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編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目：履帶式錨固鉆機總體設計、液壓系統(tǒng)（泵站、操作臺、管路附件）設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 　　　 0923027　　　　 學生姓名： 喬 剛 指導教師： 屠德剛 （職稱：高工 ） （職稱： ） 2013年5月25日 I 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計 履帶式錨固鉆機總體設計、液壓系統(tǒng)（泵站、操作臺、管路附件）設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械91 學 號： 0923027 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院 　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目　　履帶式深基坑錨固鉆機 　　 2、專題　 鉆機總體、液壓系統(tǒng)設計 　 二、課題來源及選題依據 課題來源：江蘇省無錫探礦機械總廠有限公司 選題依據：目前國內地鐵、高層建筑、機場及其它需要深基坑進行錨固、旋噴、降水的鉆機大多采用國外進口，我國在這個領域尚屬空白，為了填補這項國內空白，我們準備在國內已有相似鉆機(尚不具備深基坑錨固旋噴工藝)的基礎上重新設計動力輸出裝置，重新匹配動力，由于液壓傳動系統(tǒng)執(zhí)行效率高，采用液壓傳動和機械傳動相結合的方式，因為深基坑錨固旋噴鉆機主要用于城市建設，考慮用履帶機構增加鉆機的機動性。 三、本設計應達到的要求： 一、鉆機總體設計要求： 了解熟悉鉆機的工作原理以及各部件組成、如何工作及連接關系，要求各部件的連接、布局合理美觀、安裝使用方便，主要部件工作參數如下： 1、回轉器最大輸出扭矩達到：4500 N.m 。 2、回轉器轉速達到（r/min）： Ⅰ檔(低速檔) 6 20 36 60 Ⅱ檔(高速檔) 12 40 72 120 3、推進架油缸 提升力：60KN，推進力：30KN 4、回轉器在推進架上的移動行程達到：2500mm 5、履帶速度達到：10m/min，爬坡能力≮25°，接地比壓≯0.065MPa 二、液壓系統(tǒng)設計 1、根據各執(zhí)行元件要求的輸出性能參數及工作速度，計算所需流量、壓力、消耗功率等液壓參數，并據此合理設計出整體的液壓系統(tǒng)方案。 2、對液壓系統(tǒng)的發(fā)熱有計算，并提出解決辦法。 四、接受任務學生： 機械91 班 　　姓名 喬 剛 五、開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12日 摘 要 履帶式錨固鉆機組要是由回轉器、 推進架、鉆機步履機構、鉆機機架、鉆機操縱臺管路等相應的部件組成。履帶式錨固鉆機組要用于目前地鐵、高層建筑、機場及其他需要深基坑進行錨固、旋噴、降水等相應的作業(yè)。在此次的論文課題中，我在屠德剛老師的指導下，對鉆機的結構布局、其動力回轉結構、液壓系統(tǒng)的運作等方面有了很大的認識，通過CAD等制圖軟解的輔助，更加形象的刻畫了履帶式錨固鉆機的總體以及液壓系統(tǒng)，通過資料的查詢，對其動力系數和相應的各項參數指標了解有著本質的提升。在分析運動及設計結構時，要把產品的外型也要考慮在鉆機設計中。通過這幾個月的學習、查詢本人熟悉了解履帶式錨固鉆機的工作原理以及各部件，了解其組成、如何工作及連接關系，對各部件的材質有了相應的了解。做到了鉆機布局合理美觀、安裝使用方便。 關鍵詞： 履帶式錨固鉆機 鉆機步履機構 液壓系統(tǒng) Abstract Rawler type anchor drill unit if the gyrator, propulsion, drill steps institutions, drill rack, drill control console of corresponding parts such as pipeline. Crawler type anchor drill unit to be used for the subway, high building, airport and other need to anchor deep foundation pits, jet grouting, precipitation, etc. The corresponding operations. In the thesis topic, I under the guidance of the teacher Tu, structure layout, the power of drilling rig rotary structure, hydraulic system's understanding of the operational aspects had the very big through CAD and other drawing soft solution of the auxiliary, more image depicts the crawler anchorage overall as well as the hydraulic system of drilling rig, through the data query, the power coefficient and corresponding parameter indicators to know has the nature of ascension. On the analysis of the movement and structure design, to product appearance also want to consider in the rig design. Through this a few months of learning, inquiry I understanding of crawler anchor drilling machine working principle and parts, understand its composition, how to work and connection relationship, have the corresponding knowledge of parts material. Did it drill rational layout and beautiful, easy installation and use. Keywords: Caterpillar anchoring drill rig Drill steps institutions The hydraulic system 目 錄 摘 要 V Abstract VI 目 錄 VII 1 緒論 1 1.1 鉆機主要用途 2 1.2、主要技術參數 3 13、主機垂直狀態(tài)：3200×2200×5000 4 2 鉆機的總體傳動設計 5 2.1、總體傳動設計 5 3 動力頭（回轉器）設計 8 3.1. 動力頭介紹 8 3.2. 設計要求 8 3.3 設計步驟 8 3.4 設計方案的分析與確定 8 3.5 主要零部件的結構及其選用 9 3.5.1. 各軸在動力頭中的位置 9 3.5.2. 軸的結構設計 9 3.5.4. 軸的支承方式及軸承的選用 9 3.6 設計及校核 10 3.6.1 功率及轉速計算 10 3.6.2 齒輪校核 10 3.7 典型工藝編制 13 3.7.2 箱體（MDL80D-2-33） 16 4 液壓設計計算及說明 18 4.1 液壓原理的設計 18 4.1.1 加壓提升油路設計思路 18 4.1.2 起塔油路的設計思路 18 4.1.3 支腿油路的設計思路 18 4.1.4 主油路的設計思路 18 4.2 液壓系統(tǒng)的計算 19 4.2.1 實際參數的計算 19 4.2.2 液壓系統(tǒng)中主油路的校驗 26 4.3 熱平衡計算 29 4.3.2 雙聯泵 CBTL-F410/F410-AFP 30 4.3.3 小泵 CBW-F203-AFP 31 5 泵站的設計 32 5.1 泵站的介紹及作用 32 5.2 泵站的組成 32 5.2.1 油泵及電動機 34 5.2.2 散熱器 34 5.2.3 油箱 34 5.2.4 空氣濾清器 36 5.2.5 過濾器 36 6 操縱臺的設計 37 6.1 操縱臺的介紹及作用 37 6.2 設計要求及步驟 37 7 管路附件 42 7.1 油管的種類及選擇 42 7.1.1 油管的種類 42 7.1.2 油管的選擇 42 8 推進架中油缸的設計 46 8.1油缸設計要點 46 8.2設計要求： 46 8.3加壓提升油缸主要尺寸的確定： 47 9 結論與展望 50 9.1 結論 50 9.2 展望 50 致謝 51 參考文獻 52 III 履帶式錨固鉆機總體設計、液壓系統(tǒng)（泵站、操作臺、管路附件）設計 1 緒論 圖1.1 型鉆機總圖 1. 固定架 2. 夾持卸扣裝置 3. 孔口導向裝置 4. 80回轉器 5. 液壓馬達 6. 73防松器 7. 單重分流器(50通徑) 8. 推進架 9. 滑架 10. 變角機構 11. 機架 12. 轉盤組件 13. 步履機構 14. 支撐組件 圖1.2 1.1 鉆機主要用途 該機主要部件均采用了最新的成組技術，再設計全新的液壓系統(tǒng)，使其成為一體，關鍵元件選用國內名牌產品，全液壓控制，儀表顯示，操作方便靈活，大大提高了工作效率，滿足了客戶需要。 該機屬于全液壓回轉器式錨固工程鉆機，整機重量小于6000公斤。該鉆機適用城市中基坑支護和控制建筑物位移的錨固工程。鉆機是整體式，并且配有履帶行走底盤和夾持卸扣器。履帶底盤移動迅速，對中孔位置方便。夾持卸扣器可以自動拆卸鉆桿和套管，降低了工人的勞動強度，提高拆卸的效率。 MDL-80D型履帶錨固鉆機性能穩(wěn)定，工作效率高，具有多用性，具備鉆進復雜的地層和處理事故能力。它配套普通合金鉆頭等鉆具可進行回轉鉆進；在硬巖層采用常規(guī)球齒鉆頭，進行沖擊回轉鉆進，高速成孔；與空氣壓縮機及氣動潛孔錘配套，在卵礫石等不穩(wěn)定地層，采用跟管鉆進鉆具可進行跟套管鉆進成孔，并增加了旋噴功能。 這臺鉆機主要有如下幾大特點: 1、全液壓控制、操作方便靈活、移位方便、機動性好、省時、省力。 2、鉆機回轉器采用雙液壓馬達驅動，輸出扭矩大，回轉中心較同類的產品低，大大提高了鉆機鉆孔的平穩(wěn)性。 3、新型的變角機構使對孔更加的方便，調節(jié)范圍變大，可以降低對工作面的要求。 4、針對客戶當地的特殊工況，對散熱系統(tǒng)進行了優(yōu)化，確保液壓系統(tǒng)在室外溫度為40°C時，最高溫度不超過75°C。 5、配有專用跟管鉆進鉆具（鉆桿、套管、偏心鉆頭等），在不穩(wěn)定地層用套管護壁開孔，常規(guī)球齒鉆頭終孔。鉆進效率高，成孔的質量好。 6、鉆機主要適合于深基坑錨固支護，還可通過旋噴模塊的更換，使鉆機可以進行旋噴施工。 1.2、主要技術參數 圖1.3 主要鉆進方法：潛孔錘常規(guī)鉆進、合金鉆進、螺旋鉆進。 1、鉆孔直徑（mm）：φ100～φ210 2、鉆孔深度（m）：60～100 3、鉆孔角度（°）：0～90 4、額定輸出扭矩(Nm)：4500 5、額定轉速（r/min，正反轉）：Ⅰ檔(低速檔) 6 20 36 60 (輸出扭矩 4610 N.M) Ⅱ檔(高速檔) 12 40 72 120 (輸出扭矩 1767 N.M) 6、額定提升力（kN）：60 7、額定給進力（kN）：30 8、給進行程（mm）：2800 9、滑移行程(mm)：900 10、動力：電動機，30kW+11kW+1.5kW 11、重量（kg）：6000 12、爬破角度：25° 13、主機垂直狀態(tài)：3200×2200×5000 14、主機水平狀態(tài)：4800×2200×1900 (不裝固定架) 2 鉆機的總體傳動設計 2.1、總體傳動設計 傳動的類型有按工作原理分有機械式，電力式，流體式，磁力式；按運動方式分有定傳動比、變傳動比，變傳動比又分為有級和無級以及周期性規(guī)律變化等。但傳動方案選擇必須遵循以下的幾個原則[1]： 1、綜合利用各類傳動方式： 電氣傳動用動力機驅動和控制系統(tǒng)；機械傳動是傳動裝置中支撐性的部件用于傳動比確定和精度要求較高的場合（本鉆機動力頭的設計就屬于這種情況）；液壓傳動不僅擔負了傳動功能同時也用于實現工作機部分的執(zhí)行機構（本鉆機使用液壓系統(tǒng)一方面使桅桿豎立，動力頭上下滑動，另一方面?zhèn)鲃咏o液壓馬達，提供動力頭的動力輸入和履帶的動作）；氣動多用于輔助性傳動場合。 2、功率是方案選擇的重要因素： 小功率滿足工作性能的前提下應選用結構簡單，費用低廉；大功率為節(jié)能和降低成本，則需要考慮傳動效率。 3、變速要求：能實現不同轉速下的鉆進。 4、標準化：各零件盡量標準化。 5、固定傳動比 對于固定傳動比的傳動優(yōu)先采用機械式傳動裝置： （1）合理安排傳動機構順序。連桿機構，凸輪機構等通常設置在靠近工作機低速一級的一端；摩擦傳動，圓錐副等安排在高速端。 綜上，選用液壓傳動為主，由泵站產生高壓油，進入操縱臺的五路控制閥。高壓油通過控制閥的工作油路一路負責鉆機的快速鉆進，一路負責鉆機一邊行走馬達行走、支腿油缸的工作以及動力頭的調速，另一路負責鉆機的另一邊行走馬達行走、支腿油缸的工作以及鉆機的慢速鉆進和快速提升，還有一路負責鉆機旋噴施工時的起塔動作、慢速和調速提升，最后一路負責鉆機自動拆卸鉆桿和套管。 MDL-80D型鉆機主要有如下幾個部件組成： 1、動力組件 動力組件由三臺電機分別帶動三組泵：其中一組是大雙聯泵，大泵是負責回轉器的快速回轉和快速提升。還有一組是小雙聯泵，是負責鉆機的回轉、行走、分配、回轉器的加壓提升給進。最后一組是小泵，是負責鉆機的起塔、滑架移動、調速給進、支撐。鉆機開機時要注意三個電動機的轉向，其轉向要與電機后殼上或泵上的黃箭頭標向一致，否則鉆機不能正常工作。 2、回轉器部分 回轉器由雙液壓馬達驅動，經齒輪傳動變速，帶動主軸和前端鉆桿接頭正反轉，以此驅動下面的鉆桿旋轉。后面接有一個分流器，方便接氣、漿等介質 (見附圖回轉器示意圖)。 回轉器箱體內貯存有齒輪潤滑油，使用時應經常檢查油量是否足夠。 回轉器的上下移動是通過鏈條作用下實現的，當鉆機工作一段時間后，回轉器會因零件磨損而出現晃動情況，這時應及時地松開鎖緊螺母，旋動回轉器與推進架連接處的緊定螺釘調整側面和底部的滑動間隙，然后重新固定螺母。但應注意耐磨板間隙不可過緊。 3、推進架部分 推進架是支承孔口裝置、回轉器組件、加壓提升組件的部件。它通過鏈條帶動回轉器進行上下進給，連接的雙頭螺栓可能會因為震動等原因而松動，所以施工人員要注意檢查鏈條的松緊。(見附圖推進架示意圖、底部滑輪示意圖、滑動導輪組件示意圖、頂部滑輪示意圖) 4、變角機構組件 變角機構組件是支承推進架的部件，在鉆機工作時，將撐桿將底架與推進架和滑架連接起來，這樣鉆機在鉆孔時，推進架就不會產生晃動 5、卸扣裝置組件 卸扣裝置組件是用來上卸套管和鉆桿的，共有六個油缸為執(zhí)行元件。具體工作方法是，將所要拆卸的絲扣放在兩對卡瓦之間，將提升給進手柄放處于浮動狀態(tài)，將分配閥處于正位，將卸扣手柄復位后再置于中位，夾緊前后兩對卡瓦，動力頭慢速反轉，松開主動鉆桿后，卸扣手柄上板到卸扣檔，重復幾次，拆卸完成。（見附圖選配件卸扣裝置示意圖） 6、履帶底盤 鉆機加裝了液壓履帶底盤，通過手動控制閥，輕松實現鉆機前進、后退、轉彎及鉆機調平，從而使其具有移位方便、機動性好，省時、省力的特點。 7、液壓系統(tǒng)(見附圖液壓原理圖) 8、電氣系統(tǒng) 由于鉆機自身不帶有動力源，故需從外部將三相交流電源接入控制電柜中。電機采用星三角啟動，以降低啟動電流，電柜總輸入功率為42.5kW。電氣柜中有漏電開關作為安全保護、又為液壓系統(tǒng)提供過壓保護及各種報警，使用戶隨時了解鉆機的狀態(tài)。開機前要注意電氣柜接地線是否牢固可靠。 孔口導向裝置（根據實際情況選配） 下夾持 上夾持 圖1.4 孔口裝置 軌道滾輪組件 回轉器接頭體 （根據實際情況選配） 球閥 回轉器 圖1.5 動力頭組件 驅動輪 托輪 支重輪 張緊輪 圖 圖1.5步履機構 3 動力頭（回轉器）設計 3.1. 動力頭介紹 MDL-80D型鉆機動力頭（回轉器）由雙液壓馬達驅動，經齒輪傳動變速，帶動主軸和前端鉆桿接頭正反轉，以此驅動下面的鉆具旋轉。 動力頭箱體內貯存有齒輪潤滑油，使用時應經常檢查油量是否足夠。在箱體側面設有油位螺栓口，將桅桿升至垂直狀態(tài)，松動動力頭上的油位螺栓就可作檢查。 動力頭的上下移動是在鏈條作用下通過其下的滾輪組件實現的，當鉆機工作一段時間后，滾輪組件會因零件磨損而出現晃動情況，這時應及時地松開鎖緊螺母，旋動滾輪組件的緊定螺釘調整側面和底部的滑動間隙，然后重新固定螺母。但應注意耐磨板間隙不可過緊。 3.2. 設計要求 1. 輸出調速范圍及各檔的轉速要能滿足各工作機構運動速度的要求； 2. 要求能按各工作機構需要合理分配動力； 3. 要求根據需要改變工作機構的運動方向（反檔）； 4. 具有足夠的強度、剛度和耐磨性，保證工作可靠、運轉平衡、傳動效率高、發(fā)熱量小、結構簡單、維修方便、布局美觀、使用壽命長等[2]； 3.3 設計步驟 1. 根據傳動系統(tǒng)中所給的檔數，傳動比與調速范圍，草擬傳動方案； （1）. 調研，收集資料，分析比較； （2）. 確定動力頭的形式和布局； （3）. 確定工作總時數（根據制造緩和使用的具體情況，一般連續(xù)工作兩年）；各檔時間使用率（根據鉆進工藝和鉆速級數，用統(tǒng)計方法得出）； （4）. 繪出動力頭傳動草圖 2. 確定動力頭的主要參數，尤其是齒輪的主要參數： 包括：齒數Z，中心距A，齒輪模數m，齒寬b。 3. 根據傳動比的選配齒輪，確定齒輪齒數； 4. 進行齒輪、軸、軸承等零件的強度、剛度和壽命的計算； 5. 進行結構設計，繪制裝配圖（應考慮結構的先進性、合理性、工藝性、裝配性及系列化、通用化、標準化等問題，還應注意與總體設計相協(xié)調）。 3.4 設計方案的分析與確定 動力頭中只有一檔機械變速，即只可輸出一檔轉速。但動力頭轉速可通過控制操作臺上的比例閥的工作流量來控制液壓馬達的轉速，從而獲得所需要的轉速。 基于設計要求，動力頭的結構比較簡單，只需要一組齒輪嚙合即可實現，根據輸入與輸出轉速的關系可以計算出齒輪的齒數。 根據設計的要求，液壓馬達的輸入轉矩是1680N.m,主軸傳遞的扭矩為8000N.m。為此，我們采用雙馬達驅動，輸入轉矩通過齒輪軸與主軸齒輪的嚙合通過主軸輸出。兩個齒輪軸齒數相同，轉速相同，因此雙馬達對傳動比沒有影響，受到影響的只是主動軸齒輪的受力，即扭矩。 3.5 主要零部件的結構及其選用 3.5.1. 各軸在動力頭中的位置 在動力頭中，布置軸的位置時要考慮整機布置要求以及與前后部件連接的位置關系，并力求使各軸的位置有利于降低鉆機重心，有利于操縱裝置布置，有利于撥叉接近換檔齒輪，有利于齒輪在各軸上的布置。 3.5.2. 軸的結構設計 本次在設計軸時，需要解決的另一個問題是軸的結構設計，即根據軸類零件的裝配和加工，軸上零件的定位固定等要求，合理確定出軸的幾何形狀及結構的尺寸。 對于載荷較大而且無很大沖擊的重要軸，一般采用的材料為40Cr。 在設計的過程中，我的設計思路是：首先根據所需要傳遞的扭矩計算得出安裝齒輪的軸段直徑。這個尺寸也是軸的主要尺寸之一。然后，綜合受力的情況、額定載荷、極限轉速安裝尺寸等情況選擇合適形式和尺寸的軸承，并以此確定軸承所在軸段的尺寸。需要注意的是，軸承選擇時一定要保證軸便于安裝。 1. 軸上零件的軸向定位和固定 主軸上需要布置的零件主要為齒輪，軸承。軸承需要兩端的定位，采用軸肩或者隔圈定位。齒輪的定位方式也與軸承的類似。 2. 軸上零件的周向固定 軸上的零件除了需要進行軸向固定外，還要周向固定，以滿足機器傳遞轉矩的功能要求。對齒輪的周向固定，我采用花鍵連接。 3. 軸的加工和裝配工藝性 4. 合理布置軸上零件。 3.5.3. 齒輪在傳動軸上的布置 各檔齒輪在傳動軸上的布置方式將會影響軸的撓度，軸承的受力和壽命，影響換檔操縱的方便性，以及動力頭的尺寸。因此在進行齒輪結構設計和安排齒輪在軸上的位置的時候必須要考慮以下的幾點： 1. 在允許的情況下，要盡可能的減少齒輪的齒數； 2. 齒輪結構的形狀要求盡量簡單； 3. 齒輪在傳動軸上的布置要盡量縮短軸向尺寸，充分利用可借用的空間，以利于減少動力頭箱體的尺寸； 4. 受力大的齒輪盡可能安排在靠近軸的支承部位，以改善軸的受力情況； 3.5.4. 軸的支承方式及軸承的選用 機器中軸系大多采用滾動軸承來進行支承。滾動軸承類型的選擇、軸承的布置和支承結構設計等對軸系的受力、固定、運轉速度、軸承壽命等等都起著重要的作用。 傳動軸的支承方式取決于軸的受力狀況和動力頭的結構形式。 對于簡支方式支承的軸而言，當軸只承受扭矩及徑向力影響時，可以選用徑向球軸承。如果軸上受有軸向力，一般采用圓錐滾子軸承[3]。 對于受徑向尺寸的限制，不容易采用球軸承支承的軸，多數采用滾針軸承。這種軸承不能夠承受軸向力，不允許有角度的偏斜，極限轉速也比較低。 根據軸上各部位受力的大小，結構方式和受力性質的情況，同一根軸可以采用不同類型和規(guī)格的軸承支承，但要考慮各種類型軸承的特性，恰當的選擇。另外應當注意有些軸承只能成對的使用，比如圓錐滾子軸承、向心推力球軸承等等。 軸承的選用與軸的支承結構形式要考慮到拆裝方便。 軸的軸向定位，通常采用把一端軸承內、外圈分別固定在軸和箱體上，而另一端軸承內圈固定在軸上，外圈可以滑動配合裝在箱體孔內部，以便在軸受熱后能夠自由伸長，同時，可以消除零件制造精度帶來的安裝誤差，以及簡化拆裝工藝。 當軸兩端采用圓錐滾子軸承支承時，為了便于調整軸承間隙，在軸承壓蓋與箱體之間應裝有調整墊片，或其它調整裝置。 激濺潤滑是利用存儲在動力頭箱體內一定量潤滑油的油面高度，通過沉浸在油液中傳動零件的轉動，激濺油液潤滑其它需要潤滑的零件。此種潤滑方式不要復雜的潤滑裝置，但要求有一定的油面高度，為保證潤滑可靠還可以采取一定的措施。 動力頭箱體密封要牢靠，不然會造成潤滑油的漏失，或臟物進入變速箱。因此，在變速箱上的所有裝合面要增加加密封件，比如：軸承蓋與箱體裝合面要加紙墊或者橡膠密封圈，擋蓋與箱體涂抹密封膠。另外還可以采取其它措施增加密封性能，例如：箱體采用不鉆透螺孔，放油螺絲采用錐形細牙螺紋結構，為防止動力頭箱體溫度升高時箱內空氣膨脹，迫使油液泄漏，箱蓋上應設有通孔等。 3.6 設計及校核 3.6.1 功率及轉速計算 1.在計算中其傳動零件的強度大部分根據低速大扭矩進行強度校核。齒輪，傳動軸，軸承等零件的強度校核主要參考《機械設計手冊》（化學工業(yè)出版社），及相關技術書籍。 2.為確保與簡化計算，在計算機械傳動部分時，空載液壓功率損耗與油泵傳動裝置的功率損耗效率為0.875。 3.計算鉆機壽命是按生產的實際需要，既不更換齒輪10000小時，加上鉆機維護保養(yǎng)及搬遷輔助時間等，可使鉆機連續(xù)工作5年。 查看《機械設計課程設計手冊》表1-14 鉆機機械傳動效率包括機械傳動部分效率與液壓損耗功率的效率。 在校核計算動力頭部分零件強度時，只粗略地引入其平均機械效率進行算。所取效率為η=0.95。 升速傳動中最大傳動比不宜過大，傳動比過大，則容易引起震動和噪聲。 降速傳動中最大傳動比不宜過小，傳動比過小，則使主動齒輪與被動齒輪直徑差太大。 3.6.2 齒輪校核 此回轉器為本公司通用部件，主軸最大傳遞的扭矩按照8000N.m計算，常用的配套液壓馬達為J6K系列液壓馬達，馬達最大輸出扭矩為1690N.m 齒輪的轉速屬于中、低速轉動，選擇齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理后齒面硬度HRC56～62，心部硬度HRC30～40，而且對傳動精度要求不高，因此采用圓柱直齒輪傳動。采用7級精度。 輸出扭矩為8000Nm， 轉數為50 輸入動力源為J6K系列液壓馬達，輸出扭矩為575～1685 N.m，為雙液壓馬達輸入 傳動比按照最大輸出扭矩計算 =2.38 齒輪的轉速屬于中、低速轉動，選擇齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理后齒面硬度HRC60，心部硬度HRC35，而且對傳動精度要求不高，因此采用圓柱直齒輪傳動。采用7級精度。 再考慮到齒輪傳動的效率問題，初步估算兩齒輪傳動比為0.41～0.45。 2. 用彎曲疲勞強度進行設計 （1） 選載荷系數K K=1.3 （2）轉矩=8000Nm （3）確定齒寬系數 齒輪為對稱分布，兩個齒輪為硬齒，查表得=0.55 （4）初定小齒輪，即主動輪齒數為18，傳動比為2.38，得大齒輪齒數為43 （5）計算齒輪的許用彎曲應力 載荷穩(wěn)定時，當量循環(huán)次數為N=60 ----------齒輪轉速，m/min ----------齒輪每轉一周同側齒面嚙合的次數 ----------齒輪的工作小時數，h =60=60×50×1×10000=3× ====1.28× 查圖得 =0.97 =0.99 則 查圖得460 460 -----彎曲疲勞強度安全系數 取1.3 ==343.22 ==350.33 （6）確定齒形系數 由圖可查，得 = 2.91 =2.43 （7）確定齒根應力集中系數 由圖可查，得 = 1.54 =1.66 （8）確定重合度系數 取=18 =43， =1.88-3.2×=1.88-3.2×=1.63， ==0.71 由確定模數 = =5.91 （9）確定齒輪其他參數 選標準值，取=6 =18 =43 確定傳動比為2.39 =18×6=108 =0.55×64.8=59.4 修正 取60 （為補償安裝誤差） 3驗算齒輪接觸疲勞強度 （1）確定載荷系數 K=KKKK 其中，K----使用系數，查表，取K=1.00。 K----動載系數，查表，對于直齒圓柱齒輪，K=1.05～1.4，與精度及速度有關，齒輪的工作情況均勻平穩(wěn)v= ==0.68，所以本設計中按照7級精度計算，取K=1.06。 K----齒向載荷分布系數。當兩者之一為軟齒面的直齒圓柱齒輪傳動，K=1～1.2，本設計取為K=1.1。 K----齒間載荷分布系數，直齒圓柱齒輪傳動K=1～1.2，取K=1.1。 綜上，K=KKKK=11.061.11.1=1.28 （2）確定重合度系數 取=18 =43 =1.88-3.2×=1.88-3.2×=1.63， =0.63 （3）確定材料彈性系數 查表得， （4）確定節(jié)點區(qū)域系數 （標準直齒） （5）計算齒面的接觸強度 =874.25MPa =515.91MPa （6）計算齒輪許用接觸強度 查圖得 =1500Mpa 1.08 1.13 =1.0～1.10，取=1.1。 ==1472.74MPa ==1540.93MPa 綜上，， 安全。 3.7 典型工藝編制 3.7.1 大齒輪（MDL80D-2-10） 工序號 工序名稱 工序內容 車間 設備 工藝裝備 準終工時 單件工時 5 熱 毛坯正火處理 熱處理 10 車 三爪反夾外圓，端面車出，粗鏜內孔 φ122.5(+0.34/0)為φ119，倒角。 金工 CY6140 30 50 20 車 調頭三爪撐內孔，車端面保證尺寸60為63，粗車外圓φ270（-0.05/-0.15）為φ274，倒角。 金工 CY6140 30 40 30 熱 齒坯正火。 熱處理 40 車 三爪反夾外圓，端面車出，精鏜內孔 φ122.5(+0.34/0)為φ122（+0.1/0），倒角，端面作記號。 金工 CY6140 30 30 表3-2大齒輪工藝 工序號 工序名稱 工序內容 車間 設備 工藝裝備 準終工時 單件工時 50 車 調頭三爪撐內孔，車端面保證尺寸60為60（+0.2/+0.1），車對外圓φ270（-0.05/-0.15）,倒角。 金工 CY6140 30 20 60 平磨 以有記號面為基準，磨另一面至圖要求。 金工 M7120 30 15 70 滾 滾齒至尺寸m=6, Z=43, a=20°,Wk=83.321(-0.11/-0.19)。 金工 Y3180 120 210 80 鉗 去毛刺,銳棱倒鈍。 裝配 10 90 熱 滲碳t＝0.8-1.2mm。 熱處理 100 車 三爪夾外圓，粗挖兩側端面槽為φ200×φ170×3深，倒角。 金工 CY6140 30 60 110 熱 淬火齒面硬度 HRC56-62，心部硬度HRC30-40。 熱處理 120 車 三爪夾外圓，精挖兩側端面槽為2- φ222×φ152×24深，倒角。 金工 CY6140 30 40 130 內磨 三爪外夾，校正三針及平面，磨內孔至φ122.5（+0.1/0）。 金工 M2110A 30 8 140 珩 上芯軸，珩齒至尺寸。 金工 Y4132A 芯軸自理 60 60 150 線切割 線切割內花鍵10-φ135（+0.03/0）×φ122.5（+0.34/0）×16（+0.105/+0.045） 外協(xié) 續(xù)表3-2 3.7.2 箱體（MDL80D-2-33） 圖3.1 工序號 工序名稱 工序內容 車間 設備 工藝裝備 準終工時 單件工時 5 熱 毛坯回火處理。 熱處理 10 劃 劃2-φ130H7、φ180H7及φ210H7、2-M24、4-φ30孔位線，劃滑軌底面及頂面加工線,劃尺寸536兩端面加工線，打洋沖。 金工 90 120 20 龍刨 校正劃線刨頂面。 金工 B215 90 100 30 龍刨 以頂面為基準，刨對底面高度331.5、滑軌面高度及各內開擋至圖尺寸。　 金工 B215 120 300 40 雙銑 銑導軌面兩側面至尺寸536。 金工 雙面端銑 140 60 50 臥鏜 以滑軌面為基準校正壓緊，開坐標粗鏜2-φ130H7為2-φ128、2-φ125H7為2-φ123、φ180H7為φ178、φ202至尺寸，刮孔端面尺寸留1mm余量. 金工 T68 90 260 60 臥鏜 以滑軌面為基準校正壓緊，開坐標鏜對2-φ130H7（+0.04/0）、φ180H7（+0.04/0）、刮對端面及反刮180內平面，保證尺寸102（+0.5/0），切對內槽φ185（+0.72/0）×6.2（+0.14/0），保證尺寸87.8（+0.2/+0.4），孔口倒角。鉆2-M24螺紋底孔為2-φ20.9深33，倒角。 金工 T68 110 210 70 臥鏜 反向以滑軌面為基準校正壓緊，開坐標鏜對2-φ215H7（+0.04/0）、φ210H7（+0.046/0）×72（+0.5/0）至尺寸、刮對孔端面尺寸φ285±0.2，反刮φ210內平面，保證尺寸78（+0.5/0），孔口倒角，鉆2-M24螺紋底孔為2-φ20.9深33，倒角。 金工 T68 110 215 80 鉆 照線鉆對4-φ30、上鉆模鉆8-φ17刮平φ30、11-M8螺紋底孔11-φ6.7、15-M8螺紋底孔15-φ6.7至尺寸、M18×1.5螺紋底孔φ16.5刮平φ30。 金工 Z3035 40 90 90 鉗 配作及攻各螺孔至圖要求，去毛刺。 120 表3-3箱體工藝 4 液壓設計計算及說明 4.1 液壓原理的設計 圖4.1 MDL-80D液壓原理設想 4.1.1 加壓提升油路設計思路 在該油路中在無桿腔設計了一個調速閥主要是為滿足鉆機在施工過程中對動力頭的提升速度進行無級調速，該調速閥的功能在于不管動力頭的提升負荷有何變化，均能使動力頭勻速上升，以滿足施工過程中的實際需求。在有桿腔設計了一個可調的節(jié)流閥，該閥的作用使動力頭上升時產生一定的背壓，使動力頭在瞬間就能勻速上升時[4]。 4.1.2 起塔油路的設計思路 在該起塔油缸的進出油口設置了兩個可調節(jié)流閥，使起塔時在兩個臨界點，能有效的使桅桿均速動作。因為在桅桿在豎直時、桅桿放平時桅桿會從被動變成主動對起塔油缸施加壓主動作用，故利用可調節(jié)流閥控制其速度。 4.1.3 支腿油路的設計思路 在支腿油缸的進出油口設置了兩個液控單向閥（又稱雙向液壓鎖）的鎖緊回路。其作用是使液壓缸能在任意位置上停留，且停留后不會因外力作用而移動位置。到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因兩個液控單向閥均關閉，使油缸雙向鎖緊。該回路中由于液控單向閥的密封性好，泄露極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄露。 4.1.4 主油路的設計思路 在操縱臺內有單聯操縱閥兩組，六聯操縱閥和七聯操縱閥各一組，四聯操縱閥一組。一個六聯操縱閥的一片閥與動力頭油馬達﹑齒輪泵相連組成油路。另一個七聯操縱閥的一片閥與動力頭油馬達﹑齒輪泵組成油路。單聯操縱閥與動力頭油馬達﹑齒輪泵組成油路。六聯操縱閥和七聯操縱閥中各有一片閥與行走馬達﹑齒輪泵組成油路。四聯操縱閥上的兩片閥和一個六聯操縱閥的一片閥與齒輪泵﹑加壓提升油缸組成油路，其中一片閥上裝有調速閥，實行進油調速，當加壓提升油缸有桿腔進油，動力頭下降。四聯操縱閥上的另兩片閥分別與滑移油缸﹑變角油缸﹑齒輪泵組成油路。通過操縱液壓閥手把或手輪，來實現鉆機的各種動作及鉆進參數的選擇。六聯操縱閥的一片閥與七聯操縱閥的兩片閥與夾持卸扣器及液壓鎖組成油路。 4.2 液壓系統(tǒng)的計算 4.2.1 實際參數的計算 因為動力頭為雙液壓馬達，所以連接方式有串并連兩種 并聯時： 表4-1 用戶所需的轉速及轉矩 動力頭輸出參數 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 實際轉速r/min 6.26 12.53 20.19 26.45 32.72 40.37 46.64 52.9 實際扭矩N·m 4398 4541 4613 4637 4589 4589 4517 3489 串聯時： 動力頭輸出參數 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 實際轉速r/min 12.53 25.06 40.37 52.9 65.43 80.74 93.28 105.8 實際扭矩N·m 2199 2271 2306 2318 2294 2294 2259 1745 根據動力頭的參數，可知兩對傳動齒輪傳動比分別為：，。 經過篩選，選取額定鉆速（r/min，正反轉）：6.26 12.53 12.53 25.06 20.19 40.37 26.45 52.9 32.72 65.43 40.37 80.74 46.64 93.28 52.9 105.8 1) 動力頭轉速為6.26 r/min : 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 2) 動力頭轉速為12.53r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 3) 動力頭轉速為12.53r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 4) 動力頭轉速為25.06r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 5) 動力頭轉速為20.19r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 6) 動力頭轉速為40.37r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 7) 動力頭轉速為26.45r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 8) 動力頭轉速為52.9r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 9)動力頭轉速為32.72r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 10) 動力頭轉速為65.43r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 11) 動力頭轉速為40.37r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 12) 動力頭轉速為80.74r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 13) 動力頭轉速為46.64r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 14) 動力頭轉速為93.28r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 15) 動力頭轉速為52.9r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 因為并聯，所以動力頭所需功率實際為 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 16) 動力頭轉速為105.8r/min: 動力頭輸出轉矩 動力頭所需功率 油馬達輸出轉速 油馬達輸出轉矩 數據經過整理后，如下表所示： 表4-2 動力頭及油馬達實際輸出參數 動力頭輸出參數（實際） 油馬達輸出參數（實際） 轉矩(N·m) 轉速(r/min) 功率 (kW) 轉矩 (N·m) 轉速(r/min) 功率 (kW) 并聯 4397.6 6.26 1.44 919.86 14.95 1.44 4541 12.53 2.98 950.85 29.93 2.98 4612.8 20.19 4.875 965.29 48.23 4.875 4636.6 26.45 6.42 970.27 63.19 6.42 4588.8 32.72 7.86 960.38 78.16 7.86 4588.8 40.37 9.7 960.55 96.44 9.7 4517.2 46.64 11.03 945.4 111.42 11.03 3489.4 52.9 9.67 730.8 126.37 9.67 串聯 2198.8 12.53 2.88 918.9 29.93 2.88 2270.5 25.06 5.96 950.7 59.87 5.96 2306.4 40.37 9.75 965.49 96.44 9.75 2318.3 52.9 12.84 970.34 126.37 12.84 2294.4 65.43 15.72 960.5 156.3 15.72 2294.4 80.74 19.4 960.4 192.9 19.4 2258.6 93.28 22.06 945.6 222.8 22.06 1744.7 105.8 19.33 730.5 252.7 19.33 根據此表初選馬達：J6K-390 其參數為：排量0.39L/r, 額定轉矩1155N·m, 額定轉速387r/min, 額定流量150L/min, 總效率>80。 1) 油馬達轉速為14.95r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 2) 油馬達轉速為29.93r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 3) 油馬達轉速為29.93r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 4) 油馬達轉速為59.87r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 5) 油馬達轉速為48.23r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 6) 油馬達轉速為96.44r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 7) 油馬達轉速為63.19r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 8) 油馬達轉速為126.37r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 9) 油馬達轉速為78.16r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 10) 油馬達轉速為156.3r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 11) 油馬達轉速為96.44r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 12) 油馬達轉速為192.9r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 13) 油馬達轉速為111.42r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 14) 油馬達轉速為222.8r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 15) 油馬達轉速為126.37r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 16) 油馬達轉速為252.7r/min時： 油馬達輸入流量 輸入功率 表4-3 油馬達的參數 轉矩 (N·m) 轉速(r/min) 功率 (kW) 流量 （L/min） 進油口壓力 （MPa） 919.86 14.95 1.44 5.83 14.82 918.9 29.93 2.88 11.67 14.80 950.85 29.93 2.98 11.67 15.32 950.7 59.87 5.96 23.35 15.31 965.29 48.23 4.875 18.81 15.55 965.49 96.44 9.75 37.61 15.55 970.27 63.19 6.42 24.64 15.63 970.34 126.37 12.84 49.28 15.63 960.38 78.16 7.86 30.48 15.47 960.5 156.3 15.72 60.96 15.47 960.55 96.44 9.7 37.61 15.47 960.4 192.9 19.4 75.23 15.47 945.4 111.42 11.03 43.45 15.23