畢業(yè)設計（論文）-200米液壓鉆機變速箱的設計（含全套CAD圖紙）

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1、I 摘要 隨著我國地質勘探、工程建設和農田水利等事業(yè)的發(fā)展，對各種鉆探設備 提出了更多的要求。鉆機作為鉆探設備的重要工具之一，在這些工程中起了舉 足輕重的作用。為了適應當前各種勘探工作和工程建設項目對淺孔鉆機的要求， 本設計任務在 TXU-150 型鉆機的基礎之上進行了一些改進，設計出了鉆探深 度為 200 米的液壓鉆機。設計中根據(jù)鉆機使用的環(huán)境和場合，運用比較和參 照的方法，借鑒同類型鉆機的設計參數(shù)，通過比較分析，重點對變速箱重新進 行設計計算。在此基礎之上運用綠色設計的理念，對不影響鉆機性能的環(huán)節(jié)進 行了優(yōu)化。最后，設計出的 200 米鉆機理論上滿足鉆探深度為 200 米的設計 要求，同時

2、盡量節(jié)省了制造成本和生產時間。 關鍵字關鍵字 地質勘探 鉆機 變速箱 全套全套 CAD 圖紙，聯(lián)系圖紙，聯(lián)系 153893706 II Abstract With the high development of geology explore, engineering constructions, and farmland irrigation in our country ,various drilling equipments are put forward more requests.As one of the most important tools in explore manchi

3、nes,drill machine having the prominent function in these engineering constructions.For adapting to various current explore works and engineering constructions,which gives drill manchines more new requests.This design mission started on the foundation of TXU-150 drill machine,and than carried on some

4、 improvements.As a result,a new liquid pressure drill manchine which can drill holes as deep as 200 metres was designed. According to the drill environment and situations of the machine usage,this design mission used of the comparison method, taked design parameter from the same kind type drill mach

5、ines.Passed more analytical,I redesigned the gear- box of the 200-metre drill machine as my key work. At this foundation on make use of the principle of green design, to not affected the function of the machine,it carry on optimal design.At the end of the work,the designed machine satisfy to drill h

6、oles of depth as 200 meters in theorety.At the same time, it save the manufacturing costs and producing time as could as possible. Key words geology explore drill machine gear-box III 第 1 章 緒 論 1.1 選題的意義 本設計選擇了 200 米鉆機的變速箱設計，主要原因是當前我國地質勘探、 工程建設和農田水利等事業(yè)正在逐漸完善，對各種鉆探設備尤其是鉆機提出了 更多的要求?，F(xiàn)在市場上流行的鉆機中以鉆探深度為百米

7、左右的液壓鉆機為主， 這些鉆機在承擔各種生產建設項目中起到了至關重要的作用。但是，我們通過 調查和了解發(fā)現(xiàn)，隨著生產建設項目的擴大，市場對上鉆探深度為幾百米的液 壓鉆機的需求量正在逐步上漲，尤其是鉆探深度為 200 左右的鉆機，市場前景 更加樂觀。變速箱是鉆機中最重要的部分之一，通過對鉆機變速箱的設計改進， 就解決了鉆機設計制造中的關鍵環(huán)節(jié)。所以，選擇 200 米液壓鉆機變速箱的設 計不僅對鉆機這個生產行業(yè)有著重要的經濟意義，同時間接推動了我國國民經 濟的發(fā)展，意義十分重大。 1.2 鉆機概述 1.2.1 鉆機的功用 鉆探是地質勘探工作的重要手段之一。鉆機是實現(xiàn)該手段的主要設備。其 基本功用是

8、以機械動力帶動鉆頭向地殼鉆孔并采取巖礦心。鉆機同時還是進行 石油、天然氣勘探及開采、水文水井鉆探、工程地質鉆探等工程的重要設備。 1.2.2 對鉆機的要求 2 鉆機的技術性能要保證在施工中能滿足合理的工藝要求，以最優(yōu)規(guī)程，達 到預計的質量要求；維護保養(yǎng)簡單容易；安裝拆卸搬遷方便；利于快速鉆進； 鉆進輔助時間短；鉆孔施工周期短；體力勞動強度低等。概括起來說，是鉆機 要為多、快、好、省地完成鉆探生產任務創(chuàng)造有利條件。 根據(jù)鉆機的基本功用，對鉆機具體要求如下： 1.通過回轉鉆具等鉆進方式將動力傳給鉆頭，使鉆頭具有適合鉆進規(guī)程需 要的轉速及調節(jié)范圍，以便有效地破碎巖石； 2.能通過鉆具向鉆頭傳遞足夠的

9、軸心壓力，并有相當?shù)恼{整范圍，使鉆頭 有效地切入或壓碎巖石； 3.能調整和控制鉆頭給進速度，保證連續(xù)鉆進； 4.能完成升降鉆具的工作，并能隨著鉆具重量的變化而改變提升速度，以 充分利用動力機的功率和縮短輔助時間； 5.能變換鉆進角度和按一定技術經濟指標舊響應深度的直徑的鉆孔，以滿 足鉆孔設計的要求和提高鉆進效率。 1.2.3 鉆機的組成 目前常用的鉆機由如下各部分組成： 1.機械傳動系統(tǒng) 將輸入的動力變速并分配到回轉、升降機構。對與液壓鉆機還要有驅動油 泵，以使液壓系統(tǒng)工作的裝置。 2.液壓傳動系統(tǒng) 利用油泵輸出的壓力油驅動馬達、油缸等液動機，以使立軸回轉和控制給 進機構、移動鉆機、松緊卡盤等

10、； 3.回轉機構 回轉鉆具，以帶動鉆頭破碎孔底巖石。 4.給進機構 調整破碎巖石所需要的軸心壓力和控制給進速度。在出現(xiàn)孔內事故時，可 以進行強力拔出。 5.升降機構 用于升降鉆具（提取巖心和更換鉆頭）和進行起下套管等作業(yè)。 6.機架 支承上述各機構及系統(tǒng)，使之組裝成一個整體，成為完整的機器。 3 1.2.4 鉆機的分類和名稱 隨著鉆探工程在國民經濟各部門中的廣泛應用，鉆機類別和型號也在增多。 為此將鉆機實行科學分類和確定名稱，對識別、評價和選擇鉆機是很有意義的。 1.分類 按用途分類 按用途不同，可將現(xiàn)行廣泛使用的鉆機分為三大類，即地質勘探用巖心鉆 機；石油鉆探用鉆機；專用鉆機（水文水井鉆機、

11、物探鉆機、工程鉆機等） ； 按鉆機標準鉆進孔深分類 根據(jù)不同孔深范圍，將各種不同鉆進孔深的鉆機分成三類或四類。 按三類分見表 11。 表 11 (m） 類別淺孔鉆機中深孔鉆機深孔鉆機 10300 10300 300800 300800 8001200 10002000 按四類分類見表 12。 表 12 （m） 淺孔鉆機次深孔鉆機中深孔鉆機深空鉆機 10150200400500800 900 以上 按原來地質總局設備管理分類 鉆機可分為六類，即淺孔鉆機、巖心鉆機、石油鉆機、水文水井鉆機、 汽車鉆機和砂礦鉆機； 按裝載方式分類 可以分為滑橇式、卡車式、拖車式； 按破碎巖石方式分類 可分為回轉式、沖

12、擊式和沖擊回轉式； 按回轉機構型式分類 可分為立軸式、轉盤式、動力頭式； 按進給機構分類 4 可以分為手輪（把）式、油壓式、螺旋差動式、長油缸式、油馬達鏈 輪式。 2.名稱 鉆機的名稱是按照鉆機綜合特征及主要性能，以漢字拼音字母及數(shù)字編 排成的代號來表示的。通常把這種代號稱為型號，并以銘牌指示在鉆機上。 國產鉆機名稱一般有三部分組成： 首部為用途類別和結構特征代號，用漢語拼音中的一個字母表示。如 “X”是漢字“心”的拼音首字母，表示鉆機用于巖心鉆進。 “U”是漢字“油” 的首字母，表示給進機構類型屬于油壓式。 中部為主要性能參數(shù)代號，用鉆機標準鉆進深度數(shù)字表示。如標準鉆進 深度為 200 米的

13、鉆機，中部代號為 200。 尾部為變型代號，可用漢語拼音字母中的一個字母或數(shù)字為代號。無尾 部的是指首次產品。如是第二次修改后的產品，尾部代號為 2。 1.3 本設計主要內容 1.設計題目：200 米液壓鉆機變速箱的設計 主要技術參數(shù)：見表 11 表 11 鉆探深度 200m 立軸轉速120、240、350、600r/min 開孔直徑 89mm 終孔直徑 60mm 鉆機角度 0360 5 6 第 2 章 鉆機的總體設計 2.1 本設計鉆機的應用場合 200 米型鉆機主要用于鉆探深度為 200 米的各種角度的放水孔、地質構造 孔、滅火孔、抽放瓦斯孔及鐵路、公路、橋梁、隧道、國防建設、工業(yè)民用建

14、設、農田打井及地質勘探、工程爆破以及其它用途的各種工程孔。 該機可用于不同硬度的巖石中鉆探任何角度的鉆孔，而在煤層、軟巖層、 硬巖層中鉆孔和農田打井時效率為最高。整個機組由兩部分組成，即 200 米鉆 機、TBW150/3.0 泥漿泵。鉆機沖洗液為泥漿或清水。在地面鉆探不需要使 用鉆塔，只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。 本 200 米鉆機配備動力為電動或柴油機，適用于井上、井下或野外沒有電 源的場地作業(yè)。 2.2 設計方案的確定 2.2.1 本設計鉆機的特點 通過市場調研了解到，目前鉆探工程對鉆孔深度 200 米左右的鉆機需求 量日趨增加，而當前的 200 米鉆機，存在著勞動強度大、

15、適應性差等缺點。鑒 于以上原因，我們決定改進 200 米鉆機。經幾次方案討論決定，鉆機應具有以 下特點： 1. 經濟耐用可靠、質優(yōu)價廉； 2. 便于解體搬運； 3. 體積小，重量輕； 4. 操作簡單，維修方便； 5. 適用于 42、50mm 兩種鉆桿； 6. 適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進； 7. 鉆進速度快，效率高； 8. 動力為電機或柴油機。 7 2.2.2 總體設計方案的確定 經過調研和幾次方案論證，考慮到現(xiàn)場特點，從實用角度出發(fā)，確定方 案如下： 1.考慮到井下、井上和野外作業(yè)，動力可選電機或柴油機； 2.考慮到有軟巖石、硬巖石的鉆進，除了正常的鉆進速度外，增加高速 600r/min；

16、 3.鉆機除配機動絞車外，增加了液壓卡盤減輕勞動強度，節(jié)約時間，提高 有效鉆進速度； 4.考慮到高轉速時，絞車速度不能太快，所以增加了互鎖裝置，安全可靠； 5.由于本機動力較大，動力由 V 型帶傳動到變速箱的傳動軸上易使傳動軸 彎曲，所以增加了卸荷裝置； 6.采用二級回歸式變速箱，減少變速箱體積，根據(jù)不同的地質條件，選用 不同的鉆進速度； 7.在滿足上述要求的同時，盡量結構簡單，操作方便，適于整體或解體搬運。 盡量做到標準化, 通用化，系列化。 2.3 鉆機的技術特性和要求 考慮到鉆機的實際工作情況，根據(jù)我國當前生產技術和工藝水平，本 TXU200 型鉆機的技術特性為： 1.鉆進深度(使用 4

17、2 或 50 鉆桿) 200m 2.鉆孔直徑 開孔直徑 89m 終孔直徑 60mm 3.鉆孔傾斜角度 0360 4.立軸轉速 120、240、350、600r/mm 5.立軸行程 500mm 6.最大液壓給進壓力 4 MPa 7.卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6 MPa 8.立軸內孔直徑 52mm 9.油缸最大起拔力 28.5KN 8 10.油缸最大給進力 20KN 11.絞車提升速度 0.26、0.61、0.70m/s 12.絞車轉速 33、79、91r/min 13.絞車提升負荷 0.70m/s 3.35KN 0.61m/s 6.00KN 0.26m/s 12KN 14.卷筒 直

18、徑 140mm 寬度 100m 鋼絲繩直徑 8.8mm 容繩長度 32.8m 15.配備動力 電動機 型號 YB160L4 電壓 380/660V 功率 15KW 轉速 1460r/min 9 第 3 章 動力機的確定 3.1 輸出功率計算 根據(jù)現(xiàn)場需要，動力機的選擇偏大些，加大儲備系數(shù)，這樣可以提高鉆進 效率。 輸出功率為 0 N （31） 0 1.1 j NN 式中： 鉆機所需功率(KW) j N hy j NN N 式中: 回轉鉆及破壞巖石、土層所需功率(KW) h N 效率 =0.9 油泵所需功率(KW) y N 3.2 回轉鉆進及破碎巖石、土層所需功率 回轉鉆進及破碎巖石、土層所需功

19、率計算公式如下： = （32） h N 123 NNN 式中: 井底破碎巖石、土層所需功率(KW) 1 N = 1 N 34 3060000 A mnh 式中: m鉆頭切削刃數(shù) 取 m=6 n立軸轉速（r/min） r/min h鉆進速度(cm/min) 當轉速 130r/min、250r/min 時,h=5cm/min 當轉速 350r/min、600r/min 時,h=1.5cm/min 巖石抗壓強度,其值見表 3-1 井底環(huán)狀面積，取鉆頭直徑 D=7.7cm,內孔直徑 d=5.9cmA cm2 2222 ()(7.75.9 ) 19.3 44 Dd A 10 鉆頭與孔底摩擦所需功率(KW

20、) 2 N （33） 2 () 1944800 fe n NRr 式中: 孔底壓力或巖石抗壓強度； 鉆具與巖石直接的摩擦系數(shù) f=0.5f e側摩擦系數(shù) e=1.1 立軸轉速(r/min)n R鉆頭外圓半徑(cm) R=3.85cm r鉆頭內孔半徑(cm) r=2.95cm 將立軸不同轉速和不同孔底壓力代入式（33）中,所得相應數(shù)值見 表 31。 回轉鉆桿所需功率(KW) 3 N 當200r/min 時 1121.33 3 0.92 10NdrLn 式中：孔深(mm) ， 硬質合金鉆進時，取200000mmLL 金剛石鉆進時，取75000mmL 鉆桿直徑(mm) 取=50mmdd 立軸轉速(r

21、/min)n 沖洗液比重, =1.15rr 將上述參數(shù)及立軸不同轉速代入上式，所得值列表 32 中。 11 12 3.3 給進油缸所需功率的計算 3.3.1 給進油缸的基本參數(shù) 1. 給進油缸的基本參數(shù) 給進油缸的數(shù)量 2n 油缸直徑 55mmD 活塞桿直徑 30mmd 活塞桿有效行程 500mmL 油缸面積 23.75cm2 1 A 活塞桿面積 7cm2 2 A 有效面積 16.76cm2 12 AAA 3.3.2 油缸工作壓力的計算 鉆機大水平孔時，油缸的最大推力為： m WCF 式中：油缸最大推力(N)W 孔底最大壓力(N) C13345NC 鉆桿與孔壁間的摩擦力(N) m F m Fq

22、Lf 式中：鉆桿單位長度重量(N/m) 55.46N/mqq 鉆桿長度(m) 200mLL 摩擦系數(shù) 0.35ff N55.46 200 0.353882.2 m F 故 N133453882.217227.2W 油泵的工作壓力P 13 MPa 17227.2 10.28 16.76 W P A 3.3.3 油泵最大工作流量計算 油缸回程時的最大容油量: L 11 23.75 501.187VAL 油缸送進時的最大容油量: L 2 16.76 500.838VA L 當選用立軸的鉆進速度 =0.05m/min=0.5dm/min 時,立軸送進時每分鐘v 所需的油量為: L/min22 0.16

23、76 0.50.166QAv 令活塞回程時間為 0.3min,則回程所需油量為: L/min 1 1.187 2 7.913 0.3 Q 3.3.4 給進油缸功率計算 根據(jù)以上的計算，可以得到給進油缸的功率： KW 1027.88 0.166 0.028 60 10260 102 gy PQ N 3.3.5 油泵滿負荷工作時所需要的功率 根據(jù)上面的計算,選用 YBC12/80 型齒輪油泵(排油量 12L/min,額定壓力 8MPa,最大壓力 12MPa)。油泵滿負荷時所需功率是： (34) 12 60 102 y PQ N 式中: 額定壓力(N/cm2) =800N/cm2PP 額定流量(L/

24、min) =12L/minQQ 機械效率 =0.9 1 1 容積效率 =0.71 2 2 14 將上述參數(shù)代入式（34）中可以得到： 800 12 2.45 60 102 0.90.71 y NKW 上式油泵排量在額定轉速 1460r/min 時是 12L,在 995r/min 時是 8L。 3.4 動力機功率的確定 通過上述的計算說明，立軸鉆進時給進所需功率很小，而且油泵滿負荷工 作時一般是立軸停止轉動狀態(tài)，液壓卡盤松開時，必須停止鉆進。所以參考表 31，本機選用 15電機或柴油機，基本能滿足表 31 中粗線以上各種工KW 作狀態(tài)。 表 31 各種類型巖層的抗壓強度 （N/cm2） 巖 石

25、名 稱抗 壓 強 度 粘土、頁巖、片狀砂巖4000 石灰?guī)r、砂巖8000 大理石、石灰?guī)r10000 堅硬的石灰?guī)r、頁巖12000 黃鐵況、磁鐵礦14000 煤2000 表 32 電機功率選擇計算 功率 N（KW） 轉速 r/min 抗壓強度 (N/cm2) 120240350600 20000.217680.258870.115320.13195 40000.435370.517750.230640.26391 80000.870751.035500.461280.52782 100001.088441.294380.576600.65978 120001.306131.553260.6919

26、20.79173 N1 140001.523821.812140.807240.92369 20000.461530.923071.346152.30769 15 40000.923071.846152.692304.61538 80001.846153.692305.384619.23076 100002.307694.615386.7307611.5384 120002.769235.538468.0769213.8461 N2 140003.230766.461539.4230716.1538 N32.677.754.89.83 20003.349228.931956.2614712.2

27、696 40004.0284510.11397.7229514.7093 80005.3869112.477810.645919.5885 100006.0661313.659712.107322.0282 120006.74536414.8417213.5688524.46789 N 回轉器 (N1+N2+N3) 140007.42459216.0236815.0303326.90754 N 油泵 0.0280.0280.0280.028 20003.3772278.9599546.28947512.29765 40004.05645510.141917.7509514.7373 80005

28、.4149112.5058210.673919.61659 100006.09413713.6877712.1353822.05624 120006.77336414.8697213.5968524.49589 N (N 油+N 回） 140007.45259216.0516815.0583326.93554 =N/0.9 j N 8.28065811.2687913.483813.6640 =1.1 0 N j N 9.10872412.3956714.832115.0304 16 第 4 章 機械傳動系統(tǒng)設計 4.1 主要參數(shù)的選擇 4.1.1 回轉器 立軸的轉速，主要取決于地質條件、鉆頭

29、直徑及鉆進方式，當使用直徑為 75mm 鉆頭時，采用硬質合金和鉆粒，根據(jù)國內外的經驗，立軸轉速取 n90400r/min 比較適宜；采用金剛石鉆頭鉆進時，立軸轉速取 n4001000r/min 比較適宜。本機選用 120600r/min，即適合合金鉆頭鉆進， 由適合金剛石鉆頭鉆進。 4.1.2 絞車 為了減輕鉆機重量，不使動力機過大，絞車的纏繩速度不宜過高，基本 上采用低速，本機升降機速度為 0.260.70m/s。 卷筒纏繩速度為三種，見表 41 表 41 絞車卷筒纏繩速度 4.1.3 變速箱 參考國內外現(xiàn)有小型鉆機的轉速系列，本機采用了不規(guī)則排列的中間轉速 系列。 立軸有四種轉速，120、

30、240、350r/min 轉速適合合金鉆頭鉆進，600r/min 轉速適合金剛石鉆頭鉆進。 4.2 機械傳動系統(tǒng)初步計算 4.2.1 立軸的轉速 根據(jù)機械傳動路線，立軸的轉速計算如下： 31011 22411 ZZDZ nn DZZZ 檔檔檔檔 立軸轉速 r/min120240350600 纏繩速度 m/s0.260.610.70 17 式中:立軸的第一檔轉速(r/min) n 電機轉速(r/min) n=1460r/minn 主動皮帶輪直徑(mm) D1=160mm 1 D 大皮帶輪直徑(mm) D2=355mm 2 D Z1Z11傳動鏈中各齒輪的齒數(shù),Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z

31、4=40 Z10=20,Z11=39 故 r/min 160251920 1460125.26120 355314039 n 第二檔、第三檔和第四檔轉速分別計算如下： 第二檔： = n 51011 22611 ZZDZ n DZZZ 式中:Z5=28,Z6=31 故 = r/minn 160252820 1460245.86240 355313139 第三檔： = n 1011 2114 ZDZ n DZZ 內 式中: Z4 內=24 故 = =351.5350r/minn 1602520 1460 3552439 第四檔： = n 781011 228116 ZZZDZ n DZZZZ 內

32、式中: Z7=46,Z8=21,Z6 內=21 故 = n 16025472120 1460609.1600 /min 35531212131 r 考慮到皮帶傳動、齒輪傳動、軸承等的效率，所以各檔轉速確定為 120、240、350、600r/min。 4.2.2 絞車的纏繩速度 第一檔速度: 18 m/s 391311 1 2241214 () 60000 ZZZDZD n DZZZZ 式中:mm 0 1408.8148.8DDd 式中:=140mm 為卷筒直徑,=8.8mm 為鋼絲繩直徑。 0 Dd 故 =0.28 1 148.8160251833 1818 (1460) 600003553

33、138831854 /m s 同樣方法可以得到: m/s m/s (計算從略) 2 0.68 3 0.75 考慮到皮帶、軸承、齒輪等的效率，確定絞車提升速度分別為： 0.26ms =0.61m/s =0.70m/s。 1 U 2 U 3 U 19 第 5 章 變速箱的設計與計算 5.1 變速箱的結構特點及設計要求 5.1.1 結構特點 變速箱的結構有變速部分、分動部分、操縱部分和箱體組成。本設計中變 速部分和分動部分合為一整體，縮小了箱體的結構尺寸。其具體特點是： 1.采用了回歸式的傳動形式，箱體呈扁平狀，有利于降低鉆機的高度，齒 輪 Z4即使移動齒輪又是結合子，因此結構緊湊； 2.變速、分動

34、相結合，減少了零件的數(shù)目，有效利用變速箱內的空間； 3.操縱機構采用了齒輪齒條撥叉機構，操縱靈活可靠，每個移動齒輪單獨 控制，并有互鎖裝置，這種互鎖裝置安全可靠，結構簡單； 4.增加了卸荷裝置，減少了齒輪的受力。 5.1.2 設計要求 1.在校核零件強度時，假設電機的功率全部輸入變速箱，然后再輸入絞車 和回轉器； 2.變速箱在不更換齒輪的情況下，可連續(xù)工作 10000 小時，純機動時間每 班 16 小時，可連續(xù)工作 20 個月。 每種速度的工作時間分配情況見表 61。 表 51 變速箱四種速度工作時間分配情況 轉速（r/min）占總工作時間百分率工作時間(h) 12030%3000 24030

35、%3000 35020%2000 60020%2000 3.本設計零件的強度和壽命計算方法和數(shù)據(jù)是按機械設計手冊 （化學 工業(yè)出版社）計算的。 20 5.2 齒輪副的強度計算與校核 5.2.1 變速箱內各齒輪主要參數(shù)確定 根據(jù)立軸轉速的要求，前面已經初步選擇各齒輪的齒數(shù)，由鉆機的實際情 況，變速箱內各齒輪的主要設計參數(shù)見表 62。 表 52 變速箱內齒輪的主要設計參數(shù) 齒輪 編號 齒數(shù) Z模數(shù) m齒寬 b 變 位 系數(shù) Xn 材料硬度 RC應力角 備 注 Z1254401.040Cr405020 Z2314300.7640Cr405020 Z319430020CrMnTi576220 Z440

36、430040Cr405020 Z528425040Cr405020 Z631425040Cr405020 Z7473.525-1.0340Cr405020 Z8213.5350.0440Cr405020 5.2.2主要齒輪副的強度設計計算與校核 現(xiàn)選擇變速箱中重要傳動軸軸上的 Z3、Z4齒輪副為例進行齒輪副的強 度設計計算和校核。 1.按照齒面接觸疲勞強度計算 初步計算 計算轉矩 3 T Nmm 66 3 3 13.968 9.55 109.55 10251369.8 530.67 P T n 21 齒寬系數(shù) 查閱相關手冊，取=0.4 d 接觸疲勞極限 查閱相關手冊，Z3、Z4兩齒輪的接觸疲勞

37、極限分別 為：=1080MPa =970MPa lim3H lim4H 初步計算的許用接觸應力MPa 3H lim3 0.90.9 1080972 H =873MPa 4 H lim4 0.90.9 970 H 值 查閱相關資料，取=88 d A d A 初步計算小齒輪直徑 3 d mm 3 3 3 3 22 (1)278735.4 (2.1 1) 8872.56 0.7 9722.1 d dH T u dA u 取=73mm 3 d 初步齒寬 mm 取=30mmb 3 0.4 7630.4 d bdb 參數(shù)選取計算 圓周速度v m/s 3 3.14 73 530.67 2.03 60 100

38、060000 d n v 使用系數(shù) 查閱相關資料，取=1.25 A K A K 動載系數(shù) 查閱相關資料，取=1.15 v K v K 齒間載荷分配系數(shù) H K 由相關資料，先求小齒輪切向力 t F 22 N 3 3 22 251369.8 6614.99 73 t T F d 然后有 N/mm 1.25 6614.99 168.75 30 At KF b : 100N/mm 同時 34 34 34 ()()ZZ zz 查閱相關資料得， 3 3 0.038 Z 4 4 0.017 Z 故 =190.038+400.017=1.40 從而可以得到重合度系數(shù)z 44 1.40 0.93 33 Z 由

39、此可得 22 11 1.16 0.93 H K Z 齒向載荷分布系數(shù) H K 查閱相關資料得到： 223 33 1 0.6() ()10 H bb KABCb dd : 223 3030 1.170.161 0.6() ()0.61 1030 7676 =1.81 載荷系數(shù)K 23 AvHH KKK KK : =1.251.151.161.81 =3.02 載荷系數(shù) 查閱相關資料，取MPa1/2 E Z189.8 E Z 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查閱相關資料，取=2.5 H Z H Z 接觸最小安全系數(shù) 查閱相關資料，取=1.05 limH S limH S 總工作時間 按照要求=10000h h t

40、h t 應力循環(huán)次數(shù) 查閱相關資料，估計 10716MPa 時 PPPn125% Pn工作壓力（Pa） D油缸內徑(m) D0.17(m) 缸體材料許用拉壓力 p b P S 47 式中：為材料抗拉強度 p S安全系數(shù) S=3.55，取 S=4 故 Pn=600104(Pa) PP=600104150%=900104（Pa） 6 6 60 10 17 10 Pa 3.5 b p S 46 0.17 900 1017 100.0045m 2 t 取 t=8mm,所以強度足夠。 8.2 給進油缸的設計 給進油缸為雙作用單活塞桿往復運動油缸，所起的作用是： 1.完成鉆孔過程中的給進運動； 2.當卡鉆

41、及處理事故時，配合絞車起拔在鉆桿。 8.2.1 鉆桿摩擦力的計算 TXU200 型鉆機，打水平孔時，需克服 200m 鉆桿的自重和孔壁的摩擦 力，其力為： 69.6 200 0.354872Fq L fN 摩 式中：q長度重量(N m); q=69.6N/m L鉆桿長度(m) L=200m; 摩擦系數(shù) =0.33ff 在低速鉆進時,當井底壓力 C=10000N 時,則活塞桿所產生的推力必須大于 +C,即 4872+10000=14872N,活塞桿有效面積 16.76cm2油泵工作壓力為： F摩 2 14872 446.07445N/cm 16.67 2 P 8.2.2 油缸直徑的計算 48 根

42、據(jù)所需油缸最大作用力以及液壓系統(tǒng)的最大工作壓力可求得油缸直徑。 2 44 32500 5.8cm 22 3.14 600 P D P 式中：D油缸計算直徑(cm) D5.8cm P油壓系統(tǒng)的調整壓力(N/cm2) P=600N/cm2； P2油缸最大起拔力(N) P2=32500N。 第 9 章 使用說明 9.1 概述 本 200 米鉆機主要用于礦井內部，供鉆探深度為 200 米的各種角度的放水 孔、地質構造孔、滅火孔、抽放瓦斯孔及其他用途的各種工程孔，也可以在地 面鉆探深度為 200 米的地質勘探孔及其他用途的各種淺孔。 本鉆機可在各種不同硬度的巖層中鉆探任意角度的孔，尤其在煤層、軟巖 石及

43、中硬巖石中鉆孔效率為最高。整個機組由 200 米鉆機及泥漿泵兩部分組成。 在礦井內部鉆探時不需要井架。鉆孔沖洗液為泥漿、清水或煤水。在地面鉆探 時也不需要使用鉆塔,只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。 9.2 鉆機分組情況 本 200 米鉆機共分六組，整機外觀總裝圖附錄 3。 1回轉器（JW01）：是鉆機立軸產生回轉及往復運動部分。 2變速箱（JW02）：是鉆機立軸、絞車產生各種不同轉數(shù)的傳動與變 速部分。 3絞車（JW03）：是升降鉆具的部分。 4抱閘（JW04）：是用來提升與停止鉆具在任何位置的部分。 5機架（JW05）：是連接機器各組的機體，并將機器穩(wěn)定地固定在鉆 49 場基臺木上

44、。 6操縱儀（JW06）：是控制鉆機液壓系統(tǒng)的總樞鈕。 9.3 結構特征與工作原理 本鉆機型式為：機械傳動、液壓給進、彈簧夾緊、立軸式鉆機。 9.3.1 鉆機結構 1.回轉器（JW0105） 回轉器部分主要由液壓卡盤、立軸、本體、立軸導管、大弧齒錐齒輪、兩 根油缸和兩根導向桿組成。 （1）液壓卡盤主要由下列構件組成：五片碟形彈簧和位于其上的帶外環(huán)、 內錐的移動套；位于外環(huán)上的活塞；插入碟形彈簧和移動套內孔中的主軸；主 軸中的三片卡瓦外錐與移動套內錐相配合，卡瓦置于主軸上部的三個等分的槽 中。下部由兩軸承支持。卡盤的外殼，即缸體和壓頭座，由螺栓聯(lián)接在一起。 卡盤的主要動作是高壓油從上部進入缸體推

45、動活塞下移壓移動套，移動套壓碟 形彈簧，由于移動套下移，三片卡瓦在主軸槽內呈自由狀態(tài)，被主軸內的漲環(huán) 外推，松開鉆桿。當釋放油壓時，在碟形彈簧的彈力推動下，移動套上移，迫 使卡瓦向中心移動，在壓縮漲環(huán)的同時夾緊了鉆桿。組裝時碟形彈簧的預緊力 為 32KN。更換卡瓦時，先將上端螺釘取出，再取下壓蓋，防塵蓋,墊及卡環(huán)， 然后取出漲環(huán)，卡瓦，即更換新的卡瓦和漲環(huán)。 （2）給進油缸主要有活塞桿、油缸上蓋、下蓋，用鎖緊鋼絲連接在一起。 在更換弧齒錐齒輪時，為保證成對弧齒錐齒輪錐頂重合，需加墊調整間隙保證 嚙合。 每次安裝液壓卡盤時立軸螺紋端部不許接觸卡盤螺紋內端面，卡盤與立軸用圓 螺母防止松動。 2.變

46、速箱（JW0109）如附錄 4。 變速箱主要由四對直齒園柱齒輪及兩根平行的花鍵軸構成。動力由電動機 首先傳到裝在變速箱體的帶有卸荷裝置的大皮帶輪上，然后經過不同的傳動鏈， 將動力傳給小園弧錐齒輪 Z10。 50 主動齒輪 52 為軸齒輪，通過滾動軸承架于箱體內，軸齒輪 44 端面加工有 不通孔，內裝一對滾動軸承 51 構成支點，支撐花鍵軸 50?；ㄦI軸 50 是通過 滾動軸承 12 架于變速箱體內?；ㄦI軸 50 上裝有齒輪 6、49、46。在花鍵軸 50 上安裝的齒輪 49 為移動齒輪，變速箱所產生的不同轉速，就是改變移動齒輪 49 的位置來實現(xiàn)的。 安裝在花鍵軸 50 上的齒輪 6 也是移動

47、齒輪，該齒輪將三種不同速度傳給 絞車。 變速箱前部的 T 型槽是與回轉器部分的連接盤連用的，連接盤上的 T 型 螺釘可在 T 型槽內固定于任何位置，鉆機給進角度的調整就是用 T 型槽來實 現(xiàn)的。 3絞車(JW0107)見附錄 5 絞車為行星齒輪機構，絞車軸 19 固定在軸承座 21 及變速箱體的滾動軸承 上，絞車軸的左端用鍵與傳動齒輪 8 相連接。絞車軸中部帶有齒輪。當變速箱 中的齒輪 6（附錄 4）將動力傳給齒輪 8 時，絞車軸 19 就會同傳動齒輪 8 一同 旋轉。當提升時，應將用閘帶剎住，使固定在閘筒 12 上的兩個行星齒輪 16 只 能在行星齒輪軸 30 上自轉而無公轉。因而帶動內齒圈

48、 15 使卷筒 17 產生轉動。 當鉆具提升到一定高度，需要使卷筒停止轉動時，應很快的松開剎住閘筒 12 的抱閘，同時又很快的用另一抱閘將卷筒右側的制動部分抱緊，使卷筒 17 與 內齒圈 15 停止轉動，這時由絞車軸 19 傳來的動力，傳給行星齒輪 16 后，行 星齒輪除了自身的轉動外又通過行星齒輪軸 30 帶動閘筒 12 一起轉動。下降鉆 具時左右閘帶全松開，卷筒因鉆具自重下落而回轉。依此循環(huán)往返便可完成鉆 具的升降工作。 為了牢固的將鋼絲繩固定在絞車上，在卷筒右側開有小孔將繩頭穿過孔后， 通過繩卡將鋼絲繩固定。 在更換拆裝內齒圈 15 時應先將內齒圈 15 與卷筒相固定用的螺釘取下，然 后

49、，在卷筒容繩側用螺釘將內齒圈頂出。 1.4制動閘(JW0114) 鉆機所選用的制動閘，左右是一致的，整個閘帶與閘筒（或卷筒）之間的 間隙是用調整連桿下部螺釘來實現(xiàn)的。 1.5機架（JW0101）見附錄 3 51 機架 1 是連接鉆機各組的總框架，電機也裝在機架上，皮帶松緊是通過調 整壓帶輪來實現(xiàn)的。 1.6操縱儀（JW0115）見附錄 3 操縱儀 28 由油路控制閥 27 和壓力表 23、手輪 24（調速）和手輪 26（調 壓）等組成。其功能主要是控制液壓卡盤和進給油缸的。壓力控制閥 26 是調 整油路壓力，改變立軸壓力的控制機構；手輪 25 是控制進給速度的；控制閥 27 控制油缸上升與下降

50、；另一控制閥控制液壓卡盤松卡鉆桿。 9.3.2 鉆機的工作原理 鉆機的傳動系統(tǒng)如圖 2 所示，電機動力通過以下各傳動鏈傳到固定在立軸 上的大弧齒錐齒輪上，從而使立軸帶動鉆具一起產生旋轉運動；齒輪油泵輸送 出一定的壓力，一方面用于打開液壓卡盤，另一方面通過油路控制閥使給進油 缸產生往復運動，給進油缸帶動鉆具往復運動。至此，鉆具即可旋轉，又可給 進，從而完成鉆進任務。鉆屑的排泄是通過與鉆機配套的泥漿泵來完成。各傳 動鏈如下： 1.立軸的速回轉運動 120r/min D1D2Z1Z2Z3Z4Z10Z11 2.立軸的速回轉運動 240r/min D1D2Z1Z2Z5Z6Z10Z11 3.立軸的速回轉運

51、動 350r/min D1D2Z1Z4（內齒）Z10Z11 4.立軸的速回轉運動 600r/min D1D2Z1Z2Z7Z8Z6（內齒）Z10Z11 5.絞車的低速回轉運動 D1D2Z1Z2Z3Z4Z9Z12Z13Z14Z15 6.絞車的中速回轉運動 D1D2Z1Z2Z5Z6Z9Z12Z13Z14Z15 7.絞車的高速回轉運動 D1D2Z1Z4（內齒）Z9Z12Z13Z141Z15 8.立軸的給進運動 52 D3D4經低壓油管將油箱中的 20 號機油吸入油泵，使其產生需用的壓力， 再經高壓油管、調壓閥、高壓油管進入油缸中的活塞上部，推動活塞產生直線 運動，活塞下部具有一定的壓力的 20 號機油

52、經高壓油管，進入調速閥，調整 調速閥的回油量大小即可控制給進速度的快慢。 （當需要減壓鉆進時，也按此 操作控制活塞的下部壓力）然后流經油管及操縱閥、低壓油管回到油箱。 9.立軸的快速移動 D3D4經油泵、高壓油管、調壓閥、操縱閥、高壓油管、調速閥、高壓 油管，進入活塞的下部，推動活塞產生直線運動，活塞上部的機油經過高壓油 管、操縱閥及低壓油管回到油箱，當調速閥的流量調整為最大時，立軸得到快 速移動。完成一個 500mm 進尺后，將卡盤控制閥打開，經油管松開液壓卡盤， 將操縱閥手柄位置板到上升位置，操縱調速閥將立軸快速上升，然后板動卡盤 控制閥手柄，卡瓦自動卡緊鉆桿。 9.4 操作程序 所有鉆探

53、人員都應按下列操作程序進行操作，避免因操作不當而造成機器 或人身事故。 1.鉆機在搬運過程中應避免碰撞，在分組搬運過程中，應將油管固定后方 能進行。 2.在工作場地安裝時，應使用地腳螺栓將鉆機固定于基臺木上。無論鉆任 何角度的孔都應在基臺木的上面打支柱。 3.電源接通前首先仔細檢查鉆機各部分安裝是否正確。并應用手搬動外部 可轉動部分看是否靈活。 4.電源接通后首先應驗證立軸轉動方向是否正確。 5.需要變速或接通絞車時，必須關閉電機。 6.在正式工作前應使機器空轉 10 分鐘，此時油路系統(tǒng)應調整到零壓。 7.各操作手把的操作及配合使用程序如下： （1）開車前首先將手把放在 0（斷開）位置，手輪向

54、左旋至 0 位，手把 4 置于位置 3，手輪 5 向右旋死。 （2）上述各手把全部按規(guī)定位置準確無誤后即可開動電機，轉動 23 分 鐘后將電機關閉，這時即可將手把 2 調到低速 I 的位置，再進行開車并空轉 53 10 分鐘。 （3）空運轉完畢后，關閉電機，將手把 2 調到需要的轉數(shù)后再開動電機。 （4）上述各傳動操作完畢后就可以調整液壓部分，液壓部分的調整是在 機器運轉過程中進行的，同時裝入鉆桿。所以手把位置調的正確與否對機器的 安全使用非常重要。 （5）手輪 5 向右旋死（擰不動為止） ，手把 4 搬到第 4 個位置，手把 7 搬 到卡緊位置后再松開使其自然回到中間位置，然后慢慢的向右擰動

55、手輪 3，當 壓力表中的指針逐漸上升到 0510Mpa 時停止擰動手輪 3 而將手輪 5 向 左慢慢擰動，當立軸開始移動應繼續(xù)擰動手輪 5 使鉆具下至井底，最后將節(jié)流 閥調到最慢位置，并根據(jù)井下巖石的軟硬程度向右調整手輪 3 使立軸壓力達到 需要的數(shù)值。 （6）當立軸的一個行程走完后將手把 4 搬到位置 3 上并關閉電機，然后 將手把 2 搬到空檔。再啟動電機，將手把 7 搬到松開位置，同時抬起快速增壓 手把 9，待卡盤松開后，再將手把 7 扳到中間位置后才可松開快速增壓手把 9，并將手輪 5 調到最大的速度，這時將手把 4 搬到位置 2 使立軸快速上升 （或后退） ，上升到終點后，將手把 7

56、 搬到卡緊位置，操作者這時要把手輪 5 向右旋死，當電動機開動后再調手把 5 得到需要的給進速度，在立軸上升（或 后退時）都應關閉電機后，手把 2 放到空檔位置后進行。 （7）當一個班工作完畢后將手把 1 置于斷開位置，手把 2 置于空轉位置， 手把 3 向左扭到零位，手把 4 上下搬動幾次使表針回到零位后將其置于位置 3，手輪 5 向右擰到全關閉位置。 （8）在每次提升使用絞車時應首先關閉電機，將手把 1 置于連接位置， 手把 2 置于需要的位置上，手把 3、4 及 5 完全按第（7）條規(guī)定調到零位。 （9）使用絞車時手把 10 與 11 絕對禁止同時制動。提升時應使手把 10 抱 緊閘筒，

57、手把 11 松開，當需要停止提升時非常迅速的先松開手把 10，然后迅 速的用手把 11 剎住卷筒。再提升時應先將手把 11 松開，然后使手把 10 抱緊 閘筒進行提升。 8每次打開回轉器后，在需要重新合上進行工作時，都應檢查回轉器內 是否掉進污物或其它碎屑（如巖石、鐵屑等） ，防止損壞齒輪?；剞D器合上后 54 一定要把合箱螺母鎖緊不許松動，在給進過程中也應經常檢查。 9鉆進角度的調整是用轉動回轉器來完成的，在未轉動以前應先松開四 個螺母后，扳動回轉器使 T 型螺栓 2 在變速箱體前部的 T 形槽內移動，給進 角度按需要調整好以后，要重新將螺母鎖緊。 9.5 機器的保養(yǎng)與維護 正確的使用和保養(yǎng)機

58、器是順利完成鉆孔任務的保障，每個操作者都應予以 高度重視，本 200 米鉆機應按如下規(guī)定進行保養(yǎng)與維護。 1.應在每班開始工作前，對機器各轉動部分予以檢查?？锤鬟\動部件是否 靈活可靠。 2.對外露的轉動及滑動表面，應在每班開車前擦拭干凈，并于其表面涂上 一層 20 號機械油。 3.每一個操作過程中都應校核各部操作手把的位置的相互配合是否正確， 不正確時應立即糾正。 4.潤滑及液壓用油等應按表 91 規(guī)定按期進行更換。 除表 91 規(guī)定外，其它轉動或滑動部分應根據(jù)使用情況予以潤滑。 5.在每次拆裝卡盤時，都應在裝配前將螺紋部分擦拭干凈并涂一層機械油 或黃干油。 6.油泵用油（油箱內的油）需要保證

59、清潔無雜質，應使用 50時運動粘 度為 1723 的油質，如 20 號機械油或 10 號高速柴油等。 7.當油箱內的油溫超過 70時應適當停車冷卻，待油溫下降后再繼續(xù)工 作。 8.有關油泵的使用與保養(yǎng)應按 YBC12/80 型齒輪泵說明書規(guī)定進行。 9.當立軸下降與上升時油缸內的活塞不應進入死點，應在進入死點前 510mm 處停車。 表 91 需潤滑或者 更換機油部分 需潤滑或更換 機油的時間 用油種類方 法 立軸每小班 1 次20 號機械油油壺 園弧傘齒輪每周 1 次黃干油抹入 55 導向桿每小班 1 小20 號機械油抹入 變速箱內 的潤滑 連續(xù)運轉 500 小時 更換 1 次 20 號機械

60、油更換 絞車油咀每班使用前一次20 號機械油油槍或油壺 油箱 連續(xù)運轉 500 小時 更換 1 次 20 號機械油更換 所有滾動軸承每三個月更換一次黃干油抹入 卡盤每周 1 次20 號機械油抹入 9.6 故障原因及排除方法 故障 現(xiàn)象 故障原因排除方法 突然 停車 1、齒輪打齒 2、鉆進壓力過大 更換齒輪 減小鉆進壓力 變速箱 發(fā)熱 1、潤滑不良 2、潤滑油不符合要求 3、過載時間長 定期換油 按規(guī)定更換機油 禁止長時間超負荷運轉 回 轉 器 本體發(fā) 熱 1、園弧錐齒輪嚙合不好 2、齒輪及各軸承潤 滑不良 3、本體與連接盤的聯(lián)接 螺釘松動。 調整軸承襯套與本體之間墊片厚度。 定期更換潤滑油 擰緊螺釘 回轉及 變速有 異常音 1、齒輪打齒 2、箱體內有異物 3、軸承損壞 更換齒輪 清洗箱體更換潤滑油 更換軸承 卡盤卡 不緊鉆 桿 1、三個卡瓦嚴重摩損 3、蝶形彈簧損壞 更換卡瓦 更換碟形彈簧 液壓盤 卡緊桿 后松開 1、漲環(huán)損壞 2、液壓系統(tǒng)壓力不足 更換漲環(huán) 順時針方向旋動調壓閥手輪，使壓力 表讀數(shù)至所需壓力，或使用快速增壓 56 壓頭座 及 卡盤油 缸 發(fā) 熱