100米钻机变速箱设计

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。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。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 892终孔直径 603. 钻孔倾斜角度 03604. 立轴转速 110、190、340/min5. 立轴行程 4006最大液压给进压力 4MPa7卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘） 6MPa8立轴内孔直径 529油缸最大起拔力 28.5KN10油缸最大给进力 20KN11. 绞车提升速度 0.25、0.57、0.65m/s12. 绞车转速 28、50、78r/min13绞车提升负荷0.75m/s 3.35KN. 0.44m/s 6.00KN. 0.22m/s 12KN14. 卷筒 直径 140mm 宽度 100m 钢丝绳直径 8.8mm 容绳长度 32.8m15配备动力 1 电动机 型号 YB160M4 电压 380/660V 功率 5.5KW 转速 1440r/min2 柴油机 型号 S1100 功率 5.5KW 转速 1500r/min16外型尺寸（Lh b） 1370 6851200mm17重量（不含柴油机） 750Kg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。1.2N j式中：N j钻机所需功率 KWNj（N hN y）/式中: N h回转钻进所需功率 KW 效率 =0.85Ny油泵所需功率 KWNh=N1+N2+N3式中: N 1井底破碎岩石、土层所需功率 KWN2钻头与孔底摩擦所需功率 KWN3回转钻杆所需功率 KW3.1 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率 KWNh=N1+N2+N31. N1= 3-106A4mn式中: m钻头切削刃数 取 m=6n立轴转速 r/minh钻进速度 h=1.5cm/min.岩石抗压强度,其值见表 3-1A 井底环状面积，取钻头直径 D=7.3cm,内孔直径 d=5.8cm,A=(D 2d2)/4=(7.3 25.82)/4=15.43cm22. N2=f en(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=0.3e侧摩擦系数 e=1.1n立轴转速 R钻头外圆半径 R=3.65cm 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=7.81011 Ldn1。7 (当 n200r/min 时) 3-3-2式中：L孔深 ， 硬质合金钻进时，取 L150000mm金刚石钻进时，取 L75000mmd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 32 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 n22）油缸直径 D55mm3）活塞杆直径 d30mm4）活塞杆有效行程 L400mm5）油缸面积 A 123.76cm 26）活塞杆面积 A 27cm 27）有效面积 AA 1A 216.76cm 23.2.2油缸工作压力的计算钻机大水平孔时，油缸的最大推力为：WCF m式中：W油缸最大推力C孔底最大压力 C10000NFm钻杆与孔壁间的摩擦力FmqLf式中：q钻杆单位长度重量 q45.6N/m L钻杆长度 L1050mf摩擦系数 f0.35Fm45.61050 0.35=1675.8NW=10000+1675.8=11675.8N油泵的工作压力 PP=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=6.3363.2.4.给进油缸功率 NyNy=PQ/60102=696.60.2/60102=0.0233.2.5.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/cm 2Q额定流量 Q=10L/min 1机械效率 1=0.9 2容积效率 2=0.71Ny=80010/601020.90.71=2.04KW3.3 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/cm 2 ）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 2000N (kw)r/minN/cm2 110190 3402000 0.0693 0.0794 0.09184000 0.1386 0.1589 0.18378000 0.2771 0.3177 0.367510000 0.3464 0.3971 0.4593N112000 0.4157 0.4765 0.55122000 0.2443 0.4230 0.75694000 0.4898 0.8460 1.51388000 0.9795 1.6919 3.027710000 1.2244 2.1149 37846N212000 1.4693 2.5379 4.5346N3r/minN/cm21.0160 2.5728 2.28042000 1.3296 3.0752 3.12924000 1.6444 3.5769 3.97798000 2.2726 4.5824 5.675610000 2.5868 5.0848 6.5243Nh12000 2.9010 5.5879 7.3662Nyr/minN/cm20.023 0.023 0.023Nj=Nh/ 3.4129 3.6179 3.6814N0=1.2Nj 4.0920 4.3415 4.4177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n90400r/min 比较适宜；采用金刚石钻头钻进时，立轴转速取n4001000r/min 比较适宜。本机选用 110340r/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 41档 档 档立轴转速 r/min 110 190 340缠绳速度 m/s 0.22 0.37 0.664.2 机械传动系统机械系统传动路线见图 41传动计算如下：1.立轴的转速:n =nD1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z10/Z11式中: n 立轴的第一档转速 r/min n电机转速 n=1440r/minD1主动皮带轮直径 D1=125mmD2大皮带轮直径 D2=285mmZ1Z11 传动链中各齿轮的齿数,Z 1=31,Z2=54,Z3=31,Z4=54Z10=21,Z11=39n =1440125/28531/5431/5421/39=112.1110r/minn =nD1/D2Z1/Z2Z5/Z6Z10/Z11式中:Z 5=42,Z6=43n =1440125/28531/5442/4321/39=190.69190r/minn =nD1/D2Z1/Z4 内 Z10/Z11式中: Z 4 内 =31n =1460160/36531/3121/39=340.08340r/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(nD 1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z9/Z12/Z13/Z14)/60000 m/s式中:D=D 0+d=140+8.8=148.8mm式中:D 0=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/sV2=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：U10.22m/s U2=0.44m/s U3=0.75m/s。第 5 章 回转器5.1 结构特点回转器的结构如图 51 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:Z10 与 Z11 的主要参数见表 51。齿面硬度 Z10 为 HRC52、Z 11 为HRC57，锥距 R77.515 m,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 8DCZ11 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 52表 52功率 KW 转速 r/min 转矩 nm5.17 632 805.07 208 2335.07 354 137 5.2.1 齿面按接触疲劳强度计算（1）接触应力 HZE 1.5ftmaxKAKVKH ZR 3 Ft1 N/mm2bd1I FtmaxZE弹性系数 ZE 189.8 N/mm2Ft1=Ftmax小轮运转中最小切向力 Ftmax=2758NKA使用系数 KA=1.25Kv动载系数 KV1=KV2=1KH 齿间载荷分布系数 KH =1.2Zx尺寸系数 Zx=1.0ZR表面状况系数 Z R=1b有效齿宽 b=22mmd1小轮大端分圆直径 d 1=94.5mmI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= HIinZNZW/ZQ N/mm2 HIin接触疲劳极限应力 HIin1352Zwgz 工作硬化系数 Z w1ZN寿命系数 Z N1ZQ温度系数 Z Q=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 FF tKAKUKF YX/bmsJ N/mm2Ft作用于大端分度圆上的切向力 Ft=2758NKA使用系数 KA =1.25Kv动载系数 Kv=1KF 载荷分布系数 K F 1.15Yx尺寸系数 Y x1 ms大端端面模数 m s=4.5J几何系数 J0.18 F141N/mm 2（2） 齿根弯曲疲劳极限应力 FIim FIim YN/YQ N/mm2YQ温度系数 Y Q1YN寿命系数 Y N1 FIim齿根弯曲疲劳极限应力 FIim206.82N/mm 2（3） 安全系数SF FIim/ F206.82/141=1.46S Fmin=1所以安全。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 61 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 61表 61齿数 模数 齿宽 变位系数 Xn材料 硬度 RC 应力角 备注Z1 31 2 35 1.0 40Cr 40-45 200Z2 54 2 22 0.1 40Cr 40-45 200Z3 31 2 26 1.0 40Cr 40-45 200Z4 54 2 26 0.1 40Cr 40-50 200Z5 42 2 24 0.1 40Cr 40-45 200Z6 43 2 24 1.0 40Cr 40-45 200Z7 35 3 25 0 40Cr 40-45 200Z8 26 3 26 0 40Cr 45-50 200Z9 33 4 22 0 40Cr 45-50 200Z12 17 3 26 0 45 40-45 200Z13 18 3 35 0.15 20CrMnTi 57-62 200Z14 18 3 20 0.1 20CrMnTi 57-62 200Z15 54 3 28 0.35 40Cr 2002、Z 3、Z 4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limli*FbNXsrY式中 被校核齿轮的弯曲疲劳极限应力liF实验齿轮的弯曲疲劳极限应力，由图 F813 查得：limb（Mpa）lim3li40Fbb弯曲寿命系数，因两齿轮的应力循环次数为：NY= *0.4*60*365=0.87* 次3410810= *0.4*60*210=0.5* 次4由图 F814 知 = =13NY4尺寸系数 = =1（图 F815）XYX有效应力集中系数，有图 F816 查知 =1.03， =0.97SrY 3SrY4Sr所以 = * * / =400*1*1/1.03=370（Mpa）lim3Fli3bNY3XSr= * * / =400*1*1/0.97=412（Mpa）li4li44r（B） 比较弯曲强度图 F86 查得齿形系数 =1.94， =2.26 则有3FY4F/ =370/1.94=191 / =412/2.26=182lim3FYlim4因此齿轮 弯曲强度弱。4Z（C） 计算弯曲工作应力 4F= /bm( ) （Mpa）4FtcFY式中 计算圆周力，而 =tc tctAKU其中 工作圆周力 =2000 / =2000*132.5/62=4273（N ）t t3Td工作状况系数，由表 F87 查知 =1.25 AKA动载系数，因为 V /100=1.18*31/100=0.37，由 F84 知U3Z=1载荷分配系数， =1/ ，当 =1.6 时， =0.7，所以KKYY=1/0.7=1.43载荷分布系数，因 =b/ =26/62=0.45,故由表 F85 查知 d3=1.05K则 =4273*1*1*1.43*1.05=6417.5（N）tcF载荷作用位置数 =0.7Y Y螺旋角系数 =1 b 齿宽 b=26 (毫米)m模数 m=2 (毫米)= /bm( )=6417.5/26*2(2.26*0.7*1=195（Mpa）Fct4FY(d)计算齿轮的弯曲疲劳安全系数 FS= / =412/195=2.11 可靠FSlim4F2）齿面接触疲劳强度验算（A）计算齿轮的接触疲劳极限应力 limH= * *limHlibNZ式中 实验齿轮的接触疲劳极限应力，由 F817 查知 li= =1100（Mpa）lim3Hbli4b寿命系数，由图 F818 查知 =1.19， =1.22NZ 3NZ4NZ硬化系数， 取 =1 所以 =1100*1.19*1.03=1348（Mpa）lim3H=1100*1.22*1.03=1424 （Mpa）li4 （B ）计算接触工作应力= （Mpa）HEZ31*tcFubd式中 材料系数，由 F89 查知 =189.8E EZMPa节点系数， =2.27 由图 F810HZHZ重合度系数 =0.9 由图 F89 U齿数比 U= =54/31=1.7443/则 =189.8*2.27*0.9 =889（Mpa）H617.54*2（C） 算安全系数 HS= / =1384/889=1.516 安全可靠HSlim33）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 F812 知=18* =18*45=810（Mpa ）limFsCR最大的弯曲工作应力为= *1.5/ =195*1.5/1.25=234（Mpa）axF4AK短期过载弯曲强度安全系数= / =810/234=3.5（安全）FSlimsaxF短期过载接触极限应力，根据表 F812 知=41，3*45=1859 （Mpa）li41.3HsCR而最大接触应力为=889* =974 （Mpa）max1.5HAK.25短期过载接触强度的安全系数为=1.9（安全）HSlimax18974s3、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 T220-250，各齿轮分度圆直径为：d4108、d 684、d 8105.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（Nm） 备 注档 210 2217档 356 1184III 档 636 7928（A） 在各种转速下齿轮受力支反力计算结果列表 63 中（B） 轴的疲劳强度校核：从表 62 中得知，校核轴的强度时，应取低转速的受力状态。表 63 RCY RBY Ft6 Ft4 RAYC B Ft6 FR4 ARCX RBX RAX125 94.5 115 60.5270395续表 63档 档 档 档Ft4 5362Fr4 1952Ft6 4 2594Fr6 944Ft1 3113 2450Fr1 1133 892Ft8 2450Fr8 292RAX 194 174RBX 883 1092RCX 603 75RAY 3680 724RBY 720 1502RCY 492 1027RR 3684 745RB 1139 1506RC 778 1030轴的扭矩图如图 63 所示，现计算，截面的安全系数。截面-的弯矩：水平弯矩：M xz =Fr410010-3+RBX17010-3199Nm垂直弯矩-：M YZ =Ft410010-3+RBY910-3542Nm合成弯矩：M M xz 2 + MYZ 2 575Nm截面-的弯矩：水平弯矩：M xz R AX60510-3+19460.510-3=11Nm垂直弯矩：M YZ R AY60.510-3=223.6Nm合成弯矩：M M xz +MYZ =223Nm12量截面扭矩 T356.6Nm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 F rx A18047 水平弯矩图：11 199 Fty 垂直受力图： C B 垂直弯矩图：80145 223542合成弯矩图：60231 223575扭矩图： 356 图 63 表 64名 称 -截面 -截面 说 明扭 矩 T（Nm） 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。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 71。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 GB110274 标准，选定钢丝绳直径如下：外 径：d=8.8mm总断面积：A=27.88mm 2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=3.49S在急刹车时，取 Q 2.5Q，则安全系数 S S/Q 1.63、卷筒参数确定如下：卷筒内径：D140mm卷筒外径：D 230mm卷筒有效长度：L 0100mm容绳长度：LnD 式中：n钢丝绳圈数 n11 D 每层缠绳长度之和，共五层，D 5（D+d）+20d32m。4、绞车参数提升速度 卷筒转速 提升力V1=0.22m/s n1=28r/min 12000NV2=0.44m/s n2=50r/min 6000NV3=0.75m/s n3=78r/min 3350N7.3 绞车所需功率1. 卷筒所受扭矩：MT0.5(D+d)Q=0.5(0.14+0.0088)12000=893Nm2.绞车轴所受扭矩: M Z=MT/2=298Nm3.绞车轴所需功率: P=M Zn1I/9550=2.6KW7.4 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。Z1318、 m3、 X13=0.15、 材料为 20CrMnTi、 HRC=5762Z1418、 m3、 X14=0.15、 材料为 20CrMnTi、 HRC=5762 HIim=1500N/mm2 FIim=450 N/mm2传递扭矩：M z298Nm转 速：n z=n1i84r/min按接触强度校核：1. 分度圆圆周力 F t=1000MZ/CSR1=5518.5N2. 工况系数 K A=1.253. 动载系数 KV=14. 齿间载荷分配系数 KH =1.055. 齿向载荷分配系数 KH =16. 节点区域系数 Z H=2.357. 弹性系数 Z E=189.8 N/mm28. 重合度系数 Z =0.979. 螺旋角系数 Z =110.计算接触应力 H F ti+1KAKVKH KH ZHZEZ Zdb i 11.寿命系数 ZN1=1.02 ZN2=1.1112.最小安全系数 SHmin=1 SFmin1.413.润滑剂系数 ZL=114.速度系数 ZV=0.915.粗糙度系数 ZR=0.916.齿面工作硬化系数 ZW=117.尺寸系数 ZX=118.许用接触应力 HP1 ZL1ZV1ZR1ZW1ZX1min1lHNS1239N/mm 2 HP2=1308.7N/mm219.接触强度判断因为 H978N/mm 216MPa 时，P PP n125Pn工作压力（Pa）D油缸内径 D0.17(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=3.55 取 S=4Pn=600104(Pa)PP=600104150%=900104 p= b/S=60106/3.5=17106Pat=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 84 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、TXU150 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 qL f69.61500.35=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=407.5400N/cm 22、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=5.49cm25.5cm 2 式中：D油缸计算直径 D5.5cmP油压系统的调整压力, P=600N/cm 2；P2油缸最大起拔力 ,P2=28500N。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。钻孔冲洗液为泥浆、清水或煤水。在地面钻探时需要有有一定高度的三角架可供提升使用。钻机具有以下特点：1、 钻机的转数范围宽，有两组供六个转速，高转数需换一对高速齿轮（根据用户需要配备高速齿轮） ，可使用硬质合金钻头，适合各种地质情况，以提高钻进效率。2、 钻机装有摩擦离合器，可避免主轴变速时频繁起、停电动机，具有超载保护作用。3、 本机在较大范围内采用了液压技术，装有液压卡盘、液压夹持器、液压送进机构，能强力起拔钻杆。操作安全可靠，大大地降低了劳动强度。4、 立轴让开孔口的方式采用开箱式，结构简单，操作方便。型号说明：T勘探机械；X岩心钻机；U油压；150钻进深度 150 米。二、技 术 特 性1最大钻进深度（使用 50mm 钻杆或 42mm 钻杆） 100m2钻孔直径1）开孔孔径 89mm2）终孔直径 不小于 50mm3钻孔倾斜角度 03604立轴转数 110、119、340 r/min5. 立轴扭矩 640、358、232、136Nm6立轴行程 400mm7液压送进最大液压给进压力 4MPa8卡盘形式 常闭式液压卡盘液压卡盘最大工作压力 6MPa9立轴内孔直径 52mm10油缸最大起拔力 28.5 KN11绞车转速 0.217、0.368、0.656m/s12绞车提升速度 0.22、0.44、0.75m/s13绞车提升负荷 1200 、600、335Kg14卷筒 1)直径 110mm2)钢丝绳直径 8.8mm3)容绳长度 20m15电动机1)型号 YB132S42)功率 5.5kw 3)转速 1440r/min16钻机外形尺寸(Lbh) 123060011160mm17钻机总重量 550kg三、钻机分组情况100 型钻机共分六组，各组布局及外观如图 1 所示。1回转器：是钻机立轴产生回转及往复运动部分。2变速箱：是钻机立轴、绞车产生各种不同转数的传动与变速部分。3离合器：是动力的传递部分，用以接通或切断动力，实现不停电动机变更立轴或绞车的转数。钻进负荷超载时可保护钻机。4绞车：是升降钻具的部分。5抱闸：是控制绞车的机构，用来提升与停止钻具在任何位置的部分。6机架：是连接机器各组的机体，并将机器稳定地固定在钻场基台木上。7操纵仪：是控制钻机液压系统的总枢钮。四、结构特征与工作原理钻机型式为：机械传动、液压给进、弹簧夹紧、立轴式钻机。1、钻机结构如下：1.1 回转器,如图 2回转器部分主要由液压卡盘、立轴、本体、立轴导管、大弧齿锥齿轮、两根油缸和两根导向杆组成。1）、液压卡盘如图 2 所示，主要由下列构件组成：碟形弹簧和位于其上的带外环、内锥的移动套；位于外环上的活塞；插入碟形弹簧和移动套内孔中的主轴；主轴中的三片卡瓦外锥与移动套内锥相配合，卡瓦置于主轴上部的三个等分的槽中。下部由两轴承支持。卡盘的外壳，即缸体和压头座，由螺栓联接在一起。卡盘的主要动作是高压油从上部进入缸体推动活塞下移压移动套，移动套压碟形弹簧，由于移动套下移，三片卡瓦在主轴槽内呈自由状态，被主轴内的涨环 14 外推，松开钻杆。当释放油压时，在碟形弹簧的弹力推动下，移动套上移，迫使卡瓦向中心移动，在压缩涨环的同时夹紧了钻杆。组装时碟形弹簧的预紧力为 32KN。更换卡瓦时，先将上端螺钉取出，再取下压盖，防尘盖,垫及卡环，然后取出涨环，卡瓦，即更换新的卡瓦和涨环。2）、给进油缸主要有活塞杆、油缸上盖、下盖，用锁紧钢丝连接在一起。在更换弧齿锥齿轮时，为保证成对弧齿锥齿轮锥顶重合，需加垫调整间隙保证啮合。每次安装液压卡盘时立轴螺纹端部不许接触卡盘螺纹内端面，卡盘与立轴用圆螺母防止松动。1.2、变速箱，如图 3变速箱主要由四对直齿园柱齿轮及两根平行的花键轴构成。动力由电动机首先传到装在变速箱体的带有卸荷装置的大皮带轮上，然后经过不同的传动链，将动力传给小园弧锥齿轮 Z10。主动齿轮为轴齿轮，通过滚动轴承架于箱体内，轴齿轮端面加工有不通孔，内装滚动轴承与滚动轴承构成支点，支撑花键轴。花键轴是通过滚动轴承架于变速箱体内。花键轴上装有齿轮。在花键轴上安装的齿轮为移动齿轮，变速箱所产生的不同转速，就是改变移动齿轮的位置来实现的。安装在花键轴上的齿轮也是移动齿轮，