第一章總體設(shè)計

1、12（1 1）鉆機的性能參數(shù)要有較寬的適應范圍，要滿足鉆進工）鉆機的性能參數(shù)要有較寬的適應范圍，要滿足鉆進工藝與鉆進方法的要求；藝與鉆進方法的要求；（2 2）整機要有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性；）整機要有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性；（3 3）結(jié)構(gòu)緊湊、傳動鏈短、傳動副少；）結(jié)構(gòu)緊湊、傳動鏈短、傳動副少；（4 4）便于安裝和拆卸；）便于安裝和拆卸；（5 5）要有合理的裝載形式；）要有合理的裝載形式；（6 6）整機布局合理、造型美觀；）整機布局合理、造型美觀；（7 7）滿足使用要求的前提下，節(jié)省材料、減輕重量。）滿足使用要求的前提下，節(jié)省材料、減輕重量。3（1 1）根據(jù)鉆機的用途和使用要求選擇鉆機的類

2、型；）根據(jù)鉆機的用途和使用要求選擇鉆機的類型；（2 2）根據(jù)所選類型和使用要求確定鉆機的參數(shù)；）根據(jù)所選類型和使用要求確定鉆機的參數(shù)；（3 3）選擇傳動方式及動力的驅(qū)動方式；）選擇傳動方式及動力的驅(qū)動方式；（4 4）進行鉆機的總體布局，確定各部件間的位置、傳動關(guān)）進行鉆機的總體布局，確定各部件間的位置、傳動關(guān) 系、連接結(jié)構(gòu)等；系、連接結(jié)構(gòu)等；（5 5）估算重量、總體尺寸及制造成本；）估算重量、總體尺寸及制造成本；（6 6）核查鉆機的穩(wěn)定性；）核查鉆機的穩(wěn)定性；（7 7）繪出鉆機的總裝配草圖。）繪出鉆機的總裝配草圖。4 （1）依據(jù)地層條件）依據(jù)地層條件-地層條件決定了鉆進方法和鉆進地層條件決定了

3、鉆進方法和鉆進工藝的選擇；工藝的選擇； （2）依據(jù)采用的鉆進方法和鉆進工藝的要求）依據(jù)采用的鉆進方法和鉆進工藝的要求-不同的不同的鉆進方法和鉆進工藝對鉆機的結(jié)構(gòu)提出了差異較大的鉆進方法和鉆進工藝對鉆機的結(jié)構(gòu)提出了差異較大的要求；要求； （3）依據(jù)使用條件和要求）依據(jù)使用條件和要求-如鉆機的用途、應用范圍、如鉆機的用途、應用范圍、操作條件、拆裝、維修、環(huán)保等；操作條件、拆裝、維修、環(huán)保等； （4）依據(jù)制造條件）依據(jù)制造條件-既要考慮結(jié)構(gòu)的先進性，又要做既要考慮結(jié)構(gòu)的先進性，又要做到易于加工和降低成本；到易于加工和降低成本； （5）考慮同類型鉆機的結(jié)構(gòu)）考慮同類型鉆機的結(jié)構(gòu)-盡可能吸收已有同類鉆盡

4、可能吸收已有同類鉆機的優(yōu)點，改進其設(shè)計的不足。機的優(yōu)點，改進其設(shè)計的不足。 在進行總體設(shè)計之前，要進行大量深入細致的調(diào)查研究工作，收集同類鉆機在進行總體設(shè)計之前，要進行大量深入細致的調(diào)查研究工作，收集同類鉆機的設(shè)計和使用方面的資料；聽取用戶意見；了解所設(shè)計鉆機的應用條件和使用的設(shè)計和使用方面的資料；聽取用戶意見；了解所設(shè)計鉆機的應用條件和使用范圍；設(shè)計者要了解科技發(fā)展狀況和有關(guān)材料、加工等情況。進行綜合分析研究范圍；設(shè)計者要了解科技發(fā)展狀況和有關(guān)材料、加工等情況。進行綜合分析研究，制定出設(shè)計目標和計劃，然后依據(jù)以下條件和要求進行設(shè)計。，制定出設(shè)計目標和計劃，然后依據(jù)以下條件和要求進行設(shè)計。5

5、（1 1）采用回轉(zhuǎn)鉆進；采用回轉(zhuǎn)鉆進；（2 2）轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍大；轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍大；（3 3）具有良好的導向性能具有良好的導向性能和合理的變角范圍；和合理的變角范圍；（4 4）體積小、重量輕、可拆性好。體積小、重量輕、可拆性好。回轉(zhuǎn)器形式回轉(zhuǎn)器形式傳動方式傳動方式循環(huán)方式循環(huán)方式安裝方式安裝方式鉆機舉例鉆機舉例立軸式立軸式機械機械正正機架機架XJ-100 XB-1000A半液壓半液壓機架機架XY YL TK 等系列鉆機等系列鉆機液壓液壓機架機架(澳澳) F100F (原西德原西德) SG-750轉(zhuǎn)盤式轉(zhuǎn)盤式半液壓半液壓正正機架機架東方紅東方紅1000 XP-4機械機械北京北京200 移動回

6、移動回轉(zhuǎn)器式（動轉(zhuǎn)器式（動力頭式力頭式)液壓液壓正正機架機架鉆石鉆石300 SD1000拖車拖車XD600車裝自行車裝自行XD-1000反反(原蘇聯(lián)原蘇聯(lián)) 100 -300半液壓半液壓正、反正、反車裝自行車裝自行SF-16 （1 1）鉆機的類型多；鉆機的類型多； （2 2）鉆進方法與鉆進工藝的多樣化；鉆進方法與鉆進工藝的多樣化；（3 3）鉆機的轉(zhuǎn)速較低，扭矩較大；鉆機的轉(zhuǎn)速較低，扭矩較大；（4 4）多采用車裝或拖車裝。多采用車裝或拖車裝。結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式傳動方式傳動方式循環(huán)方式循環(huán)方式安裝方式安裝方式鉆機舉例鉆機舉例沖擊式?jīng)_擊式機械機械無無機架機架豐收豐收250拖車拖車CZ-20 CZ-22

7、 機械機械 正正機架機架SPJ300 SPS-600拖車拖車SPJT-300 紅星紅星400汽車裝汽車裝SPC300Q SPC-600R多種形式多種形式G.D.1500反反拖車裝拖車裝QZ-200移動回轉(zhuǎn)器式移動回轉(zhuǎn)器式反、正反、正 汽車裝汽車裝T4W TH-60沖擊沖擊回轉(zhuǎn)復合式回轉(zhuǎn)復合式半液壓半液壓正、反正、反車裝自行車裝自行SPC300H回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式7 （1 1）機型多樣化；機型多樣化；（2 2）鉆進方法及鉆進工藝多樣化；鉆進方法及鉆進工藝多樣化； （3 3）運移性好；運移性好； （4 4）要求對環(huán)境污染少。要求對環(huán)境污染少。發(fā)動機位置發(fā)動機位置 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式傳動方傳動方 式式循環(huán)方

8、式循環(huán)方式鉆機舉例鉆機舉例 地地 面面 回回 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 盤盤機械機械正正紅星紅星400B SPS15 SZ50正、反正、反GJC40HF液壓液壓反反(日日) RBB移動回轉(zhuǎn)器移動回轉(zhuǎn)器機械機械無無BQZ LZ-10移動回轉(zhuǎn)器移動回轉(zhuǎn)器機械機械正、反正、反GDF-12液壓液壓正、反正、反JK1 YDC-100反反(發(fā)發(fā))V.P.R.H 沖沖 擊擊機械機械無無CZ-30反反CF-1液壓液壓反反KPC1200 復合式復合式?jīng)_擊、回轉(zhuǎn)沖擊、回轉(zhuǎn)機械機械正、無正、無SH30 QPC-30沖擊回轉(zhuǎn)靜壓振動沖擊回轉(zhuǎn)靜壓振動正、無正、無G-2 GJD2沖擊、振動沖擊、振動反反GJD-1500振動、回轉(zhuǎn)振動、

9、回轉(zhuǎn)正、無正、無GK-100井井 底底 回回 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)有鉆桿有鉆桿單鉆頭單鉆頭潛水電機潛水電機正、無正、無GZQ-1500多鉆頭多鉆頭反反(日日) TRC TRC-U無鉆桿無鉆桿多鉆頭多鉆頭(日日)RRC RRC-U89鉆機的用途和采用的鉆進方法及鉆進工藝不同鉆機的用途和采用的鉆進方法及鉆進工藝不同,其組成不同。以回轉(zhuǎn)式其組成不同。以回轉(zhuǎn)式鉆機為例介紹。一臺回轉(zhuǎn)式鉆機有下列部分組成：鉆機為例介紹。一臺回轉(zhuǎn)式鉆機有下列部分組成： 一一. 回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)機構(gòu) 帶動鉆具回轉(zhuǎn)帶動鉆具回轉(zhuǎn),傳遞鉆頭破巖所需的轉(zhuǎn)矩。傳遞鉆頭破巖所需的轉(zhuǎn)矩。 二二. 給進機構(gòu)給進機構(gòu) 向鉆頭施加軸向壓力，使鉆頭有效吃入巖石。另外

10、向鉆頭施加軸向壓力，使鉆頭有效吃入巖石。另外,多數(shù)給進機構(gòu)還可多數(shù)給進機構(gòu)還可以實現(xiàn)懸掛、提動鉆具，甚至完成升降鉆具的工作。以實現(xiàn)懸掛、提動鉆具，甚至完成升降鉆具的工作。 三三. 升降機構(gòu)升降機構(gòu) 升降鉆具、起下套管。升降鉆具、起下套管。 四四. 擰卸機構(gòu)擰卸機構(gòu) 擰卸鉆桿。擰卸鉆桿。 五五. 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 傳輸各工作機構(gòu)所需的運動和動力。傳輸各工作機構(gòu)所需的運動和動力。 六六. 底盤或機架底盤或機架 安裝鉆機的各個部件，承受鉆機工作時安裝鉆機的各個部件，承受鉆機工作時產(chǎn)生的各種載荷。產(chǎn)生的各種載荷。101112131415鏈接1617181920孔深、孔深、 孔徑、孔徑、 鉆桿直徑、鉆孔

11、傾角。鉆桿直徑、鉆孔傾角。回轉(zhuǎn)器的工作參數(shù)：回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)器的工作參數(shù)：回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速(最高轉(zhuǎn)速、最低轉(zhuǎn)速、中間速度）最高轉(zhuǎn)速、最低轉(zhuǎn)速、中間速度） 速度檔數(shù)、調(diào)速范圍、回轉(zhuǎn)器的通孔直徑、回速度檔數(shù)、調(diào)速范圍、回轉(zhuǎn)器的通孔直徑、回 轉(zhuǎn)器讓開孔口的范圍。轉(zhuǎn)器讓開孔口的范圍。 給進機構(gòu)的工作參數(shù)：最大上頂力、最大給進力、給進速度、給進行給進機構(gòu)的工作參數(shù)：最大上頂力、最大給進力、給進速度、給進行 程、倒桿速度。程、倒桿速度。 升降機的工作參數(shù)：最大起重量、纏繩速度（最高纏繩速度、最低纏升降機的工作參數(shù)：最大起重量、纏繩速度（最高纏繩速度、最低纏繩繩 速度、中間纏繩速度、速度檔數(shù)、調(diào)速范速度、中間纏

12、繩速度、速度檔數(shù)、調(diào)速范圍）圍） 。 ：鉆機的質(zhì)量、鉆機的總體尺寸。：鉆機的質(zhì)量、鉆機的總體尺寸。 ：動力機的類型、動力機的功率、動力機的轉(zhuǎn)速。：動力機的類型、動力機的功率、動力機的轉(zhuǎn)速。212223鉆進時所需的功率可用下列公式計算：鉆進時所需的功率可用下列公式計算：321NNNNzj- 鉆頭破碎巖石所需的功率，鉆頭破碎巖石所需的功率， - 回轉(zhuǎn)鉆桿所需的功率，回轉(zhuǎn)鉆桿所需的功率， 鉆機傳動所需的功率，鉆機傳動所需的功率，1N2N3N42243.NPFmnhd 鉆鉆頭頭刻刻取取巖巖石石所所需需功功率率PNMPNNN 1; ,mmh深度單個切削具每轉(zhuǎn)的吃入nmvhz;,mF孔底破巖面積孔底破巖面

13、積 4)(22dDF;,adP強強度度單單向向壓壓縮縮下下巖巖石石的的抗抗壓壓 ;切切削削具具的的數(shù)數(shù)目目 m.min/,rn鉆鉆桿桿的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 D、d鉆頭的外徑及內(nèi)鉆頭的外徑及內(nèi)經(jīng)經(jīng) 盡管盡管教材和教材和各種文獻中列舉了大量各種文獻中列舉了大量的計算的計算公公式，但其計算結(jié)果與實際相式，但其計算結(jié)果與實際相差甚遠。以下公式在計算時僅供參考差甚遠。以下公式在計算時僅供參考。24耗的功率耗的功率是鉆頭與巖石摩擦所消是鉆頭與巖石摩擦所消MN)()(223311432rRrRfCnN ;功功率率附附加加系系數(shù)數(shù) 3 . 11 . 1;擦系數(shù)鉆頭切削具與巖石的摩f3020. f)()(2233114

14、32rRrRfCniN 3 . 11 . 1ii有關(guān)的功率系數(shù)與鉆桿和鉆孔的彎曲度R鉆頭外半徑鉆頭外半徑r鉆頭內(nèi)半徑鉆頭內(nèi)半徑C鉆鉆 壓壓25 巖巖石石可可鉆鉆性性等等級級 - - - - - - 鉆鉆 頭頭 類類 型型 A A A 表表鑲鑲金金剛剛石石鉆鉆頭頭 0.2 0.03 0.1 0.14 0.07 0.15 孕孕鑲鑲金金剛剛石石鉆鉆頭頭 0.32 0.06 0.12 0.1 硬硬質(zhì)質(zhì)合合金金鉆鉆頭頭 0.1 0.2 PndDAbhkkkN)(*. 3215110627501111., kkk乳乳化化液液時時系系數(shù)數(shù);.,2122 kk數(shù)數(shù)使使用用擴擴孔孔器器時時的的附附加加系系;/)

15、(,mmkk2133 孔孔底底階階梯梯形形狀狀系系數(shù)數(shù);,見見下下表表數(shù)數(shù)切切削削具具與與巖巖石石的的摩摩擦擦系系 ;度度功功率率系系數(shù)數(shù)鉆鉆頭頭唇唇部部橫橫截截面面單單位位長長 A;,mmb鉆鉆頭頭底底唇唇面面橫橫截截面面寬寬度度 mm/r;,鉆鉆頭頭每每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)吃吃入入深深度度 h.,KNP鉆鉆壓壓 除上述兩種計算方法外，有一計算通式如下除上述兩種計算方法外，有一計算通式如下除上述兩種計算方法外，有一計算通式如下除上述兩種計算方法外，有一計算通式如下:26回轉(zhuǎn)鉆桿功率的影響因素很多。如鉆桿的規(guī)格、材質(zhì)、回轉(zhuǎn)鉆桿功率的影響因素很多。如鉆桿的規(guī)格、材質(zhì)、連接方式、鉆桿的轉(zhuǎn)速、鉆孔的直徑、鉆孔的深度

16、、鉆孔連接方式、鉆桿的轉(zhuǎn)速、鉆孔的直徑、鉆孔的深度、鉆孔的彎曲率、沖洗液的類型等，很難用一個公式進行準確計的彎曲率、沖洗液的類型等，很難用一個公式進行準確計算，一般多采用計算加實測方法確定。下面表中列出幾種算，一般多采用計算加實測方法確定。下面表中列出幾種回回轉(zhuǎn)鉆桿功率的計算公式，供設(shè)計時參考。轉(zhuǎn)鉆桿功率的計算公式，供設(shè)計時參考。27表中表中43110035011.)(. ik 3k; 125. 0200125. 020020/75. 0,8587;/91. 0,8560; 1,90knkknkk時時時;.,/;.3111650333 kkmmmk接箍連接時接箍連接時一內(nèi)時一內(nèi)時彎曲率在彎曲率

17、在接頭連接小彎曲率時接頭連接小彎曲率時;.,.,602114444 kkkk乳乳化化液液或或添添加加潤潤滑滑劑劑時時泥泥漿漿清清水水cos0.441k5;,/ )(mmdD2 ;,mmL孔深孔深 min;/, rn轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 ./,mkgq每米鉆桿質(zhì)量每米鉆桿質(zhì)量 ;/0m i頂角彎曲率頂角彎曲率, 鉆鉆桿桿及及鉆鉆孔孔參參數(shù)數(shù)鉆鉆桿桿外外徑徑d mm 連連接接型型式式孔孔徑徑D mm轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n mm鉆鉆孔孔傾傾角角 （0） 50 鎖鎖接接頭頭931300400 9060 50 鎖鎖接接篐篐 760400 90 50 接接頭頭 590600 90 54 接接頭頭 590600 90 輕輕合合金金

18、 50 鎖鎖接接篐篐 760400 50 接接頭頭 590400 42 接接頭頭 590400 33.570接接頭頭接接篐篐 367602500 9075KW68. 0527212)10*2 . 510*2 . 6 (LnnkkN33.28210*6 .4LnN6 . 19 . 07210*6 . 8nLN5 . 17210*7 . 3LnNLnnN)10*410*25. 110*17. 6(24272LnnN)10*410*6 . 210*75. 2(24272LnnN)10*4 .310*5 .310*5 .3(25272583.14382)02.09.0(10*5.2kqdnkkN2N28)(.