管道鉆孔機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯目錄一、緒論 11.1打孔機(jī)簡(jiǎn)介與種類 11.2打孔機(jī)得發(fā)展情況 21.3.研究得背景與意義 2二、總體設(shè)計(jì)方案確定及動(dòng)力元件選擇 42.1總體設(shè)計(jì)的要求 42.2機(jī)型與傳動(dòng)形式得選擇 52.2.1機(jī)型得選擇 52.2.2傳動(dòng)形式的選擇 52.3打孔機(jī)的整體布局 62.3.1打孔機(jī)得總體布局 62.3.2打孔機(jī)的驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力輸入方式 62.3.3打孔機(jī)整體參數(shù)確定 62.4鉆機(jī)的功能單元及實(shí)現(xiàn)方法 92.4.1鉆具 92.4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 92.5電動(dòng)機(jī)的選型 11三、減速裝置設(shè)計(jì) 113.1傳動(dòng)比確定及各級(jí)傳動(dòng)比分配 113.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 123.2.1計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 123.2.2計(jì)算各軸的功率 123.2.2計(jì)算各軸的功率 133.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 133.3.1第一級(jí)齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算 133.3.2第二級(jí)齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算 163.3.3三級(jí)齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算 203.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 243.4.1第一傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 243.4.2第二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 273.4.3三軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 333.5減器箱體結(jié)構(gòu)尺寸 363.5.1結(jié)構(gòu)尺寸 363.5.2油標(biāo) 383.5.3通氣罩 383.5.4.螺塞 39四、鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 394.1鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) 394.2鏈的類型 404.3鏈傳動(dòng)選擇 41五、支架的設(shè)計(jì) 475.1.機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 475.2.支架的效核 485.2.1 485.3梁的效核 505.3.1梁的強(qiáng)度效核 505.4傳動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 50六、鉆桿鉆頭的設(shè)計(jì) 516.1鉆桿在擴(kuò)孔時(shí)的作用 526.2擴(kuò)孔器 526.3轉(zhuǎn)速的確定 536.4鉆進(jìn)液量的確定 536.5管線回拖工藝 546.6導(dǎo)向鉆進(jìn) 556.6.1鉆孔回?cái)U(kuò)時(shí)鉆進(jìn)液的作用 556.6.3泥漿的驀本性能 576.6.4泥漿處理劑 586.7沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)原理 586.7.1沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)碎巖特點(diǎn) 586.7.2沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)優(yōu)點(diǎn) 596.7.3沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)碎巖工具作用的應(yīng)力分布 59七、鉆頭的設(shè)計(jì) 637.1吹洗孔和排粉槽 647.2鉆頭體硬度 657.3鉆頭布齒 657.4擴(kuò)孔鉆頭 677.5力學(xué)模型中的幾個(gè)簡(jiǎn)化處理量 697.6模型建立 697.7小結(jié) 73八、底座的設(shè)計(jì) 74結(jié)束語(yǔ) 76參考文獻(xiàn) 76翻譯部分 77英文原文 77中文譯文 83致謝 86

一、緒論1.1打孔機(jī)簡(jiǎn)介與種類打孔機(jī)械廣泛應(yīng)用與橋梁建筑、道路施工等諸多領(lǐng)域。目前，打孔機(jī)械已發(fā)展成為品種眾多、門類齊全的專業(yè)化機(jī)械。打孔機(jī)的發(fā)展也與其他機(jī)械發(fā)展一樣經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。打孔技術(shù)起源于我國(guó)。根據(jù)古書(shū)《川鹽紀(jì)要》記載，我國(guó)早在2200多年前的秦代就開(kāi)始利用鉆探技術(shù)鑿井取鹽。后來(lái)鉆探技術(shù)流傳到歐、美。而近代的鉆探技術(shù)在歐、美發(fā)展迅速。早期的打孔機(jī)是由人力驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單沖擊式機(jī)械，經(jīng)長(zhǎng)期不斷演變、發(fā)展，成為現(xiàn)代具有機(jī)動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的各種沖擊式鉆機(jī)。沖擊式打孔機(jī)作為唯一曲鉆探機(jī)械，在世界上一直沿用了相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期。這種打孔機(jī)有如下缺點(diǎn)：效率低，只能鉆垂直孔；打孔過(guò)程中不能及時(shí)排出巖屑、土壤等。隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，這種打孔機(jī)已逐漸不能適應(yīng)要求。l9世紀(jì)中期以后，出現(xiàn)了回轉(zhuǎn)式的打孔機(jī)?；剞D(zhuǎn)式打孔機(jī)具有鉆進(jìn)效率高，能鉆進(jìn)各種傾角的鉆孔；有利于多種鉆探工藝和方法的使用等優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快，井迅速在鉆探、穿孔領(lǐng)域中占據(jù)了主導(dǎo)地位。鉆探技術(shù)雖然起源于我國(guó)，并在古代曾有一段興盛時(shí)期．但后來(lái)由于經(jīng)歷封建社會(huì)的漫長(zhǎng)歲月．一直停滯不前，到1949年解放時(shí)，我國(guó)仍沒(méi)有自己的鉆探穿孔機(jī)械制造業(yè)。舊中國(guó)遺留下來(lái)的各類鉆探穿孔機(jī)也不足百臺(tái)，新中國(guó)成立后，我國(guó)的鉆探穿孔機(jī)械制造業(yè)從無(wú)到有、從小到大逐步得到漣勃發(fā)展。40多年來(lái)，我國(guó)的鉆探機(jī)械發(fā)展過(guò)程大致可分為三個(gè)階段。第一階段為50代，是建國(guó)初期。新中國(guó)剛誕生時(shí)，百?gòu)U待興，為了盡快恢復(fù)相發(fā)展生產(chǎn)，一方面從國(guó)外引進(jìn)了部分鉆機(jī)及配套設(shè)備，另一方面積極籌建自己的鉆探穿孔機(jī)械生產(chǎn)廠和研究設(shè)計(jì)隊(duì)伍。第二階段為60年代，是自行設(shè)計(jì)和研制階段。經(jīng)過(guò)解放后十年的艱苦奮斗，到50年代末，我國(guó)已逐步走上自行設(shè)計(jì)和制造鉆探穿孔機(jī)械的通路。在這一階段，我國(guó)不僅可以生產(chǎn)鉆探穿孔工具和輔助設(shè)備，同時(shí)，在引進(jìn)液壓鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)仿制和研制出一批具有我國(guó)特點(diǎn)的鉆機(jī)。第三階段為70年代以后，是我國(guó)鉆探穿孔機(jī)械蓬勃發(fā)展的時(shí)期。70年代以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有了較大的發(fā)展，國(guó)家各項(xiàng)公路、橋梁建設(shè)迅速發(fā)展，各種鉆探穿孔工作量大大增加。在這種形勢(shì)下，我國(guó)的鉆探穿孔機(jī)械制造業(yè)也得到迅猛的發(fā)展?，F(xiàn)在，我國(guó)不僅可以成套生產(chǎn)各種鉆深機(jī)械，而且有許多產(chǎn)品已形成具有我國(guó)特點(diǎn)的系列。產(chǎn)品的品種逐漸齊全、質(zhì)量不斷提高、性能也更加完善。某些產(chǎn)品已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并開(kāi)始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。打孔機(jī)的分類很多，采用的鉆進(jìn)方法不同，鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成有較大的區(qū)別。按各種鉆進(jìn)方法不同鉆孔機(jī)可分為以下幾種：1、沖擊式打孔機(jī)通過(guò)鉆頭周期性的運(yùn)動(dòng)沖擊破碎土壤、巖石。2、回轉(zhuǎn)式打孔機(jī)通過(guò)鉆頭在孔底回轉(zhuǎn)而破碎土壤、巖石的鉆機(jī)稱為回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)可以完成多種類型的鉆孔，是目前數(shù)量最多的一種鉆機(jī)。3．振動(dòng)式打孔機(jī)它是采用扳動(dòng)器迫使鉆具產(chǎn)生軸向周期性振動(dòng)，依靠振動(dòng)所產(chǎn)生的力使鉆頭吃入地層，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。振動(dòng)式鉆機(jī)適用于松軟地層鉆進(jìn)。4．復(fù)合式打孔機(jī)具備兩種以上鉆進(jìn)方法的鉆機(jī)視為復(fù)合式鉆機(jī)。常用的有沖擊—回轉(zhuǎn)復(fù)合式鉆機(jī)及沖擊—回轉(zhuǎn)—振動(dòng)—靜壓復(fù)合式鉆機(jī)。1.2打孔機(jī)得發(fā)展情況早期得打孔機(jī)是由人力驅(qū)動(dòng)得簡(jiǎn)單沖擊式機(jī)械，經(jīng)長(zhǎng)期不斷演變、發(fā)展，成為現(xiàn)代具有機(jī)動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的各種沖擊式鉆機(jī)。沖擊式打孔機(jī)作為唯一的鉆探機(jī)械，在世界上一直沿用了相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期，這種鉆機(jī)鉆孔有如下缺點(diǎn)：效率低；無(wú)法取出完整的巖芯；打孔過(guò)程中不能及時(shí)排出泥漿等。隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，這種打孔機(jī)機(jī)已逐漸不能適應(yīng)要求。19實(shí)際中期以后，出現(xiàn)了回轉(zhuǎn)式打孔機(jī)?；剞D(zhuǎn)式打孔機(jī)具有鉆進(jìn)效率高；可取出完整的巖芯；能鉆進(jìn)各種傾角的鉆機(jī)；有利于各種鉆探工藝和方法的使用等優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快，并迅速在鉆探領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，打孔機(jī)自動(dòng)化的進(jìn)程也在加快。目前，俄、日、美等過(guò)已經(jīng)研制出由電子計(jì)算機(jī)程序控制的全自動(dòng)打孔機(jī)：另外，有不少國(guó)家正在研究新式鉆巖技術(shù)，如電子束鉆、爆炸鉆、高壓水射流鉆、激光鉆、火箭噴射鉆、彈射鉆等等。一旦這些心的鉆巖方法研究成功，打孔機(jī)也將再次產(chǎn)生根本性的變故。由打孔機(jī)的發(fā)展過(guò)程可以看出。打孔機(jī)的發(fā)展取決于兩個(gè)因素：（1）打孔方法和打孔工藝的發(fā)展；（2）冶金工業(yè)、機(jī)械制造和電子工業(yè)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。1.3.研究得背景與意義3.1研究的背景、意義與內(nèi)容據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的資料顯示，2000年，全國(guó)共有城市666個(gè)，其中100萬(wàn)人口以上的城市有34個(gè)，我國(guó)的城市人口達(dá)到4.5億人，城市人口的增加，將使市政基礎(chǔ)設(shè)施的增容改造工程量大幅度增加。近幾年來(lái)，我國(guó)一直在重點(diǎn)建設(shè)陜北、西南、新疆等地的油、氣輸送管道，僅新疆庫(kù)車一郡善輸油管道一處就有3.68公里管線需穿越江河、公路、鐵路。另外，我國(guó)的電信、燃?xì)狻⒐?、電力、有線電視等部「〕每年都有大量的管線需要鋪設(shè)。所有這一切，均為非開(kāi)挖技術(shù)提供了廣闊的用武空間，作為非開(kāi)挖領(lǐng)域最具活力的定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)，其前景更為可觀。受施工設(shè)備和技術(shù)的限制，國(guó)內(nèi)定向鉆進(jìn)鋪管主要用于粘土、亞粘粉沙土、回填土等松軟地層或含有少量卵礫的地層。由于施工設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，制、開(kāi)發(fā)以及相應(yīng)的工藝。每年都有不少施工單位因此而放棄施工任務(wù)，僅中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所就巖石定向鉆進(jìn)非開(kāi)挖鋪管一項(xiàng)一年就放棄工程量約400萬(wàn)元，盡管國(guó)外有可完成相應(yīng)地層施工的設(shè)備，但價(jià)格奇高，單套設(shè)備300一500萬(wàn)元，一般施工單位根本無(wú)力承受。因此，開(kāi)發(fā)符合中國(guó)國(guó)情的定向鉆進(jìn)鋪管設(shè)備和工藝就成為中國(guó)鉆掘工程技術(shù)人員的一項(xiàng)使命。科學(xué)技術(shù)部科研院所技術(shù)開(kāi)發(fā)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“西部地區(qū)復(fù)雜地層非開(kāi)挖新工藝及新器具研究”(NCSTE一2001一JKZX一185在此背景下孕育而出。作為該課題的子項(xiàng)目一一巖層定向鉆進(jìn)非開(kāi)挖技術(shù)，重點(diǎn)研究巖層中新鉆具的研制、開(kāi)發(fā)以及相應(yīng)的工藝。2打孔機(jī)得特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求打孔機(jī)與其他機(jī)械育某些共同之處，但鉆機(jī)具有獨(dú)特的生產(chǎn)對(duì)象和使用條件．因而形成自身的一些特點(diǎn)。其王耍特點(diǎn)反映在以下幾方面：1.打孔方法扣鉆進(jìn)工藝的多樣性鉆機(jī)生產(chǎn)采用的鉆近方法扣鉆近工藝晝多種多樣的．就鉆近方法而言，按破碎巖石的方式可分為沖擊．回轉(zhuǎn)．振動(dòng)．復(fù)合式幾種；采集用的破巖材料分為：鉆粒鉆進(jìn)、硬合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)。超硬材料鉆進(jìn)；按是否取芯又分為取芯鉆進(jìn)和全面鉆進(jìn)，就鉆進(jìn)工藝而言按照沖洗液循環(huán)方式可分為正循環(huán)鉆進(jìn)，局部反循環(huán)鉆進(jìn)及全孔反循環(huán)鉆進(jìn)，全孔反循環(huán)鉆進(jìn)工藝又分為水力反循環(huán)，氣舉反循環(huán)‘按照取芯方法可分為常規(guī)提鉆取芯、連續(xù)取芯、繩索取芯。而且隨著鉆探生產(chǎn)的發(fā)展，抖技的進(jìn)步，會(huì)出現(xiàn)更多的鉆探方法和鉆進(jìn)工藝。對(duì)于某一種具體的鉆機(jī)，不可能實(shí)現(xiàn)所有的鉆進(jìn)方法和鉆近工藝。這就產(chǎn)生了能實(shí)現(xiàn)不同鉆進(jìn)方法和鉆進(jìn)工藝的各種類型的鉆進(jìn)。2.使用條件的復(fù)雜性鉆進(jìn)工作的區(qū)域廣泛，從平原到山區(qū)，從陸地到海洋，從地面到地下，從熱帶到寒帶，幾乎地球上的每個(gè)地方都可能是鉆進(jìn)工作的地方。不同地區(qū)有不同的環(huán)境、氣候條件，這就帶來(lái)了鉆進(jìn)使用條件的復(fù)雜性。加之鉆進(jìn)屬露天作業(yè)機(jī)械，作業(yè)對(duì)象為巖石，一般使用易產(chǎn)生污染的泥漿作沖洗液，這進(jìn)一步造成鉆進(jìn)工作條件的惡化。為適應(yīng)這些條件，鉆進(jìn)必須滿足一些特殊的要求。3.類型與結(jié)構(gòu)的多樣性由于咱國(guó)家需要完成不同類型、不同目的的鉆孔，加之鉆進(jìn)方法和鉆進(jìn)工藝的多樣性，使用條件的復(fù)雜性，要求鉆機(jī)有多種類型和不同的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上各種類型的鉆機(jī)達(dá)上千之多，而且有很多類型差異很大。4.生產(chǎn)小批量性打孔機(jī)相對(duì)交通運(yùn)輸、建筑、輕工業(yè)等機(jī)械生產(chǎn)的批量小，特別是一些特殊用途的打孔機(jī)生產(chǎn)數(shù)量更少，本畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的鉆孔機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式鉆孔機(jī)，主要可應(yīng)用于短距離路面下方以及建筑物下方的非開(kāi)挖管道鋪設(shè)施工。整個(gè)設(shè)計(jì)由總體方案設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)布置、動(dòng)力部件及連接件選型、鉆管支架布置設(shè)計(jì)、鉆管及鉆頭設(shè)計(jì)以及鉆進(jìn)土壤的排出裝置設(shè)計(jì)組成，著重進(jìn)行了傳動(dòng)系統(tǒng)中減速裝置設(shè)計(jì)及較核計(jì)算。二、總體設(shè)計(jì)方案確定及動(dòng)力元件選擇2.1總體設(shè)計(jì)的要求打孔機(jī)是直接用于鉆孔的機(jī)械，設(shè)計(jì)打孔機(jī)時(shí)，首先應(yīng)以保證設(shè)計(jì)的打孔機(jī)能高效、地質(zhì)、安全、低耗完成鉆孔為前提，使設(shè)計(jì)的打孔機(jī)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，具有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以滿足下述的要求為依據(jù)。打孔機(jī)的性能及其參數(shù)應(yīng)具有廣泛的適應(yīng)性，能根據(jù)不同地層，不同鉆進(jìn)方法及不同的鉆頭類型和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)合理的鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)。要配備必要的檢測(cè)及指示儀表，以便及時(shí)掌控和控制打孔機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和孔內(nèi)鉆進(jìn)情況打孔機(jī)應(yīng)能傳遞足夠的動(dòng)力，保證各工作機(jī)構(gòu)正常工作的性能應(yīng)具有較強(qiáng)的孔處理孔內(nèi)事故的能力和完成特種功能的性能。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，震動(dòng)小，打孔時(shí)對(duì)鉆桿的導(dǎo)向性好。自動(dòng)化、機(jī)械化程度要高；鉆進(jìn)過(guò)程中最理想的是打孔機(jī)能根據(jù)孔內(nèi)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制打孔參數(shù)；及時(shí)選擇、調(diào)整和保持最優(yōu)鉆進(jìn)工程。為提高打孔機(jī)生產(chǎn)可靠性，應(yīng)設(shè)備必要的過(guò)載保護(hù)裝置和互鎖機(jī)構(gòu)；重要機(jī)構(gòu)要配備重復(fù)裝置。打孔機(jī)還應(yīng)滿足機(jī)械設(shè)備的一般要求“a具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性；b傳動(dòng)效率高、能耗少；C對(duì)使用環(huán)境條件使用性好，能在惡劣的環(huán)境下正常工作；D結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、便于維修；E拆裝方便、搬遷容易、便于維修；F標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化程度高；G操作簡(jiǎn)便、勞動(dòng)強(qiáng)度小h、造型美觀．對(duì)環(huán)境污染小。為文明生產(chǎn)創(chuàng)造條件!2.2機(jī)型與傳動(dòng)形式得選擇2.2.1機(jī)型得選擇打孔機(jī)是屬于工程用的。工程鉆探包括工程偵查和工程施工鉆探，但不管是工程斟查還是工程施工，其打開(kāi)深度都不大，多數(shù)打孔機(jī)都在數(shù)十米以內(nèi)。鉆孔的施工周期很短，搬遷頻繁，工程斟查打孔直徑多在200mm以內(nèi)。工程鉆探多遇地層基本為第四紀(jì)地層、人工填造地層及風(fēng)化、半風(fēng)化基巖層，一般較松軟、破碎。工程施工打孔機(jī)在多少情況下為密集不知，而且是個(gè)場(chǎng)地狹窄，還要受到環(huán)保的限制，給施工帶來(lái)一定的難度。為滿足工程鉆探的要求，工程鉆機(jī)形成了如下的特點(diǎn)；打孔機(jī)類型繁多，由于工程鉆探服務(wù)領(lǐng)域廣泛。鉆孔的類型多樣，促進(jìn)了工程機(jī)電多品種、多類型化。打孔方法和鉆進(jìn)工藝的多樣性，打開(kāi)方法和鉆進(jìn)工藝的多樣性是為了適應(yīng)鉆進(jìn)不同地層和不同類型工程孔的需要，工程打孔機(jī)可采用沖擊、回轉(zhuǎn)、振動(dòng)、靜壓等鉆進(jìn)方法2.2.2傳動(dòng)形式的選擇不同的傳動(dòng)方式，不僅會(huì)造成打孔機(jī)總體結(jié)構(gòu)型式的差異，而更重要是關(guān)系到打孔機(jī)性能好壞、制造難易、成本高低、使用及維修保養(yǎng)的方便程度。設(shè)計(jì)打孔機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各種傳動(dòng)方式的特點(diǎn)?？紤]鉆機(jī)用途、性能、使用、制造、維修等方面的要求和科學(xué)技術(shù)發(fā)展情況加以正確選擇。目前打孔機(jī)中使用的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；傳動(dòng)可靠；傳動(dòng)效率高；易于加工和制造，成本低；便于大功率傳遞優(yōu)點(diǎn)。但具有體積和質(zhì)量大；不便于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)；布置不及液壓和氣壓傳動(dòng)靈活；在傳動(dòng)中有較大的振動(dòng)和沖擊等問(wèn)題。在打孔機(jī)中，機(jī)械傳動(dòng)是最常用的傳動(dòng)方式，但純機(jī)械傳動(dòng)式的打孔機(jī)已逐漸減少，目前，只有是在結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的輕便淺孔打孔機(jī)中應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)得道路地下打孔機(jī)，便可以采用此種傳方式。2.3打孔機(jī)的整體布局2.3.1打孔機(jī)得總體布局打孔機(jī)的總體布局是打孔機(jī)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，直接影響鉆機(jī)的性能和質(zhì)量。總體布局與各種部件的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)的確定是密切相關(guān)的。設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)各部件的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方案、各部件間的相對(duì)位置關(guān)系、連接固定方式進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行多方案的對(duì)比，從中選擇理想的總體布局方案。2.3.2打孔機(jī)的驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力輸入方式打孔機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式：?jiǎn)为?dú)驅(qū)動(dòng)打孔機(jī)的輸入方式：直線輸入打孔機(jī)的輸入軸和動(dòng)力機(jī)的輸出軸布置在一條直線上，二者之間常采用彈性或半彈性聯(lián)軸器、法蘭盤、液力變矩器的直接輸入方式，此種輸入方式傳動(dòng)效率高、軸及軸承受力條件好、結(jié)構(gòu)緊湊。但過(guò)載保護(hù)和動(dòng)力機(jī)的互換性較差，適用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)方式。2.3.3打孔機(jī)整體參數(shù)確定打孔鉆機(jī)工作參數(shù)主要指鉆具施予孔底得軸推(壓)力、鉆具得回轉(zhuǎn)速度、扭矩和排渣風(fēng)量等。合理的選擇這些參數(shù)，不僅能獲得最高的鉆孔效率，還能延長(zhǎng)鉆具得使用壽命。合理的鉆機(jī)工作參數(shù)與鉆頭直徑、孔向、巖石堅(jiān)固性、空氣壓力、沖擊頻率以及鉆頭結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)，至今而未掌握其規(guī)律。因此，只能根據(jù)生產(chǎn)或用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算它得工作參數(shù)。軸推力合理得軸推力潛孔鑿巖也主要是靠鉆頭得沖擊能量來(lái)破碎巖（礦）石，鉆頭回轉(zhuǎn)只是用來(lái)更換位置，避免重復(fù)破碎。因此，潛孔鑿巖不許愿很大得軸推力。軸推力過(guò)大，不僅易產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，還會(huì)加速硬質(zhì)合金得磨損，使鉆頭過(guò)早損壞;軸推力過(guò)小，則鉆頭不能與巖（礦）石很好地接觸，影響沖擊能量得傳遞效率，甚至導(dǎo)致沖擊器不能正常工作，低氣型潛孔鉆機(jī)得合理周推理可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：PH=（30~35）DF（21）式中PH合理得軸推力，N；D鉆孔直徑，cm;f巖石普氏硬度系數(shù)，f=σD|10式中σD抗壓強(qiáng)度，10-1Mpa。根據(jù)f值的大小，普氏將所有得演示劃分為10個(gè)等級(jí)，如2--1表所示。等級(jí)堅(jiān)固性程度巖石fⅠ最堅(jiān)固最堅(jiān)固，最細(xì)致和有韌性的石英巖和玄武巖，其他各種最堅(jiān)固得巖石20Ⅱ很堅(jiān)固最堅(jiān)固得花崗質(zhì)巖石，石英斑巖，很堅(jiān)硬花崗巖，硅質(zhì)巖，比上一級(jí)較不堅(jiān)固得石英巖，最堅(jiān)固得砂巖和石灰?guī)r15Ⅲa堅(jiān)固花崗巖和花崗巖質(zhì)巖石，很堅(jiān)固得砂石和石灰?guī)r，石英質(zhì)礦脈，堅(jiān)固得爍巖，極堅(jiān)固得鐵礦10Ⅲ堅(jiān)固堅(jiān)固得石灰?guī)r，不堅(jiān)固的花崗巖，堅(jiān)固得砂石，堅(jiān)固得大理石和白云巖，黃鐵礦8Ⅳ較堅(jiān)固一般得砂巖和鐵礦石6Ⅳa較堅(jiān)固砂質(zhì)頁(yè)巖頁(yè)巖質(zhì)砂巖5Ⅴ中等堅(jiān)固得黏土質(zhì)巖石，不堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r4Ⅴa中等各種頁(yè)巖（不堅(jiān)固得），致密得泥灰?guī)r3Ⅵ較軟弱較軟弱的頁(yè)巖，很軟得石灰?guī)r，巖鹽，石膏，凍結(jié)的土壤，無(wú)煙煤，普通泥灰?guī)r，破碎得砂巖，膠結(jié)爍石，石質(zhì)土壤2Ⅵa較軟弱碎石質(zhì)土壤，破碎的頁(yè)巖，凝結(jié)成塊的爍石和碎石，堅(jiān)固得煤，硬化得粘土1.5Ⅶ軟弱致密得粘土，軟弱得煙煤，堅(jiān)固得沖擊層，粘土質(zhì)土壤1.0Ⅶa軟弱輕砂質(zhì)粘土，黃土，爍石0.8Ⅷ土質(zhì)巖石腐植土，泥煤，輕砂質(zhì)土壤，濕砂0.6Ⅸ松散型巖石砂，細(xì)爍石，松土，采下得煤0.5Ⅹ流沙類巖石流砂，沼澤土壤，含水黃土及其它含水土壤0.3根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，低氣壓型潛孔鉆機(jī)得軸推力又可按表22選取。鉆頭名義直徑D|mm合理軸推力PH|KN鉆頭名義直徑D|mm合理軸推力PH|KN1001504~66~1020025010~1414~調(diào)節(jié)推力得計(jì)算潛孔鉆機(jī)鉆孔時(shí)，鉆進(jìn)部分（含鉆具和回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)）得自重施予孔底有一個(gè)力（向下鉆時(shí)為正，向上鉆時(shí)為負(fù)），它會(huì)影響合理軸推力得大小。同時(shí)，在鉆進(jìn)時(shí)鉆桿與孔壁之間還有摩擦阻力，所以潛孔鉆機(jī)必須設(shè)有調(diào)壓機(jī)構(gòu)，以便調(diào)節(jié)施予鉆具上得作用力（推力）。調(diào)壓機(jī)構(gòu)施予鉆具上的調(diào)節(jié)推（壓）力按下公式計(jì)算：PT=PH-gMsinβ+gμMcosβ+R（22）式中PT施予鉆具上得調(diào)節(jié)推（壓）力，N;PH計(jì)算得合理軸推力。，N；M鉆進(jìn)部件得質(zhì)量，kg；Β孔向與水平面所成得夾角，（°）；μ摩擦系數(shù)，一般取μ=0.25；R沖擊器鉆頭得反彈力，其值為活塞在每一工作循環(huán)中使氣缸返回到初始位置所需的最小軸推力，N；g重力加速度，m|s。如向上鉆孔時(shí)，則（2--2）式等號(hào)右邊第二項(xiàng)為“+”號(hào)。當(dāng)PR為負(fù)值時(shí)，表明鉆進(jìn)部件自重施予孔底得軸推力大于PH，必須通過(guò)調(diào)壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行減壓鉆進(jìn)；反之，則需加壓，進(jìn)行加壓鉆進(jìn)。當(dāng)PR為零時(shí)，表明只靠鉆進(jìn)部件得自重力即可合理鉆進(jìn)，無(wú)需調(diào)壓。鉆具的回轉(zhuǎn)速度鉆頭每沖擊一次，只能破碎一定范圍得巖石。當(dāng)鉆具轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，在兩次鑿痕之間，勢(shì)必留下一部分未被沖擊破碎的巖瘤，使回阻力增大，鉆具震動(dòng)加劇，鉆頭磨損加快，因沒(méi)有充分利用鉆頭得沖擊能量，鉆速降低。鉆具得最優(yōu)轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)鉆頭兩次沖擊之間既不留巖瘤，又不產(chǎn)生重復(fù)破碎來(lái)確定。然而，這個(gè)合理得轉(zhuǎn)角與鉆頭直徑、巖石性質(zhì)、沖擊能量、沖擊頻率、軸推力、鉆頭結(jié)構(gòu)以及硬質(zhì)合金片（柱）得磨損程度等諸多因素有關(guān)，很難做出準(zhǔn)確得計(jì)算，通常只能根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)方法確定。根據(jù)國(guó)內(nèi)潛孔鉆機(jī)得使用經(jīng)驗(yàn)和參考國(guó)外資料，鉆具得合理轉(zhuǎn)速可按表23選取，或用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；n1=（6500|D）0.78~0.95（23）式中n1鉆具得合理轉(zhuǎn)數(shù)，r|min；D鉆孔直徑，mm。表23回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)與鉆頭直徑得關(guān)系鉆頭直徑D|mm回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)n1|(r.min-1)鉆頭直徑D|mm回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)n1|(r.min-1)10015030~4015~2520025010~208~15鉆具得回轉(zhuǎn)扭矩鉆具得回轉(zhuǎn)扭矩主要用來(lái)克服鉆頭與孔底巖石得摩擦阻力矩與剪切阻力矩、鉆具與孔壁得摩擦阻力矩，以及因裂隙等引起的夾鉆阻力矩等。因此，鉆具回轉(zhuǎn)力矩得大小與孔徑得大小、巖石性質(zhì)、鉆頭形狀、軸推力和回轉(zhuǎn)速度的大小等因素有關(guān)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐得總結(jié)，回轉(zhuǎn)扭矩與鉆孔直徑得關(guān)系可按表24確定，也可按下列公式計(jì)算。M=KMD2|8.5(24)式中M鉆具得回轉(zhuǎn)扭矩，N.m；D鉆孔直徑，mm；KM力矩系數(shù)，KM=0.8~1.2，一般取KM=1表24鉆頭直徑與回轉(zhuǎn)扭矩得關(guān)系鉆頭直徑D|mm回轉(zhuǎn)扭矩M|（N.m)鉆頭直徑D|mm回轉(zhuǎn)扭矩M|（N.m)100150500~10001500~30002002503500~55006000~90002.4鉆機(jī)的功能單元及實(shí)現(xiàn)方法一般由鉆具、回轉(zhuǎn)供奉系統(tǒng)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)等組成。為了控制和操作這幾個(gè)機(jī)構(gòu)，設(shè)置了液壓系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)。2.4.1鉆具潛孔鉆具，主要由鉆頭、潛孔器和鉆桿組成。在鉆孔作業(yè)中，沖擊器得活塞不斷將其沖擊能量通過(guò)鉆頭施予孔底巖（礦）石，而整個(gè)鉆具又隨同鉆機(jī)得回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使直接破碎巖（礦）石的工具鉆頭連續(xù)旋轉(zhuǎn)、間歇沖擊巖（礦）石。隨著炮孔的延伸，沖擊器通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)也不斷地向孔底移動(dòng)，所以有潛孔沖擊器之稱，有的書(shū)中把鉆頭也包括在潛孔沖擊器內(nèi)。2.4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是安裝和支撐主支臂、使主支臂沿水平軸或者垂直軸旋轉(zhuǎn)、使推進(jìn)器翻轉(zhuǎn)得機(jī)構(gòu)，通過(guò)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鉆壁和推進(jìn)器的動(dòng)作范圍達(dá)到巷道達(dá)到巷道掘進(jìn)所需得鉆孔工作區(qū)得要求。常見(jiàn)得回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有以下幾種結(jié)構(gòu)形式。轉(zhuǎn)柱；螺旋幅式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（3）齒輪齒條式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為了滿足打孔工藝要求，提高鉆孔精度，幾乎所有現(xiàn)代鉆車得鉆壁都裝設(shè)了自動(dòng)平移機(jī)構(gòu)，打孔機(jī)的平移機(jī)構(gòu)是指當(dāng)鉆壁移動(dòng)時(shí)，托架和推進(jìn)器隨機(jī)保持平行移位得一種機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱平移機(jī)構(gòu)。在鉆車中常用得平移機(jī)構(gòu)，有機(jī)械式平移機(jī)構(gòu)和液壓平移機(jī)構(gòu)兩大類。屬于機(jī)械式平移機(jī)構(gòu)的有：箭式、平面四連桿式和空間四連桿等幾種；屬于液壓平移機(jī)構(gòu)得有：無(wú)平移引導(dǎo)缸式和有平移引導(dǎo)缸式等。箭式平移機(jī)構(gòu)因外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)繁冗和鑿巖盲區(qū)較大，故已被淘汰。該鉆孔裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于土質(zhì)成分的地下短距離鉆孔施工。整個(gè)鉆孔機(jī)設(shè)備主要由動(dòng)力元件、減速裝置、鏈傳動(dòng)裝置、鉆管推進(jìn)裝置、鉆管及鉆頭等部件組成。其工作裝置結(jié)構(gòu)如圖1-1，其中1-電動(dòng)機(jī)2-聯(lián)軸器3-減速器4-傳動(dòng)鏈5-鉆管6-支架鉆孔推進(jìn)裝置主要由支架和3根主動(dòng)及從動(dòng)軸軸組成。電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力經(jīng)減速器減速之后通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)鉆孔推進(jìn)裝置的主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)軸上布置了4個(gè)螺紋面輪轂，主動(dòng)軸與2根從動(dòng)軸共同夾緊鉆管，主動(dòng)軸回轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆管回轉(zhuǎn)，通過(guò)螺旋面的作用推進(jìn)鉆管頂進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)鉆管鉆進(jìn)的目的。3根主動(dòng)及從動(dòng)軸由相應(yīng)的支架支持（詳見(jiàn)裝配圖），其中下面的兩個(gè)支架可水平左右移動(dòng)定位，上支架可垂直移動(dòng)定位，通過(guò)支架的移動(dòng)可控制夾緊頂進(jìn)鉆管的直徑大小。該鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)的推進(jìn)鉆孔直徑范圍在100-300mm之間。2.5電動(dòng)機(jī)的選型由于該鉆孔裝置設(shè)計(jì)為多直徑鉆管頂進(jìn)，隨頂管直徑不同，所需電機(jī)功率也有所區(qū)別。而此設(shè)備主要應(yīng)用于土質(zhì)成分地下鉆孔施工，鉆進(jìn)阻力不會(huì)太大，所需動(dòng)力元件功率也不需太大，一般功率電機(jī)均可滿足。因此，此處電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算不詳細(xì)涉及功率計(jì)算，而依據(jù)工作裝置轉(zhuǎn)速進(jìn)行電機(jī)選型。鉆孔機(jī)的鉆管推進(jìn)速度要依據(jù)土層的軟硬程度不同而不同。該鉆孔機(jī)的設(shè)計(jì)是通過(guò)選用三相異步電機(jī)變極調(diào)速實(shí)現(xiàn)變速。異步電機(jī)的變極調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，機(jī)械特性較硬，雖然只能實(shí)現(xiàn)幾種固定的速度變化，但對(duì)于該鉆孔機(jī)設(shè)備已能滿足調(diào)速要求。綜合考慮鉆管的頂進(jìn)速度、功率要求選擇電機(jī)型號(hào)為YG160L。異步電機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式為式中——同步轉(zhuǎn)速；——電源頻率；——電機(jī)極對(duì)數(shù)；——轉(zhuǎn)差率。電源頻率為50Hz，通過(guò)電機(jī)的變極接法，使極對(duì)數(shù)=2、4不等，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的1500r/min和750r/min兩種不同的同步轉(zhuǎn)速，其中高速時(shí)輸出轉(zhuǎn)速為1420r/min。選擇電機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)額定功率為11Kw。三、減速裝置設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)比確定及各級(jí)傳動(dòng)比分配首先設(shè)定鉆管推進(jìn)裝置主動(dòng)軸高轉(zhuǎn)速為100r/min，取鉆管推進(jìn)裝置主動(dòng)軸鏈輪齒數(shù)=21，取減速器輸出端鏈輪齒數(shù)=25。則可確定減速器總傳動(dòng)比為16.34分配傳動(dòng)比所要考慮的原則:對(duì)錐-圓柱齒輪減速器，為使大齒輪尺寸不致過(guò)大，高速級(jí)按下式計(jì)算：0.25對(duì)二級(jí)齒輪減速器：（1.3～1.4），——高低速傳動(dòng)比。分配傳動(dòng)比如下：1.3=16.34=16.34經(jīng)計(jì)算得=4.609=3.545，——減速器各級(jí)傳動(dòng)比。3.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算3.2.1計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速第軸轉(zhuǎn)速=n/=1420r/min第軸轉(zhuǎn)速=/=1420/4.609=308.09r/min第軸轉(zhuǎn)速=/=308.09/3.545=r/minn——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；，，——從電動(dòng)機(jī)到減速器輸出軸的各級(jí)傳動(dòng)比。3.2.2計(jì)算各軸的功率第軸功率==11×0.99×0.99=10.78KW第軸功率=×=10.78×0.99×0.95=9.72KW第軸功率=×=9.72×0.99×0.95=9.14KW式中=0.99，聯(lián)軸器效率；=0.99，軸承效率；=0.95，齒輪效率。3.2.2計(jì)算各軸的功率第軸扭矩=9550/=9550×10.78/1420=69.47N·m第軸扭矩=9550×/=9550×9.72/308.09=301.30N·m第軸扭矩=9550/=9550×9.14/86.91=1004.34N·m3.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1第一級(jí)齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力考慮減速器傳遞功率不在，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240～286HBS，取=260HBS。大齒輪選用45鋼，正火，齒面硬度2169～217HBS，取=210HBS。確定接觸應(yīng)力：=查圖表得小齒輪接觸疲勞極限=700Mpa大齒輪接觸疲勞極限=550Mpa接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)，應(yīng)力循環(huán)系數(shù)N由下式?jīng)Q定：==60142011536512===60308.0911536512=查圖表得==1。取接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)=1.2，則=7001/1.2=584Mpa，=5501/1.2=458Mpa。確定許用彎曲應(yīng)力：=彎曲疲勞極限，查資料取=540Mpa，=420Mpa彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)，查資料取==1彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù)，查資料（模數(shù)m5mm）取=1彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，取=1.4則 =54011/1.4=386Mpa=4201/1.4=300Mpa(二)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)、計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，7，由資料參數(shù)表選取小輪大端公差組等級(jí)為7級(jí)。分度圓直徑為：齒寬系數(shù)查資料，取=0.5小齒輪齒數(shù)取=18大齒輪齒數(shù)取傳動(dòng)比誤差可用小輪轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)——使用系數(shù)。查資料取=1——?jiǎng)虞d系數(shù)。由推薦值1.05～1.4，取=1.2——齒向載荷分布系數(shù)。由推薦值1.0～1.2，取=1.1載荷系數(shù)=材料彈性系數(shù)，查資料，取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查資料，取故計(jì)算得齒輪模數(shù)，，按標(biāo)準(zhǔn)圓整得m=5mm小輪大端分度圓直徑小輪平均分度圓直徑圓周速度齒寬?。ㄈX根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)，齒形系數(shù)，小輪=2.58大輪=2.10應(yīng)力修正系數(shù)，小輪=1.6大輪=1.9故齒根強(qiáng)度滿足要求。（四）齒輪的主要尺寸參數(shù)3.3.2第二級(jí)齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力查資料選擇，小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)大齒輪45正火許用接觸應(yīng)力,=接觸疲勞極限，接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)Zn應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，N1=60n1×j×Ln＝60×308.09×1×（15×12×365）＝1.21×N2=N1/i＝1.21/3.545＝3.43×查資料知Zn1＝1，Zn2＝1.05接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1則＝700×1/1＝700＝550×1.05/1＝577許用彎曲應(yīng)力，=其中=378=294彎曲疲勞極限，雙向傳動(dòng)乘0.7彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)Yn，Yn1＝Y(jié)n2＝1彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)Yx（設(shè)模數(shù)m小于5mm），Yx＝1彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1.4則＝378×1×1/1.4＝270＝294×1×1/1.4＝210（二）齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)按V1＝（0.013－0.022）×n1×估取圓周速度Vt＝4m/s，參考相關(guān)資料，得d1齒寬系數(shù)，取=0.8小輪齒數(shù)Z1，在推薦值20~40中選。Z1=25大輪齒數(shù)Z2=i×Z1=3.545×25=88.625，圓整為Z2=89齒數(shù)比u=Z2/Z1=89/25=3.56傳動(dòng)比誤差/u=（3.56-3.545）/3.545=0.0042<0.05，合適小輪轉(zhuǎn)矩T1=301300N·mm初定螺旋角=-使用系數(shù)，查資料取=1-動(dòng)載系數(shù)，由推薦值知=1.2-齒間載荷分配系數(shù)=1.1--齒間載荷分布系數(shù)=1.1載荷系數(shù)K==1.45材料彈性系數(shù),取=189.8重合度系數(shù)由推薦值知=0.78螺旋角系數(shù)==0.99故d1=81.52mm法面模數(shù)=d1z1=81.52*cos1225=3.19取標(biāo)準(zhǔn)=3.5中心距aa=（z1+z2）（2）=3.5（25+89）（2cos12）=203.95mm圓整取a=204mm分度圓螺旋角，=arccos=分度圓直徑d1=mzcos12.51=89.628mm圓周速度v=3.14*d1*n160000=1.445ms齒寬bb==0.8*81.52=65.216圓整為65mm。大輪齒寬b2=b=65mm小輪齒寬b1=b2+（5~10）=70mm（三）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)===26.73===95.16齒形系數(shù).小輪=2.58大輪=2.17應(yīng)力修正系數(shù).小輪=1.598大輪=1.80不變位時(shí)，端面嚙合角=arctan（）=端面模數(shù)==3.535mm。重合度==2.13重合度系數(shù)=0.25+0.75=0.602螺旋角系數(shù)由推薦值為=0.89故==84.10==86.71齒根彎曲強(qiáng)度滿足（四）齒根其他主要尺寸計(jì)算大輪分度圓直徑===318.53mm根圓直徑==89.628-2*1.25*3.5=80.878mm==318.53-2*1.25*3.5=309.78mm頂圓直徑==89.628+2*3.5=96.628mm==318.53+2*3.5=325.53mm3.3.3三級(jí)齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)大齒輪45正火許用接觸應(yīng)力,=接觸疲勞極限，接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)Zn應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，N1=60n1×j×Ln＝60×86.91×1×（15×12×365）＝3.43×N2=N1/i＝3.43×/2.73＝1.26×查資料知Zn1＝1，Zn2＝1.05接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1則＝700×1/1＝700＝550×1.05/1＝577許用彎曲應(yīng)力，=其中=378=294彎曲疲勞極限，雙向傳動(dòng)乘0.7彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)Yn，Yn1＝Y(jié)n2＝1彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)Yx（設(shè)模數(shù)m小于5mm），Yx＝1彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1.4則＝378×1×1/1.4＝270＝294×1×1/1.4＝210（二）齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)按V1＝（0.013~0.022）×n1×估取圓周速度Vt＝4m/s，d1齒寬系數(shù)，查資料得=0.8小輪齒數(shù)Z1，在推薦值20~40中選。Z1=25大輪齒數(shù)Z2=i×Z1=2.73×25=68.25，圓整為Z2=68齒數(shù)比u=Z2/Z1=68/25=2.72傳動(dòng)比誤差/u=（2.73-2.72）/2.73=0.00366<0.05，合適小輪轉(zhuǎn)矩T1=1004340N·mm-使用系數(shù)，取=1-動(dòng)載系數(shù)，由推薦值知=1.2-齒間載荷分配系數(shù)=1.1-齒間載荷分布系數(shù)=1.1載荷系數(shù)K==1.45材料彈性系數(shù),取=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)（）=2.5重合度系數(shù)由推薦值知=0.87故d1=136.60mm齒輪模數(shù)mm=d1z1=136.6025=5.464取標(biāo)準(zhǔn)m=6小輪分度圓直徑=mz1=6*25=150mm圓周速度v=3.14×d1×n160000=0.68ms標(biāo)準(zhǔn)中心距aa=m（z1+z2）2=6（25+68）2=279mm齒寬bb==0.8×150=120mm大輪齒寬b2=b=120mm小輪齒寬b1=b2+（5～10）=125mm（三）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式6-16齒形系數(shù)，小輪=2.62大輪=2.21應(yīng)力修正系數(shù)，小輪=1.59大輪=1.776重合度==1.56重合度系數(shù)=0.25+0.75=0.731故==423.31==440.99齒根彎曲強(qiáng)度滿足。（四）齒根其他主要尺寸計(jì)算大輪分度圓直徑===408mm根圓直徑==150-2*1.25*6=135mm==408-2*1.25*6=393mm頂圓直徑==150+2*6=162mm==408+2*6=520mm3.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)3.4.1第一傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算（一）計(jì)算作用在齒輪上的作用力轉(zhuǎn)矩T=9550P/N=955010.54/1420=70.89Nm圓周力=徑向力軸向力（二）初步估算軸的直徑選取作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理由式計(jì)算軸的最小直徑并加大5%考慮鍵槽的影響。查資料知取A=102=21.8mm（三）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定軸的結(jié)構(gòu)方式：考慮到錐齒輪的制造裝配等方面的因素，采用齒輪軸并采用懸臂式結(jié)構(gòu)。確定各軸段直徑長(zhǎng)度：根據(jù)圓整并取=40mm并由和n選取聯(lián)軸器型號(hào)為基本尺寸d=40mmD=130mm=105mmL=84mm第一段長(zhǎng)度2段二段主要是鎖緊螺母和軸承，選取且符合軸承內(nèi)徑查GB/T297-1994暫選滾動(dòng)軸承32909基本尺寸是d=45D=68，暫取=60mm3段為便于裝拆軸承內(nèi)圈定位，且，4段第四段的尺寸必須滿足下列關(guān)系其中L為兩軸承距離為有軸承與錐齒輪的距離暫選L=95mm，，。綜合考慮減速箱的布置，確定：，，，（四）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖齒輪軸受力如圖（a）所示，求軸承反力：H水平面內(nèi)受力如圖(b)所示H豎直面內(nèi)受力如圖（d）求彎矩圖：水平面內(nèi)彎矩圖如（d）垂直面內(nèi)彎矩圖如（e）彎矩圖，扭矩圖見(jiàn)下圖：圖2-1軸的彎矩、扭矩圖T=115.54Nm合成彎矩見(jiàn)圖（f）（五）判定危險(xiǎn)截面，求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩根據(jù)圖，圖及T圖參照齒輪軸受力圖，設(shè)B截面為危險(xiǎn)截面，因該軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)考慮。軸為，調(diào)質(zhì)處理查資料，由得，，。折算系數(shù)取當(dāng)量彎矩B處當(dāng)量彎矩C處當(dāng)量彎矩（六）驗(yàn)算危險(xiǎn)截面強(qiáng)度危險(xiǎn)截面直徑為因1段有一鍵槽，最小直徑應(yīng)為比較計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)B截面直徑，滿足強(qiáng)度要求。3.4.2第二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算（一）計(jì)算作用在錐齒輪上的作用力對(duì)于錐齒輪：轉(zhuǎn)矩圓周力徑向力軸向力對(duì)于斜齒輪：輸出軸大齒輪分度圓直徑為轉(zhuǎn)矩T=圓周力徑向力軸向力（二）初步計(jì)算軸的直徑及各段長(zhǎng)度選取45號(hào)鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由式計(jì)算軸的最小直徑，并加大3%以考慮鍵槽的影響查資料取A=115=36.24mm確定軸的結(jié)構(gòu)方案：右軸承從軸的右端裝入，靠軸肩定位。齒輪和左軸承從軸的左端裝入，齒輪右端靠軸肩定位。錐齒輪和左軸承之間用定位套筒定位，齒輪右端靠軸肩定位。確定各軸段直徑和長(zhǎng)度為便于裝拆軸承內(nèi)圈，要符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑，根據(jù)GB/T297-1994，暫選滾動(dòng)軸承32009X2。基本尺寸是但d=45，T=20，D=75，B=19，C=16，。軸承潤(rùn)滑的選擇：選擇脂潤(rùn)滑。綜合考慮箱體的布置及對(duì)稱要求，1段長(zhǎng)度1段軸徑=45mm2段與3段的選擇錐齒輪寬度錐齒輪寬度為40mm，取=40-2=38mm。為使套筒可靠的壓緊錐齒輪，并考慮對(duì)稱，取=35mm綜上4段取齒輪左端定位高度h=5mm，軸肩直徑，=20mm。5段考慮對(duì)稱布置及齒輪與箱體內(nèi)壁距離要求，取，6段7段(三)軸的力學(xué)分析左右軸承支反力若按精確計(jì)算，應(yīng)距外端蓋截面16mm，這樣選得支撐跨距l(xiāng)=276.5mm支反力作用點(diǎn)與齒輪作用力點(diǎn)及兩齒輪作用力點(diǎn)之間的距離分別為。計(jì)算彎矩和扭矩：水平面內(nèi)支撐點(diǎn)A的支反力：水平面內(nèi)支撐點(diǎn)B的支反力水平面內(nèi)剖面C-C處的彎矩：水平面內(nèi)剖面D-D處的彎矩：水平面內(nèi)剖面E-E處的彎矩垂直面內(nèi)支撐點(diǎn)A的支反力：垂直面內(nèi)支撐點(diǎn)B的支反力：垂直平面內(nèi)剖面C-C處的彎矩：垂直平面內(nèi)剖面D-D處的彎矩：垂直平面內(nèi)剖面E-E處的彎矩：計(jì)算合成彎矩：剖面C－C處的合成彎矩：剖面D－D處的合成彎矩：剖面E－E處的合成彎矩：判定危險(xiǎn)截面，求取各截面的當(dāng)量彎矩：根據(jù)圖圖及T圖并參照軸的受力圖，斷定CDE斷面為危險(xiǎn)截面。因該軸單向旋轉(zhuǎn)，軸為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。查資料得按值查相關(guān)資料得則折舊系數(shù)當(dāng)量彎矩C處當(dāng)量彎矩：D處當(dāng)量彎矩：E處當(dāng)量彎矩：按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度（中等精度）：對(duì)于C—C截面對(duì)于D—D截面對(duì)于E—E截面對(duì)于C—C截面考慮到鍵槽的影響，最小直徑mm，其余截面類似。比較計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其它截面均滿足強(qiáng)度要求。（四）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度軸的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：圓角半徑，各軸肩的圓角半徑均采用R＝1.0mm鍵槽，錐齒輪采用。選擇危險(xiǎn)截面：各截面均有應(yīng)力集中源，選擇其中應(yīng)力較大，應(yīng)力集中較嚴(yán)重截面。選擇第五段軸截面。計(jì)算危險(xiǎn)截面的工作應(yīng)力：截面彎矩：M＝301458Nmm截面扭矩：T＝301300Nmm抗彎截面系數(shù)：抗扭截面系數(shù)：截面上的彎曲應(yīng)力：截面上的剪應(yīng)力：彎曲應(yīng)力幅：彎曲平均應(yīng)力：扭切應(yīng)力：確定軸材料機(jī)械性能如下：查相關(guān)資料，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，炭鋼材料特性系數(shù)：，。確定綜和影響系數(shù)，：軸肩圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù)，，根據(jù)，，由資料插值計(jì)算的＝2.05，＝1.35。配合處綜和影響系數(shù)，，根據(jù)，，配合H7/r6，插值計(jì)算得，。尺寸系數(shù)，，根據(jù)d查得，。表面狀況系數(shù)，根據(jù)，查得。軸肩處綜和影響系數(shù)，為同一截面上如有兩個(gè)以上的應(yīng)力集中源，取其中較大的綜和影響系數(shù)來(lái)計(jì)算安全系數(shù)，故按配合處取綜和影響系數(shù)，。計(jì)算安全系數(shù)如下：取用安全系數(shù)[S]＝1.6則有軸的疲勞強(qiáng)度滿足。3.4.3三軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算（一）計(jì)算作用在齒輪上的作用力對(duì)于斜齒輪：圓周力徑向力軸向力對(duì)于直齒輪：轉(zhuǎn)矩T=圓周力徑向力（二）初步計(jì)算軸的直徑選取45號(hào)鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由式計(jì)算軸的最小直徑，并加大3%以考慮鍵槽的影響。查資料取A=115，=51.46mm（三）軸的結(jié)構(gòu)方案確定確定軸的結(jié)構(gòu)方案如下：右軸承從軸的右端裝入，靠軸套定位。齒輪從軸的右端裝入，軸肩定位，左軸承從軸的左端裝入，齒輪右端靠軸肩定位。確定各軸段直徑和長(zhǎng)度如下：根據(jù)圓整取55mm，根據(jù)直齒小輪齒寬，并考慮倒角裝配，選取長(zhǎng)度L1=123mm。2段為使直齒輪定位，軸肩高度h=c+（2~3）mm。且符合標(biāo)準(zhǔn)密封內(nèi)徑，綜合考慮齒輪配對(duì)和箱體內(nèi)的整體布局，取=90mm3段為便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑=65mm滾動(dòng)軸承型號(hào)為32013，D=100mmT=23mmC=17.5mm，取=T=23mm4段=70mm。為了便于安裝調(diào)配取=125.5mm。5段=65mm為了實(shí)現(xiàn)兩斜齒輪的安裝，斜齒輪寬度為65mm，使斜齒輪可靠的壓緊，取=63mm。便于斜齒輪的定位以及軸承安裝，滾動(dòng)軸承型號(hào)為32912，D=85mm，T=17mm。6段綜合考慮鏈輪配合及減速箱裝配，取=60mm，=31.5mm。（四）計(jì)算彎矩和扭矩求軸承支反力如下：H水平面=-2365.7N,=--2938.1N,V垂直面=--1546.2N,=-1327.9N。求齒寬中點(diǎn)處彎矩如下：H水平面=23417.1Nmm,=-39654.2NmmV垂直面=-9846.7Nmm,=-104528.1Nmm合成彎矩M求解如下：M1=25326.1Nmm。M2=105732.4Nmm。扭矩T為：T=1004340Nmm。（五）按彎矩合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得查得材料許用應(yīng)力則軸的計(jì)算應(yīng)力為該軸滿足強(qiáng)度要求。（六）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：圓角半徑、鍵槽及其配合可以參考現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)手冊(cè)、圖冊(cè)。選擇危險(xiǎn)截面：各截面均有應(yīng)力集中源，選擇其中應(yīng)力較大，應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。選擇第六段軸截面。計(jì)算危險(xiǎn)截面的工作應(yīng)力：截面彎矩：M＝423151.3Nmm截面扭矩：T＝1004340Nmm抗彎截面系數(shù)：抗扭截面系數(shù)：。截面上的彎曲應(yīng)力：截面上的剪應(yīng)力：彎曲應(yīng)力幅：彎曲平均應(yīng)力：扭切應(yīng)力：。確定軸材料機(jī)械性能如下：查資料，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，炭鋼材料特性系數(shù)：，。確定綜和影響系數(shù)，：鍵槽處有效應(yīng)力集中系數(shù)，，由相關(guān)資料插值計(jì)算得＝1.840，＝1.845。計(jì)算安全系數(shù)如下：取用安全系數(shù)[S]＝2.0，則有>2.0疲勞強(qiáng)度安全。3.5減器箱體結(jié)構(gòu)尺寸3.5.1結(jié)構(gòu)尺寸箱昨壁厚：二級(jí)傳動(dòng)：0.025a+1≥8取δ=8箱蓋壁厚：二級(jí)傳動(dòng)：0.02a+3≥8取δ1=8箱座上臂凸緣厚度：b=1.5d=1.5×8=12箱蓋凸緣厚度：b1=1.5δ1=1.5×8=12箱座底凸緣厚度:b2=2.5δ1=2.5×8=20地角螺釘直徑:df=20地腳螺釘數(shù)目:a≤250:n=4軸承旁連接螺栓直徑:d1=0.75df=0.75×20=16蓋與座連接栓直徑:d2=(0.5~0.6)df=10連接螺栓d2間距:L=15~200軸承端蓋螺釘直徑:D3=10檢查孔蓋螺釘直徑：D4=8定位銷直徑:D=8D1d2d3至外箱壁距離:C1=22至凸緣邊緣距離:C2=20軸承旁凸臺(tái)半徑:R1=20凸臺(tái)高度:H根據(jù)低速級(jí)軸承底外徑確定，便于扳手操作為準(zhǔn)外箱壁至軸承座端面距離：L1=50齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離:△1=10齒輪端面與內(nèi)箱壁距離:△2=0箱蓋肋厚:M1=6.8箱座肋厚:M2=6.8軸承端蓋外徑:D2=D+(5~5.5)d3D為軸承外徑軸承旁連接螺栓距離：S盡量靠近，d1和d2不可干涉3.5.2油標(biāo)3.5.3通氣罩3.5.4.螺塞四、鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.1鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)與帶傳動(dòng)及齒輪傳動(dòng)相比較．鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)由于是嚙合傳動(dòng)，沒(méi)有打滑及彈性滑動(dòng)現(xiàn)象．故平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠；(2）傳動(dòng)放率較高；(3）不需張紫，所以壓軸力較小；（4）能在環(huán)境溫度較高．多灰塵、溫度較高及有脯蝕等惡劣條件下工作；（5）工況相同時(shí)，比簾傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊；(6）可根據(jù)需要選取鏈條長(zhǎng)度，故傳動(dòng)的中心距適用范圍較大。鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：(1）瞬時(shí)傳動(dòng)比下恒定，傳動(dòng)不平穩(wěn)；(2）工作時(shí)有噪聲；（3）不宜在載荷變化很大和急速反問(wèn)的傳動(dòng)中工作；(4)只限于平行袖傳動(dòng)，4.2鏈的類型按工作性質(zhì)不同．鏈分為傳動(dòng)鏈：起重鏈和曳引鏈。起重鏈和拽引鏈王要用在起電機(jī)械和運(yùn)輸仉械中，而在一般機(jī)械傳動(dòng)中，常用的是傳動(dòng)鏈，傳動(dòng)鏈按結(jié)構(gòu)主要分為短節(jié)距精密澴子鏈．簡(jiǎn)稱滾子鏈；短節(jié)距精密婁簡(jiǎn)鏈，飾稱套筒鏈，齒形鏈，及成型鏈；目前，應(yīng)用最廣是滾子鏈，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。將重點(diǎn)介紹滾于鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)．和一般設(shè)計(jì)問(wèn)題，套簡(jiǎn)鏈比滾子鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也己標(biāo)準(zhǔn)化，但套簡(jiǎn)易磨損，故只適用于低速（v<2m|s）傳動(dòng)。齒形鏈又稱無(wú)聲鏈，它傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲均很小，但它比滾子鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，制造較堆，造價(jià)較高．故多用于高速或運(yùn)動(dòng)精嚏要求較高的傳動(dòng)裝置中；4.3鏈傳動(dòng)選擇由于滾子鏈與鏈輪的嚙合屬非共軛嚙合傳動(dòng)，故鏈輪齒形的設(shè)計(jì)有較大的靈活性。本次設(shè)計(jì)均采用滾子鏈傳動(dòng)。在GB|T1243--1997中，規(guī)定了最大和最小齒槽形狀，見(jiàn)表4-1。表4-1滾子鏈主要尺寸鏈輪齒形應(yīng)滿足下列需求：（1）保證鏈條能順利進(jìn)入和退出嚙合；（2）受力均勻，不易拖鏈，）（3）便于加工。鏈傳動(dòng)相關(guān)尺寸如下表所示：2.鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1)選擇鏈輪齒數(shù),小鏈輪齒數(shù),故取鏈速8-25m/s查表5.3取大鏈輪齒數(shù)2)確定鏈節(jié)數(shù)初選中心距則鏈節(jié)數(shù)為圓整3)確定鏈節(jié)距載荷系數(shù)查表5.4小鏈輪齒數(shù)系數(shù)查表5.5按套筒、磙子沖擊疲勞多排鏈條系數(shù)查表5.6鏈長(zhǎng)系數(shù)查表5-13由式5-9：根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速和查圖5-12確定鏈條型號(hào)12A單排鏈確定中心距由式5-125)驗(yàn)算鏈速v6)計(jì)算壓軸力鏈條工作拉力F壓軸力系數(shù)由式5-13壓軸力7)鏈輪參數(shù)計(jì)算：分度圓直徑：齒頂圓直徑： 齒根圓直徑：`輪轂厚度：輪轂長(zhǎng)度：輪轂直徑：分度圓直徑：齒頂圓直徑： 齒根圓直徑：輪轂厚度：輪轂長(zhǎng)度：輪轂直徑：五、支架的設(shè)計(jì)在機(jī)器中支承或者容納零、部件的零件稱為機(jī)架。如支承貯罐的塔架、固定發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)架、容納傳動(dòng)齒輪的減速器殼體、機(jī)床的床身等統(tǒng)稱機(jī)架。而在本設(shè)計(jì)中，此機(jī)架用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿。不少機(jī)架都可以看成是由桿件組成的，但是并非把若干桿件隨意組合起來(lái)就能稱其為合理機(jī)架結(jié)構(gòu)。必須包子機(jī)架桿系是幾何不變桿系，應(yīng)避免幾何可變桿系和幾何瞬變桿系。5.1.機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）工況要求任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過(guò)的突起；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必須的平臺(tái)；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。（2）剛度要求在必須保證特定外形條件下，對(duì)機(jī)架的主要要求是剛度。例如機(jī)床的零部件中，床身的剛度決定了機(jī)床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度；在齒輪減速器中，箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能。（3）強(qiáng)度要求對(duì)于一般設(shè)備的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時(shí)也能滿足剛度的要求。但對(duì)于重載設(shè)備的強(qiáng)度要求必須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。此外，還要滿足疲勞強(qiáng)度的要求。（4）穩(wěn)定性要求獨(dú)語(yǔ)細(xì)長(zhǎng)的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問(wèn)題；某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問(wèn)題或局部失穩(wěn)問(wèn)題。失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)必須效核。（5）美觀目前對(duì)機(jī)器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。如散熱的要求；防腐蝕及特定環(huán)境的要求；對(duì)于機(jī)密機(jī)械、儀表等熱變形小的要求等。5.2.支架的效核一般機(jī)架通過(guò)撓度效核，則強(qiáng)度是不會(huì)有問(wèn)題的。但為了設(shè)計(jì)選材方便，先都進(jìn)行強(qiáng)度效核計(jì)算。需用應(yīng)力5.2.1基本許用應(yīng)力5.3梁的效核5.3.1梁的強(qiáng)度計(jì)算主要是考考受彎時(shí)的正應(yīng)力單項(xiàng)受彎時(shí)：雙向受彎時(shí)：如果梁上還有縱向拉、壓力F，則還應(yīng)增加一項(xiàng)應(yīng)力：5.4傳動(dòng)輪的設(shè)計(jì)在支架內(nèi)布置的三個(gè)輪，用來(lái)給鉆桿提供動(dòng)力。上面的壓緊輪用來(lái)為鉆桿提供運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力同時(shí)壓緊。此輪的上方采用螺桿傳動(dòng)。可以根據(jù)不同的鉆桿直徑，調(diào)節(jié)它的徑向位置，從而達(dá)到使用的目的。如下圖所示是此支架的簡(jiǎn)圖；其中1上側(cè)壓緊輪（可徑向調(diào)節(jié)）2兩側(cè)壓緊輪鉸鏈3鉆桿4兩側(cè)壓緊輪（可軸向調(diào)節(jié)）5支架考慮美觀，并且滿足條件的情況下個(gè)輪均取d=100mm支架總圖（簡(jiǎn)圖）：六、鉆桿鉆頭的設(shè)計(jì)定向鉆進(jìn)導(dǎo)向孔施工完成后，一般需要用擴(kuò)孔器來(lái)擴(kuò)大鉆孔，以便安裝成品管線。擴(kuò)孔的主要目的是將鉆孔孔徑擴(kuò)大，一般要擴(kuò)大到所鋪管線管徑的1.2一1.5倍，以使成品管線能順利鋪入地下，減少拉管時(shí)的工作量及阻力。對(duì)直徑較小的管線，可不進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔施工而直接將回?cái)U(kuò)器與待鋪管線連接后拉入孔中，對(duì)于直徑較大的管線，必須先進(jìn)行多次的預(yù)擴(kuò)孔施工，使鉆孔直徑逐漸增大，直至孔徑達(dá)到能滿足待鋪管線的要求，最后將待鋪管線拉入孔中。擴(kuò)孔過(guò)程同時(shí)也是一個(gè)混合鉆屑和鉆進(jìn)液制成泥漿排出鉆孔的過(guò)程。擴(kuò)孔時(shí)，要在出口坑處將導(dǎo)向施工時(shí)鉆桿前端安裝的鉆頭卸下，連接上擴(kuò)器及旋轉(zhuǎn)接頭，在旋轉(zhuǎn)接頭的后部再接上鉆桿，回拉鉆桿進(jìn)行擴(kuò)孔施工。擴(kuò)孔器所用的配套鉆具有鉆桿、擴(kuò)孔器、旋轉(zhuǎn)接頭等6.1鉆桿在擴(kuò)孔時(shí)的作用鉆桿是鉆具的關(guān)鍵部件，它可以提供作用在擴(kuò)孔器上的回拉力、回轉(zhuǎn)扭矩及鉆進(jìn)泥漿。鉆桿應(yīng)具備高強(qiáng)度、高彈性、耐高壓等基本特性。在擴(kuò)孔時(shí)，鉆桿承受較大的拉力和扭矩，同時(shí)鉆桿是在彎曲和回轉(zhuǎn)的狀態(tài)下工作的，因此鉆桿材料還必須有高的抗疲勞強(qiáng)度，特別是鉆桿的連接部位，接頭螺絲必須經(jīng)過(guò)特殊的熱處理及高精度加工，以提高其使用壽命并防止斷桿等事故的發(fā)生。6.2擴(kuò)孔器擴(kuò)孔器是擴(kuò)孔時(shí)的最主要部件，擴(kuò)孔器根據(jù)所需擴(kuò)孔的土層不同，分為以下幾種類型:a.快速切削型擴(kuò)孔器，主要適用于軟土層(又分為:螺旋型擴(kuò)孔器、翼狀切割器、螺旋齒輪型擴(kuò)孔器、凹槽狀擴(kuò)孔器等。b.牙輪式擴(kuò)孔器。主要適用于硬巖鉆進(jìn)。旋轉(zhuǎn)接頭放置在擴(kuò)孔器與回拉鉆桿之間，它是在擴(kuò)孔時(shí)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔鉆頭旋轉(zhuǎn)，而連接在旋轉(zhuǎn)接頭后的鉆桿或待鋪管線不回轉(zhuǎn)。在擴(kuò)孔過(guò)程中，有三個(gè)技術(shù)參數(shù)用于控制擴(kuò)孔鉆進(jìn)，它們分別是回拖力、轉(zhuǎn)速及鉆進(jìn)液量三個(gè)參數(shù)指標(biāo)。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)的參數(shù)選擇是根據(jù)擴(kuò)孔器在擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)的孔內(nèi)過(guò)程和工作性質(zhì)而確定的。擴(kuò)孔器的回拖力主要是根據(jù)不同類型的擴(kuò)孔上鑲嵌切削具的數(shù)目來(lái)計(jì)算總回拖力。即其中T回拖力，七為單個(gè)切削是上應(yīng)用的壓力，是根據(jù)切削具的型式及所鉆土層而選定的。一般地，最小七值，需能保證切削具能夠克服土層的前切強(qiáng)度。M擴(kuò)孔器上切削具的數(shù)目。6.3轉(zhuǎn)速的確定回?cái)U(kuò)器的轉(zhuǎn)速即指每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，在擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)，回?cái)U(kuò)器的轉(zhuǎn)速(n)與單個(gè)切削的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為D一一回?cái)U(kuò)器的直徑，v—直接反映了切削具轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，n—表示直徑一定時(shí)鉆頭旋轉(zhuǎn)的快慢。擴(kuò)孔器的轉(zhuǎn)速與擴(kuò)孔器前進(jìn)速度之間的關(guān)系是受巖石層的巖土性質(zhì)及切削時(shí)間影響的。在軟土層中擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)，回?cái)U(kuò)器以一定的回拖力進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)，其擴(kuò)孔鉆進(jìn)的速度與擴(kuò)孔器的轉(zhuǎn)速是成正比的，即選擇高的轉(zhuǎn)速可以提高擴(kuò)孔器的鉆進(jìn)速度，但是在實(shí)際工作中，轉(zhuǎn)速的提高受到相關(guān)因素和條件的限制，過(guò)高的轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致鉆具的彈性振動(dòng)加劇，同時(shí)回轉(zhuǎn)和切削土層以及克服摩擦阻力所需的功率也大幅度地增加。因此，提高轉(zhuǎn)速也受到鉆具組合的強(qiáng)度、長(zhǎng)度，切削具的強(qiáng)度及設(shè)備能力的制約。6.4鉆進(jìn)液量的確定擴(kuò)孔器上均安裝有若干個(gè)噴嘴，用于向孔內(nèi)輸送鉆進(jìn)液。在實(shí)際擴(kuò)孔鉆進(jìn)過(guò)程中，需要通過(guò)鉆桿向擴(kuò)孔器送入鉆進(jìn)液，將送入孔內(nèi)的鉆進(jìn)液，稱為沖洗液量。在擴(kuò)孔鉆進(jìn)中，沖洗液量的大小是鉆進(jìn)液中其中一個(gè)重要參數(shù)。是影響鉆孔效率的關(guān)鍵因素，鉆進(jìn)液體參數(shù)指標(biāo)中，鉆進(jìn)液的品種和質(zhì)量，選用清水，泥漿還是無(wú)固相沖洗液等對(duì)鉆孔的效果都有很大影響，衡量沖洗液量的指標(biāo)主要是總泵量Q，即送入鉆孔中的沖洗液量及每單位擴(kuò)孔器直徑的泵量q。一般是以在單時(shí)間內(nèi)擴(kuò)孔所產(chǎn)生的土屑量來(lái)確定的，隨著泵量的增加，沖洗液對(duì)土層的切割能力及孔內(nèi)土屑的清除能力增強(qiáng)，擴(kuò)孔鉆進(jìn)的能力也增強(qiáng)?？杀苊庵貜?fù)切削土屑和消耗功率，減少擴(kuò)孔器切削具的磨損，同時(shí)對(duì)擴(kuò)孔器有清洗的作用，減少了糊鉆現(xiàn)象的發(fā)生，擴(kuò)孔時(shí)采用大的泵量對(duì)擴(kuò)孔鉆進(jìn)是有益的。擴(kuò)孔鉆進(jìn)的施工步驟為:a.卸下導(dǎo)向鉆頭換上擴(kuò)孔器回轉(zhuǎn)接頭。b.將回轉(zhuǎn)接頭后連接回拉鉆桿。c.進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)。d.擴(kuò)孔鉆頭到達(dá)鉆機(jī)一側(cè)的工作坑后，卸下擴(kuò)孔器及回轉(zhuǎn)接頭，將鉆機(jī)上的鉆桿與回拉鉆桿連接起來(lái)。e.在出土坑中的連接鉆桿后連接另一擴(kuò)孔器及回轉(zhuǎn)接頭，后再接第二次回拉用鉆桿。f.進(jìn)行第二次的擴(kuò)孔鉆進(jìn)。g.往復(fù)擴(kuò)孔直至達(dá)到要求。在擴(kuò)孔過(guò)程中，特別注意選擇適用于不同土層的擴(kuò)孔器及擴(kuò)孔時(shí)轉(zhuǎn)速、沖洗液量與鉆進(jìn)速度及成孔質(zhì)量、孔壁穩(wěn)定的關(guān)系。同時(shí)注意鉆進(jìn)泥漿的用量及品種、質(zhì)量對(duì)孔的完整性及糊鉆事故的影響。6.5管線回拖工藝鉆孔擴(kuò)大至所需孔徑后，即可在出土坑處連接成品管線，然后將管線回拉進(jìn)入充滿泥的孔中。在回拉前，可將擴(kuò)孔器安裝在鉆桿后，然后再用一個(gè)單動(dòng)接頭和拉管頭與成品管線連接好。拉管頭與所鋪管線的連接方式對(duì)鋼管主要采用焊接方式，對(duì)PE管等主要采用管道連接頭或夾管裝置?；乩伖軙r(shí)，鉆機(jī)的拉力是關(guān)鍵的參數(shù)，當(dāng)鉆機(jī)拉力大于管壁與孔壁之間的摩擦力、液體阻力、非均勻壓力及彎曲阻力總和時(shí)，即可用鉆機(jī)直接將管線拉入孔中。其中最重要的是摩擦力。管壁與孔壁之間的摩擦力計(jì)算公式為:由公式可知，w主要取決于土對(duì)管線的壓力p及摩擦系數(shù)f，同時(shí)，孔內(nèi)泥漿阻力:不平衡重力、彎曲、外箍環(huán)、管道支撐、入土管線的彎曲度等均對(duì)阻力有較大影響，施工時(shí)應(yīng)注意減小這些因素對(duì)回拖的影響。回拖力的構(gòu)成F二F解十F液體阻力十F管線呀曲阻力+-一FN減少摩擦力可在施工導(dǎo)向孔時(shí)，注意軌跡的緩慢平滑，盡量增大軌跡轉(zhuǎn)彎處的彎曲半徑。減小孔內(nèi)巖屑量。對(duì)鉆進(jìn)液的品種和質(zhì)量要做充分的考慮，泥漿護(hù)壁功能的增強(qiáng)和泥漿懸浮巖屑能力及攜帶能力增強(qiáng)，可大大降低摩擦力。對(duì)于成品管線，管道內(nèi)注水可以使管道下沉處于鉆孔的中央，可大大減少管道作用于孔上壁的摩擦阻力等。在定向鉆進(jìn)施工中，在導(dǎo)向鉆孔管孔回拖及回拉鋪管時(shí)，均提到了泥漿(鉆進(jìn)液)的使用及作用，對(duì)非開(kāi)挖定向鉆進(jìn)鋪管，鉆進(jìn)液的使用是非常重要的，各個(gè)環(huán)節(jié)中均發(fā)揮出它不同的重要作用。不同施工環(huán)節(jié)中鉆進(jìn)液的作用:6.6導(dǎo)向鉆進(jìn)在導(dǎo)向鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆過(guò)液的主要作用是冷卻鉆頭及切削土體攜帶巖屑。這時(shí)所使用的鉆進(jìn)液主要是現(xiàn)場(chǎng)的淡水，而不須加入其它成分。6.6.1鉆孔回?cái)U(kuò)時(shí)鉆進(jìn)液的作用鉆孔回?cái)U(kuò)時(shí)鉆進(jìn)液(泥漿)的作用是非常關(guān)鍵的，其主要的作用可概括為以下幾點(diǎn):噴射鉆進(jìn):鉆進(jìn)液在擴(kuò)孔鉆進(jìn)的過(guò)程中，自鉆機(jī)通過(guò)鉆桿輸送到支擴(kuò)孔器，在擴(kuò)孔器的噴嘴中噴出，通過(guò)調(diào)節(jié)泵量可以控制鉆進(jìn)液噴出時(shí)的射流速度和作用于土體上的作用力，從而輔助切削土層，增加鉆進(jìn)速度，同時(shí)清潔擴(kuò)孔器，防止泥包現(xiàn)象的發(fā)生。b.懸浮和攜帶巖屑:泥漿的基本功用之一，就是將鉆頭破碎下來(lái)的巖屑從鉆孔內(nèi)帶出，保持鉆孔的清潔。當(dāng)臨時(shí)停止泥漿循環(huán)時(shí)，鉆進(jìn)液又能把鉆孔內(nèi)的鉆屑懸浮在泥漿中，不至于下沉，從而防止沉砂卡鉆，泥漿保持鉆孔清潔，不致造成鉆頭重復(fù)切削和破碎土體保證回?cái)U(kuò)器在孔內(nèi)始終接觸和破碎新地層，提高鉆頭的工作效率，從而提高鉆進(jìn)速度，這一功效要求泥漿有一定的粘度、切力等流變性能。c.潤(rùn)滑和冷卻鉆具:在擴(kuò)孔的過(guò)程中，回?cái)U(kuò)器一直在高速與土層摩擦旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生大量熱量，溫度很高，這些熱量很難通過(guò)土層傳遞出去，而泥漿可以通過(guò)泥漿循環(huán)吸收井帶走熱量，從而起到冷卻鉆頭和鉆具的作用，延長(zhǎng)了鉆具的使用壽命。同時(shí)使鉆頭、回?cái)U(kuò)器等鉆具在泥漿中旋轉(zhuǎn)和拖動(dòng)時(shí)，降低了土層的摩擦阻力，起到了潤(rùn)滑的作用和保護(hù)鉆具的作用。d.穩(wěn)定孔壁:孔壁穩(wěn)定，鉆孔形狀規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鋪管的重要基礎(chǔ)條件，也是采用泥漿的基本立足點(diǎn)，良好的泥漿能借助泥漿中水的流失在孔壁上形成一層很好的泥皮，以鞏固孔壁及地層，阻止液體流入地層，減少土中泥頁(yè)巖的水化膨脹和分散。e.平衡地層壓力:在鉆進(jìn)施工中遇到壓力系統(tǒng)復(fù)雜的地層時(shí)，可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)泥漿的比重，平衡地層壓力，防止塌孔、縮徑及泥漿漏失等現(xiàn)象的發(fā)生。泥漿在回?cái)U(kuò)時(shí)所起的作用在回拖鋪管時(shí)起同樣的作用外，在回拖鋪管時(shí)，泥漿起到降低管線與孔壁之間的磨擦阻力，對(duì)管線外壁起保護(hù)作用。有利于回拉鋪管作業(yè)。同時(shí)，泥漿在回拉鋪管時(shí)，還可以通過(guò)觀察泥漿循環(huán)返回的情況判斷孔內(nèi)情況。適合的鉆進(jìn)液可以明顯降低回拉鋪管的阻力減少回拖時(shí)液壓鎖現(xiàn)象的發(fā)生。從以上泥漿在各環(huán)節(jié)的作用可以看出，泥漿在非開(kāi)挖定向鉆施工中起著相當(dāng)重要的作用，是非開(kāi)挖定向鉆進(jìn)施工的“血液”。在施工過(guò)程中，根據(jù)不同的土層情況進(jìn)行合理的泥漿配制是一個(gè)非常關(guān)鍵和重要的工作。6.6.2泥漿的組成組成非鉆進(jìn)泥漿的基本物質(zhì)是水和粘土，而其中粘土對(duì)泥漿性能的影響是一個(gè)決定性的因素。泥漿的性質(zhì)和性能主要取決于粘土顆粒的礦物類型及其在水中的性質(zhì)、分散粒度的大小、分布粘土的總含量及這些微粒和處理劑的作用等。粘土主要是膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土晶胞間聯(lián)系松散，可交換的陽(yáng)離子數(shù)目多，水分子易進(jìn)入晶胞間，所以易膨脹水化，分散性好，造漿率高。由于一般膨潤(rùn)土均為鈣質(zhì)膨漲土，為了提高鈣質(zhì)膨潤(rùn)土的造漿性能，須對(duì)其進(jìn)行堿化處理，在用鈣質(zhì)膨潤(rùn)土配漿時(shí)時(shí)，加入適量純堿，改變土的性能，使其成為鈉質(zhì)膨潤(rùn)土。一般地加入純堿碳酸鈉的比重約為粘土重量的5”水平定向鉆進(jìn)施工土層一般是地表土。地表土壤一般可分為粗土和細(xì)土兩大類。粗土是指砂性土，如:細(xì)沙，中沙，粗沙及卵礫石等，針對(duì)不同的土層，可進(jìn)行不同泥漿配比。6.6.3泥漿的驀本性能泥漿的基本性能是指泥漿的基本組成以及各組分之間的物理化學(xué)作用的宏觀反映，是泥漿質(zhì)量的基本參數(shù)。泥漿的性能及變化，直接影響鉆進(jìn)速度、鉆頭、鉆桿壽命、孔壁穩(wěn)定性、孔內(nèi)清潔及回拖鋪管等一系列鉆進(jìn)工藝問(wèn)題，泥漿的主要性能有:密度:是測(cè)定泥漿靜水壓力的標(biāo)準(zhǔn)。它的大小主要決定于泥漿中的固相含量和固相比重。固相含量是指固體顆粒的重量百分比。粘土及重晶石為有用固相，造漿率高泥漿的固相含量控制在4%左右為宜。b.粘度:粘度是指泥漿顆粒之間摩擦力的總和，是測(cè)量泥漿的流變性能。一般用漏斗測(cè)量，粘度值是指每流出1升泥漿所需的時(shí)間。在水平定向鉆進(jìn)時(shí)，粘度升高則鉆進(jìn)效率降低，但從攜帶鉆屑和維護(hù)孔壁角度來(lái)看，粘度增加是有益的，所以要配制適當(dāng)粘度的泥漿。c.泥漿的切力:泥漿靜止時(shí)，顆粒之間相互吸引而形成一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中束縛一定的水，而當(dāng)有外力作用而流動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)拆散，水放出，泥漿流動(dòng)性增加，這稱為泥漿的觸變性，適當(dāng)?shù)撵o切力可以懸浮巖屑，過(guò)高的泥漿靜切力卻易造成泵壓過(guò)高，開(kāi)泵困難，壓裂地層等，可以通過(guò)添加回稀釋劑來(lái)，降低泥漿切力，清除泥漿的無(wú)用固相。同時(shí)加入無(wú)機(jī)鹽和膨潤(rùn)土可用來(lái)提高切力。d.泥漿的失水和造壁性。這是泥漿的重要性能，它對(duì)松散，破碎和遇水失穩(wěn)的地層孔壁的穩(wěn)定起重要影響。泥漿失水是指泥漿中的自由水在壓差作用下向孔壁土層中的裂隙中滲透，從而失去水分。泥漿中的自由水進(jìn)入地層，泥漿中的固相顆粒附著在孔壁上形成泥皮，便稱為泥漿的造壁性。泥漿中細(xì)粘土顆粒多，則形成泥皮薄而密，泥漿失水大。反之，粗顆粒多而細(xì)顆粒少則形成的泥皮厚而松，泥漿失水大，造壁性能差，易產(chǎn)生泥皮跨塌或泥漿循環(huán)阻力大。e.泥皮的摩擦力主要是指泥皮表面的粘滯性能，摩擦力大，對(duì)鉆具和管線磨損大，可加入潤(rùn)滑劑改變摩擦力。f.泥漿的PH值。泥漿的PH值對(duì)泥漿性能影響很大，固相顆粒帶負(fù)電荷，它必須在堿性條件下才能維持穩(wěn)定。因此，泥漿必須維持在堿性范圍，PH值應(yīng)維持在8“10，過(guò)高的PH值，泥漿對(duì)孔壁的分散性增強(qiáng)，腐蝕性增大。要提高泥漿的PH值可以在泥漿中加入NA(OH)或碳酸鈉等。6.6.4泥漿處理劑為了保證泥漿在鉆進(jìn)過(guò)程中的穩(wěn)定性，提高泥漿的性能以適應(yīng)各種情況下的鉆進(jìn)要求，必須對(duì)泥漿進(jìn)行化學(xué)處理，加泥漿處理劑是處理泥漿的常用方法。處理劑分無(wú)機(jī)處理劑和有機(jī)處理劑，針對(duì)不同的土層，可選用不同的泥漿處理劑進(jìn)行處理:。a.對(duì)于易于塌孔的土層，如松軟的砂層等，可使用失水量較小的泥漿，這時(shí)需要高礦化度的泥漿、鹽水泥漿、氯化鈣泥漿及石膏、鉀基泥漿。b.對(duì)于破碎帶的土層，泥漿必須要有良好的造壁性?？杉尤脞c質(zhì)的膨潤(rùn)土。c.對(duì)于漏失地層，應(yīng)在泥漿中加入鋸末、紙屑等纖維材料。對(duì)于任何化學(xué)添加劑，必須與膨潤(rùn)土一起使用才能起作用。無(wú)機(jī)處理劑主要指碳酸鈉，作用是改變泥漿的PH值;有機(jī)處劑主要是使泥漿具有分散穩(wěn)定，絮凝，發(fā)泡，乳化，減摩潤(rùn)滑，抑制粘土質(zhì)巖石化，膨化，造漿抑制水敏地層坍塌，及對(duì)鉆具的腐蝕等多種作用?？山档褪?，降低粘度和切力，增加潤(rùn)滑等，主要有:鈉梭甲基纖維，水解聚丙烯晴，聚丙烯胺其水解物等。6.7沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)原理6.7.1沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)碎巖特點(diǎn)沖擊回轉(zhuǎn)碎巖是在鉆頭上部連接一沖擊器，鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭在常規(guī)的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)基礎(chǔ)上，被施加由沖擊器產(chǎn)生的沖擊載荷。(l)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)巖石的破碎是兩種機(jī)械碎巖方法沖擊和回轉(zhuǎn)聯(lián)合作用的結(jié)果切削具回轉(zhuǎn)方向上的回轉(zhuǎn)力(M)和軸心方向上的靜壓力P。，及沖擊力P，這三個(gè)力共同作用、協(xié)同碎巖，如圖所示，沖擊力使巖石崩裂或產(chǎn)生裂紋，軸向力克服鉆具受到的反彈力，改善沖擊能的傳遞條件，在沖擊力和軸向力的共同作用下，切削具切入巖石較深，在加上強(qiáng)制性的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有利于充分發(fā)揮剪切破碎效果。(2)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)巖石破碎是在靜載和沖擊兩種荷載作用下進(jìn)行對(duì)脆性和塑性巖石來(lái)說(shuō)，沖擊動(dòng)載與靜壓入力的作用過(guò)程基本相同，即壓力與侵深的關(guān)系是條波浪式上升的曲線。沖擊碎巖，時(shí)間很短，一般以毫秒計(jì)，破碎巖石是躍進(jìn)式的破壞，裂紋發(fā)展同時(shí)從很多弱的地方開(kāi)始破壞，所形成的破碎坑穴，不論其侵深、面積還是體積，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較接近〔7];而靜載施加時(shí)間則是秒，破巖作用時(shí)間比沖擊動(dòng)載長(zhǎng)得多，有利于裂紋向更深更廣得范圍發(fā)展，慢速加載破壞往往只從一個(gè)或少數(shù)弱面擴(kuò)展，所以即使載荷相同，其破碎坑波動(dòng)幅度也很大。因此在同樣的沖擊功作用下，靜載的侵深較大。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭既作用著預(yù)加靜載(鉆壓)，又作用著沖擊力，因此它具有靜、動(dòng)載雙重效應(yīng)，是兩種碎巖特點(diǎn)結(jié)合的一種新的破巖方法。在花崗巖、石灰?guī)r、大理巖上的試驗(yàn)表明，靜、動(dòng)荷載同時(shí)作用時(shí)，巖石破碎深度和體積都比單純的靜載或沖擊破碎大。6.7.2沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)優(yōu)點(diǎn)(1)能夠大幅度提高鉆進(jìn)速度。(2)有利于消除巖屑?jí)|層效應(yīng)，改善井底清巖效果。(3)鉆頭磨損較慢，壽命延長(zhǎng)。(4)鉆壓較常規(guī)的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)低，減少了大鉆壓帶來(lái)的鉆桿磨損及疲勞破壞，改善了鉆桿的工作環(huán)境，減低了孔內(nèi)事故的發(fā)生。(5)降低了鉆進(jìn)成本。6.7.3沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)碎巖工具作用的應(yīng)力分布球形齒壓入時(shí)，依海爾茨理論，傳遞的荷載不是均布的，如圖所示，這時(shí)的壓力邊緣是一個(gè)圓。圓半徑為:式中，p一總壓力r一球的半徑p一泊松系數(shù)E一彈性模數(shù)E一彈性模數(shù)此時(shí)壓力面上的壓力分布是隨著壓力點(diǎn)離開(kāi)壓力面中心的距離x而變的一個(gè)函數(shù)，即:在壓力面中心:在壓力面邊緣:利用布希涅?？思辛ψ饔糜趶椥园霟o(wú)限空間平面上的求解，得出對(duì)稱軸上的應(yīng)力分布為:在對(duì)稱軸上所有的應(yīng)力都是壓應(yīng)力，當(dāng)在2=0時(shí):若p二0.25，則壓力面中心的壓應(yīng)力:即接觸面中心的應(yīng)力狀態(tài)接近于各向均勻壓縮的狀態(tài)。接觸面中心的剪應(yīng)力:由式可知，隨著與壓面距離的增加(即Z的增加)，所有的正應(yīng)力都要減少，而x=。，比。z減