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钻机
结构设计
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机械
毕业设计
论文
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文档包括:
说明书一份。44页，13500字。
任务书一份。
外文翻译一份。
图纸共6张，如下所示：
A0-减速器装配图.dwg
A0-钻机装配图成图.dwg
A1-回转器成图.dwg
A1-液压卡盘成图.dwg
A3-二轴成图.dwg
A3-小圆弧锥齿轮成图.dwg
- 内容简介：
-
黑龙江科技学院 毕业设计（论文）任务书 姓名： 刘 旭 任务下达日期： 2006 年 3 月 16 日 设计（论文）开始日期： 2006 年 4 月 3 日 设计（论文）完成日期： 2006 年 6 月 25 日 一、设计（论文）题目： 50 米钻机 结构设计 二、专题题目： 境下减速器轴设计的算法及实现 三、设计的目的和意义： 钻机在钻探设备中处于中心地位，它是一门应用性的学科，和其他科学领域一样，是根据社会生产发展需要建立的。钻机的不断现代化始终与科学技术 时，钻机的更新取决于地质勘探和钻进工艺的发展。而钻机的发展与完善，又促进了钻进工艺水平的提高 。 四、设计（论文）主要内容： 说明书部分： 50 米钻机概述 ；钻机的总体设计；钻机的技术特点；钻机的动力机的选择；钻机的机械传动系统的计算；钻机的液压系统的设计。图纸部分：钻机总装配图；变速箱装配图；液压卡盘装配图；回转器装配图；花键轴零件图；小圆弧锥齿轮零件图。 五、设计目标： 根据已知数据（钻进深度 50 米；开孔直径89终孔直径 73主 轴 转 速115r/70r/18r/轴行程 400 钻进角度0。 360。 。） 对钻机进行总体设计，结构设计及设计计算；完成专题部分和外文翻译部分。 六、进度计划： 第 1 周下达任务； 第 2 周学校实习； 第 3 周实习总结、实习日记、开题报告；第 4 周确定总体方案； 第57 周 钻机 的结构设计；第 8 周强度校核；第 911 周计算机绘图； 第 1213 周撰写说明书；第 14 周专题分析；第 15 周外文翻译；第 16 周设计内容检查、准备答辩 。 七、参考文献资料： 名刚 机械设计。高等教育出版社， 2004 钻机设计。中国地质大学出版社， 1998 液压传动系统。北京机械工业出版社， 1981 灏 机械设计手册（第 3 卷）。机械工业出版社， 2001 指 导 教 师： 院（系）主管领导： 年 月 日 - 1 - 附录 2 外文翻译 信息时代的机械工程学 早在 20 世纪 80 年代，工程师认为需要进行大量实验因为缩短的产品开发循环促使工程师使用有效的技术。开发一种用于新产品中的革命性技术是冒险且易于失败的，采取短的进程对产品开发来讲是安全且更易成功的途径。 短的产品开发循环在工程领域也是有利的，这个领域里，资本和劳动力都是整体的。可以设计并制造不同产品的人在世界的任何地方都能够找到，但有新思想的人就很难找到了。地理上的距离已经不再是那些想在 6 个月内将发明付诸于实践的人 的障碍了，如果你已经获得短的开发循环，只要你保持领先形- 2 - 势就不会是灾难性的，但如果你已经处于六年的开发的过程并且竞争者已经赶上你，那么这个项目就处于更严峻的麻烦中。 工程师们在解决任何问题时都需要进行新的设计这种观念很快就过事了。在现代设计中的第一步是浏览英特网或者其他信息系统，看其他人是否设计了一种类似于你所需要的产品，诸如传动装置或者换热器等。通过这些信息系统，你可能发现有些人已经有了制造图纸，数控纸带和制造你的产品所需要的其他所有东西。这样，工程师们就可以把他们的职业技能集中在尚未解决的问题上。 在解决 这类问题时，利用工作站和进入信息高速公路可以大大增强工程小组的能力和效率。这些信息时代的工具可使工程小组利用大规模的数据库。数据库中有材料性能、标准、技术和成功的设计方案等信息。这些经过验证的设计可以通过下载直接应用，或者通过对其进行快速、简单的改进来满足特定的要求。将产品的技术要求通过网络送出去的远程制造也是可行的。你可以建立一个没有任何加工设备的虚拟公司，可以指示制造商，在产品加工往常后，将其直接送给你的客户。定期访问你的客户可以保证你设计的产品按照设计要求进行工作。尽管这些研制开发方式不可能对每个公司 都完全适用，但是这种可能性是存在的。 传统设计通常用于小公司，大公司嘲讽这种做法，他们讨厌处理服务市场成为少量主顾解决问题的思想：“这是我的产品”。一家大公司的人会说：“这是我能做的最好的产品了，你一定会喜欢它的，但如果你不喜欢的话。这条街下边有一家更小的公司可以解决你的问题。” 当今，几乎每家市场都是服务市场，因为顾客是有选择性的。如果你忽视了修改产品来满足顾客要求的潜在可能性。你将失去市场的主要部分甚至全部，尽管这些服务市场是临时的，但你的公司需要以一定的时间尽快答复他们所需要的。 瞄准机会的市场和根据 客户要求尽心干涉机这种现象的出现，改变了工程师们进行研究工作的方式。今天，研究工作通常是针对解决特定问题进行的。许多由政府资助或者由大公司出资开发的技术可以在非常低成本下被自由使用，尽管这种情况可能是暂时的。在对这些技术进行适当改进后，它们通常能够被直接用于产品开发，这使得许多公司可以节省昂贵的研究经费。在主要的技术障碍被克服后，研究工作应该主要致力于产品的商品化方面，而不是开发新的，有趣的，不确定的替换产品。 当涉及远景的时候，采用上述观点看问题，工程研究应该致力于消除将已知技术快速商品化的障碍。工作的重 点是产品的自量和可靠性，这些在当今的顾客的头脑中是最重要的。很明显，一个自量差的声誉是一个不好的企业的同义词。企业应该尽最大努力来保证顾客得到合格的产品，这个努力包括在生产- 3 - 线的终端对产品进行严格的检验和自动更换有缺陷的产品。 研究必须考虑到可靠性等因素的成本利益 当可靠性提高时，制造成本和次同的最终成本内将会降低。如果在生产线的终端生产 30%的废品，这不仅会浪费金钱，也会给你的竞争对手创造一个利用你的想法制造产品，而且也为竞争者提供了采用你的设计卖给顾客的机会。 提高可靠性并且降低成本这个过程的关键是深入、广 泛地利用设计软件。设计软件可以使工程师们加快每个阶段的设计工作。然而，仅仅缩短每个阶段的设计时间，可能不会显著的缩短整个设计过程的时间。因而，必须致力于采用并行工程软件，这样可以使所设计组的成员都能使用共同的数据库。 随着我们更加完全的进入信息时代，成功需要工程师掌握一些有关发明和技术管理的独特知识和经验。 成功的工程师们不但应该具有宽广的知识和技能，而且还应该是某些关键技术或学科的专家，他们还应该在社会因素对市场的影响方面有敏锐的洞察能力。将来，花在解决日常工程问题上的花费将会减少，工程师们将会在一些更富 有挑战，更亟待解决的问题上协同工作，大大缩短解决这些问题所需要的时间。我们已经开始了工程实践的新阶段。计算机和网络使工程师们具有越来越强的解决问题的能力，这也给他们的工作带来很大的希望和喜悦。为了确保成功，我们使用的工具的性能和对更好的产品与系统的不断要求，应该与标志着在工程方面所有巨大努力的创新工作所带来的喜悦相适应。机械工程是一个伟大的行业，在我们尽可能多地利用了信息时代所提供的机遇后，它将变得更加美好。 微处理器系统可以在许多复杂程度不同的层次上进行描述。最简单复杂形式是描述不同功能上调解信息的相互作 用和流动的简单的素描简图并且会用于测试微处理系统的操作。 所有微机系统包含一个中央处理单元（ 程序和数据存储器以及输入、输出（ I/O）设备。 存储部分包含了用作程序存储器的掉电不易失信息的只读存储器（ 用作读 /写的掉电易失的随机访问数据存储器（ 每种存储器都有许多不同类型的元件，如可写的 及静态或动态的 用时根据价格、功能来选择应用的。 微处理器的模拟输入路线是由模拟数字转化器提供的，并且可用于连接，如模拟感应元件的装置，模拟输出路线是又数字模拟转化器提供的并且可用于控 制，像电动机一样的输出换能器，平行 I/O 装置提供了大量单独的路线。在输出模型中这些可以编成程序来提供逻辑符 1 或 0 采用激活电平装置，例如灯在输入模型中允许微处理器度曲转变状况和其他电平装置，串行的 I/O 装置用- 4 - 来提供。同其他微处理系统或用于不同操作模型的成型系统中的操作控制台的对话。微处理系统的接口信号的等级和能量规格通常和与之接口的装置的信号规格不相匹配，例如 D/A 转换器所输出电压一般在 0围内，反能提高小伏安电流，而电机需要在范围（ 制电压最大电流安培。因此，附加的模拟接口电路系统通 常有必要发挥功能，例如信号平转化扩大和过滤。 所有这些装置都通过系统总线与 接，用一种系统母线的方法。系统母线本身由地址母线，数据母线和控制母线组成的。实际上，母线是两个或多个装置间平行线的简单连接。每条母线中包括的线条数是根据用于系统中的微处理器类型和母线功能决定的。我们假设地址母线有十六条线，数据母线有八条线，控制母线包括 供的控制功能而定的一定数量的线路。 地址和数据是运行计算机储存的程序、形成所有微处理器和计算机特征的基础。存储器由许多能由 过数据总线写如数据的存储单元构成。每个存储单元具体位置由 地址来唯一标识。为了从存储器或 I/O 设备中写或读信息， 制着地址和控制总线， 望将二进制信息写入地址的存储单元， 先将该地址送到地址总线上，然后作为数据送到数据总线上，控制总线中的控制线激活，启动数据写入适当的存储单元。相类似的情况用于 时数据流不是从存储器到 么在 要求的存储单元的地址送到地址总线上后， 过启动控制总线相关的控制线，指示存储器要读数据，存储器则做出反应，将该存储单元的内容当作数据，送上数 据总线，然后 取到该数据。 在系统总线中，地址总线对 说是输出总线，但对其他设备是输入总线，控制总线包含许多线或者是 出控制线，或者是输入控制线。数据总线既当作输入总线，又作输出总线，这要看 读还是写数据，系统中所有元件都通过数据总线连接在一起，这意味着，最低限度上存储器和 I/O 设备的输出是连在一起的。例如感实际情况就是这样，则将引起所有连接的元件中几个或全部元件破坏，因为一些元件将试图驱动总线到逻辑 1 状态，而其他一些则试图驱动其为逻辑 0 状态。为了避免这个问题，连接到每个元件的数据总 线有第三种状态即高阻态，在这种状态下元件对总线不再有负载的影响，这就使连接到数据总线上的其他元件在需要时能将数据送上数据总线，这也就意味着在某一时刻仅有一个元件与数据总线相通。一个元件处于数据总线的逻辑 1、逻辑 0 或处于有关于数据母线的高电阻条件下的能力被称为 件。这是共享相同的数据总线的设备重要的特性。 数据总线为 8 根因此能得到的单个数据被 8 位二进制数所限制，八位指一个字节，能代表从 0 到 255 的十进制；同样地，地址总线包含 16 根线，能代表的地址范围从 0 到 216 65535，这个数字常常被 缩写成与二进制等价的十进- 5 - 制数，表示成 16K， 1K 在二进制系统中等于 1024，对于 言，系统就像一连串的 64K 的连续的存储单元，每个单元可存放 8 位二进制数。 含许多寄存器，它们用语处理数据和地址，在所选择的例子中，这些数据寄存器为 8 位的寄存器，所有的数据操作都上都是 8 位，因此 指8 位 是支持地址操作的寄存器需 16 位，因为地址总线是 16 位的。地址总线的宽度与数据总线的宽度是独立的，因此 16位或 32位 6 位，24 位或 32 位地址总线。 通常对微处理操作时用十六进制（基于 16）值代表二进制数，因为一个十六进制数与四位连续的二进制数相对应。十六进制数比相等的二进制数量易读学，并且只需简单的换算就能将十六进制数与二进制数互译，十六进制数在文本中是用前缀 识，这是在 C 变成语言中所采用的。 硬件设计者没有必要使用整个 地址空间，所要求的存储器可以在址空间的任何地方执行，另外 I/O 装置可以成型，并且可以提供地址，通过这个地址 以读取和记录进出系统的数据。这些存储器是以普通存储点出现于 占据地址空间的位置。地址空间中存储排雷和 I/O 地址通过系统存储图描述。 存储图是为了满足设计应用的要求，并且被硬件设计者用来分割 空间以便使系统中存储设备的地址范围与存储映象图详细列出的地址相一致 ，所以系统中存储装置的地址域相当于存储图中的地址域。其可以作为输入通过地址母线获得并且为每个贡献于系统存储图的芯片分割出独立的良好的芯片信号。 英文原文 in n 980s, be to a in a is to is a to - 6 - in an in be in a is is no a to If ve a is as as if ve in of a a of be in to a to is in is to or to if a or a is to to on In of to of to of be or to in a is up a t to is to be to is to of t to is - 7 - to be to at it of or “is my of “is we it to If t, s a on is a If to of of to be in a to to of on is is at or by is at be in to of an is of on to on in on to of of in of s a is at of of be to a - 8 - to on of as As of 0at of a a an a to an it to to of is of to up of be to be by of As we of in of as as in it a of at in in be to in in We a in of It as is p;in of To of be by of is a it as we of by A be at a of 9 - is of a of be to of a a ) as as of a of of as or of is an on An to is by to A/D) be to a as an An is by to D/A) be to an as an (on/as In it to of , of a D/A be in -5 be of a of a of 2 at a is to 10 - as to PU by of a is up an a a a is a of or of in is on of in of we an of on by of to of a a of of a of of to by PU is to PU by a PU in to or to or , PU on to as in be to to be A be if PU to a of be to PU of on it to by of as on to be by is an PU an to of a of 11 - be a PU or a to PU is or in by at of , be to to a to it to a To of of a no on to to on to in be at to of a to be at a or at a or in a in to is a is an of a of a of is to be or to as a a 55. of an in 16-1 5535. is to of 4k, k is 024 in To as a 4k of PU a of to In be PU is 12 - as to 6 of 6 of is of of so 6 of is of of so 6 2 a 16 24 2 It is to as a to a of is to it in to to in by x, is in It is to of of be of In , PU of to PU as so of of , be by to so of in to by is by of as to of - I - 摘 要 目前，在我国直接为煤矿生产服务的钻机，百分之八十以上在井下从事作业。 现有的钻机所呈现的功率 低、主轴转速慢、钻进速度慢、运输不方便、劳动强度大工作效率低等缺点越来越明显。本次设计就是 对 50 米钻机进行 改进。改进后该钻机具有 以下优点， 外型尺寸小，重量轻； 易于解体，适应工作场地的更换； 钻机转速快钻进速度比以往都要快； 用液压卡盘固定钻杆，尽可能的实现自动化，提高了效率，减轻了疲劳强度。 进机构、变速箱、钻机操纵机构把手 组成，配有控制测量仪表和其他一些辅助装置。设计中着重考 虑电机的选择、变速箱和液压系统的设计。提高电机功率从而提高主轴转速，改进变速箱结构从而减小体积，以便运输。 关键词 ：钻机 电机 回转器 机械传动系统 液压系统 - to in 80% is in in so on is is 0 is to in to to be as as by so on is In to to in to 目录 摘 要 I 1 章 绪 论 1 钻机的发展 1 项目的研究意义 1 国内外科技现状 1 项目创新之处 2 钻机的工作原理 2 第 2 章 钻机的总体设计 4 钻机的特点 4 各部分结构设计 4 钻机的外形特点 4 钻机的总体设计方案 5 第 3 章 钻机的技术特点 6 钻机的主要参数 6 回转器的主要参数 6 电动机参数 6 油泵参数 6 水泵参数 6 第 4 章 动力机的选择 7 回转器转杆及破碎岩石所需功率的计算 7 给进油缸所需功率的计算 8 动力机功率的确定 9 第 5 章 机械传动系统的计算 10 主要运动参数的选择 10 变速箱的设计计算 11 变速箱内各齿轮的主要参数和材料 11 1Z 、 2Z 齿轮对的强度较核 11 3Z 、 4Z 齿轮对的强度较核 13 5Z 、 6Z 齿轮对的强度较核 15 回转器的设计 17 回转器的结构特点 17 - 零部件的强度与寿命计算 17 轴的计算 19 轴 计算 19 轴 I 的计算 23 轴承的计算 26 轴承的润滑 26 轴承的密封装置 27 密封与润滑 28 第 6 章 液压系统的设计 30 钻机液压系统的作用 30 钻机液压系统的作用 30 液压卡盘的设计与计算 31 给进油缸的设计 33 第 7 章 经济分析 34 结 论 35 参考文献 36 致 谢 37 附录 1 专题部分 ： 境下减速器轴设计的算法及实现 38 附录 2 外文翻译 48 - 1 - 第一章 绪论 机 的发展 现在 的钻机主要都是大型的用于较深的地质钻探，但很多地方很多条件下都要用到轻巧的便于运输的小型钻机，比如一种较浅孔的， 而 如今 50 米 钻机一般都是手动卡盘，效率 不是很高，钻速也不是很高，钻进速度慢。因此，设计在钻机上配备了液压 卡盘 ，提高了效率，减轻了疲劳强度。设计这样的钻机既轻巧又耐用，提高了实际价值。 我国自行设计、制造的钻 机 已开始取代进口设备，旧式手把钻机逐步被淘汰。随着钻探方法和钻进工艺的不断发展，钻探设备也在不断的更新换代，先后研制出 、 、 列等液压立轴式岩心钻机和 列水文水井钻机。 列岩心钻机具有扭矩大、变速范围广、液压 给进 、自动夹持等特点，深尺钻机装有水刹车，使升降钻具作 业可靠省力，基本满足煤炭钻探进行绳索取心、金刚石钻进、冲击回转钻进等工艺的需要。煤炭地质系统的岩心钻机、水文水井钻机、工程勘察钻机、钻塔等设备已形成系列，钻探设备基本实现国产化，并开始有少量出口。 钻 进 效率从 1985 年打钢粒时的 182在 的 861m，钻孔深度可达 1400m。 目的研究意义 钻机在钻探设备中处于中心地位，它是一门应用性的学科，和其他科学领域一样，是根据社会生产发展需要建立的。钻机的不断现代化始终与科学技术 时，钻机的更新取决于地质勘探和钻进工艺的发 展。而钻机的发展与完善，又促进了钻进工艺水平的提高。 内外的科技现状 国内现状： 目前国内制造的岩心钻机多是 1500m 以内的，局限性比较大，对于边远山区，滨海，冻土层，极地等地区进行钻探是非常困难的。全液压顶驱式车装钻机在国内还是试生产阶段。只有机械传动油压轴式钻机，维修方便，造价低，仍然是国内的主力设备。 国外现状：国外机构传动钻机，在岩心钻机方面，仍分为立轴式和转盘式两种类型，其中立轴式钻机占绝大多数。据统计美国每年开动地面岩心钻机1500械传动油压给进立轴式钻机约占 98%， 全液压动力头钻机仅占 2%；在日本，苏联和澳大利亚也有类似情况；而瑞典和法国则全液压钻机发展较多。 钻机主要用于矿井内部，供钻探深度为 50 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 50 米的地质勘探孔及其它用途的各种浅孔。该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，软岩石及中硬岩石中钻孔效率为- 2 - 最高。 研究内容主要为钻进深度，钻孔直径，钻孔倾斜角度，立轴转速和行程，液压给进压力，卡盘工作压力，转速及提升负荷，配备动力。 目 创新之处 量轻； 应工作场地的更换； 可能的实现自动化，提高了效率，减轻了疲劳强度。 机的工作原理 钻机主要由回转器、给进机构、变速箱、 钻机操纵机构把手等组 成，配有控制测量仪表和其他一些辅助装置。钻机由电机或柴油机带动， 经 过变速箱完成对钻具和升降机滚筒转速的分级变速，再传给回转器，回转器用来把扭矩传给带动带有钻头的钻具，同时钻机还配有液压系统，由液压缸来完成钻具的进给。有 的钻具用于手动卡盘固定，为了提高效率，一般采用液压卡盘。钻具的冷 却和岩屑的运出主要通过泥浆泵来完成。 钻机全貌图如图 1 3 - 调压调速图 1机全貌图 - 4 - 第 2 章 钻机的总体设计 钻机的特点 各部分结构设计 1. 动力机是用来驱动钻机的动力设备，常采用的动力机有电动机和柴油机两种类型。由于本钻机主要用于建筑工程场所，用电方便，故原则上选择原动机为电动机。 2. 回转器是阻击立轴产生回转及往复运动部分，主要有立轴 式和转盘式两种类型。已选用立轴式。由于立轴式钻机回转器等进给装置紧密结合成一个整体，回转和进给传动通过立轴与卡盘传给钻具，回转器的弯角范围大，导向性能好等特点，可以满足钻机的要求。 杂的。采用回归式传动形式。箱体内只有两根轴即可实现变速与分动，移动齿轮可移动换档，又可当结合子实现直传。因此结构非常紧凑，体积小。变速，分动相结合，减少了了零件数目，有效利用变速箱内部空间。操纵机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。增加卸荷装置，改善了轴和齿轮的受力情况。 了适应建筑场所地址条件复杂的特点，采用液压油缸进给机构，可集中操作阀，方便工人掌握处理钻进过程中产生的各种问题。 以实现不停车，钻进，本设计采用液压常闭式卡盘。 钻机的外形特点 目前，在我国直接为煤矿生产服务的钻机 ,几乎都是 在井下从事作业。完成抽放瓦斯、防火灭火、探水、煤层注水、地质与工程等钻孔任务。根据工作条件的特殊性，要求钻机应具有以下特点： （ 1） 外型尺寸小、重量轻 ； （ 2） 易于解体、适应工作场地的 更换； （ 3） 支护迅速可靠； （ 4） 尽可能实现自动化，减轻劳动强度； （ 5） 具有一定的 起拔 能力，而且效率高； （ 6） 坚固耐用，维修方便； （ 7） 机组集中，便于照顾； （ 8） 安全防爆。 - 5 - 机的总体设计 方案 确定 钻机的总体设计方案， 对国内外钻机的结构进行了分析。如今 的 50 米 钻机一般都是手动卡盘， 所呈现出来的问题是 效率 不是很高，钻速也不是很高，钻进速度慢。 转速偏低，调速范围小，其为适应小口径高转速钻进的需要，采用变换回转器大小锥齿轮位置的方案。 根据我 国 目前煤炭生产现状，结合制造及使用的技术水平，确定本钻机的设计 为 ： 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，正常的钻进速度钻进； 3. 增加了液压卡盘另配备手动卡盘， 减轻劳动强度，配备快速增压装置； 4. 机器的动力传递采用机械和液压相结合，即半液压式钻机； 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 ； 减轻劳动强度，配备快速增压装置； 少变速箱体积，根据不同的地质条件， 选用不同的钻进速度。 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。 - 6 - 第 3 章 钻机的技术特点 钻机的主要参数 钻进深度 50孔直径 89孔直径 73钻杆直径 42 钻孔角度 0360 钻机重量 300形尺寸 870 550 1100（ 长 宽 高） 扭 矩 回转器 主要参数 主轴转速 115r/70r/18r/轴行程 400盘形式 液压卡盘 主轴起重能力 23500N 电动机 参数 电动机型号 212电动机功率 5动机转速 1420r/ 压 380V(或 660V) 油泵参数 油泵型号 0 额定转速 1500r/ 额定工作压力 800 N/大工作压力 1200 N/水泵参数 型 号 浆泵 最大排水量 50L/大压力 - 7 - 第四 章 动力机 功率 的确定 转器钻杆及破碎岩石所需功率的计算 1. 设电机的 输 出功率为 N。 那么 N。 回转钻进所需功率 效率 =y 油泵所需功率 h=2+中 : 井底破碎岩石、土层所需功率 2 钻头与孔底摩擦所需功率 3 回转钻杆所需功率 h 回转钻进及破碎岩 石、土层所需功率 . 3 0 6 0 0 0 0/4 31 压 式中 : m 钻头切削刃数 取 m=6 n 立轴转速 r/h 钻进速度 h= 岩石抗压强度 ,其值见表 3 井底环状面积，取钻头直径 .7(内径 .9( 则 A= 2 2 2 2 2/ 4 7 . 7 5 . 9 / 4 1 9 . 2 3 ( )D d c m 3. 1944800 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=0.5 e 侧摩擦系数 e=1.1 n 立轴转速 (r/R 钻头外圆半径 R= r 钻头内孔半径 r=. 0 11Ld27 (当 ) 式中： L 孔深 ， 硬质合金钻进时，取 L 150000刚石钻进时，取 L 75000mm d 钻杆直径 ，取 d=50 n 立轴转速， (r/r 冲洗液比重。 r= 8 - 将上述参数及立轴不同转速代入上式，所得值列表 4 表 4 功率表 进油缸所需功率的计算 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 55）活塞杆直径 d 30）活塞杆有效行程 L 500）油缸面积 ）活塞杆面积 7）有效面积 A 油缸工作压力的计算 油缸的最大推力为： W C 中： W 油缸最大推力 C 孔底最大压力 C 13345N c/ 压 r/15 170 318 000 000 000 0000 2000 2 2000 000 000 0000 2000 3 回 2000 000 000 0000 2000 9 - 钻杆与孔壁间的摩擦力 q+ L+f 式中： q 钻杆定位长度重量 q m L 钻杆长度 L 150m f 摩擦系数 f m 500=13345+泵的工作压力 P P=W/A=70N/ 油缸回程时的最大容油量 : 11 2 3 . 7 5 5 0 1 . 1 8 7V A L (L) 油缸送进时的最大容油量 : 2 1 6 . 7 6 5 0 0 . 8 3 8V A L (L) 当选用立轴的钻进速度 U= ,立轴送进时每分钟 油量为 : 2 2 2 0 . 1 6 7 6 0 . 5 0 . 1 6 6Q A v ( L/令活塞回程时间为 回程所需油量为： 1 1 . 1 8 7 2 / 0 . 3 7 . 9 1 3Q (L/y 2 / 6 0 1 0 2 0 . 0 2 6 (选用 12/80 型齿轮油泵 (排油量 12l/力800N/。油泵满负荷时所需功率是 : N= 2110260/ 式中 : P 额定压力 P=800N/ 额定流量 Q=12l/ 1 机械效率 1= 2 容积效率 2=y=8008/60102力机功率的确定 通过上面的计算表明，立轴钻进时，进 给所需之功率很小，而且油泵满负荷工作时一般是立轴停止状态 。本钻机选用 动机能满足钻机的工作运转。 - 10 - 第 5 章 机械传动系统的计算 要运动参数的选择 转器的转速范围 立轴的转速变化范围，取决于地质、钻头的直径及钻进方法。当用 75据国内的经验，立轴转速 n=90400r/钻机采用立轴转速为 115r/170r/318r/ 动机转速 电动机转速为 1440r/ 传动系统的计算 图 5 机械传动路线图 立轴转速： n =n2Z 1/ 3/ 7/1440100/20031/5433/5219/43=115r/n =n2Z 1/ 5/Z 7/1440100/20031/5441/4419/43=170r/n =n2Z 1/ Z 7/1440100/20031/3119/43=318r/ - 11 - 表 5 齿轮参数及材料表 速箱的设计计算 变速箱内各齿轮的主要参数及材料 1Z 、 2Z 齿轮对的强度校核 1. 齿面接触强度的校核 （ 1）计算齿轮的齿面接触强度 K )1( u 齿数比 u=1=54/31=t 分度圆上的圆周力 T/d 按式： Ft=d n 5491000 T 转矩（ n 转速（ r/ 则 9549P/n=9550 20=） 9550 13=） T1/ 2= T4/ 08= 项目 代 号 齿轮 模数 齿宽 变位 系数 材料 硬度 齿顶高系数 压力角 1 2 20 0 202 1 200 4 2 20 0 400 1 200 3 2 20 0 400 1 200 2 2 20 0 400 1 200 1 2 20 0 400 1 200 4 2 20 0 400 1 200 9 0 0 202 00 3 0 0 200 00 - 12 - 720/60=m/s） 413/60=m/s） 查表得 ： 使用 系数 取 动载荷系数 取 载荷分布系数 取 KH = 载荷分配系数 取 KH =Z 材料弹性系数 取 Z 节点区域系数 取 Z 接触强度重合系数 所以 : 1H K )1( =630 （ 2K )1( =397（ （ 2）确定许用接触应力 m 试验齿轮的接触疲劳极限应力 = 1100（ 1 、 2 接触强度寿命系数 取 1 1100 1/97(1 1100 1/32( 1H S=安全 的计算 n=720r/ 材料 : 40械性能： 36 39 调质 20. 轴的力计算 （ 1）载荷图及支点反力 外加载荷： 如图 5 24 - 图 5载荷图 )(20303 3 2 0 3 0 7 3 8 . 9 2 ( )Q t g N 其中 20 )(14822 2 1 4 8 0 5 3 8 . 6 8 (Q t g N ） 支点反力 03 7 3 )(B X 02 2 （ 2） 弯矩的计算 Y - 25 - X 合成弯矩 3） 扭矩的计算 9 7 4 0 0 / 9 7 4 0 0 4 . 2 8 / 7 2 0 5 3 1 0 . 5T N n N （ 4） 扭矩图 如图 5 5扭矩图 （ 5）求当量 弯矩 验算轴的强度 5 6 4 5)( 22 剖面处的抗弯模量为： W= = 69度满足 - 26 - （ 6） 安全系数校核 抗弯剖面模量 弯曲应力幅 =W=扭剪应力幅 M 弯曲平均压力 06.8m (扭矩应力幅 m=T/(弯曲有效应力集中系数 矩有效应力集中系数 面状况系数 =1 绝对尺寸系数 = =劳极限 50 91剪极限强度 =b 寿命系数 等效系数 = = = + m)= = + m)=S=安全 承的计算 回转器本题上下端采用 1615轴承两套，轴两端采用 306和 207轴承各一套，轴两端采用 36208轴承两套，因安装形式与结构尺寸均与 75米钻机类同，而本钻机的工作载荷较 75米钻机小的多，所以，各轴承的寿命计算略。 - 27 - 承的润滑 润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热、减低接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。 轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑两类。此外，也有使用固体润滑剂润滑的。选用哪一类润滑方式，这与轴承的速度又管，一般用滚动轴承的 d 为滚动轴承内径， n 为轴承转速， 示轴承的速度大小。 1. 脂润滑 由于润滑脂是一种粘稠的凝胶状材料，故油膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加油可以维持相当长的一段时间。对于那些不便经常添加润滑剂的地方，或 那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说，这种润滑方式十分诗意。他的缺点是只适用于较低的 。 润滑脂的主要性能指标为针入度和滴点。轴承的 大、载荷小时，应选针入度较大的润滑脂；反之，应选用针入度较小的润滑脂。此外，轴承的工作温度应比润滑脂的滴点低，对于矿物润滑脂，应低 10 20，对于合成润滑脂，应低 20 30。 2. 油润滑 在高速高温的条件下，只润滑不能满足要求时可采用油润滑，润滑油的主要特性使粘度，转速愈高，应选用黏度愈低的润滑油；载荷愈大，应选用黏度愈高的润滑油。根据工作温度及 ，可选 出润滑油应具有的黏度值，然后根据粘度从润滑油产品中选出相应的润滑油的牌号。 油润滑时，常用的润滑方式有下列几种： （ 1） 油浴润滑 把轴承局部侵入润滑油中，油面应不高于最低滚动体的中心。这个方法不适于高速，因为搅动油液剧烈时要造成很大的能量损失，以致引起油液和轴承的严重过热。 （ 2） 滴油润滑 适用于需要定量供应润滑油的轴承部件，滴油量应适当控制，过多的油量将引起轴承温度的增高，为实地有通畅，尝试用黏度较小的10 号机械油。 （ 3） 飞溅润滑 这是一般闭式齿轮传动装置中的轴承常用的润滑方法，即利用齿轮的转动把 润滑齿轮的油甩到四周壁面上，然后通过适当的沟槽把又引入轴承中去。这类润滑方法所用装置的结构形式较多，可参考现有机器的使用经验来进行设计。 （ 4） 喷油润滑 适用于转速高，载荷大，要求润滑可靠的轴承。用油泵将润滑油增压，通过油管或机壳内特制的油孔，井喷咀将有喷射到轴承中去；流过轴承后的润滑油，经过过滤冷却后再循环使用。为了保证又能进入高速转动的轴承，喷嘴应对准内圈和保持架之间的间隙。油泵压力一般约为 28 - （ 5 ）油雾润滑 当轴承滚动踢得线速度很高，例如 大于 5106 时，常采用油雾润滑，以避免其他润滑方式有愚公有过多，油的内摩擦增大而增高轴承的工作温度。润滑油在油雾发生器中变成油雾，其温度比液体润滑油的温度低，这对冷却轴承来说也是有利的。但润滑了轴承后的油雾，可能部分地随空气散佚，要污染环境。故在必要时，宜用油气分离器来收集油雾，或者采用通风装置来排除废气。 相比较之下，采用 脂润滑 比较符合本设计。 承的密封装置 轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。 1. 接触式密封 在轴承盖内放置软材料与转动直接接触而起密封作用。常用的软材料有细毛毡、橡胶、皮革、软木等；或者放置耐磨硬质材料（如加强石墨、青铜、耐磨铸铁等）与转动轴直接接触以进行密封。下面是几种常用的结构形式： （ 1） 毡圈密封 在轴承盖上开出梯形槽，将细毛毡按标准制成环形（尺寸不大时）或带形（尺寸较大），放置在梯形槽中以与轴密和接触；或者在轴承盖上开缺口放置毛毡，然后用另外一个零件压在毛毡上，以调整毛毡与轴的密和程度，从而提高密封效果。这种密封结构简单，但摩擦较严重，只用于滑动速度小于 4 5m/s 的地方。与毛毡相 接触的轴表面如经过抛光且毛毡质量高时，可用到滑动速度达 7 8m/s 之处。 （ 2） 唇形密封圈密封 在轴承盖中，放置一个用耐油橡胶或皮革制的、并组装在一个钢外壳之中的整体部件 密封皮碗，皮碗直接压在轴上。为了增强密封效果，用一环形螺旋弹簧压在皮碗的唇部。皮碗可以有一个或两个密封唇，蜜蜂出的方向要朝向密封的部位。即如果主要是为了封油，密封唇应对着轴承（朝内）；如果主要是为了防止外物浸入，则密封唇应背着轴承（朝外）；如果两个作用都有，最好是用具有两个方向相反的密封唇的皮碗。这种结构安装很方便，也易于更换。它可用 到接触面滑动速度小于 10m/s（当轴径是精车的）或小于 15m/s（当轴径是磨光的）处。轴径与皮碗接触出最好经过表面硬化处理，以增强耐磨性。 （ 3） 密封环 密封环是一种带有缺口的环状密封件，把它放置在套筒的环槽内套筒与洲一起转动，密封环靠缺口贝压拢后所具有的弹性而抵紧在静止外患德内孔壁上，即可起到
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