DY-1000巖心鉆機液壓動力頭設計論文
河北建筑工程學院
畢業(yè)設計計算書
指導老師:
設計題目:DY-1000全液壓巖心鉆機液壓動力頭設計 設計人:
設計項目
計算與說明
結(jié)果
緒論
總體設計
概述
總體參數(shù)
工作原理及主要部件
卡盤夾緊力的計算
卡盤結(jié)構(gòu) 簡介
基本參數(shù)的確定
動力頭的設計計算
概述
變速箱的總體設計
變速箱傳動齒輪的設計計算
高速級齒輪傳動的設計校核
一.齒輪類型精度等級材料及齒數(shù)
1) 傳動方案
2) 精度等級
3) 材料
4)齒數(shù)
二.按齒面接觸強度設計
1確定式中各值
1)載荷系數(shù)
2)轉(zhuǎn)矩
3)齒寬系數(shù)
4)接觸疲勞極限
5)材料彈性影響系數(shù)
6)應力循環(huán)次數(shù)
7)接觸疲勞壽命系數(shù)
8)接觸疲勞許用應力
2計算
1)小齒輪分度圓直徑
2)圓周速度
3)齒寬b
4)齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高h
5)載荷系數(shù)
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分布系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷分布
系數(shù)K
6)分度圓直徑
7)模數(shù)m
三按齒根彎曲疲勞強度設計
1確定式中各值
1)彎曲疲勞強度極限
2)彎曲疲勞壽命系數(shù)
3)彎曲疲勞許用應力
4)載荷系數(shù)K
5)齒形系數(shù)及應力修正系數(shù)
6)
2計算
齒數(shù)z
四幾何尺寸計算
1分度圓直徑d
2中心距
3齒寬
低速級齒輪傳動的設計校核
一 選材及精度等級
1選材
2精度等級
二 確定設計原則
三 設計公式
1初選齒數(shù)
2 齒寬系數(shù)
3 初估齒輪直徑d
4齒寬b
5齒輪圓周速度V
6循環(huán)次數(shù)
7壽命系數(shù)
8彎曲疲勞
強度極限
9安全系數(shù)
10許用應力
11轉(zhuǎn)矩T
12載荷系數(shù)K
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
載荷系數(shù)K
13齒形系數(shù)及應力修正系數(shù)
14齒輪模數(shù)m
15預算中心距a
四具體參數(shù)確定
1確定各輪模數(shù)m
2齒數(shù)z
3分度圓直徑d
3齒寬b
五 齒面疲勞強度校核
1安全系數(shù)
2壽命系數(shù)
3接觸疲勞極限
4許用接觸應力
5材料彈性系數(shù)
6校核
變速箱傳動軸的設計算
一.結(jié)構(gòu)
二.受力分析
三 校核
四 軸一兩端的軸承
一結(jié)構(gòu)
二受力分析
三校核
四 軸承校核
五.鍵的選擇及校核:
1.花鍵的選擇及校核
(1)花鍵的選擇
(2)校核
2.平鍵的選擇校核
(1)平鍵的選擇
(2)確定尺寸
(3)驗算擠壓強度
一.結(jié)構(gòu)
二.受力分析
三校核
四.軸承
五平鍵的選擇校核
1右鍵
⑴平鍵的選擇
⑵確定尺寸
⑶驗算擠壓強度:
2左鍵
⑴鍵的選擇
⑵確定尺寸。
⑶驗算擠壓強度
動力頭的泵及其馬達的選擇
1.馬達的選取
2.液壓油泵的驅(qū)動電機的選擇
給進機構(gòu)的設計計算
液壓給進機構(gòu)的分析、選擇
給進液壓缸的設計計算的選擇
鉆塔的設計及校核
塔身強度及剛度驗算
第1章 緒論
巖心鉆機主要用于固體礦床的勘探,也用于工程勘探,水文地質(zhì)勘探和其它用途的巖心鉆探。巖心鉆探的孔深變化較大,一般從幾米到幾千米之間,鉆孔口徑較小,一般鉆孔口徑在幾毫米到一百多毫米。鉆進底層以基巖為主,鉆孔過程中要求取出能夠滿足分析和化驗要求的一定數(shù)量和質(zhì)量的巖心。
1.1鉆機發(fā)展的一般情況
早期的鉆機是由人力驅(qū)動的簡單沖擊式機械,經(jīng)常長期不斷演變、發(fā)展,成為現(xiàn)代具有機動動力驅(qū)動的各種沖擊式鉆機。沖擊式鉆機作為唯一的鉆探機械,在世界上一直沿用了相當長的歷史時期。這種鉆機鉆孔有如下缺點:效率低,無法取出巖心;只能鉆垂直孔;鉆孔過程中不能及時排出巖屑等。隨著社會的不斷發(fā)展,這種鉆機已逐漸不能適應要求。19世紀中期以后,出現(xiàn)了回轉(zhuǎn)式鉆機?;剞D(zhuǎn)式鉆機具有鉆進效率高;可取出完整的巖心;能鉆進各種傾角的鉆孔;有利于多種鉆探工藝和方法的使用等優(yōu)點,因此發(fā)展很快,并迅速在鉆探領(lǐng)域中占據(jù)了主導地位。
現(xiàn)在,我國不僅可以成套生產(chǎn)各種鉆探機械,而且有許多產(chǎn)品已形成具有我國特點的系列。產(chǎn)品的品種逐漸齊全、質(zhì)量不斷提高、性能更加完善。某些產(chǎn)品已進入國際市場。
1.2鉆機的特點及設計要求
鉆機與其它機械有某些共同之處,但鉆機具有獨特的生產(chǎn)對象和使用條件,巖心鉆機是主要用于固體礦床的普查與勘探,也用于工程勘察、水文地質(zhì)勘探和其他用途的巖心鉆探。巖心鉆探的孔深度變化較大,鉆孔口徑較小,鉆進地層以基巖為主。由于各種礦體在地下的產(chǎn)狀不同,為求得傾斜礦體的真實厚度,便于精確計算儲量,常常需要鉆進不同傾角的鉆孔。因而形成了自身的一些特點:
(1)鉆進方法和鉆進工藝的多樣性
鉆探生產(chǎn)采用的鉆探方法和鉆進工藝是多種多樣的。就鉆進方法而言,按破碎巖石的方法可分為沖擊、回轉(zhuǎn)、震動、復合式等幾種;按采用的破巖材料分為:鉆粒鉆進、硬質(zhì)合金鉆進、金剛石鉆進、超硬材料鉆進;按是否取芯分為取芯鉆進和全面鉆進就鉆進工藝而言可分為正循環(huán)鉆進,局部反循環(huán)鉆進和全面鉆進。而且隨著鉆探生產(chǎn)的發(fā)展,科技的進步,會出現(xiàn)更多的鉆探方法和鉆探工藝,這就產(chǎn)生了能實現(xiàn)不同鉆進方法和鉆進工藝的各種類型的鉆機。
(2)使用條件的復雜性
鉆機工作的區(qū)域廣泛,從平原到海洋、從地面到地下、從熱帶到寒帶,幾乎地球的每個地方都可能成為鉆機工作的地方。不同地區(qū)有不同的環(huán)境氣候條件這就帶來鉆機使用條件的復雜性。加之露天作業(yè)機械,作業(yè)對象為巖石,一般用以產(chǎn)生污染的泥漿做沖洗液,這一進步造成鉆機工作條件的惡化,為適應這些條件,鉆機必須滿足一些特殊要求。
(3)類型與結(jié)構(gòu)的多樣性
由于鉆機需要完成不同類型、不同目的的鉆孔加之鉆進方法和鉆進工藝的多樣性,使用條件的復雜性要求鉆機有多種類型和不同結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)不完全統(tǒng)計,目前世界上各種類型的鉆機達上千種之多,而且很多類型差異很大。
(4)生產(chǎn)小批量性
鉆機相對交通運輸、建筑、輕工業(yè)等機械的生產(chǎn)批量小,特別是一些特殊用途的生產(chǎn)數(shù)量更小。如深井鉆機、特大井口鉆機、水平孔鉆機等。由于批量小,不便于組織批量化生產(chǎn),產(chǎn)品成本相對較高;另一方面產(chǎn)品更新?lián)Q代周期長,不利于及時應用新技術(shù)。
鉆機的設計要求:
鉆機是直接用于鉆孔的機械,設計時應直接保證設計的鉆機能高效、優(yōu)質(zhì)、安全、低耗完成鉆孔為前提。使設計的鉆機技術(shù)先進、經(jīng)濟合理,具有良好的經(jīng)濟技術(shù)指標。其依據(jù)如下:
(1)鉆機的性能及參數(shù)應具有廣泛的適用性,能根據(jù)不同的底層不同的鉆進方法及不同的鉆頭類型和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)合理鉆進規(guī)程參數(shù)。
(2)要配備必要的的檢測及指示儀器以便于及時掌握和控制鉆機的運轉(zhuǎn)和孔內(nèi)的鉆進情況。
(3)鉆機應能傳遞足夠用的動力,保證各工作機構(gòu)的正常工作及短時間過載。
(4)應具有較強的處理孔內(nèi)事故的能力和完成特種工作的性能。
(5)運轉(zhuǎn)平穩(wěn),振動小,鉆進時鉆桿的對向性好。
(6)自動化,機械化程度高;鉆進過程中最理想的是鉆機能根據(jù)孔內(nèi)情況自動調(diào)節(jié)和控制鉆進參數(shù);及時選擇調(diào)整和保持最有效的鉆進規(guī)程。
(7)為提高鉆機生產(chǎn)可靠性,應設置必要的過載保護裝置和互鎖裝置;重要機構(gòu)要配備重復裝置。
(8)滿足機械設備一般要求。
1.3.鉆機的“三化”原則
工業(yè)產(chǎn)品的標準化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段,是科學管理的重要組成部分;是溝通科研、生產(chǎn)和使用三者之間的橋梁。標準化已發(fā)展成一門綜合性學科。
標準化包括標準化、系列化和通用化,又稱之為“三化”。標準是徑有關(guān)上級主管部門批準,在一定的范圍內(nèi)必須執(zhí)行的有文字技術(shù)資料的統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定。系列化是把同類型的產(chǎn)品按技術(shù)參數(shù)規(guī)劃出一定時期內(nèi)社會發(fā)展需要的一組產(chǎn)品的型式尺寸。這組型式尺寸確定了該類產(chǎn)品的最大最小范圍及各尺寸的合理間隔。系列化可以合理簡化產(chǎn)品的規(guī)格,提高零部件的通用化程度,用最小的品種規(guī)格有效地滿足各方面的要求。通用化是指最大限度的擴大同一類型或不同類型的各種規(guī)格產(chǎn)品中通用件的使用范圍,增大通用件的比例。通用件就是不同類型或不同規(guī)格產(chǎn)品中彼此可以互換通用的相同的零部件。產(chǎn)品中通用件的比例越高,通用件適用范圍越大,則產(chǎn)品的通用化程度越高。
第2章 總體設計
2.1 概述
全液壓巖心鉆機是一種新型鉆機,是在吸取了立軸式巖心和轉(zhuǎn)盤式巖心鉆機結(jié)構(gòu)的優(yōu)點基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。目前已生產(chǎn)出的全液壓巖心鉆機的主要優(yōu)點是:給進行程長,可縮短鉆進過程的輔助時間,有利于減少孔內(nèi)事故;動力頭上下移動是沿剛性較大的滑道進行的,所以導向、定向性好,回轉(zhuǎn)平穩(wěn);鉆機升降機構(gòu)與給進機構(gòu)合一,動力頭與孔口夾持器配合可實現(xiàn)擰卸鉆具,此種結(jié)構(gòu)簡化了鉆機的結(jié)構(gòu)及配套裝置。全液壓巖心鉆機還具有無極調(diào)速、調(diào)速范圍大、過載保護性能好,能實現(xiàn)自動化、遠距離自動控制等優(yōu)點。但全液壓巖心鉆機消耗功率較大,傳動效率低,可拆性差,液壓元件要求精度高,保養(yǎng)維修方便。
2.2總體參數(shù)
基本參數(shù):
鉆深 1000
鉆孔傾角 75~90度
給進力 45
起拔力 125
鉆桿低檔轉(zhuǎn)速 0~388
低檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 3600~1800
鉆桿高檔轉(zhuǎn)速 0~1240
高檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 1100 ~550
2.3工作原理及主要部件(圖2-1)
圖2-1 總體布置簡圖
2.3.1 工作原理
本鉆機準備在鉆進時,通過底座上活塞桿機構(gòu)將平放于底座上的工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)90°,撐開液壓支腿,并將其調(diào)整平穩(wěn)可靠,此時可鉆垂直孔。鉆頭安裝等工作完成后,接通電源。此時,將卡盤夾緊鉆桿,夾持器處于松開狀態(tài)。動力機將動力輸出,經(jīng)液壓系統(tǒng)帶動液壓馬達旋轉(zhuǎn),馬達輸出軸于變速箱齒輪軸聯(lián)接,將動力傳到空心輸出軸??招妮S帶動聯(lián)接的卡盤同速旋轉(zhuǎn),從而鉆桿回轉(zhuǎn)。加之液壓給進機構(gòu)調(diào)節(jié)適當壓力使鉆頭完成鉆進工作。
本機采用鉆桿長度為3米,即鉆進行程為3米,提升動力頭一次和換鉆、擰鉆等。首先應通過夾持器將鉆桿夾緊,然后松開卡盤卡瓦,之后可完成提升、移動動力頭、換鉆、擰鉆。如此循環(huán),進行下一次鉆進工作。
鉆孔最初,進行開口鉆探時,需給進機構(gòu)為動力頭提供一定的沿鉆桿軸向向下的力以達到鉆探所需的合適的鉆壓。隨著鉆桿數(shù)目的增加,鉆具重量和鉆探阻力逐漸增加。當鉆孔達到一定深度時,鉆桿總軸向力近似等于正常鉆進所需壓力,給進機構(gòu)加壓為零;隨著鉆桿數(shù)目的繼續(xù)增加,鉆具重量和鉆探阻力合力大于正常鉆進所需壓力。給進機構(gòu)為動力頭提供一定的沿鉆桿軸向向上的推力,保證正常鉆進。這就是通常所說的減壓鉆進。
當鉆探工作完成時,收起液壓支腿和其他支撐,通過活塞桿將工反機構(gòu)向旋90°,平放在底座上,斷掉電源,可進行場地轉(zhuǎn)移或整體搬運。
2.3.2.主要部件的功用
圖2-2 動力頭變速裝置簡圖
動力頭(見圖2-2)是整臺鉆機的最核心部分,由液壓馬達旋轉(zhuǎn),經(jīng)齒輪變速裝置直接輸入到卡盤及鉆桿。液壓馬達可進行無級調(diào)速,加上給進機構(gòu)調(diào)節(jié)壓力,可帶動鉆頭進行回轉(zhuǎn)鉆進。其中齒輪變速裝置可實現(xiàn)兩檔變速,配合液壓馬達的無級變速,使得鉆探工作不同階段鉆桿轉(zhuǎn)速能夠順利進行過渡轉(zhuǎn)換。從而減少了沖擊和振動并提高了工作的效率和安全性。
卡盤是一種液壓松開、彈簧夾緊的常閉裝置,正常鉆進前卡盤通過彈簧拉動上蓋,帶動錐環(huán)斜面下移,壓緊卡瓦,夾緊鉆桿。當需下鉆、換鉆時環(huán)形液壓缸上腔通油,外缸體在液壓油作用下頂起上蓋帶動斜面上移,松開卡瓦,從而松開鉆桿。
夾持器固定在軌道上,結(jié)構(gòu)與常見的卡盤相似,但無需提供回轉(zhuǎn)力矩。當擰卸鉆桿、提鉆時,夾持器用來固定夾緊鉆桿;正常鉆進時,松開鉆桿。
第3章 卡盤設計
3.1 卡盤結(jié)構(gòu)簡介(圖3-1)
圖3-1 卡盤結(jié)構(gòu)圖
1.彈簧
卡盤采用的是彈簧夾緊液壓松開的常閉式,鉆進時通過支持彈簧的預緊力使卡盤的錐形上蓋相對卡盤心軸向下壓緊卡瓦,使卡瓦向中心移動加緊鉆桿。彈簧的剛性直接關(guān)系到夾緊力與壓縮量的相對關(guān)系。
2.卡瓦
選用帶齒的卡瓦,其齒面噴鍍上硬質(zhì)合金顆粒,硬質(zhì)合金塊可以用中頻感應加熱的方法焊到卡瓦上。帶齒的卡瓦依靠尖銳的齒壓入鉆桿表面,摩擦系數(shù)高。
3.液壓油缸
根據(jù)卡盤的結(jié)構(gòu)和工作特性,設計液壓缸為環(huán)形缸體、環(huán)形活塞桿,以便于鉆桿的夾緊和松開,并進行旋轉(zhuǎn)鉆進。
3.2基本參數(shù)的確定
1.卡瓦及彈簧數(shù)目
初選斜面增力液壓松緊型常閉式卡盤,傳遞的扭矩不小于3600。其中卡瓦數(shù)目3塊,彈簧6組。
2.鉆桿外徑
鉆桿直徑直接影響回轉(zhuǎn)其余升降機的工作能力和尺寸,以及回轉(zhuǎn)鉆具所需功率。根據(jù)鉆速、孔深及工況選擇鉆桿直徑。查參考資料【1】P28表1-7選取鉆桿外徑d=71mm,公稱直徑 D=75mm。
3.最大載荷
強力起拔工況下卡盤的負荷:
4.夾緊力
齒瓦與鉆桿間的摩擦系數(shù),取=0.4
5.為保證卡盤安全工作還引入安全系數(shù)n,使卡盤的計算夾緊力大于等效夾緊力,取安全系數(shù)n=1.023
6.增力比
確定總軸向力即復位彈簧的力F與 計算夾緊力之間的關(guān)系,引用增了力比來表式增力機構(gòu)的増力效果,
取卡瓦斜面角度。
查參考資料【2】P693表10-75
得同時查的行程比
則總軸向力
7.每塊卡瓦所受徑向力
8.每根彈簧所受軸向力
第4章 動力頭的設計計算
4.1概述
齒輪變速箱和液壓馬達是動力頭的兩個最重要部分。其中齒輪變速箱為兩檔變速箱,輸入軸是一空心齒輪軸,中間傳動軸裝有各檔變速齒輪,輸出軸為一中空軸,可輸出不同轉(zhuǎn)矩。
圖4-1齒輪傳動簡圖
工作原理(圖4-1):動力由馬達輸入一軸,一軸齒輪1與二軸齒輪2嚙合將扭矩傳至二軸,二軸上的齒輪與三軸上齒輪嚙合將轉(zhuǎn)矩傳出。齒輪3與齒輪5為雙聯(lián)齒輪。齒輪3與齒輪4嚙合為低速檔,齒輪5與齒輪6嚙合為高速檔。雙聯(lián)齒輪3-5之間為花鍵聯(lián)接,雙聯(lián)齒輪3-5可在撥叉的控制下軸向移動以與相應齒輪嚙合,達到換擋的目的。
4.2變速箱的總體設計
1.總體參數(shù)
鉆桿低檔轉(zhuǎn)速 388
低檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 3600~1800
鉆桿高檔轉(zhuǎn)速 1240
高檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 1100~550
2.馬達的選取
(1)各擋的輸出功率
(2)傳遞效率的確定
各齒輪間為外嚙合其效率
三根軸都選用圓錐滾子軸承
總機械效率:
根據(jù)功率初選馬達;
(3)查參考資料【4】表42.3—93
選取A2F200型斜軸式定量馬達,其參數(shù)如下:
排量 200ml/r
最高轉(zhuǎn)速 1800
額定轉(zhuǎn)矩 1114
驅(qū)動功率 210KW
3.各擋傳動比
傳動比分配:
初取第一級傳動比
則各檔二級傳動比
根據(jù)公式速度及各已知參數(shù)填寫表4-1
表4-1各軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩
低速檔
高速檔
nⅠ ()
1800
1800
nⅡ ()
1200
1200
nⅢ ()
388
1240
TⅠ ()
913.67
892.38
TⅡ ()
1263.61
1234.16
TⅢ ()
3600
1100
4.3 變速箱傳動齒輪的設計計算
鉆機用于野外作業(yè),環(huán)境惡劣,有一定沖擊載荷,設計時務必保證其安全可靠,并保證一定壽命,所以齒輪使用硬齒面?zhèn)鲃?設計原則按硬齒面?zhèn)鲃拥目箯澠趶姸仍O計,再以齒面疲勞強度校核。所有計算過程依據(jù)參考資料【5】第十章的內(nèi)容
1高速級齒輪傳動的設計校核
直齒圓柱齒輪傳動
七級
小齒輪 40Cr調(diào)質(zhì)處理 250HBS
大齒輪20CrMnTi 滲碳淬火60HRC
初選,
試取
查資料【5】P205 表10-7
查資料【5】P209 圖10-21
查資料【5】P201表10-6
查資料【5】P207 圖10-19
查資料【5】P193表10-2
查資料【5】P194 圖10-8
查資料【5】P195 表10-3
查資料【5】P196,P198表10-4和圖10-13
(資料【5】P204 式10-10a)
(資料【5】P201 式10-5)
查資料【5】P207 圖10-20
查資料【5】P206 圖10-18
(資料【5】P205 式10-12)
查資料【5】P200 表10-5
2低速級齒輪傳動的設計校核
由于軸二與軸三上的齒輪受載較大選用硬齒面?zhèn)鲃?。?—5為兩雙聯(lián)齒輪,且兩軸中心距一定,所以次級兩對對齒輪同時設計校核。
兩對齒輪都選用20CrMnTi滲碳淬火 60HRC
精度等級為八級
硬齒面齒輪傳動,輪齒抗彎強度設計,齒面疲勞強度校核。
(資料【5】P201 式10-5)
硬齒面齒輪傳動,=0.3~0.6
d=100~150mm
齒輪長期工作時間為
查資料【5】P206 圖10-18
查資料【5】P207 圖10-20
(資料【5】P205 式10-12)
T取低速檔的二軸扭矩,因為其扭矩最大相應得到中心距就大,應選擇滿足所有檔位的中心距
查資料【5】P193 表10-2
查資料【5】P194 圖10-8
查資料【5】P198表10-4和圖10-13
查資料【5】P195 表10-3
查資料【5】P200 表10-5
得
兩軸間距一定取最大值即a=270mm
小齒輪齒寬略大于大齒輪齒寬
查資料【5】P207 圖10-19
查資料【5】P209 圖10-21
(資料【5】P205 式10-12)
查資料【5】P201 表10-6
(資料【5】P203 式10-8a)得出
所以各齒輪設計合格。
將所設計各齒輪基本參數(shù)填入表4-2
表4-2各齒輪基本參數(shù)(除z外單位為mm)
齒數(shù)z
齒數(shù)z
模數(shù)m
分度圓直徑d
齒寬b
齒頂高ha
齒根高
齒輪1
20
8
160
92
8
10
齒輪2
30
8
240
87
8
10
齒輪3
22
6
132
71
6
7.5
齒輪4
68
6
408
66
6
7.5
齒輪5
46
6
276
110
6
7.5
齒輪6
44
6
264
115
6
7.5
4.4變速箱傳動軸的設計計算
1輸入軸的設計校核
軸一為輸入軸,轉(zhuǎn)動速度高,磨損強度大,采用40Cr與齒輪1做成空心齒輪軸其結(jié)構(gòu)與受力分析如下:
圖4-2齒輪軸一
圖4-3受力簡圖
1.齒輪1的分度圓直徑
取
分度圓壓力角
(資料【5】P198 式10-3)
2.兩端軸承所受徑向載荷
圖4-4受力分析圖
得出:
表4-3截面a-a處的彎矩扭矩
載荷
垂直面V
水平面H
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
圖4-5軸一扭矩彎矩圖
從圖中可知齒輪中心a-a截面為最危險截面。
校核公式:
(資料【5】P373 式15-5)
α—由于是脈動循環(huán)應力取0.6
W—軸的抗彎截面系數(shù)。
(資料【7】P143 式5.5)
—許用彎曲應力,軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理,查參考資料【5】P362 表13-1得
軸的計算應力:
=
1.兩軸承所受徑向力:
輸入軸兩端選擇軸承為30219。
30219軸承的基本額定負荷
基本參數(shù)
(資料【6】P130表15-3)
由表12-9取沖擊載荷系數(shù)
(資料【5】P321 表13-6)
因為所以取
當量動載荷
指數(shù)
(見參考書【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承壽命足夠。
2軸二的設計校核
軸二為中間傳動軸,受扭矩與彎矩大,齒輪2、3、5都安裝在軸二上,其中雙聯(lián)齒輪3-5與軸二用花鍵聯(lián)接,軸采用40Cr調(diào)質(zhì)處理做成實心軸。
圖4-6齒輪軸二
圖4-7軸二受力簡圖
1.齒輪2的分度圓直徑
齒輪3的分度圓直徑
取
分度圓壓力角
(資料【5】P198 式10-3)
2.兩端軸承所受徑向載荷
圖4-8軸二受力分析圖
表6-4截面a-a處的彎矩扭矩
載荷
垂直面V
水平面H
支反力F
彎矩
總彎矩
扭矩T
圖4-9軸二扭矩彎矩圖
從圖中可知齒輪中心a-a截面為最危險截面。
校核公式:
(資料【5】P373 式15-5)
α—由于是脈動循環(huán)應力取0.6
W—軸的抗彎截面系數(shù)。
(資料【7】P143 式5.5)
—許用彎曲應力,軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理,查參考資料【5】P362 表15-1得
軸的計算應力:
軸承所受徑向力;
兩端軸段選用軸承32312和32318。
1. 32312軸承的基本額定負
荷
,
基本參數(shù)
(資料【6】P127表15-1)
取,
載荷系數(shù)
(資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷6.80KN
當量動載荷
指數(shù)
(資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32312壽命足夠。
2. 32318軸承的基本額定負荷,
基本參數(shù)
(資料【6】P127表15-1)
取,
載荷系數(shù)
(資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷
當量動載荷
指數(shù)
(資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32318壽命足夠
校核公式
(資料【5】P110 表6-6)
軸二所選花鍵基本參數(shù)類型:矩形花鍵
設計合格
規(guī)格
由于工作時對中軸要求較高,軸二與齒輪2之間選用 A型平鍵聯(lián)接
軸徑d=90mm查參考資料【5】表6-1?。?
齒寬
鍵高
根據(jù)輪轂取鍵長
鍵的工作長度
擠壓面高度
軸段轉(zhuǎn)矩
查參考資料【5】P106 表6-2取許用擠壓
應力
校核擠壓應力
(資料【5】P106 表6-1)
安全合格。
鍵標記為
3軸三的設計校核
軸三為輸出軸,軸所受扭矩大,通過平鍵裝有齒輪6和齒輪4,采用40Cr空心齒輪軸其結(jié)構(gòu)與受力分析如下:
圖4-10軸三
圖4-11受力簡圖
1.齒輪1的分度圓直徑
取
分度圓壓力角
(資料【5】P198 表10-3)
2.兩端軸承所受徑向載荷
圖4-12軸二受力分析圖
表6-5截面a-a處的彎矩扭矩
載荷
垂直面V
水平面H
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
T=3600Nm
圖4-13軸一扭矩彎矩圖
從圖中可知齒輪中心a-a截面為最危險截面。
校核公式:
(資料【5】P373 表15-5)
α—由于是脈動循環(huán)應力取0.6
W—軸的抗彎截面系數(shù)。
軸三為空心軸且a-a截面處有一個平鍵
(資料【7】P143 式5.5)
—許用彎曲應力,軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理,
查參考資料【5】P362 表13-1得
軸的計算應力:
軸承所受徑向力;
輸出軸兩端軸段選用軸承32030和32926。
32330軸承的基本額定負荷
,
基本參數(shù):
(見參考資料【7】P697)
取,
載荷系數(shù)
(見參考資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷6.714KN
當量動載荷
指數(shù)
(見參考資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32030壽命足夠。
32926軸承的基本額定負荷
基本參數(shù)
(見參考資料【7】P696表15-1)
取,
載荷系數(shù)
(見參考資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷
當量動載荷
指數(shù)
(資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32926壽命足夠
由于工作時對軸要求較高,軸三與齒輪4之間選用A型平鍵聯(lián)接
軸徑d=130mm查參考資料【5】P106 表6-1 取
齒寬
鍵高
根據(jù)輪轂取鍵長
鍵的工作長度
擠壓面高度
軸段轉(zhuǎn)矩
查參考資料【5】P106 表6-2
許用擠壓應力
校核擠壓應力
(見參考資料【5】P106 式6-1)
鍵標記為
由于工作時對軸要求較高,軸三與齒輪6之間選用 A型平鍵聯(lián)接
軸徑d=134mm查參考資料【5】P106 表6-1取
齒寬
鍵高
根據(jù)輪轂取鍵長
鍵的工作長度
擠壓面高度
軸段轉(zhuǎn)矩
查參考資料【5】P106 表6-2
取許用擠壓應力
校核擠壓應力
(見參考資料【5】P106 式6-1)
鍵標記為
4.5動力頭的泵及電機的選擇
查參考資料【8】P169表42.3-93,
綜合考慮功率和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)選擇斜軸式定量馬達,型
號為A2F200,其主要參數(shù):
排量=200 mL/r 額定壓力=35MPa
最高轉(zhuǎn)速=1800r/min 轉(zhuǎn)矩T=1114N·m
驅(qū)動功率=210KW
根據(jù)液壓馬達的工作參數(shù)驅(qū)動功率,排量等相應選擇液壓泵的參數(shù)如下:
(見查參考資料【8】P169表42.3-97選擇斜軸式定量泵型號為A7V250)
額定壓力=35MPa
排量=250 mL/r
最大功率=250-300KW
最高轉(zhuǎn)速=1500 r/min
重量=105Kg
根據(jù)油泵的轉(zhuǎn)速、功率等因素選擇電機參數(shù)如下:(見參考書【3】P811表49-30選Y系列三相異步電動機,型號315L2-4)
額定功率=200KW
額定轉(zhuǎn)速=1490 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
第5章 給進機構(gòu)的設計計算
5.1液壓給進機構(gòu)的分析及選擇
5.1.1類型及工作原理
常見的液壓缸給進機構(gòu)有單液壓缸給進、雙液壓缸給進、單液壓缸-鋼繩或鏈條倍速給進、雙液壓缸-鋼繩或鏈條倍速給進、液壓馬達鏈條給進等。根據(jù)設計要求的條件選用雙液壓缸鏈條倍速給進,其優(yōu)點是傳動力大、傳動平穩(wěn),給進行程較長、可兼做升降機構(gòu)。適用于中深孔移動動力頭式鉆機。
參照國產(chǎn)鉆石-1000型液壓鉆機的給進機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設計。工作原理如下:
該機構(gòu)采用雙液壓缸,動力頭上下均用雙繩牽引的倍速給進機構(gòu),其給進和提升能力大,且給進行程長,所以該機構(gòu)比較適用于較軟地層的快速鉆進及采用全孔反循環(huán)連續(xù)取芯鉆進工藝。
圖5.1為鉆石-1000型巖芯鉆機的雙液壓缸-鏈條塔身總裝配圖,兩個給進液壓缸分別固定安裝在上橫梁和下橫梁上。上下橫梁均為“幾”型。移動式動力頭可從上橫梁中間穿過?;顒訖M梁和滑動支撐與活動導正桿連接在一起,構(gòu)成一個可上下移動的組件?;顒訖M梁與兩給進液壓缸的活塞桿固定裝在一起。為保證機構(gòu)的整體剛性和穩(wěn)定性,在兩液壓缸背面設置由上下導正桿和導正頂梁組成的導正支撐裝置。上下橫梁也與下導正桿固定裝在一起?;顒訖M梁與上導正桿滑動套裝在一起,當其上下移動時,以上導正桿為導向和支撐,活動橫梁及滑動支撐左右各安裝一個鏈輪,左右各有大小鏈條兩根(上鏈條規(guī)格大,下鏈條規(guī)格?。?,上下鏈條各穿過鏈輪后,一端用接頭固定在移動式動力頭箱體上,上下鏈條的另一端用鏈條接頭連接,鏈條接頭的中部有一插銷孔,如果用插銷將鏈條接頭與上橫梁固定時,即可實現(xiàn)倍速,當給進液壓缸上腔或下腔通入壓力油時,壓力油使活塞、活塞桿、活動橫梁、活動拉桿一起向上或向下移動。由于鏈條接頭被固定于上橫梁,活動導正桿及鏈輪等組件形成了一個倍程機構(gòu)。當活動拉桿上下移動時,與鏈條連在一起的動力頭將移動兩倍活塞行程的距離。該機構(gòu)活塞的行程為1.6m。動力頭的行程可達3.2m。如果拔掉鏈條固定插銷,機構(gòu)失去倍速作用,動力頭與活動拉桿同步運動,其運動行程與活塞相同。在這種情況下,機構(gòu)的提升和給進力都最大。
5.1.2該機構(gòu)的特點
①該機構(gòu)采用無固定一起同向鏈輪組的倍速機構(gòu),上下鏈輪組均隨活塞桿一起運動,因此,動力頭也與活塞移動方向一致。
②利用鏈條接頭和插銷這一簡單方法實現(xiàn)倍速和非倍速機構(gòu)的轉(zhuǎn)換,使該機構(gòu)性能更能滿足鉆探機構(gòu)工藝的需要。
③鏈條傳動具有傳動力和運動準確,傳動平穩(wěn),變形小不許經(jīng)常調(diào)整等優(yōu)點。
圖5.1給進機構(gòu)簡圖
1-定滑輪 2定滑輪 3動力頭 4雙液壓缸 5定滑輪
5.1.3鋼絲繩和滑輪的選擇
①鋼絲繩的選擇:根據(jù)工作條件及起升載荷查【17】表2-1選用18NAT6×19S+NF1700ZZ190 GB 8707公稱直徑為18mm,表面狀態(tài)為光面鋼絲,結(jié)構(gòu)形式為6股,每股19絲西魯式天然纖維芯,鋼絲公稱抗拉強度為1700Mpa,捻向為右同向捻,鋼絲繩最小破斷拉力為190KN。固定方法:壓板固定。
②滑輪的選擇:查【17】公式3-1得滑輪直徑D=h d ,其中D為鋼絲繩中心計算的滑輪最小卷繞直徑;h為查【17】表3-2選h=20;d為鋼絲繩直徑18mm,故滑輪直徑為360mm。鑄鋼滑輪,材料ZG270-500,強度和沖擊韌性都很高。
5.2給進液壓缸的設計計算的選擇
鉆機要求給進機構(gòu)雙向運動狀態(tài)且要求運動及速度可無級調(diào)節(jié),故選用雙作用液壓缸。液壓缸與鉆機連接為液壓缸固定,活塞桿移動。整個設計依據(jù)見參考資料【1】P210-214
3.2.1機構(gòu)主要參數(shù)的確定
(1)最大上頂力(給進機構(gòu)最大上頂力是指給進機構(gòu)所能產(chǎn)生的最大起拔力)=125KN。
(2)最大給進力(給進機構(gòu)最大給進力指給進機構(gòu)向孔內(nèi)鉆具所產(chǎn)生的最大軸向壓力)=45KN。
(3)給進行程h=3m。
(4)液壓缸的最大工作載荷:最大工作載荷發(fā)生在強力起拔時,即每個液壓缸的最大工作載荷應有給進機構(gòu)的最大上頂力決定。
—給進機構(gòu)最大上頂力;
液壓缸數(shù)目;
液壓缸的最大負荷
取
(5)液壓缸內(nèi)徑。
為液壓缸的額定工作壓力。由公式可知液壓缸的額定工作壓力P選擇較高,液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸就小,有利于減輕重量使結(jié)構(gòu)緊湊。但是液壓缸的額定工作壓力選擇得過高,又會帶來系統(tǒng)泄露問題。根據(jù)目前國內(nèi)生產(chǎn)的鉆機統(tǒng)計,給進液壓缸的工作壓力取值范圍多數(shù)在7.85~9.81。故初取給進液壓缸工作壓力為。
則
查參考書[1]表6-9取內(nèi)徑D=100mm
(6)活塞桿直徑(材料45鋼)
在液壓缸內(nèi)徑確定的情況下,活塞桿直徑大小直接影響液壓缸有桿腔工作面積的大小。在給進機構(gòu)中,通常液壓缸的有桿腔用于加壓給進,則活塞桿直徑大小就決定了加壓給進力和最大給進速度的大小。因此,在確定活塞桿直徑時,不僅要滿足強度要求和穩(wěn)定性條件,同時還應當達到給進力和給進速度的要求。
因采用雙作用液壓缸,在兩腔供油量相同時,活塞往返的速度是不同的。
無桿腔進油時,活塞運動速度為
有桿腔進油時,活塞運動速度為
輸入液壓缸流量;
液壓缸內(nèi)徑;
活塞桿直徑;
速比
其中,為最大給進速度,指給進機構(gòu)在鉆進過程中送進鉆具的速度;為快速倒桿速度,指給進機構(gòu)在不負載鉆具重量的情況下空載上升的速度;根據(jù)國內(nèi)外鉆機的資料統(tǒng)計,給進液壓缸速比取1.33和1.48居多,故取。
取d=50mm
(7)液壓缸活塞桿的長度
活塞桿的長度不僅影響給進行程的長短,也影響機構(gòu)的穩(wěn)定性和工作的可靠性。在選擇活塞桿的長度時要考慮滿足下列條件:
a. 滿足給進行程要求;
b. 要有一定的導向長度;
c. 要符合國家標準系列;
d. 滿足穩(wěn)定性和強度要求;
查表6-13取活塞桿長度。
(8)液壓缸的最小導向長度
液壓缸的最小導向長度是指活塞運動到有桿端的終點時,至導向套中點之間的長度。該長度影響活塞的穩(wěn)定性和處于終點位置時,活塞桿的失穩(wěn)情況。因此,一定要有合適的導向長度。根據(jù)經(jīng)驗一般導向長度取為
液壓缸內(nèi)徑;
—液壓缸工作行程;
(9)液壓缸和活塞桿的校核
a.液壓缸的強度校核。
鉆機中給進液壓缸通常采用45鋼,一般壁厚與
缸徑的比值不小于或接近于0.1,故可按照薄壁筒的計算公式校核。其強度校核公式:
液壓缸最大實際應力;
液壓缸壁厚;
實驗應力,一般取工作壓力的1.5倍,
;
鋼材料的許用應力;鍛鋼或無縫鋼管
故液壓缸強度合格。
b.活塞桿的穩(wěn)定性校核。
液壓缸承受軸向壓縮載荷時,當活塞桿的計算長度與活塞桿直徑之比大于10時,應校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。對于給進液壓缸,當液壓缸固定時計算長度可取活塞工作行程L即。
而,
故應進行活塞桿縱向的穩(wěn)定性校核。
活塞桿縱向穩(wěn)定的條件:
式中:
液壓缸的最大工作載荷;
活塞桿的極限承載能力;
穩(wěn)定安全系數(shù),一般取,
活塞桿的極限承載能力的確定:
各參數(shù)的選定
活塞桿橫截面轉(zhuǎn)動慣量
活塞桿橫截面積
活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑;
柔度系數(shù),一般鋼?。?
支座系數(shù),一般對給進液壓缸活塞可看成一端固定,另一端自由,;
活塞桿計算長度;
材料的彈性模數(shù);
系數(shù),對鋼取;
材料強度試驗值,對鋼取。
,
故極限承載能力可由下式求得:
故活塞桿的縱向穩(wěn)定性足夠。
C.活塞桿拉、壓強度校核
活塞桿軸向最大負荷為受壓載荷
桿內(nèi)最大應力
故活塞桿拉、壓強度滿足。
(10)給進液壓缸油泵的選擇
查參考資料【9】)
主要參數(shù)如下:
型號A7V200
壓力(額定)
壓力(最大)
排量(最大)=
最高轉(zhuǎn)速(吸口壓力)
最高轉(zhuǎn)速(吸口壓力)
流量()
功率()
轉(zhuǎn)矩=
重量
(11)給進速度的確定:
液壓缸單缸進入的流量
無桿腔的速度
有桿腔的速度
此處選定為給進速度即;
為倒桿速度即
(參考書【10】P910)
5.2.2給進機構(gòu)動力機的選擇
根油泵的轉(zhuǎn)速、功率等因素選擇電機參數(shù)如下:
(見參考書【6】)
型號Y108M-4
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
第6章鉆塔的設計及校核
6.1鉆塔及升降工具
6.1.1鉆塔的功用與要求
鉆塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架,是鉆井設備的重要組成部分。鉆塔在鉆探生產(chǎn)中的用途是升降鉆具,起下套管柱,作為立根鉆桿的靠架。液壓鉆機鉆進時懸掛鉆具,在塔架外可披掛塔布,為操作人員遮風擋雨,提供良好的施工環(huán)境。在鉆探生產(chǎn)中的根據(jù)施工要求不同,采用不同結(jié)構(gòu)和不同類型的鉆塔。
為了升降鉆具、套管柱和懸掛鉆具,完成正常的鉆進工作要,求鉆塔有足夠的承載能力,即除足夠的強度外,還應有足夠的剛度。為了提高起下鉆具的效率,要求鉆塔有合理的高度,鉆塔上頂面的尺寸應滿足天車的安裝和游動滑車上下運行,鉆塔的底部尺寸要保證其他鉆探設備合理的布置以及工人的安全操作。
鉆塔組成:底座(盤)、塔架(桁架或管柱)、天車和支架、吊籠(活動工作臺)。
6.1.2鉆塔的基本參數(shù)(見圖6-1)
鉆塔的主要參數(shù)包括:塔高,起重量和塔的自重。
①塔高的確定。
鉆塔高度取決于所采用立根的高度,
其總體高度尺寸可按下列公式計算:
圖6-1
式中:為孔口裝置的高度及墊叉厚度,可根據(jù)所采用的擰管裝置而確定:為立根擰卸開時所需的最小距離(取決于絲扣長度);為提引器的高度(一般為500600mm);為提引器和動滑車的高度,(一般為800mm);為過塔安全高度(一般采用24mm);L為立根高度,一般規(guī)定如下:
孔深/m
<100
100300
300500
>500
立根長度/m
69
912
1215
1518
②鉆塔大鉤起重量
鉆塔大鉤起重量是鉆塔在鉆探生產(chǎn)施工過程中升降鉆具所承受的載荷,與鉆孔、孔深、鉆具(或套柱管)質(zhì)量、升降鉆具時因加速度或剎車產(chǎn)生的附加動載、提升鉆具時產(chǎn)生的摩擦阻力、卡鉆等因素有關(guān),可用下式計算:
式中:H為孔深,m();為接頭加重系數(shù)();為泥漿浮力系數(shù),為泥漿密度,為鉆具鋼材密度,一般;為考慮摩擦及卡鉆系數(shù),取值: ,深孔用1.5,淺孔用2此處取用;為提升時的平均加速度;g為重力加速度。
③鉆塔天車負荷(圖6-2)
鉆塔天車的負荷能力根據(jù)大鉤負荷與鉆機升降滑車系統(tǒng)的設置形式有關(guān):有死繩端的滑車系統(tǒng)和無死繩端的滑車系統(tǒng)。
滑車系統(tǒng)安裝示意圖
圖6-2
(a)沒有死繩端的滑車系統(tǒng)(b)有死繩端的滑車系統(tǒng)
假設不考慮滑車系的效率,鉆機卷揚機繩端拉力
P為:
式中:m為滑車系統(tǒng)有效的工作繩數(shù);為滑車系
統(tǒng)
運動時的效率(可忽略不計)。
于是,鉆塔天車的負載計算式為
有死繩端的滑車系統(tǒng)時:
無死繩端的滑車系統(tǒng)時:
式中忽略了卷揚機鋼繩和死繩端鋼繩與鉛垂線間的夾角影響,以上兩式可以看出,用無死繩的滑車系統(tǒng)可減少天車的負荷,但從滑車系統(tǒng)安裝示意圖可知,用無死繩端的滑車系統(tǒng)時鉆塔載荷不對稱。因而,一般施工中常采用有死繩端的滑車系統(tǒng),不僅鉆塔穩(wěn)定性好(死繩索端固定點與卷揚機以鉆孔
為中心盡量對稱分布)而且在死繩頭端可以安裝拉力表,便于掌握鉆頭的壓力參數(shù)。
6.1.3鉆塔的結(jié)構(gòu)類型
鉆塔結(jié)構(gòu)主弦桿可以是角鋼,角鋼拼焊方鋼管,無縫鋼管或?qū)嵭膱A鋼,取決于鉆機的起鉆能力,供貨條件,經(jīng)濟效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。綜合考慮這些因素本次設計主弦桿采用角鋼對接焊成。
鉆塔結(jié)構(gòu)斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類。本設計的DY1000采用整體焊接四柱鉆塔形式。
整體焊接四柱鉆塔就是由八個角鋼成兩兩相對焊接而成,這種類型鉆塔承載能力和穩(wěn)定性都較好。
而本設計中采用的整體焊接四柱形式鉆塔如下:
鉆塔的承載力:
選擇塔的承載力時考慮的因素:一是孔內(nèi)鉆具的重量;二是鉆機卷揚機的拉力。選擇大者為考慮參數(shù)。
鉆塔受力分工作和非工作兩種狀態(tài),兩種狀態(tài)的分析方法相同。鉆塔上的載荷有:塔身自重,動力頭對鉆塔以及風載荷的作用。
6.1.4參數(shù)的選取
首先考慮風載荷的作用,視風載荷是可能作用于任意方向的水平載荷。對于本鉆機只計算風壓的靜力作用,不考慮風壓的動力效應。
按照鉆機在一定風力下能否正常工作,把作用于鉆機金屬結(jié)構(gòu)的風載荷分為工作狀態(tài)的風載荷和非工作狀態(tài)的風載荷兩類。工作狀態(tài)的風載荷是鉆機金屬結(jié)構(gòu)在正常工作情況下所能承受的最大計算風壓;非工作狀態(tài)的風載荷則是鉆機金屬結(jié)構(gòu)不工作時所能承受的最大計算風壓。工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的風載荷按下式計算:
式中 C-------風力系數(shù)
---------風壓高度變化系數(shù)
-----------風陣系數(shù)(通常取=1)
q------------計算風壓
A------------結(jié)構(gòu)或物品垂直于風向的迎風面積()
①.計算風壓q
風壓是風的速度能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果。風壓與空氣密度和風速有關(guān)。按照規(guī)定,計算風壓按空曠地區(qū)離地10m高處的風速計算。鉆機工作狀態(tài)的計算風速按陣風風速考慮,非工作狀態(tài)的風速為2min時距的平均風速。
風壓計算式為:
式中:q------------計算風壓
-----------計算風速
是鉆機正常工作狀態(tài)下的計算風壓,用于選電動機功率的阻力計算及機構(gòu)零部件的疲勞及發(fā)熱計算。
是鉆機工作狀態(tài)下的最大計算風壓,用于計算機構(gòu)零部件和金屬機構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性,演算驅(qū)動裝置的過載能力及整機工作狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性。
是鉆機非工作狀態(tài)下的計算風壓,用于計算機構(gòu)零部件和金屬機構(gòu)的強度整機抗傾覆穩(wěn)定性以及鉆機的防風抗滑裝置的設計計算。
查表3-7得
工作狀態(tài)下
非工作狀態(tài)下
②.風壓高度變化系數(shù)
多數(shù)國家對鉆機的工作狀態(tài)風壓
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DY
1000
巖心
鉆機
液壓
動力
設計
論文
- 資源描述:
-
河北建筑工程學院
畢業(yè)設計計算書
指導老師:
設計題目:DY-1000全液壓巖心鉆機液壓動力頭設計 設計人:
設計項目
計算與說明
結(jié)果
緒論
總體設計
概述
總體參數(shù)
工作原理及主要部件
卡盤夾緊力的計算
卡盤結(jié)構(gòu) 簡介
基本參數(shù)的確定
動力頭的設計計算
概述
變速箱的總體設計
變速箱傳動齒輪的設計計算
高速級齒輪傳動的設計校核
一.齒輪類型精度等級材料及齒數(shù)
1) 傳動方案
2) 精度等級
3) 材料
4)齒數(shù)
二.按齒面接觸強度設計
1確定式中各值
1)載荷系數(shù)
2)轉(zhuǎn)矩
3)齒寬系數(shù)
4)接觸疲勞極限
5)材料彈性影響系數(shù)
6)應力循環(huán)次數(shù)
7)接觸疲勞壽命系數(shù)
8)接觸疲勞許用應力
2計算
1)小齒輪分度圓直徑
2)圓周速度
3)齒寬b
4)齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高h
5)載荷系數(shù)
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒間載荷分布系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
載荷分布
系數(shù)K
6)分度圓直徑
7)模數(shù)m
三按齒根彎曲疲勞強度設計
1確定式中各值
1)彎曲疲勞強度極限
2)彎曲疲勞壽命系數(shù)
3)彎曲疲勞許用應力
4)載荷系數(shù)K
5)齒形系數(shù)及應力修正系數(shù)
6)
2計算
齒數(shù)z
四幾何尺寸計算
1分度圓直徑d
2中心距
3齒寬
低速級齒輪傳動的設計校核
一 選材及精度等級
1選材
2精度等級
二 確定設計原則
三 設計公式
1初選齒數(shù)
2 齒寬系數(shù)
3 初估齒輪直徑d
4齒寬b
5齒輪圓周速度V
6循環(huán)次數(shù)
7壽命系數(shù)
8彎曲疲勞
強度極限
9安全系數(shù)
10許用應力
11轉(zhuǎn)矩T
12載荷系數(shù)K
使用系數(shù)
動載系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
載荷系數(shù)K
13齒形系數(shù)及應力修正系數(shù)
14齒輪模數(shù)m
15預算中心距a
四具體參數(shù)確定
1確定各輪模數(shù)m
2齒數(shù)z
3分度圓直徑d
3齒寬b
五 齒面疲勞強度校核
1安全系數(shù)
2壽命系數(shù)
3接觸疲勞極限
4許用接觸應力
5材料彈性系數(shù)
6校核
變速箱傳動軸的設計算
一.結(jié)構(gòu)
二.受力分析
三 校核
四 軸一兩端的軸承
一結(jié)構(gòu)
二受力分析
三校核
四 軸承校核
五.鍵的選擇及校核:
1.花鍵的選擇及校核
(1)花鍵的選擇
(2)校核
2.平鍵的選擇校核
(1)平鍵的選擇
(2)確定尺寸
(3)驗算擠壓強度
一.結(jié)構(gòu)
二.受力分析
三校核
四.軸承
五平鍵的選擇校核
1右鍵
⑴平鍵的選擇
⑵確定尺寸
⑶驗算擠壓強度:
2左鍵
⑴鍵的選擇
⑵確定尺寸。
⑶驗算擠壓強度
動力頭的泵及其馬達的選擇
1.馬達的選取
2.液壓油泵的驅(qū)動電機的選擇
給進機構(gòu)的設計計算
液壓給進機構(gòu)的分析、選擇
給進液壓缸的設計計算的選擇
鉆塔的設計及校核
塔身強度及剛度驗算
第1章 緒論
巖心鉆機主要用于固體礦床的勘探,也用于工程勘探,水文地質(zhì)勘探和其它用途的巖心鉆探。巖心鉆探的孔深變化較大,一般從幾米到幾千米之間,鉆孔口徑較小,一般鉆孔口徑在幾毫米到一百多毫米。鉆進底層以基巖為主,鉆孔過程中要求取出能夠滿足分析和化驗要求的一定數(shù)量和質(zhì)量的巖心。
1.1鉆機發(fā)展的一般情況
早期的鉆機是由人力驅(qū)動的簡單沖擊式機械,經(jīng)常長期不斷演變、發(fā)展,成為現(xiàn)代具有機動動力驅(qū)動的各種沖擊式鉆機。沖擊式鉆機作為唯一的鉆探機械,在世界上一直沿用了相當長的歷史時期。這種鉆機鉆孔有如下缺點:效率低,無法取出巖心;只能鉆垂直孔;鉆孔過程中不能及時排出巖屑等。隨著社會的不斷發(fā)展,這種鉆機已逐漸不能適應要求。19世紀中期以后,出現(xiàn)了回轉(zhuǎn)式鉆機。回轉(zhuǎn)式鉆機具有鉆進效率高;可取出完整的巖心;能鉆進各種傾角的鉆孔;有利于多種鉆探工藝和方法的使用等優(yōu)點,因此發(fā)展很快,并迅速在鉆探領(lǐng)域中占據(jù)了主導地位。
現(xiàn)在,我國不僅可以成套生產(chǎn)各種鉆探機械,而且有許多產(chǎn)品已形成具有我國特點的系列。產(chǎn)品的品種逐漸齊全、質(zhì)量不斷提高、性能更加完善。某些產(chǎn)品已進入國際市場。
1.2鉆機的特點及設計要求
鉆機與其它機械有某些共同之處,但鉆機具有獨特的生產(chǎn)對象和使用條件,巖心鉆機是主要用于固體礦床的普查與勘探,也用于工程勘察、水文地質(zhì)勘探和其他用途的巖心鉆探。巖心鉆探的孔深度變化較大,鉆孔口徑較小,鉆進地層以基巖為主。由于各種礦體在地下的產(chǎn)狀不同,為求得傾斜礦體的真實厚度,便于精確計算儲量,常常需要鉆進不同傾角的鉆孔。因而形成了自身的一些特點:
(1)鉆進方法和鉆進工藝的多樣性
鉆探生產(chǎn)采用的鉆探方法和鉆進工藝是多種多樣的。就鉆進方法而言,按破碎巖石的方法可分為沖擊、回轉(zhuǎn)、震動、復合式等幾種;按采用的破巖材料分為:鉆粒鉆進、硬質(zhì)合金鉆進、金剛石鉆進、超硬材料鉆進;按是否取芯分為取芯鉆進和全面鉆進就鉆進工藝而言可分為正循環(huán)鉆進,局部反循環(huán)鉆進和全面鉆進。而且隨著鉆探生產(chǎn)的發(fā)展,科技的進步,會出現(xiàn)更多的鉆探方法和鉆探工藝,這就產(chǎn)生了能實現(xiàn)不同鉆進方法和鉆進工藝的各種類型的鉆機。
(2)使用條件的復雜性
鉆機工作的區(qū)域廣泛,從平原到海洋、從地面到地下、從熱帶到寒帶,幾乎地球的每個地方都可能成為鉆機工作的地方。不同地區(qū)有不同的環(huán)境氣候條件這就帶來鉆機使用條件的復雜性。加之露天作業(yè)機械,作業(yè)對象為巖石,一般用以產(chǎn)生污染的泥漿做沖洗液,這一進步造成鉆機工作條件的惡化,為適應這些條件,鉆機必須滿足一些特殊要求。
(3)類型與結(jié)構(gòu)的多樣性
由于鉆機需要完成不同類型、不同目的的鉆孔加之鉆進方法和鉆進工藝的多樣性,使用條件的復雜性要求鉆機有多種類型和不同結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)不完全統(tǒng)計,目前世界上各種類型的鉆機達上千種之多,而且很多類型差異很大。
(4)生產(chǎn)小批量性
鉆機相對交通運輸、建筑、輕工業(yè)等機械的生產(chǎn)批量小,特別是一些特殊用途的生產(chǎn)數(shù)量更小。如深井鉆機、特大井口鉆機、水平孔鉆機等。由于批量小,不便于組織批量化生產(chǎn),產(chǎn)品成本相對較高;另一方面產(chǎn)品更新?lián)Q代周期長,不利于及時應用新技術(shù)。
鉆機的設計要求:
鉆機是直接用于鉆孔的機械,設計時應直接保證設計的鉆機能高效、優(yōu)質(zhì)、安全、低耗完成鉆孔為前提。使設計的鉆機技術(shù)先進、經(jīng)濟合理,具有良好的經(jīng)濟技術(shù)指標。其依據(jù)如下:
(1)鉆機的性能及參數(shù)應具有廣泛的適用性,能根據(jù)不同的底層不同的鉆進方法及不同的鉆頭類型和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)合理鉆進規(guī)程參數(shù)。
(2)要配備必要的的檢測及指示儀器以便于及時掌握和控制鉆機的運轉(zhuǎn)和孔內(nèi)的鉆進情況。
(3)鉆機應能傳遞足夠用的動力,保證各工作機構(gòu)的正常工作及短時間過載。
(4)應具有較強的處理孔內(nèi)事故的能力和完成特種工作的性能。
(5)運轉(zhuǎn)平穩(wěn),振動小,鉆進時鉆桿的對向性好。
(6)自動化,機械化程度高;鉆進過程中最理想的是鉆機能根據(jù)孔內(nèi)情況自動調(diào)節(jié)和控制鉆進參數(shù);及時選擇調(diào)整和保持最有效的鉆進規(guī)程。
(7)為提高鉆機生產(chǎn)可靠性,應設置必要的過載保護裝置和互鎖裝置;重要機構(gòu)要配備重復裝置。
(8)滿足機械設備一般要求。
1.3.鉆機的“三化”原則
工業(yè)產(chǎn)品的標準化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段,是科學管理的重要組成部分;是溝通科研、生產(chǎn)和使用三者之間的橋梁。標準化已發(fā)展成一門綜合性學科。
標準化包括標準化、系列化和通用化,又稱之為“三化”。標準是徑有關(guān)上級主管部門批準,在一定的范圍內(nèi)必須執(zhí)行的有文字技術(shù)資料的統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定。系列化是把同類型的產(chǎn)品按技術(shù)參數(shù)規(guī)劃出一定時期內(nèi)社會發(fā)展需要的一組產(chǎn)品的型式尺寸。這組型式尺寸確定了該類產(chǎn)品的最大最小范圍及各尺寸的合理間隔。系列化可以合理簡化產(chǎn)品的規(guī)格,提高零部件的通用化程度,用最小的品種規(guī)格有效地滿足各方面的要求。通用化是指最大限度的擴大同一類型或不同類型的各種規(guī)格產(chǎn)品中通用件的使用范圍,增大通用件的比例。通用件就是不同類型或不同規(guī)格產(chǎn)品中彼此可以互換通用的相同的零部件。產(chǎn)品中通用件的比例越高,通用件適用范圍越大,則產(chǎn)品的通用化程度越高。
第2章 總體設計
2.1 概述
全液壓巖心鉆機是一種新型鉆機,是在吸取了立軸式巖心和轉(zhuǎn)盤式巖心鉆機結(jié)構(gòu)的優(yōu)點基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。目前已生產(chǎn)出的全液壓巖心鉆機的主要優(yōu)點是:給進行程長,可縮短鉆進過程的輔助時間,有利于減少孔內(nèi)事故;動力頭上下移動是沿剛性較大的滑道進行的,所以導向、定向性好,回轉(zhuǎn)平穩(wěn);鉆機升降機構(gòu)與給進機構(gòu)合一,動力頭與孔口夾持器配合可實現(xiàn)擰卸鉆具,此種結(jié)構(gòu)簡化了鉆機的結(jié)構(gòu)及配套裝置。全液壓巖心鉆機還具有無極調(diào)速、調(diào)速范圍大、過載保護性能好,能實現(xiàn)自動化、遠距離自動控制等優(yōu)點。但全液壓巖心鉆機消耗功率較大,傳動效率低,可拆性差,液壓元件要求精度高,保養(yǎng)維修方便。
2.2總體參數(shù)
基本參數(shù):
鉆深 1000
鉆孔傾角 75~90度
給進力 45
起拔力 125
鉆桿低檔轉(zhuǎn)速 0~388
低檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 3600~1800
鉆桿高檔轉(zhuǎn)速 0~1240
高檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 1100 ~550
2.3工作原理及主要部件(圖2-1)
圖2-1 總體布置簡圖
2.3.1 工作原理
本鉆機準備在鉆進時,通過底座上活塞桿機構(gòu)將平放于底座上的工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)90°,撐開液壓支腿,并將其調(diào)整平穩(wěn)可靠,此時可鉆垂直孔。鉆頭安裝等工作完成后,接通電源。此時,將卡盤夾緊鉆桿,夾持器處于松開狀態(tài)。動力機將動力輸出,經(jīng)液壓系統(tǒng)帶動液壓馬達旋轉(zhuǎn),馬達輸出軸于變速箱齒輪軸聯(lián)接,將動力傳到空心輸出軸??招妮S帶動聯(lián)接的卡盤同速旋轉(zhuǎn),從而鉆桿回轉(zhuǎn)。加之液壓給進機構(gòu)調(diào)節(jié)適當壓力使鉆頭完成鉆進工作。
本機采用鉆桿長度為3米,即鉆進行程為3米,提升動力頭一次和換鉆、擰鉆等。首先應通過夾持器將鉆桿夾緊,然后松開卡盤卡瓦,之后可完成提升、移動動力頭、換鉆、擰鉆。如此循環(huán),進行下一次鉆進工作。
鉆孔最初,進行開口鉆探時,需給進機構(gòu)為動力頭提供一定的沿鉆桿軸向向下的力以達到鉆探所需的合適的鉆壓。隨著鉆桿數(shù)目的增加,鉆具重量和鉆探阻力逐漸增加。當鉆孔達到一定深度時,鉆桿總軸向力近似等于正常鉆進所需壓力,給進機構(gòu)加壓為零;隨著鉆桿數(shù)目的繼續(xù)增加,鉆具重量和鉆探阻力合力大于正常鉆進所需壓力。給進機構(gòu)為動力頭提供一定的沿鉆桿軸向向上的推力,保證正常鉆進。這就是通常所說的減壓鉆進。
當鉆探工作完成時,收起液壓支腿和其他支撐,通過活塞桿將工反機構(gòu)向旋90°,平放在底座上,斷掉電源,可進行場地轉(zhuǎn)移或整體搬運。
2.3.2.主要部件的功用
圖2-2 動力頭變速裝置簡圖
動力頭(見圖2-2)是整臺鉆機的最核心部分,由液壓馬達旋轉(zhuǎn),經(jīng)齒輪變速裝置直接輸入到卡盤及鉆桿。液壓馬達可進行無級調(diào)速,加上給進機構(gòu)調(diào)節(jié)壓力,可帶動鉆頭進行回轉(zhuǎn)鉆進。其中齒輪變速裝置可實現(xiàn)兩檔變速,配合液壓馬達的無級變速,使得鉆探工作不同階段鉆桿轉(zhuǎn)速能夠順利進行過渡轉(zhuǎn)換。從而減少了沖擊和振動并提高了工作的效率和安全性。
卡盤是一種液壓松開、彈簧夾緊的常閉裝置,正常鉆進前卡盤通過彈簧拉動上蓋,帶動錐環(huán)斜面下移,壓緊卡瓦,夾緊鉆桿。當需下鉆、換鉆時環(huán)形液壓缸上腔通油,外缸體在液壓油作用下頂起上蓋帶動斜面上移,松開卡瓦,從而松開鉆桿。
夾持器固定在軌道上,結(jié)構(gòu)與常見的卡盤相似,但無需提供回轉(zhuǎn)力矩。當擰卸鉆桿、提鉆時,夾持器用來固定夾緊鉆桿;正常鉆進時,松開鉆桿。
第3章 卡盤設計
3.1 卡盤結(jié)構(gòu)簡介(圖3-1)
圖3-1 卡盤結(jié)構(gòu)圖
1.彈簧
卡盤采用的是彈簧夾緊液壓松開的常閉式,鉆進時通過支持彈簧的預緊力使卡盤的錐形上蓋相對卡盤心軸向下壓緊卡瓦,使卡瓦向中心移動加緊鉆桿。彈簧的剛性直接關(guān)系到夾緊力與壓縮量的相對關(guān)系。
2.卡瓦
選用帶齒的卡瓦,其齒面噴鍍上硬質(zhì)合金顆粒,硬質(zhì)合金塊可以用中頻感應加熱的方法焊到卡瓦上。帶齒的卡瓦依靠尖銳的齒壓入鉆桿表面,摩擦系數(shù)高。
3.液壓油缸
根據(jù)卡盤的結(jié)構(gòu)和工作特性,設計液壓缸為環(huán)形缸體、環(huán)形活塞桿,以便于鉆桿的夾緊和松開,并進行旋轉(zhuǎn)鉆進。
3.2基本參數(shù)的確定
1.卡瓦及彈簧數(shù)目
初選斜面增力液壓松緊型常閉式卡盤,傳遞的扭矩不小于3600。其中卡瓦數(shù)目3塊,彈簧6組。
2.鉆桿外徑
鉆桿直徑直接影響回轉(zhuǎn)其余升降機的工作能力和尺寸,以及回轉(zhuǎn)鉆具所需功率。根據(jù)鉆速、孔深及工況選擇鉆桿直徑。查參考資料【1】P28表1-7選取鉆桿外徑d=71mm,公稱直徑 D=75mm。
3.最大載荷
強力起拔工況下卡盤的負荷:
4.夾緊力
齒瓦與鉆桿間的摩擦系數(shù),取=0.4
5.為保證卡盤安全工作還引入安全系數(shù)n,使卡盤的計算夾緊力大于等效夾緊力,取安全系數(shù)n=1.023
6.增力比
確定總軸向力即復位彈簧的力F與 計算夾緊力之間的關(guān)系,引用增了力比來表式增力機構(gòu)的増力效果,
取卡瓦斜面角度。
查參考資料【2】P693表10-75
得同時查的行程比
則總軸向力
7.每塊卡瓦所受徑向力
8.每根彈簧所受軸向力
第4章 動力頭的設計計算
4.1概述
齒輪變速箱和液壓馬達是動力頭的兩個最重要部分。其中齒輪變速箱為兩檔變速箱,輸入軸是一空心齒輪軸,中間傳動軸裝有各檔變速齒輪,輸出軸為一中空軸,可輸出不同轉(zhuǎn)矩。
圖4-1齒輪傳動簡圖
工作原理(圖4-1):動力由馬達輸入一軸,一軸齒輪1與二軸齒輪2嚙合將扭矩傳至二軸,二軸上的齒輪與三軸上齒輪嚙合將轉(zhuǎn)矩傳出。齒輪3與齒輪5為雙聯(lián)齒輪。齒輪3與齒輪4嚙合為低速檔,齒輪5與齒輪6嚙合為高速檔。雙聯(lián)齒輪3-5之間為花鍵聯(lián)接,雙聯(lián)齒輪3-5可在撥叉的控制下軸向移動以與相應齒輪嚙合,達到換擋的目的。
4.2變速箱的總體設計
1.總體參數(shù)
鉆桿低檔轉(zhuǎn)速 388
低檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 3600~1800
鉆桿高檔轉(zhuǎn)速 1240
高檔鉆桿轉(zhuǎn)矩 1100~550
2.馬達的選取
(1)各擋的輸出功率
(2)傳遞效率的確定
各齒輪間為外嚙合其效率
三根軸都選用圓錐滾子軸承
總機械效率:
根據(jù)功率初選馬達;
(3)查參考資料【4】表42.3—93
選取A2F200型斜軸式定量馬達,其參數(shù)如下:
排量 200ml/r
最高轉(zhuǎn)速 1800
額定轉(zhuǎn)矩 1114
驅(qū)動功率 210KW
3.各擋傳動比
傳動比分配:
初取第一級傳動比
則各檔二級傳動比
根據(jù)公式速度及各已知參數(shù)填寫表4-1
表4-1各軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩
低速檔
高速檔
nⅠ ()
1800
1800
nⅡ ()
1200
1200
nⅢ ()
388
1240
TⅠ ()
913.67
892.38
TⅡ ()
1263.61
1234.16
TⅢ ()
3600
1100
4.3 變速箱傳動齒輪的設計計算
鉆機用于野外作業(yè),環(huán)境惡劣,有一定沖擊載荷,設計時務必保證其安全可靠,并保證一定壽命,所以齒輪使用硬齒面?zhèn)鲃?設計原則按硬齒面?zhèn)鲃拥目箯澠趶姸仍O計,再以齒面疲勞強度校核。所有計算過程依據(jù)參考資料【5】第十章的內(nèi)容
1高速級齒輪傳動的設計校核
直齒圓柱齒輪傳動
七級
小齒輪 40Cr調(diào)質(zhì)處理 250HBS
大齒輪20CrMnTi 滲碳淬火60HRC
初選,
試取
查資料【5】P205 表10-7
查資料【5】P209 圖10-21
查資料【5】P201表10-6
查資料【5】P207 圖10-19
查資料【5】P193表10-2
查資料【5】P194 圖10-8
查資料【5】P195 表10-3
查資料【5】P196,P198表10-4和圖10-13
(資料【5】P204 式10-10a)
(資料【5】P201 式10-5)
查資料【5】P207 圖10-20
查資料【5】P206 圖10-18
(資料【5】P205 式10-12)
查資料【5】P200 表10-5
2低速級齒輪傳動的設計校核
由于軸二與軸三上的齒輪受載較大選用硬齒面?zhèn)鲃?。?—5為兩雙聯(lián)齒輪,且兩軸中心距一定,所以次級兩對對齒輪同時設計校核。
兩對齒輪都選用20CrMnTi滲碳淬火 60HRC
精度等級為八級
硬齒面齒輪傳動,輪齒抗彎強度設計,齒面疲勞強度校核。
(資料【5】P201 式10-5)
硬齒面齒輪傳動,=0.3~0.6
d=100~150mm
齒輪長期工作時間為
查資料【5】P206 圖10-18
查資料【5】P207 圖10-20
(資料【5】P205 式10-12)
T取低速檔的二軸扭矩,因為其扭矩最大相應得到中心距就大,應選擇滿足所有檔位的中心距
查資料【5】P193 表10-2
查資料【5】P194 圖10-8
查資料【5】P198表10-4和圖10-13
查資料【5】P195 表10-3
查資料【5】P200 表10-5
得
兩軸間距一定取最大值即a=270mm
小齒輪齒寬略大于大齒輪齒寬
查資料【5】P207 圖10-19
查資料【5】P209 圖10-21
(資料【5】P205 式10-12)
查資料【5】P201 表10-6
(資料【5】P203 式10-8a)得出
所以各齒輪設計合格。
將所設計各齒輪基本參數(shù)填入表4-2
表4-2各齒輪基本參數(shù)(除z外單位為mm)
齒數(shù)z
齒數(shù)z
模數(shù)m
分度圓直徑d
齒寬b
齒頂高ha
齒根高
齒輪1
20
8
160
92
8
10
齒輪2
30
8
240
87
8
10
齒輪3
22
6
132
71
6
7.5
齒輪4
68
6
408
66
6
7.5
齒輪5
46
6
276
110
6
7.5
齒輪6
44
6
264
115
6
7.5
4.4變速箱傳動軸的設計計算
1輸入軸的設計校核
軸一為輸入軸,轉(zhuǎn)動速度高,磨損強度大,采用40Cr與齒輪1做成空心齒輪軸其結(jié)構(gòu)與受力分析如下:
圖4-2齒輪軸一
圖4-3受力簡圖
1.齒輪1的分度圓直徑
取
分度圓壓力角
(資料【5】P198 式10-3)
2.兩端軸承所受徑向載荷
圖4-4受力分析圖
得出:
表4-3截面a-a處的彎矩扭矩
載荷
垂直面V
水平面H
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
圖4-5軸一扭矩彎矩圖
從圖中可知齒輪中心a-a截面為最危險截面。
校核公式:
(資料【5】P373 式15-5)
α—由于是脈動循環(huán)應力取0.6
W—軸的抗彎截面系數(shù)。
(資料【7】P143 式5.5)
—許用彎曲應力,軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理,查參考資料【5】P362 表13-1得
軸的計算應力:
=
1.兩軸承所受徑向力:
輸入軸兩端選擇軸承為30219。
30219軸承的基本額定負荷
基本參數(shù)
(資料【6】P130表15-3)
由表12-9取沖擊載荷系數(shù)
(資料【5】P321 表13-6)
因為所以取
當量動載荷
指數(shù)
(見參考書【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承壽命足夠。
2軸二的設計校核
軸二為中間傳動軸,受扭矩與彎矩大,齒輪2、3、5都安裝在軸二上,其中雙聯(lián)齒輪3-5與軸二用花鍵聯(lián)接,軸采用40Cr調(diào)質(zhì)處理做成實心軸。
圖4-6齒輪軸二
圖4-7軸二受力簡圖
1.齒輪2的分度圓直徑
齒輪3的分度圓直徑
取
分度圓壓力角
(資料【5】P198 式10-3)
2.兩端軸承所受徑向載荷
圖4-8軸二受力分析圖
表6-4截面a-a處的彎矩扭矩
載荷
垂直面V
水平面H
支反力F
彎矩
總彎矩
扭矩T
圖4-9軸二扭矩彎矩圖
從圖中可知齒輪中心a-a截面為最危險截面。
校核公式:
(資料【5】P373 式15-5)
α—由于是脈動循環(huán)應力取0.6
W—軸的抗彎截面系數(shù)。
(資料【7】P143 式5.5)
—許用彎曲應力,軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理,查參考資料【5】P362 表15-1得
軸的計算應力:
軸承所受徑向力;
兩端軸段選用軸承32312和32318。
1. 32312軸承的基本額定負
荷
,
基本參數(shù)
(資料【6】P127表15-1)
取,
載荷系數(shù)
(資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷6.80KN
當量動載荷
指數(shù)
(資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32312壽命足夠。
2. 32318軸承的基本額定負荷,
基本參數(shù)
(資料【6】P127表15-1)
取,
載荷系數(shù)
(資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷
當量動載荷
指數(shù)
(資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32318壽命足夠
校核公式
(資料【5】P110 表6-6)
軸二所選花鍵基本參數(shù)類型:矩形花鍵
設計合格
規(guī)格
由于工作時對中軸要求較高,軸二與齒輪2之間選用 A型平鍵聯(lián)接
軸徑d=90mm查參考資料【5】表6-1?。?
齒寬
鍵高
根據(jù)輪轂取鍵長
鍵的工作長度
擠壓面高度
軸段轉(zhuǎn)矩
查參考資料【5】P106 表6-2取許用擠壓
應力
校核擠壓應力
(資料【5】P106 表6-1)
安全合格。
鍵標記為
3軸三的設計校核
軸三為輸出軸,軸所受扭矩大,通過平鍵裝有齒輪6和齒輪4,采用40Cr空心齒輪軸其結(jié)構(gòu)與受力分析如下:
圖4-10軸三
圖4-11受力簡圖
1.齒輪1的分度圓直徑
取
分度圓壓力角
(資料【5】P198 表10-3)
2.兩端軸承所受徑向載荷
圖4-12軸二受力分析圖
表6-5截面a-a處的彎矩扭矩
載荷
垂直面V
水平面H
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
T=3600Nm
圖4-13軸一扭矩彎矩圖
從圖中可知齒輪中心a-a截面為最危險截面。
校核公式:
(資料【5】P373 表15-5)
α—由于是脈動循環(huán)應力取0.6
W—軸的抗彎截面系數(shù)。
軸三為空心軸且a-a截面處有一個平鍵
(資料【7】P143 式5.5)
—許用彎曲應力,軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)處理,
查參考資料【5】P362 表13-1得
軸的計算應力:
軸承所受徑向力;
輸出軸兩端軸段選用軸承32030和32926。
32330軸承的基本額定負荷
,
基本參數(shù):
(見參考資料【7】P697)
取,
載荷系數(shù)
(見參考資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷6.714KN
當量動載荷
指數(shù)
(見參考資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32030壽命足夠。
32926軸承的基本額定負荷
基本參數(shù)
(見參考資料【7】P696表15-1)
取,
載荷系數(shù)
(見參考資料【5】P321 表13-6)
軸承的徑向載荷
當量動載荷
指數(shù)
(資料【5】P319)
軸承轉(zhuǎn)速r/min
軸承壽命
(資料【5】P319 式13-5)
故軸承32926壽命足夠
由于工作時對軸要求較高,軸三與齒輪4之間選用A型平鍵聯(lián)接
軸徑d=130mm查參考資料【5】P106 表6-1 取
齒寬
鍵高
根據(jù)輪轂取鍵長
鍵的工作長度
擠壓面高度
軸段轉(zhuǎn)矩
查參考資料【5】P106 表6-2
許用擠壓應力
校核擠壓應力
(見參考資料【5】P106 式6-1)
鍵標記為
由于工作時對軸要求較高,軸三與齒輪6之間選用 A型平鍵聯(lián)接
軸徑d=134mm查參考資料【5】P106 表6-1取
齒寬
鍵高
根據(jù)輪轂取鍵長
鍵的工作長度
擠壓面高度
軸段轉(zhuǎn)矩
查參考資料【5】P106 表6-2
取許用擠壓應力
校核擠壓應力
(見參考資料【5】P106 式6-1)
鍵標記為
4.5動力頭的泵及電機的選擇
查參考資料【8】P169表42.3-93,
綜合考慮功率和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)選擇斜軸式定量馬達,型
號為A2F200,其主要參數(shù):
排量=200 mL/r 額定壓力=35MPa
最高轉(zhuǎn)速=1800r/min 轉(zhuǎn)矩T=1114N·m
驅(qū)動功率=210KW
根據(jù)液壓馬達的工作參數(shù)驅(qū)動功率,排量等相應選擇液壓泵的參數(shù)如下:
(見查參考資料【8】P169表42.3-97選擇斜軸式定量泵型號為A7V250)
額定壓力=35MPa
排量=250 mL/r
最大功率=250-300KW
最高轉(zhuǎn)速=1500 r/min
重量=105Kg
根據(jù)油泵的轉(zhuǎn)速、功率等因素選擇電機參數(shù)如下:(見參考書【3】P811表49-30選Y系列三相異步電動機,型號315L2-4)
額定功率=200KW
額定轉(zhuǎn)速=1490 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
第5章 給進機構(gòu)的設計計算
5.1液壓給進機構(gòu)的分析及選擇
5.1.1類型及工作原理
常見的液壓缸給進機構(gòu)有單液壓缸給進、雙液壓缸給進、單液壓缸-鋼繩或鏈條倍速給進、雙液壓缸-鋼繩或鏈條倍速給進、液壓馬達鏈條給進等。根據(jù)設計要求的條件選用雙液壓缸鏈條倍速給進,其優(yōu)點是傳動力大、傳動平穩(wěn),給進行程較長、可兼做升降機構(gòu)。適用于中深孔移動動力頭式鉆機。
參照國產(chǎn)鉆石-1000型液壓鉆機的給進機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設計。工作原理如下:
該機構(gòu)采用雙液壓缸,動力頭上下均用雙繩牽引的倍速給進機構(gòu),其給進和提升能力大,且給進行程長,所以該機構(gòu)比較適用于較軟地層的快速鉆進及采用全孔反循環(huán)連續(xù)取芯鉆進工藝。
圖5.1為鉆石-1000型巖芯鉆機的雙液壓缸-鏈條塔身總裝配圖,兩個給進液壓缸分別固定安裝在上橫梁和下橫梁上。上下橫梁均為“幾”型。移動式動力頭可從上橫梁中間穿過?;顒訖M梁和滑動支撐與活動導正桿連接在一起,構(gòu)成一個可上下移動的組件。活動橫梁與兩給進液壓缸的活塞桿固定裝在一起。為保證機構(gòu)的整體剛性和穩(wěn)定性,在兩液壓缸背面設置由上下導正桿和導正頂梁組成的導正支撐裝置。上下橫梁也與下導正桿固定裝在一起?;顒訖M梁與上導正桿滑動套裝在一起,當其上下移動時,以上導正桿為導向和支撐,活動橫梁及滑動支撐左右各安裝一個鏈輪,左右各有大小鏈條兩根(上鏈條規(guī)格大,下鏈條規(guī)格小),上下鏈條各穿過鏈輪后,一端用接頭固定在移動式動力頭箱體上,上下鏈條的另一端用鏈條接頭連接,鏈條接頭的中部有一插銷孔,如果用插銷將鏈條接頭與上橫梁固定時,即可實現(xiàn)倍速,當給進液壓缸上腔或下腔通入壓力油時,壓力油使活塞、活塞桿、活動橫梁、活動拉桿一起向上或向下移動。由于鏈條接頭被固定于上橫梁,活動導正桿及鏈輪等組件形成了一個倍程機構(gòu)。當活動拉桿上下移動時,與鏈條連在一起的動力頭將移動兩倍活塞行程的距離。該機構(gòu)活塞的行程為1.6m。動力頭的行程可達3.2m。如果拔掉鏈條固定插銷,機構(gòu)失去倍速作用,動力頭與活動拉桿同步運動,其運動行程與活塞相同。在這種情況下,機構(gòu)的提升和給進力都最大。
5.1.2該機構(gòu)的特點
①該機構(gòu)采用無固定一起同向鏈輪組的倍速機構(gòu),上下鏈輪組均隨活塞桿一起運動,因此,動力頭也與活塞移動方向一致。
②利用鏈條接頭和插銷這一簡單方法實現(xiàn)倍速和非倍速機構(gòu)的轉(zhuǎn)換,使該機構(gòu)性能更能滿足鉆探機構(gòu)工藝的需要。
③鏈條傳動具有傳動力和運動準確,傳動平穩(wěn),變形小不許經(jīng)常調(diào)整等優(yōu)點。
圖5.1給進機構(gòu)簡圖
1-定滑輪 2定滑輪 3動力頭 4雙液壓缸 5定滑輪
5.1.3鋼絲繩和滑輪的選擇
①鋼絲繩的選擇:根據(jù)工作條件及起升載荷查【17】表2-1選用18NAT6×19S+NF1700ZZ190 GB 8707公稱直徑為18mm,表面狀態(tài)為光面鋼絲,結(jié)構(gòu)形式為6股,每股19絲西魯式天然纖維芯,鋼絲公稱抗拉強度為1700Mpa,捻向為右同向捻,鋼絲繩最小破斷拉力為190KN。固定方法:壓板固定。
②滑輪的選擇:查【17】公式3-1得滑輪直徑D=h d ,其中D為鋼絲繩中心計算的滑輪最小卷繞直徑;h為查【17】表3-2選h=20;d為鋼絲繩直徑18mm,故滑輪直徑為360mm。鑄鋼滑輪,材料ZG270-500,強度和沖擊韌性都很高。
5.2給進液壓缸的設計計算的選擇
鉆機要求給進機構(gòu)雙向運動狀態(tài)且要求運動及速度可無級調(diào)節(jié),故選用雙作用液壓缸。液壓缸與鉆機連接為液壓缸固定,活塞桿移動。整個設計依據(jù)見參考資料【1】P210-214
3.2.1機構(gòu)主要參數(shù)的確定
(1)最大上頂力(給進機構(gòu)最大上頂力是指給進機構(gòu)所能產(chǎn)生的最大起拔力)=125KN。
(2)最大給進力(給進機構(gòu)最大給進力指給進機構(gòu)向孔內(nèi)鉆具所產(chǎn)生的最大軸向壓力)=45KN。
(3)給進行程h=3m。
(4)液壓缸的最大工作載荷:最大工作載荷發(fā)生在強力起拔時,即每個液壓缸的最大工作載荷應有給進機構(gòu)的最大上頂力決定。
—給進機構(gòu)最大上頂力;
液壓缸數(shù)目;
液壓缸的最大負荷
取
(5)液壓缸內(nèi)徑。
為液壓缸的額定工作壓力。由公式可知液壓缸的額定工作壓力P選擇較高,液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸就小,有利于減輕重量使結(jié)構(gòu)緊湊。但是液壓缸的額定工作壓力選擇得過高,又會帶來系統(tǒng)泄露問題。根據(jù)目前國內(nèi)生產(chǎn)的鉆機統(tǒng)計,給進液壓缸的工作壓力取值范圍多數(shù)在7.85~9.81。故初取給進液壓缸工作壓力為。
則
查參考書[1]表6-9取內(nèi)徑D=100mm
(6)活塞桿直徑(材料45鋼)
在液壓缸內(nèi)徑確定的情況下,活塞桿直徑大小直接影響液壓缸有桿腔工作面積的大小。在給進機構(gòu)中,通常液壓缸的有桿腔用于加壓給進,則活塞桿直徑大小就決定了加壓給進力和最大給進速度的大小。因此,在確定活塞桿直徑時,不僅要滿足強度要求和穩(wěn)定性條件,同時還應當達到給進力和給進速度的要求。
因采用雙作用液壓缸,在兩腔供油量相同時,活塞往返的速度是不同的。
無桿腔進油時,活塞運動速度為
有桿腔進油時,活塞運動速度為
輸入液壓缸流量;
液壓缸內(nèi)徑;
活塞桿直徑;
速比
其中,為最大給進速度,指給進機構(gòu)在鉆進過程中送進鉆具的速度;為快速倒桿速度,指給進機構(gòu)在不負載鉆具重量的情況下空載上升的速度;根據(jù)國內(nèi)外鉆機的資料統(tǒng)計,給進液壓缸速比取1.33和1.48居多,故取。
取d=50mm
(7)液壓缸活塞桿的長度
活塞桿的長度不僅影響給進行程的長短,也影響機構(gòu)的穩(wěn)定性和工作的可靠性。在選擇活塞桿的長度時要考慮滿足下列條件:
a. 滿足給進行程要求;
b. 要有一定的導向長度;
c. 要符合國家標準系列;
d. 滿足穩(wěn)定性和強度要求;
查表6-13取活塞桿長度。
(8)液壓缸的最小導向長度
液壓缸的最小導向長度是指活塞運動到有桿端的終點時,至導向套中點之間的長度。該長度影響活塞的穩(wěn)定性和處于終點位置時,活塞桿的失穩(wěn)情況。因此,一定要有合適的導向長度。根據(jù)經(jīng)驗一般導向長度取為
液壓缸內(nèi)徑;
—液壓缸工作行程;
(9)液壓缸和活塞桿的校核
a.液壓缸的強度校核。
鉆機中給進液壓缸通常采用45鋼,一般壁厚與
缸徑的比值不小于或接近于0.1,故可按照薄壁筒的計算公式校核。其強度校核公式:
液壓缸最大實際應力;
液壓缸壁厚;
實驗應力,一般取工作壓力的1.5倍,
;
鋼材料的許用應力;鍛鋼或無縫鋼管
故液壓缸強度合格。
b.活塞桿的穩(wěn)定性校核。
液壓缸承受軸向壓縮載荷時,當活塞桿的計算長度與活塞桿直徑之比大于10時,應校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。對于給進液壓缸,當液壓缸固定時計算長度可取活塞工作行程L即。
而,
故應進行活塞桿縱向的穩(wěn)定性校核。
活塞桿縱向穩(wěn)定的條件:
式中:
液壓缸的最大工作載荷;
活塞桿的極限承載能力;
穩(wěn)定安全系數(shù),一般取,
活塞桿的極限承載能力的確定:
各參數(shù)的選定
活塞桿橫截面轉(zhuǎn)動慣量
活塞桿橫截面積
活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑;
柔度系數(shù),一般鋼??;
支座系數(shù),一般對給進液壓缸活塞可看成一端固定,另一端自由,;
活塞桿計算長度;
材料的彈性模數(shù);
系數(shù),對鋼?。?
材料強度試驗值,對鋼取。
,
故極限承載能力可由下式求得:
故活塞桿的縱向穩(wěn)定性足夠。
C.活塞桿拉、壓強度校核
活塞桿軸向最大負荷為受壓載荷
桿內(nèi)最大應力
故活塞桿拉、壓強度滿足。
(10)給進液壓缸油泵的選擇
查參考資料【9】)
主要參數(shù)如下:
型號A7V200
壓力(額定)
壓力(最大)
排量(最大)=
最高轉(zhuǎn)速(吸口壓力)
最高轉(zhuǎn)速(吸口壓力)
流量()
功率()
轉(zhuǎn)矩=
重量
(11)給進速度的確定:
液壓缸單缸進入的流量
無桿腔的速度
有桿腔的速度
此處選定為給進速度即;
為倒桿速度即
(參考書【10】P910)
5.2.2給進機構(gòu)動力機的選擇
根油泵的轉(zhuǎn)速、功率等因素選擇電機參數(shù)如下:
(見參考書【6】)
型號Y108M-4
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
第6章鉆塔的設計及校核
6.1鉆塔及升降工具
6.1.1鉆塔的功用與要求
鉆塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架,是鉆井設備的重要組成部分。鉆塔在鉆探生產(chǎn)中的用途是升降鉆具,起下套管柱,作為立根鉆桿的靠架。液壓鉆機鉆進時懸掛鉆具,在塔架外可披掛塔布,為操作人員遮風擋雨,提供良好的施工環(huán)境。在鉆探生產(chǎn)中的根據(jù)施工要求不同,采用不同結(jié)構(gòu)和不同類型的鉆塔。
為了升降鉆具、套管柱和懸掛鉆具,完成正常的鉆進工作要,求鉆塔有足夠的承載能力,即除足夠的強度外,還應有足夠的剛度。為了提高起下鉆具的效率,要求鉆塔有合理的高度,鉆塔上頂面的尺寸應滿足天車的安裝和游動滑車上下運行,鉆塔的底部尺寸要保證其他鉆探設備合理的布置以及工人的安全操作。
鉆塔組成:底座(盤)、塔架(桁架或管柱)、天車和支架、吊籠(活動工作臺)。
6.1.2鉆塔的基本參數(shù)(見圖6-1)
鉆塔的主要參數(shù)包括:塔高,起重量和塔的自重。
①塔高的確定。
鉆塔高度取決于所采用立根的高度,
其總體高度尺寸可按下列公式計算:
圖6-1
式中:為孔口裝置的高度及墊叉厚度,可根據(jù)所采用的擰管裝置而確定:為立根擰卸開時所需的最小距離(取決于絲扣長度);為提引器的高度(一般為500600mm);為提引器和動滑車的高度,(一般為800mm);為過塔安全高度(一般采用24mm);L為立根高度,一般規(guī)定如下:
孔深/m
<100
100300
300500
>500
立根長度/m
69
912
1215
1518
②鉆塔大鉤起重量
鉆塔大鉤起重量是鉆塔在鉆探生產(chǎn)施工過程中升降鉆具所承受的載荷,與鉆孔、孔深、鉆具(或套柱管)質(zhì)量、升降鉆具時因加速度或剎車產(chǎn)生的附加動載、提升鉆具時產(chǎn)生的摩擦阻力、卡鉆等因素有關(guān),可用下式計算:
式中:H為孔深,m();為接頭加重系數(shù)();為泥漿浮力系數(shù),為泥漿密度,為鉆具鋼材密度,一般;為考慮摩擦及卡鉆系數(shù),取值: ,深孔用1.5,淺孔用2此處取用;為提升時的平均加速度;g為重力加速度。
③鉆塔天車負荷(圖6-2)
鉆塔天車的負荷能力根據(jù)大鉤負荷與鉆機升降滑車系統(tǒng)的設置形式有關(guān):有死繩端的滑車系統(tǒng)和無死繩端的滑車系統(tǒng)。
滑車系統(tǒng)安裝示意圖
圖6-2
(a)沒有死繩端的滑車系統(tǒng)(b)有死繩端的滑車系統(tǒng)
假設不考慮滑車系的效率,鉆機卷揚機繩端拉力
P為:
式中:m為滑車系統(tǒng)有效的工作繩數(shù);為滑車系
統(tǒng)
運動時的效率(可忽略不計)。
于是,鉆塔天車的負載計算式為
有死繩端的滑車系統(tǒng)時:
無死繩端的滑車系統(tǒng)時:
式中忽略了卷揚機鋼繩和死繩端鋼繩與鉛垂線間的夾角影響,以上兩式可以看出,用無死繩的滑車系統(tǒng)可減少天車的負荷,但從滑車系統(tǒng)安裝示意圖可知,用無死繩端的滑車系統(tǒng)時鉆塔載荷不對稱。因而,一般施工中常采用有死繩端的滑車系統(tǒng),不僅鉆塔穩(wěn)定性好(死繩索端固定點與卷揚機以鉆孔
為中心盡量對稱分布)而且在死繩頭端可以安裝拉力表,便于掌握鉆頭的壓力參數(shù)。
6.1.3鉆塔的結(jié)構(gòu)類型
鉆塔結(jié)構(gòu)主弦桿可以是角鋼,角鋼拼焊方鋼管,無縫鋼管或?qū)嵭膱A鋼,取決于鉆機的起鉆能力,供貨條件,經(jīng)濟效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。綜合考慮這些因素本次設計主弦桿采用角鋼對接焊成。
鉆塔結(jié)構(gòu)斷面分為圓形斷面、三角形斷面及方形斷面三類。本設計的DY1000采用整體焊接四柱鉆塔形式。
整體焊接四柱鉆塔就是由八個角鋼成兩兩相對焊接而成,這種類型鉆塔承載能力和穩(wěn)定性都較好。
而本設計中采用的整體焊接四柱形式鉆塔如下:
鉆塔的承載力:
選擇塔的承載力時考慮的因素:一是孔內(nèi)鉆具的重量;二是鉆機卷揚機的拉力。選擇大者為考慮參數(shù)。
鉆塔受力分工作和非工作兩種狀態(tài),兩種狀態(tài)的分析方法相同。鉆塔上的載荷有:塔身自重,動力頭對鉆塔以及風載荷的作用。
6.1.4參數(shù)的選取
首先考慮風載荷的作用,視風載荷是可能作用于任意方向的水平載荷。對于本鉆機只計算風壓的靜力作用,不考慮風壓的動力效應。
按照鉆機在一定風力下能否正常工作,把作用于鉆機金屬結(jié)構(gòu)的風載荷分為工作狀態(tài)的風載荷和非工作狀態(tài)的風載荷兩類。工作狀態(tài)的風載荷是鉆機金屬結(jié)構(gòu)在正常工作情況下所能承受的最大計算風壓;非工作狀態(tài)的風載荷則是鉆機金屬結(jié)構(gòu)不工作時所能承受的最大計算風壓。工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的風載荷按下式計算:
式中 C-------風力系數(shù)
---------風壓高度變化系數(shù)
-----------風陣系數(shù)(通常取=1)
q------------計算風壓
A------------結(jié)構(gòu)或物品垂直于風向的迎風面積()
①.計算風壓q
風壓是風的速度能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果。風壓與空氣密度和風速有關(guān)。按照規(guī)定,計算風壓按空曠地區(qū)離地10m高處的風速計算。鉆機工作狀態(tài)的計算風速按陣風風速考慮,非工作狀態(tài)的風速為2min時距的平均風速。
風壓計算式為:
式中:q------------計算風壓
-----------計算風速
是鉆機正常工作狀態(tài)下的計算風壓,用于選電動機功率的阻力計算及機構(gòu)零部件的疲勞及發(fā)熱計算。
是鉆機工作狀態(tài)下的最大計算風壓,用于計算機構(gòu)零部件和金屬機構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性,演算驅(qū)動裝置的過載能力及整機工作狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性。
是鉆機非工作狀態(tài)下的計算風壓,用于計算機構(gòu)零部件和金屬機構(gòu)的強度整機抗傾覆穩(wěn)定性以及鉆機的防風抗滑裝置的設計計算。
查表3-7得
工作狀態(tài)下
非工作狀態(tài)下
②.風壓高度變化系數(shù)
多數(shù)國家對鉆機的工作狀態(tài)風壓
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