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摘要 針對傳統鉆探行業(yè)施工過程中設備搬遷困難、鉆孔效率低以及無法傾斜 鉆探等問題，研制、改進新一代高效可傾式鉆探設備則顯得尤為必要。該礦 用鉆機改型過程中所面對的若干問題進行了較為詳細研究，并對關鍵件加工 過程出現的工藝文體進行分析和調整。 通過調研了解到，對鉆孔深度 100 米左右的鉆機需求量比較大，而目前 的 100 米鉆機，存在著勞動強度大、適應性差等缺點。鑒于以上原因，我們 決定開發(fā) 100 米鉆機。經幾次方案討論決定，鉆機應具有以下特點：經濟耐 用可靠、質優(yōu)價廉；便于解體搬運；體積小，重量輕；操作簡單，維修方便； 適用于 42、50mm 兩種鉆桿； 適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進；鉆進速度快，效率高；動力為電機或柴 油機。 關鍵詞:100 米 變速箱 鉆機 Abstract the equipment moves the difficulty in view of the traditional drilling profession construction process in, the drill hole efficiency lowers as well as is unable to incline questions and so on drilling, the development, improves new one generation highly effective to be possible to lean the type drilling equipment to appear especially essential. In this mineral product drilling machine modification process faces certain questions have conducted the comparatively dissect, and the craft literary style which appears to the key processing process carries on the analysis and the adjustment. Understood through the investigation and study, quite is big to the drill hole depth 100 meter about drilling machine demands, but the present 100 meters drilling machines, have the labor intensity in a big way, the compatible inferior shortcoming. In view of the fact that above reason, we decided develops 100 meters drilling machines. Decided after several plan discussions that, the drilling machine should have following characteristic: economy durable reliable, high quality at low price; is advantageous for the disintegration transporting; the volume is small, the weight is light; the operation is simple, the service is convenient; is suitable for 42, 50mm two kind of drill rods; is suitable in the alloy drill bit or the carbon bit sneaks in; sneaks in the speed to be quick, the efficiency is high; the power is the electrical machinery or the diesel engine. Kewords: drilling machines 100 meters gearbox 目 錄 摘要 ........................................................................................................................... ABSTRACT............................................................................................................... 緒論 .............................................................................................................................1 第 1 章 總體設計 .....................................................................................................2 第 2 章 鉆機的主要技術特性 .................................................................................3 第 3 章 動力確定 .....................................................................................................5 3.1 回轉鉆進及破碎巖層,土層所需功率 .................................................................5 3.2 進給油缸所需功率計算 .........................................................................................6 3.2.1 進給油缸的基本參數 ..................................................................................6 3.2.2 油缸工作壓力計算 .......................................................................................6 3.2.3 油泵最大工作流量計算 ..............................................................................7 3.2.4 進給油缸功率 ................................................................................................7 3.3 動力機功率的確定 ................................................................................................7 第 4 章 機械傳動系統設計 ...................................................................................10 4.1 要參數的選擇 .........................................................................................................10 4.1.1 回轉器 ...........................................................................................................10 4.1.2 升降機 ...........................................................................................................10 4.1.3 變速箱 ...........................................................................................................10 4.2 機械傳動系統 .........................................................................................................10 第 5 章 回轉器 .......................................................................................................12 5.1 結構特點 ..................................................................................................................12 5. 2 零部件的強度與壽命計算 ...................................................................................12 5.2.1 齒面按接觸疲勞強度計算 .......................................................................13 5.2.2 彎曲疲勞強度極限應力 ...........................................................................13 第 6 章 變速箱的設計與計算 ...............................................................................15 6.1 變速箱的結構特點 ................................................................................................15 6.2 零件的強度計算 .....................................................................................................15 6.3 齒輪的強度計算 .....................................................................................................15 6.4 軸系零部件強度與壽命的校核計算 ................................................................20 第 7 章 絞 車 .......................................................................................................24 7.1 結構特點 ................................................................................................................24 7.2 主要參數的選擇 ...................................................................................................24 7.3 絞車所需功率 .......................................................................................................25 7.4 零部件的強度及壽命計算 ................................................................................25 第 8 章 液壓系統的設計與計算 ...........................................................................31 8.1 液壓卡盤的設計與計算 .......................................................................................31 8.2 進給油缸的設計 .....................................................................................................33 第 9 章 鉆機的使用說明書 ...................................................................................35 總結 ...........................................................................................................................50 致謝 .........................................................................................................................51 參考文獻 ...................................................................................................................52 專題 軸的機械加工工藝過程 .................................................................................53 附錄 1 ........................................................................................................................59 附錄 2 ........................................................................................................................68 緒 論 國內外的科技現狀國內：“六五” “九五”期間，我國地質調查工作中探 礦工藝與設備獲得長足發(fā)展，在引進、消化、吸收的基礎上，研究開發(fā)了一 大批新技術、新裝備，如：以繩索取心為主體的金剛石鉆探技術；液動沖擊 回轉鉆探技術；受控定向鉆探技術（含對接井施工技術） ；多工藝空氣鉆探技 術（中心反循環(huán)連續(xù)取樣及空氣潛孔錘鉆探技術） ；水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆探 技術；人造金剛石超硬復合材料及其鉆頭；低固相泥漿等鉆井液應用及護壁 堵漏技術；XY 系列、CD 系列、全液壓等新型巖心鉆機及配套裝備；水文水 井鉆探設備；短淺坑道機械化作業(yè)線等等。在這一領域，我省煤田地質局在 煤田地質鉆探方面，成功地采用了受控定向鉆探技術，并完善了 SMQ-1 型取 芯器，發(fā)展成 3SMQ-2 型取芯器；此外，還研制改進了煤層氣儲存監(jiān)測罐。 地礦、煤田系統多工藝空氣鉆探技術的采用更加完善和成熟。 國外：傳統的 地質勘查工程技術與裝備已十分成熟。立軸式液壓鉆機仍然是主要機型，全 液壓動力頭鉆機獲得廣泛應用，美國金剛石巖心鉆機制造商協會制定的 DCDMA 標準仍然占據鉆探管材和鉆具市場的主流，國際標準化組織 （ISO）的 TC82（礦業(yè)技術委員會）/SC6 （金剛石鉆探設備分技術委員會） 也制定了一些標準，可能成為今后的發(fā)展方向。 通過調研了解到，對鉆孔深度 100 米左右的鉆機需求量比較大，而目前 的 100 米鉆機，存在著勞動強度大、適應性差等缺點。鑒于以上原因，我們 決定開發(fā) 100 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。 第 1 章 總體設計 經過調研和幾次方案論證，考慮到現場特點，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 340r/min。 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，根據不同的地質條件， 選用不同的鉆進速度。 7. 設置壓帶輪，皮帶調整安全可靠。 8. 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。 第 2 章 鉆機技術特性 1. 鉆進深度 100m 2. 鉆孔直徑 1開孔直徑 89 2終孔直徑 60 3. 鉆孔傾斜角度 0360 4. 立軸轉速 110、190、340/min 5. 立軸行程 400 6最大液壓給進壓力 4MPa 7卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6MPa 8立軸內孔直徑 52 9油缸最大起拔力 28.5KN 10油缸最大給進力 20KN 11. 絞車提升速度 0.25、0.57、0.65m/s 12. 絞車轉速 28、50、78r/min 13絞車提升負荷 0.75m/s 3.35KN . 0.44m/s 6.00KN . 0.22m/s 12KN 14. 卷筒 直徑 140mm 寬度 100m 鋼絲繩直徑 8.8mm 容繩長度 32.8m 15配備動力 1 電動機 型號 YB160M4 電壓 380/660V 功率 5.5KW 轉速 1440r/min 2 柴油機 型號 S1100 功率 5.5KW 轉速 1500r/min 16外型尺寸（Lh b） 1370 6851200mm 17重量（不含柴油機） 750Kg 第 3 章 動力機的確定 本機組的驅動裝置采用交流感應電動機，因為這種動力機重量輕、結構 簡單、使用維護方便易實現防爆。 為了便于搬運和機場的布置，鉆機和水泵各用一臺電機單獨驅動，而回 轉器與油泵共用一臺電機聯合驅動。 輸出功率為 N。 N。1.2N j 式中：N j鉆機所需功率 KW Nj（N hN y）/ 式中: N h回轉鉆進所需功率 KW 效率 =0.85 Ny油泵所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 式中: N 1井底破碎巖石、土層所需功率 KW N2鉆頭與孔底摩擦所需功率 KW N3回轉鉆桿所需功率 KW 3.1 回轉鉆進及破碎巖石、土層所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 1. N1= 3-106A4mn 式中: m鉆頭切削刃數 取 m=6 n立軸轉速 r/min h鉆進速度 h=1.5cm/min. 巖石抗壓強度,其值見表 3-1 A 井底環(huán)狀面積，取鉆頭直徑 D=7.3cm,內孔直徑 d=5.8cm, A=(D 2d2)/4=(7.3 25.82)/4=15.43cm2 2. N2=f en(R+r)/1944800 3-2 式中: 孔底壓力或巖石抗壓強度. f鉆具與巖石直接的摩擦系數 f=0.3 e側摩擦系數 e=1.1 n立軸轉速 R鉆頭外圓半徑 R=3.65cm r鉆頭內孔半徑 r=2.91cm 將立軸不同轉速和不同空底壓力代入式 3-2 中,所得相應數值見表 3- 2。 3. N3=7.81011 Ldn1。7 (當 n200r/min 時) 3- 3-2 式中：L孔深 ， 硬質合金鉆進時，取 L150000mm 金剛石鉆進時，取 L75000mm d鉆桿直徑 ，取 d=42mm 計算 n立軸轉速， r沖洗液比重。 r=1.15 將上述參數及立軸不同轉速代入上式，所得值列表 32 中。 3.2 給進油缸所需功率的計算 3.2.1. 給進油缸的基本參數 1）給進油缸的數量 n2 2）油缸直徑 D55mm 3）活塞桿直徑 d30mm 4）活塞桿有效行程 L400mm 5）油缸面積 A 123.76cm 2 6）活塞桿面積 A 27cm 2 7）有效面積 AA 1A 216.76cm 2 3.2.2油缸工作壓力的計算 鉆機大水平孔時，油缸的最大推力為： WCF m 式中：W油缸最大推力 C孔底最大壓力 C10000N Fm鉆桿與孔壁間的摩擦力 FmqLf 式中：q鉆桿單位長度重量 q45.6N/m L鉆桿長度 L1050m f摩擦系數 f0.35 Fm45.61050 0.35=1675.8N W=10000+1675.8=11675.8N 油泵的工作壓力 P P=W/A=11675.8/16.76=696.6N/cm2 3.2.3.油泵最大工作流量計算 油缸回程時的最大容油量: V1=A1L=23.7640=950.4mL=0.9504L 油缸送進時的最大容油量: V2=AL=16.7640=0.6704L 當選用立軸的鉆進速度 V=0.06m/min=0.6dm/min 時,立軸送進時每分鐘 所需的油量為: Q=2AV=20.16760.6=0.2 令活塞回程時間為 0.3min,則回程所需油量為: Q1=0,95042/0.3=6.336 3.2.4.給進油缸功率 Ny Ny=PQ/60102=696.60.2/60102=0.023 3.2.5.根據上面的計算, 選用 YBC10/80 型齒輪油泵(排油量 10L/min,壓力 800N/cm2 )。 油泵滿負荷時所需功率是: Ny=PQ/60102 1 2 式中:P額定壓力 P=800N/cm 2 Q額定流量 Q=10L/min 1機械效率 1=0.9 2容積效率 2=0.71 Ny=80010/601020.90.71=2.04KW 3.3 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 32 本機選用 5.5KW 電機或柴油機，基本能滿足表 32 中粗線以上各 種工作狀態(tài)。 表 31 巖 石 名 稱 抗 壓 強 度 （N/cm 2 ） 粘土、頁巖、片狀砂巖 4000 石灰?guī)r、砂巖 8000 大理石、石灰?guī)r 10000 堅硬的石灰?guī)r、頁巖 12000 黃鐵況、磁鐵礦 14000 煤 2000 N (kw) r/min N/cm2 110 190 340 2000 0.0693 0.0794 0.0918 4000 0.1386 0.1589 0.1837 8000 0.2771 0.3177 0.3675 10000 0.3464 0.3971 0.4593 N1 12000 0.4157 0.4765 0.5512 2000 0.2443 0.4230 0.7569 4000 0.4898 0.8460 1.5138 8000 0.9795 1.6919 3.0277 10000 1.2244 2.1149 37846 N2 12000 1.4693 2.5379 4.5346 N3 r/min N/cm2 1.0160 2.5728 2.2804 2000 1.3296 3.0752 3.1292 4000 1.6444 3.5769 3.9779 8000 2.2726 4.5824 5.6756 10000 2.5868 5.0848 6.5243 Nh 12000 2.9010 5.5879 7.3662 Ny r/min N/cm2 0.023 0.023 0.023 Nj=Nh/ 3.4129 3.6179 3.6814 N0=1.2Nj 4.0920 4.3415 4.4177 第 4 章 機械傳動系統設計 4.1 主要參數的選擇 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 110340r/min，即適合合金鉆頭鉆 進，由適合金剛石鉆頭鉆進。 4.1.2 升降機 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 0.220.66m/s。 4.1.3 變速箱 參考國內外現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。 （1） 立軸有三種轉速，110、190、340r/min 轉速適合合金鉆 頭鉆進。 （2） 卷筒纏繩速度為三種，見表 41 表 41 檔 檔 檔 立軸轉速 r/min 110 190 340 纏繩速度 m/s 0.22 0.37 0.66 4.2 機械傳動系統 機械系統傳動路線見圖 41 傳動計算如下： 1.立軸的轉速: n =nD1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z10/Z11 式中: n 立軸的第一檔轉速 r/min n電機轉速 n=1440r/min D1主動皮帶輪直徑 D1=125mm D2大皮帶輪直徑 D2=285mm Z1Z11 傳動鏈中各齒輪的齒數,Z 1=31,Z2=54,Z3=31,Z4=54 Z10=21,Z11=39 n =1440125/28531/5431/5421/39=112.1110r/min n =nD1/D2Z1/Z2Z5/Z6Z10/Z11 式中:Z 5=42,Z6=43 n =1440125/28531/5442/4321/39=190.69190r/min n =nD1/D2Z1/Z4 內 Z10/Z11 式中: Z 4 內 =31 n =1460160/36531/3121/39=340.08340r/min 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 110、190、340r/min。 2. 絞車的纏繩速度 V1=D(nD 1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z9/Z12/Z13/Z14)/60000 m/s 式中:D=D 0+d=140+8.8=148.8mm 式中:D 0=140mm 為卷筒直徑,d=8.8mm 為鋼絲繩直徑。 V1=148.8(1460160/36525/3118/3833/8318/1818/54)/6000 0 =0.22m/s V2=0.44m/s V3=0.75m/s (計算從略) 考慮到皮帶、軸承、齒輪等的效率，確定絞車提升速度分別為： U10.22m/s U2=0.44m/s U3=0.75m/s。 第 5 章 回轉器 5.1 結構特點 回轉器的結構如圖 51 所示，是由本體、立軸、立軸導管、弧齒錐齒輪 等組成。立軸上端裝有常閉式液壓卡盤。其特點是： 1、回轉器尺寸小、緊湊。 2、回轉器適用于各種角度的孔的鉆進。 3、離開孔口采用開箱式，簡單可靠，減輕鉆機重量。 4、立軸行程比過去小型鉆機大，為 500mm，縮短鉆進輔助時間。 5.2 零部件的強度與壽命計算 弧齒錐齒輪副的強度校核: Z10 與 Z11 的主要參數見表 51。齒面硬度 Z10 為 HRC52、Z 11 為 HRC57，錐距 R77.515 m,節(jié)錐角 10=28018 22”, 11=6104128” 表 5-1 齒 號 齒 數 模 數 變 位 系 數 齒寬 材料 齒頂系數 壓力 角 螺旋 角 旋向 精度 Z10 21 3.5 0 22 20CrMnTi 0.85 200 350 右 8D C Z11 39 3.5 0 22 20CrMnTi 0.85 200 350 左 8D C 齒輪在各種轉速下傳遞的功率、轉速及轉矩見表 52 表 52 功率 KW 轉速 r/min 轉矩 nm 5.17 632 80 5.07 208 233 5.07 354 137 5.2.1 齒面按接觸疲勞強度計算 （1）接觸應力 HZE 1.5ftmaxKAKVKH ZR 3 Ft1 N/mm2 bd1I Ftmax ZE彈性系數 ZE 189.8 N/mm2 Ft1=Ftmax小輪運轉中最小切向力 Ftmax=2758N KA使用系數 KA=1.25 Kv動載系數 KV1=KV2=1 KH 齒間載荷分布系數 KH =1.2 Zx尺寸系數 Zx=1.0 ZR表面狀況系數 Z R=1 b有效齒寬 b=22mm d1小輪大端分圓直徑 d 1=94.5mm I幾何系數 I=0.1 將以上各值代入上式,得 H=1197N/mm2 (2)接觸疲勞極限應力 HIin= HIinZNZW/ZQ N/mm2 HIin接觸疲勞極限應力 HIin1352 Zwgz 工作硬化系數 Z w1 ZN壽命系數 Z N1 ZQ溫度系數 Z Q=1 HIin=135211=1352 (3)安全系數: SH= HIin/ H=1352/1197=1.12SHIin=1 所以安全。 5.2.2 彎曲疲勞強度極限應力 （1） 計算齒根彎曲應力 FF tKAKUKF YX/bmsJ N/mm2 Ft作用于大端分度圓上的切向力 Ft=2758N KA使用系數 KA =1.25 Kv動載系數 Kv=1 KF 載荷分布系數 K F 1.15 Yx尺寸系數 Y x1 ms大端端面模數 m s=4.5 J幾何系數 J0.18 F141N/mm 2 （2） 齒根彎曲疲勞極限應力 FIim FIim YN/YQ N/mm2 YQ溫度系數 Y Q1 YN壽命系數 Y N1 FIim齒根彎曲疲勞極限應力 FIim206.82N/mm 2 （3） 安全系數 SF FIim/ F206.82/141=1.46S Fmin=1 所以安全。 第 6 章 變速箱的設計與計算 6.1 變速箱的結構特點 變速箱的結構如圖 61 所示，它是由變速部分、分動部分及操縱部分 和殼體等組成。也是變速部分和分動部分合為一體的傳動箱。其特點是： 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 即是移動齒輪由是結合子，因此結構緊湊。 2、變速、分動相結合，減少了零件數目，有效利用變速箱內的空間。 3、操縱結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，減少了軸齒輪的受力狀況。 6.2 零件的強度計算 1、在校核零件的強度時，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。 每個速度的工作時間分配情況如下： 第一速（110r/min） 為 40即 4000 小時； 第二速（190r/min） 為 40即 4000 小時； 第三速（340r/min） 為 20即 2000 小時； 3、本機零部件的強度和壽命計算方法和數據是按機械設計手冊 （冶 金工業(yè)出版社）計算的。 6.3 齒輪強度計算 1、變速箱內各齒輪主要參數及材料見表 61 表 61 齒數 模數 齒寬 變位系 數 Xn 材料 硬度 RC 應力角 備注 Z1 31 2 35 1.0 40Cr 40-45 200 Z2 54 2 22 0.1 40Cr 40-45 200 Z3 31 2 26 1.0 40Cr 40-45 200 Z4 54 2 26 0.1 40Cr 40-50 200 Z5 42 2 24 0.1 40Cr 40-45 200 Z6 43 2 24 1.0 40Cr 40-45 200 Z7 35 3 25 0 40Cr 40-45 200 Z8 26 3 26 0 40Cr 45-50 200 Z9 33 4 22 0 40Cr 45-50 200 Z12 17 3 26 0 45 40-45 200 Z13 18 3 35 0.15 20CrMnTi 57-62 200 Z14 18 3 20 0.1 20CrMnTi 57-62 200 Z15 54 3 28 0.35 40Cr 200 2、Z 3、Z 4齒輪副的強度校核 1) 齒根彎曲疲勞強度驗算 （A） 計算齒輪的彎曲疲勞極限應力limli*FbNXsrY 式中 被校核齒輪的彎曲疲勞極限應力liF 實驗齒輪的彎曲疲勞極限應力，由圖 F813 查得：limb （Mpa）lim3li40Fbb 彎曲壽命系數，因兩齒輪的應力循環(huán)次數為：NY = *0.4*60*365=0.87* 次3410810 = *0.4*60*210=0.5* 次4 由圖 F814 知 = =13NY4 尺寸系數 = =1（圖 F815）XYX 有效應力集中系數，有圖 F816 查知 =1.03， =0.97SrY 3SrY4Sr 所以 = * * / =400*1*1/1.03=370（Mpa）lim3Fli3bNY3XSr = * * / =400*1*1/0.97=412（Mpa）li4li44r （B） 比較彎曲強度 圖 F86 查得齒形系數 =1.94， =2.26 則有3FY4F / =370/1.94=191 / =412/2.26=182lim3FYlim4 因此齒輪 彎曲強度弱。4Z （C） 計算彎曲工作應力 4F = /bm( ) （Mpa）4FtcFY 式中 計算圓周力，而 =tc tctAKU 其中 工作圓周力 =2000 / =2000*132.5/62=4273（N ）t t3Td 工作狀況系數，由表 F87 查知 =1.25 AKA 動載系數，因為 V /100=1.18*31/100=0.37，由 F84 知U3Z =1 載荷分配系數， =1/ ，當 =1.6 時， =0.7，所以KKYY =1/0.7=1.43 載荷分布系數，因 =b/ =26/62=0.45,故由表 F85 查知 d3 =1.05K 則 =4273*1*1*1.43*1.05=6417.5（N）tcF 載荷作用位置數 =0.7Y Y 螺旋角系數 =1 b 齒寬 b=26 (毫米) m模數 m=2 (毫米) = /bm( )=6417.5/26*2(2.26*0.7*1=195（Mpa）Fct4FY (d)計算齒輪的彎曲疲勞安全系數 FS = / =412/195=2.11 可靠FSlim4F 2）齒面接觸疲勞強度驗算 （A）計算齒輪的接觸疲勞極限應力 limH = * *limHlibNZ 式中 實驗齒輪的接觸疲勞極限應力，由 F817 查知 li = =1100（Mpa）lim3Hbli4b 壽命系數，由圖 F818 查知 =1.19， =1.22NZ 3NZ4NZ 硬化系數， 取 =1 所以 =1100*1.19*1.03=1348（Mpa）lim3H =1100*1.22*1.03=1424 （Mpa）li4 （B ）計算接觸工作應力 = （Mpa）HEZ31*tcFubd 式中 材料系數，由 F89 查知 =189.8E EZMPa 節(jié)點系數， =2.27 由圖 F810HZHZ 重合度系數 =0.9 由圖 F89 U齒數比 U= =54/31=1.7443/ 則 =189.8*2.27*0.9 =889（Mpa）H617.54*2 （C） 算安全系數 HS = / =1384/889=1.516 安全可靠HSlim3 3）短期過載強度校驗計算 取最大短期尖峰載荷是額定工作載荷的 1.5 倍 短期過載彎曲極限應力，根據表 F812 知 =18* =18*45=810（Mpa ）limFsCR 最大的彎曲工作應力為 = *1.5/ =195*1.5/1.25=234（Mpa）axF4AK 短期過載彎曲強度安全系數 = / =810/234=3.5（安全）FSlimsaxF 短期過載接觸極限應力，根據表 F812 知 =41，3*45=1859 （Mpa）li41.3HsCR 而最大接觸應力為 =889* =974 （Mpa）max1.5HAK.25 短期過載接觸強度的安全系數為 =1.9（安全）HSlimax18974s 3、其他齒輪對的強度校核 按上面的方法和步驟，對變速箱中的其他齒輪對可進行類似的計算， 略。 6.4 軸系零件與部件的強度與壽命的校核計算 在變速箱中共有三根軸，其中軸負荷最大，而且相對尺寸直徑小、長 度長。下面僅以該軸的強度壽命進行驗算。 軸共有七種工作狀態(tài)，向回轉器傳遞四種狀態(tài)的動力，驅動絞車三種 狀態(tài)。相比而言回轉器的 130r/min 的轉速時該軸扭矩最大，受力最大。 1、軸的驅動校核 已知下列條件：材料 40Cr，調質 T220-250，各齒輪分度圓直徑為： d4108、d 684、d 8105. 該軸的四個轉速及傳遞的扭矩見表 6-2 表 6-2 轉速（ r/min） 扭矩（Nm） 備 注 檔 210 2217 檔 356 1184 III 檔 636 7928 （A） 在各種轉速下齒輪受力支反力計算結果列表 63 中 （B） 軸的疲勞強度校核： 從表 62 中得知，校核軸的強度時，應取低轉速的受力狀態(tài)。表 63 RCY RBY Ft6 Ft4 RAY C B Ft6 FR4 A RCX RBX RAX 125 94.5 115 60.5 270 395 續(xù)表 63 檔 檔 檔 檔 Ft4 5362 Fr4 1952 Ft6 4 2594 Fr6 944 Ft1 3113 2450 Fr1 1133 892 Ft8 2450 Fr8 292 RAX 194 174 RBX 883 1092 RCX 603 75 RAY 3680 724 RBY 720 1502 RCY 492 1027 RR 3684 745 RB 1139 1506 RC 778 1030 軸的扭矩圖如圖 63 所示，現計算，截面的安全系數。 截面-的彎矩： 水平彎矩：M xz =Fr410010-3+RBX17010-3199Nm 垂直彎矩-：M YZ =Ft410010-3+RBY910-3542Nm 合成彎矩：M M xz 2 + MYZ 2 575Nm 截面-的彎矩： 水平彎矩：M xz R AX60510-3+19460.510-3=11Nm 垂直彎矩：M YZ R AY60.510-3=223.6Nm 合成彎矩：M M xz +MYZ =223Nm 12 量截面扭矩 T356.6Nm 下面是按當量彎矩計算-、-兩截面的安全系數。 水平受力圖： C B F rx A 180 47 水平彎矩圖： 11 199 Fty 垂直受力圖： C B 垂直彎矩圖： 80 145 223 542 合成彎矩圖： 60 231 223 575 扭矩圖： 356 圖 63 表 64 名 稱 -截面 -截面 說 明 扭 矩 T（Nm） 356 356 彎 矩 M（N m ） 575 223 當量力矩 Ml 652 380 軸 經 d（mm） 36、42 36、42 工作應力 m(Mpa) 131 76.92 w=4.9410-6 疲勞極限 -1(Mpa) 350 350 尺寸系數 0.77 0.77 表面質量 0.85 0.85 有效應力 集中系數 K 1.57 1.57 安全系數 S 2.29 3.91 許用安全系數 2.29 2.29 安 全 通過上述驗算軸通過,其它軸系從略。 第 7 章 絞車 7.1 結構特點 本鉆機考慮到井上、井下鉆探作業(yè)，故設置了絞車，如圖 71。在井下 矮巷道內鉆孔時，絞車難以發(fā)揮作用，這時可將絞車拆除。設置絞車也給機 器在井下短距離搬運提供自牽的方便。 在結構上選擇常用的固定輪系的 NGW 型行星式傳動絞車，其特點是： 1、結構簡單而緊湊，傳動裝置兼起離合作用，并有過載保護作用。 2、在一定范圍內，可實現無級調速和微動升降。 3、傳動功率大，效率高。 4、傳動平穩(wěn)，操縱靈活。 7.2 主要參數的選擇 1、確定鋼絲繩直徑 d 根據 GB110274 標準，選定鋼絲繩直徑如下： 外 徑：d=8.8mm 總斷面積：A=27.88mm 2 總破斷力： S=47300N 抗拉強度：=1700Mpa 繩 型：繩 637（纖維芯） 2、鋼絲繩的強度校核 絞車最大提升負荷：Q=12000N 最小安全系數：S =45 在正常情況下，最大起重時的安全系數為： S= S/Q=47300/12000=3.49S 在急剎車時，取 Q 2.5Q，則安全系數 S S/Q 1.6 3、卷筒參數確定如下： 卷筒內徑：D140mm 卷筒外徑：D 230mm 卷筒有效長度：L 0100mm 容繩長度：LnD 式中：n鋼絲繩圈數 n11 D 每層纏繩長度之和，共五層， D 5（D+d）+20d32m。 4、絞車參數 提升速度 卷筒轉速 提升力 V1=0.22m/s n1=28r/min 12000N V2=0.44m/s n2=50r/min 6000N V3=0.75m/s n3=78r/min 3350N 7.3 絞車所需功率 1. 卷筒所受扭矩： MT0.5(D+d)Q=0.5(0.14+0.0088)12000 =893Nm 2.絞車軸所受扭矩: M Z=MT/2=298Nm 3.絞車軸所需功率: P=M Zn1I/9550=