充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘要 FDP 15D 型非開挖導向鉆機，是一種全液壓動力頭式導向鉆機。該鉆機主要用于非開挖地下管線的鋪設工程。可在不開挖地面的情況下，穿越地表建筑物或地下設施等障礙（如公路、鐵路、河流、建筑及地下埋設物等），鋪設各類地下管線。廣泛是用于通訊、電力、熱力、煤氣及自來水管線的非開挖鋪設施工。 FDP 15D 型非開挖導向鉆機可分為動力站和主機體操縱臺三部分。動力站主要提供高壓液壓油，而主機體就負責把液壓油的能量轉換為鉆進的動力。主機體的設計重點在于動力頭的設計。合理的設計主機體，可提高鉆進的效率和鉆機的使用 壽命，靈活的結構可以減低鉆機維護和維修的難度減低使用成本。 關鍵字： 非開挖 導向鉆機 主機體 動力頭 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Abstract The FDP 15D type non-dig direction drilling machine, is a kind of whole hydraulic pressure power prinipal type direction to drill machine.Should drill machine to mainly used for to open to dig the earth not the paving engineering of the pipeline.Can cross the earths surface building or underground facilities etc. obstacle(such as the highway,railroad,river,construct and the underground lay a thing etc.) under the sistuation that not open to dig the earth surface, build each kind of underground pipeline.Extensively is used for not open of communication,electric power,thermodynamic energy,gas and the water pipe line to dig to build a construction. FDP-15D type can be divided into non-dig-rigs and power stations mainframe hardware components. Provide high-pressure hydraulic oil major power stations, and on mainframe hardware for the hydraulic oil to the energy conversion into power. Mainframe hardware design focuses on the first engine design. Reasonable mainframe hardware design can enhance the efficiency and rigs into the life, flexible structures can reduce maintenance and repair rigs used to reduce the difficulty of cost. 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 Keyword:no-dig direction drilling Main engine part power prinipal 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1.1 選題意義 1 1.2 國內外概況 1 1.3 設計特點 1 第 2 章 FDP-15D 鉆機總體方案的確定 5 2.1 具體方案的確定 3 2.2 技術特性 3 第 3 章 FDP-15D 鉆機結構方案的確定 3 3.1 主機部分 4 3.1.1 回轉機構 4 3.1.2 給進機構 5 3.2 動力設備部分 6 3.2.1 動力機 6 3.2.2 油泵 7 3.2.3 油箱 7 3.3 操縱臺部分 7 第 4 章 動力機的確定 8 4.1 電動機功率的確定 8 4.1.1 油泵 馬達回轉 機構 9 4.1.2 油泵 油缸給進機構 15 4.1.3 泥漿泵 16 4.2 柴油機的選擇 16 第 5 章 機械傳動系統設計 26 5.1 變速箱的設計 17 5.1.1 強度計算的依據 17 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 5.1.2 齒輪強度的計算 17 5.1.3 軸的設計 23 5.2.4 滾動軸承的壽命計算 29 5.3 鏈條選擇 32 第 6 章鉆機液壓系統的設計與計算 33 6.1 液壓系統的確定 33 6.1.1 形式的選擇 33 6.1.2 調速方案的選擇 34 6.1.3 換向回路的選擇 34 6.1.4 壓力控制回路的選擇 35 6.1.5 液壓系統圖的方案確定 35 6.2 液壓元件的選擇 36 6.2.1 油泵的選擇 36 6.2.2 馬達的選擇 36 6.2.3 液壓缸的選擇 37 6.2.4 閥類元件的選擇 37 6.2.5 輔助液壓裝置的選擇 38 第 7 章 FDP-15D 鉆機的使用與維護 42 第 8 章 經濟分析 44 第 9 章 結論 45 致 謝 46 參考文獻 47 附錄 1 專題 工程機械液壓系統常見故障分析及控制 49 附錄 2 外文翻譯 56 第一章 緒 論 1.1 選題意義 目前越來越多的大規模交通、鐵道、電力、地鐵、水利等建設活動過程中都需要水平定向鉆探技術，即非開挖施工技術。該技術與開挖施工技術相比，具有不影響交通、不破壞環境、施工周期短、社會效益顯著等優點。可充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 廣泛應用于穿越公路、鐵道、建筑物、河流，以及在鬧市區、古跡保護區、農作物和植被保護區等條件下進行的供水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等管線的鋪設，更新和修復。 1.2 國內外概況 1900 年美國人采用頂管法成功地實現了非開挖鋪設管線的技術突破。非開挖技術 經歷 60 年的發展，先后只發明了螺旋鉆進法和沖擊矛法技術。1970 年美國加洲人率先使用“水平導向鉆進法”穿過河流鋪設第一條采用此技術的管道，成為創立“水平導向鉆進法”的第一人。由于他經常到全美各地推廣此技術。因此，“水平導向鉆進法”成為非開挖施工所普遍采用的施工工藝。隨著非開挖技術的不斷成熟，人們又針對不同的管網情況， 1980年發明了“脹管法”（爆管法），此技術逐步推行開來，特別是自來水行業運用較多。 國內現狀：非開挖鋪設更換管道技術以其獨特的優越性，已被人們逐步接受，特別是在大中城市，商業繁華地區普遍采用此 項技術，我國香港特別行政區已運用很久。但內地還處在起步階段 1.3 設計特點 所謂定向鉆探，就是在鉆探和鉆井施工中，利用土層造斜規律，采用人工造斜手段，或者兩種同時并用，使井孔按照設計的軌跡鉆達預定目標的鉆進方法。在鉆探施工中，根據地質條件，合理采用定向鉆進方法，不但能夠提高工程量，節約施工費用，而且能夠縮短施工時間，獲得較好的技術經濟效果。 而對鉆孔深度 300 米左右的水平定向鉆機需求量比較大，以往的 300米水平定向鉆機，存在著機械式、笨重、使用不方便等缺點。鑒于以上原因，此次畢業設計，我的導師陳少云老師 讓我對 300 米水平定向鉆機（ FDP-15D）進行研究。經過調研，我覺得水平定向鉆機是一種小型液壓鉆機，應有以下特點： 1. 經濟耐用可靠、質優價廉； 2. 結構簡單，易于加工制造； 3. 操作簡單，維修方便； 4. 適用于 50 、 60mm 兩種鉆桿； 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 5. 鉆進速度快，效率高； 6. 施工周期短、綜合施工成本低、社會效益顯著。 7. 隨著水平定向鉆探技術的發展，這種鉆機應具有良好的發展空間。 第 2 章 FDP-15D 鉆機總體方 案的確定 2.1 具體方案的確定 經過陳老師的細心指導和長時間的搜集和查閱資料，我對鉆機的整體結構和工作原理都有所了解。鉆機的結構與其所采用的鉆進工藝相關聯。目充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 前國內外都正在研制和應用全液壓鉆機。全液壓鉆機同傳統鉆機一樣，都是用來完成鉆進和升降鉆具等基本工序，以實現采取巖心，達到探礦的目的。從結構上看，全液壓鉆機可以分為立軸式全液壓鉆機和動力頭式全液壓鉆機。二者相比較，動力頭式全液壓鉆機具有結構簡單、重量輕、操作簡便、可以實現無級調速、加壓給進等優點，工作效率大大改善。并且動力頭式全液壓鉆機也是鉆機的發展 方向之一。綜合各方因素，我選擇設計水平定向動力頭式全液壓鉆機。 具體方案如下： 1. 考慮到此鉆機常用于戶外作業，動力可選柴油機。 2. 鉆機應用螺紋連接鉆頭精簡結構，節約時間，提高有效鉆進速度。 3. 動力頭采用單極齒輪減速器，減少變速箱體積，根據不同的地質條件，選用不同的鉆進速度。 4. 在滿足上述要求的同時，盡量結構簡單，操作方便，適于整體或解體搬運。盡量做到標準化、通用化、系列化。 2.2 技術特性 1. 最大鉆進深度 m300 2. 導向孔直徑 76 3. 鉆桿直徑 50 60 4. 動力頭轉速 1 6 0 / 1 1 2 0 / m i nr 第 3 章 FDP-15D 鉆機結構方案的確定 一臺全液壓鉆機主要包括主機、動力設備和操縱臺三個部分。 3.1 主機部分 水平定向全液壓鉆機的主機包括回轉機構、給進機構等基本部件。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.1.1 回轉機構 全液壓動力頭式鉆機的回轉機構，就是移動式回轉器，亦稱為動力頭。動力頭是鉆機的重要組成部分，主要由回轉馬達、減速器、水接頭組成。它的功能有二：一是傳遞扭矩，以帶動鉆具旋轉鉆進或擰卸鉆桿；二是動力頭由給進機構帶動，以傳遞向上或向下的軸向力及其運動，用來實現加減壓給進。 本全液壓鉆機通常采用導向 鉆桿，其鉆進工藝對動力頭的基本要求有下列幾點： 1) 動力頭的鉆數和扭矩應是可調的，最好的方案是無級調速，以適應鉆進工藝的需要。 2) 轉數調節范圍應滿足鉆進工藝的需要。 3) 具有正反轉的能力。 4) 回轉平穩、振動少和噪音不大等。 動力頭轉速調節范圍，取決于地質條件、鉆頭直徑以及鉆進方式。由于是全液壓鉆機可以實現無級調速，馬達的調速范圍在 8300r/min 之間完全滿足鉆機的要求。采用導向鉆桿鉆進時，要求高轉速。國外的最高轉速以達 2000 3000r/min；國內大致在 1000 1500r/min，而從處理事故和擰緊鉆桿的要求 ，則需要低速檔，一般為 200 300r/min。本設計動力頭的轉速范圍為 1 60、 1 120r/min。 本設計的動力頭主要特點如下： 1. 油馬達上裝有安全閥，可自動進行過載安全保護。 2. 無液壓卡盤，采用螺紋連接結構，使整體結構簡單化。 3. 結構緊湊，節省原材料。 4. 殼體由鑄鐵制成，故有良好的工藝性。 動力頭按照回轉油馬達的安裝位置不同，可分為裝有油馬達的動力頭（ A型）和不裝油馬達的動力頭（ B 型）兩類。 A 型動力頭與 B 型動力頭相比，具有結構簡單緊湊、工作可靠、重量輕和搬運方便等優點。目前，國內外全液壓動力頭 式鉆機的大多數均采用 A 型動力頭。本設計也采用 A 型動力頭。 A 型動力頭的工作原理（圖 1-1）：油馬達 2 經齒輪傳動箱帶動輸出軸回轉，從而使鉆具回轉。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 654321圖 1-1 鉆機動力頭原理示意圖 1-底座 2-馬達 3-聯軸器 4-減速器 5-法蘭盤 6-鉆頭 3.1.2 給進機構 給進機構是鉆機的工作機構之一，它對鉆機的技術性能、工作效率以及其應用范圍有著極大的影響。全液壓動力頭式鉆機給進機構的功用有二：一是用來保證鉆頭具有所需壓力，一是實現 進給；二是用來“倒桿”。 一個完善的給進機構應滿足下列要求： 1) 能調節鉆頭壓力，淺孔時加壓、深孔時減壓，故要求給進機構具有加壓和減壓等機能，壓力調定后就應保持恒定不便。 2) 給進速度是可以調節的，并應能無級調速，使鉆頭給進速度能與機械鉆速相適應。 3) 給進行程應盡可能的長。 4) 結構簡單、工作可靠、操作靈活安全。并應配備有儀表來觀測鉆頭壓力、進尺和鉆速等。 目前，全液壓動力頭式鉆機的給進機構有油缸液壓給進機構和油馬達 鏈條給進機構兩種。大多數鉆機采用油缸給進機構。 油缸給進機構又分為一般油缸給進機構和油缸 鏈條倍速給 進機構兩種。一般油缸給進機構是油缸的液壓力或運動直接作用于動力頭和鉆具；油缸的行程和動力頭的給進行程相等，故又稱為非倍數油缸給進機構。油缸 鏈條倍速給進機構是動力頭的給進行程等于活塞行程的兩倍。本設計選用單油缸 鏈條給進機構。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 單油缸 鏈條給進機構工作原理（圖 1-2）：給進油缸缸體固定在機架上，活塞桿的前端與帶有鏈輪的連接軸相連接。拖板向后移動。每根鏈條的一端都是繞過鏈輪之后固定在給進機架上，而另一端繞過鏈輪之后分別與拖板相連接，組成為一個封閉的倍增傳動鏈，拖板行程比活塞行程增大一倍。 圖 1-2 給進機構示意圖 1-動力頭 2-液壓油缸 3-鏈條 3.2 動力設備部分 全液壓鉆機的動力設備，包括動力機、油泵、油箱、過濾器、冷卻器等。 3.2.1 動力機 驅動油泵的動力機，一般采用電動機或柴油機。在坑道鉆探中，也有采用風馬達的。動力機的轉數，一般為 14601800 轉 /分，國外鉆機有增高動力機轉數的趨勢，高達 24003600 轉 /分。這樣可以大大提高油泵排油量，或縮小油泵尺寸和重量，使動力機和油泵小型化。 動力機的功率是設計鉆機的依據。鉆機的功用主要是用 來完成鉆進工充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 序。回轉鉆進所需的功率包括破碎孔底巖石和回轉鉆具等所需功率，前者基本上不受孔深的影響；后者當轉數不高時隨孔深的變化也不大，當轉數較高時隨孔深增加而增大。 本設計采用柴油機作為動力機。 3.2.2 油泵 油泵是將動力機的機械能轉換成液壓能的一種裝置，它是液壓傳動中的動力源。目前，每臺全液壓鉆機的油泵站通常有兩個油泵，一個為主油泵，它向回轉馬達供油；另一個為輔助油泵，它向給進機構供油。但有的鉆機（如泰美克 250 型鉆機）只有一個油泵，它向油馬達及各油缸供油。 油泵類型的選擇應能滿足鉆機工作的特點和要求 。由于鉆機的回轉速度有高有低，一般主油泵選用變量油泵，并且都用軸向柱塞式變量油泵，它能使液動機實現無級容積調速；輔助油泵多用齒輪油泵，也有選用軸向柱塞式變量油泵的。這時因為軸向柱塞式變量油泵具有 體積小、重量輕、調速方便、轉速高、壓力大等特點，它較適用于鉆機的工作需要。但定量油泵價格比較便宜。 本設計采用雙油泵，主油泵采用變量泵，輔助油泵采用定量油泵。 3.2.3 油箱 油箱是用來儲油、散熱、分離油中雜質和空氣的裝置。它的形狀和尺寸要根據鉆機的總體布置及散熱的需要來決定。按一般機械要求，油箱的有效容積為油泵 的每分鐘流量的三倍以上。但是，考慮野外工作條件的需要，鉆機的油箱容積不能太大。而且多數鉆機在油箱里裝有冷卻器，因此油液的發熱大為改善。本鉆機也采用這種結構。 3.3 操縱臺部分 “集中手柄操縱” 這是全液壓鉆機的特點之一。鉆機的所有控制閥、各種儀表等都集中裝在操縱臺的控制面板上。從油泵輸出的壓力油經高壓橡膠管到各控制閥，操縱控制閥手把的各種不同位置，使壓力油經閥板下的軟管分配給各個液動機，根據鉆探工藝的需要來驅動油馬達、給進油缸等，從而完成鉆探各工序的動作。因此，操作臺是鉆機的操縱驅紐。 本 鉆機也采用“集中手柄操縱”。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第 4 章 動力機的確定 4.1 電動機功率的確定 本鉆機的驅動裝置采用柴油機，因為鉆機多在野外作業，柴油機無需外充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 接能源。本設計的液壓系統由兩個獨立的支路組成，油泵 馬達回路系統和油泵 油缸給進系統，且兩油泵共用一臺電動機聯合驅動，因此鉆機的電動機的總功率為： 給回電 NNN 其中：電N 鉆機的電動機總功率 KW 回N 回轉鉆桿及破碎巖石所需功率 KW 給N 給進油缸所需功率 KW 4.1.1 油泵 馬達回轉機構 1基本參數的確定： 機械效率 85.0 液壓傳動效率 85.0 鉆頭外徑 cmD 3.7 鉆頭內徑 0d cm 泵驅回 NN 1N動馬 N 321NNN 動N其中： 1N 孔底破碎巖石所需的功率 KW 2N 鉆頭與孔底摩擦所消耗功率 KW 3N 回轉鉆桿所需的功率 KW 機械效率 取 85.0 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1 液壓馬達效率 取 0.851 井底破碎巖石所需功率 3 0 6 0 0 0 0AN 4 31 壓nmhKW 其中： n 動力頭轉速 r/min m 鉆頭切削刃數 取 2 ( ) / 4 ( )m 鉆 進 回 托 h 鉆進速度 min/25.0 mh 壓 巖石抗壓強度 見表 4 1 表 4 1 巖石抗壓強度 巖 石 名 稱 抗壓強度（ N/cm2） 硬 土 1800 4 )8.53.7(4 )(2222 dDA 其中： A 井底環狀切削面積 D 鉆頭外徑 取 cmD 3.7 d 鉆頭內徑 取 0d cm 將動力頭各種轉數以及巖石的不同抗壓強度壓分別代入上式中所得 1N 的相應值見表 4 2 中。 鉆頭與孔底摩擦所需功率 2N 19 448 00N 2 rRnef 壓其中：壓 巖石抗壓強度 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 f 鉆具和巖石間摩擦系數 取 3.0f e 側摩擦系數 取 1.1e n 動力頭轉速 R 鉆頭外半徑 r 鉆頭內半徑 將動力頭的不同轉數和不同孔底壓力代入上式中， 2N 的相應值見 表 4 2。 回轉鉆桿所需功率3N33.12113 1092.0 nLdN KW 其中： L 孔深 取 300000L mm d 鉆桿直徑 60d mm n 動力頭轉速 沖洗液的比重 取 15.1 將上述各參數及動力頭的不同轉速代入上式中所得3N值列 表 4 2 中。 表 4 2 功率計算表 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 功率 (kw) n min)/(r壓（ N/cm2） 30（回托） 60（回托） 120（鉆進） 1N1N 1800 0.22 0.26 0.037 2 1800 0.71 1.43 0.278 3N 1800 3.15 7.92 19.95 動N1800 4.08 9.61 20.265 馬N1800 5.1 12.0 25.33 2 馬達的選擇 馬達轉矩的確定 mNW NM 3010 其中： M 馬達的轉矩 0N 馬達的輸出功率，根據表 4 2 取得 KWN 70 W 馬達輸出軸的平均角速度 602 1nW 式中： 1n 馬達轉速 1 2nnn 動力頭轉速 按 120 轉最大功率計算，將所求的值列于表 4 3。 表 4 3 馬達轉矩 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 min)/(rn 120 min)/(1 rn 360 )/( slW 25.13 )( mNM 507.36 )(0 KWN 25.25 根據設計要求，用兩個馬達分擔功率，需選用低速大扭矩馬達。其主要根據轉矩 M 來選擇。輔助因素包括排量、額定壓力、轉速范圍等最終確定。 可選用 6 625TK 型擺線馬達，其技術參數如下表 4 4。 表 4 4 馬達技術參數 排量 最高轉速 最大輸出轉矩 最高工作壓力 重量 390 /ml r 241 / minr 1380Nm 20Mpa 32.1kg 3液壓泵的選擇 液壓泵的選擇主要根據供油壓力pp和最大供油量pq兩個因素決定。 馬馬QNP 其中： P 馬達的進油壓力 馬N 馬達的輸入功率 馬Q 馬達的實際輸入流量 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Vnq 1Q馬其中： q 馬達排量 1n 馬達的轉速 V 容積效率 90.0V 將所求的值列于表 4 5。 表 4 5 馬達及泵的流量 min)/(1 rn 120 240 min)/(LQ馬 52 104 min)/(LQ泵 57.7 115.5 maxqkq p 即 馬泵 QkQ 其中： k 考慮系統泄露修正系數，一般 3.11.1k 。這里取 1.1k 1pPPp 根據經驗，對簡 單的系統 M pap 5.02.01 ，對于復雜系 統Mpap 5.15.01 。這里取 4.01 p 。 將所求的數值分別列于表 4 6。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 表 4-6 馬達的進油壓力及排量 壓力 )(Mpan min)/(r壓（ N/cm2） 120 240 P 1800 5.52 16.5 由表中的數值， 查液壓元件手冊可選：柱塞泵 CCY14-1B,其技術參數如下表 4 7。 表 4 7 柱塞泵的 技術參數 理論排量 最高壓 力 額定轉速 驅動功 率 容積效 率 重量 63 /mL r 31.5 aMP1500 / minr 26KW 91.0 kg85.7 4.1.2 油泵 油缸給進機構 1.給進油缸的基本參數 油缸數量 1個 油缸直徑 125D mm 活塞桿直徑 90d mm 活塞有效行程 1200L mm 油缸面積 21 1 2 2 .7A cm活塞桿面積 22 6 3 .6A cm有效面積 212 5 9 . 1 1A A A c m 2.油泵工作壓力的計算 鉆機打水平孔時，油缸最大推力為： 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摩FCW 式中： W 油缸最大推力按設計要求 N 150KN 因此，油泵的工作壓力 P 為： 2150000 2 4 4 4 . 9 8 / 2 4 . 45 9 . 1 1WP k g c m M p aA 3. 油泵最大工作流量計算 油缸回程時的最大容積油量： 11 1 . 2 3 1 2 1 4 . 7 2V A L L 油缸送進時的最大容積油量： 22 0 . 5 9 1 1 2 7 . 0 9V A L L 當選用動力頭的速度 min/05.0 mv 時，動力頭送進時每分鐘所需油量為： m in/08.02 LvAQ 令活塞回程時間為 0.3min，則回程所需油量為： 11 5 . 3 8 8 / m i n0 . 3VQL 4. 給進油缸所需的功率給N 22 256 0 1 0PQN K W 5根據上面的計算，查 液壓元件手冊 選用 MCY14-1B 型柱塞泵，其技術參數如下表 4 8。 表 4 8 型柱塞泵的技術參數 排油量 額定壓力 額定轉速 驅動功率 容積效率 重量 25 /ml r 31.5 aMP1500 / minr 25KW 0.8 6.4kg 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 4.1.3 泥漿泵 考慮鉆進潤滑的需要 ,引進 HBW150/40 型泥漿泵，功率 7.5KW。 4.2 柴油機的選擇 柴油機的功率 2 5 . 5 2 5 7 . 5 5 8N K W 柴 油 機由此，可查的此設計選用 R6105G36 型柴油機，其技術參數如下 表 4 9。 表 4 9 電機技術參數 額定功率 滿載轉速 效率 85KW 2200 / minr 0.822 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第 5 章 機械傳動系統設計 5.1 變速箱的設計 5.1.1 強度計算的依據 1) 在校核零件的強度時，假設兩液壓馬達全部功率輸入動力頭，然后再輸入動力。 2) 動力頭在連續工作情況下，可連續工作 10000 小時，純機動時間每班 16小時，可連續工作 20 個月。 5.1.2 齒輪強度的計算 選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒輪。本設計的傳動方案選用直齒圓柱齒輪。考動力頭的工作環境較為惡劣，為增大齒輪使用壽命大小齒輪都選用硬齒面。根據 表 5 2 選得大小齒輪的材料都為 40Cr，并且需要調質及表面淬火，齒面硬度為 4855HRC。精度等級選為 7 級。齒寬系數根據表 5 3 中的單級齒輪傳動，兩支承相對齒輪為對稱布置，且兩齒輪均為硬齒面。選擇齒寬系數為 0.6。因為受載比較平穩、齒輪為硬齒面、支承為對稱分布，故取 5.1K 。齒數選擇時為了避免根切，對于標準直齒圓柱齒輪 17min Z ，開式齒輪傳動中為保證齒根彎曲強度，常取 20171 Z ，閉式齒輪傳動中常取 40171 Z ，本設計取 241 Z 。 變速箱內各齒輪主要參數及材料見表 5 4。 表 5-2齒輪常用材料及其力學性能 材料 熱處理方法 齒面硬度 許用接觸應力 1H 許用彎曲應 1F 40Cr 調質后淬火 4855HRC 13951426 483518 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 表 5-3齒寬系數 齒輪相對于軸承的位置 齒面寬度 軟齒面 硬齒面 對稱布置 0.81.4 0.40.9 非對稱布置 0.61.2 0.30.6 懸臂布置 0.30.4 0.20.25 表 5 4 齒號 齒數 模數 齒寬 材料 硬度 齒型角 螺旋角 精度 Z1 19 2.5 80 40Cr 4855HRC 200 00 7DC Z2 38 2.5 75 40Cr 4855HRC 200 00 7DC 1確定許用接觸疲勞應力 l i m1 1 3 2 6HHHM p aS 其中： limH 失效概率為 1時試驗齒輪的接 觸疲勞極限力 單位： Mpa 。由表 5 2 查得li m 1057H M p a HS 解除疲勞強度的最小安全系數， 1HS ，（失效概率為1）。 2確定許用彎曲疲勞應力 FxFF S Y lim1 其中： limF 齒輪彎曲疲勞極限。由表 5 2 查得 MpaF 500lim 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 FS 齒輪彎曲疲勞強度安全系數。機械齒輪失效率 1時 1FSXY 彎曲疲勞壽命系數。由于 m =5.5，查表得 0.99XY 。 M p aS YFxFF 5 0 0 lim1 大小齒輪的齒面硬度相同， 12 1057HH M p a M paFF 50021 3小齒輪轉矩的計算 161161 1055.91055.9 nNnpT 馬1 m a x 9 9 4 .6T N m4按齒面接觸疲勞強度計算 mm 其中：td1 小齒輪的分度圓直徑。 tK 載荷系數，取 5.1tK。 齒數比。 2 d 齒寬系數，取得 0.4d 。 1H 許用接觸應力。 代入數值得： 3 211 .16.76 1 Hd tt TKd充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 531 21 . 5 9 . 9 4 6 1 0 2 17 6 . 6 8 9 . 40 . 8 1 0 5 7 2td m m 齒輪模數為：118 9 . 4 4 . 719dm m mz 5按齒根彎曲疲勞強度計算 3 21m a x126.1 FdFSZYKTm其中：FsY 齒型系數，查表得 19.41 FsY， 99.32 FsY。 53 21 . 5 9 . 9 4 6 1 0 4 . 1 91 . 2 6 4 . 40 . 8 1 9 5 0 0m m m 6接觸疲勞強度校核 1) 分度園上的圓周力 Ft 129 9 4 . 62 0 0 0 2 0 0 0 5 2 3 4 7 . 338tTFNd 2) 使用系數 25.1AK 3) 動載系數 4.1VK4) 齒向載荷分布系數 32.1HK5) 齒間載荷分布系數 6.1HK6) 節點區域系數 3.2HZ 7) 彈性系數 8.189EZ 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 8) 重合度系數 41.0Z9) 接觸應力 231 1 0 0 . 6tH A V H H H H EF u NK K K K K Z Z Z Zmmd b u 10) 壽命系數 1NZ11) 安全系數 1lim HS ， 1lim FS 12) 潤滑劑系數 86.0LZ 13) 速度系數 93.0VZ14) 粗糙度系數 98.0RZ 15) 硬化系數 92.0WZ16) 尺寸系數 1XZ 17) 許用接觸應力 2l i m1111l i m /360 mmNS ZZZZZHHRVLNHHP 18) 接觸強度判斷 因為 HPH ，所以校核通過。 7彎曲疲勞強度校核 1) 齒向載荷分布系數 1K2) 應力修正系數 7.1saY3) 重合度系數 38.0Y充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 4) 齒根應力F211 4 2 9 . 1 /F t A V F F s aF K K K K Y Y Y N m m 5) 壽命系數 5.2NTY6) 相對齒根圓角敏感系數 95.0RELtY7) 相對齒根表面狀態系數 06.1RELtRY8) 尺寸系數 1XY 9) 許用齒根應力 2I m 1m i n9 8 2 7 . 6 /F i s T T i I r e l T X R r e l TFPFY Y Y Y Y N m mS 10) 彎曲強度 因為 FPF 1 ,所以彎曲強度校核通過。 8具體參數的確定 由上述計算可見，本設計的齒輪傳動接觸疲勞強度較弱，故應以mmm 59.2 為佳。 查標準模數取得模數 5.5m mm 。 齒輪主要 幾何尺寸： 分度圓直徑 11 5 . 5 1 9 1 0 4 . 5d m Z m m 22 5 . 5 3 8 2 0 9d m Z m m 齒頂高直徑 *11 ( 2 ) 5 . 5 (1 9 2 ) 1 1 5 . 5aad m Z h m m *22 ( 2 ) 5 . 5 ( 3 8 2 ) 2 2 0aad m Z h m m 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 中心矩 12 1 5 6 . 7 52dda m m齒寬 2145bb d m m ，故取2 45b mm， )102(21 bb取mmb 461 。由于設計結構需要，改 b1 80mm， b2 75mm 5.1.3 軸的設計 1. 輸出軸上功率2P、轉速2n和轉矩2T的初步確定 已知下列條件：材料 40Cr，調質處理，各齒輪分度圓直徑為：1 1 0 4 .5d mm， 2 209d mm2262 1055.9 n PT 將計算結果輸入表 5 5。 表 5 5 輸出軸上功率、轉速和轉矩 2n （ r/min） 30 60 120 KWP2 6 12 25 5 mNT 2 1910 1910 2029.3 2. 求作用在齒輪上的力 因為是直齒圓柱齒輪傳動 0 圓周力 32 m a x1 m a x22 0 2 9 . 3 1 02 2 9 7 0 8 . 1209tFF F Nd 徑向力 2 6 9 1 . 7 2 0 3 5 3 3 . 4rtF F t g t g N 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 其中：max1F 小齒輪傳遞的轉矩， mmN 。 max2F 大齒輪傳遞的轉矩， mmN 。 2d 大齒輪的節圓直徑，對標準齒輪即分度圓直徑， mm 。 嚙合角，對標準齒輪為 20 。 圓整后， 9710tFN3600rFN。方向如圖 5 1 所示。 3. 初步估計軸的最小直徑，選取連軸器。 初估軸徑：安裝聯軸器處軸的直徑 d - （圖 5 1a）為周的最小直徑。 d - =322nPA 其中：查得 A = 90 107 3 5 . 5 2 1 . 11 7 . 7 1 0 . 58 . 8 5 . 2 5d m md m md m m 為滿足設計結構需求取 d - mm30 。 選取聯軸 器：由于承受軸向力過大，所以采用單獨設計的非標聯軸器。 4軸的結構設計 1）擬訂軸上零件的裝配方案 軸上的大部分零件包括：大圓柱齒輪、檔油環、左端軸承和軸承端蓋以及聯軸器依次由左端裝配，僅右端軸承和軸承端蓋由右端裝配。 2）根據軸向定位及固定要求，確定軸的各段直徑和長度，見表 5 6。 3）軸上零件的周向固定 齒輪采用平鍵定位，滾動軸承與軸則采用過渡配合。 4）定出軸肩處的圓角半徑 r 的值 見圖 6 1a，軸端倒角取