ZDY-1600型全液壓鉆機(jī)夾持器的設(shè)計(jì)

1、 1 / 11 ZDY-1600型全液壓鉆機(jī)夾持器的設(shè)計(jì) 夾持器作為鉆機(jī)的一個重要部件,其主要作用是在自動裝卸鉆桿時(shí)，與鉆機(jī)的馬達(dá)協(xié)調(diào)運(yùn)動正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鉆桿間對接、脫離，鉆頭拆卸等，必要時(shí)夾持孔內(nèi)鉆具，防止孔內(nèi)鉆具滑移，因此其性能的好壞將直接影響到鉆機(jī)整機(jī)的性能、鉆進(jìn)效率以及鉆孔質(zhì)量等。 1.液壓夾持器的分類、特點(diǎn)及選用 1.1xx開式夾持器 一般采用液壓夾緊、彈簧松開的方式，在不工作時(shí)處于松開狀態(tài)。夾持器靠油缸的推力產(chǎn)生夾持力，油壓的下降將直接引起夾持力的下降，一般需在油路上設(shè)置性能可靠的液壓鎖來保持壓力。 1.2xx閉式夾持器 靠彈簧的預(yù)緊力夾緊鉆具，油壓松開，在不工作時(shí)，處于夾緊狀態(tài)，在斷

2、電等異常情況時(shí)為夾緊狀態(tài)，安全可靠，防止跑鉆事故的發(fā)生。 1.3液壓松緊型夾持器 夾緊松開都由液壓力實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較為簡單,兩側(cè)油缸進(jìn)油口分別通高壓油時(shí),卡瓦跟隨活塞運(yùn)動向中心收攏，夾緊鉆具，改變高壓油入口，卡瓦則背離中心，松開鉆具。該類夾持器結(jié)構(gòu)對稱，但是夾緊力容易受油壓力變化的影響。 1.4復(fù)合式液壓夾持器 有主油缸和副油缸，副油缸側(cè)連接一組碟簧，當(dāng)高壓油進(jìn)人主油缸，推動主油缸缸體移動，通過頂柱將力傳給副油缸側(cè)的卡瓦座,碟簧被進(jìn)一步壓縮，卡瓦座移動；同時(shí)，在圓柱彈簧的作用下，主油缸側(cè)卡瓦座移動，松開鉆具。需要夾緊時(shí)，副油缸在油路上與動力頭反轉(zhuǎn)相連，當(dāng)鉆機(jī)反轉(zhuǎn)擰卸鉆具時(shí)，高壓油同時(shí)進(jìn)人副油缸，副

3、油缸活塞對卡瓦座產(chǎn)生推力，與壓縮的碟簧共同夾緊鉆具。復(fù)合式夾持器開口量大、開啟壓力低、體積小、性能可靠、并且也可以實(shí)現(xiàn)突然斷電時(shí)夾緊鉆具，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，重量非對稱布置，在某些特定的使用場合可能引起一定的偏載。 2 / 11 根據(jù)以上四種類型的夾持器的特點(diǎn)，我們決定采用復(fù)合式液壓夾持器。 2、復(fù)合式液壓夾持器的設(shè)計(jì) 21夾持能力的計(jì)算 211鉆具自重 根據(jù)鉆機(jī)總體方案設(shè)計(jì)要求鉆桿直徑確定為國為6373，鉆進(jìn)深度為250m,設(shè)計(jì)時(shí)按739鉆桿重量進(jìn)行設(shè)計(jì)，73鉆桿每米重為 14.46kg/m，73 9.19 G=qlg 式中： G鉆桿的總重量kg q73 9.19鉆桿單位xx重量 14.46

4、kg/m l鉆桿xxm，本鉆機(jī)按250m。 g重力加速度 代入公式得： G=qlg= 14.46250 9.8=35427N 21 3 / 11 2、夾持器克服鉆具自重所需夾緊力F1式中： f卡瓦與鉆桿間的摩擦系數(shù)，取f= 0.25 鉆孔傾角，取=90 21 3、夾持器克服鉆機(jī)轉(zhuǎn)矩所需的卡緊力F2式中： M鉆機(jī)扭矩，取1600N f卡瓦與鉆桿間的摩擦系數(shù)，取f= 0.25 d鉆桿直徑mm，取73 21 4、夾持器克服鉆具自重和鉆機(jī)轉(zhuǎn)矩所需的卡緊力F 3夾持器克服鉆具自重所需夾緊力F 1= 70.854kN 夾持器克服鉆機(jī)扭矩所需夾緊力F 2= 87.67kN 夾持器克服鉆具自重和鉆機(jī)扭矩復(fù)合力

5、的夾緊力F 3= 112.72kN 4 / 11 22、蝶形彈簧的計(jì)算及夾持器開口的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求蝶形彈簧克服F 1的夾緊力，因此，根據(jù)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)要求選擇蝶形彈簧為1608210 13.5 根據(jù)碟形彈簧負(fù)荷計(jì)算公式： FF 式中： E= 2.06105N/mm2，= 0.3，無支承面K 4=1, 以，,所由A系列的h 0/t 0.4,根據(jù)P 1/P c= 0.395，f/h 0= 0.36變形量ft= 0.367h 0= 5 / 11 0.36 3.5= 1.26mm。 當(dāng)?shù)螐椈蓧嚎s變形為 1.26mm時(shí)，其負(fù)荷為P 1=70854Nf。 f= 0.75h 0= 0.75 3.5= 2.6

6、25mm,對應(yīng)的負(fù)荷為P 2= 142.86kg取P max片數(shù)為13片，設(shè)定碟形彈簧最大變形量為 2.625mm。 H=( 2.625- 1.3)13= 17.225mm17mm 因此夾持器開口為： 6 / 11 H=17mm。 碟形彈簧彈力和副油缸的推力要大于鉆具自重和鉆機(jī)扭矩的合力， 23、主油缸面積及最低開啟壓力的確定 式中：D 1、D 2主夾持器、副油缸活塞直徑，D 1=160mm,D 2=60mmP 0系統(tǒng)背壓，P 0= 0.5MPaP1碟形彈簧工作點(diǎn)的作用力，P 1=72KN 主油缸在油壓的作用下進(jìn)一步壓縮碟簧，打開夾持器。考慮到最低開啟壓力，主油缸選用用160mm柱塞缸，最低開

7、啟壓力為:Fmin= 4.286MPaF 3= 112.72kN ,滿足要求。 25、聯(lián)接螺栓的計(jì)算 前面已計(jì)算了夾持器的副油缸和碟形彈簧同時(shí)工作。其最大夾持力：Fmax= 12186kN，夾持器的聯(lián)接螺栓是采用了四根，那么每根螺栓所受軸向載荷為： 求聯(lián)接螺栓工作時(shí)總的拉伸載荷Q取C e= 0.2,C 0= 1.2Q=( C 0+ C e)F= 8 / 11 1.4 30.5= 42.7kN 選取螺栓材料確定許用應(yīng)力選取螺栓材料為45#鋼，s=360MPa,安全系數(shù)取S=2,則螺栓的許用應(yīng)力為： 確定螺栓的直徑得螺紋的內(nèi)徑F max按GB196-81粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)查得，當(dāng)d=24mm時(shí),d1

8、= 20.752mm 19.82mm,可滿足要求，故可選用M24的螺栓。查表可知所取的安全系數(shù)S=2是合適的。 3、復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì) 單個卡瓦座毛重50kg，根據(jù)摩擦力計(jì)算公式f=NK，式中的叫動摩擦因數(shù)，取= 0.3,N為正壓力，K為卡阻系數(shù)，我們?nèi)=2。 那么f=NK= 0.35002=300N 則：F1=300N，取F 2=500N。由于夾持器設(shè)了四個螺桿，每個螺桿上設(shè)一各復(fù)位彈簧F 1=f/Z=300N/4=75N,取F 2=150N。 設(shè)定彈簧的最小載荷F 9 / 11 1=350N，彈簧的最大載荷F2=700N,彈簧的工作行程17mm，彈簧的大徑為37mm。 式取彈簧鋼絲直徑d=5

9、mm， 彈簧的中徑D 2為：D2=D-d=37-5=32mm 彈簧指數(shù)C為： C=D2曲度系數(shù)K= 1.23查表 彈簧鋼絲的強(qiáng)度極限 B=1400MPa, 許用扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力= 0.4 B= 0.41400=560MPa 彈簧鋼絲直徑dd1取定d=5mm, 彈簧的剛度j為： 彈簧的變形量 彈簧的有效圈數(shù)n： 取10彈簧的支承圈數(shù)n 2=2 彈簧的總?cè)?shù)n 10 / 11 1=n+n 2=10+2=12 彈簧的的間距 彈簧的節(jié)距t t=+d=4+5=9mm 彈簧的自由高度H0H 0=n+(n 1- 0.5)d=104+(12- 0.5)5= 97.5mm 彈簧的最小工作載荷F1彈簧鋼絲展開長度L L=D 2n 1= 3.143212= 1205.76mm螺旋