DY-1000巖心鉆機液壓動力頭設(shè)計開題報告

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題 名稱 DY-1000巖心鉆機液壓動力頭 設(shè) 計 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 課題來源 DY-1000巖心鉆機液壓動力頭設(shè)計 課題類別 畢業(yè)論文 一、 論文資料的準備 1.選題背景 全液壓動力頭巖心鉆機是現(xiàn)今較為先進的巖心鉆機,在國外發(fā)達國家它已逐漸替代立軸鉆機成為地質(zhì)勘探的主流設(shè)備。二十世紀七八十年代我國部分科研院所也曾進行過全液壓巖心鉆機的設(shè)計，并制造出樣機，但由于當(dāng)時的工業(yè)制造基礎(chǔ)較差，液壓元件質(zhì)量性能不過關(guān)，導(dǎo)致鉆機性能不穩(wěn)，滲油漏油現(xiàn)象嚴重，故障率高，維修困難，全液壓巖心鉆機最終沒有得到全面推廣使用。 時至今日，隨著改革開放后外資企業(yè)涌入，獨資合資企業(yè)在全國各地的紛紛建立， 我國生產(chǎn)制造液壓元件的技術(shù)水平也大幅提高，在國內(nèi)生產(chǎn)的液壓元件中就有很多是國際知名品牌，質(zhì)量性能完全能滿足鉆機使用工況，目前在國內(nèi)選擇到可靠的液壓元件已不成問題。 在此工業(yè)基礎(chǔ)條件下，在國家提高地質(zhì)裝備水平政策的引導(dǎo)下，在各地地質(zhì)裝備專項資金的扶持下，經(jīng)過近幾年的蓬勃快速發(fā)展，目前，國內(nèi)生產(chǎn)全液壓動力頭巖心鉆機的單位已有二十幾家，并初具規(guī)模。在國內(nèi)市場上該類鉆機已經(jīng)由進口為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閲a(chǎn)鉆機占據(jù)大半江山。在國內(nèi)眾多專家及研制單位的積極推動下，加之國產(chǎn)鉆機克服了一些進口鉆機售價高、使用成本高、售后服務(wù)周期長等弊端，用戶也逐漸認識到該類鉆機的突出優(yōu)勢。同時部分廠家生產(chǎn)的全液壓動力頭巖心鉆機已經(jīng)走出國門，出口到多個國家?，F(xiàn)在全液壓動力頭巖心鉆機市場需求趨于平穩(wěn)。 2. DY系列全液壓動力頭式巖心鉆機的特點 全液壓動力頭式巖心鉆機之所以能成為巖心鉆機的發(fā)展方向，是因為其與機械立軸式巖心鉆機相比具有以下顯著優(yōu)點：一是給進行程長，能達到3.5m，是機械立軸式鉆機給進行程的6-7倍，一次給進就可打滿3m長的巖心內(nèi)管，不用頻繁倒桿，避免鉆進過程中可能造成的巖心斷裂、巖心堵塞等事故；二是便于斜孔施工，施工效率高；三是卷揚機布置靈活、排繩方便；四是塔機一體，安裝、搬家快速方便。該型鉆機的缺點是設(shè)備購置成本高（相對于立軸鉆機而言），液壓控制系統(tǒng)復(fù)雜，易出現(xiàn)滲油`漏油故障，機臺一般維修人員難以勝任維修工作。國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的全液壓動力頭巖心鉆機，雖然結(jié)構(gòu)各具特色，但其基本功用都能滿足鉆探工藝要求，總體結(jié)構(gòu)大致相似，都具有全液壓動力頭式巖心鉆機共有的特點。有的企業(yè)開發(fā)全液壓動力頭式巖心鉆機是從仿制國外產(chǎn)品開始的，起點相對較高；有的企業(yè)則是根據(jù)鉆探施工的要求走自主創(chuàng)新的路子，邊生產(chǎn)推廣邊完善設(shè)計!DY系列全液壓動力頭巖心鉆機屬自主研發(fā)的產(chǎn)品，設(shè)計時充分考慮了國內(nèi)鉆探施工的實際，尊重鉆探技術(shù)工人現(xiàn)有的操作習(xí)慣，鉆機的結(jié)構(gòu)新穎，鉆機性能參數(shù)先進合理，并有多項技術(shù)獲國家專利.鉆機質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定，外形美觀,性價比高，得到用戶的廣泛認可。 DY系列鉆機除具有全液壓動力頭鉆機共有的特點，如采用全液壓驅(qū)動，所有執(zhí)行機構(gòu)均可實現(xiàn)無級調(diào)速；動力頭變速箱與鉆塔裝為一體，便于斜孔施工。此外還具有以下特點： (1)為便于斜孔施工，鉆機具有鉆塔滑移觸地功能!施工斜孔時鉆塔要傾斜一定角度，位于鉆塔底座上的夾持器也隨之上升一定高度，不方便起下鉆操作!為方便施工，將整個鉆塔安裝在可調(diào)節(jié)傾角的滑架上，當(dāng)滑架帶動鉆塔傾斜到規(guī)定角度后，觸地油缸推動鉆塔在滑架上下移，直至鉆塔底座觸及地面，再將鉆塔用螺栓緊固在滑架上!這樣進行斜孔施工時，操作夾持器就非常方便了! （2）鉆機采用自行設(shè)計的液壓卡盤和液壓夾持器，結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，維護方便。液壓卡盤采用液壓夾緊液壓松開機構(gòu)，使用硬質(zhì)合金卡瓦，夾緊力大，工作可靠。液壓夾持器采用液壓油缸做動力，操作省力，夾緊松開卡瓦動作迅速，夾持可靠，獲國家實用新型專利。 (3）動力頭變速箱設(shè)有2擋機械變速，增大了鉆機變速范圍!動力頭變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，易損件少，使用變量液壓馬達驅(qū)動，采用恒扭矩$恒功率調(diào)速方式，動力頭輸出轉(zhuǎn)速可連續(xù)無級調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍廣， 適用于金剛石繩索取心、沖擊回轉(zhuǎn)等多種鉆探工藝的需要。為增強提鉆的方便性，鉆機動力頭變速箱在提鉆時要讓開孔口位置。其讓開孔位的方式是：松開機械鎖緊裝置，用側(cè)移油缸推動其移動到側(cè)面。提鉆完成后再用側(cè)移油缸拉動其復(fù)位，然后鎖緊機械裝置再開始工作!該機構(gòu)操作便捷、省力、安 全， 穩(wěn)定性好，在斜孔施工時，其實用性尤為突出。 鉆機動力頭在鉆塔上的移動采用導(dǎo)軌、滑板結(jié)構(gòu)方式，剛性大，對動力頭的導(dǎo)向性好，滑板與導(dǎo)軌的間隙可以調(diào)節(jié)，磨損后可以補償、更換，動力頭式變速箱的設(shè)計獲國家實用新型專利。 （4）鉆機附件簡單實用，質(zhì)量輕，便于搬遷!鉆機配備的附件有：鉆機底梁和鉆桿架!為縮減機臺鋪設(shè)時間，鉆機配有鉆機底梁。在鉆孔位置平整場地修筑地基完成后，將鉆機底梁放在地基上，然后將鉆機安放到鉆機底梁上，用螺栓緊固為一體，可快速完成鉆機底梁的鋪設(shè)和鉆機安裝到位，節(jié)省輔助 工作時間。為減輕起下鉆時的勞動強度，為鉆機配備了鉆桿架!起鉆時，將卸下的鉆桿立根下端抬到鉆桿架滑車上，松開卷揚機，滑車會在立根自重的作用下在鉆桿架導(dǎo)軌上滑移，鉆桿也隨之邊滑移邊下 降放平，摘下提引器后將鉆桿立根抬起擺放在鉆桿架內(nèi)，即完成一個立根的提升擺放!有了鉆桿架滑車的幫助，縮短了抬鉆桿時間，減輕了工人勞動強度。 （5）鉆機結(jié)構(gòu)新穎；整體布局合理，解體性好，部件質(zhì)量輕，搬遷運輸方便!特別是分體式巖心鉆機將液壓動力站與鉆機分裝在不同的底盤上， 部件布局更加靈活。鉆機部分裝有主卷揚機、繩索取心絞車、鉆塔、動力頭變速箱、操作臺、閥組箱、夾持器等部件；液壓動力站部分裝有電機、油泵、油箱、冷卻器、電控柜等部件，兩者用液壓快速接頭和針式電纜接頭連接。 3. DY系列全液壓動力頭式巖心鉆機的結(jié)構(gòu)和組成部件 DY系列各種型號的全液壓動力頭式巖心鉆機性能參數(shù)雖有區(qū)別，但鉆機結(jié)構(gòu)和組成部件大致相 同。該系列鉆機主要由鉆機底盤、鉆塔、主卷揚機、繩索取心絞車、液壓動力站、操作臺液壓管線、動力頭變速箱等部件組成。 3.1底盤 底盤是承載鉆機各組成部件的結(jié)構(gòu)件，是由型材焊接而成!底盤按結(jié)構(gòu)分可分為整體式和分體式兩種。 整體式底盤鉆機所有部件都裝在同一底盤上，一同運輸搬遷，可加裝拖輪拖行。履帶式鉆機的底盤也屬于整體式。 分體式底盤是將液壓動力站部分和鉆機部分分裝在兩個底盤上，兩者間動力傳動和控制是通過裝有快速接頭的液壓膠管和電纜來完成，便于拆卸。分體式底盤中的兩個底盤都裝有拖輪，鉆機在工地上搬遷移位時，可使用其他車輛牽引移位。鉆機底盤上安裝有絲杠式千斤頂，可以很方便的升降，便于車輪的安裝或拆卸。施工時拆除車輪，把鉆機底盤坐在鉆機底梁上固定即可。鉆機動力站在施工時不用拆卸拖輪，用千斤頂頂起底盤使拖輪離開地面即可工作。 3.2鉆塔 采用桅桿式鉆塔，由矩形方管焊接而成，裝在滑架上，分為上下兩節(jié)可折疊。其主要功用是配合卷揚機完成起吊鉆具、取心等工作。鉆塔主要由支架、底座、滑架、下塔身、導(dǎo)軌、上塔身、天車、游動滑車、起塔油缸、伸縮式支撐桿等組成，鉆塔采用液壓油缸控制起落。 動力頭移動導(dǎo)軌用螺釘和銷釘固定在下塔身上，下塔身通過支架、滑架、起塔油缸、伸縮式支撐桿與鉆機底盤連接。通過調(diào)整支撐桿的長度，可使鉆塔45°-90°之間用機械方法固定。鉆塔在滑架上能整體滑移，具有觸地功能，方便斜孔施工。鉆塔有效高度9m，可升6m的鉆桿。鉆具較輕時可使用單繩升降鉆具，在鉆具較重時可利用游動滑車使用雙繩升降鉆具。 3.3主卷揚機 鉆機的主卷揚機由卷筒、支架、液壓馬達、減速器、制動器等組成。液壓馬達為定量斜軸式柱塞馬達，通過行星減速器帶動卷筒正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)用于升降鉆具。主卷揚機設(shè)有液壓平衡閥和液壓制動器雙重制動裝置，升降鉆具平穩(wěn)，制動可靠。升降速度可無級調(diào)速。 3.4液壓動力站 鉆機的液壓動力站是該系列鉆機的核心部件，它主要由電動機、液壓油泵、油箱、冷卻器、液壓控制閥、電氣柜等組成。 該動力站2個液壓油泵，分為主泵和副泵。由于主泵和動力頭液壓馬達都是液控變量， 通過調(diào) 節(jié)控制壓力的大小，可以無級改變主泵和動力頭液壓馬達的排量大小，從而實現(xiàn)動力頭轉(zhuǎn)速的無級調(diào)速和恒扭矩、恒功率的扭矩輸出。結(jié)合動力頭變速箱的二級機械變速，使動力頭的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩范圍寬變化較大，能適應(yīng)多種不同鉆進工藝的要求。改變主泵的排量也實現(xiàn)了對主卷揚機、液壓絞車、給進油缸等機構(gòu)的無級調(diào)速。 3.5 操作臺 鉆機的操作臺主要由操作臺體、電控箱、液壓閥、壓力表、電流表、電壓表、轉(zhuǎn)速表、泥漿泵壓力表等組成。電控箱通過動力站的電器柜，控制主泵電機、副泵電機、冷卻器電機、泥漿泵電機的啟動和關(guān)閉。壓力表用來顯示各液壓油泵的工作壓力、先導(dǎo)系統(tǒng)的壓力、給進油缸的加壓力或減壓力，反映鉆機液壓系統(tǒng)各部分工作壓力的狀態(tài)。電流表和電壓表顯示主泵電機的工作電流和工作電壓，反映鉆機運轉(zhuǎn)負荷的狀態(tài)。轉(zhuǎn)速表顯示動力頭回轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)速，泥漿泵壓力表顯示泥漿泵的工作壓力。 3.6動力頭 鉆機的動力頭主要由變速箱、液壓馬達、液壓卡盤等組成，是鉆機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。其變速箱具有2擋機械變速， 因而有2組不同的輸出轉(zhuǎn)速和輸出扭矩。液壓馬達與變速箱的輸入軸連接，通過改變馬達的排量可以改變馬達的輸出轉(zhuǎn)速!變速箱的輸出軸為空心軸，稱為芯管，內(nèi)部可以通過鉆桿，芯管的上端裝有液壓卡盤，用以卡緊或松開鉆桿!卡盤的夾持力可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，可有效地避免打滑現(xiàn)象和提高卡瓦的使用壽命!變速箱的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩通過卡盤傳遞給鉆桿，帶動鉆桿回轉(zhuǎn)鉆進。松開動力頭變速箱緊固螺栓后，動力頭變速箱在液壓油缸的推動下能整體側(cè)移，讓開孔口位置，便于起大鉆，非常便于斜孔施工。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題） 1）進行巖心鉆機液壓動力頭的設(shè)計首先要求我們學(xué)會綜合運用“機械設(shè)計”課程及其他所修相關(guān)課程理論知識和生產(chǎn)實際知識解決過程實際問題的能力，并通過實際設(shè)計訓(xùn)練使所學(xué)理論知識得以鞏固和提高。 2）通過巖心鉆機液壓動力頭的設(shè)計，我們要學(xué)會學(xué)習(xí)和掌握一般鉆機設(shè)計的基本方法和程序、培養(yǎng)獨立設(shè)計能力，為將來的學(xué)習(xí)和實際工作打下良好的基礎(chǔ)。 3）通過巖心鉆機液壓動力頭的設(shè)計，還可以增，強我們進行機械設(shè)計工作基本技能的能力，包括：設(shè)計計算、繪圖、查閱和使用規(guī)范、手冊、圖冊等相關(guān)資料。 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 1、主要內(nèi)容： （1）對全液壓巖心鉆機進行初步了解。熟知巖心鉆機發(fā)展的一般情況、鉆機的特點及設(shè) 計要求以及鉆機的“三化“原則等。 （2）對全液壓巖心鉆機進行總體的設(shè)計，對其整體參數(shù)進行規(guī)劃，學(xué)習(xí)其工作的主要原理以及其主要部件的功能和作用。 （3）對給進機構(gòu)進行分析、設(shè)計和選擇，對給進機構(gòu)的液壓缸進行設(shè)計選擇并熟知其整個工作過程及原理。 （4）對全液壓巖心鉆機的鉆塔進行設(shè)計和校核。包括鉆塔及升降工具、塔身強度穩(wěn)定性及剛度驗算及校核等。 （5）對卡盤的功能與結(jié)構(gòu)進行分析，保證其在整機上準確的安裝于滿足其功能。 （6）對動力頭進行設(shè)計計算，主要包括動力頭的的主要作用和功能，變速箱的總體設(shè)計、變速箱傳動齒輪的選取及校核、變速箱傳動軸及軸承的選取和校核以及動力頭的泵和電機的選擇等。 2、研究方法： 1)認真學(xué)習(xí)和參考已有資料，并適當(dāng)與實際相結(jié)合， 2認真查詢和使用正確的標準和規(guī)范。 3）學(xué)會使用計算機進行輔助設(shè)計，比如：計算機輔助計算、計算機繪圖等。 3、研究思路 ： 設(shè)計過程要獨立思考、精益求精、學(xué)會理論聯(lián)系實際，把握總體設(shè)計進度，每一個階段的設(shè)計都要認真檢查，避免出現(xiàn)重大失誤而影響下一階段的工作。 四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期） 2013.3.11-2013.3.22 熟悉整理資料（12天） 2013.3.23-2013.4.06 方案選擇及總體設(shè)計計算（15天） 2013.4.07-2013.4.19 確定計算草圖（12天） 2013.4.20-2013.5.10 完成相關(guān)的分析、計算（20天） 2013.5.11-2013.5.25 完成設(shè)計圖紙（15天） 2013.5.26-2013.6.08 完成畢業(yè)設(shè)計說明書（14天） 2013.6.09-2013.6.15 準備論文及答辯（7天） 2013.6.16-2013.6.21 成果修改上交（6天） 五、主要參考文獻 【1】 王嘉.冷沖模設(shè)計與制造實例 北京：機械工業(yè)出版社，2009. 【2】 柯旭貴.沖壓工藝與模具設(shè)計 北京：機械工業(yè)出版社，2012. 【3】 王新華.簡明沖模設(shè)計手冊 北京：機械工業(yè)出版社，2008. 【4】 王芳.冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo) 北京：機械工業(yè)出版社，1999. 【5】 濮良貴.機械設(shè)計（第八版） 北京：高等教育出版社，2006. 【6】 周宏甫.機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社，2010. 【7】 葉邦彥.機械工程英語 北京：機械工業(yè)出版社，2005. 【8】 Arley.朗文英漢雙解詞典 外語教學(xué)與研究出版社，2002 【9】 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) 北京：機械工業(yè)出版社，2008 【10】 朱輝. 畫法幾何及工程制圖 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2007. 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 教研室意見： 教研室主任簽名： 日期： 系意見： 系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期： 系蓋章 課題來源：導(dǎo)師課題、社會實踐、自選、其他 課題類別：工程設(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實驗、畢業(yè)論文。