窨井盖铣刨机课程设计说明书Word格式.docx

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参考文献18

摘要

窨井盖的自然沉降，造成噪音防盗甚至是车祸等严重问题，一直是困扰城市一个老毛病。

但是目前国内大多数城市对此现象都不是十分重视。

经过本小组成员查资料，根据2009年统计，全国共有约300000万个窨井。

由于材质的不同，井盖和周围接触面的破损基数不同，导致在一定周期内必须进行修复工作窨盖井盖维护是市政工程中最基本、最重要的内容之一。

然而国内大部分的窨井盖都是双层铸铁井盖，修补井盖周边的路面复杂而繁琐，使用现有的施工方式非常耗时，为了不影响道路交通，施工只能在夜间进行。

因此，如何高效地开展大规模的井盖修复工作，是全国范围内的市政单位共同面对的严峻挑战。

通过我们小组在网上搜寻资料，我们发现了德国工人在更换窨井盖的工作工程中，即高效，又严谨。

仅仅几个工人，在很短的时间内就把一个突出路面的老化的窨井盖更换成了新的，而且新的窨井盖几乎与路面水平，大大的减少了老化的窨井盖对司机的潜在威胁。

通过这个视频，使我们对如何快速高效的完成新老窨井盖的更换，并且保证路面的水平产生了兴趣。

然而，通过研究查阅资料我们发现，窨井盖的更换工艺基本上世界各大城市并不会有比较大的差异，唯一能够影响工人效率的就是如何快速高效的切开井盖周围的沥青路面，取出窨井盖的井盖与井座两部分。

德国人先进的更换窨井盖的技术以及工人们严谨的手法，着实的震撼了同学们，仅是简简单单的立式铣刀安装在平衡台上,架上刀具，通过液压马达传递动力，既方便、有可靠、噪声小、而且没有安全隐患。

这种创新的思路以及对于各种传统机械机构的灵活运用，值得我们学习。

在此，要介绍的是一款车载的高效的井盖铣刨机。

按照传统的维修方式，需要工人三天的工作，才能完成。

而这种高效的井盖铣刨机，可以帮助工人在铣刨路面、取出埋在沥青路面下的井座大大节省时间。

关键词：

窨井盖、窨井盖铣刨机、液压马达

第一部分窨井盖铣刨机目标参数初步确定

1.1确定窨井盖铣刨机的尺寸

经过本小组成员亲身考察，以及上网查阅资料测得国内大部分窨井盖尺寸都分为3种规格--600mm、700mm、800mm。

都为井盖的外直径，加上井盖底座尺寸大约为--650mm、750mm、850mm。

而在切削的时候，由于要完好的取出井盖以及井盖底座，所以初步设计窨井盖铣刨机的切削半径为

，经过讨论，将该窨井盖铣刨机的工作台再工作时可有两个档位可以选择，分别为

；

。

根据切削半径，初步选取稳定器直径

经验证，该规格的铣刨机可以适应国内大部分的窨井盖周围沥青路面的一次性完整切割。

稳定器的三维图如图1-1所示。

图1-1稳定器的三维图形

在窨井盖铣刨机切削工作过程中，为了保证切削沥青路面工作平稳，且可以快速方便换挡切削，需在与液压马达连接的定位轴上再安装一个正六边盘形的稳定器，用于在切削时固定刀具，以及方便刀具快速的切换档位。

稳定器设置为上下双层，由4跟圆柱支撑便于夹放固定刀具并且可以设置档位。

稳定器的上下两部分分别与液压马达定位轴、切削保护罩连接在一起。

保护罩用于在切削时防止碎石屑乱飞造成伤害。

稳定器与保护罩的材质经过初步选择确定为灰铸铁。

考虑到经济性，保护罩可以选用为普通铁皮。

1.2铣刀的受力分析以及初步确定

通过网上查得，沥青路面可以承受的最大压力为2

107Pa，铣刀通过旋转切割路面，所以应选择立式锯片铣刀（用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较多的刀齿。

为了减少铣切时的摩擦，刀齿两侧有15′~1°

的副偏角。

此外,还有键槽铣刀、燕尾槽铣刀、T形槽铣刀和各种成形铣刀等）。

由于该铣刀用于纵向旋转切割路面，即铣刀即可以垂直切入地面，又可以在旋转过程中划开沥青路面，所以初步选择铣刀种类应该为立式斜齿锯片铣刀，主偏角为45°

的铣刀其径向切削力和轴向大致是相等的，所以产生的压力比较均衡，由于窨井盖铣刨机在铣削时，路面直接作为铣削的机床，因此几乎没有对刀具及机床的要求，所以，直接选取立式锯片铣刀，铣刀三维图如图1-2所示。

图1-2铣刀的三维图形

由于铣刀的工作对象是强度相对比较低的沥青路面，所以铣刀的材质选为硬质合金。

初步选取在平衡台上安装6把立式锯片铣刀，方便铣削。

1.2.1铣刀垂直地面刀刃的受力分析

对铣刀进行受力分析，由于有两个档位所以在此只选取大档即

的档位进行受力分析，受力分析如图1-3所示。

图1-3切削工作时受力分析

通过查阅资料可知铣刀接触面对沥青路面的接触作用力大约为F=20MPa；

测量每个铣刀刀刃纵向与地面的接触面积大约为S=0.0001m2.，根据压强公式：

（1-1）

式中P-铣刀对路面的压强，单位Pa；

F-铣刀接触面对沥青路面的接触作用力；

S-铣刀与路面的接触面积。

代入式（1-1）得：

所以，铣刨机在铣刨路面的过程中稳定器只需给铣刀提供200N的轴向进给力，既可以使旋转的铣刀完成纵向垂直地面的切割。

1.2.2铣刀刀刃横向受力分析

通过测量与估算在铣刨机工作过程中，每个铣刀水平切削沥青路面时，与路面的接触面积大约为

=0.0005m2。

若要铣刀能够切开沥青路面，通过公式算得每个铣刀在工作时应产生的切削力为：

所以，铣刨机在工作过程中，根据受力平衡，每个铣刀在切削时所受的横向摩擦力大约为

所以平衡台在旋转时，所产生的摩擦力为

1.3液压马达转矩的计算及分析

根据转矩公式：

（1-2）

式中T-定位轴所受的转矩（N·

m）；

F-切削时刀刃所受到的总摩擦力（N）；

R-大档的切削半径R2（m）。

代入公式（1-2）求出转矩；

当液压马达额定转速和其相应转速确定后，可通过下式确定发动机的额定功率。

（1-3）

式中T-液压马达最大功率时转矩（N·

-转矩适应性系数；

-液压马达最大功率（KW）;

-最大功率时的转速（r/min）。

参考网上的视频，我们需要的液压马达发动机的额定转速为n=400r/min。

转矩适应性系数标志着当发动机阻力增加时，发动机外特性曲线自动增加转矩的能力，

可参考同类液压马达数值选取，由于在此发动机功率较小，转速较低，所以选取

=1；

代入公式（1-3），估算出发动机的额定功率为：

所以考虑到实用性选取液压马达额定功率范围为65Kw--70Kw，额定转矩Tmax=1800N·

m，转速大概在400r/min左右。

再考虑到用于此处的液压马达的特性；

能在整个速度范围内平滑运转，可以在大的速度范围内稳定的工作扭矩能够产生高起始扭矩，背压高，不需泄油管路（耐高压的轴封），可以在极端工作条件下使用且寿命延长，坚固和紧凑的设计，高径向承受能力，在开式和闭式液压系统中都可应用，适合多种不同的液压流体等。

通过上网查阅选取液压马达型号为：

萨澳-丹佛斯TMT液压马达。

马达规格（根据排量）每转从

到

速度从最小型号的最高速度

到最大型号的最高速度

最大工作扭矩从13N·

m到2700N·

m。

最大输出功率从2.0kW到70kW。

表1-1萨澳-丹佛斯TMT液压马达具体参数

TMT

排量

压力降

持续/间隙/峰值

流量

（持续）

最大输出

（间隙）

单位

bar

L/min

Kw

数据

15、25-38、43

250/350/400

125

70

通过网上的实物图，我们根据该小功率液压马达的尺寸参数画出其三维图如图1-4所示。

图1.4TMT液压马达三维图形

第二部分窨井盖铣刨机各连接部件的确定

2.1液压马达的固定

首先，我们应考虑如何把液压马达固定在工作臂上，然后我们还应该考虑到液压马达在工作臂上应有一定的行程以提供刀具的进给量。

经过小组的讨论，我们决定为发动机设计一个有一定导轨行程的底座，如图2-1所示，使液压马达固定在工作臂上，然后连接安装丝杠，为铣刨机提供垂直向下的进给力。

图2-1带导轨的液压马达底座三维图形

因为铣刨机在工作时，能够在沥青路面上切开足够的深度，所以为了能直接达到窨井盖内层井架的深度，所以丝杠应提供足够的进给量。

初步估算丝杠需提供的进给量为30cm。

通过查询，我们选择了导程为36cm的HIWIN滚珠丝杠。

滚珠丝杠在使用上有很多的优点，举凡高效率、可逆性、零背隙、高刚性，导程精度高及其他多项优点，与传统螺杆相比较，滚珠丝杠在螺杆与螺帽间，加入钢珠。

将传统螺杆的滑动摩擦传动以钢珠滚动运动取代。

以大大降低摩擦损耗，有助于维持高效率及高精度。

滚珠丝杠的各项特性及优点为；

1.高效率及可逆性；

由于滚珠丝杠（滚珠螺杆）螺杆轴及螺帽均是点接触之滚动运动，所以其效率可高达90%以上。

因此其传动扭矩仅只有传统导螺杆的1/3，滚珠螺杆的机械效率远高于传统导螺杆。

滚珠丝杠在牙型表面采以超精密加工，以降低珠槽与钢珠间的接触摩擦，又钢珠与珠槽间为点接触之滚动运动，有低摩擦力及高运转效率的优点。

故可降低马达驱动力要求，既降低了成本，而且非常适合低功率的液压马达。

2.2液压马达与定位轴的连接

由于定位轴要承受来自液压马达的转矩，且需要将转矩传递给稳定器，所以在连接与选材时应满足以下条件：

液压马达与螺杆同轴定位连接装置，包括安装座和联轴器，所述的联轴器一端为液压马达端，另一端为螺杆端，所述的液压马达端与安装座内腔壁适配，其特征是所述的联轴器和安装座内腔壁之间设有单列推力球轴承和单列圆锥滚子轴承，使得螺杆注射运动时，所述的单列推力球轴承承受径向力；

螺杆松退运动时，单列圆锥滚子轴承承受径向力。

使用本结构的连接装置，能够保证液压马达与螺杆装配同轴，解决旋转摩擦、偏心的问题，并且更换结构简单、方便。

由于轴销在使用中，需要一直装夹工件，所以要求定位销轴应具有较好的耐磨性，因此，应选用较好的材料T10A或选用20号钢表渗碳淬火。

且定位销技术要求应满足：

1、尖角倒钝；

2、对轴销进行防锈处理；

3、热处理55-60HRC；

4、材料T10A。

由于该窨井盖铣刨机适用于车载，动力来源与汽车，且搭载在汽车之上，所以考虑到一般中小型货车离地高度大约为2.5m，根据液压马达尺寸，立式铣刀的长度，选取定位轴的长度为80-150cm。

在此由于是小型的铣刨机，所以选取定位轴的长度L=100cm。

根据经济型考虑轴销的材料一般都是用最便宜，最容易得到的材料，比如Q235。

虽然铝合金也可以，但铝的E值只有钢的1/3左右，受力大时，变形也较大。

而且铝合金的造价较昂贵。

2.3稳定器与铣刀的连接

在此处连接，由于把稳定器设计成了正六边形，且可以有两个档安放刀具，为了能够快速的安装拆卸刀具且在切削工作时刀具能够得到良好的固定，我们在稳定器与铣刀连接中添加了刀架，刀架与刀具各钻出3个孔，能够与稳定器底边用螺栓连接在一起。

刀架的三维图形如图2-2所示。

图2-2刀架的三维图形

为了在此处实现刀具的自动换挡，在刀架和稳定器之间可安装压自动往复液压油缸。

如果采用液压驱动往复泵，有如下优点：

（1）使往复泵的活塞匀速运动，排出的液体压力、流量相对稳定；

（2）很容易实现长冲程、低冲次，降低泵元件的疲劳，延长泵的使用寿