GCPS—20型复合式多功能钻机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀设计 摘 要 20 型钻机是一种复合式多功能钻机，为适应我国深基础工程和连续墙以及水利工程、桥梁工程的发展与需要，结合大口径钻机灌注桩和地下连续墙施工的特点，为解决在复杂地层、硬岩中成孔而研制，特别卵石层、基石、漂石层能大幅度提高施工效率，在各种成孔方法中是比较经济有效的方法。 钻机是集回转、冲击钻进工艺于一体的多功能复合型钻机，用转盘回转钻进时可用于第四世纪覆盖层，冲击钻进时可用于卵石、灰岩、花岗岩等硬岩地层。 本钻机的特点是结构 简单，紧凑，而且各种操作手柄布置合理，操作简单，便于使用与维护。 关键词： 冲击钻进 变速箱 减速器 转盘 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is a of in to of to to to of in to to to in of of is a in is to at to in of to to to of at to of is a 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in to 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 I 1 章 绪 论 1 目的研究意 1 内外科技现状 1 计产品的用途和应用领域 1 第 2 章 钻机的总体设计 2 体布局设计 2 动系统 2 动系统 2 气系统 2 具系统 2 部件的功能 2 要设计参数 3 要性能特点 4 第 3 章 动力机确定 5 钻头钻进所需功率计算 5 钻机冲击钻进所需功率计算 7 第 4 章 带轮选择 9 第 5 章 变速箱的设计及计算 12 速箱的结构特点 12 构计算 12 步选定 12 定变速箱传动公比 12 弯曲强度确定齿轮模数 13 接触强度确定齿轮分度圆直径与中心距 14 宽的确定 15 轮齿数确定 16 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 算齿轮相关参数、确定齿轮 16 齿轮计算 17 步计算 17 何计算 17 轮校验 22 轮受力分析 22 轮传动齿面接触疲劳强度校核 22 轮传动齿根弯曲疲劳强度校核 25 速箱轴的计算 27 轴计算 27 轴计算 27 轴计算 28 的校验 28 转矩计算 28 上受力分析 29 支反力 29 弯矩和转矩图 30 定危险截面及安全系数校核计算 33 第 6 章 转盘的计算 36 盘输出转速 36 、小锥齿轮计算 36 步计算 36 何计算 37 齿轮齿面接触疲劳强度校验 42 算公式 42 用接触应力计算 43 面接触强度校核结果 44 根抗弯疲劳强度校核 44 算公式 44 根许用弯曲应力计算 45 根弯曲强度校核结果 46 盘轴结构计算 46 第 7 章 钻机其余部分零部件选择 48 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轴器的选用 48 速器齿轮安排 48 第 8 章 钻机的维护保养 51 机维护保养的重要性 51 护保养要求 51 要部件保养项目 52 盘 52 速箱 52 速器 52 、副卷扬机 52 龙头 52 具 53 击卷扬机 53 路系统 53 动链条 53 击钢丝绳 53 胎离合器 53 离合器 54 全操作注意事项 54 第 9 章 经济性分析 56 第 10 章 专题 水平定向钻机的结构探讨 58 结 论 64 致 谢 65 参考文献 66 附录 1 中文 （ 译文 ） 68 附录 2 英 文 （ 原文 ） 74 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 章 绪 论 目的研究意义 随着国家基本建设的投入持续增长 ,尤其是 像 京沪高速铁路、奥运场馆等一批国家重点项目的陆续启动 ,将 对工程钻机 技术 要求更高 、 钻机不仅要具有 高效性 、环保 性， 更要具有复合性。通常使用的工程钻机在工作时只有钻进，当遇到较为坚硬的岩石层，如卵石、灰岩、花岗岩等硬岩石地层，就不得不改变钻进方位，或另钻它孔，为解决此问题在老师的指导下我设计这台带有冲击钻的多功能复合型钻机，它可有效的解决上述问题。我相信这台钻机一定会有很广阔的市场前景 ! 内外的科 技现状 随着全球经济的高速发展 ,各类建筑和工程施工的数量激增 ,工程难度日益加大 ,质量要求越来越高 ,极大的推动了各类基础处理施工技术的发展 ,尤其是近 20 年来 ,由于建筑的大型化和高层化 ,各种处理范围广 ,效率高 ,污染少 ,成本低的深基础施工工法 ， 如大型旋挖桩、地下连续墙、各种锚固、高压旋喷、深层搅拌等已成为基础工程施工的重要手段。而现有国产基础施工设备效率低下 ,污染严重 ,不能适应新施工技术的要求 ,施工企业一直在大量进口该类设备。加大开发适合我国国情的新型基础工程施工钻机的力度 ,满足市场急需 ,替代进口 ,是该类设备 制造业的首要任务。 计产品的用途和应用领域 这台钻机设计为散装式转盘冲击、回转复合式多功能钻机，适用于基础工程和连续墙以及水利工程、钻凿高层建筑、桥梁、港口基础桩孔的钻进，也用于大口径水井及其他工程孔的钻，主要用于第四世纪地层及其卵石、灰岩、花岗岩、漂石层等硬岩地层。 主要应用于建筑工程、水利工程、桥梁工程、矿井钻进等领域。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 章 钻机的总体设计 总体布局设计 钻机由底座、传动装置、减速器（分动箱）、主副卷扬机、冲击卷扬机、转盘、钻塔、气动系统、电气系统、工具系统组成。 动系统 电机的动力经皮带传至变速器，变速器为一进三出结构，一路输出经齿轮传至主副卷扬机；一路输出至减速器，经由万向轴传至转盘，供回转钻进；一路输出经链轮传动冲击卷扬机，供冲击提升。 动系统 空压机输出压力气，由空气包至气控箱，分两路经操纵阀控制，传至冲击卷扬机两只气胎离合器，完成冲击提升及降落。 气系统 控制电机启动及关闭，为气动系统提供电源控制，为操纵箱提供控制系统。 具系统 游动滑车、水龙头、主动钻杆、孔内钻杆、加重块、刮刀钻头、垫叉组成回转钻进工具系统。游动滑 车、水龙头、孔内钻杆、冲击排渣管、冲击钻头、孔口导向工具、垫叉组成冲击钻进工具系统。 部件的功能 1 转盘 转盘用于驱动主动钻杆及钻具回转，转盘系一级圆锥齿轮传动机构，通过大锥齿、转台、大、小补心驱动钻杆工作。 2 减速器 减速器是进一步降低转速、提高扭矩而设计的，有两档变速，由双联滑动齿轮实行。 3 变速箱 变速箱为二轴一级变速箱，有三挡变速，由单、双联齿轮滑移实现变速。变速箱内有正、反转装置，由双向牙嵌离合器实现，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 器实现卷扬机离合。 4 主、付卷扬机 主、付卷扬机均为行星式卷扬机 ，靠制动行星轮来实现钻具的提升。 5 底座 底座由滑台、下座、油缸、孔口板组成，转盘、卷扬机组固定于滑台上，钻塔固定于下座上，油缸一端固定于滑台，另一端与孔口板相联，油缸用于滑台的后移和孔口板开合。 6 钻塔 钻塔用于悬挂游动滑车、水龙头和提升器等提升设备，结构形式为“ n”型，钻塔内设有导向槽和主动钻杆后置悬挂装置。导向槽用于水龙头导向，悬挂装置用于换接钻杆时主动钻杆不落地。钻塔起落由油缸完成。 主要设计参数 1. 冲击卷扬机 提升能力 （ 60 提升速度 （ m/s） . 冲击行程 (m) 4 3. 冲击次数 (1/ 6 14 4. 冲锤质量 ( 3000 5000 5. 主、副卷扬机 提升能力 (单绳 30 卷绳速度 (m) . 转盘转速 (r/ 13, 17, 21, 26, 42, 52 7. 主机动力型号 (功率 ) 55 1480 r/ 8. 钻塔额定负载 ( 180 9. 空压机型号 ( 排量，压力 ) 00 500 （ m /P） 10. 配备砂石泵型号（型号） 6180 3m /h) 或 8340 3m /h） 11. 外型尺寸 （长 X 宽 X 高） 100002. 重量 主机重量 （ t） 全套设备总重 （ t） 28 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 主要性能特点 这台钻机的主要性能特点是： 1. 钻机是集回转、冲击钻进工艺于一体的多功能复合型钻机，用转盘回转钻进时可用于第四世纪覆盖层，冲击钻进时可用于卵石、灰岩、 花岗岩等硬岩地层； 2. 最大钻孔直径为 2000 毫米； 3. 钻机为机械传动，机械、液压操动，操作方便、可靠； 4. 钻机转速范围广，有 6 档变速，适用于不同地层要求，利于提高钻进效率； 5. 整套设备安装在滑撬式底座上，对孔就位方便，机动性强 6. 液压操纵滑台平移让出孔口，孔口开阔，起下大直径钻具灵活、方便； 7. 钻塔上设有导向槽，有助于提高钻孔垂直度，降低超径系数。钻塔上有水龙头后置悬挂装置，主动钻杆不落地，减轻劳动强度，缩短辅助作业时间； 8. 主、付卷扬机均采用行星式卷扬机构，提生能力强，辅助水龙头后置悬挂装置，可实现塔上无人作业； 9. 钻进 可采用加重块加压（根据不同地层选用）； 10. 排渣方式为泵吸反循环，排屑效率高，减少孔底重复破碎，钻进速度快； 11. 整机尺寸设计合理，便于汽车运输及安装； 12. 动力为电机； 13. 经济耐用、性能可靠。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 章 动力机确定 根据现场需要，动力机的选择偏大些，加大储备系数，这样可以提高钻进效率。 按钻头所需功率计算 设电机输出实际功率为 N。 N。 中： 钻机所需功率 j（ 回转钻进所需功率 （ 效率 =y 油泵所需功率 （ 1+3 式中 : 井底破碎岩石、土层所需功率 （ 钻头与孔底摩擦所需功率 （ 回转钻杆所需功率 （ 1. 1+3的计算 3 0 6 0 0 0 0/4 3 Am 其中： 取 m=4 钻进时6 r/ 试取 h= 其值见表 3 A= 2 2 2 2( ) / 4 ( 1 0 0 0 ) / 4 7 8 5 0D d c m 2. N 2= f e n (R+r)/1944800 式中： f=0.5 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 e= R=200cm r=0. (当 nS ,该轴 H 截面是安全的。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 章 转 盘 的 计 算 转 盘 输 出 转 速 转盘输出转速（ r/: 13、 17、 21、 26、 42、 52 输入转盘转速 (r/ 65、 85、 105、 130、 210、 260 转盘用于驱动主动钻杆及钻具回转，转盘系一级圆锥齿轮传动机构，通过大锥齿、转台、大、小补心驱动钻杆工作。 大、小 锥 齿 轮 计 算 步计算 （ 1）按齿面接触强度计算 由设计公式 131 1951 得 式中 ： 载荷系数 K= 齿数比 u 5 转矩 ： 1 9 5 5 0 9 5 5 0 5 5 8 0 8 0 . 7 765 估算时的齿轮许用接触应力 22l i m 1300 / 1 1 8 2 /1 . 1m m N m 估算结果 31 21 . 5 8 0 8 0 . 7 71 9 5 1 2 3 4 . 4 45 1 1 8 2ed m m （ 2）按齿根抗 弯强度计算 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由式1322132 1 得： 式中 K 载荷系数 取 K= 复合齿形系数 取1Z 小齿轮齿数 1Z=18 齿轮许用弯曲应力 = 式中 抗弯强度600 2/N 抗弯强度的安全系数 P= 2600 3 3 3 . 3 3 /1 . 8 N m m计算 3 221 . 5 8 0 8 0 . 7 7 4 . 63 2 1 4 . 91 8 5 1 3 3 3 . 3 3em m m 取 6 3）齿轮齿数 1Z 1= 2 3 4 1 4 2 516 取 1Z=18 几何计算 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 1） 齿数 1Z=18 21Z u Z=5 18=90 （ 2） 分锥角 1=12Z = 21 9 0 1 1 . 3 7 8 . 7 （ 3） 大端模数 16em 4） 分度圆直径 1d= Z=16 18=288 d= Z=16 90=1440 5） 外锥距 112 = 6） 齿宽系数 取 R=0.3 b =d b=200 际齿宽系数 200 0 . 2 7 27 3 4 . 8 8R （ 7） 中点模数 m= =13.8 点分度圆直径 1 (1 =248.8 2(1 0 . 5 )=1244.2 mm 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 8） 切向变位系数 1 2 高变位系数 1x=0 2x=0 （ 9） 顶隙 ec c m 16 =3.2 (（ 10）大端齿顶高 11(1 ) 1 6x m 26 端齿根高11( 1 ) ( 1 0 . 2 0 ) 1 6 1 9 . 2c x m 2( 1 ) ( 1 0 . 2 0 ) 1 6 1 9 . 2c x m 齿高 h=(2 )=35.2 根角 111 9 . 2a r c t a n a r c t a n 1 . 4 9 77 3 4 . 8 8ff 221 9 . 2a r c t a n a r c t a n 1 . 4 9 77 3 4 . 8 8ff 齿顶角 1a=2f= 21= （ 11） 顶锥角 1 1 1 1 1 . 3 1 . 4 9 7 1 2 . 7 9 7 2 2 2 7 8 . 7 1 . 7 7 8 0 . 4 7 根锥角 1 1 1 1 1 . 3 1 . 4 9 7 9 . 8 0 3 2 2 2 7 8 . 7 1 . 4 9 7 7 7 . 2 0 3 （ 12） 大端齿顶圆直径 1 1 1 12 c o s 2 8 8 2 1 6 c o s 1 1 . 3 3 1 9 . 3 8a e ad d h m m 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 2 2 22 c o s 1 4 4 6 . 3 2a e ad d h 13） 冠顶距 21 1 1 1440s i n 1 6 s i n 1 1 . 3 7 1 6 . 8 722h m m m m 12 2 2 288s i n 1 6 s i n 7 8 . 7 1 2 8 . 3 222h m m m m （ 14）大端分度圆弧齿厚 1 1 12 t a n 1 6 2 0 t a n 2 0 0 2 5 . 1 222m x x m m 21 2 5 . 1 2es m s m m （ 15） 大端分度圆弦齿厚 2 2111 2212 5 . 1 21 2 5 . 1 2 1 2 5 . 1 26 6 2 8 8 222 221 2 5 . 1 26d （ 16） 当量齿数 11118 1 8 . 3 7c o s c o s 1 1 . 3 22290 4 6 3 . 3 9c o s c o s 7 8 . 7 当量齿轮分度圆直径 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22111 5 12 4 8 . 8 2 5 3 . 7 35d m 2221 5 2 5 3 . 7 3 6 3 4 3 . 2 5u d m m 当量齿轮顶圆直径 11 2 2 5 3 . 7 3 2 1 6 2 8 5 . 7 3v a v ad d h m m 22 2 6 3 4 3 . 2 5 2 1 6 6 3 7 5 . 2 5v a v ad d h m m 当量齿轮根圆直径 v b 1 1d c o s 2 0 ( 2 5 3 . 7 3 c o s 2 0 ) 2 3 8 . 4 3vd m m m m v b 2 2d c o s 2 0 ( 6 3 4 3 . 2 5 c o s 2 0 ) 5 9 6 0 . 7 1vd m m m m 当量齿轮传动中心距 1211 ( 2 5 3 . 7 3 6 3 4 3 . 2 5 ) 3 2 9 8 . 4 922v v va d d m m 当量齿轮基圆齿距 c o s 3 . 1 4 1 6 c o s 2 0 4 7 . 2 1v b mp m m m （ 17）啮合线长度 2 2 2 21 1 2 21 s i a v a v b v a v b v v tg d d d d a 2 2 2 21 1 2 21 2 8 5 . 7 3 2 3 8 . 4 3 6 3 7 5 . 2 5 5 9 6 0 . 7 1 3 2 9 8 . 4 9 s i n 2 02 v a v b v a v b = 18） 端面重合度 7 0 . 9 51 . 5 04 7 . 2 1 （ 19） 齿中部接触线长度 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 2 2 0 0 1 . 5 0 1 1 8 8 . 5 61 . 5 0m m 齿中部接触线的投影长度 1 8 8 . 5 6b m b ml l m m 锥齿轮齿面接触疲劳强度校核 计算公式 211A V H H B H E L S K H Pm b K K F u Z Z Z Z Z Zd l u 式中 中点分度圆上的切向力 112000 2 0 0 0 8 0 8 0 . 7 7 6 4 9 5 7 . 9 62 4 8 . 8t 使用系数 动载系数 由 7 级精度和中点节线速度 11 1 . 0 5 7 9 /6 0 1 0 0 0mm dn 取 齿向载荷分布系数 取 有效工作齿宽 端面载荷系数 / / 6 4 9 5 7 . 9 6 / 2 0 0 3 2 4 . 7 9 / 1 0 0 /t e tF b F b N N m m N m m 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取 1 节点区域系数 中点区域系数 2212121 1 2 2t a a v av b V v b d Z 式中 参数1F=2 2 2 1 . 5 2 1 1 . 0 4F 221t a n 2 022 8 5 . 7 3 6 3 7 5 . 2 5 1 . 0 4112 3 8 . 4 3 1 8 . 3 7 5 9 6 0 . 7 1 4 6 3 . 3 9 =Z 弹性系数 N/Z 螺旋角系数 直齿轮 Z=1 锥齿轮系数 载荷分配系数 计算接触应力 22 . 2 5 1 . 1 1 . 8 1 6 4 9 5 7 . 9 6 5 1 1 . 1 2 3 2 . 5 1 8 9 . 8 1 1 0 . 82 4 8 . 8 1 8 8 . 5 6 5H 21 0 4 4 N m m 许用接触应力 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 l i mm i N L V R X Z 式中 实验齿轮的接触疲劳极限 1300 2/N 寿命系数 润滑油影响系数 工作硬化系数 尺寸系数 最小安全系数 用接触应力值 21300 1 0 . 9 5 1 1 1 1 2 7 . 1 /1 . 1 m m 齿面接触强度校核结果 221 0 4 4 . 5 / 1 1 2 7 . 1 /H H PN m m N m m ； 通过。 齿根抗弯疲劳强度校核 计算公式 A V F F S K L S F K K F Y Y Y 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 式中 复合齿形系数 1 2 Y 重合度系数 0 . 2 5 0 . 7 5 / 0 . 2 5 0 . 7 5 / 1 . 5 2 0 . 7 4 锥齿轮系数 2 21 1 1 8 8 . 5 6 2 0 0114 4 2 0 0 1 8 8 . 5 6 = 载荷分配系数 2 1齿根弯曲应力计算值 21 2 . 2 5 1 . 0 5 1 . 8 6 4 9 5 7 . 9 64 . 8 0 . 7 5 1 1 3 6 0 . 3 /2 0 0 1 3 . 8F N m m 222114 . 83 6 0 . 3 3 6 1 . 8 /4 . 8 2 m 齿根许用弯曲应力 m i N T r e l T R r e l T Y 式中 齿根弯曲疲劳强度基本值 26 0 0 / m m 寿命系数 相对齿根圆角敏感系数 1 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 相对齿根表面状况系数 尺寸系数 121 最小安全系数 用弯曲应力值 2600 1 1 1 1 4 2 8 . 5 7 /1 . 4 m m 齿根弯曲强度校核结果 22123 6 0 . 3 / 4 2 8 . 5 7 /3 6 1 . 8 / 4 2 8 . 5 7 /F F PN m m N m mN m m N m m 齿轮安全，可用。 转 盘 轴 结 构 计 算 选择轴的材料为 45 钢，经调质处理，材料力学性能数据为： 抗拉强度为 650b M 屈服点 360s M 弯曲疲劳极限1 270M 扭转疲劳极限1 155M 许用静应力 1 260 M 许用疲劳应力 1 1 8 0 2 0 7 M P a 轴的最小直径为 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3m 式中 A 按 定的系数 取 A= 100 P 功率 P=55 KW 最小转速 5 r/计算得3m i n 551 1 0 1 0 4 . 0 465d m m 取最小轴径为 m 05d 的结构如图： 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 章 钻机其余部分零件的选择 联轴器的选择 减速器与转盘之间用万向节联轴器连接，由减速器输出的最小转速为65 / 传递的功率为 55算转矩为： m i 5 0 9 5 5 0 5 5 8 0 8 0 . 7 765 联轴器的计算功率： C n h a K K K K T 式中 联轴器转速系数 轴承寿命系数 335 10 联轴器的轴间角系数 K =1.5 载荷性质系数 算转矩 8 0 8 0 . 7 7 1 . 2 5 1 . 8 1 . 1 5 1 . 3 2 7 . 2 N m 查取 ， 选择联轴器为： 2 0 0 / 3 2 4 1 1 9 9 1 )S W P G J B T 型 （ 减速器齿轮安排 如表 1 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 齿数 模数 m 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 表 1 降速比： 1 3 5 1 8 23 4 4 2i 2 2 2 1 8 2 . 54 7 4 2i 输入转速为（ r/ 167、 261、 519 输出转速为（ r/ 65、 85、 105、 130、 210、 260 各轴转速为，如表 2 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 输入转速（ r/ 一 轴 二 轴 三 轴 传动比 转速（ r/ 传动比 转速（ r/ 167 167 85 5 261 261 195 130 05 519 519 390 260 315 210 表 2 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 章 钻机的维护与保养 钻机维护保养的重要性 钻机的使用寿命在很大程度上取决于对它的维护保养，钻机的使用者必须全面的了解钻机的各种结构、作用原理、安全操作、维护保养等各方面的知识，认真的做好维护保养工作，不但能够延长钻机的使用寿命还能防止不必要的机械故障，提高钻机的工作效率和经济效益。 维护保养的要求 1. 钻机各部表面和机台上，必须保清洁。 2. 对各轴承和摩擦副必须经常注意温升情况。轴承温升不大于 40 ，最高温升不大于 80 。如超过比值应停车检查。 3. 谁时注意各齿轮副和传动件的运转响声，发现异常声响应立即停车检查。 4. 随时观察钻机各部件的运转情况，如发现不正常的振动、晃动、位移等现象应及时检查处理。 5. 如发现漏油、漏气、非正常漏水、及紧固件松动等现象，应及时检查和消除。 6. 经常检查三角皮带及链条的松紧程度和破裂，检查各防护罩的牢固程度，避免发生以外事故。 7. 气路系统操作时，要观察气压表是否正常，如有异常现象，应立即修理。 8. 按润滑要 求及时进行润滑。 9. 在气温过低或过高时钻进，在复杂地层中钻进，可适当缩短期。 10. 钻机停止使用时，空压机及储气筒中空气应全部排空。 11. 本钻机用的润滑油、润滑脂如下： 变速箱、减速器和转盘： 120 号工业齿轮油（冬季用） 90 号工业齿轮油（夏季用） 其他部位润滑油： 润滑脂： 钙基润滑脂 空压机： 非溶剂性油 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 气动三联件： 20 号机油 主要部件保养项目 转盘 1. 经常检查转盘定位螺栓的松紧，确保转盘工作是稳定 2. 经常检查转盘内润滑油是否渗进泥等杂物，并及时清除。检查液面高底，保证正常润滑。 3. 定期检查推力轴承间隙大小，并加以调