200m液压钻机变速箱设计[含7张CAD图纸和文档]
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200米液压钻机变速箱设计 本科毕业设计（论文）题 目_ 200米液压钻机变速箱姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院 二一 年 月200米液压钻机变速箱设计摘 要随着我国农业土地的地质勘探，工程和节水的发展，对各种钻井设备提出了越来越多的要求。钻井设备的重要工具之一，钻井平台在这些项目中发挥着重要作用。为了满足浅层钻井平台对各种勘探和技术施工工作的要求，该设计任务在普通钻机和液压钻机的基础上得到了改进。进而开发与设计出来了200米的深度设计钻机。根据设备中使用的环境和场合，设计和参考方法用于依赖相同类型钻机的设计参数。通过对比分析，博重新绘制并计算速度阶段。在此基础上，生态设计的概念被用于优化不影响平台性能的方面。最后，200米设计的钻机理论上满足200米钻孔深度的设计要求。钻机齿轮总成图的计算与分析完成主要部件的绘制，以及钻机总体结构的绘制。同时，尽可能节省制造成本和生产时间。关键字 地质勘探；钻机；变速箱；改进设计； Design of gearbox for 200 m hydraulic drilling rigAbstractWith the development of geological exploration, engineering and water saving of agricultural land in China, more and more requirements are put forward for various drilling equipment. The drilling platform plays an important role in these projects. In order to meet the requirements of exploration and technical construction of shallow drilling platform, the design task is improved on the basis of common drilling rig and hydraulic drilling rig. Then developed and designed a 200 - meter depth design rig. Design and reference methods are used to rely on the same type of rig design parameters depending on the environment and occasion used in the equipment. By contrastive analysis, bo redraws and computes the velocity phase. On this basis, the concept of ecological design is used to optimize aspects that do not affect platform performance. Finally, the 200 - meter drill theoretically meets the 200 - meter drilling depth design requirements. Calculation and analysis of the gear assembly diagram of the drilling rig complete the drawing of the main components, as well as the drawing of the overall structure of the drilling rig. At the same time, as far as possible to save manufacturing costs and production time.Key words geology explore drill machine gear-box目 录摘 要1Abstract2第1章 绪 论41.1 钻机概述41.1.1 钻机的主要功用41.1.2 钻机的设计要求41.2 选题的目的与意义51.3 钻机的国内外发展趋势51.4 钻机的组成61.5 钻机的分类71.6 研究的方法及技术路线91.6.1研究方法91.6.2研究技术路线91.7 本设计主要内容10第2章 钻机的总体设计112.1 钻机的用途112.2 确定总体设计方案112.2.1 钻机的特点112.2.2 总体设计方案的确定132.3 设计的技术参数13第3章 钻机的总体设计计算153.1 输出功率的计算153.2 回转功率计算153.3 工作油缸功率的计算173.3.1 给进油缸的基本参数173.3.2 油缸工作压力的计算173.3.3 最大工作流量计算183.3.4 给进油缸功率计算183.3.5 负载功率计算183.4 输入功率的计算19第4章 钻机传动系统的设计与计算214.1 主要参数的选择214.1.1 回转器设计214.1.2 绞车的计算214.1.3 变速箱的选择214.2 机械传动系统初步计算214.2.1 轴的转速214.2.2 绞车的速度23第5章 钻机变速箱的设计与计算245.1 变速箱的设计要求245.1.1 结构分析245.1.2 总体设计要求245.2 齿轮的计算与校核255.2.1 齿轮主要参数确定255.2.2.齿轮副的强度设计计算与校核255.3 轴的强度计算与校核315.3.1 轴的强度计算325.3.2 轴的强度验算校核36第6章 旋转器的设计386.1 旋转器的机构特点386.2 旋转器的强度与寿命计算386.2.1 齿轮副的参数设计386.2.2 齿面接触疲劳强度的计算39第7章 绞车的设计与计算437.1 钻机绞车的结构437.2 主要参数的选择437.2.1 性能参数437.2.2 提升速度计算447.3 工作功率计算457.4 齿轮副强度的校核467.4.1 按接触疲劳强度校核467.4.2 按弯曲疲劳强度校核48第8章 液压系统的设计与计算498.1 卡盘的设计与计算498.2 油缸的设计与计算528.2.1 摩擦力的计算528.2.2 油缸直径的计算53第9章 钻机的工况设计539.1 概述539.2 钻机工作情况539.3 工作原理549.3.1钻机结构549.3.2 钻机的工作原理569.4 操作手册579.5 钻机的维护与保养599.6 常见问题分析609.7 钻机的安全注意事项62第10章 经济可行性分析6310.1 钻机的市场研究6310.2 经济效益分析64结 论66致 谢67参考文献69第1章 绪 论1.1 钻机概述1.1.1 钻机的主要功用 钻探是重要的勘探手段之一。钻机是实现这一目标的主要设备。它的主要功能是将钻头带到地壳并取出岩石的核心。该钻机还是油气勘探开发，水文钻井和工程地质钻探的重要设备。1.1.2 钻机的设计要求 钻机的技术性能必须确保在施工期间能够满足合理的技术要求，并且可以通过最佳程序满足预期的质量要求，维护简单方便，安装，拆卸和搬迁是实用的，便于快速钻井，短的钻井辅助时间施工期短，体力劳动强度低。总之，它是为更多，更快，更高效和省范围的钻井生产点创造条件的设备。 我们依据不同的使用要求，对钻机的设计要求也不同，有以下几方面：1.使用钻孔工具（例如旋转钻孔工具）将动力传递到钻头，使得钻头具有适合于钻孔过程的旋转速度和调节范围，以有效地破碎岩石.2轴可以被供给足够的轴向压力通过演习。并且它具有显着的调节范围，使钻头能够有效地切割或压碎岩石，3它可以调节和控制钻头的进给速度，以确保连续钻孔; 4可以完成升降钻的工作，可以在改变钻具重量时改变提升速度，充分利用动力机的动力，减少辅助时间;5.钻孔可以改变钻孔角度和旧深度响应的某些技术经济指标，满足钻井设计要求，提高钻井效率。1.2 选题的目的与意义随着中国经济的不断发展，国力的不断自强，人们的生活，工作中的要求逐渐的提高，我们国家的设备行业，机械行业随着需求的不断增加，技术也在不断地发展我国的国力也在快速加大的更新，各个领域提供广泛的产品和广泛的业务，从住房改革和中国经济的快速发展开始。该设计选择了200米钻机钻机的设计，主要是由于当前地质勘探，建设和节水工程的逐步完善。中国，对包括钻机在内的各种钻井设备提出了越来越多的要求。今天流行的钻机主要集中在深度约100米的液压钻机上，这在各种生产和建筑项目中起着至关重要的作用。然而，经过调查和了解，我们发现随着生产和建设项目的扩大，对数百米深度的液压钻机的需求逐渐增加，特别是钻探深度约200.市场更乐观。 。变速箱是该平台最重要的部分之一。通过改进齿轮箱的设计，它解决了平台设计和制造的基本方面。因此，200米液压装置的变速箱设计不仅对装置具有重要的经济意义，而且间接促进了中国国民经济的发展。1.3 钻机的国内外发展趋势与国外相比，国家液压钻机的发展相对较晚，与国际先进水平存在较大差距，特别是在监测方面。自20世纪90年代中期以来，原位矿山部，建设部，冶金部等相关单位在独立小型研发方面取得了突破性和令人遗憾的成果。液压钻机。主要产品包括中国地质科学院勘探院生产的GBS系列定向钻机和连云港黄海机械厂开发的FDP系列定向钻机。在第十个五年计划期间？国内液压钻机的产品开发取得了重大成功。例如，中联重科，深圳钻探，徐工，北京图兴孙，南京迪龙等公司都开发了自己的产品。生产力得到了很大提高，许多产品技术水平较高，达到了国际先进水平。例如，基于类似国外型号的ZD徐工集团系列钻机，采用机电液体集成PLC控制系统和比例控制电液技术，具有较高的技术水平和市场竞争力。然而，总的来说，中国和国外的液压钻井平台之间仍然存在相当大的差距。我们将共同努力，使我们的钻井行业迎头赶上并超越国际先进水平，还有待观察。1.4 钻机的组成 现在一般的钻机都由6个机构组成，具体包含以下六方面：1.机械传动系统：输入动力转移并分配到摆动和提升机构。还有一种用于利用液压钻机驱动油泵来操作液压系统的装置。 2.液压传动系统：利用油泵压力油输出驱动电机，油缸等液体图案，使垂直轴旋转和控制进给机构，移动钻孔机，弹性夹具等.3.摆动机构：旋转钻具驱动钻孔破碎底部岩石。 4.进给机构：调整轴向压力，调整破碎岩石所需的进给速度。如果在洞中发生事故，可以产生强烈的吸引力。 5.提升机构：用于提升钻（取芯和更换钻头）和提升盖。 6.支架：支持上述各种机构和系统，将它们组合在一起，成为一台整机。 1.5 钻机的分类 近几年来，人们的需求不断的增加，钻井设备也在越来的越趋于智能化和先进行。由于钻井设备广泛应用于国民经济的各个领域，钻机的类型和型号也在不断增加。为此，钻机的科学分类和识别对于钻机的识别，评估和选择非常重要。 1.分类 以使用的方式不同进行区分 出于各种目的，目前广泛使用的钻井平台可以细分为三类，即用于地质勘探的钻井平台，用于石油钻井的钻井平台，特殊钻井平台（用于井的水文井，地球物理钻井平台，用于工程的钻井平台等）; 按钻机标准钻进孔深分类根据孔深的不同范围，不同深度的各种钻机分为三种或四种类型。按三类分见表11。 表11 (m）类别浅孔钻机中深孔钻机深孔钻机1030010300300800300800800120010002000按四类分类见表12。表12 （m）浅孔钻机次深孔钻机中深孔钻机深空钻机10150200400500800900以上按设备管理类型进行区别井架可以细分为六类，即浅孔钻井平台，钻井平台，钻井平台，带水井的水文钻井平台，汽车钻井平台和采砂机;（4）通过下载方法分类可分为雪橇式，卡车式，拖车式;（5）破碎岩石分类。可分为旋转式，冲击式和减震式;（6）按转动机构的类型分类可分为垂直轴，旋转型，动力头型;（7）饲料分类它可分为飞轮（握把），液压式，螺旋差速器，长缸，油机 - 链轮等类型。2.名称钻机的名称以钻机的完整特征和主要性能表示，它们以字母和中文字母数字组织。此代码通常称为型号，并在带有铭牌的设备上标记。国内钻机的名称通常由三部分组成：第一部分是使用类别和结构特征代码，用拼音中文字母表示。例如，“X”是中文“心脏”字符的拼音首字母，表示该设备用于钻孔。 “U”是汉字“油”的首字母，表示进给机构的类型是液压的。中心部分是主要性能参数代码，由钻孔深度标准表示。例如，标准钻孔深度为200米，中间代码为200。尾部是变体代码，可以用拼音字母表的字母或数字编码。没有尾部的是第一个产品。对于第二个修改的产品，结束代码是2。1.6 研究的方法及技术路线1.6.1研究方法（1）参考相关数据，检查钻床的基本参数。（2）充分考虑现有钻机的优缺点，确定钻机的整体设计，分析现有设备的不足。（3）修改和优化工程钻床，最后设计出符合要求的钻床1.6.2研究技术路线（1）根据标题和原始数据查看相关数据，了解国内外钻机的发展现状和发展前景，并撰写文献综述和报告。开幕。（2）根据产品功能和技术要求，提供各种设计方案，详尽评估，选择更好的原理图，然后修改或进一步优化选定的原理图，然后确定整体设计方案。（3）具体设计钻头的训练装置和工作装置。4）检查和计算设计的机械结构中的重要部件，如齿轮，轴，轴承等，以确保设计的合理性和可行性。 ;（5）绘制部分图纸和装配图，以完成所需的图纸数量;（6）组织各种设计资料和撰写论文。1.7 本设计主要内容1.设计题目：200米液压钻机变速箱的设计主要技术参数：见表11表11钻探深度200m立轴转速120、240、350、600r/min开孔直径89mm终孔直径60mm钻机角度0360第2章 钻机的总体设计2.1 钻机的用途 200米钻机主要用于200米深度不同角度的钻井水井，地质孔，灭火孔，气体和铁路孔，公路，桥梁，隧道，国防建设，工业土木工程，农业用地钻井和各种工程井，用于勘探，工程爆破等用途。 本机可用于在不同硬度的岩石的任何角度钻孔，在钻煤层、软岩、电视等方面最为有效。整个机组由两个部分组成：一个200米的钻机和一个TBW-150/3.0型泵。在地面钻井时不需要钻柱，但为了提升和使用，需要有足够的高度棱镜。一个200米的钻机，配备了电钻。3.三极管或柴油发动机的设计是在没有电的矿场、矿场或野外条件下工作。2.2 确定总体设计方案2.2.1 钻机的特点通过市场调查，现在的挖掘工程对挖掘深度200米左右钻头的需求量日益增加，但目前200米钻头的劳动强度大，适应性差等缺点。由于以上的原因，决定改良200米的钻头。研究了几项方案后，挖掘机应具有以下特点。1.经济结实，品质优良，价格低廉。2.便于拆卸搬运。3.体积小，重量轻。4.操作简单，修理方便。5.42、50 mm2种钻头适用。6.应用于合金钻头或钻石钻头。7.潜入速度快，效率高。8.动力是马达或柴油机。2.2.2 总体设计方案的确定6.在审查了若干备选办法并提出了理由之后，根据当地的具体情况，从实际角度确定了下列备选办法：1.考虑到地下作业、井下作业和野外作业，并考虑到软岩石和硬岩石的存在，替代性或柴油发动机1.将钻探速度增加到正常的600 R/min；2.除了电动绞车外，还增加了液压夹头，降低了劳动强度，节省了时间，提高了有效钻速。考虑到高速，卷扬机速度不能太快，增加了联锁装置，安全可靠。3. 由于本机功率大，采用V带传动时，传动箱传动轴容易弯曲，故增设了卸料装置。采用两级回归变速箱，减小变速箱体积，根据不同地质条件选择不同的钻进速度。在满足上述要求的同时，结构简单，操作方便，适合整体或解体搬运。尽可能实现标准化、泛化、系列化。2.3 设计的技术参数考虑到钻机的实际工作情况，根据我国当前生产技术和工艺水平，本TXU200型钻机的技术特性为：1.钻进深度(使用42或50钻杆) 200m 2.钻孔直径 开孔直径 89m 终孔直径 60mm3.钻孔倾斜角度 03604.立轴转速 120、240、350、600r/mm5.立轴行程 500mm6.最大液压给进压力 4 MPa7.卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘） 6 MPa8.立轴内孔直径 52mm9.油缸最大起拔力 28.5KN10.油缸最大给进力 20KN11.绞车提升速度 0.26、0.61、0.70m/s12.绞车转速 33、79、91r/min13.绞车提升负荷0.70m/s 3.35KN0.61m/s 6.00KN0.26m/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 电动机 型号 YB160L4电压 380/660V功率 15KW转速 1460r/min第3章 钻机的总体设计计算3.1 输出功率的计算根据现场需要，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。 输出功率为 （31）式中： 钻机所需功率(KW)式中: 回转钻及破坏岩石、土层所需功率(KW) 效率 =0.9 油泵所需功率(KW)3.2 回转功率计算回转钻进及破碎岩石、土层所需功率计算公式如下：= （32）式中: 井底破碎岩石、土层所需功率(KW) =式中: m钻头切削刃数 取m=6 n立轴转速（r/min） r/min h钻进速度(cm/min) 当转速130r/min、250r/min时,h=5cm/min 当转速350r/min、600r/min时,h=1.5cm/min 岩石抗压强度,其值见表3-1井底环状面积，取钻头直径D=7.7cm,内孔直径 d=5.9cmcm2 钻头与孔底摩擦所需功率(KW) （33）式中: 孔底压力或岩石抗压强度； 钻具与岩石直接的摩擦系数 f=0.5 e侧摩擦系数 e=1.1 立轴转速(r/min) R钻头外圆半径(cm) R=3.85cm r钻头内孔半径(cm) r=2.95cm将立轴不同转速和不同孔底压力代入式（33）中,所得相应数值见表31。 回转钻杆所需功率(KW)当200r/min时 式中：孔深(mm) ， 硬质合金钻进时，取200000mm 金刚石钻进时，取75000mm 钻杆直径(mm) 取=50mm 立轴转速(r/min) 冲洗液比重, =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。3.3 工作油缸功率的计算3.3.1 给进油缸的基本参数1. 给进油缸的基本参数 给进油缸的数量 2 油缸直径 55mm活塞杆直径 30mm活塞杆有效行程 500mm油缸面积 23.75cm2活塞杆面积 7cm2 有效面积 16.76cm23.3.2 油缸工作压力的计算钻机大水平孔时，油缸的最大推力为：式中：油缸最大推力(N) 孔底最大压力(N) C13345N 钻杆与孔壁间的摩擦力(N)式中：钻杆单位长度重量(N/m) 55.46N/m 钻杆长度(m) 200m 摩擦系数 0.35N故 N油泵的工作压力MPa3.3.3 最大工作流量计算油缸回程时的最大容油量:L油缸送进时的最大容油量:L 当选用立轴的钻进速度=0.05m/min=0.5dm/min时,立轴送进时每分钟所需的油量为:L/min令活塞回程时间为0.3min,则回程所需油量为:L/min3.3.4 给进油缸功率计算根据以上的计算，可以得到给进油缸的功率：KW 3.3.5 负载功率计算根据上面的计算,选用YBC12/80型齿轮油泵(排油量12L/min,额定压力8MPa,最大压力12MPa)。油泵满负荷时所需功率是： (34)式中: 额定压力(N/cm2) =800N/cm2额定流量(L/min) =12L/min机械效率 =0.9容积效率 =0.71将上述参数代入式（34）中可以得到： 上式油泵排量在额定转速1460r/min时是12L,在995r/min时是8L。3.4 输入功率的计算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31，本机选用15电机或柴油机，基本能满足表31中粗线以上各种工作状态。 表31 各种类型岩层的抗压强度 （N/cm2）岩 石 名 称抗 压 强 度粘土、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2000 表32 电机功率选择计算功率N（KW） 转速r/min抗压强度(N/cm2)120240350600N120000.217680.258870.115320.1319540000.435370.517750.230640.2639180000.870751.035500.461280.52782100001.088441.294380.576600.65978120001.306131.553260.691920.79173140001.523821.812140.807240.92369N220000.461530.923071.346152.3076940000.923071.846152.692304.6153880001.846153.692305.384619.23076100002.307694.615386.7307611.5384120002.769235.538468.0769213.8461140003.230766.461539.4230716.1538N32.677.754.89.83N回转器(N1+N2+N3)20003.349228.931956.2614712.269640004.0284510.11397.7229514.709380005.3869112.477810.645919.5885100006.0661313.659712.107322.0282120006.74536414.8417213.5688524.46789140007.42459216.0236815.0303326.90754N油泵0.0280.0280.0280.028N(N油+N回）20003.3772278.9599546.28947512.2976540004.05645510.141917.7509514.737380005.4149112.5058210.673919.61659100006.09413713.6877712.1353822.05624120006.77336414.8697213.5968524.49589140007.45259216.0516815.0583326.93554=N/0.98.28065811.2687913.483813.6640=1.19.10872412.3956714.832115.0304第4章 钻机传动系统的设计与计算4.1 主要参数的选择4.1.1 回转器设计主要取决于地质条件、钻头直径和钻探方法的轴转速，是以使用硬合金和直径75毫米的钻颗粒为基础，并以国家和国际经验为基础，N=90 400R/min更为合适；P采掘法（o）N轴400 100 000 R/min对钻钻石更为合适，可选择120至600 R/min用于钻合金和钻钻石，因此本机选用120600r/min。4.1.2 绞车的计算为了减轻挖掘机的重量，不要把动力机放得太大。英寸的链接速度不应该太高，基本上采用低速。本机的升降速度是0.260.7 m/s。卷筒缠绳速度为三种，见表41 表41 绞车卷筒缠绳速度档档档档立轴转速 r/min120240350600缠绳速度 m/s0.260.610.704.1.3 变速箱的选择考虑到国内外小型钻机的一系列转数，该机使用了一系列不规则的中间转数。垂直轴的速度为4米旋转速度，120，240，350r/min适用于钻合金钻头，600r/min旋转速度适用于钻金刚石钻头。4.2 机械传动系统初步计算4.2.1 轴的转速根据机械传动路线，立轴的转速计算如下：式中:立轴的第一档转速(r/min) 电机转速(r/min) n=1460r/min 主动皮带轮直径(mm) D1=160mm 大皮带轮直径(mm) D2=355mm Z1Z11传动链中各齿轮的齿数,Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40Z10=20,Z11=39故 r/min第二档、第三档和第四档转速分别计算如下：第二档： =式中:Z5=28,Z6=31故 =r/min第三档： =式中: Z4内=24故 =351.5350r/min第四档： =式中: Z7=46,Z8=21,Z6内=21故 =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120、240、350、600r/min。4.2.2 绞车的速度第一档速度: m/s式中:mm式中:=140mm为卷筒直径,=8.8mm为钢丝绳直径。故 =0.28同样方法可以得到:m/s m/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：0.26ms =0.61m/s =0.70m/s。第5章 钻机变速箱的设计与计算5.1 变速箱的设计要求5.1.1 结构分析变速箱的结构由传动部分、传动部分、控制部分和箱体组成。在本设计中，变速部分和差速器部分集成在一起，减小了箱体的结构尺寸。其特点是：1采用回归传动。箱体平整，有助于降低钻机的高度。Z4齿轮结构紧凑，即使其运动齿轮为合路器。2.变速箱与变速箱的结合减少了零件数量，有效地利用了变速箱中的空间。 3. 操纵机制使用灵活可靠的齿轮转移机制，对每一个机动齿轮实行单独控制，并采用结构简单、安全的相互锁机制。安装了装填装置，齿轮的强度降低了。5.1.2 总体设计要求 1。在检查零件的强度时，假定发动机的功率是全进变速箱，然后是绞车和旋转装置的引入；不更换齿轮变速箱可连续工作10 000小时，一天净工作16小时，连续工作20个月。 每种速度的工作时间分配情况见表61。表51 变速箱四种速度工作时间分配情况转速（r/min）占总工作时间百分率工作时间(h)12030%300024030%300035020%200060020%2000 3.本设计零件的强度和寿命计算方法和数据是按机械设计手册（化学工业出版社）计算的。5.2 齿轮的计算与校核5.2.1 齿轮主要参数确定 根据主轴转速要求，前选择每齿轮的齿数是根据钻机的实际位置，主控轴变速箱中每六个齿轮的设计参数见表6-2。表52 变速箱内齿轮的主要设计参数齿轮编号齿数Z模数m齿宽b变 位系数Xn材料硬度RC应力角备注Z1254401.040Cr405020Z2314300.7640Cr405020Z319430020CrMnTi576220Z440430040Cr405020Z528425040Cr405020Z631425040Cr405020Z7473.525-1.0340Cr405020Z8213.5350.0440Cr4050205.2.2.齿轮副的强度设计计算与校核 现选择变速箱中重要传动轴轴上的Z3、Z4齿轮副为例进行齿轮副的强度设计计算和校核。 1.按照齿面接触疲劳强度计算初步计算计算转矩Nmm 齿宽系数 查阅相关手册，取=0.4 接触疲劳极限 查阅相关手册，Z3、Z4两齿轮的接触疲劳极限分别为：=1080MPa =970MPa 初步计算的许用接触应力MPa =873MPa 值 查阅相关资料，取=88 初步计算小齿轮直径mm 取=73mm初步齿宽 mm 取=30mm 参数选取计算 圆周速度m/s 使用系数 查阅相关资料，取=1.25 动载系数 查阅相关资料，取=1.15 齿间载荷分配系数 由相关资料，先求小齿轮切向力N然后有 N/mm 100N/mm同时 查阅相关资料得， 故 =190.038+400.017=1.40从而可以得到重合度系数由此可得 齿向载荷分布系数查阅相关资料得到： =1.81 载荷系数 =61.81 =3.02载荷系数 查阅相关资料，取MPa1/2节点区域系数 查阅相关资料，取=2.5接触最小安全系数 查阅相关资料，取=1.05总工作时间 按照要求=10000h应力循环次数 查阅相关资料，估计107109 =3.18108 =1.51108接触寿命系数查阅相关资料，取， 许用接触应力MPaMPa校核验算 =1054.16MPa = =715.5MPa计算结果表明，接触疲劳强度合适。2.按照齿根弯曲疲劳强度验算参数选取计算重合度系数齿间载荷分配系数查阅相关资料，齿向载荷分布系数查阅相关资料，要得到的值先要求。=3.32从资料中可以查出，=1.43载荷系数 =31.43 =2.53齿形系数 查阅相关资料，取，应力修正系数 查阅相关资料，取，最小弯曲疲劳极限 查阅相关资料，取MPa，MPa弯曲最小安全系数 查阅相关资料，取 应力循环次数 查阅相关资料，取，弯曲寿命系数 查阅相关资料，取， 尺寸系数 查阅相关资料，取 许用弯曲应力=400.4MPa=357.2MPa校核验算 =298.74MPa=283.72MPa计算结果表明，弯曲疲劳强度合适。 由于传动中无严重过载，故不作静强度校核。5.3 轴的强度计算与校核在变速箱中总共有三个轴，包括三轴的直径相对较小，长度较大，且有很大的电压。下一个试验只进行一次。共有7种工作状态在III轴上，4种力向旋转机构转移，3种绞车驱动速度。相比之下，旋转速度为120r/min，当是的，轴得到最扭矩，最大负荷。 已知条件：材料40Cr，调质处理。该轴的各档转速及其传递的功率、转矩见表53。表53 轴的各档转速及其传递的功率、转矩速度序号转速（r/min）传递功率(KW)传递转矩(Nm)252.0714.55513.4479.314.55270.0685.414.55188.801187.714.14105.7轴上各齿轮的分度圆直径为：mm,mm,mm,mm,mm 5.3.1 轴的强度计算1.在各种转速下齿轮所受力计算 齿轮圆周力，齿轮径向力 档转速下：N =6417.520=2335.78N 同样可以计算出齿轮在其他各档转速下的受力： 档转速下：N，N档转速下：N，N档转速下：N，N 2.计算轴受到的支承反力由于轴速度是力最高的，矩形在最小的时间是最小的，所以计算的依据是第一段三中的恢复能力，因为第三段的长度相对较长，直径相对较小，特别是位于Z4和Z3交汇处的花轴，有各种各样的支架并可能产生变形，目前的校准中心只有一个关于花轴的部分，这降低了轴心的强度，如图5-1所示。图51 传动轴的受力简图如图51，将轴受到的力简化为水平方向和垂直方向受力，下面分别从这两个方向分别列出方程计算支承反力。水平方向受力代入数据计算：N N垂直方向受力代入数据计算：N N3.画轴的弯矩图轴的水平受力弯矩图和垂直受力弯矩图分别见图52和图53。图52 轴水平受力、弯矩图图53 轴垂直受力、弯矩图通过以上计算，轴的合成弯矩为：Nmm合成弯矩图见图54。图54 轴受到的合成弯矩图4.轴的当量转矩和当量弯矩钻机在运转时不可能完全均匀，且有扭转振动存在，故考虑到安全，常按脉动转矩计算。许用应力值轴的材料为40Cr，查阅相关资料，取许用应力值MPa同时取MPa。应力校正系数当量转矩计算如下：NmmNmm当量弯矩计算：选择在齿轮Z4中间截面处445665.33Nmm当量弯矩图如图65所示。图55 当量弯矩图5.3.2 轴的强度验算校核1.校核轴径Z4齿根圆直径计算：mm轴最小轴径计算：=mm故 ,满足要求。2.应力校核轴所受应力计算如下：式中：W轴的抗弯截面系数 花键轴的抗弯截面系数计算如下： （51）式中： 花键内径(mm) 取mm; 花键键宽(mm) 取mm 花键外径(mm) 取mm 花键的个数 取=8故代入（61）式后得： N所以，可以计算出轴所受应力：MPa显然，有,通过校核。第6章 旋转器的设计6.1 旋转器的机构特点旋转器的构造由主体、立轴、立轴导管、弧齿比利时等构成。轴的上端安装了常闭式的油压拉链。其特点是：1、旋转器的尺寸小，紧凑。2、旋转器适合各种角度钻孔。3、离孔采用打开箱子的类型，简单可靠，减轻钻头的重量。4、立轴行程比过去的小型挖掘机大，以500 mm缩短潜入辅助时间。6.2 旋转器的强度与寿命计算6.2.1 齿轮副的参数设计齿轮锥运动的主要方面可通过类比或传动来确定。封闭传动可根据接触强度、初始传动的结构或弯曲强度以及有效载荷的计算来计算。设计中该传动采用垂直正交传动方式小弧锥齿大端直径的估算：齿轮齿数设计为Z10=20，Z11=39 齿面硬度Z10为HRC57，Z11为HRC52式中：设计齿轮的许用接触应力 式中：接触疲劳应力() 取1200安全系数 11.2 取1.1u传动比或齿数比 u=0.51所受转距(N/mm) 由前一章计算得K 使用系数 取K1.5故取 120 mm则有齿轮大端模数 /z=120/20=6 mm其他相关参数如表51，52所示表61名称小弧锥齿Z10大弧锥齿Z11分锥角27.1562.85齿宽系数0.30.3终点模数5.15.1中点法向模数4.1784.178齿宽中点螺旋角35356.2.2 齿面接触疲劳强度的计算Z10与Z11的主要参数见表52。齿面硬度Z10为HRC52，Z11为HRC57，锥距R131.49mm,节锥角10=,11=。表6-2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Z102060.294020CrMnTi0.85右8DCZ113960.294020CrMnTi0.85左8DC齿轮在各种转速下传递的功率、转速及转矩见表63 表63功率 KW转速 r/min转矩 nm14.55252513.414.55479.3270.014.55685.4188.814.141187.7105.71.校核公式计算接触应力： (61)许用应力： （62）查阅相关资料,将校核所涉及的其它参数列于表64中。表64参数名称参数符号参数值节点区域系数2.22弹性系数189.8接触强度计算的重合度系数0.88接触强度计算的螺旋角系数0.91接触强度计算的锥齿轮系数0.85使用系数1.5动载系数1.03齿向载荷分布系数1.50齿向载荷分配系数1.4传动比1.95接触强度计算的有效齿宽34mm小齿轮分度圆直径120mm锥齿轮中点端面分度圆上名义切向力9610 N试验齿轮的接触疲劳极限1200接触疲劳的最小安全系数1.1润滑剂系数1.0速度系数 1.0，粗糙度系数0.95温度系数1.02.校核验算：将表64中的参数代入公式61、62中得：869.3MPa1036.36MPa显然16MPa时 PPPn125%Pn工作压力（Pa）D油缸内径(m) D0.17(m) 缸体材料许用拉压力式中：为材料抗拉强度S安全系数 S=3.55，取S=4故Pn=600104(Pa) PP=600104150%=900104（Pa） 取t=8mm,所以强度足够。8.2 油缸的设计与计算8.2.1 摩擦力的计算TXU200型钻机，打水平孔时，需克服200m钻杆的自重和孔壁的摩擦力，其力为：式中：q长度重量(N m); q=69.6N/mL钻杆长度(m) L=200m; 摩擦系数 =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+C,即4872+10000=14872N,活塞杆有效面积16.76cm2油泵工作压力为：8.2.2 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。式中：D油缸计算直径(cm) D5.8cm P油压系统的调整压力(N/cm2) P=600N/cm2； P2油缸最大起拔力(N) P2=32500N。 第9章 钻机的工况设计9.1 概述200米钻机主要用于矿井内部，可以在不同的地点、地质构造、灭火器、天然气开采井和其他用途、200米深的土壤地质钻探和其他浅表钻探。用于其他目的。钻井设备可在不同硬度的岩石中，特别是在煤层、软岩和中硬岩中，钻探任何一个角度的井。整个设备由200米组成。钻井设备和泥浆泵。井内钻井不需要井架不需要使用钻柱，但需要有单独的高三角形来提升和使用钻柱。9.2 钻机工作情况200米的钻机由6个单元组成，附件3是机组的外形。1回转器（JW01）：2变速箱（JW02）：3绞车（JW03）：4抱闸（JW04）：5机架（JW05）；6操纵仪（JW06）：9.3 工作原理本钻机型式为：机械传动、液压给进、弹簧夹紧、立轴式钻机。9.3.1钻机结构1.回转器（JW0105）转动装置的一部分主要由液压卡盘、垂直轴、主体部分、垂直轴管道、大圆锥形槽齿轮组成。BAA，两缸和两个引导杆。2.变速箱（JW0109）如附录4。变速箱主要由四对圆柱齿轮和两个平行花键轴组成。发动机首先被输送到大皮带轮上，在机身上有卸载装置。us变速箱，然后通过不同的传输电路传输能量的矮圆锥齿轮Z10。3绞车(JW0107)见附录5绞车是一个由19个轴组成的行星齿轮结构，固定在21号轴和变速箱轴承上，并将轴左侧的键与8号齿轮连接起来。4制动闸(JW0114)钻机选择的制动器直接或间接匹配，所有闸门和制动管（或圆筒）之间的间隙通过连杆底部调节器的螺钉实现。5机架（JW0101）见附录3机架1是连结了各钻床小组的整体框架，马达也被装在机架上。通过调整带宽来实现带宽松度。6操纵仪（JW0115）见附录3其功能主要是控制液压卡盘和进给油缸的。9.3.2 钻机的工作原理如图2所示，钻探平台传输系统通过以下传输链将电动机的功率传送到轴上固定的大弧形牙科锥齿轮上，从而使轴驱动钻机能够联合起来，产生轮状运动。作业：钻机可以旋转和穿透完成钻探任务。钻机的排水系统是通过钻机上的泥浆泵进行。各传动链如下：1.立轴的速回转运动120r/minD1D2Z1Z2Z3Z4Z10Z112.立轴的速回转运动240r/minD1D2Z1Z2Z5Z6Z10Z113.立轴的速回转运动350r/minD1D2Z1Z4（内齿）Z10Z114.立轴的速回转运动600r/minD1D2Z1Z2Z7Z8Z6（内齿）Z10Z115.绞车的低速回转运动D1D2Z1Z2Z3Z4Z9Z12Z13Z14Z156.绞车的中速回转运动D1D2Z1Z2Z5Z6Z9Z12Z13Z14Z157.绞车的高速回转运动D1D2Z1Z4（内齿）Z9Z12Z13Z141Z158.立轴的给进运动D3D4油箱中的20号油通过低压管吸收，从而产生必要的压力，通过高压管、压力阀和压力管进入气缸活塞顶部，使活塞能够产生线性运动（如果需要的话）。减压处理，用于控制活塞的低压，电流通过输油管和装卸阀门，低压输油管返回储油罐。9.立轴的快速移动D3D4泵、高压输油管、压力阀、控制阀、高压输油管、控制阀和高压管线进入活塞底部，并在50毫米的刻度完成后，便可使活塞的线性运动更为顺畅。将液压托盘通过管道，将控制阀控制阀的柄位置板放在上升位置，调色板控制阀的柄控制阀迅速上升，然后将调色板控制阀的柄驱动起来，自动钻钻卡瓦关门了9.4 操作手册所有钻探人员均应按照下列操作程序行事，以避免因性能不佳而发生机械或个人事故。钻探钻机应避免在操作过程中发生碰撞，并在集体操作过程中保持FI管。在工作场所安装钻机时，钻机应安装有起立螺栓的钻机木材，不论是否有角，钻机的底部都应竖立，在连接到电网之前，应仔细检查钻机部件是否为：它使用外部流动部分的手动移动来检查它是否具有灵活性。一旦电力启动，首先要检查轴向转速是否正确，如果需要转速或与起重机连接，则必须切断电源，输油管系统必须调整到零压力，然后该机再运行10分钟。 操作人员使用以下程序：（1）在驾驶前先将手放在0位置（断开），手轮向左拐到零，手放在3位置，手轮5转动右（2）上述每一手准确定位后，可以启动发动机，旋转2-3分钟后关闭发动机，同时可以移动2只手。在一个安静的速度，然后开车和空转10分钟。（3）空运结束后，发动机应关闭，2号应每年移动到所需的转速，然后才能启动.(4）上述传输作业完成后，液压部分可以调整，液压部分在机器运行期间调整，并装上T因此，对于机器使用的安全性来说，手放在正确或不正确的位置是非常重要的。（5）第5轮向右转动死亡（直至固定点），手工从4号转动到4号位置，将7号转动到挤压位置，然后松开回到中间位置，然后在第3轮慢慢向右转动，当压力计指针逐渐上升到0.5-1.0兆帕时，停止扭伤第三轮，第五轮慢慢转左，第五轮开始转时，第五轮继续转，在井底，通气阀移到最慢的位置，第三轮则根据地下岩石的硬度对右转，使轴压力达到规定的值。（6）立轴滑行结束后，用手将4送到位置3，关闭马达，手将2送到空着的地方。另外，启动马达，将7移动到释放位置，同时提起快速的启动器把手9，当拉链解放时，将7重置到中间位置，然后放松紧急的启动器把手9，将5调整为最大速度。这时手移动到位置2，使轴快速上升。然后，操作员必须右转第5轮，将双手放在5点钟，以便在发动机启动时达到所需的进入速度，并在轴上升（或后座）时熄灭发动机，并将2个手动放在真空位置后。 （7）在进行手动换班后，1个隔离点，2个空转点，3个左零，4个上下多次，使指针返回到零位，将其放置E 3，手轮5右旋转到完全关闭的位置。（8）每次起升使用卷扬机时，应先关闭电机，将手把1放在连接位置，将手把2放在所需位置，并将手把3、4、5按第（7）条的规定调零。（9）手把10、11绝对禁止使用绞车时，同时制动。提升时，手应紧握10号制动筒，手11应松开。当需要停止提升时，应首先快速松开手10，然后快速将手11制动到滚筒上。再次提升时，应先松开手11，然后用制动筒紧紧握住手10进行提升。8每一次反应堆被打开和需要重新关闭时，是否都要检查是否有任何污点或其他碎片（例如岩石、铁壳）被污染，以防止发生？转子关闭后，螺母锁必须保持关闭，以免在交货过程中松开并不断检查螺母锁。9钻井角度的调节由回转装置完成。在转动前需要释放四个螺母，必须将t-2螺栓拖到变速箱前t形槽。一旦对入角作了必要的调整，必须重新关闭螺母。9.5 钻机的维护与保养机械的正确使用和维护是顺利完成钻探任务的保证，钻探任务应由每一个运营者给予最高优先，并按照以下规定，完成目前200米的维护和保养钻机。每个轮班的工作，应检查机器的转动部件，检查其是否具有弹性和可靠性，每个轮班之前应清理外部的转动和滑动表面，每一次作业应使用一层20.0毫米的机械油。如果出现错误，部门管理人员应立即纠正错误。润滑油和液压油等应在表9-1.1所列的时限内更换，但须符合表9-1的规定，其他可移动或经校正的部件应根据使用条件润滑油。每次注销信用卡，螺纹部分应擦干净并涂上标签。燃料泵中使用的油（油箱中的油）应干净，不含杂质，并应配备在17至23之间的动力学粘度上的材料，如机械油20或高速柴油10。或坦克温度超过70，必须适当停止并冷却，直至温度降低。水泵的操作和维护受YBC-12/80.9型齿轮泵指令的制约。气缸中的活塞不应进入死点，当垂直轴下降和上升时，必须在进入死点前停5-10毫米。表919.6 常见问题分析9.7 钻机的安全注意事项必须定期进行大中小型修理，并加强日常维修和保养。所有的防尘罩和盖应始终完整，不应任意取消。钻机操作应严格按照本合同规定的程序进行。米在“操作规程”中，如果钻机不使用，应将其存放在干燥的通风仓库中，以防下雨、湿气和火灾。当需要挂在桶上，挂在桶上。第10章 经济可行性分析10.1 钻机的市场研究对钻井设备的需求在逐步增长，特别是随着我们钻探行业的发展，尤其是在石油、煤等领域，尤其是在钻井技术发展的同时。众所周知，自上个世纪60年代我国与前苏联的关系恶化以来，我国钻探设备的发展一直受到阻碍，钻井设备的生产和使用受到限制。但是随着我们对外开放政策的实施和深化，钻井工业发生了新的变化。二十多年来，我国整个钻井设备行业产品的总收入和利润不断增加。中国钻具行业保持快速发展，但经济效益不断提高。利润的增长远远超过了产品销售收入的增长。由此可以看出，钻井设备生产的经济效益大大提高。在2005年1月至6月期间，石油和石油产品生产专用设备公司收到了77亿美元的收入。2010年中国煤炭专业设备的销售额为52亿元，同比增长45.1%。由于钻探设备制造业，特别是钻探钻机制造业有计划地从经济向市场经济过渡，造成了一些挫折，作为该部门发展的基础和动力的经济利益得到了更快的恢复。由于以下原因，钻探井的质量大幅度提高：1. 全世界大型国内和国外市场对钻井设备的需求不断增长，对石油、煤炭和其他能源的开采技术要求不断增加，这就使得石油、煤炭和其他能源的开采技术要求不断增加。对钻井设备（如钻机）品种和技术的研究投资不断增加。为了保证能源和工业建筑的正常发展最近，钻井设备生产工业的投资大幅增加。国内外对钻井设备的需求。2. 例如，我们的钻探设备延伸到6 000多米深的大型钻探装置，小规模？2004年，专门用于钻井设备出口的价值比2004年增加了41.1%，而2004年，石油出口的总价值比2004年增加了40.1%，而2004年，石油出口的总价值比2004年增加了40.1%。前一年前六个月就涨到10.7亿元o许多石油钻井设备增加了62.7%，大大增加了主要公司产品的出口。3. 我们的钻探设备有很强的生产能力，其产品已经达到或接近世界上最先进的水平。10.2 经济效益分析例如，总生产能力估计为每年1 500台200米的钻机。在本项目中，驱动的一些重要部分作为提高强度的材料，其他部分较大的部分，如箱体、机架等，如铸钢材料，一些不需要高强度的部分，由铸铁制成的材料，如框架材料总之，材料的使用在经济上是合理的，以节省生产成本。由于大规模生产，采用了一系列特殊装置，大大提高了生产效率，缩短了工作时间。这就是为什么企业在生产中的前投入相对较大，但在生产中的投入却相对较少。从长远来看，它们仍然是值得的。在计算产品价值时，还必须考虑到其他可变成本，如生产成本、工厂折旧和维护成本、照明、供暖、通风、运输等。考虑到这些因素，一个200米的平台的成本估计约为40 000人民币。而且，市场前价格约为80 000人民币。因此，从长远来看，这些钻机的经济效益是巨大的。结 论从我接到毕业设计起，自己心里面都在打鼓，现在是验证自己在大学期间学习内容的时候。从设计最初的构思到论文的逐步成型，从零件图的绘制到零件的三维模型的建立，让自己在制作过程中将学习到的内容更加的深入的了解。也让自己明白了自己的不足之处。在论文的书写过程中，从零部件的材料选择，到零件的尺寸设计，到零件的最终确定，自己都是进行逐一的分析，这段时间内也是长时间泡在图书馆，不断地去查找相关的资料，不断的学习，吸收新的知识，对论文的修改也是一次一次的进行。很多时候，遇到自己不懂不明白的地方，往往都在一瞬间想放弃的时候，还是被自己一次次的说服，想着不能就这么就放弃，这样，让自己一步步的坚持下来了。看着自己完成的论文，图纸，犹如自己的荣誉一般，很开心自己在这段时间的付出是有成绩的。在这段时间内，我不断的与我的指导老师对接相关内容，很多的计算，图纸的绘制，自己都是不懂得，或者十不完善的，是我的指导老师不断的对其进行启发，不断的进行指导，很多时候他不是点对点的对问题进行指导，而是从大面上对我的设计进行分析，进而一步一步的进行牵引，不断的给自己一些启发，让我自己能够理解或者明白自己哪方面做的不对。在这一方面我就特别的佩服我的指导老师，他让
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