1、本科毕业论文（20 届）150 米钻机设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文- I -摘 要钻探施工设备在日常生活中随处可见，150 米钻机就是其中常见的一种。其主要用于钻探各种深度为 150 米左右的各种角度的各类用途的孔，可在不同硬度的岩石中钻孔，而在煤层、软岩石中钻孔以及在农田打井时效率最高。随着钻探方法和钻进工艺的不断发展和改进，钻探设备也在不断的更新换代，面对目前市场的施工设备需要量，150 米钻机的设计具有较大的现实意义。一方面，本设计避免了高科技高技术难题，具有现实的立足点；另一方面，应用机械系统理论，采用传
2、统设计模式，适当抬高应用起点，为衔接新技术设计做引导与铺垫。该钻机主要由回转器、绞车、变速箱、机架、操作仪组成，应用了液压技术，装有常闭式液压卡盘、液压夹持器，而且配备的动力不仅可用电机，还可用柴油机，可适用于井下井上或野外没有电源的场地作业。在本次设计中，着重考虑电机的选择、带轮的计算、变速箱和回转器的计算设计以及绞车和液压卡盘的计算。因为电动机转速与功率的确定直接影响设计的进程；而带轮是承接电动机的输出，主要确定了带型及皮带根数；变速箱和回转器是本次设计的重点，钻机所需要的各种速度，通过变速箱而来；绞车是为了钻杆的下钻和提升，而液压卡盘能控制安全要素，卡紧与松开钻杆。另外，出于优化的理念，
3、设计时尽量使结构简单化，功能单一化，故基本采用全机械系统。因为对变速箱而言，有效减小体积，优化结构，不仅简易操作，而且便于运输。产品的设计对设计者而言，是对知识体系的重新整合，不仅有大局纵观的心思，而且能立足于细节。机械零件多属于使用、更换频繁，所以在设计中应充分考虑实用、耐磨、易更换的方法，这对于后续的保养以及维护具有极大的帮助。经过优化，不但提高了该型钻机操作机械化的程度，而且减轻了操作者的劳动强度，甚至提高了劳动效率，弥补了现有钻机的一些不足，同时考虑了油的各种泄露问题，采用密封措施，符合绿色设计理念。关键词：钻机；变速箱；机械传动系统；液压系统本科生毕业论文- II -Abstract
4、In our daily life, we could find drilling equipments everywhere while the 150-meters hydraulic drilling machine is just one of them. The 150-meters hydraulic drilling machine mainly used for drilling holes about 150 meters depth of various angles and uses. It could drill holes on rocks with differen
5、t hardness, and it reaches the highest efficiency when drilling in coal seam, soft rock and in farmland. Nowadays, with the continuous development of drilling method and technology, drilling equipments are also in constant renewal. In the face of the requirement of construction equipment in the mark
6、et at present, the design of 150-meters hydraulic drilling machine has a great realistic significance. On the one hand, this project avoids the problem of high technology, which has a practical foothold. On the other hand, it puts the mechanical system-theory into use and adopts the traditional desi
7、gn pattern, lifting the application starting point appropriately, which makes a guide and matting to link up new technical design. This machine is mainly composed by clinostat, winch, gearbox, rack and operate machine. It is equipped with hydraulic technique, installed with normally closed hydraulic
8、 chuck and holder, and also it uses electric motor or diesel engine as its power, which is applicable to any work underground or outdoors. In this design, it mainly emphasize the selection of motor, the calculation and design of belt wheel, gearbox, and gyrator and also the calculation of winch and
9、hydraulic chuck. The determination on the speed and power of the motor would influence the design process directly. The belt wheel carries on the output of the motor and determines the type and number of belt. Gearbox and gyrator are the key point of this design. Different speeds of the drilling mac
10、hine come from the gearbox. The winch is for lifting and going down of the drill pipe while oil chunck controls the safety factors to tighten and loosen the drill pipe. In addition, considering the concept of optimization, it tries to simplify its structure, with simple function. Thus, it adopts the
11、 mechanical system. It emphasizes the selection of electric motor, the calculation of belt wheel and the design of gearbox during design process. From the aspect of optimization idea, it adopts full mechanical system due to making its structure and function as simple as possible. As for the gear box
12、, to reduce its volume, optimize its structure could make the operation easy and transportation convenient. To the designer, the design itself is an integration of knowledge system, which requires a general situation consciousness and should pay attention to details. Most of the mechanical parts hav
13、e frequently use and replacement. Therefore, the designer must fully consider the method which is practical, wear-resisting and easy to replace. This helps a lot to the follow-up maintenance. After optimization, it not only improves the mechanical operating level of this type of drilling machine, bu
14、t also eliminates the labor intensity of operator. Even it improves labor efficiency, making up the shortcomings of the existing machines. Meanwhile, it takes into consideration all kinds of problems on oil leaking, using sealing measures, which fits the green design concept.Key words: drilling mach
15、ine；clinostat；machine driven system；hydraulic system本科生毕业论文- III -目 录第 1 章 绪 论 .11.1 选题的意义与依据 .11.2 主要设计内容 .11.3 设计方法 .11.4 预定设计目标 .1第 2 章 钻机概述 .32.1 钻机的简单介绍 .32.2 对钻机的要求 .32.3 对钻机设计的要求 .32.4 钻机的分组 .42.5 钻机的分类和名称 .42.5.1 分类 .42.5.2 名称 .5第 3 章 钻机的总体设计 .63.1 本设计钻机的应用场合 .63.2 设计方案的确定 .63.2.1 本设计钻机的特点 .
16、63.2.2 总体设计方案的确定 .63.3 钻机的技术参数和尺寸要求 .7第 4 章 动力机的确定 .84.1 输出功率计算 .84.2 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率 .84.3 给进油缸所需功率的计算 .94.3.1 给进油缸的基本参数 .94.3.2 油缸工作压力的计算 .104.3.3 油泵最大工作流量计算 .104.3.4 给进油缸功率计算 .114.3.5 油泵满负荷工作时所需要的功率 .114.4 动力机功率的确定 .11本科生毕业论文- IV -第 5 章 带传动的设计计算 .135.1 确定计算功率 .135.2 V 带型的选择 .135.3 验算带速 .135.3.1
17、初选小带轮的基准直径 .135.3.2 计算带速 .135.3.3 计算传动比 .135.4 V 带中心距和基准长度的计算 .145.4.1 初定中心距 .145.4.2 带所需的基准长度 .145.4.3 计算实际中心距 .145.5 计算小带轮上的包角 .145.6 计算带的根数 .155.6.1 计算单根 V 带的额定功率 .155.6.2 计算 V 带的根数 .155.7 计算单根 V 带的初拉力的最小值 .155.8 计算压轴力 .15第 6 章 变速箱的设计与计算 .166.1 主要参数的选择 .166.1.1 变速箱 .166.1.2 绞车 .166.1.3 回转器 .166.2
18、 机械传动系统初步计算 .166.2.1 变速箱各档传动 .166.2.2 绞车的缠绳速度 .176.2.3 立轴的转速 .176.3 变速箱的结构特点及设计要求 .186.3.1 结构特点 .186.3.2 设计要求 .186.4 齿轮副的强度计算与校核 .196.4.1 变速箱内各齿轮主要参数确定 .19本科生毕业论文- V -6.4.2 主要齿轮副的强度设计计算与校核 .196.5 轴的强度计算与校核 .216.5.1 轴的强度计算 .216.5.2 轴径的校核 .22第 7 章 绞车 .237.1 绞车的结构特点 .237.2 主要参数的选择 .237.2.1 绞车性能参数 .237.
19、2.2 绞车卷筒转速计算 .247.3 绞车所需功率 .257.4 绞车齿轮副强度简单校核 .257.4.1 按接触疲劳强度校核 .25第 8 章 回转器的设计 .278.1 回转器的结构特点 .278.2 回转器的弧齿锥齿轮副设计 .278.2.1 弧齿锥齿轮参数设计 .278.2.2 零部件的强度与寿命计算 .288.3 轴径的估算 .31第 9 章 液压卡盘的设计与计算 .369.1 液压卡盘的设计与计算 .369.1.1 卡瓦对钻杆的夹紧力 .369.1.2 碟型弹簧的轴向推力 .369.1.3 碟型弹簧计算设计 .379.1.4 碟型弹簧变形量计算 .379.1.5 所需油压的计算 .379.1.6 卡瓦径向伸缩量计算 .389.1.7 刚体强度的计算 .389.2 给进油缸的设计 .389.3 夹持器 .39第 10 章 可行性分析 .4010.1 设计可行性分析 .40本科生毕业论文- VI -10.2 市场可行性分析 .40第 11 章 简述钻机使用说明 .4111.1 钻机概述 .4111.2 钻机分组 .4111.3 工作原理 .4111.3.1 传动系统 .4211.3.2 立轴的给进运动 .4311.3.3 立轴的快速移动 .4311.4 钻机结构 .4311.5 操作程序 .4411.6 机器的保养与维护 .4511.7 故障原因及排除方法 .
