轻型液压浅孔钻机设计【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 摘 要 瓦斯抽放钻机主要用于瓦斯抽放孔，探水孔，防水孔等，根据其用途可知该钻机属于坑道钻机。具有扭矩大、给进拔起力强等特点。适用于煤矿井下大直径瓦斯抽放钻孔、地质勘探孔或地表工程中的大直径近水平钻机的施工。钻机整体结构主要由泵站、动力头、机架、安装座、钻具等部分组成。液压泵站主要有防爆电机、齿轮泵、油箱和溢流阀、冷却器、过滤器、空气滤清器以及底架组成。泵站是钻机的动力源，电动机通过联轴器驱动齿轮泵旋转，经过分流阀，产生旋转油路和推进油路两路不同流量、压力的压力油，其压力分别由各油路上的溢流阀来调整，经高压 油管输送到动力头，回油经冷却器、精滤油器后流回油箱。动力头主要由液压马达、主轴，壳体锚固定在顶底板之间，调节杆可调整机架的安装角，即可满足钻孔的倾角要求。在压力油作用下液压马达驱动主轴旋转，再通过水辨轴给钻具传递运动和扭矩。机架主要由导轨架、液压缸、托板架、夹持器等组成。动力头安装在拖板架上，在压力油的作用下液压马达驱动齿轮旋转，并带着拖板架和动力头沿导轨架作直线往复运动，从而实现钻具的前进和后退。安装座主要由底架、立柱、整体报箍、横梁、上下支承座等组成。是支承、安装机架的装置。钻具包括钻杆和钻头，钻头选用 胎块式针状硬质合金钻头，适用于中硬及其以下地层的钻进，适用性广、寿命长、效率高。不同的钻头类型、唇面形状、胚体配方使钻头在各种类型的地层中始终保持优越的性能。 关键词： 瓦斯抽放钻机；液压缸；齿轮泵；针状硬质合金钻头 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 as to to of to or of by of by is of of on on to of by ok,of of to by so in of in of to by of so is CD to of so in of as 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 绪论 . 1 言 . 1 探机械概述 . 1 探机械的发展 . 1 探机械的类型 . 4 课题应解决的主要问题 . 5 型液压浅孔钻机的主要用途 . 5 题要解决的问题 . 5 型液压浅孔钻机的特点 . 5 2 轻型液压浅孔钻机 . 6 述 . 6 要用途及适用范围 . 6 用环境条件 . 6 全警示 . 6 3 轻型液压浅孔钻机的设计 . 8 型液压浅孔钻机的总体方案 . 8 知条件 . 8 压浅孔钻机方案的确定 . 8 动系统的基本计算 . 9 压马达、泵站以及电机的选择计算 .进液压缸的设计计算 . 15 压缸的设计计算步骤 . 15 压缸类型与安装方式 . 15 压缸性能参数的计算 . 16 压缸主要几何尺寸的计算 . 18 压缸结构参数的计算 . 19 压缸的联接计算 . 22 压缸强度和稳定性验算 . 26 压辅助元件的设计 . 30 箱容量计算 . 31 管 . 31 接头 . 33 滤器 . 34 却器 . 39 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 压控制阀的选用 . 40 压传动系统的安装、使用和维护 . 45 压装置的安装要求 . 45 压油箱的安装要求 . 45 压阀的安装要求 . 45 压辅件的安装要求 . 46 压元件的安装要求 . 46 压设备的维护 . 47 轨、动力头的设计 . 49 轨的设计 . 49 力头 . 50 机安装座的设计 . 50 柱普通钢的选用 . 51 柱的受力分析 . 51 斤顶的设计 . 52 4 钻机的安装 . 54 5 钻机的操作 . 55 结论 . 56 参考文献 . 57 翻译部分 . 58 英文原文 . 58 中文译文 . 64 致谢 70 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪 论 言 钻机： 在地质勘探中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。又称钻探机。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具 。 可用于钻取岩心 、 矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。 我国是产煤大国，煤炭也是我国最主要的能源，是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。 本轻型液压浅孔钻机主要应用于钻煤注水，也可用于煤矿井下其它工程钻孔。 探机械概论 探机械的发展 我国 在 11世纪就已形成较完善的冲击式钻探设备和技术。最早的回转式钻机于 19世纪后期 出现于瑞士，当时是靠人力驱动，后来才使用蒸汽机作动力。进入 20世纪，内燃机和电动机取代了蒸汽机。最早的钻探机为机械传动 ,结构比较简单 ,性能较差。自 20 世纪 50年代初发展为机械与液压相结合形式，变速档次增多，有部分参数实现仪表控制。自 70年代以后，为适应高速金刚石钻探，液压化程度提高，钻具的转数最快可达 1000 1500 转 /分，有的高达 2400 转 /分，钻探效率也大幅度提高。 钻机在我过发展主要在一下几个方面： (一 )地质岩心钻机方面 钻探工艺的创新和发展必将推进钻探机械的更新与发展，新的高水平的钻探机械的出现， 又必将促进钻探新工艺的推广和创新，二者是以钻探工艺为先导而又相辅相成的。随着我国 70年代金刚石绳索取心钻探技术的飞速发展，高速金刚石钻机为满足工艺上的需要在许多部门中向系列化发展。至峥目前为止，小口径岩心钻机仍以立轴式油压钻机为主体，以宽的转速范围 (档数最多达 12档 )、 大通径的立轴、自动 定心 油压卡盘等结构特点来满足多工艺钻探的要求。代表性的金刚石岩心立轴式钻机有地矿部 金部的 炭系统的 00 500 m 都形成了各有特色的系列产品。此外，其它部门 (核工业、水电、有色等 )也生产了一些不同型号的钻机。上述这类钻机不论其性能还是质量买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 都达到了较高的水平，其中有的钻机的性能指标已达到了当时国际水平。同时，有的探矿厂在现有钻机的基础上，又自行开发了横向派生产品，有的改成轻便型钻机，有的改成多功能钻机。为满足多工艺钻探的要求，长行程、动力头式的全液压钻机也进行了研制，如 多功能全浓压动力头钻机等。坑道钻机已研制成功的有 外，全液压钻石一 300型坑道钻机也已小批量生产。 （二）水文水井钻机方面 人类对地下水资源的需求量是越来越大，从而促进了水文水井钻机的迅猛发展。由结构简单、价格低廉的农用水井钻机到机械化程度高的全液压动力头式的水文水井钻机，由单一的冲击或回转钻机到多工艺空气钻进钻机，由适用于正循环钻进的钻机到适用于正反循环 (气举、泵吸、泵举 )钻机，由散装式钻机到车装钻机，由孔深 150m, 300m, 400m, 500m.,600 m 水文水井钻机到 1200m, 1500达 20 余种不同规格的钻机，其中大部分都已批量生产。具有代表性的机型有 :转盘式散装钻机己生产近 2600台，具有回转、冲击性能的种产品，其中 00 台。另外，还有红星型钻机、 全液压动力头钻机、 热钻机有 两种。 （三）工程地质和工程施工钻机 自 60年代我国自行设计了第一台 工程地质钻机开始，不论在规格品种、结构型式和具有的功能方面都有了长足的进展，并各有特色。具有回转。冲击、振动、静压等多功能的 已有 6种不同规格的产品，该机是机械动力头长行程钻机，有车装和拖挂式两种运载方式。这种机型是目前国内主力钻机，广泛用于工程地质勘察，其钻孔深度为 30m。同类型的钻机还有 : 了搬迁方便，以轻便为特点的 、 0外，还研制了钻深 50， 为了施工灌注桩钻孔，工程施工钻机从 80年 代异 军突起， 发展迅猛异常。初期为满星灌注桩施工的迫切需求，用岩心钻机、水文水井钻机改装的施工钻机有 及 发挥了重要作用。同时新设计出由几百 机械动力头式的 有回转、自动冲击井有自行机构的 型 冲 击反循环钻机，桩径 种潜孔钻机，转盘式的有 大桩径 3外，不同规格的 螺旋钻机和短螺旋钻机也批量生产，连续墙用钻机等也正在研制中。 钻探工艺的创新和发展必将推进钻探机械的更新与发展，新的高水平的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 钻探机械的出现，又必将促进钻探新工艺的推广和创新，二者是以钻探工艺为先导而又相辅相成的。随着我国 70年代金刚石绳索取心钻探技术的飞速发展，高速金刚石钻机为满足工艺上的需要在许多部门中向系列化发展。至峥目前为止，小口径岩心钻机仍以立轴式油压钻机为主体，以宽的转速心有占、真范围 (档数最多达 12档卜大通径的立轴、自动油压卡盘等结构特点来满足多工艺钻探的要求。代表性的金刚石岩心立轴式 钻机有地矿部 金部的 Y 炭系统的 00 m 到 1500 外，其它部门 (核工业、水电、有色等 )也生产了一些不同型号的钻机。上述这类钻机不论其性能还是质量都达到了较高的水平，其中有的钻机的性能指标已达到了当时国际水平。同时，有的探矿厂在现有钻机的基础上，又自行开发了横向派生产品，有的改成轻便型钻机，有的改成多功能钻机。为满足多工艺钻探的要求，长行程、动力头式的全液压钻机也进行了研制，如 动力头钻机等。坑道钻机已研制成功的有 外，全液压钻石一 300型坑道钻机也已小批量生产。 目前钻机的发展方向主要趋于全液压型钻机，这应该从国外液压钻机的发展谈起。国外全液压钻机是由 期以水文水井钻机、工程施工钻机居多，随之扩展到岩心钻机、工程地质钻机等领域。随着国外液压件的飞速发展，液压传动方式的优越性在工程机械中越来越得到充分地发挥，同样也受到了钻探机械的青睐。目前国外从岩心、水文水井、工程地质、工程施工、特种钻探工程等 钻探设备到坑探掘进设备几乎被全液压设备所取代，可谓之全液压钻机的时代。 我国全液压钻机也是从 目前为止，各部门研制的全液压钻机已达近 30台之多，其品种已涉及到各类钻机，有的已通过正式鉴定，但 正式批量生产的甚少。投入的人、材、物与取得的社会经济效益很不相称。虽然探矿界对全液压钻机的优越性并不怀疑，但就目前全液压钻机的发展现状，在近期还搞不搞，如何搞也存有异议，使全液压钻机的发展又处于低潮。为什么我国的全液压钻机发展缓慢跟不上时代的步伐，我认为是受多种因素制约，也是一个系统工程问题，现从 以下几方面进行分析： (一 )设计能力和水平 多年来，各研究所、院校、工厂的科技人员在研制各类全液压钻机的过程中积累了一定的经验，基本具备研制各类全液压钻机的能力。但在液压系统的设计，液压元件的选择和匹配，冷却、过滤、密封等的设计方面与国外全液压钻机相比显得设计粗糙，影响了全液压钻机的质量和水平 0在设计指导思想上过于追求高的机械化、自动化程度，不仅增加了设计难度，使其结构复杂 性 又增加了不可靠因素和成本，有些脱离国情，影响了推广使用。 (二 )液压元件的品种、规格、质量尚不能满足钻探工况的便用典求 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 我们研制的全液 压钻机功能基本上都能较好的完成钻探工艺要求，但其主要问题是整机可靠性差，钻机好用而不耐用，故障率令使用者望而生畏，使用中离不开“保健医生即造成故障率高的主要原因之一，就是液压元件选用不尽合理和液压元件本身内在质量不高。我国主要液压元件 (泵、马达、阀 )不仅品种规格少，而且质量未完全过关，寿命偏低。近几年从国外引进了液压件生产线，情况已有改观，但从总体讲尚不能满足钻机设计上的选择。在国外，设计者主要精力是放在液压系统的设计上，其元件可从世界各国选其性能质量优良的产品，不仅设计周期短，而且钻机可靠。在我国不具备此 条件，给设计者造成很大困难，设计者主要精力放在元件的反复选购上或自行设计、仿制元件上，有些喧宾夺主，其实际效果不佳。采用进口元件用在样机上是可行的，但要批量生产不符合国情。总之，由于液压件选择余地小，质量尚未完全过关，严重影响了全液压钻机的发展。 (三 )使用单位的操作、维修及技术，管理素质有待提高 全液压钻机与机械式钻机相比，其技术管理、操作、维修保养的水平相对地都要高。因此对钻探队的技术人员和工人的技术培训极待加强，以新工艺、新设备促进钻探队技术素质的提高，反之，又可促进新工艺、新设备的推广与发展，以形成 一个良性循环，使全液压钻机有推广使用的坚实基础。 (四 )价格高影响了推广使用 钻机成本高低是使用单位极为关注的，虽然全液压钻机优点突出，但由于我国液压件较贵，钻机为提高机械化程度又增加了辅助部件一，为了增加钻机的机动性采用车装式，另外，维修保养的成本也要有所增加，使全液压钻机价格更昂贵了。在目前勘探量不饱满，经费短缺的情况下，使用单位要购置这样的设备是有困难的。同时用户还有这样的疑虑，在国内劳动力如此低廉的情况卞，一台全液压钻机的价格可以购买数台半液压机械钻机，而一台全液压钻机未必能超过数台机械钻机创造的经 济效益，在讲究经济效益的今日，使用单位是不能不考虑的。 自 20世纪 80年代以后，在世界范围内钻探机的发展比较迅速。由于液压技术具有部件间的连接机动性强，操作集中省力，扭矩和转数变化范围大等特点，以及以上问题的逐步解决， 全液压钻机普遍得到研制与应用。为了适应各种钻探工艺参数的要求，能实现多工艺钻探的多功能钻探机已陆续问世，它可以用一台设备代替几种不同性能的设备使用。随着矿产开采深度的不断加大，新型深孔钻探机也不断出现，而且应用计算机进行控制，使 钻探 科学化成为现实。 探机械的类型 由于使用目的、工作 能力和施工场所的不同，钻机的分类也不同。按破碎岩石的方式可分为：回转式钻机、冲击式钻机和冲击回转式钻机等 ； 按钻探深度可分为 :地表取样机（ 2 50米）、浅孔钻机（ 50 300米）、中深孔钻机（ 300 600米）、深孔钻机（ 600 6000米）、超深孔钻机（ 6000 15000米） ； 根据用途可分为：岩心钻机、水文地质水井钻机、石油钻机等；按施工场地可分为地表钻机、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 坑道钻机、海底沉没式钻机等。 利用钻探机，自地表按一定角度 ， 沿一定轨迹 ,钻一定深度和直径的孔 ， 取出地层的有代表性岩心、矿心或岩屑，以达到探明地下地质和 矿产资源以及探索地球奥秘的目的。目前钻探机的钻进深度从 2 米到 15000米，其间分成若干档次。既能用于陆地 ,也用于江、河、湖、海，以至在月球上取样。它在人类生产和生活活动中，起着重要的作用。 课题应解决的主要问题 型液压浅孔钻机的主要用途 题要解决的问题 在上述几种主要用途的要求下，显然无论从钻机能力和结构各方面，都需要进一步改进和提高。如何满足其需要，又能达到体轻易迁、身小力大 、功能增加，是放在从事钻探设备研究和制造者面前的一项课题。 在地质勘探工作中，钻探工作发挥着重要的骨干作用。钻机是钻探工程技术的关键设备。钻机性能的优劣、质量的好坏、搬迁修理的难易等，都直接影响钻探生产。如果我们能把钻机设计中的某些因素与结构，进行认真的总结与整理，用来作为评价比较和设计各种型式钻机的参考，则是十分有益的。 题研究对象 轻型液压浅孔钻机的特点 构简单，使钻机的总重量降低，拆运方便； 轨组成的铁三角结构，使钻机结构轻便的同时 又能保证承受更大工作负载的能力； 型全液压钻机， 克服了传统电钻是出现的电机卡死烧毁、漏水漏电和易引起突发瓦斯事件的特点。 4. 本钻机由主机、操作台及泵站三部分组成，各部分之间通过胶管连接，主机部分由相互配合的立柱总成、托架总成及回转总成构成。 压缸推进、液压马达直接驱动，架柱高度为可调式，并且采用液压缸顶紧设计，技术先进，结构合理，动力强劲、钻孔速度快、操作安全可靠 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 轻型液压浅孔钻机 述 本轻型液压浅孔钻机（ 井下系列钻机的一种小型钻机。这种钻 机主要用于钻煤层注水孔，也可用于煤矿井下其它工程钻孔，比如排水、瓦斯和安装孔等。 轻型液压浅孔钻机采用液压传动，主要有泵站、动力头、油缸推进机架、立柱和操纵台等部分组成。这种坑道钻机具有体积小，重量轻，操作简便，解体性能好等特点。数分钟之内便可完成分解或组合，或便于搬迁，该机不仅占地面积小而且能适应各种不同工作环境的需要，所以即为适合煤矿井下使用。 要使用范围 本钻机适用于 煤质中硬或中硬以下的煤层。 用环境条件 1、 可在周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过煤矿安 全规程中所规定的 安全含量的矿井中使用。 2、 海拔高度小于 3m 3、 周围介质温度不超过 40 摄氏度、不低于 氏度。 4、 环境温度为 25 摄氏度时，周围空气湿度不大于 97。 5、 周围介质中无足以腐蚀和破坏绝缘的气体和导电尘埃。 全警示 1. 该产品必须取得矿用产品安全标志后方可下井使用。 2. 该产品的电控腔急接线腔的箱盖严禁在带电的情况下打开。该产品在箱盖的显著位置已标有“严禁带电开盖”的字样。 3. 用的隔离开关“ 禁带电离合。 4. 该产品的电路严禁乱拆乱调。 须配用 爆电机。 须配用符合防爆要求的高压胶管。 专业人员严禁随意调整。 面管内压力升高油管弹起造成人身伤害和财产买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 损失。 有异常，请立即停止操作，待故障排除后方可继续使用。 立即停机，排除故障并拭净及其表面残留的油渍；对泄露的油液仔细掩埋和清除后方可继续使用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 轻型 液压浅孔钻机设计 型液压浅孔钻机 总体方 案 知条件 钻孔深： 25m 钻孔速度： s 钻头转速： 270r/进行程： 1000杆直径： 330应岩石硬度： f 8 整机最大高度： 2740机做最小高度： 2220调整高度： 520 浅孔钻机总体传动方案的确定 总体方案如下图 3文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 液压泵站图 轻型 液压浅孔 钻机借 鉴了 280/150 架柱式液压回转钻机 ，它由主机、操作台及泵站三部分组成，各部分之间通过胶管连接，主机部分由相互配合的立柱总成、托架总成及回转总成构成。 创新点： 本 本钻机采用立柱式机体 主要优点： 1、 比类似产 品重量轻、钻孔速度快、精度高、定位准确、操作简便、维修费用极低。 2、 可以钻不同方位，不同角度的孔，适用于各种复杂的地理环境及工作面。 动系统的 基本 计算 1、钻压的计算 由有关资料可知，煤层的硬度介于 1 4 级之间，也即压入硬度在 0 1000于中软以下硬度的岩石，而本钻机按适 应岩石硬度为 f 8 的钻压来算，可实现钻机同时适应井上和井下的工作要求。 为实现对 8 级及以下岩层的钻进，应选择 胚块式针状硬质合金作为钻头上的切削具，钻头形状如图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 块针状硬质合金所承受的压力值为 P 2000N/块。次钻头上衔接有 5块合金，由钻压计算公式 C=P m 式中 =2000N/块 m=5 所以 C=P m=2000*5=10、 转 矩的计算 经多方的试验和研究 (见探矿工程学概论 )，在岩芯钻探中，钻机钻进功率为： d 1 2 3N = N + N + 钻进功率； 1N 空转钻杆柱的功率； 2N 克服由于传送钻压、钻杆柱弯曲并与孔壁接触而产生摩擦阻力时买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 增加的功率； 3N 钻头破碎岩石所需的功率 (包括钻头与孔底的摩擦功率 ) 1)0 69孔可用下式计算空转功率12n 3n 式中 n 钻杆柱的钻速， n=s L 钻杆柱长度， L=25m 1N=25 =)生摩擦因而增加的功率，可由下式计算： 2N=a C n 式中 a 经验系数，取 a=210 C 钻头上的轴向压力， C=10kn n 钻杆钻速， n=s 2N=210 10000 )关于钻头在孔底破碎岩石所需的功率3用下式计算： 3N=A 式中 破碎孔底单位面积消耗的功率 硬质合金和金刚石钻头钻进时 0 410 150 410 w/ 2m ，计算取 00 410 w/ 2m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 A 底孔破碎岩石的面积， A=14 2D =14 =m 代入数值计算得：3N=以 上计算可知， d 1 2 3N = N + N + N= 0 . 5 1 4 + 1 . 2 + 3 . 7 4 =钻机的钻速 =260n= 2 3 2 7 060=m 所以，钻机的转矩为： M= 93N m 压泵以及电机的选择计算 1、液压马达的选择 由前面计算的扭矩 ： M=193N m；钻机的工作转速 n=270r/s 选择液压马达的型号为： 量 V=160ml/速 ： 10r/r/大工作压力： 12大工作扭矩 ： 210N m 重量： 达的相关参数的计算： 将马达的钻速确定为 270 r/马达的理论流量 ：160 270 达 的实际流量： 达输入 功率：Q p - 3 64 4 . 0 8 1 0 1 0 1 060 达输出功率：文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 马达 总 效率： 达机械效率： 、液压缸的基本计算 1)液压缸内径的计算 液压缸的工作压力 应 F=C,式中 C 为钻压 计算取 ， F=10压缸内径： 23 . 5 7 1 0 式中 p 11入数值有 2 103 . 5 7 1 0 3 4 . 0 411D m m 根据机械设计手册液压缸缸筒内径系 列 (摘自 2348整成标准值： 40D 2)活塞杆直径 d 的计算 计算根据速度比的要求来计算活塞杆 直径 ， 1 式中 d 活塞杆直径 D 为液压缸内径 为速 度比 22221 2为活塞杆的缩入速度 1为活塞杆的伸出速度 计算取 ， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 代入数值计算： 0 . 5 6 4 0 2 2 . 4d m m 根据活塞杆外径尺寸系列圆 整成标准值 28d 3)液压缸的流量计算 液压缸的伸出速度也即钻机的钻进速度2=s 2Q A缸 缸式中 2液压缸的伸出速度 A 活塞无杆端面积，2 2 6 21 0 . 2 5 3 . 1 4 0 . 0 4 1 2 5 6 1 04A D m 缸液压缸的机械效率， 缸代入数值： 2Q A缸 缸61 . 4 1 2 5 6 1 00 . 9 81 . 7 9 / m i 4)泵的选择与计算 由上面在计算可知泵的输出流量 Q Q Q . 0 8 1 . 7 9M 缸4 5 / m 泵的输出功率： 中 Q 泵的出口流量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 代入数值：36 . 8 7 1 0 1 1 1 0608 .