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GCD2500钻机机械传动系统设计.doc

GCD2500钻机机械传动系统设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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任务129-GCD2500钻机机械传动系统设计（最终）

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GCD2500工程钻机传动示意图.dwg

GCD2500钻机机械传动系统.dwg

减速箱卷扬机端输出轴-A2.dwg

减速箱四杆机构端输出轴-A1.dwg

卷扬离合齿轮-A2.dwg

四杆机构离合齿轮-A2.dwg

输入齿轮轴-A1.dwg

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关键词：: gcd2500 钻机机械传动系统设计全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

GDC2500工程钻机是为适应深基础工程和地下连续墙以及水利工程、桥梁工程的需要，结合CZ系列四连杆冲击机和DCF2500同步卷扬双钢丝绳冲击钻机的优点而研制的，该机组具有钻进地面广、操作工艺简单、连续排渣等优点。适用于土层、卵砾石层、飘石层、基岩等复杂地层的基础工程施工。

这台钻机是集回转、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。

本课题主要针对GDC2500工程钻机机械传动系统进行设计，首先对目前冲击钻机设计的国内外发展状况进行分析，接着制定传动方案，再按照方案对各个零件进行设计并校核强度，最后完成机械传动系统的装配设计。

关键字：工程钻机传动系统设计强度校核

Abstract

GDC2500 engineering drilling rig is to meet the needs of deep foundation engineering and underground continuous wall and water conservancy, bridge engineering, combined with the CZ series of four-bar linkage shock machine and DCF2500 synchronous dual advantages of wire rope hoist impact rig was developed, which has a drilling unit wide ground, simple technology, continuous slag and so on. Applicable to the infrastructure construction of soil, gravel, floating rock, rock and other complex formation.

This rig is a rotary impact drilling technology multifunctional complex rig when drilling with rotary dial can be used to overlay the fourth century, when the impact of drilling can be used for gravel, limestone, granite and other hard rock formations .

The main topic for GDC2500 Rig mechanical transmission design, the first impact on the current development of domestic and international rig designed to analyze, and then develop the transmission program, and then follow the program designed to check the strength of the various parts and finalize mechanical transmission the assembly design.

Keywords: engineering design strength check rig Transmission

摘要1

Abstract2

第1章绪论5

1.1选题背景及意义5

1.2 课题国内外研究现状6

1.3 设计内容9

第2章钻机概述10

2.1钻机的功用10

2.2对钻机的要求10

2.3 钻机的组成10

2.4 钻机的分类11

第3章钻机的总体设计12

3.1 本设计钻机的应用场合13

3.2设计方案的确定13

3.2.1 本设计钻机的特点13

3.2.2 总体设计方案的确定13

3.3 钻机的技术特性和要求14

第4章机械传动系统设计16

4.1 主要参数的选择16

4.2 机械传动系统初步计算16

4.2.1电机的选择16

4.2.2 各级动力参数的分配与计算16

4.2.3运动和动力参数的计算17

4.3 V带传动设计19

4.3.1选定带型19

4.3.2 确定带轮基准直径，并验算带速19

4.3.3 确定带长和中心矩a19

4.3.4 验算小带轮包角20

4.3.5 确定带的根数20

4.3.6单根V带预紧力20

4.4 齿轮副的强度计算与校核20

4.4.1离合器齿轮组的设计20

4.4.2卷扬机齿轮组的设计25

4.4.3 四连杆机构齿轮组的设计26

4.5 轴的强度计算与校核26

4.5.1轴I设计26

4.5.2 轴II设计27

4.5.3 轴III设计28

4.6 卷扬机构的设计28

4.6.1钢丝绳的选用29

4.6.2 卷扬机主副卷筒的设计29

4.7其他附件的选用与校核31

4.7.1轴承的选用与校核31

4.7.2键的选择和校核32

4.7.3联轴器的选择和校核33

第5章可行性及经济成本分析34

5.1 可行性分析34

5.1.1设计可行性分析34

5.1.2 市场可行性分析34

5.2 经济性分析34

结论36

致谢37

参考文献38

附录：英文文献翻译39

外文文献英文原文43

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第1章绪论

1.1选题背景及意义

最近几年来，随着一批大型工程相继开工和我国基础工程行业的投资不断加大，推动了我国基础工程施工行业的发展。各类建筑和工程施工的数量和工程难度日益加大，质量要求也越来越高，尤其是人们环保意识的不断提高，对施工环保要求也越来越高。传统的冲击、回转、反循环钻等灌注桩成孔工艺因其效率低下，污染严重，已经不能适应新施工技术的要求。

钻机则以其优于其它同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。目前我国处于一个大发展时期，正在进行大规模城市化建设及大量基础设施建设，据国家统计局的统计资料显示，我国目前共有城市660余个，其中人口在100万以上的大城市有170余个。随着国民经济的发展，城市化进程还将加快，老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加，按每个城市平均仅占据2～3台的市场需求量来保守地估算，钻机在国内的总量近几年即可达到2000台以上，为我国钻机行业带来了非常好的市场机遇。而这仅仅才是城市化带来的市场空间。但现在的情况是，进口产品大量涌入我国市场，而我国同类产品的开发尚处于初始阶段，因此要在消化吸收国外同类产品的技术基础上，结合中国国情，在业已取得的开发成果基础上，尽快将产品系列化，以达到替代进口产品、加速设备更新换代的目的，并为该产品早日打入国际市场打下坚实的基础。

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内容简介：: GCD2500钻机机械传动系统设计摘要GDC2500工程钻机是为适应深基础工程和地下连续墙以及水利工程、桥梁工程的需要，结合CZ系列四连杆冲击机和DCF2500同步卷扬双钢丝绳冲击钻机的优点而研制的，该机组具有钻进地面广、操作工艺简单、连续排渣等优点。适用于土层、卵砾石层、飘石层、基岩等复杂地层的基础工程施工。这台钻机是集回转、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。本课题主要针对GDC2500工程钻机机械传动系统进行设计，首先对目前冲击钻机设计的国内外发展状况进行分析，接着制定传动方案，再按照方案对各个零件进行设计并校核强度，最后完成机械传动系统的装配设计。关键字：工程钻机传动系统设计强度校核AbstractGDC2500 engineering drilling rig is to meet the needs of deep foundation engineering and underground continuous wall and water conservancy, bridge engineering, combined with the CZ series of four-bar linkage shock machine and DCF2500 synchronous dual advantages of wire rope hoist impact rig was developed, which has a drilling unit wide ground, simple technology, continuous slag and so on. Applicable to the infrastructure construction of soil, gravel, floating rock, rock and other complex formation.This rig is a rotary impact drilling technology multifunctional complex rig when drilling with rotary dial can be used to overlay the fourth century, when the impact of drilling can be used for gravel, limestone, granite and other hard rock formations .The main topic for GDC2500 Rig mechanical transmission design, the first impact on the current development of domestic and international rig designed to analyze, and then develop the transmission program, and then follow the program designed to check the strength of the various parts and finalize mechanical transmission the assembly design.Keywords: engineering design strength check rig Transmission目录摘要1Abstract2第1章绪论51.1选题背景及意义51.2 课题国内外研究现状61.3 设计内容9第2章钻机概述102.1钻机的功用102.2对钻机的要求102.3 钻机的组成102.4 钻机的分类11第3章钻机的总体设计123.1 本设计钻机的应用场合133.2设计方案的确定133.2.1 本设计钻机的特点133.2.2 总体设计方案的确定133.3 钻机的技术特性和要求14第4章机械传动系统设计164.1 主要参数的选择164.2 机械传动系统初步计算164.2.1电机的选择164.2.2 各级动力参数的分配与计算164.2.3运动和动力参数的计算174.3 V带传动设计194.3.1选定带型194.3.2 确定带轮基准直径，并验算带速194.3.3 确定带长和中心矩a194.3.4 验算小带轮包角204.3.5 确定带的根数204.3.6单根V带预紧力204.4 齿轮副的强度计算与校核204.4.1离合器齿轮组的设计204.4.2卷扬机齿轮组的设计254.4.3 四连杆机构齿轮组的设计264.5 轴的强度计算与校核264.5.1轴I设计264.5.2 轴II设计274.5.3 轴III设计284.6 卷扬机构的设计284.6.1钢丝绳的选用294.6.2 卷扬机主副卷筒的设计294.7其他附件的选用与校核314.7.1轴承的选用与校核314.7.2键的选择和校核324.7.3联轴器的选择和校核33第5章可行性及经济成本分析345.1 可行性分析345.1.1设计可行性分析345.1.2 市场可行性分析345.2 经济性分析34结论36致谢37参考文献38附录：英文文献翻译39外文文献英文原文43第1章绪论1.1选题背景及意义最近几年来，随着一批大型工程相继开工和我国基础工程行业的投资不断加大，推动了我国基础工程施工行业的发展。各类建筑和工程施工的数量和工程难度日益加大，质量要求也越来越高，尤其是人们环保意识的不断提高，对施工环保要求也越来越高。传统的冲击、回转、反循环钻等灌注桩成孔工艺因其效率低下，污染严重，已经不能适应新施工技术的要求。钻机则以其优于其它同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。目前我国处于一个大发展时期，正在进行大规模城市化建设及大量基础设施建设，据国家统计局的统计资料显示，我国目前共有城市660余个，其中人口在100万以上的大城市有170余个。随着国民经济的发展，城市化进程还将加快，老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加，按每个城市平均仅占据23台的市场需求量来保守地估算，钻机在国内的总量近几年即可达到2000台以上，为我国钻机行业带来了非常好的市场机遇。而这仅仅才是城市化带来的市场空间。但现在的情况是，进口产品大量涌入我国市场，而我国同类产品的开发尚处于初始阶段，因此要在消化吸收国外同类产品的技术基础上，结合中国国情，在业已取得的开发成果基础上，尽快将产品系列化，以达到替代进口产品、加速设备更新换代的目的，并为该产品早日打入国际市场打下坚实的基础。本文首先对钻机进行介绍概述，由于钻机在前进和工作中需要受到各方面的阻力，因此钻机的总牵引力应该大于在各种状态下所受的各种阻力的总和，同时在爬坡时其牵引力还必须小于履带与地面之间的附着力，以避免其打滑。钻机在前进和爬坡时的速度经过验算，符合牵引力的要求，能用于实际中。然后在钻机底盘的结构设计中，根据钻机参数，选择和设计各个零部件。其中四轮一带（驱动轮、导向轮、支重轮、拖链轮、履带）在我国市场上已经有部分标准化，因此可根据打桩机型号和参数进行选择。最后，借组计算机辅助工程技术对装置进行UG三维建模，为进一步优化设计提供了分析数据和结论通过毕业设计，不仅培养了我们正确的设计思想，也同时让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，锻炼了我们灵活综合运用知识的能力。通过对它的设计计算，我了解了履带行走装置的工作原理、传动系统方案和常用机械零部件件的选用设计等等。借助计算机辅助技术的研究方法和研究结果可以作为以后工程上研制类似结构的参考。1.2 课题国内外研究现状（1）国外研究现状钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，欧洲的钻机首先是意大利土力公司从美国引入安装在载重汽车上和履带式起重机上的钻机，但这种钻机的动力头是固定式的，而且不能自行设置套管且难以适应硬质土层。1960年德国维尔特和盖尔茨盖特公司同时开发了可动式动力头，之后德国宝峨公司于1975年研制了配有伸缩钻杆的BG7型钻机。该钻机不仅易于配套摇管装置和直接从底盘提供动力，而且其可锁式钻杆能可靠地实现钻杆加压，在增大钻机扭矩后能适应紧密砂砾层和岩层钻进，由于该钻机具有以上优点，得到了广大用户的认可，进而促进了钻机的发展。后来随着技术进步和作业功能的扩大，钻机特别是配置可动式动力头的钻机在灌注桩施工机械中成为主流产品，因此生产的厂家也越来越多。独立式的主要生产厂家有：德国的宝峨、维尔特、德尔马克、利勃海尔、MGF等，意大利的土力、卡萨格兰特、意马、迈特、CMV等；生产附着于履带起重机上的钻机主要有德国的利勃海尔、宝峨公司，意大利的土力、卡萨格兰特公司和英国的BSP公司。目前欧洲的钻机一般都设有摇管装置以及由两个或三个液压马达驱动的大扭矩动力头（可配备套管连结器）和采用恒功率变量自动控制的液压系统，还有自动内锁互扣钻杆及先进的监控仪表（如发动机和液压系统自动监测和报警系统、钻孔深度显示、立柱自动测斜纠偏装置）等，同时也配有各种保险装置（如防止带负载起动装置，卷扬机超高限位装置等），但各家公司的钻机都有自己的结构特点。钻机在日本被称为土钻，最早于1960年从美国卡尔威特公司引入日本并进行施工。同年加藤制作所开发了15-H型钻机，以后又研制了可以配套摇管装置和抓斗的多功能钻机。日立建机于1965年利用挖掘机开发了装有液压加压装置的钻机，1974年又利用液压履带起重机研制了液压马达驱动的钻机。到80年代，住友建机开始与意大利土力公司合作。1981年日立建机公司为提高单桩承载力研制了扩底钻头，随后日本车辆公司等也开发了扩底钻头，这样使钻机进入了钻孔扩底灌注桩施工领域，以后德国宝峨公司的进入和日立建机与住友建机的结盟又促进了钻机技术的进一步发展。目前在日本生产的钻机有两种类型，一种是以日本土力和日本宝峨生产的欧洲流行的方型立柱加连杆机构的独立式钻机；一类为日本车辆，日立建机和住友建机等公司生产的以履带起重机为主的附着式钻机。他们的特点是作业范围相对较大，并具有一机多用功能，钻孔直径一般为1.53m（扩底达4.1），钻孔深度最大为65-70m，但钻机扭矩比欧洲类型的低，例如日立住友重机公司最新推出的超低噪声SDX-207型钻机，钻孔直径2.5m，最大钻深48m，最大扭矩63.7KNm，该机采用伸缩式履带和箱型两节伸缩臂，特制的动力头支持方式可减少钻杆轴向和径向摆动，采用常闭式变量马达以达到小负荷时速度快、大负荷时产生足够的扭矩的目的，液压油泵为功率自调变量，以保证恒定功率输出，同时整机机动性好，能在城市或狭小场地施工。日本的生产厂商主要有日本日立、日本日车、日本神钢等。（2）国内研究现状20世纪80年代末至90年代初，国内一些施工企业看到了钻进技术在基础施工中体现出的巨大优势，逐渐从国外引进钻机。此时，一些国外的钻机制造商也纷纷在中国设立办事处，向中国的基础工程施工行业宣传钻机及钻进施工技术。我国在80年代初从日本引进过工作装置，并配装在KH-125型履带起重机上。天津探矿机械厂于1984年引进美国RDI公司的钻机并对其进行了消化吸收。1987年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）产品，1988年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了1.5m直径的履带起重机附着式钻机。1994年郑州勘察机械厂引进了英国BSP公司附着式钻机的生产技术，但没有形成批量生产。宝峨公司1992年在中国北京设立了代表处，开始对华的业务，并于1995年在天津成立了独资子公司-宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨BG20型钻机。1998年宝峨公司又在上海成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司，生产组装BG15型钻机。虽然如此但由于种种原因，钻进技术在我国的发展一直比较缓慢，到90年代末期，我国钻机的拥有量也就100台左右，而且就是这为数不多的钻机，也没有完全用于生产施工，许多企业购置施挖钻机后，由于运行成本较高，并未用于生产施工中，仍然采用一些传统的方法进行施工。最近几年来，随着我国基础工程行业的投资不断加大，市场竞争不断加剧，基础工程施工行业逐渐认识到了钻进技术的优越性，使得这一技术在我国的发展非常迅速。国家建设管理部门也逐步意识到钻机的诸多优势，并制定了一些鼓励政策，这些政策对设计、监理和施工单位等产生了层层影响。在这种大背景下，原有的成孔设备因其低效、高噪、不环保等因素将逐步被淘汰，而钻机凭借作业时的明显优势（效率高、环保、安全等），已成为大批重点工程业主的指定施工设备。仅2001年一年，某国外钻机制造商在我国就销售了近二十台钻机，而在前几年，其每年的销售数量只有几台；某国内钻机生产企业也销售了十几台，这一数量对于刚刚起步的国内钻机生产企业来说，预示着非常好的前景。在上海浦东八百伴大厦基础灌注桩工程中全部采用了成孔法施工并取得成功，这在国内起到了推动作用；在北京五环路的基础施工中，钻机已占了绝大多数，最多时达到了几十台。国家重点工程青藏铁路大规模施工于2001年正式启动，在青藏铁路格拉段施工段，地层多是永冻的土层、砂砾、不规则泥页岩，还有软硬互层灰岩，有的冻土厚度达到百米以上，在这种情况下中铁集团采用了钻进施工工艺。从2002年3月开始，大量的钻机进入青藏铁路线施工，最多时有120台钻机同时在进行桥桩施工。青藏铁路钻机的大量使用引起了施工和生产制造企业的格外关注，这无疑推动了钻机及施工技术的开发和应用。2000年徐工集团RD18型钻机研制成功，最大成孔直径2m、最大钻深60m，有多台分别在青藏铁路和北京的工程中使用。2001年北京经纬巨力工程机械有限公司研制成功ZY120、ZY160、ZY200型钻机，参加了青藏铁路建设的施工。2003年3月三一重工研制成功履带可伸缩的SYR220型钻机，先后在青藏铁路、北京银泰大厦、鞍钢高炉、天津、南京等工地接受了施工考验。2003年6月杭州天锐机械有限公司TR200C型钻机下线，最大成孔直径2m、最大钻深62m，应用于青藏铁路建设。2003年9月石家庄煤矿机械有限责任公司与芬兰永腾公司合作生产出XZ20型钻机，在山东淄博胶济快速铁路工程中施工。2004年在北京奥运国家体育馆建设工地一次使用各厂家钻机16台。由于受青藏铁路、北京奥运、上海世博会工程的拉动，给钻机提供了一个巨大的发展空间，近三年我国的成孔法的大量采用，钻机使用量增加，特别是2003年许多厂家的钻机相继研制成功，大大地推动了钻机的生产和应用。目前，国内各种型号钻机市场拥有总量约为500多台，其中国产钻机占15左右，国外二手钻机约为20。由此可见，钻进技术在我国的发展前景是非常广阔的，据有关人员预测，在今后几年内，我国钻机的拥有量将达到目前的3倍以上。在如此大好前景下，国外的钻机制造商纷纷看好中国这一巨大市场，向中国宣传、销售其钻机。国内的一些企业也通过引进、消化、吸收国外技术，开始制造钻机，使得最近几年我国钻机技术取得了快速发展。目前可供选择的钻机性能范围非常大，就最主要的性能参数孔径而言，各个厂家主导产品的最大钻孔直径均在1.52.0m之间，而钻孔灌注桩的最常用桩径一般为1.21.5m，考虑到安全储备系数，这类孔径的钻机对于施工这种桩径是非常适合的。另外，有些厂家生产的钻机孔径范围非常大，小型的有最大钻孔直径为1m的，大型钻机孔径可达到3m，为用户提供了一个非常宽的选择范围，适应了不同工程的需要。各厂家钻机采用的加压方式也各不相同，各有优势，主要体现在钻杆的形式上：摩阻式伸缩钻杆在软土层钻进效率较高；机锁式钻杆适于钻进硬岩层，但对操作的要求较高，需找到加压点加压；自锁铠式钻杆，可随时加压，传递扭矩效果好。国内目前生产钻机的厂商有十余家，主要有徐工科技、三一重工、北京经纬巨力、河北石家庄煤机、湖南山河智能、杭州天锐、北方重汽、哈尔滨四海、郑州金牛、连云港黄海、兰州通用、新河钻机等。1.3 设计内容钻机是一种适合在建筑基础工程中进行成孔作业的施工机械，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、一机多用、机动灵活、施工效率高及环境污染小等特点，能够适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围较广，其工作环境温度一般在20C40C之间。配合不同钻具，可适应于干式（短螺旋）、湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）条件下的成孔作业。对干硬性黏土层采用无稳定液护壁的干式工法，而一般的覆盖层则采用静态泥浆护壁的湿式工法，钻机广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基基础钻孔灌注桩工程。本课题主要针对GDC2500工程钻机机械传动系统进行设计。第2章钻机概述2.1钻机的功用钻机主要用来对地基基础桩基成孔，广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式（短螺旋），或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。目前，钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。钻机主要分为小型机，中型机和大型机。其中小型机参数要求为：钻机扭矩 100kN.m, 发动机功率 170kW, 钻孔直径 5001000mm、深约 40m, 整机重量约 40t。小型机的应用市场定位如下: 各种楼房的护坡桩; 楼房部分承重结构桩; 城市改造市政项目中各种桩径小于 1m 的桩; 适用于其它用途的桩。小型机的市场覆盖率达 30%以上。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。2.3 钻机的组成钻机一般由行走机构、工作机构、回转机构、动力机构（回转动力头）、传动系统机构组成（具体结构如图1-1所示），其工作的核心元件是动力头、钻杆和钻头。这些机构集中配装到履带底盘的机身上，通过液压系统将动力分配到回转动力头、主副卷扬机、履带与监控转台中的马达，以及分配到给进和立放桅杆的油缸中。图1-1 钻机结构组成钻机主要功能分为上车钻孔作业和下车移动行驶，两部分通过换向阀互锁。下车行驶工作由马达带动减速机实现底盘的行走、转向、制动等功能，通过控制底盘的伸缩油缸用以改变履带中心距。钻机钻孔作业时，钻杆通过钢丝绳回转接头与主卷扬的钢丝绳相连，并通过动力头的中心孔，由主卷扬控制其升降。每节钻杆的外表面都焊有导向键，动力头的扭矩通过其内花键传递给外层钻杆及其它各层钻杆和钻头。芯部钻杆底部有方形接头，通过销子同钻头上相配合的箱插接。这样，动力头的扭矩就通过钻杆传递给了钻头，在钻头和钻杆的自重压力下实现钻进，如果需要，还可配合加压油缸进行加压钻进。钻头回转切入地层进尺，将钻屑装满一斗后，通过主卷扬将钻头提升到地面卸土。钻机移动运输时，桅杆可下放至水平位置，并将鹅头部分和下端动力头折叠（根据不同情况亦可将配重拆下）以减小运输长度，此时履带横向缩回至最小距离，这样钻机即可自行进行运输。 2.4 钻机的分类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。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）；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11。表11 (m）类别浅孔钻机中深孔钻机深孔钻机1030010300300800300800800120010002000 按四类分类见表12。表12 （m）浅孔钻机次深孔钻机中深孔钻机深空钻机10150200400500800900以上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；按装载方式分类可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；按破碎岩石方式分类可分为回转式、冲击式和冲击回转式；按回转机构型式分类可分为立轴式、转盘式、动力头式；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。第3章钻机的总体设计3.1 本设计钻机的应用场合该钻机具有钻进地层面广、操作工艺简单、连续排渣等优点。适用于土层、卵砾石层、飘石层、基岩等复杂地层的基础工程施工。该钻机液压步履的系统在狭小、泥泞的场地施工，移动、对孔位灵活方便，具有明显的优势；钻机的主副卷扬机及工具卷扬机具有很强的辅助功能，能够代替吊车完成很多辅助工作；主扬机设有双绳自动同步结构。钻孔平稳，成孔质量高；钻机设有四连杆自动冲击、手动卷扬冲击两大功能可根据不同的地域、不同的选择不同的操作，大大的提高钻孔的效率，降低工人的劳动强度，因此给冲击钻机注入新的活力。近几十年来，冲击反循环钻机广泛用于铁路、公路桥梁、城市高层建筑的基桩孔钻进、港口码头、水利水电连续墙施工。3.2设计方案的确定3.2.1 本设计钻机的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、副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；动力为电机；经济耐用、性能可靠。3.2.2 总体设计方案的确定（1）方案的设计与分析方案一：电动机-V带-齿轮-离合器-联轴器-箱外齿轮-工作机优点：高速级用V带传动，能吸收振动和缓和冲击，结构紧凑、成本低；还起过载保护作用；传动结构简单，维修保养方便，对于野外作业具有显著的优点。缺点：传动的外廓尺寸较大，由于V带的滑动，不能保证固定不变的传动比，寿命短，传动效率低。方案二：电动机- 链-齿轮-离合器-联轴器-箱外齿轮-工作机优点：平均传动比准确，结构紧凑，成本低；能在高温、有油污等恶劣环境条件下工作。缺点：传动平稳性差，传动是有噪声和冲击。（2）方案的确定由于该钻机需带动2.5t的钻头冲击冲击钻进，功率和负载均较大，故选择方案一：电动机-V带-齿轮-离合器-联轴器-箱外齿轮-工作机；传动简图如图2所示。该方案由一个动力机驱动，其传动路线如下：第1条由动力机经V带、离合器、联轴器和齿轮驱动四连杆工作：第2、3条，由动力机经V带、离合器和箱外齿轮分别驱动主副卷扬机工作。采用一个动力驱动可以减少动力机的数量，节省能源,由动力机带V带传动。能吸收振动和缓和冲击，结构紧凑、成本低；还起过载保护作用；传动结构简单，维修保养方便。再由V带传动带动两个离合器的传动，通过联轴器带动箱外齿轮，从而带动各工作机的转动。图2 GCD2500钻机机械传动简图3.3 钻机的技术特性和要求考虑到钻机的实际工作情况，根据我国当前生产技术和工艺水平，本GCD2500型钻机的技术特性为：GCD2500工程钻机的主要技术参数：（1）钻进能力钻孔直径：1.02.5m；钻孔深度：80.0m（2）额定钻头重量：5.5t（3）四连杆冲击机构：冲击频率：31.08次/min；冲程：0.6、0.8、1.0m（4）冲击卷扬机提升能力：60KN提升转速、速度：22.2r/min、0.523m/s钢丝绳规格：645-30-170；绳容量：80m（5）副卷扬机提升能力：25KN提升转速、速度：33.3r/min、0.436m/s钢丝绳规格：627-120-170；绳容量：80m第4章机械传动系统设计4.1 主要参数的选择（1）四连杆冲次：n31.08次/min（2）冲击卷扬提升能力：60KN转速：22.2r/min；线速度：0.523m/s（3）副卷扬提升能力：25KN转速：33.3r/min；线速度：0.436m/s4.2 机械传动系统初步计算4.2.1电机的选择查阅相关资料可知冲击卷扬机冲击工作时所需功率最大，故电机的选择以冲击卷扬机冲击工作时为依据选用：冲击卷扬机的提升能力为 60KN提升速度 V（m/s）0.523所需功率 P=FV600000.52331.38KW变速器的传递效率=0.8所需电机的功率 =钻进时所需的最大功率为39.225KW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，则：P。1.139.22543.15KW冲击时，转盘不工作，按钻进时选择电机 P=45KW。综合提升速度要求选用Y225M-4三相异步电机，其额定功率45KW，满载转速1480r/min。4.2.2 各级动力参数的分配与计算（1）冲击卷扬：取V带传动比，主离合器齿轮传动比则冲击卷扬外传动齿轮传动比为（2）副卷扬：同上述取V带传动比，主离合器齿轮传动比则副卷扬外传动齿轮传动比为（3）四杆机构：取V带传动比，主离合器齿轮传动比则冲击卷扬机外传动齿轮传动比为4.2.3运动和动力参数的计算(a)0轴（电机轴）： (b)轴 (c)轴(d)轴将上述运动和动力参数的计算结果汇总下轴名参数传动比i转速n(r/min)输入功率P(KW）输入转矩T() 轴3.2462.543.2892 轴3.5132.141.12971.3 轴622.0239.116957.5（2）副卷扬工作时同理可得只有副卷扬工作时运动和动力参数如下：轴名参数传动比i转速n(r/min)输入功率P(KW）输入转矩T() 轴3.2462.543.2892 轴3.5132.141.12971.3 轴433.0437.910954.8（3）四杆冲击机构工作时同理可得只有四杆机构工作时运动和动力参数如下：轴名参数传动比i转速n(r/min)输入功率P(KW）输入转矩T() 轴3.2462.543.2892 轴3154.241.12545.4 轴530.8339.112111.74.3 V带传动设计4.3.1选定带型设计功率：= 查：工况系数=1.6 =1.645=72KW根据=72KW =1480 r/min确定带型为 C型 =200315mm4.3.2 确定带轮基准直径，并验算带速由课本图5-10得，推荐的小带轮基准直径为75100mm, 取小带轮直径 =315 mm，而i=3.2大带轮直径： =315i =1008 mm，取 = 1000 mm轴的实际转速：=461.54r/min带速：V= = = 24.4m/s，在525m/s范围内，带速合适4.3.3 确定带长和中心矩a根据课本P84式（5-14）得0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0.7(1000+315)a02(1000+315) 所以有：920.5mma02630mm，取2000 由课本P84式（5-15）得： = 2+（+）+ =22000 + =6123 mm 查取 =6000 mm ，取 =1938.5mm4.3.4 验算小带轮包角 = -=159.750 1200（适用）4.3.5 确定带的根数由 =315 mm 和 =1480 r/min 查得C型带 =14012 KW 考虑传动比的影响，额定功率的增量 Z = 小带轮包角修正系数 = 0.96 带长修正系数 = 1.04= 7.23，取 Z=8根4.3.6单根V带预紧力 m 带的每米质量 m= 0.3 = 502.9 N 4.4 齿轮副的强度计算与校核4.4.1离合器齿轮组的设计(1)四连杆机构级（a）选择齿轮材料采用非硬齿面闭式齿轮传动由表11.8查得：小齿轮选用45，调质处理，齿面硬度为240280HRB。大齿轮选用45，调质处理，齿面硬度为220240HRB。由表11.20 选8级精度齿面粗糙度（b）确定许用应力由表11.9查得：由表11.25查得：小齿轮接触疲劳极限大齿轮接触疲劳极限查图11.28得：许用接触应力：（c）齿面接触疲劳强度设计：设齿轮按8级精度选择齿宽系数查表11.19得 =0.9 选择载荷系数K 查表11.10得 K=1.3 小齿轮上转矩根据上述齿数，小齿轮分度圆直径：由表11.3 取标准模数 m=10mm 主要尺寸取按齿根弯曲疲劳强度校核齿形系数查表11.12 应力修正系数查表11.13 许用弯曲应力由图11.26 得由表11.9 得由图11.27 得齿轮的圆周速度由表11.21 知选8级精度最合理几何尺寸计算： (2)卷扬机级（a）选择齿轮材料采用非硬齿面闭式齿轮传动由表11.8查得：小齿轮选用45，调质处理，齿面硬度为240280HRB。大齿轮选用45，调质处理，齿面硬度为220240HRB。由表11.20 选8级精度齿面粗糙度（b）确定许用应力由表11.9查得：由表11.25查得：小齿轮接触疲劳极限大齿轮接触疲劳极限查图11.28得：许用接触应力：（c）齿面接触疲劳强度设计：设齿轮按8级精度选择齿宽系数查表11.19得 =0.9 选择载荷系数K 查表11.10得 K=1.3 小齿轮上转矩根据上述齿数，小齿轮分度圆直径：由表11.3 取标准模数 m=10mm 主要尺寸取按齿根弯曲疲劳强度校核齿形系数查表11.12 应力修正系数查表11.13 许用弯曲应力由图11.26 得由表11.9 得由图11.27 得齿轮的圆周速度由表11.21 知选8级精度最合理几何尺寸计算： 4.4.2卷扬机齿轮组的设计(1)冲击卷扬机级齿轮的设计小齿轮上的转矩同理求的：；取108模数 m=12mm 取(2)副卷扬机齿轮的设计小齿轮上的转矩同理求的：；取72模数 m=12mm 取4.4.3 四连杆机构齿轮组的设计小齿轮上的转矩同理求的：；取100模数 m=14mm 取4.5 轴的强度计算与校核4.5.1轴I设计（1）材料的选择由表16.1 查得用45号钢，进行调质处理，由表16.3得（2）估算轴的最小直径根据表11.6，=107-118为取值范围由转速功率 P=43.2KW，确定轴的最小直径：因为轴上开有一个键槽且系统冲击较大，考虑到键槽对轴强度的削落，应增大轴径，此时轴径应增大5%-15%查设计手册轴段上有V带轮需要定位，因此轴段应有轴肩，轴段安装轴承，必须满足内径标准，故轴段轴段（3）按弯扭合成强度校核轴颈圆周力径向力水平垂直合成当量弯矩校核： 4.5.2 轴II设计由表16.1 查得用45号钢，进行调质处理，由表16.3得根据表11.6，=107-118为取值范围由转速功率 P=41.1KW，确定轴的最小直径：因为轴上开有两个键槽，考虑到键槽对轴强度的削落，应增大轴径，此时轴径应增大5%-10%：查设计手册取轴段上有联轴器需要定位，因此轴段应有轴肩，轴段安装轴承，必须满足内径标准，故轴段轴段4.5.3 轴III设计由表16.1 查得用45号钢，进行调质处理，由表16.3得根据表11.6，=107-118为取值范围由转速功率 P=41.1KW，确定轴的最小直径：因为轴上开有两个个键槽，考虑到键槽对轴强度的削落，应增大轴径，此时轴径应增大5%-10%：查设计手册取轴段安装轴承，轴段轴段轴段4.6 卷扬机构的设计4.6.1钢丝绳的选用钢丝绳是由高强度碳素钢丝围绕绳芯绕捻而成的，被广泛应用于起重作业。其中吊用钢丝绳通常指起重滑轮组使用的起重或牵引绳。具有以下优点：（1）重量轻、强度高、能承受冲击载荷。（2）挠性较高，使用灵活。（3）钢丝绳磨损后，表面会产生许多毛刺，易于检查。破段前有丝断预兆，其整根钢丝绳不会立即断裂。（4）其中作业用钢丝绳成本低。主要缺点刚性大，不易弯曲。起重作业选用的钢丝绳一般为点接触类型，如果配用的滑轮组直径过小或直角弯折，钢丝绳易受损坏且影响安全使用和缩短使用寿命。根据钢丝绳的额定起重量Q=10t，查龙门起重机（上），选倍率a=2。钢丝绳的最大拉力：Smax=Q/2a式中 Q额定起重量，Q=60000N。 a滑轮组倍率，a=2。滑轮组效率,=0.99。所以 Smax=60000/(220.99)=15151.5N。根据起重机设计计算P439知：钢丝绳直径不小于 dmin=C根号下S式中 S钢丝绳的最大静拉力。 C为钢丝的选择系数。根据起重机设计计算P441，起重机工作级别M5,查表14-7选择C=0.095，钢丝的平均抗拉强度为1770N/mm2的纤维芯钢丝绳,所以：查龙门起重机（上）表7-8钢丝绳标准GB1102-74，选用单股钢丝绳直径12mm。4.6.2 卷扬机主副卷筒的设计卷筒组件有卷筒、连接盘以及轴承支架组成，卷筒有长轴卷筒和短轴卷筒，长轴卷筒有齿轮连接盘和带大齿轮的卷筒组，这是一种应用较多的一种形式，短轴卷筒是一种新的结构形式。卷筒与减速器输出轴用法兰盘刚性连接，减速器底座通过钢球或者圆柱销与小车架连接。这种结构形式的优点是，结构简单调整与安装方便，此外还有采用行星减速器放在卷筒内部的形式，优点是驱动结构紧凑、质量轻。铸造卷筒材料一般采用不低于HT20-40的铸铁，重要卷筒可采用高强度铸铁或球墨铸铁，焊接滚筒采用A3钢制造。以下计算以冲击卷扬机卷筒为例，副卷筒设计计算与其类似不再复叙。（1）卷筒直径根据起重机设计手册知卷筒直径： Dd(e-1)=12（18-1）=204mmD卷筒名义直径（卷筒槽底直径）d钢丝绳直径e筒绳直径比（由表3-3-2选e=18）而冲击卷筒线速度：V=0.523m/s，转速：n22.2r/min故取D=450mm。（2）卷筒尺寸卷筒长度： L=2(L0+L1+L2)+L光式中 L1固定钢绳所需的长度，L23p，取60mm L2卷筒两端空余部分长度，由结构需要决定，取60mm L光中间光滑部分长度，根据钢丝绳允许偏角确定,取170mmL0卷筒上有螺旋槽部分长度L0=（Hmaxm）/D0+Z1t1，式中 Hmax最大起升高度，Hmax=21-6.5=14.5m Z1为固定钢绳的安全圈数，Z11.5，取Z1=2 t1绳槽节距(标准槽)，t1=d+(24)=15.5+2.5=18mm m滑轮组倍率 D0=D+d卷筒计算直径，由钢丝绳中间算起的卷筒直径所以：L0=562.9,取L0=600mm所以：L=2(L0+L1+L2)+L光=2（600+60+60）+170=1610mm 取整L=1700mm根据龙门起重机（上）表7-7知卷筒绳槽尺寸：R=10，t1=18,r1=1.5,c1=6（3）卷筒壁厚根据龙门起重机（上）知卷筒壁厚：=0.02D+（610）=0.02450+（1020）=1929取=25mm（4）卷筒臂的压力验算根据龙门起重机（上）知：ymax=Smax/（t1）=25327/(1518)=93.8MPa本设计采用ZG270-500，根据工程材料及成型技术知s=270MPa,由龙门起重机（上）知：压= s/2=270/2=135式中 Smax钢绳的最大拉力卷筒的壁厚 t绳槽的节距 s铸钢的屈服极限因为：yma=93.8MPa压 =135，所以抗压强度足够。卷筒上的扭矩：M=(SmaxD)/=(253270.3)/0.99=7674.85Nm卷筒速度N卷=mv/D=(215)/(3.140.3)=31.83n/min4.7其他附件的选用与校核4.7.1轴承的选用与校核以减速箱轴承的选用与校核为例，其余轴承的选用与校核类似不一一复叙。因为考虑到载荷较大，选取圆锥滚子轴承；根据初估轴承处的轴的直径，由表4.2进行轴承型号的选择输入轴：选取轴承类型7518 基本尺寸卷扬端轴：选取轴承类型 7520 基本尺寸四杆机构轴：选取轴承类型7520基本尺寸计算轴承的径向力输入轴卷扬端轴轴承的寿命计算校核查表17.8 X=1 查表17.9 附表4.2 输入轴 N 轴承工作时间 142356.7h 合格4.7.2键的选择和校核以减速箱键的选择和校核为例，其余键的选择和校核类似不一一复叙。零件的轴向固定：联轴器及齿轮处均采用A型普通平键连接，参考表5.25，GB/T1095、1096-2003。（1）许用挤压应力键、轴和轮毂的材料都是40Cr，由表查得许用挤压应力，取其平均值。（2）减速箱卷扬端轴键的选择和校核联接大齿轮和低速轴的键采用普通A型平键：联轴器上键为；齿轮处键为键的工作长度为；。键与轮毂键槽的接触高度故满足挤压强度要求。（3）减速箱四杆机构端轴键的选择和校核联接大齿轮和低速轴的键采用普通A型平键：联轴器上键为；齿轮处键为键的工作长度为；。键与轮毂键槽的接触高度故满足挤压强度要求。4.7.3联轴器的选择和校核减速器与卷扬机构及四连杆机构之间均选用弹性柱销联轴器连接，由减速器输出的转速分别为、，传递的功率为33.77KW，计算转矩为：联轴器的计算功率：式中联轴器转速系数 =1.25轴承寿命系数 =1.8联轴器的轴间角系数 =1.5载荷性质系数 =1.3计算转矩查取，减速器与卷扬机构及四连杆机构之间均选择联轴器为：第5章可行性及经济成本分析5.1 可行性分析5.1.1设计可行性分析根据设计理论要求，通过上述的实际理论设计运算分析，可以看出该200米钻机的各项性能满足设计要求。结合工厂实际生产能力，包括工厂设备条件，技术条件和工人的操作技术能力，综合给出了设计要求。所有的设计均是在理论和实际的要求下进行的，所以设计技术上是完全可行的。5.1.2 市场可行性分析一个产品开发出来没有市场那将是一个废品。所有的设计均是浪费时间和财力和人力。该设计的产品是一个新型号，能满足200米钻探的所有要求，弥补了原150米、100米、75米等不能满足的钻探缺陷。在能源需求紧迫的情况下，急需找到解决的方法，所以单从对能源方面的要求考虑，该产品在矿业坑道作业中具有独特优势，产品的安全性能高，设计时采用了防爆设计，采用了绿色设计对环境适宜性高，且对环境无损害；采用了优化设计，产品。各项布置更合理，减轻了劳动者的劳动强度。产品的各项性能要求符合市场要求，所以完全能满足市场的需要，一旦投放市场，将获得市场的认可。5.2 经济性分析经济性分析主要对其产品的经济成本分析，经济成本包括调研成本、设计成本、制造成本及销售成本分析。一个产品的成本分析还要将废品率考虑进去。为使产品的经济成本得到最低，获得最大的经济效益。必须想法降低成本，成本的减少主要依靠降低制造成本和销售成本。降低制造成本主要在于设计中的设计生产符合现时的生产条件，能充分利用现有设备生产。在这个产品的设计中是充分根据工厂的现有条件，所以能充分发挥现有资源能力。在这点上将获得较大的经济效益。对于销售成本的降低最好的方法是订单式生产销售。因为该产品的设计有独特优势，能有很好的市场能力，所以销售成本上也能获得较大经济效益。该产品的成本估算，调研分析成本20000元，调研期四人一个月；设计研发成本100000元，设计研发期五人两月；单件产品制造包括机器维修保养成本15000元。设计首期生产500台，其各项成本共预算为单件18000元左右，其中为包括工厂场地费和日常费用。预销售价格为单件42000元。因该项产品是市场之需所以将有很好的经济效益，其二期及以后生产为获得更大的经济效益，将根据首期用户反馈进行具体再分析改进生产。目前，我国加大基础设施建设，奥运场所建设，开发大西部，大力整治大江大河等政策环境影响下，工程建设机械市场前景愈来愈广阔，需求量越来越大，工程钻机作为建设机械中维护地基的主要机械，市场需求亦相应的大量增加。这是本设计的主要产生原因之一。我所做的GCD-2500型钻机设计是在GCPS-20型钻机的基础上改进的，专门用于建设施工的专门钻机。产品的价值工程的目的在于以最低的成本，可靠的实现产品必要的功能，从而达到用户满意，增加制造企业和用户的经济效益，将价值工程运用到工程钻机设计中，从分析产品的功能出发，然后分析产品的成本，进行功能与成本比较，从而判断产品的价值，使工程钻机动性价比更高。根据工程钻机的设计功能要求出发，钻机在工作过程中要求有六挡转速：13r/min、17r/min、21r/min、26r/min、42r/min、52r/min，原动机根据施工地点的不同选用电动机，也可用柴油机，保证其互换性，扩大原动机的使用范围，使钻机使用地点扩大，为保证六挡转速，尤其是从原动机到转盘降速比大的特点，采用变速器和减速器依次减速的同时进行变速，并可保证变速箱和减速箱的尺寸较小。此钻机主要用于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，在设计中尽可能的简化结构，降低成本。本钻机每台可售价600000元，每台可获利税10000元左右，如果某企业每年生产100台，年利润可达100万元。由于该钻机的售价比较不高，一般用户都可承受得起。本钻机利用国内外先进技术和成功经验，结合我国国情和钻机的具体使用要求。力求简单和适用，采用纯机械系统尽可能地利用最少的液压元件来实现钻机所具备的各种动作。这样，能够降低故障发生概率，提高能量利用率和钻机的可靠性，降低工人劳动强度。该钻机的优点为：为适应野外各种钻探作业，该钻机可采用柴油机或电动机驱动；原动机、变速箱、传动箱分体式设计，便于拆卸、安装、移动和运输。由于该钻机结构简单无论是使用还是维修在费用方面都是十分经济的。在市场前景广阔和成本降低的措施下，本设计可以达到预期的目的，具有开发价值。结论时间如水，毕业设计的完成代表四年的大学生活即将结束。也是对我四年学业的综合检验。钻机是国民经济中重要的生产设备，主要用于建筑物松软地层的改良、基础的加固、隧道掘进的超前支护及加固、边坡加固和滑坡治理,以及地面不均匀沉降的控制、隔水墙、挡土墙等各种领域中。工程钻机技术要求高、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。这台钻机是集回转、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。在近三个月的设计过程中，我了解了一些钻机的内容以及其它有关的内容的知识。为了使自己能够完成任务，我严格要求自己，使自己的设计按照国家的标准进行制图,并且从中学到很多的知识。整个设计是在边绘制边计算的过程中完成的。我也发现仅仅书本上的知识在实际设计应用中是远远不够的，只有通过长期的实践经验才能设计出满意的产品。通过这次设计，使我对机械产品的研发过程有了一个总体的认识，为以后工作打下了坚实的基础。同时，也是对大学四年学习知识的一次检验，达到了毕业设计的根本目的。致谢大学四年转瞬即逝，在这四年的学习生活中，在老师和同学们的关心帮助下，我即将圆满完成我的大学学习，在次表示诚挚的谢意。我们准确见证了学院的发展壮大，学院给我们学生提供了良好的学习环境，对我们的学习生活认真负责。在我的实际课程学习中，特别是在专业课的学习上，机械学院的老师们认真严谨的治学态度，让我学习到了过硬的专业知识，对这些辛勤工作的老师们，我在毕业之即，只能对您们说声谢谢，老师您们辛苦了！毕业设计是大学学习生活中最重要的部分，它将对我们的学习成果进行检验。在我的毕业设计中得到了机制教研室全体老师们指导，在我们设计计算阶段，老师不辞辛苦每天都来到我们的设计室对我们进行设计指导，为我们顺利完成毕业设计奠定了坚实的基础。在次对老师们的指导只能表示衷心的感谢。在我的毕业设计过程中，特别要感谢我的指导老师的热心指导和帮助。毕业实习中，他为使我们的实习卓有成效，他亲自来领我们去实习，在实习的每一处都邀请技术人员为我们讲解，让我们真正得到了实习调研的目的。在设计过程中的指导，他更是不厌其烦的解答我的疑惑点，他在发现我有设计有难点时，主动找我了解情况，提出更佳解决方案。在老师的指导下，我圆满地完成设计任务，得到了预期的设计目标。最后，感谢老师和同学们的教导和帮助，祝愿大家身体健康，工作顺利！感谢学院给予的教育，祝愿学院明天更美好！参考文献1 李俊文. GCD-1500钻机冲击机构刚柔体系模态识别D. 北京: 中国地质大学（北京）, 20092 杨惠民. 钻探设备M. 北京: 地质出版社, 19883 GCD1500钻机使用说明书M. 河北: 张家口探矿机械总厂4 颜恩锋.CHF-20型冲击-回转反循环工程钻机钻机冲击机构实验及分析研究D.长春：吉林大学，2005 5 于萍. CHF-20型冲击回转反循环工程钻机的研制工作机构的研究与仿真分析D. 吉林: 吉林大学, 20056 李振亚. 我国冲击反循环桩孔钻机现状与发展J. 探矿工程（岩土钻掘工程）, 2001, 1: 60-617濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）M.北京：西北工业大学机械原理及机械零件教研室，高等教育出版社，20008哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M. 北京：高等教育出版，2002.9朱张校.工程材料（第三版）M.北京：清华大学出版社，200110朱冬梅.画法几何及机械制图第五版M.北京：高等教育出版社，2000.1211同济大学.液压挖掘机M北京：中国建筑工业出版社，1986.12孙恒，陈作模.机械原理（第六版）M.北京：高等教育出版社，2007附录：英文文献翻译先进制造技术的新发展摘要：本文介绍了当今制造技术面临的问题，论述了先进制造的前沿科学，并展望了先进制造技术的发展前景。关键词：问题；先进制造技术；前沿科学；应用前景制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。1.当前制造科学要解决的问题当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CADCAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-RealSpace)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间(配置空间ConfigurationSpace)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(ScrewSpace)进行几何推理。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科-计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。2.现代机械工程的前沿科学不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。2.1制造科学与信息科学的交叉-制造信息科学机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：(1)制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。(2)非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支-制造信息学。2.2微机械及其制造技术研究微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5m的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60120m的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。2.3材料制备零件制造一体化和加工新技术基础材料是人类进步的里程碑，是制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备制造及二者一体化、集成化制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。外文文献英文原文The new advanced manufacturing technology developmentAbstract : This paper has presented the problems facing todays manufacturing technology, advanced manufacturing discussed in the forefront of science, and a vision for the future development of advanced manufacturing technology. Keyword：Advanced manufacturing technologies; Frontier science; Applications prospectsModern manufacturing is an important pillar of the national economy and overall national strength and its GDP accounted for a general national GDP 20%55%. In the composition of a countrys business productivity, manufacturing technology around 60% of the general role. Experts believe that the various countries in the world economic competition, mainly manufacturing technology competition. Their competitiveness in the production of the final product market share. With the rapid economic and technological development and customer needs and the changing market environment, this competition is becoming increasingly fierce, and that Governments attach great importance to the advanced manufacturing technology research. 1 .Current manufacturing science to solve problemsManufacturing science to solve the current problems focused on the following aspects :(1) Manufacturing systems is a complex systems, and manufacturing systems to meet both agility, rapid response and rapid reorganization of the capacity to learn from the information science, life science and social science interdisciplinary research, and explore new manufacturing system architecture, manufacturing models and manufacturing systems effective operational mechanism. Manufacturing systems optimized organizational structure and good performance is manufacturing system modelling, simulation and optimization of the main objectives. Manufacturing system architecture not only to create new enterprises both agility and responsiveness to the needs and the ability to reorganize significance, but also for the soft production equipment manufacturing enterprises bottom reorganization and dynamic capacity to set higher demands. Biological manufacturing outlook increasingly being introduced to the system to meet new demands manufacturing systems. (2) The rapid rise in support of manufacturing, geometric knowledge sharing has become a modern manufacturing constraints, product development and manufacturing technologies of the key issues. For example, in computer-aided design and manufacturing (CAD/CAM) integration, coordinates measurements (CMM) and robotics fields, in 3D real space (3-Real Space), there are a lot of geometric algorithm design and analysis, especially the geometric said, geometric calculation and geometric reasoning; In measurement and robot path planning and parts search spaces (such as Localization), the existence of space C- interspace (configuration space Configuration Space) geometric calculation and geometric reasoning; Objects in operation (rescue, paying and assembly, etc.) means paying more description and robot planning, campaign planning and assembly operations planning is needed in the types of space (Screw Space) geometric reasoning. Manufacturing process of physical and geometric mechanics phenomenon of scientific research to create a geometric calculation and geometric reasoning, and other aspects of the research topic, the theory pending further breakthrough, the new one door disciplines - computer geometric are being increasingly broad and in-depth study. (3) In the modern manufacturing process, information not only manufacturing industries have become dominated the decisive factor, but also the most active ones. Manufacturing information systems to improve throughput of modern manufacturing has become a focus of scientific development. The manufacturing information system organization and structure required to create information access, integration and integration show three-dimensional in nature, measuring the multidimensional nature of the information, and information organizations nature. Information structure models in the manufacturing, manufacturing information consistency constraint, and the dissemination of data processing and the manufacture of enormous knowledge base management, and other areas, there is a need to further breakthroughs.(4) The calculation of the wisdom of artificial intelligence tools and methods in the manufacture of a wide range of applications for manufacturing smart development. Category based on the calculation of biological evolution algorithms smart tools, including activation issues optimize GPS technology portfolio by growing concern is in the manufacture of the complete portfolio optimization problems combined speed and precision of GPS issues both in size constraints. Manufacturing wisdom manifested in the following aspects : wisdom activation, wisdom design, intelligent processing, robotics, intelligent control, intelligent process planning, smart diagnostic, and other aspects. These innovative products are the key theoretical issues, but also by creating a door for a science skills in the important basic issues. The focus in these issues, we can form the basis of product innovation research system. 2. Modern mechanical engineering at the frontiers of science Cross-integration between the different science will produce new scientific gathering, economic development and social progress of science and technology created new demands and expectations, thus creating a frontier science. Frontier science is settled and unsettled issues between the scientific community. Frontier science, with a clear domain, and dynamic character of the area. Works frontier science from the general basic science is an important characteristic of the actual works, it covers the key emerging science and technology issues. Ultrasonic electrical, ultra-high-speed machines, green design and manufacturing, and other fields, and has done a lot of research work, but innovation is the key question is not clear mechanical science. Large complex mechanical system design and performance optimization of product innovation design, smart structures and systems, intelligent robots and their dynamics, nano Mocaxue, manufacturing process 3D numerical simulations and physical simulation, precision and ultra-fine processing technology key basis, about 10 mega large and sophisticated equipment design and manufacturing base, virtual manufacturing and virtual instruments, nanometer measurement and instrumentation, parallel connection axis machine tools, and although the field of micro-electromechanical systems have done a lot of research, but there are still many key science and technology issues to be resolved. Information science, nano science, materials science, life science, management science and manufacturing science of the 21st century will be to change the mainstream science, and the resulting high-tech industry will change the face of the world. Therefore, the above areas of cross-development manufacturing systems and manufacturing informatics, nano manufacturing machinery and nano science, better machinery and better manufacturing science, management science and manufacturing systems will be critical to the 21st century mechanical engineering science is important frontier science. 2.1 Manufacturing science and information science cross - manufacturing informatics Mechanical and electrical products, chemical raw materials in the information. Many modern value added products primarily reflected in the information. Thus the manufacturing process for the acquisition and application of information is very important. Information science and technology is to create an important symbol of globalization and modernization. While the manufacturing technology began to explore product design and manufacturing processes, the nature of the information, on the other hand, to create technology to transform itself to adapt to the new information makes its manufacturing environment. Along with the manufacturing process and manufacturing systems to deepen understanding, researchers are trying to new concepts and approaches to their description and expression to achieve further control and optimization purposes.And manufacturing-related information mainly product information, technical information and information management in this area following major research direction and content : (1) manufacturing information acquisition, processing, storage, transmission and application of knowledge to create information and decision-making transformation. (2) Non-symbols expressing information, manufacturing information enables transmission, manufacturing information management, manufacturing information integrity in a state of non-production decision-making, management of virtual manufacturing, based on the network environment of the design and manufacturing, manufacturing process control and manufacturing systems science. These elements are manufactured in science and the scientific basis for the integration of product information, constitute the manufacture of the new branch of science - to create informatics. 2.2 Micro mechanical and manufacturing technology research Micro-electronic mechanical systems (MEMS) refers to the collection of micro-sensors, micro-devices and the implementation of signal processing and control circuits, interface circuits, communications and power with the integration of micro-electromechanical system integrity. MEMS technology objectives through system miniaturization, to explore a new theory of integration, new functional components and systems. MEMS development will greatly facilitate the pocket of various products, miniaturization, a number of devices and systems to enhance the level of functional density, information density and Internet density, significantly saving, thin section. Not only can it reduce the cost of mechanical and electrical systems, but also to be completed and the size of many large systems impossible task. For example, using sophisticated 5m diameter micro tweezers walls are made of a red blood cell can; Created to keep the cars 3mm size; In the magnetic field, like butterflies flying size aircraft. MEMS technology has opened up a completely new technology areas and industries, with many traditional sensors incomparable advantages in manufacturing, aerospace, transportation, telecommunications, agriculture, biomedical, environmental monitoring, military, families, and access to almost all areas have very broad application prospects. Micro machinery is machinery and electronic technology in nano-scale technology integration photogenic product. Back in 1959 scientists have raised the idea of micro-mechanical and micro-1962, the first silicon pressure sensors. 1987 California University of California Berkeley developed rotor diameter of the silicon micro-60120 16ug m electrostatic electric motors, show produced using silicon micro-machining small movable structures

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