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摘 要
1963年，設(shè)計(jì)民微型Hydrack鉆機(jī)。這是一種非常輕而短的鉆機(jī)，其行程為851mm。采用三速齒輪箱，其最大轉(zhuǎn)矩為691Nm，有效鉆孔推力為2145公斤。設(shè)計(jì)鉆桿較小，直徑為41.3mm，長為762mm，也帶錐形螺紋接頭，稱為ET/A型鉆桿。ET/A型和最初的ET/N型鉆桿是抽放瓦斯的兩種標(biāo)準(zhǔn)鉆孔設(shè)備，現(xiàn)已包括在英國煤炭部第613/1974號(hào)樣本中。
鉆機(jī)——有一個(gè)帶滑板的機(jī)架，由滑板支撐。鉆頭安裝在滑座上，由液壓馬達(dá)、變速齒輪箱和推力套以及供水旋轉(zhuǎn)接頭組成。在機(jī)架內(nèi)滑座下是液壓缸。機(jī)架上鉆孔末端的導(dǎo)向夾持器用來固定和支持鉆桿。
Hydrack鉆機(jī)是由由組標(biāo)準(zhǔn)件裝置組成；
動(dòng)力設(shè)備——這是一個(gè)裝有液壓油的油箱，下面有滑橇，便于運(yùn)輸。一臺(tái)電動(dòng)機(jī)和液壓泵及其它輔助設(shè)備，如回油過濾器、安全閥、加油泵、油箱通氣管以及濕度安全開關(guān)都安裝在油箱上面。
控制盤——為四個(gè)裝置中最小的。包含有鉆孔功能的控制閥，指示轉(zhuǎn)矩的壓力計(jì)以及鉆頭上的鉆進(jìn)壓力。
裝配式機(jī)架——當(dāng)準(zhǔn)備鉆孔時(shí)，機(jī)架支撐著鉆機(jī)。機(jī)架形式多種以適應(yīng)不同鉆孔地形變化，有H型機(jī)架、A型機(jī)架和單支柱支座。后兩項(xiàng)是根據(jù)鉆機(jī)使用者提出來的要求設(shè)計(jì)的。
液壓油通過撓性液壓軟管從動(dòng)力裝置站輸送到控制盤，然后進(jìn)入鉆機(jī)。軟管一般長4m，能適應(yīng)各種裝置的定位。
關(guān)鍵詞：動(dòng)力設(shè)備 控制盤 裝配式機(jī)架
ABSTRACT
Hydrack gas drilling rig is the first for the electro-hydraulic drilling rig, the rig before most of the air-powered. Drill pipe and bit by a hydraulic motor through the rotating six-speed gear box; to be thrust into power and the trip from 815 mm to achieve the hydraulic cylinders, with rack and pinion system to process will be carried out twice. About the most torque 949 Nm, a way to about 1702 mm bit on the effective thrust of about 2,794 kg. Diameter drill pipe design for the 60.3 mm, for the 1524 mm long with a cone-shaped male connector, commonly known as EF / N-type drill pipe.
1963, the design of the micro-Hydrack rig. This is a very short period of Qinger drilling rig, his trip to 851 mm. A three-speed gear box, the largest of its torque to 691 Nm, effective drilling thrust 2,145 kg. Design drill pipe smaller diameter of 41.3 mm, length of 762 mm, also with cone-shaped male connector, called ET / A-type drill pipe. ET / A-type and the initial ET / N-type drill pipe is the drainage of two standard gas drilling equipment, including in the United Kingdom is now No. 613/1974 of the Ministry of Coal samples.
Hydrack drilling rig is installed by the group composed of standard parts;
Drill - a rack with skateboards, skateboards support. Bit installed in the sliding seat, by the hydraulic motors, Biansuchilun me and thrust as well as sets of component supply rotary joint. On the rack, slide under the hydraulic cylinder. Bored end of the rack-oriented holder used to support the drill pipe and fixed.
Power equipment - which is equipped with a hydraulic oil tank, following a slip-ski, makes it easy to transport. A motor and hydraulic pump and other auxiliary equipment, such as the return to the oil filter, safety valve, and pumps, tank airway and humidity safety switches are installed in the fuel tank above.
Control panel - the smallest of the four devices. Bored functions include the control valve, pressure gauge and the instructions of torque on the drilling bit pressure.
Rack assembly - when the preparations for drilling, rack supports drilling rig. Rack to adapt to a variety of different forms of drilling terrain changes, H-rack, A-frame and single-bearing pillars. The latter two are based drilling rig users to the requirements of the design.
Hydraulic oil through hydraulic flexible hose from the power plant station transmitted to the control panel and then into the rig. General long hose 4 m, to adapt to the positioning devices.
Keyword: Power equipment Control panel Rack assembly
目 錄
1.1引言 1
1.2 概述 3
1．2．2 鉆機(jī)整體設(shè)計(jì)分析 6
1.3 鉆機(jī)主要用途 6
1.4鉆機(jī)組成部分 6
1.5、鉆機(jī)工作原理 8
2 總 體 設(shè) 計(jì) 9
2.1設(shè) 計(jì) 總 則 9
2.2 已 知 條 件 9
2.3 馬達(dá)的選擇與計(jì)算 9
2.4液壓缸 13
2.4.1液壓缸已知參數(shù) 14
2.4.2液壓缸幾何參數(shù)的計(jì)算 14
2.4.3液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算 15
3 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.1國外減速器現(xiàn)狀 19
3.2國內(nèi)減速器現(xiàn)狀 19
3.3 各級(jí)傳動(dòng)比分配及總傳動(dòng)比 20
3.3.1 總傳動(dòng)比 20
3.3.2 傳動(dòng)比的分配 21
3.3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 21
3.4傳動(dòng)零件的計(jì)算 22
3.4.1 a-b齒輪副設(shè)計(jì)計(jì)算： 22
3.4.2 c-d齒輪副： 28
3.4.3 e-f齒輪副： 34
4 軸的設(shè)計(jì)及校核計(jì)算 45
4.1 花鍵軸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 45
4.2 空心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 48
4.3 軸承的選擇與校核計(jì)算 52
4.4 鍵的選擇與校核計(jì)算 54
4.4.1 軸上鍵的選擇與校核 54
4.5 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 55
4.5.1 軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 55
4.6 軸外伸處的密封設(shè)計(jì) 57
4.7 套筒的設(shè)計(jì) 57
4.8 減速器箱體的設(shè)計(jì) 58
4.9 油面位置及箱座高度的確定 60
5鉆機(jī)其他部件的設(shè)計(jì) 60
5.1立柱的設(shè)計(jì) 60
5.2夾持架的設(shè)計(jì)： 61
5.3 機(jī)架的設(shè)計(jì)： 62
6 鉆機(jī)的操作和日常維護(hù) 62
6.1 鉆空操作： 62
6.2 常見故障分析與處理方法 63
6.3 鉆機(jī)的維護(hù)、保養(yǎng) 65
6.4 井下安裝試車 66
6.5 下井運(yùn)輸 66
6.6 地面試車 67
7結(jié)論 69
致 謝 70
參考文獻(xiàn) 71
1 緒論
1.1引言
煤炭是當(dāng)前我國能源的主要組成部分之一，是國民經(jīng)濟(jì)保持高速增長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但是目前我國的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)不能滿足整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。因此必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而，高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于煤炭工業(yè)的機(jī)械化。
煤炭工業(yè)的機(jī)械化是指采掘、支護(hù)、運(yùn)搬、提升的機(jī)械化。其中運(yùn)搬包括運(yùn)搬和輔助運(yùn)搬。絞車就是輔助運(yùn)搬的其中一種。我國絞車的發(fā)展大致分為三個(gè)階段。20世紀(jì)50年代主要是仿制設(shè)計(jì)階段;60年代，自行設(shè)計(jì)階段；70年代以后，我國進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)階段。
科技與裝備是煤礦安全生產(chǎn)的有力保障。我們的總體目標(biāo)是，省屬煤礦瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，加快礦井機(jī)械化、自動(dòng)化和信息化建設(shè)，力爭到2008年，采掘機(jī)械化程度達(dá)到95%以上；市縣屬以下煤礦加快采掘機(jī)械化和支護(hù)鋼鐵化進(jìn)程。
一是加快提升礦井裝備水平。制定了全省煤礦技術(shù)改造規(guī)劃，分類提出了技術(shù)改造的重點(diǎn)內(nèi)容和重點(diǎn)項(xiàng)目。大中型煤礦以發(fā)展綜合機(jī)械化為重點(diǎn)，加大采掘、機(jī)電、運(yùn)輸?shù)戎饕O(shè)備的技術(shù)升級(jí)和更新改造，提高裝備現(xiàn)代化水平。目前，省屬煤炭企業(yè)綜采裝備達(dá)到133套，綜掘裝備208套，采掘機(jī)械化程度分別達(dá)到93.7%和94.8%。新礦集團(tuán)三年來投入6億多元，上綜采設(shè)備28套，綜掘設(shè)備46套，綜采綜掘機(jī)械化程度由2002年的幾乎為零發(fā)展到2005年的80%和55.3%。
二是積極推進(jìn)煤炭生產(chǎn)工藝改革。針對山東煤炭賦存條件差、薄煤層開采量大的實(shí)際，以提高安全保障水平和資源回收率為目標(biāo)，在總結(jié)先進(jìn)適用技術(shù)的基礎(chǔ)上，突出抓了全省煤礦50項(xiàng)新技術(shù)推廣，加快淘汰落后生產(chǎn)方式，加大自主研發(fā)力度，在大傾角綜采、構(gòu)造復(fù)雜條件下綜采、薄煤層機(jī)采、極薄煤層螺旋鉆機(jī)采以及快速掘進(jìn)等方面取得了重大突破，最大限度地減少了炮采、炮掘。對無法實(shí)行機(jī)械化作業(yè)且不能保障安全生產(chǎn)的煤層，一律禁止開采。
三是加快煤礦信息化步伐。以自動(dòng)化技術(shù)改造礦井提升、供電、膠帶運(yùn)輸、排水等主要生產(chǎn)系統(tǒng)，加速建立安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對礦井上下各環(huán)節(jié)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和瓦斯、煤塵、火、水、頂板壓力等實(shí)行全過程、全方位監(jiān)測監(jiān)控，部分重點(diǎn)崗位實(shí)現(xiàn)了無人值守。在全省煤礦全部推廣應(yīng)用數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，到去年底省屬煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)。龍礦集團(tuán)投資1.5億元，建成了全數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)、礦井綜合自動(dòng)化控制和安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控等數(shù)十個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了公司內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)化、監(jiān)控?cái)?shù)字化、操作自動(dòng)化、管理信息化。
四是大力開展科技攻關(guān)。充分利用全省煤炭系統(tǒng)己建成的1個(gè)國家級(jí)、5個(gè)省級(jí)技術(shù)中心，引導(dǎo)企業(yè)走產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合之路，集中攻克影響安全生產(chǎn)的共性、關(guān)鍵性技術(shù)難題?！笆濉逼陂g，共完成科技成果787項(xiàng)，其中國家“863”科技攻關(guān)項(xiàng)目5項(xiàng)；有114項(xiàng)成果獲省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)，2項(xiàng)獲國家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。600米厚表土層井筒施工、600萬噸綜采工作面設(shè)備配套、海下采煤、大水礦區(qū)深部開采注漿帷幕截流、無人運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)的實(shí)施，有些填補(bǔ)了國內(nèi)空白，部分成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前全省正在進(jìn)行的高承壓巖溶水突水機(jī)理、高地壓軟巖巷道支護(hù)等11項(xiàng)重大課題的技術(shù)攻關(guān)也取得重大進(jìn)展。
五是切實(shí)加大安全投入。抓住近年來煤炭市場好轉(zhuǎn)的有利時(shí)機(jī)，采取多種措施籌集資金，嚴(yán)格落實(shí)國家和省有關(guān)煤炭生產(chǎn)安全費(fèi)用、維簡費(fèi)用和科研費(fèi)用的政策規(guī)定，加強(qiáng)費(fèi)用提取使用監(jiān)管，督促企業(yè)加大投入，用足用好國家政策，確?？萍?、裝備和安全生產(chǎn)需要。對國家支持的安全技改項(xiàng)目，全部落實(shí)配套資金。凡因投入不足造成事故的，從嚴(yán)追究有關(guān)責(zé)任人的責(zé)任?！笆濉逼陂g，省屬煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)投入60多億元，其中2005年達(dá)到17.2億元。
六是強(qiáng)化安全技術(shù)管理。健全了以總工程師為核心的安全技術(shù)管理體系，配齊配強(qiáng)采掘、機(jī)電、通防、地測防治水等專業(yè)技術(shù)部門及分管副總工程師，明確要求大型煤礦工程技術(shù)人員占到企業(yè)生產(chǎn)定員的5%，中型煤礦占到4%。企業(yè)對技術(shù)部門負(fù)責(zé)人、礦井總工程師的任命，都要征得總工程師的同意；總工程師負(fù)責(zé)組織制定煤炭生產(chǎn)安全費(fèi)用使用方案；對總工程師做出的安全技術(shù)決策，其他副職不得否定。
1.2 概述
鉆機(jī)主要用于露天礦山開采，建筑基礎(chǔ)開挖，水利、電站、建材、交通及國防建設(shè)等多種工程中的鑿巖鉆孔。與常見的鑿巖機(jī)相比，具有鉆孔深、鉆孔直徑大、鉆孔效率高、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，是當(dāng)前通用的大型鑿巖鉆孔設(shè)備。
在鑿巖設(shè)備的研究開發(fā)方面，瑞典的阿特拉斯·科普柯、芬蘭的湯姆洛克、美國的英格索蘭、日本的古河等企業(yè)已經(jīng)走在了行業(yè)的前列，它們均推出不同品牌和系列的一體化潛孔鉆機(jī)。這些公司的產(chǎn)品經(jīng)過幾十年甚至上百年的積累、改進(jìn)與發(fā)展，無論是設(shè)計(jì)、選材還是制造水平都處于國際領(lǐng)先地位。其中瑞典的阿特拉斯·科普柯公司和芬蘭的湯姆洛克公司生產(chǎn)的液壓鑿巖設(shè)備占全球產(chǎn)t一半以上?，F(xiàn)在阿特拉斯·科普柯收購了英格索蘭鉆機(jī)部山特維克收購了湯姆洛克，特雷克斯也已收購了美國的Reedrillo
我國是一個(gè)快速發(fā)展的多山國家，礦山、能源、水電及國防等基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域中各種鑿巖開采的工程十分浩大。目前絕大部分大型高性能鑿巖鉆孔設(shè)備均依賴進(jìn)口。根據(jù)(工程機(jī)械“十一五”發(fā)展規(guī)劃)預(yù)測，化工原料和建筑材料是“十一五”期間發(fā)展的重點(diǎn)。雖然礦山開發(fā)總量增加有限，但是隨著向規(guī)?；?、集約化發(fā)展，小水泥廠將被關(guān)閉，大型石材礦山行業(yè)將得到快速發(fā)展，這些勢必促進(jìn)礦山企業(yè)更新開采設(shè)備，以提高自身的機(jī)械化水平。(工程機(jī)械“十一五”發(fā)展規(guī)劃)在重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域和重點(diǎn)產(chǎn)品中指出，在潛孔鉆機(jī)領(lǐng)域要優(yōu)先發(fā)展高氣壓和半液壓產(chǎn)品，以滿足金屬、水泥礦山推廣大直徑深孔采礦法的需求。預(yù)計(jì)2006年鑿巖機(jī)械將達(dá)到100000臺(tái)的市場規(guī)模，其中大型鉆機(jī)及鉆車將達(dá)到1 000臺(tái)左右。長期以來，以中南大學(xué)和北京科技大學(xué)等為主的高校及相關(guān)科研院所一直致力于鑿巖機(jī)械研究，推動(dòng)了國內(nèi)鑿巖機(jī)械的發(fā)展。
1972年冶金工業(yè)部組織原中南工業(yè)大學(xué)(后與其他高校合并為中南大學(xué))與長沙礦冶研究院研制液壓鑿巖鉆車和液壓鑿巖機(jī)。1980年我國第一臺(tái)CGJ2丫型液壓鑿巖鉆車和YYG80型液壓鑿巖機(jī)通過了冶金部的鑒定。隨后北京科技大學(xué)和中國煤炭科學(xué)院等10個(gè)單位參與了鑿巖機(jī)械的研究工作，并開發(fā)出一系列產(chǎn)品。其中，中南大學(xué)在純國產(chǎn)化液壓鑿巖設(shè)備研制中成果比較突出，除CGJ2丫型液壓鑿巖鉆車外，國內(nèi)第一臺(tái)用于實(shí)際生產(chǎn)的KZL120型露天液壓鉆車、配套的YY6250重型液壓鑿巖機(jī)以及CGJS-2YB型鐵路隧道半斷面鉆車都由該校研制成功。值得一提的是，這些成果不是照搬國外技術(shù)，而是在機(jī)構(gòu)上有所創(chuàng)新，并且形成了一套獨(dú)具特色的理論研究和設(shè)計(jì)方法。不僅如此，國內(nèi)幾家鑿巖機(jī)械制造企業(yè)也為我國鉆鑿設(shè)備的發(fā)展做出了一定的努力。但隨著市場化逐步推進(jìn)，有些企業(yè)因?yàn)轶w制上的束縛，技術(shù)創(chuàng)新嚴(yán)重滯后，產(chǎn)品性能難以得到提升，高檔次的國產(chǎn)液壓鑿巖設(shè)備始終沒能形成大氣候，這種影響一直延續(xù)至今。同時(shí)，我國鑿巖機(jī)械市場受到進(jìn)口產(chǎn)品的嚴(yán)重沖擊，在眾多的重點(diǎn)工程中，國外設(shè)備幾乎一統(tǒng)天下。湖南山河智能機(jī)械股份有限公司與中南大學(xué)智能機(jī)械研究所有著長期的合作，其在礦山機(jī)械研究方面有著深厚的技術(shù)底蘊(yùn)。
2003年，湖南山河智能機(jī)械股份有限公司在廣泛調(diào)研、對比分析國外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，立項(xiàng)開發(fā)出SWDA165型高性能一體化液壓潛孔鉆機(jī)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。2004年，根據(jù)市場需要，又相繼開發(fā)了以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的SWDB165和SWDB120型液壓潛孔鉆機(jī)，得到用戶一致認(rèn)可，其產(chǎn)品在湖北、重慶、安徽等地的工程中得到廣泛應(yīng)用。SWD系列的一體化液壓潛孔鉆機(jī)現(xiàn)已小批量生產(chǎn)，并在多次招投標(biāo)中，以優(yōu)異的性價(jià)比獲得用戶的首肯。國內(nèi)潛孔鉆機(jī)行業(yè)存在的問題，國外的潛孔鉆機(jī)在接卸桿處都裝有急停拉線與控制傳感器，能及時(shí)防止事故的發(fā)生及擴(kuò)大，防止人員的傷害及機(jī)器的損壞，安全保護(hù)措施周到;在設(shè)計(jì)上堅(jiān)持以人為本的思想，駕駛環(huán)境舒適、安全、操作方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低并配t多種輔助機(jī)構(gòu)。在動(dòng)力頭與鉆架上還裝有指示箭頭，使接卸桿的到位情況一目了然，操作快捷方便，工作效率高。國內(nèi)工程機(jī)械有很多產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能與國際著名品牌的產(chǎn)品形似而神非，有些只是依葫蘆畫瓢，照搬照抄，或只做些表面文章。簡單的仿制導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及參數(shù)不能合理匹配，該注意的方面沒有注意到，使用時(shí)間一長，一些隱含的深層次問題就逐漸攀露出來，如系統(tǒng)匹配、熱平衡、油溫及可靠性等方面問題。存在漏油、滲油等現(xiàn)象，外購、外協(xié)件的質(zhì)量難以保證，許多細(xì)節(jié)沒有得到很好處理。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，對產(chǎn)品質(zhì)量與使用性能的要求也相應(yīng)提高。國家重點(diǎn)工程因工期短，因此施工單位要求設(shè)備要具有高質(zhì)f,高效率的特點(diǎn)，能夠降低人力資源成本。國內(nèi)企業(yè)需開發(fā)出高檔產(chǎn)品，提高產(chǎn)品可操作性以滿足國內(nèi)市場的需要，并力爭出口。國內(nèi)制造企業(yè)下一步應(yīng)開發(fā)機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的臂架式一體化液壓潛孔鉆機(jī)。為了提高工作效率，降低能耗，還要進(jìn)一步開發(fā)液壓露天鉆車，以及礦井下使用的潛孔鉆機(jī)與液壓鉆車。在使用過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，并在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中改進(jìn)，不斷完善各種性能。另外，應(yīng)特別注意保養(yǎng)與維護(hù)。國外的潛孔鉆機(jī)都編制了詳細(xì)的使用維修說明書，規(guī)定了嚴(yán)格的操作規(guī)程，要求操作者嚴(yán)格執(zhí)行。進(jìn)口潛孔鉆機(jī)價(jià)格昂貴，備品、備件供貨周期長，價(jià)格不菲，因而使用單位一般也會(huì)嚴(yán)格按操作規(guī)程操作，并注意維修和保養(yǎng)，所以其使用起來故障少，使用壽命長，生產(chǎn)效率高。而國產(chǎn)潛孔鉆機(jī)價(jià)格相對來說就便宜得多，備品、配件供貨也容易得到保證，相比之下使用單位對國產(chǎn)潛孔鉆機(jī)的使用要求就有所松懈，操作者常不能嚴(yán)格按操作規(guī)程操作，不注意維修與保養(yǎng)。因此，設(shè)備制造商應(yīng)要求用戶建立設(shè)備的詳細(xì)檔案，包括設(shè)備日常工作情況記錄表、維修保養(yǎng)記錄表，并要求用戶對工作場地進(jìn)行平整與整理，提高設(shè)備生產(chǎn)效率，重視管理所產(chǎn)生的巨大效益。國產(chǎn)潛孔鉆機(jī)如果能在設(shè)計(jì)上再完善一點(diǎn)，選材上再可靠一點(diǎn)，制造上再精細(xì)一點(diǎn)，并注意維護(hù)和保養(yǎng)，在工程施工中同樣也會(huì)發(fā)揮很好的作用，以高性價(jià)比的優(yōu)勢與進(jìn)口設(shè)備抗衡，并完全有可能取代進(jìn)口設(shè)備。一個(gè)高科技企業(yè)發(fā)展壯大的墓礎(chǔ)是科技創(chuàng)新，其產(chǎn)品只有在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善、更新才能獲得用戶的青睞。
目前，我國井下采用的一般坑道鉆機(jī)不能高效、經(jīng)濟(jì)地鉆進(jìn)瓦斯抽放孔，這是因?yàn)樗鼈冎亓看螅徇\(yùn)困難，或者重量雖輕，但扭矩和給進(jìn)力等技術(shù)參數(shù)又不能滿足需要，加之煤礦井下環(huán)境的制約，大鉆機(jī)更無法施展其能力，直接影響采煤安全和生產(chǎn)進(jìn)度。因而，在煤層開采過程中，迫切需要一種能滿足煤層瓦斯短鉆孔預(yù)抽放要求的輕便、強(qiáng)力、高效的鉆機(jī)。
1.2.1 短鉆孔瓦斯抽放鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
借鑒國外在施工瓦斯抽放孔鉆機(jī)方面的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，針對我國礦井巷道環(huán)境條件和采抽工作特點(diǎn)，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)原理，結(jié)合眾多參考資料，我們設(shè)計(jì)出一種適應(yīng)性高的強(qiáng)力短鉆孔瓦斯抽放施工用鉆機(jī)。鉆機(jī)設(shè)計(jì)是以能高效、優(yōu)質(zhì)、安全、低耗鉆進(jìn)短鉆孔為前提，使設(shè)計(jì)的鉆機(jī)技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，具有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。在滿足主要技術(shù)性能參數(shù)的條件下，盡可能地做到重量輕、解體性強(qiáng)、易搬遷和工效高。這種短鉆孔瓦斯抽放鉆機(jī)的設(shè)計(jì)思路如下：
（1）鉆機(jī)采用分組式布局，整機(jī)由主機(jī)、泵站、
操縱臺(tái)3大部分組成。各部分之間用高壓膠管連接，以便在不同場地?cái)[布靈活， 操作安全方便。
（2）不用液壓卡盤和液壓夾持器，以便大大降低重量和成本。
（3）鉆桿采用螺紋扣式或插銷式的螺旋鉆桿，加接鉆桿在孔口和回轉(zhuǎn)器之間進(jìn)行。
（4）液壓系統(tǒng)采用雙泵開式循環(huán)系統(tǒng)，主泵管回轉(zhuǎn)，副泵管給進(jìn)。
（5）若采用其他常規(guī)鉆探工藝方法，可在主軸過渡接頭和鉆桿之間，加接一個(gè)送循環(huán)液的水便裝置。
1.2.2 鉆機(jī)整體設(shè)計(jì)分析
短鉆孔瓦斯抽放鉆機(jī)總體可分為機(jī)械部分和液壓系統(tǒng)兩部分。機(jī)械部分主要是回轉(zhuǎn)器、給進(jìn)裝置和機(jī)架的主機(jī)；液壓部分包括泵站和操縱臺(tái)
1.3 鉆機(jī)主要用途
鉆機(jī)是一種主要用于煤礦井下鉆進(jìn)瓦斯抽放孔、超前排放孔、煤層注水孔、通風(fēng)孔、地質(zhì)勘探孔、錨桿孔及其其它工程孔等的設(shè)備。
一般，煤礦用鉆機(jī)采用液壓傳動(dòng)，主要由泵站、動(dòng)力頭、油缸推進(jìn)機(jī)架、立柱和操縱臺(tái)等組成。這種鉆機(jī)具有體積小，重量輕，操作簡便，解體性能好，數(shù)分鐘之內(nèi)便可完成分解或組合，便于搬遷，該機(jī)不僅占地面積小而且能適應(yīng)各種不同工作環(huán)境的需要。
1.4 鉆機(jī)組成部分
（1）泵站
泵站主要由電動(dòng)機(jī)、泵、油箱、溢流閥、冷卻器、過濾器、空氣濾清器以及底架組成。泵站是鉆機(jī)的動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)泵旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)油路和推進(jìn)油路兩路不同流量、壓力的壓力油，其壓力分別由各油路上的溢流閥來調(diào)整，經(jīng)高壓油管輸送到操縱臺(tái)，回油經(jīng)冷卻器、精濾油器后流回油箱。
油箱是用鋼板焊接而成的密封箱體。結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，采用整體密封，可使油液保持清潔。
為了保持液壓油的清潔，延長液壓元件的使用壽命，系統(tǒng)上設(shè)置有粗、精過濾器，在精過濾器的入口裝有一只壓力表，用來反映過濾器是否堵塞。此外，泵站上還設(shè)有一個(gè)溢流閥，可以保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)超壓。
（2）動(dòng)力頭
動(dòng)力頭主要由液壓馬達(dá)、主軸、殼體及水辮軸等組成。在壓力油的作用下液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，再通過水辮軸給鉆具傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩。
（3）油缸推進(jìn)機(jī)架
油缸推進(jìn)機(jī)架主要由油缸、導(dǎo)軌架、機(jī)架、拖板架、夾持器等部件組成。油缸前端通過拖板與動(dòng)力頭相連。動(dòng)力頭的進(jìn)退是通過油缸伸縮來實(shí)現(xiàn)的。泵站提供的小量油供給油缸，使油缸的推進(jìn)速度為1.4m/min,為了減少輔助時(shí)間，也可將泵站的大流量油供給油缸，從而實(shí)現(xiàn)油缸帶動(dòng)動(dòng)力頭快速進(jìn)退。
機(jī)架主要起支撐和推進(jìn)動(dòng)力頭、拆裝鉆桿的作用。機(jī)架下面有三個(gè)卡塊，是用于與立柱相連的。
夾持器有兩種形式分別適用于直徑φ42mm的光鉆桿和直徑φ70mm的螺旋鉆桿，以適應(yīng)在不同的巖層中鉆進(jìn)。
（4）安裝架
安裝架主要由底架、立柱、整體抱箍、橫梁、上、下、支承座等組成。是支承、安裝機(jī)架（包括動(dòng)力頭）的裝置。其錨固在頂?shù)装逯g，上、下、支承座可調(diào)整機(jī)架的安裝角，即可滿足鉆孔的傾角的要求。
立柱由內(nèi)立柱、外立柱、絲桿、千斤頂?shù)冉M成。該鉆機(jī)采用兩個(gè)立柱前后布置的型式。它可以起到支撐機(jī)架中心高在0.9~1.5m間調(diào)節(jié)。現(xiàn)場鉆孔中心高度需要調(diào)節(jié)時(shí)，可通過調(diào)節(jié)管卡的位置來實(shí)現(xiàn)。
（5）操縱臺(tái)
操縱臺(tái)主要由臺(tái)架、多路換向閥組、節(jié)流閥（微調(diào)）、壓力表、膠管等組成。操縱臺(tái)的作用是通過各操縱手把實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種動(dòng)作，對鉆機(jī)實(shí)行集中控制。多路換向閥組由三片閥組成，分別控制馬達(dá)的正反旋轉(zhuǎn)、推進(jìn)油缸的快速進(jìn)退和正常進(jìn)退。多路換向閥的下端有一個(gè)溢流閥是控制動(dòng)力頭的正轉(zhuǎn)壓力，上端有一個(gè)溢流閥是控制動(dòng)力頭反轉(zhuǎn)壓力。節(jié)流閥可調(diào)節(jié)推進(jìn)速度?？焖龠M(jìn)退閥片可將旋轉(zhuǎn)油路的大流量壓力油合并至推進(jìn)油缸，實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)退。
在儀表板上有兩只壓力表，右邊的指示主油路壓力值，左邊的是指示推進(jìn)系統(tǒng)壓力值。
（6）鉆具
鉆具包括鉆頭、鉆桿。
此鉆機(jī)采用巖石和煤層兩種鉆頭。巖石鉆頭為三翼硬質(zhì)合金三級(jí)組合鉆頭，煤層鉆頭為二翼硬質(zhì)合金鉆頭。
鉆桿分為光鉆桿和螺旋鉆桿兩種，一般采用圓形錐螺紋連接，具有強(qiáng)度高、拆裝方便和對中性好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)需要，螺旋鉆桿可選用牙嵌卡子聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，使鉆具在卡鉆時(shí)可以反轉(zhuǎn)，提高抗卡鉆能力。
1.5 鉆機(jī)工作原理
鉆機(jī)采用全液壓傳動(dòng),大泵供油實(shí)現(xiàn)馬達(dá)及動(dòng)力頭輸出軸旋轉(zhuǎn),輸出轉(zhuǎn)速和扭矩。小泵供油實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭推進(jìn)、夾持器夾緊、卡盤松緊以及主機(jī)調(diào)整傾角。鉆機(jī)的各種動(dòng)作由多路換向閥進(jìn)行集中控制。根據(jù)鉆進(jìn)阻力的大小,通過旋轉(zhuǎn)調(diào)速閥手輪調(diào)節(jié)鉆機(jī)推進(jìn)速度。通過控制快速進(jìn)退閥,可將旋轉(zhuǎn)閥片的大流量油合并至進(jìn)給油路,實(shí)現(xiàn)進(jìn)給油缸的快速進(jìn)退。傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)中設(shè)有調(diào)斜油缸和平衡閥,防止傾角調(diào)整過程中因多路閥或油缸等內(nèi)泄造成機(jī)架下滑或顫動(dòng)
2 總 體 設(shè) 計(jì)
2.1設(shè) 計(jì) 總 則
1、煤礦生產(chǎn)，安全第一。
2、面向生產(chǎn)，力求實(shí)效，以滿足用戶最大實(shí)際需求。
3、貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定。
4、技術(shù)比較先進(jìn)，并要求多用途。、
2.2 已 知 條 件
已知設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：
動(dòng)力頭輸出扭矩：T=500 Nm
輸出轉(zhuǎn)速：n1=200 r/min
n2=60 r/min
進(jìn)給油缸推力：F=43750N
推進(jìn)速度：v1=0～0.9171.4 m/min
正常退回速度：v2=0～10.11m/min
快速退回速度：v3=0～14.085 m/min
鉆進(jìn)深度：h=150m (使用螺旋鉆桿)
錨固力：160KN
鉆桿直徑： φ=50mm
鉆孔傾角：
2.3 馬達(dá)的選擇與計(jì)算
液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的,將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置.
一、液壓馬達(dá)的特點(diǎn)及分類
從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看，液壓泵與液壓馬達(dá)是可逆工作的液壓元件，向任何一種液壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達(dá)工況；反之，當(dāng)液壓馬達(dá)的主軸由外力矩驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，也可變?yōu)橐簤罕霉r。因?yàn)樗鼈兙哂型瑯拥幕窘Y(jié)構(gòu)要素--密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機(jī)構(gòu)。
但是，由于液壓馬達(dá)和液壓泵的工作條件不同，對它們的性能要求也不一樣，所以同類型的液壓馬達(dá)和液壓泵之間，仍存在許多差別。首先液壓馬達(dá)應(yīng)能夠正、反轉(zhuǎn)，因而要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱；液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大，特別對它的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有一定的要求。因此，它通常都采用滾動(dòng)軸承或靜壓滑動(dòng)軸承；其次液壓馬達(dá)由于在輸入壓力油條件下工作，因而不必具備自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于存在著這些差別，使得液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上比較相似，但不能可逆工作。
液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類。額定轉(zhuǎn)速高于500r／min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r／min的屬于低速液壓馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式 和軸向柱塞式等。它們的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于啟動(dòng)和制動(dòng)，調(diào)節(jié)(調(diào)速及換向)靈敏度高。通常高速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩不大所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。低速液壓馬達(dá)的基本型式是徑向柱塞式，此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結(jié)構(gòu)型式，低速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是排量大、體積大轉(zhuǎn)速低(有時(shí)可達(dá)每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點(diǎn)幾轉(zhuǎn))，因此可直接與工作機(jī)構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡化，通常低速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩較大，所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。
二、液壓馬達(dá)的工作原理
1.葉片式液壓馬達(dá)
由于壓力油作用，受力不平衡使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片式液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達(dá)的排量和液壓馬達(dá)進(jìn)出油口之間的壓力差有關(guān)，其轉(zhuǎn)速由輸入液壓馬達(dá)的流量大小來決定。由于液壓馬達(dá)一般都要求能正反轉(zhuǎn)，所以葉片式液壓馬達(dá)的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油，在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應(yīng)設(shè)置單向閥，為了確保葉片式液壓馬達(dá)在壓力油通人后能正常啟動(dòng)，必須使葉片頂部和定子內(nèi)表面緊密接觸，以保證良好的密封，因此在葉片根部應(yīng)設(shè)置預(yù)緊彈簧。 葉片式液壓馬達(dá)體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作靈敏，可適用于換向頻率較高的場合，但泄漏量較大，低速工作時(shí)不穩(wěn)定。因此葉片式液壓馬達(dá)一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動(dòng)作要求靈敏的場合。
2.徑向柱塞式液壓馬達(dá)
徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理，當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸的窗口進(jìn)入缸體內(nèi)柱塞的底部時(shí)，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處，定子對柱塞的反作用力為 。力可分解為 和 兩個(gè)分力。當(dāng)作用在柱塞底部的油液壓力為ｐ，柱塞直徑為ｄ，力和之間的夾角為 X時(shí)，力對缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過端面連接的傳動(dòng)軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。
以上分析的一個(gè)柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況，由于在壓油區(qū)作用有好幾個(gè)柱塞，在這些柱塞上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都使缸體旋轉(zhuǎn)，并輸出轉(zhuǎn)矩。徑向柱塞液壓馬達(dá)多用于低速大轉(zhuǎn)矩的情況下。
3.軸向柱塞馬達(dá)
軸向柱塞泵除閥式配流外，其它形式原則上都可以作為液壓馬達(dá)用，即 軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是可逆的。軸向柱塞馬達(dá)的工作原理為，配油盤和斜盤固定不動(dòng)，馬達(dá)軸與缸體相連接一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓力油經(jīng)配油盤的窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時(shí)，柱塞在壓力油作用下外伸，緊貼斜盤斜盤對柱塞產(chǎn)生一個(gè)法向反力ｐ，此力可分解為軸向分力及和垂直分力Q。Q與柱塞上液壓力相平衡，而Q則使柱塞對缸體中心產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)馬達(dá)軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。軸向柱塞馬達(dá)產(chǎn)生的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的。若改變馬達(dá)壓力油輸入方向，則馬達(dá)軸按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。斜盤傾角ａ的改變、即排量的變化，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。
4．齒輪液壓馬達(dá)
齒輪馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上為了適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求，進(jìn)出油口相等、具有對稱性、有單獨(dú)外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外；為了減少啟動(dòng)摩擦力矩，采用滾動(dòng)軸承；為了減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)齒輪液壓馬達(dá)的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。
齒輪液壓馬達(dá)由干密封性差，容租效率較低，輸入油壓力不能過高，不能產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩。并且瞬間轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨著嚙合點(diǎn)的位置變化而變化，因此齒輪液壓馬達(dá)僅適合于高速小轉(zhuǎn)矩的場合。一般用干工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及對轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的機(jī)械設(shè)備上。
三、計(jì)算總機(jī)械傳動(dòng)效率
由于馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速較高，不能直接滿足負(fù)載（鉆頭）對扭矩的要求，需配置機(jī)械減速機(jī)構(gòu)。該減速機(jī)構(gòu)是三級(jí)減速，利用圓柱齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》知：三級(jí)圓柱齒輪減速器效率為。
取
1、計(jì)算馬達(dá)輸出扭矩
設(shè)傳動(dòng)比為。
（1）計(jì)算馬達(dá)實(shí)際輸出扭矩
其中：
（2）計(jì)算馬達(dá)理論輸出扭矩
其中：
2、計(jì)算馬達(dá)工作壓差
設(shè)馬達(dá)入口壓力，出口壓力，則
馬達(dá)工作壓差為
3、計(jì)算馬達(dá)的排量
根據(jù)能量守恒定律有：，則
其中：
4、計(jì)算馬達(dá)的流量
5、馬達(dá)外型尺寸為 121×209
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選用CMGF2040型齒輪油泵馬達(dá)，其技術(shù)參數(shù)見表1：
CMGF2040
理論排量（）
額定壓力（）
最高壓力（）
理論扭矩（N.m）
工作（壓力）扭矩（N.m）
功率（kw）
19.2
輸出轉(zhuǎn)速（r/min）
500
2.4 液壓缸
液壓缸又稱油缸，是一種將輸入的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，用來驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)作直線或小于360度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓缸具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，制造容易和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最廣的液壓執(zhí)行元件。 轉(zhuǎn)向缸在液壓缸中被廣泛應(yīng)用。它在伸出的時(shí)候（液壓桿從缸體中伸出），由于缸體一端是耳環(huán)，并沒有被固定，所以在伸出的時(shí)候本身會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。它被用于各種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中。比如說產(chǎn)斗車的懸臂是由兩個(gè)轉(zhuǎn)向缸夠成，它們控制懸臂的旋轉(zhuǎn)，使鏟斗能挖土。
液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：
1.根據(jù)主機(jī)運(yùn)動(dòng)要求，按表23.6-39選擇液壓缸的類型。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要 求，按表23.6-40選擇液壓缸的安裝方式。
2.根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力速度，作用時(shí)間，內(nèi)徑，行程及活塞桿直徑等。
3.根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如缸體的壁厚，缸蓋結(jié)構(gòu)密封形式，排氣與緩沖等。
4.液壓缸性能的驗(yàn)算。
一、液壓缸工作原理：
液壓傳動(dòng)原理以油液作為工作介質(zhì)，通過密封容積的變化來傳遞運(yùn)動(dòng)，通過油液內(nèi)部的壓力來傳遞動(dòng)力。?
1、動(dòng)力部分－將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能（液壓能）。例如： 液壓泵。
2、執(zhí)行部分－將液壓泵輸入的油液壓力能轉(zhuǎn)換為帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的機(jī)械能。例如：液壓缸、液壓馬達(dá)。
3、控制部分－用來控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量和流動(dòng)方向。例如：壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。?
4、輔助部分－將前面三部分連接在一起，組成一個(gè)系統(tǒng)，起貯油、過濾、測量和密封等作用。例如：管路和接頭、油箱、過濾器、蓄能器、密封件和控制儀表等。
5、在一定體積的液體上的任意一點(diǎn)施加的壓力,能夠大小相等地向各個(gè)方向 傳遞.這意味著當(dāng)使用多個(gè)液壓缸時(shí),每個(gè)液壓缸將按各自的速度拉或推,而這些速度取決于移動(dòng)負(fù)載所需的壓力.
6、??在液壓缸承載能力范圍相同的情況下,承載最小載荷的液壓缸會(huì)首先移動(dòng), 承載最大載荷的液壓缸最后移動(dòng).
???? 為使液壓缸同步運(yùn)動(dòng),以達(dá)到載荷在任一點(diǎn)以同一速度被頂升,一定要在 系統(tǒng)中使用控制閥或同步頂升系統(tǒng)元件.
2.4.1 液壓缸已知參數(shù)
（1）油缸推力：
（2）正常推進(jìn)速度：
（3）正常退回速度：
（4）初定液壓缸的工作壓力
（5）取液壓缸機(jī)械效率
2.4.2液壓缸幾何參數(shù)的計(jì)算
（1）取,所以：
（2）計(jì)算液壓缸內(nèi)腔截面積
一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為
解上式得：
（3）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑
（4）計(jì)算活塞桿直徑
根據(jù)速度比的要求來計(jì)算活塞桿直徑
按GB/T2348-1993將所計(jì)算的與分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置，圓整后得。
2.4.3液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算
（1）液壓缸的輸出力
①單活塞桿液壓缸的推力
式中：
②單活塞桿液壓缸的拉力
式中：
（2）液壓缸的流量
單位時(shí)間內(nèi)油液通過缸筒有效截面的體積，稱作液壓缸的流量。
對于單活塞桿液壓缸，
①當(dāng)活塞桿伸出時(shí)
式中：
②當(dāng)活塞桿縮入時(shí)
式中：
液壓缸的安裝尺寸為下表：
液壓缸內(nèi)徑/mm
63
活塞桿直徑/mm
35
推力/KN
43．75
拉力/KN
35．43
最大行程/mm
2000
工作壓力/Mpa
10
活塞桿行程/mm
1100
Xc+/mm.
300+1100
MR/mm
45
液壓缸壁厚δ/mm
6.5
L=XC+MR
1445
3 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1國外減速器現(xiàn)狀
齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報(bào)導(dǎo)，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動(dòng)原理和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動(dòng)齒輪傳動(dòng)原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動(dòng)機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號(hào)的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動(dòng)機(jī)已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸在納米級(jí)范圍，如能輔以納米級(jí)的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。
3.2國內(nèi)減速器現(xiàn)狀
國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進(jìn)口，花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)?。但受其傳動(dòng)的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器，它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點(diǎn)，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。國內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開展了一些工作。二、平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡介,平動(dòng)齒輪減速器是指一對齒輪傳動(dòng)中，一個(gè)齒輪在平動(dòng)發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)下作平面平行運(yùn)動(dòng)，通過齒廓間的嚙合，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的作用。平動(dòng)發(fā)生器可采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，或正弦機(jī)構(gòu)或十字滑塊機(jī)構(gòu)。本成果采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為平動(dòng)發(fā)生器。平動(dòng)發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，也可以是實(shí)體的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)。有實(shí)用價(jià)值的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種情況。外平動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)亦稱三環(huán)（齒輪）減速器。由于內(nèi)齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問題。?內(nèi)平動(dòng)齒輪減速，其外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。由于外齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機(jī)構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。
3.3 各級(jí)傳動(dòng)比分配及總傳動(dòng)比
3.3.1 總傳動(dòng)比
i=500/200=2.5 (高速檔)
i=500/60=8.33 (低速黨)
3.3.2 傳動(dòng)比的分配
本減速器采用三級(jí)減速，我們設(shè)定：
高速檔時(shí)：i1=2.3 i2=2.2 i3=0.5
低速檔時(shí)：i1=2.3 i2=2.2 i3=1.67
3.3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
1）各軸輸入功率：
輸入軸：p1=19.2kw
中間軸：p2=19.2×0.97×0.97=18.07kw
輸出軸：p3=18.07×0.95×0.95×0.95×0.97×0.97=14.57kw
2)各軸轉(zhuǎn)速：
輸入軸：n1=500r/min
中間軸：n2=500÷2.3÷2.2=100r/min
輸出軸：n3=100÷0.5=200r/min(高速檔)
n3=100÷1.67=60r/min(低速檔)
3）各軸輸入扭矩
輸入軸：T1= 9550 =9550 = 458.4Nm
中間軸：T2=95501725.69Nm
輸出軸：T3=9550Nm(高速檔)
T3=9550Nm（低速檔
3.4 傳動(dòng)零件的計(jì)算
3.4.1 a-b齒輪副設(shè)計(jì)計(jì)算：
1）選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245～275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210～240HBS
2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度;
參考文獻(xiàn)[4]表8-14，表8-15選取 Ⅱ公差組8級(jí)
小輪分度圓直徑d，參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-64）求得
齒寬系數(shù)參考文獻(xiàn)[4]，查表8～23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ，圓整取
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-53）求得
載荷系數(shù)K 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-54）得
使用系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查表8-20
動(dòng)載荷系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-55）及得
參考文獻(xiàn)[4]，查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查表8-22得
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8－65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8－69）得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8－69
參考文獻(xiàn)[4]，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8－70)
預(yù)設(shè)鉆機(jī)每天工作20小時(shí)，每年工作350天，預(yù)期壽命為10年
則參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 、（不允許有點(diǎn)蝕）
硬化系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-71及說明
接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-27，按一般可靠度查
取
故的設(shè)計(jì)初值為
齒輪模數(shù)
參考文獻(xiàn)[4]，查表8－3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計(jì)取有差距，對取值影響不大，不需修正
參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ，
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
齒形系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-67）
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-71）
彎曲疲勞極限 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查表8-27
則
故
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參考文獻(xiàn)[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓
基圓直徑
齒距
中心距
傳動(dòng)比 .3
參考文獻(xiàn)[4]表8-31得知，當(dāng) ，選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3.4.2 c-d齒輪副：
1）選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245～275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210～240HBS
2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度;
參考文獻(xiàn)[4]表8-14，表8-15選取 Ⅱ公差組8級(jí)
小輪分度圓直徑d，參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-64）求得
齒寬系數(shù)參考文獻(xiàn)[4]，查表8～23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ，圓整取
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-53）求得
載荷系數(shù)K 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-54）得
使用系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查表8-20
動(dòng)載荷系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8-55）及得
參考文獻(xiàn)[4]，查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查表8-22得
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8－65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻(xiàn)[4]，由式（8－69）得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8－69
參考文獻(xiàn)[4]，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8－70)
預(yù)設(shè)鉆機(jī)每天工作20小時(shí)，每年工作350天，預(yù)期壽命為10年
則參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 、（不允許有點(diǎn)蝕）
硬化系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-71及說明
接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 參考文獻(xiàn)[4]，查圖8-27，按一般可靠度查
取