巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)含21張CAD圖
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工作計(jì)劃
姓名： 機(jī)械學(xué)院： 學(xué)號(hào)：
周數(shù)和日期
計(jì)劃完成的工作
完成的情況
第一至三周
（3月5日至3月25日）
完成開題報(bào)告、專業(yè)文獻(xiàn)閱讀報(bào)告、文字翻譯、工作計(jì)劃
第四周
（3月26日至4月1日）
完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書的大綱
第五周
（4月2日至4月8日）
完成升降機(jī)主要參數(shù)的選擇以及設(shè)計(jì)計(jì)算
第六周
（4月9日至4月15日）
完成大部分構(gòu)件型號(hào)以及尺寸的選擇
第七周
（4月16日至4月22日）
完成所有構(gòu)件型號(hào)以及尺寸選擇
開始畫總裝配圖
第八周
（4月23日至4月29日）
完成大部分的總裝配圖
第九周
（4月30日至5月6日）
完成總裝配圖
第十周
（5月7日至5月13日）
完成部件圖
第十一周
（5月14日至5月20日）
完成全部零件圖
第十二周
（5月21日至5月27日）
總結(jié)完成一半的設(shè)計(jì)說(shuō)明書
第十三周
（5月28日至6月3日）
完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書
開題報(bào)告
(XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì))
巖心鉆機(jī)的功用：
鉆機(jī)是向地下鉆孔的機(jī)器，是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動(dòng)鉆具和鉆頭向地層深處鉆進(jìn)，并通過(guò)升降機(jī)完成起下鉆具和套管，提取巖心，更換鉆頭等輔助工作。泵的作用是向孔內(nèi)輸送沖洗液以沖洗孔底，冷卻鉆頭和潤(rùn)滑鉆具。它廣泛應(yīng)用于國(guó)明經(jīng)濟(jì)的許多部門，它是從事各種鉆探施工必不可少的主體設(shè)備。
升降機(jī)的功用：
鉆機(jī)的升降機(jī)有主升降機(jī)和副升降機(jī)之分：主升降機(jī)用于升降鉆具和套管；副升降機(jī)可用于起吊其它管材或重物，打撈繩索取心鉆具內(nèi)管，升降撈砂簡(jiǎn)、取土器等。
升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求：
由于鉆機(jī)的升降機(jī)在在鉆探的過(guò)程中，工作時(shí)間長(zhǎng)，其性能的好壞，直接關(guān)系到鉆進(jìn)的效率鉆孔的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全，因此升降機(jī)要滿足以下要求：
①在滿足升降機(jī)工藝要求的前提下，應(yīng)能最大限度地降低升降工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間和充分提高功率利用系數(shù)。
②要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。
③操作方便、動(dòng)作靈敏、平穩(wěn)、勞動(dòng)強(qiáng)度小、工作安全可靠，現(xiàn)代鉆機(jī)應(yīng)考慮操作遠(yuǎn)離鉆機(jī)本體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手柄或按扭操作。
④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
設(shè)計(jì)目的：
①通過(guò)設(shè)計(jì)知道鉆機(jī)的工作性能以及升降機(jī)的結(jié)構(gòu)；
②分析升降機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和轉(zhuǎn)速特性；
③分析計(jì)算升降機(jī)的特性參數(shù)；
③應(yīng)用一些軟件對(duì)升降機(jī)進(jìn)行仿真分析，從而，進(jìn)一步了解升降機(jī)的性能。
技術(shù)方案的確定：
本次設(shè)計(jì)是在原有的XY-4巖心鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，利用所給的設(shè)計(jì)參數(shù)：
① 輸入軸轉(zhuǎn)速（r/min）：約450、約310、約217、約117；
② 卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：約160、約110、約78、約42；
③ 最大提升能力：29.4KN；
④ 卷筒直徑：285mm；
⑤ 鋼繩直徑：16mm；
⑥ 卷筒容繩量：52mm；
⑦ 提升速度：0.82、1.51、2.16、3.13。
進(jìn)行計(jì)算，分別進(jìn)行工作參數(shù)的選擇：
① 升降機(jī)的最大起重量Pq；
② 提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin；
③ 調(diào)速范圍R；
④ 速度檔數(shù)及中間速度。
抱閘的受力分析：
① 下降制動(dòng)力矩；
② 提升制動(dòng)力矩；
③ 手柄上的作用力；
抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算：
抱閘在制動(dòng)過(guò)程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱能，這些熱能會(huì)使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會(huì)使摩擦系數(shù)降低，制動(dòng)力矩減小，而且會(huì)使熱應(yīng)力增加，加劇摩擦材料的磨損，因此要對(duì)其進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算，看是否能夠男組要求。
通過(guò)上述計(jì)算就可以知道升降機(jī)的最大起重量、提升速度、制動(dòng)力矩等等，我們就利用這些參數(shù)來(lái)選擇升降機(jī)的主軸、行星輪系齒輪、支架、中心齒輪、行星輪軸等所有的零件型號(hào)和尺寸，進(jìn)而繪制出總裝配圖。在經(jīng)過(guò)一些軟件來(lái)分析升降機(jī)的性能。
升降機(jī)類型的確定：
類型
特點(diǎn)
采用鉆機(jī)型號(hào)
脹閘傳動(dòng)式
次種升降機(jī)簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用液壓控制，易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作以及自動(dòng)化；而且工作平穩(wěn)；卷筒制圈散熱條件好。但只適用于有液壓系統(tǒng)的鉆機(jī)。
SPC-300型
錐摩擦傳 動(dòng)
此類升降機(jī)結(jié)鉤比較簡(jiǎn)單，易損件少、結(jié)實(shí)耐用、但傳動(dòng)效率小，兩摩擦錐面易進(jìn)入泥漿、油污等，工作可靠性較差。只有少數(shù)竊孔及次深孔鉆機(jī)使用
XB-500型
片式摩擦力合器傳動(dòng)式
傳動(dòng)較錐摩擦式平穩(wěn)，傳動(dòng)同樣功率時(shí)．結(jié)構(gòu)尺寸較錐摩擦式小，但結(jié)構(gòu)較錐摩擦式復(fù)雜，更換離合器片不太方便。
用于鉆機(jī)輔助升降機(jī)
液壓傳動(dòng)式
可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)升降機(jī)的速度和遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制，而且升降機(jī)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。不足之處是液壓馬達(dá)要求加工、裝配精度高、不便野外修配。
行星輪傳動(dòng)式
與摩擦傳動(dòng)式相比，在尺寸相同時(shí)，能傳遞較大功率以及獲得較大的傳動(dòng)比；傳動(dòng)效率大；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作靈活。
用于機(jī)械傳動(dòng)式鉆機(jī)
表1 升降機(jī)類型的比較
因此，通過(guò)上述分析，我們選擇行星輪式升降級(jí)。
行星輪式升降機(jī)的原理分析
行星輪式升降機(jī)分為①行星輪軸支撐在提升在制圈上，內(nèi)齒圈與卷筒裝在一起；
②行星輪軸裝在卷筒上，而內(nèi)齒圈和提升制圈聯(lián)在一起。
類型
結(jié)構(gòu)示意圖
工作原理
第一類
(1)?提升鉆具?剎緊提升抱閘8，同時(shí)松開制動(dòng)抱閘9。行星輪5及其軸4不能繞升降機(jī)軸1公轉(zhuǎn)。在角速度為ωa的中心輪帶動(dòng)下，行星輪繞自身軸以ωg自轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)內(nèi)齒圈以ωb轉(zhuǎn)動(dòng)，纏繞鋼繩，提升鉆具。提升時(shí)，定軸輪系行星式升降機(jī)的傳動(dòng)比?為?
??(1-1)
式中：?Zb、Za--分別為內(nèi)齒圈與中心輪齒數(shù)；"-"號(hào)--轉(zhuǎn)向相反。
(2)?制動(dòng)鉆具?抱閘9剎住下降制動(dòng)盤，同時(shí)松開抱閘8。因卷筒與內(nèi)齒圈被閘住不轉(zhuǎn)，鉆具停止升降。此時(shí)行星輪自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)。
(3)?下降鉆具?兩抱閘均松開，在鉆具自重作用下鉆具下降［圖3-6(c)］。?
(4)?微動(dòng)升降（ωb、ωH可控）?即慢速控制升降工況。若松開提升抱閘8，控制制動(dòng)抱閘9，鉆具會(huì)出現(xiàn)下降、停止和慢速下降運(yùn)動(dòng)狀況；若松開制動(dòng)抱閘9，控制提升抱閘8，行星輪出現(xiàn)三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即鉆具提升、停止（不穩(wěn)定）和下降運(yùn)動(dòng)狀況。因此，行星式升降機(jī)能夠并允許微動(dòng)升降操作，兩抱閘只要不同時(shí)剎死，兩者制緊程度配合得當(dāng)，微控升降操作就會(huì)得心應(yīng)手。
第二類
次類行星輪傳動(dòng)式升降機(jī)在各工況下的操作與第一類的相同。僅輪系在各個(gè)工況下的運(yùn)行狀態(tài)與第一類不同。
表2 兩種行星輪式升降機(jī)的比較
根據(jù)巖心鉆機(jī)的工作場(chǎng)地以及工作狀態(tài)等條件和上述工作原理，我們選擇第一類。
升降機(jī)結(jié)構(gòu)的確定：
通過(guò)查閱資料，從而確定XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)形式（如圖1.1）；升降機(jī)由卷筒、行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷裝置及抱閘組成。升降機(jī)軸19右端的花鍵部插入分動(dòng)箱的軸齒輪的花鍵中；升降機(jī)軸19的左端通過(guò)水套軸8、單列向心球軸承11、支架13等支承在支架上；軸左端頭是四方軸頭，作為人力傳動(dòng)升降機(jī)軸用；卷筒用兩盤313型軸承16、36支承在升降機(jī)軸19上。行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由中心齒輪24、游星齒輪32、內(nèi)齒圈20等組成。中心齒輪以花鍵連接裝在軸19的右側(cè)。行星齒輪用兩盤207型軸承30裝在行星輪軸29上，行星齒輪共三組，均布安裝在左右支架27上；行星輪軸的左右支架分別用一盤313型軸承36和兩盤111型軸承26支承在升降機(jī)軸上；右支架27外側(cè)用平鍵28與提升制動(dòng)盤34聯(lián)結(jié)，并用螺釘將端蓋23固緊在支架右側(cè)，防止提升制動(dòng)盤外串，兩個(gè)支架用3個(gè)均布的螺栓連接成一體。水冷裝置由水套軸8、引水環(huán)9、壓蓋10、水管3及制動(dòng)盤水套等組成。
圖1-1?XY-4型升降機(jī)
1-制動(dòng)抱閘；?2-水管接頭；?3-水管；?4-接頭式壓注油杯；?5-骨架橡膠油封；?6-檔板；?7-堵絲；?8-水套軸；?9-引水環(huán)；?10-壓蓋；?11-單列向心球軸承；?12-水管接頭；?13-支架；?14-內(nèi)螺紋圓柱鎖；?15-骨架式橡膠油封；?16-單列向心球軸承；?17-孔用彈性擋圈；?18-卷筒；?19-升降機(jī)軸；?20-內(nèi)齒圈；?21-密封蓋；?22-直通式壓注油杯；?23-端蓋；?24-中心齒輪；?25-氈封油圈；?26-單列向心球軸承；?27-游星輪支架；?28-平鍵；?29-游星輪軸；?30-單列向心球軸承；?31-孔用彈性擋圈；?32-游星齒輪；?33-騎縫螺絲；?34-提升制圈；?35-提升抱閘；?36-單列向心球軸承
升降機(jī)的參數(shù)的分析計(jì)算：
① 升降機(jī)的最大起重量Pq：
升降機(jī)的最大起重量Pg指的是用單繩一速提升時(shí)，升降機(jī)的最大提升負(fù)荷，它取決于大鉤載荷及滑車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。而大鉤載荷又依據(jù)額定孔深下的最大鉆具重量確定。
大鉤載荷可用下式計(jì)算：
Qｄ=ＫQ。=ＫαｑＬ（1-γ。/γ）Error! No bookmark name given.
式中 Q?！~定孔深時(shí)的鉆具總重；
Ｋ——卡塞系數(shù)。它又反映了升降機(jī)的超載能力，又可稱為超載系數(shù)。一般 K＝1．5—4。淺孔及大口徑鉆機(jī)取值較小，中深孔及小口徑鉆機(jī)取值較大，深孔鉆機(jī)取值最大；
α——鉆扦重量修正系數(shù)。接頭連接α＝1．05，接箍連接α＝1．1；
ｑ——每米鉆桿重量；
Ｌ——額定孔深的鉆具總長(zhǎng)；；
γ。——沖洗液比重；
γ——鉆桿材料比重。
②提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin；
最高纏繩速度Vmax是根據(jù)提引器的最高上升速度確定的。
式中 Ｖ。max——提引器上升最高速度，它受立根長(zhǎng)度和操作安全限制。不同的立根長(zhǎng)度，所允許提引器的最高上升速度不同。
最低纏繩速度Vmin根據(jù)動(dòng)力機(jī)的額定功率及大鉤載荷確定?？捎孟旅婀接?jì)算：
式中 Nｅ——?jiǎng)恿C(jī)額定功率KW；
ηｚ——?jiǎng)恿C(jī)至卷簡(jiǎn)的總傳動(dòng)效率，一般取0.8~0.85；
Qｄ——大鉤載荷，kg。
③調(diào)速范圍R：
當(dāng)Vmax及Vmin確定之后，調(diào)速范圍R己成定值。
④速度檔數(shù)及中間速度：
設(shè)：T——用第一速(最低速)提升全部鉆具所用的時(shí)間；
Tm——用M個(gè)檔提升全部鉆具所用的時(shí)間；
φT——提升時(shí)間系數(shù)；
A——?jiǎng)恿C(jī)在T內(nèi)可以做的功；
Am——?jiǎng)恿C(jī)在Tm時(shí)間內(nèi)實(shí)際做的功；
φN——升降機(jī)的功率利用系數(shù)；
提升時(shí)間系數(shù)φT及功率利用系數(shù)φN用下式計(jì)算：
⑤下降制動(dòng)力矩；
制動(dòng)正在下降過(guò)程的鉆具，卷筒上除承受鉆具自重產(chǎn)生的靜力矩Mj外，還必須承受鉆具與升降系統(tǒng)的慣性力產(chǎn)生的附加動(dòng)力矩Md。因此，制動(dòng)鉆具所需的制動(dòng)力矩Mx等于以上二力矩之和，即
在實(shí)際計(jì)算時(shí)，一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式：
式中 β——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，β＝1．2—1。4，懸掛鉆具時(shí)，可以看成為制動(dòng)安全系數(shù)；
Qdg——下降鉆具時(shí)，最大大鉤載荷；
m——有效鋼絲繩數(shù)；
η——滑輪系統(tǒng)效串；
Ds——卷筒的計(jì)算直徑；
D——卷簡(jiǎn)直徑；
d——鋼絲繩直徑。
⑥提升制動(dòng)力矩；
提升時(shí)，所需的制動(dòng)力矩取決于提升負(fù)荷的大小及升降機(jī)的結(jié)構(gòu)類型。下面以第一類
行星輪式升降機(jī)為例分折提升制動(dòng)力矩的計(jì)算：
則提升制動(dòng)力矩應(yīng)為：
所以
式中 Pq——升降機(jī)的最大起重量；
rs——卷筒計(jì)算半徑，纏繞三層鋼繩；
Ds——卷筒計(jì)算直徑；
D——卷筒直徑；
d——鋼絲繩直徑。
⑦手柄上的作用力；
設(shè)制帶的抱角為α，制帶與制圈的摩擦系數(shù)為f，制動(dòng)時(shí)，制帶兩端所需的拉力為T1、T2。根據(jù)歐拉公式平衡條件可知道手柄上的作用力：
式中 P——手柄上的作用力；
T——偏心輪作用于制帶頭上的壓力；
b——偏心輪的偏心距；
ｌ——手柄長(zhǎng)度；
α1——兩制帶頭所夾角度的一半。
⑧抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算：
抱閘在制動(dòng)過(guò)程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱能，這些熱能會(huì)使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會(huì)使摩擦系數(shù)降低，制動(dòng)力矩減小，而且會(huì)使熱應(yīng)力增加，加劇摩擦材料的磨損，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮抱閘的散熱和降低溫升問(wèn)題，并進(jìn)行抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算。
升降機(jī)工作時(shí)的動(dòng)能E：
式中 m1——鉆具及提引進(jìn)置的質(zhì)量，kg;
ν——鉆具的下放速度，m／s；
J——升降機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
ω——卷筒制動(dòng)前的角速度，rad／s。
而
式中 m 2——卷筒的質(zhì)量，kg；
Dz——卷筒的直徑，m；
n——卷筒的轉(zhuǎn)速，r／min。
假定制動(dòng)時(shí)所有的熱量都被制圈吸收。則其溫升為：
式中 X——立根數(shù)，今X＝L/l；
L——鉆具總長(zhǎng)，m；
l——立根長(zhǎng)度，m；
m3——制圖的質(zhì)量，kg。
選件：
通過(guò)上述計(jì)算和對(duì)結(jié)構(gòu)的分析，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)就可以確定每一個(gè)零件的型號(hào)和尺寸大小。
驗(yàn)算：
對(duì)所有的件進(jìn)行綜合的檢驗(yàn)，看是否滿足要求。
繪制工程圖：
利用CAD等軟件繪制出工程圖。
技術(shù)難點(diǎn)：
① 對(duì)總體的技術(shù)方案的確定；
② 對(duì)行星輪式升降機(jī)的兩種方案的對(duì)比分析，選取第一中的原因；
③ 對(duì)總體結(jié)構(gòu)布局合理性的選擇；
④ 個(gè)別零件的型號(hào)和尺寸的選擇。
關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案：
①對(duì)升降機(jī)類型的選擇：
通過(guò)對(duì)升降機(jī)5種不同形式的結(jié)構(gòu)分析，特點(diǎn)分析，從而選擇出合理的一種結(jié)構(gòu)作為本次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。
②兩種不同行星輪式升降機(jī)的選擇：
同理，通過(guò)對(duì)它們的結(jié)構(gòu)分析以及特點(diǎn)的對(duì)比，再根據(jù)XY-4巖心鉆機(jī)的其他結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，還有升降機(jī)的工作環(huán)境等條件就可以選擇出合理的結(jié)構(gòu)。
③結(jié)構(gòu)布局的選擇：
根據(jù)典型的XY-4巖心鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)布局，我們就可以確定本次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)布局。
④對(duì)升降機(jī)總體的分析與驗(yàn)證：
利用現(xiàn)代分析軟件（如ADUMS等）進(jìn)行工程分析以及驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)
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[4]屠厚澤。 鉆探工程學(xué)。北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1988
[5]武漢地質(zhì)學(xué)院。 巖心鉆探設(shè)備及設(shè)計(jì)原理，武漢：地質(zhì)出版社，1980
[6]武漢地質(zhì)學(xué)院。 鉆探設(shè)備設(shè)計(jì)。地質(zhì)出版社，1982
專業(yè)文獻(xiàn)閱讀報(bào)告
鉆機(jī)的發(fā)展歷史：
鉆機(jī)是向地下鉆孔的機(jī)器，是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動(dòng)鉆具和鉆頭向地層深處鉆進(jìn)，并通過(guò)升降機(jī)完成起下鉆具和套管，提取巖心，更換鉆頭等輔助工作。泵的作用是向孔內(nèi)輸送沖洗液以沖洗孔底，冷卻鉆頭和潤(rùn)滑鉆具。它廣泛應(yīng)用于國(guó)明經(jīng)濟(jì)的許多部門，它是從事各種鉆探施工必不可少的主體設(shè)備。
鉆機(jī)的發(fā)展有手把式鉆機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)和全液壓鉆機(jī)之間的三個(gè)發(fā)展階段。
⑴第一階段是以手把式鉆機(jī)為代表的，1862年，瑞士設(shè)計(jì)制造了世界上最早的手動(dòng)操作立軸鉆機(jī)，起鉆頭是金剛石鉆頭；1899年出現(xiàn)了鋼粒鉆進(jìn)，代替了金剛石鉆進(jìn)；1916年硬質(zhì)合金也用于鉆探，產(chǎn)生了合金鉆進(jìn)。隨著這兩種鉆進(jìn)方法的采用，相應(yīng)地出現(xiàn)了蔭芽狀態(tài)的立軸式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆機(jī)，這種鉆機(jī)后來(lái)發(fā)展成性能比較完善的手把給進(jìn)式鉆機(jī)。剛開始的鉆機(jī)動(dòng)力由人力驅(qū)動(dòng)，只能為低速，升降機(jī)為摩擦式的，這種鉆機(jī)在發(fā)展到四、五十年代，這種鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能比較完善；我國(guó)解放初期，為解決地質(zhì)勘探工作急需引進(jìn)—部份這類鉆機(jī)，隨后又大量仿制，其代表型號(hào)為XB—300、XE—5DD及XB—I 000A型等。
⑵第二階段是以機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)為代表的，四十年代中期，隨著科技的發(fā)展鉆機(jī)也高速發(fā)展，出現(xiàn)了新的金剛石鉆頭，另外，液壓技術(shù)也廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。在這種條
件下，產(chǎn)生了機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)，50年代以后，適合于金剛石鉆進(jìn)的機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)有了進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)解放初期，進(jìn)口手把鉆機(jī)的同時(shí)，也進(jìn)口了機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)，1958一1962年完成了從仿制到自制的過(guò)渡階段，從1962年以后，就開始了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造工作。
⑶第二階段是全液壓鉆機(jī)為代表的，六十年代以后，金剛石鉆進(jìn)工藝又有新的發(fā)展，同時(shí)液壓技術(shù)本身又有了發(fā)展，這些因素，構(gòu)成了全液壓鉆機(jī)產(chǎn)生的條件。因此，在大約在六十華代末至七十年代初期，這種與傳統(tǒng)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)完全不同的鉆機(jī)產(chǎn)生。我國(guó)六十年代初已開始研制全液壓傳動(dòng)式鉆機(jī)，七十年代，我國(guó)全面地開展了研制工作。
鉆探設(shè)備的發(fā)展主要決定于的因素：
第一個(gè)因素是：它隨著鉆探方法和鉆探工藝的發(fā)展而變化的。
和其他技術(shù)發(fā)展史一樣，鉆探技術(shù)最初的發(fā)展是人與自然斗爭(zhēng)的結(jié)果。我國(guó)是世界上
最早使用鉆探技術(shù)來(lái)開采地下巖鹽的，早在秦代(公元前221—207年間)就用鉆井方法
開采井鹽。這一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明目前仍為世界上所公認(rèn)。但是最早采用的是繩索取心方法，其鉆進(jìn)過(guò)程不是連續(xù)的，即不能采取連續(xù)的巖心，只能打垂直的孔，因此不能滿足地質(zhì)勘探的要求。在十九世紀(jì)中后期出現(xiàn)了能連續(xù)取心的迥轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，這種鉆機(jī)鉆進(jìn)效率和地質(zhì)效果遠(yuǎn)比原始繩索取心鉆進(jìn)優(yōu)越，因而，很快地在地質(zhì)巖心勘探工作中迥轉(zhuǎn)鉆進(jìn)占了主導(dǎo)地位。隨著鉆進(jìn)工藝的發(fā)展，巖心鉆機(jī)便必須進(jìn)行一系列的演變。如果將目的較為新式的液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)和五十年代的手把式鉆機(jī)相比較則無(wú)論在外觀上，結(jié)構(gòu)上、技術(shù)參數(shù)上迥然不同。
第二因素是隨著冶金工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、電子工業(yè)的發(fā)展，鉆探設(shè)備也相應(yīng)地起著變化。
鉆探設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)要求，除了自身地質(zhì)工作要求的特點(diǎn)外，還必然地要大量采用機(jī)械工業(yè)上通用的傳動(dòng)副、標(biāo)準(zhǔn)件，如各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、各種液壓元件等。冶金工業(yè)的發(fā)展提供了輕質(zhì)高強(qiáng)度的原材料，使設(shè)備更趨于結(jié)構(gòu)緊奏體積縮少；電子工業(yè)的發(fā)展，使鉆探設(shè)備的測(cè)試手段儀表化、自控化。
目前在國(guó)外鉆探設(shè)備產(chǎn)品的更新?lián)Q代十分迅速，其主要原因是零部件絕大多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)件一部新鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，只要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提出方案完成技術(shù)設(shè)計(jì)階段后，工作草圖設(shè)計(jì)量并不大，可以大量選用其它公司出品的性能完善的標(biāo)準(zhǔn)件，進(jìn)行組裝，因此新機(jī)型的試制周期很短。而由于大量采用專業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，組裝后的整機(jī)質(zhì)量得以保證，互換性、通用性也良好。
鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)：
美國(guó)機(jī)械傳動(dòng)液壓給進(jìn)立抽式鉆機(jī)約占98％，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)僅占2％?？梢姡F(xiàn)階段機(jī)械傳動(dòng)液壓給進(jìn)鉆機(jī)在大量的使用而全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)處于發(fā)展階段。國(guó)外立軌式鉆機(jī)，為了縮熾升降和輔助正序，采用自動(dòng)倒桿，加長(zhǎng)立軸行程等措施。由于繩索取心鉆進(jìn)廣泛地發(fā)展，在鉆機(jī)上增加了繩索絞傘裝置。升降機(jī)在結(jié)構(gòu)原理方面變化較小，仍以圓柱齒輪式結(jié)構(gòu)(個(gè)別為圓錐齒輪)，個(gè)別鉆機(jī)的卷筒帶有摩擦離合器，比較現(xiàn)代化的鉆機(jī)升降手把采用液壓控制，并以手動(dòng)把作為備用；在中深孔及深孔鉆機(jī)采用水剎車以及加速提升和下降的提引裝置。在傳動(dòng)及變速系統(tǒng)方面，變速箱速度有增加的趨勢(shì)，有的鉆機(jī)作了改進(jìn)，即在變速箱輸入端，增設(shè)傳動(dòng)減速箱，引入兩個(gè)系列的速度，以便更能適應(yīng)各種鉆進(jìn)方法；也有的采用快速更換傳動(dòng)鏈輪副、更換傳動(dòng)齒輪或更換大批量齒輪以擴(kuò)大變速箱的速度范圍。為了增加設(shè)備的機(jī)動(dòng)性，減少安裝遷移的時(shí)間，裝設(shè)在輕、重汽車和拖拉機(jī)上的自行式鉆機(jī)目前使用的很廣泛。車裁式的鉆機(jī)其類型往往就是地表固定式標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)，動(dòng)力采目汽車和拖拉饑的發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以采用獨(dú)自的動(dòng)力機(jī)。桅桿可用液壓缸豎起，采用一前二后的三個(gè)液壓千斤頂穩(wěn)定鉆機(jī)，這種鉆機(jī)有的深度達(dá)1000多米。值得注意的是，國(guó)外坑道內(nèi)巖心鉆機(jī)的種類較多。例如壓氣傳動(dòng)式、螺旋給進(jìn)式和液壓動(dòng)力頭式的鉆機(jī)應(yīng)用于坑道內(nèi)鉆探?？拥楞@的發(fā)展它可節(jié)省大量鉆探進(jìn)尺而取得預(yù)期的地質(zhì)上和經(jīng)濟(jì)上的效果。目前，我國(guó)對(duì)這方面的工作還重視不夠、急待發(fā)展。近年來(lái)“一機(jī)多用也是發(fā)展趨勢(shì)之一。如英園設(shè)計(jì)的鉆機(jī)是液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭式車裁自行式設(shè)備，可用于巖心鉆進(jìn)，能采用空氣、泥漿洗井；亦可采用潛孔錘鉆進(jìn)。由于是車載式能局速行駛，也適合山區(qū)、丘陵幣值路不平的地方行駛。鉆探設(shè)備發(fā)展另一趨勢(shì)是操作自動(dòng)化、機(jī)械化程度提高。由于電子技術(shù)在鉆探工作中的日益廣泛應(yīng)用，可以用各種電子儀表控制，以進(jìn)一步使鉆進(jìn)工作程序化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制最優(yōu)參數(shù)鉆進(jìn)。目前已達(dá)到將各種操作手把集中進(jìn)行液壓操作使之聯(lián)動(dòng)化、程序化。升降工序機(jī)械化已作為鉆機(jī)部件的一部分。利用傳感裝置將并底壓力、泵量泵壓、轉(zhuǎn)數(shù)扭矩、瞬時(shí)進(jìn)尺速度、過(guò)載警報(bào)等信息集中在操作臺(tái)上自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄，由電子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，變成指令自動(dòng)控制與調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，這在石油鉆探設(shè)備上巳投入正式使用，在巖心鉆探上也有某些儀表與程序初步可以來(lái)用。
鉆機(jī)分類：
按用途分類：巖心鉆機(jī)機(jī)組、水文水經(jīng)鉆探機(jī)機(jī)組、工程地質(zhì)鉆機(jī)機(jī)組、工程鉆探機(jī)組、取樣鉆機(jī)機(jī)組、地?zé)徙@探機(jī)機(jī)組、探鉆機(jī)機(jī)組、坑道鉆機(jī)機(jī)組、石油鉆機(jī)機(jī)組、砂礦鉆機(jī)機(jī)組，等等。
鉆機(jī)的重點(diǎn)機(jī)構(gòu)：
鉆機(jī)有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、擰卸機(jī)構(gòu)、設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、機(jī)架。下面我們介紹一些重點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。
⑴XY-4型鉆機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)?
XY-4型鉆機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-1所示。該系統(tǒng)包括：摩擦離合器1、變速箱2、萬(wàn)向軸3、分動(dòng)箱4、回轉(zhuǎn)器5、升降機(jī)6等部件。變速箱與分動(dòng)箱之間采用萬(wàn)向軸連接。變速箱輸出4個(gè)正轉(zhuǎn)速度與一個(gè)反轉(zhuǎn)速度。分動(dòng)箱對(duì)回轉(zhuǎn)器來(lái)說(shuō)還是一個(gè)兩速變速箱，因而，回轉(zhuǎn)器具有自101～1?191r/min的8個(gè)正轉(zhuǎn)速度和83r/min、251r/min兩個(gè)反轉(zhuǎn)速度。升降機(jī)具有自43～164r/min的四檔速度。
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圖1-1 XY-4型鉆機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)圖
1-離合器；?2-變速箱；?3-萬(wàn)向軸；?4-分動(dòng)箱；?5-回轉(zhuǎn)器；?6-升降機(jī)
⑵變速箱的結(jié)構(gòu)
?變速箱的功用是變更回轉(zhuǎn)器和升降機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。機(jī)械傳動(dòng)式鉆機(jī)幾乎全部采用齒輪變速箱，這類變速箱一般由2～4根傳動(dòng)軸和軸間諸齒輪副構(gòu)成。按照結(jié)構(gòu)形式，基本上可分為兩種類型：①?簡(jiǎn)單的兩軸一級(jí)傳動(dòng)變速箱；②?三軸兩級(jí)傳動(dòng)跨輪機(jī)構(gòu)變速箱。兩軸一級(jí)傳動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少，但是只有一個(gè)變速組，減速比受到限制。新型鉆機(jī)已廣泛采用三軸兩級(jí)傳動(dòng)跨輪機(jī)構(gòu)變速箱。
?XY-4型鉆機(jī)采用的四速變速箱（圖1-2）結(jié)構(gòu)式為1×3+1=4。這種變速箱有四根軸和五對(duì)齒輪，輸出軸和輸入軸在同一軸線上。在變速箱輸出軸上有兩個(gè)滑動(dòng)齒輪，一個(gè)為單齒輪Z3，另一個(gè)為雙聯(lián)齒輪Z9與Z10，能在輸出軸上變更位置，從而變換轉(zhuǎn)速。副軸Ⅱ′上的雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪，是變反檔用的。
圖1-2?XY-4型鉆機(jī)變速箱展開圖
Ⅰ-輸入軸;?Ⅱ-中間軸;?Ⅱ′-小軸;?Ⅲ-輸出軸;?1,2,5,7,8-單列向心球軸承;?3-滾針軸承;?4-箱體;?6-圓螺母;?9-止動(dòng)片;?Z1-碗形齒輪;?Z2,?Z4,?Z5,?Z8-齒輪;?Z3-滑動(dòng)齒輪;?Z6,?Z7-雙聯(lián)齒輪;?Z9,?Z10-雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪?
⑶摩擦離合器
?摩擦離合器的功能在于：①?接通和切斷鉆機(jī)的動(dòng)力；②?在鉆機(jī)變速和分動(dòng)操作中、或在完成套巖心與扭斷巖心等特殊操作時(shí)，利用離合器進(jìn)行微動(dòng)操作；③?當(dāng)鉆機(jī)超載時(shí)，利用摩擦片打滑起過(guò)載保護(hù)作用。鉆機(jī)的摩擦離合器，通常設(shè)置在動(dòng)力機(jī)（或減速箱）與變速箱之間，而且不影響液壓泵的傳動(dòng)。?XY-4型鉆機(jī)的摩擦離合器（圖1-3）由主動(dòng)件、從動(dòng)件、壓緊分離機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)及調(diào)隙機(jī)構(gòu)組成。壓緊分離機(jī)構(gòu)由滑套16、連桿15、連桿壓腳14等組成。操縱機(jī)構(gòu)由軸承18、滑套17、撥叉19及撥叉軸20等組成。調(diào)隙機(jī)構(gòu)由調(diào)整螺母22、保險(xiǎn)片13等組成。
圖1-3 XY4型鉆機(jī)摩擦離合器
1-半彈性聯(lián)軸器；?2-單列向心球軸承；?3-主動(dòng)軸；?4-鎖母；?5-單列向心球軸承（60206）；?6-殼體；?7-從動(dòng)軸；?8-彈簧；?9-被動(dòng)摩擦盤；?10-主動(dòng)摩擦盤；?11-動(dòng)盤（壓力盤）；?12-彈簧片；?13-保險(xiǎn)片；?14-連桿壓腳；?15-連桿；?16-滑套；?17-松緊滑套；?18-單列向心球軸承；?19-撥叉；?20-撥叉軸；?21-罩殼；?22-調(diào)整螺母；?23-半圓鍵；?24-離合手柄；?25-雙頭螺栓；?26-骨架式橡膠油封；?27-支架?
⑷XY-4型鉆機(jī)的升降機(jī)
升降機(jī)又稱為絞車或卷?yè)P(yáng)機(jī)。隨鉆機(jī)的類型和用途不同，配備升降機(jī)的數(shù)目不同，一般巖心鉆機(jī)備有1—2個(gè)升降機(jī)，水文水井鉆機(jī)備有2—3個(gè)升降機(jī)。鉆機(jī)的升降機(jī)有主升降機(jī)和副升降機(jī)之分：主升降機(jī)用于升降鉆具和套管；副升降機(jī)可用于起吊其它管材或重物，打撈繩索取心鉆具內(nèi)管，升降撈砂簡(jiǎn)、取土器等。
在設(shè)計(jì)升降機(jī)時(shí)的要求是：
①在滿足升降機(jī)工藝要求的前提下，應(yīng)能最大限度地降低升降工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間和充分提高功率利用系數(shù)。
②要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。
③升降機(jī)的操縱位置應(yīng)便于操作者觀察孔口。同時(shí)升降機(jī)的布局應(yīng)有利于排繞鋼繩。
④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
升降機(jī)的類型有：錐摩擦傳動(dòng)升降機(jī)、片式摩擦力合器傳動(dòng)式升降機(jī)、脹閘傳動(dòng)式升降機(jī)、液壓傳動(dòng)式升降機(jī)、行星輪傳動(dòng)式升降機(jī)。其中，行星輪傳動(dòng)式升降機(jī)為典型的機(jī)構(gòu)，下面以XY-4型鉆機(jī)的升降機(jī)進(jìn)行分析；
按照傳動(dòng)原理，行星式升降機(jī)有兩種類型，即定軸輪系傳動(dòng)型和行星輪系傳動(dòng)型。
⑴定軸輪系傳動(dòng)型
定軸輪系傳動(dòng)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。卷筒與內(nèi)齒圈固定連接，提升靠?jī)?nèi)齒圈帶動(dòng)。
圖1-4?定軸輪系行星式升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
1-升降機(jī)軸；?2-升降機(jī)傳動(dòng)齒輪；?3-中心輪Za；?4-行星輪軸；?5-行星輪Zg；?6-內(nèi)齒圈Zb；?7-卷筒；8-提升抱閘；?9-制動(dòng)抱閘；?10-行星架?
⑵行星輪系傳動(dòng)型
XY-4型鉆機(jī)的升降機(jī)（圖1-5）屬于定軸輪系傳動(dòng)行星式升降機(jī)。升降機(jī)由卷筒、行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷裝置及抱閘組成。升降機(jī)軸19右端的花鍵部插入分動(dòng)箱的軸齒輪的花鍵中；升降機(jī)軸19的左端通過(guò)水套軸8、單列向心球軸承11、支架13等支承在支架上；軸左端頭是四方軸頭，作為人力傳動(dòng)升降機(jī)軸用；卷筒用兩盤313型軸承16、36支承在升降機(jī)軸19上。行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由中心齒輪24、游星齒輪32、內(nèi)齒圈20等組成。中心齒輪以花鍵連接裝在軸19的右側(cè)。行星齒輪用兩盤207型軸承30裝在行星輪軸29上，行星齒輪共三組，均布安裝在左右支架27上；行星輪軸的左右支架分別用一盤313型軸承36和兩盤111型軸承26支承在升降機(jī)軸上；右支架27外側(cè)用平鍵28與提升制動(dòng)盤34聯(lián)結(jié)，并用螺釘將端蓋23固緊在支架右側(cè)，防止提升制動(dòng)盤外串，兩個(gè)支架用3個(gè)均布的螺栓連接成一體。水冷裝置由水套軸8、引水環(huán)9、壓蓋10、水管3及制動(dòng)盤水套等組成。
圖1-5?XY-4型升降機(jī)
1-制動(dòng)抱閘；?2-水管接頭；?3-水管；?4-接頭式壓注油杯；?5-骨架橡膠油封；?6-檔板；?7-堵絲；?8-水套軸；?9-引水環(huán)；?10-壓蓋；?11-單列向心球軸承；?12-水管接頭；?13-支架；?14-內(nèi)螺紋圓柱鎖；?15-骨架式橡膠油封；?16-單列向心球軸承；?17-孔用彈性擋圈；?18-卷筒；?19-升降機(jī)軸；?20-內(nèi)齒圈；?21-密封蓋；?22-直通式壓注油杯；?23-端蓋；?24-中心齒輪；?25-氈封油圈；?26-單列向心球軸承；?27-游星輪支架；?28-平鍵；?29-游星輪軸；?30-單列向心球軸承；?31-孔用彈性擋圈；?32-游星齒輪；?33-騎縫螺絲；?34-提升制圈；?35-提升抱閘；?36-單列向心球軸承?
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