200米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書】

200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目_ 200 米液壓鉆機(jī)變速箱姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院二○一 年 月200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)1200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)摘 要隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)土地的地質(zhì)勘探，工程和節(jié)水的發(fā)展，對(duì)各種鉆井設(shè)備提出了越來(lái)越多的要求。鉆井設(shè)備的重要工具之一，鉆井平臺(tái)在這些項(xiàng)目中發(fā)揮著重要作用。為了滿足淺層鉆井平臺(tái)對(duì)各種勘探和技術(shù)施工工作的要求，該設(shè)計(jì)任務(wù)在普通鉆機(jī)和液壓鉆機(jī)的基礎(chǔ)上得到了改進(jìn)。進(jìn)而開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)出來(lái)了 200米的深度設(shè)計(jì)鉆機(jī)。根據(jù)設(shè)備中使用的環(huán)境和場(chǎng)合，設(shè)計(jì)和參考方法用于依賴相同類型鉆機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)對(duì)比分析，博重新繪制并計(jì)算速度階段。在此基礎(chǔ)上，生態(tài)設(shè)計(jì)的概念被用于優(yōu)化不影響平臺(tái)性能的方面。最后，200 米設(shè)計(jì)的鉆機(jī)理論上滿足 200 米鉆孔深度的設(shè)計(jì)要求。鉆機(jī)齒輪總成圖的計(jì)算與分析完成主要部件的繪制，以及鉆機(jī)總體結(jié)構(gòu)的繪制。同時(shí)，盡可能節(jié)省制造成本和生產(chǎn)時(shí)間。關(guān)鍵字 地質(zhì)勘探；鉆機(jī)；變速箱；改進(jìn)設(shè)計(jì)； 200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)2Design of gearbox for 200 m hydraulic drilling rigAbstractWith the development of geological exploration, engineering and water saving of agricultural land in China, more and more requirements are put forward for various drilling equipment. The drilling platform plays an important role in these projects. In order to meet the requirements of exploration and technical construction of shallow drilling platform, the design task is improved on the basis of common drilling rig and hydraulic drilling rig. Then developed and designed a 200 - meter depth design rig. Design and reference methods are used to rely on the same type of rig design parameters depending on the environment and occasion used in the equipment. By contrastive analysis, bo redraws and computes the velocity phase. On this basis, the concept of ecological design is used to optimize aspects that do not affect platform performance. Finally, the 200 - meter drill theoretically meets the 200 - meter drilling depth design requirements. Calculation and analysis of the gear assembly diagram of the drilling rig complete the drawing of the main components, as well as the drawing of the overall structure of the drilling rig. At the same time, as far as possible to 200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)3save manufacturing costs and production time.Key words geology explore drill machine gear-box200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)4目 錄摘 要 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1Abstract????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2第 1 章 緒 論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41.1 鉆機(jī)概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41.1.1 鉆機(jī)的主要功用 .41.1.2 鉆機(jī)的設(shè)計(jì)要求 .41.2 選題的目的與意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51.3 鉆機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51.4 鉆機(jī)的組成 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????61.5 鉆機(jī)的分類 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????71.6 研究的方法及技術(shù)路線 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????91.6.1 研究方法 91.6.2 研究技術(shù)路線 91.7 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10第 2 章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????112.1 鉆機(jī)的用途 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????112.2 確定總體設(shè)計(jì)方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????112.2.1 鉆機(jī)的特點(diǎn) .112.2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 .13200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)52.3 設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13第 3 章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.1 輸出功率的計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.2 回轉(zhuǎn)功率計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.3 工作油缸功率的計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????173.3.1 給進(jìn)油缸的基本參數(shù) .173.3.2 油缸工作壓力的計(jì)算 .173.3.3 最大工作流量計(jì)算 .183.3.4 給進(jìn)油缸功率計(jì)算 .183.3.5 負(fù)載功率計(jì)算 .183.4 輸入功率的計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19第 4 章 鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????214.1 主要參數(shù)的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.1.1 回轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì) .214.1.2 絞車的計(jì)算 .214.1.3 變速箱的選擇 .214.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)初步計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.2.1 軸的轉(zhuǎn)速 .214.2.2 絞車的速度 .23第 5 章 鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????245.1 變速箱的設(shè)計(jì)要求 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)65.1.1 結(jié)構(gòu)分析 .245.1.2 總體設(shè)計(jì)要求 .245.2 齒輪的計(jì)算與校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.2.1 齒輪主要參數(shù)確定 .255.2.2齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 .255.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????315.3.1 軸的強(qiáng)度計(jì)算 .325.3.2 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算校核 .36第 6 章 旋轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????386.1 旋轉(zhuǎn)器的機(jī)構(gòu)特點(diǎn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????386.2 旋轉(zhuǎn)器的強(qiáng)度與壽命計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????386.2.1 齒輪副的參數(shù)設(shè)計(jì) .386.2.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 .39第 7 章 絞車的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????437.1 鉆機(jī)絞車的結(jié)構(gòu) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????437.2 主要參數(shù)的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????437.2.1 性能參數(shù) .437.2.2 提升速度計(jì)算 .447.3 工作功率計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????457.4 齒輪副強(qiáng)度的校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????467.4.1 按接觸疲勞強(qiáng)度校核 .46200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)77.4.2 按彎曲疲勞強(qiáng)度校核 .48第 8 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????498.1 卡盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????498.2 油缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????528.2.1 摩擦力的計(jì)算 .528.2.2 油缸直徑的計(jì)算 .53第 9 章 鉆機(jī)的工況設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????539.1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????539.2 鉆機(jī)工作情況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????539.3 工作原理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????549.3.1 鉆機(jī)結(jié)構(gòu) 549.3.2 鉆機(jī)的工作原理 .569.4 操作手冊(cè) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????579.5 鉆機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????599.6 常見(jiàn)問(wèn)題分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????609.7 鉆機(jī)的安全注意事項(xiàng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62第 10 章 經(jīng)濟(jì)可行性分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6310.1 鉆機(jī)的市場(chǎng)研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6310.2 經(jīng)濟(jì)效益分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????64結(jié) 論 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????66致 謝 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????67200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)8參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)9第 1 章 緒 論1.1 鉆機(jī)概述1.1.1 鉆機(jī)的主要功用鉆探是重要的勘探手段之一。鉆機(jī)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要設(shè)備。它的主要功能是將鉆頭帶到地殼并取出巖石的核心。該鉆機(jī)還是油氣勘探開(kāi)發(fā)，水文鉆井和工程地質(zhì)鉆探的重要設(shè)備。1.1.2 鉆機(jī)的設(shè)計(jì)要求鉆機(jī)的技術(shù)性能必須確保在施工期間能夠滿足合理的技術(shù)要求，并且可以通過(guò)最佳程序滿足預(yù)期的質(zhì)量要求，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，安裝，拆卸和搬遷是實(shí)用的，便于快速鉆井，短的鉆井輔助時(shí)間施工期短，體力勞動(dòng)強(qiáng)度低。總之，它是為更多，更快，更高效和省范圍的鉆井生產(chǎn)點(diǎn)創(chuàng)造條件的設(shè)備。我們依據(jù)不同的使用要求，對(duì)鉆機(jī)的設(shè)計(jì)要求也不同，有以下幾方面：1.使用鉆孔工具（例如旋轉(zhuǎn)鉆孔工具）將動(dòng)力傳遞到鉆頭，使得鉆頭具有適合于鉆孔過(guò)程的旋轉(zhuǎn)速度和調(diào)節(jié)范圍，以有效地破碎巖石.2．軸可以被供給足夠的軸向壓力通過(guò)演習(xí)。并且它具有顯著的調(diào)節(jié)范圍，使鉆頭能夠有效地切割或壓碎巖石，3．它可以調(diào)節(jié)和控制鉆頭的進(jìn)給速度，以確保連續(xù)鉆孔; 4．可以完成升降鉆的工作，可以在改變鉆具重量時(shí)改變提升速度，充分利用動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力，減少輔助時(shí)間;5.鉆孔可以改變鉆孔角度和舊深200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)10度響應(yīng)的某些技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，滿足鉆井設(shè)計(jì)要求，提高鉆井效率。1.2 選題的目的與意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)力的不斷自強(qiáng)，人們的生活，工作中的要求逐漸的提高，我們國(guó)家的設(shè)備行業(yè)，機(jī)械行業(yè)隨著需求的不斷增加，技術(shù)也在不斷地發(fā)展我國(guó)的國(guó)力也在快速加大的更新，各個(gè)領(lǐng)域提供廣泛的產(chǎn)品和廣泛的業(yè)務(wù)，從住房改革和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展開(kāi)始。該設(shè)計(jì)選擇了 200 米鉆機(jī)鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，主要是由于當(dāng)前地質(zhì)勘探，建設(shè)和節(jié)水工程的逐步完善。中國(guó)，對(duì)包括鉆機(jī)在內(nèi)的各種鉆井設(shè)備提出了越來(lái)越多的要求。今天流行的鉆機(jī)主要集中在深度約 100 米的液壓鉆機(jī)上，這在各種生產(chǎn)和建筑項(xiàng)目中起著至關(guān)重要的作用。然而，經(jīng)過(guò)調(diào)查和了解，我們發(fā)現(xiàn)隨著生產(chǎn)和建設(shè)項(xiàng)目的擴(kuò)大，對(duì)數(shù)百米深度的液壓鉆機(jī)的需求逐漸增加，特別是鉆探深度約 200.市場(chǎng)更樂(lè)觀。 。變速箱是該平臺(tái)最重要的部分之一。通過(guò)改進(jìn)齒輪箱的設(shè)計(jì)，它解決了平臺(tái)設(shè)計(jì)和制造的基本方面。因此，200 米液壓裝置的變速箱設(shè)計(jì)不僅對(duì)裝置具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且間接促進(jìn)了中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1.3 鉆機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)外相比，國(guó)家液壓鉆機(jī)的發(fā)展相對(duì)較晚，與國(guó)際先進(jìn)水平存在較大差距，特別是在監(jiān)測(cè)方面。自 20 世紀(jì) 90 年代中期以來(lái)，原位礦山部，建設(shè)部，冶金部等相關(guān)單位在獨(dú)立小型研發(fā)方面取得了突破性和令人遺憾的成果。液壓鉆機(jī)。主要產(chǎn)品包括中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探院生產(chǎn)的 GBS 系列定向鉆機(jī)和連云港黃海機(jī)械廠開(kāi)發(fā)的 FDP 系列定向鉆機(jī)。在第十個(gè)五年計(jì)劃期間？國(guó)內(nèi)液壓200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)11鉆機(jī)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)取得了重大成功。例如，中聯(lián)重科，深圳鉆探，徐工，北京圖興孫，南京迪龍等公司都開(kāi)發(fā)了自己的產(chǎn)品。生產(chǎn)力得到了很大提高，許多產(chǎn)品技術(shù)水平較高，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。例如，基于類似國(guó)外型號(hào)的 ZD 徐工集團(tuán)系列鉆機(jī)，采用機(jī)電液體集成 PLC 控制系統(tǒng)和比例控制電液技術(shù)，具有較高的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，總的來(lái)說(shuō)，中國(guó)和國(guó)外的液壓鉆井平臺(tái)之間仍然存在相當(dāng)大的差距。我們將共同努力，使我們的鉆井行業(yè)迎頭趕上并超越國(guó)際先進(jìn)水平，還有待觀察。1.4 鉆機(jī)的組成現(xiàn)在一般的鉆機(jī)都由 6 個(gè)機(jī)構(gòu)組成，具體包含以下六方面：1.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)：輸入動(dòng)力轉(zhuǎn)移并分配到擺動(dòng)和提升機(jī)構(gòu)。還有一種用于利用液壓鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵來(lái)操作液壓系統(tǒng)的裝置。 2.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)：利用油泵壓力油輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)，油缸等液體圖案，使垂直軸旋轉(zhuǎn)和控制進(jìn)給機(jī)構(gòu)，移動(dòng)鉆孔機(jī)，彈性?shī)A具等.3.擺動(dòng)機(jī)構(gòu)：旋轉(zhuǎn)鉆具驅(qū)動(dòng)鉆孔破碎底部巖石。 4.進(jìn)給機(jī)構(gòu)：調(diào)整軸向壓力，調(diào)整破碎巖石所需的進(jìn)給速度。如果在洞中發(fā)生事故，可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸引力。5.提升機(jī)構(gòu)：用于提升鉆（取芯和更換鉆頭）和提升蓋。 6.支架：支持上述各種機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)，將它們組合在一起，成為一臺(tái)整機(jī)。1.5 鉆機(jī)的分類近幾年來(lái)，人們的需求不斷的增加，鉆井設(shè)備也在越來(lái)的越趨于智能化和200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)12先進(jìn)行。由于鉆井設(shè)備廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，鉆機(jī)的類型和型號(hào)也在不斷增加。為此，鉆機(jī)的科學(xué)分類和識(shí)別對(duì)于鉆機(jī)的識(shí)別，評(píng)估和選擇非常重要。 1.分類⑴以使用的方式不同進(jìn)行區(qū)分出于各種目的，目前廣泛使用的鉆井平臺(tái)可以細(xì)分為三類，即用于地質(zhì)勘探的鉆井平臺(tái)，用于石油鉆井的鉆井平臺(tái)，特殊鉆井平臺(tái)（用于井的水文井，地球物理鉆井平臺(tái)，用于工程的鉆井平臺(tái)等）;⑵按鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)孔深分類根據(jù)孔深的不同范圍，不同深度的各種鉆機(jī)分為三種或四種類型。按三類分見(jiàn)表 1—1。表 1—1 (m）類別 淺孔鉆機(jī) 中深孔鉆機(jī) 深孔鉆機(jī)ⅠⅡ10—30010—300300—800300—800800—12001000—2000按四類分類見(jiàn)表 1—2。表 1—2 （m）淺孔鉆機(jī) 次深孔鉆機(jī) 中深孔鉆機(jī) 深空鉆機(jī)10—150 200—400 500—800 900 以上⑶按設(shè)備管理類型進(jìn)行區(qū)別200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)13井架可以細(xì)分為六類，即淺孔鉆井平臺(tái)，鉆井平臺(tái)，鉆井平臺(tái)，帶水井的水文鉆井平臺(tái)，汽車鉆井平臺(tái)和采砂機(jī);（4）通過(guò)下載方法分類可分為雪橇式，卡車式，拖車式;（5）破碎巖石分類?？煞譃樾D(zhuǎn)式，沖擊式和減震式;（6）按轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型分類可分為垂直軸，旋轉(zhuǎn)型，動(dòng)力頭型;（7）飼料分類它可分為飛輪（握把） ，液壓式，螺旋差速器，長(zhǎng)缸，油機(jī) - 鏈輪等類型。2.名稱鉆機(jī)的名稱以鉆機(jī)的完整特征和主要性能表示，它們以字母和中文字母數(shù)字組織。此代碼通常稱為型號(hào)，并在帶有銘牌的設(shè)備上標(biāo)記。國(guó)內(nèi)鉆機(jī)的名稱通常由三部分組成：第一部分是使用類別和結(jié)構(gòu)特征代碼，用拼音中文字母表示。例如， “X”是中文“心臟”字符的拼音首字母，表示該設(shè)備用于鉆孔。 “U”是漢字“油”的首字母，表示進(jìn)給機(jī)構(gòu)的類型是液壓的。200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)14中心部分是主要性能參數(shù)代碼，由鉆孔深度標(biāo)準(zhǔn)表示。例如，標(biāo)準(zhǔn)鉆孔深度為200 米，中間代碼為 200。尾部是變體代碼，可以用拼音字母表的字母或數(shù)字編碼。沒(méi)有尾部的是第一個(gè)產(chǎn)品。對(duì)于第二個(gè)修改的產(chǎn)品，結(jié)束代碼是 2。1.6 研究的方法及技術(shù)路線1.6.1 研究方法（1）參考相關(guān)數(shù)據(jù)，檢查鉆床的基本參數(shù)。（2）充分考慮現(xiàn)有鉆機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，確定鉆機(jī)的整體設(shè)計(jì)，分析現(xiàn)有設(shè)備的不足。（3）修改和優(yōu)化工程鉆床，最后設(shè)計(jì)出符合要求的鉆床1.6.2 研究技術(shù)路線（1）根據(jù)標(biāo)題和原始數(shù)據(jù)查看相關(guān)數(shù)據(jù)，了解國(guó)內(nèi)外鉆機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景，并撰寫文獻(xiàn)綜述和報(bào)告。開(kāi)幕。（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求，提供各種設(shè)計(jì)方案，詳盡評(píng)估，選擇更好的原理圖，然后修改或進(jìn)一步優(yōu)化選定的原理圖，然后確定整體設(shè)計(jì)方案。（3）具體設(shè)計(jì)鉆頭的訓(xùn)練裝置和工作裝置。4）檢查和計(jì)算設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要部件，如齒輪，軸，軸承等，以確保設(shè)計(jì)的合理性和可行性。 ;（5）繪制部分圖紙和裝配圖，以完成所需的圖紙數(shù)量;（6）組織各種設(shè)計(jì)資料和撰寫論文。200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)151.7 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1.設(shè)計(jì)題目：200 米液壓鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)：見(jiàn)表 1—1表 1—1鉆探深度 200m立軸轉(zhuǎn)速 120、240、350、600r/min開(kāi)孔直徑 89mm終孔直徑 60mm鉆機(jī)角度 0—360o200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)16第 2 章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 鉆機(jī)的用途200 米鉆機(jī)主要用于 200 米深度不同角度的鉆井水井，地質(zhì)孔，滅火孔，氣體和鐵路孔，公路，橋梁，隧道，國(guó)防建設(shè)，工業(yè)土木工程，農(nóng)業(yè)用地鉆井和各種工程井，用于勘探，工程爆破等用途。本機(jī)可用于在不同硬度的巖石的任何角度鉆孔，在鉆煤層、軟巖、電視等方面最為有效。整個(gè)機(jī)組由兩個(gè)部分組成：一個(gè) 200 米的鉆機(jī)和一個(gè) TBW-150/3.0 型泵。在地面鉆井時(shí)不需要鉆柱，但為了提升和使用，需要有足夠的高度棱鏡。一個(gè) 200 米的鉆機(jī)，配備了電鉆。3.三極管或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是在沒(méi)有電的礦場(chǎng)、礦場(chǎng)或野外條件下工作。2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案2.2.1 鉆機(jī)的特點(diǎn)通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)在的挖掘工程對(duì)挖掘深度 200 米左右鉆頭的需求量日益增加，但目前 200 米鉆頭的勞動(dòng)強(qiáng)度大，適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。由于以上的原因，決定改良 200 米的鉆頭。研究了幾項(xiàng)方案后，挖掘機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)。1.經(jīng)濟(jì)結(jié)實(shí)，品質(zhì)優(yōu)良，價(jià)格低廉。2.便于拆卸搬運(yùn)。3.體積小，重量輕。4.操作簡(jiǎn)單，修理方便。5.Φ42、Φ50 mm2 種鉆頭適用。 6.應(yīng)用于合金鉆頭或鉆石鉆頭。7.潛入速度快，效率高。8.動(dòng)力是馬達(dá)或柴油機(jī)。200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)172.2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定6.在審查了若干備選辦法并提出了理由之后，根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況，從實(shí)際角度確定了下列備選辦法：1.考慮到地下作業(yè)、井下作業(yè)和野外作業(yè)，并考慮到軟巖石和硬巖石的存在，替代性或柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 1.將鉆探速度增加到正常的 600 R/min；2.除了電動(dòng)絞車外，還增加了液壓夾頭，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了時(shí)間，提高了有效鉆速。考慮到高速，卷?yè)P(yáng)機(jī)速度不能太快，增加了聯(lián)鎖裝置，安全可靠。3. 由于本機(jī)功率大，采用 V 帶傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)箱傳動(dòng)軸容易彎曲，故增設(shè)了卸料裝置。采用兩級(jí)回歸變速箱，減小變速箱體積，根據(jù)不同地質(zhì)條件選擇不同的鉆進(jìn)速度。在滿足上述要求的同時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適合整體或解體搬運(yùn)。盡可能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、泛化、系列化。2.3 設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)考慮到鉆機(jī)的實(shí)際工作情況，根據(jù)我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)和工藝水平，本TXU—200 型鉆機(jī)的技術(shù)特性為：1.鉆進(jìn)深度(使用 Φ42 或 Φ50 鉆桿) 200m 2.鉆孔直徑 ⑴ 開(kāi)孔直徑 89m ⑵ 終孔直徑 ≥60mm3.鉆孔傾斜角度 0～360°4.立軸轉(zhuǎn)速 120、240、350、600r/mm5.立軸行程 500mm6.最大液壓給進(jìn)壓力 4 MPa7.卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6 MPa8.立軸內(nèi)孔直徑 52mm9.油缸最大起拔力 28.5KN10.油缸最大給進(jìn)力 20KN11.絞車提升速度 0.26、0.61、0.70m/s12.絞車轉(zhuǎn)速 33、79、91r/min13.絞車提升負(fù)荷200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)18⑴0.70m/s 3.35KN⑵0.61m/s 6.00KN⑶0.26m/s 12KN14.卷筒⑴ 直徑 140mm⑵ 寬度 100m⑶ 鋼絲繩直徑 8.8mm⑷ 容繩長(zhǎng)度 32.8m15.配備動(dòng)力 ⑴電動(dòng)機(jī) ①型號(hào) YB160L－4② 電壓 380/660V③ 功率 15KW④ 轉(zhuǎn)速 1460r/min200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)19第 3 章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 輸出功率的計(jì)算根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，動(dòng)力機(jī)的選擇偏大些，加大儲(chǔ)備系數(shù)，這樣可以提高鉆進(jìn)效率。輸出功率為 0N（3—1）01.jN?式中： —鉆機(jī)所需功率(KW)j hyj??式中: —回轉(zhuǎn)鉆及破壞巖石、土層所需功率(KW) hN— 效率 =0.9?—油泵所需功率(KW)y3.2 回轉(zhuǎn)功率計(jì)算回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率計(jì)算公式如下：= （3—2）hN123?式中: —井底破碎巖石、土層所需功率(KW)1N1= 406Amn??式中: m—鉆頭切削刃數(shù) 取 m=6n—立軸轉(zhuǎn)速（r/min） r/minh—鉆進(jìn)速度(cm/min) 當(dāng)轉(zhuǎn)速 130r/min、250r/min 時(shí),h=5cm/min當(dāng)轉(zhuǎn)速 350r/min、600r/min 時(shí),h=1.5cm/minδ—巖石抗壓強(qiáng)度,其值見(jiàn)表 3-1—井底環(huán)狀面積，取鉆頭直徑 D=7.7cm,內(nèi)孔直徑 d=5.9cmA200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)2022()(7.59)1.344DdA?????cm2—鉆頭與孔底摩擦所需功率(KW)2N（3—3）2()19480fenNRr???式中: δ—孔底壓力或巖石抗壓強(qiáng)度；—鉆具與巖石直接的摩擦系數(shù) f=0.5fe—側(cè)摩擦系數(shù) e=1.1—立軸轉(zhuǎn)速(r/min)nR—鉆頭外圓半徑(cm) R=3.85cmr—鉆頭內(nèi)孔半徑(cm) r=2.95cm將立軸不同轉(zhuǎn)速和不同孔底壓力代入式（3—3）中,所得相應(yīng)數(shù)值見(jiàn)表 3—1?！剞D(zhuǎn)鉆桿所需功率(KW)3N當(dāng) 200r/min 時(shí)121.33.9Nr??式中： —孔深(mm) ， 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，取 ＝200000mmLL金剛石鉆進(jìn)時(shí)，取 ＝75000mm—鉆桿直徑(mm) 取 =50mmd d—立軸轉(zhuǎn)速(r/min)n—沖洗液比重, =1.15r r將上述參數(shù)及立軸不同轉(zhuǎn)速代入上式，所得值列表 3—2 中。200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)213.3 工作油缸功率的計(jì)算3.3.1 給進(jìn)油缸的基本參數(shù)1. 給進(jìn)油缸的基本參數(shù)⑴給進(jìn)油缸的數(shù)量 ＝2n⑵油缸直徑 ＝55mmD⑶活塞桿直徑 ＝30mmd⑷活塞桿有效行程 ＝500mmL⑸油缸面積 ＝23.75cm 21A⑹活塞桿面積 ＝7cm 22⑺有效面積 ＝16.76cm 2??3.3.2 油缸工作壓力的計(jì)算⑴鉆機(jī)大水平孔時(shí)，油缸的最大推力為： mWCF??式中： —油缸最大推力(N)W—孔底最大壓力(N) C＝13345NC—鉆桿與孔壁間的摩擦力(N)mFmFqLf??式中： —鉆桿單位長(zhǎng)度重量(N/m) ＝55.46N/mq q—鉆桿長(zhǎng)度(m) ＝200mL L—摩擦系數(shù) ＝0.35f fN5.4620.3582.mF???故 N13817W?⑵油泵的工作壓力 P200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)22MPa172.0.86WPA??3.3.3 最大工作流量計(jì)算⑴油缸回程時(shí)的最大容油量: 123.7501.87VL???L⑵油缸送進(jìn)時(shí)的最大容油量: 263AL⑶當(dāng)選用立軸的鉆進(jìn)速度 =0.05m/min=0.5dm/min 時(shí),立軸送進(jìn)時(shí)每分鐘v所需的油量為: 0.17.5016Q???L/min⑷令活塞回程時(shí)間為 0.3min,則回程所需油量為:1.82.93L/min3.3.4 給進(jìn)油缸功率計(jì)算根據(jù)以上的計(jì)算，可以得到給進(jìn)油缸的功率： 1027.860.286gyPQN????KW3.3.5 負(fù)載功率計(jì)算根據(jù)上面的計(jì)算,選用 YBC—12/80 型齒輪油泵(排油量 12L/min,額定壓力8MPa,最大壓力 12MPa)。油泵滿負(fù)荷時(shí)所需功率是：(3—4)1260yPQN???式中: —額定壓力(N/cm 2) =800N/cm2P P—額定流量(L/min) =12L/minQ Q—機(jī)械效率 =0.91? 1?—容積效率 =0.712 2將上述參數(shù)代入式（3—4）中可以得到：200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)238012.456.97yNKW???上式油泵排量在額定轉(zhuǎn)速 1460r/min 時(shí)是 12L,在 995r/min 時(shí)是 8L。3.4 輸入功率的計(jì)算通過(guò)上述的計(jì)算說(shuō)明，立軸鉆進(jìn)時(shí)給進(jìn)所需功率很小，而且油泵滿負(fù)荷工作時(shí)一般是立軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，液壓卡盤松開(kāi)時(shí)，必須停止鉆進(jìn)。所以參考表3—1，本機(jī)選用 15 電機(jī)或柴油機(jī)，基本能滿足表 3—1 中粗線以上各種工KW作狀態(tài)。表 3—1 各種類型巖層的抗壓強(qiáng)度 （N/cm 2）巖 石 名 稱 抗 壓 強(qiáng) 度 ?粘土、頁(yè)巖、片狀砂巖 4000石灰?guī)r、砂巖 8000大理石、石灰?guī)r 10000堅(jiān)硬的石灰?guī)r、頁(yè)巖 12000黃鐵況、磁鐵礦 14000煤 2000表 3—2 電機(jī)功率選擇計(jì)算功率N（KW）轉(zhuǎn)速 r/min抗壓強(qiáng)度 δ(N/cm2)120 240 350 6002000 0.21768 0.25887 0.11532 0.131954000 0.43537 0.51775 0.23064 0.263918000 0.87075 1.03550 0.46128 0.5278210000 1.08844 1.29438 0.57660 0.6597812000 1.30613 1.55326 0.69192 0.79173N114000 1.52382 1.81214 0.80724 0.923692000 0.46153 0.92307 1.34615 2.30769200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)244000 0.92307 1.84615 2.69230 4.615388000 1.84615 3.69230 5.38461 9.2307610000 2.30769 4.61538 6.73076 11.538412000 2.76923 5.53846 8.07692 13.8461N214000 3.23076 6.46153 9.42307 16.1538N3 2.67 7.75 4.8 9.832000 3.34922 8.93195 6.26147 12.26964000 4.02845 10.1139 7.72295 14.70938000 5.38691 12.4778 10.6459 19.588510000 6.06613 13.6597 12.1073 22.028212000 6.745364 14.84172 13.56885 24.46789N 回轉(zhuǎn)器(N1+N2+N3)14000 7.424592 16.02368 15.03033 26.90754N 油泵 0.028 0.028 0.028 0.0282000 3.377227 8.959954 6.289475 12.297654000 4.056455 10.14191 7.75095 14.73738000 5.41491 12.50582 10.6739 19.6165910000 6.094137 13.68777 12.13538 22.0562412000 6.773364 14.86972 13.59685 24.49589N(N 油+N 回）14000 7.452592 16.05168 15.05833 26.93554=N/0.9j 8.280658 11.26879 13.4838 13.6640=1.10Nj 9.108724 12.39567 14.8321 15.0304200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)25第 4 章 鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 主要參數(shù)的選擇4.1.1 回轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì)主要取決于地質(zhì)條件、鉆頭直徑和鉆探方法的軸轉(zhuǎn)速，是以使用硬合金和直徑75 毫米的鉆顆粒為基礎(chǔ)，并以國(guó)家和國(guó)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，N=90 ~ 400R/min 更為合適；P 采掘法（ o）N 軸＝400 ~ 100 000 R/min 對(duì)鉆鉆石更為合適，可選擇120 至 600 R/min 用于鉆合金和鉆鉆石，因此本機(jī)選用 120～600r/min 。4.1.2 絞車的計(jì)算為了減輕挖掘機(jī)的重量，不要把動(dòng)力機(jī)放得太大。英寸的鏈接速度不應(yīng)該太高，基本上采用低速。本機(jī)的升降速度是 0.26～0.7 m/s。卷筒纏繩速度為三種，見(jiàn)表 4—1 表 4—1 絞車卷筒纏繩速度4.1.3 變速箱的選擇考慮到國(guó)內(nèi)外小型鉆機(jī)的一系列轉(zhuǎn)數(shù)，該機(jī)使用了一系列不規(guī)則的中間轉(zhuǎn)數(shù)。垂直軸的速度為 4 米旋轉(zhuǎn)速度，120，240，350r/min 適用于鉆合金鉆頭，600r/min 旋轉(zhuǎn)速度適用于鉆金剛石鉆頭。4.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)初步計(jì)算4.2.1 軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)路線，立軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算如下： 310124ZDn????式中: —立軸的第一檔轉(zhuǎn)速(r/min) n? Ⅰ檔 Ⅱ檔 Ⅲ檔 Ⅳ檔立軸轉(zhuǎn)速 r/min 120 240 350 600纏繩速度 m/s 0.26 0.61 0.70 —200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)26—電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) n=1460r/minn—主動(dòng)皮帶輪直徑(mm) D1=160mm1D—大皮帶輪直徑(mm) D2=355mm2Z1—Z11 傳動(dòng)鏈中各齒輪的齒數(shù),Z 1=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40Z10=20,Z11=39故 r/min60590145.61034n??????第二檔、第三檔和第四檔轉(zhuǎn)速分別計(jì)算如下：第二檔： Ⅱ = 510126ZD式中:Z 5=28,Z6=31故 Ⅱ = r/minn60814245.035139????第三檔： Ⅲ = 1024ZD內(nèi)式中: Z 4 內(nèi) =24故 Ⅲ = =351.5≈350r/minn1605439?第四檔： Ⅳ = 7810126ZD?內(nèi)式中: Z 7=46,Z8=21,Z6 內(nèi) =21故 Ⅳ =n05421409.1/min313r???考慮到皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸承等的效率，所以各檔轉(zhuǎn)速確定為120、240、350、600r/min。4.2.2 絞車的速度第一檔速度: 3913112424( )60ZDn?????m/s200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)27式中: mm0148Dd???式中: =140mm 為卷筒直徑 , =8.8mm 為鋼絲繩直徑。d故 =0.281.160258318(4)60354?????/ms同樣方法可以得到:m/s m/s (計(jì)算從略)2.8?3.7??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。1U23U200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)28第 5 章 鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1 變速箱的設(shè)計(jì)要求5.1.1 結(jié)構(gòu)分析變速箱的結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、控制部分和箱體組成。在本設(shè)計(jì)中，變速部分和差速器部分集成在一起，減小了箱體的結(jié)構(gòu)尺寸。其特點(diǎn)是：1．采用回歸傳動(dòng)。箱體平整，有助于降低鉆機(jī)的高度。Z4 齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，即使其運(yùn)動(dòng)齒輪為合路器。2.變速箱與變速箱的結(jié)合減少了零件數(shù)量，有效地利用了變速箱中的空間。 3. 操縱機(jī)制使用靈活可靠的齒輪轉(zhuǎn)移機(jī)制，對(duì)每一個(gè)機(jī)動(dòng)齒輪實(shí)行單獨(dú)控制，并采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全的相互鎖機(jī)制。安裝了裝填裝置，齒輪的強(qiáng)度降低了。5.1.2 總體設(shè)計(jì)要求1。在檢查零件的強(qiáng)度時(shí)，假定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是全進(jìn)變速箱，然后是絞車和旋轉(zhuǎn)裝置的引入；不更換齒輪變速箱可連續(xù)工作 10 000 小時(shí)，一天凈工作 16小時(shí)，連續(xù)工作 20 個(gè)月。每種速度的工作時(shí)間分配情況見(jiàn)表 6—1。表 5—1 變速箱四種速度工作時(shí)間分配情況轉(zhuǎn)速（r/min） 占總工作時(shí)間百分率 工作時(shí)間(h)120 30% 3000240 30% 3000350 20% 2000600 20% 20003.本設(shè)計(jì)零件的強(qiáng)度和壽命計(jì)算方法和數(shù)據(jù)是按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 （化學(xué)工業(yè)出版社）計(jì)算的。200 米液壓鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)295.2 齒輪的計(jì)算與校核5.2.1 齒輪主要參數(shù)確定根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速要求，前選擇每齒輪的齒數(shù)是根據(jù)鉆機(jī)的實(shí)際位置，主控軸變速箱中每六個(gè)齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表 6-2。表 5—2 變速箱內(nèi)齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)齒輪編號(hào) 齒數(shù) Z 模數(shù) m 齒寬 b變 位系數(shù)Xn材料 硬度 RC 應(yīng)力角 備注Z1 25 4 40 1.0 40Cr 40—50 20oZ2 31 4 30 0.76 40Cr 40—50 20oZ3 19 4 30 0 20CrMnTi 57—62 20oZ4 40 4 30 0 40Cr 40—50 20oZ5 28 4 25 0 40Cr 40—50 20oZ6 31 4 25 0 40Cr 40—50 20oZ7 47 3.5 25 -1.03 40Cr 40—50 20oZ8 21 3.5 35 0.04 40Cr 40—50 20o5.2.2齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核現(xiàn)選擇變速箱中重要傳動(dòng)軸Ⅲ軸上的 Z3、Z 4齒輪副為例進(jìn)行齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。1.按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算⑴初步計(jì)算①計(jì)算轉(zhuǎn)矩 3TN?mm663313.989.5109.50256.7Pn?????