工程钻机的设计说明书

www.88doc88.comwww.yanziedu.com 工程钻机的设计 Abstract„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„II 1.1项目的研究意„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2 国内外科技现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.3 设计产品的用途和应用领域„„„„„„„„„„„„„„„„1 2.1总体布局设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.1 传动系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.2 气动系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.3 电气系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.4 工具系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1.5 各部件的功能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.2 主要设计参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.3 主要性能特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.1按钻头钻进所需功率计算„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.2 按钻机冲击钻进所需功率计算„„„„„„„„„„„„„„„7 变速箱的设计及计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„125.1 变速箱的结构特点 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 5.2 结构计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 5.2.1 初步选定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 5.2.2 选定变速箱传动公比 „„„„„„„„„„„„„„„12 5.2.3 按弯曲强度确定齿轮模数 „„„„„„„„„„„„„13 5.2.4 按接触强度确定齿轮分度圆直径与中心距 „„„„„„14 www.88doc88.com www.yanziedu.com 5.2.5 齿宽的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 5.2.6 齿轮齿数确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„16 5.2.7 计算齿轮相关参数、确定齿轮 „„„„„„„„„„„16 5.3 锥齿轮计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 5.3.1 初步计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 5.3.2 几何计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 5.4 齿轮校验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.4.1 齿轮受力分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„22 5.4.2 齿轮传动齿面接触疲劳强度校核 „„„„„„„„„„22 5.4.3 齿轮传动齿根弯曲疲劳强度校核 „„„„„„„„„„25 5.5 变速箱轴的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 5.5.1 一轴计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 5.5.2 二轴计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 5.5.3 三轴计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 5.6 轴的校验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 5.6.1 按转矩计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 5.6.2 轴上受力分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„29 5.6.3 求支反力 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 5.6.4 作弯矩和转矩图 „„„„„„„„„„„„„„„„„30 5.6.5 确定危险截面及安全系数校核计算 „„„„„„„„„33 转盘的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„366.1 转盘输出转速 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 6.2 大、小锥齿轮计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 6.2.1 初步计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 6.2.3 几何计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 6.3 锥齿轮齿面接触疲劳强度校验 „„„„„„„„„„„„„„42 6.3.1 计算公式 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„42 6.3.2 许用接触应力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„43 6.3.3 齿面接触强度校核结果 „„„„„„„„„„„„„„44 6.4 齿根抗弯疲劳强度校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„44 6.4.1 计算公式 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„44 6.4.2 齿根许用弯曲应力计算 „„„„„„„„„„„„„„45 6.4.3 齿根弯曲强度校核结果 „„„„„„„„„„„„„„46 www.88doc88.com www.yanziedu.com 6.5 转盘轴结构计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„46 钻机其余部分零部件选择„„„„„„„„„„„„„„„„48 7.1 联轴器的选用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„48 7.2 减速器齿轮安排 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„48 钻机的维护保养„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„51 8.1 钻机维护保养的重要性 „„„„„„„„„„„„„„„„„51 8.2 维护保养要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„51 8.3 主要部件保养项目 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„52 8.3.1 转盘 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„52 8.3.2 变速箱 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„52 8.3.3 减速器 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„52 8.3.4 主、副卷扬机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„52 8.3.5 水龙头 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„52 8.3.6 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„538.3.7 冲击卷扬机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„53 8.3.8 气路系统 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„53 8.3.9 传动链条 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„53 8.3.10 冲击钢丝绳„„„„„„„„„„„„„„„„„„„53 8.3.11 气胎离合器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„53 8.3.12 主离合器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„54 8.4 安全操作注意事项 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„54 经济性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„56第10 专题水平定向钻机的结构探讨 „„„„„„„„„„„„„58 谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„65参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„66 www.88doc88.com www.yanziedu.com 钻机是一种复合式多功能钻机,为适应我国深基础工程和连续墙以及水利工程、桥梁工程的发展与需要,结合大口径钻机灌注桩和地下连续墙施工的特 点,为解决在复杂地层、硬岩中成孔而研制,特别卵石层、基石、漂石层能大 幅度提高施工效率,在各种成孔方法中是比较经济有效的方法。www.ylg12.com_【官方首页】-永利高 钻机是集回转、冲击钻进工艺于一体的多功能复合型钻机,用转盘回转钻 进时可用于第四世纪覆盖层,冲击钻进时可用于卵石、灰岩、花岗岩等硬岩地 本钻机的特点是结构简单,紧凑,而且各种操作手柄布置合理,操作简单,便于使用与维护。 关键词: 冲击钻进 变速箱 减速器 转盘 Abstract www.88doc88.com www.yanziedu.com typesGCPS-20 drill compoundtype multi-function drill ourcountry development deepfoundation consecutionwall marinehydraulic engineering, bridgeengineering, combine bigcaliber undergroundcontinuous wall construction, complicatedgeologic strata, hard rock, significant exaltation specialegg stone layer, sill, stonelayer construction efficiency, moreeconomic valid method variouslybecome boremethod. Drill integralwhole compoundtype drill machine,can used fourthcentury while using dishturn-over canused hardrock geologic strata eggstone, ash rock, granite...etc. while pounding machineoriginally structuresimple, tightly packed, variousoperation hand handle arrange reasonable, operate brief,easy support.www.88doc88.com www.yanziedu.com Keyword:The impact drill Becomesoon box Deceleratethe machine Turn dishwww.88doc88.com www.yanziedu.com 1.1项目的研究意义 随着国家基本建设的投入持续增长,尤其是像京沪高速铁路、奥运场馆等一 批国家重点项目的陆续启动,将对工程钻机技术要求更高、钻机不仅要具有高效 性、环保性,更要具有复合性。通常使用的工程钻机在工作时只有钻进,当遇 到较为坚硬的岩石层,如卵石、灰岩、花岗岩等硬岩石地层,就不得不改变钻 进方位,或另钻它孔,为解决此问题在老师的指导下我设计这台带有冲击钻的 多功能复合型钻机,它可有效的解决上述问题。我相信这台钻机一定会有很广 阔的市场前景! 1.2 国内外的科技现状 随着全球经济的高速发展,各类建筑和工程施工的数量激增,工程难度日益 加大,质量要求越来越高,极大的推动了各类基础处理施工技术的发展,尤其是近 20 年来,由于建筑的大型化和高层化,各种处理范围广,效率高,污染少,成本低的 深基础施工工法,如大型旋挖桩、地下连续墙、各种锚固、高压旋喷、深层搅 拌等已成为基础工程施工的重要手段。而现有国产基础施工设备效率低下,污染 严重,不能适应新施工技术的要求,施工企业一直在大量进口该类设备。www.ylg12.com_【官方首页】-永利高加大开发 适合我国国情的新型基础工程施工钻机的力度,满足市场急需,替代进口,是该类 设备制造业的首要任务。 1.3 设计产品的用途和应用领域 这台钻机设计为散装式转盘冲击、回转复合式多功能钻机,适用于基础工 程和连续墙以及水利工程、钻凿高层建筑、桥梁、港口基础桩孔的钻进,也用 于大口径水井及其他工程孔的钻,主要用于第四世纪地层及其卵石、灰岩、花 主要应用于建筑工程、水利工程、桥梁工程、矿井钻进等领域。www.88doc88.com www.yanziedu.com 钻机的总体设计2.1 总体布局设计 钻机由底座、传动装置、减速器(分动箱)、主副卷扬机、冲击卷扬机、 转盘、钻塔、气动系统、电气系统、工具系统组成。 2.1.1 传动系统 电机的动力经皮带传至变速器,变速器为一进三出结构,一路输出经齿轮 传至主副卷扬机;一路输出至减速器,经由万向轴传至转盘,供回转钻进;一 路输出经链轮传动冲击卷扬机,供冲击提升。 2.1.2 气动系统 空压机输出压力气,由空气包至气控箱,分两路经操纵阀控制,传至冲击 卷扬机两只气胎离合器,完成冲击提升及降落。 2.1.3 电气系统 控制电机启动及关闭,为气动系统提供电源控制,为操纵箱提供控制系统。 2.1.4 工具系统 游动滑车、水龙头、主动钻杆、孔内钻杆、加重块、刮刀钻头、垫叉组成 回转钻进工具系统。游动滑车、水龙头、孔内钻杆、冲击排渣管、冲击钻头、 孔口导向工具、垫叉组成冲击钻进工具系统。 2.1.5 各部件的功能 1.转盘 转盘用于驱动主动钻杆及钻具回转,转盘系一级圆锥齿轮传动机构, 通过大锥齿、转台、大、小补心驱动钻杆工作。 2.减速器 减速器是进一步降低转速、提高扭矩而设计的,有两档变速,由 双联滑动齿轮实行。 变速箱变速箱为二轴一级变速箱,有三挡变速,由单、双联齿轮滑移实 现变速。变速箱内有正、反转装置,由双向牙嵌离合器实现,单向牙嵌离合 www.88doc88.com www.yanziedu.com 器实现卷扬机离合。 4.主、付卷扬机 主、付卷扬机均为行星式卷扬机,靠制动行星轮来实现钻 具的提升。 5.底座 底座由滑台、下座、油缸、孔口板组成,转盘、卷扬机组固定于滑 台上,钻塔固定于下座上,油缸一端固定于滑台,另一端与孔口板相联,油 缸用于滑台的后移和孔口板开合。 6.钻塔 钻塔用于悬挂游动滑车、水龙头和提升器等提升设备,结构形式为 “n”型,钻塔内设有导向槽和主动钻杆后置悬挂装置。导向槽用于水龙头 导向,悬挂装置用于换接钻杆时主动钻杆不落地。钻塔起落由油缸完成。www.ylg12.com_【官方首页】-永利高 2.2 主要设计参数 冲击卷扬机提升能力 (kN) 60 提升速度 0.4.05 0.6 冲击次数(1/min) 6—14 冲锤质量(kg) 3000—5000 主、副卷扬机提升能力 (单绳kN) 30 卷绳速度 0.45,0.68, 1.13, 1.69 0.31, 0.46, 0.77, 1.15 转盘转速(r/min) 13, 17, 21, 26, 42, 52 主机动力型号(功率)YD280S 55 KW (1480 r/min kN)180 空压机型号(排量,压力) UB 300—500 (3.55 /min,0.8 MP) 10. 配备砂石泵型号(型号) 6BS (180 11.外型尺寸 10000X2400X170012. 重量 主机重量 10.4全套设备总重 28www.88doc88.com www.yanziedu.com 2.3 主要性能特点 这台钻机的主要性能特点是: 钻机是集回转、冲击钻进工艺于一体的多功能复合型钻机,用转盘回转钻进时可用于第四世纪覆盖层,冲击钻进时可用于卵石、灰岩、花岗岩 等硬岩地层; 最大钻孔直径为2000毫米; 钻机转速范围广,有6档变速,适用于不同地层要求,利于提高钻进效 钻塔上设有导向槽,有助于提高钻孔垂直度,降低超径系数。钻塔上有水龙头后置悬挂装置,主动钻杆不落地,减轻劳动强度,缩短辅助作业 时间; 主、付卷扬机均采用行星式卷扬机构,提生能力强,辅助水龙头后置悬挂装置,可实现塔上无人作业; 钻进可采用加重块加压(根据不同地层选用);10. 排渣方式为泵吸反循环,排屑效率高,减少孔底重复破碎,钻进速度快; 11. 整机尺寸设计合理,便于汽车运输及安装; 12. 动力为电机; 13. 经济耐用、性能可靠。www.ylg12.com_【官方首页】-永利高 www.88doc88.com www.yanziedu.com 动力机确定根据现场需要,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。 3.1 按钻头所需功率计算 设电机输出实际功率为N。 N。=1.2Nj 式中:Nj—钻机所需功率 KW Nj=(Nh+Ny)/η Nh—回转钻进所需功率(KW) η—效率 η=0.8 Ny—油泵所需功率 (KW) Nh=N1+N2+N3 N1—井底破碎岩石、土层所需功率(KW) N2—钻头与孔底摩擦所需功率 (KW) N3—回转钻杆所需功率 (KW) 其中:m---钻头切削刀数 n---转盘转数钻进时 min =26r/min h---转进速度 试取h=0.8cm/min δ---岩石抗压强度 其值见表3-1 A---井底破碎环状面积 f---钻具与岩石直间的摩擦系数f=0.5 www.88doc88.com www.yanziedu.com e---侧摩擦系数 e=1.1 R---钻头外圆半径 R=200cm r---钻头内孔半径 r=0cm 1110 取L=8000mmd---钻杆直径 d=100mm γ---冲洗液比重 γ=1.5 将上述参数及转盘的不同转速分别代入以上各式,所得值列表 大理石、石灰岩1000 2000粘土、页岩、片状砂岩 4000 13r/min17 r/min 21 r/min 10005.83 6.23 6.57 2000 11.65 12.46 13.14 4000 23.31 24.93 26.29 10000.37 0.48 0.59 2000 0.74 0.96 1.19 4000 1.48 1.92 2.38 0.490.77 1.10 1000 6.69 7.48 8.26 www.88doc88.com www.yanziedu.com 200012.88 14.19 15.43 4000 25.28 27.62 29.77 26r/min42 r/min 52r/min 10006.93 7.81 8.24 2000 13.82 15.56 16.42 4000 27.63 37.11 40.55 10000.74 1.19 1.47 2000 1.47 2.38 2.94 4000 2.94 4.76 5.88 1.593.59 5.16 10009.26 11.59 14.87 2000 16.88 21.53 26.52 4000 32.16 45.46 51.59 3.2 当钻机进行冲击钻进时功率计算 冲击卷扬机的提升能力为 60KN 提升速度 0.40.5 0.6 所需功率 P=FV 2430 36 变速器的传递效率η=0.8 所需电机的功率 360.8 KW =45KW 钻进时所需的最大功率为 51.59 KW 冲击时,转盘不工作,按钻进时选择电机 P=55KW。 www.88doc88.com www.yanziedu.com 轴转速793.8 r/min ,电机转速 1480 r/min, 每天工作 16 小时以上, =1.6www.88doc88.com www.yanziedu.com 选定带型根据 =1480r/min 确定带型为 min793.8 =355mm 大带轮直径 =355i=661.88 mm 630mm 0.01)1480355 630 =825.6r/min 601000 3551480 60 1000 1500mm 3.1427.5 (630 355) =4565.4mm www.88doc88.com www.yanziedu.com =4500mm 45004565.4 1500 1467.3 =1467.3mm 10. 169.2611. 200mm =1480r/min 查得C =14012KW 考虑传动比的影响,额定功率的增量 1.0488 (14.121.14) 0.96 1.04 2.5500( www.88doc88.comwww.yanziedu.com 2.588 500( 0.327.5 0.96 变速箱的设计与计算5.1 变速箱的结构特点 变速箱为二轴一级变速箱,有三挡变速,由单、双联齿轮滑移实现变速。 变速箱内有正、反转装置,由双向牙嵌离合器实现,单向牙嵌离合器实现卷扬 www.88doc88.com www.yanziedu.com 机离合。 5.2 5.2.1初步选定 转盘所需的转速为:10、15、24、30、33、65 减速器有两挡减速,传动比为 再由转盘转速可知,变速器的处定转速为10 15 24 30 33 65 0.059160 250 500 0.13160 250 500 由表可知变速箱输出转速 (r/min) :160、250、500 5.2.2 选定变速箱公比: =1.26在变速箱中锥齿轮降速,二轴的转速为(r/min) 5001.26=6302501.26=315 1601.26=202 确定一轴最高转速为: =6301.26=793.8r/min 确定一轴其余传动比为: 793.8315 1.26www.88doc88.com www.yanziedu.com 793.8202 1.265.2.3 按弯曲强度确定齿轮模数 由公式 12.6FS FPkT ——载荷系数,一般取k=1.2~2 636.7r/min FS =19FP ——许用弯曲应力FP limmin =1300min 1.1www.88doc88.com www.yanziedu.com FP limmin 1300/1.1=1181.8 mm计算 1.5636.7 4.5 12.620 19 1181.8 mm5.2.4 按接触强度确定齿轮分度圆直径与中心距 由公式 HPKT 1.0526HP ——许用接触应力HP limmin 1300min 1.1HP limmin 13001.1 mmwww.88doc88.com www.yanziedu.com 计算 1.5636.7 3.9 7661.0526 1181.8 3.9 71.62mm =419=76 mm 经计算,齿轮可用。 5.2.5 齿宽的确定 由公式 2019 1.0526由公式 =419=76mm 80mm 5.2.6 齿轮齿数确定 传动比 951.26 42 53 2.51 27 68 3.9 19 76 www.88doc88.com www.yanziedu.com 5.2.7 计算齿轮相关参数、确定各齿轮 详见表 中心距 142.5mm 齿轮 8466 312294 11698 280262 276158 220202 5.3 锥齿轮计算 5.3.1 初步计算 www.88doc88.com www.yanziedu.com 由设计公式 HPKT 1.26估算时的齿轮许用接触应力 lim1300 1.5636.7 1951 159.12 1.26 1182 mm5.3.2 几何计算 =60实际齿数比为 6048 =1.25 9037.9 52.1 159.1248 =3.315mm mmwww.88doc88.com www.yanziedu.com =548=240mm =560=300mm =58.116mm b=55mm 实际齿宽系数 55 193.72 )=4.29mm 中点分度圆直径 =205.9mm =257.4mm mm(GB12369-1990) (10) 大端齿顶高 mm大端齿根高 mmwww.88doc88.com www.yanziedu.com =11mm 齿根角 arctanarctan 1.77 193.72 arctanarctan 1.77 193.72 1.77(11) 37.91.77 39.67 52.11.77 53.87 37.91.77 36.13 52.11.77 50.33 (12)大端齿顶圆直径 cos240 0.789245.89 ae cos306.14 ae

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