動力頭傳動裝置

B. PLC在組合機床控制中的應用論文

PLC在組合機床控制中的應用

一.可編程式控制制器的定義
可編程式控制制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標准草案中對PLC做了如下定義：「PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它採用可以編製程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易於與工業控制系統形成一個整體，易於擴展其功能的原則而設計。」
二.PLC的特點
1 可靠性高，抗干擾能力強
高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由於採用現代大規模集成電路技術，採用嚴格的生產工藝製造，內部電路採取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗餘CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬體故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟體中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。
2 配套齊全，功能完善，適用性強
PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用於各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。
3 易學易用，深受工程技術人員歡迎
PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它介面容易，編程語言易於為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。
4 系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。
5 體積小，重量輕，能耗低
以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小於100mm，重量小於150g，功耗僅數瓦。由於體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。
三.在組合機床自動線中，一般根據不同的加工精度要求設置三種滑台
目前，PLC在國內外已廣泛應用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。
1 開關量的邏輯控制
這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用於單台設備的控制，也可用於多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。
2 模擬量控制
在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程式控制制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程式控制制器用於模擬量控制。
3 運動控制
PLC可以用於圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用於開關量I/O模塊連接位置感測器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用於各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
4 過程式控制制
過程式控制制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制演算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程式控制制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。
5 數據處理
現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的採集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們列印製表。數據處理一般用於大型控制系統，如無人控制的柔性製造系統；也可用於過程式控制制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。
6 通信及聯網
PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網路發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網路系統。新近生產的PLC都具有通信介面，通信非常方便。
7 PLC控制的數控滑台結構
一般組合機床自動線中的數控滑台採用步進電機驅動的開環伺服機構。採用PLC控制的數控滑台由可編程式控制制器、環行脈沖分配器、步進電機驅動器、步進電機和伺服傳動機構等部分組成，

伺服傳動機構中的齒輪Z1、Z2應該採取消隙措施，避免產生反向死區或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應該根據該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。採用滾珠絲杠副，具有傳動效率高、系統剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優點，但成本較高且不能自鎖。
8 控制系統的軟體結構
軟體結構根據控制要求而設計，主要劃分為五大模塊：即步進電機控制模塊、定位控制模塊、數據撥盤輸入及數據傳輸模塊、數碼輸出顯示模塊、元件故障的自動檢測與報警模塊。

由於整個軟體結構較為龐大，脈沖控制器產生0.1秒的控制脈沖，使移位寄存器移位，提供六拍時序脈沖，通過三相六拍環形分配器使三個輸出繼電器Y430、Y431、Y432按照單雙六拍的通電方式控制步進電機。為實現定位控制，採用不同的計數器分別控制粗定位行程和精定位行程，計數器的設定值依據行程而定。例如，設刀具或工作台欲從A點移至C點，已知AC＝200mm，把AC劃分為AB與BC兩段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段為粗定位行程，採用0.1mm/步的脈沖當量快速移動，利用了6位計數器（C660/C661），而BC段為精定位行程，採用0.01mm/步的脈沖當量精確定位，利用了3位計數器C460，在粗定位結束進入精定位的同時，PLC自動接通電磁離合器輸出點Y433以實現變速機構的更換。
9 PLC控制系統的接地方法
（1）由於PLC機櫃和操作台、配電櫃等用電設備的金屬外殼及控制設備正常不帶電的金屬部分，由於各種原因（如腐蝕、絕緣破損等）而有可能帶危險電壓，所以應該進行保護接地，低於36V供電的設備，無特殊要求可不做接地保護。
（2）PLC控制系統中的基準電位是各迴路工作的參考電位，基準電位的連接線稱為系統地，通常是控制迴路直流電源的零伏導線，系統接地的方式有浮地方式、直接接地方式和電容接地方式。
（3）為防止靜電感應和磁場感應而設置的屏蔽接地端子應做屏蔽接地。其中信號迴路接地和屏蔽接地又通稱為工作接地。
一般以上接地方法的控制原則是：保護地和工作地不能混用，這是由於在每一段電源保護地線的兩點間會有數毫伏，甚至幾伏的電位差，這對低電平信號電路來說是一個非常嚴重的干擾。屏蔽地，當信號電路是單點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應單點接地，如果電纜的屏蔽層接地點有一個以上時，將產生雜訊電流，形成雜訊干擾源。
本系統採用的接地電阻都需要在規定的范圍內，對於PLC組成的控制系統一般應小於4Ω，而且要有足夠的機械強度，事前都需要進行防腐處理。PLC組成的控制系統進行單獨設置接地系統，也可以利用現場條件進行「等電位聯結」進行接地設計。
10 PLC控制梯形圖：
梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前後順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內部橫豎線。內部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最後為輸出類指令，實現輸出控制，或為數據控制、流程式控制制、通訊處理、監控工作等指令，以進行相應的工作。母線是用來連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產品的最簡單的梯形圖例：

它有兩組，第一組用以實現啟動、停止控制。第二組僅一個END指令，用以 結束程序。
11 梯形圖與助記符的對應關系：
助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現。一般講，其順序為：先輸入，後輸出（含其他處理）；先上，後下；先左，後右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序為：
地址 指令 變數
0000 LD X000
0001 OR X010
0002 AND NOT X001
0003 OUT Y000
0004 END
反之根據助記符，也可畫出與其對應的梯形圖。
12 梯形圖與電氣原理圖的關系：
如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應關系。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應於繼電器的線圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應於接點，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開關，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經轉換即可變成梯形圖，再進一步轉換，即可變成語句表程序。
有了這個對應關系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術對傳統繼電控制技術的繼承。
四、數控滑台的PLC控制方法
數控滑台的控制因素主要有三個：
1 行程式控制制
一般液壓滑台和機械滑台的行程式控制制是利用位置或壓力感測器（行程開關/死擋鐵）來實現；而數控滑台的行程則採用數字控制來實現。由數控滑台的結構可知，滑台的行程正比於步進電機的總轉角，因此只要控制步進電機的總轉角即可。由步進電機的工作原理和特性可知步進電機的總轉角正比於所輸入的控制脈沖個數；因此可以根據伺服機構的位移量確定PLC輸出的脈沖個數：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服機構的位移量（mm）
d ——伺服機構的脈沖當量（mm/脈沖）
2 進給速度控制
伺服機構的進給速度取決於步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決於輸入的脈沖頻率;因此可以根據該工序要求的進給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服機構的進給速度(mm/min)
3 進給方向控制
進給方向控制即步進電機的轉向控制。步進電機的轉向可以通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向;如三相步進電機通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A…時步進電機正轉;當繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時步進電機反轉。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號改變硬體環行分配器的輸出順序來實現，或經編程改變輸出脈沖的順序來改變步進電機繞組的通電順序實現。
五.PLC的國內外狀況
世界上公認的第一台PLC是1969年美國數字設備公司（DEC）研製的。限於當時的元器件條件及計算機發展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程式控制制器，使PLC增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特徵的工業控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統的工程技術人員使用，可編程式控制制器採用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，並將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。
20世紀70年代中末期，可編程式控制制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程式控制制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程式控制制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程式控制制器發展的特點是大規模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程式控制制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程式控制制器已步入成熟階段。
20世紀末期，可編程式控制制器的發展特點是更加適應於現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期發展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用於壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程式控制制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，可編程式控制制器在機械製造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。
我國可編程式控制制器的引進、應用、研製、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程式控制制器。接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程式控制制器。上海東屋電氣有限公司生產的CF系列、杭州機床電器廠生產的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產的S系列、蘇州電子計算機廠生產的YZ系列等多種產品已具備了一定的規模並在工業產品中獲得了應用。此外，無錫華光公司、上海鄉島公司等中外合資企業也是我國比較著名的PLC生產廠家。可以預期，隨著我國現代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。
六.PLC未來展望
21世紀，PLC會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用於可編程式控制制器的設計和製造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網路的發展情況來看，可編程式控制制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程式控制制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程式控制制器應用。伴隨著計算機網路的發展，可編程式控制制器作為自動化控制網路和國際通用網路的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。
參考 文 獻

C. 錨桿鑽機及MGJ-型錨桿鑽機

(一)概述

錨桿鑽機廣泛用於水電站、鐵路、公路邊坡大噸位預應力錨固工程、排水孔的施工,以及預防滑坡、岩石坍塌等地質災害治理工程等,也適用於高壓旋噴引孔的施工。

MGJ-50型錨桿工程鑽機是一種機械動力頭式、液壓給進型工程鑽機,該機具有給進行程長、鑽進能力大、操作及搬遷方便、結構新穎等特點,是錨桿加固工程及其他工程地質鑽孔較為理想、實用的機型。

(二)錨桿鑽機的特點

1.MGJ-50型錨桿工程鑽機

MGJ-50型錨桿工程鑽機是動力頭形式、機械傳動,液壓給進、提升。在一個平面內鑽孔角度:電動機垂直、仰角(80°);柴油機垂直、水平(90°)任何角度鑽孔施工。動力頭轉速有低速型和高速型:低速型以沖擊回轉(潛孔錘)鑽進為主。機座有滑橇、輪胎兩種形式,供用戶選用。該機在淤泥質黏土中鑽進速度為15～20m/h。

2.YTM87型土錨鑽機

YTM87型土錨鑽機為輪胎式底盤、電力驅動的全液壓鑽機。既可使用螺旋鑽桿的乾式鑽進,也可使用帶護壁套管的濕式鑽進。該機可在水平和垂直方向的任意角度上鑽進。

3.QC-100型氣動沖擊式錨桿鑽機

QC-100型氣動沖擊式錨桿鑽機的工作原理是:利用氣動沖擊器驅動錘頭,使之連續打擊錨管,擠壓成孔與錨桿安裝同步完成。錨管管壁預先鑽孔(孔徑8～15mm,間距150～200mm),將其打入後,用水沖洗掉鋼管內渣土,即可在口部加壓注漿。該機適用於卵石層、砂礫層、雜填土層、混合覆蓋層,也適用於黏土層和砂層。成孔速度:中密卵石層300mm/min,其他鬆散介質1000mm/min。該機質量輕,運載方便,費用低。

(三)錨桿鑽機的型號和技術性能

幾種專用的錨桿鑽機的型號和技術性能如表4-17所示。

表4-17 錨桿鑽機主要技術性能

(四)MGJ-50型錨桿鑽機

該鑽機主要適用於土、岩錨桿、路基、壩基、擋土牆加固及爆破孔等鑽孔工程施工。

1.鑽機的主要特點

1)該鑽機是一種機械動力頭鑽機,鑽進口徑以110～130mm為主(最大可達180mm),鑽進深度60m,可以鑽垂直—水平間任意角度孔,當使用電動機做動力時,經過簡單調整,本機亦能鑽水平向上0°～90°的孔。

2)給進行程長達2300mm,可使用2m長的鑽桿,為適應施工空間較窄的特殊用戶需要,亦有給進行程較短的短桅桿及超短桅桿機型。

3)採用回轉或沖擊回轉鑽進方法,鑽進效率高。

4)結構簡單、新穎、質量輕,操作簡易,運輸移動方便。

2.主要技術參數

(1)動力機

該鑽機動力機可根據工程性質需要而選配電動機或柴油機。鑽機配用動力機參數如表4-18所示。

表4-18 配用動力機參數表

(2)基本參數

鑽孔直徑:130mm為主(可達180mm)。

鑽孔深度:60m。

鑽孔角度:垂直—水平間任意角度(使用電動機做動力時,經簡單調整亦能鑽水平向上0°～90°的孔)。

鑽桿:φ50mm或φ73mm;長度2m或1.2m(短桅桿機型用),0.8m(超短桅桿機型用)。

提升能力:額定22.0kN。

加壓能力:額定14.6kN。

提升速度:0.259m/s。

最大扭矩:2.8kN·m(當用電機,動力頭輸出轉速為32r/min時)。

(3)動力頭

形式:機械傳動式動力頭。

轉速:①當採用電動機做動力時,該鑽機的轉速如表4-19所示;②採用柴油機做動力該鑽機的轉速如表4-20所示。

表4-19 採用電動機做動力時轉速表

表4-20 採用柴油機做動力時轉速表

動力頭行程:2300mm或1500mm(短桅桿機型),800mm(超短桅桿機型)。

(4)油泵

型號:SCB32/12型雙聯齒輪泵。

排量:32+12L/min。

額定轉速:1500r/min。

工作壓力:8MPa。

最大壓力:10MPa。

(5)質量(不包括動力機)

900kg或830kg(短桅桿機型),800kg(超短桅桿機型)。

(6)外形尺寸

垂直孔工作時:長×寬×高為1990mm×1150mm×3525mm或1990mm×1150mm×2725mm(短桅桿機型),1990mm×1150mm×2325mm(超短桅桿機型)。

水平孔工作(運輸狀態)時:長×寬×高為3525mm×1150mm×1225mm或2725mm×1150mm×1225mm(短桅桿機型),2325mm×1150mm×1225mm(超短桅桿機型)。

3.總體結構及其主要部件

MGJ50型錨桿工程鑽機是一種機械傳動、液壓給進機械動力頭式鑽機,總體結構及主要組成部件和潤滑部位如圖4-28所示。

(1)鑽機的組成

鑽機由離合器與動力、變速箱與傳動軸、動力頭、桅桿、機架、液壓系統等部件組成,所有部件都集中安裝在機架上,裝載方式可以是滑橇式、鋼輪軌道式。

(2)鑽機的傳動系統

鑽機的傳動系統如圖4-29所示。動力通過彈性聯軸節、摩擦離合器,將運動傳至變速箱——動力頭,帶動鑽具旋轉,鑽機具有四正—反轉速,各速傳動路線順序如下:

一速:動力機→離合器→Z1→Z2→Z8→Z7→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

二速:動力機→離合器→Z1→Z2→Z4→Z3→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

圖4-28 鑽機總體結構及主要部件、鑽機潤滑部點陣圖

Ⅰ—離合器與動力;Ⅱ—變速箱與傳動軸;Ⅲ—動力頭;Ⅳ—桅桿;Ⅴ—機架;Ⅵ—液壓系統;1—加壓系統下鏈輪;2—油泵支架;3—離合器分離爪;4—活塞桿鏈輪機構;5—動力頭滑板;6—六方傳動軸套;7—油缸掛軸;8—六方傳動軸上軸承;9—加壓系統上鏈輪;10—變速箱旋轉軸;11—支腿軸承及螺旋;12—導向及移動輪軸承

三速:動力機→離合器→Z1→Z2→Z6→Z5→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

四速:動力機→離合器→Z1→Z3→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

反速:動力機→離合器→Z1→Z2→Z8→Z10→Z9→Z7→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

圖4-29 傳動系統示意圖

4.鑽機離合器與動力

鑽機動力選用S1100型柴油機或Y160M-4型電動機,通過彈性聯軸節與離合器主動盤連接並輸出動力,通過兩根B型皮帶(件J5)帶動油泵旋轉為鑽機液壓系統供油。

(1)離合器

離合器為典型的乾式雙片彈簧壓緊常閉式摩擦離合器,如圖4-30所示。特點為:結構簡單,操作方便。

圖4-30 離合器結構圖

1—防塵蓋;2—套;3—動力機組件;4—從動半聯軸器;5—離合器殼;6—分離爪;7—軸承蓋

J1—擋圈;J2—柱銷;J3—彈性圈;J4—墊圈;J5—油泵傳動裝置;J6—摩擦片總成;J7—中壓板;J8—離合器壓板;J9—彈簧;J10—分離杠桿;J11—軸套;J12—銷;J13—操縱裝置;J14—扭簧;J15—調整螺桿;J16—墊圈;J17—碳素彈簧;

B1—螺母M8;B2—墊圈8;B3-螺母M16;B4—墊圈16;B5—擋圈52;B6—軸承;B7—螺栓;B8—擋圈62;B9—軸承;B10—氈圈;B11—油封;B12—軸承;B13—墊圈;B14—銷;B15—螺母;B16—墊圈;B17—螺釘

摩擦片間隙由離合器外部的分離操縱機構保證,摩擦片磨損後亦由壓緊彈簧(件J9)進行自動補償,離合器的分離和結合是通過扳動離合器操縱手柄來實現,操縱機構的調整必須使3隻分離杠桿(件J10)與分離軸承(件B12)端面保持0.5mm左右間隙,過小或無間隙將使分離軸承與分離杠桿一起高速轉動而燒毀(該軸承無法加潤滑油),調整時旋轉每隻調整螺桿(件J15)上的兩只調節螺母(件B15),保證3隻分離杠桿與分離軸承端面間隙一致(均為0.5mm),調好後將兩只螺母鎖緊,以防松脫,並注意當鑽機較長時間不用時,應將離合器操縱手柄放在離合器結合位置,不致因離合器壓緊彈簧長期壓縮而過早失效。

(2)變速箱

鑽機變速箱(圖4-31、圖4-32)是通過一個變速手柄集中操作控制3隻撥叉撥動箱內3隻換擋齒輪使變速箱獲得四正一反輸出轉速,撥叉操縱機構裝有變速定位和擋間互鎖裝置,確保了變擋可靠,不致亂擋。

變速箱內一對螺旋傘齒輪,將來自動力機的水平軸旋轉運動變成90°垂直軸旋轉運動,並通過六方傳動軸將運動傳至動力頭。變速箱通過固定在箱體上的左、右轉軸架裝在鑽機機架上,並可繞該軸旋轉,該左、右轉軸的軸心線即是動力機→離合器→變速箱輸入軸的中心線。

(3)桅桿

鑽機桅桿是由兩根16a槽鋼焊接的桅桿體和油缸-鏈條組成的升降系統所構成。桅桿體前面焊有兩條滑軌,動力頭沿滑軌上下移動,下端面裝有輔助支撐頭(MGJ-0414-0),靠伸縮油缸(MGJ-0415-0)將其壓在工作面上,以保證鑽進時工作平穩,桅桿體用4個螺栓與變速箱固連在一起,這樣變速箱繞左、右轉軸旋轉時即改變桅桿的角度,從而使鑽機可鑽進垂直—水平間任何角度孔,桅桿的角度調定後用桅桿後面兩根撐桿(件7)固定,桅桿體上下端固定有孔口板(MGJ-0409-0,MGJ-0421-0),上面裝有(可以更換)不同直徑的補心,供開孔時導向用。油缸—鏈條組成的升降系統,其行程2300mm(長桅桿機型)或1500mm(短桅桿機型),800mm(超短桅桿機型)。

(4)動力頭

把動力頭(圖4-33、圖4-34)安裝在滑板上,滑板安裝在桅桿的兩條滑道上,通過升降裝置鏈條拖動,做上下移動。同時通過六方傳動軸將運動傳入動力頭,並帶動鑽具旋轉。

動力頭實際上是一個一級齒輪減速箱,從動軸的中心線即為鑽孔的中心線,在從動六方軸套內裝有水龍頭,下邊的變絲接頭直接與鑽桿絲扣連接。通過水龍頭(圖4-35)不僅可將冷卻液(氣)送進孔底,而且通過內外六方軸套將扭矩傳給鑽具。通過動力頭的升降提下鑽具升降系統原理如圖4-36所示。

(5)液壓系統

鑽機的液壓傳動系統是由雙聯齒輪油泵、油箱、多路換向閥、油管和接頭及各執行機構等組成。如圖4-37所示為液壓傳動系統原理圖,圖4-38所示為液壓系統各手柄操作示意圖,圖4-39所示為液壓系統圖。

圖4-31 變速箱(一)

1—二、三擋齒輪;2—套;3—副軸齒輪;4—軸承蓋;5—副軸;6—二、四擋齒輪;7—軸齒輪;8—左轉軸;9,10,21,26,29,32,33,34,64—紙墊;11—軸套;12—小圓弧錐齒輪;13—軸套;14—輸出軸;15—軸承蓋;16—補償墊;17—主箱體;18—大圓弧錐齒輪;19—補償墊;20—軸承套;22—壓蓋;23—A軸;24—橫軸齒輪;25—壓蓋;27—壓蓋;28—副箱體;30—輸出軸齒輪;31—墊圈;59—蓋;60—右轉軸;61—主軸;62—齒輪;63—一、三擋齒輪;65—墊圈;66—套;67—雙聯齒輪;68—倒擋齒輪;69—倒擋軸;70—套;

B1—306軸承;B2—64903滾子軸承;B3—209軸承;B4—擋圈;B5—207軸承;B6—螺栓;B7—墊圈;B8—螺栓;B9—墊圈;B10—36307 軸承;B11—36310 軸承;B12—螺母;B13—墊圈;B14—螺栓;B15—螺釘;B16—212軸承;B17—油封;B18—螺栓;B19—低碳鋼絲;B46—螺栓;B47—墊圈;B48—擋圈;B49—軸承;B50—擋圈;B51—螺栓;T26—潤滑油液面檢查螺釘;T27—滑動軸套;T28—定位銷

圖4-32 變速箱(二)

35—套;36—銅墊圈;37—軸;38—中間齒輪;39,48,53,55—紙墊;40—軸齒輪;41—壓蓋;42—定位套;43—壓蓋;44—防護套;45—墊片;46—防護圈;47—傳動軸;49—蓋板;50—二、四擋撥叉;51—一、三擋撥叉;52—倒擋撥叉;54—軸承套;56—頂蓋;57—二、四擋撥叉軸;58—倒擋撥叉軸;

J1—油塞;J3—油塞;J4—墊圈;J5—孔用螺栓;J6—封蓋;J7—止動銷;J8—止動銷釘;J9—彈簧;J10—封蓋;J11—紙墊;J12—側箱蓋;J13—側箱蓋上蓋;J14—一、三擋撥叉軸;J15—防松墊片;J16—蓋;J17—球形蓋;J18—橡膠墊;J19—球形蓋;J20—彈簧;J21—變速手把;J22—限位板;J23—止動螺釘;J24—紙墊;J25—手把套;

B20—銷;B21—64907滾子軸承;B22—O形密封圈;B23—擋圈;B24—213軸承;B25—油封;B26—低碳鋼絲;B27—螺釘;B28—螺栓;B29—墊圈;B30—銷;B31—螺栓;B32—銷;B33—螺栓;B34—墊圈;B35—墊圈;B36—螺母;B37—油封;B38—擋圈;B39—軸承;B40—油杯;B41—螺釘;B42—螺栓;B43—低碳鋼絲;B44—鋼球;B45—低碳鋼絲

圖4-33 動力頭(一)

2—內制動圈;3—套;4—上壓蓋;5—外製動圈;6—水龍頭;7—蓋板;8—螺栓;9—擋駕板;

J4—下壓蓋;J5—紙墊;J7—紙墊;J8—防污罩;J9—封污塊;J10—防護套;J11—上壓蓋;J12—托油盤;J13—主動齒輪;J14—軸套;J15—下壓蓋;J16—紙墊;J17—墊片;J18—防護套;J19—防護圈;

B4—油封;B5—軸承;B6—螺栓;B7—軸承;B8—螺栓;B9—墊圈;B10—擋圈;B11—油封;B12—螺栓;B13—墊圈;B14—螺釘;B15—螺栓;B16—螺釘;B17—油杯;B18—擋圈;B19—軸承;B20—油封;B21—墊圈;B22—螺栓;B23—低碳鋼絲;B32—墊圈;B33—低碳鋼絲

雙聯齒輪泵由大泵、小泵組成,有共同吸油管路,當正常鑽進,用動力頭起落桅桿及伸縮油缸工作時,由分配轉閥控制小泵工作(分配轉閥手柄「Ⅰ」位置),當快速提升或下降鑽具時,可控制大、小泵聯合工作(分配轉閥手柄「Ⅱ」位置)(圖4-37)。

多路換向閥由溢流閥、動力頭升降操縱閥和輔助支撐頭(伸縮油缸)操縱閥所組成。溢流閥在鑽機出廠時已將系統壓力調至額定工作壓力8MPa,操作者可根據工作需要通過溢流閥快速增壓手柄或微動調壓手輪調節所需系統壓力,動力頭升降操縱閥是四位四通閥,操縱該閥手柄可使動力頭上升、下降、停止及鑽具稱重;伸縮油缸操縱閥是三位四通閥,可控制輔助支撐頭伸出、縮回(圖4-38)。

圖4-34 動力頭(二)

1—主軸;10—調整墊;

J1—從動齒輪;J2—滑板;J21—六方傳動軸套;J22—滑塊;J23—壓板;J24—調整墊;J25—滑塊;J26—箱體;

B1—鍵;B2—墊圈;B3—螺栓;B24—墊圈;B25—螺栓;B26—油杯;B27—鍵;B28—螺釘;B29—銷;B30—螺釘;B31—螺母

圖4-35 φ50mm鑽桿水龍頭

1—傳動殼體;2—座蓋;

J1—接頭;J2—心管;J3—彈簧;J4—環墊;J5—隔套;J6—軸承套;

B1—氈圈40;B2—8108軸承;B3—1000907軸承;B4—氈圈35;B5,B6,B7—V形密封圈

圖4-36 升降系統原理圖

圖4-37 液壓傳動系統原理圖

圖4-38 液壓系統各手柄操作示意圖

圖4-39 液壓系統圖

1—油箱;2—操縱板;3—給進油缸上油管;4—給進油缸下油管;5—卡子;

J1—吸油管;J2,J13,J15,J19,J24,J27,J33—鉸接管接頭體;J3,J6,J7,J20,J26,J30—密封墊圈;J4—吸油管接頭;J5—雙聯齒輪油泵;J8,J9,J17—高壓軟管;J10—加油管;J11—泄油管;J12,J18,J25,J28,J34,J32—鉸接螺栓;J14—分配閥;J16,J31—直通接頭;J21—壓力表油管;J22—操縱閥;J23—換向閥;J29—鑽壓管油管;

B1—螺釘;B2,B3—墊圈;B4,B5—密封圈;B6—鑽壓表

分配轉閥、多路換向閥及鑽壓表(即系統壓力表)同裝在一個操縱面板上,該操縱板通過兩根銷軸插裝在機架上,工作時拔出一根銷軸,操縱板即繞另一根銷軸旋轉至有利操作的位置(圖4-38)。

5.鑽機的使用與操作

(1)鑽機操作手柄

除圖4-38所示液壓操縱手柄外,還有鑽機離合器(圖4-30)和變速箱(圖4-31、圖4-32)中的操縱手柄。

(2)鑽機就位與安裝

1)將鑽機運抵工地,使其盡量對准孔位。

2)對滑橇底座應用地腳螺栓緊固在機台木上,鑽機地腳螺栓在打垂直孔時,孔口位置安裝尺寸如圖4-40所示。

圖4-40 鑽機地腳螺栓安裝尺寸圖(單位:mm)

6.鑽機的維護與保養

(1)鑽機用油及潤滑

1)鑽機使用的油料。①液壓系統、動力頭導軌使用機械油(GB443-64):夏季HJ-30;冬季HJ-20。②變速箱使用齒輪油(SYB1103-625):夏季 HL-30;冬季 HL-20。③動力頭齒輪及軸承使用二硫化鉬潤滑脂或4號鈣基潤滑脂(ZG-4)。④其他各部位潤滑使用2號鈣基潤滑脂(ZG-2)。

2)潤滑部位及要求。變速箱主箱體、副箱體加油麵均以各自的油塞溢出為限。其他部位見圖4-28中羅馬數字所示。

(2)鑽機的定期保養

1)班保養。①擦洗鑽機外表面,注意鑽機六方傳動軸及動力頭滑軌,鏈條表面清潔,保持良好的潤滑。②檢查變速箱主、副箱體及液壓油油箱油位。③按潤滑要求加潤滑油、潤滑脂(圖4-28)。④檢查各部位漏油情況,並加以排除。⑤檢查鑽機表露在外面的螺栓、螺母、定位銷等是否松脫。⑥消除班內發生的其他故障。

2)周保養。①徹底進行班保養。②根據需要加潤滑油、潤滑脂。③排除本周發生的其他故障。

3)月保養。①徹底進行班保養和周保養。②清洗油箱過濾器,更換變質或污染了的液壓油。③檢查變速箱潤滑油,如發現變質或污染應及時更換。④檢查各零件、部件完好情況,有損壞應及時修理或更換,不可帶傷工作。

7.鑽機常見故障及排除方法

鑽機常見故障及排除方法如表4-21所示。

表4-21 鑽機常見故障及排除方法

8.鑽機操作補充說明

1)採用電動機做動力時,該鑽機亦能鑽水平向上0°～90°的孔,但必須按以下做簡單調整:①將水龍頭反向安裝;②油泵旋轉180°方向安裝;③改變電動機旋轉方向。

注意:以上方法不能用於以柴油機為動力的鑽機。

2)MGJ-50錨桿鑽機液壓夾持器使用說明

液壓夾持器安裝於鑽機桅桿頂端,當鑽機液壓系統的液壓油通入夾持器後,操縱夾持器換向閥,夾持器即可具有夾緊或松開鑽具的功能。

夾持鑽具規格:φ50～120mm;最大夾持力:30kN。

D. 什麼是動力頭

比較簡單的一個變速傳動機構，形式多種多樣，基本原理就是電機帶動一個齒輪變速機構，可以實現鏜削、銑削、鑽削等功能，有的帶有導軌，可以小范圍的直線運動，如照片所示為固定式，不能運動。可以完成簡單的加工，一般精度不高。

有鑽削動力頭攻絲動力頭銑削動力頭鏜削頭鉸孔頭，主要在製造專用機械設備方面使用。

E. 水平定向鑽機工作原理

在水平定向鑽機施工過程中，需要使用與鑽機功率相匹配的泥漿攪拌裝置，它對鑽頭的鑽進和井壁的支撐保護起著非常重要的作用。