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摘 要
GCPS—20型鉆機(jī)是一種復(fù)合式多功能鉆機(jī)，為適應(yīng)我國(guó)深基礎(chǔ)工程和連續(xù)墻以及水利工程、橋梁工程的發(fā)展與需要，結(jié)合大口徑鉆機(jī)灌注樁和地下連續(xù)墻施工的特點(diǎn)，為解決在復(fù)雜地層、硬巖中成孔而研制，特別卵石層、基石、漂石層能大幅度提高施工效率，在各種成孔方法中是比較經(jīng)濟(jì)有效的方法。
鉆機(jī)是集回轉(zhuǎn)、沖擊鉆進(jìn)工藝于一體的多功能復(fù)合型鉆機(jī)，用轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)可用于第四世紀(jì)覆蓋層，沖擊鉆進(jìn)時(shí)可用于卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖地層。
本鉆機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，而且各種操作手柄布置合理，操作簡(jiǎn)單，便于使用與維護(hù)。
關(guān)鍵詞： 沖擊鉆進(jìn) 變速箱 減速器 轉(zhuǎn)盤(pán)
Abstract
The types GCPS-20 drill the machine is a kind of compound type multi-function drill the machine, in order to adapt the our country development and demands of the deep foundation and consecution wall and marine hydraulic engineering, the bridge engineering, combine the big caliber to drill the machine to infuse to note the stake and the characteristics of underground continuous wall construction, in order to solve to become the bore but research to manufacture in complicated geologic strata, hard rock, significant exaltation of ability of special egg stone layer, sill, the stone layer construction efficiency, is a more economic valid method in variously become the bore method.
Drill the machine is to gather the turn-over and pound at to drill into the craft in the integral whole of multi-function and compound type drill the machine, can used for to overlay the layer the fourth century while using to turn the dish turn-over to drill into, can used for the hard rock geologic strata of egg stone, ash rock, granite...etc. while pounding at to drill into.
Drill the characteristics of the machine originally is a structure simple, tightly packed, and various operation hand handle arrange reasonable, operate in brief, easy to usage and support.
Keyword：The impact drill into Become soon box
Deceleratethe machine Turn the dish
9
目 錄
摘 要……………………………………………………………………………I
Abstract ………………………………………………………………………II
第1章 緒論 ……………………………………………………………………1
1.1 項(xiàng)目的研究意…………………………………………………………1
1.2 國(guó)內(nèi)外科技現(xiàn)狀………………………………………………………1
1.3 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途和應(yīng)用領(lǐng)域…………………………………………1
第2章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì) ………………………………………………………2
2.1 總體布局設(shè)計(jì)…………………………………………………………2
2.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.2 氣動(dòng)系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.3 電氣系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.4 工具系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.5 各部件的功能…………………………………………………2
2.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)…………………………………………………………3
2.3 主要性能特點(diǎn)…………………………………………………………4
第3章 動(dòng)力機(jī)確定 ……………………………………………………………5
3.1 按鉆頭鉆進(jìn)所需功率計(jì)算……………………………………………5
3.2 按鉆機(jī)沖擊鉆進(jìn)所需功率計(jì)算………………………………………7
第4章 帶輪選擇 ………………………………………………………………9
第5章 變速箱的設(shè)計(jì)及計(jì)算…………………………………………………12
5.1 變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) …………………………………………………12
5.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算 ……………………………………………………………12
5.2.1 初步選定 ……………………………………………………12
5.2.2 選定變速箱傳動(dòng)公比 ………………………………………12
5.2.3 按彎曲強(qiáng)度確定齒輪模數(shù) …………………………………13
5.2.4 按接觸強(qiáng)度確定齒輪分度圓直徑與中心距 ………………14
5.2.5 齒寬的確定 …………………………………………………15
5.2.6 齒輪齒數(shù)確定 ………………………………………………16
5.2.7 計(jì)算齒輪相關(guān)參數(shù)、確定齒輪 ……………………………16
5.3 錐齒輪計(jì)算 …………………………………………………………17
5.3.1 初步計(jì)算 ……………………………………………………17
5.3.2 幾何計(jì)算 ……………………………………………………17
5.4 齒輪校驗(yàn) ……………………………………………………………22
5.4.1 齒輪受力分析 ………………………………………………22
5.4.2 齒輪傳動(dòng)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 …………………………22
5.4.3 齒輪傳動(dòng)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 …………………………25
5.5 變速箱軸的計(jì)算 ……………………………………………………27
5.5.1 一軸計(jì)算 ……………………………………………………27
5.5.2 二軸計(jì)算 ……………………………………………………27
5.5.3 三軸計(jì)算 ……………………………………………………28
5.6 軸的校驗(yàn) ……………………………………………………………28
5.6.1 按轉(zhuǎn)矩計(jì)算 …………………………………………………28
5.6.2 軸上受力分析 ………………………………………………29
5.6.3 求支反力 ……………………………………………………29
5.6.4 作彎矩和轉(zhuǎn)矩圖 ……………………………………………30
5.6.5 確定危險(xiǎn)截面及安全系數(shù)校核計(jì)算 ………………………33
第6章 轉(zhuǎn)盤(pán)的計(jì)算……………………………………………………………36
6.1 轉(zhuǎn)盤(pán)輸出轉(zhuǎn)速 ………………………………………………………36
6.2 大、小錐齒輪計(jì)算 …………………………………………………36
6.2.1 初步計(jì)算 ……………………………………………………36
6.2.3 幾何計(jì)算 ……………………………………………………37
6.3 錐齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度校驗(yàn) ……………………………………42
6.3.1 計(jì)算公式 ……………………………………………………42
6.3.2 許用接觸應(yīng)力計(jì)算 …………………………………………43
6.3.3 齒面接觸強(qiáng)度校核結(jié)果 ……………………………………44
6.4 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度校核 ……………………………………………44
6.4.1 計(jì)算公式 ……………………………………………………44
6.4.2 齒根許用彎曲應(yīng)力計(jì)算 ……………………………………45
6.4.3 齒根彎曲強(qiáng)度校核結(jié)果 ……………………………………46
6.5 轉(zhuǎn)盤(pán)軸結(jié)構(gòu)計(jì)算 ……………………………………………………46
第7章 鉆機(jī)其余部分零部件選擇 …………………………………………48
7.1 聯(lián)軸器的選用 ………………………………………………………48
7.2 減速器齒輪安排 ……………………………………………………48
第8章 鉆機(jī)的維護(hù)保養(yǎng) ……………………………………………………51
8.1 鉆機(jī)維護(hù)保養(yǎng)的重要性 ……………………………………………51
8.2 維護(hù)保養(yǎng)要求 ………………………………………………………51
8.3 主要部件保養(yǎng)項(xiàng)目 …………………………………………………52
8.3.1 轉(zhuǎn)盤(pán) …………………………………………………………52
8.3.2 變速箱 ………………………………………………………52
8.3.3 減速器 ………………………………………………………52
8.3.4 主、副卷?yè)P(yáng)機(jī) ………………………………………………52
8.3.5 水龍頭 ………………………………………………………52
8.3.6 鉆具 …………………………………………………………53
8.3.7 沖擊卷?yè)P(yáng)機(jī) …………………………………………………53
8.3.8 氣路系統(tǒng) ……………………………………………………53
8.3.9 傳動(dòng)鏈條 ……………………………………………………53
8.3.10 沖擊鋼絲繩…………………………………………………53
8.3.11 氣胎離合器…………………………………………………53
8.3.12 主離合器……………………………………………………54
8.4 安全操作注意事項(xiàng) …………………………………………………54
第9章 經(jīng)濟(jì)性分析……………………………………………………………56
第10章 專(zhuān)題 水平定向鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)探討 …………………………………58
結(jié) 論……………………………………………………………………………64
致 謝……………………………………………………………………………65
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………66
附錄1中文（譯文） …………………………………………………………68
附錄2英文（原文） …………………………………………………………74
第1章 緒 論
1.1 項(xiàng)目的研究意義
隨著國(guó)家基本建設(shè)的投入持續(xù)增長(zhǎng),尤其是像京滬高速鐵路、奧運(yùn)場(chǎng)館等一批國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的陸續(xù)啟動(dòng),將對(duì)工程鉆機(jī)技術(shù)要求更高、鉆機(jī)不僅要具有高效性、環(huán)保性，更要具有復(fù)合性。通常使用的工程鉆機(jī)在工作時(shí)只有鉆進(jìn)，當(dāng)遇到較為堅(jiān)硬的巖石層，如卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖石地層，就不得不改變鉆進(jìn)方位，或另鉆它孔，為解決此問(wèn)題在老師的指導(dǎo)下我設(shè)計(jì)這臺(tái)帶有沖擊鉆的多功能復(fù)合型鉆機(jī)，它可有效的解決上述問(wèn)題。我相信這臺(tái)鉆機(jī)一定會(huì)有很廣闊的市場(chǎng)前景!
1.2 國(guó)內(nèi)外的科技現(xiàn)狀
隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,各類(lèi)建筑和工程施工的數(shù)量激增,工程難度日益加大,質(zhì)量要求越來(lái)越高,極大的推動(dòng)了各類(lèi)基礎(chǔ)處理施工技術(shù)的發(fā)展,尤其是近 20 年來(lái),由于建筑的大型化和高層化,各種處理范圍廣,效率高,污染少,成本低的深基礎(chǔ)施工工法，如大型旋挖樁、地下連續(xù)墻、各種錨固、高壓旋噴、深層攪拌等已成為基礎(chǔ)工程施工的重要手段。而現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)施工設(shè)備效率低下,污染嚴(yán)重,不能適應(yīng)新施工技術(shù)的要求,施工企業(yè)一直在大量進(jìn)口該類(lèi)設(shè)備。加大開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的新型基礎(chǔ)工程施工鉆機(jī)的力度,滿(mǎn)足市場(chǎng)急需,替代進(jìn)口,是該類(lèi)設(shè)備制造業(yè)的首要任務(wù)。
1.3設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途和應(yīng)用領(lǐng)域
這臺(tái)鉆機(jī)設(shè)計(jì)為散裝式轉(zhuǎn)盤(pán)沖擊、回轉(zhuǎn)復(fù)合式多功能鉆機(jī)，適用于基礎(chǔ)工程和連續(xù)墻以及水利工程、鉆鑿高層建筑、橋梁、港口基礎(chǔ)樁孔的鉆進(jìn)，也用于大口徑水井及其他工程孔的鉆，主要用于第四世紀(jì)地層及其卵石、灰?guī)r、花崗巖、漂石層等硬巖地層。
主要應(yīng)用于建筑工程、水利工程、橋梁工程、礦井鉆進(jìn)等領(lǐng)域。
第2章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1 總體布局設(shè)計(jì)
鉆機(jī)由底座、傳動(dòng)裝置、減速器（分動(dòng)箱）、主副卷?yè)P(yáng)機(jī)、沖擊卷?yè)P(yáng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆塔、氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、工具系統(tǒng)組成。
2.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)
電機(jī)的動(dòng)力經(jīng)皮帶傳至變速器，變速器為一進(jìn)三出結(jié)構(gòu)，一路輸出經(jīng)齒輪傳至主副卷?yè)P(yáng)機(jī)；一路輸出至減速器，經(jīng)由萬(wàn)向軸傳至轉(zhuǎn)盤(pán)，供回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；一路輸出經(jīng)鏈輪傳動(dòng)沖擊卷?yè)P(yáng)機(jī)，供沖擊提升。
2.1.2氣動(dòng)系統(tǒng)
空壓機(jī)輸出壓力氣，由空氣包至氣控箱，分兩路經(jīng)操縱閥控制，傳至沖擊卷?yè)P(yáng)機(jī)兩只氣胎離合器，完成沖擊提升及降落。
2.1.3電氣系統(tǒng)
控制電機(jī)啟動(dòng)及關(guān)閉，為氣動(dòng)系統(tǒng)提供電源控制，為操縱箱提供控制系統(tǒng)。
2.1.4工具系統(tǒng)
游動(dòng)滑車(chē)、水龍頭、主動(dòng)鉆桿、孔內(nèi)鉆桿、加重塊、刮刀鉆頭、墊叉組成回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工具系統(tǒng)。游動(dòng)滑車(chē)、水龍頭、孔內(nèi)鉆桿、沖擊排渣管、沖擊鉆頭、孔口導(dǎo)向工具、墊叉組成沖擊鉆進(jìn)工具系統(tǒng)。
2.1.5各部件的功能
1． 轉(zhuǎn)盤(pán) 轉(zhuǎn)盤(pán)用于驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鉆桿及鉆具回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)系一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)大錐齒、轉(zhuǎn)臺(tái)、大、小補(bǔ)心驅(qū)動(dòng)鉆桿工作。
2． 減速器 減速器是進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)速、提高扭矩而設(shè)計(jì)的，有兩檔變速，由雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪實(shí)行。
3． 變速箱 變速箱為二軸一級(jí)變速箱，有三擋變速，由單、雙聯(lián)齒輪滑移實(shí)現(xiàn)變速。變速箱內(nèi)有正、反轉(zhuǎn)裝置，由雙向牙嵌離合器實(shí)現(xiàn)，單向牙嵌離合器實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)離合。
4． 主、付卷?yè)P(yáng)機(jī) 主、付卷?yè)P(yáng)機(jī)均為行星式卷?yè)P(yáng)機(jī)，靠制動(dòng)行星輪來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆具的提升。
5． 底座 底座由滑臺(tái)、下座、油缸、孔口板組成，轉(zhuǎn)盤(pán)、卷?yè)P(yáng)機(jī)組固定于滑臺(tái)上，鉆塔固定于下座上，油缸一端固定于滑臺(tái)，另一端與孔口板相聯(lián)，油缸用于滑臺(tái)的后移和孔口板開(kāi)合。
6． 鉆塔 鉆塔用于懸掛游動(dòng)滑車(chē)、水龍頭和提升器等提升設(shè)備，結(jié)構(gòu)形式為“n”型，鉆塔內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向槽和主動(dòng)鉆桿后置懸掛裝置。導(dǎo)向槽用于水龍頭導(dǎo)向，懸掛裝置用于換接鉆桿時(shí)主動(dòng)鉆桿不落地。鉆塔起落由油缸完成。
2.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
1. 沖擊卷?yè)P(yáng)機(jī)
提升能力 （kN） 60
提升速度 （m/s） 0.4 .05 0.6
2. 沖擊行程 (m) 0.5—4
3. 沖擊次數(shù) (1/min) 6—14
4. 沖錘質(zhì)量 (kg) 3000—5000
5. 主、副卷?yè)P(yáng)機(jī)
提升能力 (單繩kN) 30
卷繩速度 (m) 0.45, 0.68, 1.13, 1.69
0.31, 0.46, 0.77, 1.15
6. 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速 (r/min) 13, 17, 21, 26, 42, 52
7. 主機(jī)動(dòng)力型號(hào)(功率) YD280S 55 KW (1480 r/min )
8. 鉆塔額定負(fù)載 ( kN) 180
9. 空壓機(jī)型號(hào)( 排量，壓力) UB 300—500
（3.55 /min, 0.8 MP）
10. 配備砂石泵型號(hào)（型號(hào)） 6BS (180/h)
或8BS（340 /h）
11. 外型尺寸 （長(zhǎng)X寬X高） 10000X2400X1700
12. 重量
主機(jī)重量 （t） 10.4
全套設(shè)備總重 （t） 28