【正文】 字母或數(shù)字為代號。 中部為主要性能參數(shù)代號，用鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)深度數(shù)字表示。如“ X”是漢字“心”的拼音首字母，表示鉆機(jī)用于巖心鉆進(jìn)。通常把這種代號稱為型號，并以銘牌指示在鉆機(jī)上。 表 1— 2 （ m） 淺孔鉆機(jī) 次深孔鉆機(jī) 中 深孔鉆機(jī) 深空鉆機(jī) 10— 150 200— 400 500— 800 900 以上 ?按原來地質(zhì)總局設(shè)備管理分類 鉆機(jī)可分為六類，即淺孔鉆機(jī)、巖心鉆機(jī)、石油鉆機(jī)、水文水井鉆機(jī)、汽車鉆機(jī)和砂礦鉆機(jī)； ?按裝載方式分類 可以分為滑橇式、卡車式、拖車式； ?按破碎巖石方式分類 可分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖擊回轉(zhuǎn)式； ?按回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)型式分類 可分為立軸式、轉(zhuǎn)盤式、動(dòng)力頭式； ?按進(jìn)給機(jī)構(gòu)分類 可以分為手輪（把）式、油壓式、螺旋差動(dòng)式、長油缸式、油馬達(dá) — 鏈輪式。 按三類分見表 1— 1。為此將鉆機(jī)實(shí)行科學(xué)分類和確定名稱，對識別、評價(jià)和選擇鉆機(jī)是很有意義的。 支承上述各機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)，使之組裝成一個(gè)整體，成為完整的機(jī)器。在出現(xiàn)孔內(nèi)事故時(shí)，可以進(jìn)行強(qiáng)力拔出。 利用油泵輸出的壓力油驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、油缸等液動(dòng)機(jī)，以使立軸回轉(zhuǎn)和控制給進(jìn)機(jī)構(gòu)、移動(dòng)鉆機(jī)、松緊卡盤等； 回轉(zhuǎn)鉆具，以帶動(dòng)鉆頭破碎孔底巖石。 鉆機(jī)的組成 目前常用的鉆機(jī)由如下各部分組成： 將輸入的動(dòng)力變速并分配到回轉(zhuǎn)、升降機(jī)構(gòu)。概括起來說，是鉆機(jī)要為多、快、好、省地完成鉆探生產(chǎn)任務(wù)創(chuàng)造有利條件。鉆機(jī)同時(shí)還是進(jìn)行石油、天然氣勘探及開采、水文水井鉆探、工程地質(zhì)鉆探等工程的重要設(shè)備。鉆機(jī)是實(shí)現(xiàn)該手段的主要設(shè)備。所以，選擇 200 米液壓鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)不僅對鉆機(jī)這個(gè)生產(chǎn)行業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義，同時(shí)間接推動(dòng)了我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，意義十分重大。但是，我們通過調(diào)查和了解發(fā)現(xiàn)，隨著生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的擴(kuò)大，市場對上鉆探深度為幾百米的液壓鉆機(jī)的需求量正在逐步上漲，尤其是鉆探深度為 200 左右的鉆機(jī)，市場前景更加樂觀。 關(guān)鍵字 地質(zhì)勘探 鉆機(jī) 變速箱 II Abstract With the high development of geology explore, engineering constructions, and farmland irrigation in our country ,various drilling equipments are put forward more one of the most important tools in explore manchines,drill machine having the prominent function in these engineering adapting to various current explore works and engineering constructions,which gives drill manchines more new design mission started on the foundation of TXU150 drill machine,and than carried on some a result,a new liquid pressure drill manchine which can drill holes as deep as 200 metres was designed. According to the drill environment and situations of the machine usage,this design mission used of the parison method, taked design parameter from the same kind type drill more analytical,I redesigned the gearbox of the 200metre drill machine as my key work. At this foundation on make use of the principle of green design, to not affected the function of the machine,it carry on optimal the end of the work,the designed machine satisfy to drill holes of depth as 200 meters in the same time, it save the manufacturing costs and producing time as could as possible. Key words geology explore drill machine gearbox 第 1 章 緒 論 2 選題的意義 本設(shè)計(jì)選擇了 200 米鉆機(jī)的變速箱設(shè)計(jì)，主要原因是當(dāng)前我國地質(zhì)勘探、工程建設(shè)和農(nóng)田水利等事業(yè)正在逐漸完善，對各種鉆探設(shè)備尤其是鉆機(jī)提出了更多的要求。在此基礎(chǔ)之上運(yùn)用綠色設(shè)計(jì)的理念，對不影響鉆機(jī)性能的環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化。為了適應(yīng)當(dāng)前各種勘探工作和工程建設(shè)項(xiàng)目對淺孔鉆機(jī)的要求，本設(shè)計(jì)任務(wù)在 TXU150 型鉆機(jī)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了一些改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了鉆探深度為 200 米的液壓鉆機(jī)。 I 摘要 隨著我國地質(zhì)勘探、工程建設(shè)和農(nóng)田水利等事業(yè)的發(fā)展，對各種鉆探設(shè)備提出了更多的要求。鉆機(jī)作為鉆探設(shè)備的重要工具之一，在這些工程中起了舉足輕重的作用。設(shè)計(jì)中根據(jù)鉆機(jī)使用的環(huán)境和場合，運(yùn)用比較和參照的方法，借鑒同類型鉆機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過比較分析，重點(diǎn)對變速箱重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。最后，設(shè) 計(jì)出的 200 米鉆機(jī)理論上滿足鉆探深度為 200 米的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)盡量節(jié)省了制造成本和生產(chǎn)時(shí)間。現(xiàn)在市場上流行的鉆機(jī)中以鉆探深度為百米左右的液壓 鉆機(jī)為主，這些鉆機(jī)在承擔(dān)各種生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中起到了至關(guān)重要的作用。變速箱是鉆機(jī)中最重要的部分之一，通過對鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)改進(jìn)，就解決了鉆機(jī)設(shè)計(jì)制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 鉆機(jī)概述 鉆機(jī)的功用 鉆探是地 質(zhì)勘探工作的重要手段之一。其基本功用是以機(jī)械動(dòng)力帶動(dòng)鉆頭向地殼鉆孔并采取巖礦心。 對鉆機(jī)的要求 鉆機(jī)的技術(shù)性能要保證在施工中能滿足合理的工藝要求，以最優(yōu)規(guī)程，達(dá)到預(yù)計(jì)的質(zhì)量要求；維護(hù)保養(yǎng)簡單容易；安裝拆卸搬遷方便；利于快速鉆進(jìn)；鉆進(jìn)輔助時(shí)間短；鉆孔施工周期短；體力勞動(dòng)強(qiáng)度低等。 根據(jù)鉆機(jī)的基本功用，對 鉆機(jī)具體要求如下： ，使鉆頭具有適合鉆進(jìn)規(guī)程需要的轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)范圍，以便有效地破碎巖石； ，并有相當(dāng)?shù)恼{(diào)整范圍，使鉆頭有效地切入或壓碎巖石； ，保證連續(xù)鉆進(jìn)； ，并能隨著鉆具重量的變化而改變提升速度，以充分利用動(dòng)力機(jī)的功率和縮短輔助時(shí)間； 3 ，以滿足鉆孔設(shè)計(jì)的要求和提高鉆進(jìn)效率。對與液壓鉆機(jī)還要有驅(qū)動(dòng)油泵，以使液壓系統(tǒng)工作的裝置。 調(diào)整破碎巖石所需要的軸心壓力和控制給進(jìn)速度。 用于升降鉆具（提取巖心和更換鉆頭）和進(jìn)行起下套管等作業(yè)。 鉆機(jī)的分類和名稱 隨著鉆探工程在國民經(jīng)濟(jì)各部門中的廣泛應(yīng)用，鉆機(jī)類別和型號也在增多。 ? 按用途分類 按用途不同，可將現(xiàn)行廣泛使用的鉆機(jī)分為三大類，即地質(zhì)勘探用巖心鉆機(jī)；石油鉆探用鉆機(jī)；專用鉆機(jī)（水文水井鉆機(jī)、物探鉆機(jī)、工 程鉆機(jī)等）； ? 按鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)孔深分類 根據(jù)不同孔深范圍，將各種不同鉆進(jìn)孔深的鉆機(jī)分成三類或四類。 4 表 1— 1 (m） 類別 淺孔鉆機(jī) 中深孔鉆機(jī) 深孔鉆機(jī) Ⅰ Ⅱ 10— 300 10— 300 300— 800 300— 800 800— 1200 1000— 2021 按四類分類見表 1— 2。 鉆機(jī)的名稱是按照鉆機(jī)綜合特征及主要性能，以漢字拼音 字母及數(shù)字編排成的代號來表示的。 國產(chǎn)鉆機(jī)名稱一般有三部分組成： 首部為用途類別和結(jié)構(gòu)特征代號，用漢語拼音中的一個(gè)字母表示?！?U”是漢字“油”的首字母，表示給進(jìn)機(jī)構(gòu)類型屬于油壓式。如標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)深度為200 米的鉆機(jī)，中部代號為 200。無尾部的是指首次產(chǎn)品。 5 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 ： 200 米液壓鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì) 主要技術(shù)參數(shù)：見表 1— 1 表 1— 1 鉆探深度 200m 立軸轉(zhuǎn)速 1 2 350、 600r/min 開孔直徑 89mm 終孔直徑 60mm 鉆機(jī)角度 0— 360186。 該機(jī)可用于不同硬度的巖石中鉆探任何角度的鉆孔，而在煤層、軟巖層、硬巖層中鉆孔和農(nóng)田打井時(shí)效率為最高。鉆機(jī)沖洗液為泥漿或清水。 本 200 米 鉆機(jī)配備動(dòng)力為電動(dòng)或柴油機(jī)，適用于井上、井下或野外沒有電源的場地作業(yè)。鑒于以上原因，我們決定改進(jìn) 200 米鉆機(jī)。 7 總體設(shè)計(jì)方案的確定 經(jīng)過調(diào)研和幾次方案論證，考慮到現(xiàn)場特點(diǎn)，從實(shí)用角度出發(fā)，確定方案如下： 、井上和野外作業(yè)，動(dòng)力可選電機(jī)或柴油機(jī) ； 、硬巖石 的鉆進(jìn)，除了正常的鉆進(jìn)速度外，增加高速 600r/min； ，增加了液壓卡盤減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高有效鉆進(jìn)速度 ； ，絞車速度不能太快，所以增加了互鎖裝置，安 全可靠； ，動(dòng)力由 V 型帶傳動(dòng)到變速箱的傳動(dòng)軸上易使傳動(dòng)軸彎曲，所以增加了卸荷裝置； 變速箱，減少變速箱體積，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，選用不同的鉆進(jìn)速度； ，盡量結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適于整體或解體搬運(yùn)。 鉆機(jī)的技 術(shù)特性和要求 考慮到鉆機(jī)的實(shí)際工作情況，根據(jù)我國當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)和工藝水平，本 TXU— 200型鉆機(jī)的技術(shù)特性為： (使用Φ 42 或Φ 50 鉆桿 ) 200m ? 開孔直徑 89m ? 終孔直徑 ≥ 60mm 0～ 360176。 輸出功率為 0N 0 ? （ 3— 1） 式中： jN — 鉆機(jī)所需功率 (KW) hyj NNN ??? 式中 : hN — 回轉(zhuǎn)鉆 及破壞巖石、土層 所需功率 (KW) ? — 效率 ?= yN — 油泵所需功率 (KW) 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率計(jì)算公式如下： hN = 1 2 3N N N?? （ 3— 2） 式中 : 1N — 井底破碎巖石、土層所需功率 (KW) 1N = 34 3060000Am nh ?? 式中 : m— 鉆頭切削刃數(shù) 取 m=6 n— 立軸轉(zhuǎn)速 （ r/min） r/min h— 鉆進(jìn)速度 (cm/min) 當(dāng)轉(zhuǎn)速 130r/min、 250r/min 時(shí) ,h=5cm/min 當(dāng)轉(zhuǎn)速 350r/min、 600r/min 時(shí) ,h= δ — 巖石抗壓強(qiáng)度 ,其值見表 31 A — 井底環(huán)狀面積，取鉆頭直徑 D=,內(nèi)孔直徑 d= 2 2 2 2( ) ( 7 . 7 5 . 9 ) 1 9 . 344DdA ????? ? ?cm2 2N — 鉆頭與孔底摩擦所需功率 (KW) 10 2 ()1944800f e nN R r? ? ? ??? （ 3— 3） 式中 : δ — 孔底壓力或巖石抗壓強(qiáng)度 ； f — 鉆具與巖石直接的摩擦系數(shù) f= e— 側(cè)摩擦系數(shù) e= n — 立軸轉(zhuǎn)速 (r/min) R— 鉆頭外圓半徑 (cm) R= r— 鉆頭內(nèi)孔半徑 (cm) r= 將立軸不同轉(zhuǎn)速和不同孔底壓力代入式 （ 3— 3） 中 ,所得相應(yīng)數(shù)值見 表 3— 1。 11 給進(jìn)油缸所需功率的計(jì)算 給進(jìn)油缸的基本參數(shù) 1. 給進(jìn)油缸的基本參數(shù)