MZ120全液壓旋轉(zhuǎn)推進型土錨鉆機總體設(shè)計論文說明書

1、摘要全液壓土錨鉆機是地質(zhì)勘探中的重要設(shè)備，隨著世界各國對地質(zhì)勘探的重視及各種大規(guī)模工程的施工，其應(yīng)用前景也越來越廣闊。全液壓土錨鉆機是機電液一體化的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)的好壞直接影響鉆探施工的質(zhì)量。變幅機構(gòu)作為工程鉆機機身位置的驅(qū)動裝置，其結(jié)構(gòu)尺寸影響著鉆機的工作范圍，不同施工條件下機構(gòu)的受力情況影響設(shè)備的可靠性；液壓系統(tǒng)作為鉆機工作的動力，性能的好壞決定著鉆進效率的高低。用虛擬技術(shù)對工程鉆機的機械、液壓系統(tǒng)進行研究，在設(shè)計初始階段發(fā)現(xiàn)設(shè)計的不足進行改正，有助于提高鉆機的設(shè)計水平，促進產(chǎn)品的創(chuàng)新，對工程機械行業(yè)來說具有重要的意義。MZ120全液壓旋轉(zhuǎn)推進型土錨鉆機具有變幅機構(gòu)，在一個位置可以進行大區(qū)域

2、多角度鉆孔，適用于多種條件下的施工，同時具備履帶行走功能，機動性強，適應(yīng)性強，被廣泛應(yīng)用于邊坡錨固支護、隧道超前管棚支護施工，室內(nèi)建筑基礎(chǔ)加固，以及露天采石炮孔等工程施工中，市場需求大，市場前景好。關(guān)鍵字：全液壓土錨鉆機，變幅機構(gòu)，液壓系統(tǒng)，虛擬技術(shù)，鉆孔，履帶AbstractWiththeworldpayattentiontogeologicalexplorationandallkindsoflarge-scaleengineeringconstruction,fullhydraulicsoilanchoristheimportantgeologicalexplorationdrilling

3、equipment,whichapplicationprospectisalsomoreandmorewide.Fullhydraulicsoilanchorrigismechanicalandelectricalintegrationofliquidequipment,whichstructurehasdirectimpactonthequalityofthedrilling.Luffingmechanismasthefuselageoftheengineeringdrillingpositiondevicedrivers,thatstructuresizeaffectrigscopeofw

4、orkandthedifferentconstructionconditionsforceoftheinstitutionsinfluencethereliabilityoftheequipment.Hydraulicsystemdoasthepowerofthedrillingrigs,whichtheperformancedecidedthedrillingefficiency.Withavirtualtechnologytotheengineeringdrillingmachine,hydraulicsystem,inthedesignthatthedeficiencyoftheinit

5、ialstagedesigntocorrectthem,andimprovethedesignlevelofdrillingrig,andpromotetheinnovationoftheproduct,andtheengineeringmachineryindustryisofgreatsignificance.MZ120fullhydraulicpressurerotatingpushedbysoilanchorrighasluffingmechanism,whichcanbelargeareafromdrillinginaposition,Itisapplicableforvarious

6、conditionsconstruction,withthecrawlerwalkingfunction,mobilitystrong,strongadaptability.Itcanbewidelyapplicationprogresses,tunnelanchoragesupportaheadofpiperoofsupportconstruction,interiorarchitecturefoundationreinforcementandopen-airquarryinggunholeandsoon.Themarketdemandandthemarketprospectispromis

7、ing.KeyWords:Fullhydraulicsoilanchor,Luffingmechanism,Hydraulicsystem,virtualtechnology,drilling,crawler1緒論11.1選題背景11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀11.2.2錨桿鉆機的發(fā)展趨勢21.3本次設(shè)計的技術(shù)難點及分析41.4完成設(shè)計課題所必須采用的手段和方法42方案的構(gòu)思與抉擇52.1主要方案的構(gòu)思與分析52.1.1行走系統(tǒng)（底盤）的設(shè)計與選型52.1.2進給機構(gòu)的設(shè)計和選型62.1.3液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和選擇92.1.4動力頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計和選型102.1.5鉆桿加持一擰

8、卸機構(gòu)的設(shè)計122.1.6變角機構(gòu)的設(shè)計142.1.7泥漿系統(tǒng)的設(shè)計142.1.8發(fā)動機系統(tǒng)的設(shè)計與選型152.1.9鉆桿裝卸機構(gòu)的設(shè)計162.1.10潤滑系統(tǒng)的設(shè)計163整機參數(shù)的計算163.1功率計算173.1.1工作機構(gòu)進給力的計算173.1.2回轉(zhuǎn)扭矩的計算173.1.3整機功率的計算173.1.4柴油機的選擇193.1.5主要外形參數(shù)的計算204工作機構(gòu)的設(shè)計計算224.1工作裝置設(shè)計原則224.2工作裝置總體方案選擇234.3工作裝置尺寸的設(shè)計234.3.1主梁機構(gòu)尺寸234.3.2動臂尺寸設(shè)計234.4動臂的設(shè)計計算244.4.1工作裝置參數(shù)選擇244.4.2動臂工作機構(gòu)的設(shè)計計

9、算244.4.3特殊工作位置分析264.5鏈條的設(shè)計與選擇294.5.1鏈條的選擇294.5.2中心距的確定304.6鏈條靜力強度的驗算324.7鏈輪的設(shè)計與計算344.7.1主鏈輪的設(shè)計計算344.7.2被動鏈輪的設(shè)計計算375主梁體的結(jié)構(gòu)設(shè)計375.1主梁材料的選用375.2導(dǎo)軌的設(shè)計385.3動力頭滑板的設(shè)計395.4擋塊的設(shè)計395.5動力頭緊固螺栓的選擇與校核405.5.1螺栓受力分析405.5.2確定螺栓直徑425.5.3鏈條總長度的確定425.5.4主梁各部分重量及總重量計算435.5.5主梁整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性校核436夾持擰緊機構(gòu)的設(shè)計446.1鉆桿的設(shè)計與校核446.1.

10、1鉆桿強度校核456.2鉆桿穩(wěn)定性驗證466.3鉆桿體積和重量466.4動力頭扭矩計算476.4.1合金鋼螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力Fo476.4.2鉆桿螺紋預(yù)緊力矩計算476.4.3夾緊力計算487駕駛室的設(shè)計497.1駕駛室外形尺寸的設(shè)計497.2駕駛室噪聲控制517.3駕駛室的宜人化氣候環(huán)境517.4駕駛室的防護措施538錨桿鉆機的穩(wěn)定性計算538.1爬坡時的穩(wěn)定性539使用和維護說明579.1操作環(huán)境及使用條件579.1.1本機的工作環(huán)境579.1.2MZ120旋轉(zhuǎn)推進型土錨鉆機安全使用規(guī)則579.2技術(shù)條件589.2.1加工制造條件589.2.2使用技術(shù)條件589.2.3驗收及涂漆技術(shù)條件59

11、9.2.4標志及包裝60參考文獻61附錄62結(jié)束語63致謝641緒論1.1選題背景上世紀90年代以來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和國家對基礎(chǔ)投資的增大，并且地鐵和高層住宅建筑的施工面積也在擴大，地下施工的深度已經(jīng)達到好幾十米，長度也達到好幾白米，工程量巨大。在國內(nèi)各大城市的規(guī)劃中，已經(jīng)把地下空間的利用(地鐵、停車場)作為城市規(guī)劃發(fā)展的重點方向。全液壓旋轉(zhuǎn)推進型土錨鉆機適用于水電站、鐵路、公路邊坡各類地質(zhì)災(zāi)害防治中的滑坡及危巖體錨固工程，特別適合高邊坡巖體錨固工程，還適用于施工城市深基坑支護、抗浮錨桿及地基灌漿加固工程孔、爆破工程的爆破孔、高壓旋噴樁、隧道管棚支護孔等，將其動力頭略微變動，即可方便地全方位施

12、工。具有施工成本低、效率高、質(zhì)量好、震動和噪音污染小等優(yōu)點。在國內(nèi)建筑事情蓬勃發(fā)展，建筑樓層越來越局、范圍越來越大、施工條件越來越復(fù)雜的情況下，要求工程具有向承載能力強，建筑深度大，可靠性強的方向發(fā)展。國家在新世紀開始后，每年投入大筆資金進行地質(zhì)大調(diào)查，而全液壓土錨鉆機在很多領(lǐng)域中具有重要作用，所以開發(fā)適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件的地質(zhì)勘探設(shè)備和在深坑中進行支護的全液壓履帶式土錨鉆機勢在必行。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀錨桿鉆機按結(jié)構(gòu)分為單體式、鉆車式、機載式；按動力分為電動式、氣動式、液壓式；按破巖方式分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式、沖擊回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)沖擊式。到目前為止，我國已開發(fā)了30多種型號和不

13、同類型的錨桿鉆機?？偟膩碚f主要分為以下幾個大的類型：(1) 單體氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機基本情況：該鉆機是錨桿鉆機產(chǎn)品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類型氣動馬達中，葉片馬達式已基本淘汰，齒輪式馬達與柱塞式馬達在扭矩轉(zhuǎn)速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、對潤滑的要求與抗污染等方面各有優(yōu)缺點，在不同使用條件下都有各自的市場.總的來說，齒輪氣動馬達式已基本能代替進口產(chǎn)品，但玻璃鋼支腿等部分的可靠性需要進一步提高；柱塞馬達式錨桿鉆機尚處于小批量生產(chǎn)階段，尚需考核。氣動沖擊式錨桿鉆機基本以雙級氣腿式為主，因其結(jié)構(gòu)較成熟，可以在堅硬巖石上鉆進。盡管在某種巖石條件下的鑿巖速度低于回轉(zhuǎn)式，且噪聲頗高，仍被相當

14、多地應(yīng)用于錨桿支護。條件限制：國產(chǎn)氣動錨桿鉆機已基本能代替進口產(chǎn)品。但煤礦井下壓縮空氣系統(tǒng)的輸送管道距離長，井下氣動設(shè)備多，工作面氣體工作壓力偏低，常常word在0.4MPa以下，使鉆機性能與鉆進速度都比0.63MPa壓力下下降30咖上，影響錨桿孔鉆進的效果，特別是在堅硬巖石與深孔作業(yè)條件下，鉆進作業(yè)更加困難。(2) 液壓錨桿鉆機基本情況：該機型輸出的扭矩高于氣動錨桿鉆機，在某些場合下應(yīng)用較好，特別是與掘進機配套是較優(yōu)越的工作方式。條件限制：從目前已正式投入使用的支腿式液壓錨桿鉆機來看，鉆機輸出仍矩仍然偏低，液壓系統(tǒng)容易發(fā)熱。由于以礦物油為工作介質(zhì)，在煤礦井下使用中存在安全隱患。液壓錨桿鉆機的

15、輸出扭矩比氣動錨桿鉆機大，但是，有的產(chǎn)品扭矩值偏低，扭矩低于60N.m,加上管路壓力損失，井下鉆進無力。有的產(chǎn)品液壓系統(tǒng)溫升過高，連續(xù)運轉(zhuǎn)2h后系統(tǒng)溫度升至65C以上，性能急劇下降。若保持工作壓力不變，轉(zhuǎn)速下降率達50%以上。有的產(chǎn)品性能尚好，雖然液壓系統(tǒng)溫度高于65C，性能下降率不到20%,但過高的溫度易使工作液變質(zhì)，密封件容易早期失效。(3) 電動錨桿鉆機該機的輸出特性較差，實際鉆孔速度較低，電機可靠性及防水性能存在嚴重問題，尚無良好的推進方式。另外，電動錨桿鉆機扭矩特性不好，有的產(chǎn)品過載能力不到額定值的2倍，不能滿足錨桿孔鉆進時需克服相當于額定扭矩2.5倍左右的阻力矩的要求，產(chǎn)品固有可靠

16、性不高，因此電動錨桿鉆機尚未正式在井下成批使用。(4) 已開發(fā)的鉆車式與機載式錨桿鉆機都具有一定特點，并取得一些效果，但因煤礦井下具體條件以及經(jīng)濟上的原因，近期難以廣泛應(yīng)用。國外錨桿孔鉆進設(shè)備的品種與功能多樣，技術(shù)性能優(yōu)越，可靠性高。美國煤礦大量使用塔架鉆車式錨桿鉆機，班工作效率達120240根，并著手開發(fā)計算機控制的全自動錨桿鉆機。法國生產(chǎn)的轉(zhuǎn)架式錨桿鉆機集鉆孔、安裝錨桿為一體，并具有儲存錨桿桿體的錨桿倉。芬蘭生產(chǎn)具有樹脂注射系統(tǒng)的鉆車式錨桿機，使鉆孔、安裝錨桿桿體、注入粘結(jié)劑全由機械完成，機械化程度頗高。澳大利業(yè)有4家錨桿鉆機生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)各種不同類型的錨桿鉆機，尤以單體氣動支腿式錨桿鉆機

17、使用居多，并有多家公司生產(chǎn)能與掘進配套的單體支腿式液壓錨桿鉆機。澳大利業(yè)氣動支腿式錨桿鉆機主要有柱塞馬達與齒輪馬達式兩種(早期葉片式氣動馬達已淘汰)，采用玻璃鋼碳素纖維支腿。澳大利業(yè)液壓錨桿鉆機可以以礦物油和難燃液為工作液，回轉(zhuǎn)機構(gòu)由擺線液壓馬達驅(qū)動，有的產(chǎn)品采用玻璃鋼碳素纖維支腿使機重減輕。1.2.2錨桿鉆機的發(fā)展趨勢(1) 氣動、液壓單體回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機是一個時期的主流。綜觀國外錨桿鉆機發(fā)展歷程以及國內(nèi)多方面實踐，針對煤礦經(jīng)濟狀況與煤巖、半煤巖巷道的具體特點，單體回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機是一個時期內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)與開發(fā)的主流。從目前技術(shù)現(xiàn)狀看，在具有壓縮空氣源的條件下，氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機仍為首選產(chǎn)品。但是，

18、如何解決壓縮空氣工作壓力不足的問題會逐漸引起人們的重視。合理選擇壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)，正確確定空壓機及其動力系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，開發(fā)新型的提高壓縮空氣壓力的機械設(shè)備，將成為進一步發(fā)揮氣動錨桿鉆機作用的關(guān)鍵。氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機中，采用柱塞式馬達與齒輪式馬達各有優(yōu)缺點。兩種不同類型氣動馬達錨桿鉆機的競爭核心，是如何使鉆速高、可靠性好、維修費低。產(chǎn)品進一步研究開發(fā)的核心將是采用合理技術(shù)參數(shù)、高科技、新材料、先進工藝。液壓錨桿鉆機會成為氣動錨桿鉆機的有益補充。液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機因其工作壓力高、扭矩大、動力系統(tǒng)可不受外界影響，在一些場合下是合理的機型。一個時期內(nèi)，液壓錨桿鉆機主要用于與掘進機配套，共用其液壓泵站

19、。經(jīng)過一定時期以后，用戶會根據(jù)錨桿支護的需要與具體條件，進行綜合技術(shù)經(jīng)濟分析，在適宜的場所確定采用液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機。由于液壓錨桿鉆機使用量的增加，礦物油介質(zhì)的安全性問題會日益突出，開發(fā)難燃液錨桿鉆機的問題將適時提到日程上來。(3) 電動錨桿鉆機仍會處在技術(shù)攻關(guān)階段。電動錨桿鉆機的動力單一，是人們理想的首選機型。但因目前技術(shù)水平所限，其支腿配套方式、扭矩-轉(zhuǎn)速硬特性和電機防水耐潮性能差等，都不利于其更快地向前發(fā)展。在一定時期內(nèi)，電動錨桿鉆機產(chǎn)品仍會以“技術(shù)攻關(guān)”為基本特征。(4) 回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機方向。今后回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機的發(fā)展前途，將是如何擴大鉆進巖石的范圍、提高產(chǎn)品可靠性與減輕機重。另外，研究

20、錨桿鉆機扭矩與改革鉆頭是發(fā)展回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進設(shè)備的關(guān)鍵。回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進方式有其一定的優(yōu)越性，但若更加廣泛地應(yīng)用，必須首先從提高扭矩入手，配以適合的鉆頭，適應(yīng)鉆進具有較高磨蝕性的巖石。提高鉆頭的水平，離不開高新技術(shù)，盡量采用新材料和新工藝，特別是經(jīng)濟有效的表面強化技術(shù)。國外曾試驗研究高壓水細射流技術(shù)和小孔徑金剛石鉆進技術(shù)，目前尚未正式用于錨桿孔鉆進。硬質(zhì)合金仍是錨桿孔鉆進的主要鉆具材料。采用高新技術(shù)，改進硬質(zhì)合金片的性能，同時，研究合理的鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)，仍是小直徑回轉(zhuǎn)式巖石鉆頭的主攻方向。(5) 錨桿鉆機未來可能實現(xiàn)突破改進的方面。幾十年來，錨桿孔鉆進設(shè)備已有了一定的提高，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展錨桿

21、鉆機及其配套設(shè)備會逐步改革，在以下幾個方面將引起產(chǎn)品重大的變化：a結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化以及高科技新材料的應(yīng)用，使單體錨桿鉆機性能提高、重量減輕。采用了高新技術(shù)的巖石鉆頭將使回轉(zhuǎn)式鉆進方式擴大應(yīng)用范圍。b. 高科技微電子技術(shù)在不同動力、不同類型錨桿鉆機上的應(yīng)用，可能會使錨桿鉆機發(fā)生某些根本性的變革，例如改變鉆機特性、改善操作性能、提高可靠性等。國外已探討計算機控制的錨桿孔鉆進與錨桿安裝的綜合性自動化設(shè)備。鑿巖機器人的成功應(yīng)用必將有力地促進錨桿孔鉆進設(shè)備的進步。word錨桿孔鉆進設(shè)備的發(fā)展，以錨桿支護技術(shù)與鑿巖技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，錨桿支護新類型、新材料的出現(xiàn)會對錨桿鉆機的結(jié)構(gòu)參數(shù)、技術(shù)性能與功能提出新的要

22、求。錨桿孔鉆機的開發(fā)必須緊隨錨桿支護的技術(shù)發(fā)展。同時，鑿巖技術(shù)的發(fā)展會促進錨桿孔鉆進設(shè)備的提高。不同鑿巖方式的研究以及通用鑿巖機具的研究成果，都將會及時地移植到錨桿孔鉆進設(shè)備的開發(fā)上來。錨桿孔鉆進設(shè)備是錨桿支護的關(guān)鍵設(shè)備，它影響著錨桿支護的質(zhì)量-錨桿孔的方位、深度、孔徑的準確性以及錨桿安裝質(zhì)量，乂涉及操作者的人身安全、勞動強度與作業(yè)條件。錨桿孔鉆進設(shè)備的核心是高效與安全。發(fā)展煤礦錨桿孔鉆進設(shè)備以高效、安全為核心，就會有強勁的競爭力，這是產(chǎn)品具有發(fā)展前途的根本。1.3本次設(shè)計的技術(shù)難點及分析本次設(shè)計的難點是對工作臂的設(shè)計，因為要將原有的復(fù)雜裝置簡單化的同時滿足技術(shù)參數(shù)和技術(shù)條件，所以此部分的設(shè)計

23、是本次設(shè)計的關(guān)鍵之一，更是難點。我將此難點分為以下兩個不分：a.動作臂的運動分析設(shè)計；b.工作臂的尺寸參數(shù)設(shè)計。根據(jù)對整機的運動分析，我把工作臂的設(shè)計明確為對動臂和主梁的幾個工作皎點的布置設(shè)計。設(shè)計時我采用了履帶式液壓挖掘機的動臂部分的設(shè)計方法，對工作臂的運動進行了合理的分析和計算從而得到這幾個皎點的正確位置，然后對相應(yīng)的尺寸參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。至于要實現(xiàn)整機360度的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)全方位的鉆孔，本機借鑒了液壓挖掘機中已經(jīng)相當成熟的回轉(zhuǎn)支承技術(shù)，采用了可回轉(zhuǎn)行走底盤。1.4完成設(shè)計課題所必須采用的手段和方法完成設(shè)計課題主要采用以下手段：數(shù)學(xué)計算、幾何分析計算、計算機繪圖、手工繪圖等。所用的設(shè)計方法

24、有比擬法、經(jīng)驗設(shè)計及傳統(tǒng)的設(shè)計方法。2方案的構(gòu)思與抉擇2.1主要方案的構(gòu)思與分析2.1.1行走系統(tǒng)（底盤）的設(shè)計與選型鉆機底盤一般為液壓驅(qū)動、剛性連接式車架。底盤主要包括車架及行走裝置，車架為框架焊接結(jié)構(gòu)，上面有發(fā)動機、油水散熱器、燃油及液壓油箱、操縱裝置等的安裝支架；行走裝置主要由驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托鏈輪、履帶總成、履帶張緊裝置及行走減速機、縱梁組成（圖2-1）。圖2-1行走裝置結(jié)構(gòu)圖行走裝置中左、右縱梁分別整體焊接后，與中間整體框架式車架用高強度螺栓連接成為一個整體車架。車架后端可設(shè)置兩個蛙式支腿或兩個垂直的支腿，有效降低支腿部分重量及簡化結(jié)構(gòu)，工作時支腿支起，增強整車的穩(wěn)定性。行走

25、減速機一般選用進口的內(nèi)藏式行星減速機（包括馬達）或兩點式變量馬達減速機，可選日本帝人公司或其它廠家的產(chǎn)品，行走時能夠?qū)崿F(xiàn)行走快慢雙速，輸出扭矩大、結(jié)構(gòu)緊湊。橡膠履帶有兩種結(jié)構(gòu)方式可選擇，一可采用BRIGESTONE公司的整體式橡膠履帶；二可采用BERCO公司的組合式橡膠履帶的結(jié)構(gòu)。二者相比，前者結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)距較小，車架高度較低，但后者強度高，可承受更大的載重量，損壞后可以更換，驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、履帶張緊裝置都可直接配套。一股優(yōu)先選用整體式橡膠履帶，若不能選到適合本機重量的履帶，則要選用BERCO公司的橡膠履帶。履帶張緊裝置由張緊油缸、張緊彈簧、導(dǎo)向輪、油杯等組成，如圖2-2所示。履帶張緊

26、裝置的作用是保持履帶一定的張緊度。另外，在設(shè)計底盤前應(yīng)協(xié)調(diào)以下幾個方面工作：（1）與發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計者和發(fā)動機罩設(shè)計者及其它相關(guān)人員協(xié)調(diào)相對安裝結(jié)構(gòu)布置形式尺寸及與車架的連接形式；（2）尺腿布置尺寸、具體結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足幾何相容，無機構(gòu)干涉現(xiàn)象；(3) 進行車架結(jié)構(gòu)強度計算并出具計算書；如有問題及時反饋，并與相關(guān)設(shè)計者協(xié)調(diào)圖2-2履帶張緊裝置1一導(dǎo)向輪2一導(dǎo)向座3一張緊彈簧4一張緊油缸5一油嘴2.1.2進給機構(gòu)的設(shè)計和選型進給機構(gòu)是土錨鉆機的最主要的機構(gòu)之一，其性能的好壞直接影響到鉆機的鉆進效率、鉆孔的質(zhì)量以及鉆機各項技術(shù)性能的發(fā)揮。因此，鉆機對進給機構(gòu)有一定特殊的要求：(1) 給進機構(gòu)應(yīng)為全液壓式，

27、能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)給進力；(2) 在條件許可的情況下，盡可能加大給進行程，實現(xiàn)長行程連續(xù)給進，以減少鉆進中的輔助時間，提高效率，預(yù)防孔內(nèi)事故發(fā)生；(3) 應(yīng)具有足夠推拉力和較大的回轉(zhuǎn)扭矩，以完成鉆孔工作；(4) 功能齊全，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，便丁制造和維修；(5) 給進機構(gòu)傾角的可調(diào)范圍要適應(yīng)各種施工條件，并且傾角調(diào)節(jié)方便；(6) 給進機構(gòu)應(yīng)具有消除導(dǎo)向鉆進時所產(chǎn)生的傾翻力的裝置；(7) 給進機構(gòu)應(yīng)與整機協(xié)調(diào)，增加整機的適應(yīng)性。給進機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)是首先滿足給進力參數(shù)要求，現(xiàn)我們擬訂了如下五種驅(qū)動方案。方案一液壓缸給進機構(gòu)如圖2-3所示，此種結(jié)構(gòu)采用大行程的給進油缸直接驅(qū)動動力頭移動，實現(xiàn)給進

28、。美國ADDS公司、DitchWitch公司以及瑞士Terra公司的很多產(chǎn)品都米用這種機構(gòu)。該機構(gòu)具有如下特點：(1) 結(jié)構(gòu)簡單，無須鏈輪、鏈條或鋼繩、導(dǎo)輪等傳動部件；(2) 操作簡單，工作可靠，制造成本較低；(3) 容積損失較小，效率較高；(4) 同樣的行程下，鉆機的軸向尺寸較大，這就給在市政設(shè)施密度較大的城市施工帶來不便；(5) 存在活塞桿穩(wěn)定性問題，故其承載能力受到限制。動力頭圖2-3液壓缸給進機構(gòu)方案二液壓缸倍速給進機構(gòu)如圖2-4所示，該機構(gòu)由液壓缸驅(qū)動，通過鏈輪-鏈條或滑輪-鋼繩把作用力傳遞給動力頭。圖2-4液壓缸倍速給進機構(gòu)該機構(gòu)特點如下：動力頭移動速度及行程是液壓缸相應(yīng)參數(shù)的2倍

29、，因而被稱為倍速機構(gòu)，鉆機的軸向尺寸較小；(1) 用液壓缸傳動，相對丁馬達傳動而言，能量損失較少，傳動效率較高，工作可靠；(2) 制造成本相對較高；液壓缸的推拉力只利用一半，故需選用大直徑的油缸以滿足給進力要求，這將導(dǎo)致鉆機高度方向尺寸加大；(3) 同樣存在活塞桿穩(wěn)定性問題。方案三液壓馬達-鏈條給進機構(gòu)如圖2-5所示，該機構(gòu)采用液壓馬達驅(qū)動，通過鏈輪、鏈條進行傳動，為實現(xiàn)較大推拉力以及從受力平衡角度考慮，常在導(dǎo)軌兩側(cè)安裝雙液壓馬達。北京土行孫非開挖技術(shù)有限公司的DDW系列和深圳鉆通公司研制的ZT-25和ZT-18型非開挖鉆機即采用該種結(jié)構(gòu)。該機構(gòu)具有如下特點：(1) 結(jié)構(gòu)簡單，馬達布置靈活，可

30、根據(jù)需要布置在導(dǎo)軌的前端或尾部；(2) 給進機構(gòu)質(zhì)量較輕，結(jié)構(gòu)緊湊，鉆機軸向尺寸較液壓缸傳動要小；(3) 承載能力有限，不適用丁大功率系統(tǒng)；(4) 由丁馬達有容積損失，故傳動效率較液壓缸傳動效率低。圖2-5液壓馬達一鏈條給進機構(gòu)方案四液壓馬達倍力給進機構(gòu)如圖2-6所示，液壓馬達通過鏈輪-鏈條傳遞作用力。與液壓馬達-鏈條給進機構(gòu)不同之處在丁增加了中間傳遞鏈輪。美國CASE公司采用了這種機構(gòu)。該機構(gòu)除了具有液壓馬達-鏈條給進機構(gòu)的特點外，還具有如下幾個特點：推拉力是液壓馬達產(chǎn)生作用力的雙倍，因此稱為倍力機構(gòu)，與不采用倍力方案的液壓馬達-鏈條給進機構(gòu)相比，要獲得相同的給進力，馬達及鏈條受力均減小了5

31、0%,因此可以選擇小型號的馬達及鏈條，從而減輕了鉆機的質(zhì)量及尺寸；(1) 進給速度是馬達產(chǎn)生線速度的1/2;(2) 由丁增加了中間傳動環(huán)節(jié)，致使整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在本設(shè)計中，要求推拉力大丁120KN，進給速度是0.51.5m/min,則進給功率是13kW，因此進給功率不是特別大，而且要求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕等特點。結(jié)合本設(shè)計中的特點和各種方案的優(yōu)缺點，我們選擇方案三(液壓馬達-鏈條給進機構(gòu))作為本機的設(shè)計方案。圖2-6液壓馬達倍力給進機構(gòu)2.1.3液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和選擇土錨鉆機的行走系統(tǒng)和工作系統(tǒng)都是用液壓來驅(qū)動，所以液壓系統(tǒng)的是鉆機的重要組成部分。液壓系統(tǒng)是鉆機底盤行走，工作機構(gòu)。其主要有油箱

32、、油泵、液壓操縱閥、液壓馬達、液壓管線等組成。一般液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)分為多液壓泵驅(qū)動和單液壓泵驅(qū)動，下面就對兩種不同的液壓系統(tǒng)驅(qū)動方案進行分析比較：(1)雙液壓泵驅(qū)動系統(tǒng)圖2-7雙液壓泵驅(qū)動系統(tǒng)1進給馬達2一電磁換向閥3一溢流閥4一液壓泵5一濾油器6旋轉(zhuǎn)馬達在該系統(tǒng)中，鉆機的進給機構(gòu)馬達和動力頭旋轉(zhuǎn)機構(gòu)馬達分別有兩個液壓泵驅(qū)動。因此在雙液壓泵驅(qū)動中，推進機構(gòu)馬達和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)馬達是兩個互相獨立的液壓系統(tǒng)。不過兩者的工作原理確是一樣如圖2-7所示。液壓油經(jīng)過液壓油濾活器5從變量泵二出來，通過一個方向控制閥對進給馬達或動力頭旋轉(zhuǎn)馬達供油。進給馬達通過鏈輪帶動動力頭實現(xiàn)進給運動，旋轉(zhuǎn)馬達通過一個減速機構(gòu)帶

33、動鉆桿、鉆頭一起旋轉(zhuǎn)運動。最后液壓油通過濾活器回到油箱。其中溢流閥3是起到過載保護作用，防止液壓油油壓過高對液壓設(shè)備造成損壞。雙液壓泵驅(qū)動的優(yōu)點是：一個液壓泵驅(qū)動一個馬達，因此效率比較高，且單個液壓泵的流量也比較小，且適合大功率的要求。其缺點是：系統(tǒng)需要兩個泵，因此在機構(gòu)上較為復(fù)雜。(2)單液壓泵驅(qū)動系統(tǒng)單液壓泵驅(qū)動方案如圖2-8所示，鉆機的進給馬達和旋轉(zhuǎn)馬達有一個液壓泵來驅(qū)動，液壓油經(jīng)過濾油器5從變量泵4出來，經(jīng)由一個分流閥8將液壓油分成兩部分，一部分流向進給馬達，一部分流向旋轉(zhuǎn)馬達。由丁兩個馬達所需的流量是不相同的，因此兩個馬達所需流量的多少是有分流閥進行比例控制的。最后液壓油經(jīng)過一個濾油

34、器流回回油箱。溢流閥3起到過載保護作用，以免油壓過高對液壓設(shè)備造成損壞。圖2-8單液壓泵驅(qū)動系統(tǒng)2一電磁換向閥3溢流閥4一液壓泵5一濾油器6一旋轉(zhuǎn)馬達7進給馬達8一分流器單液壓泵驅(qū)動的優(yōu)點是：由丁只有一個泵，因此在機構(gòu)布置上較雙液壓泵驅(qū)動系統(tǒng)大大的簡化，這一點有利丁非開挖鉆機小型化的要求。但是由丁其采用了分流閥對液壓油進行分流，在一定程度上造成了功率的損失，不過如果能夠適當?shù)膮f(xié)調(diào)好進給馬達和旋轉(zhuǎn)馬達的油壓，使兩者的差值盡可能的小，可以降低這種功率的損失。結(jié)合本設(shè)計的特點，通過對以上兩種方案的分析可知，雙液壓泵驅(qū)動系統(tǒng)有一個泵供給一個液壓馬達，很適合動力要求比較大的系統(tǒng)，而且其效率比單液壓泵效率

35、高，可以緩解單個液壓泵的負荷。在綜合考慮兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點后,本設(shè)計米用雙液壓泵驅(qū)動系統(tǒng)。2.1.4動力頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計和選型由丁動力頭鉆機具有給進行程長、傳動鏈短、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點，所以目前國內(nèi)外的中小型工程鉆機都以動力頭作為回轉(zhuǎn)運動的輸出機構(gòu)。因此,我們也將動力頭作為本設(shè)計的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。在具體設(shè)計時，分析討論了各種方案并作出了最佳選擇。如圖2-9所示，該機構(gòu)的優(yōu)點有：絕大部分零件可以外購，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性較高，使用壽命可以得到保障。缺點是：需外引電纜并隨動力頭移動，部件質(zhì)量大，軸向尺寸大，無變速機構(gòu)，成本較高。r萬案一如圖2-10所示，該機構(gòu)的優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動簡單，動力頭液壓動力源可

36、從鉆機的液壓系統(tǒng)引入，液壓馬達選擇范圍較寬，可無級變速；但整體結(jié)構(gòu)尺寸較大，質(zhì)量大，給進行程相對縮短，制造成本相對較高，有高壓膠管隨動力頭移動。鉆桿擺線針輪減速器電動機鉆開一級（單級）裱速器液壓馬達圖2-9動力頭方案一示意圖圖2-10動力頭方案二示意圖圖2-11動力頭方案三示意圖r"方案二如圖2-11所示，該機構(gòu)的優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，軸向尺寸小，制造成本低，可實現(xiàn)無級變速；缺點有：液壓馬達選擇范圍小，有高壓膠管隨動力頭移動。根據(jù)以上分析，方案三具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、成本低、軸向尺寸小等諸多優(yōu)點，并結(jié)合本設(shè)計的特點，因此，選擇其作為動力頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)。2.1.5鉆桿加持一擰卸機構(gòu)的設(shè)

37、計在鉆孔中影響鉆進效率的因素很多，除純鉆進時間以外，還包含鉆進準備、裝卸鉆桿、測量、人工造斜和糾斜等輔助工作時間，以及停待、處理事故等非生產(chǎn)工作所消耗的時間等。其中，裝卸鉆桿的輔助工作時間對鉆進效率有著較大的影響。由丁導(dǎo)向鉆機鉆進速度和回拖速度較高，單根鉆桿的加接、擰卸工作強度增加，所占時間的比例也相應(yīng)提高，故加接、擰卸鉆桿方法的研究就成為進一步提高鉆進效率，改善工人勞動條件的關(guān)鍵。該系統(tǒng)應(yīng)滿足在拆裝鉆桿時它能加緊鉆桿，做到快速的安裝和拆卸。同時其在外力的作用下不能產(chǎn)生位移。鉆桿夾持-擰卸機構(gòu)的工作步驟是：上接鉆桿操作時，先將夾持器松開，把鉆桿插入夾持器并加緊，操作進給閥把手向前移動動力頭，使

38、動力頭邊徑接頭的公扣插入鉆桿的母扣，然后動力頭正向轉(zhuǎn)動使其旋緊，最后松開夾持器即刻進行導(dǎo)向施工；下卸鉆桿操作時，將鉆桿下接頭回拖到夾持器后面卸扣器范圍內(nèi)的合適位置，用夾持器加緊鉆桿，使動力頭反轉(zhuǎn)卸扣。如果動力頭提供的擰緊扭矩不足，則需要外加的扭矩。由丁液壓傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊，作用力平穩(wěn)，調(diào)整方便等優(yōu)點，因此現(xiàn)有的土錨鉆機多數(shù)采用液壓夾持一擰卸機構(gòu)，它能夠較好地滿足裝卸鉆桿的施工作業(yè)要求。本設(shè)計參考吉林大學(xué)最新研制的JFK-15型非開挖導(dǎo)向鉆機的夾持一擰卸機構(gòu)。(1) 夾持-擰卸機構(gòu)的構(gòu)成及工作原理圖2-12為夾持-擰卸機構(gòu)示意圖，它由夾持器、擰卸器等部分構(gòu)成。其中夾持器與擰卸器上分別有一對夾持液

39、壓缸7、8。擰卸器3上除了布置有一對火持缸7、8夕卜，還安裝有卸扣缸6?；鸪制?用來夾緊前鉆桿1,當施加卸扣轉(zhuǎn)矩時，該夾持器承受反轉(zhuǎn)矩，在液壓系統(tǒng)控制下，只對鉆桿施加靜壓力，整個裝置保持不動，靜壓力是通過夾持缸7、8實現(xiàn)的。擰卸器3則要完成兩種動作：既需要一個靜壓力夾緊鉆桿，乂需要一個動力推動其轉(zhuǎn)動，在卸開第一扣時施加主動力矩，從而帶動鉆桿做回轉(zhuǎn)運動來完成螺紋的擰動。工作時，火持缸7、8同時動作，分別給鉆桿1和鉆桿4施加夾緊力夾緊鉆桿，而后擰卸機構(gòu)在卸扣缸6的推動下，繞鉆桿中心回轉(zhuǎn)一定的角度，從而擰松螺紋，這之后，依靠動力頭的反向回轉(zhuǎn)就可很容易地卸下鉆桿。圖2-12夾持一擰卸機構(gòu)1一前鉆桿2夾

40、持器3一擰卸器4一后鉆桿5一導(dǎo)軌6一卸扣液壓缸7、8一夾持液壓缸圖2-13夾持一擰卸機構(gòu)液壓回路1一液壓泵2一多路換向閥3一卸扣液壓缶工4、5一夾持器液壓缶工6、7一定夾持器液壓缸8、9一液控單向閥夾持一擰卸機構(gòu)的控制回路圖2-13為夾持-擰卸機構(gòu)控制回路液壓原理圖，在該回路中夾持-擰卸機構(gòu)與進給機構(gòu)、支架機構(gòu)采用了同一動力源，液壓泵1通過多路換向閥2的過橋閥體為不同回路提供壓力油，實現(xiàn)動力的轉(zhuǎn)換。相關(guān)部分的動作順序為：支架支起后，支架控制閥切換至中位，由丁在支架缸回路中安裝有液控單向閥，保證了在換向閥處丁中位、支架回路失去動力時，支架工作的可靠性；當夾持-擰卸控制回路動作前，給進機構(gòu)應(yīng)停止工

41、作，即操作給進控制閥，使其處丁中位；這樣夾持-擰卸回路就能夠與動力源接通，操作相應(yīng)換向閥，即可實現(xiàn)火持、擰卸機構(gòu)的動作順序為：火緊缸先動作以火緊鉆桿，然后卸扣缸動作，推word動擰卸裝置繞鉆桿軸線回轉(zhuǎn)一定的角度，從而擰松螺紋。據(jù)此可知，在卸扣缸動作進行時，火緊缸失去動力，而此時仍需保持夾緊狀態(tài)。此外，考慮到存在動力頭空行程移動的同時而鉆桿仍需保持夾緊的狀態(tài)。因此在夾持回路中采用了液控單向閥8、9,使得火緊缸在失去動力的情況下仍然保持夾緊狀態(tài)。由丁采用液壓控制，機構(gòu)的夾緊力均勻可靠，轉(zhuǎn)矩大，速度快，操作方便、省力2.1.6變角機構(gòu)的設(shè)計由丁錨桿鉆機要求鉆孔傾角在-90'90'范圍

42、內(nèi)變化，既要靈活方便的調(diào)整角度及方位，有要使結(jié)構(gòu)盡量簡單，同時還要使鉆機的使用及維修簡單易學(xué)、操作方便。經(jīng)過反復(fù)分析比較，確定了如圖2-14所示變角機構(gòu)。此機構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)比較簡單，操作比較靈活，重心低，穩(wěn)定性好，高度方向在一定范圍2.1.7泥漿系統(tǒng)的設(shè)計泥漿系統(tǒng)是土錨鉆機不可缺少的一種輔助設(shè)施，它是由隨車泥漿系統(tǒng)與車載泥漿系統(tǒng)組成。車載泥漿系統(tǒng)分別設(shè)計有500加侖1000加侖兩種（圖2-15）,用丁泥漿混配、攪拌、向隨車泥漿系統(tǒng)提供泥漿。泥漿攪拌系統(tǒng)是一種與水平定向鉆機配套使用的裝置，亦可接管供其他需輸送泥漿類流體的裝置使用。泥漿攪拌系統(tǒng)設(shè)計時要求系統(tǒng)具有攪拌快速均勻、提供大流量泥漿、可調(diào)

43、節(jié)泥漿配比、攪拌與輸送同時進行等。攪拌系統(tǒng)裝置包括料斗、汽油機泵、攪拌罐、車載泥漿泵、相關(guān)管路等。圖2-15車載泥漿系統(tǒng)汽油機泵與攪拌罐通過管路相連，構(gòu)成攪拌回路，具體為罐中泥漿進入汽油機泵入口，經(jīng)加壓出路分成2路:一路經(jīng)過Y型過濾器過濾掉大塊顆粒后分3路，一路經(jīng)由罐頂部噴入，另兩路經(jīng)由下部噴出。當泥漿液攪拌完成時，打開球閥經(jīng)汽油機泵噴出。另一路送入泥漿泵，并由泥漿泵泵入動力頭輸送到鉆桿鉆頭。膨潤土由料斗加入，經(jīng)篩網(wǎng)粗篩，變徑管高速噴吹形成的空氣負壓由管吸入，并與水液混合，從而進行往復(fù)循環(huán)。2.1.8發(fā)動機系統(tǒng)的設(shè)計與選型鉆機的發(fā)動機系統(tǒng)包括發(fā)動機、散熱器、空濾器、消音器、燃油箱等。一股設(shè)計時

44、應(yīng)該根據(jù)計算出來的功率，合適的選用國內(nèi)外較大品牌的增壓水冷發(fā)動機或增壓中冷發(fā)動機，為了適應(yīng)不同用戶的需求，也可選裝的國內(nèi)品牌的發(fā)動機。散熱器、空濾器等附件選用國產(chǎn)配套件。由于工程的施工時間比較長，為油量也特別大，所以燃油箱自制為容積大的燃油箱。發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)先了解發(fā)動機型號及發(fā)動機功率、扭矩等詳細參數(shù)。確定發(fā)動機選件及安裝形式；向液壓系統(tǒng)設(shè)計者提供發(fā)動機取力口（PTO）旋向及輸出功率的資料；與散熱系統(tǒng)設(shè)計者協(xié)調(diào)發(fā)動機風(fēng)扇直徑、速比及風(fēng)量的數(shù)據(jù)；與電器設(shè)計者協(xié)調(diào)發(fā)動機電路連接方案；選定并安裝聯(lián)軸器；進排氣附件安裝設(shè)計要滿足發(fā)動機工況并加裝進氣阻塞指示報警裝置；具體安裝形式和安裝結(jié)構(gòu)與相關(guān)設(shè)計

45、者協(xié)調(diào)，如有問題及時互相反饋。2.1.9鉆桿裝卸機構(gòu)的設(shè)計國內(nèi)現(xiàn)有水平定向鉆機主要有人工裝卸和自動裝卸鉆桿方式。人工裝卸鉆桿方式作業(yè)不僅效率低，而且增加了操作人員的勞動強度，但是鉆機的設(shè)計成本和制造成本低，比較適合我國的情況。鉆桿自動裝卸機構(gòu)可較方便地裝卸鉆桿，減輕操作者的勞動強度，提高工作效率，由鉆桿、鉆桿箱、起落架、伸縮梭臂、鉆桿列數(shù)選擇裝置及托架組成。該機構(gòu)一般采用柔性進給裝置，協(xié)調(diào)性較高，需對鉆桿的升降、梭臂的伸縮、動力頭的位置、裝卸完成的檢測等功能進行邏輯控制，實現(xiàn)多動作問的自動切換控制系統(tǒng)采用先進的PLC控制。有的水平定向鉆機產(chǎn)品雖然有鉆桿自動更換裝置，但利用彈簧的回縮力作為夾緊力

46、，經(jīng)常發(fā)生鉆桿脫落等事故，工作不可靠，不但影響作業(yè)效率。而且可能引起已鉆孔的坍塌、埋鉆等重大事故。在本設(shè)計中，考慮到我國現(xiàn)有的實際情況，和本次的要求與特點，在裝卸裝置中應(yīng)用人工裝卸鉆桿的方法。2.1.10潤滑系統(tǒng)的設(shè)計在添加鉆桿時，為了防止在擰緊鉆桿時由于擰緊力太大造成兩個鉆桿膠合的情況，必須在鉆桿絲扣上涂抹潤滑油。在卸下鉆桿時為了防止鉆桿絲扣腐蝕，也要在絲扣上涂抹潤滑油。在設(shè)計時，可以將此系統(tǒng)設(shè)計成自動潤滑系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率；也可以在設(shè)計時將其設(shè)計成人工手動潤滑系統(tǒng)，來簡化整機的結(jié)構(gòu)?？紤]到本設(shè)計的特點和要求，我們選擇人工潤滑的方式。如果想改進，可以在本設(shè)計的基礎(chǔ)上進行改造。3整機參數(shù)的計算

47、為了使設(shè)計的非開挖鉆機在結(jié)構(gòu)、工藝、工作效率、經(jīng)濟性等方面合理突出，在確定整機的參數(shù)時應(yīng)該符合以下條件：(1) 滿足實際使用的要求一一實用性；(2) 適合生產(chǎn)商的制造條件一一可能性；(3) 充分利用發(fā)動機的工功率一一經(jīng)濟性；(4) 與國內(nèi)外同類型的產(chǎn)品相比較有較先進的技術(shù)經(jīng)濟指標和可靠的工作性能先進性。3.1功率計算3.1.1工作機構(gòu)進給力的計算鉆桿在鉆進過程中，鉆桿切削泥土所需的軸向壓力為pi,其中Pi=(6070“(3-1)一參看鉆孔機械設(shè)計D=。35*60mm，而巖石堅固系數(shù)f6。按照鉆機要求的最大直徑，最大的巖石堅固系數(shù)計算，這時D取*60mm,f取6。P1=65x60®10

48、凌=23.4KN(3-2)粗略的推拉力按23.4kN計算，可以滿足施工的要求。由丁設(shè)計要求推拉力大于120kN，所以設(shè)計動力頭回推力應(yīng)該按120kN計算。3.1.2回轉(zhuǎn)扭矩的計算鉆頭在鉆進過程中破碎巖石所需的扭矩為MpD2(6010)6Mp=0.15x乂1.5乂65乂10=2106N，m<6000Nm(3-4)25故回轉(zhuǎn)扭矩按6000Nm設(shè)計3.1.3整機功率的計算鉆機功率的分配情況如圖3-1所示。發(fā)動機(3-3)MP=0.15v-n式中：D一直徑mmv進速度m/minD=3560mmv=0.51.5m/minn-旋轉(zhuǎn)速度r/min。-巖石的硬度極限n=0200pm(常用25,50,10

49、0,150rpm)。=65MPa圖3-1鉆機功率流程由丁錨桿鉆機有在工作時不行走，行走時不工作的特點，且其在工作時的功率要遠遠大丁其在行走時的功率。所以整機功率只要滿足其在工作時的功率就可以了。(1) 動力頭功率動力頭所需的功率：(取功率系數(shù)為0.95)Pi=60002二150=99.208KW600.95(3-5)(3-6)(3-7)(2) 求進給馬達的功率拖動進給拖板所需的功率1.5P2=FV=120=3KW60則進給馬達輸出的功P23P2=3.3KW0.9(3) 求柴油機功率除了以上的功率消耗外，還有泥漿泵、土錨置馬達、支架液壓缸、轉(zhuǎn)向馬達等消耗的功率。雖然他們不會同時工作，但是在計算時

50、應(yīng)該考慮到液壓系統(tǒng)功率的損耗和機械損失，適當?shù)膶l(fā)動機的功率進行放大。則P0=k（RP2）=1.25（99.2083.3）=128.135KW（3-8）其中：k為放大系數(shù)，取k=1.25另外，考慮到電動機要有10知右的功率儲備，則柴油機的額定功率為(3-9)cPo128.375P=142.37kW90%90%3.1.4柴油機的選擇本次設(shè)計的鉆機由丁使用范圍廣、作業(yè)環(huán)境多樣、工作地點的流動性較大，為了防變施工，提高工作效率、降低運輸成本，本機的動力源采用柴油機。根據(jù)柴油機的性能和鉆機的工作要求，以及上述鉆機所需功率的大小，本機采用廣西玉柴機器集團有限公司生產(chǎn)的YC6108ZGB系列柴油機。機型特

51、點：YC6108ZGB系列柴油機是中德合作的典范，具有高技術(shù)含量、高性能指標、高可靠性，是國際先進水平的新一代柴油機。先進的設(shè)計理念和精確的加工技術(shù)，使柴油機噪聲更低。采用先進的渦輪增壓技術(shù)及先進的燃燒系統(tǒng)匹配技術(shù)，排放滿足GB20861-2007非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值和測量方法第皿階段限值（等同歐皿標準）。主要技術(shù)參數(shù)見表3-1表3-1YC6108ZGB主要參數(shù)型號（代號）YC6108ZGB型式立式、百列、水冷、四沖程、直噴進氣方式增壓氣缸一缸徑x行程（mm）6-108X32活塞總排量（L）7.252壓縮比17.5:1標定功率/轉(zhuǎn)速(kW/r/min)150/2400最大扭

52、矩/轉(zhuǎn)速(N.m/r/min)770/15001800全負荷最低燃油耗(g/kW.h)<210調(diào)速率8冷啟動性能(C)不帶冷啟動裝置-15。，帶冷啟動裝置-400全負荷最大煙度(Bosch)<2.0排放水平'GB20861-2007第II階段噪聲限值dB(A)114凈質(zhì)量(kg)6503.1.5主要外形參數(shù)的計算(1) 主要參數(shù)的計算根據(jù)YM160型液壓土錨步履式土錨鉆機的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，全面考察國內(nèi)外鉆孔機械的參數(shù)，考慮機器的先進性、可靠性、經(jīng)濟性之間的關(guān)系，擬定了本機的主要參數(shù)。計算指標：機重G尺寸參數(shù)：L=虹幅臨為各種線向尺寸經(jīng)驗系數(shù)面積參數(shù)：Si=ksiVGksi為各

53、種面積尺寸經(jīng)驗系數(shù)體積參數(shù)：Vi=kviGkvi為各種體積尺寸經(jīng)驗系數(shù)各部分重量G=kgiGkgi為各部分重量系數(shù)機體重心與回轉(zhuǎn)中心距離：ei=k3G機體重心離地面局度：yi=kytVgket、kyt機體重心位置系數(shù)發(fā)動機功率Nf=kzG液壓功率：Ny=kyG(0.750.88Nf以上公式出自單斗液壓挖掘機P46公式，其中各個系數(shù)參考P47“機體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗系數(shù)表”。首先根據(jù)現(xiàn)有的非開挖鉆機估計計算指標機重：G=5t則可計算得其它參數(shù)：輪距：L=kAG=1.0735=1.829m履帶長度：Ll=kL%&=1.38偵運=2.359m(3-11)軌距:Lb=kB*&=0.8k

54、V5=1.367m(3-12)輪距、履帶長度、軌距允許增加10%。所以確定輪距LA=2m,軌距Lb=1.5m,履帶長度需要設(shè)計出驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪后才能具體確定。轉(zhuǎn)臺總寬：Lc=kC瓶=0.93x卻占=1.59m(3-13)底盤的離地間隙：Lf=kF*&=0.4xV5=0.684m(3-14)前部離底盤中心：Lj=kjG=0.42xV5=0.718m(3-15)履帶總高：Lt=kt3G=0.323.5=0.574m(3-16)底架離地間隙：Lg=kg3.一G=0.153.5-0.265m(3-17)履帶帶寬：0=0.4m(3-18)(2) 重量參數(shù)：底盤重量：Gup=kupG=0.425=

55、2.1t(3-19)工作裝置重量：Gj=kGjG=0.155=0.75t(3-20)機體重心離地面高度：yt=kyt3G=0.3235=0.547m(3-21)(3) 功率參數(shù)：發(fā)動機功率：Nf=KnG液壓功率Ny=KyG：(0.750.88)Nf機重G以kN計算。發(fā)動機功率：Nf=KNG=3.850=190kW(3-22)液壓功率：Ny=KyG：0.8190=152kW(3-23)(4) 各項技術(shù)參數(shù)a推拉力：大丁120kN；b. 輸出扭矩：大丁6000N*m；c. 動力頭工作行程：大于2800mm；d. 動力頭轉(zhuǎn)速：0200rpm;e. 鉆進速度：0.51.5m/min；f. 鉆孔直徑：。

56、35©60mm;g. 行走速度(km/h):前進(0-15.6)后退(0-10.6)各有三個檔位；h. 爬坡能力3064工作機構(gòu)的設(shè)計計算4.1工作裝置設(shè)計原則工作裝置的設(shè)計是此次設(shè)計的重點，其設(shè)計的合理性非常重要，按照一般性工程機械的合理性設(shè)計的要求，工作裝置應(yīng)該滿足以下幾個基本條件：(1) 整機的鉆孔能力大小及其分布情況應(yīng)該滿足使用要求,并且具備一定的先進性；(2) 功率利用情況要盡量的充分，理論工作循環(huán)時間因該盡可能的短；(3) 確定皎點位置，結(jié)構(gòu)形式及界面尺寸形狀盡可能使受力狀態(tài)有利；(4) 作業(yè)情況復(fù)雜、使用情況多變時應(yīng)該考慮工裝置的通用性；(5) 運輸和停放狀態(tài)時工作裝置

57、應(yīng)有合理的姿態(tài)，運輸尺寸小、穩(wěn)定性好；(6) 工作裝置和液壓缸的設(shè)計和布置應(yīng)盡量考慮三化，采用系列參數(shù)；(7) 工作裝置的結(jié)果形式和布置要便丁拆裝和維修，尤其是要便丁易損件的更換。4.2工作裝置總體方案選擇(1) 動臂及其液壓缸的布置采用整體式直動臂，動臂液壓缸的布置形式采用下置式。(2) 主梁及其液壓缸的布置采用整體式焊接主梁，主梁液壓缸的布置采用上置式。根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式和三化要求等確定各液壓缸的缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比Z?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運動余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運動副度因素，取動臂液壓缸參數(shù)1=1.7;主梁液壓缸參數(shù)&=1.7。4.3工作裝置尺寸的設(shè)計4.3.1主梁機構(gòu)尺寸主梁是液壓鉆機工作的主要部分，其尺寸的設(shè)計對整機的工作性能至關(guān)重要。結(jié)合單斗液壓挖掘機的工作原理，此次設(shè)計主梁尺寸分布如圖4-1。圖4-1主梁尺寸分布圖4.3.2動臂尺寸設(shè)計動臂是支撐主梁的主要部件，其尺寸決定了工作的范圍，結(jié)合單斗液壓挖掘機的動臂的設(shè)計，估算動臂的長度。11=ki3G=