1、 目录目录 1 卡盘结构及原理 2 1.1 结构 . 2 1.2 原理 . 3 2 主要零件的制造要点. 4 3 液压卡盘的设计要求. 4 4 液压卡盘的结构 5 5 液压卡盘的工作原理. 5 6 液压卡盘的工作原理. 6 7 主要参数设计 . 7 7.1 液压卡盘承载力的确定 7 7.2 卡瓦对钻杆的夹紧力 Q 8 7. 3 蝶形弹簧的轴向推力 F 的计算 . 8 7.4 设计蝶形弹簧 . 10 7.5 活塞行程 S 的确定 11 7.6 夹紧包角 . 13 7.7 夹紧力与夹紧油压 . 14 7.8 转动丝杆之驱动力矩 16 7.8.1 驱动活塞产生有压缩需要力矩 . 16 7.8.2 丝
2、杆与缸盖的止推摩擦力矩 17 8 液压控制系统的设计. 18 9 结束语 19 10 参考文献 . 20 液压卡盘的设计与控制液压卡盘的设计与控制 液压卡盘是钻机的一个主要部件，其功能是夹紧钻机上的钻杆， 并向钻杆传递转矩和轴向力， 驱动钻具实现回转和给进， 完成加减压 钻进。本文结构介绍液压卡盘的原理及制造要点。 1 1 卡盘卡盘结构及原理结构及原理 1.1 结构结构 卡盘的结构如图1 所示，主要由活塞杆1、座板2、滚轮3、卡盘 座4、销轴5、螺栓组件6、转动板7、压轮架8、连杆9、螺母10 和卡 盘爪11 等组成（油缸部分没有画出）。连接方式为：座板和压轮架 夹住滚轮，滚轮两端穿入转动板的
3、孔中，活塞杆穿入座板和压轮架中 心孔并由螺母锁紧， 转动板的另外两个孔分别用螺栓组件与卡盘座和 卡盘爪连接，连杆也分别用销轴与卡盘座和卡盘爪连接。从图1 中可 以看出， 当活塞杆在液压的作用下作轴向运动时， 带动滚轮既沿卡盘 轴向又沿卡盘径向远动，实际上滚轮是绕卡盘座的定点转动，也就是 转动板在滚轮的带动下绕卡盘座的定点转动， 卡盘爪在转动板的带动 下同时又受连杆的限定既沿卡盘轴向又沿卡盘径向远动， 保证卡盘爪 可靠撑住物体 1.2 原理原理 卡盘的工作原理如图2 所示：该机构是一个平行四杆机构，AD （卡盘座）静止，AB =DC，AD=BC，A、D两点为定点，当AB（转动板） 绕A 点转动时
4、，DC（连杆）在BC（卡盘爪）的带动下绕D 点 也就是在该平行四杆机构中， AB、 DC 作转动， BC 作平动。只有BC 作 平动，才能保证卡盘爪的径向运动，从而实现卡盘的功能。 2 2 主要零件的制造要点主要零件的制造要点 该卡盘采用3 个卡盘爪，因三点定圆，所以能可靠撑住圆形内孔的物 体，而且轮胎的中心与卡盘的中心重回。卡盘座上的A、D 两孔与卡 盘中心的相对位置必须精确。 卡盘爪上的两孔中心距BC 必须与AD 相 等。连杆上的两孔中心距CD 必须与转动板上的两孔中心距AD 相等。 座板的内孔中心线必须与端面垂直。压轮架分度精确，压轮平面与内 孔垂直。总之，该卡盘各零件的尺寸公差和形位公
5、差均不能超差，而 且表面粗糙度要高，否则，动作不会灵活，如严重超差，卡盘可能无 法使用。鉴于此，主要零件最好使用数控机床加工。 3 液压卡盘的设计要求液压卡盘的设计要求 液压卡盘既要向钻杆传递扭矩和回转运动， 又要向钻杆传递轴向运动 和给进力。为了使钻机的工作可靠， 设计液压卡盘时首先应保证卡瓦 对钻杆具有足够的夹紧力，且夹紧后有自锁能力， 使卡瓦夹紧主动钻 杆后不出现轴向或周向的相对滑动；其次，夹紧面积要大，夹紧力分 布要均匀，不致损伤主动钻杆表面；第三，应考虑各零部件相互拆装 时的难易程度、易损件和卡瓦更换时的方便程度；第四，使用钻杆的 直径规格不能太多，否则随卡瓦径向移动尺寸的增大，液压
6、卡盘的外 形尺寸也相应增加，如果采取更换卡瓦来满足不同直径的钻杆， 液压 卡盘就要经常拆装，将影响钻机的使用性能。因此，液压卡盘的设计 既要保证夹紧可靠和拆装方便，又要尽量缩小其外形尺寸。 4 液压卡盘的结构液压卡盘的结构 由于碟形弹簧具有结构紧凑、 加压均匀以及独特的非线性特性等 特点，座箱式钻机的液压卡盘采用碟形弹簧式结构，为液压松开常闭 式。它由3 大部分组成，见图1。 1）夹紧动力装置。见图1蝶形弹簧2，其作用是产生轴向力和轴 向运动 2）中间传动机构。见图1 空心轴1、卡套3、活塞4 等，其作用 是改变作用力的大小和方向， 即将轴向作用力改变为径向作用力，传 递给夹紧元件，且具有增力作用。 3）夹紧元件。见图1 卡瓦6，其作用是将中间传动机构传递来的 夹紧力施于钻杆，将其夹紧。 5 液压卡盘的工作原理液压卡盘的工作原理 高压油从上部进入推动活塞移动，活塞带动推力轴承和卡套下 行，卡套压紧蝶形弹簧，由于卡套与卡瓦为斜面配合，因此卡套下行 驱动卡瓦在卡套的“,”型槽内向外移动，松开钻杆。需要夹紧时， 操作液压系统的卡盘控制阀，卸掉油压，在蝶形弹簧的弹力作用下， 卡套上移，驱
