工程鉆機的設計【含CAD圖紙】

工程鉆機的設計【含CAD圖紙】,含CAD圖紙,工程,鉆機,設計,cad,圖紙 畢業(yè)設計（論文）任務書姓名： 任務下達日期： 年 03 月 13 日設計（論文）開始日期： 年 03 月 13 日設計（論文）完成日期： 年 06 月 20 日一、 設計（論文）題目： GCPS20 型 工 程 鉆 機 的 設 計 二、專題題目： 水平定向鉆機常用結構的探討 三、設計的目的和意義： 隨著國家基本建設的投入持續(xù)增長，尤其是像京滬高速鐵路、奧運場館等一批國家重點項目的陸續(xù)啟動,將對工程鉆機技術要求更高、鉆機不僅要具有高效性、環(huán)保性，更要具有復合性。通常使用的工程鉆機在工作時只有鉆進，當遇到較為堅硬的巖石層，如卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖石地層，就不得不改變鉆進方位，或另鉆它孔，為解決此問題在老師的指導下我設計這臺帶有沖擊鉆的多功能復合型鉆機，它可有效的解決上述問題。我相信這臺鉆機一定會有很廣闊的市場前景! 四、設計（論文）主要內容： 主要是鉆機的變速箱結構設計、轉盤的設計，還涉及動力機確定、機構傳動系統(tǒng)設計。五、設計目標： 使鉆機不僅能應用于水利工程、鉆鑿高層建筑、橋梁、港口基礎樁孔的鉆進，也能用于卵石、灰?guī)r、花崗巖、漂石層等硬巖地層的鉆進。六、進度計劃： 2006. 03. 13至03.19查閱相關資料，了解設計產品性能、發(fā)展現狀 03.20至03.26畢業(yè)實習、參觀相關產品、收集資料 03.27至04.02整理現有資料、寫實習總結、整理實習日記 04.03至04.09確定設計內容、寫開題報告 04.10至04.16設計產品總體裝配圖、畫草圖、確定各部分結構、位置 04.17至04.23說明書草稿出初定 04.24至04.30計算相關內容05.01至05.07畫總裝配圖 05.08至05.21畫變速05.22至05.29畫轉盤圖、零件圖 05.29至06.11編制說明書 06.12至06.18修改圖紙、查找錯誤 06.19檢查資料、準備答辯 七、參考文獻資料： GPS20型工程鉆機使用說明 上海金泰股份有限公司探礦機械 1998。 成大先機械設計手冊減（變）速速器電機與電器化學工業(yè)出版社，2004。 殷琨發(fā)展中的沖擊回轉鉆進技術探礦工程（第5期），1997。 胡家秀簡明機械零件設計使用手冊機械工業(yè)出版社1999。成大先機械設計手冊聯(lián)接與緊固化學工業(yè)出版社，2004。指 導 教 師： 院（系）主管領導： 年 月 日金屬加工與特種工藝金屬切削加工在工業(yè)制造業(yè)中得到了廣泛應用。它的特點是工件在加工前具有足夠大的尺寸，可以將工件最終的幾何尺寸包容再里面。不需要的材料以切削、顆粒等形式被去除掉，去除切削是獲得所要求的工件幾何形狀、尺寸公差和表面質量手段。切削量多少不一定，可能占加工前工件體積的百分之幾到70%80%不等。由于在金屬切削加工中，材料的利用率相當低，加上預測到材料和能源的短缺以及成本的增加，近十幾年來，金屬成形加工的應用越來越多。然而，由于金屬成型加工的模具和設備成本仍然很高，因此盡管金屬切削加工的材料消耗較高，在許多情況下，它們仍然是最經濟的。由此可以預料，在最近幾年內，金屬切削加工在制造業(yè)中仍將占有很重要的地位。而且，金屬切削加工的生產系統(tǒng)的發(fā)展比金屬成型加工的自動生產系統(tǒng)的發(fā)展要快的多。在金屬切削加工中，信息的傳遞是通過剛性傳遞介質（刀具）實現的，刀具相對工件運動，機械能通過刀具作用于工件。因此，刀具的幾何形狀和刀具與工件的運動方式決定了工件的最終形狀，這個基本過程是機械過程，實際上是一個煎切和斷裂相結合的過程。如前所述，在金屬切削加工中，多余的材料由剛性刀具切除，以獲取需要的幾何形狀、公差和表面粗糙度。屬于此例加工方法的例子有車削、鉆削、鉸孔、銑削、牛頭刨削、龍門刨削、拉削、磨削、研磨。大多數切削加工（或稱機械加工）過程是以兩維表面成型法為基礎的。也就是說，刀具與工件材料之間需要兩種相對運動。一種定義為主運動（決定切削速度），另一種定義為進給運動（向切削區(qū)提供新的加工材料）。車削普通車床作為最早的金屬切削機床中的一種。目前仍然有許多有用的和為人們所需要的特征。現在，這些機床主要用在規(guī)模較小的工廠中，進行小批量的生產，而不是進行大批量的生產。在現代的生產車間中，普通車床已經被種類繁多的自動車床所取代，諸如自動仿形車床，六角車床和自動螺絲車床?，F在，設計人員已經熟知先利用單刃刀具去除大量的金屬余量，然后利用成型刀具獲得表面光潔度和精度這種加工方法的優(yōu)點。這種加工方法的生產速度與現在工廠中使用的最快的加工設備的速度相等。普通車床的加工偏差主要依賴于操作者技術熟練程度。設計工程師應該認真地確定由熟練工人在普通車床上加工的實驗零件的公差。在把實驗件重新設計為生產零件時，應該選用經濟的公差。六角車床 對生產加工設備來說，目前比過去更著重評價其是否具有精確的和快速的重復加工能力。應用這個標準來評價具體的加工方法，六角車床可以獲得較高的質量平定。摘 要GCPS20型鉆機是一種復合式多功能鉆機，為適應我國深基礎工程和連續(xù)墻以及水利工程、橋梁工程的發(fā)展與需要，結合大口徑鉆機灌注樁和地下連續(xù)墻施工的特點，為解決在復雜地層、硬巖中成孔而研制，特別卵石層、基石、漂石層能大幅度提高施工效率，在各種成孔方法中是比較經濟有效的方法。鉆機是集回轉、沖擊鉆進工藝于一體的多功能復合型鉆機，用轉盤回轉鉆進時可用于第四世紀覆蓋層，沖擊鉆進時可用于卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖地層。本鉆機的特點是結構簡單，緊湊，而且各種操作手柄布置合理，操作簡單，便于使用與維護。關鍵詞： 沖擊鉆進 變速箱 減速器 轉盤 AbstractThe types GCPS-20 drill the machine is a kind of compound type multi-function drill the machine, in order to adapt the our country development and demands of the deep foundation and consecution wall and marine hydraulic engineering, the bridge engineering, combine the big caliber to drill the machine to infuse to note the stake and the characteristics of underground continuous wall construction, in order to solve to become the bore but research to manufacture in complicated geologic strata, hard rock, significant exaltation of ability of special egg stone layer, sill, the stone layer construction efficiency, is a more economic valid method in variously become the bore method.Drill the machine is to gather the turn-over and pound at to drill into the craft in the integral whole of multi-function and compound type drill the machine, can used for to overlay the layer the fourth century while using to turn the dish turn-over to drill into, can used for the hard rock geologic strata of egg stone, ash rock, granite.etc. while pounding at to drill into.Drill the characteristics of the machine originally is a structure simple, tightly packed, and various operation hand handle arrange reasonable, operate in brief, easy to usage and support.Keyword：The impact drill into Become soon box Deceleratethe machine Turn the dish目 錄摘 要IAbstract II第1章 緒論 11.1 項目的研究意11.2 國內外科技現狀11.3 設計產品的用途和應用領域1第2章 鉆機的總體設計 22.1 總體布局設計22.1.1 傳動系統(tǒng)22.1.2 氣動系統(tǒng)22.1.3 電氣系統(tǒng)22.1.4 工具系統(tǒng)22.1.5 各部件的功能22.2 主要設計參數32.3 主要性能特點4第3章 動力機確定 53.1 按鉆頭鉆進所需功率計算53.2 按鉆機沖擊鉆進所需功率計算7第4章 帶輪選擇 9第5章 變速箱的設計及計算125.1 變速箱的結構特點 125.2 結構計算 12 5.2.1 初步選定 12 5.2.2 選定變速箱傳動公比 12 5.2.3 按彎曲強度確定齒輪模數 13 5.2.4 按接觸強度確定齒輪分度圓直徑與中心距 14 5.2.5 齒寬的確定 15 5.2.6 齒輪齒數確定 16 5.2.7 計算齒輪相關參數、確定齒輪 165.3 錐齒輪計算 17 5.3.1 初步計算 17 5.3.2 幾何計算 175.4 齒輪校驗 22 5.4.1 齒輪受力分析 22 5.4.2 齒輪傳動齒面接觸疲勞強度校核 22 5.4.3 齒輪傳動齒根彎曲疲勞強度校核 255.5 變速箱軸的計算 27 5.5.1 一軸計算 27 5.5.2 二軸計算 27 5.5.3 三軸計算 285.6 軸的校驗 28 5.6.1 按轉矩計算 28 5.6.2 軸上受力分析 29 5.6.3 求支反力 29 5.6.4 作彎矩和轉矩圖 30 5.6.5 確定危險截面及安全系數校核計算 33第6章 轉盤的計算366.1 轉盤輸出轉速 366.2 大、小錐齒輪計算 36 6.2.1 初步計算 36 6.2.3 幾何計算 376.3 錐齒輪齒面接觸疲勞強度校驗 42 6.3.1 計算公式 42 6.3.2 許用接觸應力計算 43 6.3.3 齒面接觸強度校核結果 446.4 齒根抗彎疲勞強度校核 44 6.4.1 計算公式 446.4.2 齒根許用彎曲應力計算 456.4.3 齒根彎曲強度校核結果 466.5 轉盤軸結構計算 46第7章 鉆機其余部分零部件選擇 487.1 聯(lián)軸器的選用 487.2 減速器齒輪安排 48第8章 鉆機的維護保養(yǎng) 518.1 鉆機維護保養(yǎng)的重要性 518.2 維護保養(yǎng)要求 518.3 主要部件保養(yǎng)項目 52 8.3.1 轉盤 52 8.3.2 變速箱 52 8.3.3 減速器 52 8.3.4 主、副卷揚機 52 8.3.5 水龍頭 52 8.3.6 鉆具 53 8.3.7 沖擊卷揚機 53 8.3.8 氣路系統(tǒng) 53 8.3.9 傳動鏈條 53 8.3.10 沖擊鋼絲繩53 8.3.11 氣胎離合器53 8.3.12 主離合器548.4 安全操作注意事項 54第9章 經濟性分析56第10章 專題 水平定向鉆機的結構探討 58結 論64致 謝65參考文獻 66附錄1中文（譯文） 68附錄2英文（原文） 74VIII 第1章 緒 論1.1 項目的研究意義隨著國家基本建設的投入持續(xù)增長,尤其是像京滬高速鐵路、奧運場館等一批國家重點項目的陸續(xù)啟動,將對工程鉆機技術要求更高、鉆機不僅要具有高效性、環(huán)保性，更要具有復合性。通常使用的工程鉆機在工作時只有鉆進，當遇到較為堅硬的巖石層，如卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖石地層，就不得不改變鉆進方位，或另鉆它孔，為解決此問題在老師的指導下我設計這臺帶有沖擊鉆的多功能復合型鉆機，它可有效的解決上述問題。我相信這臺鉆機一定會有很廣闊的市場前景!1.2 國內外的科技現狀隨著全球經濟的高速發(fā)展,各類建筑和工程施工的數量激增,工程難度日益加大,質量要求越來越高,極大的推動了各類基礎處理施工技術的發(fā)展,尤其是近 20 年來,由于建筑的大型化和高層化,各種處理范圍廣,效率高,污染少,成本低的深基礎施工工法，如大型旋挖樁、地下連續(xù)墻、各種錨固、高壓旋噴、深層攪拌等已成為基礎工程施工的重要手段。而現有國產基礎施工設備效率低下,污染嚴重,不能適應新施工技術的要求,施工企業(yè)一直在大量進口該類設備。加大開發(fā)適合我國國情的新型基礎工程施工鉆機的力度,滿足市場急需,替代進口,是該類設備制造業(yè)的首要任務。1.3設計產品的用途和應用領域這臺鉆機設計為散裝式轉盤沖擊、回轉復合式多功能鉆機，適用于基礎工程和連續(xù)墻以及水利工程、鉆鑿高層建筑、橋梁、港口基礎樁孔的鉆進，也用于大口徑水井及其他工程孔的鉆，主要用于第四世紀地層及其卵石、灰?guī)r、花崗巖、漂石層等硬巖地層。主要應用于建筑工程、水利工程、橋梁工程、礦井鉆進等領域。第2章 鉆機的總體設計2.1 總體布局設計 鉆機由底座、傳動裝置、減速器（分動箱）、主副卷揚機、沖擊卷揚機、轉盤、鉆塔、氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、工具系統(tǒng)組成。2.1.1傳動系統(tǒng)電機的動力經皮帶傳至變速器，變速器為一進三出結構，一路輸出經齒輪傳至主副卷揚機；一路輸出至減速器，經由萬向軸傳至轉盤，供回轉鉆進；一路輸出經鏈輪傳動沖擊卷揚機，供沖擊提升。2.1.2氣動系統(tǒng)空壓機輸出壓力氣，由空氣包至氣控箱，分兩路經操縱閥控制，傳至沖擊卷揚機兩只氣胎離合器，完成沖擊提升及降落。2.1.3電氣系統(tǒng)控制電機啟動及關閉，為氣動系統(tǒng)提供電源控制，為操縱箱提供控制系統(tǒng)。2.1.4工具系統(tǒng) 游動滑車、水龍頭、主動鉆桿、孔內鉆桿、加重塊、刮刀鉆頭、墊叉組成回轉鉆進工具系統(tǒng)。游動滑車、水龍頭、孔內鉆桿、沖擊排渣管、沖擊鉆頭、孔口導向工具、墊叉組成沖擊鉆進工具系統(tǒng)。2.1.5各部件的功能1 轉盤 轉盤用于驅動主動鉆桿及鉆具回轉，轉盤系一級圓錐齒輪傳動機構，通過大錐齒、轉臺、大、小補心驅動鉆桿工作。2 減速器 減速器是進一步降低轉速、提高扭矩而設計的，有兩檔變速，由雙聯(lián)滑動齒輪實行。3 變速箱 變速箱為二軸一級變速箱，有三擋變速，由單、雙聯(lián)齒輪滑移實現變速。變速箱內有正、反轉裝置，由雙向牙嵌離合器實現，單向牙嵌離合器實現卷揚機離合。4 主、付卷揚機 主、付卷揚機均為行星式卷揚機，靠制動行星輪來實現鉆具的提升。5 底座 底座由滑臺、下座、油缸、孔口板組成，轉盤、卷揚機組固定于滑臺上，鉆塔固定于下座上，油缸一端固定于滑臺，另一端與孔口板相聯(lián)，油缸用于滑臺的后移和孔口板開合。6 鉆塔 鉆塔用于懸掛游動滑車、水龍頭和提升器等提升設備，結構形式為“n”型，鉆塔內設有導向槽和主動鉆桿后置懸掛裝置。導向槽用于水龍頭導向，懸掛裝置用于換接鉆桿時主動鉆桿不落地。鉆塔起落由油缸完成。2.2 主要設計參數1. 沖擊卷揚機 提升能力 （kN） 60提升速度 （m/s） 0.4 .05 0.62. 沖擊行程 (m) 0.543. 沖擊次數 (1/min) 6144. 沖錘質量 (kg) 300050005. 主、副卷揚機 提升能力 (單繩kN) 30 卷繩速度 (m) 0.45, 0.68, 1.13, 1.69 0.31, 0.46, 0.77, 1.156. 轉盤轉速 (r/min) 13, 17, 21, 26, 42, 527. 主機動力型號(功率) YD280S 55 KW (1480 r/min )8. 鉆塔額定負載 ( kN) 1809. 空壓機型號( 排量，壓力) UB 300500 （3.55 /min, 0.8 MP）10. 配備砂石泵型號（型號） 6BS (180/h) 或8BS（340 /h）11. 外型尺寸 （長X寬X高） 10000X2400X170012. 重量 主機重量 （t） 10.4 全套設備總重 （t） 282.3 主要性能特點這臺鉆機的主要性能特點是：1. 鉆機是集回轉、沖擊鉆進工藝于一體的多功能復合型鉆機，用轉盤回轉鉆進時可用于第四世紀覆蓋層，沖擊鉆進時可用于卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖地層；2. 最大鉆孔直徑為2000毫米；3. 鉆機為機械傳動，機械、液壓操動，操作方便、可靠；4. 鉆機轉速范圍廣，有6檔變速，適用于不同地層要求，利于提高鉆進效率；5. 整套設備安裝在滑撬式底座上，對孔就位方便，機動性強6. 液壓操縱滑臺平移讓出孔口，孔口開闊，起下大直徑鉆具靈活、方便；7. 鉆塔上設有導向槽，有助于提高鉆孔垂直度，降低超徑系數。鉆塔上有水龍頭后置懸掛裝置，主動鉆桿不落地，減輕勞動強度，縮短輔助作業(yè)時間；8. 主、付卷揚機均采用行星式卷揚機構，提生能力強，輔助水龍頭后置懸掛裝置，可實現塔上無人作業(yè)；9. 鉆進可采用加重塊加壓（根據不同地層選用）；10. 排渣方式為泵吸反循環(huán)，排屑效率高，減少孔底重復破碎，鉆進速度快；11. 整機尺寸設計合理，便于汽車運輸及安裝；12. 動力為電機；13. 經濟耐用、性能可靠。第3章 動力機確定根據現場需要，動力機的選擇偏大些，加大儲備系數，這樣可以提高鉆進效率。3.1 按鉆頭所需功率計算 設電機輸出實際功率為N。N。1.2Nj式中：Nj鉆機所需功率 KW Nj（NhNy）/式中: Nh回轉鉆進所需功率 （KW） 效率 =0.8 Ny油泵所需功率 （KW） Nh=N1+N2+N3式中: N1井底破碎巖石、土層所需功率 （KW） N2鉆頭與孔底摩擦所需功率 （KW） N3回轉鉆桿所需功率 （KW）1. Nh=N1+N2+N3的計算N1=其中： m-鉆頭切削刀數 取m=4 n-轉盤轉數 鉆進時 =26 r/min h-轉進速度 試取h=0.8cm/min -巖石抗壓強度 其值見表3-1 A-井底破碎環(huán)狀面積 A=2. N 2=fen(R+r)/1944800式中： f-鉆具與巖石直間的摩擦系數 f=0.5 e-側摩擦系數 e=1.1 R-鉆頭外圓半徑 R=200cm r-鉆頭內孔半徑 r=0cm3. N3= (當n,該軸H截面是安全的。 第6章 轉 盤 的 計 算6.1 轉 盤 輸 出 轉 速轉盤輸出轉速（r/min）: 13、17、21、26、42、52輸入轉盤轉速 (r/min): 65、85、105、130、210、260轉盤用于驅動主動鉆桿及鉆具回轉，轉盤系一級圓錐齒輪傳動機構，通過大錐齒、轉臺、大、小補心驅動鉆桿工作。6.2 大、小 錐 齒 輪 計 算 6.2.1 初步計算 （1）按齒面接觸強度計算 由設計公式 得 式中： 載荷系數 K= 1.5 齒數比 5 轉矩： 估算時的齒輪許用接觸應力 估算結果 （2）按齒根抗彎強度計算由式得： 式中 K載荷系數 取 K=1.5 復合齒形系數 取= 4.6 小齒輪齒數 =18 齒輪許用彎曲應力 = 式中 抗彎強度=600 抗彎強度的安全系數 =1.8 =計算 取 =16 mm（3）齒輪齒數 = 取 =186.2.2 幾何計算（1） 齒數 =18 =518=90 （2） 分錐角 =11.3 （3） 大端模數 （4） 分度圓直徑 = =1618=288 mm = =1690=1440 mm（5） 外錐距 = 734.88 mm（6） 齒寬系數 取 =0.3 b =220.464 mm 取 b=200 mm 實際齒寬系數 （7） 中點模數 =（1-0.5）=13.8 mm 中點分度圓直徑 =248.8 mm =1244.2 mm（8） 切向變位系數 =0 =0 高變位系數 =0 =0（9） 頂隙 0.216 =3.2 mm (GB12369-1990)（10）大端齒頂高 mm =16 mm 大端齒根高 mm mm 全齒高 h=35.2 mm齒根角 齒頂角 =1.497 = 1.497（11） 頂錐角 根錐角 （12） 大端齒頂圓直徑 mm（13） 冠頂距 （14）大端分度圓弧齒厚 （15） 大端分度圓弦齒厚 mm （16） 當量齒數 當量齒輪分度圓直徑 當量齒輪頂圓直徑 當量齒輪根圓直徑 當量齒輪傳動中心距 當量齒輪基圓齒距 （17）嚙合線長度 = 1199.10 - 1128.15 = 70.95 mm （18） 端面重合度 （19） 齒中部接觸線長度 齒中部接觸線的投影長度 6.3 錐齒輪齒面接觸疲勞強度校核6.3.1 計算公式式中 中點分度圓上的切向力 使用系數 =2.25 動載系數 由7級精度和中點節(jié)線速度 取=1.1 齒向載荷分布系數 取 =1.2 有效工作齒寬 取 =1.5=1.8 端面載荷系數 取 =1 節(jié)點區(qū)域系數 =2.5 中點區(qū)域系數 式中 參數=2 =1.123 彈性系數 =189.8 螺旋角系數 直齒輪 =1 錐齒輪系數 =0.8 載荷分配系數 =1計算接觸應力 6.3.2 許用接觸應力 式中 實驗齒輪的接觸疲勞極限 =1300 壽命系數 =1 潤滑油影響系數 =0.95 工作硬化系數 =1 尺寸系數 =1 最小安全系數 =1.1許用接觸應力值 6.3.3 齒面接觸強度校核結果；通過。6.4 齒根抗彎疲勞強度校核6.4.1 計算公式 式中 復合齒形系數 重合度系數 錐齒輪系數 =1.03 載荷分配系數 齒根彎曲應力計算值 6.4.2 齒根許用彎曲應力 式中 齒根彎曲疲勞強度基本值 壽命系數 =1 相對齒根圓角敏感系數 =1 相對齒根表面狀況系數 =1 尺寸系數 最小安全系數 =1.4許用彎曲應力值 6.4.3 齒根彎曲強度校核結果 齒輪安全，可用。6.5 轉 盤 軸 結 構 計 算選擇軸的材料為45鋼，經調質處理，材料力學性能數據為：抗拉強度為 屈服點彎曲疲勞極限 扭轉疲勞極限許用靜應力 許用疲勞應力軸的最小直徑為 式中 A按定的系數 取 A= 100 P功率 P=55 KW 最小轉速 =65 r/min 計算得取最小軸徑為 軸的結構如圖： 第7章 鉆機其余部分零件的選擇7.1 聯(lián)軸器的選擇減速器與轉盤之間用萬向節(jié)聯(lián)軸器連接，由減速器輸出的最小轉速為，傳遞的功率為55KW，計算轉矩為：聯(lián)軸器的計算功率： 式中聯(lián)軸器轉速系數 =1.25軸承壽命系數 =1.8聯(lián)軸器的軸間角系數 =1.5載荷性質系數 =1.3計算轉矩 查取， 選擇聯(lián)軸器為：7.2 減速器齒輪安排如表7.21齒數模數 m2 463 262 163 562 0 63 06 表 7.21降速比： 輸入轉速為（r/min）：167、261、5摘 要GCPS20型鉆機是一種復合式多功能鉆機，為適應我國深基礎工程和連續(xù)墻以及水利工程、橋梁工程的發(fā)展與需要，結合大口徑鉆機灌注樁和地下連續(xù)墻施工的特點，為解決在復雜地層、硬巖中成孔而研制，特別卵石層、基石、漂石層能大幅度提高施工效率，在各種成孔方法中是比較經濟有效的方法。鉆機是集回轉、沖擊鉆進工藝于一體的多功能復合型鉆機，用轉盤回轉鉆進時可用于第四世紀覆蓋層，沖擊鉆進時可用于卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖地層。本鉆機的特點是結構簡單，緊湊，而且各種操作手柄布置合理，操作簡單，便于使用與維護。關鍵詞： 沖擊鉆進 變速箱 減速器 轉盤 AbstractThe types GCPS-20 drill the machine is a kind of compound type multi-function drill the machine, in order to adapt the our country development and demands of the deep foundation and consecution wall and marine hydraulic engineering, the bridge engineering, combine the big caliber to drill the machine to infuse to note the stake and the characteristics of underground continuous wall construction, in order to solve to become the bore but research to manufacture in complicated geologic strata, hard rock, significant exaltation of ability of special egg stone layer, sill, the stone layer construction efficiency, is a more economic valid method in variously become the bore method.Drill the machine is to gather the turn-over and pound at to drill into the craft in the integral whole of multi-function and compound type drill the machine, can used for to overlay the layer the fourth century while using to turn the dish turn-over to drill into, can used for the hard rock geologic strata of egg stone, ash rock, granite.etc. while pounding at to drill into.Drill the characteristics of the machine originally is a structure simple, tightly packed, and various operation hand handle arrange reasonable, operate in brief, easy to usage and support.Keyword：The impact drill into Become soon box Deceleratethe machine Turn the dish目 錄摘 要IAbstract II第1章 緒論 11.1 項目的研究意11.2 國內外科技現狀11.3 設計產品的用途和應用領域1第2章 鉆機的總體設計 22.1 總體布局設計22.1.1 傳動系統(tǒng)22.1.2 氣動系統(tǒng)22.1.3 電氣系統(tǒng)22.1.4 工具系統(tǒng)22.1.5 各部件的功能22.2 主要設計參數32.3 主要性能特點4第3章 動力機確定 53.1 按鉆頭鉆進所需功率計算53.2 按鉆機沖擊鉆進所需功率計算7第4章 帶輪選擇 9第5章 變速箱的設計及計算125.1 變速箱的結構特點 125.2 結構計算 12 5.2.1 初步選定 12 5.2.2 選定變速箱傳動公比 12 5.2.3 按彎曲強度確定齒輪模數 13 5.2.4 按接觸強度確定齒輪分度圓直徑與中心距 14 5.2.5 齒寬的確定 15 5.2.6 齒輪齒數確定 16 5.2.7 計算齒輪相關參數、確定齒輪 165.3 錐齒輪計算 17 5.3.1 初步計算 17 5.3.2 幾何計算 175.4 齒輪校驗 22 5.4.1 齒輪受力分析 22 5.4.2 齒輪傳動齒面接觸疲勞強度校核 22 5.4.3 齒輪傳動齒根彎曲疲勞強度校核 255.5 變速箱軸的計算 27 5.5.1 一軸計算 27 5.5.2 二軸計算 27 5.5.3 三軸計算 285.6 軸的校驗 28 5.6.1 按轉矩計算 28 5.6.2 軸上受力分析 29 5.6.3 求支反力 29 5.6.4 作彎矩和轉矩圖 30 5.6.5 確定危險截面及安全系數校核計算 33第6章 轉盤的計算366.1 轉盤輸出轉速 366.2 大、小錐齒輪計算 36 6.2.1 初步計算 36 6.2.3 幾何計算 376.3 錐齒輪齒面接觸疲勞強度校驗 42 6.3.1 計算公式 42 6.3.2 許用接觸應力計算 43 6.3.3 齒面接觸強度校核結果 446.4 齒根抗彎疲勞強度校核 44 6.4.1 計算公式 446.4.2 齒根許用彎曲應力計算 456.4.3 齒根彎曲強度校核結果 466.5 轉盤軸結構計算 46第7章 鉆機其余部分零部件選擇 487.1 聯(lián)軸器的選用 487.2 減速器齒輪安排 48第8章 鉆機的維護保養(yǎng) 518.1 鉆機維護保養(yǎng)的重要性 518.2 維護保養(yǎng)要求 518.3 主要部件保養(yǎng)項目 52 8.3.1 轉盤 52 8.3.2 變速箱 52 8.3.3 減速器 52 8.3.4 主、副卷揚機 52 8.3.5 水龍頭 52 8.3.6 鉆具 53 8.3.7 沖擊卷揚機 53 8.3.8 氣路系統(tǒng) 53 8.3.9 傳動鏈條 53 8.3.10 沖擊鋼絲繩53 8.3.11 氣胎離合器53 8.3.12 主離合器548.4 安全操作注意事項 54第9章 經濟性分析56第10章 專題 水平定向鉆機的結構探討 58結 論64致 謝65參考文獻 66附錄1中文（譯文） 68附錄2英文（原文） 74VIII 第1章 緒 論1.1 項目的研究意義隨著國家基本建設的投入持續(xù)增長,尤其是像京滬高速鐵路、奧運場館等一批國家重點項目的陸續(xù)啟動,將對工程鉆機技術要求更高、鉆機不僅要具有高效性、環(huán)保性，更要具有復合性。通常使用的工程鉆機在工作時只有鉆進，當遇到較為堅硬的巖石層，如卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖石地層，就不得不改變鉆進方位，或另鉆它孔，為解決此問題在老師的指導下我設計這臺帶有沖擊鉆的多功能復合型鉆機，它可有效的解決上述問題。我相信這臺鉆機一定會有很廣闊的市場前景!1.2 國內外的科技現狀隨著全球經濟的高速發(fā)展,各類建筑和工程施工的數量激增,工程難度日益加大,質量要求越來越高,極大的推動了各類基礎處理施工技術的發(fā)展,尤其是近 20 年來,由于建筑的大型化和高層化,各種處理范圍廣,效率高,污染少,成本低的深基礎施工工法，如大型旋挖樁、地下連續(xù)墻、各種錨固、高壓旋噴、深層攪拌等已成為基礎工程施工的重要手段。而現有國產基礎施工設備效率低下,污染嚴重,不能適應新施工技術的要求,施工企業(yè)一直在大量進口該類設備。加大開發(fā)適合我國國情的新型基礎工程施工鉆機的力度,滿足市場急需,替代進口,是該類設備制造業(yè)的首要任務。1.3設計產品的用途和應用領域這臺鉆機設計為散裝式轉盤沖擊、回轉復合式多功能鉆機，適用于基礎工程和連續(xù)墻以及水利工程、鉆鑿高層建筑、橋梁、港口基礎樁孔的鉆進，也用于大口徑水井及其他工程孔的鉆，主要用于第四世紀地層及其卵石、灰?guī)r、花崗巖、漂石層等硬巖地層。主要應用于建筑工程、水利工程、橋梁工程、礦井鉆進等領域。第2章 鉆機的總體設計2.1 總體布局設計 鉆機由底座、傳動裝置、減速器（分動箱）、主副卷揚機、沖擊卷揚機、轉盤、鉆塔、氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、工具系統(tǒng)組成。2.1.1傳動系統(tǒng)電機的動力經皮帶傳至變速器，變速器為一進三出結構，一路輸出經齒輪傳至主副卷揚機；一路輸出至減速器，經由萬向軸傳至轉盤，供回轉鉆進；一路輸出經鏈輪傳動沖擊卷揚機，供沖擊提升。2.1.2氣動系統(tǒng)空壓機輸出壓力氣，由空氣包至氣控箱，分兩路經操縱閥控制，傳至沖擊卷揚機兩只氣胎離合器，完成沖擊提升及降落。2.1.3電氣系統(tǒng)控制電機啟動及關閉，為氣動系統(tǒng)提供電源控制，為操縱箱提供控制系統(tǒng)。2.1.4工具系統(tǒng) 游動滑車、水龍頭、主動鉆桿、孔內鉆桿、加重塊、刮刀鉆頭、墊叉組成回轉鉆進工具系統(tǒng)。游動滑車、水龍頭、孔內鉆桿、沖擊排渣管、沖擊鉆頭、孔口導向工具、墊叉組成沖擊鉆進工具系統(tǒng)。2.1.5各部件的功能1 轉盤 轉盤用于驅動主動鉆桿及鉆具回轉，轉盤系一級圓錐齒輪傳動機構，通過大錐齒、轉臺、大、小補心驅動鉆桿工作。2 減速器 減速器是進一步降低轉速、提高扭矩而設計的，有兩檔變速，由雙聯(lián)滑動齒輪實行。3 變速箱 變速箱為二軸一級變速箱，有三擋變速，由單、雙聯(lián)齒輪滑移實現變速。變速箱內有正、反轉裝置，由雙向牙嵌離合器實現，單向牙嵌離合器實現卷揚機離合。4 主、付卷揚機 主、付卷揚機均為行星式卷揚機，靠制動行星輪來實現鉆具的提升。5 底座 底座由滑臺、下座、油缸、孔口板組成，轉盤、卷揚機組固定于滑臺上，鉆塔固定于下座上，油缸一端固定于滑臺，另一端與孔口板相聯(lián)，油缸用于滑臺的后移和孔口板開合。6 鉆塔 鉆塔用于懸掛游動滑車、水龍頭和提升器等提升設備，結構形式為“n”型，鉆塔內設有導向槽和主動鉆桿后置懸掛裝置。導向槽用于水龍頭導向，懸掛裝置用于換接鉆桿時主動鉆桿不落地。鉆塔起落由油缸完成。2.2 主要設計參數1. 沖擊卷揚機 提升能力 （kN） 60提升速度 （m/s） 0.4 .05 0.62. 沖擊行程 (m) 0.543. 沖擊次數 (1/min) 6144. 沖錘質量 (kg) 300050005. 主、副卷揚機 提升能力 (單繩kN) 30 卷繩速度 (m) 0.45, 0.68, 1.13, 1.69 0.31, 0.46, 0.77, 1.156. 轉盤轉速 (r/min) 13, 17, 21, 26, 42, 527. 主機動力型號(功率) YD280S 55 KW (1480 r/min )8. 鉆塔額定負載 ( kN) 1809. 空壓機型號( 排量，壓力) UB 300500 （3.55 /min, 0.8 MP）10. 配備砂石泵型號（型號） 6BS (180/h) 或8BS（340 /h）11. 外型尺寸 （長X寬X高） 10000X2400X170012. 重量 主機重量 （t） 10.4 全套設備總重 （t） 282.3 主要性能特點這臺鉆機的主要性能特點是：1. 鉆機是集回轉、沖擊鉆進工藝于一體的多功能復合型鉆機，用轉盤回轉鉆進時可用于第四世紀覆蓋層，沖擊鉆進時可用于卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖地層；2. 最大鉆孔直徑為2000毫米；3. 鉆機為機械傳動，機械、液壓操動，操作方便、可靠；4. 鉆機轉速范圍廣，有6檔變速，適用于不同地層要求，利于提高鉆進效率；5. 整套設備安裝在滑撬式底座上，對孔就位方便，機動性強6. 液壓操縱滑臺平移讓出孔口，孔口開闊，起下大直徑鉆具靈活、方便；7. 鉆塔上設有導向槽，有助于提高鉆孔垂直度，降低超徑系數。鉆塔上有水龍頭后置懸掛裝置，主動鉆桿不落地，減輕勞動強度，縮短輔助作業(yè)時間；8. 主、付卷揚機均采用行星式卷揚機構，提生能力強，輔助水龍頭后置懸掛裝置，可實現塔上無人作業(yè)；9. 鉆進可采用加重塊加壓（根據不同地層選用）；10. 排渣方式為泵吸反循環(huán)，排屑效率高，減少孔底重復破碎，鉆進速度快；11. 整機尺寸設計合理，便于汽車運輸及安裝；12. 動力為電機；13. 經濟耐用、性能可靠。第3章 動力機確定根據現場需要，動力機的選擇偏大些，加大儲備系數，這樣可以提高鉆進效率。3.1 按鉆頭所需功率計算 設電機輸出實際功率為N。N。1.2Nj式中：Nj鉆機所需功率 KW Nj（NhNy）/式中: Nh回轉鉆進所需功率 （KW） 效率 =0.8 Ny油泵所需功率 （KW） Nh=N1+N2+N3式中: N1井底破碎巖石、土層所需功率 （KW） N2鉆頭與孔底摩擦所需功率 （KW） N3回轉鉆桿所需功率 （KW）1. Nh=N1+N2+N3的計算N1=其中： m-鉆頭切削刀數 取m=4 n-轉盤轉數 鉆進時 =26 r/min h-轉進速度 試取h=0.8cm/min -巖石抗壓強度 其值見表3-1 A-井底破碎環(huán)狀面積 A=2. N 2=fen(R+r)/1944800式中： f-鉆具與巖石直間的摩擦系數 f=0.5 e-側摩擦系數 e=1.1 R-鉆頭外圓半徑 R=200cm r-鉆頭內孔半徑 r=0cm3. N3= (當n,該軸H截面是安全的。 第6章 轉 盤 的 計 算6.1 轉 盤 輸 出 轉 速轉盤輸出轉速（r/min）: 13、17、21、26、42、52輸入轉盤轉速 (r/min): 65、85、105、130、210、260轉盤用于驅動主動鉆桿及鉆具回轉，轉盤系一級圓錐齒輪傳動機構，通過大錐齒、轉臺、大、小補心驅動鉆桿工作。6.2 大、小 錐 齒 輪 計 算 6.2.1 初步計算 （1）按齒面接觸強度計算 由設計公式 得 式中： 載荷系數 K= 1.5 齒數比 5 轉矩： 估算時的齒輪許用接觸應力 估算結果 （2）按齒根抗彎強度計算由式得： 式中 K載荷系數 取 K=1.5 復合齒形系數 取= 4.6 小齒輪齒數 =18 齒輪許用彎曲應力 = 式中 抗彎強度=600 抗彎強度的安全系數 =1.8 =計算 取 =16 mm（3）齒輪齒數 = 取 =186.2.2 幾何計算（1） 齒數 =18 =518=90 （2） 分錐角 =11.3 （3） 大端模數 （4） 分度圓直徑 = =1618=288 mm = =1690=1440 mm（5） 外錐距 = 734.88 mm（6） 齒寬系數 取 =0.3 b =220.464 mm 取 b=200 mm 實際齒寬系數 （7） 中點模數 =（1-0.5）=13.8 mm 中點分度圓直徑 =248.8 mm =1244.2 mm（8） 切向變位系數 =0 =0 高變位系數 =0 =0（9） 頂隙 0.216 =3.2 mm (GB12369-1990)（10）大端齒頂高 mm =16 mm 大端齒根高 mm mm 全齒高 h=35.2 mm齒根角 齒頂角 =1.497 = 1.497（11） 頂錐角 根錐角 （12） 大端齒頂圓直徑 mm（13） 冠頂距 （14）大端分度圓弧齒厚 （15） 大端分度圓弦齒厚 mm （16） 當量齒數 當量齒輪分度圓直徑 當量齒輪頂圓直徑 當量齒輪根圓直徑 當量齒輪傳動中心距 當量齒輪基圓齒距 （17）嚙合線長度 = 1199.10 - 1128.15 = 70.95 mm （18） 端面重合度 （19） 齒中部接觸線長度 齒中部接觸線的投影長度 6.3 錐齒輪齒面接觸疲勞強度校核6.3.1 計算公式式中 中點分度圓上的切向力 使用系數 =2.25 動載系數 由7級精度和中點節(jié)線速度 取=1.1 齒向載荷分布系數 取 =1.2 有效工作齒寬 取 =1.5=1.8 端面載荷系數 取 =1 節(jié)點區(qū)域系數 =2.5 中點區(qū)域系數 式中 參數=2 =1.123 彈性系數 =189.8 螺旋角系數 直齒輪 =1 錐齒輪系數 =0.8 載荷分配系數 =1計算接觸應力 6.3.2 許用接觸應力 式中 實驗齒輪的接觸疲勞極限 =1300 壽命系數 =1 潤滑油影響系數 =0.95 工作硬化系數 =1 尺寸系數 =1 最小安全系數 =1.1許用接觸應力值 6.3.3 齒面接觸強度校核結果；通過。6.4 齒根抗彎疲勞強度校核6.4.1 計算公式 式中 復合齒形系數 重合度系數 錐齒輪系數 =1.03 載荷分配系數 齒根彎曲應力計算值 6.4.2 齒根許用彎曲應力 式中 齒根彎曲疲勞強度基本值 壽命系數 =1 相對齒根圓角敏感系數 =1 相對齒根表面狀況系數 =1 尺寸系數 最小安全系數 =1.4許用彎曲應力值 6.4.3 齒根彎曲強度校核結果 齒輪安全，可用。6.5 轉 盤 軸 結 構 計 算選擇軸的材料為45鋼，經調質處理，材料力學性能數據為：抗拉強度為 屈服點彎曲疲勞極限 扭轉疲勞極限許用靜應力 許用疲勞應力軸的最小直徑為 式中 A按定的系數 取 A= 100 P功率 P=55 KW 最小轉速 =65 r/min 計算得取最小軸徑為 軸的結構如圖： 第7章 鉆機其余部分零件的選擇7.1 聯(lián)軸器的選擇減速器與轉盤之間用萬向節(jié)聯(lián)軸器連接，由減速器輸出的最小轉速為，傳遞的功率為55KW，計算轉矩為：聯(lián)軸器的計算功率： 式中聯(lián)軸器轉速系數 =1.25軸承壽命系數 =1.8聯(lián)軸器的軸間角系數 =1.5載荷性質系數 =1.3計算轉矩 查取， 選擇聯(lián)軸器為：7.2 減速器齒輪安排如表7.21齒數模數 m2 463 262 163 562 0 63 06 表 7.21降速比： 輸入轉速為（r/min）：167、261、5