巖心鉆機(jī)升降機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　巖心鉆機(jī)升降機(jī)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)前，巖心鉆機(jī)升降機(jī)主要使用定軸式行星輪系升降機(jī)，本文就是在已有的定軸式行星輪系升降機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求的四檔提升速度的升降機(jī)。在設(shè)計(jì)過程沒有改

2、變原有的升降機(jī)零部件的位置關(guān)系，但由于，傳動比以及傳動速度的不同，所以，通過受力分析計(jì)算，加大了行星齒輪、中心齒輪、內(nèi)齒圈的厚度；同時也加大了抱閘抱緊時的抱緊半徑。利用先進(jìn)的現(xiàn)代軟件分析，就能發(fā)現(xiàn)，通過計(jì)算分析所獲得的結(jié)論是正確，也就是說，本文所設(shè)計(jì)的升降機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的提升速度。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　At pr

3、esent, rock driller elevator mostly betakes fix-shaft planet-wheel system elevator. This article tends to design a new system with 4-level elevating speed which could realize the design demands on the basis of existing f

4、ix-shaft planet-wheel system elevator. In this article , instead of changing the ubiety among the parts of the original elevator , the author keeps on using the original structure. However, because of the differences of

5、the transmission ratio and speed, the author enlarges t</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　第一章 概述3</b></p><p>

6、;　　1.1 XY—4巖芯鉆機(jī)的發(fā)展歷史3</p><p>　　1.2 XY—4巖芯鉆機(jī)的發(fā)展的主要決定因素4</p><p>　　1.3 鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢4</p><p>　　1.4 鉆機(jī)分類6</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)總論7</p><p>　　2.1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)

7、的功用、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)條件7</p><p>　　2.1.1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用7</p><p>　　2.1.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求7</p><p>　　2.1.3 XY—4巖芯鉆升降機(jī)的設(shè)計(jì)條件7</p><p>　　2.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)類型的確定8</p><p&

8、gt;　　2.3 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)方案的確定9</p><p>　　2.4 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的組成分析9</p><p>　　2.5 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理分析13</p><p>　　2.5.1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖13</p><p>　　2.5.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升

9、降機(jī)的工作原理分析14</p><p>　　第3章 分析計(jì)算16</p><p>　　3.1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)齒輪的分析計(jì)算16</p><p>　　3.1.1 齒輪總傳動比的確定16</p><p>　　3.1.2 選擇齒輪材料和熱處理，精度等級，齒輪齒數(shù)16</p><p>　　3.1

10、.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸的分析計(jì)算21</p><p>　　3.2.1 升降機(jī)軸的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.2.2 行星輪軸的設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.3 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸承的分析計(jì)算30</p><p>　　3.

11、4 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定33</p><p>　　第四章 升降機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性分析37</p><p>　　4.1 升降機(jī)的轉(zhuǎn)速特性分析37</p><p>　　4.1.1 升降機(jī)提升速度的分析37</p><p>　　4.1.2 升降機(jī)下降速度的分析39</p><p&

12、gt;　　4.2 升降機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性分析41</p><p>　　4.2.1 升降機(jī)提升轉(zhuǎn)矩特性的分析41</p><p>　　4.2.2 升降機(jī)下降轉(zhuǎn)矩特性的分析42</p><p>　　4.3 升降機(jī)的主要特性參數(shù)計(jì)算42</p><p>　　4.3.1 升降機(jī)的最大提重量42</p><p>　

13、　4.3.2升降機(jī)的提升速度44</p><p>　　4.3.3升降機(jī)的抱閘的受力計(jì)算46</p><p>　　第5章 工程圖的繪制49</p><p>　　5.1 總裝配圖的繪制49</p><p>　　5.2 部件圖的繪制49</p><p>　　5.3 零件圖的繪制49</p&

14、gt;<p>　　第6章 升降機(jī)的使用與維護(hù)50</p><p>　　6.1 升降機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)50</p><p>　　6.2 升降機(jī)的使用要求52</p><p>　　第7章 對升降機(jī)進(jìn)行有限元分析53</p><p>　　7.1 運(yùn)用CATIA進(jìn)行升降機(jī)的建模53</p>&

15、lt;p>　　7.2 運(yùn)用CATIA中的Generative Structural Analysis分析53</p><p>　　第8章 結(jié)論63</p><p><b>　　致 謝64</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)65</b></p><p><b

16、>　　引 言</b></p><p>　　升降機(jī)是鉆機(jī)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一。在鉆孔的全過程中，其主要作用是升降鉆具，另外，還有升降套管，一定條件利用升降系統(tǒng)懸掛鉆具、進(jìn)行快速掃孔、采用主動鉆桿控制減壓鉆進(jìn)、利用升降機(jī)強(qiáng)力起拔處理孔內(nèi)事故等作用。</p><p>　　升降機(jī)升降工序所占時間比例甚大，并且隨孔深而增加，一般約占工作時間的1/3～1/2。升降機(jī)的完善程度，必然明顯

17、的影響鉆探的效率、鉆探質(zhì)量、生產(chǎn)的安全。因此，對鉆機(jī)的升降機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析是非常必要的。 直至目前，工程人員所設(shè)計(jì)的升降機(jī)按傳動方式可分為：脹閘傳動式、錐摩擦傳動式、片式摩擦力合器傳動式、液壓傳動式、行星輪傳動式5類。而這5類升降機(jī)各自有各自的特點(diǎn)：</p><p>　　錐摩擦傳動式升降機(jī)結(jié)鉤比較簡單，易損件少、結(jié)實(shí)耐用、但傳動效率小，兩摩擦錐面易進(jìn)入泥漿、油污等，工作可靠性較差。只有少數(shù)竊孔及次深孔鉆機(jī)使用

18、。</p><p>　　片式摩擦力合器傳動式升降機(jī)傳動較錐摩擦式平穩(wěn)，傳動同樣功率時．結(jié)構(gòu)尺寸較錐摩擦式小，但結(jié)構(gòu)較錐摩擦式復(fù)雜，更換離合器片不太方便。</p><p>　　液壓傳動式升降機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)升降機(jī)的速度和遠(yuǎn)距離自動控制，而且升降機(jī)結(jié)構(gòu)大大簡化。不足之處是液壓馬達(dá)要求加工、裝配精度高、不便野外修配。行星輪傳動式升降機(jī)與摩擦傳動式相比，在尺寸相同時，能傳遞較大功率以及獲得較大的

19、傳動比；傳動效率大；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，操作靈活。</p><p>　　從這5中升降機(jī)的使用和研究情況來看，前3中升降機(jī)已經(jīng)被淘汰，最后一種為目前應(yīng)用最為廣泛的升降機(jī)，但從長遠(yuǎn)的角度看，能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速和遠(yuǎn)程控制的液壓傳動式升降機(jī)將是將來的主要發(fā)展方向。本文將在已知參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過對升降機(jī)轉(zhuǎn)距特性及轉(zhuǎn)速特性和升降機(jī)特性參數(shù)的計(jì)算，從而設(shè)計(jì)升降機(jī)模型。并應(yīng)用分析軟件對其進(jìn)行仿真、驗(yàn)證。</p><

20、;p>　　這樣，就可以清楚升降機(jī)的轉(zhuǎn)距特性及轉(zhuǎn)速特性，并且獲得升降機(jī)的特性參數(shù)。則工作人員就不可能在已知升降機(jī)特性的前提下，出現(xiàn)超載工作的現(xiàn)象，就可以減小事故的發(fā)生，保障了人生安全和財產(chǎn)安全。另外，利用這種設(shè)計(jì)方法，將升降機(jī)在各種工況下的特性進(jìn)行綜合，改進(jìn)現(xiàn)有的升降機(jī)。</p><p>　　第1章 概述</p><p>　　1.1 XY—4巖芯鉆機(jī)的發(fā)展歷史</p

21、><p>　　鉆機(jī)是向地下鉆孔的機(jī)器，是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動鉆具和鉆頭向地層深處鉆進(jìn)，并通過升降機(jī)完成起下鉆具和套管，提取巖心，更換鉆頭等輔助工作。泵的作用是向孔內(nèi)輸送沖洗液以沖洗孔底，冷卻鉆頭和潤滑鉆具。它廣泛應(yīng)用于國明經(jīng)濟(jì)的許多部門，它是從事各種鉆探施工必不可少的主體設(shè)備。</p><p>　　鉆機(jī)的發(fā)展有手把式鉆機(jī)、機(jī)械傳動、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)和全液壓鉆機(jī)之間的三個發(fā)展階段。</

22、p><p>　?、诺谝浑A段是以手把式鉆機(jī)為代表的，1862年，瑞士設(shè)計(jì)制造了世界上最早的手動操作立軸鉆機(jī)，起鉆頭是金剛石鉆頭；1899年出現(xiàn)了鋼粒鉆進(jìn)，代替了金剛石鉆進(jìn)；1916年硬質(zhì)合金也用于鉆探，產(chǎn)生了合金鉆進(jìn)。隨著這兩種鉆進(jìn)方法的采用，相應(yīng)地出現(xiàn)了蔭芽狀態(tài)的立軸式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆機(jī)，這種鉆機(jī)后來發(fā)展成性能比較完善的手把給進(jìn)式鉆機(jī)。剛開始的鉆機(jī)動力由人力驅(qū)動，只能為低速，升降機(jī)為摩擦式的，這種鉆機(jī)在發(fā)展到四、五十年代，

23、這種鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能比較完善；我國解放初期，為解決地質(zhì)勘探工作急需引進(jìn)—部份這類鉆機(jī)，隨后又大量仿制，其代表型號為XB—300、XE—5DD及XB—I 000A型等。</p><p>　　⑵第二階段是以機(jī)械傳動、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)為代表的，四十年代中期，隨著科技的發(fā)展鉆機(jī)也高速發(fā)展，出現(xiàn)了新的金剛石鉆頭，另外，液壓技術(shù)也廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。在這種條</p><p>　　件下，產(chǎn)生了機(jī)械傳動、液壓

24、給進(jìn)的鉆機(jī)，50年代以后，適合于金剛石鉆進(jìn)的機(jī)械傳動、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)有了進(jìn)一步發(fā)展。我國解放初期，進(jìn)口手把鉆機(jī)的同時，也進(jìn)口了機(jī)械傳動、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)，1958一1962年完成了從仿制到自制的過渡階段，從1962年以后，就開始了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造工作。</p><p>　?、堑诙A段是全液壓鉆機(jī)為代表的，六十年代以后，金剛石鉆進(jìn)工藝又有新的發(fā)展，同時液壓技術(shù)本身又有了發(fā)展，這些因素，構(gòu)成了全液壓鉆機(jī)產(chǎn)生的條件。因此

25、，在大約在六十華代末至七十年代初期，這種與傳統(tǒng)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)完全不同的鉆機(jī)產(chǎn)生。我國六十年代初已開始研制全液壓傳動式鉆機(jī)，七十年代，我國全面地開展了研制工作。</p><p>　　1.2 XY—4巖芯鉆機(jī)的發(fā)展的主要決定因素</p><p>　　第一個因素是：它隨著鉆探方法和鉆探工藝的發(fā)展而變化的。</p><p>　　和其他技術(shù)發(fā)展史一樣，鉆探技術(shù)最初的發(fā)展是人與自然

26、斗爭的結(jié)果。我國是世界上最早使用鉆探技術(shù)來開采地下巖鹽的，早在秦代(公元前221—207年間)就用鉆井方法開采井鹽。這一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明目前仍為世界上所公認(rèn)。但是最早采用的是繩索取心方法，其鉆進(jìn)過程不是連續(xù)的，即不能采取連續(xù)的巖心，只能打垂直的孔，因此不能滿足地質(zhì)勘探的要求。在十九世紀(jì)中后期出現(xiàn)了能連續(xù)取心的迥轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，這種鉆機(jī)鉆進(jìn)效率和地質(zhì)效果遠(yuǎn)比原始繩索取心鉆進(jìn)優(yōu)越，因而，很快地在地質(zhì)巖心勘探工作中迥轉(zhuǎn)鉆進(jìn)占了主導(dǎo)地位。隨著鉆進(jìn)工藝的發(fā)展

27、，巖心鉆機(jī)便必須進(jìn)行一系列的演變。如果將目的較為新式的液壓動力頭式鉆機(jī)和五十年代的手把式鉆機(jī)相比較則無論在外觀上，結(jié)構(gòu)上、技術(shù)參數(shù)上迥然不同。</p><p>　　第二因素是隨著冶金工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、電子工業(yè)的發(fā)展，鉆探設(shè)備也相應(yīng)地起著變化。</p><p>　　鉆探設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)要求，除了自身地質(zhì)工作要求的特點(diǎn)外，還必然地要大量采用機(jī)械工業(yè)上通用的傳動副、標(biāo)準(zhǔn)件，如各種傳動機(jī)構(gòu)、各

28、種液壓元件等。冶金工業(yè)的發(fā)展提供了輕質(zhì)高強(qiáng)度的原材料，使設(shè)備更趨于結(jié)構(gòu)緊奏體積縮少；電子工業(yè)的發(fā)展，使鉆探設(shè)備的測試手段儀表化、自控化。</p><p>　　目前在國外鉆探設(shè)備產(chǎn)品的更新?lián)Q代十分迅速，其主要原因是零部件絕大多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)件一部新鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，只要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提出方案完成技術(shù)設(shè)計(jì)階段后，工作草圖設(shè)計(jì)量并不大，可以大量選用其它公司出品的性能完善的標(biāo)準(zhǔn)件，進(jìn)行組裝，因此新機(jī)型的試制周期很短。而由于大量采用

29、專業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，組裝后的整機(jī)質(zhì)量得以保證，互換性、通用性也良好。</p><p>　　1.3 鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢</p><p>　　美國機(jī)械傳動液壓給進(jìn)立抽式鉆機(jī)約占98％，全液壓動力頭鉆機(jī)僅占2％?？梢姡F(xiàn)階段機(jī)械傳動液壓給進(jìn)鉆機(jī)在大量的使用而全液壓動力頭鉆機(jī)處于發(fā)展階段。國外立軌式鉆機(jī)，為了縮熾升降和輔助正序，采用自動倒桿，加長立軸行程等措施。由于繩索取心鉆進(jìn)廣泛地發(fā)展，在鉆機(jī)

30、上增加了繩索絞傘裝置。升降機(jī)在結(jié)構(gòu)原理方面變化較小，仍以圓柱齒輪式結(jié)構(gòu)(個別為圓錐齒輪)，個別鉆機(jī)的卷筒帶有摩擦離合器，比較現(xiàn)代化的鉆機(jī)升降手把采用液壓控制，并以手動把作為備用；在中深孔及深孔鉆機(jī)采用水剎車以及加速提升和下降的提引裝置。在傳動及變速系統(tǒng)方面，變速箱速度有增加的趨勢，有的鉆機(jī)作了改進(jìn)，即在變速箱輸入端，增設(shè)傳動減速箱，引入兩個系列的速度，以便更能適應(yīng)各種鉆進(jìn)方法；也有的采用快速更換傳動鏈輪副、更換傳動齒輪或更換大批量齒輪以

31、擴(kuò)大變速箱的速度范圍。為了增加設(shè)備的機(jī)動性，減少安裝遷移的時間，裝設(shè)在輕、重汽車和拖拉機(jī)上的自行式鉆機(jī)目前使用的很廣泛。車裁式的鉆機(jī)其類型往往就是地表固定式標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)，動力采目汽車和拖拉饑的發(fā)動機(jī)，也可以采用獨(dú)自的動力機(jī)。桅桿可用液壓缸豎起，采用一前二后的三個液壓千斤頂穩(wěn)定鉆機(jī)，這種鉆機(jī)有的深度達(dá)1000多米</p><p><b>　　1.4 鉆機(jī)分類</b></p><

32、;p>　　按用途分類：巖心鉆機(jī)機(jī)組、水文水經(jīng)鉆探機(jī)機(jī)組、工程地質(zhì)鉆機(jī)機(jī)組、工程鉆探機(jī)組、取樣鉆機(jī)機(jī)組、地?zé)徙@探機(jī)機(jī)組、探鉆機(jī)機(jī)組、坑道鉆機(jī)機(jī)組、石油鉆機(jī)機(jī)組、砂礦鉆機(jī)機(jī)組，等等。</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)總論</p><p>　　2.1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)條件</p><p>　　2.1.1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)

33、的功用</p><p>　　鉆機(jī)的升降機(jī)有主升降機(jī)和副升降機(jī)之分：主升降機(jī)用于升降鉆具和套管；副升降機(jī)可用于起吊其它管材或重物，打撈繩索取心鉆具內(nèi)管，升降撈砂簡、取土器等。</p><p>　　2.1.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　由于鉆機(jī)的升降機(jī)在在鉆探的過程中，工作時間長，其性能的好壞，直接關(guān)系到鉆進(jìn)的效率鉆孔的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全，因

34、此升降機(jī)要滿足以下要求：</p><p>　?、?在滿足升降機(jī)工藝要求的前提下，應(yīng)能最大限度地降低升降工序的機(jī)動時間和充分提高功率利用系數(shù)。</p><p>　?、?要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。</p><p>　?、?操作方便、動作靈敏、平穩(wěn)、勞動強(qiáng)度小、工作安全可靠，現(xiàn)代鉆機(jī)應(yīng)考慮操作遠(yuǎn)離鉆機(jī)本體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手柄或按扭操作。</p>

35、<p><b>　?、?結(jié)構(gòu)簡單。</b></p><p>　　2.1.3 XY—4巖芯鉆升降機(jī)的設(shè)計(jì)條件</p><p>　?、?輸入軸轉(zhuǎn)速（r/min）：約450、約310、約217、約117；</p><p>　?、?卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：約160、約110、約78、約42；</p><p>　　③

36、最大提升能力：29.4KN；</p><p>　　④ 卷筒直徑：285mm；</p><p>　?、?鋼繩直徑：16mm；</p><p>　　⑥ 卷筒容繩量：52mm；</p><p>　　⑦ 提升速度：0.82、1.51、2.16、3.13。</p><p>　　2.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)類型的確定</

37、p><p>　　目前存在的升降機(jī)有5種，分別是脹閘傳動式、錐摩擦傳動式、片式摩擦力合器傳動式、液壓傳動式、行星輪傳動式；而它們的特點(diǎn)是：</p><p>　　表2-1 不同升降機(jī)的特點(diǎn)比較</p><p>　　因此，通過上述分析，我們選擇行星輪式升降機(jī)作為XY-4巖心鉆機(jī)的升降機(jī)。但是，行星輪式升降機(jī)又分為兩種：一種是行星輪軸支撐在提升在制圈上，內(nèi)齒圈與卷筒裝在一起；

38、另外一種是行星輪軸裝在卷筒上，而內(nèi)齒圈和提升制圈連在一起。我們暫時選擇第一種。</p><p>　　2.3 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是在原有的XY-4巖心鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，利用所給的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分別進(jìn)行：</p><p><b>　　工作參數(shù)的選擇：</b></p><p>

39、;　　① 升降機(jī)的最大起重量Pq；</p><p>　?、?提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin；</p><p><b>　?、?調(diào)速范圍R；</b></p><p>　?、?速度檔數(shù)及中間速度。</p><p><b>　　抱閘的受力分析：</b></p>&l

40、t;p><b>　?、?下降制動力矩；</b></p><p><b>　?、?提升制動力矩；</b></p><p>　?、?手柄上的作用力；</p><p><b>　　抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算：</b></p><p>　　抱閘在制動過程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動能全部轉(zhuǎn)化為熱

41、能，這些熱能會使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會使摩擦系數(shù)降低，制動力矩減小，而且會使熱應(yīng)力增加，加劇摩擦材料的磨損，因此要對其進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算，看是否能夠男組要求。通過上述計(jì)算就可以知道升降機(jī)的最大起重量、提升速度、制動力矩等等，我們就利用這些參數(shù)來選擇升降機(jī)的主軸、行星輪系齒輪、支架、中心齒輪、行星輪軸等所有的零件型號和尺寸，進(jìn)而繪制出總裝配圖。在經(jīng)過一些軟件來分析升降機(jī)的性能。</p><p>　　2.4 XY—

42、4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的組成分析</p><p>　　XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)主要由卷筒、行星傳動機(jī)構(gòu)、水冷裝置及抱閘等組成。這些部件有著不同的外形特征和不同的作用，下面就其分別進(jìn)行分析：</p><p><b>　　卷筒</b></p><p>　　卷筒是升降機(jī)的主要組成部分，它是提供提升動力與控制提升、下降速度的裝置。它的形狀如圖4-1所示：<

43、;/p><p>　　圖2-1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)卷筒</p><p>　　卷筒用兩盤球軸承支承在升降機(jī)的中部。左邊有水套循環(huán)，它與水套軸構(gòu)成水循環(huán)系統(tǒng)；右邊部分與內(nèi)齒圈采用熱壓法裝在一起，卷筒纏繞鋼絲繩所需要的動力就從這里輸入。</p><p><b>　?、?行星輪系</b></p><p>　　升降機(jī)設(shè)置行星輪系的

44、目的在于解決上升與下降時升降機(jī)軸要向不同的方向旋轉(zhuǎn)的問題。采用此裝置的另一個原因是由于它可以有精確的傳動比、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、可以傳動較大的力矩。在選擇行星輪系的個數(shù)時，為了使系統(tǒng)不產(chǎn)生偏心現(xiàn)象，故行星輪系的個數(shù)為3個。它們分別用兩盤球軸承活動裝在三根行星輪軸上。三根行星輪軸互為120度夾角，均勻裝在兩行星輪支架之間。兩個支架分別用球軸承裝在中心齒輪兩邊的軸承徑上。行星輪系的外行如圖1-2所示：</p><p&g

45、t;　　圖2-2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)行星輪系</p><p>　　1.內(nèi)齒圈 2.單列向心球軸承 3.行星輪軸 4.支架左部分</p><p>　　5.螺栓 6.彈性墊片 7.支架右部分</p><p><b>　?、?水冷裝置</b></p><p>　　由于升降機(jī)在

46、下降過程中是以自身的重量為動力的，因此在下降一段時間后就會有較大的速度，為了減速，抱閘與制圈由于摩擦就會產(chǎn)生大量的熱，這些熱量如果不及時排除就會對升降機(jī)造成影響。所以，在卷筒和水套軸之間裝水循環(huán)系統(tǒng)。另外，水冷裝置還有一個作為水剎車的用途。</p><p><b>　?、?升降機(jī)軸</b></p><p>　　升降機(jī)軸是整個升降機(jī)運(yùn)行主要動力傳遞的元件。它上面裝有卷筒

47、、水套軸等零件，另外，還有中心齒輪。中心齒輪與升降機(jī)軸用花鍵聯(lián)接。選用花鍵聯(lián)接是由于中心齒輪要傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。升降機(jī)軸的左部分空套裝于水套軸的中心孔內(nèi)，右部分用花鍵插入分動箱軸齒輪的花鍵孔內(nèi)，動力由齒輪從分動箱傳到升降機(jī)軸。升降機(jī)軸的形狀如圖1-3所示：</p><p>　　圖2-3 升降機(jī)軸</p><p><b>　?、?抱閘</b></p>&l

48、t;p>　　升降機(jī)有兩個抱閘，一付是制動抱閘，另一付是提升抱閘。其作用是通過抱緊制圈產(chǎn)生摩擦力矩，從而制動或控制卷筒與提升制圈，并靠自身結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的彈力松開抱閘，使抱閘與制圈間出現(xiàn)間隙。</p><p>　　a：抱閘的原理圖如圖1-4所示：</p><p>　　圖2-4 抱閘結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.手把 2.棘輪 3.銅套 4.銅墊 5.墊

49、 6.閘塊 7.彈簧 8.螺母 9.鎖母</p><p>　　10.連桿 11.頂桿螺栓 12.閘帶 13.支架 14.沉頭鉚釘 15.銷軸 16.止動銷 17.銷軸 18.手把托墊 19.棘爪 20.銷軸</p><p>　　b：抱閘的工作原理：</p><p>　　制動時，將手把下壓，凸輪偏心厚面壓向銅墊5，迫使兩制塊靠近，抱緊制閘。&

50、lt;/p><p>　　松開時，將手把上抬，凸輪偏心薄面壓向銅墊5，凸輪壓力消除，在彈簧張力的作用下，使兩制塊放松制圈，并保持間隙。</p><p>　　在下降制動抱閘凸輪上有棘齒，棘輪上裝有棘爪19。利用棘齒和棘爪可以使抱閘長時間處于制動狀態(tài)，能使孔內(nèi)鉆具長時間處于孔內(nèi)某一位置上。</p><p>　　為保證抱閘工作可靠，抱閘處于放松狀態(tài)時，應(yīng)和制圈保持適當(dāng)而均勻的間

51、隙，如果間隙過大，制動時動作遲緩，而且產(chǎn)生的制動力矩小，甚至使抱閘失靈；間隙過小，可能會造成分離不徹底。</p><p>　　2.5 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理分析</p><p>　　2.5.1 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　通過對升降機(jī)的組成的分析以及對原有升降機(jī)的參考，我們就能確定升降機(jī)的零部件的裝配情況和大致的結(jié)

52、構(gòu)示意圖，其機(jī)構(gòu)示意圖如圖1-5所示。</p><p>　　圖2-5 升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.升降機(jī)軸 2.中心齒輪 3.行星輪軸 4.行星齒輪 5.內(nèi)齒圈</p><p>　　6.提升抱閘 7.卷筒 8.制動抱閘</p><p>　　2.5.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的工作原理分析</p>&

53、lt;p>　　升降機(jī)在工作時有四種工作情況，分別是：提升鉆具、制動鉆具、下降鉆具、微控制。</p><p><b>　　提升鉆具</b></p><p>　　升降機(jī)在提升鉆具時，提升抱閘6抱緊，同時將下降抱閘8松開，則由于提升抱閘的抱緊作用，使得提升制圈和行星輪系支架的右部分通過鍵聯(lián)接成的整體靜止，這樣行星輪系此時為定軸輪系。動力從分動箱傳入到升降機(jī)軸1，升降機(jī)

54、軸帶動中心齒輪轉(zhuǎn)動2，同時中心齒輪與行星齒輪4嚙合；行星齒輪又與內(nèi)齒圈5嚙合，從而帶動卷筒7繞升降機(jī)軸轉(zhuǎn)動繞繩，達(dá)到提升鉆具的目的。</p><p><b>　　制動鉆具</b></p><p>　　將提升抱閘6松開，下降抱閘8抱緊，則此時卷筒7靜止不動，行星齒輪4自轉(zhuǎn)，同時帶動行星輪軸3與提升制圈公轉(zhuǎn)，升降機(jī)軸空轉(zhuǎn)。</p><p><

55、b>　　下降鉆具</b></p><p>　　同時將提升抱閘6和下降抱閘8松開，鉆具在自重的作用下，卷筒反轉(zhuǎn)松繩鉆具下降。控制下降抱閘的松開程度就可以控制鉆具的下降速度，另外，還有微動操作，就是利用下降和提升抱閘聯(lián)合動作，在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)提升、制動、下降的連續(xù)動作。</p><p>　　第3章 分析計(jì)算</p><p>　　3.1 XY—4

56、巖芯鉆機(jī)升降機(jī)齒輪的分析計(jì)算</p><p>　　3.1.1 齒輪總傳動比的確定</p><p>　　因?yàn)檩斎胼S的最高轉(zhuǎn)速n1=450 r/min和卷筒的最高轉(zhuǎn)速n2=160 r/min；又因?yàn)樵谏禉C(jī)提升鉆具時，行星輪系為定軸輪系，則可以根據(jù)公式：</p><p>　　，知： （3-1）</p><p>　　式中： ——升降

57、機(jī)總傳動比；</p><p><b>　　——第一級傳動比；</b></p><p><b>　　——第二級傳動比；</b></p><p><b>　　——中心齒輪齒數(shù)；</b></p><p><b>　　——行星齒輪齒數(shù)；</b></p>

58、<p><b>　　——內(nèi)齒圈齒數(shù)。</b></p><p>　　3.1.2 選擇齒輪材料和熱處理，精度等級，齒輪齒數(shù)</p><p>　　考慮到傳動功率大，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長，由譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2選得：三個齒輪材料用40MnB，表面淬火，齒面硬度48～55HRC，齒輪精度為8級，閉式軟齒面齒輪；選中心齒輪的齒數(shù)，選，，則，。<

59、/p><p>　　3.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　?、?先設(shè)計(jì)中心齒輪和行星齒輪</p><p>　　閉式硬齒面齒輪傳動，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。</p><p>　　由式 （3-2）</p><p>　　因載荷

60、有較重沖擊，由表查得，故初選載荷系數(shù)，</p><p>　　由式 （3-3）計(jì)算端面重合度 ；</p><p>　　由式 ， （3-4）</p><p><b>　　查表得： </b></p>

61、<p>　　由式 （3-5）</p><p>　　查表得： </p><p><b>　　由表選 ，</b></p><p>　　由圖按齒面硬度均值51HRC，在ML線上查得：</p><p><b>　　，</b></p><

62、p><b>　　則 </b></p><p>　　取 設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)：</p><p>　　將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得：</p><p><b>　　修正：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p&g

63、t;<b>　　查表得：</b></p><p><b>　　（3-7）</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　查表，選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 。</p><p>　　所以齒輪的主要幾何尺寸為：</p><p>　　取

64、 </p><p>　　較核齒面接觸疲勞強(qiáng)度：</p><p><b>　　（3-9）</b></p><p><b>　　查得，</b></p><p>　　按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得：</p><p>　　按齒面硬度均值51HRC在MQ和ML線中間查

65、出</p><p><b>　　，取 </b></p><p><b>　　（3-10）</b></p><p>　　將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度較核公式，得：</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p><b>　　

66、接觸強(qiáng)度滿足。</b></p><p><b>　?、?設(shè)計(jì)內(nèi)齒圈</b></p><p>　　內(nèi)齒圈的輸出功率24.11kw，轉(zhuǎn)速160r/min。 </p><p>　　閉式硬齒面齒輪傳動，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。</p><p><b>　　由式</

67、b></p><p>　　因載荷有較重沖擊，由表查得，故初選載荷系數(shù)，</p><p>　　由前面的設(shè)計(jì)可知，齒輪的模數(shù)m=3.5，因此內(nèi)齒圈的模數(shù)也是3.5。</p><p>　　所以齒輪的主要幾何尺寸為：</p><p>　??； </p><p><b>　??；</b&

68、gt;</p><p>　　取。 </p><p>　　校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度：</p><p><b>　　查得，</b></p><p>　　按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得：</p><p>　　按齒面硬度均值51HRC在MQ和ML線中間查出</p><p&

69、gt;<b>　　，取 </b></p><p>　　將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度較核公式，得：</p><p><b>　　接觸強(qiáng)度滿足。</b></p><p>　　表2 齒輪的主要參數(shù)</p><p>　　3.2 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸的分析計(jì)算</p><p&g

70、t;　　3.2.1 升降機(jī)軸的設(shè)計(jì)</p><p>　?、?根據(jù)機(jī)械傳動方案的整體布局，擬訂軸上零件的裝配方案。選擇圖3-1所示的方案。</p><p>　　圖3-1 升降機(jī)軸零件的分布</p><p><b>　?、?選擇軸的材料</b></p><p>　　軸的材料選擇40Cr，調(diào)質(zhì)處理。其力學(xué)性能由表查得，。根

71、據(jù)表查得，。</p><p>　　求輸入軸的功率 、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p>　　通過查表可知齒輪的傳動效率為0.97，則輸入功率是：</p><p>　??； （3-12）</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　。<

72、/b></p><p>　　初步估算軸的最小軸徑</p><p>　　由公式可以得到升降機(jī)軸的最小軸徑</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　又因?yàn)榇溯S與齒輪是用鍵聯(lián)接的，所以升降機(jī)軸的最小軸徑應(yīng)為：</p><p><b>　?。?-14）<

73、/b></p><p>　　升降機(jī)軸的最小部分是在與分動箱齒輪聯(lián)接的地方，它的選擇應(yīng)該根據(jù)分動箱齒輪的孔徑確定，而軸最大的部分在支撐卷筒處兩單列向心軸承的中間位置。其余的軸徑則要根據(jù)與之相聯(lián)的軸承、密封圈選擇。</p><p><b>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為使B點(diǎn)的密封圈的定位，因而加一個軸肩，并考慮到密封圈的內(nèi)

74、徑，故選軸肩的直徑是55mm。在BC段是放置單列向心軸承的，根據(jù)軸承的內(nèi)徑軸的直徑為60mm，長度是軸承的寬度22mm。CD段是升降機(jī)軸最大的部分，由于此段軸的左右兩邊要使軸承定位，因此選軸的直徑是66mm，長度要于卷筒的寬度匹配194mm。DE段的的直徑與BC段相等，長度是兩個軸承的寬度加中心齒輪的寬度，另外，考慮到要將齒輪固定，兩軸承之間要有墊片，因此它的長度是120mm。EF段的直徑與軸承的內(nèi)徑相同，為50mm，長度是兩軸承的寬度

75、與行星輪系支架的寬度和為120mm。FG段由與之相聯(lián)的分動箱的齒輪的寬度決定，在這里選擇80mm。</p><p>　　確定軸上圓角和倒角尺寸</p><p>　　圓角是R1.5，倒角是2×45°。</p><p><b>　　按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　由所確定的結(jié)構(gòu)圖（圖3-1

76、）可確定出升降機(jī)軸的支承距離為80mm，據(jù)此求出齒輪寬度中點(diǎn)所在的截面的、、和的值。</p><p>　　a：畫出軸的計(jì)算簡圖（圖3-2）</p><p>　　為計(jì)算方便，將軸上的作用力分解到水平面和垂直面內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。取集中力作用與軸上零件的中點(diǎn)。對于支反力的位置隨軸承類型和分布方式的不同而異。</p><p><b>　　b：計(jì)算軸上外力</b&g

77、t;</p><p><b>　　齒輪的圓周力</b></p><p><b>　　（3-15）</b></p><p><b>　　齒輪的徑向力 </b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　徑向

78、力與原周力的合力</p><p><b>　　（3-17）</b></p><p>　　c: 計(jì)算軸的彎矩并畫彎矩圖</p><p>　　圖3-2 升降機(jī)軸的受力計(jì)算</p><p>　　水平面彎矩 （3-18）</p><p>　　垂直面彎矩

79、 （3-19）</p><p>　　水平面和垂直面的彎矩圖如圖2-2c和2-2e所示。</p><p>　　合成彎矩（如圖2-2f）</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　d: 畫轉(zhuǎn)矩圖（圖2-2g）</p><p><b>　

80、　e：計(jì)算當(dāng)量彎矩圖</b></p><p>　　轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)變化計(jì)算，取α=0.6得：</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面的強(qiáng)度。由公式</p><p><b>　?。?-22）</b></p>

81、;<p><b>　　所以軸的強(qiáng)度足夠。</b></p><p>　　按疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)進(jìn)行校核計(jì)算</p><p><b>　　a：危險截面的判斷</b></p><p>　　危險截面的位置應(yīng)是彎矩和轉(zhuǎn)矩以及截面面積較小且應(yīng)力集中較嚴(yán)重處。當(dāng)在同一截面處有幾個應(yīng)力集中源時，取各源所引起的最大值。根據(jù)軸的結(jié)

82、構(gòu)尺寸及彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖，截面齒輪中點(diǎn)處的彎矩最大且齒輪配合和花鍵軸引起的應(yīng)力集中。以下以齒輪中點(diǎn)的截面進(jìn)行分析 。</p><p>　　b: 齒輪中心截面處進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核 </p><p>　　抗彎截面系數(shù) （3-23）</p><p>　　抗扭截面系數(shù) （3-24）</p><p

83、>　　合成彎矩 （3-25）</p><p>　　轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　彎矩應(yīng)力幅（按對稱循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算）</p><p><b>　?。?-26）</b></p><p><b>　　彎曲平均應(yīng)力 </b>&

84、lt;/p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力幅</b></p><p><b>　　（3-27）</b></p><p>　　扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力 </p><p><b>　　由設(shè)計(jì)圖可知</b></p><p><b>　　由</b>

85、;</p><p>　　按（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》）的附圖5查得尺寸系數(shù) </p><p><b>　　由精車加工得：</b></p><p>　　按（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》）的附圖8查得表面質(zhì)量系數(shù) </p><p><b>　　按公式</b></p><p><b&

86、gt;　?。?-28）</b></p><p><b>　　可計(jì)算得：</b></p><p>　　由于花鍵引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是</p><p>　　故得綜合影響系數(shù)是 </p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　由于齒輪輪轂與軸的

87、過盈配合H7/r6產(chǎn)生的有效應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)之比由（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》）的附圖6b、7b查得</p><p><b>　?。?-33）</b></p><p>　　因此可得綜合影響系數(shù)是</p><p>　　取上面的綜合影響系數(shù)較大的數(shù)值，故</p><p>　　軸的材料是40Cr，查（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》）

88、的表8-1取彎曲影響系數(shù)和扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)是</p><p>　　只考慮彎矩作用的安全系數(shù)，由公式</p><p><b>　　（3-34）</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　只考慮轉(zhuǎn)矩作用的安全系數(shù)，由公式</p><p><b>

89、　　（3-35）</b></p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　?。?-36）</b></p><p><b>　　得安全系數(shù)是</b></p><p

90、>　　取標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù)是1.5，則</p><p><b>　　所以截面安全。</b></p><p>　　3.2.2 行星輪軸的設(shè)計(jì)</p><p>　?、?根據(jù)機(jī)械傳動方案的整體布局，擬訂軸上零件的裝配方案。選擇圖3-1所示的方案。</p><p>　　1.行星齒輪 2.單列向心軸承 3.行星軸支架<

91、;/p><p>　　圖3-3 行星軸零件的分布</p><p><b>　?、?選擇軸的材料</b></p><p>　　軸的材料選擇40Cr，調(diào)質(zhì)處理。其力學(xué)性能由表查得，。根據(jù)表查得，。</p><p>　　③ 求輸入軸的功率 、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p>　　通過查表可知齒輪的傳動效率為0.9

92、7，則輸入功率是：</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　初步估算軸的最小軸徑</p><p>　　由公式可以得到行星輪軸的最小軸徑</p>

93、<p><b>　　。</b></p><p><b>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為使單列向心軸承的定位，因而加一個軸肩，并考慮到單列向心軸承的內(nèi)徑，故選軸肩的直徑是48mm。在直徑時40mm段是放置單列向心軸承的，根據(jù)軸承的內(nèi)徑軸的直徑為40mm，長度是軸承的寬度16mm。直徑時36 mm段是行星輪系支架支撐行

94、星輪系的連接處，長度要于行星輪系支架的寬度匹配32mm。對整個行星輪軸來說其實(shí)關(guān)于軸肩對稱的。因此，確定一邊的尺寸就可以了。</p><p>　　確定軸上圓角和倒角尺寸</p><p>　　圓角是R1.5，倒角是2×45°。</p><p>　　3.3 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸承的分析計(jì)算</p><p><b&g

95、t;　　① 軸承型號的選擇</b></p><p>　　根據(jù)鉆探工程手冊，選擇軸承Ⅰ型號是100360；軸承Ⅱ型號是100355。</p><p>　　計(jì)算軸承承受的徑向載荷和</p><p>　　將軸系部件受到的空間力分解為水平面（圖3-4b）和垂直面（圖3-4c）兩個平面力系，由力分析可知：</p><p><b>

96、　　水平支反力</b></p><p><b>　?。?-37）</b></p><p><b>　　垂直支反力 </b></p><p><b>　?。?-38）</b></p><p>　　合成支反力（圖3-4d）</p><p><

97、;b>　?。?-39）</b></p><p>　　圖3-4 軸承受力示意圖</p><p>　?、?計(jì)算軸承的軸向載荷和</p><p>　　由圖4-3d可知，等于。查設(shè)計(jì)手冊（GB/T 292-94），100000型軸承的Cr=35.2KN，Cor=24.5KN，對于10000型軸承，按（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》）的表9-9，軸承的內(nèi)部軸向力，

98、并知。</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　?。?-40）</b></p><p>　　由于軸承在軸向方向只有和，因此，</p><p><b>　?。?-41）</b></p><p>　　④ 計(jì)算軸承的當(dāng)量

99、動載荷和</p><p><b>　　由于 </b></p><p><b>　　（3-42）</b></p><p>　　按（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》）的表9-7，可查得徑向載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)：</p><p><b>　　軸承Ⅰ </b></p>

100、<p><b>　　軸承Ⅱ </b></p><p>　　軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》）的表9-8，取則：</p><p><b>　?。?-43）</b></p><p><b>　?、?計(jì)算軸承壽命</b></p><p>　　因?yàn)?，該軸

101、承的壽命是： </p><p><b>　　（3-44）</b></p><p><b>　　壽命滿足。</b></p><p>　　3.4 XY—4巖芯鉆機(jī)升降機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p>　　① 鋼繩直徑和卷筒直徑</p><p>　　影響卷筒直徑的因素有：

102、卷筒質(zhì)量、卷筒扭矩和鋼繩的壽命。這三個因素中，前兩個與第三個存在矛盾。實(shí)踐證明，卷筒直徑與鋼繩直徑比例恰當(dāng)，就可適當(dāng)兼顧三個因素。因此，確定卷筒的直徑之前，應(yīng)先選擇鋼繩的直徑。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中鋼繩的直徑已經(jīng)已經(jīng)確定是16mm。由于卷筒的直徑愈大，鋼絲繩纏繞時所受彎曲交變應(yīng)力就小，鋼絲繩工作時不致很快疲勞損壞，因此延長了鋼絲繩壽命；但是，卷筒尺寸、重量和扭矩也隨之增加。反之，卷筒尺寸，重量和扭矩減小

103、，但鋼絲繩工作條件差，壽命短。對于巖心鉆機(jī)，卷筒直徑的合理比值是</p><p><b>　?。?-45）</b></p><p>　　式中 ——卷筒直徑，mm；</p><p>　　——鋼絲繩直徑，mm。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中選擇的卷筒直徑是285mm。</p><p>　　卷筒的

104、容繩量與卷筒的長度</p><p>　　由設(shè)計(jì)要求可知卷筒的容繩量是52m。</p><p><b>　　a：纏繞層數(shù)n</b></p><p>　　淺孔立根短，工作鋼絲繩不長，纏繞一層為最好?？咨盍⒏L，工作鋼絲繩多，必然要纏繞多層。但是為了減少鋼絲繩受擠壓與摩擦而造成的損耗，纏繞層數(shù)一般最多只取2～4層。在設(shè)計(jì)中去n=3層。</p&g

105、t;<p><b>　　b：每層圈數(shù)Z</b></p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　?。?-46）</b></p><p>　　式中 ——每層圈數(shù)；</p><p>　　n——鋼絲繩在卷筒上纏繞的層數(shù)；</p>

106、<p><b>　　——卷筒直徑；</b></p><p><b>　　——鋼絲繩直徑；</b></p><p>　　——容繩量。 </p><p><b>　　可以計(jì)算得</b></p><p><b>　　圈</b><

107、/p><p>　　在計(jì)算鋼絲繩容量時，應(yīng)該考慮到提升器下降到最低位置時，卷筒上還有5～7圈儲備量。</p><p><b>　　c：卷筒的長度B</b></p><p>　　由上面的計(jì)算可以知道，卷筒的纏繞層數(shù)是多層，因此可以用下面的公式計(jì)算卷筒的長度。</p><p><b>　?。?-47）</b>

108、</p><p>　　但是，在一般情況下，選擇卷筒的長度是用下面的公式的：</p><p><b>　　（3-48）</b></p><p><b>　　則卷筒的長度是</b></p><p><b>　　卷筒的壁厚δ</b></p><p>　　卷筒的

109、壁厚難以準(zhǔn)確的計(jì)算，一般用經(jīng)驗(yàn)公式確定：</p><p>　　鑄造卷筒 （3-49）</p><p>　　焊接卷筒 （3-50）</p><p>　　公式中 ——不同材料鑄造時的最小壁厚，mm。見表3。<

110、/p><p>　　表3 卷筒材料容許鑄造壁厚</p><p>　　本設(shè)計(jì)中材料選用QT45，中型鑄件，則；</p><p><b>　　因此卷筒的壁厚是</b></p><p>　　選擇卷筒壁厚為12mm。</p><p><b>　　卷筒的邊緣直徑</b></p>

111、<p>　　卷筒的邊緣直徑取決與卷筒直徑與纏繞歸納鋼絲繩的層數(shù)和鋼絲繩的直徑。同時，結(jié)構(gòu)上受行星輪系與制圈直徑約束。卷筒的邊緣直徑應(yīng)比其上外層鋼絲繩高出2～3個鋼絲繩直徑。</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　?。?-51）</b></p><p>　　所以卷筒的邊緣直徑是413

112、mm。</p><p>　　第四章 升降機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性分析</p><p>　　4.1 升降機(jī)的轉(zhuǎn)速特性分析</p><p>　　4.1.1 升降機(jī)提升速度的分析</p><p>　　升降機(jī)提升鉆具的線速度是根據(jù)額定動力、鉆具質(zhì)量、卷筒直徑和轉(zhuǎn)速等確定的。在動力能力的容許下盡量提高提升速度，但又得考慮過快在生產(chǎn)中影響手動操作

113、的安全可靠性；提升速度過慢，又直接影響著鉆進(jìn)過程中純鉆進(jìn)時間。升降機(jī)提升鉆具時卷筒，行星齒輪，中心齒輪的相互運(yùn)動關(guān)系如圖4-1所示。本鉆機(jī)的提升速度計(jì)算是：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 ——升降機(jī)的提升速度，m/s；</p><p>　　——升降機(jī)的提升速度，m/s；</p>&l

114、t;p>　　——升降機(jī)的提升速度，D=28.5cm；</p><p>　　——升降機(jī)的提升速度，d=1.6cm。</p><p>　　圖4-1 升降機(jī)提升鉆具示意圖</p><p>　　圖中 —— 中心齒輪的角速度（r/min）；</p><p>　　—— 卷筒角速度（r/min）；</p><p>　　—

115、— 行星齒輪自轉(zhuǎn)的角速度（r/min）；</p><p>　　—— 行星輪軸公轉(zhuǎn)的角速度（r/min）。</p><p>　　a：卷筒轉(zhuǎn)速n的計(jì)算</p><p>　　當(dāng)升降機(jī)在提升鉆具時，升降機(jī)的傳動是定軸傳動，因此計(jì)算時按照定軸輪系的傳動計(jì)算方法便可。</p><p>　　第一速： （4-2

116、）</p><p><b>　　第二速： </b></p><p><b>　　第三速： </b></p><p><b>　　第四速： </b></p><p>　　b：升降機(jī)的提升速度</p><p><b>　　根

117、據(jù)公式</b></p><p>　　可計(jì)算得升降機(jī)的提升速度是：</p><p>　　第一速： （4-3）</p><p><b>　　第二速： </b></p><p><b>　　第三速： </b></p><p><

118、;b>　　第四速： </b></p><p>　　4.1.2 升降機(jī)下降速度的分析</p><p>　　升降機(jī)下降鉆具時卷筒，行星齒輪，中心齒輪的相互運(yùn)動關(guān)系如圖4-2所示。此時，由于行星輪系的存在，因此，必須將行星輪系轉(zhuǎn)化為普通輪系，即在行星輪系各轉(zhuǎn)動件上加一個與行星輪系軸公轉(zhuǎn)角速度大小相等方向相反的角速度-。在轉(zhuǎn)化后的輪系中，中心齒輪與行星齒輪傳動比為：&l

119、t;/p><p>　　圖4-2 升降機(jī)下降鉆具示意圖</p><p>　　圖中 —— 中心齒輪的角速度（r/min）；</p><p>　　—— 卷筒角速度（r/min）；</p><p>　　—— 行星齒輪自轉(zhuǎn)的角速度（r/min）；</p><p>　　—— 行星輪軸公轉(zhuǎn)的角速度（r/min）。</p>

120、;<p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　中心齒輪與內(nèi)齒圈的傳動比為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　由（4-1）式得：</b></p><p><b>　?。?-5）</b>

121、</p><p><b>　　由（4-2）式得：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　因此 </b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b&g

122、t;　?。?-7）</b></p><p>　　當(dāng) 時， ，即行星齒輪不自轉(zhuǎn)，而只有公轉(zhuǎn)，如圖：4-3a所示。</p><p>　　當(dāng) 時， ，即行星齒輪與中心齒輪轉(zhuǎn)向相同，如圖：4-3b所示。</p><p>　　當(dāng) 時， ，即行星齒輪與中心齒輪的轉(zhuǎn)向相反，如圖：4-3c所示。</p><p>　　從以上的分析可以看出，下

123、降時行星輪系的轉(zhuǎn)向不僅與中心齒輪和內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而且與各傳動齒輪的齒數(shù)有關(guān)。</p><p>　　圖4-3 升降機(jī)下降鉆具時輪系運(yùn)動示意圖</p><p>　　圖中 —— 中心齒輪的角速度（r/min）；</p><p>　　—— 卷筒角速度（r/min）；</p><p>　　—— 行星齒輪自轉(zhuǎn)的角速度（r/min）；</p

124、><p>　　—— 行星輪軸公轉(zhuǎn)的角速度（r/min）。</p><p>　　4.2 升降機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性分析</p><p>　　4.2.1 升降機(jī)提升轉(zhuǎn)矩特性的分析</p><p>　　動力從升降機(jī)軸輸入，直接傳動到中心齒輪，與中心齒輪嚙合的三個行星齒輪相繼轉(zhuǎn)動。而升降機(jī)的旋向?yàn)轫槙r針方向，帶動中心齒輪，游星齒輪被傳動為逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閳A

125、柱齒輪傳動內(nèi)齒圈的運(yùn)動方向不變的原理。因此，被行星齒輪傳動的內(nèi)齒圈亦為逆時針旋轉(zhuǎn)，故卷筒亦同方向旋轉(zhuǎn)，即卷筒提升鉆具的旋轉(zhuǎn)方向。</p><p>　　由設(shè)計(jì)條件可知：最大提升力為：29.4KN；</p><p>　　最快提升速度：3.13m/s；</p><p><b>　　（4-8）</b></p><p>　　因此，

126、要以3.13m/s的速度在不超過29.4KN的提升力的前提下，必須要有92.02KW的輸入功率。在齒輪嚙合的過程中，一定有功率的傳動損失，齒輪傳動的損失率為：</p><p>　　可得升降機(jī)上輸入的功率是：</p><p>　　因此，卷筒的功率，轉(zhuǎn)矩與升降機(jī)軸的功率，轉(zhuǎn)矩分別是：</p><p><b>　?。?lt;/b></p>&

127、lt;p><b>　　；</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　4.2.2 升降機(jī)下降轉(zhuǎn)矩特性的分析</p><p>　　由于升降機(jī)下降時，是靠自身的重力作用下完成的，因此，在升降機(jī)下降鉆具時的轉(zhuǎn)矩與