动力头传动装置

B. PLC在组合机床控制中的应用论文

PLC在组合机床控制中的应用

一.可编程控制器的定义
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
二.PLC的特点
1 可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2 配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3 易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
5 体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
三.在组合机床自动线中，一般根据不同的加工精度要求设置三种滑台
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
1 开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2 模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3 运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4 过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5 数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6 通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
7 PLC控制的数控滑台结构
一般组合机床自动线中的数控滑台采用步进电机驱动的开环伺服机构。采用PLC控制的数控滑台由可编程控制器、环行脉冲分配器、步进电机驱动器、步进电机和伺服传动机构等部分组成，

伺服传动机构中的齿轮Z1、Z2应该采取消隙措施，避免产生反向死区或使加工精度下降；而丝杠传动副则应该根据该单元的加工精度要求，确定是否选用滚珠丝杠副。采用滚珠丝杠副，具有传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的优点，但成本较高且不能自锁。
8 控制系统的软件结构
软件结构根据控制要求而设计，主要划分为五大模块：即步进电机控制模块、定位控制模块、数据拨盘输入及数据传输模块、数码输出显示模块、元件故障的自动检测与报警模块。

由于整个软件结构较为庞大，脉冲控制器产生0.1秒的控制脉冲，使移位寄存器移位，提供六拍时序脉冲，通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y430、Y431、Y432按照单双六拍的通电方式控制步进电机。为实现定位控制，采用不同的计数器分别控制粗定位行程和精定位行程，计数器的设定值依据行程而定。例如，设刀具或工作台欲从A点移至C点，已知AC＝200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量快速移动，利用了6位计数器（C660/C661），而BC段为精定位行程，采用0.01mm/步的脉冲当量精确定位，利用了3位计数器C460，在粗定位结束进入精定位的同时，PLC自动接通电磁离合器输出点Y433以实现变速机构的更换。
9 PLC控制系统的接地方法
（1）由于PLC机柜和操作台、配电柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分，由于各种原因（如腐蚀、绝缘破损等）而有可能带危险电压，所以应该进行保护接地，低于36V供电的设备，无特殊要求可不做接地保护。
（2）PLC控制系统中的基准电位是各回路工作的参考电位，基准电位的连接线称为系统地，通常是控制回路直流电源的零伏导线，系统接地的方式有浮地方式、直接接地方式和电容接地方式。
（3）为防止静电感应和磁场感应而设置的屏蔽接地端子应做屏蔽接地。其中信号回路接地和屏蔽接地又通称为工作接地。
一般以上接地方法的控制原则是：保护地和工作地不能混用，这是由于在每一段电源保护地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电位差，这对低电平信号电路来说是一个非常严重的干扰。屏蔽地，当信号电路是单点接地时，低频电缆的屏蔽层也应单点接地，如果电缆的屏蔽层接地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。
本系统采用的接地电阻都需要在规定的范围内，对于PLC组成的控制系统一般应小于4Ω，而且要有足够的机械强度，事前都需要进行防腐处理。PLC组成的控制系统进行单独设置接地系统，也可以利用现场条件进行“等电位联结”进行接地设计。
10 PLC控制梯形图：
梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例：

它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令，用以 结束程序。
11 梯形图与助记符的对应关系：
助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：
地址 指令 变量
0000 LD X000
0001 OR X010
0002 AND NOT X001
0003 OUT Y000
0004 END
反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。
12 梯形图与电气原理图的关系：
如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，互锁指令（IL、ILC）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。
有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。
四、数控滑台的PLC控制方法
数控滑台的控制因素主要有三个：
1 行程控制
一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。由步进电机的工作原理和特性可知步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：
n= DL/d （1）
式中 DL——伺服机构的位移量（mm）
d ——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）
2 进给速度控制
伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率;因此可以根据该工序要求的进给速度,确定其PLC输出的脉冲频率:
f=Vf/60d (Hz) (2)
式中 Vf——伺服机构的进给速度(mm/min)
3 进给方向控制
进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转;当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。
五.PLC的国内外状况
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
六.PLC未来展望
21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
参考 文 献

C. 锚杆钻机及MGJ-型锚杆钻机

(一)概述

锚杆钻机广泛用于水电站、铁路、公路边坡大吨位预应力锚固工程、排水孔的施工,以及预防滑坡、岩石坍塌等地质灾害治理工程等,也适用于高压旋喷引孔的施工。

MGJ-50型锚杆工程钻机是一种机械动力头式、液压给进型工程钻机,该机具有给进行程长、钻进能力大、操作及搬迁方便、结构新颖等特点,是锚杆加固工程及其他工程地质钻孔较为理想、实用的机型。

(二)锚杆钻机的特点

1.MGJ-50型锚杆工程钻机

MGJ-50型锚杆工程钻机是动力头形式、机械传动,液压给进、提升。在一个平面内钻孔角度:电动机垂直、仰角(80°);柴油机垂直、水平(90°)任何角度钻孔施工。动力头转速有低速型和高速型:低速型以冲击回转(潜孔锤)钻进为主。机座有滑橇、轮胎两种形式,供用户选用。该机在淤泥质黏土中钻进速度为15～20m/h。

2.YTM87型土锚钻机

YTM87型土锚钻机为轮胎式底盘、电力驱动的全液压钻机。既可使用螺旋钻杆的干式钻进,也可使用带护壁套管的湿式钻进。该机可在水平和垂直方向的任意角度上钻进。

3.QC-100型气动冲击式锚杆钻机

QC-100型气动冲击式锚杆钻机的工作原理是:利用气动冲击器驱动锤头,使之连续打击锚管,挤压成孔与锚杆安装同步完成。锚管管壁预先钻孔(孔径8～15mm,间距150～200mm),将其打入后,用水冲洗掉钢管内渣土,即可在口部加压注浆。该机适用于卵石层、砂砾层、杂填土层、混合覆盖层,也适用于黏土层和砂层。成孔速度:中密卵石层300mm/min,其他松散介质1000mm/min。该机质量轻,运载方便,费用低。

(三)锚杆钻机的型号和技术性能

几种专用的锚杆钻机的型号和技术性能如表4-17所示。

表4-17 锚杆钻机主要技术性能

(四)MGJ-50型锚杆钻机

该钻机主要适用于土、岩锚杆、路基、坝基、挡土墙加固及爆破孔等钻孔工程施工。

1.钻机的主要特点

1)该钻机是一种机械动力头钻机,钻进口径以110～130mm为主(最大可达180mm),钻进深度60m,可以钻垂直—水平间任意角度孔,当使用电动机做动力时,经过简单调整,本机亦能钻水平向上0°～90°的孔。

2)给进行程长达2300mm,可使用2m长的钻杆,为适应施工空间较窄的特殊用户需要,亦有给进行程较短的短桅杆及超短桅杆机型。

3)采用回转或冲击回转钻进方法,钻进效率高。

4)结构简单、新颖、质量轻,操作简易,运输移动方便。

2.主要技术参数

(1)动力机

该钻机动力机可根据工程性质需要而选配电动机或柴油机。钻机配用动力机参数如表4-18所示。

表4-18 配用动力机参数表

(2)基本参数

钻孔直径:130mm为主(可达180mm)。

钻孔深度:60m。

钻孔角度:垂直—水平间任意角度(使用电动机做动力时,经简单调整亦能钻水平向上0°～90°的孔)。

钻杆:φ50mm或φ73mm;长度2m或1.2m(短桅杆机型用),0.8m(超短桅杆机型用)。

提升能力:额定22.0kN。

加压能力:额定14.6kN。

提升速度:0.259m/s。

最大扭矩:2.8kN·m(当用电机,动力头输出转速为32r/min时)。

(3)动力头

形式:机械传动式动力头。

转速:①当采用电动机做动力时,该钻机的转速如表4-19所示;②采用柴油机做动力该钻机的转速如表4-20所示。

表4-19 采用电动机做动力时转速表

表4-20 采用柴油机做动力时转速表

动力头行程:2300mm或1500mm(短桅杆机型),800mm(超短桅杆机型)。

(4)油泵

型号:SCB32/12型双联齿轮泵。

排量:32+12L/min。

额定转速:1500r/min。

工作压力:8MPa。

最大压力:10MPa。

(5)质量(不包括动力机)

900kg或830kg(短桅杆机型),800kg(超短桅杆机型)。

(6)外形尺寸

垂直孔工作时:长×宽×高为1990mm×1150mm×3525mm或1990mm×1150mm×2725mm(短桅杆机型),1990mm×1150mm×2325mm(超短桅杆机型)。

水平孔工作(运输状态)时:长×宽×高为3525mm×1150mm×1225mm或2725mm×1150mm×1225mm(短桅杆机型),2325mm×1150mm×1225mm(超短桅杆机型)。

3.总体结构及其主要部件

MGJ50型锚杆工程钻机是一种机械传动、液压给进机械动力头式钻机,总体结构及主要组成部件和润滑部位如图4-28所示。

(1)钻机的组成

钻机由离合器与动力、变速箱与传动轴、动力头、桅杆、机架、液压系统等部件组成,所有部件都集中安装在机架上,装载方式可以是滑橇式、钢轮轨道式。

(2)钻机的传动系统

钻机的传动系统如图4-29所示。动力通过弹性联轴节、摩擦离合器,将运动传至变速箱——动力头,带动钻具旋转,钻机具有四正—反转速,各速传动路线顺序如下:

一速:动力机→离合器→Z1→Z2→Z8→Z7→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

二速:动力机→离合器→Z1→Z2→Z4→Z3→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

图4-28 钻机总体结构及主要部件、钻机润滑部位图

Ⅰ—离合器与动力;Ⅱ—变速箱与传动轴;Ⅲ—动力头;Ⅳ—桅杆;Ⅴ—机架;Ⅵ—液压系统;1—加压系统下链轮;2—油泵支架;3—离合器分离爪;4—活塞杆链轮机构;5—动力头滑板;6—六方传动轴套;7—油缸挂轴;8—六方传动轴上轴承;9—加压系统上链轮;10—变速箱旋转轴;11—支腿轴承及螺旋;12—导向及移动轮轴承

三速:动力机→离合器→Z1→Z2→Z6→Z5→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

四速:动力机→离合器→Z1→Z3→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

反速:动力机→离合器→Z1→Z2→Z8→Z10→Z9→Z7→Z11→Z12→Z13→Z14→Z15→Z16→Z17→Z18→Z19。

图4-29 传动系统示意图

4.钻机离合器与动力

钻机动力选用S1100型柴油机或Y160M-4型电动机,通过弹性联轴节与离合器主动盘连接并输出动力,通过两根B型皮带(件J5)带动油泵旋转为钻机液压系统供油。

(1)离合器

离合器为典型的干式双片弹簧压紧常闭式摩擦离合器,如图4-30所示。特点为:结构简单,操作方便。

图4-30 离合器结构图

1—防尘盖;2—套;3—动力机组件;4—从动半联轴器;5—离合器壳;6—分离爪;7—轴承盖

J1—挡圈;J2—柱销;J3—弹性圈;J4—垫圈;J5—油泵传动装置;J6—摩擦片总成;J7—中压板;J8—离合器压板;J9—弹簧;J10—分离杠杆;J11—轴套;J12—销;J13—操纵装置;J14—扭簧;J15—调整螺杆;J16—垫圈;J17—碳素弹簧;

B1—螺母M8;B2—垫圈8;B3-螺母M16;B4—垫圈16;B5—挡圈52;B6—轴承;B7—螺栓;B8—挡圈62;B9—轴承;B10—毡圈;B11—油封;B12—轴承;B13—垫圈;B14—销;B15—螺母;B16—垫圈;B17—螺钉

摩擦片间隙由离合器外部的分离操纵机构保证,摩擦片磨损后亦由压紧弹簧(件J9)进行自动补偿,离合器的分离和结合是通过扳动离合器操纵手柄来实现,操纵机构的调整必须使3只分离杠杆(件J10)与分离轴承(件B12)端面保持0.5mm左右间隙,过小或无间隙将使分离轴承与分离杠杆一起高速转动而烧毁(该轴承无法加润滑油),调整时旋转每只调整螺杆(件J15)上的两只调节螺母(件B15),保证3只分离杠杆与分离轴承端面间隙一致(均为0.5mm),调好后将两只螺母锁紧,以防松脱,并注意当钻机较长时间不用时,应将离合器操纵手柄放在离合器结合位置,不致因离合器压紧弹簧长期压缩而过早失效。

(2)变速箱

钻机变速箱(图4-31、图4-32)是通过一个变速手柄集中操作控制3只拨叉拨动箱内3只换挡齿轮使变速箱获得四正一反输出转速,拨叉操纵机构装有变速定位和挡间互锁装置,确保了变挡可靠,不致乱挡。

变速箱内一对螺旋伞齿轮,将来自动力机的水平轴旋转运动变成90°垂直轴旋转运动,并通过六方传动轴将运动传至动力头。变速箱通过固定在箱体上的左、右转轴架装在钻机机架上,并可绕该轴旋转,该左、右转轴的轴心线即是动力机→离合器→变速箱输入轴的中心线。

(3)桅杆

钻机桅杆是由两根16a槽钢焊接的桅杆体和油缸-链条组成的升降系统所构成。桅杆体前面焊有两条滑轨,动力头沿滑轨上下移动,下端面装有辅助支撑头(MGJ-0414-0),靠伸缩油缸(MGJ-0415-0)将其压在工作面上,以保证钻进时工作平稳,桅杆体用4个螺栓与变速箱固连在一起,这样变速箱绕左、右转轴旋转时即改变桅杆的角度,从而使钻机可钻进垂直—水平间任何角度孔,桅杆的角度调定后用桅杆后面两根撑杆(件7)固定,桅杆体上下端固定有孔口板(MGJ-0409-0,MGJ-0421-0),上面装有(可以更换)不同直径的补心,供开孔时导向用。油缸—链条组成的升降系统,其行程2300mm(长桅杆机型)或1500mm(短桅杆机型),800mm(超短桅杆机型)。

(4)动力头

把动力头(图4-33、图4-34)安装在滑板上,滑板安装在桅杆的两条滑道上,通过升降装置链条拖动,做上下移动。同时通过六方传动轴将运动传入动力头,并带动钻具旋转。

动力头实际上是一个一级齿轮减速箱,从动轴的中心线即为钻孔的中心线,在从动六方轴套内装有水龙头,下边的变丝接头直接与钻杆丝扣连接。通过水龙头(图4-35)不仅可将冷却液(气)送进孔底,而且通过内外六方轴套将扭矩传给钻具。通过动力头的升降提下钻具升降系统原理如图4-36所示。

(5)液压系统

钻机的液压传动系统是由双联齿轮油泵、油箱、多路换向阀、油管和接头及各执行机构等组成。如图4-37所示为液压传动系统原理图,图4-38所示为液压系统各手柄操作示意图,图4-39所示为液压系统图。

图4-31 变速箱(一)

1—二、三挡齿轮;2—套;3—副轴齿轮;4—轴承盖;5—副轴;6—二、四挡齿轮;7—轴齿轮;8—左转轴;9,10,21,26,29,32,33,34,64—纸垫;11—轴套;12—小圆弧锥齿轮;13—轴套;14—输出轴;15—轴承盖;16—补偿垫;17—主箱体;18—大圆弧锥齿轮;19—补偿垫;20—轴承套;22—压盖;23—A轴;24—横轴齿轮;25—压盖;27—压盖;28—副箱体;30—输出轴齿轮;31—垫圈;59—盖;60—右转轴;61—主轴;62—齿轮;63—一、三挡齿轮;65—垫圈;66—套;67—双联齿轮;68—倒挡齿轮;69—倒挡轴;70—套;

B1—306轴承;B2—64903滚子轴承;B3—209轴承;B4—挡圈;B5—207轴承;B6—螺栓;B7—垫圈;B8—螺栓;B9—垫圈;B10—36307 轴承;B11—36310 轴承;B12—螺母;B13—垫圈;B14—螺栓;B15—螺钉;B16—212轴承;B17—油封;B18—螺栓;B19—低碳钢丝;B46—螺栓;B47—垫圈;B48—挡圈;B49—轴承;B50—挡圈;B51—螺栓;T26—润滑油液面检查螺钉;T27—滑动轴套;T28—定位销

图4-32 变速箱(二)

35—套;36—铜垫圈;37—轴;38—中间齿轮;39,48,53,55—纸垫;40—轴齿轮;41—压盖;42—定位套;43—压盖;44—防护套;45—垫片;46—防护圈;47—传动轴;49—盖板;50—二、四挡拨叉;51—一、三挡拨叉;52—倒挡拨叉;54—轴承套;56—顶盖;57—二、四挡拨叉轴;58—倒挡拨叉轴;

J1—油塞;J3—油塞;J4—垫圈;J5—孔用螺栓;J6—封盖;J7—止动销;J8—止动销钉;J9—弹簧;J10—封盖;J11—纸垫;J12—侧箱盖;J13—侧箱盖上盖;J14—一、三挡拨叉轴;J15—防松垫片;J16—盖;J17—球形盖;J18—橡胶垫;J19—球形盖;J20—弹簧;J21—变速手把;J22—限位板;J23—止动螺钉;J24—纸垫;J25—手把套;

B20—销;B21—64907滚子轴承;B22—O形密封圈;B23—挡圈;B24—213轴承;B25—油封;B26—低碳钢丝;B27—螺钉;B28—螺栓;B29—垫圈;B30—销;B31—螺栓;B32—销;B33—螺栓;B34—垫圈;B35—垫圈;B36—螺母;B37—油封;B38—挡圈;B39—轴承;B40—油杯;B41—螺钉;B42—螺栓;B43—低碳钢丝;B44—钢球;B45—低碳钢丝

图4-33 动力头(一)

2—内制动圈;3—套;4—上压盖;5—外制动圈;6—水龙头;7—盖板;8—螺栓;9—挡驾板;

J4—下压盖;J5—纸垫;J7—纸垫;J8—防污罩;J9—封污块;J10—防护套;J11—上压盖;J12—托油盘;J13—主动齿轮;J14—轴套;J15—下压盖;J16—纸垫;J17—垫片;J18—防护套;J19—防护圈;

B4—油封;B5—轴承;B6—螺栓;B7—轴承;B8—螺栓;B9—垫圈;B10—挡圈;B11—油封;B12—螺栓;B13—垫圈;B14—螺钉;B15—螺栓;B16—螺钉;B17—油杯;B18—挡圈;B19—轴承;B20—油封;B21—垫圈;B22—螺栓;B23—低碳钢丝;B32—垫圈;B33—低碳钢丝

双联齿轮泵由大泵、小泵组成,有共同吸油管路,当正常钻进,用动力头起落桅杆及伸缩油缸工作时,由分配转阀控制小泵工作(分配转阀手柄“Ⅰ”位置),当快速提升或下降钻具时,可控制大、小泵联合工作(分配转阀手柄“Ⅱ”位置)(图4-37)。

多路换向阀由溢流阀、动力头升降操纵阀和辅助支撑头(伸缩油缸)操纵阀所组成。溢流阀在钻机出厂时已将系统压力调至额定工作压力8MPa,操作者可根据工作需要通过溢流阀快速增压手柄或微动调压手轮调节所需系统压力,动力头升降操纵阀是四位四通阀,操纵该阀手柄可使动力头上升、下降、停止及钻具称重;伸缩油缸操纵阀是三位四通阀,可控制辅助支撑头伸出、缩回(图4-38)。

图4-34 动力头(二)

1—主轴;10—调整垫;

J1—从动齿轮;J2—滑板;J21—六方传动轴套;J22—滑块;J23—压板;J24—调整垫;J25—滑块;J26—箱体;

B1—键;B2—垫圈;B3—螺栓;B24—垫圈;B25—螺栓;B26—油杯;B27—键;B28—螺钉;B29—销;B30—螺钉;B31—螺母

图4-35 φ50mm钻杆水龙头

1—传动壳体;2—座盖;

J1—接头;J2—心管;J3—弹簧;J4—环垫;J5—隔套;J6—轴承套;

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

图4-36 升降系统原理图

图4-37 液压传动系统原理图

图4-38 液压系统各手柄操作示意图

图4-39 液压系统图

1—油箱;2—操纵板;3—给进油缸上油管;4—给进油缸下油管;5—卡子;

J1—吸油管;J2,J13,J15,J19,J24,J27,J33—铰接管接头体;J3,J6,J7,J20,J26,J30—密封垫圈;J4—吸油管接头;J5—双联齿轮油泵;J8,J9,J17—高压软管;J10—加油管;J11—泄油管;J12,J18,J25,J28,J34,J32—铰接螺栓;J14—分配阀;J16,J31—直通接头;J21—压力表油管;J22—操纵阀;J23—换向阀;J29—钻压管油管;

B1—螺钉;B2,B3—垫圈;B4,B5—密封圈;B6—钻压表

分配转阀、多路换向阀及钻压表(即系统压力表)同装在一个操纵面板上,该操纵板通过两根销轴插装在机架上,工作时拔出一根销轴,操纵板即绕另一根销轴旋转至有利操作的位置(图4-38)。

5.钻机的使用与操作

(1)钻机操作手柄

除图4-38所示液压操纵手柄外,还有钻机离合器(图4-30)和变速箱(图4-31、图4-32)中的操纵手柄。

(2)钻机就位与安装

1)将钻机运抵工地,使其尽量对准孔位。

2)对滑橇底座应用地脚螺栓紧固在机台木上,钻机地脚螺栓在打垂直孔时,孔口位置安装尺寸如图4-40所示。

图4-40 钻机地脚螺栓安装尺寸图(单位:mm)

6.钻机的维护与保养

(1)钻机用油及润滑

1)钻机使用的油料。①液压系统、动力头导轨使用机械油(GB443-64):夏季HJ-30;冬季HJ-20。②变速箱使用齿轮油(SYB1103-625):夏季 HL-30;冬季 HL-20。③动力头齿轮及轴承使用二硫化钼润滑脂或4号钙基润滑脂(ZG-4)。④其他各部位润滑使用2号钙基润滑脂(ZG-2)。

2)润滑部位及要求。变速箱主箱体、副箱体加油面均以各自的油塞溢出为限。其他部位见图4-28中罗马数字所示。

(2)钻机的定期保养

1)班保养。①擦洗钻机外表面,注意钻机六方传动轴及动力头滑轨,链条表面清洁,保持良好的润滑。②检查变速箱主、副箱体及液压油油箱油位。③按润滑要求加润滑油、润滑脂(图4-28)。④检查各部位漏油情况,并加以排除。⑤检查钻机表露在外面的螺栓、螺母、定位销等是否松脱。⑥消除班内发生的其他故障。

2)周保养。①彻底进行班保养。②根据需要加润滑油、润滑脂。③排除本周发生的其他故障。

3)月保养。①彻底进行班保养和周保养。②清洗油箱过滤器,更换变质或污染了的液压油。③检查变速箱润滑油,如发现变质或污染应及时更换。④检查各零件、部件完好情况,有损坏应及时修理或更换,不可带伤工作。

7.钻机常见故障及排除方法

钻机常见故障及排除方法如表4-21所示。

表4-21 钻机常见故障及排除方法

8.钻机操作补充说明

1)采用电动机做动力时,该钻机亦能钻水平向上0°～90°的孔,但必须按以下做简单调整:①将水龙头反向安装;②油泵旋转180°方向安装;③改变电动机旋转方向。

注意:以上方法不能用于以柴油机为动力的钻机。

2)MGJ-50锚杆钻机液压夹持器使用说明

液压夹持器安装于钻机桅杆顶端,当钻机液压系统的液压油通入夹持器后,操纵夹持器换向阀,夹持器即可具有夹紧或松开钻具的功能。

夹持钻具规格:φ50～120mm;最大夹持力:30kN。

D. 什么是动力头

比较简单的一个变速传动机构，形式多种多样，基本原理就是电机带动一个齿轮变速机构，可以实现镗削、铣削、钻削等功能，有的带有导轨，可以小范围的直线运动，如照片所示为固定式，不能运动。可以完成简单的加工，一般精度不高。

有钻削动力头攻丝动力头铣削动力头镗削头铰孔头，主要在制造专用机械设备方面使用。

E. 水平定向钻机工作原理

在水平定向钻机施工过程中，需要使用与钻机功率相匹配的泥浆搅拌装置，它对钻头的钻进和井壁的支撑保护起着非常重要的作用。