100米鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)【含5張CAD圖紙】

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移動(dòng)回轉(zhuǎn)器式--全液壓動(dòng)力頭式、機(jī)械動(dòng)力頭式鉆機(jī)。 振動(dòng)鉆機(jī)。 復(fù)合式鉆機(jī)：振動(dòng)、沖擊、回轉(zhuǎn)、靜壓等功能以不同組合方式復(fù)合在一起的鉆機(jī)。 二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 核心提示： 國(guó)外在1994年已生產(chǎn)出了全自動(dòng)化鉆機(jī)樣機(jī)?，F(xiàn)已研制出自動(dòng)化、智能化電動(dòng)鉆機(jī)，在鉆井實(shí)踐中取得了較好的使用效果。 (1)美國(guó)W-N Apache聯(lián)合公司自動(dòng)化鉆機(jī)：其研制的自動(dòng)化石油鉆機(jī)，采用動(dòng)力水龍頭鉆井方法，配備 國(guó)外在1994年已生產(chǎn)出了全自動(dòng)化鉆機(jī)樣機(jī)?，F(xiàn)已研制出自動(dòng)化、智能化電動(dòng)鉆機(jī)，在鉆井實(shí)踐中取得了較好的使用效果。 (1)美國(guó)W-N Apache聯(lián)合公司自動(dòng)化鉆機(jī)：其研制的自動(dòng)化石油鉆機(jī)，采用動(dòng)力水龍頭鉆井方法，配備了自動(dòng)移運(yùn)和排放立根系統(tǒng)；采用微機(jī)控制系統(tǒng)，以監(jiān)控鉆機(jī)操作各工序正常作業(yè)，鉆井深度為6096m。其特點(diǎn)是鉆機(jī)的總重量較輕，安裝拆卸時(shí)間減少50%；采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可在1min之內(nèi)完成接單根作業(yè)，節(jié)約鉆井實(shí)踐12%—15%；全鉆機(jī)只需要2人進(jìn)行操作。 (2)挪威自動(dòng)化鉆機(jī)：挪威Temco公司生產(chǎn)的全自動(dòng)化鉆機(jī)，采用液壓驅(qū)動(dòng)的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)，選用了一種輕型鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，可降低鉆井成本；采用機(jī)器人進(jìn)行操作，在鉆機(jī)中采用了許多新材料和智能技術(shù)，使鉆井作業(yè)全自動(dòng)化。 (3)小井眼自動(dòng)化石油鉆機(jī)：采用動(dòng)力水龍頭鉆井方式，液壓大鉗、自動(dòng)卡瓦、水平堆放鉆桿，由機(jī)械手進(jìn)行移運(yùn)與排放。談鉆機(jī)自動(dòng)化程度較高，接單報(bào)時(shí)間只需要6s。實(shí)際應(yīng)用中，電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)比機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。 我國(guó)電動(dòng)鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代中期。20世紀(jì)80年代末，在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的前提下，生產(chǎn)出我國(guó)第一臺(tái)直流驅(qū)動(dòng)的ZJ45D陸地電動(dòng)鉆機(jī)。20世紀(jì)90年代，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外核心電氣控制模擬單元，生產(chǎn)出深井直流電動(dòng)鉆機(jī)，如ZJ50D和ZJ70D。20世紀(jì)90年代后期，在引進(jìn)國(guó)外全數(shù)字控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始全數(shù)字鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究，如采用國(guó)外數(shù)字直流調(diào)速器，將模擬控制直流電動(dòng)鉆機(jī)升級(jí)為數(shù)字控制直流電動(dòng)鉆機(jī)。全數(shù)字電控系統(tǒng)是目前電控系統(tǒng)的主流，它是用微處理器實(shí)現(xiàn)軟件控翻，具有完善的故障自診斷、運(yùn)行、顯示和保護(hù)功能。全數(shù)字控制系統(tǒng)備環(huán)節(jié)的控制參數(shù)可實(shí)時(shí)調(diào)整，以滿足鉆井工藝的新要求和鉆井工況的實(shí)時(shí)變化。 近幾年將見(jiàn)劉變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于石油鉆采設(shè)備上，生產(chǎn)出全數(shù)字交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)。交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)采用了變流變頻調(diào)速技術(shù)，能夠適應(yīng)鉆井工藝的要求，簡(jiǎn)化了鉆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減輕了維護(hù)保養(yǎng)工作，提高了安全性、可靠性和移運(yùn)性，且絞車(chē)體積小、質(zhì)量輕、故障少、維護(hù)方便，調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；能夠以援低的速度恒扭矩輸出，實(shí)現(xiàn)數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)送鉆，對(duì)提高鉆井時(shí)效、優(yōu)化鉆井工藝、處理井下事故等十分有利，新型司鉆控制系統(tǒng)控制精確、操作簡(jiǎn)單，使司鉆擺脫了繁重的體力勞動(dòng)，并注重了操作技巧和鉆井參數(shù)的優(yōu)選。 國(guó)內(nèi)目前電動(dòng)鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)在控制技術(shù)上有模擬控制和數(shù)字控制兩種形式。驅(qū)動(dòng)方式上有直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)。電控裝置品種齊全，可滿足用戶的不同需求。在功能上增加了起、下鉆過(guò)程的位置閉環(huán)控制功能（即防止上碰下砸功能），外加盤(pán)式剎車(chē)的使用，由此既保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，又減輕了司鉆的操作緊張程度；同時(shí)還增加了自動(dòng)送鉆功能，達(dá)到了恒速恒壓鉆井，以適應(yīng)不同的巖層結(jié)構(gòu)，提高鉆井質(zhì)量。 三、研究的目的和意義 題目的選擇，是通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)上的調(diào)查了解，以及目前能源行業(yè)的火爆形式，大家都知道社會(huì)的發(fā)展離不了能源的供應(yīng)，針對(duì)在課前的調(diào)查中了解到目前在能源開(kāi)采的緊張，需要一些專(zhuān)門(mén)化的設(shè)備，來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。選擇100米液壓鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，主要是考慮到目前的 75 米，150 米，200 米以及當(dāng)前的 100 米鉆機(jī)存在著各種問(wèn)題，他們不能滿足現(xiàn)在實(shí)際要求，對(duì)新型100米鉆機(jī)的設(shè)計(jì)能解決目前存在的問(wèn)題，對(duì)他的成功設(shè)計(jì)，將有效改進(jìn)目前的鉆探工藝，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。 四、設(shè)計(jì)方案論述（研究/設(shè)計(jì)方法、理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等） 1、研究/設(shè)計(jì)方法 確定了設(shè)計(jì)題目，就得需要相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，有了明確的設(shè)計(jì)方法理念才能完成預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。有針對(duì)性的設(shè)計(jì)才能取得良好的效果，根據(jù)自己的調(diào)研情況，我設(shè)計(jì)采用的方法是改進(jìn)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)，主要理論知識(shí)來(lái)源于鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，鉆機(jī)的鉆進(jìn)工藝，及巖心巖石的理論研究知識(shí)。 2、 理論分析 液壓卡盤(pán)主要有蝶型彈簧、移動(dòng)套、活塞、主軸、三片卡瓦，油缸外殼組成?？ūP(pán)的動(dòng)作是油從上部進(jìn)入推動(dòng)活塞下移，活塞壓移動(dòng)套，移動(dòng)套壓蝶形彈簧，移動(dòng)套下移，三片卡瓦在主軸槽中呈自由狀態(tài)，被主軸內(nèi)的漲環(huán)外推，松開(kāi)鉆桿。當(dāng)去掉油壓時(shí)，在蝶型彈簧的彈力推動(dòng)下，移動(dòng)套上移。迫使卡瓦像中心移動(dòng)，在壓縮漲環(huán)的同時(shí)卡緊了鉆桿。 回轉(zhuǎn)器簡(jiǎn)圖如圖 3、計(jì)算 3.1圓弧圓錐齒輪的計(jì)算 3.2進(jìn)給油缸的計(jì)算 3.3圓錐滾子軸承的計(jì)算 3.4液壓泵的計(jì)算 4、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟 進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)研——熟悉100米液壓鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器部分的設(shè)計(jì)理論——完成100米液壓鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器組成并確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案——確定100米液壓鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器的性能參數(shù)分析并進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算——完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 五、設(shè)計(jì)的目標(biāo)及可行性分析 每一項(xiàng)設(shè)計(jì)都有一個(gè)預(yù)期計(jì)劃目的，本次設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)為，設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的鉆機(jī)應(yīng)較前期鉆機(jī)有突出的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)最終應(yīng)滿足鉆進(jìn)100米的各項(xiàng)功能要求，保證在施工中能滿足合理的工藝要求，以最優(yōu)規(guī)程，達(dá)到預(yù)計(jì)的質(zhì)量要求；維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單容易；安裝拆卸搬遷方便；利于快速鉆進(jìn)；鉆進(jìn)輔助時(shí)間短；鉆孔施工周期短；體力勞動(dòng)強(qiáng)度低等。概括起來(lái)說(shuō)，是鉆機(jī)要為多、快、好、省地完成鉆探生產(chǎn)任務(wù)創(chuàng)造有利條件。對(duì)環(huán)境無(wú)污染或少污染，得到綠色設(shè)計(jì)要求，能有效減輕勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，及提高操作者的安全保證，得到優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。并且能夠取得較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 六、 設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)程及參考文獻(xiàn) 1、設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)程 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2013.3.12~4.5 總體方案的確定：機(jī)型與傳動(dòng)形式的選擇等；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：確定傳動(dòng)系統(tǒng)圖，各傳動(dòng)件的參數(shù)的確定；回轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算：結(jié)構(gòu)方式的確定，錐齒輪強(qiáng)度的校核等；液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算：液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算；給進(jìn)油缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 2013.4.6~4.25 回轉(zhuǎn)器組裝圖的繪制 2013.4.26~5.16 本體零件圖的繪制 2013.5.17~5.21 其他零件圖的繪制 2013.5.22~5.29 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編寫(xiě) 2013.5.30~6.5 圖紙、說(shuō)明書(shū)的修改、輸出。 2.參考文獻(xiàn) [1]馮德強(qiáng).鉆機(jī)設(shè)計(jì).中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1993 [2]王秉晉.XU300-2型鉆機(jī)知識(shí).北京：地質(zhì)出版社,1978 [3]周濤.SWDA165一體化液壓潛孔鉆機(jī).工程機(jī)械與維修,2004:15-23 [4]林宏武.新型一體化液壓潛孔鉆機(jī).建筑機(jī)械,2004:32-40 [5]殷新.MKD-5S型全液壓坑道鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).重慶工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校,2001 [6]張忠海.旋挖鉆機(jī)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì).工程機(jī)械與維修,2004:33-45 [7]黃志文.NSR220型旋挖鉆機(jī).工程機(jī)械,2005 [8]張啟君.對(duì)旋挖鉆機(jī)開(kāi)發(fā)的探討.工程機(jī)械與維修,2004 指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的 預(yù)測(cè)）： 指導(dǎo)教師___________ 年 月 日 系意見(jiàn)： 主 任___________ 年 月 日 說(shuō)明：開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一， 此報(bào)告應(yīng)在導(dǎo)師指導(dǎo)下，由學(xué)生填寫(xiě)，經(jīng)導(dǎo)師簽署意見(jiàn)及系審查后生效。 摘要 針對(duì)傳統(tǒng)鉆探行業(yè)施工過(guò)程中設(shè)備搬遷困難、鉆孔效率低以及無(wú)法傾斜鉆探等問(wèn)題，研制、改進(jìn)新一代高效可傾式鉆探設(shè)備則顯得尤為必要。該礦用鉆機(jī)改型過(guò)程中所面對(duì)的若干問(wèn)題進(jìn)行了較為詳細(xì)研究，并對(duì)關(guān)鍵件加工過(guò)程出現(xiàn)的工藝文體進(jìn)行分析和調(diào)整。 通過(guò)調(diào)研了解到，對(duì)鉆孔深度100米左右的鉆機(jī)需求量比較大，而目前的100米鉆機(jī)，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。鑒于以上原因，我們決定開(kāi)發(fā)100米鉆機(jī)。經(jīng)幾次方案討論決定，鉆機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)耐用可靠、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；便于解體搬運(yùn)；體積小，重量輕；操作簡(jiǎn)單，維修方便；適用于Φ42、Φ50mm兩種鉆桿； 適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進(jìn)；鉆進(jìn)速度快，效率高；動(dòng)力為電機(jī)或柴油機(jī)。 關(guān)鍵詞:100米 變速箱 鉆機(jī) Abstract the equipment moves the difficulty in view of the traditional drilling profession construction process in, the drill hole efficiency lowers as well as is unable to incline questions and so on drilling, the development, improves new one generation highly effective to be possible to lean the type drilling equipment to appear especially essential. In this mineral product drilling machine modification process faces certain questions have conducted the comparatively dissect, and the craft literary style which appears to the key processing process carries on the analysis and the adjustment. Understood through the investigation and study, quite is big to the drill hole depth 100 meter about drilling machine demands, but the present 100 meters drilling machines, have the labor intensity in a big way, the compatible inferior shortcoming. In view of the fact that above reason, we decided develops 100 meters drilling machines. Decided after several plan discussions that, the drilling machine should have following characteristic: economy durable reliable, high quality at low price; is advantageous for the disintegration transporting; the volume is small, the weight is light; the operation is simple, the service is convenient; is suitable for φ42, φ50mm two kind of drill rods; is suitable in the alloy drill bit or the carbon bit sneaks in; sneaks in the speed to be quick, the efficiency is high; the power is the electrical machinery or the diesel engine. Kewords: drilling machines 100 meters gearbox 目 錄 摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅱ 緒論 1 第1章 總體設(shè)計(jì) 2 第2章 鉆機(jī)的主要技術(shù)特性 3 第3章 動(dòng)力確定 5 3.1 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖層,土層所需功率 5 3.2 進(jìn)給油缸所需功率計(jì)算 6 3.2.1 進(jìn)給油缸的基本參數(shù) 6 3.2.2 油缸工作壓力計(jì)算 6 3.2.3 油泵最大工作流量計(jì)算 7 3.2.4 進(jìn)給油缸功率 7 3.3 動(dòng)力機(jī)功率的確定 7 第4章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 4.1 要參數(shù)的選擇 10 4.1.1 回轉(zhuǎn)器 10 4.1.2 升降機(jī) 10 4.1.3 變速箱 10 4.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 10 第5章 回轉(zhuǎn)器 12 5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 12 5. 2 零部件的強(qiáng)度與壽命計(jì)算 12 5.2.1 齒面按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 13 5.2.2 彎曲疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力 13 第6章 變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15 6.1 變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 15 6.2 零件的強(qiáng)度計(jì)算 15 6.3 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 15 6.4 軸系零部件強(qiáng)度與壽命的校核計(jì)算 20 第7章 絞 車(chē) 24 7.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 24 7.2 主要參數(shù)的選擇 24 7.3 絞車(chē)所需功率 25 7.4 零部件的強(qiáng)度及壽命計(jì)算 25 第8章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 31 8.1 液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 31 8.2 進(jìn)給油缸的設(shè)計(jì) 33 第9章 鉆機(jī)的使用說(shuō)明書(shū) 35 總結(jié) 50 致謝 51 參考文獻(xiàn) 52 專(zhuān)題 軸的機(jī)械加工工藝過(guò)程 53 附錄1 59 附錄2 68 緒 論 國(guó)內(nèi)外的科技現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)：“六五”—“九五”期間，我國(guó)地質(zhì)調(diào)查工作中探礦工藝與設(shè)備獲得長(zhǎng)足發(fā)展，在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)了一大批新技術(shù)、新裝備，如：以繩索取心為主體的金剛石鉆探技術(shù)；液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)；受控定向鉆探技術(shù)（含對(duì)接井施工技術(shù)）；多工藝空氣鉆探技術(shù)（中心反循環(huán)連續(xù)取樣及空氣潛孔錘鉆探技術(shù)）；水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術(shù)；人造金剛石超硬復(fù)合材料及其鉆頭；低固相泥漿等鉆井液應(yīng)用及護(hù)壁堵漏技術(shù)；XY系列、CD系列、全液壓等新型巖心鉆機(jī)及配套裝備；水文水井鉆探設(shè)備；短淺坑道機(jī)械化作業(yè)線等等。在這一領(lǐng)域，我省煤田地質(zhì)局在煤田地質(zhì)鉆探方面，成功地采用了受控定向鉆探技術(shù)，并完善了SMQ-1型取芯器，發(fā)展成3SMQ-2型取芯器；此外，還研制改進(jìn)了煤層氣儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)罐。地礦、煤田系統(tǒng)多工藝空氣鉆探技術(shù)的采用更加完善和成熟。 國(guó)外：傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查工程技術(shù)與裝備已十分成熟。立軸式液壓鉆機(jī)仍然是主要機(jī)型，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)獲得廣泛應(yīng)用，美國(guó)金剛石巖心鉆機(jī)制造商協(xié)會(huì)制定的DCDMA標(biāo)準(zhǔn)仍然占據(jù)鉆探管材和鉆具市場(chǎng)的主流，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的TC82（礦業(yè)技術(shù)委員會(huì)）/SC6（金剛石鉆探設(shè)備分技術(shù)委員會(huì)）也制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，可能成為今后的發(fā)展方向。 通過(guò)調(diào)研了解到，對(duì)鉆孔深度100米左右的鉆機(jī)需求量比較大，而目前的100米鉆機(jī)，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。鑒于以上原因，我們決定開(kāi)發(fā)100米鉆機(jī)。經(jīng)幾次方案討論決定，鉆機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 1. 經(jīng)濟(jì)耐用可靠、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉； 2. 便于解體搬運(yùn)； 3. 體積小，重量輕； 4. 操作簡(jiǎn)單，維修方便； 5. 適用于Φ42、Φ50mm兩種鉆桿； 6. 適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進(jìn)； 7. 鉆進(jìn)速度快，效率高； 8. 動(dòng)力為電機(jī)或柴油機(jī)。 第1章 總體設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)調(diào)研和幾次方案論證，考慮到現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，從實(shí)用角度出發(fā)，確定方案如下： 1. 考慮到井下、井上和野外作業(yè)，動(dòng)力可選電機(jī)或柴油機(jī)。 2. 考慮到有軟巖石、硬巖石的鉆進(jìn)，除了正常的鉆進(jìn)速度外，增加高速340r/min。 3. 鉆機(jī)除配機(jī)動(dòng)絞車(chē)外，增加了液壓卡盤(pán)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高有效鉆進(jìn)速度。 4. 考慮到高轉(zhuǎn)速時(shí)，絞車(chē)速度不能太快，所以增加了互鎖裝置，安全可靠。 5. 由于本機(jī)動(dòng)力較大，動(dòng)力由V型帶傳動(dòng)到變速箱的傳動(dòng)軸上易使傳動(dòng)軸彎曲，所以增加了卸荷裝置。 6. 采用二級(jí)回歸式變速箱，減少變速箱體積，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，選用不同的鉆進(jìn)速度。 7. 設(shè)置壓帶輪，皮帶調(diào)整安全可靠。 8. 在滿足上述要求的同時(shí)，盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適于整體或解體搬運(yùn)。盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化, 通用化，系列化。 第2章 鉆機(jī)技術(shù)特性 1. 鉆進(jìn)深度 100m 2. 鉆孔直徑 1〕開(kāi)孔直徑 89ｍ 2〕終孔直徑 60ｍｍ 3. 鉆孔傾斜角度 0～360° 4. 立軸轉(zhuǎn)速 110、190、340ｒ/min 5. 立軸行程 400ｍｍ 6．最大液壓給進(jìn)壓力 4MPa 7．卡盤(pán)最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤(pán)） 6MPa 8．立軸內(nèi)孔直徑 52ｍｍ 9．油缸最大起拔力 28.5KN 10．油缸最大給進(jìn)力 20KN 11. 絞車(chē)提升速度 0.25、0.57、0.65m/s 12. 絞車(chē)轉(zhuǎn)速 28、50、78r/min 13．絞車(chē)提升負(fù)荷 ⑴．0.75m/s 3.35KN ⑵. 0.44m/s 6.00KN ⑶. 0.22m/s 12KN 14. 卷筒 ⑴ 直徑 140mm ⑵ 寬度 100m ⑶ 鋼絲繩直徑 8.8mm ⑷ 容繩長(zhǎng)度 32.8m 15．配備動(dòng)力 ⑴． 電動(dòng)機(jī) ① 型號(hào) YB160M－4 ② 電壓 380/660V ③ 功率 5.5KW ④ 轉(zhuǎn)速 1440r/min ⑵． 柴油機(jī) ① 型號(hào) S1100 ② 功率 5.5KW ③ 轉(zhuǎn)速 1500r/min 16．外型尺寸（L×h×b） 1370×685×1200mm 17．重量（不含柴油機(jī)） 750Kg 第3章 動(dòng)力機(jī)的確定 本機(jī)組的驅(qū)動(dòng)裝置采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@種動(dòng)力機(jī)重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便易實(shí)現(xiàn)防爆。 為了便于搬運(yùn)和機(jī)場(chǎng)的布置，鉆機(jī)和水泵各用一臺(tái)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，而回轉(zhuǎn)器與油泵共用一臺(tái)電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。 輸出功率為N。 N。＝1.2Nj 式中：Nj—鉆機(jī)所需功率 KW Nj＝（Nh＋Ny）/η 式中: Nh—回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)所需功率 KW η—效率 η=0.85 Ny—油泵所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 式中: N1—井底破碎巖石、土層所需功率 KW N2—鉆頭與孔底摩擦所需功率 KW N3—回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率 KW 3.1 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 1. N1= 3-1 式中: m—鉆頭切削刃數(shù) 取m=6 n—立軸轉(zhuǎn)速 r/min h—鉆進(jìn)速度 h=1.5cm/min. δ—巖石抗壓強(qiáng)度,其值見(jiàn)表3-1 A— 井底環(huán)狀面積，取鉆頭直徑D=7.3cm,內(nèi)孔直徑 d=5.8cm, A=π(D2–d2)/4=π(7.32–5.82)/4=15.43cm2 2. N2=δ×f×e×n(R+r)/1944800 3-2 式中: δ—孔底壓力或巖石抗壓強(qiáng)度. f—鉆具與巖石直接的摩擦系數(shù) f=0.3 e—側(cè)摩擦系數(shù) e=1.1 n—立軸轉(zhuǎn)速 R—鉆頭外圓半徑 R=3.65cm r—鉆頭內(nèi)孔半徑 r=2.91cm 將立軸不同轉(zhuǎn)速和不同空底壓力代入式3-2中,所得相應(yīng)數(shù)值見(jiàn)表3-2。 3. N3=7.8×10－11×L×d×n1。7 (當(dāng)n<200r/min時(shí)) 3-3-1 N3=0.92×10－11×d2×r×L×n1。33 (當(dāng)n>200r/min時(shí)) 3-3-2 式中：L—孔深 ， 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，取L＝150000mm 金剛石鉆進(jìn)時(shí)，取L＝75000mm d—鉆桿直徑 ，取d=42mm計(jì)算 n—立軸轉(zhuǎn)速， r—沖洗液比重。 r=1.15 將上述參數(shù)及立軸不同轉(zhuǎn)速代入上式，所得值列表3－2中。 3.2 給進(jìn)油缸所需功率的計(jì)算 3.2.1. 給進(jìn)油缸的基本參數(shù) 1）給進(jìn)油缸的數(shù)量 n＝2 2）油缸直徑 D＝55mm 3）活塞桿直徑 d＝30mm 4）活塞桿有效行程 L＝400mm 5）油缸面積 A1＝23.76cm2 6）活塞桿面積 A2＝7cm2 7）有效面積 A＝A1－A2＝16.76cm2 3.2.2．油缸工作壓力的計(jì)算 鉆機(jī)大水平孔時(shí)，油缸的最大推力為： W＝C＋Fm 式中：W—油缸最大推力 C—孔底最大壓力 C＝10000N Fm—鉆桿與孔壁間的摩擦力 Fm＝q×L×f 式中：q—鉆桿單位長(zhǎng)度重量 q＝45.6N/m L—鉆桿長(zhǎng)度 L＝1050m f—摩擦系數(shù) f＝0.35 Fm＝45.6×1050×0.35=1675.8N W=10000+1675.8=11675.8N 油泵的工作壓力P P=W/A=11675.8/16.76=696.6N/cm2 3.2.3.油泵最大工作流量計(jì)算 油缸回程時(shí)的最大容油量: V1=A1×L=23.76×40=950.4mL=0.9504L 油缸送進(jìn)時(shí)的最大容油量: V2=A×L=16.76×40=0.6704L 當(dāng)選用立軸的鉆進(jìn)速度V=0.06m/min=0.6dm/min時(shí),立軸送進(jìn)時(shí)每分鐘所需的油量為: Q=2AV=2×0.1676×0.6=0.2 令活塞回程時(shí)間為0.3min,則回程所需油量為: Q1=0,9504×2/0.3=6.336 3.2.4.給進(jìn)油缸功率Ny Ny=PQ/60×102=696.6×0.2/60×102=0.023 3.2.5.根據(jù)上面的計(jì)算, 選用YBC—10/80型齒輪油泵(排油量10L/min,壓力800N/cm2 )。油泵滿負(fù)荷時(shí)所需功率是: Ny=PQ/60×102×η1×η2 式中:P—額定壓力 P=800N/cm2 Q—額定流量 Q=10L/min η1—機(jī)械效率 η1=0.9 η2—容積效率 η2=0.71 Ny=800×10/60×102×0.9×0.71=2.04KW 3.3動(dòng)力機(jī)功率的確定 通過(guò)上述的計(jì)算說(shuō)明，立軸鉆進(jìn)時(shí)給進(jìn)所需功率很小，而且油泵滿負(fù)荷工作時(shí)一般是立軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，液壓卡盤(pán)松開(kāi)時(shí)，必須停止鉆進(jìn)。所以參考表3—2本機(jī)選用5.5KW電機(jī)或柴油機(jī)，基本能滿足表3—2中粗線以上各種工作狀態(tài)。 表3—1 巖 石 名 稱(chēng) 抗 壓 強(qiáng) 度 δ（N/cm2 ） 粘土、頁(yè)巖、片狀砂巖 4000 石灰?guī)r、砂巖 8000 大理石、石灰?guī)r 10000 堅(jiān)硬的石灰?guī)r、頁(yè)巖 12000 黃鐵況、磁鐵礦 14000 煤 2000 N (kw) r/min N/cm2 110 190 340 N1 2000 0.0693 0.0794 0.0918 4000 0.1386 0.1589 0.1837 8000 0.2771 0.3177 0.3675 10000 0.3464 0.3971 0.4593 12000 0.4157 0.4765 0.5512 N2 2000 0.2443 0.4230 0.7569 4000 0.4898 0.8460 1.5138 8000 0.9795 1.6919 3.0277 10000 1.2244 2.1149 37846 12000 1.4693 2.5379 4.5346 N3 r/min N/cm2 1.0160 2.5728 2.2804 Nh 2000 1.3296 3.0752 3.1292 4000 1.6444 3.5769 3.9779 8000 2.2726 4.5824 5.6756 10000 2.5868 5.0848 6.5243 12000 2.9010 5.5879 7.3662 Ny r/min N/cm2 0.023 0.023 0.023 Nj=Nh/η 3.4129 3.6179 3.6814 N0=1.2Nj 4.0920 4.3415 4.4177 第4章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 主要參數(shù)的選擇 4.1.1 回轉(zhuǎn)器 立軸的轉(zhuǎn)速，主要取決于地質(zhì)條件、鉆頭直徑及鉆進(jìn)方式，當(dāng)使用直徑為75mm鉆頭時(shí)，采用硬質(zhì)合金和鉆粒，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，立軸轉(zhuǎn)速取n＝90～400r/min比較適宜；采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，立軸轉(zhuǎn)速取n＝400～1000r/min比較適宜。本機(jī)選用110～340r/min，即適合合金鉆頭鉆進(jìn)，由適合金剛石鉆頭鉆進(jìn)。 4.1.2 升降機(jī) 為了減輕鉆機(jī)重量，不使動(dòng)力機(jī)過(guò)大，絞車(chē)的纏繩速度不宜過(guò)高，基本上采用低速，本機(jī)升降機(jī)速度為0.22~0.66m/s。 4.1.3 變速箱 參考國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有小型鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速系列，本機(jī)采用了不規(guī)則排列的中間轉(zhuǎn)速系列。 （1） 立軸有三種轉(zhuǎn)速，110、190、340r/min轉(zhuǎn)速適合合金鉆 頭鉆進(jìn)。 （2） 卷筒纏繩速度為三種，見(jiàn)表4—1 表4－1 Ⅰ檔 Ⅱ檔 Ⅲ檔 立軸轉(zhuǎn)速 r/min 110 190 340 纏繩速度 m/s 0.22 0.37 0.66 4.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)路線見(jiàn)圖4－1 傳動(dòng)計(jì)算如下： 1.立軸的轉(zhuǎn)速: nⅠ=n×D1/D2×Z1/Z2×Z3/Z4×Z10/Z11 式中: nⅠ—立軸的第一檔轉(zhuǎn)速 r/min n—電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1440r/min D1—主動(dòng)皮帶輪直徑 D1=125mm D2—大皮帶輪直徑 D2=285mm Z1—Z11傳動(dòng)鏈中各齒輪的齒數(shù),Z1=31,Z2=54,Z3=31,Z4=54 Z10=21,Z11=39 nⅠ=1440×125/285×31/54×31/54×21/39=112.1≈110r/min nⅡ=n×D1/D2×Z1/Z2×Z5/Z6×Z10/Z11 式中:Z5=42,Z6=43 nⅡ=1440×125/285×31/54×42/43×21/39=190.69≈190r/min nⅢ=n×D1/D2×Z1/Z4內(nèi)×Z10/ Z11 式中: Z4內(nèi)=31 nⅢ=1460×160/365×31/31×21/39=340.08≈340r/min 考慮到皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸承等的效率，所以各檔轉(zhuǎn)速確定為110、190、340r/min。 2. 絞車(chē)的纏繩速度 V1=πD(n×D1/D2×Z1/Z2×Z3/Z4×Z9/Z12/Z13/Z14)/60000 m/s 式中:D=D0+d=140+8.8=148.8mm 式中:D0=140mm為卷筒直徑,d=8.8mm為鋼絲繩直徑。 V1=π×148.8(1460×160/365×25/31×18/38×33/83×18/18×18/54)/60000 =0.22m/s V2=0.44m/s V3=0.75m/s (計(jì)算從略) 考慮到皮帶、軸承、齒輪等的效率，確定絞車(chē)提升速度分別為： U1＝0.22m/s U2=0.44m/s U3=0.75m/s。 第5章 回轉(zhuǎn)器 5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)如圖5－1所示，是由本體、立軸、立軸導(dǎo)管、弧齒錐齒輪等組成。立軸上端裝有常閉式液壓卡盤(pán)。其特點(diǎn)是： 1、回轉(zhuǎn)器尺寸小、緊湊。 2、回轉(zhuǎn)器適用于各種角度的孔的鉆進(jìn)。 3、離開(kāi)孔口采用開(kāi)箱式，簡(jiǎn)單可靠，減輕鉆機(jī)重量。 4、立軸行程比過(guò)去小型鉆機(jī)大，為500mm，縮短鉆進(jìn)輔助時(shí)間。 5.2 零部件的強(qiáng)度與壽命計(jì)算 弧齒錐齒輪副的強(qiáng)度校核: Z10與Z11的主要參數(shù)見(jiàn)表5－1。齒面硬度Z10為HRC52、Z11為HRC57，錐距R＝77.515m,節(jié)錐角δ10=28018’ 22”,δ11=61041’28” 表5-1 齒 號(hào) 齒 數(shù) 模數(shù) 變位 系數(shù) 齒寬 材料 齒頂系數(shù) 壓力角 螺旋角 旋向 精度 Z10 21 3.5 0 22 20CrMnTi 0.85 200 350 右 8DC Z11 39 3.5 0 22 20CrMnTi 0.85 200 350 左 8DC 齒輪在各種轉(zhuǎn)速下傳遞的功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩見(jiàn)表5－2 表5－2 功率 KW 轉(zhuǎn)速 r/min 轉(zhuǎn)矩 n·m 5.17 632 80 5.07 208 233 5.07 354 137 5.2.1 齒面按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （1）接觸應(yīng)力бH＝Z·E· 1.5ftmaxKAKVKHβZR· 3 Ft1 N/mm2 b·d1·I Ftmax ZE—彈性系數(shù) ZE＝189.8 N/mm2 Ft1=Ftmax—小輪運(yùn)轉(zhuǎn)中最小切向力 Ftmax=2758N KA—使用系數(shù) KA=1.25 Kv—?jiǎng)虞d系數(shù) KV1=KV2=1 KHβ—齒間載荷分布系數(shù) KHβ=1.2 Zx—尺寸系數(shù) Zx=1.0 ZR—表面狀況系數(shù) ZR=1 b—有效齒寬 b=22mm d1—小輪大端分圓直徑 d1=94.5mm I—幾何系數(shù) I=0.1 將以上各值代入上式,得бH=1197N/mm2 (2)接觸疲勞極限應(yīng)力 б’HIin=бHIin·ZN·ZW/ZQ N/mm2 бHIin—接觸疲勞極限應(yīng)力 бHIin＝1352 Zw—gz工作硬化系數(shù) Zw＝1 ZN—壽命系數(shù) ZN＝1 ZQ—溫度系數(shù) ZQ=1 б’HIin=1352×1×1=1352 (3)安全系數(shù): SH=б’HIin/бH=1352/1197=1.12>SHIin=1 所以安全。 5.2.2 彎曲疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力 （1） 計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 бF＝Ft·KA·KU·KFβ·YX/b·ms·J N/mm2 Ft—作用于大端分度圓上的切向力 Ft=2758N KA—使用系數(shù) KA =1.25 Kv—?jiǎng)虞d系數(shù) Kv=1 KFβ—載荷分布系數(shù) KFβ＝1.15 Yx—尺寸系數(shù) Yx＝1 ms—大端端面模數(shù) ms=4.5 J—幾何系數(shù) J＝0.18 бF＝141N/mm2 （2） 齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力 б’FIim＝бFIim· YN/YQ N/mm2 YQ—溫度系數(shù) YQ＝1 YN—壽命系數(shù) YN＝1 бFIim—齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力 б’FIim＝206.82N/mm2 （3） 安全系數(shù) SF＝б’FIim/бF＝206.82/141=1.46>SFmin=1 所以安全。 第6章 變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6.1 變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 變速箱的結(jié)構(gòu)如圖6－1所示，它是由變速部分、分動(dòng)部分及操縱部分和殼體等組成。也是變速部分和分動(dòng)部分合為一體的傳動(dòng)箱。其特點(diǎn)是： 1、采用了回歸式的傳動(dòng)形式，箱體呈扁平狀，有利于降低鉆機(jī)的高度，齒輪Z4即是移動(dòng)齒輪由是結(jié)合子，因此結(jié)構(gòu)緊湊。 2、變速、分動(dòng)相結(jié)合，減少了零件數(shù)目，有效利用變速箱內(nèi)的空間。 3、操縱結(jié)構(gòu)采用了齒輪齒條撥叉機(jī)構(gòu)，操縱靈活可靠，每個(gè)移動(dòng)齒輪單獨(dú)控制，并有互鎖裝置，這種互鎖裝置安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 4、增加了卸荷裝置，減少了軸齒輪的受力狀況。 6.2 零件的強(qiáng)度計(jì)算 1、在校核零件的強(qiáng)度時(shí)，假設(shè)電機(jī)的功率全部輸入變速箱，然后再輸入絞車(chē)和回轉(zhuǎn)器。 2、變速箱在不更換齒輪的情況下，可連續(xù)工作10000小時(shí)，純機(jī)動(dòng)時(shí)間每班16小時(shí)，可連續(xù)工作20個(gè)月。 每個(gè)速度的工作時(shí)間分配情況如下： 第一速（110r/min） 為40％即4000小時(shí)； 第二速（190r/min） 為40％即4000小時(shí)； 第三速（340r/min） 為20％即2000小時(shí)； 3、本機(jī)零部件的強(qiáng)度和壽命計(jì)算方法和數(shù)據(jù)是按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（冶金工業(yè)出版社）計(jì)算的。 6.3齒輪強(qiáng)度計(jì)算 1、變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)及材料見(jiàn)表6－1 表6－1 齒數(shù) 模數(shù) 齒寬 變位系數(shù)Xn 材料 硬度RC 應(yīng)力角 備注 Z1 31 2 35 1.0 40Cr 40-45 200 Z2 54 2 22 0.1 40Cr 40-45 200 Z3 31 2 26 1.0 40Cr 40-45 200 Z4 54 2 26 0.1 40Cr 40-50 200 Z5 42 2 24 0.1 40Cr 40-45 200 Z6 43 2 24 1.0 40Cr 40-45 200 Z7 35 3 25 0 40Cr 40-45 200 Z8 26 3 26 0 40Cr 45-50 200 Z9 33 4 22 0 40Cr 45-50 200 Z12 17 3 26 0 45 40-45 200 Z13 18 3 35 0.15 20CrMnTi 57-62 200 Z14 18 3 20 0.1 20CrMnTi 57-62 200 Z15 54 3 28 0.35 40Cr 200 2、Z3、Z4齒輪副的強(qiáng)度校核 1) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 （A） 計(jì)算齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力 式中——被校核齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力 ——實(shí)驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力，由圖F8——13查得： （Mpa） ——彎曲壽命系數(shù)，因兩齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： =*0.4*60*365=0.87*次 =*0.4*60*210=0.5*次 由圖F8——14知==1 ——尺寸系數(shù)==1（圖F8——15） ——有效應(yīng)力集中系數(shù)，有圖F8——16查知=1.03，=0.97 所以 =**/=400*1*1/1.03=370（Mpa） =**/=400*1*1/0.97=412（Mpa） （B） 比較彎曲強(qiáng)度 圖F8——6查得齒形系數(shù)=1.94，=2.26 則有 /=370/1.94=191>/=412/2.26=182 因此齒輪彎曲強(qiáng)度弱。 （C） 計(jì)算彎曲工作應(yīng)力 =/bm() （Mpa） 式中 ——計(jì)算圓周力，而= 其中 ——工作圓周力=2000/=2000*132.5/62=4273（N） ——工作狀況系數(shù)，由表F8——7查知=1.25 ——?jiǎng)虞d系數(shù)，因?yàn)閂/100=1.18*31/100=0.37，由F8——4知=1 ——載荷分配系數(shù)，=1/，當(dāng)=1.6時(shí)，=0.7，所以=1/0.7=1.43 ——載荷分布系數(shù)，因=b/=26/62=0.45,故由表F8——5查知=1.05 則 =4273*1*1*1.43*1.05=6417.5（N） ——載荷作用位置數(shù) =0.7 ——螺旋角系數(shù) =1 b ——齒寬 b=26 (毫米) m——模數(shù) m=2 (毫米) =/bm()=6417.5/26*2(2.26*0.7*1=195（Mpa） (d)計(jì)算齒輪的彎曲疲勞安全系數(shù) =/=412/195=2.11可靠 2）齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 （A）計(jì)算齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力 =** 式中 ——實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力，由F8——17查知 ==1100（Mpa） ——壽命系數(shù)，由圖F8——18查知=1.19， =1.22 ——硬化系數(shù)， 取=1 所以 =1100*1.19*1.03=1348（Mpa） =1100*1.22*1.03=1424 （Mpa） （B）計(jì)算接觸工作應(yīng)力 =（Mpa） 式中 ——材料系數(shù)，由F8——9查知=189.8 ——節(jié)點(diǎn)系數(shù)，=2.27 由圖F8——10 ——重合度系數(shù) =0.9由圖F8——9 U——齒數(shù)比 U==54/31=1.74 則 =189.8*2.27*0.9=889（Mpa） （C） 算安全系數(shù) =/=1384/889=1.516 安全可靠 3）短期過(guò)載強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 取最大短期尖峰載荷是額定工作載荷的1.5倍 短期過(guò)載彎曲極限應(yīng)力，根據(jù)表F8——12知 =18*=18*45=810（Mpa） 最大的彎曲工作應(yīng)力為 =*1.5/=195*1.5/1.25=234（Mpa） 短期過(guò)載彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) =/=810/234=3.5（安全） 短期過(guò)載接觸極限應(yīng)力，根據(jù)表F8——12知 =41，3*45=1859 （Mpa） 而最大接觸應(yīng)力為 =889*=974（Mpa） 短期過(guò)載接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)為 =1.9（安全） 3、其他齒輪對(duì)的強(qiáng)度校核 按上面的方法和步驟，對(duì)變速箱中的其他齒輪對(duì)可進(jìn)行類(lèi)似的計(jì)算，略。 6.4 軸系零件與部件的強(qiáng)度與壽命的校核計(jì)算 在變速箱中共有三根軸，其中Ⅲ軸負(fù)荷最大，而且相對(duì)尺寸直徑小、長(zhǎng)度長(zhǎng)。下面僅以該軸的強(qiáng)度壽命進(jìn)行驗(yàn)算。 Ⅲ軸共有七種工作狀態(tài)，向回轉(zhuǎn)器傳遞四種狀態(tài)的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)絞車(chē)三種狀態(tài)。相比而言回轉(zhuǎn)器的130r/min的轉(zhuǎn)速時(shí)該軸扭矩最大，受力最大。 1、Ⅲ軸的驅(qū)動(dòng)校核 已知下列條件：材料40Cr，調(diào)質(zhì)T＝220-250，各齒輪分度圓直徑為：d4＝108、d6＝84、d8＝105. 該軸的四個(gè)轉(zhuǎn)速及傳遞的扭矩見(jiàn)表6-2 表6-2 轉(zhuǎn)速（r/min） 扭矩（N·m） 備 注 Ⅰ檔 210 221．7 Ⅱ檔 356 118．4 III檔 636 79．28 （A） 在各種轉(zhuǎn)速下齒輪受力支反力計(jì)算結(jié)果列表6－3中 （B） 軸的疲勞強(qiáng)度校核： 從表6－2中得知，校核軸的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)取低轉(zhuǎn)速的受力狀態(tài)。表6－3 RCY RBY Ft6 Ft4 RAY C B Ft6 FR4 A RCX RBX RAX 125 94.5 115 60.5 270 395 續(xù)表6－3 Ⅰ檔 Ⅱ檔 Ⅲ檔 Ⅳ檔 Ft4 5362 Fr4 1952 Ft6 4 2594 Fr6 944 Ft1 3113 2450 Fr1 1133 892 Ft8 2450 Fr8 292 RAX 194 －174 RBX －883 1092 RCX －603 75 RAY 3680 724 RBY 720 1502 RCY 492 1027 RR 3684 745 RB 1139 1506 RC 778 1030 軸的扭矩圖如圖6－3所示，現(xiàn)計(jì)算Ⅰ－Ⅰ，Ⅱ－Ⅱ截面的安全系數(shù)。 截面Ⅰ-Ⅰ的彎矩： 水平彎矩：MxzⅠ=Fr4×100×10-3+RBX×170×10-3＝199N·m 垂直彎矩Ⅰ-Ⅰ：MYZⅠ=Ft4×100×10-3+RBY×9×10-3＝542N·m 合成彎矩：MⅠ＝ MxzⅠ2 + MYZⅠ2 ＝575N·m 截面Ⅱ-Ⅱ的彎矩： 水平彎矩：MxzⅡ＝RAX×605×10-3+194×60.5×10-3=11N·m 垂直彎矩：MYZⅡ＝RAY×60.5×10-3=223.6N·m 合成彎矩：MⅡ＝ MxzⅡ +MYZⅡ =223N·m 12 量截面扭矩T＝356.6N·m 下面是按當(dāng)量彎矩計(jì)算Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ兩截面的安全系數(shù)。 水平受力圖： C B Ⅰ Ⅱ Frx A 180 47 Ⅰ Ⅱ 水平彎矩圖： 11 199 Fty 垂直受力圖： C B Ⅰ Ⅱ 垂直彎矩圖： 80 145 223 542 合成彎矩圖： 60 231 223 575 扭矩圖： 356 圖6－3 表6－4 名 稱(chēng) Ⅰ-Ⅰ截面 Ⅱ-Ⅱ截面 說(shuō) 明 扭 矩 T（N·m） 356 356 彎 矩 M（N·m） 575 223 當(dāng)量力矩 Ml 652 380 軸 經(jīng) d（mm） 36、42 36、42 工作應(yīng)力 бm(Mpa) 131 76.92 w=4.94×10-6 疲勞極限 б-1(Mpa) 350 350 尺寸系數(shù) ε 0.77 0.77 表面質(zhì)量 β 0.85 0.85 有效應(yīng)力 集中系數(shù) Kβ 1.57 1.57 安全系數(shù) S 2.29 3.91 許用安全系數(shù) 2.29 2.29 安 全 通過(guò)上述驗(yàn)算Ⅲ軸通過(guò),其它軸系從略。 第7章 絞車(chē) 7.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本鉆機(jī)考慮到井上、井下鉆探作業(yè)，故設(shè)置了絞車(chē)，如圖7－1。在井下矮巷道內(nèi)鉆孔時(shí)，絞車(chē)難以發(fā)揮作用，這時(shí)可將絞車(chē)拆除。設(shè)置絞車(chē)也給機(jī)器在井下短距離搬運(yùn)提供自牽的方便。 在結(jié)構(gòu)上選擇常用的固定輪系的NGW型行星式傳動(dòng)絞車(chē)，其特點(diǎn)是： 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，傳動(dòng)裝置兼起離合作用，并有過(guò)載保護(hù)作用。 2、在一定范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和微動(dòng)升降。 3、傳動(dòng)功率大，效率高。 4、傳動(dòng)平穩(wěn)，操縱靈活。 7.2 主要參數(shù)的選擇 1、確定鋼絲繩直徑d 根據(jù)GB1102－74標(biāo)準(zhǔn)，選定鋼絲繩直徑如下： 外 徑：d=8.8mm 總斷面積：A=27.88mm2 總破斷力：∑S=47300N 抗拉強(qiáng)度：б=1700Mpa 繩 型：繩6×37（纖維芯） 2、鋼絲繩的強(qiáng)度校核 絞車(chē)最大提升負(fù)荷：Q=12000N 最小安全系數(shù)：[S]=4~5 在正常情況下，最大起重時(shí)的安全系數(shù)為： S=∑S/Q=47300/12000=3.49≈[S] 在急剎車(chē)時(shí)，取Qˊ＝2.5Q，則安全系數(shù)Sˊ＝∑S/Qˊ＝1.6 3、卷筒參數(shù)確定如下： 卷筒內(nèi)徑：D＝140mm 卷筒外徑：Dˊ＝230mm 卷筒有效長(zhǎng)度：L0＝100mm 容繩長(zhǎng)度：L＝n·D∑ 式中：n—鋼絲繩圈數(shù) n＝11 D∑—每層纏繩長(zhǎng)度之和，共五層， D∑＝π[5（D+d）+20d]＝32m。 4、絞車(chē)參數(shù) 提升速度 卷筒轉(zhuǎn)速 提升力 V1=0.22m/s n1=28r/min 12000N V2=0.44m/s n2=50r/min 6000N V3=0.75m/s n3=78r/min 3350N 7.3 絞車(chē)所需功率 1. 卷筒所受扭矩： MT＝0.5(D+d)Q=0.5(0.14+0.0088)12000 =893N·m 2.絞車(chē)軸所受扭矩: MZ=MT/2=298N·m 3.絞車(chē)軸所需功率: P=MZ·n1·I/9550=2.6KW 7.4 零部件的強(qiáng)度及壽命計(jì)算 （一）齒輪強(qiáng)度校核 對(duì)NGW型行星齒輪傳動(dòng)，只校核外嚙合。即Z13與Z14。 Z13＝18、 m＝3、 X13=0.15、 材料為20CrMnTi、 HRC=57~62 Z14＝18、 m＝3、 X14=0.15、 材料為20CrMnTi、 HRC=57~62 бHIim=1500N/mm2 бFIim=450 N/mm2 傳遞扭矩：Mz＝298N·m 轉(zhuǎn) 速：nz=n1·i＝84r/min 按接觸強(qiáng)度校核： 1. 分度圓圓周力 Ft=1000MZ/CS·R1=5518.5N 2. 工況系數(shù) KA=1.25 3. 動(dòng)載系數(shù) KV=1 4. 齒間載荷分配系數(shù) KHα=1.05 5. 齒向載荷分配系數(shù) KHβ=1 6. 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.35 7. 彈性系數(shù) ZE=189.8 N/mm2 8. 重合度系數(shù) Zε=0.97 9. 螺旋角系數(shù) Zβ=1 10. 計(jì)算接觸應(yīng)力 бH＝ Ft·i+1·KA·KV·KHβ·KHα ·ZH·ZE·Zε·Zβ db i 11.壽命系數(shù) ZN1=1.02 ZN2=1.11 12.最小安全系數(shù) SHmin=1 SFmin＝1.4 13.潤(rùn)滑劑系數(shù) ZL=1 14.速度系數(shù) ZV=0.9 15.粗糙度系數(shù) ZR=0.9 16.齒面工作硬化系數(shù) ZW=1 17.尺寸系數(shù) ZX=1 18.許用接觸應(yīng)力 бHP1＝·ZL1·ZV1·ZR1·ZW1·ZX1 ＝1239N/mm2 бHP2=1308.7N/mm2 19.接觸強(qiáng)度判斷 因?yàn)? бH＝978N/mm2<бHP1＝1239N/mm2,所以接觸強(qiáng)度校核通過(guò)。 按彎曲疲勞強(qiáng)度校核 1. 齒向載荷分布系數(shù) KFβ=1 2. 應(yīng)力修正系數(shù) YSα1=1.62 YSα2=1.58 3. 重合度系數(shù) Yε=0.9 4. 螺旋