FDP-15非開(kāi)挖導(dǎo)向鉆機(jī)主機(jī)體設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過(guò))

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘要 FDP 15D 型非開(kāi)挖導(dǎo)向鉆機(jī)，是一種全液壓動(dòng)力頭式導(dǎo)向鉆機(jī)。該鉆機(jī)主要用于非開(kāi)挖地下管線(xiàn)的鋪設(shè)工程?？稍诓婚_(kāi)挖地面的情況下，穿越地表建筑物或地下設(shè)施等障礙（如公路、鐵路、河流、建筑及地下埋設(shè)物等），鋪設(shè)各類(lèi)地下管線(xiàn)。廣泛是用于通訊、電力、熱力、煤氣及自來(lái)水管線(xiàn)的非開(kāi)挖鋪設(shè)施工。 FDP 15D 型非開(kāi)挖導(dǎo)向鉆機(jī)可分為動(dòng)力站和主機(jī)體操縱臺(tái)三部分。動(dòng)力站主要提供高壓液壓油，而主機(jī)體就負(fù)責(zé)把液壓油的能量轉(zhuǎn)換為鉆進(jìn)的動(dòng)力。主機(jī)體的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)。合理的設(shè)計(jì)主機(jī)體，可提高鉆進(jìn)的效率和鉆機(jī)的使用 壽命，靈活的結(jié)構(gòu)可以減低鉆機(jī)維護(hù)和維修的難度減低使用成本。 關(guān)鍵字： 非開(kāi)挖 導(dǎo)向鉆機(jī) 主機(jī)體 動(dòng)力頭 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Abstract The FDP 15D type non-dig direction drilling machine, is a kind of whole hydraulic pressure power prinipal type direction to drill machine.Should drill machine to mainly used for to open to dig the earth not the paving engineering of the pipeline.Can cross the earths surface building or underground facilities etc. obstacle(such as the highway,railroad,river,construct and the underground lay a thing etc.) under the sistuation that not open to dig the earth surface, build each kind of underground pipeline.Extensively is used for not open of communication,electric power,thermodynamic energy,gas and the water pipe line to dig to build a construction. FDP-15D type can be divided into non-dig-rigs and power stations mainframe hardware components. Provide high-pressure hydraulic oil major power stations, and on mainframe hardware for the hydraulic oil to the energy conversion into power. Mainframe hardware design focuses on the first engine design. Reasonable mainframe hardware design can enhance the efficiency and rigs into the life, flexible structures can reduce maintenance and repair rigs used to reduce the difficulty of cost. 買(mǎi)文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 Keyword:no-dig direction drilling Main engine part power prinipal 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1.1 選題意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外概況 1 1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1 第 2 章 FDP-15D 鉆機(jī)總體方案的確定 5 2.1 具體方案的確定 3 2.2 技術(shù)特性 3 第 3 章 FDP-15D 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定 3 3.1 主機(jī)部分 4 3.1.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 4 3.1.2 給進(jìn)機(jī)構(gòu) 5 3.2 動(dòng)力設(shè)備部分 6 3.2.1 動(dòng)力機(jī) 6 3.2.2 油泵 7 3.2.3 油箱 7 3.3 操縱臺(tái)部分 7 第 4 章 動(dòng)力機(jī)的確定 8 4.1 電動(dòng)機(jī)功率的確定 8 4.1.1 油泵 馬達(dá)回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu) 9 4.1.2 油泵 油缸給進(jìn)機(jī)構(gòu) 15 4.1.3 泥漿泵 16 4.2 柴油機(jī)的選擇 16 第 5 章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 5.1 變速箱的設(shè)計(jì) 17 5.1.1 強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù) 17 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 5.1.2 齒輪強(qiáng)度的計(jì)算 17 5.1.3 軸的設(shè)計(jì) 23 5.2.4 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 29 5.3 鏈條選擇 32 第 6 章鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 33 6.1 液壓系統(tǒng)的確定 33 6.1.1 形式的選擇 33 6.1.2 調(diào)速方案的選擇 34 6.1.3 換向回路的選擇 34 6.1.4 壓力控制回路的選擇 35 6.1.5 液壓系統(tǒng)圖的方案確定 35 6.2 液壓元件的選擇 36 6.2.1 油泵的選擇 36 6.2.2 馬達(dá)的選擇 36 6.2.3 液壓缸的選擇 37 6.2.4 閥類(lèi)元件的選擇 37 6.2.5 輔助液壓裝置的選擇 38 第 7 章 FDP-15D 鉆機(jī)的使用與維護(hù) 42 第 8 章 經(jīng)濟(jì)分析 44 第 9 章 結(jié)論 45 致 謝 46 參考文獻(xiàn) 47 附錄 1 專(zhuān)題 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及控制 49 附錄 2 外文翻譯 56 第一章 緒 論 1.1 選題意義 目前越來(lái)越多的大規(guī)模交通、鐵道、電力、地鐵、水利等建設(shè)活動(dòng)過(guò)程中都需要水平定向鉆探技術(shù)，即非開(kāi)挖施工技術(shù)。該技術(shù)與開(kāi)挖施工技術(shù)相比，具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)?？沙渲迪螺d文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 廣泛應(yīng)用于穿越公路、鐵道、建筑物、河流，以及在鬧市區(qū)、古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和植被保護(hù)區(qū)等條件下進(jìn)行的供水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等管線(xiàn)的鋪設(shè)，更新和修復(fù)。 1.2 國(guó)內(nèi)外概況 1900 年美國(guó)人采用頂管法成功地實(shí)現(xiàn)了非開(kāi)挖鋪設(shè)管線(xiàn)的技術(shù)突破。非開(kāi)挖技術(shù) 經(jīng)歷 60 年的發(fā)展，先后只發(fā)明了螺旋鉆進(jìn)法和沖擊矛法技術(shù)。1970 年美國(guó)加洲人率先使用“水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法”穿過(guò)河流鋪設(shè)第一條采用此技術(shù)的管道，成為創(chuàng)立“水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法”的第一人。由于他經(jīng)常到全美各地推廣此技術(shù)。因此，“水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法”成為非開(kāi)挖施工所普遍采用的施工工藝。隨著非開(kāi)挖技術(shù)的不斷成熟，人們又針對(duì)不同的管網(wǎng)情況， 1980年發(fā)明了“脹管法”（爆管法），此技術(shù)逐步推行開(kāi)來(lái)，特別是自來(lái)水行業(yè)運(yùn)用較多。 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀：非開(kāi)挖鋪設(shè)更換管道技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)越性，已被人們逐步接受，特別是在大中城市，商業(yè)繁華地區(qū)普遍采用此 項(xiàng)技術(shù)，我國(guó)香港特別行政區(qū)已運(yùn)用很久。但內(nèi)地還處在起步階段 1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 所謂定向鉆探，就是在鉆探和鉆井施工中，利用土層造斜規(guī)律，采用人工造斜手段，或者兩種同時(shí)并用，使井孔按照設(shè)計(jì)的軌跡鉆達(dá)預(yù)定目標(biāo)的鉆進(jìn)方法。在鉆探施工中，根據(jù)地質(zhì)條件，合理采用定向鉆進(jìn)方法，不但能夠提高工程量，節(jié)約施工費(fèi)用，而且能夠縮短施工時(shí)間，獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 而對(duì)鉆孔深度 300 米左右的水平定向鉆機(jī)需求量比較大，以往的 300米水平定向鉆機(jī)，存在著機(jī)械式、笨重、使用不方便等缺點(diǎn)。鑒于以上原因，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的導(dǎo)師陳少云老師 讓我對(duì) 300 米水平定向鉆機(jī)（ FDP-15D）進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)調(diào)研，我覺(jué)得水平定向鉆機(jī)是一種小型液壓鉆機(jī)，應(yīng)有以下特點(diǎn)： 1. 經(jīng)濟(jì)耐用可靠、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉； 2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造； 3. 操作簡(jiǎn)單，維修方便； 4. 適用于 50 、 60mm 兩種鉆桿； 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 5. 鉆進(jìn)速度快，效率高； 6. 施工周期短、綜合施工成本低、社會(huì)效益顯著。 7. 隨著水平定向鉆探技術(shù)的發(fā)展，這種鉆機(jī)應(yīng)具有良好的發(fā)展空間。 第 2 章 FDP-15D 鉆機(jī)總體方 案的確定 2.1 具體方案的確定 經(jīng)過(guò)陳老師的細(xì)心指導(dǎo)和長(zhǎng)時(shí)間的搜集和查閱資料，我對(duì)鉆機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理都有所了解。鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)與其所采用的鉆進(jìn)工藝相關(guān)聯(lián)。目充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 前國(guó)內(nèi)外都正在研制和應(yīng)用全液壓鉆機(jī)。全液壓鉆機(jī)同傳統(tǒng)鉆機(jī)一樣，都是用來(lái)完成鉆進(jìn)和升降鉆具等基本工序，以實(shí)現(xiàn)采取巖心，達(dá)到探礦的目的。從結(jié)構(gòu)上看，全液壓鉆機(jī)可以分為立軸式全液壓鉆機(jī)和動(dòng)力頭式全液壓鉆機(jī)。二者相比較，動(dòng)力頭式全液壓鉆機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、操作簡(jiǎn)便、可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、加壓給進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，工作效率大大改善。并且動(dòng)力頭式全液壓鉆機(jī)也是鉆機(jī)的發(fā)展 方向之一。綜合各方因素，我選擇設(shè)計(jì)水平定向動(dòng)力頭式全液壓鉆機(jī)。 具體方案如下： 1. 考慮到此鉆機(jī)常用于戶(hù)外作業(yè)，動(dòng)力可選柴油機(jī)。 2. 鉆機(jī)應(yīng)用螺紋連接鉆頭精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，節(jié)約時(shí)間，提高有效鉆進(jìn)速度。 3. 動(dòng)力頭采用單極齒輪減速器，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。 4. 在滿(mǎn)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。 2.2 技術(shù)特性 1. 最大鉆進(jìn)深度 m300 2. 導(dǎo)向孔直徑 76 3. 鉆桿直徑 50 60 4. 動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速 1 6 0 / 1 1 2 0 / m i nr 第 3 章 FDP-15D 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定 一臺(tái)全液壓鉆機(jī)主要包括主機(jī)、動(dòng)力設(shè)備和操縱臺(tái)三個(gè)部分。 3.1 主機(jī)部分 水平定向全液壓鉆機(jī)的主機(jī)包括回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、給進(jìn)機(jī)構(gòu)等基本部件。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.1.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，就是移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器，亦稱(chēng)為動(dòng)力頭。動(dòng)力頭是鉆機(jī)的重要組成部分，主要由回轉(zhuǎn)馬達(dá)、減速器、水接頭組成。它的功能有二：一是傳遞扭矩，以帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或擰卸鉆桿；二是動(dòng)力頭由給進(jìn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，以傳遞向上或向下的軸向力及其運(yùn)動(dòng)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)加減壓給進(jìn)。 本全液壓鉆機(jī)通常采用導(dǎo)向 鉆桿，其鉆進(jìn)工藝對(duì)動(dòng)力頭的基本要求有下列幾點(diǎn)： 1) 動(dòng)力頭的鉆數(shù)和扭矩應(yīng)是可調(diào)的，最好的方案是無(wú)級(jí)調(diào)速，以適應(yīng)鉆進(jìn)工藝的需要。 2) 轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)范圍應(yīng)滿(mǎn)足鉆進(jìn)工藝的需要。 3) 具有正反轉(zhuǎn)的能力。 4) 回轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)少和噪音不大等。 動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，取決于地質(zhì)條件、鉆頭直徑以及鉆進(jìn)方式。由于是全液壓鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，馬達(dá)的調(diào)速范圍在 8300r/min 之間完全滿(mǎn)足鉆機(jī)的要求。采用導(dǎo)向鉆桿鉆進(jìn)時(shí)，要求高轉(zhuǎn)速。國(guó)外的最高轉(zhuǎn)速以達(dá) 2000 3000r/min；國(guó)內(nèi)大致在 1000 1500r/min，而從處理事故和擰緊鉆桿的要求 ，則需要低速檔，一般為 200 300r/min。本設(shè)計(jì)動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)速范圍為 1 60、 1 120r/min。 本設(shè)計(jì)的動(dòng)力頭主要特點(diǎn)如下： 1. 油馬達(dá)上裝有安全閥，可自動(dòng)進(jìn)行過(guò)載安全保護(hù)。 2. 無(wú)液壓卡盤(pán)，采用螺紋連接結(jié)構(gòu)，使整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。 3. 結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省原材料。 4. 殼體由鑄鐵制成，故有良好的工藝性。 動(dòng)力頭按照回轉(zhuǎn)油馬達(dá)的安裝位置不同，可分為裝有油馬達(dá)的動(dòng)力頭（ A型）和不裝油馬達(dá)的動(dòng)力頭（ B 型）兩類(lèi)。 A 型動(dòng)力頭與 B 型動(dòng)力頭相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、工作可靠、重量輕和搬運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外全液壓動(dòng)力頭 式鉆機(jī)的大多數(shù)均采用 A 型動(dòng)力頭。本設(shè)計(jì)也采用 A 型動(dòng)力頭。 A 型動(dòng)力頭的工作原理（圖 1-1）：油馬達(dá) 2 經(jīng)齒輪傳動(dòng)箱帶動(dòng)輸出軸回轉(zhuǎn)，從而使鉆具回轉(zhuǎn)。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 654321圖 1-1 鉆機(jī)動(dòng)力頭原理示意圖 1-底座 2-馬達(dá) 3-聯(lián)軸器 4-減速器 5-法蘭盤(pán) 6-鉆頭 3.1.2 給進(jìn)機(jī)構(gòu) 給進(jìn)機(jī)構(gòu)是鉆機(jī)的工作機(jī)構(gòu)之一，它對(duì)鉆機(jī)的技術(shù)性能、工作效率以及其應(yīng)用范圍有著極大的影響。全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)給進(jìn)機(jī)構(gòu)的功用有二：一是用來(lái)保證鉆頭具有所需壓力，一是實(shí)現(xiàn) 進(jìn)給；二是用來(lái)“倒桿”。 一個(gè)完善的給進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足下列要求： 1) 能調(diào)節(jié)鉆頭壓力，淺孔時(shí)加壓、深孔時(shí)減壓，故要求給進(jìn)機(jī)構(gòu)具有加壓和減壓等機(jī)能，壓力調(diào)定后就應(yīng)保持恒定不便。 2) 給進(jìn)速度是可以調(diào)節(jié)的，并應(yīng)能無(wú)級(jí)調(diào)速，使鉆頭給進(jìn)速度能與機(jī)械鉆速相適應(yīng)。 3) 給進(jìn)行程應(yīng)盡可能的長(zhǎng)。 4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、操作靈活安全。并應(yīng)配備有儀表來(lái)觀(guān)測(cè)鉆頭壓力、進(jìn)尺和鉆速等。 目前，全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的給進(jìn)機(jī)構(gòu)有油缸液壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)和油馬達(dá) 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)兩種。大多數(shù)鉆機(jī)采用油缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)。 油缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)又分為一般油缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)和油缸 鏈條倍速給 進(jìn)機(jī)構(gòu)兩種。一般油缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)是油缸的液壓力或運(yùn)動(dòng)直接作用于動(dòng)力頭和鉆具；油缸的行程和動(dòng)力頭的給進(jìn)行程相等，故又稱(chēng)為非倍數(shù)油缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)。油缸 鏈條倍速給進(jìn)機(jī)構(gòu)是動(dòng)力頭的給進(jìn)行程等于活塞行程的兩倍。本設(shè)計(jì)選用單油缸 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 單油缸 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)工作原理（圖 1-2）：給進(jìn)油缸缸體固定在機(jī)架上，活塞桿的前端與帶有鏈輪的連接軸相連接。拖板向后移動(dòng)。每根鏈條的一端都是繞過(guò)鏈輪之后固定在給進(jìn)機(jī)架上，而另一端繞過(guò)鏈輪之后分別與拖板相連接，組成為一個(gè)封閉的倍增傳動(dòng)鏈，拖板行程比活塞行程增大一倍。 圖 1-2 給進(jìn)機(jī)構(gòu)示意圖 1-動(dòng)力頭 2-液壓油缸 3-鏈條 3.2 動(dòng)力設(shè)備部分 全液壓鉆機(jī)的動(dòng)力設(shè)備，包括動(dòng)力機(jī)、油泵、油箱、過(guò)濾器、冷卻器等。 3.2.1 動(dòng)力機(jī) 驅(qū)動(dòng)油泵的動(dòng)力機(jī)，一般采用電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)。在坑道鉆探中，也有采用風(fēng)馬達(dá)的。動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，一般為 14601800 轉(zhuǎn) /分，國(guó)外鉆機(jī)有增高動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的趨勢(shì)，高達(dá) 24003600 轉(zhuǎn) /分。這樣可以大大提高油泵排油量，或縮小油泵尺寸和重量，使動(dòng)力機(jī)和油泵小型化。 動(dòng)力機(jī)的功率是設(shè)計(jì)鉆機(jī)的依據(jù)。鉆機(jī)的功用主要是用 來(lái)完成鉆進(jìn)工充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 序?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)所需的功率包括破碎孔底巖石和回轉(zhuǎn)鉆具等所需功率，前者基本上不受孔深的影響；后者當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)不高時(shí)隨孔深的變化也不大，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)較高時(shí)隨孔深增加而增大。 本設(shè)計(jì)采用柴油機(jī)作為動(dòng)力機(jī)。 3.2.2 油泵 油泵是將動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的一種裝置，它是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力源。目前，每臺(tái)全液壓鉆機(jī)的油泵站通常有兩個(gè)油泵，一個(gè)為主油泵，它向回轉(zhuǎn)馬達(dá)供油；另一個(gè)為輔助油泵，它向給進(jìn)機(jī)構(gòu)供油。但有的鉆機(jī)（如泰美克 250 型鉆機(jī)）只有一個(gè)油泵，它向油馬達(dá)及各油缸供油。 油泵類(lèi)型的選擇應(yīng)能滿(mǎn)足鉆機(jī)工作的特點(diǎn)和要求 。由于鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)速度有高有低，一般主油泵選用變量油泵，并且都用軸向柱塞式變量油泵，它能使液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)容積調(diào)速；輔助油泵多用齒輪油泵，也有選用軸向柱塞式變量油泵的。這時(shí)因?yàn)檩S向柱塞式變量油泵具有 體積小、重量輕、調(diào)速方便、轉(zhuǎn)速高、壓力大等特點(diǎn)，它較適用于鉆機(jī)的工作需要。但定量油泵價(jià)格比較便宜。 本設(shè)計(jì)采用雙油泵，主油泵采用變量泵，輔助油泵采用定量油泵。 3.2.3 油箱 油箱是用來(lái)儲(chǔ)油、散熱、分離油中雜質(zhì)和空氣的裝置。它的形狀和尺寸要根據(jù)鉆機(jī)的總體布置及散熱的需要來(lái)決定。按一般機(jī)械要求，油箱的有效容積為油泵 的每分鐘流量的三倍以上。但是，考慮野外工作條件的需要，鉆機(jī)的油箱容積不能太大。而且多數(shù)鉆機(jī)在油箱里裝有冷卻器，因此油液的發(fā)熱大為改善。本鉆機(jī)也采用這種結(jié)構(gòu)。 3.3 操縱臺(tái)部分 “集中手柄操縱” 這是全液壓鉆機(jī)的特點(diǎn)之一。鉆機(jī)的所有控制閥、各種儀表等都集中裝在操縱臺(tái)的控制面板上。從油泵輸出的壓力油經(jīng)高壓橡膠管到各控制閥，操縱控制閥手把的各種不同位置，使壓力油經(jīng)閥板下的軟管分配給各個(gè)液動(dòng)機(jī)，根據(jù)鉆探工藝的需要來(lái)驅(qū)動(dòng)油馬達(dá)、給進(jìn)油缸等，從而完成鉆探各工序的動(dòng)作。因此，操作臺(tái)是鉆機(jī)的操縱驅(qū)紐。 本 鉆機(jī)也采用“集中手柄操縱”。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第 4 章 動(dòng)力機(jī)的確定 4.1 電動(dòng)機(jī)功率的確定 本鉆機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置采用柴油機(jī)，因?yàn)殂@機(jī)多在野外作業(yè)，柴油機(jī)無(wú)需外充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 接能源。本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立的支路組成，油泵 馬達(dá)回路系統(tǒng)和油泵 油缸給進(jìn)系統(tǒng)，且兩油泵共用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，因此鉆機(jī)的電動(dòng)機(jī)的總功率為： 給回電 NNN 其中：電N 鉆機(jī)的電動(dòng)機(jī)總功率 KW 回N 回轉(zhuǎn)鉆桿及破碎巖石所需功率 KW 給N 給進(jìn)油缸所需功率 KW 4.1.1 油泵 馬達(dá)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 1基本參數(shù)的確定： 機(jī)械效率 85.0 液壓傳動(dòng)效率 85.0 鉆頭外徑 cmD 3.7 鉆頭內(nèi)徑 0d cm 泵驅(qū)回 NN 1N動(dòng)馬 N 321NNN 動(dòng)N其中： 1N 孔底破碎巖石所需的功率 KW 2N 鉆頭與孔底摩擦所消耗功率 KW 3N 回轉(zhuǎn)鉆桿所需的功率 KW 機(jī)械效率 取 85.0 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1 液壓馬達(dá)效率 取 0.851 井底破碎巖石所需功率 3 0 6 0 0 0 0AN 4 31 壓nmhKW 其中： n 動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速 r/min m 鉆頭切削刃數(shù) 取 2 ( ) / 4 ( )m 鉆 進(jìn) 回 托 h 鉆進(jìn)速度 min/25.0 mh 壓 巖石抗壓強(qiáng)度 見(jiàn)表 4 1 表 4 1 巖石抗壓強(qiáng)度 巖 石 名 稱(chēng) 抗壓強(qiáng)度（ N/cm2） 硬 土 1800 4 )8.53.7(4 )(2222 dDA 其中： A 井底環(huán)狀切削面積 D 鉆頭外徑 取 cmD 3.7 d 鉆頭內(nèi)徑 取 0d cm 將動(dòng)力頭各種轉(zhuǎn)數(shù)以及巖石的不同抗壓強(qiáng)度壓分別代入上式中所得 1N 的相應(yīng)值見(jiàn)表 4 2 中。 鉆頭與孔底摩擦所需功率 2N 19 448 00N 2 rRnef 壓其中：壓 巖石抗壓強(qiáng)度 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 f 鉆具和巖石間摩擦系數(shù) 取 3.0f e 側(cè)摩擦系數(shù) 取 1.1e n 動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速 R 鉆頭外半徑 r 鉆頭內(nèi)半徑 將動(dòng)力頭的不同轉(zhuǎn)數(shù)和不同孔底壓力代入上式中， 2N 的相應(yīng)值見(jiàn) 表 4 2。 回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率3N33.12113 1092.0 nLdN KW 其中： L 孔深 取 300000L mm d 鉆桿直徑 60d mm n 動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速 沖洗液的比重 取 15.1 將上述各參數(shù)及動(dòng)力頭的不同轉(zhuǎn)速代入上式中所得3N值列 表 4 2 中。 表 4 2 功率計(jì)算表 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 功率 (kw) n min)/(r壓（ N/cm2） 30（回托） 60（回托） 120（鉆進(jìn)） 1N1N 1800 0.22 0.26 0.037 2 1800 0.71 1.43 0.278 3N 1800 3.15 7.92 19.95 動(dòng)N1800 4.08 9.61 20.265 馬N1800 5.1 12.0 25.33 2 馬達(dá)的選擇 馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的確定 mNW NM 3010 其中： M 馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩 0N 馬達(dá)的輸出功率，根據(jù)表 4 2 取得 KWN 70 W 馬達(dá)輸出軸的平均角速度 602 1nW 式中： 1n 馬達(dá)轉(zhuǎn)速 1 2nnn 動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速 按 120 轉(zhuǎn)最大功率計(jì)算，將所求的值列于表 4 3。 表 4 3 馬達(dá)轉(zhuǎn)矩 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 min)/(rn 120 min)/(1 rn 360 )/( slW 25.13 )( mNM 507.36 )(0 KWN 25.25 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用兩個(gè)馬達(dá)分擔(dān)功率，需選用低速大扭矩馬達(dá)。其主要根據(jù)轉(zhuǎn)矩 M 來(lái)選擇。輔助因素包括排量、額定壓力、轉(zhuǎn)速范圍等最終確定。 可選用 6 625TK 型擺線(xiàn)馬達(dá)，其技術(shù)參數(shù)如下表 4 4。 表 4 4 馬達(dá)技術(shù)參數(shù) 排量 最高轉(zhuǎn)速 最大輸出轉(zhuǎn)矩 最高工作壓力 重量 390 /ml r 241 / minr 1380Nm 20Mpa 32.1kg 3液壓泵的選擇 液壓泵的選擇主要根據(jù)供油壓力pp和最大供油量pq兩個(gè)因素決定。 馬馬QNP 其中： P 馬達(dá)的進(jìn)油壓力 馬N 馬達(dá)的輸入功率 馬Q 馬達(dá)的實(shí)際輸入流量 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Vnq 1Q馬其中： q 馬達(dá)排量 1n 馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 V 容積效率 90.0V 將所求的值列于表 4 5。 表 4 5 馬達(dá)及泵的流量 min)/(1 rn 120 240 min)/(LQ馬 52 104 min)/(LQ泵 57.7 115.5 maxqkq p 即 馬泵 QkQ 其中： k 考慮系統(tǒng)泄露修正系數(shù)，一般 3.11.1k 。這里取 1.1k 1pPPp 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)簡(jiǎn) 單的系統(tǒng) M pap 5.02.01 ，對(duì)于復(fù)雜系 統(tǒng)Mpap 5.15.01 。這里取 4.01 p 。 將所求的數(shù)值分別列于表 4 6。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 表 4-6 馬達(dá)的進(jìn)油壓力及排量 壓力 )(Mpan min)/(r壓（ N/cm2） 120 240 P 1800 5.52 16.5 由表中的數(shù)值， 查液壓元件手冊(cè)可選：柱塞泵 CCY14-1B,其技術(shù)參數(shù)如下表 4 7。 表 4 7 柱塞泵的 技術(shù)參數(shù) 理論排量 最高壓 力 額定轉(zhuǎn)速 驅(qū)動(dòng)功 率 容積效 率 重量 63 /mL r 31.5 aMP1500 / minr 26KW 91.0 kg85.7 4.1.2 油泵 油缸給進(jìn)機(jī)構(gòu) 1.給進(jìn)油缸的基本參數(shù) 油缸數(shù)量 1個(gè) 油缸直徑 125D mm 活塞桿直徑 90d mm 活塞有效行程 1200L mm 油缸面積 21 1 2 2 .7A cm活塞桿面積 22 6 3 .6A cm有效面積 212 5 9 . 1 1A A A c m 2.油泵工作壓力的計(jì)算 鉆機(jī)打水平孔時(shí)，油缸最大推力為： 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摩FCW 式中： W 油缸最大推力按設(shè)計(jì)要求 N 150KN 因此，油泵的工作壓力 P 為： 2150000 2 4 4 4 . 9 8 / 2 4 . 45 9 . 1 1WP k g c m M p aA 3. 油泵最大工作流量計(jì)算 油缸回程時(shí)的最大容積油量： 11 1 . 2 3 1 2 1 4 . 7 2V A L L 油缸送進(jìn)時(shí)的最大容積油量： 22 0 . 5 9 1 1 2 7 . 0 9V A L L 當(dāng)選用動(dòng)力頭的速度 min/05.0 mv 時(shí)，動(dòng)力頭送進(jìn)時(shí)每分鐘所需油量為： m in/08.02 LvAQ 令活塞回程時(shí)間為 0.3min，則回程所需油量為： 11 5 . 3 8 8 / m i n0 . 3VQL 4. 給進(jìn)油缸所需的功率給N 22 256 0 1 0PQN K W 5根據(jù)上面的計(jì)算，查 液壓元件手冊(cè) 選用 MCY14-1B 型柱塞泵，其技術(shù)參數(shù)如下表 4 8。 表 4 8 型柱塞泵的技術(shù)參數(shù) 排油量 額定壓力 額定轉(zhuǎn)速 驅(qū)動(dòng)功率 容積效率 重量 25 /ml r 31.5 aMP1500 / minr 25KW 0.8 6.4kg 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 4.1.3 泥漿泵 考慮鉆進(jìn)潤(rùn)滑的需要 ,引進(jìn) HBW150/40 型泥漿泵，功率 7.5KW。 4.2 柴油機(jī)的選擇 柴油機(jī)的功率 2 5 . 5 2 5 7 . 5 5 8N K W 柴 油 機(jī)由此，可查的此設(shè)計(jì)選用 R6105G36 型柴油機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下 表 4 9。 表 4 9 電機(jī)技術(shù)參數(shù) 額定功率 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 效率 85KW 2200 / minr 0.822 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第 5 章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 變速箱的設(shè)計(jì) 5.1.1 強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù) 1) 在校核零件的強(qiáng)度時(shí)，假設(shè)兩液壓馬達(dá)全部功率輸入動(dòng)力頭，然后再輸入動(dòng)力。 2) 動(dòng)力頭在連續(xù)工作情況下，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。 5.1.2 齒輪強(qiáng)度的計(jì)算 選定齒輪的類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒輪。本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案選用直齒圓柱齒輪?？紕?dòng)力頭的工作環(huán)境較為惡劣，為增大齒輪使用壽命大小齒輪都選用硬齒面。根據(jù) 表 5 2 選得大小齒輪的材料都為 40Cr，并且需要調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為 4855HRC。精度等級(jí)選為 7 級(jí)。齒寬系數(shù)根據(jù)表 5 3 中的單級(jí)齒輪傳動(dòng)，兩支承相對(duì)齒輪為對(duì)稱(chēng)布置，且兩齒輪均為硬齒面。選擇齒寬系數(shù)為 0.6。因?yàn)槭茌d比較平穩(wěn)、齒輪為硬齒面、支承為對(duì)稱(chēng)分布，故取 5.1K 。齒數(shù)選擇時(shí)為了避免根切，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 17min Z ，開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中為保證齒根彎曲強(qiáng)度，常取 20171 Z ，閉式齒輪傳動(dòng)中常取 40171 Z ，本設(shè)計(jì)取 241 Z 。 變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)及材料見(jiàn)表 5 4。 表 5-2齒輪常用材料及其力學(xué)性能 材料 熱處理方法 齒面硬度 許用接觸應(yīng)力 1H 許用彎曲應(yīng) 1F 40Cr 調(diào)質(zhì)后淬火 4855HRC 13951426 483518 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 表 5-3齒寬系數(shù) 齒輪相對(duì)于軸承的位置 齒面寬度 軟齒面 硬齒面 對(duì)稱(chēng)布置 0.81.4 0.40.9 非對(duì)稱(chēng)布置 0.61.2 0.30.6 懸臂布置 0.30.4 0.20.25 表 5 4 齒號(hào) 齒數(shù) 模數(shù) 齒寬 材料 硬度 齒型角 螺旋角 精度 Z1 19 2.5 80 40Cr 4855HRC 200 00 7DC Z2 38 2.5 75 40Cr 4855HRC 200 00 7DC 1確定許用接觸疲勞應(yīng)力 l i m1 1 3 2 6HHHM p aS 其中： limH 失效概率為 1時(shí)試驗(yàn)齒輪的接 觸疲勞極限力 單位： Mpa 。由表 5 2 查得li m 1057H M p a HS 解除疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)， 1HS ，（失效概率為1）。 2確定許用彎曲疲勞應(yīng)力 FxFF S Y lim1 其中： limF 齒輪彎曲疲勞極限。由表 5 2 查得 MpaF 500lim 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 FS 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。機(jī)械齒輪失效率 1時(shí) 1FSXY 彎曲疲勞壽命系數(shù)。由于 m =5.5，查表得 0.99XY 。 M p aS YFxFF 5 0 0 lim1 大小齒輪的齒面硬度相同， 12 1057HH M p a M paFF 50021 3小齒輪轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 161161 1055.91055.9 nNnpT 馬1 m a x 9 9 4 .6T N m4按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 mm 其中：td1 小齒輪的分度圓直徑。 tK 載荷系數(shù)，取 5.1tK。 齒數(shù)比。 2 d 齒寬系數(shù)，取得 0.4d 。 1H 許用接觸應(yīng)力。 代入數(shù)值得： 3 211 .16.76 1 Hd tt TKd充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 531 21 . 5 9 . 9 4 6 1 0 2 17 6 . 6 8 9 . 40 . 8 1 0 5 7 2td m m 齒輪模數(shù)為：118 9 . 4 4 . 719dm m mz 5按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 3 21m a x126.1 FdFSZYKTm其中：FsY 齒型系數(shù)，查表得 19.41 FsY， 99.32 FsY。 53 21 . 5 9 . 9 4 6 1 0 4 . 1 91 . 2 6 4 . 40 . 8 1 9 5 0 0m m m 6接觸疲勞強(qiáng)度校核 1) 分度園上的圓周力 Ft 129 9 4 . 62 0 0 0 2 0 0 0 5 2 3 4 7 . 338tTFNd 2) 使用系數(shù) 25.1AK 3) 動(dòng)載系數(shù) 4.1VK4) 齒向載荷分布系數(shù) 32.1HK5) 齒間載荷分布系數(shù) 6.1HK6) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 3.2HZ 7) 彈性系數(shù) 8.189EZ 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 8) 重合度系數(shù) 41.0Z9) 接觸應(yīng)力 231 1 0 0 . 6tH A V H H H H EF u NK K K K K Z Z Z Zmmd b u 10) 壽命系數(shù) 1NZ11) 安全系數(shù) 1lim HS ， 1lim FS 12) 潤(rùn)滑劑系數(shù) 86.0LZ 13) 速度系數(shù) 93.0VZ14) 粗糙度系數(shù) 98.0RZ 15) 硬化系數(shù) 92.0WZ16) 尺寸系數(shù) 1XZ 17) 許用接觸應(yīng)力 2l i m1111l i m /360 mmNS ZZZZZHHRVLNHHP 18) 接觸強(qiáng)度判斷 因?yàn)?HPH ，所以校核通過(guò)。 7彎曲疲勞強(qiáng)度校核 1) 齒向載荷分布系數(shù) 1K2) 應(yīng)力修正系數(shù) 7.1saY3) 重合度系數(shù) 38.0Y充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 4) 齒根應(yīng)力F211 4 2 9 . 1 /F t A V F F s aF K K K K Y Y Y N m m 5) 壽命系數(shù) 5.2NTY6) 相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) 95.0RELtY7) 相對(duì)齒根表面狀態(tài)系數(shù) 06.1RELtRY8) 尺寸系數(shù) 1XY 9) 許用齒根應(yīng)力 2I m 1m i n9 8 2 7 . 6 /F i s T T i I r e l T X R r e l TFPFY Y Y Y Y N m mS 10) 彎曲強(qiáng)度 因?yàn)?FPF 1 ,所以彎曲強(qiáng)度校核通過(guò)。 8具體參數(shù)的確定 由上述計(jì)算可見(jiàn)，本設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度較弱，故應(yīng)以mmm 59.2 為佳。 查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)取得模數(shù) 5.5m mm 。 齒輪主要 幾何尺寸： 分度圓直徑 11 5 . 5 1 9 1 0 4 . 5d m Z m m 22 5 . 5 3 8 2 0 9d m Z m m 齒頂高直徑 *11 ( 2 ) 5 . 5 (1 9 2 ) 1 1 5 . 5aad m Z h m m *22 ( 2 ) 5 . 5 ( 3 8 2 ) 2 2 0aad m Z h m m 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 中心矩 12 1 5 6 . 7 52dda m m齒寬 2145bb d m m ，故取2 45b mm， )102(21 bb取mmb 461 。由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要，改 b1 80mm， b2 75mm 5.1.3 軸的設(shè)計(jì) 1. 輸出軸上功率2P、轉(zhuǎn)速2n和轉(zhuǎn)矩2T的初步確定 已知下列條件：材料 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，各齒輪分度圓直徑為：1 1 0 4 .5d mm， 2 209d mm2262 1055.9 n PT 將計(jì)算結(jié)果輸入表 5 5。 表 5 5 輸出軸上功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 2n （ r/min） 30 60 120 KWP2 6 12 25 5 mNT 2 1910 1910 2029.3 2. 求作用在齒輪上的力 因?yàn)槭侵饼X圓柱齒輪傳動(dòng) 0 圓周力 32 m a x1 m a x22 0 2 9 . 3 1 02 2 9 7 0 8 . 1209tFF F Nd 徑向力 2 6 9 1 . 7 2 0 3 5 3 3 . 4rtF F t g t g N 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 其中：max1F 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩， mmN 。 max2F 大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩， mmN 。 2d 大齒輪的節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即分度圓直徑， mm 。 嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪為 20 。 圓整后， 9710tFN3600rFN。方向如圖 5 1 所示。 3. 初步估計(jì)軸的最小直徑，選取連軸器。 初估軸徑：安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 d - （圖 5 1a）為周的最小直徑。 d - =322nPA 其中：查得 A = 90 107 3 5 . 5 2 1 . 11 7 . 7 1 0 . 58 . 8 5 . 2 5d m md m md m m 為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需求取 d - mm30 。 選取聯(lián)軸 器：由于承受軸向力過(guò)大，所以采用單獨(dú)設(shè)計(jì)的非標(biāo)聯(lián)軸器。 4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬訂軸上零件的裝配方案 軸上的大部分零件包括：大圓柱齒輪、檔油環(huán)、左端軸承和軸承端蓋以及聯(lián)軸器依次由左端裝配，僅右端軸承和軸承端蓋由右端裝配。 2）根據(jù)軸向定位及固定要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度，見(jiàn)表 5 6。 3）軸上零件的周向固定 齒輪采用平鍵定位，滾動(dòng)軸承與軸則采用過(guò)渡配合。 4）定出軸肩處的圓角半徑 r 的值 見(jiàn)圖 6 1a，軸端倒角取