裝配圖XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)
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姓名：胡軍雄 機(jī)械學(xué)院：140306班 學(xué)號(hào)：14030603
鉆機(jī)的發(fā)展歷史：
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(dòng)鉆具和鉆頭向地層深處鉆進(jìn)，并通過(guò)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(rùn)滑鉆具。它廣泛應(yīng)用于國(guó)明經(jīng)濟(jì)的許多部門(mén)，它是從事各種鉆探施工必不可少的主體設(shè)備。
鉆機(jī)的發(fā)展有手把式鉆機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)和全液壓鉆機(jī)之間的三個(gè)發(fā)展階段。
⑴第一階段是以手把式鉆機(jī)為代表的，1862年，瑞士設(shè)計(jì)制造了世界上最早的手動(dòng)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(lái)發(fā)展成性能比較完善的手把給進(jìn)式鉆機(jī)。剛開(kāi)始的鉆機(jī)動(dòng)力由人力驅(qū)動(dòng)，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，這種鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能比較完善；我國(guó)解放初期，為解決地質(zhì)勘探工作急需引進(jìn)—部份這類(lèi)鉆機(jī)，隨后又大量仿制，其代表型號(hào)為XB—300、XE—5DD及XB—I 000A型等。
⑵第二階段是以機(jī)械傳動(dòng)、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
件下，產(chǎn)生了機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(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(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)有了進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)解放初期，進(jìn)口手把鉆機(jī)的同時(shí)，也進(jìn)口了機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)，1958一1962年完成了從仿制到自制的過(guò)渡階段，從1962年以后，就開(kāi)始了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造工作。
⑶第二階段是全液壓鉆機(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(shí)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，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(guó)六十年代初已開(kāi)始研制全液壓傳動(dòng)式鉆機(jī)，七十年代，我國(guó)全面地開(kāi)展了研制工作。
鉆探設(shè)備的發(fā)展主要決定于的因素：
第一個(gè)因素是：它隨著鉆探方法和鉆探工藝的發(fā)展而變化的。
和其他技術(shù)發(fā)展史一樣，鉆探技術(shù)最初的發(fā)展是人與自然斗爭(zhēng)的結(jié)果。我國(guó)是世界上
最早使用鉆探技術(shù)來(lái)開(kāi)采地下巖鹽的，早在秦代(公元前221—207年間)就用鉆井方法
開(kāi)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(guò)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(mǎn)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，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(dòng)力頭式鉆機(jī)和五十年代的手把式鉆機(jī)相比較則無(wú)論在外觀上，結(jié)構(gòu)上、技術(shù)參數(shù)上迥然不同。
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。
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(dòng)副、標(biāo)準(zhǔn)件，如各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、各種液壓元件等。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(cè)試手段儀表化、自控化。
目前在國(guó)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。而由于大量采用專(zhuān)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。
鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)：
美國(guó)機(jī)械傳動(dòng)液壓給進(jìn)立抽式鉆機(jī)約占98％，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)僅占2％?？梢?jiàn)，現(xiàn)階段機(jī)械傳動(dòng)液壓給進(jìn)鉆機(jī)在大量的使用而全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)處于發(fā)展階段。國(guó)外立軌式鉆機(jī)，為了縮熾升降和輔助正序，采用自動(dòng)倒桿，加長(zhǎng)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)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(gè)別為圓錐齒輪)，個(gè)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(dòng)把作為備用；在中深孔及深孔鉆機(jī)采用水剎車(chē)以及加速提升和下降的提引裝置。在傳動(dòng)及變速系統(tǒng)方面，變速箱速度有增加的趨勢(shì)，有的鉆機(jī)作了改進(jìn)，即在變速箱輸入端，增設(shè)傳動(dòng)減速箱，引入兩個(gè)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(dòng)鏈輪副、更換傳動(dòng)齒輪或更換大批量齒輪以擴(kuò)大變速箱的速度范圍。為了增加設(shè)備的機(jī)動(dòng)性，減少安裝遷移的時(shí)間，裝設(shè)在輕、重汽車(chē)和拖拉機(jī)上的自行式鉆機(jī)目前使用的很廣泛。車(chē)裁式的鉆機(jī)其類(lèi)型往往就是地表固定式標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)，動(dòng)力采目汽車(chē)和拖拉饑的發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以采用獨(dú)自的動(dòng)力機(jī)。桅桿可用液壓缸豎起，采用一前二后的三個(gè)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。值得注意的是，國(guó)外坑道內(nèi)巖心鉆機(jī)的種類(lèi)較多。例如壓氣傳動(dòng)式、螺旋給進(jìn)式和液壓動(dòng)力頭式的鉆機(jī)應(yīng)用于坑道內(nèi)鉆探?？拥楞@的發(fā)展它可節(jié)省大量鉆探進(jìn)尺而取得預(yù)期的地質(zhì)上和經(jīng)濟(jì)上的效果。目前，我國(guó)對(duì)這方面的工作還重視不夠、急待發(fā)展。近年來(lái)“一機(jī)多用也是發(fā)展趨勢(shì)之一。如英園設(shè)計(jì)的鉆機(jī)是液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭式車(chē)裁自行式設(shè)備，可用于巖心鉆進(jìn)，能采用空氣、泥漿洗井；亦可采用潛孔錘鉆進(jìn)。由于是車(chē)載式能局速行駛，也適合山區(qū)、丘陵幣值路不平的地方行駛。鉆探設(shè)備發(fā)展另一趨勢(shì)是操作自動(dòng)化、機(jī)械化程度提高。由于電子技術(shù)在鉆探工作中的日益廣泛應(yīng)用，可以用各種電子儀表控制，以進(jìn)一步使鉆進(jìn)工作程序化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制最優(yōu)參數(shù)鉆進(jìn)。目前已達(dá)到將各種操作手把集中進(jìn)行液壓操作使之聯(lián)動(dòng)化、程序化。升降工序機(jī)械化已作為鉆機(jī)部件的一部分。利用傳感裝置將并底壓力、泵量泵壓、轉(zhuǎn)數(shù)扭矩、瞬時(shí)進(jìn)尺速度、過(guò)載警報(bào)等信息集中在操作臺(tái)上自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄，由電子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，變成指令自動(dòng)控制與調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，這在石油鉆探設(shè)備上巳投入正式使用，在巖心鉆探上也有某些儀表與程序初步可以來(lái)用。
鉆機(jī)分類(lèi)：
按用途分類(lèi)：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。
鉆機(jī)的重點(diǎn)機(jī)構(gòu)：
鉆機(jī)有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、擰卸機(jī)構(gòu)、設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、機(jī)架。下面我們介紹一些重點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。
⑴XY-4型鉆機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)?
XY-4型鉆機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-1所示。該系統(tǒng)包括：摩擦離合器1、變速箱2、萬(wàn)向軸3、分動(dòng)箱4、回轉(zhuǎn)器5、升降機(jī)6等部件。變速箱與分動(dòng)箱之間采用萬(wàn)向軸連接。變速箱輸出4個(gè)正轉(zhuǎn)速度與一個(gè)反轉(zhuǎn)速度。分動(dòng)箱對(duì)回轉(zhuǎn)器來(lái)說(shuō)還是一個(gè)兩速變速箱，因而，回轉(zhuǎn)器具有自101～1?191r/min的8個(gè)正轉(zhuǎn)速度和83r/min、251r/min兩個(gè)反轉(zhuǎn)速度。升降機(jī)具有自43～164r/min的四檔速度。
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圖1-1 XY-4型鉆機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)圖
1-離合器；?2-變速箱；?3-萬(wàn)向軸；?4-分動(dòng)箱；?5-回轉(zhuǎn)器；?6-升降機(jī)
⑵變速箱的結(jié)構(gòu)
?變速箱的功用是變更回轉(zhuǎn)器和升降機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。機(jī)械傳動(dòng)式鉆機(jī)幾乎全部采用齒輪變速箱，這類(lèi)變速箱一般由2～4根傳動(dòng)軸和軸間諸齒輪副構(gòu)成。按照結(jié)構(gòu)形式，基本上可分為兩種類(lèi)型：①?簡(jiǎn)單的兩軸一級(jí)傳動(dòng)變速箱；②?三軸兩級(jí)傳動(dòng)跨輪機(jī)構(gòu)變速箱。兩軸一級(jí)傳動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少，但是只有一個(gè)變速組，減速比受到限制。新型鉆機(jī)已廣泛采用三軸兩級(jí)傳動(dòng)跨輪機(jī)構(gòu)變速箱。
?XY-4型鉆機(jī)采用的四速變速箱（圖1-2）結(jié)構(gòu)式為1×3+1=4。這種變速箱有四根軸和五對(duì)齒輪，輸出軸和輸入軸在同一軸線(xiàn)上。在變速箱輸出軸上有兩個(gè)滑動(dòng)齒輪，一個(gè)為單齒輪Z3，另一個(gè)為雙聯(lián)齒輪Z9與Z10，能在輸出軸上變更位置，從而變換轉(zhuǎn)速。副軸Ⅱ′上的雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪，是變反檔用的。
圖1-2?XY-4型鉆機(jī)變速箱展開(kāi)圖
Ⅰ-輸入軸;?Ⅱ-中間軸;?Ⅱ′-小軸;?Ⅲ-輸出軸;?1,2,5,7,8-單列向心球軸承;?3-滾針軸承;?4-箱體;?6-圓螺母;?9-止動(dòng)片;?Z1-碗形齒輪;?Z2,?Z4,?Z5,?Z8-齒輪;?Z3-滑動(dòng)齒輪;?Z6,?Z7-雙聯(lián)齒輪;?Z9,?Z10-雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪?
⑶摩擦離合器
?摩擦離合器的功能在于：①?接通和切斷鉆機(jī)的動(dòng)力；②?在鉆機(jī)變速和分動(dòng)操作中、或在完成套巖心與扭斷巖心等特殊操作時(shí)，利用離合器進(jìn)行微動(dòng)操作；③?當(dāng)鉆機(jī)超載時(shí)，利用摩擦片打滑起過(guò)載保護(hù)作用。鉆機(jī)的摩擦離合器，通常設(shè)置在動(dòng)力機(jī)（或減速箱）與變速箱之間，而且不影響液壓泵的傳動(dòng)。?XY-4型鉆機(jī)的摩擦離合器（圖1-3）由主動(dòng)件、從動(dòng)件、壓緊分離機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)及調(diào)隙機(jī)構(gòu)組成。壓緊分離機(jī)構(gòu)由滑套16、連桿15、連桿壓腳14等組成。操縱機(jī)構(gòu)由軸承18、滑套17、撥叉19及撥叉軸20等組成。調(diào)隙機(jī)構(gòu)由調(diào)整螺母22、保險(xiǎn)片13等組成。
圖1-3 XY4型鉆機(jī)摩擦離合器
1-半彈性聯(lián)軸器；?2-單列向心球軸承；?3-主動(dòng)軸；?4-鎖母；?5-單列向心球軸承（60206）；?6-殼體；?7-從動(dòng)軸；?8-彈簧；?9-被動(dòng)摩擦盤(pán)；?10-主動(dòng)摩擦盤(pán)；?11-動(dòng)盤(pán)（壓力盤(pán)）；?12-彈簧片；?13-保險(xiǎn)片；?14-連桿壓腳；?15-連桿；?16-滑套；?17-松緊滑套；?18-單列向心球軸承；?19-撥叉；?20-撥叉軸；?21-罩殼；?22-調(diào)整螺母；?23-半圓鍵；?24-離合手柄；?25-雙頭螺栓；?26-骨架式橡膠油封；?27-支架?
⑷XY-4型鉆機(jī)的升降機(jī)
升降機(jī)又稱(chēng)為絞車(chē)或卷?yè)P(yáng)機(jī)。隨鉆機(jī)的類(lèi)型和用途不同，配備升降機(jī)的數(shù)目不同，一般巖心鉆機(jī)備有1—2個(gè)升降機(jī)，水文水井鉆機(jī)備有2—3個(gè)升降機(jī)。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(jiǎn)、取土器等。
在設(shè)計(jì)升降機(jī)時(shí)的要求是：
①在滿(mǎn)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(dòng)時(shí)間和充分提高功率利用系數(shù)。
②要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。
③升降機(jī)的操縱位置應(yīng)便于操作者觀察孔口。同時(shí)升降機(jī)的布局應(yīng)有利于排繞鋼繩。
④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
升降機(jī)的類(lèi)型有：錐摩擦傳動(dòng)升降機(jī)、片式摩擦力合器傳動(dòng)式升降機(jī)、脹閘傳動(dòng)式升降機(jī)、液壓傳動(dòng)式升降機(jī)、行星輪傳動(dòng)式升降機(jī)。其中，行星輪傳動(dòng)式升降機(jī)為典型的機(jī)構(gòu)，下面以XY-4型鉆機(jī)的升降機(jī)進(jìn)行分析；
按照傳動(dòng)原理，行星式升降機(jī)有兩種類(lèi)型，即定軸輪系傳動(dòng)型和行星輪系傳動(dòng)型。
⑴定軸輪系傳動(dòng)型
定軸輪系傳動(dòng)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。卷筒與內(nèi)齒圈固定連接，提升靠?jī)?nèi)齒圈帶動(dòng)。
圖1-4?定軸輪系行星式升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
1-升降機(jī)軸；?2-升降機(jī)傳動(dòng)齒輪；?3-中心輪Za；?4-行星輪軸；?5-行星輪Zg；?6-內(nèi)齒圈Zb；?7-卷筒；8-提升抱閘；?9-制動(dòng)抱閘；?10-行星架?
⑵行星輪系傳動(dòng)型
XY-4型鉆機(jī)的升降機(jī)（圖1-5）屬于定軸輪系傳動(dòng)行星式升降機(jī)。升降機(jī)由卷筒、行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷裝置及抱閘組成。升降機(jī)軸19右端的花鍵部插入分動(dòng)箱的軸齒輪的花鍵中；升降機(jī)軸19的左端通過(guò)水套軸8、單列向心球軸承11、支架13等支承在支架上；軸左端頭是四方軸頭，作為人力傳動(dòng)升降機(jī)軸用；卷筒用兩盤(pán)313型軸承16、36支承在升降機(jī)軸19上。行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由中心齒輪24、游星齒輪32、內(nèi)齒圈20等組成。中心齒輪以花鍵連接裝在軸19的右側(cè)。行星齒輪用兩盤(pán)207型軸承30裝在行星輪軸29上，行星齒輪共三組，均布安裝在左右支架27上；行星輪軸的左右支架分別用一盤(pán)313型軸承36和兩盤(pán)111型軸承26支承在升降機(jī)軸上；右支架27外側(cè)用平鍵28與提升制動(dòng)盤(pán)34聯(lián)結(jié)，并用螺釘將端蓋23固緊在支架右側(cè)，防止提升制動(dòng)盤(pán)外串，兩個(gè)支架用3個(gè)均布的螺栓連接成一體。水冷裝置由水套軸8、引水環(huán)9、壓蓋10、水管3及制動(dòng)盤(pán)水套等組成。
圖1-5?XY-4型升降機(jī)
1-制動(dòng)抱閘；?2-水管接頭；?3-水管；?4-接頭式壓注油杯；?5-骨架橡膠油封；?6-檔板；?7-堵絲；?8-水套軸；?9-引水環(huán)；?10-壓蓋；?11-單列向心球軸承；?12-水管接頭；?13-支架；?14-內(nèi)螺紋圓柱鎖；?15-骨架式橡膠油封；?16-單列向心球軸承；?17-孔用彈性擋圈；?18-卷筒；?19-升降機(jī)軸；?20-內(nèi)齒圈；?21-密封蓋；?22-直通式壓注油杯；?23-端蓋；?24-中心齒輪；?25-氈封油圈；?26-單列向心球軸承；?27-游星輪支架；?28-平鍵；?29-游星輪軸；?30-單列向心球軸承；?31-孔用彈性擋圈；?32-游星齒輪；?33-騎縫螺絲；?34-提升制圈；?35-提升抱閘；?36-單列向心球軸承?
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