毕业设计（论文）-25吨水平定向钻机推进机构设计.doc

25吨水平定向钻机推进机构设计25吨水平定向钻机推进机构设计250t单梁桥式起重机小车运行机构设计450t门式起重机金属结构设计JS750混凝土搅拌机结构设计PLC控制的翻转机械手的设计PLC控制的移置机械手的设计S11-M-10010-0.4型变压器的设计及制造工艺SYYZ792铜连铸连轧机（轧机部分）液压系统设计X5040升降台铣床数控改造（横向）ZL50轮式装载机工作装置及其液压系统设计安装支架的冲压工艺及模具设计背负式小型机动除草机设计步进电机驱动的小车电气控制系统设计侧边传动式深松旋耕机的设计茶籽含油量高光谱检测技术研究柴油机活塞的加工工艺及夹具设计车床拨叉加工工艺及夹具设计车载机顶盒硬盘固定架优化和散热分析搭扣冲压模具设计带机架的立式摆线针轮减速机的设计带式输送机自动张紧装置单相电子式预付费电度表的设计低压电动机软启动器的设计电极片多工位级进模设计蝶形螺母注塑模设计多 功 能 钻 机 的 钻 架 设 计仿形刨床液压系统设计封箱机设计盖帽垫片的冲压工艺及模具设计缸体气缸孔镗削动力头设计缸体曲轴孔与凸轮轴镗削动力头的设计钢筋调直机的设计高温高速摩擦磨损试验机设计刮板式脱壳机设计轨道式小型液压升降机机架和小车设计红薯丁切制机构设计红薯条切制机构的设计高压瓶盖注塑模具设计户用型太阳能水泵的设计机床手柄注塑模设计基于JN338的电动机转矩转速测量系统设计基于PLC的包装生产线计数分配环节控制系统设计基于PLC的材料分拣模型控制系统设计基于PLC的加热反应炉电气控制系统的设计基于PLC的食用油灌装生产线的电气控制设计基于PLC的四轴联动机械手控制系统设计基于PLC的污水处理电气控制系统设计基于PLC四自由度机械手基于单片机的电子秤的设计基于单片机的电子密码锁设计基于单片机的非接触式红外测温仪设计基于单片机的智力竞赛抢答器设计基于单片机的自动照明节能控制系统设计基于单片机控制的LED亮化设计基于浮子流量计单片机流量控制系统的设计矩形柱座双面倒角专用机床设计矩形柱座双面铣专用机床设计矿用固定式带式输送机的设计辣椒切碎机的设计离心式茶叶雨水叶脱水机设计犁刀变速齿轮箱体加工工艺及夹具设计立式离心式剥壳机设计立式推杆减速机的设计连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计连杆端面平行度自动检测仪的设计龙门动模式钢板模压机设计漏斗式热风干燥机的设计螺旋式榨油机设计密封垫罩的冷冲压模具设计棉花裸苗移栽机取苗机构设计与仿真棉花裸苗移栽机送苗机构设计与仿真棉花裸苗移栽机移栽机构设计与仿真灭火器外壳注塑模设计农用铺膜机设计平衡臂机械手设计普通车床的数控化改造设计汽车变速箱体加工工艺及夹具设计浅盒形件拉深工艺及模具设计曲轴加工工艺及夹具设计曲轴轴颈圆度自动检测仪的设计曲轴轴线同轴度自动检测仪的设计山茶采摘平台升降机构结构设计山区履带式喷雾机总体方案山楂采摘平台行走控制系统设计上前盖注塑模设计上下楼梯搬运器设计与仿真生物质秸秆切碎机设计手持式激光测距仪的设计手动机器人控制系统的设计手机外壳注塑模设计手推式草坪修剪机设计与仿真手推式割草机设计数控回转工作台设计双活塞浆体泵液力缸设计水稻育秧播种流水线控制系统水力切割除草试验台设计太阳能路灯的设计太阳能逆变设计太阳能蓄电池充放电器控制的设计太阳能最大功率跟踪系统的研究筒形件的冲压工艺及模具设计土豆清洗机的设计拖拉机液压提升实验台设计挖掘机液压系统的设计万能材料试验机设计微机控制硫化机卸胎装置设计卧式离心式剥壳机设计卧式推杆减速机的设计洗地吸干机设计小型便捷式除雪机的设计小型电动绞肉机的设计小型雕刻机结构设计小型扫雪机设计小型载货电动三轮车的设计新型潜污泵的设计压盖机设计烟草基质覆填镇压机设计烟机分烟包装机构液压系统设计烟支分离装置的设计液压控制的翻转机械手的设计液压控制的移置机械手的设计液压驱动油菜浅耕直播机设计液压升降机的设计液压站设计一种柴油机箱体加工工艺及夹具设计一种花生摘果机设计异型管接头模具设计易拉罐有偿回收器设计与仿真油杯的冷冲压模具设计圆锥滚筒式水稻种子清选机设计轧机钢板厚度液压自动控制系统设计轧机液压位置伺服系统设计与仿真直流电机驱动的小车电气控制系统设计智能搬运机器人设计中吨位叉车的总体结构设计中心孔打孔机设计轴流压缩机增速箱设计铸型输送机液压系统设计自动搬运机器人控制系统的设计自适应平衡调整系统的研制 摘 要：水平定向钻机是一种用于非开挖施工技术的施工机械，主要用于铺设多种地下公用设施(跨越道路铺设下水道、地下电缆和煤气管道、跨越建筑物铺设管道等)。本论文介绍了水平定向钻机的特点，穿越施工工艺介绍，目前国内外水平定向钻发展情况等方面。主要进行了钻机的推进机构设计，包括传动方式的选择，链条与轴的设计，还有液压缸的结构设计，也包括了一些重要零件如螺栓和键的强度校核和设计。 关键词：水平定向钻 ;板式链;槽轮;滚子链 Advancing Mechanism Design of 25 Tons of Dorizontal Directional DrillAbstract :Horizontal directional drilling machine is a method for trenchless construction technology of construction machinery, mainly used for the laying of a variety of underground utilities (across the road laying sewer, underground cable and the gas pipeline, The laying of the pipeline span buildings,etc). The characteristics of horizontal directional drill was introduced in this paper,and how construct through the earth ,also the development of orizontally diretionalt drilling and so on.In this thesis , For the main propulsion mechanism design of drilling rig ,the design of a chain and a shaft ,also Includes a number of important parts such as bolt and bonding strength and design. Key words: horizontally directional drilling ;flat wedge chain ;grooved wheel ;roller chain.1 前言 随着非开挖施工技术的推广应用，强烈迫使非开挖设备在整个工程机械设备中从无到有，所占比例愈来愈大。近年来，我国对非开挖施工技术非常重视，国内研究水平定向钻机的研制组正在不断的努力。基于如今的趋势，故本人以此题材作为毕业论文的研究对象，对25吨水平定线钻机推进机构进行设计。这次毕业设计是机械设计及其自动化专业中的一个十分重要的学习环节，是对机械方面的知识一次全面检查巩固和提高。本次毕业设计涉及到的知识面有：水平定向钻穿越施工工艺介绍，轴的设计，推进油缸结构设计，键和螺栓设计与分析等。通过这次毕业设计，使我对机械设计有了更多的了解，包括设计的思路和方法.同时也使得我的各方面能力得到提升。2 水平定向钻机概述2.1 水平定向钻机的研究背景与意义水平定向钻机是用于非开挖施工技术的一种施工机械，主要用于铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械，它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中。由于采用非开挖技术，在施工时不会影响施工地段的交通，同时也大大减小施工带来的噪音，既不破坏市容又提高了施工作业的环境，其优越的技术性能和广阔的市场前景得到了世界各国的极大重视。美国、德国和英国等国家投入了巨大的人力物力开展研究开发，并取得了重大突破。目前其发展趋势正朝着大型化和微型化、适应硬岩作业、自备式锚固系统、钻杆自动堆放与提取、超深度导向监控、应用范围广等特征发展。近几年水平定向钻穿越技术在世界各国及各个行业得到了广泛的应用，在环保和市政管网改扩建项目及大型管道穿越江河工程项目上更显出了其独特的优势，其工作过程是通过计算机控制进行导向和探测把产品管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。水平定向钻进设备，在一到二十年里也获得了飞速发展，成为发达国家中新兴的产业。应用前景广阔，因此对水平定向钻的研究意义十分重要。2.2 国内外水平定向钻机的发展特点我国水平定向钻进铺管领域有一下几大特点 ：（1）仍维持高速发展的势头。2008非开挖管线施工的产值和钻机的年增长率均达到47，虽不及2007的100和2006的53，但由于基数较大，其增加的绝对值(12亿元和200台)仍高于2006和2007。如此高的增长率仍遥遥领先于世界其它国家。（2）进口钻机继续减少，国产大中型钻机增长迅速。2008进口钻机无论从绝对数量还是从所占的比例来看继续减少，2008进口钻机37台，比2007的47台减少了21；进口钻机所占中国市场的份额已从2004年的10减少到5。这和国产钻机质量的提高和国产大、中型钻机数量的增加，特别是中型钻机的增加有直接的关系。2005年我国自己生产的大中型钻机已达292台，而2004年还不足100台。但在回拖力200t以上的特大型钻机仍依靠进口。（3）完成多项高风险条件下的施工项目。这些条件包括大口径、长距离施工；复杂的地层和苛刻地面条件。这些都不仅要求有足够能力的钻进设备、控向仪器等硬件设备，而且要求大批技术熟练、经验丰富的操作人员。1 国内外相关产品的发展特点国内有徐工的ZD1245/ZD1550/ZD2070/ZD25100系列水平定向钻机，ZD系列水平定向钻机在国内首次采用了电液比例控制技术、机电液一体化PLC控制技术、动力头闭式回路节能、防触电报警等多项先进技术。在钻杆自动装卸钻杆、自动锚固、自动润滑、自动钻进和回拖、触电保护等方面具有创新点，主要技术性能指标达到了国外同类产品的先进技术。目前国内技术最先进，自动化程度最高的钻机有中国地质科学院勘探技术研究所、连云港黄海机械厂、北京土行孙非挖技术有限公司生产的DDW80、DDW100、DDW200系列水平定向钻，中联重科、深圳钻通公司生产的ZT10，ZT12、ZT15、ZT20系列水平定向钻。国内钻机中目前以徐工的ZD系列水平定向钻机的配备为最好，该系列产品在国内首次采用了电液比例控制技术、机电液一体化PLC控制技术、动力头闭式回路节能、防触电报警等多项先进技术。2国外的Ditch Witch公司是世界上生产非开挖定向钻机较领先的公司，具有先进的控制技术和良好的通讯设备，技术性能先进、操作性能良好，目前生产的系列产品有JT520、JT920L、JT1729MI、JT4020MI、JT7020MI和广普型钻机JT2720AT、JT4020AT等中小型钻机。Ditch Witch的钻孔资料处理系统，可进行钻孔轨迹设计，进行相关钻孔数据的记录。其中Ditch Witch公司JT2720/JT2720M、JT4020/JT4020M型定向钻是其在我国销售的主导产品。VERMEER公司是世界上另一非开挖设备的著名生产厂家，其水平定向钻机从迷你型钻机到大型钻机有多种型号。美国凯斯公司是发展水平定向钻产业较晚的公司，产品有凯斯6010、凯斯6030等型号的新型定向钻，但生产的产品性能先进，尤其是在PLC控制，自动更换钻杆等方面有其独特的先进性和优越性，其中凯斯6030型定向钻是其在我国销售的主导产品。此外，还有德国的FLOWTEX、HUTTE公司，英国的POWERMOLE、STEVE VICK公司，瑞士的TER-RA公司，加拿大的UTILX公司和意大利的TECNIWELL公司等。目前国外水平定向钻机的产品大都具有以下几个技术特点：主轴驱动齿轮箱采用高强度钢体结构，传动扭矩大，性能可靠；全自动的钻杆装卸存取装置；大流量的泥浆供应系统和流量自动控制装置；先进的液压负载反馈，多种电气逻辑控制系统；高质量的PLC电子，电路系统确保长时间地工作可靠性；高强度整体式钻杆以及钻进和回拖钻具；快速锚固位装置；先进的电子导向发射和接收装置。 综合国外水平定向钻机的特点主要有： 1)中小型定向钻机多采用橡胶履带底盘，具有自行走功能，减小对人行道和草坪的损坏。带钻杆自动装卸装置，可方便地装卸钻杆，减轻操作者的劳动强度，提高工作效率，大型钻机带随车吊，便于吊装钻杆。 2)系列化程度高，从2T到600T，适合不同口径和长度，各类地层的施工；具有多种硬岩施工方法，如泥浆马达、顶部冲击、双管钻进，能进行软、硬岩层的施工，应用范围非常广。 3)液压系统采用电液比例控制技术，或负荷传感系统，液压元件采用了国际先进成熟的产品。 4)应用先进的PLC控制和电液比例控制技术，主要实现四个方面的自动控制功能：自动钻进，自动回拖、自动锚固，和行走时的无级变速控制和转向控制，自动化程度高。智能化和电气化程度很高 。此外应用先进的PLC控制和电液比例控制技术使得钻机的控制性能更为完善。 5)作业安全和舒适，具有驾驶室，具有无线 (或有线)导向控制系统、地下电缆与管道探测技术、防触电安全保护技术、远程控制紧急停机技术等安全措施，确保机器和人员的安全。 6)先进的钻进规划设计软件，如VERMEER公司的ATLAS BORE PLANNER软件和美国十方公司的DRILLSMART软件等，专为HDD(水平定向 钻进)施工而开发，可根据施工要求和资料，模拟生成设计施工路线和报告。强大的软件功能支持使得钻机的精度和可靠性得到很大提高。国内外同类技术及厂家比较表如表1表2下： 表1 技术参数Table.1 Technical parameters CASE6030 沟神JT2720 威猛 廊坊GPS10 徐工ZD1245D2440A 最大回拖/进 136/136 120/120 108/108 150/70 122/108 给力(KN)动力头最 5423 3660 5451 6000 4500 大扭矩(Nm)主轴最大 三速 215 260 80 210 转速(r/min)自动装卸钻杆 有 有 有 无 有 最大钻进长度(m)300 300 300 300 300自动锚固 有 有 有 无 有表2 国内外同类厂家比较表Table.2 Domestic and foreign similar factories comparison企 业 主要产品 目前的规模 特 点北京土行孙 DDW80、DDW100、 已形成系列化、 拖式自行走式公司 DDW150、DDW200 批量化，年产量已DDW250、DDW320 达160余台中联重科 KSD15、KSD25 已批量生产 自行走，动力系与主机两单元体，干湿两用，全负荷敏感控 制，英国技术，回拖 力1525吨海瑞克（德国） 回拖力100600吨 进口数台 成熟技术，底盘分模块式、拖式、履带式多种凯斯（美国） CASE6010、CASE6030 批量进口， 电子控制，自动化程CASE6060、CASE6080 年销量30台左右 度高，动力强劲，可 靠性高Ditch Witch JT920、JT1720 批量进口， 电子控制，自动化程 (美国) JT2720、JT4020 年销量30台左右 度最高，动力强劲， JT7020 可靠性高，钻岩技术先 进，注重人身保护2.3 水平定向钻机系统简介：各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻图1 钻机示意图Fig.1 Rig diagram 具及附助机具组成，它们的结构及功能介绍如下： (1) 钻机系统：是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，它由钻机主机、转盘等组成，钻机主机放置在钻机架上，用以完成钻进作业和回拖作业。 (2) 动力系统：由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力，发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。 (3) 控向系统：控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的位置和其它参数，引导钻头正确钻进的方向性工具，由于有该系统的控制，钻头才能按设计曲线钻进，现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。 (4) 泥浆系统：泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。(5) 钻具及辅助机具：是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。钻具主要有适合各种地质的钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等机具。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。2.4 水平定向钻穿越施工工艺介绍2.4.1 水平定向钻穿越施工工艺 使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。 （1）钻导向孔: 要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置。钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。 （2）预扩孔和回拖产品管线：一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。 在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.31.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。2.4.2 水平定向钻施工的特点 （1）定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，医院，学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。 （2）现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。 （3）城市管网埋深一般达到三米以下，穿越河流时，一般埋深在河床下 918米，所以采用水平定向钻机穿越，对周围环境没有影响，不破坏地貌和环境，适应环保的各项要求。 （4）采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。 （5）与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低，施工速度快。 （6）大型河流穿越时，由于管线埋在地层以下918mm，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，所以起到自然防腐和保温的功用，可以保证管线运行时间更长。2.5 水平定向钻机在国内的应用2.5.1 交通运输我国交通运输业在“九五”期间投资力度比较大，其中公路建设8110亿元，铁路建设2500亿元，高等级公路和高速铁路建设任务繁重。高速铁路建设也在紧锣密鼓地进行规划实施，如北京到上海的京沪高速铁路已完成规划，总投资超过1300亿元，拟采用高架形式，则可以想像其桩基工作量。水平定向钻机因其施工速度快、成孔质量高、环境污染小、操作灵活方便、安全及适用性强等诸多优势，已成为发达国家钻孔灌注桩施工主要成孔设备。在这一背景下，这些高等级公路建设及高速铁路建设必将持续拉动市场对水平定向钻机的需求。2.5.2 水利水电建设 水利水电建设是我国“十五”期间投资的重点。重点是防洪、抗旱和综合利用，对全国七大水系进行综合治理，对湖泊、渠道进行清淤等。由于我国蕴藏着丰富的水电资源，为开发应用这种清洁的能源，国家现已开始大量投资建设的各类电站，每年新增装机350400万KW，每年土石方工程量1亿立方米，混凝土量约1000万立方米。水电建设相应带来系列的配套建设，如输电线路等，这些工程为水平定向钻机带来了新的市场机会。2.5.3 建筑业 建筑业已被列为国民经济发展的四大支柱产业之一，而且施工的机械化水平日益提高，已成为世界是建筑机械最大的市场，到2010年，建筑面积平均每年将达到5亿多平方米。另外，奥运工程、城市改造工程等都需要大量的桩基，建筑超高，基础工程量越大，并且这些在城市施工的桩基工程，都有严格的环保要求，对反循环钻机的使用会有限制，更拉动了水平定向钻机市场。2.5.4 国内市场及供方情况 目前国内水平定向钻机市场显得红火，产销两旺，进口钻机的势头依然强劲。进口钻机借其高技术含量和高可靠性受到国内一些大的基础公司的信赖，进口数量逐年增多。国外钻机技术先进、可靠性高是其占领高端市场的法宝，而其规范的市场运作和完整的产品系列也是其成功的有效的保证。国外的钻机公司进入中国市场后其规范的市场运作使国内的用户感到踏实，有利于培养自己忠实的用户群。国产钻机以其适用和较低价位抢占了一定量的国内用户。国产水平定向钻机厂经过几年的发展，前期性毛病大大减少，又占有地利优势，维修方便，使国内用户群体不断扩大。目前国内水平定向钻机生产厂家主要有：徐工RD系列，三一SYR220，北京经纬巨力、山河智能、天津宝峨公司、石家庄煤机公司、连云港黄海等。 有人相比于新加坡钻机市场后认为中国水平定向钻机的合理保有量应达到2000台套，每年新增需求量为100150台套。有消息说某民营公司计划一年生产100台水平定向钻机，另有一与铁路系统有关公司也准备进入这一机种的生产，计划年产50台。徐工集团也把水平定向钻机调整到实力强大的徐州工程机械制造厂进行生产，年内计划可能达到20台。其它公司如北京经纬巨力、山河智能、天津宝峨公司等也会扩大生产，为市场提供更多机器。3 水平定向钻机进给机构传动部分设计3.1 传动方式的选择在水平定向钻机中，动力头要求的行程为3200mm，即3.2m。传动距离较远。且要求钻杆回拖力为25吨。所以传递的力的需要是比较大的。 常用的机械传动有带传动、链传动，齿轮、蜗杆传动。其中链传动有如下特点： 链传动是一种具有中间绕性件的非共扼齿合传动，它兼有齿轮传动和带传动的一些特点，传动距离大，传递功率大，且能在温度高，湿度大等恶劣环境下工作。 根据上面的分析，选择链传动的方式是合理的。3.2 传动方案的选择3.2.1 板式链与槽轮组合方案及板式链与槽轮选择 尽管上面的分析确定了以链传动的方式，但是到底通过怎样的传动装置以及采用何种驱动呢？下面，进行了两种方案的设计和分析。下面的设计方案利用油缸进给的方式。如下图,图2所示。 采用液压油缸进给，因为是液压缸对滑轮的水平驱动，所以，四个滑轮都是槽轮，而不是有齿的链轮。因为没有啮合，链条直接在槽轮上拖动，所以链条选择板链。板式链与槽轮选择（1）板式链的选择采用的是板式链。板式链由链板用销轴连接而成，可以有多种组合形式。它广泛用于起重和牵引工况，有时又称起重链或拉拽链。目前，我国板式链标准采用GB/T 6074-1995，本标准规定了板式链的结构形式、技术要求、试验方法等，同时规定了端接头及槽轮的型式、尺寸。对于板式链的选择，主要是根据拉伸极限载荷来确定的。因为钻机的拽引力最大为25吨，即250KN。查标准有LH1688的拉伸极限载荷为338.1KN，以及LH2066的拉伸极限载荷为347KN，这两种板链比较合理。但是考虑到LH1688板数组合为88，而LH2066板数组合为66，结构上更加紧凑，所以选择了LH2066板式链。 图2 油缸推进 Fig.2 Oil cylinder propulsion（2）槽轮的结构尺寸与材料选择 根据我国板式链标准GB/T 6074-1995，它同时规定了和板式链相配套的端接头及槽轮的型式、尺寸。如下图，图3所示：图3 槽轮示意图Fig.3 Slot wheel schemes查标准，LH2066板链，节距P=31.75，D=5P=531.75=158.75mm (1)取D=160mm轮缘间宽b=1.0565=68.25mm b=70mm (2)=30.48mm轮缘直径D=D+=158.75+30.48+11.11=200.34mm (3)取 材料的选择：板链和槽轮的摩擦较大，有一定冲击载荷，工作环境较恶劣，容易造成槽轮表面磨损和点蚀等。所以槽轮要耐磨，耐热，有一定的强度。可以选择经过调制处理的45钢，或者40Cr.3.2.2 滚子链和滚轮组合方案及设计原理如下图：图4 马达驱动 Fig.4 Motor drive和液压驱动不同的是，此方案采用马达直接驱动链轮，此时链条选用的是比较常用的滚子链来和链轮啮合传动。用液压马达直接驱动滚轮，通过滚子链来传递25吨的拽引力。下面将展开对滚子链和滚轮的设计。设计滚子链传动时原始数据为：传动的功率p=50kw，转速为n=320r/min，传动比i=1。设计步骤：1)链轮齿数z1 、z2和传动比i小链轮齿数z1对链传动的平稳性和使用寿命有较大影响。齿数少，外廓尺寸小，但齿数过少，运动不均匀性加剧，动载荷和冲击加大；链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，铰链的磨损加剧；链传递的圆周力增大，加速了链条和链轮的损坏。齿数过多，将增大传动尺寸和质量，链条磨损后节距的伸长容易发生跳齿和脱链，同样会缩短链条的使用寿命。齿数的选取原则：（1）链传动速度高时，齿数多些；（2）为考虑磨损均匀，链轮齿数应取与链节数互为质数的奇数，并优先选用以下数列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。 如下表表3 齿数优先选用Table.3 Gear priority to choose速v(m/s) 0.63 38 8 25 齿数 17 21 25 35 钻机链速设为38m/s。（取整），且。 (4)所以取=212)确定计算功率Pca计算功率Pca是根据传递的功率P，并考虑到载荷性质和原动机的种类而确定，即 kW (5)-工作情况系数，查表，取=1.4求的 1.4 (6)3)初选中心距a0a小，传动结构紧凑，但a太小，链条总长太短，单位时间里每一链节参与啮合次数过多，加剧链的磨损和疲劳。a过大，承载好，但链条长，横向振动大。一般（张紧或托板），中心距不可调时，。 (7)取 (8)链节数Lp=96 (9) 4)节距和排数的确定 一定条件下，节距越大，链传动承载能力越强，但节距越大，链传动的多边形效应越严重，动载荷、冲击、振动越严重。因为钻机要求的拽引力较大，传递的功率大；取小节距的多排链，确定为双排链，此设计符合工作要求。 (10)-在特定条件下，单排链所能传递的功率-链传的计算功率-小链轮齿数系数-链长系数-多排链系数设计时先定传动的列数，查Kp=1.7=1.11 =0.99(11)求的=39KW由上式计算得P0由图9-13查得链号28A查表9-1得节距P。P=44.45mm5)验算链速 判断是否与假设符。V= (12)与原假设相符。6)确定实际中心距 (13) (14) =1667mm为保证松边有合适的垂度 若传动中心距可调，a取大值；若中心距不可调，a取小值。实际中心距 (15) (16) 7)链轮毂孔最大直径 当确定了链条节距和小链轮齿数后，链轮的结构和各部分尺寸已可定出（表），毂孔的最大直径dkmax也可定出，但dkmax不小于安装链轮处的轴径；若不能满足要求时，可采用特殊结构的链轮（如链轮轴）或重新选择链传动参数（增大z1或p）。查表得 8)计算压轴力Q (17)式中：Fe-链传递的有效圆周力，N； KQ-压轴力系数，对于水平传动，KQ=1.15；对于垂直传动KQ=1.05。 =1.15=288kN (18) 9)滚子链滚轮的结构链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已经标准化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸，选择材料和热处理方法。 链轮的基本参数是配用链条的节距p,套筒的最大外径，排距以及齿数z。链轮的主要尺寸及计算公式如下， 分度圆直径d= =44.45/sin(180/21)=298.5mm (19) 齿顶圆直径 =298.5+1.25=329mm (20) =298.5+(1-=314mm (21)分度圆弦齿高 =16.8mm (22) (23) =0.5(44.45-25.4)=9.52mm齿根圆直径=298.5-25.40=273.10mm (24)齿侧凸缘 为内链板高度,查表=42.24mm (25) =250mm (26)链轮毂孔最大需用直径 （由z和节距p查表） (27) 10)链轮材料的选择 对于不需要热处理的片式链轮，可采用Q235、Q345(16Mn)、或10、20钢制造。一般硬度在HBl40以下，适于中速、中等功率、较大的链轮加工。要求热处理的链轮一般选用 45钢、45钢锻造、45铸钢或4OCr钢加工，适用于受力较大重要场合与高强度链条配套的主、从动链轮的加工。铸铁链轮主要应用在精度要求不高或外形复杂的链轮，如环链轮等。 因为钻机工作时，链轮链条受力较大，强度高，所以选择常用的45钢为宜。如果强度要求更高，可以选择合金钢。3.3 确定选择方案采用板式链与槽轮组合方案有如下特点：1. 液压缸推进比较平稳，稳定性好。2. 动力头的行程和速度是液压缸活塞杆的两倍。从而使得动力头有足够的行程。3. 链条和槽轮没有啮合，链条选择了板式链，板链通过槽轮来传动。采用滚子链和滚轮组合方案运动不平稳，冲击大，噪音大。因此采用板式链与槽轮组合方案 74 轴的设计轴是组成机器的重要零件，主要用来支撑机器中做回转运动的零件（如带轮，链轮、齿轮、涡轮等），以实现传递运动和动力。4.1 轴的分类 按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴，这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。如下表，表4所示。图4 轴分类Table.4 Axis classification分类 结构简图 受载情况 转轴 同时承受弯矩和扭矩 心轴 只承受弯矩，不传递扭矩 传动轴 主要承受扭矩只承很小弯矩轴还可以按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可以分为光轴和阶梯轴两种。4.2 轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和提高抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45号钢，并通过正火或调质处理保证其机械性能。合金钢比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减少尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下的轴，常采用合金钢。必须指出，在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不使轴的弯曲或扭转刚度。4.3 轴设计方法设计轴的基本可要求是结构合理和具有足够的强度，不同机械对轴的工作有不同的要求。对于机械中的转轴，主要应满足强度和结构的要求；对于工作时不许有过大变形的轴（如机床主轴），则应主要满足刚度要求；对于高速运转轴（如高速磨床主轴和汽轮机主轴等），则应满足振动稳定性的要求，以免发生共振而破坏。4.4 槽轮轴的设计4.4.1 槽轮轴的形状与材料选择 臂架的剖面图如下图5 轴孔解剖图Fig.5 Anatomical diagrams. When 由臂架剖面图，根据轴形状的分类，只能采用光轴 得知轴只能采用光轴，因为阶梯轴没有足够的安装空间。而光轴，则从一侧敲进去，通过装有滚动轴承的滚轮，再从敲进另外一个轴孔。4.4.2 槽轮轴强度分析 设计之初，我采用了用套环、紧定套等来轴向定位。因为链条上的拽引力为25吨，通过滚轮(定滑轮)，作用在轴上的力有50吨。如果采用套环等来定位滚轮，因为套环主要是轴向定位，径向支撑轴的力很小。所以，轴受到很大的弯矩。下面对此进行分析。图6 采用套环等轴向定位滚轮的方式示意图Fig.6 Using casing ring etc axial orientation roller way schemes 对上面的设计方案，简化进行下面受力分析和轴的刚度计算。轴的受力图和轴弯矩受力图如下： 图7 轴受力简图 Fig.7 Axial force diagram 弯矩图如下：图8 轴弯矩受力图Fig.8 Shaft bending moment by trying to （28） (29)查表，45钢的弯曲疲劳极限为60MPa 轴和槽轮用滚子轴承配合，所以轴受到的扭矩较小，忽略不计。W为抗弯截面系数，实心轴抗弯截面系数W= 要满足弯曲强度，则d183mm.如果要采用这种方式，考虑到安全因素等，则轴径的大小要200mm左右。而200mm直径的轴相当大，会导致槽轮也必须比较大，因而不合理。 根据上面的分析，槽轮轴不能承受大的弯矩，为了使轴的直径不太大，而且必须满足弯曲强度，那么就必须减少或消除弯矩。所以，中联重科生产的钻机在臂架内焊接了导轨，焊接导轨起到支撑轴的作用，从而减少了轴的弯矩。使得周受到的弯矩分布更为均匀，成而满足设计要求。在臂架上焊接了支撑轴的导轨，这样，导轨消除了轴的弯曲应力。图9 焊接导轨支撑轴 Fig.9 Welding guide supporting shaft 在导轨的支撑下，轴的弯矩大大减少了，受力分析如图 图10 轴受力示意图Fig.10 Axial force diagram其中A,B为滚动轴承盖与焊接导轨相接处轴的位置。因为有导轨的支撑，M大大的减少了，轴基本上不会弯曲疲劳损坏。同时，因为槽轮通过滚动轴承与轴配合，所以，扭矩也比较小。因而，此轴的强度校核主要是在AB处危险截面处的剪切应力。轴径向受力分析如下图所示，链条拽引力对轴产生了50吨的径向力图11 链条槽轮受力分析Fig.11 Chain slot wheel stress analysis剪切强度条件为： (30)F为A，B两截面的剪切力，如下图图12 轴剪切力分析Fig.12 Axial shear force analysis 轴材料45钢的屈服极限为=80MPa,代入公式 ,考虑到安全系数等不确定因素，可以取轴的直径为100mm,满足剪切应力要求. 弯曲强度校核 通过焊接导轨的支撑,轴的弯矩大大减少,基本上只在槽轮与轴通过滚子轴承配合的那一段存在弯矩,这是因为跨度(L=104mm)小。下面进行估算。近似把轴承传递给轴的径向力平均分配在轴上，如上图。弯矩M= ，其中q= ,L=104mm (31) M=8666Pa (32) w-轴的抗弯截面系数，w= (33) (34) 所以，通过焊接导