1062-200米液壓鉆機變速箱的設計

1062-200米液壓鉆機變速箱的設計,液壓,鉆機,變速箱,設計 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，同時盡量節(jié)省了制造成本和生產時間。關鍵字 地質勘探 鉆機 變速箱 IIAbstractWith 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 manchines,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 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 machines.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 holes 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第 1 章 緒 論21.1 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3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；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。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⑴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、物探鉆機、工程鉆機等） ；⑵按鉆機標準鉆進孔深分類4根據不同孔深范圍，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 1—1。表 1—1 (m）類別 淺孔鉆機 中深孔鉆機 深孔鉆機ⅠⅡ10—30010—300300—800300—800800—12001000—2000按四類分類見表 1—2。表 1—2 （m）淺孔鉆機 次深孔鉆機 中深孔鉆機 深空鉆機10—150 200—400 500—800 900 以上⑶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；⑷按裝載方式分類可以分為滑橇式、卡車式、拖車式；⑸按破碎巖石方式分類可分為回轉式、沖擊式和沖擊回轉式；⑹按回轉機構型式分類可分為立軸式、轉盤式、動力頭式；⑺按進給機構分類可以分為手輪（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 米的鉆機，中部代號為 200。5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 1—1表 1—1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 0—360o6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、TBW—150/3.0 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、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 Φ42、Φ50mm 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。72.2.2 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；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.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，根據我國當前生產技術和工藝水平，本TXU—200 型鉆機的技術特性為：1.鉆進深度(使用 Φ42 或 Φ50 鉆桿) 200m 2.鉆孔直徑 ⑴ 開孔直徑 89m ⑵ 終孔直徑 ≥60mm3.鉆孔傾斜角度 0～360°4.立軸轉速 120、240、350、600r/mm5.立軸行程 500mm6.最大液壓給進壓力 4 MPa7.卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6 MPa8.立軸內孔直徑 52mm9.油缸最大起拔力 28.5KN810.油缸最大給進力 20KN11.絞車提升速度 0.26、0.61、0.70m/s12.絞車轉速 33、79、91r/min13.絞車提升負荷⑴0.70m/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 容繩長度 32.8m15.配備動力 ⑴電動機 ①型號 YB160L－4② 電壓 380/660V③ 功率 15KW④ 轉速 1460r/min9第 3 章 動力機的確定3.1 輸出功率計算根據現(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 0N（3—1）01.jN?式中： —鉆機所需功率(KW)j hyj??式中: —回轉鉆及破壞巖石、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、土層所需功率計算公式如下：= （3—2）hN123?式中: —井底破碎巖石、土層所需功率(KW)1N=1406Amn??式中: m—鉆頭切削刃數(shù) 取 m=6n—立軸轉速（r/min） r/minh—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/minδ—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=5.9cmAcm222()(7.5)19.344Dd?????10—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度；—鉆具與巖石直接的摩擦系數(shù) f=0.5fe—側摩擦系數(shù) e=1.1—立軸轉速(r/min)nR—鉆頭外圓半徑(cm) R=3.85cmr—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（3—3）中,所得相應數(shù)值見表 3—1?！剞D鉆桿所需功率(KW)3N當 200r/min 時121.33.9Nr??式中： —孔深(mm) ， 硬質合金鉆進時，取 ＝200000mmLL金剛石鉆進時，取 ＝75000mm—鉆桿直徑(mm) 取 =50mmd d—立軸轉速(r/min)n—沖洗液比重, =1.15r r將上述參數(shù)及立軸不同轉速代入上式，所得值列表 3—2 中。11123.3 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)⑴給進油缸的數(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 油缸工作壓力的計算⑴鉆機大水平孔時，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： —鉆桿單位長度重量(N/m) ＝55.46N/mq q—鉆桿長度(m) ＝200mL L—摩擦系數(shù) ＝0.35f fN5.4620.3582.mF???故 N13817W?⑵油泵的工作壓力 P13MPa172.0.86WPA??3.3.3 油泵最大工作流量計算⑴油缸回程時的最大容油量:L123.7501.87VL???⑵油缸送進時的最大容油量:L26..3A⑶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/min0.17.5016Q???⑷令活塞回程時間為 0.3min,則回程所需油量為:L/min1.82.933.3.4 給進油缸功率計算根據以上的計算，可以得到給進油缸的功率：KW1027.860.286gyPQN????3.3.5 油泵滿負荷工作時所需要的功率根據上面的計算,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)。油泵滿負荷時所需功率是：(3—4)1260yPQN???式中: —額定壓力(N/cm 2) =800N/cm2P P—額定流量(L/min) =12L/minQ Q—機械效率 =0.91? 1?—容積效率 =0.712 214將上述參數(shù)代入式（3—4）中可以得到：8012.456.97yNKW???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3—1，本機選用 15 電機或柴油機，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度 （N/cm 2）巖 石 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)r 10000堅硬的石灰?guī)r、頁巖 12000黃鐵況、磁鐵礦 14000煤 2000表 3—2 電機功率選擇計算功率N（KW）轉速 r/min抗壓強度 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 2.30769154000 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 15.030416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n＝90～400r/min 比較適宜；采用金剛石鉆頭鉆進時，立軸轉速取n＝400～1000r/min 比較適宜。本機選用 120～600r/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 0.26～0.70m/s。卷筒纏繩速度為三種，見表 4—1 表 4—1 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、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 立軸的轉速根據機械傳動路線，立軸的轉速計算如下： 310124ZDn????Ⅰ檔 Ⅱ檔 Ⅲ檔 Ⅳ檔立軸轉速 r/min 120 240 350 600纏繩速度 m/s 0.26 0.61 0.70 —17式中: —立軸的第一檔轉速(r/min) n?—電機轉速(r/min) n=1460r/min—主動皮帶輪直徑(mm) D1=160mm1D—大皮帶輪直徑(mm) D2=355mm2Z1—Z11 傳動鏈中各齒輪的齒數(shù),Z 1=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40Z10=20,Z11=39故 r/min60590145.61034n??????第二檔、第三檔和第四檔轉速分別計算如下：第二檔： Ⅱ = 510126ZD式中:Z 5=28,Z6=31故 Ⅱ = r/minn60814245.035139????第三檔： Ⅲ = 1024ZD內式中: Z 4 內 =24故 Ⅲ = =351.5≈350r/minn1605439?第四檔： Ⅳ = 7810126ZD?內式中: Z 7=46,Z8=21,Z6 內 =21故 Ⅳ =n05421409.1/min313r???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:18m/s3913112424( )60ZDn?????式中: mm048..Dd?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 (計算從略)2.83.7??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。1U23U19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 6—1。表 5—1 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)120 30% 3000240 30% 3000350 20% 2000600 20% 20003.本設計零件的強度和壽命計算方法和數(shù)據是按《機械設計手冊》 （化學工業(yè)出版社）計算的。205.2 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 6—2。表 5—2 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..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Ⅲ軸上的 Z3、Z 4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⑴初步計算①計算轉矩 3TN?mm663313.989.5109.50256.7Pn?????21②齒寬系數(shù) 查閱相關手冊，取 =0.4d?③接觸疲勞極限 查閱相關手冊，Z 3、Z 4兩齒輪的接觸疲勞極限分別為： =1080MPa =970MPalim3H?limH?④初步計算的許用接觸應力[ ]≈ MPali30.90.91872??[ ]≈ =873MPa4Hlim4..H⑤ 值 查閱相關資料，取 =88dAdA⑥初步計算小齒輪直徑 3mm33322(1)785.4(1)7.56[]09.dHTu?????????取 =73mm3⑦初步齒寬 mm 取 =30mmb30.4763.d???b⑵參數(shù)選取計算①圓周速度 vm/s3.15.2.036060n??②使用系數(shù) 查閱相關資料，取 =1.25AKAK③動載系數(shù) 查閱相關資料，取 =1.15v v④齒間載荷分配系數(shù) H?由相關資料，先求小齒輪切向力 tF22N325169.84.7tTFd???然后有 N/mm...50AtKb:>100N/mm同時 34()()Zz?????查閱相關資料得 ， 30.8??40.17?故 =19×0.038+40×0.017=1.40?從而可以得到重合度系數(shù) z?41.40.933Z?????由此可得 22.60.HK??⑤齒向載荷分布系數(shù) ?查閱相關資料得到：233[10.6()]10HbKABCbd? ????:23.7[.()].607??=1.81⑥載荷系數(shù) K23AvHK???:=1.25×1.15×1.16×1.81=3.02⑦載荷系數(shù) 查閱相關資料，取 MPa1/2EZ189.EZ?⑧節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查閱相關資料，取 =2.5H H⑨接觸最小安全系數(shù) 查閱相關資料，取 =1.05limSlimS⑩總工作時間 按照要求 =10000hht ht應力循環(huán)次數(shù) 查閱相關資料，估計 10716MPa 時 PP＝P n×125%Pn—工作壓力（Pa）D—油缸內徑(m) D＝0.17(m) —缸體材料許用拉壓力p?bPS??47式中： ——為材料抗拉強度p?S——安全系數(shù) S=3.5～5，取 S=4故Pn=600×104(Pa)PP=600×104×150%=900×104（Pa）660170Pa3.5bpS????4901.5m2t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TXU－ 200 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： 69.20.354872FqLf N????摩式中：q —長度重量(N m); q=69.6N/mL—鉆桿長度 (m) L=200m; —摩擦系數(shù) =0.33f f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 148726.045N/cm.P???8.2.2 油缸直徑的計算48根據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。 24350.8cm.146PD????式中：D—油缸計算直徑(cm) D＝5.8cmP—油壓系統(tǒng)的調整壓力(N/cm 2) 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（JW—01）：是鉆機立軸產生回轉及往復運動部分。2．變速箱（JW—02）：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（JW—03）：是升降鉆具的部分。4．抱閘（JW—04）：是用來提升與停止鉆具在任何位置的部分。5．機架（JW—05）：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。6．操縱儀（JW—06）：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（JW01—05）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.變速箱（JW01—09）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(JW01 —07)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 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，在卷筒容繩側用螺釘將內齒圈頂出。1.4．制動閘(JW01 —14)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（JW01—01）見附錄 351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（JW01—15）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；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Ⅰ速回轉運動 120r/minD1→D 2→Z 1→Z 2→Z 3→Z 4→Z 10→Z 112.立軸的Ⅱ速回轉運動 240r/minD1→D 2→Z 1→Z 2→Z 5→Z 6→Z 10→Z 113.立軸的Ⅲ速回轉運動 350r/minD1→D 2→Z 1→Z 4（內齒）→Z 10→Z 114.立軸的Ⅳ速回轉運動 600r/minD1→D 2→Z 1→Z 2→Z 7→Z 8→Z 6（內齒）→Z 10→Z 115.絞車的低速回轉運動D1→D 2→Z 1→Z 2→Z 3→Z 4→Z 9→Z 12→Z 13→Z 14→Z 156.絞車的中速回轉運動D1→D 2→Z 1→Z 2→Z 5→Z 6→Z 9→Z 12→Z 13→Z 14→Z 157.絞車的高速回轉運動D1→D 2→Z 1→Z 4（內齒）→Z 9→Z 12→Z 13→Z 141→Z 158.立軸的給進運動52D3→D 4 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D3→D 4 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 2—3 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5310 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手輪 3，當壓力表中的指針逐漸上升到 0．5—1．0Mpa 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 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，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 9—1 規(guī)定按期進行更換。除表 9—1 規(guī)定外，其它轉動或滑動部分應根據使用情況予以潤滑。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）需要保證清潔無雜質，應使用 50℃時運動粘度為 17—23 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 YBC—12/80 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5~10mm 處停車。表 9—1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1、軸承間隙不合適2、軸承損環(huán)3、軸承無潤滑調整軸承蓋與軸承之間的間隙。更換軸承清洗軸承、換油液壓系統(tǒng)工作不正常1、油泵反轉2、進出油口接反3、液壓油粘度高4、油箱內油量不足5、濾油器堵塞6、油溫過高檢查電動機轉向，使之與箭頭方向一至檢查并更正更換符合規(guī)定的液壓油油箱加油清洗濾油器更換新油1.降低油溫，2.不要長時間超載運行。壓力不穩(wěn)1、調壓彈簧老化2、調壓錐閥與閥座接觸不好3、油液不清潔更換彈簧修研或更換閥座清洗滑閥并換油調壓失靈1、調壓彈簧斷裂或漏