701 工程钻机的设计【外文翻译+任务书+毕业论文+cad图纸】【机械全套资料】
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701 工程钻机的设计【外文翻译+任务书+毕业论文+cad图纸】【机械全套资料】,工程,钻机,设计,外文,翻译,任务书,毕业论文,cad,图纸,机械,全套,资料
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黑龙江科技学院 毕业设计（论文）任务书 姓名： 李 国 巍 任务下达日期： 2006 年 03 月 13 日 设计（论文）开始日期： 2006 年 03 月 13 日 设计（论文）完成日期： 2006 年 06 月 20 日 一、 设计（论文）题目： 20 型 工 程 钻 机 的 设 计 二、专题题目： 水平定向钻机常用结构的探讨 三、设计的目的和意义： 随着国家基本建设的投入持续增长 ， 尤其是 像 京沪高速铁路、奥运场馆等一批国家重点项目的陆续启动 ,将 对工程钻机 技术 要求更高 、 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，为解决此问题在老师的指导下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。我相信这台钻机一定会有很广阔的市场前景 ! 四、设计（论文）主要内容： 主要是钻机的变速箱结构设计、转盘的设计，还涉及动力机确定、机构传动系统设计。 五、设计目标： 使钻机不仅能应用于水利工程、钻凿高层建筑、桥梁、港口基础桩孔的钻进，也能用于卵石、灰岩、花岗岩、漂石层等硬岩地层的钻进。 六、进度计划： 2006. 03. 13 至 阅相关资料，了解设计产品性能、发展现状 业实习、参观相关产品、收集资料 理现有资料、写实习总结、整理实习日记 定设计内容、写开题报告 计产品总体装配图、画草图、确定各部分结构、位置 明书草稿出初定 算相关内容 总装配图 变速 转盘图、零件图 制说明 书 改图纸、查找错误 查资料、准备答辩 七、参考文献资料： 20型工程钻机使用说明 上海金泰股份有限公司探矿机械 1998。 成大先机械设计手册减（变）速速器电机与电器化学工业出版社， 2004。 殷琨发展中的冲击回转钻进技术探矿工程（第 5 期），1997。 胡家秀简明机械零件设计使用手册机械工业出版社 1999。 成大先机械设计手册联接与紧固化学工业出版社， 2004。 指 导 教 师： 院（系）主管领导： 年 月 日 1 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 (成、坐标测量 (机器人学等方面，在三维现实空间 (3，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 方面 ，存在 配置空间 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 (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 （ 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 2 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 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。 造科学与信息科学的交叉 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 3 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 机械及其制造技术研究 微型电子机械系统 (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。 成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。 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 5造出 3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。 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。 料制备零件制造一体化和加工新技术基础 4 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。 械仿生制造 21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品 (如智能仿生结构 )，开发出新工艺 (如生长成形工艺 )和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。 地球上的生物在漫长的进化中所积累的优良品性为解决人类制造活动中的各种难题提供了范例和 指南。从生命现象中学习组织与运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。如果说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力，智能化延伸了人类的智力，那么， 仿生制造 则可以说延伸了人类自身的组织结构和进化过程。 仿生制造所涉及的科学问题是生物的 自组织 机制及其在制造系统中的应用问题。所谓 自组织 是指一个系统在其内在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从 而提高对于环境适应能力的过程。仿生制造的 自组织 机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件 。 仿生制造属于制造科学和生命科学的 远缘杂交 ，它将对 21世纪的制造业产生巨大的影响。 仿生制造的研究内容目前有两个方面： 向生命的仿生制造 研究生命现象的一般规律和模型，例如人工生命、细胞自动机、生物的信息处理技巧、生物智能、生物型的组织结构和运行模式以及生物的进化和趋优 5 机制等； 向制造的 仿生制造 研究仿生制造系统的自组织机制与方法，例如：基于充分信息共享的仿生设计原理，基于多自律单元协同的分布式控制和基于进化机制的寻优策略；研究仿生制造的概念体系及其基础，例如：仿生空间的形式化描述及其信息映射关系，仿生系统及其演化过程的复杂度计量方法。 机械仿生与仿生制造是机械科学与生命科学、信息科学、材料科学等学科的高度融合，其研究内容包括生长成形工艺、仿生设计和制造系统、智能仿生机械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多属前沿探索性的工作，具有鲜明的基础研究的特点，如果抓住机遇研究 下去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的研究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及与生物工程相关的关键技术基础等。 3. 现代制造技术的发展趋势 20 世纪 90 年代以来，世界各国都把制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术计划 本的智能制造技术（ 际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划 (德国的制造2000计划和欧共体的 随着电子、信息等高新技术的不断发展 ，市场需求个性化与多样化，未来现代制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。 当前现代制造技术的发展趋势大致有以下九个方面： (1) 信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代制造生产模式会获得不 断发展。 (2) 设计技术与手段更现代化。 (3) 成型及制造技术精密化、制造过程实现低能耗。 (4) 新型特种加工方法的形成。 (5) 开发新一代超精密、超高速制造装备。 (6) 加工工艺由技艺发展为工程科学。 (7) 实施无污染绿色制 造。 (8) 制造业中广泛应用虚拟现实技术。 (9) 制造以人为本。 1 s in of a of is an of DP a 0%55%. In of a s 0% of in in of is to 1 to to on (1) is a to of to 2 is of to to to to to to (2) in of a of in D 3 a of In of - in is in of of of to a of - 3 (3) In to of a of to in of in of of is a to (4) of of in of a of on of PS by is in of PS in in by a a in in we of 2. at of 4 of a is a of is an of it a of is is of D 0 of a of to be of 1st be to of of be to 1st 5 is - in in of is is to an of to of on to to to to to to to to in (1) of to (2) in a of of on of 6 in of of of - to to of of of to a of of a of to of it of to be of m of a to mm In up a in to is in 959 of 1987 of 7 20 16ug m C 0th of in 1st a 0 of as a of of of of of in of on of of of of of is in a a y of of in of a is of 8 of is a in of is to of of of 21, be to a of a to to be a of to On to be is in of of to to On to of as of of of is a as of a in to 9 or a D or 2.4 1st be of as to a as of to a of is a in s in of to is to an to of of of a If of be to in of is in to a in by 10 of of a a of 1st an is o of of as of of on on on of an of of is as of 11 if to of on as as 3. of 990s, of as a of as of to 000 C of of to of in (1) be (2) (3) of to 12 (4) of (5)金属加工与特种工艺 金属切削加工在工业制造业中得到了广泛应用。 它的特点是工件在加工前具有足够大的尺寸，可以将工件最终的几何尺寸包容再里面。不需要的材料以切削、颗粒等形式被去除掉， 去除切削是获得所要求的工件几何形状、尺寸公差和表面质量 手段。切削量多少不一定，可能占加工前工件体积的百分之几到 70% 80%不等。 由于在金属切削加工中，材料的利用率相当低，加上预测到材料和能源的短缺以及成本的增加，近十几年来，金属成形加工的应用越来越多。然而，由于金属成型加工的模具和设备成本仍然很高，因此尽管金属切削加工的材料消 耗较高，在许多情况下，它们仍然是最经济的。 由此可以预料，在最近几年内，金属切削加工在制造业中仍将占有很重要的地位。而且，金属切削加工的生产系统的发展比金属成型加工的自动生产系统的发展要快的多。 在金属切削加工中，信息的传递是通过刚性传递介质（刀具）实现的，刀具相对工件运动，机械能通过刀具作用于工件。因此，刀具的几何形状和刀具与工件的运动方式决定了工件的最终形状，这个基本过程是机械过程，实际上是一个煎切和断裂相结合 的过程。 如前所述，在金属切削加工中，多余的材料由刚性刀具切除， 以获取需要的几何形状、公差和表面 粗糙度。属于此例加工方法的例子有车削、钻削、铰孔、铣削、牛头刨削、龙门刨削、拉削、磨削、研磨。 大多数切削加工（或称机械加工）过程是以两维表面成型法为基础的。也就是说，刀具与工件材料之间需要两种相对运动。一种定义为主运动（决定切削速度），另一种定义为进给运动（向 切削区提供新的加工材料）。 车削 普通车床作为最早的金属切削机床中的一种。目前仍然有许多有用的和为人们所需要的特征。现在，这些机床主要用在规模较小的工厂中，进行小批量的生产，而不是进行大批量的生产。 在现代的生产车间中，普通车床已经被种类繁多的自动车 床所取代，诸如自动仿形车床，六角车床和自动螺丝车床。现在，设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量，然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度这种加工方法的优点。这种加工方法的生产速度与现在 工厂中使用的最快的加工设备的速度相等。 普通车床的加工偏差主要依赖于操作者技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的实验零件的公差。在把实验件重新设计为生产零件时，应该选用经济的公差。 六角车床 对生产加工设备来说，目前比过去更着重评价其是否具有精确的和快速的重复加工能力。应用这个标准来 评价 具体的加工方法，六角车床可以获得较高的质量平定。 I 摘 要 20 型钻机是一种复合式多功能钻机，为适应我国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，特别卵石层、基石、漂石层能大幅度提高施工效率，在各种成孔方法中是比较经济有效的方法。 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。 本钻机的特点是结构简单，紧凑 ，而且各种操作手柄布置合理，操作简单，便于使用与维护。 关键词： 冲击钻进 变速箱 减速器 转盘 he is a of in to of to to to of in to to to in of of is a in is to at to in of to to to of at to of is a in to V 目 录 摘 要 I 1 章 绪 论 1 目的研究意 1 内外科技现状 1 计产品的用途和应用领域 1 第 2 章 钻机的总体设计 2 体布局设计 2 动系统 2 动系统 2 气系统 2 具系统 2 部件的功能 2 要设计参数 3 要性能特点 4 第 3 章 动力机确定 5 钻头钻进所需功率计算 5 钻机冲击钻进所需功率计算 7 第 4 章 带轮选择 9 第 5 章 变速箱的设计及计算 12 速箱的结构特点 12 构计算 12 步选定 12 定变速箱传动公比 12 弯曲强度确定齿轮模数 13 接触强度确定齿轮分度圆直径与中心距 14 宽的确定 15 轮齿数确定 16 算齿轮相关参数、确定齿轮 16 齿轮计算 17 V 步计算 17 何计算 17 轮校验 22 轮受力分析 22 轮传动齿面接触疲劳强度校核 22 轮传动齿根弯曲疲劳强度校核 25 速箱轴的计算 27 轴计算 27 轴计算 27 轴计算 28 的校验 28 转矩计算 28 上受力分析 29 支反力 29 弯矩和转矩图 30 定危险截面及安全系数校核计算 33 第 6 章 转盘的计算 36 盘输出转速 36 、小锥齿轮计算 36 步计算 36 何计算 37 齿轮齿面接触疲劳强度校验 42 算公式 42 用接触应力计算 43 面接触强度校核结果 44 根抗弯疲劳强度校核 44 算公式 44 根许用弯曲应力计算 45 根弯曲强度校核结果 46 盘轴结构计算 46 第 7 章 钻机其余部分零部件选择 48 轴器的选用 48 速器齿轮安排 48 第 8 章 钻机的维护保养 51 机维护保养的重要性 51 护保养要求 51 要部件保养项目 52 盘 52 速箱 52 速器 52 、副卷扬机 52 龙头 52 具 53 击卷扬机 53 路系统 53 动链条 53 击钢丝绳 53 胎离合器 53 离合器 54 全操作注意事项 54 第 9 章 经济性分析 56 第 10 章 专题 水平定向钻机的结构探讨 58 结 论 64 致 谢 65 参考文献 66 附录 1 中文 （ 译文 ） 68 附录 2 英 文 （ 原文 ） 74 1 第 1 章 绪 论 目的研究意义 随着国家基本建设的投入持续增长 ,尤其是 像 京沪高速铁路、奥运场馆等一批国家重点项目的陆续启动 ,将 对工程钻机 技术 要求更高 、 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，为解决此问题在老师的指导下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。我相信这台钻机一定会有很广阔的市场前景 ! 内外的科技现状 随 着全球经济的高速发展 ,各类建筑和工程施工的数量激增 ,工程难度日益加大 ,质量要求越来越高 ,极大的推动了各类基础处理施工技术的发展 ,尤其是近 20 年来 ,由于建筑的大型化和高层化 ,各种处理范围广 ,效率高 ,污染少 ,成本低的深基础施工工法 ， 如大型旋挖桩、地下连续墙、各种锚固、高压旋喷、深层搅拌等已成为基础工程施工的重要手段。而现有国产基础施工设备效率低下 ,污染严重 ,不能适应新施工技术的要求 ,施工企业一直在大量进口该类设备。加大开发适合我国国情的新型基础工程施工钻机的力度 ,满足市场急需 ,替代进口 ,是该类设备制造业的首 要任务。 计产品的用途和应用领域 这台钻机设计为散装式转盘冲击、回转复合式多功能钻机，适用于基础工程和连续墙以及水利工程、钻凿高层建筑、桥梁、港口基础桩孔的钻进，也用于大口径水井及其他工程孔的钻，主要用于第四世纪地层及其卵石、灰岩、花岗岩、漂石层等硬岩地层。 主要应用于建筑工程、水利工程、桥梁工程、矿井钻进等领域。 2 第 2 章 钻机的总体设计 总体布局设计 钻机由底座、传动装置、减速器（分动箱）、主副卷扬机、冲击卷扬机、转盘、钻塔、气动系统、电气系统、工具系统组成。 动系统 电机的动力经皮带传至变速器，变速器为一进三出结构，一路输出经齿轮传至主副卷扬机；一路输出至减速器，经由万向轴传至转盘，供回转钻进；一路输出经链轮传动冲击卷扬机，供冲击提升。 动系统 空压机输出压力气，由空气包至气控箱，分两路经操纵阀控制，传至冲击卷扬机两只气胎离合器，完成冲击提升及降落。 气系统 控制电机启动及关闭，为气动系统提供电源控制，为操纵箱提供控制系统。 具系统 游动滑车、水龙头、主动钻杆、孔内钻杆、加重块、刮刀钻头、垫叉组成回转钻进工具系统。游动滑车、水龙头 、孔内钻杆、冲击排渣管、冲击钻头、孔口导向工具、垫叉组成冲击钻进工具系统。 部件的功能 1 转盘 转盘用于驱动主动钻杆及钻具回转，转盘系一级圆锥齿轮传动机构，通过大锥齿、转台、大、小补心驱动钻杆工作。 2 减速器 减速器是进一步降低转速、提高扭矩而设计的，有两档变速，由双联滑动齿轮实行。 3 变速箱 变速箱为二轴一级变速箱，有三挡变速，由单、双联齿轮滑移实现变速。变速箱内有正、反转装置，由双向牙嵌离合器实现，单向牙嵌离合 3 器实现卷扬机离合。 4 主、付卷扬机 主、付卷扬机均为行星式卷扬机，靠制动行 星轮来实现钻具的提升。 5 底座 底座由滑台、下座、油缸、孔口板组成，转盘、卷扬机组固定于滑台上，钻塔固定于下座上，油缸一端固定于滑台，另一端与孔口板相联，油缸用于滑台的后移和孔口板开合。 6 钻塔 钻塔用于悬挂游动滑车、水龙头和提升器等提升设备，结构形式为“ n”型，钻塔内设有导向槽和主动钻杆后置悬挂装置。导向槽用于水龙头导向，悬挂装置用于换接钻杆时主动钻杆不落地。钻塔起落由油缸完成。 主要设计参数 1. 冲击卷扬机 提升能力 （ 60 提升速度 （ m/s） . 冲击行程 (m) 4 3. 冲击次数 (1/ 6 14 4. 冲锤质量 ( 3000 5000 5. 主、副卷扬机 提升能力 (单绳 30 卷绳速度 (m) . 转盘转速 (r/ 13, 17, 21, 26, 42, 52 7. 主机动力型号 (功率 ) 55 1480 r/ 8. 钻塔额定负载 ( 180 9. 空压机型号 ( 排量，压力 ) 00 500 （ m /P） 10. 配备砂石泵型号（型号） 6180 3m /h) 或 8340 3m /h） 11. 外型尺寸 （长 X 宽 X 高） 100002. 重量 主机重量 （ t） 全套设备总重 （ t） 28 4 主要性能特点 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、付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； 12. 动力为电机； 13. 经济耐用、性能可靠。 5 第 3 章 动力机确定 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。 按钻头所需功率计算 设电机输出实际功率为 N。 N。 中： 钻机所需功率 j（ 回转钻进所需功率 （ 效率 =y 油泵所需功率 （ 1+3 式中 : 井底破碎岩石、土层所需功率 （ 钻头与孔底摩擦所需功率 （ 回转钻杆所需功率 （ 1. 1+3的计算 30 60 00 0/4 3 Am 其中： 取 m=4 钻进时6 r/ 试取 h= 其值见表 3 A= 2 2 2 2( ) / 4 ( 1 0 0 0 ) / 4 7 8 5 0D d c m 2. N 2= f e n (R+r)/1944800 式中： f=6 e= R=200cm r=0. (当 nS ,该轴 H 截面是安全的。 36 第 6 章 转 盘 的 计 算 转 盘 输 出 转 速 转盘输出转速（ r/: 13、 17、 21、 26、 42、 52 输入转盘转速 (r/ 65、 85、 105、 130、 210、 260 转盘用于驱动主动钻杆及钻具回转，转盘系一级圆锥齿轮传动机构，通过大锥齿、转台、大、小补心驱动钻杆工作。 大、小 锥 齿 轮 计 算 步计算 （ 1）按齿面接触强度计算 由设计公式 131 1951 得 式中 ： 载荷系数 K= 齿数比 u 5 转矩 ： 1 9 5 5 0 9 5 5 0 5 5 8 0 8 0 . 7 765 估算时的齿轮许用接触应力 22l i m 1300 / 1 1 8 2 /1 . 1m m N m 估算结果 31 21 . 5 8 0 8 0 . 7 71 9 5 1 2 3 4 . 4 45 1 1 8 2ed m m （ 2）按齿根抗弯强度计算 37 由式1322132 1 得： 式中 K 载荷系数 取 K= 复合齿形系数 取1Z 小齿轮齿数 1Z=18 齿轮许用弯曲应力 = 式中 抗弯强度600 2/N 抗弯强度的安全系数 P= 2600 3 3 3 . 3 3 /1 . 8 N m m计算 3 221 . 5 8 0 8 0 . 7 7 4 . 63 2 1 4 . 91 8 5 1 3 3 3 . 3 3em m m 取 6 3）齿轮齿数 1Z 1= 2 3 4 1 4 2 516 取 1Z=18 几何计算 38 （ 1） 齿数 1Z=18 21Z u Z=5 18=90 （ 2） 分锥角 1=12Z = 21 9 0 1 1 . 3 7 8 . 7 （ 3） 大端模数 16em 4） 分度圆直径 1d= Z=16 18=288 d= Z=16 90=1440 5） 外锥距 112 = 6） 齿宽系数 取 R=0.3 b =d b=200 际齿宽系数 200 0 . 2 7 27 3 4 . 8 8R （ 7） 中点模数 m= =13.8 点分度圆直径 1 (1 =248.8 2(1 0 =1244.2 39 （ 8） 切向变位系数 1 2 高变位系数 1x=0 2x=0 （ 9） 顶隙 ec c m 16 =3.2 (（ 10）大端齿顶高 11(1 ) 1 6x m 26 端齿根高11(1 ) (1 0 . 2 0 ) 1 6 1 9 . 2c x m 2(1 ) (1 0 . 2 0 ) 1 6 1 9 . 2c x m 齿高 h=(2 )=35.2 根角 111 9 . 2a r c t a n a r c t a n 1 . 4 9 77 3 4 . 8 8ff 221 9 . 2a r c t a n a r c t a n 1 . 4 9 77 3 4 . 8 8ff 齿顶角 1a=2f= 21= （ 11） 顶锥角 1 1 1 1 1 . 3 1 . 4 9 7 1 2 . 7 9 7 2 2 2 7 8 . 7 1 . 7 7 8 0 . 4 7 根锥角 1 1 1 1 1 . 3 1 . 4 9 7 9 . 8 0 3 2 2 2 7 8 . 7 1 . 4 9 7 7 7 . 2 0 3 （ 12） 大端齿顶圆直径 1 1 1 12 c o s 2 8 8 2 1 6 c o s 1 1 . 3 3 1 9 . 3 8a e ad d h m m 40 2 2 2 22 c o s 1 4 4 6 . 3 2a e ad d h 13） 冠顶距 21 1 1 1440s i n 1 6 s i n 1 1 . 3 7 1 6 . 8 722h m m m m 12 2 2 288s i n 1 6 s i n 7 8 . 7 1 2 8 . 3 222h m m m m （ 14）大端分度圆弧齿厚 1 1 12 t a n 1 6 2 0 t a n 2 0 0 2 5 . 1 222m x x m m 21 2 5 . 1 2es m s m m （ 15） 大端分度圆弦齿厚 2 2111 2212 5 . 1 21 2 5 . 1 2 1 2 5 . 1 26 6 2 8 8 222 221 2 5 . 1 26 d （ 16） 当量齿数 11118 1 8 . 3 7c o s c o s 1 1 . 3 22290 4 6 3 . 3 9c o s c o s 7 8 . 7 当量齿轮分度圆直径 41 22111 5 12 4 8 . 8 2 5 3 . 7 35d m 2221 5 2 5 3 . 7 3 6 3 4 3 . 2 5u d m m 当量齿轮顶圆直径 11 2 2 5 3 . 7 3 2 1 6 2 8 5 . 7 3v a v ad d h m m 22 2 6 3 4 3 . 2 5 2 1 6 6 3 7 5 . 2 5v a v ad d h m m 当量齿轮根圆直径 v b 1 1d c o s 2 0 ( 2 5 3 . 7 3 c o s 2 0 ) 2 3 8 . 4 3vd m m m m v b 2 2d c o s 2 0 ( 6 3 4 3 . 2 5 c o s 2 0 ) 5 9 6 0 . 7 1vd m m m m 当量齿轮传动中心距 1211 ( 2 5 3 . 7 3 6 3 4 3 . 2 5 ) 3 2 9 8 . 4 922v v va d d m m 当量齿轮基圆齿距 c o s 3 . 1 4 1 6 c o s 2 0 4 7 . 2 1v b mp m m m （ 17）啮合线长度 2 2 2 21 1 2 21 s i a v a v b v a v b v v tg d d d d a 2 2 2 21 1 2 21 2 8 5 . 7 3 2 3 8 . 4 3 6 3 7 5 . 2 5 5 9 6 0 . 7 1 3 2 9 8 . 4 9 s i n 2 02 v a v b v a v b = 18） 端面重合度 7 0 . 9 51 . 5 04 7 . 2 1 （ 19） 齿中部接触线长度 42 21 2 2 0 0 1 . 5 0 1 1 8 8 . 5 61 . 5 0m m 齿中部接触线的投影长度 1 8 8 . 5 6b m b ml l m m 锥齿轮齿面接触疲劳强度校核 计算公式 211A V H H B H E L S K H Pm b K K F u Z Z Z Z Z Zd l u 式中 中点分度圆上的切向力 112000 2 0 0 0 8 0 8 0 . 7 7 6 4 9 5 7 . 9 62 4 8 . 8t 使用系数 动载系数 由 7 级精度和中点节线速度 11 1 . 0 5 7 9 /6 0 1 0 0 0mm dn 取 齿向载荷 分布系数 取 有效工作齿宽 端面载荷系数 / / 6 4 9 5 7 . 9 6 / 2 0 0 3 2 4 . 7 9 / 1 0 0 /t e tF b F b N N m m N m m 43 取 1 节点区域系数 中点区域系数 2212121 1 2 2t a a v av b V v b d Z 式中 参数1F=2 2 2 1 . 5 2 1 1 . 0 4F 221t a n 2 022 8 5 . 7 3 6 3 7 5 . 2 5 1 . 0 4112 3 8 . 4 3 1 8 . 3 7 5 9 6 0 . 7 1 4 6 3 . 3 9 =Z 弹性系数 N/Z 螺旋角系数 直齿轮 Z=1 锥齿轮系数 载荷分配系数 计算接触应力 22 . 2 5 1 . 1 1 . 8 1 6 4 9 5 7 . 9 6 5 1 1 . 1 2 3 2 . 5 1 8 9 . 8 1 1 0 . 82 4 8 . 8 1 8 8 . 5 6 5H 21 0 4 4 N m m 许用接触应力 44 l i mm i N L V R X Z 式中 实验齿轮的接触疲劳极限 1300 2/N 寿命系数 润滑油影响系数 工作硬化系数 尺寸系数 最小安全系数 用接触应力值 21300 1 0 . 9 5 1 1 1 1 2 7 . 1 /1 . 1 m m 齿 面接触强度校核结果 221 0 4 4 . 5 / 1 1 2 7 . 1 /H H PN m m N m m ； 通过。 齿根抗弯疲劳强度校核 计算公式 A V F F S K L S F K K F Y Y Y 45 式中 复合齿形系数 1 2 Y 重合度系数 0 . 2 5 0 . 7 5 / 0 . 2 5 0 . 7 5 / 1 . 5 2 0 . 7 4 锥齿轮系数 2 21 1 1 8 8 . 5 6 2 0 0114 4 2 0 0 1 8 8 . 5 6 = 载荷分配系数 2 1齿根弯曲应力计算值 21 2 . 2 5 1 . 0 5 1 . 8 6 4 9 5 7 . 9 64 . 8 0 . 7 5 1 1 3 6 0 . 3 /2 0 0 1 3 . 8F N m m 222114 . 83 6 0 . 3 3 6 1 . 8 /4 . 8 2 m 齿根许用弯 曲应力 m i N T r e l T R r e l T Y 式中 齿根弯曲疲劳强度基本值 26 0 0 / m m 寿命系数 相对齿根圆角敏感系数 1 46 相对齿根表面状况系数 尺寸系数 121 最小安全系数 用弯曲应力值 2600 1 1 1 1 4 2 8 . 5 7 /1 . 4 m m 齿根弯曲强度校核结果 22123 6 0 . 3 / 4 2 8 . 5 7 /3 6 1 . 8 / 4 2 8 . 5 7 /F F PN m m N m mN m m N m m 齿轮安全，可用。 转 盘 轴 结 构 计 算 选择轴的材料为 45 钢，经调质处理，材料力学性能数据为： 抗拉强度为 650b 屈服点 360s 弯曲疲劳极限1 270M 扭转疲劳极限1 155 许用静应力 1 260 M P a 许用疲劳应力 1 1 8 0 2 0 7 M P a 轴的最小直径为 47 3m 式中 A 按 定的系数 取 A= 100 P 功率 P=55 KW 最小转速 5 r/计算得3m i n 551 1 0 1 0 4 . 0 465d m m 取最小轴径为 m 05d 的结构如图： 48 第 7 章 钻机其余部分零件的选择 联轴器的 选择 减速器与转盘之间用万向节联轴器连接，由减速器输出的最小转速为65 / 传递的功率为 55算转矩为： m i 5 0 9 5 5 0 5 5 8 0 8 0 . 7 765 联轴器的计算功率： C n h a K K K K T 式中 联轴器转速系数 轴 承寿命系数 335 10 联轴器的轴间角系数 K =1.5 载荷性质系数 算转矩 8 0 8 0 . 7 7 1 . 2 5 1 . 8 1 . 1 5 1 . 3 2 7 . 2 N m 查取， 选择联 轴器为： 2 0 0 / 3 2 4 1 1 9 9 1 )S W P G J B T 型 （ 减速器齿轮安排 如表 1 49 齿数 模数 m 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 表 1 降速比： 1 3 5 1 8 23 4 4 2i 2 2 2 1 8 2 . 54 7 4 2i 输入转速为（ r/ 167、 261、 519 输出转速为（ r/ 65、 85、 105、 130、 210、 260 各轴转速为，如表 2 50 输入转速（ r/ 一 轴 二 轴 三 轴 传动比 转速（ r/ 传动比 转速（ r/ 167 167 85 5 261 261 195 130 05 519 519 390 260 315 210 表 2 51 第 8 章 钻机的维护与保养 钻机维护保养的重要性 钻机的使用寿命在很大程度上取决于对它的维护保养，钻机的使用者必须全面的了解钻机的各种结构、作用原理、安全操作、维护保养等各方面的知识，认真的做好维护保养工作，不但能够延长钻机的使用寿命还能防止不必要的机械故障，提高钻机的工作效率和经济效益。 维护保养的要求 1. 钻机各部表面和机台上，必须保清洁。 2. 对各轴承和摩擦副必须经常注意温升情况。轴承温升不大于 40 ，最高温升不大于 80 。如超过比值应停车检查。 3. 谁时注意各齿轮副和传动件的运转响声，发现异常声响应立即停车检查。 4. 随时观察钻机各部件的运转情况，如发现不正常的振动、晃动、位移等现象应及时检查处理。 5. 如发现漏油、漏气、非正常漏水、及紧固件松动等现象，应及时检查和消除。 6. 经常检查三角皮带及链条的松紧程度和破裂，检查各防护罩的牢固程度，避免发生以外事故。 7. 气路系统操作时，要观察气压表是否正常，如有异常现象，应立即修理。 8. 按润滑要 求及时进行润滑。 9. 在气温过低或过高时钻进，在复杂地层中钻进，可适当缩短期。 10. 钻机停止使用时，空压机及储气筒中空气应全部排空。 11. 本钻机用的润滑油、润滑脂如下： 变速箱、减速器和转盘： 120 号工业齿轮油（冬季用） 90 号工业齿轮油（夏季用） 其他部位润滑油： 润滑脂： 钙基润滑脂 空压机： 非溶剂性油 52 气动三联件： 20 号机油 主要部件保养项目 转盘 1. 经常检查转盘定位螺栓的松紧，确保转盘工作是稳定 2. 经常检查转盘内润滑油是否渗进泥等杂物，并及时清除。检查液面高底，保证正常润滑。 3. 定期检查推力轴承间隙大小，并加以调整，避免使转盘产生不必要的 冲击和轴承摩损。 变速箱 1. 变速箱用油必须干净，清洁 2. 定期观察箱内齿轮啮合情况，如影响手把定位，应更换相应的联接件， 保证操作的准确性 。 3. 把手的定位装置要保证弹簧具有一定的力量，避免因振动等原因使手 把跳挡。 减速器 1. 定期检查润滑油液面高低，确保良好的润滑。 2. 定期观察箱内齿轮啮合情况，磨损情况。 3. 经常检查与万向轴的联接。 主副卷扬机 1. 适当调节制动带的松紧程度，保证松开时不与卷筒摩擦，制动时凸轮 有自锁力。 2. 制动带厚度磨损至少小于 3必须更换，如遇制动力不够，经调 节无效时，必须检查铜钉是否露或是否有油污，如有应排除。 水龙头 当密封 处发现渗漏现象，应适当压紧密封圈。如压紧无效，应确保操 53 作的安全及管路的密封性。 钻具 1. 钻杆、主动钻杆、导正器连接法兰处应涂油防腐，搬运时避免碰坏。 2. 钻杆、钻杆法兰处如有裂纹等影响强度的缺陷，不应下孔。 3. 对可疑杆件应经探伤后，再决定使用否。 4. 冲击钻头的切削刃如磨损需堆焊。 5. 排渣管用 O 形密封圈需经常检查，如损坏需更换并存有一定量的备件。 冲击卷扬机 检查卷扬与机架，机架与底座的连接螺栓的松紧，确 保工作稳定。理顺钢 丝绳，防止早期磨
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