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SR200型旋挖钻机液压系统设计【石油】【6张图/14200字】【优秀机械毕业设计论文】

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SR200型旋挖钻机液压系统设计【石油】【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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A0-SR200型旋挖钻机整体图.dwg

A0-SR200型旋挖钻机液压原理图.dwg

A0-SR200整机立体图.dwg

A0-液压管路布线图.dwg

A1-合流阀块.dwg

A1-回油合流块.dwg

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关键词：: sr200 型旋挖钻机液压系统设计石油优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,40页,14200字左右.
开题报告。
任务书。
翻译一份。

图纸共6张,如下所示
A0-SR200型旋挖钻机液压原理图.dwg
A0-SR200型旋挖钻机整体图.dwg
A0-SR200整机立体图.dwg
A0-液压管路布线图.dwg
A1-合流阀块.dwg
A1-回油合流块.dwg

任务书

题目 SR200型旋挖钻机液压系统设计
主要内容、技术参数、基本要求、主要参考资料等：
1、主要内容
旋挖钻机的总体方案设计；
旋挖钻机液压系统原理分析；
旋挖钻机液压系统液压元件的匹配；
旋挖钻机液压系统三维设计。
整机稳定性验算。
2、技术参数
1）、最大输出扭矩200kN m； 2）、最大钻孔直径1800mm；
3）、最大钻孔深度60m； 4）、钻孔转速7～30 r/min；
5）、最大加压力40kN； 6）、最大起拔力160kN；
7）、主卷扬提升力196kN； 8）、主卷扬提升速度72m/min；
9）、辅卷扬提升力76kN； 10）、辅卷扬提升速度79m/min；
11）、钻桅左右倾斜角度6°； 12）、钻桅前倾斜角度5°；
13）、钻桅后倾斜角度15°； 14）、系统压力35MPa；
15）、发动机功率200kW； 16）、底盘型式：履带；
17）、总质量（包括标准钻杆）（kg）： 60000。
3、基本要求
设计机器总体、液压原理图、液压配件图、液压装配图、机器立体图等，折合0号图纸5张；
设计计算书40页；
外文资料翻译5000字。
1、主要参考资料
相关三维设计与仿真软件及参考书籍；
相关机械设计手册、液压手册、网上期刊文献、相关样本等。

开题报告表
课题名称 SR200型旋挖钻机液压系统设计
课题来源北京三一重机有限公司课题类型 A 指导教师姓名赵伟民
学生姓名孙运强学号 020401140226 专业机自
开题报告内容：（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）
一、调研资料的准备
在老师的帮助下，通过网络、机械设计手册、以及相关样本，查阅了大量关于设计课题的资料。旋挖钻机由于采用了全液压先导控制技术，是目前桩基础施工机械中发展速度最快的的机种。但液压系统设计的合理与否，将会对整机产生不良影响。本设计在广泛查阅、收集资料的基础上，进行了旋挖钻机的总体方案设计，并结合旋挖钻机的实际作业情况，对液压系统进行了全面分析。
二、设计目的
本课题的设计目的主要是旋挖钻机的液压系统设计。利用三维绘图软件对液压系统进行空间液压管路设计，有利于节约工人现场测量液压管路时间。
三、设计思路
在清楚总体结构后，先进行整机方案设计，再进行液压系统原理图和空间管路布置图设计。认真分析旋挖钻机设计要求以及各液压元件之间的相互协调动作。设计出一套重量轻、体积小、效率高、功率大、结构紧凑、传动平稳、操纵简便以及容易实现无级变速和全自动控制液压系统。
四、要求
设计的工作装置能够完成预定的功能，安全可靠。进行总体方案设计、液压原理分析、液压元件匹配以及整机稳定性验算。设计液压原理图、液压管路空间结构布置，实现预期的要求。
在设计的过程中注意的问题：
（1）稳定性问题；
（2）液压元的匹配；
（3）液压管路的空间布置问题，防止各管路间产生干涉。
五、预期成果
了解机器的总体结构、工作原理、各零部件的作用。对旋挖钻机有清晰的总体认识。设计出能较好实现功能的液压系统，完成机器总体、液压原理、液压管路三维布置、主要零部件、机器立体图等，折合0号图纸5张；翻译一份相关的外文文献，学习国外的应用技术。

六、时间安排
4月9日～4月21日（2周）钻机总体设计；
4月22日～5月12日（3周）旋挖钻机液压系统原理分析；
5月13日～6月2日（3周）旋挖钻机液压系统的元件匹配与动力特性分析；
6月3日～6月16日（2周）旋挖钻机液压系统三维设计；
6月17日～6月30日（2周）论文写作与整理，准备答辩。
在设计中老师提供了相关的三维设计与仿真软件、机械设计手册、液压手册及相应的参考书籍；且对这个领域很了解，对提出的问题耐心指导，为设计的顺利进行提供了保障

摘要
旋挖钻机由于采用了全液压先导控制技术，是目前桩基础施工机械中发展速度最快的机种。但液压系统设计的合理与否，将会对整机产生不良影响。本设计在广泛查阅、收集资料的基础上，进行了旋挖钻机的总体方案设计，并结合旋挖钻机的实际作业情况，对液压系统进行了全面分析。
新型旋挖钻机的行走、回转、钻具动力进给、提钻等采用了低速大扭矩马达；起架、变幅、加压等采用了带有平衡阀的液压油缸，由这些部件构成了满足新型旋挖钻机作业的基本子系统。本文通过对各厂家液压产品的认真比较选择，结合旋挖钻机的工作条件，提出了新型旋挖钻机的液压原理图和三维管路结构布置图，设计出一套重量轻、体积小、效率高、功率大、结构紧凑、传动平稳、操纵简便以及容易实现无级变速和全自动控制液压系统。

关键词：旋挖钻机；液压系统；液压原理图；先导控制

Abstract
Rotary drilling rigs is one of the pile foundation construction machinery which develops fastest, because it adopts full hydraulic forerunner control technique. Whether hydraulic system design in reason or not will bring blight to complete machine. The design proceeds to general plan design of rotary drilling rigs on the foundation of abroad consult and data collection, with incorporating real activity instance of rotary drilling rigs, and proceeds to a multianalysis of hydraulic system.
The trodden, gyration, drilling tool, power feed and pull out of the new style rotary drilling rigs adopts low speed, high torque motor; The rising, amplitude and upset adopt hydraulic ram with balanced valve, which form basic subsystem satisfying new style rotary drilling rigs' work. The text through the comparation and selection of every manufacturer of hydraulic product, and incorporates work condition of rotary drilling rigs, then put forward the hydraulic and tridimensional pipeline structural plan of the new style rotary drilling rigs, and design a hydraulic system with suite light in weight, compactness, high efficiency, compact conformation, infeed muscularity, transmission calm, handling facility as well as easiness realize infinitely variable speeds and fully automatic control .

Key words: rotary drilling rig; hydraulic system; hydraulic schematic diagram ; hydraulic forerunner control technique

目录
第1章概述………………………………………………………………………1
1.1 概述…………………………………………………………………1
1.2 本章小结……………………………………………………………5
第2章 SR200型旋挖钻机总体结构设计………………………………………6
2.1 SR200型旋挖钻机总体结构………………………………………6
2.2 工作原理……………………………………………………………7
2.3 履带底盘……………………………………………………………7
2.4 上车…………………………………………………………………8
2.5 桅架…………………………………………………………………8
2.6 钻具…………………………………………………………………8
2.7 本章小结…………………………………………………………11
第3章液压原理…………………………………………………………………12
3.1 动力头………………………………………………………………12
3.2 主、副卷扬…………………………………………………………17
3.3 上车回转……………………………………………………………19
3.4 加压油缸……………………………………………………………19
3.5 起升、变幅油缸……………………………………………………20
3.6 行走马达……………………………………………………………21
3.7 履带展宽油缸………………………………………………………22
3.8 本章小结……………………………………………………………23
第4章计算与选型………………………………………………………………24
4.1 设计要求……………………………………………………………24
4.2执行元件的计算与选取……………………………………………24

4.3主泵的计算与选取…………………………………………………30
4.4 本章小结……………………………………………………………31
第5章 SR200型旋挖钻机整机稳定性校核………………………………… 32
5.1 整机稳定性校核………………………………………………… 32
5.2 本章小结………………………………………………………… 33
结论………………………………………………………………………………34
参考文献…………………………………………………………………………35
致谢………………………………………………………………………………36

SR200型旋挖钻机液压系统设计

内容简介：: 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） I 摘要旋挖钻机由于采用了全液压先导控制技术，是目前桩基础施工机械中发展速度最快的机种。但液压系统设计的合理与否，将会对整机产生不良影响。本设计在广泛查阅、收集资料的基础上，进行了旋挖钻机的总体方案设计，并结合旋挖钻机的实际作业情况，对液压系统进行了全面分析。新型旋挖钻机的行走、回转、钻具动力进给、提钻等采用了低速大扭矩马达；起架、变幅、加压等采用了带有平衡阀的液压油缸，由这些部件构成了满足新型旋挖钻机作业的基本子系统。本文通过对各厂家液压产品的认真比较选择，结合旋挖钻机的工作条件，提出了新型旋挖钻机的液压原理图和三维管路结构布置图，设计出一套重量轻、体积小、效率高、功率大、结构紧凑、传动平稳、操纵简便以及容易实现无级变速和全自动控制液压系统。关键词：旋挖钻机；液压系统；液压原理图；先导控制大庆石油学院本科生毕业设计（论文） is of it in or to to of on of of to a of of of of of of a in as as 庆石油学院本科生毕业设计（论文）录第 1 章概述 1 述 1 章小结 5 第 2 章旋挖钻机总体结构设计 6 旋挖钻机总体结构 6 作原理 7 带底盘 7 车 8 架 8 具 8 章小结 11 第 3 章液压原理 12 力头 12 、副卷扬 17 车回转 19 压油缸 19 升、变幅油缸 20 走马达 21 带展宽油缸 22 章小结 23 第 4 章计算与选型 24 计要求 24 行元件的计算与选取 24 大庆石油学院本科生毕业设计（论文）泵的计算与选取 30 章小结 31 第 5 章旋挖钻机整机稳定性校核 32 机稳定性校核 32 章小结 33 结论 34 参考文献 35 致谢 36 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章概述述随着国民经济的发展，公路、铁路、桥梁和各种大型城市建筑物的地基基础施工的要求也越来越高。目前国内、国外灌注桩主要采用钻孔灌注的施工方法，主要施工机械为螺旋钻孔机、反循环钻孔机、全套管钻孔机、回转斗钻孔机、潜孔冲击锤、旋挖钻机等。而旋挖钻机与其他钻孔机械相比具有较优越的技术性能。在国外尤其在欧洲，旋挖钻机的市场占有量非常大，在中国的大城市市政建设中也日渐增多，旋挖钻机全面取代传统的正反循环钻机以及冲击钻机是基础施工发展的趋势和客观要求。我国在 60 年代初开始发展灌注桩施工机械。 40 多年来，钻机的研制从无到有，从小到大，经历了初创、形成、快速发展三个阶段。从最初河南省人力转动锥头钻孔开始，逐渐发展到螺旋钻机、冲击钻机、正反循环回转、潜水钻、全套管钻机、旋挖钻机等各种设备。而旋挖钻机以其无可争议的施工质量、施工效率以及方便灵活性大受施工单位的青睐。早在 1984 年，天津探矿机械厂就首次引进美国司的旋挖钻机并进行消化吸收。 20 世纪 80 年代末至 90 年代初，一些施工企业看到了旋挖钻进技术在施工中体现出的巨大优势，逐渐从国外引进旋挖钻机。此时，一些国外的旋挖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介绍、宣传旋挖钻机及旋挖钻进施工技术。但由于种种原因，一些先进技术在我国的发展比较缓慢，到 90 年代末期，我国旋挖钻机的拥有量也就 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。最近二、三年来，随着我国基础工程行业的投资不断加大，市场竟争不断加剧，基础工程施工行业逐渐认识到了旋挖钻机的优越性，使得这一钻机在我国的发展非常迅速。据悉，仅 2001 年一年，某国外旋挖钻机制造商在我国就销售了近 20 台旋挖钻机，而在前几年，其每年的销售数量只有几台。某国内旋挖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旋挖钻机生产企业来说，预示着非常好的前景。在北京五环路的基础施工中，旋挖钻机已占了绝大多数，最多时达到了 30 多台；而在青藏铁路格拉段的冻土施工中，中铁集团要求必须采用旋挖钻机， 2002 年上半年在该工地施工的旋挖钻机课题来源：北京三一重机有限公司大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 2 数量已达到 80 台左右。由此可见，旋挖钻机在我国的发展前景是非常大的，据有关人员预测，在今后几年内，我国旋挖钻机的拥有量将达到目前的 3 倍以上。而国内对旋挖钻机的研究也是从 20 世纪 80 年代才开始的，北京建筑机械研究所、长沙建设机械研究所、同济大学、吉林大学、哈尔滨建筑大学、重庆建筑大学、南京建筑学院、东北大学等研究所及院校都在进行钻机新产品新技术的开发研究，并取得一定成果。目前国内企业还处于仿制、开发阶段，其性能、质量无法与进口钻机相比。近十余年来，国内部分生产企业分别以许可证方式和技贸结合形式从日本、德国、英国、意大利引进技术，经消化吸收目前已批量生产，国产化率一般达到 60%以上，部分关键件如发动机、液压件等由国外进口。如徐工集团、上海金泰股份有限公司、郑州勘察机械有限公司、三一重工、北方重工等企业都以技术引进或技术合作的形式进行旋挖钻机的研究开发工作，部分厂家已相继生产出自己的旋挖钻机，如三一重工集团新近研制出机。旋挖钻机是大口径桩基础工程的高效成孔设备，与其他钻孔机械相比具有一如下优点：（ 1）成孔速度快，质量高。与常规钻机相比，旋挖钻机回转扭矩大，并可根据地层情况自动调整。钻压大，并易于控制。同时由于旋挖钻机的钻头直接从孔内提取岩土，故其钻进速度非常高。一般情况下，在土层、砂层的钻进速度可达10m/h,在粘土层可达 4 6 m/h，是普通回转钻进的 35 倍，甚至更高。旋挖钻机钻进时对地层扰动小，孔壁泥皮薄，形成的孔壁为粗糙型，有利于增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力。孔底沉渣少，易于清孔，提高桩端承载力。如宁夏吴忠黄河大桥的施工中，深 40m 的桩，很多循环钻机需要 20 天甚至 30 天才能完成一个孔，冲击反循环钻机最快也需要 7 大左右。很多桩由于钻孔时间过长造成坍塌，严重的甚至需要改变桩位。而在同一工地，采用一台德国宝峨(如图 1 1）公司生产的旋挖钻机，仅需 5 小时左右即可完成同样的孔径和深度，其工效是冲击循环钻机的 30 倍，是循环钻机的 80 120倍，最重要的是工程的质量和进度得到了充分的保证。（ 2）环保特点突出，施工现场干净。这是由于旋挖钻机通过钻头旋挖取土，图 1 1 机大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 3 再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。而循环钻机则是由钻头对地层进行切削，同时通过泵抽吸 (反循环 )或泵从孔顶部通过钻杆向孔底顶送泥浆 (正循环 )，利用泥浆将孔底的泥上或切削下来的其它物料携带上来并排放到地而的泥浆池内，以致于现场泥浆污染非常严重。旋挖钻机虽然也使用泥浆，但仅仅用泥浆来护壁，而不用于排渣，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。目前很多城市在施工中的排污费用明显提高，使用旋挖钻机可以有效的降低排污费用，并提高文明施工程度。同时旋挖钻机钻进时振动小，噪声低。环境保护是 21 世纪的重要课题，有利环保的钻机产品必将受到用户欢迎。（ 3）行走移位方便。旋挖钻机具有行驶履带，可以自行走，而传统的钻机的移位往往需要借助吊车，即使有步履机构移动起来也非常缓慢。旋挖钻机钻进前对孔的定位非常准确、方便。而传统钻机对孔进行定位时很不方便。（ 4）旋挖钻机的地层适应能力强。旋挖钻机通过更换不同的钻头可以适用于淤泥质土、粘土、砂土、卵石层和软岩，甚至有的旋挖钻机 (如德国宝峨公司生产的旋挖钻机 )可以适应单轴强度超过 100坚硬岩层。（ 5）多功能性。先进的旋挖钻机能够配备各种不同钻具。适用于短螺旋、回图 1 2 机大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 4 转斗及岩层 (岩心钻 )的成孔作业，还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等实现多功能作业，施工效率高，是市政、铁路、桥梁、水利建设等理想的基础施工设备。（ 6）设备性能先进，自动化程度高，劳动强度低。旋挖钻机为履带式全液压自行式钻机，采用全套液压系统，有些还配各先进的电脑操作系统。为了确保旋挖钻机的优异性能，大部分旋挖钻机制造商都在世界范围内选购零部件，如美国卡特比勒（底盘、德国的液压系统、日木的电器等，这样可延长旋挖钻机的整体寿命，不致因某一个部件损坏而影响其使用。先进的旋挖钻机是机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，操纵灵活方便，机械化、自动化程度高，施工现场内可自行移动，自立桅杆，移动、对孔位方便、快捷。采用伸缩式钻杆，节省了人力和加接钻杆的时间，辅助时间少，时间利用率高。旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压推力作为钻进压力，并通过伸缩式钻杆传递至钻头，使土屑装满钻斗后由主卷扬机提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。但旋挖钻机通常适合的钻孔深度在 50 60m 以内，钻孔直径在 2大多数钻孔直径在内。这是由于旋挖钻机的结构所决定的。旋挖钻机的取土依靠伸缩钻杆，当孔深加大时，钻杆加长必然会造成钻杆自重的增图 1 3 机图 1 4 机大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 5 加，考虑到整机平衡就需要增大设备的级别，使得设备成本增高。另外，如果钻深过大，将造成在孔内钻进时间大大少于提钻、卸土等辅助时间，使得工效大打折扣。虽然其钻孔深度和直径相对循环钻机没有优势，但是由于以上所列的工效、环保，尤其是地层适应能力等方而的优点正好能解决基础施工中最常见的问题，旋挖钻机还是在基础施工中得到广泛应用 321 。章小结本章主要介绍国内旋挖钻机发展历史及其目前国内、国外旋挖钻机生产厂家及产品。另外，介绍旋挖钻机的特点及其用途。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 6 第 2 章旋挖钻机总体结构设计旋挖钻机总体结构旋挖钻机总体方案见图 2 1，主要参数见表 2 1。 1鹅头， 2钻具， 3桅架， 4钢丝绳， 5主卷扬， 6副卷扬， 7三角架， 8上车， 9加压装置， 10 履带底盘图 2 1 旋挖钻机总体方案图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 7 项目参数项目参数发动机生产厂家动机型号配置功率 200动机转速最大输出扭矩 200孔转速 7 30r/转甩土转速 132 最大加压力 150大起拔力 196压系统行程 1500架左右倾斜角度 6 桅架前倾角度 5 桅架后倾角度 15 主卷扬提升力 170卷扬绳直径 28卷扬提升速度 72m/卷扬提升力 76卷扬绳直径 18卷扬提升速度 79m/盘总长 5060大钻孔深度 60m 最大最孔直径 1800带宽度 700 输状态设备宽度 3000作状态设备宽度 4500输状态设备高度 3462作状态设备高度 16650引力底盘型号标准总重量 60t 作原理钻桅是旋挖钻机的关键工作机构，它为动力头和钻杆等提供支承和导向，抗冲击、振动；具有良好的刚性和稳定性。加压油缸的缸体前端铰接于钻桅上，油缸活塞杆铰接于加压装置托架上。通过加压油缸的伸缩，可以实现加压装置对钻杆钻孔时的进给压力。钻桅起落油缸铰接于钻桅和三角架之间，通过钻桅起落油缸的伸缩，可以使钻桅处于作业或运输状态，也可调节钻桅的作业角度。钻桅的变幅采用平行四边形结构，通过变幅油缸的作用，可使钻桅远离底盘或靠近底盘。作为连接钻桅和底盘的关键部件，旋挖钻机的变幅机构采用了平行四边形及三角架结构，主要由动臂、三角架、支撑杆、变幅油缸、起落油缸等部件组成。通过变幅油缸的作用，以调节钻桅的工作幅度或运输状态钻桅的高度。通过起落油缸可改变钻桅的前后左右的倾斜角度，以及钻桅相对地面的角度。由于对桩孔垂直度要求较高，因此钻机在钻孔前必须对下钻位置、角度及钻杆垂直度进行调整，这些都要通过变幅机构来实现。另外变幅机构还承担着传递扭矩的重要作用。在钻孔时，钻头对动力头及钻桅部分产生的反作用力矩通过变幅机构传递给底盘部分，而底盘对钻桅及动力头等部分的支撑也由变幅机构承担。带底盘表 2 1 主要参数大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 8 该机底盘采用专用的展带可伸缩式底盘结构，四轮一带，具有结构可靠、刚性好，承载力大，稳定性好的特点 4 。车驾驶室具有视野开阔、操作方便、噪声低等特点。同时为操作手提供了紧急退生设施并在驾驶室顶部设计并安装了保护栏栅。该驾驶室四周的玻璃均装有电动雨刷器内部装有可调式座椅、空调、收放音设备等，并配有手控、脚控系统，垂直度监控与纠偏系统、整机系统预警等装置。同时，该钻机还装配有深度仪（含中央处理器、传感器、接收器）可以轻松设定和监控旋挖深度。转台主要包括回转减速机、回转支承、转台主体、钻桅支承等组成。其作用是承载上部重量。并使之作回转运动。该机转台与专用底盘结构相适应。可内置安装主卷扬。并确保主卷扬足够的安装空间。既确保了整机结构及重心布置合理工作稳定性好，又使主卷扬滚筒采用大直径结构，以减少钢丝绳在滚筒上的缠绕层数，从结构设计上减少钢丝绳的相互挤压摩擦。提高钢丝绳的使用寿命成为可能。架钻桅采用箱形截面。变幅机构由动臂、三角架、连杆及变幅油缸组成。该钻桅及变幅机构具有如下结构特点：（ 1）钻桅变幅油缸上铰座与动臂的上铰座同轴，结构简单，拆装方便，便于维修；（ 2）钻机运输或转场组装时，利用自身的动力和结构。不需要吊车辅助即可在主钻桅小于 90 倾角 (钻桅处于后倾状态 )时实现下钻桅与主钻桅的自装自卸功能。参照美国司旋挖钻机系列，将桅架做成桁架结构，钻具内嵌在桅架之中，减小偏心距 e，可以大大增加整体结构的稳定性。从风力方面来说，桁架结构受风力影响较箱壁结构来说较小，抗失稳能力提高。具有长短螺旋钻头、旋挖斗钻头、球齿钻头、岩心钻头、切削钻头、滚刀钻头等 (见图 2 2)。这些钻具分别适用于不同的地层。在地下水较少的硬质泥灰岩、冻土层、稳定的干土地层、砂砾层，适合使用短螺旋钻头；干的软岩地层，直径小于 10砂砾土层，稳定的干土层、冻土层适合使用长螺旋钻头；地下水位大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 9 以下的地层，一般使用旋挖斗钻头；如果遇到坚硬的岩层可以使用球齿钻头；风化岩层和卵石层，可以使用岩心钻头；软硬不稳定的岩层，或含孤石、漂石的地层适合使用切削钻头；在较均匀稳定的极硬岩层适用滚刀钻头。在一定的地层，肯定有一种钻具或多种钻具组合是最好的，既可以达到最高工效，又可以尽量地降低钻具的损耗，需要在施工中结合实际情况灵活选用。决定设备适应地层能力的主要因素在于旋挖钻机所使用的钻杆形式（图 2 2）、钻头类型以及与之相适应的设备本身的结构，其中采用什么样的凯式伸缩钻杆是最重要的因素。这是因为钻杆要将动力头的全部扭矩一直传递到孔底的钻头上，并且还要将加压卷扬的压力、动力头自重和钻杆自重等钻压稳定地传递到几十米以下的钻头上，因此当钻进较坚硬的地层时，钻杆可能要同时承受大扭矩和大钻压，还要克服很大的弯矩，这样使得钻杆的受力条件变得非常复杂，如果钻杆本身的能力达不到要求，则很容易损坏。凯式钻杆可以分为摩擦钻杆和锁紧钻杆 2 大类。摩擦钻杆是指钻杆上的键只能传递扭矩而不能传递钻压的钻杆，而锁紧钻杆是指钻杆之间通过加压平台可以锁成一个刚性体对地层加压钻进的钻杆。摩擦钻杆在提钻时不需要解锁，操作简图 2 1 各种钻具 a) 短螺旋钻头 b) 旋挖钻斗 c) 岩心钻头 d) 球齿钻头大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 10 单，但由于加压能力有限无法钻进较硬地层。锁紧钻杆的地层适应能力强，但需要解决提钻时可能对钻杆造成强烈冲击的问题。锁紧钻杆又可分为简单的加压式钻杆和六键式嵌岩钻杆。简单加压式钻杆可以实现加压，但不能真正适应坚硬地层的施工。而六键式嵌岩钻杆的加压平台宽大，可以稳定地传递大钻压，又因为是六键结构，钻杆本身内抗失稳的能力很强，可以有效地克服钻杆的细长杆效应。国内外的六键式嵌岩钻杆和简单锁紧式钻杆都可以实现加压，但是这类钻杆也有不足，就是在提钻时必须先反转解锁，然后再卸土。正常的提钻顺序应该是钻杆由内向外依次上升，但是如果反转解锁不完全，就会造成某相邻两节钻杆尚未解锁就一起缩进外层钻杆，一般称为挂钻。而这两节钻杆继续往上运动时，受到轻微的扰动就会自动解锁，这样外而的钻杆就会悬空，对钻杆和动力头会形成强大的冲击。通常单节钻杆的质量为 2t,假如钻杆从 3m 甚至 8m 高度自由落体冲击下来，冲击能量将非常大，如果没有保护装置，很容易造成动力头和钻杆的严重图 2 2 各种钻杆大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 11 破坏。因此使用六键式或其他锁紧式加压钻杆必须配置动力头减振器。减振器包括弹簧装置和液压减振装置，能有效缓冲并吸收钻杆对动力头的冲击以及钻杆之间的冲击，保证锁紧式钻杆的安全使用。目前国内外旋挖钻机的钻杆采用 4 节或 5 节伸缩内锁式钻杆，每节长度大约为 13m，采用高强度合金钢管，钻杆与动力头采用长牙嵌内锁式连接方式。顶端与上滑动板用 010 系列无齿回转支承相连，下端带有弹簧缓冲，第 4 节上端用可滑转万向节与主卷钢丝绳相连，下端采用方形截而杆通过销轴与钻头相连，每只钻头应与方形截面杆相配，具有互换性 5 。该型旋挖钻机所用钻杆为摩阻钻杆，加压机构有加压油缸和回转支撑加压装置组成，实现钻压 40力头采用双马达驱动，实现最大扭矩 200 章小结该章主要是对旋挖钻机整体结构的简述，对其主要部件结构进行简要的阐述，分析旋挖钻机主要部件的功能特点，最终从中选定一套最优方案，为下面液压元件的装配及其液压管路的空间布置做准备。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 12 第 3 章液压原理全液压钻机主要组成部分有工作装置、回转机构、动力装置、液压系统、传动操纵机构、行走机构和辅助设备等。液压系统作为钻机的重要组成部分，经历了相当长的一段发展过程。在国外 20 世纪 80 年代以前全液压钻机主要采用的都是定量泵。到了 80 年代初期，机电一体化技术在钻机上的开始应用，首先考虑的是在提高全液压钻机工作效率的同时，减少燃油消耗，最初的改进是将定量泵改成变量泵，使发动机在较好的状态卜运行。到 80 年代后期，液压系统已经发展到比较成熟的地步，全液压钻机采用了更多新的控制方法和手段，主要目的是为了进一步节约能源，提高系统的工作效率。力头图 3 1 02 高压反馈变量泵液压原理图大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 13 1、 3动力头马达 2 ， 2补油阀， 4， 5减压阀图 3 3 动力头马达液压原理图 3 4 5 1 2 主泵， 2 ， 3辅助泵， 4降噪器图主泵液压管路空间布置图大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 14 该动力头要求输出的扭矩 T 200较大，考虑到动力头空间结构和输出扭矩的需要采用双马达驱动。动力头工作时，既要大转矩钻进，又要快速抛土，选用 02 高压反馈变量泵（图 31）加 02 高压反馈变量马达（图 33）能很好地解决这一问题。高压反馈变量泵的压力和排量以双曲线特性输出，在恒功率控制变量范围以内，压力和流量的乘积理论上为常数，功率保持恒定，动力头的输出功率由液压系统及变量马达自动调节，可根据不同的土壤地质条件自动改变其转矩和钻进速度。工作时，在恒定转速下，若变量泵以高压、小排量向变量马达供油，变量马达以低速大转矩输出，完成动力头大转矩钻进的动作；当变量泵以低压、大排量向变量马达供油，变量马达以高速小转矩输出，可满足动力头快速抛土要求。动力头根据实际情况可实现单泵供油和双泵合流供油。钻孔转速一般为7 一 30r/土转速为 130 r/人输出转矩为 200 主泵液压管路空间布置见图 3 2。根据设计要求选配不同的管接头、管径按照液压原理图将各油口用软管或硬管连接起来，组成液压回路。动力头液压原理见图 33。工作步骤如下：先将旋挖钻机螺旋钻头下降到钻孔位置，控制动力头马达的方向阀换向，从主泵来的高压油进入 02 液缓冲补油阀，马达，减速机图动力头液压管路空间布置图 1 2 3 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 15 压马达，通过减速机与回转套带动钻杆转动，钻头在钻杆自重及加压油缸推力下切削土壤。钻进时，为防止钻头钻进过程中因土壤从硬土层变为软土层，马达发生超速旋转而产生吸空，在马达进、回油口处装有补油阀（图 33） 6 。动力头的液压管路空间布置见图 3 4。压反馈变量泵 02 02 为斜盘式轴向变量柱塞泵，其性能特点和设计特点如下：（ 1）性能特点负荷传感控制，按需向系统提供流量，基本无溢流损失，降低能源消耗，减少系统发热；自吸能力强，提高额定转速；噪音优化设计，削减压力脉动 70%；结构紧凑、高功率密度比；合理的设计结构和新型的制造工艺保证了上乘的质量；响应速度快；可靠性好、效率高，使用寿命长； 02 系列泵适用于移动工程机械和固定工业设备；与量阀组成步控制系统。（ 2）设计特点斜盘摆角可达 21 多种组合的控制方式；静压轴承使保养寿命加长，牢固的滑履柱塞连接和静压轴承明显改善了泵的响应时间；轴向力自动补偿；口能够满足更多的组合形式；压油口法兰（ 6000 该泵在负载传感基本型 (增加了一个电比例减压阀 (其输出信号可部分抵消泵变量调节机构的预紧弹簧力当于减小主阀节流口两端的稳定压差 P 。这种控制方式有两种基本用途：（ 1）发动机过载保护当发动机驱动负荷传感泵工作时，泵载荷过高会导致发动机转速下降（过载）。根据检测到的发动机转速信号，电子控制器会自动调节 M（图 31）的输入电流，减小稳态 P 值，使得主泵排量变小，以降低主泵吸收的扭矩，使发动机不过载。（ 2）精细模式大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 16 人为输入一定的电流到小P ，改变主阀开度 A 与输出流量 Q 之间的比例关系（），在同样的开度下降低主阀的控制精度。适应于一些需要精确调节执行工作速度的场合。压反馈变量马达该马达具有如下特点：（ 1）角加速度大；（ 2）起动效率高；（ 3）低速性能好；（ 4）坚固的结构和高功率密度比；（ 5）高可靠性；（ 6）高效率；（ 7）低噪音；（ 8）长寿命。高压反馈变量马达适用于开式回路和闭式回路。当系统压力在设定的初始值以下时，马达在小排量工作；当工作压力超过设定的初始值时，马达排量由小排量平滑地变到达排量，以满足系统对输出扭矩的要求。具有最大排量锁定（制动压力阻断功能（最大排量锁定功能（由液压油控制，当系统压力达到减压阀调定压力时，马达在最大排量下工作。制动压力阻断功能（高压反馈变量马达一般是将系统压力（ A 口或过梭阀反馈到马达的变量机构，当系统压力超过设定值时，将马大排量从最小变到最大。马大制动时（马大转为泵工况），原先的进油口（例如 A 口）变为低压，原先的出油口 B 变为高压， B 口的压力信号反馈到变量机构使马达变为大排量，因而产生很大的制动力矩，造成制动冲击。制动压力阻断功能是使压力反馈信号始终来自马达进油口（如 A 口）。当制动时 B 口的高压信号不会反馈到变量机构，此刻马达保持在小排量状态，产生的制动力矩小，制动较平稳。内置冲洗阀：（ 1）带走开式回路中马达和系统热量；（ 2）替换回路中的油液；（ 3）增加过滤；（ 4）排除系统中空气。配力士乐回转减速机特点如下：模块结构中的高性能行星减速机；紧凑，省空间的 2 级或者 3 级行星齿轮结构；安装简单；内装多片式停车制动器；低噪声运转；效率高；寿命长；换油方便。图 3 5 高压反馈变量马达大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 17 、副卷扬主卷扬用以提升和下放钻杆，由液压马达驱动，可实现双速控制 (见图 33)。控制方式为液压先导控制，为适应钻进的需要，具有自由下放或自由浮动功能。主卷扬液压原理见图 3 4。工作时，操纵先导阀手柄控制主卷扬控制阀阀换向，当马达进油、回油时，主卷扬正常上升 ;反之 . 进油、卷扬下降。为了防止主卷扬失速下降，卷扬下降时，只有当进油压力达到一定数值时，才能打开平衡阀使回油返回油箱，实现主卷扬平稳下降。当主阀合流时，可实现主卷扬快速上升和下降。旋挖钻机切削土壤时，要求主卷扬处于自由下放状态。为实现这个动作，只须操纵主卷扬自由下放阀换向，在打开马达制动器的同时，又使马达钻头和钻杆自重实现主卷扬自由下放。副卷扬用以提升钻具、吊放护筒、下钢筋笼等，工作原理与主卷扬工作原理基本相同 6 。主、副卷扬马达液压管路空间布置见图 3 7。 1制动阀， 2冲洗阀， 3平衡阀图 3 6 主、副卷扬液压原理图 1 2 3 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 18 1 2 3 4 1主卷扬马达， 2 主卷扬浮动平衡阀， 3副卷扬平衡阀， 4副卷扬马达图 3 7 主、副卷扬马达液压管路空间布置图图 3 8 上车回转马达液压原理图图 3 9 上车回转马达液压管路空间布置图进油口；出油口；接制动阀口； T泄油口。大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 19 车回转如图 3 8，上车回转马达液压工作原理图。进油时，一路通过一个梭阀经制动阀打开；另一路经单向阀接回转马达左端，回油路经过平衡阀进入回油路。由于上车回转时，上车回转马达从静止到运动或是从运动到静止的过程中由于自身及负载的惯性会引起液压冲击，因此在马达的进出口处接上车回转平衡阀，防止局部回路中产生瞬间很高的冲击压力导致有关液压元件及管路损坏。该平衡阀有 4 个溢流阀、 4 个单向阀和一个梭阀组成，能够使上车在回转运动时能够瞬间停住，保证钻孔精度。上车回转马达液压管路空间布置见图 3 9。压油缸采用同步加压，原理见图 3 10。加压机构利用楔形块的瞬时抱紧与瞬时脱开原理加压。具体原理如下：将四个楔形块沿圆周等距放置，并通过薄板连接到一起，与回转支撑内圈之间通过四个弹簧连接并将其支起。另外回转支撑内圈也做成楔形块与其相配合，外圈与加压油缸相连。在加压钻进时，油缸上腔进油块速推动活塞杆下移，利用弹簧的缓冲时间，两配合楔形块产生相对的滑动，瞬时抱紧，挤压钻杆，与钻具一起向下运动，从而实现加压钻进。在提钻时，加压油缸下腔进油，活塞杆向上运动，将配合楔形块瞬间脱开，利用主卷扬将钻具提起。加压油缸选用工程液压缸 ,结构如下图 3 11。图 3 10 加压原理图图 3 11 工程液压缸结构图大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 20 升油缸、变幅油缸起升油缸和变幅油缸共同用于起落桅架。起升油缸的液压原理图见图 3 12。两个起升油缸由两块方向阀控制，可实现单独作用和同步作用。当起落桅架时需要变幅油缸同步作用；当由于地面不平或是其它原应致使桅架发生倾斜时，需要单独调整起升油缸，调整桅架的垂直度，保证钻孔精度。在起升油缸的进、回油路中安置双向平衡阀（图 3 12、图 3 13）。作为一种副效应，当换向阀或方向滑阀处于中位与滑阀控制回路在平衡位置上产生泄漏时，可以防止油缸活塞在负载方向发生意外的不允许的位移；在起架过程中该平衡阀还可作为背压阀使用，保证起架平稳动作；另外，平衡阀可使执行元件的排油侧（回油侧）建立起与加载方向和运动方向有关的背压，在正常钻进时即油缸处于静止状态时，既不会发生执行元件侧的泄油流向有内泄漏的方向滑阀，也不会发生负载超过阀的背压。 1油缸， 2双向平衡阀图 3 12 变幅油缸原理图图 3 13 变幅油缸液压原理图 1 2 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 21 变幅油缸的液压原理见图 3 13，工作原理与起升油缸工作原理相似，两个变幅油缸由同一方向阀控制，在每一油缸的进出油口处都安装双向平衡阀，这样能实现同步作用。同时还起到保证起架的平稳性。起升油缸、变幅油缸液压管路布置见图 3 14。、右行走马达旋挖钻机重 60t，属于大型履带旋挖钻机，机器的惯性很大在机器起步和停止的过程中会给液压系统带来比较大的冲击，因此，行走控制系统必须改善以适应这种工况。行走马达普遍采用高速马达加行星式减速机或摆线针轮减速机，而液压马达部分的回路和控制有其特点。行走马达的控制回路见图 3 10，该马达配备高压自动变量装置，当挂上高速挡时，回路接手动变速油口来油，推动变速阀下移，使马达变为小排量；如果行驶阻力增大致使油压升高到设定值时油液推动变速阀1 1平衡阀图 3 14 起升、变幅油缸液压管路空间布置图大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 22 上移，马达自动变位大排量低速挡，以增大扭矩。因此这种马达可以随着行走阻力的变化而自动变换挡位。除了马达可以变速之外，对马达的控制主要有马达控制阀完成，下面结合结构原理分析其工作原理。假设 A 口进油，马达旋转，马达控制阀动作如下：（ 1）打开单向阀，液压油进入马达右腔。（ 2）液压油通过节留空进入平衡阀，并使其左移，接制动阀油路，使制动阀松开，这个动作还接通了马达 B 口的回油油路。（ 3）如果马达超速（例如下坡时），泵来不及供油，则使 A 口压力降低，平衡阀在弹簧力作用下向右移动，关小马达的回油通道，从而限制马达的转速。注意到行走马达控制阀内部有 2 个结构完全相同的安全阀见图 3 8，它们在旋挖钻机开始行走以及制动时将起到重要的缓冲作用 7 。 1变速阀， 2制动阀， 3右安全阀， 4左安全阀， 5平衡阀图 3 10 左、右行走马达液压原理图 1 2 3 4 5 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 23 带展宽油缸旋挖钻机履带底盘采用双液压缸同步作用满足工作时展宽要求，在行走时收缩，便于行走和运输。其液压原理见图 3 11。在进、回油路中串联双向液压锁（又称液控单向阀）与回转接头配合使用，使上车回转机构旋转过程中能在任意位置停留，且不会因外力作用而移动位置，保证钻孔精度。章小结本章主要介绍旋挖钻机液压系统的设计。针对每个部分液压元件的要求不同而采用不同的阀件组合满足施工要求。 1双向液压锁， 2回转接头图 3 11 履带展宽油缸液压原理图 1 2 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 24 第 4 章液压传动系统设计与计算计要求旋挖钻机液压系统设计技术参数见表 4 1。项目参数项目参数最大输出扭矩 200大钻孔直径 1800大钻孔深度 60m 钻孔转速 7 30r/大加压力 40大起拔力 160卷扬提深力 196卷扬提升速度 72m/卷扬提升力 76卷扬提升速度 79m/桅左右倾斜角度 6 钻桅前倾斜角度 5 钻桅后倾斜角度 15 系统压力 35动机功率 200质量 60t 4. 2 执行元件的计算力头马达技术参数动力头的输出扭矩 T 200压系统压力 p=35动机功率 P 200孔转速 n=7 30r/ 减速机与动力头的一对啮合齿轮计算与校核，取 14， 68， m 14，齿轮 1 的材料选 20轮 2的材料选 20根据公式 m Z a (4 1) 得 x 计算与校核，满足使用要求。马达与减速机的选取表 4 1 旋挖钻机液压设计参数表大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 25 减速机根据121 2 ，选 0000，如图 4 1 同时选取马达为图 4 2 700r/907减速机所分到的传动比 i 1 i 1 经计算足使用要求。达最大理论流量又称马达所需流量l/下式计算：（ 4 2）式中 0V马达理论排量（ ml/r），图 4 1 减速机图 4 2 庆石油学院本科生毕业设计（论文） 26 马达的最高转速（ r/ 得99.5 l/ 压油缸 (1)加压力 F 150选活塞杆

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