畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）液壓潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)械專業(yè)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 液壓潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化 完成時(shí)間 目錄摘要abstract第一章 緒論1 11引言1 12潛孔鉆機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀1 13潛孔鉆機(jī)的分類3 14潛孔鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)3 15潛孔鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)4 16潛孔鉆機(jī)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題5 17本設(shè)計(jì)的選題來(lái)源、選題意義及其內(nèi)容5第二章 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)7 21回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的基本功能7 22參數(shù)的選擇與確定7 221換位角7 222鉆頭直徑與回轉(zhuǎn)速度7 223回轉(zhuǎn)力矩8 224主要參數(shù)的確定8 23回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)選擇9 24方案的比較與選擇12第三章 主要零部件

2、選擇與設(shè)計(jì)14 31動(dòng)力機(jī)構(gòu)的選擇14 311原動(dòng)機(jī)類型的選擇14 312液壓馬達(dá)選型14 32鉆機(jī)參數(shù)的匹配15 321轉(zhuǎn)速16 322扭矩16 323軸推力16 33軸的設(shè)計(jì)與校核17 331軸的材料17 332確定最小軸徑18 333軸的校核18 34軸承的選型與校核18 341軸承的設(shè)計(jì)選型18 342圓錐滾子軸承的設(shè)計(jì)選型20 343圓錐滾子軸承的校核21 35齒輪的設(shè)計(jì)和選型21 351齒輪材料的選擇21 352齒輪傳動(dòng)的參數(shù)選擇22 353齒輪各參數(shù)的計(jì)算24 354齒輪的校核25第四章 其它結(jié)構(gòu)及輔助裝置的設(shè)計(jì)28 41減振器的選型28 411減振的必要性28 412減振器的類

3、型28 413減振器的選型30 42供風(fēng)機(jī)構(gòu)30 43軸承的固定30 431軸向定位30 432軸向固定30 433軸向緊固裝置31 44軸承的潤(rùn)滑與密封31 441軸承的潤(rùn)滑31 442軸承的密封32第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)及展望35 51總結(jié)35 52展望35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄附錄一：實(shí)習(xí)報(bào)告附錄二：設(shè)計(jì)圖紙列表附錄三：外文翻譯附錄四：外文原文摘要通過(guò)對(duì)大直徑深孔潛孔鉆機(jī)及鑿巖技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，本設(shè)計(jì)選擇了“潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”進(jìn)行研究。本文分析了潛孔鉆機(jī)的特點(diǎn)及其發(fā)展概況，并根據(jù)潛孔鉆機(jī)的工作特點(diǎn)確定了潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案?；剞D(zhuǎn)頭工作時(shí)，所需要的扭矩和轉(zhuǎn)速通過(guò)兩個(gè)液壓馬達(dá)傳遞給小

4、齒輪軸，經(jīng)過(guò)減速器減速，再與主軸連接，從而達(dá)到工作要求。本論文重點(diǎn)介紹了潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理，技術(shù)參數(shù)的確定以及齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)所計(jì)算出的參數(shù)和特點(diǎn)，選擇合適的元件，其中包括減速變位齒輪的設(shè)計(jì)。為了減小經(jīng)過(guò)鉆桿傳遞給回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的沖擊振動(dòng)，在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)一種減振機(jī)構(gòu)。同時(shí)，針對(duì)大直徑高氣壓潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)密封圈座受徑向力影響的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了迷宮式回轉(zhuǎn)密封系統(tǒng)，大大提高了密封系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞：潛孔鉆機(jī)；回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭；減速器；密封系統(tǒng)abstractthis paper worked at the subject of this field, the study of the la

5、rge-diameter blasthole dth drill swiveling head, according to the analysis which the dth drill working performance has an effect on the rock-drilling quality and the present developing situation of the dth drill and rock-drilling technology. this paper have a description of the trait of dth drill an

6、d the developing general situation, combining on the basis of working trait of the dth drill, established the design project of the dth drill swiveling head. when the swiveling head working, the torque and velocity past two hydraulic motor hand down to the pinion shaft, transit retarder slowdown, an

7、ew to principal axes tie, thereby run up to job description in. the emphases of this paper is the working principle of the dth drill, the confirm of the technical parameter and the design and the calculate of the gear transmission. based on the calculated parameter and trait, selected the right elem

8、ent, including the design of retarder profile. in order to reduce the shocking vibration which transmit from the drill pipe to the slew machine, in this paper, designed a new type of shock absorber. at the same time, aim at major diameter anticyclone long holing machine swinger packing holder under

9、radial force thumb problem, design the clearly labyrinth gyration sealing system, increasing the security of the pressurize greatly.keywords: dth drill；power swiveling head；retarder；sealing system第一章 緒論11 引言 為了獲得礦床開(kāi)采的最佳方法，人們根據(jù)礦床的賦存條件，不斷的改善各種采礦工藝及相應(yīng)的鑿巖設(shè)備。鉆鑿大直徑深孔、裝填柱狀藥包或球狀藥包進(jìn)行階段空?qǐng)霾傻V是人們最近發(fā)展的采礦工藝，為此，潛孔鉆

10、機(jī)成為采礦作業(yè)的必需設(shè)備。潛孔鉆機(jī)是當(dāng)前采礦作業(yè)廣為使用的鉆孔機(jī)械之一，目前在國(guó)內(nèi)外的金屬礦山以及水力、建筑、鐵道、煤炭和港灣等工程中潛孔鉆機(jī)得到廣泛的使用127。12 潛孔鉆機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀 自從上世紀(jì)50年代初期，第一臺(tái)潛孔鉆機(jī)在比利時(shí)問(wèn)世以來(lái)，主要應(yīng)用于露天礦山。到六十年代初期，國(guó)外露天礦已經(jīng)普遍使用潛孔鉆機(jī)，其中澳大利亞發(fā)展最快，到1965年他們已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了露天鑿巖作業(yè)潛孔化。六十年代中期，牙輪鉆機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展。在國(guó)外大型露天礦山，潛孔鉆機(jī)很快被牙輪鉆機(jī)所取代，但在中小型露天礦，潛孔鉆機(jī)仍然是主要鉆孔設(shè)備，并且在結(jié)構(gòu)和性能方面還在不斷地完善和發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，現(xiàn)已大致制定了潛孔鉆機(jī)

11、鑿巖的工作范圍，100170mm的炮孔適合于潛孔鉆機(jī)鑿巖，而165mm孔徑的炮孔則被認(rèn)為是大直徑深孔采礦法球狀藥包爆破的最佳孔徑。50年代末期，我國(guó)從蘇聯(lián)引進(jìn)了一批ba-100型井下潛孔鉆機(jī)及m-1900等型潛孔沖擊器，于是潛孔鑿巖在我國(guó)北方很多礦山得到迅速推廣，當(dāng)時(shí)主要用它鉆鑿100110mm的深孔。60年代初，我國(guó)開(kāi)始自行研制露天潛孔鉆機(jī)，1964年試制出第一臺(tái)露天潛孔鉆機(jī)（yq150型）。后來(lái)經(jīng)過(guò)多次更新?lián)Q代，不斷開(kāi)發(fā)研究，才發(fā)展為現(xiàn)在的孔徑由80250mm的一系列露天潛孔鉆機(jī)。從而，露天潛孔鉆機(jī)在我國(guó)中、小露天礦獲得進(jìn)一步應(yīng)用和推廣，主要用于鉆鑿150mm孔徑、612m孔深的炮孔。70

12、年代初，加拿大國(guó)際金屬公司開(kāi)始改裝露天礦潛孔鉆機(jī)應(yīng)用于地下礦井進(jìn)行大直徑深孔段空?qǐng)龇ê蛌cr法采礦獲得成功。同時(shí)加拿大國(guó)際鎳業(yè)公司 與加拿大工業(yè)公司（cil）合作創(chuàng)造了使用潛孔鉆機(jī)的vcr采礦法并獲專利權(quán)。瑞典atlas copco公司生產(chǎn)的配cop7型沖擊器的roc-306型潛孔鉆機(jī)在vcr采礦法中亦獲得成功。70年代使用的潛孔設(shè)備有：前蘇聯(lián)產(chǎn)hkp-100m及cby-6型潛孔鉆機(jī)，瑞典atlas公司產(chǎn)simba-5型及cop6型潛孔鉆機(jī)。我國(guó)早期地下潛孔鉆機(jī)都是仿蘇產(chǎn)品。如yq-100b潛孔鉆機(jī)及cyq-80潛孔臺(tái)車等。80年代起，地下采礦用潛孔鉆機(jī)發(fā)展迅速，相繼研制出導(dǎo)軌式、自行式潛孔鉆

13、車和帶有自動(dòng)控制儀表的高精度潛孔鉆機(jī)。瑞典atlas 公司制造的promec m188型潛孔鉆機(jī)，配用cop62型潛孔沖擊器以及165mm柱齒鉆頭，可鉆100m深的下向孔和45m深的上向孔。在鑿巖平巷中利用激光將鉆機(jī)定位在準(zhǔn)確位置上，激光器安設(shè)在巷道的一端，在鉆機(jī)的右鍘有兩個(gè)靶標(biāo)作導(dǎo)向用。機(jī)上的29型trans tronic側(cè)斜儀可按要求的鉆孔方向調(diào)定推進(jìn)器的位置。其它輔助自控裝置，可使風(fēng)壓保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速平滑，推力恒定，鉆鑿90mm深孔的偏斜率不到1%。sqz-1型潛孔鉆車是我國(guó)自行研制成功的適應(yīng)于“深孔分段爆破掘進(jìn)天井”鉆孔需要的一種潛孔鉆機(jī)。該車配用j-808b、j-100b潛孔沖擊器，鉆

14、孔偏斜率小于1%。鉆/擴(kuò)孔直徑90/115mm，鉆孔深度4050m；其特點(diǎn)是體積小，一次定位后，可鉆鑿天井范圍內(nèi)所有平行深孔，且造價(jià)低，特別適用于中小型礦山。仿瑞典simba-5制造的深孔分段爆破法掘進(jìn)天井專用設(shè)備，由yz-100外回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)、大框架、小框架及主、副立柱等組成，左右范圍180，孔徑64102mm，孔深50m以內(nèi)。tyq-80型潛孔鉆機(jī)結(jié)構(gòu)與fji-700相似，但液壓臺(tái)車與鉆架分離，配用yq-100b鉆機(jī)、c-100、j-80潛孔沖擊器及柱齒式鉆頭，鉆孔直徑90mm，擴(kuò)孔直徑110mm,孔深在50m以內(nèi)，孔偏斜率在1%左右。這兩種鉆機(jī)的特點(diǎn)是一次定位能鉆完天井范圍內(nèi)所有平行孔，從

15、而成孔平行率高，孔偏小。缺點(diǎn)是立鉆不易，且在安裝和鉆孔移位時(shí)容易發(fā)生大小框架和副立柱回轉(zhuǎn)事故。clq15型履帶式潛孔鉆車，配用qc80潛孔沖擊器，適用于露天和井下采礦中深孔鑿巖，在普氏系數(shù)f=814的中硬巖中，能獲得良好鑿巖速度，孔徑范圍為8290mm，經(jīng)濟(jì)鑿孔深度30 m，是一種新型、先進(jìn)的鑿巖工具。 在進(jìn)行諸如大孔徑鑿巖或vcr鑿巖時(shí)，鉆鑿的有效性取決于炮孔的準(zhǔn)確度。為此，用計(jì)算機(jī)輔助控制鉆機(jī)工作提高鉆鑿炮孔的精確度。計(jì)算機(jī)通過(guò)保持旋轉(zhuǎn)頭的方向及鉆頭恒定的推力來(lái)控制鉆孔角度及優(yōu)化炮孔直徑。其次是提供最高程度的自動(dòng)化作業(yè)，使鑿巖工很少操縱鉆機(jī)就能實(shí)現(xiàn)上述目的。同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制還使得鉆機(jī)能在環(huán)

16、境惡劣的地方工作。加拿大國(guó)際鎳業(yè)公司研制的gd-60潛孔鉆機(jī)通過(guò)可編程邏輯控制器（plc）來(lái)控制鉆機(jī)的各種功能：鉆架傾角的方位、鉆桿接卸順序以及通過(guò)液壓、轉(zhuǎn)速、扭矩和定位傳感器監(jiān)測(cè)鑿巖質(zhì)量。 進(jìn)入90年代以來(lái)，無(wú)論是研制者還是制造商和用戶自己，都十分注重潛孔鉆機(jī)性能的改善與完善。在不斷研制新產(chǎn)品的同時(shí)，研究人員根據(jù)需要賦予不少型號(hào)鉆機(jī)以新的功能。 加拿大正大量使用多功能鑿巖穿孔設(shè)備，以適應(yīng)vcr采礦法對(duì)高精度、低偏斜、大孔徑、深炮孔的要求。由連續(xù)采礦系統(tǒng)（cms）公司研制的cd系列潛孔鉆機(jī)是潛孔與天井鉆機(jī)的有效結(jié)合體。如cms cd-360潛孔鉆機(jī)配以羅格機(jī)械（machines roger）公

17、司的鑿巖機(jī)具（如v-30），既可鉆天井，又能進(jìn)行潛孔鑿巖，這種鉆具的優(yōu)化結(jié)合，為采礦界提供了一種有效且經(jīng)濟(jì)的鉆孔新設(shè)備。通過(guò)增設(shè)鉆桿，加大鉆孔深度,更換新型高效沖擊器及鉆頭,擴(kuò)大鉆孔的方位范圍及配備其它鉆具,使yq-150潛孔鉆機(jī)的性能得以拓展。新研制的sqz-100型潛孔鉆機(jī)在一定程度上改善了上述不足，對(duì)于已建立了空氣壓縮系統(tǒng)的采礦工區(qū)而言，不失為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的設(shè)備3456。13潛孔鉆機(jī)的分類目前潛孔鉆機(jī)的分類方法有很多，主要由以下幾種：根據(jù)行走方式的不同；根據(jù)推進(jìn)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作方式的不同；根據(jù)使用地點(diǎn)不同；根據(jù)孔徑的不同。潛孔鉆機(jī)的行走方式有履帶式和輪胎式兩種，以前者屬多。行走機(jī)構(gòu)既有液壓

18、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)也有柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，這兩種行走和驅(qū)動(dòng)方式可以任意組合。潛孔鉆機(jī)的推進(jìn)和回轉(zhuǎn)方式有風(fēng)動(dòng)、風(fēng)動(dòng)液壓、電動(dòng)液壓三種。根據(jù)使用地點(diǎn)的不同，潛孔鉆機(jī)可分為井下和露天兩大類。井下潛孔鉆機(jī)有kqj-80及kqj-100兩種（k為穿孔類的“孔”字頭，q為潛孔鉆機(jī)的“潛”字頭，j為井下的“井”字頭，數(shù)字表示孔徑，毫米）。露天潛孔鉆機(jī)有kq-100、kq-150、kq-200及kq-250等四種。根據(jù)孔徑的不同，潛孔鉆機(jī)又可分為輕型潛孔鉆機(jī)（孔徑為80100毫米、機(jī)重為數(shù)百千克到23噸）；中型潛孔鉆機(jī)（孔徑為150毫米，機(jī)重為1015噸）；重型潛孔鉆機(jī)（孔徑為200毫米，機(jī)重為2535噸）；特重型潛孔鉆機(jī)（孔

19、徑為250毫米，機(jī)重為4045噸）89。14潛孔鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在發(fā)展大直徑深孔采礦方法的過(guò)程中，主要采用潛孔鉆機(jī)和牙輪鉆機(jī)兩種類型的鉆機(jī)鉆鑿大直徑深孔，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，牙輪鉆機(jī)只是隨著鉆機(jī)直徑的大型化，在作業(yè)效率和鉆鑿中硬巖方面取得了技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。在中硬巖上如果鉆鑿孔徑小于250 mm時(shí)，實(shí)踐證明牙輪鉆頭的壽命并不是很理想，但是潛孔鉆機(jī)的鉆頭壽命比起牙輪鉆機(jī)要好。相比較而言潛孔鉆機(jī)有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：1.不需選擇巖石類型。無(wú)論是在軟、硬、極硬巖和各種固結(jié)巖層中都可以用潛孔鉆機(jī)鉆鑿炮孔。2.可鉆斜向孔或任意方向的孔。潛孔鉆機(jī)作業(yè)時(shí)不需要對(duì)巖石施加較高的軸壓，故可設(shè)計(jì)出鉆鑿任意孔向的鉆機(jī)，從而對(duì)露

20、天礦的邊坡處理、分級(jí)開(kāi)采、制定合理的鑿巖爆破工藝參數(shù)、減輕地震波對(duì)地面的破壞作用及改善爆破質(zhì)量等作業(yè)帶來(lái)一系列好處。3.可鉆較直的孔。由于潛孔鉆機(jī)的沖擊器沖擊短而快，故可最大限度地減少破碎巖層、傾斜巖層、裂隙及溶洞的影響，從而能鉆較直的孔而且能保持孔壁的完整。4.鉆機(jī)的鉆孔范圍大。目前潛孔鉆機(jī)可鉆直徑80762mm的炮孔。5.對(duì)環(huán)境的污染比較小，可以為操作者提供很好的工作環(huán)境。鉆機(jī)沖擊器的廢氣通過(guò)鉆頭清掃孔底，將巖粉從鉆桿與孔壁的環(huán)形空間排出孔外，并由地面的除塵機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理。6鉆桿壽命長(zhǎng)。潛孔鉆機(jī)的鉆桿轉(zhuǎn)速低、負(fù)荷小，鉆桿成本低、壽命長(zhǎng)。7鉆孔速度高。鉆機(jī)的沖擊器隨氣壓的增大使鉆孔速度成倍的增

21、加。8. 可鉆鑿深孔。因潛孔鉆機(jī)只需適當(dāng)?shù)妮S壓，故可用較小的鉆機(jī)（重量輕）鉆較深的孔，從而可減小礦山貧化的經(jīng)濟(jì)損失。15潛孔鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)在我國(guó)露天礦山中，潛孔鉆機(jī)占鉆孔設(shè)備總數(shù)的5060。中小型露天鐵礦、石灰石礦和有色金屬礦山的鉆孔設(shè)備絕大多數(shù)為潛孔鉆機(jī)。大型露天金屬礦山雖然以牙輪鉆機(jī)為主要鉆孔設(shè)備，但在鉆邊坡預(yù)裂孔時(shí)也離不開(kāi)潛孔鉆機(jī)。國(guó)外的情況也一樣，許多國(guó)家的中、小型露天礦，仍普遍使用潛孔鉆機(jī)。國(guó)內(nèi)外潛孔鉆機(jī)仍處在更新和發(fā)展之中。1.沖擊器潛孔鉆機(jī)的前途很大程度上取決于沖擊器的質(zhì)量及其性能的提高。沖擊器的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：（1）增加沖擊功。提高壓氣壓力是增加沖擊功最有效的方法。

22、（2）提高壓氣能量利用率。（3）改進(jìn)沖擊器結(jié)構(gòu)。根據(jù)波動(dòng)力學(xué)理論的研究成果，棒槌形細(xì)長(zhǎng)活塞的應(yīng)力峰值小，波的作用時(shí)間長(zhǎng)，鑿巖效果好，鉆具壽命長(zhǎng)。此外，國(guó)內(nèi)外普遍采用中心配氣桿配氣和中心排氣的沖擊器結(jié)構(gòu)，提高排渣和冷卻鉆頭的效果以延長(zhǎng)沖擊器壽命。2.鉆頭改進(jìn)鉆頭各部分的結(jié)構(gòu)要素和柱齒的分布，以提高鉆孔效率；改進(jìn)硬質(zhì)合金柱齒的造型和鑲嵌工藝。3.鉆孔直徑國(guó)內(nèi)外潛孔鉆機(jī)鉆孔直徑多在80230mm之間。對(duì)于井下潛孔鉆機(jī)，國(guó)內(nèi)外都有高風(fēng)壓、大孔徑方向發(fā)展的趨勢(shì)。4.傳動(dòng)方式的發(fā)展目前國(guó)內(nèi)外潛孔鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)都采用液壓馬達(dá)傳動(dòng)，其承載能力強(qiáng)，可以無(wú)極變速和無(wú)極調(diào)壓，以便獲得最優(yōu)的轉(zhuǎn)速和合理的軸壓力；

23、此外，起落鉆架、穩(wěn)車、送桿等機(jī)構(gòu)均采用液壓傳動(dòng)，從而提高鉆機(jī)的機(jī)械化和自動(dòng)化程度，進(jìn)而有利于提高鉆機(jī)的作業(yè)效率。5.其它方面的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)在潛孔鉆機(jī)上的應(yīng)用已成為必然趨勢(shì)。美國(guó)、瑞典、加拿大、挪威、德國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家的主要金屬礦山采掘設(shè)備研究、設(shè)計(jì)院所和制造公司，相繼在潛孔鉆機(jī)上裝備微型計(jì)算機(jī)或微機(jī)處理器，其發(fā)展方向是：提高鉆孔精確度；提高鉆機(jī)的工作效率和使用壽命；逐步提高鉆機(jī)的全自動(dòng)作業(yè)程度，從而大減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；在照明差、噪聲大以及大氣質(zhì)量差的條件下的鉆孔作業(yè)部分或全部實(shí)現(xiàn)遙控作業(yè)；隨機(jī)收集、處理、顯示或自動(dòng)記錄鉆孔過(guò)程中各種參數(shù)的變化情況等?？傊?，未來(lái)的鉆機(jī)都將配置一套“智

24、能化”系統(tǒng)189。16 潛孔鉆機(jī)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，除了鉆機(jī)本身的制造水平和定位的準(zhǔn)確性之外，受到一些客觀因素的影響導(dǎo)致了鉆孔過(guò)程中鉆孔發(fā)生偏斜，其客觀因素主要是鉆頭軸壓力、巖體構(gòu)造和巖石性質(zhì)的變化。由于潛孔鉆機(jī)一般鉆孔較深，鉆孔過(guò)程中必須多次接桿，鉆桿質(zhì)量不斷變化，鉆頭軸壓力也發(fā)生變化。軸壓力過(guò)大，會(huì)造成鉆頭回轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，鉆頭產(chǎn)生飄移，使鉆孔發(fā)生偏斜。在鉆孔過(guò)程中，鉆頭接觸的孔底巖石結(jié)構(gòu)和性質(zhì)具有復(fù)雜多變性。當(dāng)鉆頭前端工作面同時(shí)接觸到不同性質(zhì)的巖石時(shí)，會(huì)使其受力不均勻，其合力的作用線與鉆頭軸線不重合，導(dǎo)致鉆頭發(fā)生偏斜。鉆孔偏斜過(guò)大，不僅造成炮孔底部間距過(guò)大或過(guò)小，影響爆破

25、效率，導(dǎo)致可采率降低、貧化率上升，也限制了鉆孔深度，制約了采礦費(fèi)用的進(jìn)一步降低。17本設(shè)計(jì)的選題來(lái)源、選題意義以及內(nèi)容第二章 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)21回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的基本功能潛孔鉆機(jī)鑿巖屬于沖擊旋轉(zhuǎn)破碎鑿巖法，鑿巖時(shí)沖擊器潛入孔內(nèi)，在壓縮空氣的作用下，直接不斷地對(duì)孔底施加沖擊力，同時(shí)鉆具隨同鉆頭主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，沖擊器每次沖擊后，鉆頭都會(huì)偏轉(zhuǎn)一定的角度，以利下次沖擊鑿巖。高壓氣經(jīng)沖擊器做功后，由鉆桿與孔壁間隙高速?zèng)_擊，帶走孔內(nèi)巖石顆粒及粉塵。干凈的孔底可避免產(chǎn)生二次研磨，達(dá)到延長(zhǎng)鉆具工作壽命的目的。為了完成上述工作，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)必須具備下述功能。 （1）回轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn)頭不但要為鉆具提供最佳的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及力矩，同時(shí)

26、要能承受鑿孔及排渣的目的。 （2）供風(fēng) 高壓氣從回轉(zhuǎn)頭輸入，經(jīng)鉆桿至沖擊器，完成做功，達(dá)到鑿巖和排渣的目的。 （3）拆卸鉆桿 簡(jiǎn)易的潛孔鉆機(jī)，一般都采用人工拆卸鉆桿；自行式潛孔鉆機(jī)大部分都采用回鉆頭與鉆機(jī)配合自動(dòng)卸桿111213。22參數(shù)的選擇與確定2.2.1換位角 沖擊器兩次沖擊間鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)形成的扇形夾角稱為換位角。換位角太小，浪費(fèi)沖擊功，鉆機(jī)生產(chǎn)效率低；換位角太大，鉆頭一次沖擊不能完全破碎，不但生產(chǎn)效率低，且鉆頭磨損加劇?？梢?jiàn)要提高生產(chǎn)效率，必須要保證具有最佳的換位角。影響換位角的因素很多，諸如巖石物理機(jī)械特性，沖擊器的沖擊頻率、沖擊功，鉆具的軸向壓力，鉆頭的大小、類型等等。遺憾的是還沒(méi)有一

27、種精確計(jì)算換位角的方法，在通常的設(shè)計(jì)中，人們往往只采用經(jīng)驗(yàn)公式和類比法進(jìn)行選擇111213。2.2.2鉆頭直徑和回轉(zhuǎn)速度表21列出的是鉆頭直徑與回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可供參考。值得提出的是在我國(guó)早期的潛孔鉆機(jī)設(shè)計(jì)中，常常把回轉(zhuǎn)頭回轉(zhuǎn)速度定的偏高，殊不知偏高的轉(zhuǎn)速反而降低機(jī)器的生產(chǎn)效率。例如qzj100b潛孔鉆機(jī)，用105鉆頭，回轉(zhuǎn)速度90 r/min，改進(jìn)后定型為hr100k,仍用105的鉆頭，回轉(zhuǎn)速度降為40 r/min，實(shí)際生產(chǎn)表明，改進(jìn)后的鉆機(jī)效率大為提高，鉆頭損耗也隨之下降，真正達(dá)到了高效低耗的目的111213。表21 回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)力矩與鉆頭直徑的關(guān)系鉆孔直徑d（mm）100150200

28、回轉(zhuǎn)速度n (r/min)304015251020回轉(zhuǎn)力矩t(nm)50010001500300035005500鉆頭大小是決定回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵因素，但考慮到其他一些因素的影響，性能好的鉆機(jī)回轉(zhuǎn)頭在一定范圍內(nèi)可無(wú)級(jí)調(diào)速，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員可以根據(jù)鉆具沖擊的聲音和鑿進(jìn)速度，調(diào)取最佳回轉(zhuǎn)速度，以達(dá)到最好的功效111213。2.2.3回轉(zhuǎn)力矩回轉(zhuǎn)頭所需的力矩主要用來(lái)克服：（1）巖石鉆具的剪切阻力；（2）鉆具與孔底的摩擦力；（3）鉆桿與孔壁間摩擦力（包括巖石不穩(wěn)定時(shí)的卡阻力）；（4）卸桿時(shí)，鉆桿螺紋副的摩擦力。在設(shè)計(jì)中，主要依據(jù)鉆頭直徑選取回轉(zhuǎn)力矩，其關(guān)系見(jiàn)表21。實(shí)際上，鉆具順利鑿巖時(shí)所需回轉(zhuǎn)力矩比表

29、21列出的要小許多，要選取足夠大的后備力矩基于兩個(gè)原因：（1）用于克服卡鉆；（2）拆卸鉆桿時(shí)，擰松螺紋力矩比擰緊時(shí)的大，因此，回轉(zhuǎn)頭的反向力矩大于正向力矩，一般大1312，甚至更大。設(shè)計(jì)中，必須重視這一問(wèn)題，否則會(huì)產(chǎn)生因回轉(zhuǎn)頭反向力矩不夠，致使轉(zhuǎn)桿上的螺紋無(wú)法拆卸的現(xiàn)象111213。表22 是國(guó)內(nèi)外幾種潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)頭有關(guān)性能參數(shù)，在設(shè)計(jì)中可以參考。表22 是國(guó)內(nèi)外幾種潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)頭的性能參數(shù)型號(hào)roc306cmm2t150hr100kpromecm177swd165鑿孔直徑（mm）105216105165150216105115150216152回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方式風(fēng)馬達(dá)液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)氣馬達(dá)液壓馬達(dá)

30、液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)速度n(r/min)03005003040030050回轉(zhuǎn)力矩t（nm）200044205600560035002.2.4主要參數(shù)的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一套一體化潛孔鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)和連接件。根據(jù)潛孔鉆機(jī)的功能要求確定主要的技術(shù)參數(shù)如下：鉆孔直徑：200 mm轉(zhuǎn)速鉆具：050 rpm回轉(zhuǎn)扭矩：6000 nm提升下降速度：2025 m/min提升力：10 t鉆孔最大功率：45 kw23回轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)選擇潛孔鉆機(jī)是以潛孔沖擊器即鉆頭的沖擊和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)破巖鉆孔的一種沖擊回轉(zhuǎn)式鉆孔機(jī)械?；剞D(zhuǎn)動(dòng)力裝置的功能是使鉆具產(chǎn)生破巖所需的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)力

31、矩，同時(shí)使鉆具軸向推進(jìn)?；剞D(zhuǎn)動(dòng)力裝置是潛孔鉆機(jī)最重要的部件，其性能直接影響鉆機(jī)的生產(chǎn)率、鉆機(jī)效率和作業(yè)成本。根據(jù)潛孔鉆機(jī)的工作環(huán)境，轉(zhuǎn)速要求及各種負(fù)載要求，為了給工作部件提供平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速，滿足扭矩要求，本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)速及扭矩由動(dòng)力機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速傳給工作軸來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，參考市場(chǎng)上現(xiàn)有的潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)和減速機(jī)構(gòu)以及相關(guān)的文獻(xiàn)，提出以下的幾種總體功能原理方案17111213。方案一：電機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)電機(jī)與回轉(zhuǎn)減速器用彈性聯(lián)軸節(jié)連接，回轉(zhuǎn)減速器與供風(fēng)回轉(zhuǎn)器用一組螺栓連接?；剞D(zhuǎn)電機(jī)、回轉(zhuǎn)減速器及供風(fēng)回轉(zhuǎn)器三者連接成一個(gè)整體，再將其固定在可沿轉(zhuǎn)架導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑板上?；剞D(zhuǎn)減速器可用普通

32、圓柱齒輪減速器、行星輪減速器，也可以用針齒擺線輪減速器8，如圖2-1所示：1.供風(fēng)回轉(zhuǎn)器 2.回轉(zhuǎn)減速器 3.送風(fēng)彎管 4.彈性聯(lián)軸節(jié) 5.回轉(zhuǎn)電機(jī)6.平衡接頭 7.滑板8.鉆架 9.鉆桿 10.提升鏈條圖2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)頭方案二：氣馬達(dá)驅(qū)動(dòng)采用氣馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，三級(jí)行星輪減速器減速。適合于比較危險(xiǎn)的工作場(chǎng)合。方案三：多級(jí)齒輪傳動(dòng)，如圖2-2所示：1.大齒輪 2.小齒輪 3.花鍵齒輪軸 4.軸承座5.工作主軸 6.行星齒輪圖2-2 方案三原理圖此方案采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)減速。機(jī)構(gòu)動(dòng)力由2個(gè)動(dòng)力機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器傳到齒輪6，再由花鍵齒輪軸3于大齒輪的傳動(dòng)經(jīng)過(guò)大齒輪2及齒輪1來(lái)實(shí)現(xiàn)減速。方案四：多級(jí)行星

33、齒輪式，如圖2-3所示。 1.行星齒輪系小齒輪 2.行星齒輪系 3.行星齒輪系 4.小齒輪5.大齒輪 6.主軸圖2-3方案四原理圖該大扭矩減速回轉(zhuǎn)器的主要構(gòu)件為：主軸、大齒輪、小齒輪、行星輪減速機(jī)構(gòu)。通過(guò)主軸中心對(duì)沖擊器供氣。兩臺(tái)動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)行星輪減速機(jī)構(gòu)、小齒輪和大齒輪，最終通過(guò)主軸將馬達(dá)的扭矩輸出。此方案是由2個(gè)動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)，很好地解決了主軸扭矩的要求。高速馬達(dá)在經(jīng)過(guò)行星齒輪系的大幅減速后傳到小齒輪上的速度有較大范圍的降低。行星系齒輪的設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的設(shè)計(jì)。降低的速度再經(jīng)過(guò)一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)的減速最終傳到工作部件-主軸。通過(guò)一系列的減速后，速度降低，但扭矩并沒(méi)有降低，從而能保證

34、扭矩的要求。方案五：如圖2-4所示圖24雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)頭當(dāng)要求回轉(zhuǎn)頭輸出力矩很大，而單個(gè)動(dòng)力機(jī)不能滿足要求時(shí)，往往采用兩種辦法解決：（1）采用兩個(gè)馬達(dá)并聯(lián)輸入動(dòng)力；（2）采用多級(jí)減速器，如采用二級(jí)行星減速器。此方案就是采用了兩個(gè)液壓馬達(dá)，分別由兩個(gè)小齒輪對(duì)稱輸入動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)中心大齒輪。由于一級(jí)減速后，回轉(zhuǎn)力矩已滿足要求。故直接由大齒輪輸出力矩。一些用兩個(gè)氣動(dòng)馬達(dá)為動(dòng)力的回轉(zhuǎn)頭，經(jīng)過(guò)一級(jí)行星減速器后，轉(zhuǎn)速仍過(guò)高，力矩過(guò)小。故又在后面增加一級(jí)定軸減速。由此可看出此方案在設(shè)計(jì)時(shí)考慮深度廣。同時(shí)，在這個(gè)方案中所選的馬達(dá)為液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)的類型很多，在設(shè)計(jì)時(shí)能有多面性。方案采用低速大扭矩液壓馬達(dá)，完全能

35、符合設(shè)計(jì)的各個(gè)參數(shù)要求。采用的兩級(jí)減速裝置，在結(jié)構(gòu)上也較為合理，節(jié)約了多級(jí)齒輪系在生產(chǎn)加工時(shí)各種要求，降低了成本89。方案六，如圖2-5：圖2-5中心進(jìn)風(fēng)回轉(zhuǎn)頭從圖看出，此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?；剞D(zhuǎn)動(dòng)力頭工作主軸所要求的轉(zhuǎn)速和扭矩直接由一個(gè)動(dòng)力機(jī)直接傳到主軸上。但由于回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭的工作主軸在作業(yè)時(shí)通常是受到嚴(yán)重軸向沖擊力。因此，動(dòng)力機(jī)將會(huì)受到很大的沖擊力，這樣使得動(dòng)力機(jī)容易受損，大大地降低了其使用壽命，不適合在我國(guó)現(xiàn)在的礦山行業(yè)中使用89。方案三、四和五的共同點(diǎn)是都采用了兩個(gè)動(dòng)力機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工作主軸的動(dòng)力要求。同時(shí)也采用了不同等級(jí)的減速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和扭矩的傳遞。而方案五的設(shè)計(jì)比較獨(dú)特，具有新穎性。24方案

36、的比較與選擇比較以上六種方案，在方案一中如果選用合適的減速器會(huì)有傳動(dòng)比大，體積小的優(yōu)點(diǎn)。但是要實(shí)現(xiàn)這樣的傳動(dòng)就必須有外部能源，即要有外界電源。在一體化的液壓潛孔鉆機(jī)中用這個(gè)方案顯然是不合適的。方案二中因采用三級(jí)減速機(jī)構(gòu)，齒輪的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時(shí)要求加工的精度也增高，各種防塵裝置的密封性不可忽視。結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和精度的要求使得齒輪的加工必須反復(fù)的校正和加工，這樣使得加工成本增高，不利于大量生產(chǎn)。因此這種裝置也不常使用。方案三中機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于它的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)獨(dú)特性，采用滾針傳動(dòng)和花鍵齒輪傳動(dòng)。動(dòng)力由動(dòng)力機(jī)輸入到行星齒輪系進(jìn)行減速，再于主軸連接來(lái)滿足工作主軸的要求。不過(guò)在行星齒輪系的設(shè)計(jì)中，因采用三級(jí)減

37、速機(jī)構(gòu)，齒輪的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時(shí)要求加工的精度也增高，各種防塵裝置的密封性不可忽視。結(jié)構(gòu)復(fù)雜和精度要求使得齒輪的加工必須反復(fù)的校正和加工，這樣使加工成本增高，不利于大量生產(chǎn)。另外，由于工作主軸與齒輪的連接是懸臂布置，在回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭工作時(shí)，軸上受到的沖擊力將使軸產(chǎn)生橫向變形，長(zhǎng)期工作后，軸將會(huì)與機(jī)構(gòu)內(nèi)部的其他部件發(fā)生摩擦和沖撞，損壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。方案四中，兩個(gè)動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力通過(guò)精密的行星齒輪系的減速傳動(dòng)給工作軸。此方案重要的部件就是行星齒輪系的設(shè)計(jì)。在行星齒輪系中有一個(gè)齒輪為齒輪軸，其要求的加工精度和齒輪重合度非常高。同時(shí)，動(dòng)力機(jī)高速輸入動(dòng)力給行星齒輪系機(jī)構(gòu)，行星齒輪系的潤(rùn)滑極為重要。在設(shè)計(jì)、加工時(shí)同樣

38、難以保證其能正常安全地工作。而且，在實(shí)際的工作環(huán)境中，不利于拆裝和更換潤(rùn)滑劑。方案五同樣具有以上兩個(gè)方案的減速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，但其只采用了二級(jí)減速機(jī)構(gòu)，在不失工作主軸要求的各項(xiàng)參數(shù)的情況下，降低了減速器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和內(nèi)部零件反復(fù)多次的加工校正。另外，在減速機(jī)構(gòu)中采用了變位齒輪的設(shè)計(jì)，小齒輪齒數(shù)小于17，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的根切，同時(shí)又能滿足齒輪傳動(dòng)的重合度。在工作主軸上套著一個(gè)大齒輪，大齒輪和小齒輪之間的齒數(shù)比比較大，從而使得在各種復(fù)雜環(huán)境條件下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)力機(jī)的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍的動(dòng)力變動(dòng)。這在目前我國(guó)的礦山行業(yè)是是最常使用的，也是最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。方案六特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是工作的環(huán)境會(huì)有所限制，在非常

39、堅(jiān)硬的巖石環(huán)境下工作不能發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn)，不能滿足本次設(shè)計(jì)的要求。上述的三種方案的結(jié)構(gòu)都很相似，但通過(guò)比較可知，方案五的優(yōu)點(diǎn)最突出，因此本回轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用方案五。第三章 主要零部件的選擇與設(shè)計(jì)31 動(dòng)力機(jī)構(gòu)的選型3.1.1原動(dòng)機(jī)類型的選擇能提供動(dòng)力的能源裝置通常有：電機(jī)、馬達(dá)。電機(jī)又分為直流電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速平滑，調(diào)速范圍大過(guò)載能力大；可實(shí)現(xiàn)頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，能滿足自控翕動(dòng)中特殊運(yùn)行要求等特點(diǎn)。異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，其成本僅為同功率、同轉(zhuǎn)速直流電動(dòng)機(jī)的1/21/3。但是，考慮到潛孔鉆機(jī)的工作環(huán)境和整個(gè)機(jī)器的能源提供條件，電機(jī)不適合作

40、為潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。馬達(dá)又分為氣動(dòng)馬達(dá)和液壓馬達(dá)。氣動(dòng)馬達(dá)是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用相當(dāng)于電氣傳動(dòng)中的電動(dòng)機(jī)，或液壓傳動(dòng)中的液壓馬達(dá)。但是，氣動(dòng)馬達(dá)（尤其是葉片式）體積大，力矩小及轉(zhuǎn)速高，不能直接與針擺減速器連接（針擺減速器的最大允許轉(zhuǎn)速1500/min，轉(zhuǎn)速過(guò)高，運(yùn)動(dòng)所受動(dòng)載荷大，磨損嚴(yán)重，壽命降低），需要配用大速比的減速器；并且壓氣驅(qū)動(dòng)噪音大，在作業(yè)中嚴(yán)重影響操作者身體健康。與氣動(dòng)發(fā)達(dá)相比液壓馬達(dá)有以下特點(diǎn)：（1）可以無(wú)級(jí)調(diào)速；只要控制進(jìn)油閥的開(kāi)閉程度，即控制油的流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的功率和轉(zhuǎn)速，并可得到較高的轉(zhuǎn)速；（2）可以正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。在正反轉(zhuǎn)換向時(shí)沖擊

41、很小。氣動(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)工作的一個(gè)主要特點(diǎn)是它具有幾乎是瞬刻升到全速的能力，停轉(zhuǎn)也迅速；（3）工作安全：在具有爆炸性瓦斯的工作場(chǎng)所，無(wú)引火爆炸的危險(xiǎn)。同時(shí)不受到震動(dòng)和高溫的影響；（4）有過(guò)載保護(hù)作用：過(guò)載時(shí)馬達(dá)只是降低轉(zhuǎn)速或停車，動(dòng)過(guò)載解除后即能重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生故障；（5）具有高的起動(dòng)力矩，可以直接負(fù)載起動(dòng)；（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，體積小，重量輕，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。此外液壓馬達(dá)能實(shí)現(xiàn)低速大扭矩傳動(dòng)，噪音小且效率高，當(dāng)配以合適的液壓系統(tǒng)后，可達(dá)到優(yōu)良的無(wú)級(jí)調(diào)速功能，達(dá)到正反轉(zhuǎn)一定比例的回轉(zhuǎn)力矩。雖然氣動(dòng)馬達(dá)有單位重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(zhuǎn)速高、啟動(dòng)及低速性能差，不適合經(jīng)?？ㄣ@的工況及惡劣的施工條

42、件。從國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，液壓驅(qū)動(dòng)無(wú)疑是今后潛孔鉆機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的優(yōu)選方案。3.1.2液壓馬達(dá)的選型結(jié)構(gòu)參數(shù)參考：鉆具轉(zhuǎn)速：050rpm回轉(zhuǎn)扭矩：6000 n m鉆孔最大功率：45 kw由于方案五中的動(dòng)力采用兩個(gè)原動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的供給，所以所要選的液壓馬達(dá)的扭矩應(yīng)在0到3000 nm的范圍內(nèi)。根據(jù)資料，選用2k系列低速大扭矩?cái)[線液壓馬達(dá)系列。該系列馬達(dá)采用補(bǔ)償式端面配流結(jié)構(gòu)，其輸出軸采用二圓錐滾子軸承，該系列馬達(dá)具有較大的排量和較高的輸出扭矩，效率高，工作安全可靠，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械，石油機(jī)械，礦山機(jī)械等行業(yè)。技術(shù)參數(shù)表：表31 2k系列低速大扭矩?cái)[線液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù)表排 量 ml/r801001

43、30160195245305395490轉(zhuǎn)速rpm連續(xù)799742576477385308246191153間斷908924720713577462365335230流量lpm連續(xù)757575757575757575間斷759595115115115115130115扭矩n.m連續(xù)235295385455540660765775845間斷345445560570665820885925930壓力mpa連續(xù)20.520.520.520.520.520.520.515.212間斷313131262626241914峰值3131313131313122.517允許最大背壓mpa14注：1.應(yīng)避免同時(shí)

44、在最高扭矩和最大轉(zhuǎn)速下使用馬達(dá)；2.超過(guò)允許背壓時(shí)，應(yīng)接外瀉管，并保證馬達(dá)內(nèi)腔總能充滿液壓油；3.推薦用油：68抗磨液壓油，工作條件下的粘度不低于13cst。過(guò)濾精度：iso1813。4.最大入口壓力和最大回油壓力差為31mpa,但工作壓力差應(yīng)符合性能表中的要求。5.馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)檢查系統(tǒng)各元件是否連接正確，油液通過(guò)過(guò)濾器到指定高度，并無(wú)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)1015分鐘，檢查系統(tǒng)是否有噪音等，確認(rèn)系統(tǒng)正常后，應(yīng)在額定壓力的30下運(yùn)轉(zhuǎn)約1小時(shí)，確保在滿負(fù)荷工作前馬達(dá)內(nèi)充滿液壓油。根據(jù)表31參數(shù)，經(jīng)過(guò)比較分析，多重考慮，選用額定扭矩為660 n m，額定轉(zhuǎn)速為308rpm的液壓馬達(dá)作為回轉(zhuǎn)頭的動(dòng)力機(jī)。32 鉆機(jī)

45、工作參數(shù)的匹配潛孔鉆機(jī)的主要工作參數(shù)有鉆具轉(zhuǎn)速、扭矩及軸推力,這些參數(shù)的大小及相互匹配直接影響鉆孔速度及鉆孔成本，因此，合理選擇這些參數(shù)是正確有效使用潛孔鉆機(jī)的關(guān)鍵。3.2.1 轉(zhuǎn)速鉆具轉(zhuǎn)速的合理選擇對(duì)于減少機(jī)器振動(dòng)、提高鉆頭壽命和加快鉆進(jìn)速度都有很大作用。轉(zhuǎn)速的大小應(yīng)能保證鉆頭在兩次相鄰沖擊之間的轉(zhuǎn)角最優(yōu)，此時(shí)鉆頭單次沖擊破碎的巖石量最大，鑿速最快。最優(yōu)轉(zhuǎn)角的大小主要取決于鉆孔直徑、鉆頭結(jié)構(gòu)以及巖石性質(zhì)。因此,選擇鉆具轉(zhuǎn)速必須依據(jù)鉆孔直徑、鉆頭結(jié)構(gòu)、沖擊器頻率以及巖石性質(zhì)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鉆具轉(zhuǎn)速推薦值見(jiàn)表32。表3-2 鉆具轉(zhuǎn)速推薦值鉆頭直徑d（mm）回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n(r/min)1003

46、04015015302001020250815表3-2 僅列出了回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與鉆孔直徑的關(guān)系，從中可以看出鉆孔直徑越大，回轉(zhuǎn)速度越慢。同時(shí)，確定回轉(zhuǎn)速度還必須考慮巖石性質(zhì)和沖擊器頻率。巖石越硬，回轉(zhuǎn)速度應(yīng)越低；頻率越高，轉(zhuǎn)速也應(yīng)該提高，因此，硬巖、低頻選上表中的下限，軟巖、高頻則取上限。在鉆進(jìn)操作中，必須正確選擇鉆具的回轉(zhuǎn)速度，回轉(zhuǎn)速度過(guò)大，單次沖擊巖石破碎量將會(huì)減小，不僅導(dǎo)致鉆進(jìn)速度降低，還會(huì)加速鉆頭的磨損；回轉(zhuǎn)速度過(guò)小，則浪費(fèi)沖擊功，加大破碎功比耗，同樣會(huì)降低鉆進(jìn)速度。3.2.2 扭矩在正常鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆具的回轉(zhuǎn)扭矩主要用來(lái)克服鉆頭與孔底的摩擦阻力和剪切阻力以及鉆具與孔壁的摩擦阻力。鉆具阻力矩

47、與鉆孔直徑、孔深均成正比。在整體性比較好的巖石中，正常鉆進(jìn)所需的扭矩并不大，孔徑在150mm 以下的鉆進(jìn)阻力矩一般為1000 n m 左右。這樣做主要是為了卸桿和防卡鉆。扭矩越大，卸鉆桿越容易，防止卡鉆的能力就越強(qiáng)，能鉆孔的深度也越深。在節(jié)理比較發(fā)育的破碎帶中鉆進(jìn)，一定要選擇扭矩比較大的鉆機(jī)，大孔徑深孔鑿巖作業(yè)的回轉(zhuǎn)扭矩也要選擇高一些。3.2.3 軸推力軸推力是潛孔鑿巖的一個(gè)非常重要的參數(shù)，它選擇是否恰當(dāng)，不僅對(duì)鉆頭壽命有影響，更重要的是直接影響鉆孔速度。軸推力過(guò)大，不僅會(huì)導(dǎo)致回轉(zhuǎn)不連續(xù)而產(chǎn)生回轉(zhuǎn)沖擊，還會(huì)導(dǎo)致孔底鉆屑過(guò)度破碎，產(chǎn)生能量浪費(fèi)，影響鉆孔速度，同時(shí)，還會(huì)加速鉆頭的磨損；軸推力過(guò)小，

48、鉆具反跳加劇，鉆頭不能緊貼孔底，使沖擊能量不能有效作用到孔底巖石上，影響鑿巖效率，同時(shí)，還會(huì)加速鉆機(jī)及鉆具的損壞。軸推力不等同鉆機(jī)的推進(jìn)力，它是推進(jìn)力與鉆具重量的矢量和。最優(yōu)的軸推力不僅與鉆孔直徑有關(guān)，還與巖石性質(zhì)有關(guān)。表3-3為不同鉆頭直徑下的軸推力推薦值。從表3-3 可看出:鉆頭直徑越大，最優(yōu)軸推力也越大。同時(shí)，巖石性質(zhì)對(duì)最優(yōu)軸推力也有影響，巖石越堅(jiān)硬，最優(yōu)軸推力也越大，在表3-3 中取上限，反之取下限。表3-3 不同鉆頭直徑下的軸推力鉆頭直徑d(mm)最優(yōu)軸推力f(n)1004000600015060001000020010000140002501400018000 根據(jù)表33選定鉆頭直

49、徑d=200mm時(shí)的最優(yōu)軸推力f=1000014000n。33 軸的設(shè)計(jì)與校核3.3.1 軸的材料軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45號(hào)鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。但是，在一般工作溫度下（低于200），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理辦

50、法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可選擇剛度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大的軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓等），對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有顯著的效果。綜合考慮下，本文選擇40cr作為回轉(zhuǎn)軸的材料。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后硬度為241286hbs。該材料一般用于載荷較大的重要軸，非常適合回轉(zhuǎn)軸工作的工況。3.3.2確定最小軸徑p=45kw n=050rpm 回轉(zhuǎn)扭矩：約為6000nm對(duì)于空心軸有 查表得 97取 0.5查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得空心軸的求得 mm當(dāng)軸截面上有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑

51、以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱，所以將d增大57，所以取dmin=1.0693.6100mm。3.3.3軸的校核由于軸主要受扭矩的作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但是由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕的確定的，所以無(wú)需校核、從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，過(guò)盈配合引起的應(yīng)力最嚴(yán)重，但是過(guò)盈配合處的軸徑較大，故不必做強(qiáng)度校核。由機(jī)械設(shè)計(jì)第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合小，所以該軸不需校核。由于本設(shè)計(jì)中無(wú)嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故也可以略去靜強(qiáng)度校核。34 軸承的選型和校核 3.4.1軸承的設(shè)計(jì)選型選用軸承時(shí)，首先是選擇軸承類型。正確選擇軸承類型時(shí)

52、應(yīng)考慮如下主要因素：（一）軸承的載荷軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小選擇軸承類型時(shí)，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，故在載荷較小時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時(shí)，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承；較大的純軸載荷可選用推力滾子軸承。對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承，圓柱滾子軸承或滾針軸承。（二）軸承的轉(zhuǎn)速 從工作轉(zhuǎn)速對(duì)軸承的要求看，可以確定以下幾點(diǎn)： 1.球軸承與滾子軸承相比較，有較高的極限轉(zhuǎn)速，故在高速

53、時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用球軸承。 2.在內(nèi)徑相同的條件下，外徑小則滾動(dòng)體就越小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體加在外圈滾道上的離心慣性力就越小，因而也就更適于在更高的轉(zhuǎn)速下工作。故在高速時(shí)，宜選用同一直徑系列中外徑較小的軸承。外徑較大的軸承，宜用于低速重載的場(chǎng)合。3.保持架的材料于結(jié)構(gòu)對(duì)軸承轉(zhuǎn)速影響極大。4.推力軸承的極限轉(zhuǎn)速均很低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高時(shí)，若軸向載荷不十分大，可以采用角接觸球軸承承受純軸向力。（三）軸承的調(diào)心性能選用時(shí)盡可能保證軸承在軸于軸承座孔的軸線有不大的相對(duì)偏斜時(shí)仍能正常工作。同時(shí)在軸的剛度和軸承座孔的支承剛度較低時(shí)，應(yīng)盡量避免使用圓柱滾子軸承和滾針軸承。根據(jù)上述分析，小齒輪軸的軸承內(nèi)側(cè)選用gb/t283-1994 圓柱滾子軸承nu 206e(表3-4),外側(cè)選用gb/t283-1994 圓柱滾子軸承nu209e(表3-5)。大齒輪上套用gb/t283-1994 圓柱滾子軸承nu1026(表3-6)。主軸上采用gb/t299-1995 型號(hào)352028 x2 圓錐滾子軸承(表3-7)。表3-4 圓柱滾子軸承nu206e的技術(shù)性能參數(shù)型號(hào)內(nèi)徑d(mm)外徑d(mm)寬度b(mm)動(dòng)載荷cr(kn)靜載荷cor(kn)極限轉(zhuǎn)速n(r/min)nu206e30551313.01289500(脂潤(rùn)滑)表3-5 圓柱滾子軸承nu209e的技術(shù)性能參數(shù)型號(hào)內(nèi)