目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 选题的意义 1
1.2 钻机概述 1
1.2.1 钻机的功用 1
1.2.2 对钻机的要求 1
1.2.3 钻机的组成 2
1.2.4 钻机的分类和名称 2
1.3 本设计主要内容 4
第2章 钻机的总体设计 5
2.1 本设计钻机的应用场合 5
2.2 设计方案的确定 5
2.2.1 本设计钻机的特点 5
2.2.2 总体设计方案的确定 6
2.3 钻机的技术特性和要求 6
第3章 动力机的确定 8
3.1 输出功率计算 8
3.2 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率 8
3.3 给进油缸所需功率的计算 10
3.3.1 给进油缸的基本参数 10
3.3.2 油缸工作压力的计算 10
3.3.3 油泵最大工作流量计算 11
3.3.4 给进油缸功率计算 11
3.3.5 油泵满负荷工作时所需要的功率 11
3.4 动力机功率的确定 12
第4章 机械传动系统设计 14
4.1 主要参数的选择 14
4.1.1 回转器 14
4.1.2 绞车 14
4.1.3 变速箱 14
4.2 机械传动系统初步计算 14
4.2.1 立轴的转速 14
4.2.2 绞车的缠绳速度 16
第5章 变速箱的设计与计算 17
5.1 变速箱的结构特点及设计要求 17
5.1.1 结构特点 17
5.1.2 设计要求 17
5.2 齿轮副的强度计算与校核 18
5.2.1 变速箱内各齿轮主要参数确定 18
5.2.2..主要齿轮副的强度设计计算与校核 18
5.3 轴的强度计算与校核 24
5.3.1 轴的强度计算 25
5.3.2 轴的强度验算校核 29
第6章 回转器 31
6.1 回转器的机构特点 31
6.2 零部件的强度与寿命计算 31
6.2.1 弧齿锥齿轮副的参数设计 31
6.2.2 计算齿面接触疲劳强度 32
第7章 绞车 36
7.1 绞车的结构特点 36
7.2 主要参数的选择 36
7.2.1 绞车性能参数 36
7.2.2 绞车卷筒转速和提升速度计算 37
7.3 绞车所需功率 38
7.4 绞车齿轮副强度简单校核 39
7.4.1 按接触疲劳强度校核 39
7.4.2 按弯曲疲劳强度校核 40
第8章 液压系统的设计与计算 42
8.1 液压卡盘的设计与计算 42
8.2 给进油缸的设计 45
8.2.1 钻杆摩擦力的计算 45
8.2.2 油缸直径的计算 45
第9章 使用说明 46
9.1 概述 46
9.2 钻机分组情况 46
9.3 结构特征与工作原理 46
9.3.1钻机结构 46
9.3.2 钻机的工作原理 48
9.4 操作程序 50
9.5 机器的保养与维护 51
9.6 故障原因及排除方法 53
9.7 钻机的安全注意事项 54
第10章 经济可行性分析 55
10.1 市场前景分析 55
10.2 经济效益分析 56
结论 57
致谢 58
参考文献 59
专题 60
附录1 69
附录2 78
附录3 89
附录4 90
附录5 91
摘要
随着我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业的发展，对各种钻探设备提出了更多的要求。钻机作为钻探设备的重要工具之一，在这些工程中起了举足轻重的作用。为了适应当前各种勘探工作和工程建设项目对浅孔钻机的要求，本设计任务在 TXU-150 型钻机的基础之上进行了一些改进，设计出了钻探深度为 200 米的液压钻机。设计中根据钻机使用的环境和场合，运用比较和参照的方法，借鉴同类型钻机的设计参数，通过比较分析，重点对变速箱重新进行设计计算。在此基础之上运用绿色设计的理念，对不影响钻机性能的环节进行了优化。最后，设计出的 200 米钻机理论上满足钻探深度为 200 米的设计要求，同时尽量节省了制造成本和生产时间。
关键字 地质勘探 钻机 变速箱
Abstract
With 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 绪 论
1.1 选题的意义
本设计选择了200米钻机的变速箱设计，主要原因是当前我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业正在逐渐完善，对各种钻探设备尤其是钻机提出了更多的要求。现在市场上流行的钻机中以钻探深度为百米左右的液压钻机为主，这些钻机在承担各种生产建设项目中起到了至关重要的作用。但是，我们通过调查和了解发现，随着生产建设项目的扩大，市场对上钻探深度为几百米的液压钻机的需求量正在逐步上涨，尤其是钻探深度为200左右的钻机，市场前景更加乐观。变速箱是钻机中最重要的部分之一，通过对钻机变速箱的设计改进，就解决了钻机设计制造中的关键环节。所以，选择200米液压钻机变速箱的设计不仅对钻机这个生产行业有着重要的经济意义，同时间接推动了我国国民经济的发展，意义十分重大。
1.2 钻机概述
1.2.1 钻机的功用
钻探是地质勘探工作的重要手段之一。钻机是实现该手段的主要设备。其基本功用是以机械动力带动钻头向地壳钻孔并采取岩矿心。钻机同时还是进行石油、天然气勘探及开采、水文水井钻探、工程地质钻探等工程的重要设备。
1.2.2 对钻机的要求
钻机的技术性能要保证在施工中能满足合理的工艺要求，以最优规程，达到预计的质量要求；维护保养简单容易；安装拆卸搬迁方便；利于快速钻进；钻进辅助时间短；钻孔施工周期短；体力劳动强度低等。概括起来说，是钻机要为多、快、好、省地完成钻探生产任务创造有利条件。
根据钻机的基本功用，对钻机具体要求如下：
1.通过回转钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适合钻进规程需要的转速及调节范围，以便有效地破碎岩石；
2.能通过钻具向钻头传递足够的轴心压力，并有相当的调整范围，使钻头有效地切入或压碎岩石；
3.能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进；
4.能完成升降钻具的工作，并能随着钻具重量的变化而改变提升速度，以充分利用动力机的功率和缩短辅助时间；
5.能变换钻进角度和按一定技术经济指标旧响应深度的直径的钻孔，以满足钻孔设计的要求和提高钻进效率。
1.2.3 钻机的组成
目前常用的钻机由如下各部分组成：
1.机械传动系统
将输入的动力变速并分配到回转、升降机构。对与液压钻机还要有驱动油泵，以使液压系统工作的装置。
2.液压传动系统
利用油泵输出的压力油驱动马达、油缸等液动机，以使立轴回转和控制给进机构、移动钻机、松紧卡盘等；
3.回转机构
回转钻具，以带动钻头破碎孔底岩石。
4.给进机构
调整破碎岩石所需要的轴心压力和控制给进速度。在出现孔内事故时，可以进行强力拔出。
5.升降机构
用于升降钻具（提取岩心和更换钻头）和进行起下套管等作业。
6.机架
支承上述各机构及系统，使之组装成一个整体，成为完整的机器。
1.2.4 钻机的分类和名称
随着钻探工程在国民经济各部门中的广泛应用，钻机类别和型号也在增多。为此将钻机实行科学分类和确定名称，对识别、评价和选择钻机是很有意义的。
1.分类
⑴按用途分类
按用途不同，可将现行广泛使用的钻机分为三大类，即地质勘探用岩心钻机；石油钻探用钻机；专用钻机（水文水井钻机、物探钻机、工程钻机等）；
⑵按钻机标准钻进孔深分类
根据不同孔深范围，将各种不同钻进孔深的钻机分成三类或四类。
按三类分见表1—1。
表1—1 (m）
类别 浅孔钻机 中深孔钻机 深孔钻机
Ⅰ
Ⅱ 10—300
10—300 300—800
300—800 800—1200
1000—2000
按四类分类见表1—2。
表1—2 （m）
浅孔钻机 次深孔钻机 中深孔钻机 深空钻机
10—150 200—400 500—800 900以上
⑶按原来地质总局设备管理分类
钻机可分为六类，即浅孔钻机、岩心钻机、石油钻机、水文水井钻机、汽车钻机和砂矿钻机；
⑷按装载方式分类
可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；
⑸按破碎岩石方式分类
可分为回转式、冲击式和冲击回转式；
⑹按回转机构型式分类
可分为立轴式、转盘式、动力头式；
⑺按进给机构分类
可以分为手轮（把）式、油压式、螺旋差动式、长油缸式、油马达—链轮式。
2.名称
钻机的名称是按照钻机综合特征及主要性能，以汉字拼音字母及数字编排成的代号来表示的。通常把这种代号称为型号，并以铭牌指示在钻机上。
国产钻机名称一般有三部分组成：
首部为用途类别和结构特征代号，用汉语拼音中的一个字母表示。如“X”是汉字“心”的拼音首字母，表示钻机用于岩心钻进。“U”是汉字“油”的首字母，表示给进机构类型属于油压式。
中部为主要性能参数代号，用钻机标准钻进深度数字表示。如标准钻进深度为200米的钻机，中部代号为200。
尾部为变型代号，可用汉语拼音字母中的一个字母或数字为代号。无尾部的是指首次产品。如是第二次修改后的产品，尾部代号为2。
1.3 本设计主要内容
1.设计题目：200米液压钻机变速箱的设计
主要技术参数：见表1—1
表1—1
钻探深度 200m
立轴转速 120、240、350、600r/min
开孔直径 89mm
终孔直径 60mm
钻机角度 0—360o
第2章 钻机的总体设计
2.1 本设计钻机的应用场合
200米型钻机主要用于钻探深度为200米的各种角度的放水孔、地质构造孔、灭火孔、抽放瓦斯孔及铁路、公路、桥梁、隧道、国防建设、工业民用建设、农田打井及地质勘探、工程爆破以及其它用途的各种工程孔。
该机可用于不同硬度的岩石中钻探任何角度的钻孔，而在煤层、软岩层、硬岩层中钻孔和农田打井时效率为最高。整个机组由两部分组成，即200米钻机、TBW—150/3.0泥浆泵。钻机冲洗液为泥浆或清水。在地面钻探不需要使用钻塔，只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。
本200米钻机配备动力为电动或柴油机，适用于井上、井下或野外没有电源的场地作业。
川公网安备: 51019002004831号