1、全套CAD圖紙，聯系153893706目錄 TOC o 1-3 u 摘要Abstract第1章 緒論11.1 前言11.2 巖心鉆機概述11.2.1 巖心鉆探的一般概念11.2.2 巖心鉆探的方法1第2章 總體設計3第3章 鉆機的主要技術特性43.1 鉆機的基本技術特性4第4章 動力機的確定54.1 回轉鉆進及破碎巖石、土層所需功率54.1.1 N1公式及其計算54.1.2 N2公式及其計算54.1.3 N3公式及其計算64.2 給進油缸所需功率的計算64.2.1 給進油缸的基本參數64.2.2 油缸工作壓力的計算64.2.3 油泵最大工作流量計算74.2.4 給進油缸功率Ny74.3 動力機

2、功率的確定7第5章 機械傳動系統設計105.1 主要參數的選擇105.1.1 回轉器105.1.2 變速箱105.1.3 帶輪設計105.2 機械傳動系統115.2.1 立軸的轉速115.2.2 立軸的給進運動125.2.3 立軸的快速移動12第6章 回轉器136.1 結構特點136.2 零部件的基本技術特征136.2.1 成對錐齒輪基本參數136.2.2 齒輪在各種轉速下傳遞的功率、轉速及轉矩146.3 零部件的強度與壽命計算146.3.1 齒面按接觸疲勞強度計算接觸應力146.3.2 計算疲勞強度極限應力156.3.3 齒根彎曲疲勞極限應力16第7章 變速箱的設計與計算177.1 變速箱的

3、結構特點177.2 零件的強度計算177.3 齒輪的強度計算187.3.1 變速箱內各齒輪主要參數及材料187.3.2 Z3、Z4齒輪副的強度校核187.3.3 其它齒輪副的強度校核227.4 軸系零件與部件的強度與壽命的校核計算237.4.1 圓周力的計算237.4.2 計算支撐反力247.4.3 計算軸的彎距257.4.4 許用應力26第8章 液壓系統的設計與計算278.1 給進油缸的設計27第9章 鉆機的使用說明289.1 鉆機的分組情況289.2 鉆機的附屬結構289.2.1 機架 28 9.2.2 操縱儀28 9.2.3 油泵299.3 操作程序299.4 機器的保養與維護31第10

4、章 經濟效益分析3310.1 巖心鉆機的市場3310.1.1 國內工程建設投資繼續加大3310.1.2 今后國內市場對巖心鉆機設備的需求 3410.2 巖心鉆機的市場需求量分析3510.2.1 設備價格昂貴3510.2.2 運行成本較高3610.2.3 受工程量的制約36結論38致謝39參考文獻40專題部分41附錄147附錄261摘要目前我國地質勘探工作中廣泛采用的有各種類型的油壓給進鉆機、鋼繩給進鉆機和部分經過改革的手把（輪）式給進鉆機。為了適應淺部勘探，還專門設計制造了鉆進深度為10至100米的鉆機。其中，立軸式鉆機就是其中的一種。他主要用于鉆進孔深75米左右的煤田地質勘探和其他金屬礦床、

5、非金屬礦床和淺層油氣勘探。鉆機和泥漿泵用一個動力帶動，設備安裝穩固緊湊，可拆性好。鉆進給進用液壓操作。必要時亦可用主動鉆桿給進。鉆機手把集中，操縱板上有指重表、轉數表及水泵壓力表，便于及時掌握運轉和孔內情況。本次設計的立軸式鉆機是在原有鉆機的基礎上進行了部分改進，他節省了工作時間，并且提高了工作效率。本設計主要是針對鉆機的總體設計而進行的分析，對鉆機的變速箱，回轉器進行研究，以達到節省工作時間，并且提高工作效率的目的。關鍵字 鉆機 變速箱 回轉器 Abstract The our country geology explores the work in various type of have

6、 of extensive adoption currently of hydraulic-pneumatic give into drill the machine, the steel rope to give into drill machine and part through reform of hand( round) type to enter to drill the machine. For adapting to explore, still exclusively designed to make to drill into the depth 10-100 meters

7、 drill the machine.Among them, sign the stalk type to drill a kind that machine is among them.He mainly useds for drilling into the deep 75 meters the or so coal field geology of bore to explore to explore with other metals mineral beds, nonmetal mineral beds and the shallow layer oil spirit.Drill t

8、he machine and the mud pumps to arouse with a motive, the equipments installs the firmness tightly packed, can dismantle sex good. Drill in to give into press with the liquid the operation.Use may also to drill the pole actively when its necessary to enter.Drill the machine hand chases the concentra

9、tion, manipulating the plank to up point the heavy form and turn the few form and waters pump manometer, easy to control the operation and the bore inside story conditions in time.This time design of sign the stalk type to drill machine is at drill the machine originally possessed of foundation went

10、 forward to go the part improvement, he saved the work time, and raised the work efficiency.This design is mainly analysis that aims at the total design of drill the machine but carry on, turning round the machine to carry on the research towards drilling the machine to become soon box, to attain ec

11、onomical work time, and raise the purpose of the work efficiency.Key word Drill the machine Become soon box Turn round the machine第1章 緒論1.1 前言通過調研了解到，對鉆孔深度75米左右的鉆機需求量比較大，而目前的75米鉆機，存在著勞動強度大、適應性差等缺點。鑒于以上原因，我們決定開發75米鉆機。經幾次方案討論決定，鉆機應具有以下特點：經濟耐用可靠、質優價廉；便于解體搬運；體積小，重量輕；操作簡單，維修方便；適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進；鉆進速度快，效率高；本

12、設計不對絞車一部分竟進行單獨設計，故在以后的設計和畫圖當中都不包括絞車一部分。1.2 巖心鉆機概述1.2.1 巖心鉆探的一般概念 巖心鉆探是由動力機（內燃機或電動機），帶動鉆機回轉，由鉆桿、巖心管和鉆頭組成鉆柱，并由鉆機供給一定的軸向壓力和扭矩，從而使鉆頭產生可取巖石的作用，是鉆孔不斷往深部鉆進. 鉆進時刻取下來的巖粉，由泥漿泵通過膠管、鉆柱送進孔底的循環液，經鉆柱和孔壁的環狀間隙沖到地表，流入沖洗液池沉淀。 在鉆進過程中，巖心進入巖心管。通過提升鉆具或其他取心方法（如反循環水力取心或繩索式取心器等），將巖心卡斷，從孔底提至地表，同時將以磨損的鉆頭進行更換。從每次下鉆到提出巖心，算一個過，叫做

13、一個回次。根據孔深和巖層軟硬復雜程度的不同，回次進尺長度和速度也不一樣。升降鉆具是通過鉆塔和鉆機的卷揚機進行的。新興的全液壓鉆機和特別淺的取樣鉆機，也可以用簡單的鉆架實現無塔升降。1.2.2 巖心鉆探的方法最早的鉆探方法是沖擊鉆，借鉆頭的沖擊作用將巖石搗碎并用撈砂筒將巖屑從孔底撈出孔口，因此不可能采取完整的巖樣。巖心鉆進目前主要采取回轉鉆進。呈圓環狀，底部裝有能夠刻取巖心的硬質合金或金剛石，以及其他超硬材料。此外，也可以向孔底投入鉆粒作巖磨材料，在圓筒狀鉆頭唇面的碾壓作用下，不斷刻取巖石。近年來，根據動載破碎巖石的原理，已經出現了沖擊回轉巖心鉆進。其原理是，在硬質合金回轉鉆進的同時，采用水利或

14、風動沖擊器對鉆頭加以沖擊載荷。這樣就大大擴大了硬質合金的鉆進范圍，并可大幅度提高鉆進效率。根據上述鉆進方法的不同，目前可將巖心鉆探方法分為如下：除按鉆進方法分類的不同外，根據沖洗循環介質和循環方式、取心方法、鉆孔角度等的不同，還可分為清水鉆進、泥漿鉆進、空氣循環鉆進以及特種乳化液、混合液鉆進；正循環和反循環鉆進；提鉆取心和不提鉆取心鉆進；直孔鉆進、斜孔鉆進、水平鉆進、定向鉆進和多孔底鉆進，等等。第2章 總體設計 經過調研了解到，對鉆孔深度75米左右的鉆機需求量比較大，考慮到縣岔國內的特點，從實用角度出發，確定如下方案：1. 考慮到是用于井下，井上和野外作業，故動力可選電動機或柴油機。2. 采用

15、二級回歸式變速箱，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。考慮到有軟巖石、硬巖石的鉆進，除了正常的鉆進速度外，增加高速340r/min。4. 由于本機動力較大，動力由V型帶傳動到變速箱的傳動軸上易使傳 動軸彎曲，所以增加了卸荷裝置。5. 設置壓帶輪，皮帶調整安全可靠。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。第3章 鉆機的主要技術特性3.1 鉆機的基本技術特性1.鉆進深度(使用42或50鉆桿) 75m 2.鉆孔直徑 1開孔直徑 892終孔直徑 603. 鉆孔傾斜角度 03604. 立軸轉速 120，250，340/m

16、in5. 立軸行程 5006立軸內孔直徑 447立軸最大壓力 8KN8油缸最大給進力 20KN9電動機 1）型號 YB112M4 2）電壓 380/660V 3）功率 4KW 4）轉速 1440r/min 5）重量 58kg10外型尺寸（Lhb） 1230600111重量（不含電動機） 500K 第4章 動力機的確定根據現場需要，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。 輸出功率為N。N01.2Nj式中：Nj鉆機所需功率 KWNj(NhNy)/式中: Nh回轉鉆進所需功率 KW 效率 =0.8 Ny油泵所需功率 KWNh=N1+N2+N3式中: N1井底破碎巖石、土層所需功率

17、KW N2鉆頭與孔底摩擦所需功率 KW N3回轉鉆桿所需功率 KW4.1 回轉鉆進及破碎巖石、土層所需功率總公式為： Nh=N1+N2+N34.1.1 井底破碎巖石，土層所需功率N1N1= 3-1式中: m鉆頭切削刃數 取m=6 n立軸轉速 h鉆進速度 依據數據選取h=2cm/min 巖石抗壓強度,其值隨巖石種類不同而不同，其值見表3-1A井底環狀面積，取鉆頭直徑D=7.7cm,內孔直徑 d=5.9cm,A=(D2d2)/4=(7.5262)/4=15.894.1.2 鉆頭孔底摩擦所需功率N2N2=*f*e*n(R+r)/1944800 3-2式中: 孔底壓力或巖石抗壓強度. f鉆具與巖石直接

18、的摩擦系數 f=0.3 e側摩擦系數 e=1.0 n立軸轉速 R鉆頭外圓半徑 R=3.6cm r鉆頭內孔半徑 r=2.8由于該設計是75米鉆機，由于鉆進距離小，故無須用金剛石鉆頭鉆機。 將立軸不同轉速和不同空底壓力代入式3-2中,所得相應數值 4.1.3 回轉鉆桿所需功率N3N3=7.8*1011*L*d*n1。7 (當n200r/min時) 式中：L孔深 ， 硬質合金鉆進時，取L75000mm d鉆桿直徑 取d=36mm n立軸轉速 r沖洗液比重。 r=1.15將上述參數及立軸不同轉速代入上式，所得值列表32中。4.2 給進油缸所需功率的計算4.2.1 給進油缸的基本參數 1）給進油缸的數量

19、 n2 2）油缸直徑 D50mm 3）活塞桿直徑 d22mm 4）活塞桿有效行程 L500mm 5）油缸面積 A122cm2 6）活塞桿面積 A27cm2 7）有效面積 AA1A215cm24.2.2 油缸工作壓力的計算 鉆機大水平孔時，油缸的最大推力為：WCFm式中：W油缸最大推力 C孔底最大壓力 C10000N Fm鉆桿與孔壁間的摩擦力Fmq*L*f式中：q鉆桿單位長度重量 q45.6N/m L鉆桿長度 L75m F摩擦系數 f0.35 Fm45.6*750*0.35=1197N W=10000+1197=11197N 油泵的工作壓力PP=W/A=11197/15=746.4N/cm2 4

20、.2.3 油泵最大工作流量計算 油缸回程時的最大容油量: V1=A1*L=22*40=880mL=0.88L 油缸送進時的最大容油量: V2=A*L=15*40=600mL=0.6L當選用立軸的鉆進速度V=0.05m/min=0.5dm/min時,立軸送進時每分鐘所需的油量為: Q=2AV=2*0.15*0.5=0.15 令活塞回程時間為0.3min,則回程所需油量為: Q1=0.88*2/0.3=5.34.2.4 給進油缸功率Ny Ny=PQ/60*102=746.4*0.15/60*102=0.018 根據上面的計算,選用YBC12/60型齒輪油泵(排油量12L/min,壓力800N/cm

21、2Ny=PQ/60*102*1*2式中:P額定壓力 P=800N/cm2 Q額定流量 Q=12L 1機械效率 1=0.9 2容積效率 2=0.71 Ny=800*8/60*102*0.9*0.71=1.64KW 上式油泵排量在額定轉速1440r/min時是12L,在995r/min時是84.3 動力機功率的確定 通過上述的計算說明，立軸鉆進時給進所需功率很小，而且油泵滿負荷工作時一般是立軸停止轉動狀態，液壓卡盤松開時，必須停止鉆進。所以參考表41本機選用11KW電機或柴油機，基本能滿足表42中粗線以上各種工作狀態。表41 巖 石 名 稱 抗 壓 強 度 （N/cm2 ）粘土、頁巖、片狀砂巖40

22、00石灰巖、砂巖8000大理石、石灰巖10000堅硬的石灰巖、頁巖12000黃鐵況、磁鐵礦14000煤2000 表42N (kw) r/minN/cm2120250340N120000.090.110.1240000.180.220.2480000.360.430.47100000.450.540.58120000.540.650.70140000.630.760.81N220000.230.490.6740000.460.981.3480000.921.962.68100001.182.463.35120001.422.954.02140001.653.444.69N3 r/minN/cm2

23、0.721.802.39Nh20001.041.403.1840001.363.003.9780002.004.195.54100002.354.806.32120002.685.407.11140003.006.007.89Ny r/minN/cm20.020.020.02Nh20001.061.423.240001.383.023.9980002.024.215.56100002.374.826.34120002.705.427.13140003.026.027.91Nj=Nh/3.773.774N0=1.2Nj4.524.524.8 第五章 機械傳動系統設計5.1 主要參數的選擇5.1.

24、1 回轉器立軸的轉速，主要取決于地質條件、鉆頭直徑及鉆進方式，當使用直徑為75mm鉆頭時，采用硬質合金和鉆粒，根據國內外的經驗，立軸轉速取n90400r/min比較適宜；采用金剛石鉆頭鉆進時，立軸轉速取n4001000r/min比較適宜。本機選用130600r/min，即適合合金鉆頭鉆進，由適合金剛石鉆頭鉆進。5.1.2 變速箱參考國內外現有小型鉆機的轉速系列，本機采用了規則排列的中間轉速系列。立軸有三種轉速，120、250、340r/min轉速它們都適合合金鉆頭鉆進。5.1.3 帶輪設計 傳動比 1.25 帶型 A型 小帶輪基準直徑 112 毫米 大帶輪基準直徑 260 毫米 帶長 710

25、毫米 軸間距 186 毫米 小帶掄包角 169.75 度 V帶的根數 5根 單根V帶的預緊力 133.44 牛頓 作用在軸上的力 1159.58 牛頓 帶輪輪緣參數帶輪結構形式 實心輪槽型 A型基準寬度 11.0 毫米 基準線上槽深 2.8 毫米5.2 機械傳動系統機械系統傳動路線見圖5.2.1 立軸的轉速:n=n*D1/D2*Z1/Z2*Z3/Z4*Z7/Z8式中: n立軸的第一檔轉速 r/min N電機轉速 n=1440r/min D1主動皮帶輪直徑 D1=112mm D2大皮帶輪直徑 D2=260mm Z1Z11傳動鏈中各齒輪的齒數,Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z4大=37Z7=

26、20,Z8=40 n=1440*112/260*25/31*19/37*20/40=128.44120r/minn=n*D1/D2*Z1/Z2*Z5/Z4*Z7/Z8式中:Z5=28,Z4小=28 n=1440*112/260 *25/31*28/28*20/340=250.12250r/minn=n*D1/D2*Z1/Z4內*Z7/Z8式中: Z4內=25 n=1440*112/260*25/25*20/40=347.62340r/min 考慮到皮帶傳動、齒輪傳動、軸承等的效率，所以各檔轉速確定為120、250、340r/min。5.2.2 立軸的給進運動D3D4經低壓油管將油箱中的機油吸入

27、油管，使其產生需要的壓力，再經過高壓油管，調壓閥，操縱閥，高壓油管進入油缸中的活塞上部，推動活塞產生直線運動，活塞下部具有一定的壓力的20號機油經高壓油管，進入調速閥，調整調速閥的回油量大小即可控制給進速度的快慢。然后流經高壓油管及操縱閥，低壓油管回到油箱。5.2.3 立軸的快速移動 D3D4經油泵、高壓油管、調壓閥、操縱閥、高壓油管、調速閥、高壓油管，進入活塞的下部，推動活塞產生直線運動，活塞上部的機油經過高壓油管，操縱閥經低壓油管回到油箱，當調速閥的流量調整為最大時，立軸得到快速移動。第六章 回轉器6.1 結構特點 回轉器的結構是由本體、立軸、立軸導管、弧齒錐齒輪等組成。立軸上端裝有機械卡

28、盤。其特點是：1、回轉器尺寸小、緊湊。2、回轉器適用于各種角度的孔的鉆進。3、簡單可靠，減輕鉆機重量，離開孔口采用的是開箱式，4、立軸行程為500mm，比過去同型號鉆機大，這樣可以縮短鉆進輔助時間。6.2 零部件的基本技術特征6.2.1 成對錐齒輪基本參數小錐齒大錐齒齒數比Z8/Z7 =2齒數2040大端模數2.5分錐角26.5663.44齒寬3030齒寬系數0.3平均分度圓直徑42.576.5中錐距85平均模數2.125切向變位系數0.040.04徑向變位系數0.340.34齒頂高3.351.65齒根高2.153.85頂隙0.6齒頂角0.550.60齒根角0.650.75齒頂圓直徑5691.

29、486.2.2 齒輪在各種轉速下傳遞的功率、轉速及轉矩見表 功率 KW轉速 r/min轉矩 nm240141.750068680506.3 零部件的強度與壽命計算6.3.1 齒面按接觸疲勞強度計算接觸應力其中：ZE 材料系數 取ZE =89.8 dm 分度圓直徑 取dm = 60 ZH 節點系數 取ZH =2.14 b 齒寬 取 b=20mm u 齒數比 取 u=2 齒寬系數 取 =0.258 Ftmc 計算圓周力 其中： 使用系數 取=1.25 動載系數 取=1 所以：=1180.8*1.25*1.0*1.2=1771.2于是可得：計算安全系數 符合安全要求6.3.2 計算疲勞強度極限應力

30、其中： 作用在大端分度圓上的切應力 =2000T/n=2000*141.7/240=1180.8 使用系數 =1.25 動載系數 =1.0 載荷分布系數 =1.15 尺寸系數 =1.0 大端端面模數 =3.0 幾何系數 =0.18 所以：=1180.8*1.25*1.0*1.15*1.0/20*3*0.18=157.12 6.3.3 齒根彎曲疲勞極限應力其中：壽命系數 =1.0 溫度系數 =1.0 齒根彎曲疲勞極限應力 =162.5計算安全系數=162.5/157.12=1.03 故符合安全要求第七章 變速箱的設計與計算7.1 變速箱的結構特點變速箱的結構如圖所示,它是由變速部分、分動部分及操

31、縱部分和殼體等組成。也是變速部分和分動部分合為一體的傳動箱。其特點是：1、操縱結構采用了齒輪齒條撥叉機構，操縱靈活可靠，每個移動齒輪單獨控制，并有互鎖裝置。2、增加了卸荷裝置，減少了軸齒輪的受力狀況。3、變速、分動相組合，減少了零件數目，有效的利用變速箱內的空間。7.2 零件的強度計算 1、在校核零件的強度時，假設電機的功率全部輸入變速箱，然后再輸入回轉器。2、變速箱在不更換齒輪的情況下，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。每個速度的工作時間分配情況如下：第一速（120r/min） 為30即3000小時；第二速（250r/min） 為30即3000小時；第三速

32、（340r/min） 為40即4000小時； 3、本機零部件的強度和壽命計算方法和數據是按機械設計手冊計算的。7.3 齒輪強度計算 7.3.1變速箱內各齒輪主要參數及材料齒數模數齒寬材料硬度RC應力角備注Z12522240Cr40-4520Z23121840Cr40-4520Z31921540Cr40-4520Z4大3721640Cr40-5020Z4小2821840Cr40-4520Z4內2521040Cr40-4520Z52821640Cr40-4520Z72032040Cr45-5020Z84032240Cr45-50207.3.2 Z3、Z4齒輪副的強度校核(1) 主要參數 中心距56

33、mm 小齒輪傳遞扭矩T19550P/n1=955940.96/500.2573.3Nm式中: n1為Z3齒輪的轉速,n1=1440112/26025/31=500.25r/min m=2 Z3=19 d=38 b=15 x3=0.19 Z4=38 x4=0.1 (2) 材料選擇Z3為40Cr Z4為40Cr 其中： 被校核齒輪的彎曲疲勞極限應力 =400Mpa 實驗齒輪的彎曲疲勞極限應力 =400Mpa 彎曲壽命系數 次 次 由表查得：=1.0 =1.0 尺寸系數 查表得：=1.0 有效應力集中系數 查表得：= 1.54 =1.66 所以：=400*1.0*1.0/1.54=260Mpa=40

34、0*1.0*1.0/1.66=241Mpa（3） 校核彎曲強度 YFn3=2.85 YFn4=2.45 FIim3/YFn3=260/2.85=91.23N/mm2FIim4/YFn4=241/2.55=98.37N/mm2、 于是可知：FIim3小于FIim4 因此，齒輪3的彎曲強度差，在校核的時候，按齒輪3的強度計算。 計算彎曲工作應力：式中：計算圓周力，其中：工作圓周力工作狀況系數 ， 取=1.25動載系數， 取=1.0 載荷分配系數， =1.33載荷分布系數， 查表取=1.0故:=1981*1.25*1.0*1.33*1.0=3294.4載荷作用位置數， 取=0.65螺旋角系數， 取=

35、1.0齒寬模數所以可得： 計算齒輪的彎曲疲勞安全系數齒面接觸疲勞強度校核1） 計算齒輪的接觸疲勞極限應力式中：實驗齒輪的接觸疲勞極限應力 經查表可知=1000Mpa 壽命系數 經查表可知1.20，1.21 硬化系數 取=1.0所以：=1000*1.2*1.0=1200 Mpa =1000*1.21*1.0=1210 Mpa 2） 計算接觸工作應力其中：材料系數 取=176.1 節點系數 取=2.5 重合度系數 取=0.9 齒數比 =1.95因此：3） 計算安全系數 1 故安全可靠4） 短期過載強度校核計算取最大短期尖峰載荷是額定工作載荷的1.5倍短期過載彎曲極限應力，根據公式和查表可知：最大的

36、彎曲工作應力為：短期過載彎曲強度安全系數為： 1故安全可靠短期過載接觸極限應力，根據公式和查表可知：而最大接觸應力為：短期過載接觸強度的安全系數為： 1故安全可靠7.3.3 其它齒輪副的強度校核由于其他的齒輪強度都比該齒輪的強度高，且Z3、Z4 的一切強度都滿足要求，故其他齒輪的強度校核從略，并且也可知其他的齒輪也滿足強度要求。 7.4 軸系零件與部件的強度與壽命的校核計算在變速箱中共有三根軸，其中軸負荷最大，而且相對尺寸直徑小、長度長。下面僅以該軸的強度壽命進行驗算。軸共有六種工作狀態，向回轉器傳遞三種狀態的動力，驅動絞車三種狀態。相比而言回轉器的120r/min的轉速時該軸扭矩最大，受力最

37、大。已知下列條件：材料40Cr，調質T300，各齒輪分度圓直徑為：d4大74、d4小56、d150該軸的四個轉速及傳遞的扭矩見表轉速（r/min）扭矩（Nm）備 注檔240141.7檔50068.0檔68050在各種轉速下齒輪受力支反力計算7.4.1 圓周力的計算公式： 檔轉速：檔轉速：檔轉速：7.4.2 計算支撐反力1. 軸的水平支撐反力受力分析圖如下：60 100 由公式 ： （1） （2） 可得：=2393.6 N =-1436.1 N2. 軸的垂直支撐反力受力分析圖如下： 60 100 由公式： （3） （4） 可得：=871.2 N =522.7 N7.4.3 計算軸的彎距1. 軸的

38、水平面彎距圖如下： 于是可以計算得： N mm2. 軸的水平面彎距圖如下：于是可以計算得： N mm3. 軸合成力矩： N mm7.4.4 許用應力軸的材料為40Cr，故可取經查表可知：于是，應力正系數所以，在齒輪中的當量彎距為： N mm第八章 液壓系統的設計與計算8.1 給進油缸的設計 給進油缸的結構為雙作用單活塞桿往復運動油缸，所起的作用是：1、完成鉆孔過程中的給進運動；2、當卡鉆及處理事故時，配合絞車起拔在鉆桿。 1、75 米鉆機，打水平孔時，需克服75 F摩q*L*f69.6*75 *0.3=1566N式中:q鉆桿單位長度重量 q=69.6N/m;L鉆桿長度 L=150mf摩擦系數

39、f=0.3在低速鉆進時,當井底壓力C=10000N時,則活塞桿所產生的推力必須大于F摩+C,即1566+10000=11566N,活塞桿有效面積15cm2油泵工作壓力為:P=11566/152=1542 1500 N/cm22、油缸直徑的計算根據所需油缸最大作用力以及液壓系統的最大工作壓力可求得油缸直徑。 式中：D油缸計算直徑 D5cm P油壓系統的調整壓力, P=1500N/cm2； P2油缸最大起拔力,P2=40000N。 第九章 鉆機的使用說明9.1 鉆機的分組情況 1.回轉器 ：它是鉆機立軸產生回轉及其往復運動的部分。 2.變速箱：它是鉆機立軸和絞車產生各種不同轉數的傳動與變速部分。3

40、.機架：它是連接機器各組的機體，并將機器穩定地固定在鉆廠基臺木上。4.操縱儀：它是控制鉆機液壓系統的總樞鈕。9.2 鉆機的附屬結構9.2.1 機架機架是用鋼板焊接而成，機架左側上部為焊接油箱。在機架下部用螺栓連接著電動機，油泵組立通過油泵支架固定在鉆機下部的橫梁上。油箱存油多少，可用油針來觀測。油箱內的油是通過濾油器進入油管，然后再進入油泵。油箱內的機油需要更換及清洗油箱內部時，應先將放油塞擰開，將油放出后，打開油箱蓋進行清洗油箱內部。 電動機三角帶的長度調整是用減調整墊來完成的，油泵三角帶的調整是以調整油泵支架的位置來實現的。9.2.2 操縱儀操縱儀的油路控制閥，壓力表，油缸下油管，高壓油管

41、，油缸上油管，回油管，壓力表油管，油泵排油管等組成。壓力控制閥是調整油路壓力，改變立軸壓力的控制機構，閥體內部裝有閥座、閥心、彈簧，在使用時，閥門經常打開，是多余的壓力油流回油箱。隨著油缸需油量的不同，閥們的溢流量時大時小，以調節及平衡進入液壓系統中的流量，是油路壓力保持恒定的數目，用手輪調整彈簧可以改變油路的壓力大小，也可以使用快速手柄達到快速增壓的目的。換向閥的各個位置，都必須與節流閥配合使用。節流閥上的孔與油缸下部相接，孔A與孔A既是進油孔又是回油孔。調整立軸給進速度需要旋轉手輪。由換向閥來的油(或油缸來的油)必須要經過孔道才能構成通路。調整手輪改變節流閥的通道截面，就可以改變油路中的流

42、量大小，使立軸產生不同的給進速度。9.2.3 油泵鉆機使用的油泵是齒輪油泵，在外殼與前蓋組成的密封油腔內，裝有四個相同尺寸的軸承，分別支持著一對參數相同嚙合的變位齒輪，主動齒輪的軸端伸向前蓋接受傳遞動力，當兩輪旋轉時，在嚙合終了的區域，由于齒間容積的增加，形成負壓，故油液在大氣壓力作用下進入油泵充滿齒間，并沿齒輪圓周方向帶進嚙合開始的區域，由于齒間容積的減小形成高壓而被排出。高壓油管的接頭是采用插銷式快換接頭。這種接頭的特點是拆卸方便，密封可靠。尤其在高壓過程中，性能更為突出。這種接頭的組裝使用情況是，管套與直通(直角)芯子是扣壓辦法和高壓膠管連接的。組裝時先將高壓膠管兩端鋼絲網以外的橡膠去掉

43、，去掉長度約等于管套的長度。然后將高壓膠管旋至導管套堵頭根部，再將直通（直角）芯子滴幾滴機油插入高壓膠管內，壓縮在一起，直通（直角）芯子可以在接頭上自由轉動。在使用過程中除非接頭損壞，在一般情況下，不要隨意拆開。如需要拆開時將U型卡取出就可以分離接頭和直通（直角）芯子，更換密封圈等。9.3 操作程序所有鉆探人員都應按下列操作程序進行操作，避免因操作不當而造成機器或人身事故。1、鉆機在搬運過程中應避免碰撞，在分組搬運過程中，應將油管固定后方能進行。2、在工作場地安裝時，應使用地腳螺栓將鉆機固定于基臺木上。無論鉆任何角度的孔都應在基臺木的上面打支柱。3、電源接通前首先仔細檢查鉆機各部分安裝是否正確

44、。并應用手搬動外部可轉動部分看是否零活。4、電源接通后首先應驗證立軸轉動方向是否正確。5、需要變速或接通絞車時，必須關閉電機。6、在正式工作前應使機器空轉10分鐘，此時油路系統應調整到零壓。7、各操作手把的操作及配合使用程序：1）開車前首先將手把1、2放在0（斷開）位置，手輪3向左旋至0位，手把4置于位置3，手輪5向右旋死。2）上述各手把全部按規定位置準確無誤后即可開動電機，轉動23分鐘后將電機關閉，這時即可將手把2調到低速I的位置，再進行開車并空轉10分鐘。3）空運轉完畢后，關閉電機，將手把2調到需要的轉數后再開動電機。4）上述各傳動操作完畢后就可以調整液壓部分，液壓部分的調整是在機器運轉過

45、程中進行的，同時裝入鉆桿。所以手把位置調的正確與否對機器的安全使用非常重要。5）手輪5向右旋死（擰不動為止），手把4搬到第4個位置，手把7搬到卡緊位置后再松開使其自然回到中間位置，然后慢慢的向右擰動手輪3，當壓力表中的指針逐漸上升到0510Mpa時停止擰動手輪3而將手輪5向左慢慢擰動，當立軸開始移動應繼續擰動手輪5使鉆具下至井底，最后將節流閥調到最慢位置，并根據井下巖石的軟硬程度向右調整手輪3使立軸壓力達到需要的數值。6）當立軸的一個行程走完后將手把4搬到位置3上并關閉電機，然后將手把2搬到空檔。再啟動電機，將手把7搬到松開位置，同時抬起快速增壓手把9，待卡盤松開后，再將手把7扳到中間位置后才

46、可松開快速增壓手把9，并將手輪5調到最大的速度，這時將手把4搬到位置2使立軸快速上升（或后退），上升到終點后，將手把7搬到卡緊位置，操作者這時要把手輪5向右旋死，當電動機開動后再調手把5得到需要的給進速度，在立軸上升（或后退時）都應關閉電機后，手把2放到空檔位置后進行。7）當一個班工作完畢后將手把1置于斷開位置，手把2置于空轉位置，手把3向左扭到零位，手把4上下搬動幾次使表針回到零位后將其置于位置3，手輪5向右擰到全關閉位置。8）在每次提升使用絞車時應首先關閉電機，將手把1置于連接位置，手把2置于需要的位置上，手把3、4及5完全按第（7）條規定調到零位。9）使用絞車時手把10與11絕對禁止同時

47、制動。提升時應使手把10抱緊閘筒，手把11松開，當需要停止提升時非常迅速的先松開手把10，然后迅速的用手把11剎住卷筒。再提升時應先將手把11松開，然后使手把10抱緊閘筒進行提升。8每次打開回轉器后，在需要重新合上進行工作時，都應檢查回轉器內是否掉進污物或其它碎屑（如巖石、鐵屑等），防止損壞齒輪。回轉器合上后一定要把合箱螺母鎖緊不許松動，在給進過程中也應經常檢查。9鉆進角度的調整是用轉動回轉器來完成的，在未轉動以前應先松開四個螺母后，扳動回轉器使T型螺栓2在變速箱體前部的T形槽內移動，給進角度按需要調整好以后，要重新將螺母1鎖緊。9.4 機器的保養與維護正確的使用和保養機器是順利完成鉆孔任務的

48、保障，每個操作者都應予以高度重視，對75米鉆機應按如下規定進行保養與維護。1、應在每班開始工作前，對機器各轉動部分予以檢查。看各運動部件是否靈活可靠。2、對外露的轉動及滑動表面，應在每班開車前擦拭干凈，并于其表面涂上一層20號機械油。3、每一個操作過程中都應校核各部操作手把的位置的相互配合是否正確，不正確時應立即糾正。4、潤滑及液壓用油等應按表1規定按期進行更換。除表1規定外，其它轉動或滑動部分應根據使用情況予以潤滑。5、在每次拆裝卡盤時，都應在裝配前將螺紋部分擦拭干凈并涂一層機械油或黃干油。6、油泵用油（油箱內的油）需要保證清潔無雜質，應使用50時運動粘度為177、當油箱內的油溫超過708、

49、有關油泵的使用與保養應按YBC12/80型齒輪泵說明書規定進行。9、當立軸下降與上升時油缸內的活塞不應進入死點，應在進入死點前510mm處停車。表1需潤滑或者更換機油部分需潤滑或更換機油的時間用油種類方 法立軸每小班1次20號機械油油壺園弧傘齒輪每周1次黃干油抹入導向桿每小班1小20號機械油抹入變速箱內的潤滑連續運轉500小時更換1次20號機械油更換油箱連續運轉500小時更換1次20號機械油更換所有滾動軸承每三個月更換一次黃干油抹入卡盤每周1次20號機械油抹入第十章 經濟效益分析巖心鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔作業的施工機械。它廣泛用于市政建設、公路橋梁、高層建筑等地基礎施工工程，配合不同

50、鉆具，適應于干式(短螺旋)或濕式(回轉斗)及巖層(巖心鉆)的成孔作業。巖心鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高及多功能特點。巖心鉆機適應我國大部分地區的土壤地質條件，使用范圍廣，基本可滿足橋梁建設、高層建筑地基礎等工程的使用。目前，巖心鉆機已被廣泛推廣于各種鉆孔灌注樁工程。 10.1 巖心鉆機的市場目前，國內擁有各種型號巖心鉆機市場總量（到2003年）約為600臺，其中國產巖心鉆機占15左右，個體大量購進國外（如日本等國家生產的）二手巖心鉆機, 已經占有很大比例,大約為20。故國內巖心鉆機的競爭日趨激烈,價格有逐漸下降趨勢，巖心鉆機不再是大公司、國有大企業壟斷的專利

51、產品。 10.1.1 國內工程建設投資繼續加大 巖心鉆機的的市場發展空間可以從以下幾方面看出： （1）鐵路建設。目前青藏鐵路的二期工程已經開工，滇藏鐵路、川藏鐵路、青新鐵路也已完成預可性行研究，2010年前將相繼啟動。青藏鐵路（格拉段）全程1100km，80%的路段地處海拔都在4500m以上，最高達到5100m，預計投資150億。青新鐵路：從格爾木到新疆庫爾勒，全程共計1200km，70%的路段地處海拔3000m以上，預計投資140億。 （2）水電資源開發。青藏高原的南水北調工程是我國經濟持續發展戰略中的重要規劃之一。該工程2010年前啟動，預計投資580億。黃河上游計劃興建8座電站，總裝機容

52、量為1100萬kw，年發電量360億度。這些電站的地理位置均海拔3000m以上。 （3）石油天然氣資源的開發和西氣東輸工程。“西氣東輸”工程從塔里木到上海，跨越8個省、市、自治區，全程4200km，正在施工當中。塔里木、柴達木、陜甘寧和川渝4個國家級天然氣田儲量在1萬億m3。一期工程投資1200億，實現年輸氣量120億m3。 （4）礦產資源的開發。西昌的白馬特大型露天鐵礦，年產2000萬t以上，西藏的魯布山鉻礦、青海錫鐵山礦均年產500萬t以上。青海察爾汗鹽湖氯化鉀儲量4.4億t，占全國部儲量的97%以上。 （5）公路建設。 青藏、青新高原地區，公路密度小、等級低，公路的建設與改造任務非常大。

53、初步調查，青、藏、云、貴、甘、新六省市每年公路維修費用達50億元以上。6年內新建公路將投資30億以上。 從以上可見，無論從資源開發還是交通建設而言，工程施工任務相當繁重，投資額也十分可觀，迫切需要大量的施工設備，高原工程機械大有用武之地。 10.1.2 今后國內市場對巖心鉆機設備的需求 （1）鐵路建設的施工設備的需求。根據鐵道部“十五”計劃，今后五年大中型基建總規模達2550億元人民幣，建設新線6000km，既有在建復線3000km,電氣化鐵路5000km，建地方鐵路1000km左右，預計到2005年全國鐵路營運里程將達7.5萬km，其中復線鐵路約2.5萬km，電氣化鐵路2萬km。根據規劃，東

54、部將以完善路網和線路提速為重點，修建列車運行速度達到和超過200km/h的客運專線或高速鐵路。西部要加快新干線的建設，如重慶至懷化鐵路，青藏鐵路等。為滿足上述鐵路建設任務，除繼續加大傳統施工設備投入外，與之相適應的新設備需求有：a.滿足客運專線和高速鐵路建設的機械設備，如：能夠用于處理軟土路基的設備和技術；能夠滿足路基高密實度要求的路基壓實設備（包括用于路橋過渡段的壓實設備）；能夠滿足大直徑、深孔基礎的橋梁基礎巖心鉆機或樁機；能夠用于架設大于600t重量的預制砼梁的架橋機；用于焊接300m以上長鋼軌的焊接、矯直、打磨設備和相應的機具；用于一次性鋪設跨區間無縫線路的鋪軌機等。b.滿足青藏線高原、

55、高寒、永凍土地帶施工的巖心鉆機設備。c.用于渝懷線（重慶-懷化線）等山嶺鐵路軟弱圍巖隧道施工的機械設備。d.能在山嶺鐵路修建中發揮重要作用的設備，如：能滿足隧道開挖支護的管棚鉆機；能用于非爆破開挖的懸臂掘進機；能用于隧道初期支護的砼噴漿注漿設備。 （2）市政建設和城市軌道交通施工領域機械設備需求。隨著城市建設的不斷加快，城市建筑向高空和地下發展。為更多地參與這個市場的競爭，國內的施工企業必需彌補在這方面的設備不足，立足于高起點，采用最先進的施工設備如大噸米的塔吊、高泵送的砼泵或泵車、巖心鉆機、地下連續墻施工設備。此外，城市軌道交通的建設方興未艾，鐵路施工企業要發揮傳統優勢，在已有設備的基礎上，

56、應積極采用新設備。如用于城市地鐵和地下管線建設的盾構機、用于城市高架輕軌建設的架橋機等。 10.2 巖心鉆機的市場需求量分析目前來說,我國正在進行的大規模城市化建設為巖心鉆機提供市場需求。國家統計局1996年的統計資料顯示，我國目前共有城市666個，其中人口在100萬以上的大城市有35個。隨著國民經濟的發展，城市化進程還在加快。到2005年，城市數量將達800個，城鎮人口將超過4億，老城市改造和新城市建設中新增的樁基礎工程將大幅度增加。按城市建設和國家長期規劃中投入巨資進行項目的開發，短期內即將投資的工程項目便有數千億人民幣，對巖心鉆機的的市場需求量分析來看，巖心鉆機2004年的市場需求量預計

57、為1800臺。 但是仍然要看到，巖心鉆機的應用推廣中存在著一些制約因素。 巖心鉆進技術雖然具有以上諸多優勢，也是以后鉆孔灌注樁成孔技術的發展方向之一，但是，在這一先進技術的推廣應用過程中，也存在一些制約因素，只有認真分析這些不利因素，并采取有效措施加以克服，才能更好地發揮巖心鉆進技術的優勢。 10.2.1 設備價格昂貴 通常情況下，鉆孔樁的樁徑一般為1.21.5m，在購置設備時，一般要考慮有安全儲備系數，所購置的巖心鉆機的施工能力要稍大一些，因此目前應用最多的巖心鉆機的施工口徑在1.52m之間。這樣一臺巖心鉆機的價格都在400萬元以上，如果施工口徑再大一些，一臺鉆機加上配件的價格就要上千萬元。

58、對于一般的施工單位而言，尤其是對于絕大多數從事樁基施工的地質隊，一次性投資幾百甚至上千萬元購置設備是有一定困難的：一是本身就很難有這么大一筆設備購置資金，二是從現行的管理體制來看，即使有能力購置這一先進的施工設備，單位的領導也會考慮多方面因素而不會輕易購置。 10.2.2 運行成本較高 設備價格昂貴，其運行成本自然就會較高。根據鉆機制造商介紹以及用戶的實際使用情況來看，巖心鉆機的全負荷正常工作壽命為6300h，超過這一壽命后，一些部件就需要更換修理，尤其是卷揚系統、液壓系統主泵、動力頭以及鉆桿等，這些部件都比較貴，損壞后更換時間也較長。這就使得巖心鉆機在實際使用中的運行成本大大增加，相應提高了

59、樁基的施工成本。而目前由于樁基市場競爭激烈，加之市場競爭不太規范，許多樁基工程都是經過層層轉包后才到了施工企業手中，工程價格都比較低，已沒有太大的利潤空間，如使用巖心鉆機施工，雖然施工效率較高，工程質量也較好，但利潤卻很低甚至虧損。這也是許多施工企業將巖心鉆機閑置不用，而仍采用傳統的相對比較落后的工法施工的主要原因。 10.2.3 受工程量的制約 巖心鉆機價格昂貴，運行成本較高，這就對采用巖心鉆機施工的工程提出了一定的要求，并不像傳統的樁基施工工藝，只要工程的地質情況適合即可施工，而對工程本身沒有要求。 首先，巖心鉆機施工的工程量要大，場地要開闊、平整。巖心鉆機設備較重，一套設備一般要達到幾十

60、噸甚至上百噸，如果單項工程量較小，搬遷費用就很高，而且占用時間長，時間利用率低，這些都不利于巖心鉆機發揮其優勢。所以，只有在單項工程量較大、巖心鉆機能夠較長時間在同一工地施工的情況下，才能減少搬遷費用，提高時間利用率，較好地發揮其優勢。除了單項工程量要大外，維持一臺巖心鉆機正常運行的總的工程量也有一定的要求，按目前的情況，一般要達到每年鉆進工作量在20000延米以上，工程造價在500萬元以上，才能夠發揮其優勢。同時，由于設備較重、較大，要求施工場地比較開闊、平整，且有一定硬度，以免鉆機沉陷。不能在地表松散、泥濘、沒有夯實的場地施工。其次，巖心鉆機施工的工程，利潤要高。由于巖心鉆進設備價格昂貴，