毕业设计（论文）75米钻机的总体设计（含全套cad图纸）

1、全套CAD图纸，联系153893706目录 TOC o 1-3 u 摘要Abstract第1章 绪论11.1 前言11.2 岩心钻机概述11.2.1 岩心钻探的一般概念11.2.2 岩心钻探的方法1第2章 总体设计3第3章 钻机的主要技术特性43.1 钻机的基本技术特性4第4章 动力机的确定54.1 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率54.1.1 N1公式及其计算54.1.2 N2公式及其计算54.1.3 N3公式及其计算64.2 给进油缸所需功率的计算64.2.1 给进油缸的基本参数64.2.2 油缸工作压力的计算64.2.3 油泵最大工作流量计算74.2.4 给进油缸功率Ny74.3 动力机

2、功率的确定7第5章 机械传动系统设计105.1 主要参数的选择105.1.1 回转器105.1.2 变速箱105.1.3 带轮设计105.2 机械传动系统115.2.1 立轴的转速115.2.2 立轴的给进运动125.2.3 立轴的快速移动12第6章 回转器136.1 结构特点136.2 零部件的基本技术特征136.2.1 成对锥齿轮基本参数136.2.2 齿轮在各种转速下传递的功率、转速及转矩146.3 零部件的强度与寿命计算146.3.1 齿面按接触疲劳强度计算接触应力146.3.2 计算疲劳强度极限应力156.3.3 齿根弯曲疲劳极限应力16第7章 变速箱的设计与计算177.1 变速箱的

3、结构特点177.2 零件的强度计算177.3 齿轮的强度计算187.3.1 变速箱内各齿轮主要参数及材料187.3.2 Z3、Z4齿轮副的强度校核187.3.3 其它齿轮副的强度校核227.4 轴系零件与部件的强度与寿命的校核计算237.4.1 圆周力的计算237.4.2 计算支撑反力247.4.3 计算轴的弯距257.4.4 许用应力26第8章 液压系统的设计与计算278.1 给进油缸的设计27第9章 钻机的使用说明289.1 钻机的分组情况289.2 钻机的附属结构289.2.1 机架 28 9.2.2 操纵仪28 9.2.3 油泵299.3 操作程序299.4 机器的保养与维护31第10

4、章 经济效益分析3310.1 岩心钻机的市场3310.1.1 国内工程建设投资继续加大3310.1.2 今后国内市场对岩心钻机设备的需求 3410.2 岩心钻机的市场需求量分析3510.2.1 设备价格昂贵3510.2.2 运行成本较高3610.2.3 受工程量的制约36结论38致谢39参考文献40专题部分41附录147附录261摘要目前我国地质勘探工作中广泛采用的有各种类型的油压给进钻机、钢绳给进钻机和部分经过改革的手把（轮）式给进钻机。为了适应浅部勘探，还专门设计制造了钻进深度为10至100米的钻机。其中，立轴式钻机就是其中的一种。他主要用于钻进孔深75米左右的煤田地质勘探和其他金属矿床、

5、非金属矿床和浅层油气勘探。钻机和泥浆泵用一个动力带动，设备安装稳固紧凑，可拆性好。钻进给进用液压操作。必要时亦可用主动钻杆给进。钻机手把集中，操纵板上有指重表、转数表及水泵压力表，便于及时掌握运转和孔内情况。本次设计的立轴式钻机是在原有钻机的基础上进行了部分改进，他节省了工作时间，并且提高了工作效率。本设计主要是针对钻机的总体设计而进行的分析，对钻机的变速箱，回转器进行研究，以达到节省工作时间，并且提高工作效率的目的。关键字 钻机 变速箱 回转器 Abstract The our country geology explores the work in various type of have

6、 of extensive adoption currently of hydraulic-pneumatic give into drill the machine, the steel rope to give into drill machine and part through reform of hand( round) type to enter to drill the machine. For adapting to explore, still exclusively designed to make to drill into the depth 10-100 meters

7、 drill the machine.Among them, sign the stalk type to drill a kind that machine is among them.He mainly useds for drilling into the deep 75 meters the or so coal field geology of bore to explore to explore with other metals mineral beds, nonmetal mineral beds and the shallow layer oil spirit.Drill t

8、he machine and the mud pumps to arouse with a motive, the equipments installs the firmness tightly packed, can dismantle sex good. Drill in to give into press with the liquid the operation.Use may also to drill the pole actively when its necessary to enter.Drill the machine hand chases the concentra

9、tion, manipulating the plank to up point the heavy form and turn the few form and waters pump manometer, easy to control the operation and the bore inside story conditions in time.This time design of sign the stalk type to drill machine is at drill the machine originally possessed of foundation went

10、 forward to go the part improvement, he saved the work time, and raised the work efficiency.This design is mainly analysis that aims at the total design of drill the machine but carry on, turning round the machine to carry on the research towards drilling the machine to become soon box, to attain ec

11、onomical work time, and raise the purpose of the work efficiency.Key word Drill the machine Become soon box Turn round the machine第1章 绪论1.1 前言通过调研了解到，对钻孔深度75米左右的钻机需求量比较大，而目前的75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75米钻机。经几次方案讨论决定，钻机应具有以下特点：经济耐用可靠、质优价廉；便于解体搬运；体积小，重量轻；操作简单，维修方便；适用于合金钻头或金刚石钻头钻进；钻进速度快，效率高；本

12、设计不对绞车一部分竟进行单独设计，故在以后的设计和画图当中都不包括绞车一部分。1.2 岩心钻机概述1.2.1 岩心钻探的一般概念 岩心钻探是由动力机（内燃机或电动机），带动钻机回转，由钻杆、岩心管和钻头组成钻柱，并由钻机供给一定的轴向压力和扭矩，从而使钻头产生可取岩石的作用，是钻孔不断往深部钻进. 钻进时刻取下来的岩粉，由泥浆泵通过胶管、钻柱送进孔底的循环液，经钻柱和孔壁的环状间隙冲到地表，流入冲洗液池沉淀。 在钻进过程中，岩心进入岩心管。通过提升钻具或其他取心方法（如反循环水力取心或绳索式取心器等），将岩心卡断，从孔底提至地表，同时将以磨损的钻头进行更换。从每次下钻到提出岩心，算一个过，叫做

13、一个回次。根据孔深和岩层软硬复杂程度的不同，回次进尺长度和速度也不一样。升降钻具是通过钻塔和钻机的卷扬机进行的。新兴的全液压钻机和特别浅的取样钻机，也可以用简单的钻架实现无塔升降。1.2.2 岩心钻探的方法最早的钻探方法是冲击钻，借钻头的冲击作用将岩石捣碎并用捞砂筒将岩屑从孔底捞出孔口，因此不可能采取完整的岩样。岩心钻进目前主要采取回转钻进。呈圆环状，底部装有能够刻取岩心的硬质合金或金刚石，以及其他超硬材料。此外，也可以向孔底投入钻粒作岩磨材料，在圆筒状钻头唇面的碾压作用下，不断刻取岩石。近年来，根据动载破碎岩石的原理，已经出现了冲击回转岩心钻进。其原理是，在硬质合金回转钻进的同时，采用水利或

14、风动冲击器对钻头加以冲击载荷。这样就大大扩大了硬质合金的钻进范围，并可大幅度提高钻进效率。根据上述钻进方法的不同，目前可将岩心钻探方法分为如下：除按钻进方法分类的不同外，根据冲洗循环介质和循环方式、取心方法、钻孔角度等的不同，还可分为清水钻进、泥浆钻进、空气循环钻进以及特种乳化液、混合液钻进；正循环和反循环钻进；提钻取心和不提钻取心钻进；直孔钻进、斜孔钻进、水平钻进、定向钻进和多孔底钻进，等等。第2章 总体设计 经过调研了解到，对钻孔深度75米左右的钻机需求量比较大，考虑到县岔国内的特点，从实用角度出发，确定如下方案：1. 考虑到是用于井下，井上和野外作业，故动力可选电动机或柴油机。2. 采用

15、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。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。4. 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。5. 设置压带轮，皮带调整安全可靠。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3章 钻机的主要技术特性3.1 钻机的基本技术特性1.钻进深度(使用42或50钻杆) 75m 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 120，250，340/m

16、in5. 立轴行程 5006立轴内孔直径 447立轴最大压力 8KN8油缸最大给进力 20KN9电动机 1）型号 YB112M4 2）电压 380/660V 3）功率 4KW 4）转速 1440r/min 5）重量 58kg10外型尺寸（Lhb） 1230600111重量（不含电动机） 500K 第4章 动力机的确定根据现场需要，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。 输出功率为N。N01.2Nj式中：Nj钻机所需功率 KWNj(NhNy)/式中: Nh回转钻进所需功率 KW 效率 =0.8 Ny油泵所需功率 KWNh=N1+N2+N3式中: N1井底破碎岩石、土层所需功率

17、KW N2钻头与孔底摩擦所需功率 KW N3回转钻杆所需功率 KW4.1 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率总公式为： Nh=N1+N2+N34.1.1 井底破碎岩石，土层所需功率N1N1= 3-1式中: m钻头切削刃数 取m=6 n立轴转速 h钻进速度 依据数据选取h=2cm/min 岩石抗压强度,其值随岩石种类不同而不同，其值见表3-1A井底环状面积，取钻头直径D=7.7cm,内孔直径 d=5.9cm,A=(D2d2)/4=(7.5262)/4=15.894.1.2 钻头孔底摩擦所需功率N2N2=*f*e*n(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

18、的摩擦系数 f=0.3 e侧摩擦系数 e=1.0 n立轴转速 R钻头外圆半径 R=3.6cm r钻头内孔半径 r=2.8由于该设计是75米钻机，由于钻进距离小，故无须用金刚石钻头钻机。 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 4.1.3 回转钻杆所需功率N3N3=7.8*1011*L*d*n1。7 (当n200r/min时) 式中：L孔深 ， 硬质合金钻进时，取L75000mm d钻杆直径 取d=36mm 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。4.2 给进油缸所需功率的计算4.2.1 给进油缸的基本参数 1）给进油缸的数量

19、 n2 2）油缸直径 D50mm 3）活塞杆直径 d22mm 4）活塞杆有效行程 L500mm 5）油缸面积 A122cm2 6）活塞杆面积 A27cm2 7）有效面积 AA1A215cm24.2.2 油缸工作压力的计算 钻机大水平孔时，油缸的最大推力为：WCFm式中：W油缸最大推力 C孔底最大压力 C10000N Fm钻杆与孔壁间的摩擦力Fmq*L*f式中：q钻杆单位长度重量 q45.6N/m L钻杆长度 L75m F摩擦系数 f0.35 Fm45.6*750*0.35=1197N W=10000+1197=11197N 油泵的工作压力PP=W/A=11197/15=746.4N/cm2 4

20、.2.3 油泵最大工作流量计算 油缸回程时的最大容油量: V1=A1*L=22*40=880mL=0.88L 油缸送进时的最大容油量: V2=A*L=15*40=600mL=0.6L当选用立轴的钻进速度V=0.05m/min=0.5dm/min时,立轴送进时每分钟所需的油量为: Q=2AV=2*0.15*0.5=0.15 令活塞回程时间为0.3min,则回程所需油量为: Q1=0.88*2/0.3=5.34.2.4 给进油缸功率Ny Ny=PQ/60*102=746.4*0.15/60*102=0.018 根据上面的计算,选用YBC12/60型齿轮油泵(排油量12L/min,压力800N/cm

21、2Ny=PQ/60*102*1*2式中:P额定压力 P=800N/cm2 Q额定流量 Q=12L 1机械效率 1=0.9 2容积效率 2=0.71 Ny=800*8/60*102*0.9*0.71=1.64KW 上式油泵排量在额定转速1440r/min时是12L,在995r/min时是84.3 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41本机选用11KW电机或柴油机，基本能满足表42中粗线以上各种工作状态。表41 岩 石 名 称 抗 压 强 度 （N/cm2 ）粘土、页岩、片状砂岩40

22、00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42N (kw) r/minN/cm2120250340N120000.090.110.1240000.180.220.2480000.360.430.47100000.450.540.58120000.540.650.70140000.630.760.81N220000.230.490.6740000.460.981.3480000.921.962.68100001.182.463.35120001.422.954.02140001.653.444.69N3 r/minN/cm2

23、0.721.802.39Nh20001.041.403.1840001.363.003.9780002.004.195.54100002.354.806.32120002.685.407.11140003.006.007.89Ny r/minN/cm20.020.020.02Nh20001.061.423.240001.383.023.9980002.024.215.56100002.374.826.34120002.705.427.13140003.026.027.91Nj=Nh/3.773.774N0=1.2Nj4.524.524.8 第五章 机械传动系统设计5.1 主要参数的选择5.1.

24、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130600r/min，即适合合金钻头钻进，由适合金刚石钻头钻进。5.1.2 变速箱参考国内外现有小型钻机的转速系列，本机采用了规则排列的中间转速系列。立轴有三种转速，120、250、340r/min转速它们都适合合金钻头钻进。5.1.3 带轮设计 传动比 1.25 带型 A型 小带轮基准直径 112 毫米 大带轮基准直径 260 毫米 带长 710

25、毫米 轴间距 186 毫米 小带抡包角 169.75 度 V带的根数 5根 单根V带的预紧力 133.44 牛顿 作用在轴上的力 1159.58 牛顿 带轮轮缘参数带轮结构形式 实心轮槽型 A型基准宽度 11.0 毫米 基准线上槽深 2.8 毫米5.2 机械传动系统机械系统传动路线见图5.2.1 立轴的转速:n=n*D1/D2*Z1/Z2*Z3/Z4*Z7/Z8式中: n立轴的第一档转速 r/min N电机转速 n=1440r/min D1主动皮带轮直径 D1=112mm D2大皮带轮直径 D2=260mm Z1Z11传动链中各齿轮的齿数,Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z4大=37Z7=

26、20,Z8=40 n=1440*112/260*25/31*19/37*20/40=128.44120r/minn=n*D1/D2*Z1/Z2*Z5/Z4*Z7/Z8式中:Z5=28,Z4小=28 n=1440*112/260 *25/31*28/28*20/340=250.12250r/minn=n*D1/D2*Z1/Z4内*Z7/Z8式中: Z4内=25 n=1440*112/260*25/25*20/40=347.62340r/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120、250、340r/min。5.2.2 立轴的给进运动D3D4经低压油管将油箱中的机油吸入

27、油管，使其产生需要的压力，再经过高压油管，调压阀，操纵阀，高压油管进入油缸中的活塞上部，推动活塞产生直线运动，活塞下部具有一定的压力的20号机油经高压油管，进入调速阀，调整调速阀的回油量大小即可控制给进速度的快慢。然后流经高压油管及操纵阀，低压油管回到油箱。5.2.3 立轴的快速移动 D3D4经油泵、高压油管、调压阀、操纵阀、高压油管、调速阀、高压油管，进入活塞的下部，推动活塞产生直线运动，活塞上部的机油经过高压油管，操纵阀经低压油管回到油箱，当调速阀的流量调整为最大时，立轴得到快速移动。第六章 回转器6.1 结构特点 回转器的结构是由本体、立轴、立轴导管、弧齿锥齿轮等组成。立轴上端装有机械卡

28、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、简单可靠，减轻钻机重量，离开孔口采用的是开箱式，4、立轴行程为500mm，比过去同型号钻机大，这样可以缩短钻进辅助时间。6.2 零部件的基本技术特征6.2.1 成对锥齿轮基本参数小锥齿大锥齿齿数比Z8/Z7 =2齿数2040大端模数2.5分锥角26.5663.44齿宽3030齿宽系数0.3平均分度圆直径42.576.5中锥距85平均模数2.125切向变位系数0.040.04径向变位系数0.340.34齿顶高3.351.65齿根高2.153.85顶隙0.6齿顶角0.550.60齿根角0.650.75齿顶圆直径5691.

29、486.2.2 齿轮在各种转速下传递的功率、转速及转矩见表 功率 KW转速 r/min转矩 nm240141.750068680506.3 零部件的强度与寿命计算6.3.1 齿面按接触疲劳强度计算接触应力其中：ZE 材料系数 取ZE =89.8 dm 分度圆直径 取dm = 60 ZH 节点系数 取ZH =2.14 b 齿宽 取 b=20mm u 齿数比 取 u=2 齿宽系数 取 =0.258 Ftmc 计算圆周力 其中： 使用系数 取=1.25 动载系数 取=1 所以：=1180.8*1.25*1.0*1.2=1771.2于是可得：计算安全系数 符合安全要求6.3.2 计算疲劳强度极限应力

30、其中： 作用在大端分度圆上的切应力 =2000T/n=2000*141.7/240=1180.8 使用系数 =1.25 动载系数 =1.0 载荷分布系数 =1.15 尺寸系数 =1.0 大端端面模数 =3.0 几何系数 =0.18 所以：=1180.8*1.25*1.0*1.15*1.0/20*3*0.18=157.12 6.3.3 齿根弯曲疲劳极限应力其中：寿命系数 =1.0 温度系数 =1.0 齿根弯曲疲劳极限应力 =162.5计算安全系数=162.5/157.12=1.03 故符合安全要求第七章 变速箱的设计与计算7.1 变速箱的结构特点变速箱的结构如图所示,它是由变速部分、分动部分及操

31、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、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。2、增加了卸荷装置，减少了轴齿轮的受力状况。3、变速、分动相组合，减少了零件数目，有效的利用变速箱内的空间。7.2 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（120r/min） 为30即3000小时；第二速（250r/min） 为30即3000小时；第三速

32、（340r/min） 为40即4000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计算的。7.3 齿轮强度计算 7.3.1变速箱内各齿轮主要参数及材料齿数模数齿宽材料硬度RC应力角备注Z12522240Cr40-4520Z23121840Cr40-4520Z31921540Cr40-4520Z4大3721640Cr40-5020Z4小2821840Cr40-4520Z4内2521040Cr40-4520Z52821640Cr40-4520Z72032040Cr45-5020Z84032240Cr45-50207.3.2 Z3、Z4齿轮副的强度校核(1) 主要参数 中心距56

33、mm 小齿轮传递扭矩T19550P/n1=955940.96/500.2573.3Nm式中: n1为Z3齿轮的转速,n1=1440112/26025/31=500.25r/min m=2 Z3=19 d=38 b=15 x3=0.19 Z4=38 x4=0.1 (2) 材料选择Z3为40Cr Z4为40Cr 其中： 被校核齿轮的弯曲疲劳极限应力 =400Mpa 实验齿轮的弯曲疲劳极限应力 =400Mpa 弯曲寿命系数 次 次 由表查得：=1.0 =1.0 尺寸系数 查表得：=1.0 有效应力集中系数 查表得：= 1.54 =1.66 所以：=400*1.0*1.0/1.54=260Mpa=40

34、0*1.0*1.0/1.66=241Mpa（3） 校核弯曲强度 YFn3=2.85 YFn4=2.45 FIim3/YFn3=260/2.85=91.23N/mm2FIim4/YFn4=241/2.55=98.37N/mm2、 于是可知：FIim3小于FIim4 因此，齿轮3的弯曲强度差，在校核的时候，按齿轮3的强度计算。 计算弯曲工作应力：式中：计算圆周力，其中：工作圆周力工作状况系数 ， 取=1.25动载系数， 取=1.0 载荷分配系数， =1.33载荷分布系数， 查表取=1.0故:=1981*1.25*1.0*1.33*1.0=3294.4载荷作用位置数， 取=0.65螺旋角系数， 取=

35、1.0齿宽模数所以可得： 计算齿轮的弯曲疲劳安全系数齿面接触疲劳强度校核1） 计算齿轮的接触疲劳极限应力式中：实验齿轮的接触疲劳极限应力 经查表可知=1000Mpa 寿命系数 经查表可知1.20，1.21 硬化系数 取=1.0所以：=1000*1.2*1.0=1200 Mpa =1000*1.21*1.0=1210 Mpa 2） 计算接触工作应力其中：材料系数 取=176.1 节点系数 取=2.5 重合度系数 取=0.9 齿数比 =1.95因此：3） 计算安全系数 1 故安全可靠4） 短期过载强度校核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，根据公式和查表可知：最大的

36、弯曲工作应力为：短期过载弯曲强度安全系数为： 1故安全可靠短期过载接触极限应力，根据公式和查表可知：而最大接触应力为：短期过载接触强度的安全系数为： 1故安全可靠7.3.3 其它齿轮副的强度校核由于其他的齿轮强度都比该齿轮的强度高，且Z3、Z4 的一切强度都满足要求，故其他齿轮的强度校核从略，并且也可知其他的齿轮也满足强度要求。 7.4 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。轴共有六种工作状态，向回转器传递三种状态的动力，驱动绞车三种状态。相比而言回转器的120r/min的转速时该轴扭矩最大，受力最

37、大。已知下列条件：材料40Cr，调质T300，各齿轮分度圆直径为：d4大74、d4小56、d150该轴的四个转速及传递的扭矩见表转速（r/min）扭矩（Nm）备 注档240141.7档50068.0档68050在各种转速下齿轮受力支反力计算7.4.1 圆周力的计算公式： 档转速：档转速：档转速：7.4.2 计算支撑反力1. 轴的水平支撑反力受力分析图如下：60 100 由公式 ： （1） （2） 可得：=2393.6 N =-1436.1 N2. 轴的垂直支撑反力受力分析图如下： 60 100 由公式： （3） （4） 可得：=871.2 N =522.7 N7.4.3 计算轴的弯距1. 轴的

38、水平面弯距图如下： 于是可以计算得： N mm2. 轴的水平面弯距图如下：于是可以计算得： N mm3. 轴合成力矩： N mm7.4.4 许用应力轴的材料为40Cr，故可取经查表可知：于是，应力正系数所以，在齿轮中的当量弯距为： N mm第八章 液压系统的设计与计算8.1 给进油缸的设计 给进油缸的结构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、75 米钻机，打水平孔时，需克服75 F摩q*L*f69.6*75 *0.3=1566N式中:q钻杆单位长度重量 q=69.6N/m;L钻杆长度 L=150mf摩擦系数

39、f=0.3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1566+10000=11566N,活塞杆有效面积15cm2油泵工作压力为:P=11566/152=1542 1500 N/cm22、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 D5cm P油压系统的调整压力, P=1500N/cm2； P2油缸最大起拔力,P2=40000N。 第九章 钻机的使用说明9.1 钻机的分组情况 1.回转器 ：它是钻机立轴产生回转及其往复运动的部分。 2.变速箱：它是钻机立轴和绞车产生各种不同转数的传动与变速部分。3

40、.机架：它是连接机器各组的机体，并将机器稳定地固定在钻厂基台木上。4.操纵仪：它是控制钻机液压系统的总枢钮。9.2 钻机的附属结构9.2.1 机架机架是用钢板焊接而成，机架左侧上部为焊接油箱。在机架下部用螺栓连接着电动机，油泵组立通过油泵支架固定在钻机下部的横梁上。油箱存油多少，可用油针来观测。油箱内的油是通过滤油器进入油管，然后再进入油泵。油箱内的机油需要更换及清洗油箱内部时，应先将放油塞拧开，将油放出后，打开油箱盖进行清洗油箱内部。 电动机三角带的长度调整是用减调整垫来完成的，油泵三角带的调整是以调整油泵支架的位置来实现的。9.2.2 操纵仪操纵仪的油路控制阀，压力表，油缸下油管，高压油管

41、，油缸上油管，回油管，压力表油管，油泵排油管等组成。压力控制阀是调整油路压力，改变立轴压力的控制机构，阀体内部装有阀座、阀心、弹簧，在使用时，阀门经常打开，是多余的压力油流回油箱。随着油缸需油量的不同，阀们的溢流量时大时小，以调节及平衡进入液压系统中的流量，是油路压力保持恒定的数目，用手轮调整弹簧可以改变油路的压力大小，也可以使用快速手柄达到快速增压的目的。换向阀的各个位置，都必须与节流阀配合使用。节流阀上的孔与油缸下部相接，孔A与孔A既是进油孔又是回油孔。调整立轴给进速度需要旋转手轮。由换向阀来的油(或油缸来的油)必须要经过孔道才能构成通路。调整手轮改变节流阀的通道截面，就可以改变油路中的流

42、量大小，使立轴产生不同的给进速度。9.2.3 油泵钻机使用的油泵是齿轮油泵，在外壳与前盖组成的密封油腔内，装有四个相同尺寸的轴承，分别支持着一对参数相同啮合的变位齿轮，主动齿轮的轴端伸向前盖接受传递动力，当两轮旋转时，在啮合终了的区域，由于齿间容积的增加，形成负压，故油液在大气压力作用下进入油泵充满齿间，并沿齿轮圆周方向带进啮合开始的区域，由于齿间容积的减小形成高压而被排出。高压油管的接头是采用插销式快换接头。这种接头的特点是拆卸方便，密封可靠。尤其在高压过程中，性能更为突出。这种接头的组装使用情况是，管套与直通(直角)芯子是扣压办法和高压胶管连接的。组装时先将高压胶管两端钢丝网以外的橡胶去掉

43、，去掉长度约等于管套的长度。然后将高压胶管旋至导管套堵头根部，再将直通（直角）芯子滴几滴机油插入高压胶管内，压缩在一起，直通（直角）芯子可以在接头上自由转动。在使用过程中除非接头损坏，在一般情况下，不要随意拆开。如需要拆开时将U型卡取出就可以分离接头和直通（直角）芯子，更换密封圈等。9.3 操作程序所有钻探人员都应按下列操作程序进行操作，避免因操作不当而造成机器或人身事故。1、钻机在搬运过程中应避免碰撞，在分组搬运过程中，应将油管固定后方能进行。2、在工作场地安装时，应使用地脚螺栓将钻机固定于基台木上。无论钻任何角度的孔都应在基台木的上面打支柱。3、电源接通前首先仔细检查钻机各部分安装是否正确

44、。并应用手搬动外部可转动部分看是否零活。4、电源接通后首先应验证立轴转动方向是否正确。5、需要变速或接通绞车时，必须关闭电机。6、在正式工作前应使机器空转10分钟，此时油路系统应调整到零压。7、各操作手把的操作及配合使用程序：1）开车前首先将手把1、2放在0（断开）位置，手轮3向左旋至0位，手把4置于位置3，手轮5向右旋死。2）上述各手把全部按规定位置准确无误后即可开动电机，转动23分钟后将电机关闭，这时即可将手把2调到低速I的位置，再进行开车并空转10分钟。3）空运转完毕后，关闭电机，将手把2调到需要的转数后再开动电机。4）上述各传动操作完毕后就可以调整液压部分，液压部分的调整是在机器运转过

45、程中进行的，同时装入钻杆。所以手把位置调的正确与否对机器的安全使用非常重要。5）手轮5向右旋死（拧不动为止），手把4搬到第4个位置，手把7搬到卡紧位置后再松开使其自然回到中间位置，然后慢慢的向右拧动手轮3，当压力表中的指针逐渐上升到0510Mpa时停止拧动手轮3而将手轮5向左慢慢拧动，当立轴开始移动应继续拧动手轮5使钻具下至井底，最后将节流阀调到最慢位置，并根据井下岩石的软硬程度向右调整手轮3使立轴压力达到需要的数值。6）当立轴的一个行程走完后将手把4搬到位置3上并关闭电机，然后将手把2搬到空档。再启动电机，将手把7搬到松开位置，同时抬起快速增压手把9，待卡盘松开后，再将手把7扳到中间位置后才

46、可松开快速增压手把9，并将手轮5调到最大的速度，这时将手把4搬到位置2使立轴快速上升（或后退），上升到终点后，将手把7搬到卡紧位置，操作者这时要把手轮5向右旋死，当电动机开动后再调手把5得到需要的给进速度，在立轴上升（或后退时）都应关闭电机后，手把2放到空档位置后进行。7）当一个班工作完毕后将手把1置于断开位置，手把2置于空转位置，手把3向左扭到零位，手把4上下搬动几次使表针回到零位后将其置于位置3，手轮5向右拧到全关闭位置。8）在每次提升使用绞车时应首先关闭电机，将手把1置于连接位置，手把2置于需要的位置上，手把3、4及5完全按第（7）条规定调到零位。9）使用绞车时手把10与11绝对禁止同时

47、制动。提升时应使手把10抱紧闸筒，手把11松开，当需要停止提升时非常迅速的先松开手把10，然后迅速的用手把11刹住卷筒。再提升时应先将手把11松开，然后使手把10抱紧闸筒进行提升。8每次打开回转器后，在需要重新合上进行工作时，都应检查回转器内是否掉进污物或其它碎屑（如岩石、铁屑等），防止损坏齿轮。回转器合上后一定要把合箱螺母锁紧不许松动，在给进过程中也应经常检查。9钻进角度的调整是用转动回转器来完成的，在未转动以前应先松开四个螺母后，扳动回转器使T型螺栓2在变速箱体前部的T形槽内移动，给进角度按需要调整好以后，要重新将螺母1锁紧。9.4 机器的保养与维护正确的使用和保养机器是顺利完成钻孔任务的

48、保障，每个操作者都应予以高度重视，对75米钻机应按如下规定进行保养与维护。1、应在每班开始工作前，对机器各转动部分予以检查。看各运动部件是否灵活可靠。2、对外露的转动及滑动表面，应在每班开车前擦拭干净，并于其表面涂上一层20号机械油。3、每一个操作过程中都应校核各部操作手把的位置的相互配合是否正确，不正确时应立即纠正。4、润滑及液压用油等应按表1规定按期进行更换。除表1规定外，其它转动或滑动部分应根据使用情况予以润滑。5、在每次拆装卡盘时，都应在装配前将螺纹部分擦拭干净并涂一层机械油或黄干油。6、油泵用油（油箱内的油）需要保证清洁无杂质，应使用50时运动粘度为177、当油箱内的油温超过708、

49、有关油泵的使用与保养应按YBC12/80型齿轮泵说明书规定进行。9、当立轴下降与上升时油缸内的活塞不应进入死点，应在进入死点前510mm处停车。表1需润滑或者更换机油部分需润滑或更换机油的时间用油种类方 法立轴每小班1次20号机械油油壶园弧伞齿轮每周1次黄干油抹入导向杆每小班1小20号机械油抹入变速箱内的润滑连续运转500小时更换1次20号机械油更换油箱连续运转500小时更换1次20号机械油更换所有滚动轴承每三个月更换一次黄干油抹入卡盘每周1次20号机械油抹入第十章 经济效益分析岩心钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。它广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程，配合不同

50、钻具，适应于干式(短螺旋)或湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业。岩心钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高及多功能特点。岩心钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广，基本可满足桥梁建设、高层建筑地基础等工程的使用。目前，岩心钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。 10.1 岩心钻机的市场目前，国内拥有各种型号岩心钻机市场总量（到2003年）约为600台，其中国产岩心钻机占15左右，个体大量购进国外（如日本等国家生产的）二手岩心钻机, 已经占有很大比例,大约为20。故国内岩心钻机的竞争日趋激烈,价格有逐渐下降趋势，岩心钻机不再是大公司、国有大企业垄断的专利

51、产品。 10.1.1 国内工程建设投资继续加大 岩心钻机的的市场发展空间可以从以下几方面看出： （1）铁路建设。目前青藏铁路的二期工程已经开工，滇藏铁路、川藏铁路、青新铁路也已完成预可性行研究，2010年前将相继启动。青藏铁路（格拉段）全程1100km，80%的路段地处海拔都在4500m以上，最高达到5100m，预计投资150亿。青新铁路：从格尔木到新疆库尔勒，全程共计1200km，70%的路段地处海拔3000m以上，预计投资140亿。 （2）水电资源开发。青藏高原的南水北调工程是我国经济持续发展战略中的重要规划之一。该工程2010年前启动，预计投资580亿。黄河上游计划兴建8座电站，总装机容

52、量为1100万kw，年发电量360亿度。这些电站的地理位置均海拔3000m以上。 （3）石油天然气资源的开发和西气东输工程。“西气东输”工程从塔里木到上海，跨越8个省、市、自治区，全程4200km，正在施工当中。塔里木、柴达木、陕甘宁和川渝4个国家级天然气田储量在1万亿m3。一期工程投资1200亿，实现年输气量120亿m3。 （4）矿产资源的开发。西昌的白马特大型露天铁矿，年产2000万t以上，西藏的鲁布山铬矿、青海锡铁山矿均年产500万t以上。青海察尔汗盐湖氯化钾储量4.4亿t，占全国部储量的97%以上。 （5）公路建设。 青藏、青新高原地区，公路密度小、等级低，公路的建设与改造任务非常大。

53、初步调查，青、藏、云、贵、甘、新六省市每年公路维修费用达50亿元以上。6年内新建公路将投资30亿以上。 从以上可见，无论从资源开发还是交通建设而言，工程施工任务相当繁重，投资额也十分可观，迫切需要大量的施工设备，高原工程机械大有用武之地。 10.1.2 今后国内市场对岩心钻机设备的需求 （1）铁路建设的施工设备的需求。根据铁道部“十五”计划，今后五年大中型基建总规模达2550亿元人民币，建设新线6000km，既有在建复线3000km,电气化铁路5000km，建地方铁路1000km左右，预计到2005年全国铁路营运里程将达7.5万km，其中复线铁路约2.5万km，电气化铁路2万km。根据规划，东

54、部将以完善路网和线路提速为重点，修建列车运行速度达到和超过200km/h的客运专线或高速铁路。西部要加快新干线的建设，如重庆至怀化铁路，青藏铁路等。为满足上述铁路建设任务，除继续加大传统施工设备投入外，与之相适应的新设备需求有：a.满足客运专线和高速铁路建设的机械设备，如：能够用于处理软土路基的设备和技术；能够满足路基高密实度要求的路基压实设备（包括用于路桥过渡段的压实设备）；能够满足大直径、深孔基础的桥梁基础岩心钻机或桩机；能够用于架设大于600t重量的预制砼梁的架桥机；用于焊接300m以上长钢轨的焊接、矫直、打磨设备和相应的机具；用于一次性铺设跨区间无缝线路的铺轨机等。b.满足青藏线高原、

55、高寒、永冻土地带施工的岩心钻机设备。c.用于渝怀线（重庆-怀化线）等山岭铁路软弱围岩隧道施工的机械设备。d.能在山岭铁路修建中发挥重要作用的设备，如：能满足隧道开挖支护的管棚钻机；能用于非爆破开挖的悬臂掘进机；能用于隧道初期支护的砼喷浆注浆设备。 （2）市政建设和城市轨道交通施工领域机械设备需求。随着城市建设的不断加快，城市建筑向高空和地下发展。为更多地参与这个市场的竞争，国内的施工企业必需弥补在这方面的设备不足，立足于高起点，采用最先进的施工设备如大吨米的塔吊、高泵送的砼泵或泵车、岩心钻机、地下连续墙施工设备。此外，城市轨道交通的建设方兴未艾，铁路施工企业要发挥传统优势，在已有设备的基础上，

56、应积极采用新设备。如用于城市地铁和地下管线建设的盾构机、用于城市高架轻轨建设的架桥机等。 10.2 岩心钻机的市场需求量分析目前来说,我国正在进行的大规模城市化建设为岩心钻机提供市场需求。国家统计局1996年的统计资料显示，我国目前共有城市666个，其中人口在100万以上的大城市有35个。随着国民经济的发展，城市化进程还在加快。到2005年，城市数量将达800个，城镇人口将超过4亿，老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加。按城市建设和国家长期规划中投入巨资进行项目的开发，短期内即将投资的工程项目便有数千亿人民币，对岩心钻机的的市场需求量分析来看，岩心钻机2004年的市场需求量预计

57、为1800台。 但是仍然要看到，岩心钻机的应用推广中存在着一些制约因素。 岩心钻进技术虽然具有以上诸多优势，也是以后钻孔灌注桩成孔技术的发展方向之一，但是，在这一先进技术的推广应用过程中，也存在一些制约因素，只有认真分析这些不利因素，并采取有效措施加以克服，才能更好地发挥岩心钻进技术的优势。 10.2.1 设备价格昂贵 通常情况下，钻孔桩的桩径一般为1.21.5m，在购置设备时，一般要考虑有安全储备系数，所购置的岩心钻机的施工能力要稍大一些，因此目前应用最多的岩心钻机的施工口径在1.52m之间。这样一台岩心钻机的价格都在400万元以上，如果施工口径再大一些，一台钻机加上配件的价格就要上千万元。

58、对于一般的施工单位而言，尤其是对于绝大多数从事桩基施工的地质队，一次性投资几百甚至上千万元购置设备是有一定困难的：一是本身就很难有这么大一笔设备购置资金，二是从现行的管理体制来看，即使有能力购置这一先进的施工设备，单位的领导也会考虑多方面因素而不会轻易购置。 10.2.2 运行成本较高 设备价格昂贵，其运行成本自然就会较高。根据钻机制造商介绍以及用户的实际使用情况来看，岩心钻机的全负荷正常工作寿命为6300h，超过这一寿命后，一些部件就需要更换修理，尤其是卷扬系统、液压系统主泵、动力头以及钻杆等，这些部件都比较贵，损坏后更换时间也较长。这就使得岩心钻机在实际使用中的运行成本大大增加，相应提高了

59、桩基的施工成本。而目前由于桩基市场竞争激烈，加之市场竞争不太规范，许多桩基工程都是经过层层转包后才到了施工企业手中，工程价格都比较低，已没有太大的利润空间，如使用岩心钻机施工，虽然施工效率较高，工程质量也较好，但利润却很低甚至亏损。这也是许多施工企业将岩心钻机闲置不用，而仍采用传统的相对比较落后的工法施工的主要原因。 10.2.3 受工程量的制约 岩心钻机价格昂贵，运行成本较高，这就对采用岩心钻机施工的工程提出了一定的要求，并不像传统的桩基施工工艺，只要工程的地质情况适合即可施工，而对工程本身没有要求。 首先，岩心钻机施工的工程量要大，场地要开阔、平整。岩心钻机设备较重，一套设备一般要达到几十

60、吨甚至上百吨，如果单项工程量较小，搬迁费用就很高，而且占用时间长，时间利用率低，这些都不利于岩心钻机发挥其优势。所以，只有在单项工程量较大、岩心钻机能够较长时间在同一工地施工的情况下，才能减少搬迁费用，提高时间利用率，较好地发挥其优势。除了单项工程量要大外，维持一台岩心钻机正常运行的总的工程量也有一定的要求，按目前的情况，一般要达到每年钻进工作量在20000延米以上，工程造价在500万元以上，才能够发挥其优势。同时，由于设备较重、较大，要求施工场地比较开阔、平整，且有一定硬度，以免钻机沉陷。不能在地表松散、泥泞、没有夯实的场地施工。其次，岩心钻机施工的工程，利润要高。由于岩心钻进设备价格昂贵，