毕业设计（论文）200米液压钻机变速箱的设计（含全套cad图纸）

1、摘要随着我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业的发展，对各种钻探设备提出了更多的要求。钻机作为钻探设备的重要工具之一，在这些工程中起了举足轻重的作用。为了适应当前各种勘探工作和工程建设项目对浅孔钻机的要求，本设计任务在 TXU-150 型钻机的基础之上进行了一些改进，设计出了钻探深度为 200 米的液压钻机。设计中根据钻机使用的环境和场合，运用比较和参照的方法，借鉴同类型钻机的设计参数，通过比较分析，重点对变速箱重新进行设计计算。在此基础之上运用绿色设计的理念，对不影响钻机性能的环节进行了优化。最后，设计出的 200 米钻机理论上满足钻探深度为 200 米的设计要求，同时尽量节省了制造成本和生

2、产时间。关键字 地质勘探 钻机 变速箱 全套CAD图纸，联系 695132052Abstract With the high development of geology explore, engineering constructions, and farmland irrigation in our country ,various drilling equipments are put forward more requests.As one of the most important tools in explore manchines,drill machine having the

3、 prominent function in these engineering constructions.For adapting to various current explore works and engineering constructions,which gives drill manchines more new requests.This design mission started on the foundation of TXU-150 drill machine,and than carried on some improvements.As a result,a

4、new liquid pressure drill manchine which can drill holes as deep as 200 metres was designed. According to the drill environment and situations of the machine usage,this design mission used of the comparison method, taked design parameter from the same kind type drill machines.Passed more analytical,

5、I redesigned the gear-box of the 200-metre drill machine as my key work. At this foundation on make use of the principle of green design, to not affected the function of the machine,it carry on optimal design.At the end of the work,the designed machine satisfy to drill holes of depth as 200 meters i

6、n theorety.At the same time, it save the manufacturing costs and producing time as could as possible.Key words geology explore drill machine gear-box第1章 绪 论1.1 选题的意义本设计选择了200米钻机的变速箱设计，主要原因是当前我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业正在逐渐完善，对各种钻探设备尤其是钻机提出了更多的要求。现在市场上流行的钻机中以钻探深度为百米左右的液压钻机为主，这些钻机在承担各种生产建设项目中起到了至关重要的作用。但是，我们通

7、过调查和了解发现，随着生产建设项目的扩大，市场对上钻探深度为几百米的液压钻机的需求量正在逐步上涨，尤其是钻探深度为200左右的钻机，市场前景更加乐观。变速箱是钻机中最重要的部分之一，通过对钻机变速箱的设计改进，就解决了钻机设计制造中的关键环节。所以，选择200米液压钻机变速箱的设计不仅对钻机这个生产行业有着重要的经济意义，同时间接推动了我国国民经济的发展，意义十分重大。1.2 钻机概述1.2.1 钻机的功用 钻探是地质勘探工作的重要手段之一。钻机是实现该手段的主要设备。其基本功用是以机械动力带动钻头向地壳钻孔并采取岩矿心。钻机同时还是进行石油、天然气勘探及开采、水文水井钻探、工程地质钻探等工程

8、的重要设备。1.2.2 对钻机的要求 钻机的技术性能要保证在施工中能满足合理的工艺要求，以最优规程，达到预计的质量要求；维护保养简单容易；安装拆卸搬迁方便；利于快速钻进；钻进辅助时间短；钻孔施工周期短；体力劳动强度低等。概括起来说，是钻机要为多、快、好、省地完成钻探生产任务创造有利条件。 根据钻机的基本功用，对钻机具体要求如下： 1.通过回转钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适合钻进规程需要的转速及调节范围，以便有效地破碎岩石； 2.能通过钻具向钻头传递足够的轴心压力，并有相当的调整范围，使钻头有效地切入或压碎岩石； 3.能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进； 4.能完成升降钻具的工作

9、，并能随着钻具重量的变化而改变提升速度，以充分利用动力机的功率和缩短辅助时间； 5.能变换钻进角度和按一定技术经济指标旧响应深度的直径的钻孔，以满足钻孔设计的要求和提高钻进效率。1.2.3 钻机的组成 目前常用的钻机由如下各部分组成： 1.机械传动系统 将输入的动力变速并分配到回转、升降机构。对与液压钻机还要有驱动油泵，以使液压系统工作的装置。 2.液压传动系统 利用油泵输出的压力油驱动马达、油缸等液动机，以使立轴回转和控制给进机构、移动钻机、松紧卡盘等； 3.回转机构 回转钻具，以带动钻头破碎孔底岩石。 4.给进机构 调整破碎岩石所需要的轴心压力和控制给进速度。在出现孔内事故时，可以进行强力

10、拔出。 5.升降机构 用于升降钻具（提取岩心和更换钻头）和进行起下套管等作业。 6.机架 支承上述各机构及系统，使之组装成一个整体，成为完整的机器。 1.2.4 钻机的分类和名称 随着钻探工程在国民经济各部门中的广泛应用，钻机类别和型号也在增多。为此将钻机实行科学分类和确定名称，对识别、评价和选择钻机是很有意义的。 1.分类 按用途分类 按用途不同，可将现行广泛使用的钻机分为三大类，即地质勘探用岩心钻机；石油钻探用钻机；专用钻机（水文水井钻机、物探钻机、工程钻机等）； 按钻机标准钻进孔深分类根据不同孔深范围，将各种不同钻进孔深的钻机分成三类或四类。按三类分见表11。 表11 (m）类别浅孔钻机

11、中深孔钻机深孔钻机1030010300300800300800800120010002000按四类分类见表12。表12 （m）浅孔钻机次深孔钻机中深孔钻机深空钻机10150200400500800900以上按原来地质总局设备管理分类钻机可分为六类，即浅孔钻机、岩心钻机、石油钻机、水文水井钻机、汽车钻机和砂矿钻机；按装载方式分类可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；按破碎岩石方式分类可分为回转式、冲击式和冲击回转式；按回转机构型式分类可分为立轴式、转盘式、动力头式；按进给机构分类可以分为手轮（把）式、油压式、螺旋差动式、长油缸式、油马达链轮式。2.名称钻机的名称是按照钻机综合特征及主要性能，以汉字拼音

12、字母及数字编排成的代号来表示的。通常把这种代号称为型号，并以铭牌指示在钻机上。国产钻机名称一般有三部分组成：首部为用途类别和结构特征代号，用汉语拼音中的一个字母表示。如“X”是汉字“心”的拼音首字母，表示钻机用于岩心钻进。“U”是汉字“油”的首字母，表示给进机构类型属于油压式。中部为主要性能参数代号，用钻机标准钻进深度数字表示。如标准钻进深度为200米的钻机，中部代号为200。尾部为变型代号，可用汉语拼音字母中的一个字母或数字为代号。无尾部的是指首次产品。如是第二次修改后的产品，尾部代号为2。1.3 本设计主要内容1.设计题目：200米液压钻机变速箱的设计主要技术参数：见表11表11钻探深度2

13、00m立轴转速120、240、350、600r/min开孔直径89mm终孔直径60mm钻机角度0360第2章 钻机的总体设计2.1 本设计钻机的应用场合 200米型钻机主要用于钻探深度为200米的各种角度的放水孔、地质构造孔、灭火孔、抽放瓦斯孔及铁路、公路、桥梁、隧道、国防建设、工业民用建设、农田打井及地质勘探、工程爆破以及其它用途的各种工程孔。 该机可用于不同硬度的岩石中钻探任何角度的钻孔，而在煤层、软岩层、硬岩层中钻孔和农田打井时效率为最高。整个机组由两部分组成，即200米钻机、TBW150/3.0泥浆泵。钻机冲洗液为泥浆或清水。在地面钻探不需要使用钻塔，只要有一定高度的三角架可供提升使用

14、就可以。 本200米钻机配备动力为电动或柴油机，适用于井上、井下或野外没有电源的场地作业。2.2 设计方案的确定2.2.1 本设计钻机的特点通过市场调研了解到，目前钻探工程对钻孔深度200米左右的钻机需求量日趋增加，而当前的200米钻机，存在着劳动强度大、适应性差等缺点。鉴于以上原因，我们决定改进200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42、50mm两种钻杆；适用于合金钻头或金刚石钻头钻进；钻进速度快，效率高；动力为电机或柴油机。2.2.2 总体设计方案的确定经过调研和几次方案论证，考虑到现场特点，从

15、实用角度出发，确定方案如下：1.考虑到井下、井上和野外作业，动力可选电机或柴油机；2.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600r/min；3.钻机除配机动绞车外，增加了液压卡盘减轻劳动强度，节约时间，提高有效钻进速度；4.考虑到高转速时，绞车速度不能太快，所以增加了互锁装置，安全可靠；5.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；6.采用二级回归式变速箱，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；7.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。2.3 钻

16、机的技术特性和要求考虑到钻机的实际工作情况，根据我国当前生产技术和工艺水平，本TXU200型钻机的技术特性为：1.钻进深度(使用42或50钻杆) 200m 2.钻孔直径 开孔直径 89m 终孔直径 60mm3.钻孔倾斜角度 03604.立轴转速 120、240、350、600r/mm5.立轴行程 500mm6.最大液压给进压力 4 MPa7.卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘） 6 MPa8.立轴内孔直径 52mm9.油缸最大起拔力 28.5KN10.油缸最大给进力 20KN11.绞车提升速度 0.26、0.61、0.70m/s12.绞车转速 33、79、91r/min13.绞车提升负荷0.

17、70m/s 3.35KN0.61m/s 6.00KN0.26m/s 12KN14.卷筒直径 140mm宽度 100m钢丝绳直径 8.8mm容绳长度 32.8m15.配备动力 电动机 型号 YB160L4电压 380/660V功率 15KW转速 1460r/min第3章 动力机的确定3.1 输出功率计算根据现场需要，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 （31）式中： 钻机所需功率(KW)式中: 回转钻及破坏岩石、土层所需功率(KW) 效率 =0.9 油泵所需功率(KW)3.2 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率回转钻进及破碎岩石、土层所需功率计算公式如下：= （3

18、2）式中: 井底破碎岩石、土层所需功率(KW) =式中: m钻头切削刃数 取m=6 n立轴转速（r/min） r/min h钻进速度(cm/min) 当转速130r/min、250r/min时,h=5cm/min 当转速350r/min、600r/min时,h=1.5cm/min 岩石抗压强度,其值见表3-1井底环状面积，取钻头直径D=7.7cm,内孔直径 d=5.9cmcm2 钻头与孔底摩擦所需功率(KW) （33）式中: 孔底压力或岩石抗压强度； 钻具与岩石直接的摩擦系数 f=0.5 e侧摩擦系数 e=1.1 立轴转速(r/min) R钻头外圆半径(cm) R=3.85cm r钻头内孔半径

19、(cm) r=2.95cm将立轴不同转速和不同孔底压力代入式（33）中,所得相应数值见表31。 回转钻杆所需功率(KW)当200r/min时 式中：孔深(mm) ， 硬质合金钻进时，取200000mm 金刚石钻进时，取75000mm 钻杆直径(mm) 取=50mm 立轴转速(r/min) 冲洗液比重, =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。3.3 给进油缸所需功率的计算3.3.1 给进油缸的基本参数1. 给进油缸的基本参数 给进油缸的数量 2 油缸直径 55mm活塞杆直径 30mm活塞杆有效行程 500mm油缸面积 23.75cm2活塞杆面积 7cm2 有效面积 16.

20、76cm23.3.2 油缸工作压力的计算钻机大水平孔时，油缸的最大推力为：式中：油缸最大推力(N) 孔底最大压力(N) C13345N 钻杆与孔壁间的摩擦力(N)式中：钻杆单位长度重量(N/m) 55.46N/m 钻杆长度(m) 200m 摩擦系数 0.35N故 N油泵的工作压力MPa3.3.3 油泵最大工作流量计算油缸回程时的最大容油量:L油缸送进时的最大容油量:L 当选用立轴的钻进速度=0.05m/min=0.5dm/min时,立轴送进时每分钟所需的油量为:L/min令活塞回程时间为0.3min,则回程所需油量为:L/min3.3.4 给进油缸功率计算根据以上的计算，可以得到给进油缸的功率

21、：KW 3.3.5 油泵满负荷工作时所需要的功率根据上面的计算,选用YBC12/80型齿轮油泵(排油量12L/min,额定压力8MPa,最大压力12MPa)。油泵满负荷时所需功率是： (34)式中: 额定压力(N/cm2) =800N/cm2额定流量(L/min) =12L/min机械效率 =0.9容积效率 =0.71将上述参数代入式（34）中可以得到： 上式油泵排量在额定转速1460r/min时是12L,在995r/min时是8L。3.4 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31，

22、本机选用15电机或柴油机，基本能满足表31中粗线以上各种工作状态。 表31 各种类型岩层的抗压强度 （N/cm2）岩 石 名 称抗 压 强 度粘土、页岩、片状砂岩4000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32 电机功率选择计算功率N（KW） 转速r/min抗压强度(N/cm2)120240350600N120000.217680.258870.115320.1319540000.435370.517750.230640.2639180000.870751.035500.461280.52782100001.088441

23、.294380.576600.65978120001.306131.553260.691920.79173140001.523821.812140.807240.92369N220000.461530.923071.346152.3076940000.923071.846152.692304.6153880001.846153.692305.384619.23076100002.307694.615386.7307611.5384120002.769235.538468.0769213.8461140003.230766.461539.4230716.1538N32.677.754.89.83

24、N回转器(N1+N2+N3)20003.349228.931956.2614712.269640004.0284510.11397.7229514.709380005.3869112.477810.645919.5885100006.0661313.659712.107322.0282120006.74536414.8417213.5688524.46789140007.42459216.0236815.0303326.90754N油泵0.0280.0280.0280.028N(N油+N回）20003.3772278.9599546.28947512.2976540004.05645510.1

25、41917.7509514.737380005.4149112.5058210.673919.61659100006.09413713.6877712.1353822.05624120006.77336414.8697213.5968524.49589140007.45259216.0516815.0583326.93554=N/0.98.28065811.2687913.483813.6640=1.19.10872412.3956714.832115.0304第4章 机械传动系统设计4.1 主要参数的选择4.1.1 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75m

26、m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120600r/min，即适合合金钻头钻进，由适合金刚石钻头钻进。4.1.2 绞车为了减轻钻机重量，不使动力机过大，绞车的缠绳速度不宜过高，基本上采用低速，本机升降机速度为0.260.70m/s。卷筒缠绳速度为三种，见表41 表41 绞车卷筒缠绳速度档档档档立轴转速 r/min120240350600缠绳速度 m/s0.260.610.704.1.3 变速箱参考国内外现有小型钻机的转速系列，本机采用了不规则排列的中间转速系列。立轴

27、有四种转速，120、240、350r/min转速适合合金钻头钻进，600r/min转速适合金刚石钻头钻进。4.2 机械传动系统初步计算4.2.1 立轴的转速根据机械传动路线，立轴的转速计算如下：式中:立轴的第一档转速(r/min) 电机转速(r/min) n=1460r/min 主动皮带轮直径(mm) D1=160mm 大皮带轮直径(mm) D2=355mm Z1Z11传动链中各齿轮的齿数,Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40Z10=20,Z11=39故 r/min第二档、第三档和第四档转速分别计算如下：第二档： =式中:Z5=28,Z6=31故 =r/min第三档： =式中: Z4

28、内=24故 =351.5350r/min第四档： =式中: Z7=46,Z8=21,Z6内=21故 =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、240、350、600r/min。4.2.2 绞车的缠绳速度第一档速度: m/s式中:mm式中:=140mm为卷筒直径,=8.8mm为钢丝绳直径。故 =0.28同样方法可以得到:m/s m/s (计算从略)考虑到皮带、轴承、齿轮等的效率，确定绞车提升速度分别为：0.26ms =0.61m/s =0.70m/s。第5章 变速箱的设计与计算5.1 变速箱的结构特点及设计要求5.1.1 结构特点 变速箱的结构有变速部分、分动部分、操纵

29、部分和箱体组成。本设计中变速部分和分动部分合为一整体，缩小了箱体的结构尺寸。其具体特点是： 1.采用了回归式的传动形式，箱体呈扁平状，有利于降低钻机的高度，齿轮Z4即使移动齿轮又是结合子，因此结构紧凑； 2.变速、分动相结合，减少了零件的数目，有效利用变速箱内的空间； 3.操纵机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，这种互锁装置安全可靠，结构简单； 4.增加了卸荷装置，减少了齿轮的受力。5.1.2 设计要求 1.在校核零件强度时，假设电机的功率全部输入变速箱，然后再输入绞车和回转器； 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

30、16小时，可连续工作20个月。 每种速度的工作时间分配情况见表61。表51 变速箱四种速度工作时间分配情况转速（r/min）占总工作时间百分率工作时间(h)12030%300024030%300035020%200060020%2000 3.本设计零件的强度和寿命计算方法和数据是按机械设计手册（化学工业出版社）计算的。5.2 齿轮副的强度计算与校核5.2.1 变速箱内各齿轮主要参数确定 根据立轴转速的要求，前面已经初步选择各齿轮的齿数，由钻机的实际情况，变速箱内各齿轮的主要设计参数见表62。表52 变速箱内齿轮的主要设计参数齿轮编号齿数Z模数m齿宽b变 位系数Xn材料硬度RC应力角备注Z125

31、4401.040Cr405020Z2314300.7640Cr405020Z319430020CrMnTi576220Z440430040Cr405020Z528425040Cr405020Z631425040Cr405020Z7473.525-1.0340Cr405020Z8213.5350.0440Cr4050205.2.2.主要齿轮副的强度设计计算与校核 现选择变速箱中重要传动轴轴上的Z3、Z4齿轮副为例进行齿轮副的强度设计计算和校核。 1.按照齿面接触疲劳强度计算初步计算计算转矩Nmm 齿宽系数 查阅相关手册，取=0.4 接触疲劳极限 查阅相关手册，Z3、Z4两齿轮的接触疲劳极限分别为

32、：=1080MPa =970MPa 初步计算的许用接触应力MPa =873MPa 值 查阅相关资料，取=88 初步计算小齿轮直径mm 取=73mm初步齿宽 mm 取=30mm 参数选取计算 圆周速度m/s 使用系数 查阅相关资料，取=1.25 动载系数 查阅相关资料，取=1.15 齿间载荷分配系数 由相关资料，先求小齿轮切向力N然后有 N/mm 100N/mm同时 查阅相关资料得， 故 =190.038+400.017=1.40从而可以得到重合度系数由此可得 齿向载荷分布系数查阅相关资料得到： =1.81 载荷系数 =1.251.151.161.81 =3.02载荷系数 查阅相关资料，取MPa

33、1/2节点区域系数 查阅相关资料，取=2.5接触最小安全系数 查阅相关资料，取=1.05总工作时间 按照要求=10000h eq oac(,11)应力循环次数 查阅相关资料，估计107109 =3.18108 =1.51108 eq oac(,12)接触寿命系数查阅相关资料，取， eq oac(,13)许用接触应力MPaMPa校核验算 =1054.16MPa = =715.5MPa计算结果表明，接触疲劳强度合适。2.按照齿根弯曲疲劳强度验算参数选取计算重合度系数齿间载荷分配系数查阅相关资料，齿向载荷分布系数查阅相关资料，要得到的值先要求。=3.32从资料中可以查出，=1.43载荷系数 =1.2

34、51.151.231.43 =2.53齿形系数 查阅相关资料，取，应力修正系数 查阅相关资料，取，最小弯曲疲劳极限 查阅相关资料，取MPa，MPa弯曲最小安全系数 查阅相关资料，取 应力循环次数 查阅相关资料，取，弯曲寿命系数 查阅相关资料，取， eq oac(,11)尺寸系数 查阅相关资料，取 eq oac(,12)许用弯曲应力=400.4MPa=357.2MPa校核验算 =298.74MPa=283.72MPa计算结果表明，弯曲疲劳强度合适。 由于传动中无严重过载，故不作静强度校核。5.3 轴的强度计算与校核 在变速箱中共有三根轴，其中轴相对尺寸直径小，长度大，所受到的力多。下面仅以该轴的

35、强度寿命进行验算。 轴共有7种工作状态，向回转器传递4种状态的动力，驱动绞车的3种转速。相比而言回转器120r/min的转速时该轴受扭矩最大，受力最大。 已知条件：材料40Cr，调质处理。该轴的各档转速及其传递的功率、转矩见表53。表53 轴的各档转速及其传递的功率、转矩速度序号转速（r/min）传递功率(KW)传递转矩(Nm)252.0714.55513.4479.314.55270.0685.414.55188.801187.714.14105.7轴上各齿轮的分度圆直径为：mm,mm,mm,mm,mm 5.3.1 轴的强度计算1.在各种转速下齿轮所受力计算 齿轮圆周力，齿轮径向力 档转速下

36、：N =6417.520=2335.78N 同样可以计算出齿轮在其他各档转速下的受力： 档转速下：N，N档转速下：N，N档转速下：N，N 2.计算轴受到的支承反力由于轴的转速处于最低时所受到的力和转矩最大，所以以第一档转速时的受力情况为条件进行计算。轴的长度较大，相对直径较小，尤其是Z4与Z3啮合处的花键轴，支承跨度大，容易产生弯曲变形，因此本次校核只在该花键轴上取截面，从而轴的受力可以简化。轴的受力简图如图51。图51 传动轴的受力简图如图51，将轴受到的力简化为水平方向和垂直方向受力，下面分别从这两个方向分别列出方程计算支承反力。水平方向受力代入数据计算：N N垂直方向受力代入数据计算：N

37、 N3.画轴的弯矩图轴的水平受力弯矩图和垂直受力弯矩图分别见图52和图53。图52 轴水平受力、弯矩图图53 轴垂直受力、弯矩图通过以上计算，轴的合成弯矩为：Nmm合成弯矩图见图54。图54 轴受到的合成弯矩图4.轴的当量转矩和当量弯矩钻机在运转时不可能完全均匀，且有扭转振动存在，故考虑到安全，常按脉动转矩计算。许用应力值轴的材料为40Cr，查阅相关资料，取许用应力值MPa同时取MPa。应力校正系数当量转矩计算如下：NmmNmm当量弯矩计算：选择在齿轮Z4中间截面处445665.33Nmm当量弯矩图如图65所示。图55 当量弯矩图5.3.2 轴的强度验算校核1.校核轴径Z4齿根圆直径计算：mm

38、轴最小轴径计算：=mm故 ,满足要求。2.应力校核轴所受应力计算如下：式中：W轴的抗弯截面系数 花键轴的抗弯截面系数计算如下： （51）式中： 花键内径(mm) 取mm; 花键键宽(mm) 取mm 花键外径(mm) 取mm 花键的个数 取=8故代入（61）式后得： N所以，可以计算出轴所受应力：MPa显然，有,通过校核。第6章 回转器6.1 回转器的机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。立轴上端装有常闭式液压卡盘。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、离开孔口采用开箱式，简单可靠，减轻钻机重量。4、立轴行程比过去小型钻机大，为500

39、mm，缩短钻进辅助时间。6.2 零部件的强度与寿命计算6.2.1 弧齿锥齿轮副的参数设计锥齿轮传动的主要尺寸可用类比法或按传动方式来确定。对闭式传动可按齿面接触强度估算，对开式传动可按结构初步确定，也可按弯曲强度估算，并用计算载荷验算。设计中该传动采用垂直正交传动方式小弧锥齿大端直径的估算：齿轮齿数设计为Z10=20，Z11=39 齿面硬度Z10为HRC57，Z11为HRC52式中：设计齿轮的许用接触应力 式中：接触疲劳应力() 取1200安全系数 11.2 取1.1u传动比或齿数比 u=0.51所受转距(N/mm) 由前一章计算得K 使用系数 取K1.5故取 120 mm则有齿轮大端模数 /

40、z=120/20=6 mm其他相关参数如表51，52所示表61名称小弧锥齿Z10大弧锥齿Z11分锥角27.1562.85齿宽系数0.30.3终点模数5.15.1中点法向模数4.1784.178齿宽中点螺旋角35356.2.2 计算齿面接触疲劳强度Z10与Z11的主要参数见表52。齿面硬度Z10为HRC52，Z11为HRC57，锥距R131.49mm,节锥角10=,11=。表6-2齿 号齿 数模数变位系数齿宽材料齿顶系数压力角螺旋角旋向精度Z102060.294020CrMnTi0.85右8DCZ113960.294020CrMnTi0.85左8DC齿轮在各种转速下传递的功率、转速及转矩见表63

41、 表63功率 KW转速 r/min转矩 nm14.55252513.414.55479.3270.014.55685.4188.814.141187.7105.71.校核公式计算接触应力： (61)许用应力： （62）查阅相关资料,将校核所涉及的其它参数列于表64中。表64参数名称参数符号参数值节点区域系数2.22弹性系数189.8接触强度计算的重合度系数0.88接触强度计算的螺旋角系数0.91接触强度计算的锥齿轮系数0.85使用系数1.5动载系数1.03齿向载荷分布系数1.50齿向载荷分配系数1.4传动比1.95接触强度计算的有效齿宽34mm小齿轮分度圆直径120mm锥齿轮中点端面分度圆上名

42、义切向力9610 N试验齿轮的接触疲劳极限1200接触疲劳的最小安全系数1.1润滑剂系数1.0速度系数 1.0，粗糙度系数0.95温度系数1.02.校核验算：将表64中的参数代入公式61、62中得：869.3MPa1036.36MPa显然16MPa时 PPPn125%Pn工作压力（Pa）D油缸内径(m) D0.17(m) 缸体材料许用拉压力式中：为材料抗拉强度S安全系数 S=3.55，取S=4故Pn=600104(Pa) PP=600104150%=900104（Pa） 取t=8mm,所以强度足够。8.2 给进油缸的设计给进油缸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

43、进运动；2.当卡钻及处理事故时，配合绞车起拔在钻杆。8.2.1 钻杆摩擦力的计算TXU200型钻机，打水平孔时，需克服200m钻杆的自重和孔壁的摩擦力，其力为：式中：q长度重量(N m); q=69.6N/mL钻杆长度(m) L=200m; 摩擦系数 =0.33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+C,即4872+10000=14872N,活塞杆有效面积16.76cm2油泵工作压力为：8.2.2 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(cm) D5.8cm P油压系统的调整压力(N/cm2) P=6

44、00N/cm2； P2油缸最大起拔力(N) P2=32500N。 第9章 使用说明9.1 概述本200米钻机主要用于矿井内部，供钻探深度为200米的各种角度的放水孔、地质构造孔、灭火孔、抽放瓦斯孔及其他用途的各种工程孔，也可以在地面钻探深度为200米的地质勘探孔及其他用途的各种浅孔。本钻机可在各种不同硬度的岩层中钻探任意角度的孔，尤其在煤层、软岩石及中硬岩石中钻孔效率为最高。整个机组由200米钻机及泥浆泵两部分组成。在矿井内部钻探时不需要井架。钻孔冲洗液为泥浆、清水或煤水。在地面钻探时也不需要使用钻塔,只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。9.2 钻机分组情况本200米钻机共分六组，整机外

45、观总装图附录3。1回转器（JW01）：是钻机立轴产生回转及往复运动部分。2变速箱（JW02）：是钻机立轴、绞车产生各种不同转数的传动与变速部分。3绞车（JW03）：是升降钻具的部分。4抱闸（JW04）：是用来提升与停止钻具在任何位置的部分。5机架（JW05）：是连接机器各组的机体，并将机器稳定地固定在钻场基台木上。6操纵仪（JW06）：是控制钻机液压系统的总枢钮。9.3 结构特征与工作原理本钻机型式为：机械传动、液压给进、弹簧夹紧、立轴式钻机。9.3.1钻机结构1.回转器（JW0105）回转器部分主要由液压卡盘、立轴、本体、立轴导管、大弧齿锥齿轮、两根油缸和两根导向杆组成。（1）液压卡盘主要由

46、下列构件组成：五片碟形弹簧和位于其上的带外环、内锥的移动套；位于外环上的活塞；插入碟形弹簧和移动套内孔中的主轴；主轴中的三片卡瓦外锥与移动套内锥相配合，卡瓦置于主轴上部的三个等分的槽中。下部由两轴承支持。卡盘的外壳，即缸体和压头座，由螺栓联接在一起。卡盘的主要动作是高压油从上部进入缸体推动活塞下移压移动套，移动套压碟形弹簧，由于移动套下移，三片卡瓦在主轴槽内呈自由状态，被主轴内的涨环外推，松开钻杆。当释放油压时，在碟形弹簧的弹力推动下，移动套上移，迫使卡瓦向中心移动，在压缩涨环的同时夹紧了钻杆。组装时碟形弹簧的预紧力为32KN。更换卡瓦时，先将上端螺钉取出，再取下压盖，防尘盖,垫及卡环，然后取

47、出涨环，卡瓦，即更换新的卡瓦和涨环。（2）给进油缸主要有活塞杆、油缸上盖、下盖，用锁紧钢丝连接在一起。在更换弧齿锥齿轮时，为保证成对弧齿锥齿轮锥顶重合，需加垫调整间隙保证啮合。每次安装液压卡盘时立轴螺纹端部不许接触卡盘螺纹内端面，卡盘与立轴用圆螺母防止松动。2.变速箱（JW0109）如附录4。变速箱主要由四对直齿园柱齿轮及两根平行的花键轴构成。动力由电动机首先传到装在变速箱体的带有卸荷装置的大皮带轮上，然后经过不同的传动链，将动力传给小园弧锥齿轮Z10。主动齿轮52为轴齿轮，通过滚动轴承架于箱体内，轴齿轮44端面加工有不通孔，内装一对滚动轴承51构成支点，支撑花键轴50。花键轴50是通过滚动轴

48、承12架于变速箱体内。花键轴50上装有齿轮6、49、46。在花键轴50上安装的齿轮49为移动齿轮，变速箱所产生的不同转速，就是改变移动齿轮49的位置来实现的。安装在花键轴50上的齿轮6也是移动齿轮，该齿轮将三种不同速度传给绞车。变速箱前部的T型槽是与回转器部分的连接盘连用的，连接盘上的T型螺钉可在T型槽内固定于任何位置，钻机给进角度的调整就是用T型槽来实现的。3绞车(JW0107)见附录5绞车为行星齿轮机构，绞车轴19固定在轴承座21及变速箱体的滚动轴承上，绞车轴的左端用键与传动齿轮8相连接。绞车轴中部带有齿轮。当变速箱中的齿轮6（附录4）将动力传给齿轮8时，绞车轴19就会同传动齿轮8一同旋转

49、。当提升时，应将用闸带刹住，使固定在闸筒12上的两个行星齿轮16只能在行星齿轮轴30上自转而无公转。因而带动内齿圈15使卷筒17产生转动。当钻具提升到一定高度，需要使卷筒停止转动时，应很快的松开刹住闸筒12的抱闸，同时又很快的用另一抱闸将卷筒右侧的制动部分抱紧，使卷筒17与内齿圈15停止转动，这时由绞车轴19传来的动力，传给行星齿轮16后，行星齿轮除了自身的转动外又通过行星齿轮轴30带动闸筒12一起转动。下降钻具时左右闸带全松开，卷筒因钻具自重下落而回转。依此循环往返便可完成钻具的升降工作。为了牢固的将钢丝绳固定在绞车上，在卷筒右侧开有小孔将绳头穿过孔后，通过绳卡将钢丝绳固定。在更换拆装内齿圈

50、15时应先将内齿圈15与卷筒相固定用的螺钉取下，然后，在卷筒容绳侧用螺钉将内齿圈顶出。1.4制动闸(JW0114)钻机所选用的制动闸，左右是一致的，整个闸带与闸筒（或卷筒）之间的间隙是用调整连杆下部螺钉来实现的。1.5机架（JW0101）见附录3机架1是连接钻机各组的总框架，电机也装在机架上，皮带松紧是通过调整压带轮来实现的。1.6操纵仪（JW0115）见附录3操纵仪28由油路控制阀27和压力表23、手轮24（调速）和手轮26（调压）等组成。其功能主要是控制液压卡盘和进给油缸的。压力控制阀26是调整油路压力，改变立轴压力的控制机构；手轮25是控制进给速度的；控制阀27控制油缸上升与下降；另一控

51、制阀控制液压卡盘松卡钻杆。9.3.2 钻机的工作原理钻机的传动系统如图2所示，电机动力通过以下各传动链传到固定在立轴上的大弧齿锥齿轮上，从而使立轴带动钻具一起产生旋转运动；齿轮油泵输送出一定的压力，一方面用于打开液压卡盘，另一方面通过油路控制阀使给进油缸产生往复运动，给进油缸带动钻具往复运动。至此，钻具即可旋转，又可给进，从而完成钻进任务。钻屑的排泄是通过与钻机配套的泥浆泵来完成。各传动链如下：1.立轴的速回转运动120r/minD1D2Z1Z2Z3Z4Z10Z112.立轴的速回转运动240r/minD1D2Z1Z2Z5Z6Z10Z113.立轴的速回转运动350r/minD1D2Z1Z4（内齿

52、）Z10Z114.立轴的速回转运动600r/minD1D2Z1Z2Z7Z8Z6（内齿）Z10Z115.绞车的低速回转运动D1D2Z1Z2Z3Z4Z9Z12Z13Z14Z156.绞车的中速回转运动D1D2Z1Z2Z5Z6Z9Z12Z13Z14Z157.绞车的高速回转运动D1D2Z1Z4（内齿）Z9Z12Z13Z141Z158.立轴的给进运动D3D4经低压油管将油箱中的20号机油吸入油泵，使其产生需用的压力，再经高压油管、调压阀、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。（当需要减压钻

53、进时，也按此操作控制活塞的下部压力）然后流经油管及操纵阀、低压油管回到油箱。9.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、操纵阀及低压油管回到油箱，当调速阀的流量调整为最大时，立轴得到快速移动。完成一个500mm进尺后，将卡盘控制阀打开，经油管松开液压卡盘，将操纵阀手柄位置板到上升位置，操纵调速阀将立轴快速上升，然后板动卡盘控制阀手柄，卡瓦自动卡紧钻杆。9.4 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

54、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。并应用手搬动外部可转动部分看是否灵活。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如下：（1）开车前首先将手把放在0（断开）位置，手轮向左旋至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

55、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

56、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

57、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，

58、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，要重新将螺母锁紧。9.5 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保障，每个操作者都应予以高度重视，本200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91规定按期进行更换。除表91规定外，其它转动或滑动部分应根

59、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1723的油质，如20号机械油或10号高速柴油等。7.当油箱内的油温超过70时应适当停车冷却，待油温下降后再继续工作。8.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91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

60、续运转500小时更换1次20号机械油更换绞车油咀每班使用前一次20号机械油油枪或油壶油箱连续运转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9.6 故障原因及排除方法故障现象故障原因排除方法突然停车1、齿轮打齿2、钻进压力过大更换齿轮减小钻进压力变速箱发热1、润滑不良2、润滑油不符合要求3、过载时间长定期换油按规定更换机油禁止长时间超负荷运转回 转 器本体发热1、园弧锥齿轮啮合不好2、齿轮及各轴承润滑不良3、本体与连接盘的联接螺钉松动。调整轴承衬套与本体之间垫片厚度。定期更换润滑油拧紧螺钉回转及变速有异常音1、齿轮打齿2、箱体内有异物3、