 18 3.3支腿部件设计 ..................................................................................................................... 18 3.3.1结构设计 ....................................................................................................................... 18 3.3.2支腿材料的分析与选择 ............................................................................................... 19 3.3.3支腿的结构设计 ........................................................................................................... 20 3.4操纵臂设计 ......................................................................................................................... 20 3.5整机结构 ............................................................................................................................. 20

1

河北工程大学毕业设计

第四章 三维建模及仿真 ............................................................................................................. 22 4.1三维建模软件概述 ............................................................................................................. 22 4.2 PRO/ENGINEER软件的优越性 ............................................................................................. 25 4.3 PRO/E建模 .......................................................................................................................... 25 4.4 PRO/E装配 .......................................................................................................................... 37 4.4 PRO/E仿真 .......................................................................................................................... 41 第五章 气动锚杆钻机使用维护说明 ......................................................................................... 45 5.1适用范围及型号定义 ........................................................................................................ 45 5.1.1适用范围简介 ............................................................................................................... 45 5.1.2型号定义 ....................................................................................................................... 45 5.2性能参数 ............................................................................................................................. 46 5.3使用条件 ............................................................................................................................. 46 5.3.1压缩空气 ....................................................................................................................... 46 5.3.2冲洗水 ........................................................................................................................... 47 5.3.3润滑 ............................................................................................................................... 47 5.4作业前检查 ......................................................................................................................... 47 5.5钻锚杆孔作业 ..................................................................................................................... 48 5.6搅拌和安装锚杆作业 ......................................................................................................... 48 5.7作业之后 ............................................................................................................................. 48 5.8其他操作注意事项 ............................................................................................................. 48 第六章 结论 ............................................................................................................................... 49 参考文献： ................................................................................................................................... 50 致谢 ............................................................................................................................................... 51

2

河北工程大学毕业设计

第一章 绪论

1锚杆钻机简介

1.1锚杆支护的作用及意义

锚杆支护作为地下工程的一种新型的支护型式，目前已成为欧美和澳大利亚等先进采煤国家煤矿井下的主要支护方式。美国煤矿房柱式开采几乎全部采用锚杆支护，长壁开采的巷道80%采用锚杆支护，澳大利亚90%的煤矿巷道采用锚杆支护。

50年代末，锚杆支护就在我国少数煤矿得到利用，但是由于对其认识不足，特别是缺乏对其支护机理的全面认识，在煤矿的应用始终得不到推广。七十年代以后，在引进国外先进的采煤和掘进设备的同时，又片面强调了欧洲、美国的采煤模式，把钢架支护作为煤矿的主要方向加以推广。八十年代起，人们对锚杆支护有了重新认识，开始在煤层顶板比较稳定的巷道中使用，如七台河、大同、双鸭山等矿区，继而逐步在地质条件比较复杂的煤矿也得到了应用。如在新汉、徐州等矿区巷道围岩稳定性较差的地方;在龙口、平庄等矿区“三软”条件下顺槽的锚杆支护和锚梁网支护等。至今，几乎在全国各大矿区都不同程度地应用了锚杆支护技术。

煤矿巷道锚杆支护技术在改善支护效果，降低支护成本，加快成巷的速度，减少辅助运输量，减轻劳动强度，提高巷道断面利用率等方面有着十分突出的优越性，对我国煤矿的技术进步和经济意义是十分巨大的。

原煤炭工业部于1996年将煤巷锚杆支护技术列为“九五”五大科技攻关项目之一，攻关内容包括锚杆支护机理的研究、锚杆设计方法、锚杆材料、监测仪器、支护工艺、快速掘进和锚杆钻机等六个方面。

我国锚杆钻机的发展较晚，虽然从六十年代就开始了研制，但一直处于缓慢发展和低水平重复的阶段。至今为止，尚无比较完善的锚杆钻机设计理论。因此，研究适应我国煤矿的新型、高效、结实可靠、使用方便、维修简单的锚杆钻机，是我国锚杆支护技术中急待解决的问题。

1.2锚杆钻机的发展与现状

从结构型式上，锚杆钻机可以分成台车型、机载型和单体型三大类。由于台车型锚杆钻机(亦称锚杆钻车)和机载锚杆钻机具有功率大、钻孔能力强、功能齐全、适应范围广、

1

河北工程大学毕业设计

可自带动力、操作安全等优点，所以在国外应用较多，如瑞典Alas-Copco公司、芬兰Tamrock公司以及法国SECOMA公司生产的锚杆钻车。但这两类锚杆钻机操作复杂，维护成本高，一次投资成本也大，因而在国内使用较少。目前在巷道锚杆支护中，大量采用的是单体锚杆钻机。它具有结构简单、使用方便、移动灵活、适合手工操作等优点。从机型结构上分，单体锚杆钻机可分为架柱式、手持式和支腿式三种。架柱式锚杆钻机机身固定在巷道顶、底板与侧帮之间，由推力装置将钻机沿导轨推进，实现钻孔。这种架柱式锚杆钻机整机重量较手持式锚杆钻机和支腿式锚杆钻机大，操作不方便，如国内MZ系列液压锚杆钻机，国外美国VITOR公司生产的液压钻机等。手持式锚杆钻机与支腿式不同，它没有推进系统，适于煤巷侧壁的使用，如:澳大利亚CRAM公司、眼镜王蛇公司生产的帮锚杆钻机，国内煤科总院研制的ZQS-50帮锚杆钻机。

支腿式(手扶)锚杆钻机是目前煤矿中锚杆钻机应用的主流，这种钻机使用的灵活性优于架柱式，按动力上进行分有电动、液压和气动三种型式。

电动锚杆钻机的回转钻削直接由电动机驱动，不需要二次能量转换，设备效率高。但受电机重量的限制，一般输出功率较小(2-3KW )，支腿的推进需要采用另外动力源，且电机容易受潮，故障率高，同时也不很安全，故目前实际应用较少。

液压支腿式锚杆钻机带有分体的专用液压站，由它提供的动力液驱动回转切削用的液压马达和推进用的液压油缸，操作系统通过液压阀组实现对转速、扭矩和推进力的控制，这种钻机输出功率大，但主机重量较重，效率较低，维修相对困难。

气动锚杆钻机是目前国内外大力发展的一种机型，应用前景非常广泛。最初，井下曾使用气动凿岩机来钻凿锚杆孔，但由于打顶眼困难、钻孔质量差、钻进速度低、劳动强度大，因而专用的气动锚杆钻机便受到人们的重视。

国内在八十年代中期开始采用叶片式气马达，如ZQM系列，M10系列，目前这两种系列都停止生产。九十年代后期生产的MFC300活塞式气动锚杆钻机，由于故障率高，维修困难，也慢慢退出市场，而齿轮式马达结构简单，制造成本较低，加之性能控制相对稳定，故障率较低，操作、维护和维修也相对简单，因而在我国得到大力发展。 1.3我国煤矿用锚杆钻孔设备存在的主要技术问题 1. 开发的品种多，但性能适宜、可靠性高的产品不多

目前我国已开发了40多种型号的锚杆钻机，但适于井下使用且可靠性较好的只有3-4种产品，当前正式投入使用的仅占已开发产品总数的10%左右。目前锚杆钻机技术发展状况有以下基本特点:

2

河北工程大学毕业设计

（1）单体气动回转式锚杆钻机是锚杆钻机产品的主流，在齿轮式、柱塞式和叶片式三种类型气马达中，叶片式马达已基本淘汰，齿轮式马达与柱塞式马达在扭矩转速特性、不同气压下的性能、噪声特性、机重、对润滑的要求与抗污染等方面各有优缺点，在不同使用条件下都有各自的市场，总的来说，国产气动锚杆钻机的水平在逐步提高，齿轮气马达式锚杆钻机已基本能代替进口产品，但玻璃钢支腿等部分的可靠性应进一步提高，柱塞马达式锚杆钻机尚处于小批量生产阶段，尚需进一步考核。

（2）液压锚杆钻机输出的扭矩高于气动锚杆钻机，在某些场合下应用较好，与掘进机配套是较优越的工作方式，从目前已正式投入使用的支腿式液压锚杆钻机来看，钻机输出扭矩仍然偏低，液压系统容易发热。由于以矿物油为工作介质，在煤矿井下使用中存在安全隐患。

（3）电动锚杆钻机的输出特性较差，钻孔速度较低，电机可靠性及防水性能存在严重问题，尚无良好的推进方式。因此，尽管已鉴定了多种电动锚杆钻机，但近期尚难大量用于井下锚杆支护。

2. 锚杆钻机产品制造、使用管理不规范，很多产品难以在井下连续使用

锚杆钻机的可靠性与产品设计、制造、使用等因素有关，目前来说，锚杆钻机实际利用率不高的主要原因是产品本身的可靠性问题，但使用中存在的问题也不容忽视。 （1）锚杆钻机产品可靠性不高主要来自产品设计不成熟与加工质量不高，有的锚杆钻机因性能盲目改进，参数确定不合理，从投产起在井下工作无力，产品性能提高缓慢，有些产品的生产过程无可靠的质量保证体系，部件质量无法保证，又缺乏必要的检测手段，产品性能与质量无法控制，自然影响井下长期使用，近年来，煤炭系统正式鉴定的锚杆钻机有23种型号，但在煤矿井下正式使用的只有2-3种，其主要原因是成果质量不高又没有做技术鉴定后的后续工作。

（2）锚杆钻机与钻具的产品管理问题严重，伪劣产品进入市场有可乘之机，锚杆钻机与钻具有一定技术含量，但结构并不十分复杂，很多人看好煤矿锚杆支护量大面广的市场，有些人受经济利益驱动，不按国家与煤炭行业标准生产，产品性能与可靠性低劣，使煤矿无法正常使用，有的厂家虽已批量生产锚杆钻机与钻具，但采取不正当手段推销产品，对销售的产品不负质量责任，煤矿用户常常不知道有哪些技术标准与锚杆钻机、钻具有关，盲目相信厂家的“广告”，采用未经技术鉴定与法定检验的产品，或购买不合格产品，致使企业遭受不必要的损失。

3

河北工程大学毕业设计

（3）钻头是回转式锚杆孔钻进设备的重要钻具，钻头型式、国产硬质合金片的性能，影响钻头的应用范围，目前，普通硬质合金的岩石钻头主要适用于页岩、砂页岩及部分砂岩磨蚀性不高的砂岩，寿命为30m左右-高于常规钻头价格50%的国产优质合金钻头，可以钻进抗压强度60-80MPa的中等磨蚀性岩石，寿命可达25-30m，然而，相当多的生产厂家因受经济利益驱动，不按标准要求组织生产，硬质合金质量低劣，工艺技术不高，产品寿命只有10-20m，甚至是5-10m。 1.4本课题研究的主要内容

本设计力图开发一种适合煤矿掘进用的新型锚杆钻机，要求结构简单，操作简便，重量轻，移动方便，适应性强，便于运输和安装。在设计中要严格执行国家煤炭行业相关规程、规定和技术标准，确保设计符合质量要求。

本课题整个研究内容分以下几个方面: （1）气动锚杆钻机总体方案的研究与设计； （2）气动锚杆钻机的结构设计； （3）气动锚杆钻机使用维护说明；

（4）回转部分三维建模，仿真以及动画的录制。

第二章 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

气动锚杆钻机由回转切削机构（回转部分），推进机构（支腿）和操作机构（操作臂）三大部分组成。

回转切削机构由回转器，消声器和护圈三部分组成，其中包括马达、齿轮箱、超越轴承、主轴、水套、消声器等零部件组成。

推进机构包括支腿、固定套两大部件组成。支腿部分有三级气缸组成，通过固定套与回转机构连接，气缸下部有顶锥，作业时顶锥顶住地面，支腿气缸及固定套均由非金属材料玻璃钢制成，强度高，重量轻，耐腐蚀，阻然，抗静电。

操纵部分由阀体，操纵杆两大部分组成。包括注油器，三通阀，操纵杆、手把架等零件。三通与固套连接，通过操纵开关、水、气旋纽控制马达阀、水阀、支腿气阀。

4

河北工程大学毕业设计

2.1.1回转部分设计方案的确定

回转部分主要是由马达和减速器组成，通过马达传递动力，经过减速器变速将动力传给钻头，从而完成动力的传输。 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）操纵方便，维修简单； (7)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。

5

河北工程大学毕业设计

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。

表2-1齿轮式、柱塞式、叶片式3种气马达性能特点比较

二、传动系统方案的确定

传动系统方案如图2-1所示，动力由马达齿轮3输入，经过减速箱后，由主轴6将动力传递给钻杆。传动路线为:马达齿轮3--马达输出齿轮4--初级被动齿轮2--齿轮轴l--次级被动齿轮5--主轴6。减速箱采用同轴线式，即输入轴与输出轴的轴线在同一直线上。这种型式减速箱箱体长度小，结构紧凑。

图2-1减速器传动系统图

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。

6

河北工程大学毕业设计

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。 2.1.2支腿设计方案的确定

支腿部分有三级气缸组成，通过固定套与回转机构连接，气缸下部有顶锥，作业时顶锥顶住地面，达到固定作用。 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，便于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。 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

7

河北工程大学毕业设计

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。

2.1.3操纵臂设计方案的确定

操纵部分由阀体，操纵杆两大部分组成。包括注油器，三通阀，操纵杆、手把架等零件。操纵臂主要是由不同的阀体组成，通过不同阀体之间的配合，从而完成操纵臂的运动。 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

8

河北工程大学毕业设计

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。

2.2工作原理

如图2-2所示， 压缩空气经过滤器、注油器、滤网J进入操纵臂部件的阀块。手压扳机，开启马达控制阀，压缩空气驱动齿轮式气马达，输出齿轮经两级减速，带动主轴顺时针方向旋转。转动旋钮开启气腿控制阀，压缩空气经快速排气阀进入气腿上腔，气腿伸长。当关闭气腿控制阀，气腿上腔余气即从快速排气阀放空，气腿靠钻机重力回落。转动旋钮开启水控制阀，冲洗水即经滤网、水阀、水套、主轴内孔进入钻杆，冲洗钻孔。手动调节各阀的开启量，即可调节转速，推力或水量。

图2-2气动锚杆钻机工作原理图

9

河北工程大学毕业设计

2.3性能参数指标

根据我国煤矿井下巷道和地下工程实际情况，要求气动锚杆钻机既可钻顶板锚杆孔，也可钻顶板锚索孔，还可以作为树脂药卷类的锚杆，锚索搅拌和安装设备，不再需要其它辅助设备，实行螺母一次性旋紧，达到一次性初锚预紧力的要求。确定气动锚杆钻机的输出参数为:

最大功率1.0-3.OKW 最大功率时转矩50N.M 最大功率时转速230-250r/min

推进力6-8KN

上述气动锚杆钻机性能参数，既能满足现场的使用要求，又能最大限度地利用钻机的功率，并尽可能地降低钻机的重量，改善煤巷支护的劳动条件。

第三章 气动锚杆钻机的结构设计

3.1整体结构及参数的确定

气动锚杆钻机由回转切削机构、推进机构和操作机构三大部分组成。

回转切削机构由回转器总成、消声器总成、护圈总成三部分组成，包括马达、齿轮箱、超越轴承、主轴、水套、消声器等零部件。

推进机构包括支腿、固定套两大部件。支腿部分由三级气缸组成，通过固定套与回转机构连接，气缸下部装有顶锥，作业时顶锥顶住地面。支腿气缸及固定套均由非金属材料制成，强度高，重量轻，耐腐蚀，阻然、抗静电。

操纵部分由阀体、操纵杆两大总成组成，包括注油器、三通阀、操纵杆、手把架等零部件，三通与固定套连接，通过操纵开关、水、气旋扭控制马达阀、水阀、支腿气阀。

根据我国煤矿煤巷锚杆支护的大部分巷道顶板岩石硬度为f≤5，锚杆钻孔直径为28-30mm，确定该气动锚杆钻机的输出参数为:

额定压力：0.5MPa；额定转速：240r/min；额定转矩：50N.m；最大负载转矩：120N.m；推进力：6.2kN

该气动煤帮锚杆钻机适用于矿山企业，特别是巷道岩石硬度≤f4的、巷道高度1.6米—3.6 米的锚杆支护的岩巷、半煤巷、煤巷的临时支护和永久支护。它主要完成钻孔、安

10

河北工程大学毕业设计

装锚杆、搅拌药卷、紧固螺母等项工作。

3.2回转部分的设计及强度计算

回转切削机构是气动锚杆钻机的核心，它由气动马达、减速机构、消音器三部分组成。它的输出是转矩与转速，是由气动马达的输出特性决定的。 3.2.1减速机构设计

减速机构采用齿轮传动，传动效率?1?0.98?0.99?0.97?0.941

?2?0.99?0.97?0.9603，???1??2?0.941?0.9603?0.904。1:17.45。

i22?zz?54?5.4 710iz11?z?4213?3.231 5一、各轴运动和动力参数计算 （一）计算各轴转速

n6?240r/min

n1?n6?i2?240?3.231?775.385r/minn4?n1?i1?775.385?5.4?4187.079r/min

（二）计算各轴功率

p6?19550Tn166?9550?50?240?1.25KWp61?P??1.2598?0.97?0.99?1.33KW10.

pP61.337????1.39KW20.97?0.99

（三）计算各轴转矩

11

减速比为

河北工程大学毕业设计

TTT6?50N?m?

1T650??16.444N?m?1i10.941?3.231 T116.444??3.171N?m?2i20.9603?5.4

T(N.m) 50 16.444 3.171 n(r/min) 240 773.385 4187.079 表3-1 传动比 3.231 5.4 效率 0.941 0.9603 7?将以上计算参数整理成表轴名 P(KW) 轴6 轴1 轴7

1.25 1.33 1.39 （四）齿轮强度校核

（一）次级被动齿轮5与齿轮轴1轮齿的校核 1.齿轮的类型、材料、精度等级及主要尺寸

该减速机构选用直齿圆柱齿轮传动，精度等级都为8级，齿轮5材料为40Cr（调质），硬度为250HBS，齿轮轴1轮齿材料为40Cr（齿面淬火），硬度为47HRC。 主要尺寸如：表3-2。 齿数 模数 齿宽 变位系数 齿数比 齿轮5 齿轮轴1 z2?42 zm?1.75 1?13 b2?18 b1?21 x2?0 u?z242??3.231 z113x1??0.403 分度圆直径 节圆直径 ?d2?mz2?1.75?42?73.5 d2?ud1?3.231?23.068?74.532 d1?mz1?1.75?13?22.75 d1?2a?/(u?1)?2?48.8/4.231 ?23.068? 12

河北工程大学毕业设计

齿宽系数 ?d啮合角 2?b218??0.245 d273.5?d1?b121??0.92 d122.75a)cos???a??20。 ???arccos(arccos48.125cos20。?22.07。48.8 2.齿面接触强度的校核

因为两啮合齿轮的齿面接触强度相等所以只校核一个齿轮即可。 （1）计算齿面接触强度 1）计算圆周速度：v?2）计算载荷系数：

根据v?0.936m/s，8级精度。由书1图10-8查得动载荷系数轮：

??d2n560?1000???74.532?24060?1000?0.936m/s

KV，直齿?1.05KH??KF??1由表10-2得使用系数

，

KA?1.1；由书1表10-4用插值法查得8

级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，

由

KH?。 ?1.04K??1.1?1.05?1?1.04?1.2 KKKKAVH?H?

查书2图32.1-13得ZH?2.35

b18，KH??1查书1图10-13得KF??1.06。故载荷系数为.04??4.57h3.943)由书1表10-6查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa，

?H?2KTu?1?dd3uZHZE?2?1.2?50000?2.35?189.9?566.88MPa3 0.245?73.5计算接触疲劳许用应力

1)由书1图10-21d、e按齿面硬度查得齿轮轴1的接触疲劳强度极限齿轮5的接触疲劳强度极限2)计算应力循环次数。

?Hlim1?1000MPa，

?hHlim5?600MPa。

N

1?60n1jL?60?773.485?1??2?8?300?3??0.678?109

13

河北工程大学毕业设计

N5?Nu10.678?109??0.21?109。

3.2313)由书1图10-19选取接触疲劳寿命系数

KHN1?0.91;KHN5?0.97。

4)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S?1，得

??H??K1HN1?SHlim1?0.91?1000?910MPa；

??H??K5HN5?SHlim5?0.97?600?582MPa。

因?H??H??5???H?1,故符合接触强度要求。

3.齿根弯曲强度校核 （1）计算齿根弯曲强度

?F?1) 计算载荷系数

2KTYFaYSa?dm3Z2

K?2) 齿轮轴1

KKKKAVF?F??1.1?1.05?1?1.06?1.22

YFaYSa?YFS 由书2图32.1-16查得

YFS?4.1。则

?F1?3）齿轮5

由书1表10-5查得

2KTYFaYSa?dm3Z2?2?1.22?16444?4.1?197.42MPa32 0.92?1.75?13YSa?1.674?，

YFa?2.37

?F5?2KTYFaYSa?dm3Z22?1.22?50000?2.37?1.674?208.97MPa32 0.245?1.75?42（2）计算齿根弯曲许用应力

????KS?FNFFE 取S=1.4

1） 齿轮轴1 由书1表10-18N

1?0.678?109查得

KFN1由书1图10-20d得?FE1?650MPa?0.9；

14

河北工程大学毕业设计

则

???2） 齿轮5

由书1表10-18N则

5F1?K?FN1FE1S?0.9?650?417.86MPa

1.4?F1???F?1，满足要求。

?0.21?109查得

K?FN5由书1图10-20得?FE5?450MPa?0.92；

????F5???F?5F5?K?FN5FE5S0.92?450?295.741MPa

1.4，满足要求。

其余两对齿轮校核亦同，在此不赘述。 （一）6204型深沟球轴承的校核

查手册得6204型深沟球轴承Cr?12800N

Fr?FNV1?FNH1?(?20.398)2?169.4842?170.707N

22因只受径向力，取fp?1.5

P?fpFr?1.5?170.707?256N

验算6204轴承的寿命

?106ftC31060.9?128003Lh?()??()?0.36?106h?Lh

60nP60?4187256故所选轴承可满足寿命要求。 （二）6203型深沟球轴承的校核

查手册得6203型深沟球轴承Cr?9580N 1．下端6203型

Fr?FNV2?FNH222?(317.477)2?(?63.725)2?323.8N

因只受径向力，取fp?1.8

P?fpFr?1.8?323.8?582.84N

15

河北工程大学毕业设计

验算6203轴承的寿命

Lh?106ftC31061?95803?()??()?77314.44h?Lh 60nP60?775.385582.84故所选轴承可满足寿命要求。 2.上端6203型

Fr?FNV1?FNH1?22432.2562?946.2372?1040N

因只受径向力，取fp?1.2

P?fpFr?1.2?1040?1248N

验算6203轴承的寿命

Lh?106ftC31061?95803?()??()?19722h?Lh 60nP60?775.3851248故所选轴承可满足寿命要求。

3.2.2气动马达的参数确定 一、气动马达的输出主参数

小功率气动马达的输出转速比较高，一般在最大功率下的转速要达到4000——6000 r/min，由前面确定的该气动锚杆钻机最大功率时的输出转速为240 r/min，最大功率时转矩为50N. M，由减速机构中确定的减速比为l: 17.45，并考虑到减速机构的传动效率为0.904。则气动马达的输出参数为: 最大输出转矩： Tm?最大功率下转速：

nm?n?i?240?17.45?4188r/min 最大功率：

Pm?理论转矩：

16

T50??3.17N.M i?17.45?0.904Tmnm9550?3.17?4188?1.39KW

9550

河北工程大学毕业设计

T*理论功率：

P*?Tm3.17??12.68N.M ??0.25?Pm1.39??5.56KW ??0.25取气马达的总效率???0.25。不同类型气马达效率的取值见下表：

表3-6

二、气动马达的输入参数

由于在煤矿井下气路铺设较长，经过管道压力损耗后，一般气动设备压力为不超过0.6MPa，根据《煤矿用锚杆钻机通用技术条件》有关规定，气动设备标准验收气压P1为0.5MPa，在0.5 MPa压力下，气动设备的耗气量计算为折算到常温20 0C，标准大气压下的气体流量。

耗气量Q为:

Q?V1nmzP1?293 P2T1式中 V1一一马达齿轮啮合之间密封容积; Z一一马达齿轮齿数; P2一一绝对压力，MPa; T1一一绝对温度。

根据马达齿轮直径、齿顶高、齿根圆近似计算，马达齿轮啮合之间密封容积以及马达齿轮模数m=5.5，齿数Z=9，压力角a =20，齿顶高h=l

可以近似计算V1?1.71?10?5m3。

把压缩空气折算到常温293K，绝对压力P2为.1MPa时理论耗气量Q 为:

1.71?105?5035?9?0.5Q??293?3.88m3/min

0.1?293 17

河北工程大学毕业设计

考虑漏损，余隙容积和进气节流压降的影响，实际耗气量为:

Qe?(0.84??1.28)Q?3.26??4.97m3/min

为确保回转切削机构尺寸不致过大，传递平稳，经过多次设计验证，选择马达齿轮模数m=5.5，齿数Z=9，压力角a=20。 3.2.3消声器的设计

为了降低锚杆钻机气动马达的噪声，一般都在马达排气口安装消声器，一般来说，对气动马达消声器有三个基本要求:

(1)具有较高的消声值和较宽的消声频率范围；

(2)消声对气流的阻力要尽可能的小，安装消声器后所增加的阻力损失要适合马达的背压要求；

(3)结构上要求消声器体积小，重量轻，结构简单，易于加工并且要坚固耐用，使用寿命长。

根据上述理论分析，以及锚杆钻机消声器的尺寸和体积的限制，选择相同孔隙率的发泡聚脂材料，消音效果比较好，设置档流反射板，使介质中气体流动均匀化，并阻止高压气体直接排出，能提高消音量3dB以上，扩大消音器的二次排气空间，也有增大消音量的作用。

目前多数气动锚杆钻机多采用金属外壳中填充多孔介质的简易消声器，装备这种消声器的锚杆钻机的噪声为110-120dB，且排气中的含油量为2.8g/m3:而通过装备除油雾消声器，使其工作时噪声从110-120dB降低到85-90dB，且排气中的含油量降到0.2g/m3 。

3.3支腿部件设计

3.3.1结构设计

由于钻机实际钻孔深度在1.8-2M之间，因此其推进机构大多数采用多级可伸缩式结构，如图3-6所示。一般采用三级支腿(每级伸出长度为0.6m左右)，以适应巷道的不同高度。

由于联接头与钻机主体相连接，压缩空气通过控制机构进入支腿，推动中缸和内缸伸出，使钻机主体上升，进行钻顶板锚杆孔。钻孔完毕后，关闭进气阀门，放气阀自动打开，各级缸筒在钻机主体自重的作用下，逐级收缩。

18

河北工程大学毕业设计

在设计推进机构时还应考虑的问题是推进机构采用正装和倒装哪种形式。正装由于钻机钻孔作业支腿受力时，弯、扭变形以顶板孔为支点，危险截面发生在底版，而此时抗弯、抗扭强度高的外筒在下，稳定性较好，但密封面在上，钻孔作业顶板岩块易掉入，故抗污性能较差，故障率高。而倒装的特点与之正好相反，在保证内筒具有较高的抗弯、抗扭强度的同时，也提高了推进机构可靠性。因此，实际设计中建议采用如图3-6所示的倒装形式。

图3-6气动锚杆钻机推进机构

3.3.2支腿材料的分析与选择

推进机构是气动锚杆钻机中最能体现重量、强度比的关键部件。通常液压传动系统中由于油压高，可采用小直径钢制油缸，重量可得到一定的控制。气动锚杆钻机由于风压低，不适合采用钢制的推进机构。目前大多数气动锚杆钻机的推进机构采用了材料密度小、强度高的玻璃钢制品作为支腿材料，而这种玻璃钢支腿也不是一般的玻璃钢制品，其尺寸精度要求高。

19

河北工程大学毕业设计

3.3.3支腿的结构设计

支腿的结构尺寸设计包括缸筒的壁厚和直径的计算，可根据钻机实际所需的最大推进力F确定支腿的各设计参数。而推进力F取决于气压大小和缸筒的作用面积，煤矿井下压缩空气压力一般在0.5MPa左右。当支腿的各级缸筒长度确定后，各级缸筒的截面模量是决定F的关键因素，由此可以确定各级缸筒的内径和壁厚。

推进机构由联接套与支腿两部分构成，支腿通过联接套与回转切削机构相连。国外锚杆钻机联接套采用工程塑料，这样可以降低重量，减轻工人劳动强度，早期气动锚杆钻机联接套采用聚胺脂材料，比较软，易变形，后采用尼龙浇注而成。

3.4操纵臂设计

操纵臂设计如右图所示：

3.5整机结构

在完成了回转切削机构、气动马达、减速机构、消音器系统、推进机构和操作机构各大部件设计后，进行总体结构设计，最终形成完整的MQT型气动锚杆钻机，下图就是整机

20

河北工程大学毕业设计

装配示意图。

21

河北工程大学毕业设计

第四章 三维建模及仿真

4.1三维建模软件概述

近年来，各种三维建模软件在国内得到广泛应用，国内在三维软件方面的研发也日益成熟，三维设计软件现在有很多，目前用的最多的有Solid Works软件。Solid Works的设计思路十分清晰，设计理念容易理解，模型采用参数化驱动，用数值参数和几何约束来控制三维几何体建模过程，生成三维零件和装配体模型；再根据工程实际需要做出不同的二维视图和各种标注，完成零件工程图和装配工程图。从几何体模型直至工程图的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改，能够应对频繁的设计变更。另外还有PE，CATIA，Solid Works，UG，PROE软件等。UG属于高端三维软件，PE属于中端三维软件，所以就功能来讲显而易见，当然学习起来UG肯定要比PE难点，PE比较容易上手一些，UG可以集设计、加工、编程及分析与一体化，尤其在模具及加工编程方面比较突出，PE在外形设计方面比较方便些，PE的设计过程为全参设计，UG设计为全参+半参设计，各有优缺点，就目前来讲，PE的使用率还是占据多数份额，但近来UG有赶超的发展趋势，毕竟是高端软件的一体化发挥作用的结果。

下面就各个三维软件做一介绍： 一 CATIA

CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。 是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。在70年代Dassault Aviation 成为了第一个用户，CATIA 也应运而生。从1982年到1988年，CATIA 相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA 软件分为V4版本和 V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX 平台，V5版本应用于UNIX和Windows 两种平台。V5版本的开发开始于1994年。为了使软件能够易学易用，Dassault System 于94年开始重新开发全新的CATIA V5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。

CATIA V5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发

22

河北工程大学毕业设计

过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。CATIA V5版本具有： 1.重新构造的新一代体系结构

为确保CATIA产品系列的发展，CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。 2.支持不同应用层次的可扩充性

CATIA V5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。 3.与NT和UNIX硬件平台的独立性

CATIA V5是在Windows NT平台和UNIX平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。CATIA V5在Windows平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而UNIX平台上NT风格的用户界面，可使用户在UNIX平台上高效地处理复杂的工作。 4.专用知识的捕捉和重复使用

CATIA V5结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。 5.给现存客户平稳升级

CATIA V4和V5具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的CATIA V4用户，V5年引领他们迈向NT世界。对于新的CATIA V5客户，可充分利用CATIA V4成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。 二．SolidWorks

solidworks是生信国际有限公司推出的基于windows的机械设计软件。生信公司是一家专业化的信息高速技术服务公司，在信息和技术方面一直保持与国际

cad/cae/cam/pdm市场同步。该公司提倡的“基于windows的cad/cae/cam/pdm桌面集成

23

河北工程大学毕业设计

系统”是以windows为平台，以solidworks为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动分析、工程数据管理和数控加工等，为中国企业提供了梦寐以求的解决方案。 solidworks是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件旨在以工作站版的相应软件价格的1/4～1/5向广大机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更大众化的实体造型实用功能。

solidworks是基于windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。 三．UniGraphics(UG)

UG是Unigraphicssolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数cad/cam软件厂商所采用。

UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中ug作为全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月Unigraphicssolutions公司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的solidedge软件统一到parasolid平台上。由此形成了一个从低端到高端，兼有unix工作站版和windowsnt微机版的较完善的企业级CAD/CAM/CAE/PDM集成系统。 四．Pro/Engineer

pro/engineer系统是美国参数技术公司(parametrictechnologycorporation，简称ptc)的产品。ptc公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械cad/cae/cam的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械cad/cae/cam产品pro/engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。

pro/engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。pro/engineer建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。

24

河北工程大学毕业设计

由于在大学阶段学习了pro/engineer，并且熟练的掌握pro/engineer，所以本设计选择pro/engineer三维软件进行建模与仿真。

4.2 Pro/Engineer软件的优越性

Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

1． 参数化设计，相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。

2． 基于特征建模

Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型。

4.3 Pro/E建模

1．连接体MGZ06-01实体结构图

25

河北工程大学毕业设计

首先对底座进行草绘,草绘结果及尺寸如下:

连接座的草绘及尺寸如下:

底座的建模过程中,需要注意的是马达底部的尺寸,以免装配时配合问题.

2.齿轮系列建模

（1）齿轮轴MGZ06-02建模

模数:2 齿数:10

26

河北工程大学毕业设计

齿轮轴的建模主要一齿轮为主,首先在齿轮库中打开直齿轮,在“工具——参数” 只需要对其尺数和模数进行修改然后再重生就可以获得理想的齿轮。

获得相应的齿轮之后，然后进行轴的拉伸，以及键槽的拉伸即可！ 应用此法对其他齿轮以及齿轮进行建模如下： （2）齿轮MGZ06——10 模数：1.75 齿数：42

27

河北工程大学毕业设计

（3）齿轮MGZ06-22 模数:1.5 齿数：54

（4）齿轮轴MGZ06-20

模数：1.75 齿数:13

28

河北工程大学毕业设计

3.轴承座系列建模

对于具有原点对称特性的构建一般首选旋转进行建模，根据轴承座MGZ06-03的尺寸进行草绘如下：

进行剪切之后的轴承座

轴承座MGZ06-23

29

河北工程大学毕业设计

4.轴承座系列建模

由于轴承是标准件，所以不需要自己画，只需要从标准库中调出来就可以 一下就是此设计涉及的一系列轴承： （1）轴承GB278-64(60204)

(2) 轴承GB279-64（18204）

30

河北工程大学毕业设计

（3）轴承276-64（205）

（4）轴承GB278-64（60203）

（5）超越轴承633122

31

河北工程大学毕业设计

谨记，从标准库中调用轴承时，必须调取轴承所需要的所有构件，轴承外圈，内圈，滚珠以及档环

5.输运轴MGZ06-18的建模

针对于有轴对称特性的构件采用旋转绘制，就这一构件详细描述旋转绘制轴系列构件的步骤：单击

进入如下界面：

32

河北工程大学毕业设计

单击“定义”，选择草绘平面，进行草绘如下：

确定之后，选择旋转角度（默认角度360度），即可获取所需的轴系列构件，然后进行倒角及钻孔等修饰工作，选择自己文件夹进行保存。 （2）轴MGZ06-24建模

6.消音器系列建模 （1）消音器体的建模：

33

河北工程大学毕业设计

消音体建模主要应用旋转和拉伸绘制，除此之外还应用到阵列和修饰螺纹。在此就阵列和修饰螺纹的创建详细叙述： ① 阵列

选择需要阵列对象，单击

出现如下对话框：

在填充下拉对话栏中选择“轴”确定两个构件之间的角度进行调整，选择适合的确定就行，然后保存即可。 ② 修饰螺纹的创建

绘制标准螺纹工程图，并非作出带有螺旋线的实体（不符合工程图的标准）。 而标准螺纹工程图应该用“插入——修饰——螺纹”绘制出来的。“插入——修饰——螺纹”出现如下对话框：螺纹曲面，起始曲面，方向，螺纹长度（盲孔——确定，输入数值），主直径（其圆柱直径的0.85倍）即可。

（2）消音器盖的建模：

消音器盖是与消音器体配合安装实现降低噪音的一个构件，所以消音器盖的基本尺寸取决

34

河北工程大学毕业设计

于消音器体，绘制方法同消音器体，在此不赘述。 7.钻杆接头

钻杆接头是输运轴与钻头连接的中间连接部分，与输运轴连接是通过螺纹连接，与钻头连接是通过六角连接而成。其绘制过程主要通过“拉伸”而完成的，其次用到“修饰螺纹”的创建而成。 8.水套系列的建模 （1）水套建模

水套主要通过旋转和拉伸创建而成，内外的槽装配O型密封圈，与轴连接。 （2）水套体建模

35

河北工程大学毕业设计

水套体是一个外观复杂的构件，配合水套装配的一个构件。创建过程主要运用到“拉伸”，“旋转”，“修饰螺纹”和创建基准平面。 创建基准平面：单击

9.马达体建模

36

出现一下对话框，选择相应的基准便可以得到所需的基准平面。

河北工程大学毕业设计

马达体创建是一个很复杂的过程，由于其外观比较复杂，所以应用PROE建模之前必须对其二维图纸进行彻底的分析，认真细心的分析各个部分的尺寸及构造。在马达体的创建过程主要用到“拉伸”，“倒角”和“筋”。 在此，主要就“筋”创建的过程做一描述，单击

单击“参照”选择创建筋的平面，并同时设定筋的厚度，最后单击“确定”即可生成所需要的筋。

10.减速器壳体建模

这是一个立式减速器壳体，在创建过程中主要应用到的是“拉伸”，“旋转”，“修饰螺纹”，由于其外观比较复杂，所以在建模之前必须对二维图纸进行详尽的分析和推敲，确定每一部分的尺寸和功能，然后进行一步步建模。

最后，一些标准件应用创建轴承的方法，从标准库里直接调出来，保存副本就可以直接应用。在此，锚杆钻机回转部分所有构件的PROE建模完成。

出现以下对话框：

4.4 Pro/E装配

（1）装配是按照各个构件的结构，性能和特点将零件按规定的技术要求组装起来，并经

37

河北工程大学毕业设计

过调试、检验使之成为合格产品的过程 装配过程的原则:

①保证产品质量；延长产品的使用寿命

②合理安排装配顺序和工序，尽量减少手工劳动量，满足装配周期的要求；提高装配效率。 ③尽量减少装配占地面积，提高单位面积的生产率。

（2）新建一个“组件”文件，单击“文件”选择“新建”或者使用快捷键“ctrl+N”，出现如下界面，选择组件，一般情况下不使用缺省模板（缺省模板单位使用的英寸），选择mmns_asm_design,单击确定即可进入装配界面。

38

河北工程大学毕业设计

进入装配界面之后，单击“插入”——“原件”——“装配”或者单击 导入原件如下：

直接

根据构建属性的不同，不同属性的构件选择适合的约束形式，使其达到完全约束单击即可。在此设计中，除了轴以外的其他构建都应用刚性约束，由于轴是一个需要转动的构件，所以在选择约束时应该选用销钉的约束方式。根据这一步骤，应用同样的方法将其他各个构件按照设计要求装配合理。

39

河北工程大学毕业设计

减速器装配如上图所示，所有轴承的约束形式均为刚性减速器壳体的约束形式为固定，两根装有齿轮的轴，其约束形式为销钉（轴是转动，从而带动齿轮转动，以便实现动力的传动）。

马达体装配如上图所示，所有轴承的约束形式均为刚性马达体的约束形式为固定，两根装有齿轮的轴，其约束形式为销钉形式。

此时，两个主体构件马达体和减速器装配完成，接下来将两个主体构件装配一起即可完成整体结构装配。锚杆钻机总装配如下：

40

河北工程大学毕业设计

由于仿真过程中，转动的箱体内部的齿轮，内部结构不可视，所以可以对其外观可以进行视图编辑，可以将其箱体设置为透明，不同构件以不同的颜色呈现出来，会给人一种一目了然的设计概念和实际效果。就视图编辑在此作以详细描述，其步骤如下：

首先，单击“视图”在其下拉菜单中选择“颜色和外观”出现如下界面：

然后，根据要求以及设计的视图效果对各个构件进行外观编辑，使其在视图方面简单明了，以便使仿真效果可视度高，简单逼真，对箱体结构可以通过“高级”进行透明度的编辑，达到设计的视图效果，编辑之后的视图效果如上图所示。

4.4 Pro/E仿真

（1）仿真是按照各个构件的结构，性能，特点以及装配时构件的约束形式，对整体结构的机构功能的检测。

41

河北工程大学毕业设计

（2）完成整体构件装配之后，单击“应用程序” 下界面：

首先，单击

，对齿轮进行定义，此时单击

选择“构件”，会出现以

，两两啮合的齿轮可以进行有序的

转动。，添加齿轮副，出现以下界面：

42

河北工程大学毕业设计

选择相应的齿轮确定节圆直径，单击“确定” 即可。 然后，单击

给主动齿轮添加伺服电机，出现如下界面：

在轮廓下拉菜单中选择速度，必须设定速度（一般具有圆周运动的构件个人认为设定为36比较好），单击“确定”即可。

接下来进行机构分析，进行仿真，单击

43

出现以下界面：

河北工程大学毕业设计

编辑“终止时间”和“最小间隔” （个人认为终止时间设定为1000，最小间隔设定为4，此时帧数为251，是比较合理），“帧数”会自动生成，即可仿真。

最后，单击

可以回放以前的运动分析，出现以下界面：

可以对以前的运动分析进行编辑，可以保存，也可以打开其他的运动分析。此时单击

此时，可以随时播放动画，拖动速度条，可以改变动画的播放速度。单击捕获出现如下界面：

根据需要可以对图像的大小和频数进行任意编辑，也可以对图像类型做进一步的编辑（一般选择默认的MPEG类型就可以在所有电脑进行播放）。

44

会出现如下的对话框：

河北工程大学毕业设计

到现在锚杆钻机的PROE建模，装配以及仿真就全部完成了。

第五章 气动锚杆钻机使用维护说明

5.1适用范围及型号定义

5.1.1适用范围简介

MQT-50气动支腿煤帮钻机适用于矿山企业，特别是巷道岩石硬度≤f4的、巷道高度1.6米—3.6 米的锚杆支护的岩巷、半煤巷、煤巷的临时支护和永久支护。它主要完成钻孔、安装锚杆、搅拌药卷、紧固螺母等项工作。其主要技术特点是： 1、该煤帮体积较小、重量较轻，结构紧凑，操作简单，维护方便。 2、齿轮式气动马达，输出转矩大，运行稳定、噪音小，安全可靠性强。 3、支腿式煤帮锚杆钻机的适用性强，效率高，大大降低了工人劳动强度。 4、集钻孔、搅拌、安装锚杆于一身。 5.1.2型号定义

M Q T-50

M---------------产品类型代号：锚杆钻机

45

河北工程大学毕业设计

Q---------------第一特征代号：气动 T---------------第二特征代号：支腿式 50--------------主要参数代号：额定转矩Nm

5.2性能参数

工作气压：0.4-0.63 Mpa 额定转速：240 r/min 额定转矩：≥50 N.m 空载转速：≥630 r/min 最大负载转矩：≥120 Mpa N.m 耗 气 量：≤2300L/min 推 进 力：≥6.2 Kn 噪 音：≤95 dB(A) 工作水压：0.6-1.2 Mpa 钎尾六方尺寸：S=19或22 mm 整机最小高度：1360±30 mm 整机最大高度：3630±30 mm 整机重量：46±2 kg 输出功率：1.2KW

5.3使用条件

5.3.1压缩空气

工作气压应保持0.4-0.63MPa,在距钻机进气口5米左右测定。压缩空气要洁净和干燥如含过量水分.会冲刷去气动马达内零件表面的油膜，使润滑恶化，并使消音器内结冰，堵塞排气通道.钻机不能正常运转。

为了排除压缩空气中的过量水分，压缩空气管路上要配置有效的气水分离装置.并在每次钻孔作业之前.排放积水。

46

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/48wo.html