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机械毕业设计论文
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机械毕业设计9100米钻机变速箱设计说明书,机械毕业设计论文
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绪论 国内外的科技现状 国内： 六五 九五 期间，我国地质调查工作中探矿工艺与设备获得长足发展，在引进、消化、吸收的基础上，研究开发了一大批新技术、新装备，如：以绳索取心为主体的金刚石钻探技术；液动冲击回转钻探技术；受控定向钻探技术（含对接井施工技术）；多工艺空气钻探技术（中心反循环连续取样及空气潜孔锤钻探技术）；水力反循环连续取心钻探技术；人造金刚石超硬复合材料及其钻头；低固相泥浆等钻井液应用及护壁堵漏技术； XY 系列、 CD 系列、全液压等新型岩心钻机及配套装备；水文水井钻探设备；短浅坑道机械化作业线等等。 在这一领域，我省煤田地质局在煤田地质钻探方面，成功地采用了受控定向钻探技术，并完善了SMQ-1 型取芯器，发展成 3SMQ-2 型取芯器；此外，还研制改进了煤层气储存监测罐。地矿、煤田系统多工艺空气钻探技术的采用更加完善和成熟。 国外： 传统的地质勘查工程技术与装备已十分成熟。立轴式液压钻机仍然是主要机型，全液压动力头钻机获得广泛应用，美国金刚石岩心钻机制造商协会制定的 DCDMA 标准仍然占据钻探管材和钻具市场的主流，国际标准化组织（ ISO）的 TC82（矿业技术委员会） /SC6（金刚石钻探设备分技术委员会）也制定了一 些标准，可能成为今后的发展方向。 通过调研了解到，对钻孔深度 100 米左右的钻机需求量比较大，而目前的 100 米钻机，存在着劳动强度大、适应性差等缺点。鉴于以上原因，我们决定开发 100 米钻机。经几次方案讨论决定，钻机应具有以下特点： 1. 经济耐用可靠、质优价廉； 2. 便于解体搬运； 3. 体积小，重量轻； 4. 操作简单，维修方便； 5. 适用于 42、 50mm 两种钻杆； 6. 适用于合金钻头或金刚石钻头钻进； 7. 钻进速度快，效率高； 8. 动力为电机或柴油机。 nts 第 1 章 总体设计 经过调研和几次方案论证，考虑到现场特点，从实用角度出发，确定方案 如下： 1. 考虑到井下、井上和野外作业，动力可选电机或柴油机。 2. 考虑到有软岩石、硬岩石的钻进，除了正常的钻进速度外，增加高速 340r/min。 3. 钻机除配机动绞车外，增加了液压卡盘减轻劳动强度，节约时间，提高有效钻进速度。 4. 考虑到高转速时，绞车速度不能太快，所以增加了互锁装置，安全可靠。 5. 由于本机动力较大，动力由 V 型带传动到变速箱的传动轴上易使传动轴弯曲，所以增加了卸荷装置。 6. 采用二级回归式变速箱，减少变速箱体积，根据不同的地质条件，选用不同的钻进速度。 7. 设置压带轮，皮带调整安全可靠。 8. 在满足上 述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适于整体或解体搬运。尽量做到标准化 , 通用化，系列化。 nts 第 2 章 钻机技术特性 1. 钻进深度 100m 2. 钻孔直径 1开孔直径 89 2终孔直径 60 3. 钻孔倾斜角度 0 360 4. 立轴转速 110、 190、 340 /min 5. 立轴行程 400 6最大液压给进压力 4MPa 7卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘） 6MPa 8立轴内孔直径 52 9油缸最大起拔力 28.5KN 10油缸最大给进力 20KN 11. 绞车提升速度 0.25、 0.57、 0.65m/s 12. 绞车转速 28、 50、 78r/min 13绞车提升负荷 0.75m/s 3.35KN . 0.44m/s 6.00KN . 0.22m/s 12KN 14. 卷筒 直径 140mm 宽度 100m 钢丝绳直径 8.8mm 容绳长度 32.8m 15配备动力 电动机 型号 YB160M 4 电压 380/660V 功率 5.5KW 转速 1440r/min 柴油机 nts 型号 S1100 功率 5.5KW 转速 1500r/min 16外型尺寸（ Lhb） 13706851200mm 17重量（不含柴油机） 750Kg nts 第 3 章 动力机的确定 本机组的驱动装置采用交流感应电动机，因为这种动力机重量轻、结构简单、使用维护方便易实现防爆。 为了便于搬运和机场的布置，钻机和水泵各用一台电机单独驱动，而回转器与油泵共用一台电机联合驱动。 输出功率为 N。 N。 1.2Nj 式中： Nj钻机所需功率 KW Nj（ Nh Ny） / 式中 : Nh回转钻进所需功率 KW 效率 =0.85 Ny油泵所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 式中 : N1井底破碎岩石、土层所需功率 KW N2钻头与孔底摩擦所需功率 KW N3回转钻杆所需功率 KW 3.1 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 1. N1=3060000A4 3 mnh3-1 式中 : m钻头切削刃数 取 m=6 n立轴转速 r/min h钻进速度 h=1.5cm/min. 岩石抗压强度 ,其值见表 3-1 A 井底环状面积，取钻头直径 D=7.3cm,内孔直径 d=5.8cm, A= (D2d2)/4= (7.325.82)/4=15.43cm2 2. N2= fen(R+r)/1944800 3-2 式中 : 孔底压力或岩石抗压强度 . f钻具与岩 石直接的摩擦系数 f=0.3 e侧摩擦系数 e=1.1 n立轴转速 R钻头外圆半径 R=3.65cm nts r钻头内孔半径 r=2.91cm 将立轴不同转速和不同空底压力代入式 3-2 中 ,所得相应数值见表 3-2。 3. N3=7.810 11Ldn1。 7 (当 n200r/min时 ) 3-3-2 式中： L孔深 ， 硬质合金钻进时，取 L 150000mm 金刚石钻进时，取 L 75000mm d钻杆直径 ，取 d=42mm 计算 n立轴转速， r冲洗液比重。 r=1.15 将上述参数及立轴不同转速代入上式，所得值列表 3 2 中。 3.2 给进油缸所需功率的计算 3.2.1. 给 进油缸的基本参数 1）给进油缸的数量 n 2 2）油缸直径 D 55mm 3）活塞杆直径 d 30mm 4）活塞杆有效行程 L 400mm 5）油缸面积 A1 23.76cm2 6）活塞杆面积 A2 7cm2 7）有效面积 A A1 A2 16.76cm2 3.2.2油缸工作压力的计算 钻机大水平孔时，油缸的最大推力为： W C Fm 式中： W油缸最大推力 C孔底最大压力 C 10000N Fm钻杆与孔壁间的摩擦力 Fm q L f 式中： q钻杆单位长度重量 q 45.6N/m nts L钻杆长度 L 1050m f摩擦系数 f 0.35 Fm 45.610500.35=1675.8N W=10000+1675.8=11675.8N 油泵的工作压力 P P=W/A=11675.8/16.76=696.6N/cm2 3.2.3.油泵最大工作流量计算 油缸回程时的最大容油量 : V1=A1L=23.7640=950.4mL=0.9504L 油缸送进时的最大容油量 : V2=AL=16.7640=0.6704L 当选用立轴的钻进速度 V=0.06m/min=0.6dm/min 时 ,立轴送进时每分钟所需的油量为 : Q=2AV=20.16760.6=0.2 令 活塞回程时间为 0.3min,则回程所需油量为 : Q1=0,95042/0.3=6.336 3.2.4.给进油缸功率 Ny Ny=PQ/60102=696.60.2/60102=0.023 3.2.5.根据上面的计算 , 选用 YBC10/80 型 齿 轮 油 泵 ( 排 油 量 10L/min, 压力800N/cm2 )。油泵满负荷时所需功率是 : Ny=PQ/60102 1 2 式中 :P额定压力 P=800N/cm2 Q额定流量 Q=10L/min 1机械效率 1=0.9 2容积效率 2=0.71 Ny=80010/601020.90.71=2.04KW 3.3 动力机功率的确定 通过上述的计算说明，立轴钻进时给进所需功率很小，而且油nts 泵满负荷工作时一般是立轴停止转动状态，液压卡盘松开时，必须停止钻进。所以参考表 32 本机选用 5.5KW 电机或柴油机，基本能满足表 32 中粗线以上各种工作状态。 表 31 岩 石 名 称 抗 压 强 度 （ N/cm2 ） 粘土、页岩、片状砂岩 4000 石灰岩、砂岩 8000 大理石、石灰岩 10000 坚硬的石灰岩、页岩 12000 黄铁况、磁铁矿 14000 煤 2000 N (kw) r/min N/cm2 110 190 340 N1 2000 0.0693 0.0794 0.0918 4000 0.1386 0.1589 0.1837 8000 0.2771 0.3177 0.3675 10000 0.3464 0.3971 0.4593 12000 0.4157 0.4765 0.5512 N2 2000 0.2443 0.4230 0.7569 4000 0.4898 0.8460 1.5138 8000 0.9795 1.6919 3.0277 10000 1.2244 2.1149 37846 12000 1.4693 2.5379 4.5346 N3 r/min N/cm2 1.0160 2.5728 2.2804 Nh 2000 1.3296 3.0752 3.1292 4000 1.6444 3.5769 3.9779 8000 2.2726 4.5824 5.6756 10000 2.5868 5.0848 6.5243 12000 2.9010 5.5879 7.3662 nts Ny r/min N/cm2 0.023 0.023 0.023 Nj=Nh/ 3.4129 3.6179 3.6814 N0=1.2Nj 4.0920 4.3415 4.4177 nts 第 4 章 机械传动系统设计 4.1 主要参数的选择 4.1.1 回转器 立轴的转速，主要取决于地质条件、钻头直径及钻进方式，当使用直径为 75mm 钻头时，采用硬质合金和钻粒，根据国内外的经验，立轴转速取 n 90 400r/min 比较适宜；采用金刚石钻头钻进时，立轴转速取 n 400 1000r/min 比较适宜。本机选用 110 340r/min，即适合合金钻头 钻进，由适合金刚石钻头钻进。 4.1.2 升降机 为了减轻钻机重量，不使动力机过大，绞车的缠绳速度不宜过高，基本上采用低速，本机升降机速度为 0.220.66m/s。 4.1.3 变速箱 参考国内外现有小型钻机的转速系列，本机采用了不规则排列的中间转速系列。 （ 1） 立轴有三种转速， 110、 190、 340r/min 转速适合合金钻 头钻进。 （ 2） 卷筒缠绳速度为三种，见表 41 表 4 1 档 档 档 立轴转速 r/min 110 190 340 缠绳速度 m/s 0.22 0.37 0.66 4.2 机械传动系统 机械系统传动路线见图 4 1 传动计算如下： 1.立轴的转速 : n =nD1/D2Z 1/Z2Z 3/Z4Z10/Z11 式中 : n 立轴的第一档转速 r/min nts n电机转速 n=1440r/min D1主动皮带轮直径 D1=125mm D2大皮带轮直径 D2=285mm Z1Z11 传动链中各齿轮的齿数 ,Z1=31,Z2=54,Z3=31,Z4=54 Z10=21,Z11=39 n =1440125/28531/5431/5421/39=112.1 110r/min n =nD1/D2Z 1/Z2Z5/Z6Z 10/Z11 式中 :Z5=42,Z6=43 n =1440125/28531/5442/4321/39=190.69 190r/min n =nD1/D2Z 1/Z4 内 Z10/ Z11 式中 : Z4 内 =31 n =1460160/36531/3121/39=340.08 340r/min 考虑到皮带传动、齿轮传动、轴承等的效率，所以各档转速确定为 110、 190、 340r/min。 2. 绞车的缠绳速度 V1= D(nD1/D2Z 1/Z2Z3/Z4Z9/Z12/Z13/Z14)/60000 m/s 式中 :D=D0+d=140+8.8=148.8mm 式中 :D0=140mm 为卷筒直径 ,d=8.8mm 为钢丝 绳直径。 V1=148.8(1460160/36525/3118/3833/8318/1818/54)/60000 =0.22m/s V2=0.44m/s V3=0.75m/s (计算从略 ) 考虑到皮带、轴承、齿轮等的效率，确定绞车提升速度分别为： U1 0.22m/s U2=0.44m/s U3=0.75m/s。 nts 第 5 章 回转器 5.1 结构特点 回转器的结构如图 5 1 所示，是由本体、立轴、立轴导管、弧齿锥齿轮等组成。立轴上端装有常闭式液压卡盘。其 特点是： 1、回转器尺寸小、紧凑。 2、回转器适用于各种角度的孔的钻进。 3、离开孔口采用开箱式，简单可靠，减轻钻机重量。 4、立轴行程比过去小型钻机大，为 500mm，缩短钻进辅助时间。 5.2 零部件的强度与寿命计算 弧齿锥齿轮副的强度校核 : Z 10 与 Z11 的主要参数见表 5 1。齿面硬度 Z10 为 HRC52、 Z11为 HRC57，锥距 R 77.515m,节锥角 10=28018 22, 11=6104128 表 5-1 齿 号 齿 数 模数 变位 系数 齿宽 材料 齿顶系数 压力角 螺旋角 旋向 精度 Z10 21 3.5 0 22 20CrMnTi 0.85 200 350 右 8DC Z11 39 3.5 0 22 20CrMnTi 0.85 200 350 左 8DC 齿轮在各种转速下传递的功率、转速及转矩见表 5 2 表 5 2 功率 KW 转速 r/min 转矩 n m 5.17 632 80 5.07 208 233 5.07 354 137 nts 5.2.1 齿面按接触疲劳强度计算 （ 1）接触应力 H Z E 1.5ft m axKAKVKH ZR 3 Ft1 N/mm2 b d1 I Ft m ax ZE弹性系数 ZE 189.8 N/mm2 Ft1=Ft m ax小轮运转中最小切向力 Ft m ax=2758N KA使用系数 KA=1.25 Kv动载系数 KV1=KV2=1 KH 齿间载荷分布系数 KH =1.2 Zx尺寸系数 Zx=1.0 ZR表面状况系数 ZR=1 b有效齿宽 b=22mm d1小轮大端分圆直径 d1=94.5mm I几何系数 I=0.1 将以上各值代入上式 ,得 H=1197N/mm2 (2)接触疲劳极限应力 HIin= HIin ZN ZW/ZQ N/mm2 HIin接触疲劳极限应力 HIin 1352 Zwgz 工作硬化系数 Zw 1 ZN寿命系数 ZN 1 ZQ温度系数 ZQ=1 HIin=135211=1352 (3)安全系数 : SH= HIin/ H=1352/1197=1.12SHIin=1 所以安全。 5.2.2 弯曲疲劳强度极限应力 （ 1） 计算齿根弯曲应力 F Ft KA KU KF YX/b ms J N/mm2 Ft 作用于大端分度圆上的切向力 Ft =2758N KA 使用系数 KA =1.25 Kv 动载系数 Kv=1 KF 载荷分布系数 KF 1.15 nts Yx尺寸系数 Yx 1 ms大端端面模数 ms=4.5 J几何系数 J 0.18 F 141N/mm2 （ 2） 齿根弯曲疲劳极限应力 FIim FIim YN/YQ N/mm2 YQ温度系数 YQ 1 YN寿命系数 YN 1 FIim齿根弯曲疲劳极限应力 FIim 206.82N/mm2 （ 3） 安全系数 SF FIim/ F 206.82/141=1.46SFmin=1 所以安全。 nts 第 6 章 变速箱的设计与计算 6.1 变速箱的结构特点 变 速箱的结构如图 6 1 所示，它是由变速部分、分动部分及操纵部分和壳体等组成。也是变速部分和分动部分合为一体的传动箱。其特点是： 1、采用了回归式的传动形式，箱体呈扁平状，有利于降低钻机的高度，齿轮 Z4 即是移动齿轮由是结合子，因此结构紧凑。 2、变速、分动相结合，减少了零件数目，有效利用变速箱内的空间。 3、操纵结构采用了齿轮齿条拨叉机构，操纵灵活可靠，每个移动齿轮单独控制，并有互锁装置，这种互锁装置安全可靠，结构简单。 4、增加了卸荷装置，减少了轴齿轮的受力状况。 6.2 零件的强度计算 1、在校核零 件的强度时，假设电机的功率全部输入变速箱，然后再输入绞车和回转器。 2、变速箱在不更换齿轮的情况下，可连续工作 10000 小时，纯机动时间每班 16 小时，可连续工作 20 个月。 每个速度的工作时间分配情况如下： 第一速（ 110r/min） 为 40即 4000 小时； 第二速（ 190r/min） 为 40即 4000 小时； 第三速（ 340r/min） 为 20即 2000 小时； 3、本机零部件的强度和寿命计算方法和数据是按 机械设计手册 （冶金工业出版社）计算的。 6.3 齿轮强度计算 1、变速箱内 各齿轮主要参数及材料见表 6 1 表 6 1 齿数 模数 齿宽 变位系数材料 硬度 RC 应力角 备注 nts Xn Z1 31 2 35 1.0 40Cr 40-45 200 Z2 54 2 22 0.1 40Cr 40-45 200 Z3 31 2 26 1.0 40Cr 40-45 200 Z4 54 2 26 0.1 40Cr 40-50 200 Z5 42 2 24 0.1 40Cr 40-45 200 Z6 43 2 24 1.0 40Cr 40-45 200 Z7 35 3 25 0 40Cr 40-45 200 Z8 26 3 26 0 40Cr 45-50 200 Z9 33 4 22 0 40Cr 45-50 200 Z12 17 3 26 0 45 40-45 200 Z13 18 3 35 0.15 20CrMnTi 57-62 200 Z14 18 3 20 0.1 20CrMnTi 57-62 200 Z15 54 3 28 0.35 40Cr 200 2、 Z3、 Z4 齿轮副的强度校核 1) 齿根弯曲疲劳强度验算 （ A） 计算齿轮的 弯曲疲劳极限应力 l i m l i m * * *F F b N X s rY Y Y式中limF 被校核齿轮的弯曲疲劳极限应力 limFb 实验齿轮的弯曲疲劳极限应力，由图 F8 13 查得： l i m 3 l i m 4 400F b F b（ Mpa） NY 弯曲寿命系数，因两齿轮的应力循环次数为： 3N= 410 *0.4*60*365=0.87* 810 次 4N= 410 *0.4*60*210=0.5* 810 次 nts 由图 F8 14 知3NY=4NY=1 XY 尺寸系数3XY=4XY=1（图 F8 15） SrY 有效应力集中系数，有图 F8 16 查知3SrY=1.03，4SrY=0.97 所以 lim3F=lim 3Fb*3NY*3XY/3SrY=400*1*1/1.03=370（ Mpa） lim4F=lim 4Fb*4NY*4XY/4SrY=400*1*1/0.97=412（ Mpa） （ B） 比较弯曲强度 图 F8 6 查得齿形系数3FY=1.94，4FY=2.26 则有 lim3F/3FY=370/1.94=191lim4F/4FY=412/2.26=182 因此齿轮4Z弯曲强度弱。 （ C） 计算弯曲工作应力4F4F=tcF/bm(FY Y Y) （ Mpa） 式中 tcF 计算圆周力，而tcF=tF AK UK K K其中 tF 工作圆周力tF=20003T/3d=2000*132.5/62=4273（ N） AK 工作状况系数，由表 F8 7 查知AK=1.25 UK 动载系数，因 为 V3Z/100=1.18*31/100=0.37，由 F8 4 知UK=1 nts K 载荷分配系数， K =1/ Y ，当 =1.6 时， Y =0.7，所以K =1/0.7=1.43 K 载荷分布系数，因 d =b/ 3d =26/62=0.45,故由表 F85 查知 K=1.05 则 tcF=4273*1*1*1.43*1.05=6417.5（ N） Y 载荷作用位置数 Y=0.7 Y 螺旋角系数 Y=1 b 齿宽 b=26 (毫米 ) m 模数 m=2 (毫米 ) Fc=tcF/bm(4FY Y Y)=6417.5/26*2(2.26*0.7*1=195（ Mpa） (d)计算齿轮的弯曲疲劳安全系数FSFS=lim4F/4F=412/195=2.11 可靠 2）齿面接触疲劳强度验算 （ A）计算齿轮的接触疲劳极限应力limHlimH=limHb*NZ* Z式中 limHb 实验齿轮的接触疲劳极限应力，由 F8 17 查知lim 3Hb=lim 4Hb=1100（ Mpa） NZ 寿 命 系 数 ， 由 图 F8 18 查知3NZ=1.19 ， nts 4NZ=1.22 Z 硬化系数， 取 Z =1 所以 lim3H=1100*1.19*1.03=1348（ Mpa） lim4H=1100*1.22*1.03=1424 （ Mpa） （ B）计算接触工作应力 H=EZ HZ Z31*tcF ubd u （ Mpa） 式中 EZ 材料系数，由 F8 9 查知EZ=189.8 MPa HZ 节点系数，HZ=2.27 由图 F8 10 Z 重合度系数 Z =0.9 由图 F8 9 U 齿数比 U=43/ZZ=54/31=1.74 则 H=189.8*2.27*0.9 6 4 1 7 . 5 1 . 7 4 1*2 6 * 6 2 1 . 7 4=889（ Mpa） （ C） 算安全系数HSHS=lim3H/H=1384/889=1.516 安全可靠 3）短期过载强度校验计算 取最大短期尖峰载荷是额定工作载荷的 1.5 倍 短期过载弯曲极限应力，根据表 F8 12 知 limFs=18*CHR=18*45=810（ Mpa） 最大的弯曲工作应力为 nts maxF=4F*1.5/AK=195*1.5/1.25=234（ Mpa） 短期过载弯曲强度安全系数 FSS=limFs/maxF=810/234=3.5（安全） 短期过载接触极限应力，根据表 F8 12 知 l i m 4 1 . 3H s CHR =41， 3*45=1859 （ Mpa） 而最大接触应力为 m a x1 .5HHAK =889* 1.51.25 =974 （ Mpa） 短期过载接触强度的安全系数为 HSS limm a x1859974HsH=1.9（安全） 3、其他齿轮对的强度校核 按上面的方法和步骤，对变速箱中的其他齿轮对可进行 类似的计算，略。 6.4 轴系零件与部件的强度与寿命的校核计算 在变速箱中共有三根轴，其中 轴负荷最大，而且相对尺寸直径小、长度长。下面仅以该轴的强度寿命进行验算。 轴共有七种工作状态，向回转器传递四种状态的动力，驱动绞车三种状态。相比而言回转器的 130r/min 的转速时该轴扭矩最大，受力最大。 1、轴的驱动校核 已知下列条件：材料 40Cr，调质 T 220-250，各齿轮分度圆直径为： d4 108、 d6 84、 d8 105. 该轴的四个转速及传递的扭矩见表 6-2 表 6-2 转速（ r/min） 扭矩（ N m） 备 注 档 210 221 7 nts 档 356 118 4 III 档 636 79 28 （ A） 在各种转速下齿轮受力支反力计算结果列表 6 3 中 （ B） 轴的疲劳强度校核： 从表 6 2 中得知，校核轴的强度时，应取低转速的受力状态。表 6 3 RCY RBY Ft6 Ft4 RAY C B Ft6 FR4 A RCX RBX RAX 125 94.5 115 60.5 270 395 续表 6 3 档 档 档 档 Ft4 5362 Fr4 1952 Ft6 4 2594 Fr6 944 Ft1 3113 2450 Fr1 1133 892 Ft8 2450 Fr8 292 RAX 194 174 RBX 883 1092 RCX 603 75 nts RAY 3680 724 RBY 720 1502 RCY 492 1027 RR 3684 745 RB 1139 1506 RC 778 1030 轴的扭矩图如图 6 3 所示，现计算 ，截面的安全系数。 截面 -的弯矩： 水平弯矩： Mxz =Fr410010-3+RBX17010-3 199N m 垂直弯矩 -： MYZ =Ft410010-3+RBY910-3 542N m 合成弯矩： M Mxz 2 + MYZ 2 575N m 截面 -的弯矩： 水平弯矩： Mxz RAX60510-3+19460.510-3=11N m 垂直弯矩： MYZ RAY60.510-3=223.6N m 合成弯矩： M Mxz +MYZ =223N m 12 量截面扭矩 T 356.6N m 下面是按当量弯矩计算 -、 -两截面的安全系数。 水平受力图： C B Frx A 180 47 水平弯矩图： 11 199 Fty 垂直受力图： C B 垂直弯矩图： 80 145 223 nts 542 合成弯矩图： 60 231 223 575 扭矩图： 356 图 6 3 表 6 4 名 称 -截面 -截面 说 明 扭 矩 T（ N m） 356 356 弯 矩 M（ N m） 575 223 当量力矩 Ml 652 380 轴 经 d（ mm） 36、 42 36、 42 工作应力 m(Mpa) 131 76.92 w=4.9410-6 疲劳极限 -1(Mpa) 350 350 尺寸系数 0.77 0.77 表面质量 0.85 0.85 有效应力 集中系数 K 1.57 1.57 安全系数 S 2.29 3.91 许用安全系数 2.29 2.29 安 全 通过上述验算 轴通过 ,其它轴系从略。 nts 第 7 章 绞车 7.1 结构特点 本钻机考虑到井上、井下钻探作业，故设置了绞车，如图 7 1。在井下矮巷道内钻孔时，绞车难以发挥作用，这时可将绞车拆除。设置绞车也给机器在井下短距离 搬运提供自牵的方便。 在结构上选择常用的固定轮系的 NGW 型行星式传动绞车，其特点是： 1、结构简单而紧凑，传动装置兼起离合作用，并有过载保护作用。 2、在一定范围内，可实现无级调速和微动升降。 3、传动功率大，效率高。 4、传动平稳，操纵灵活。 7.2 主要参数的选择 1、确定钢丝绳直径 d 根据 GB1102 74 标准，选定钢丝绳直径如下： 外 径： d=8.8mm 总断面积： A=27.88mm2 总破断力： S=47300N 抗拉强度： =1700Mpa 绳 型：绳 637（纤维芯） 2、钢丝绳的强度校核 绞车最大提升负荷： Q=12000N 最小安全系数： S=45 在正常情况下，最大起重时的安全系数为： S= S/Q=47300/12000=3.49 S 在急刹车时，取 Q 2.5Q，则安全系数 S S/Q 1.6 3、卷筒参数确定如下： 卷筒内径： D 140mm 卷筒外径： D 230mm 卷筒有效长度： L0 100mm nts 容绳长度： L n D 式中： n钢丝绳圈数 n 11 D 每层缠绳长度之和，共五层， D 5（ D+d） +20d 32m。 4、绞车参数 提升速度 卷筒转速 提升力 V1=0.22m/s n1=28r/min 12000N V2=0.44m/s n2=50r/min 6000N V3=0.75m/s n3=78r/min 3350N 7.3 绞车所需功率 1. 卷筒所受扭矩： MT 0.5(D+d)Q=0.5(0.14+0.0088)12000 =893N m 2.绞车轴所受扭矩 : MZ=MT/2=298N m 3.绞车轴所需功率 : P=MZ n1 I/9550=2.6KW 7.4 零部件的强度及寿命计算 （一）齿轮强度校核 对 NGW 型行星齿轮传动，只校核外啮合。即 Z13 与 Z14。 Z13 18、 m 3、 X13=0.15、 材料为 20C rMnTi、 HRC=5762 Z14 18、 m 3、 X14=0.15、 材料为 20C rMnTi、 HRC=5762 HIim=1500N/mm2 FIim=450 N/mm2 传递扭矩： Mz 298N m 转 速： nz=n1 i 84r/min 按接触强度校核： 1. 分度圆圆周力 Ft=1000MZ/CS R1=5518.5N 2. 工况系数 KA=1.25 3. 动载系数 KV=1 4. 齿间载荷分配系数 KH =1.05 5. 齿向载荷分配系数 KH =1 6. 节点区域系数 ZH=2.35 7. 弹性系数 ZE=189.8 N/mm2 nts 8. 重合度系数 Z =0.97 9. 螺旋角系数 Z =1 10. 计算接触应力 H Ft i+1 KA KV KH KH ZH ZE Z Z db i 11.寿命系数 ZN1=1.02 ZN2=1.11 12.最小安全系数 SHm in=1 SFm in 1.4 13.润滑剂系数 ZL=1 14.速度系数 ZV=0.9 15.粗糙度系数 ZR=0.9 16.齿面工作硬化系数 ZW=1 17.尺寸系数 ZX=1 18.许用接触应力 HP 1min1limHNHS Z ZL1 ZV1 ZR1 ZW1 ZX1 1239N/mm2 HP 2=1308.7N/mm2 19.接触强度判断 因为 H 978N/mm216MPa 时， PP Pn125 Pn工作压力（ Pa） D油缸内径 D 0.17(m) p缸体材料许用拉压力 p= b/S 其中 b 为材料抗拉强度 S安全系数 S=3.5 5 取 S=4 Pn=600104(Pa) PP=600104150%=900104 p= b/S=60106/3.5=17106Pa t=9001040.17/217106=0.0045(m) 取 t=8mm,所以强度足够。 8.2 给进油缸的设计 给进油缸的结构如图 8 4 所示，为双作用单活塞杆往复运动油缸，所起的作用是： 1、完成钻孔过程中的给进运动； 2、当卡钻及处理事故时，配合绞车起拔在钻杆。 1、 TXU 150 型钻机，打水平孔时，需克服 150m 钻杆的自重和孔壁的摩擦力，其力为： F 摩 q L f 69.61500.35=3660N 式中 :q钻杆单位长度重量 q=69.6N/m; L钻杆长度 L=150m; f摩擦系数 f=0.33 在低速钻进时 ,当井底压力 C=10000N 时 ,则活塞杆所产生的推力必须大于 F 摩 +C,即 3660+10000=13660N,活塞杆有效面积 16.76cm2油泵工作压力为 : P=13660/16.762=407.5 400N/cm2 nts 2、油缸直径的计算 根据所需油缸最大作用力以及液压系统的最大工作压力可求得油缸直径 。 D 4P2/2 P= 428500/23.14600=5.49cm2 5.5cm2 式中： D油缸计算直径 D 5.5cm P油压系统的调整压力 , P=600N/cm2； P2油缸最大起拔力 ,P2=28500N。 nts 第 9 章 钻机的使用说明 一、概 述 100 型液压钻机主要用于矿井内部，供钻探深度为 100 米的各种角度的放水孔、地质构造孔、灭火孔、抽放瓦斯孔及其它用途的各种工程孔，也可以在地面钻探深度为 100 米的地质勘探孔及其它用途 的各种浅孔。 100 型钻机可在各种不同硬度的岩层中钻探任意角度的孔，尤其在煤层、软岩石及硬岩石中钻孔效率为最高。整个机组由 100 型钻机和 TBW-75/2.0 泥浆泵，两部分组成。在矿井内部钻探时不需要井架。钻孔冲洗液为
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