多功能钻机的钻架设计

1多功能钻机的钻架设计摘 要：“多功能钻机的钻架设计”选题来源于生产实际现场。具有较强的实际应用价值。该课题能较好的让我拥有机会综合运用大学所学课程加以解决在设计与生产中所遇到的困难，为大学毕业后的工作提供难得的经验。通过该课题设计，可以达到：1、培养正确的设计思想与设计方法，敢于创造革新；2、培养综合、灵活应用所学知识去分析研究和解决工程设计中遇到的一些工程技术问题；3、进一步提高调查研究、设计计算、理论分析、查阅资料及绘制图样等各方面的基本技能。关键词：钻机；钻架；油缸；推进系统2The design of Multi-functional drilling machines drill frame Abstract：The drilling rigs drilling design topics from the actual production site. Has a strong practical value. The subject can be let me have the opportunity to make comprehensive use of the university course to resolve the difficulties encountered in the design and production. Through the subject of design, Can be achieved 1) to develop the right design thinking and design methods, the courage to create innovative; 2) develop an integrated, flexible application of knowledge to analyze and solve engineering problems encountered in the engineering design; 3) to further improve the research, design calculations, theoretical analysis, data access and draw drawings and other basic skills.Key words：Drilling rig; The drilling frame; Oil cylinder; Propulsion system31 前言1.1 整机特点多 功 能 钻 机 为 新 开 发 的 一 种 专 为 地 下 矿 藏 地 表 取 芯 作 业 而 设 计 ， 适 用 于 金 刚石 绳 索 取 芯 等 多 种 钻 探 工 艺 。 其 主 要 部 件 包 括 轮 式 拖 车 底 盘 、 提 供 动 力 的 柴油机、驱 动 液 压 系 统 、 操 控 系 统 、 钻 架 、 主 卷 扬 、 副 卷 扬 、 动 力 头 、 动 力 头 给 进 系 统 以及 下 夹 持 器 。 多 功 能 钻 机 的 所 有 功 能 均 为 液 压 驱 动 ， 操 控 精 准 便 捷 ， 取 芯 作 业 的效 率 及 安 全 性 大 大 增 加 30 4 。多 功 能 钻 机 的 主 要 特 点 为 9 19 32 2 ：1)模 块 化 设 计 ， 便 于 拆 卸 和 组 装 ; 2)针 对 钻 探 行 业 具 体 情 况 设 计 ， 功 能 实 用 全 面 ; 3)多 功 能 钻 机 配 备 手 动 变 速 箱 和 液 压 马 达 ， 转 速 在 0 1200 之 间 可 无 级 调 速 ，速 度 范 围 宽 、 扭 矩 大 ， 有 利 于 以 金 刚 石 钻 进 为 主 体 的 多 种 钻 探 工 艺 对 转 速 的 选 择 ;4)钻 机 设 计 回 转 器 通 孔 直 径 117 毫 米 ， 变 换 卡 套 可 用 于 国 内 或 国 外 标 准 不 同孔 径 的 钻 探 施 工 ; 5)油 缸 链 条 倍 速 给 进 系 统 ， 给 进 提 升 平 稳 可 靠 ； 桅 杆 油 缸 起 落 、 可 折 叠 、 有 移动 触 地 功 能 ， 钻 架 可 在 0 90范 围 内 调 整 开 孔 角 度 ； 整 机 重 心 低 ， 稳 定 性 好 ;6)钻 机 采 用 6m 长 钻 杆 保 证 了 钻 机 的 高 效 施 工 ， 减 少 了 辅 助 工 作 时 间 ， 有 利 于 提高 钻 探 效 率 ， 减 少 孔 内 事 故 ;7)多 功 能 钻 机 采 用 全 液 压 驱 动 ， 履 带 行 走 ； 动 力 头 采 用 变 量 泵 、 变 量 马 达 驱 动 的闭 式 回 路 系 统 ， 机 械 变 速 、 液 压 无 级 调 速 ， 结 构 先 进 简 捷 ; 8)钻 架 可 通 过 滑 架 的 滑 移 直 接 保 证 于 地 面 紧 密 接 触 ， 大 大 提 高 钻 机 的 稳 定 性 ;9)液 压 支 腿 采 用 独 立 控 制 的 液 压 油 缸 ， 方 便 调 整 底 盘 的 水 平 ; 10)推 进 控 制 可 以 实 现 加 压 钻 进 、 减 压 钻 进 、 称 重 、 快 速 提 升 等 工 作 状 态 ;11)司 机 室 内 的 操 作 控 制 台 为 工 人 提 供 了 良 好 的 视 野 和 宽 敞 舒 适 的 工 作 环 境 ，维 修 方 便 ， 整 体 造 型 美 观 ， 体 现 了 人 机 界 面 的 友 好 性 ;12)多 功 能 钻 机 设 计 大 量 选 用 标 准 件 、 通 用 零 部 件 ， 如 卷 扬 机 、 液 压 系 统 元 件 、过 滤 器 、 各 种 弹 簧 等 ， 使 钻 机 设 计 的 标 准 化 、 通 用 化 程 度 高 ， 有 利 于 钻 机 组 织 生 产 ，降 低 成 本 ， 便 于 管 理 ; 13)多 功 能 钻 机 仪 表 齐 全 ， 便 于 实 时 观 察 设 备 运 行 以 及 孔 内 情 况 14)多 功 能 钻 机 配 备 液 压 夹 持 器 、 液 压 驱 动 泥 浆 泵 和 泥 浆 搅 拌 器 ， 钻 探 过 程 不需 要 任 何 其 他 辅 助 动 力 ; 415)机 载 柴 油 机 低 排 放 、 专 业 的 降 噪 设 计 ， 使 多 功 能 钻 机 施 工 条 件 大 大 改 善 。1.2 适用领域多 功 能 钻 机 主 要 用 于 斜 、 直 孔 钻 进 ， 适 用 于 地 质 、 冶 金 、 煤 炭 、 核 工 业 、 水 文 等行 业 ， 是 以 金 刚 石 和 硬 质 合 金 钻 进 为 主 的 岩 芯 钻 探 设 备 。多 功 能 钻 机 是 一 种 可 金 刚 石 绳 索 取 芯 等 多 种 钻 探 工 艺 的 多 用 途 的 钻 机 。 而 钻架 更 是 为 钻 头 钻 杆 加 压 钻 进 、 减 压 钻 进 、 称 重 、 快 速 提 升 、 倾 倒 等 动 作 提 供 定 位的 载 体 。 32 31通 过 调 研 比 较 ， 初 定 多 功 能 钻 机 的 主 要 技 术 指 标 如 下 ：1)额 定 回 转 扭 矩 6350 N.m。2)回 转 速 度 0300r/min。3)提 升 力 220 kN。4)推 进 力 110 kN. 推 进 行 程 3780mm5)主 卷 扬 机 单 绳 提 升 力 120 kN6)进 角 度 45 90由 于 多 功 能 钻 机 主 要 用 于 野 外 矿 山 作 业 ， 作 业 环 境 恶 劣 ， 在 机 构 设 计 要 留 有 安全 余 量 ， 故 钻 架 的 设 计 需 考 虑 钻 架 受 力 分 析 及 最 小 截 面 积 与 长 度 计 算 ； 而 动 力 头 的推 进 提 升 运 动 采 用 油 缸 链 条 倍 速 给 进 系 统 ， 钻 架 的 倾 倒 斜 孔 钻 凿 的 钻 架 角 度 变 化 由变 幅 油 缸 完 成 、 钻 架 .通 过 滑 架 的 滑 移 直 接 保 证 于 地 面 紧 密 接 触 的 补 偿 油 缸 完 成 。而 油 缸 行 程 与 活 塞 杆 面 积 计 算 优 化 为 设 计 的 关 键 ， 在 钻 架 的 结 构 中 ， 不 仅 需 钻 架 结构 设 计 ， 更 要 推 进 系 统 结 构 设 计 ； 而 油 缸 链 条 倍 速 给 进 系 统 结 构 设 计 更 是 需 要 多 重考 虑 ， 既 要 分 析 油 缸 链 条 倍 速 给 进 原 理 ， 还 要 考 虑 补 偿 机 构 行 程 分 析 4 31 32 16 。2 钻架的结构及其受力2.1 钻架的结构钻架由动力头、下桅杆、上桅杆、鹅头、主卷扬机、副卷扬机、举升油缸、补偿油缸、 推进油缸组成 7 。2.1.1 下桅杆的结构下桅杆由钢组成，即密度 =7.8 10 kg/m，下桅杆的横截面(AA)为300300 的矩形。如下图：图 1 下桅杆横截面图Fig 1 The lower mast section5下桅杆的横截面的厚度(H)为 8 mm（810m） ，而由于转架的原始数据可知上桅杆的长度(L)为 6000 mm （即 6 m） ，故由此可得下桅杆的横截面的面积 2 : S = A H 2 + （ A - 2H ） H 2 (1)= 0.3810-2 + 0.284810-2= 4.8 10- + 4.544 10-= 9.34410- m故下桅杆的体积 V = S L (2)= 9.34410-6 = 56.064 10- m由于 =7.8 10 kg/m，所以下桅杆的质量为 ：M = V (3)= 437.2992 kg 438 kg 故下桅杆所受的重力为 G = M g (4)= 4285.53216 N 4286 N其受力图如下：G= 4286 N图 2 下桅杆受力图Fig 2 Down mast diagram其技术参数如下： 2边长 B|mm: 300；允许偏差/mm: 2.40；壁厚 t/mm: 8.0；理论重量 M/(kg/m): 71.6；截面面积 A/cm2: 91.2；惯性矩 Ix=Iy/cm4: 12801；惯性半径 rx=ry/cm: 11.8；截面模数 Wx=Wy/cm3: 853；扭转常数|It/cm4: 20312；扭转常数|Ct/cm3: 12932.1.2 上桅杆的结构6上桅杆与下桅杆相同也由钢组成，即密度 =7.8 10 kg/m，上桅杆的横截面(BC)为 8060 的矩形。如下图：图 3 上桅杆支撑柱的横截面Fig 3 The mast support column cross section上桅杆的横截面的厚度(H)为 4 mm（410m） ，而由于转架的原始数据可知下桅杆的长度(L)为 3386 mm （即 3.386 m） ，故由此可得上桅杆支撑柱的横截面的面积 :S = B H 2 + （ C - 2H ） H 2 (5)= 0.08410-2 + 0.052410-2= 0.64 10- + 0.416 10-= 1.05610- m故上桅杆支撑柱的体积 V = 4 S L (6)= 4 1.05610- 3.386= 14 .302464 10- mM = V = 7.8 14 .302464 Kg = 111.5592 Kg 上桅杆 4 根支撑柱的重力 G1 = Mg (7)= 111.5592 9.8 N =1093.286 N1094 N 而上桅杆的横梁与斜梁的横截面的面积 S = S 支撑柱 = 1.05610- m长度 L = L 横梁 + L 斜梁 = 7.706 m 7.8 m体积 V = S L = 8.23 10- m质量 M = V = 64.194 Kg 65 Kg则上桅杆的横梁与斜梁的重力 G2 = Mg =637 N故上桅杆的重力 G 上桅杆 = G1 + G2 = 1731 N故上桅杆的受力如下图：G = 1731 N图 4 上桅杆受力图Fig 4 The mast and diagram7其技术参数如下 2 ：边长/mm|H: 80边长/mm|B: 60允许偏差/mm: 0.70壁厚 t/mm: 3.0理论重量 M/(kg/m): 6.129截面面积 A/cm2: 7.808惯性矩/cm4|Ix: 70.042惯性矩/cm4|Iy: 44.886惯性半径/cm|rx: 2.995惯性半径/cm|ry: 2.397截面模数 cm3|Wx: 17.510截面模数 cm3|Wy: 14.962扭转常数|It/cm4: 88.111扭转常数|Ct/cm3: 24.1433 推进系统的选择3.1 方案选择 2方案一 ：油缸 - 钢绳推进优点： 1）钢绳具有弹性； 2）钢绳具有较高的强度和韧度；3）钢绳可根据不同的使用环境进行表面处理； 4）钢绳的绳芯可用来增加钢绳的弹性和韧性，润滑钢丝，减轻摩擦，提高寿命； 5）油缸可提供较大的推力，杆的伸缩距离较长 ；6）中心距的限制不算大 ；7）油缸具有结构简单，输出力大，性能稳定可靠，使用维护方便，应用范围广泛，功率比较大。缺点： 1）钢绳易磨损；2）钢绳的寿命不长； 3）承受不起重载； 4）油缸无法提供较快的速度。8方案二 ：油缸 链条推进优点： 1）链条可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力；2）能在低速、重载和高温的条件下及灰土飞扬的不良情况下工作； 3）它能保证准确的平均传动比，传动功率较高，且作用在轴和轴承上的力较小；4）传动功率较高； 5）与带传动相比，其无弹性滑动和打滑，需要张紧力小； 6）油缸可提供较大的推力； 7）与齿轮相比，其制造、安装精度要求较低。缺点： 1）其传动平稳性较差； 2）链传动一般只用于平行轴间传动，且瞬时传动比易波动，传动噪音大； 3）链节是刚性，因而存在运动不均匀性； 4）链条磨损后，使得节距变大，造成脱落现象； 5）安装和维修的要求较高； 6）油缸无法提供较快的速度。方案三 ：马达 链条推进优点： 1）可在低速、重载和高温等不良环境下工作； 2）可保证准确的平均传动比，传动功率大，且作用在轴和轴承上的力较小；3）其无弹性滑动和打滑，需要张紧力小； 4）马达可提供较大的扭矩； 5）可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力； 6）马达可提供较快的速度。缺点： 1）马达无法提供较大的推力； 2）传动平稳性较差； 3）一般只用于平行轴间传动，且瞬时传动比易波动，传动噪音大； 4）链节是刚性，因而存在运动不均匀性； 5）链条磨损后，使得节距变大，造成脱落现象； 6）安装和维修的要求较高。方案四 ：油缸直接推进优点：油缸结构简单、输出力大、性能稳定可靠、使用维护方便、应用广泛、功率比较大。9缺点：不能在较远的距离进行推动，无法提供较快的运动速度。通过上面四种方案的思考，由于多功能钻机是一个既运用在矿山，又可以运用在城市的多用途的钻机。它需要较大的推力，能在低速、重载和高温的条件下及灰土飞扬的不良情况下工作，故选择方案二 ：油缸 链条推进系统。3.2 油缸链条推进系统的详细分析油缸链条推进系统可以分为两个阶段：推动油缸下移（即动力头上移）和推动油缸上移（即动力头下移） 。已知 M 动力头 =320 Kg，故 G= mg =3.136 KN.3.2.1 推动油缸下移（即动力头上移）1）动力头受力（已知 F 提升力= 220 KN ）F 提升力= 220 KNG 动力头= 3.136 KN.（可忽略）G 钻杆 + F 阻图 5 动力头受力图Fig 5 Diagram of the power head即 F 提升力 = G 钻杆 + F 阻2）上端链条系统 在此状态下上端链条系统处于松弛状态，可忽略不计，此系统中传动比 i=1松边 紧边 松边图 6 上端链条系统的链条状态Fig6 The top of the chain of the chain system state3）由动力头至顶端链轮链条处于松边状态，而此运动状态下可近似看成匀速状10态，即 a 0，故 F 拉 1= F 提升。 F 拉 1 F 提升 图 7 松边链条受力图Fig 7 Loose side chain diagram4）顶端链轮（因为此系统中链轮只改变力 的方向不传递力矩，故 Fe0，即 F松边F 紧边)，故 F 支撑 1= F 拉 1 + F 拉 2n1 F 支撑 1F 拉 1 F 拉 2图 8 顶端链轮受力图Fig 8 Diagram of the top sprocket5）由于顶端链轮至中间上链轮段链条处于紧边状态 F 拉 2F 拉 3图 9 紧边链条受力图Fig 9 Diagram of tight side chain即 F 拉 2= F 拉 36）中间上链轮，即 F 推（上）= F 拉 3 + F 拉 4F 拉 3 F 拉 4n 2 F 推（上）11图 10 中间上链轮受力图Fig 10 Intermediate sprocket diagram7）油缸（因为推动油缸下移，而 F 提升力 F 推进力，而推动油缸需要双向运动，故选取单活塞杆缸）图 11 油缸状态图Fig 11 The state diagram of the fuel tank而此运动状态下力为 MAX，故此状态为工作过程（无杆腔油压为 P1 有杆腔油压为P2） ，故选取无杆腔进油，有杆腔出油，而 F 输出=P1A1 P2A2 (8) =（P1 P2）D/4 - P2d/4，而由于出油腔的 P2 十分小，近似可忽略不记，即 P20。故 F1= P1A1 = P1D/4，而 F1 F 推 = = F 拉 3 + F 拉 4 2F 提升力 = 2 220 KN =440 KN ，因为 P1 = 20 MPa ,则 F1= P1D/4，得 D=0.028 即D=0.1674m170 mm ，故选取缸筒内径 D =180 mm。3.2.2 推动油缸上移（即动力头下移）1）动力头受力（已知 F 推进力= 110 KN ）F 阻G 动力头= 3.136 KN.（可忽略）F 推进力= 110 KNG 钻杆图 12 动力头受力图Fig 12 Diagram of the power head即 F 阻 =F 推进力 +G2）下端链条系统 在此状态下上端链条系统处于松弛状态，可忽略不计，此系统中传动比 i=1；此运动状态下可近似看成匀速状态，即 a 0；系统中链轮只改变力的方向不传递力矩，故 Fe0，即 F 松边F 紧边12松边 松边紧边 图 13 下端链条系统的链条状态Fig13 The bottom of the chains state of chain3）由动力头至底端链轮链条处于松边状态F 推进力F 1图 14 松边链条受力图Fig 14 Loose side chain diagram即 F 1 = F 推进力4）底端链轮F2 F1F 支图 15 底端链轮受力图Fig 15 Diagram in the bottom of the sprocket故 F 支 = F1+ F25）由底端链轮至中间下链轮段链条处于紧边状态 F3F213图 16 紧边链条受力图Fig 16 Diagram of tight side chain即 F3 = F26）中下链轮 F 拉（下）F4 F3图 17 中下链轮受力图Fig 17 Diagram of the lower sprocket即 F 拉（下）= F3 + F4 7）油缸（因为在此状态下 F 提升力 F 推进力，故此状态看作空回过程，选取有杆腔进油，无杆腔出油，而 F 输出=P2A2 P1A1 = P2/4（D - d）- P1D/4 ，而出油腔（即无杆腔）为出油故此时 P1十分小，近似忽略不记，即 P10。 ）故 F2 = P2/4（D - d）,而 F2 F 拉（下）= F3 + F4 2F 推进力 = 2 110 KN =220 KN，又因为 P1 = 20 MPa ,即 F2 = P2/4（D - d） ，带入数据计算得：D - d 0.01401 ，得 d0.0184 d 136 mm ，故选活塞杆直径 d = 125 mm。3.2.3 油缸链条倍速给进系统由于推进系统中的油缸链条倍速给进系统，油缸的速度为 V 时，则动力头的推进速度则为 2V，即油缸的运动距离为 S，动力头的运动距离为 2S，动力头的运动距离 = 推进行程，即 2S = 3780 mm S = 1890 mm，即油缸运动距离为 1890 mm。通过 F 提升力= 220 KN 和 F 推进力= 110 KN，在前面已求出 D 170 mm，故选取180 mm 的缸筒内径，而缸的杆 d 136 mm 。由缸径 180 mm（耳环连接）可确定 L1=89 mm ；L2=107 mm ；L3=480+S ；L4=588+S；L=85 mm ；=219 mm ；H1=24 mm ；d1= 70 mm ；M1= M422 ；M2= M763 ；Rb= 8080 2 ；由 =219 mm 单侧壁厚 = 39/2 mm =19.5 mm。由 S =1890 mm 可知，L4=588+1890 = 2478 mm ，此为安装距，即油缸杆未伸出时。当油缸杆伸出时，则长度 L8= L4 + S = 4368 mm。3.2.4 滚子链的设计由 Pca= PKA KZ/ KP （9）14可推出 Fca = FKA KZ/ KP，而 F 即为 2F 提升力= 440 KN ，而 KA选择：由于主动机属于中等冲击，从动机属于严重冲击，因此 KA选取 2.1；而多排链系数 KP的选取：因为此滚子链为三排链的缘故，所以 KP= 2.5；由于链轮齿数过小运动不平稳，过大易于跳齿和脱链，一般链齿在 17114 之间，由图 9-13 可知，Z=25 时 KZ =1；则 Fca = FKA KZ/ KP = 12.1/2.5440 =369.6 KN,由机械设计手册可知：抗拉载荷（三排）为 373.7 KN，故选取 ISO 24A 的滚子链，其节距 P 为 38.1 mm，滚子直径 d1 max 为 22.23 mm ，内节内宽 b1 min 为 25.22 mm，销轴直径 d2 max 为 11.11 mm，内链板高度 h2 max 为 36.2 mm，排距 Pt为 45.44 mm 2。3.2.5 滚子链链轮的确定 21) 由分度圆直径 d = P/Sin（180/ Z）= 38.1/0.125 304 mm2) 齿顶圆直径 da min = d + P(1-1.6/Z) d1 = 317.4316317.5 mmda max = d + 1.25P d1 = 329.395 329.4 mm3) 齿根圆直径 df = d - d1 281.8 mm4) 齿高 ha min = 0.5（P- d1）= 7.935 mmha max = 0.625P 0.5 d1 + 0.8P/ Z = 13.9167 mm5) 齿侧凸缘直径 dg = P cot（180/ Z）- 1.04 h2 0.76 =263.185 mm6) 齿宽 因为节距 P 12.7（三排） ，则 bf1= 0.93 b1 =23.45 mm7）齿侧倒角 ba 公称 =0.13P =4.953 mm8）齿侧半径 r x 公称 = P = 38.1 mm9）齿全宽 bfm = (m -1)Pt + bf1 = 2 45.44 + 23.45 = 114.33 mm10）中心距 a0 = （3050）P = 11431905 mm11）链节数 X 0 = 2a0/P +(Z1 + Z2)/2 + (Z2 - Z1/2)P/ a0 =851253.2.6 顶端链轮支撑轴的确定因为其受力，即 F 支撑 1= F 拉 1+F 拉 2 = 2N， F 提升力= 440N F 支撑 1F 拉 1 F 拉 2图 18 支撑轴受力图15Fig 18 Diagram of support shaft又轴所承受力十分大，故选用材料为 45#钢，而应力 = F/S （10）在一般设计中应力一般取 45 MPa 。0.440106/ S = 45106 S = 9.7810-3 m = /4D D = 0.125 D= 112 mm。故所有支撑轴均选取直径 D 为 112 mm。3.2.7 链轮的直径判定顶端链轮的直径 ：因为其直径 D 推进油缸 = 219 mm ，通过 CAD 画图可推出直径 D 259 mm，故选取顶端链轮分度圆直径为 280 mm；中间上链轮 ：通过 CAD 图可知，中心没有偏移，需在其边缘留出 69 mm 的距离来安装固定链轮的装置，则中间上链轮直径 D=220 mm；中间下链轮 D 和底端链轮 d 设为相等，即 D +d = 290 mm,得 D = d =145 mm。4 补偿油缸系统的选择因为补偿油缸是为了使钻杆与地面紧密接触，它是通过滑架使钻杆移动，而它往下运动时是有杆腔进油，无杆腔出油，向下的推力应为 5 吨，即 F 下推力 = 5109.8 = 49 KN。(S 按照 1000 mm，P 计算用 20 MPa)往上运动时， F 上升力 = G1 +G2 = 6017 N = PSS =3 cm= R R = 0.977 cm 1 cm = 10 mm，按照直径为 80 mm 考虑；而下推时 ，F 下推力 = PS = 20106/4（D- d）4910 N D- d 3.1210-3 d 57.27 mm.由杆径 80 mm 的耳环连接可确定 L1=50，L2 =75，L3=300 + S，L4 = 347 + S，L7 = 40，L= 45，=102，H1 =18，d1 =40，M1=221.5，M2 =331.5，Rb=4545，通过 =102（此为包括壁厚的直径）单侧壁厚 = 11 mm，通过 M2 =331.5（此为不包括壁厚的杆径）包括壁厚的杆径 =55 mm 2 。由于补偿油缸运动路程 S =1000 mm，则安装距离 L4 = 347 + S =1347 mm，即为油缸位伸出时的长度，而当杆全部伸出时，长度 L8 = L4 +S =2347 mm。其中当 S=500mm 即杆刚伸出时是补偿油缸使钻架与地面紧密接触；而当 S=5001000mm时是补偿油缸使钻架降入凹陷下地面的工作区域。故补偿油缸是钻架上下运动的动力源头，如果没有补偿油缸，多功能钻机便等价于丧失了工作的能力。165 举升油缸系统的选择5.1 举升油缸的判断5.1.1 举升油缸受力分析多功能钻机的钻架受力如下图： 此点为固定点1731 N 4286 N 举升力图 19 钻架受力图Fig19 Diagram of drilling frame故竖直举升力 F 通过固定点的力矩平衡等式：F(1.83 -1.252) = 1731(1.6925 +6-1.252)+4286（3-1.252）得： F = 32.249 KN183012521252 695 1830 图 20 转架的部分距离Fig 20 Part of the distance of the drilling frame 1830171252 X 695 图 21 相似三角形图Fig 21 The picture of the similar triangles通过相似三角形准则，得： 1252/1830 = X /695 X =475则 = tan-1（695 /1830） = 20.8F 竖 F 举升 进油图 22 举升力的分解图 图 23 油缸简图Fig 22 Exploded view of lifting force Fig 23 Diagram of fuel tank故 F 举升 = F 竖 / COS = 34.49 KN 34 KN由于 P = 20 MPa F 举升 = PS （11） S = 1.710-3 m，则 R = S = 17 cm， 得 R = 2.327 cm 2.3 cm = 23 mm，故 D =2R =46 mm，所以选取油缸直径 D = 90 mm；通过机械设计手册查得，缸径=90mm 的耳环连接工程用液压缸尺寸如下：L1=50 mm ；L2=66 mm ；L3=305+S ；L4=357+S；L5=260+ S；L6=312+S；L7=50 mm；L=45 mm ；=114 mm ；H1=18 mm ；d1= 40 mm ；M1= M221.5 ；M2= M362 ；M3=M331.5；Rb=4545 2；由 =114 mm，缸径 =90 mm 单侧壁厚= 12 mm；通过 M2 = M362，得杆粗为36 + 122 = 60 mm；由 L4=357+S 和 L1=50 mm，通过耳环连接的标准图可知：顶端销孔与底端销孔均为 d1= 40 mm，顶端圆的半径为 45 mm，则油缸（未伸出）全长 L= L4+2R = 357 + 90 = 447 mm。通过 CAD 图可知 S= 846 mm L4 = 357+S =357+846 = 1203 mm（此为安装距离，即杆未伸出） ；当油缸全部伸出时，L8= L4 + S = 1203 +846 =2049mm 2。由 CAD 图可知，油缸在倾斜处占空间太大故将水平时油缸改为垂直于地面，通过图上可知 L8= L4 + S = 1884 mm = 1203 + S S = 681 mm。5.2 举升油缸与钻架的连接座18通过图形可知：d2= d1 = 40 mm ；R1= R = 45 mm ；L2= 75 - 22.5 = 52.5 mm。L2 L2d2R1图 24 连接座尺寸Fig 24 The size of connecting seat5.3 举升油缸与地面相接触的底座由缸径=90mm 的耳环连接工程用液压缸得参数可推出，固定底座其孔径 d1= d1 =40 mm；而底座厚度 h 10 mm，故选择 16 mm。故 R = 45 mm ,h = 16 mm ,d = 45 mm ,L = 55+16 = 71 mm ,L1 = 55 mm.50+16=66L d L1RH图 25 底座的尺寸Fig 25 The size of the base196 结论通过多功能钻机的钻架设计，能较好的让我拥有机会综合运用大学所学课程加以解决在设计与生产中所遇到的困难，为大学毕业后的工作提供难得的经验。通过该课题设计，可以 1）培养了我的正确的设计思想与设计方法，使我敢于创造革新；2）使我综合、灵活应用所学知识去分析研究和解决工程设计中遇到的一些工程技术问题；3）进一步提高我的调查研究、设计计算、理论分析、查阅资料及绘制图样等各方面的基本技能 34。使我明白机械设计中知识的应用很重要；而经验的应用在设计中有着广泛的用途，在许多无法准确判断的部件中，只能通过你的经验来做出粗歩的判断，在后面的设计中逐步完善。20参考文献1 张学谦.农业机械设计手册M.北京:中国农业科学技术出版社 1990:12. 2 成大先.机械设计手册单行本D.液压传动.哈尔滨:化学工业出版社.20043