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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第83頁(yè)
1 緒論
1.1引言
煤炭是當(dāng)前我國(guó)能源的主要組成部分之一，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)保持高速增長(zhǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但是目前我國(guó)的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)不能滿足整個(gè)國(guó)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(guó)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(guó)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(zhēng)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(lái)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(duì)山東煤炭賦存條件差、薄煤層開(kāi)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(duì)無(wú)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(kāi)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)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(guò)程、全方位監(jiān)測(cè)監(jiān)控，部分重點(diǎn)崗位實(shí)現(xiàn)了無(wú)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(cè)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(kāi)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(guó)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(guó)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(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。600米厚表土層井筒施工、600萬(wàn)噸綜采工作面設(shè)備配套、海下采煤、大水礦區(qū)深部開(kāi)采注漿帷幕截流、無(wú)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(guó)內(nèi)空白，部分成果達(dá)到國(guó)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(lái)煤炭市場(chǎng)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(guó)家和省有關(guān)煤炭生產(chǎn)安全費(fèi)用、維簡(jiǎn)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(guó)家政策，確?？萍肌⒀b備和安全生產(chǎn)需要。對(duì)國(guó)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(cè)防治水等專業(yè)技術(shù)部門(mén)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(duì)技術(shù)部門(mén)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(duì)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(kāi)采，建筑基礎(chǔ)開(kāi)挖，水利、電站、建材、交通及國(guó)防建設(shè)等多種工程中的鑿巖鉆孔。與常見(jiàn)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(kāi)發(fā)方面，瑞典的阿特拉斯·科普柯、芬蘭的湯姆洛克、美國(guó)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(guò)幾十年甚至上百年的積累、改進(jìn)與發(fā)展，無(wú)論是設(shè)計(jì)、選材還是制造水平都處于國(guó)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(gòu)了英格索蘭鉆機(jī)部山特維克收購(gòu)了湯姆洛克，特雷克斯也已收購(gòu)了美國(guó)的Reedrillo
我國(guó)是一個(gè)快速發(fā)展的多山國(guó)家，礦山、能源、水電及國(guó)防等基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域中各種鑿巖開(kāi)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(cè)，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(kāi)發(fā)總量增加有限，但是隨著向規(guī)模化、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(shì)必促進(jìn)礦山企業(yè)更新開(kāi)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(chǎng)規(guī)模，其中大型鉆機(jī)及鉆車將達(dá)到1 000臺(tái)左右。長(zhǎng)期以來(lái)，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(guó)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(zhǎng)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(guó)第一臺(tái)CGJ2丫型液壓鑿巖鉆車和YYG80型液壓鑿巖機(jī)通過(guò)了冶金部的鑒定。隨后北京科技大學(xué)和中國(guó)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(kāi)發(fā)出一系列產(chǎn)品。其中，中南大學(xué)在純國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)幾家鑿巖機(jī)械制造企業(yè)也為我國(guó)鉆鑿設(shè)備的發(fā)展做出了一定的努力。但隨著市場(chǎng)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(guó)產(chǎn)液壓鑿巖設(shè)備始終沒(méi)能形成大氣候，這種影響一直延續(xù)至今。同時(shí)，我國(guó)鑿巖機(jī)械市場(chǎng)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(guó)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(zhǎng)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(duì)比分析國(guó)外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，立項(xiàng)開(kāi)發(fā)出SWDA165型高性能一體化液壓潛孔鉆機(jī)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2004年，根據(jù)市場(chǎng)需要，又相繼開(kāi)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(guó)內(nèi)潛孔鉆機(jī)行業(yè)存在的問(wèn)題，國(guó)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(guó)內(nèi)工程機(jī)械有很多產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能與國(guó)際著名品牌的產(chǎn)品形似而神非，有些只是依葫蘆畫(huà)瓢，照搬照抄，或只做些表面文章。簡(jiǎn)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(méi)有注意到，使用時(shí)間一長(zhǎng)，一些隱含的深層次問(wèn)題就逐漸攀露出來(lái)，如系統(tǒng)匹配、熱平衡、油溫及可靠性等方面問(wèn)題。存在漏油、滲油等現(xiàn)象，外購(gòu)、外協(xié)件的質(zhì)量難以保證，許多細(xì)節(jié)沒(méi)有得到很好處理。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與使用性能的要求也相應(yīng)提高。國(guó)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(guó)內(nèi)企業(yè)需開(kāi)發(fā)出高檔產(chǎn)品，提高產(chǎn)品可操作性以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，并力爭(zhēng)出口。國(guó)內(nèi)制造企業(yè)下一步應(yīng)開(kāi)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(kāi)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(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(guó)外的潛孔鉆機(jī)都編制了詳細(xì)的使用維修說(shuō)明書(shū)，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(zhǎng)，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(lái)故障少，使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高。而國(guó)產(chǎn)潛孔鉆機(jī)價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)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(duì)國(guó)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(duì)工作場(chǎng)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(guó)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(shì)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(guó)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?，搬運(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(wú)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(kāi)采過(guò)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(guó)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(duì)我國(guó)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?cè)O(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(chǎng)地?cái)[布靈活， 操作安全方便。
（2）不用液壓卡盤(pán)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(kāi)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(guò)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(lái)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(jiǎn)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(zhǎng)液壓元件的使用壽命，系統(tǒng)上設(shè)置有粗、精過(guò)濾器，在精過(guò)濾器的入口裝有一只壓力表，用來(lái)反映過(guò)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(guò)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(guò)拖板與動(dòng)力頭相連。動(dòng)力頭的進(jìn)退是通過(guò)油缸伸縮來(lái)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)?，F(xiàn)場(chǎng)鉆孔中心高度需要調(diào)節(jié)時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)管卡的位置來(lái)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(guò)各操縱手把實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種動(dòng)作，對(duì)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(duì)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(pán)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(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)速閥手輪調(diào)節(jié)鉆機(jī)推進(jìn)速度。通過(guò)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(guò)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(guó)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(lái)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(duì)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(duì)稱；液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大，特別對(duì)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(lái)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(jiǎn)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(lái)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過(guò)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(pán)和斜盤(pán)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(pán)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(pán)斜盤(pán)對(duì)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(duì)缸體中心產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)馬達(dá)軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(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?lè)较蛐D(zhuǎn)。斜盤(pán)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(pán)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(duì)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(guò)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(chǎng)合。一般用干工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及對(duì)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(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(cè)》選用CMGF2040型齒輪油泵馬達(dá)，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)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(lái)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(jiǎn)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(méi)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(shuō)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(guò)密封容積的變化來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)油液內(nèi)部的壓力來(lái)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(lái)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(guò)濾、測(cè)量和密封等作用。例如：管路和接頭、油箱、過(guò)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(lái)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(guò)缸筒有效截面的體積，稱作液壓缸的流量。
對(duì)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(guó)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(guò)低的問(wèn)題。國(guó)外的減速器，以德國(guó)、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(shì)，減速器工作可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)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(guó)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(zhǎng)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(kāi)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(guó)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(guó)內(nèi)減速器現(xiàn)狀
國(guó)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(guò)低的問(wèn)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(wèn)題更突出，使用壽命不長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口，花去不少的外匯。60年代開(kāi)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(guò)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(méi)有突破，因此，沒(méi)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(guó)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對(duì)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過(guò)一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開(kāi)展了一些工作。二、平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡(jiǎn)介,平動(dòng)齒輪減速器是指一對(duì)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(guò)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(wèn)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?cè)O(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(duì)軸承為非對(duì)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(shuō)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(duì)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(duì)軸承為非對(duì)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(shuō)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(duì)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
參考文獻(xiàn)[4]表8-31得知，當(dāng) ，選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3.4.3 e-f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(duì)軸承為非對(duì)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(shuō)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(duì)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
參考文獻(xiàn)[4]表8-31得知，當(dāng) ，選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3．4．4 j-h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(duì)軸承為非對(duì)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
齒輪j-h與e-h齒輪嚙合的中心距是相等的，所以有：
138=
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(duì)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