畢業(yè)設計（論文）-100米鉆機變速箱設計（含全套CAD圖紙）

全套全套 CAD 圖紙，聯(lián)系圖紙，聯(lián)系 153893706 緒論 國內(nèi)外的科技現(xiàn)狀國內(nèi)：“六五”“九五”期間，我國地質(zhì)調(diào)查工作中探 礦工藝與設備獲得長足發(fā)展，在引進、消化、吸收的基礎上，研究開發(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)；液動沖擊 回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)；受控定向鉆探技術(shù)（含對接井施工技術(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)；人造金剛石超硬復合材料及其鉆頭；低固相泥漿等鉆井液應用及護壁 堵漏技術(shù)；XY 系列、CD 系列、全液壓等新型巖心鉆機及配套裝備；水文水 井鉆探設備；短淺坑道機械化作業(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，還研制改進了煤層氣儲存監(jiān)測罐。 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。立軸式液壓鉆機仍然是主要機型，全 液壓動力頭鉆機獲得廣泛應用，美國金剛石巖心鉆機制造商協(xié)會制定的 DCDMA 標準仍然占據(jù)鉆探管材和鉆具市場的主流，國際標準化組織 （ISO）的 TC82（礦業(yè)技術(shù)委員會）/SC6（金剛石鉆探設備分技術(shù)委員會） 也制定了一些標準，可能成為今后的發(fā)展方向。 通過調(diào)研了解到，對鉆孔深度 100 米左右的鉆機需求量比較大，而目前 的 100 米鉆機，存在著勞動強度大、適應性差等缺點。鑒于以上原因，我們 決定開發(fā) 100 米鉆機。經(jīng)幾次方案討論決定，鉆機應具有以下特點： 1. 經(jīng)濟耐用可靠、質(zhì)優(yōu)價廉； 2. 便于解體搬運； 3. 體積小，重量輕； 4. 操作簡單，維修方便； 5. 適用于 42、50mm 兩種鉆桿； 6. 適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進； 7. 鉆進速度快，效率高； 8. 動力為電機或柴油機。 第 1 章 總體設計 經(jīng)過調(diào)研和幾次方案論證，考慮到現(xiàn)場特點，從實用角度出發(fā)，確定方 案如下： 1. 考慮到井下、井上和野外作業(yè)，動力可選電機或柴油機。 2. 考慮到有軟巖石、硬巖石的鉆進，除了正常的鉆進速度外，增加高速 340r/min。 3. 鉆機除配機動絞車外，增加了液壓卡盤減輕勞動強度，節(jié)約時間，提 高有效鉆進速度。 4. 考慮到高轉(zhuǎn)速時，絞車速度不能太快，所以增加了互鎖裝置，安全可 靠。 5. 由于本機動力較大，動力由 V 型帶傳動到變速箱的傳動軸上易使傳 動軸彎曲，所以增加了卸荷裝置。 6. 采用二級回歸式變速箱，減少變速箱體積，根據(jù)不同的地質(zhì)條件， 選用不同的鉆進速度。 7. 設置壓帶輪，皮帶調(diào)整安全可靠。 8. 在滿足上述要求的同時，盡量結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適于整體或解體 搬運。盡量做到標準化, 通用化，系列化。 第 2 章 鉆機技術(shù)特性 1. 鉆進深度 100m 2. 鉆孔直徑 1開孔直徑 89 2終孔直徑 60 3. 鉆孔傾斜角度 0360 4. 立軸轉(zhuǎn)速 110、190、340/min 5. 立軸行程 400 6最大液壓給進壓力 4MPa 7卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6MPa 8立軸內(nèi)孔直徑 52 9油缸最大起拔力 28.5KN 10油缸最大給進力 20KN 11. 絞車提升速度 0.25、0.57、0.65m/s 12. 絞車轉(zhuǎn)速 28、50、78r/min 13絞車提升負荷 0.75m/s 3.35KN . 0.44m/s 6.00KN . 0.22m/s 12KN 14. 卷筒 直徑 140mm 寬度 100m 鋼絲繩直徑 8.8mm 容繩長度 32.8m 15配備動力 1電動機 型號 YB160M4 電壓 380/660V 功率 5.5KW 轉(zhuǎn)速 1440r/min 2柴油機 型號 S1100 功率 5.5KW 轉(zhuǎn)速 1500r/min 16外型尺寸（Lhb） 13706851200mm 17重量（不含柴油機） 750Kg 第 3 章 動力機的確定 本機組的驅(qū)動裝置采用交流感應電動機，因為這種動力機重量輕、結(jié)構(gòu) 簡單、使用維護方便易實現(xiàn)防爆。 為了便于搬運和機場的布置，鉆機和水泵各用一臺電機單獨驅(qū)動，而回 轉(zhuǎn)器與油泵共用一臺電機聯(lián)合驅(qū)動。 輸出功率為 N。 N。1.2Nj 式中：Nj鉆機所需功率 KW Nj（NhNy）/ 式中: Nh回轉(zhuǎn)鉆進所需功率 KW 效率 =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)鉆進及破碎巖石、土層所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 1. N1= 3-1 3060000 A 43 mnh 式中: m鉆頭切削刃數(shù) 取 m=6 n立軸轉(zhuǎn)速 r/min h鉆進速度 h=1.5cm/min. 巖石抗壓強度,其值見表 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=(D2d2)/4=(7.325.82)/4=15.43cm2 2. N2=fen(R+r)/1944800 3-2 式中: 孔底壓力或巖石抗壓強度. 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,所得相應數(shù)值見表 3- 2。 3. N3=7.81011Ldn1。7 (當 n200r/min 時) 3- 3-2 式中：L孔深 ， 硬質(zhì)合金鉆進時，取 L150000mm 金剛石鉆進時，取 L75000mm d鉆桿直徑 ，取 d=42mm 計算 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 32 中。 3.2 給進油缸所需功率的計算 3.2.1. 給進油缸的基本參數(shù) 1）給進油缸的數(shù)量 n2 2）油缸直徑 D55mm 3）活塞桿直徑 d30mm 4）活塞桿有效行程 L400mm 5）油缸面積 A123.76cm2 6）活塞桿面積 A27cm2 7）有效面積 AA1A216.76cm2 3.2.2油缸工作壓力的計算 鉆機大水平孔時，油缸的最大推力為： WCFm 式中：W油缸最大推力 C孔底最大壓力 C10000N Fm鉆桿與孔壁間的摩擦力 FmqLf 式中：q鉆桿單位長度重量 q45.6N/m L鉆桿長度 L1050m f摩擦系數(shù) f0.35 Fm45.610500.35=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算 油缸回程時的最大容油量: V1=A1L=23.7640=950.4mL=0.9504L 油缸送進時的最大容油量: V2=AL=16.7640=0.6704L 當選用立軸的鉆進速度 V=0.06m/min=0.6dm/min 時,立軸送進時每分鐘 所需的油量為: Q=2AV=20.16760.6=0.2 令活塞回程時間為 0.3min,則回程所需油量為: Q1=0,95042/0.3=6.336 3.2.4.給進油缸功率 Ny Ny=PQ/60102=696.60.2/60102=0.023 3.2.5.根據(jù)上面的計算, 選用 YBC10/80 型齒輪油泵(排油量 10L/min,壓力 800N/cm2 )。 油泵滿負荷時所需功率是: Ny=PQ/6010212 式中:P額定壓力 P=800N/cm2 Q額定流量 Q=10L/min 1機械效率 1=0.9 2容積效率 2=0.71 Ny=80010/601020.90.71=2.04KW 3.3 動力機功率的確定 通過上述的計算說明，立軸鉆進時給進所需功率很小，而且油泵滿負荷 工作時一般是立軸停止轉(zhuǎn)動狀態(tài)，液壓卡盤松開時，必須停止鉆進。所以參 考表 32 本機選用 5.5KW 電機或柴油機，基本能滿足表 32 中粗線以上各 種工作狀態(tài)。 表 31 巖 石 名 稱 抗 壓 強 度 （N/cm2 ） 粘土、頁巖、片狀砂巖 4000 石灰?guī)r、砂巖 8000 大理石、石灰?guī)r 10000 堅硬的石灰?guī)r、頁巖 12000 黃鐵況、磁鐵礦 14000 煤 2000 N (kw) r/min N/cm2 110 190340 20000.06930.07940.0918 40000.13860.15890.1837 80000.27710.31770.3675 100000.34640.39710.4593 N1 120000.4157 0.4765 0.5512 20000.24430.42300.7569 40000.48980.84601.5138 80000.97951.69193.0277 100001.22442.114937846 N2 12000 1.4693 2.5379 4.5346 N3 r/min N/cm2 1.01602.57282.2804 20001.32963.07523.1292 40001.64443.57693.9779 80002.27264.58245.6756 100002.58685.08486.5243 Nh 120002.90105.58797.3662 Ny r/min N/cm2 0.0230.0230.023 Nj=Nh/ 3.41293.61793.6814 N0=1.2Nj4.09204.34154.4177 第 4 章 機械傳動系統(tǒng)設計 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、鉆頭直徑及鉆進方式，當使用直徑 為 75mm 鉆頭時，采用硬質(zhì)合金和鉆粒，根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗，立軸轉(zhuǎn)速取 n90400r/min 比較適宜；采用金剛石鉆頭鉆進時，立軸轉(zhuǎn)速取 n4001000r/min 比較適宜。本機選用 110340r/min，即適合合金鉆頭鉆 進，由適合金剛石鉆頭鉆進。 4.1.2 升降機 為了減輕鉆機重量，不使動力機過大，絞車的纏繩速度不宜過高，基本 上采用低速，本機升降機速度為 0.220.66m/s。 4.1.3 變速箱 參考國內(nèi)外現(xiàn)有小型鉆機的轉(zhuǎn)速系列，本機采用了不規(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。 （2） 卷筒纏繩速度為三種，見表 41 表 41 檔檔檔 立軸轉(zhuǎn)速 r/min110190340 纏繩速度 m/s0.220.370.66 4.2 機械傳動系統(tǒng) 機械系統(tǒng)傳動路線見圖 41 傳動計算如下： 1.立軸的轉(zhuǎn)速: n=nD1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z10/Z11 式中: n立軸的第一檔轉(zhuǎn)速 r/min n電機轉(zhuǎn)速 n=1440r/min D1主動皮帶輪直徑 D1=125mm D2大皮帶輪直徑 D2=285mm Z1Z11傳動鏈中各齒輪的齒數(shù),Z1=31,Z2=54,Z3=31,Z4=54 Z10=21,Z11=39 n=1440125/28531/5431/5421/39=112.1110r/min n=nD1/D2Z1/Z2Z5/Z6Z10/Z11 式中:Z5=42,Z6=43 n=1440125/28531/5442/4321/39=190.69190r/min n=nD1/D2Z1/Z4 內(nèi)Z10/Z11 式中: Z4 內(nèi)=31 n=1460160/36531/3121/39=340.08340r/min 考慮到皮帶傳動、齒輪傳動、軸承等的效率，所以各檔轉(zhuǎn)速確定為 110、190、340r/min。 2. 絞車的纏繩速度 V1=D(nD1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z9/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=148.8(1460160/36525/3118/3833/8318/1818/54)/6000 0 =0.22m/s V2=0.44m/s V3=0.75m/s (計算從略) 考慮到皮帶、軸承、齒輪等的效率，確定絞車提升速度分別為： U10.22m/s U2=0.44m/s U3=0.75m/s。 第 5 章 回轉(zhuǎn)器 5.1 結(jié)構(gòu)特點 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)如圖 51 所示，是由本體、立軸、立軸導管、弧齒錐齒輪 等組成。立軸上端裝有常閉式液壓卡盤。其特點是： 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。 3、離開孔口采用開箱式，簡單可靠，減輕鉆機重量。 4、立軸行程比過去小型鉆機大，為 500mm，縮短鉆進輔助時間。 5.2 零部件的強度與壽命計算 弧齒錐齒輪副的強度校核: Z10與 Z11的主要參數(shù)見表 51。齒面硬度 Z10為 HRC52、Z11為 HRC57，錐距 R77.515m,節(jié)錐角 10=28018 22”,11=6104128” 表 5-1 齒 號 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 Z10213.502220CrMnTi0.85200350右8D C Z11393.502220CrMnTi0.85200350左8D C 齒輪在各種轉(zhuǎn)速下傳遞的功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩見表 52 表 52 功率 KW轉(zhuǎn)速 r/min轉(zhuǎn)矩 nm 5.1763280 5.07208233 5.07354137 5.2.1 齒面按接觸疲勞強度計算 （1）接觸應力 HZE 1.5ftmaxKAKVKHZR 3 Ft1 N/mm2 bd1I Ftmax ZE彈性系數(shù) ZE189.8 N/mm2 Ft1=Ftmax小輪運轉(zhuǎn)中最小切向力 Ftmax=2758N KA使用系數(shù) KA=1.25 Kv動載系數(shù) KV1=KV2=1 KH齒間載荷分布系數(shù) KH=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 H=1197N/mm2 (2)接觸疲勞極限應力 HIin=HIinZNZW/ZQ N/mm2 HIin接觸疲勞極限應力 HIin1352 Zwgz 工作硬化系數(shù) Zw1 ZN壽命系數(shù) ZN1 ZQ溫度系數(shù) ZQ=1 HIin=135211=1352 (3)安全系數(shù): SH=HIin/H=1352/1197=1.12SHIin=1 所以安全。 5.2.2 彎曲疲勞強度極限應力 （1） 計算齒根彎曲應力 FFtKAKUKFYX/bmsJ 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動載系數(shù) Kv=1 KF載荷分布系數(shù) KF1.15 Yx尺寸系數(shù) Yx1 ms大端端面模數(shù) ms=4.5 J幾何系數(shù) J0.18 F141N/mm2 （2） 齒根彎曲疲勞極限應力 FIimFIim YN/YQ N/mm2 YQ溫度系數(shù) YQ1 YN壽命系數(shù) YN1 FIim齒根彎曲疲勞極限應力 FIim206.82N/mm2 （3） 安全系數(shù) SFFIim/F206.82/141=1.46SFmin=1 所以安全。 第 6 章 變速箱的設計與計算 6.1 變速箱的結(jié)構(gòu)特點 變速箱的結(jié)構(gòu)如圖 61 所示，它是由變速部分、分動部分及操縱部分 和殼體等組成。也是變速部分和分動部分合為一體的傳動箱。其特點是： 1、采用了回歸式的傳動形式，箱體呈扁平狀，有利于降低鉆機的高度， 齒輪 Z4即是移動齒輪由是結(jié)合子，因此結(jié)構(gòu)緊湊。 2、變速、分動相結(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構(gòu)，操縱靈活可靠，每個移動齒輪 單獨控制，并有互鎖裝置，這種互鎖裝置安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單。 4、增加了卸荷裝置，減少了軸齒輪的受力狀況。 6.2 零件的強度計算 1、在校核零件的強度時，假設電機的功率全部輸入變速箱，然后再輸入 絞車和回轉(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，純機動時 間每班 16 小時，可連續(xù)工作 20 個月。 每個速度的工作時間分配情況如下： 第一速（110r/min） 為 40即 4000 小時； 第二速（190r/min） 為 40即 4000 小時； 第三速（340r/min） 為 20即 2000 小時； 3、本機零部件的強度和壽命計算方法和數(shù)據(jù)是按機械設計手冊 （冶 金工業(yè)出版社）計算的。 6.3 齒輪強度計算 1、變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)及材料見表 61 表 61 齒數(shù)模數(shù)齒寬 變位系 數(shù) Xn 材料硬度 RC應力角備注 Z1312351.040Cr40-45200 Z2542220.140Cr40-45200 Z3312261.0 40Cr 40-45200 Z4542 260.140Cr40-50200 Z5422240.140Cr40-45200 Z6432241.040Cr40-45200 Z735325040Cr40-45200 Z826326 040Cr45-50200 Z933422040Cr45-50200 Z121732604540-45200 Z13183350.1520CrMnTi57-62200 Z14183200.120CrMnTi57-62200 Z15543280.3540Cr200 2、Z3、Z4齒輪副的強度校核 1) 齒根彎曲疲勞強度驗算 （A） 計算齒輪的彎曲疲勞極限應力 limlim * FFbNXsr YYY 式中被校核齒輪的彎曲疲勞極限應力 limF 實驗齒輪的彎曲疲勞極限應力，由圖 F813 查得： limFb （Mpa） lim 3lim 4 400 FbFb 彎曲壽命系數(shù)，因兩齒輪的應力循環(huán)次數(shù)為： N Y =*0.4*60*365=0.87*次 3 N 4 10 8 10 =*0.4*60*210=0.5*次 4 N 4 10 8 10 由圖 F814 知=1 3N Y 4N Y 尺寸系數(shù)=1（圖 F815） X Y 3X Y 4X Y 有效應力集中系數(shù)，有圖 F816 查知=1.03，=0.97 Sr Y 3Sr Y 4Sr Y 所以 =*/=400*1*1/1.03=370（Mpa） lim3F lim 3Fb 3N Y 3X Y 3Sr Y =*/=400*1*1/0.97=412（Mpa） lim4F lim 4Fb 4N Y 4X Y 4Sr Y （B） 比較彎曲強度 圖 F86 查得齒形系數(shù)=1.94，=2.26 則有 3F Y 4F Y /=370/1.94=191/=412/2.26=182 lim3F 3F Y lim4F 4F Y 因此齒輪彎曲強度弱。 4 Z （C） 計算彎曲工作應力 4F =/bm() （Mpa） 4F tc F F Y YY 式中 計算圓周力，而= tc F tc F t F A K U KKK 其中 工作圓周力=2000/=2000*132.5/62=4273（N） t F t F 3 T 3 d 工作狀況系數(shù)，由表 F87 查知=1.25 A K A K 動載系數(shù)，因為 V/100=1.18*31/100=0.37，由 F84 知 U K 3 Z =1 U K 載荷分配系數(shù)，=1/，當=1.6 時，=0.7，所以KKY Y =1/0.7=1.43K 載荷分布系數(shù)，因=b/=26/62=0.45,故由表 F85 查知K d 3 d =1.05K 則 =4273*1*1*1.43*1.05=6417.5（N） tc F 載荷作用位置數(shù) =0.7YY 螺旋角系數(shù) =1YY 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） Fc tc F 4F YYY (d)計算齒輪的彎曲疲勞安全系數(shù) F S =/=412/195=2.11 可靠 F S lim4F 4F 2）齒面接觸疲勞強度驗算 （A）計算齒輪的接觸疲勞極限應力 limH =* limH limHb N ZZ 式中 實驗齒輪的接觸疲勞極限應力，由 F817 查知 limHb =1100（Mpa） lim 3Hb lim 4Hb 壽命系數(shù)，由圖 F818 查知=1.19， =1.22 N Z 3N Z 4N Z 硬化系數(shù)， 取=1ZZ 所以 =1100*1.19*1.03=1348（Mpa） lim3H =1100*1.22*1.03=1424 （Mpa） lim4H （B）計算接觸工作應力 =（Mpa） H E Z H ZZ 3 1 * tc Fu bdu 式中 材料系數(shù)，由 F89 查知=189.8 E Z E ZMPa 節(jié)點系數(shù)，=2.27 由圖 F810 H Z H Z 重合度系數(shù) =0.9 由圖 F89ZZ U齒數(shù)比 U=54/31=1.74 43 /ZZ 則 =189.8*2.27*0.9=889（Mpa） H 6417.51.74 1 * 26*621.74 （C） 算安全系數(shù) H S =/=1384/889=1.516 安全可靠 H S lim3H H 3）短期過載強度校驗計算 取最大短期尖峰載荷是額定工作載荷的 1.5 倍 短期過載彎曲極限應力，根據(jù)表 F812 知 =18*=18*45=810（Mpa） limFs C HR 最大的彎曲工作應力為 =*1.5/=195*1.5/1.25=234（Mpa） maxF 4F A K 短期過載彎曲強度安全系數(shù) =/=810/234=3.5（安全） FS S limFs maxF 短期過載接觸極限應力，根據(jù)表 F812 知 =41，3*45=1859 （Mpa） lim 41.3 HsC HR 而最大接觸應力為 =889*=974 （Mpa） max 1.5 HH A K 1.5 1.25 短期過載接觸強度的安全系數(shù)為 =1.9（安全） HS S lim max 1859 974 Hs H 3、其他齒輪對的強度校核 按上面的方法和步驟，對變速箱中的其他齒輪對可進行類似的計算， 略。 6.4 軸系零件與部件的強度與壽命的校核計算 在變速箱中共有三根軸，其中軸負荷最大，而且相對尺寸直徑小、長 度長。下面僅以該軸的強度壽命進行驗算。 軸共有七種工作狀態(tài)，向回轉(zhuǎn)器傳遞四種狀態(tài)的動力，驅(qū)動絞車三種 狀態(tài)。相比而言回轉(zhuǎn)器的 130r/min 的轉(zhuǎn)速時該軸扭矩最大，受力最大。 1、軸的驅(qū)動校核 已知下列條件：材料 40Cr，調(diào)質(zhì) T220-250，各齒輪分度圓直徑為： d4108、d684、d8105. 該軸的四個轉(zhuǎn)速及傳遞的扭矩見表 6-2 表 6-2 轉(zhuǎn)速（r/min）扭矩（Nm）備 注 檔2102217 檔3561184 III 檔 636 7928 （A） 在各種轉(zhuǎn)速下齒輪受力支反力計算結(jié)果列表 63 中 （B） 軸的疲勞強度校核： 從表 62 中得知，校核軸的強度時，應取低轉(zhuǎn)速的受力狀態(tài)。表 63 RCY RBY Ft6 Ft4 RAY C B Ft6 FR4 A RCX RBX RAX 125 94.5 115 60.5 270 395 續(xù)表 63 檔檔檔檔 Ft45362 Fr41952 Ft642594 Fr6944 Ft131132450 Fr11133892 Ft82450 Fr8292 RAX194174 RBX8831092 RCX60375 RAY3680724 RBY7201502 RCY4921027 RR3684745 RB11391506 RC7781030 軸的扭矩圖如圖 63 所示，現(xiàn)計算，截面的安全系數(shù)。 截面-的彎矩： 水平彎矩：Mxz=Fr410010-3+RBX17010-3199Nm 垂直彎矩-：MYZ=Ft410010-3+RBY910-3542Nm 合成彎矩：M Mxz2 + MYZ2 575Nm 截面-的彎矩： 水平彎矩：MxzRAX60510-3+19460.510-3=11Nm 垂直彎矩：MYZRAY60.510-3=223.6Nm 合成彎矩：M Mxz +MYZ =223Nm 12 量截面扭矩 T356.6Nm 下面是按當量彎矩計算-、-兩截面的安全系數(shù)。 水平受力圖： C B Frx A 180 47 水平彎矩圖： 11 199 Fty 垂直受力圖： C B 垂直彎矩圖： 80 145 223 542 合成彎矩圖： 60 231 223 575 扭矩圖： 356 圖 63 表 64 名 稱-截面-截面 說 明 扭 矩T（Nm）356356 彎 矩M（Nm ） 575223 當量力矩Ml652380 軸 經(jīng)d（mm）36、4236、42 工作應力 m(Mpa) 13176.92w=4.9410-6 疲勞極限 -1(Mpa) 350350 尺寸系數(shù) 0.770.77 表面質(zhì)量 0.850.85 有效應力 集中系數(shù) K 1.571.57 安全系數(shù)S2.293.91 許用安全系數(shù) 2.292.29 安 全 通過上述驗算軸通過,其它軸系從略。 第 7 章 絞車 7.1 結(jié)構(gòu)特點 本鉆機考慮到井上、井下鉆探作業(yè)，故設置了絞車，如圖 71。在井下 矮巷道內(nèi)鉆孔時，絞車難以發(fā)揮作用，這時可將絞車拆除。設置絞車也給機 器在井下短距離搬運提供自牽的方便。 在結(jié)構(gòu)上選擇常用的固定輪系的 NGW 型行星式傳動絞車，其特點是： 1、結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，傳動裝置兼起離合作用，并有過載保護作用。 2、在一定范圍內(nèi)，可實現(xiàn)無級調(diào)速和微動升降。 3、傳動功率大，效率高。 4、傳動平穩(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) GB110274 標準，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 抗拉強度：=1700Mpa 繩 型：繩 637（纖維芯） 2、鋼絲繩的強度校核 絞車最大提升負荷：Q=12000N 最小安全系數(shù)：S=45 在正常情況下，最大起重時的安全系數(shù)為： S=S/Q=47300/12000=3.49S 在急剎車時，取 Q2.5Q，則安全系數(shù) SS/Q1.6 3、卷筒參數(shù)確定如下： 卷筒內(nèi)徑：D140mm 卷筒外徑：D230mm 卷筒有效長度：L0100mm 容繩長度：LnD 式中：n鋼絲繩圈數(shù) n11 D每層纏繩長度之和，共五層， D5（D+d）+20d32m。 4、絞車參數(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 絞車所需功率 1. 卷筒所受扭矩： MT0.5(D+d)Q=0.5(0.14+0.0088)12000 =893Nm 2.絞車軸所受扭矩: MZ=MT/2=298Nm 3.絞車軸所需功率: P=MZn1I/9550=2.6KW 7.4 零部件的強度及壽命計算 （一）齒輪強度校核 對 NGW 型行星齒輪傳動，只校核外嚙合。即 Z13與 Z14。 Z1318、 m3、 X13=0.15、 材料為 20CrMnTi、 HRC=5762 Z1418、 m3、 X14=0.15、 材料為 20CrMnTi、 HRC=5762 HIim=1500N/mm2 FIim=450 N/mm2 傳遞扭矩：Mz298Nm 轉(zhuǎn) 速：nz=n1i84r/min 按接觸強度校核： 1. 分度圓圓周力 Ft=1000MZ/CSR1=5518.5N 2. 工況系數(shù) KA=1.25 3. 動載系數(shù) KV=1 4. 齒間載荷分配系數(shù) KH=1.05 5. 齒向載荷分配系數(shù) KH=1 6. 節(jié)點區(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) Z=0.97 9. 螺旋角系數(shù) Z=1 10.計算接觸應力 H Fti+1KAKVKHKH ZHZEZZ db i 11.壽命系數(shù) ZN1=1.02 ZN2=1.11 12.最小安全系數(shù) SHmin=1 SFmin1.4 13.潤滑劑系數(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.許用接觸應力 HP1ZL1ZV1ZR1ZW1ZX1 min 1lim H NH S Z 1239N/mm2 HP2=1308.7N/mm2 19.接觸強度判斷 因為 H978N/mm216MPa 時，PPPn125 Pn工作壓力（Pa） D油缸內(nèi)徑 D0.17(m) p缸體材料許用拉壓力 p=b/S 其中 b為材料抗拉強度 S安全系數(shù) S=3.55 取 S=4 Pn=600104(Pa) PP=600104150%=900104 p=b/S=60106/3.5=17106Pa t=9001040.17/217106=0.0045(m) 取 t=8mm,所以強度足夠。 8.2 給進油缸的設計 給進油缸的結(jié)構(gòu)如圖 84 所示，為雙作用單活塞桿往復運動油缸，所起 的作用是： 1 、完成鉆孔過程中的給進運動； 2 、當卡鉆及處理事故時，配合絞車起拔在鉆桿。 1、TXU150 型鉆機，打水平孔時，需克服 150m 鉆桿的自重和孔壁的摩 擦力，其力為： F摩qLf69.61500.35=3660N 式中:q鉆桿單位長度重量 q=69.6N/m; L鉆桿長度 L=150m; f摩擦系數(shù) f=0.33 在低速鉆進時,當井底壓力 C=10000N 時,則活塞桿所產(chǎn)生的推力必須大 于 F摩+C,即 3660+10000=13660N,活塞桿有效面積 16.76cm2油泵工作壓力為: P=13660/16.762=407.5400N/cm2 2、油缸直徑的計算 根據(jù)所需油缸最大作用力以及液壓系統(tǒng)的最大工作壓力可求得油缸直徑。 D 4P2/2P= 428500/23.14600=5.49cm25.5cm2 式中：D油缸計算直徑 D5.5cm P油壓系統(tǒng)的調(diào)整壓力, P=600N/cm2； P2油缸最大起拔力,P2=28500N。 第 9 章 鉆機的使用說明 一、概一、概 述述 100 型液壓鉆機主要用于礦井內(nèi)部，供鉆探深度為 100 米的各種角度的 放水孔、地質(zhì)構(gòu)造孔、滅火孔、抽放瓦斯孔及其它用途的各種工程孔，也可 以在地面鉆探深度為 100 米的地質(zhì)勘探孔及其它用途的各種淺孔。 100 型鉆機可在各種不同硬度的巖層中鉆探任意角度的孔，尤其在煤層、 軟巖石及硬巖石中鉆孔效率為最高。整個機組由 100 型鉆機和 TBW-75/2.0 泥 漿泵，兩部分組成。在礦井內(nèi)部鉆探時不需要井架。鉆孔沖洗液為泥漿、清 水或煤水。在地面鉆探時需要有有一定高度的三角架可供提升使用。 鉆機具有以下特點： 1、鉆機的轉(zhuǎn)數(shù)范圍寬，有兩組供六個轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)數(shù)需換一對高速齒 輪（根據(jù)用戶需要配備高速齒輪） ，可使用硬質(zhì)合金鉆頭，適合各 種地質(zhì)情況，以提高鉆進效率。 2、鉆機裝有摩擦離合器，可避免主軸變速時頻繁起、停電動機，具 有超載保護作用。 3、本機在較大范圍內(nèi)采用了液壓技術(shù)，裝有液壓卡盤、液壓夾持器、 液壓送進機構(gòu)，能強力起拔鉆桿。操作安全可靠，大大地降低了 勞動強度。 4、立軸讓開孔口的方式采用開箱式，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 型號說明：T勘探機械；X巖心鉆機；U油壓；150鉆進深度 150 米。 二、技二、技 術(shù)術(shù) 特特 性性 1最大鉆進深度（使用 50mm 鉆桿或 42mm 鉆桿） 100m 2鉆孔直徑 1）開孔孔徑 89mm 2）終孔直徑 不小于 50mm 3鉆孔傾斜角度 0 360 4立軸轉(zhuǎn)數(shù) 110、119、340 r/min 5. 立軸扭矩 640、358、232、136Nm 6立軸行程 400mm 7液壓送進最大液壓給進壓力 4MPa 8卡盤形式 常閉式液壓卡盤 液壓卡盤最大工作壓力 6MPa 9立軸內(nèi)孔直徑 52mm 10油缸最大起拔力 28.5 KN 11絞車轉(zhuǎn)速 0.217、0.368、0.656m/s 12絞車提升速度 0.22、0.44、0.75m/s 13絞車提升負荷 1200 、600、335Kg 14卷筒 1)直徑 110mm 2)鋼絲繩直徑 8.8mm 3)容繩長度 20m 15電動機 1)型號 YB132S4 2)功率 5.5kw 3)轉(zhuǎn)速 1440r/min 16鉆機外形尺寸(Lbh) 123060011160mm 17鉆機總重量 550kg 三、鉆機分組情況三、鉆機分組情況 100 型鉆機共分六組，各組布局及外觀如圖 1 所示。 1回轉(zhuǎn)器：是鉆機立軸產(chǎn)生回轉(zhuǎn)及往復運動部分。 2變速箱：是鉆機立軸、絞車產(chǎn)生各種不同轉(zhuǎn)數(shù)的傳動與變速部分。 3離合器：是動力的傳遞部分，用以接通或切斷動力，實現(xiàn)不停電動機 變更立軸或絞車的轉(zhuǎn)數(shù)。鉆進負荷超載時可保護鉆機。 4絞車：是升降鉆具的部分。 5抱閘：是控制絞車的機構(gòu)，用來提升與停止鉆具在任何位置的部分。 6機架：是連接機器各組的機體，并將機器穩(wěn)定地固定在鉆場基臺木上。 7操縱儀：是控制鉆機液壓系統(tǒng)的總樞鈕。 四、結(jié)構(gòu)特征與工作原理四、結(jié)構(gòu)特征與工作原理 鉆機型式為：機械傳動、液壓給進、彈簧夾緊、立軸式鉆機。 1、鉆機結(jié)構(gòu)如下： 1.1 回轉(zhuǎn)器,如圖 2 回轉(zhuǎn)器部分主要由液壓卡盤、立軸、本體、立軸導管、大弧齒錐齒輪、 兩根油缸和兩根導向桿組成。 1）、液壓卡盤如圖 2 所示，主要由下列構(gòu)件組成：碟形彈簧和位于其 上的帶外環(huán)、內(nèi)錐的移動套；位于外環(huán)上的活塞；插入碟形彈簧和移動套內(nèi) 孔中的主軸；主軸中的三片卡瓦外錐與移動套內(nèi)錐相配合，卡瓦置于主軸上 部的三個等分的槽中。下部由兩軸承支持?？ūP的外殼，即缸體和壓頭座， 由螺栓聯(lián)接在一起?？ūP的主要動作是高壓油從上部進入缸體推動活塞下移 壓移動套，移動套壓碟形彈簧，由于移動套下移，三片卡瓦在主軸槽內(nèi)呈自 由狀態(tài)，被主軸內(nèi)的漲環(huán) 14 外推，松開鉆桿。當釋放油壓時，在碟形彈簧的 彈力推動下，移動套上移，迫使卡瓦向中心移動，在壓縮漲環(huán)的同時夾緊了 鉆桿。組裝時碟形彈簧的預緊力為 32KN。更換卡瓦時，先將上端螺釘取出， 再取下壓蓋，防塵蓋,墊及卡環(huán)，然后取出漲環(huán)，卡瓦，即更換新的卡瓦和漲 環(huán)。 2）、給進油缸主要有活塞桿、油缸上蓋、下蓋，用鎖緊鋼絲連接在一起。 在更換弧齒錐齒輪時，為保證成對弧齒錐齒輪錐頂重合，需加墊調(diào)整間隙保 證嚙合。每次安裝液壓卡盤時立軸螺紋端部不許接觸卡盤螺紋內(nèi)端面，卡盤 與立軸用圓螺母防止松動。 1.2、變速箱，如圖 3 變速箱主要由四對直齒園柱齒輪及兩根平行的花鍵軸構(gòu)成。動力由電動 機首先傳到裝在變速箱體的帶有卸荷裝置的大皮帶輪上，然后經(jīng)過不同的傳 動鏈，將動力傳給小園弧錐齒輪 Z10。 主動齒輪為軸齒輪，通過滾動軸承架于箱體內(nèi)，軸齒輪端面加工有不通 孔，內(nèi)裝滾動軸承與滾動軸承構(gòu)成支點，支撐花鍵軸?；ㄦI軸是通過滾動軸 承架于變速箱體內(nèi)?；ㄦI軸上裝有齒輪。在花鍵軸上安裝的齒輪為移動齒輪， 變速箱所產(chǎn)生的不同轉(zhuǎn)速，就是改變移動齒輪的位置來實現(xiàn)的。 安裝在花鍵軸上的齒輪也是移動齒輪，該齒輪將三種不同速度傳給絞車。 變速箱前部的 T 型槽是與回轉(zhuǎn)器部分的連接盤連用的，連接盤上的 T 型螺釘 可在 T 型槽內(nèi)固定于任何位置，鉆機給進角度的調(diào)整就是用 T 型槽來實現(xiàn)的。 1.3絞車，如圖 4 絞車為行星齒輪機構(gòu)，絞車軸固定在軸承座及變速箱體的滾動軸承上， 絞車軸的左端用鍵與傳動齒輪相連接。絞車軸中部帶有齒輪。當變速箱中的 齒輪（圖 3）將動力傳給齒輪時，絞車軸就會同傳動齒輪一同旋轉(zhuǎn)。當提升 時，應將用閘帶剎??；使固定在閘筒上的兩個游星齒輪只能在游星齒輪軸上 自轉(zhuǎn)而無公轉(zhuǎn)。因而帶動內(nèi)齒圈使卷筒產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。當鉆具提升到一定高度， 需要使卷筒停止轉(zhuǎn)動時，應很快的松開剎住閘筒的抱閘，同時又很快的用另 一抱閘將卷筒右側(cè)的制動部分抱緊，使卷筒與內(nèi)齒圈停止轉(zhuǎn)動，這時由絞車 軸傳來的動力，傳給游星齒輪后，游星齒輪除了自身的轉(zhuǎn)動外又通過游星齒 輪軸帶動閘筒一起轉(zhuǎn)動。下降鉆具時左右閘帶全松開，卷筒因鉆具自重下落 而回轉(zhuǎn)。依此循環(huán)往返便可完成鉆具的升降工作。 為了牢固的將鋼絲繩固定在絞車上，在卷筒右側(cè)開有小孔將繩頭穿過孔 后，通過繩卡將鋼絲繩固定。在更換拆裝內(nèi)齒圈時應先將內(nèi)齒圈與卷筒相固 定用的螺釘取下，然后，在卷筒容繩側(cè)用螺釘將內(nèi)齒圈頂出。 1.4制動閘： 鉆機所選用的制動閘，左右是一致的，整個閘帶與閘筒（或卷筒）之間 的間隙是用調(diào)整連桿下部螺釘來實現(xiàn)的。10、11 分別為左右閘把。 1.5機架，如圖 1 機架是連接鉆機各組的總框架，電機也裝在機架上，皮帶松緊是通過調(diào) 整壓帶輪來實現(xiàn)的。 1.6操縱儀，如圖 5 操縱儀由油路控制閥和壓力表、手輪（調(diào)壓）和手輪（調(diào)速）等組成。 其功能主要是控制液壓卡盤和進給油缸的。壓力控制閥是調(diào)整油路壓力，改 變立軸壓力的控制機構(gòu)；手輪是控制進給速度的；控制閥控制油缸上升與下 降；控制閥控制液壓卡盤松卡鉆桿。液壓卡盤的壓力為 6Mpa，給進油缸壓力 為 4Mpa。 2、鉆機的工作原理 鉆機的傳動系統(tǒng)，電機動力通過以下各傳動鏈傳到固定在立軸上的大弧 齒錐齒輪上，從而使立軸帶動鉆具一起產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動；齒輪油泵輸送出一定 的壓力，一方面用于打開液壓卡盤，另一方面通過油路控制閥使給進油缸產(chǎn) 生往復運動，給進油缸帶動鉆具往復運動。至此，鉆具即可旋轉(zhuǎn)，又可給進， 從而完成鉆進任務。鉆屑的排泄是通過與鉆機配套的泥漿泵來完成。各傳動 鏈如下： 立軸的三個回轉(zhuǎn)運動： 2.1、立軸的速回轉(zhuǎn)運動 125r/min D1D2Z1Z2Z3Z4Z7Z16Z10Z11 2.2立軸的速回轉(zhuǎn)運動 210r/min D1D2Z1Z2Z5Z6Z7Z16Z10Z11 2.3立軸的速回轉(zhuǎn)運動 340r/min D1D2Z1Z4（內(nèi)齒）Z7Z16Z10Z11 絞車的三個回轉(zhuǎn)運動： 2.4絞車的低速回轉(zhuǎn)運動 D1D2Z1Z2Z3Z4Z7Z8Z9Z13Z14Z15 2.5絞車的中速回轉(zhuǎn)運動 D1D2Z1Z2Z5Z6Z7Z8Z9Z13Z14Z15 2.6絞車的高速回轉(zhuǎn)運動 D1D2Z1Z4（內(nèi)齒）Z7Z8Z9Z13Z14Z15 2.7立軸的給進運動 D3D4經(jīng)低壓油管，將油箱中的 20 號機油吸入油泵，使其產(chǎn)生需用的壓 力，再經(jīng)高壓油管、調(diào)壓閥、高壓油管及進入油缸中的活塞上部，推動活塞 產(chǎn)生直線運動，活塞下部具有一定的壓力的 20 號機油經(jīng)高壓油管及，進入調(diào) 速閥，調(diào)整調(diào)速閥的回油量大小即可控制給進速度的快慢。（當需要減壓鉆 進時，也按此操作控制活塞的下部壓力）然后流經(jīng)高壓油管及操縱閥、低壓 油管回到油箱。 2.9立軸的快速移動 D3D4經(jīng)油泵、高壓油管、調(diào)壓閥、操縱閥、高壓油管、調(diào)速閥、高壓 油管，進入活塞的下部，推動活塞產(chǎn)生直線運動，活塞上部的機油經(jīng)過高壓 油管和、操縱閥及低壓油管回到油箱，當調(diào)速閥的流量調(diào)整為最大時，立軸 得到快速移動。完成一個 400mm 進尺后，將卡盤控制閥打開，經(jīng)油管松開液 壓卡盤，將操縱閥手柄位置板到上升位置，操縱調(diào)速閥將立軸快速上升，然 后板動卡盤控制閥手柄，卡瓦自動卡緊鉆桿。 五、操作程序五、操作程序 所有鉆探人員都應按下列操作程序進行操作，避免因操作不當而造成 機器或人身事故。 1、鉆機在搬運過程中應避免碰撞，在分組搬運過程中，應將油管固定后 方能進行。 2、在工作場地安裝時，應使用地腳螺栓將鉆機固定于基臺木上。無論鉆 任何角度的孔都應在基臺木的上面打支柱。 3、電源接通前首先仔細檢查鉆機各部分安裝是否正確。并應用手搬動外 部可轉(zhuǎn)動部分看是否零活。 4、電源接通后首先應驗證立軸轉(zhuǎn)動方向是否正確。 5、將離合器手把放在斷開位置，并將邊速手把 3 放在 1 速位置，旋轉(zhuǎn)立 軸，檢查各立軸旋轉(zhuǎn)部位的轉(zhuǎn)動是否靈活，有無阻力過大現(xiàn)象或異音，如有 應設法消除。 6、檢查油路系統(tǒng)各接頭是否擰緊，快速接頭是否扦入 U 型卡圈，油箱油 位是否在指定位置上。 7、開動電機檢查離合器的可靠性。 8、絕對禁止在運行中變速，若搬動變速手柄，必須先切斷離合器，待離 合器停止轉(zhuǎn)動后再進行掛檔，以免齒輪打壞，并注意把手柄定位銷置于定位 孔內(nèi)，以免齒輪掉檔。 9、需要變速或接通絞車時，必須關(guān)閉電機。 10、在正式工作前應使機器空轉(zhuǎn) 10 分鐘，此時油路系統(tǒng)應調(diào)整到零壓。 11、在開動回轉(zhuǎn)器立軸轉(zhuǎn)動前，必須先將鉆具提離孔底，待運轉(zhuǎn)正常后 再進行鉆進。 12、各操作手把的操作及配合使用程序如下： 1）開車前首先將手把 1、2 放在 0（斷開）位置，手輪 3 向左旋至 0 位， 手把 4 置于位置 3，手輪 5 向右旋死。 2）上述各手把全部按規(guī)定位置準確無誤后即可開動電機，轉(zhuǎn)動 23 分 鐘后將電機關(guān)閉，這時即可將手把 2 調(diào)到低速 I 的位置，再進行開車并 空轉(zhuǎn) 10 分鐘。 3）空運轉(zhuǎn)完畢后，關(guān)閉電機，將手把 2 調(diào)到需要的轉(zhuǎn)數(shù)后再開動電機。 4）上述各傳動操作完畢后就可以調(diào)整液壓部分，液壓部分的調(diào)整是在機 器運轉(zhuǎn)過程中進行的，同時裝入鉆桿。所以手把位置調(diào)的正確與否對機器的 安全使用非常重要。 5）手輪 5 向右旋死（擰不動為止），手把 4 搬到第 4 個位置，手把 7 搬 到卡緊位置后再松開使其自然回到中間位置，然后慢慢的向右擰動手輪 3， 當壓力表中的指針逐漸上升到 0510Mpa 時停止擰動手輪 3 而將手輪 5 向左慢慢擰動，當立軸開始移動應繼續(xù)擰動手輪 5 使鉆具下至井底，最后將 節(jié)流閥調(diào)到最慢位置，并根據(jù)井下巖石的軟硬程度向右旋轉(zhuǎn)，調(diào)整手輪 3 使 立軸壓力達到需要的數(shù)值。 6）當立軸的一個行程走完后將手把 4 搬到位置 3 上并關(guān)閉電機，然后將 手把 2 搬到空檔。再啟動電機，將手把 7 搬到松開位置，同時抬起快速增壓 手把 9，待卡盤