毕业论文定稿-GCD2500钻机机械传动系统设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763摘 要GDC2500 工程钻机是为适应深基础工程和地下连续墙以及水利工程、桥梁工程的需要，结合 CZ 系列四连杆冲击机和 DCF2500 同步卷扬双钢丝绳冲击钻机的优点而研制的，该机组具有钻进地面广、操作工艺简单、连续排渣等优点。适用于土层、卵砾石层、飘石层、基岩等复杂地层的基础工程施工。这台钻机是集回转、冲击钻进工艺于一体的多功能复合型钻机，用转盘回转钻进时可用于第四世纪覆盖层，冲击钻进时可用于卵石、灰岩、花岗岩等硬岩地层。本课题主要针对 GDC2500 工程钻机机械传动系统进行设计，首先对目前冲击钻机设计的国内外发展状况进行分析，接着制定传动方案，再按照方案对各个零件进行设计并校核强度，最后完成机械传动系统的装配设计。关键字：工程钻机 传动系统 设计 强度校核原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763AbstractGDC2500 engineering drilling rig is to meet the needs of deep foundation engineering and underground continuous wall and water conservancy, bridge engineering, combined with the CZ series of four-bar linkage shock machine and DCF2500 synchronous dual advantages of wire rope hoist impact rig was developed, which has a drilling unit wide ground, simple technology, continuous slag and so on. Applicable to the infrastructure construction of soil, gravel, floating rock, rock and other complex formation.This rig is a rotary impact drilling technology multifunctional complex rig when drilling with rotary dial can be used to overlay the fourth century, when the impact of drilling can be used for gravel, limestone, granite and other hard rock formations .The main topic for GDC2500 Rig mechanical transmission design, the first impact on the current development of domestic and international rig designed to analyze, and then develop the transmission program, and then follow the program designed to check the strength of the various parts and finalize mechanical transmission the assembly design.Keywords: engineering design strength check rig Transmission原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 1Abstract2第 1 章 绪论 51.1 选题背景及意义 51.2 课题国内外研究现状 61.3 设计内容 9第 2 章 钻机概述 102.1 钻机的功用 102.2 对钻机的要求 102.3 钻机的组成 102.4 钻机的分类 11第 3 章 钻机的总体设计 123.1 本设计钻机的应用场合 133.2 设计方案的确定 133.2.1 本设计钻机的特点 133.2.2 总体设计方案的确定 133.3 钻机的技术特性和要求 14第 4 章 机械传动系统设计 164.1 主要参数的选择 164.2 机械传动系统初步计算 164.2.1 电机的选择 164.2.2 各级动力参数的分配与计算 164.2.3 运动和动力参数的计算 174.3 V 带传动设计 194.3.1 选定带型 194.3.2 确定带轮基准直径，并验算带速 194.3.3 确定带长和中心矩 a194.3.4 验算小带轮包角 204.3.5 确定带的根数 204.3.6 单根 V 带预紧力 204.4 齿轮副的强度计算与校核 204.4.1 离合器齿轮组的设计 20原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397634.4.2 卷扬机齿轮组的设计 254.4.3 四连杆机构齿轮组的设计 264.5 轴的强度计算与校核 264.5.1 轴 I 设计 264.5.2 轴 II 设计 274.5.3 轴 III 设计 284.6 卷扬机构的设计 284.6.1 钢丝绳的选用 294.6.2 卷扬机主副卷筒的设计 294.7 其他附件的选用与校核 314.7.1 轴承的选用与校核 314.7.2 键的选择和校核 324.7.3 联轴器的选择和校核 33第 5 章 可行性及经济成本分析 345.1 可行性分析 345.1.1 设计可行性分析 345.1.2 市场可行性分析 345.2 经济性分析 34结 论 36致 谢 37参考文献 38附录：英文文献翻译 39外文文献英文原文 43原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第 1 章 绪论1.1 选题背景及意义最近几年来，随着一批大型工程相继开工和我国基础工程行业的投资不断加大，推动了我国基础工程施工行业的发展。各类建筑和工程施工的数量和工程难度日益加大，质量要求也越来越高，尤其是人们环保意识的不断提高，对施工环保要求也越来越高。传统的冲击、回转、反循环钻等灌注桩成孔工艺因其效率低下，污染严重，已经不能适应新施工技术的要求。钻机则以其优于其它同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。目前我国处于一个大发展时期，正在进行大规模城市化建设及大量基础设施建设，据国家统计局的统计资料显示，我国目前共有城市 660 余个，其中人口在 100 万以上的大城市有 170 余个。随着国民经济的发展，城市化进程还将加快，老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加，按每个城市平均仅占据 23 台的市场需求量来保守地估算，钻机在国内的总量近几年即可达到 2000 台以上，为我国钻机行业带来了非常好的市场机遇。而这仅仅才是城市化带来的市场空间。但现在的情况是，进口产品大量涌入我国市场，而我国同类产品的开发尚处于初始阶段，因此要在消化吸收国外同类产品的技术基础上，结合中国国情，在业已取得的开发成果基础上，尽快将产品系列化，以达到替代进口产品、加速设备更新换代的目的，并为该产品早日打入国际市场打下坚实的基础。本文首先对钻机进行介绍概述，由于钻机在前进和工作中需要受到各方面的阻力，因此钻机的总牵引力应该大于在各种状态下所受的各种阻力的总和，同时在爬坡时其牵引力还必须小于履带与地面之间的附着力，以避免其打滑。钻机在前进和爬坡时的速度经过验算，符合牵引力的要求，能用于实际中。然后在钻机底盘的结构设计中，根据钻机参数，选择和设计各个零部件。其中四轮一带（驱动轮、导向轮、支重轮、拖链轮、履带）在我国市场上已经有部分标准化，因此可根据打桩机型号和参数进行选择。 最后，借组计算机辅助工程技术对装置进行 UG 三维建模，为进一步优化设计提供了分析数据和结论通过毕业设计，不仅培养了我们正确的设计思想，也同时让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，锻炼了我们灵活综合运用知识的能力。通过对它的设计计算，我了解了履带行走装置的工作原理、传动系统方案和常用机械零部件件的选用设计等等。借助计算机辅助技术的研究方法和研究结果可以作为以后工程上研制类似结构的参考。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397631.2 课题国内外研究现状（1）国外研究现状钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，欧洲的钻机首先是意大利土力公司从美国引入安装在载重汽车上和履带式起重机上的钻机，但这种钻机的动力头是固定式的，而且不能自行设置套管且难以适应硬质土层。1960 年德国维尔特和盖尔茨盖特公司同时开发了可动式动力头，之后德国宝峨公司于 1975 年研制了配有伸缩钻杆的 BG7 型钻机。该钻机不仅易于配套摇管装置和直接从底盘提供动力，而且其可锁式钻杆能可靠地实现钻杆加压，在增大钻机扭矩后能适应紧密砂砾层和岩层钻进，由于该钻机具有以上优点，得到了广大用户的认可，进而促进了钻机的发展。后来随着技术进步和作业功能的扩大，钻机特别是配置可动式动力头的钻机在灌注桩施工机械中成为主流产品，因此生产的厂家也越来越多。独立式的主要生产厂家有：德国的宝峨、维尔特、德尔马克、利勃海尔、MGF 等，意大利的土力、卡萨格兰特、意马、迈特、CMV 等；生产附着于履带起重机上的钻机主要有德国的利勃海尔、宝峨公司，意大利的土力、卡萨格兰特公司和英国的 BSP 公司。目前欧洲的钻机一般都设有摇管装置以及由两个或三个液压马达驱动的大扭矩动力头（可配备套管连结器）和采用恒功率变量自动控制的液压系统，还有自动内锁互扣钻杆及先进的监控仪表（如发动机和液压系统自动监测和报警系统、钻孔深度显示、立柱自动测斜纠偏装置）等，同时也配有各种保险装置（如防止带负载起动装置，卷扬机超高限位装置等） ，但各家公司的钻机都有自己的结构特点。钻机在日本被称为土钻，最早于 1960 年从美国卡尔威特公司引入日本并进行施工。同年加藤制作所开发了 15-H 型钻机，以后又研制了可以配套摇管装置和抓斗的多功能钻机。日立建机于 1965 年利用挖掘机开发了装有液压加压装置的钻机，1974 年又利用液压履带起重机研制了液压马达驱动的钻机。到 80 年代，住友建机开始与意大利土力公司合作。1981 年日立建机公司为提高单桩承载力研制了扩底钻头，随后日本车辆公司等也开发了扩底钻头，这样使钻机进入了钻孔扩底灌注桩施工领域，以后德国宝峨公司的进入和日立建机与住友建机的结盟又促进了钻机技术的进一步发展。目前在日本生产的钻机有两种类型，一种是以日本土力和日本宝峨生产的欧洲流行的方型立柱加连杆机构的独立式钻机；一类为日本车辆，日立建机和住友建机等公司生产的以履带起重机为主的附着式钻机。他们的特点是作业范围相对较大，并具有一机多用功能，钻孔直径一般为 1.53m（扩底达 4.1） ，钻孔深度最大为 65-70m，但钻机扭矩比原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763欧洲类型的低，例如日立住友重机公司最新推出的超低噪声 SDX-207 型钻机，钻孔直径 2.5m，最大钻深 48m，最大扭矩 63.7KNm，该机采用伸缩式履带和箱型两节伸缩臂，特制的动力头支持方式可减少钻杆轴向和径向摆动，采用常闭式变量马达以达到小负荷时速度快、大负荷时产生足够的扭矩的目的，液压油泵为功率自调变量，以保证恒定功率输出，同时整机机动性好，能在城市或狭小场地施工。日本的生产厂商主要有日本日立、日本日车、日本神钢等。（2）国内研究现状20 世纪 80 年代末至 90 年代初，国内一些施工企业看到了钻进技术在基础施工中体现出的巨大优势，逐渐从国外引进钻机。此时，一些国外的钻机制造商也纷纷在中国设立办事处，向中国的基础工程施工行业宣传钻机及钻进施工技术。我国在 80 年代初从日本引进过工作装置，并配装在 KH-125 型履带起重机上。天津探矿机械厂于 1984 年引进美国 RDI 公司的钻机并对其进行了消化吸收。1987 年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）产品，1988年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了 1.5m 直径的履带起重机附着式钻机。1994 年郑州勘察机械厂引进了英国 BSP 公司附着式钻机的生产技术，但没有形成批量生产。宝峨公司 1992 年在中国北京设立了代表处，开始对华的业务，并于 1995 年在天津成立了独资子公司-宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨 BG20 型钻机。1998 年宝峨公司又在上海成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司，生产组装 BG15 型钻机。虽然如此但由于种种原因，钻进技术在我国的发展一直比较缓慢，到 90 年代末期，我国钻机的拥有量也就 100 台左右，而且就是这为数不多的钻机，也没有完全用于生产施工，许多企业购置施挖钻机后，由于运行成本较高，并未用于生产施工中，仍然采用一些传统的方法进行施工。最近几年来，随着我国基础工程行业的投资不断加大，市场竞争不断加剧，基础工程施工行业逐渐认识到了钻进技术的优越性，使得这一技术在我国的发展非常迅速。国家建设管理部门也逐步意识到钻机的诸多优势，并制定了一些鼓励政策，这些政策对设计、监理和施工单位等产生了层层影响。在这种大背景下，原有的成孔设备因其低效、高噪、不环保等因素将逐步被淘汰，而钻机凭借作业时的明显优势（效率高、环保、安全等） ，已成为大批重点工程业主的指定施工设备。仅 2001 年一年，某国外钻机制造商在我国就销售了近二十台钻机，而在前几年，其每年的销售数量只有几台；某国内钻机生产企业也销售了十几台，这一数量对于刚刚起步的国内钻机生产企业来说，预示着非常好的前景。在上海浦东八百伴大厦基础灌注桩工程中全部采用了成孔法施工并取得成功，这在国内起到了推动作用；在北京五环路的基础施工中，钻机已占了绝大原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763多数，最多时达到了几十台。国家重点工程青藏铁路大规模施工于 2001 年正式启动，在青藏铁路格拉段施工段，地层多是永冻的土层、砂砾、不规则泥页岩，还有软硬互层灰岩，有的冻土厚度达到百米以上，在这种情况下中铁集团采用了钻进施工工艺。从 2002 年 3 月开始，大量的钻机进入青藏铁路线施工，最多时有 120 台钻机同时在进行桥桩施工。青藏铁路钻机的大量使用引起了施工和生产制造企业的格外关注，这无疑推动了钻机及施工技术的开发和应用。2000年徐工集团 RD18 型钻机研制成功，最大成孔直径 2m、最大钻深 60m，有多台分别在青藏铁路和北京的工程中使用。2001 年北京经纬巨力工程机械有限公司研制成功 ZY120、ZY160、ZY200 型钻机，参加了青藏铁路建设的施工。2003 年 3月三一重工研制成功履带可伸缩的 SYR220 型钻机，先后在青藏铁路、北京银泰大厦、鞍钢高炉、天津、南京等工地接受了施工考验。2003 年 6 月杭州天锐机械有限公司 TR200C 型钻机下线，最大成孔直径 2m、最大钻深 62m，应用于青藏铁路建设。2003 年 9 月石家庄煤矿机械有限责任公司与芬兰永腾公司合作生产出 XZ20 型钻机，在山东淄博胶济快速铁路工程中施工。2004 年在北京奥运国家体育馆建设工地一次使用各厂家钻机 16 台。由于受青藏铁路、北京奥运、上海世博会工程的拉动，给钻机提供了一个巨大的发展空间，近三年我国的成孔法的大量采用，钻机使用量增加，特别是 2003 年许多厂家的钻机相继研制成功，大大地推动了钻机的生产和应用。目前，国内各种型号钻机市场拥有总量约为500 多台，其中国产钻机占 15左右，国外二手钻机约为 20。由此可见，钻进技术在我国的发展前景是非常广阔的，据有关人员预测，在今后几年内，我国钻机的拥有量将达到目前的 3 倍以上。在如此大好前景下，国外的钻机制造商纷纷看好中国这一巨大市场，向中国宣传、销售其钻机。国内的一些企业也通过引进、消化、吸收国外技术，开始制造钻机，使得最近几年我国钻机技术取得了快速发展。目前可供选择的钻机性能范围非常大，就最主要的性能参数孔径而言，各个厂家主导产品的最大钻孔直径均在 1.52.0m 之间，而钻孔灌注桩的最常用桩径一般为 1.21.5m，考虑到安全储备系数，这类孔径的钻机对于施工这种桩径是非常适合的。另外，有些厂家生产的钻机孔径范围非常大，小型的有最大钻孔直径为 1m 的，大型钻机孔径可达到 3m，为用户提供了一个非常宽的选择范围，适应了不同工程的需要。各厂家钻机采用的加压方式也各不相同，各有优势，主要体现在钻杆的形式上：摩阻式伸缩钻杆在软土层钻进效率较高；机锁式钻杆适于钻进硬岩层，但对操作的要求较高，需找到加压点加压；自锁铠式钻杆，可随时加压，传递扭矩效果好。国内目前生产钻机的厂商有十余家，主要有徐工科技、三一重工、北京经纬巨力、河北石家庄煤机、湖南山河智能、杭州天锐、北方重汽、哈尔滨四海、原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763郑州金牛、连云港黄海、兰州通用、新河钻机等。1.3 设计内容钻机是一种适合在建筑基础工程中进行成孔作业的施工机械，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、一机多用、机动灵活、施工效率高及环境污染小等特点，能够适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围较广，其工作环境温度一般在20C40C 之间。配合不同钻具，可适应于干式（短螺旋） 、湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）条件下的成孔作业。对干硬性黏土层采用无稳定液护壁的干式工法，而一般的覆盖层则采用静态泥浆护壁的湿式工法，钻机广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基基础钻孔灌注桩工程。本课题主要针对 GDC2500 工程钻机机械传动系统进行设计。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第 2 章 钻机概述2.1 钻机的功用钻机主要用来对地基基础桩基成孔，广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式（短螺旋） ，或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。目前，钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。钻机主要分为小型机，中型机和大型机。其中小型机参数要求为：钻机扭矩 100kN.m, 发动机功率 170kW, 钻孔直径 5001000mm、深约 40m, 整机重量约 40t。小型机的应用市场定位如下: 各种楼房的护坡桩; 楼房部分承重结构桩; 城市改造市政项目中各种桩径小于 1m 的桩; 适用于其它用途的桩。小型机的市场覆盖率达 30%以上。2.2 对钻机的要求钻机的技术性能要保证在施工中能满足合理的工艺要求，以最优规程，达到预计的质量要求；维护保养简单容易；安装拆卸搬迁方便；利于快速钻进；钻进辅助时间短；钻孔施工周期短；体力劳动强度低等。概括起来说，是钻机要为多、快、好、省地完成钻探生产任务创造有利条件。根据钻机的基本功用，对钻机具体要求如下：（1）通过回转钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适合钻进规程需要的转速及调节范围，以便有效地破碎岩石；（2）能通过钻具向钻头传递足够的轴心压力，并有相当的调整范围，使钻头有效地切入或压碎岩石；（3）能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进；（4）能完成升降钻具的工作，并能随着钻具重量的变化而改变提升速度，以充分利用动力机的功率和缩短辅助时间；（5）能变换钻进角度和按一定技术经济指标旧响应深度的直径的钻孔，以满足钻孔设计的要求和提高钻进效率。2.3 钻机的组成原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763钻机一般由行走机构、工作机构、回转机构、动力机构（回转动力头） 、传动系统机构组成（具体结构如图 1-1 所示） ，其工作的核心元件是动力头、钻杆和钻头。这些机构集中配装到履带底盘的机身上，通过液压系统将动力分配到回转动力头、主副卷扬机、履带与监控转台中的马达，以及分配到给进和立放桅杆的油缸中。图 1-1 钻机结构组成 钻机主要功能分为上车钻孔作业和下车移动行驶，两部分通过换向阀互锁。下车行驶工作由马达带动减速机实现底盘的行走、转向、制动等功能，通过控制底盘的伸缩油缸用以改变履带中心距。钻机钻孔作业时，钻杆通过钢丝绳回转接头与主卷扬的钢丝绳相连，并通过动力头的中心孔，由主卷扬控制其升降。每节钻杆的外表面都焊有导向键，动力头的扭矩通过其内花键传递给外层钻杆及其它各层钻杆和钻头。芯部钻杆底部有方形接头，通过销子同钻头上相配合的箱插接。这样，动力头的扭矩就通过钻杆传递给了钻头，在钻头和钻杆的自重压力下实现钻进，如果需要，还可配合加压油缸进行加压钻进。钻头回转切入地层进尺，将钻屑装满一斗后，通过主卷扬将钻头提升到地面卸土。钻机移动运输时，桅杆可下放至水平位置，并将鹅头部分和下端动力头折叠（根据不同情况亦可将配重拆下）以减小运输长度，此时履带横向缩回至最小距离，这样钻机即可自行进行运输。 2.4 钻机的分类原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763随着钻探工程在国民经济各部门中的广泛应用，钻机类别和型号也在增多。为此将钻机实行科学分类和确定名称，对识别、评价和选择钻机是很有意义的。按用途分类按用途不同，可将现行广泛使用的钻机分为三大类，即地质勘探用岩心钻机；石油钻探用钻机；专用钻机（水文水井钻机、物探钻机、工程钻机等） ；按钻机标准钻进孔深分类根据不同孔深范围，将各种不同钻进孔深的钻机分成三类或四类。按三类分见表 11。表 11 (m）类别 浅孔钻机 中深孔钻机 深孔钻机1030010300300800300800800120010002000按四类分类见表 12。表 12 （m）浅孔钻机 次深孔钻机 中深孔钻机 深空钻机10150 200400 500800 900 以上按原来地质总局设备管理分类钻机可分为六类，即浅孔钻机、岩心钻机、石油钻机、水文水井钻机、汽车钻机和砂矿钻机；按装载方式分类可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；按破碎岩石方式分类可分为回转式、冲击式和冲击回转式；按回转机构型式分类可分为立轴式、转盘式、动力头式；按进给机构分类可以分为手轮（把）式、油压式、螺旋差动式、长油缸式、油马达链轮式。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第 3 章 钻机的总体设计3.1 本设计钻机的应用场合该钻机具有钻进地层面广、操作工艺简单、连续排渣等优点。适用于土层、卵砾石层、飘石层、基岩等复杂地层的基础工程施工。该钻机液压步履的系统在狭小、泥泞的场地施工，移动、对孔位灵活方便，具有明显的优势；钻机的主副卷扬机及工具卷扬机具有很强的辅助功能，能够代替吊车完成很多辅助工作；主扬机设有双绳自动同步结构。钻孔平稳，成孔质量高；钻机设有四连杆自动冲击、手动卷扬冲击两大功能可根据不同的地域、不同的选择不同的操作，大大的提高钻孔的效率，降低工人的劳动强度，因此给冲击钻机注入新的活力。近几十年来，冲击反循环钻机广泛用于铁路、公路桥梁、城市高层建筑的基桩孔钻进、港口码头、水利水电连续墙施工。3.2 设计方案的确定3.2.1 本设计钻机的特点这台钻机的主要性能特点是：（1）钻机是集回转、冲击钻进工艺于一体的多功能复合型钻机，用转盘回转钻进时可用于第四世纪覆盖层，冲击钻进时可用于卵石、灰岩、花岗岩等硬岩地层；（2）最大钻孔直径为 2000 毫米；（3）钻机为机械传动，机械、液压操动，操作方便、可靠；（4）钻机转速范围广，有 6 档变速，适用于不同地层要求，利于提高钻进效率；（5）整套设备安装在滑撬式底座上，对孔就位方便，机动性强（6）液压操纵滑台平移让出孔口，孔口开阔，起下大直径钻具灵活、方便；（7）钻塔上设有导向槽，有助于提高钻孔垂直度，降低超径系数。钻塔上有水龙头后置悬挂装置，主动钻杆不落地，减轻劳动强度，缩短辅助作业时间；（8）主、副卷扬机均采用行星式卷扬机构，提生能力强，辅助水龙头后置悬挂装置，可实现塔上无人作业；原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763（9）钻进可采用加重块加压（根据不同地层选用） ；（10）排渣方式为泵吸反循环，排屑效率高，减少孔底重复破碎，钻进速度快；（11）整机尺寸设计合理，便于汽车运输及安装；动力为电机；经济耐用、性能可靠。3.2.2 总体设计方案的确定（1）方案的设计与分析方案一：电动机-V 带-齿轮-离合器-联轴器-箱外齿轮-工作机优点：高速级用 V 带传动，能吸收振动和缓和冲击，结构紧凑、成本低；还起过载保护作用；传动结构简单，维修保养方便，对于野外作业具有显著的优点。缺点：传动的外廓尺寸较大，由于 V 带的滑动，不能保证固定不变的传动比，寿命短，传动效率低 。方案二：电动机- 链-齿轮-离合器-联轴器-箱外齿轮-工作机优点：平均传动比准确，结构紧凑，成本低；能在高温、有油污等恶劣环境条件下工作。缺点：传动平稳性差，传动是有噪声和冲击。 （2）方案的确定由于该钻机需带动 2.5t 的钻头冲击冲击钻进，功率和负载均较大，故选择方案一：电动机-V 带-齿轮-离合器-联轴器-箱外齿轮-工作机；传动简图如图2 所示。该方案由一个动力机驱动，其传动路线如下：第 1 条由动力机经 V 带、离合器、联轴器和齿轮驱动四连杆工作：第 2、3条，由动力机经 V 带、离合器和箱外齿轮分别驱动主副卷扬机工作。采用一个动力驱动可以减少动力机的数量，节省能源,由动力机带 V 带传动。能吸收振动和缓和冲击，结构紧凑、成本低；还起过载保护作用；传动结构简单，维修保养方便。再由 V 带传动带动两个离合器的传动，通过联轴器带动箱外齿轮，从而带动各工作机的转动。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 2 GCD2500 钻机机械传动简图3.3 钻机的技术特性和要求考虑到钻机的实际工作情况，根据我国当前生产技术和工艺水平，本GCD2500 型钻机的技术特性为：GCD2500 工程钻机的主要技术参数：（1） 钻进能力钻孔直径：1.02.5m；钻孔深度：80.0m（2） 额定钻头重量：5.5t（3） 四连杆冲击机构：冲击频率：31.08 次/min；冲程：0.6、0.8、1.0m（4） 冲击卷扬机提升能力：60KN提升转速、速度：22.2r/min、0.523m/s钢丝绳规格：645-30-170；绳容量：80m（5） 副卷扬机提升能力：25KN提升转速、速度：33.3r/min、0.436m/s钢丝绳规格：627-120-170 ；绳容量：80m原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第 4 章 机械传动系统设计4.1 主要参数的选择（1）四连杆冲次：n31.08 次/min（2）冲击卷扬提升能力：60KN转速：22.2r/min；线速度：0.523m/s（3）副卷扬提升能力：25KN转速：33.3r/min；线速度：0.436m/s4.2 机械传动系统初步计算4.2.1 电机的选择查阅相关资料可知冲击卷扬机冲击工作时所需功率最大，故电机的选择以冲击卷扬机冲击工作时为依据选用：冲击卷扬机的提升能力为 60KN提升速度 V（m/s）0.523所需功率 P=FV600000.52331.38KW变速器的传递效率 =0.8原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763所需电机的功率 =p电 31.89.250KW钻进时所需的最大功率为 39.225KW根据现场需要，动力机的选择偏大些，加大储备系数，这样可以提高钻进效率，则：P。1.139.22543.15KW冲击时，转盘不工作，按钻进时选择电机 P=45KW。综合提升速度要求选用 Y225M-4 三相异步电机，其额定功率 45KW，满载转速 1480r/min。4.2.2 各级动力参数的分配与计算（1）冲击卷扬： 67.2.1480卷电总 ni取 V 带传动比 ， 主离合器齿轮传动比.31i 5.32i则冲击卷扬外传动齿轮传动比为 967213ii总（2）副卷扬： 4.3.180卷电总 ni同上述取 V 带传动比 ， 主离合器齿轮传动比2.1i 5.32i则副卷扬外传动齿轮传动比为 9734213ii总（3）四杆机构： 6.4708.31杆电总 ni取 V 带传动比 ， 主离合器齿轮传动比2i 32i则冲击卷扬机外传动齿轮传动比为 96.4.7213ii总4.2.3 运动和动力参数的计算(a)0 轴（电机轴）：原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763kwpd45min/1800rnmNTd 4.2905950(b)轴kwpd2.4396.0511min/810rinNnPT92511(c)轴 kwp1.497.082.43212 min/.2rinNPT3.9715022(d)轴 kwp1.397.081.423 min/0.3rinNpT5.1697533将上述运动和动力参数的计算结果汇总下 轴名参数 传动比 i转速 n(r/min)输入功率 P(KW）输入转矩 T( )Nm 轴 3.2 462.5 43.2 892 轴 3.5 132.1 41.1 2971.3 轴 6 22.02 39.1 16957.5原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763（2）副卷扬工作时同理可得只有副卷扬工作时运动和动力参数如下：轴名参数 传动比 i转速 n(r/min)输入功率 P(KW）输入转矩 T( )Nm 轴 3.2 462.5 43.2 892 轴 3.5 132.1 41.1 2971.3 轴 4 33.04 37.9 10954.8（3）四杆冲击机构工作时同理可得只有四杆机构工作时运动和动力参数如下：轴名参数 传动比 i转速 n(r/min)输入功率 P(KW）输入转矩 T( )Nm 轴 3.2 462.5 43.2 892 轴 3 154.2 41.1 2545.4 轴 5 30.83 39.1 12111.74.3 V 带传动设计4.3.1 选定带型 设计功率： = dpAk电查：工况系数 =1.6=1.645=72KWd根据 =72KW =1480 r/minp1n确定带型为 C 型 =200315mmd4.3.2 确定带轮基准直径，并验算带速由课本图 5-10 得，推荐的小带轮基准直径为 75100mm, 取小带轮直径 =315 mm，而 i=3.21d大带轮直径： =315i =1008 mm，取 = 1000 mm2 2d轴的实际转速： = = =461.54r/minn12()d(0.)14835原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763带速：V= = = 24.4m/s，在 525m/s 范围内，带速合适160dn35148064.3.3 确定带长和中心矩 a根据课本 P84 式（5-14 ）得0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0.7(1000+315)a02(1000+315)所以有：920.5mma 02630mm，取 2000由课本 P84 式（5-15 ）得：= 2 + （ + ）+0dLa1d2210()4da=22000 + 23.685()=6123 mm查取 =6000 mmdL，取 =1938.5mm0060123298.5daa4.3.4 验算小带轮包角= - =159.750 1200（适用）1a082157.3da4.3.5 确定带的根数由 =315 mm 和 =1480 r/min 查得 C 型带 =14012 KW1d1n1p考虑传动比的影响，额定功率的增量 1.4PKWZ = ()dalpk小带轮包角修正系数 = 0.96ak带长修正系数 = 1.04lk l= 7.23，取 Z=8 根72Z=(14.)0.9614原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397634.3.6 单根 V 带预紧力202.5(1)dapFmvKZm 带的每米质量 m= 0.3 1.kgm= 502.9 N 202.59.(1)0.3464.4 齿轮副的强度计算与校核4.4.1 离合器齿轮组的设计(1)四连杆机构级（a） 选择齿轮材料采用非硬齿面闭式齿轮传动 由表 11.8 查得：小齿轮选用 45，调质处理，齿面硬度为 240280HRB。大齿轮选用 45，调质处理，齿面硬度为 220240HRB。由表 11.20 选 8 级精度 齿面粗糙度 umRa3.62（b） 确定许用应力由表 11.9 查得： 0.1HS91 104.8130546260 hnjLN8213.i由表 11.25 查得：小齿轮接触疲劳极限 MPaH4501lim大齿轮接触疲劳极限 32li查图 11.28 得： 9.1NZ.N许用接触应力： MPaSHN4051lim1Z2.2li2原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763（c）齿面接触疲劳强度设计：设齿轮按 8 级精度选择齿宽系数 查表 11.19 得 =0.9dd选择载荷系数 K 查表 11.10 得 K=1.3小齿轮上转矩 mNT892根据上述齿数 ，1z54183zil小齿轮分度圆直径：mzdmuKTHd3.9182672.674.3313由表 11.3 取标准模数 m=10mm主要尺寸 dbz16254021取 mza30221按齿根弯曲疲劳强度校核齿形系数 查表 11.12 FY175.276.243FFYY应力修正系数 查表 11.13 S 951SS许用弯曲应力 F由图 11.26 得 MPaF38042lim1由表 11.9 得 .S由图 11.27 得 95.21NYMPaSFNFF8.2354.64lim43li3原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397634344 33232.15.7FSFFSYMPazbmKT齿轮的圆周速度 smndv/6.061由表 11.21 知 选 8 级精度最合理几何尺寸计算：md10d5402mzadz mchhcfa afa360251.6025.25 1.112 *(2)卷扬机级（a） 选择齿轮材料采用非硬齿面闭式齿轮传动 由表 11.8 查得：小齿轮选用 45，调质处理，齿面硬度为 240280HRB。大齿轮选用 45，调质处理，齿面硬度为 220240HRB。由表 11.20 选 8 级精度 齿面粗糙度 umRa3.62（b） 确定许用应力由表 11.9 查得： 0.1HS91 104.8130546260 hnjLN8213.i由表 11.25 查得：小齿轮接触疲劳极限 MPaH4501lim原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763大齿轮接触疲劳极限 MPaH4302lim查图 11.28 得： 9.1NZ.N许用接触应力： PaSHN4051lim1MZ2.2li