全液压钻机毕业设计.docx

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全液压钻机毕业设计

1绪论

1.1选题的意义

本设计选择了液压钻机的设计，主要原因是当前我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业正在逐渐完善，对各种钻探设备尤其是钻机提出了更多的要求。

现在市场上流行的钻机中以液压的钻机为主，这些钻机在承担各种煤矿爆破项目中起到了至关重要的作用。

但是，我们通过调查和了解发现，随着生产建设项目的扩大，市场对上钻探的液压钻机的需求量正在逐步上涨，尤其是全液压钻机，市场前景更加乐观。

全液压钻机的设计不仅对钻机这个生产行业有着重要的经济意义，同时间接推动了我国国民经济的发展，意义十分重大。

1.2钻机概述

1.2.1钻机的功用

钻探是地质勘探工作的重要手段之一。

钻机是实现该手段的主要设备。

其基本功用是以机械动力带动钻头向地壳钻孔并采取岩矿心。

钻机同时还是进行石油、天然气勘探及开采、水文水井钻探、工程地质钻探等工程的重要设备。

1.2.2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；

1.2.3钻机的组成

目前常用的钻机由如下各部分组成：

1.机械传动系统将输入的动力变速并分配到回转、升降机构。

对与液压钻机还要有驱动油泵，以使液压系统工作的装置。

2.液压传动系统利用油泵输出的压力油驱动马达、油缸等液动机，以使立轴回转和控制给进机构、移动钻机、松紧卡盘等；

3.回转机构回转钻具，以带动钻头破碎孔底岩石。

4.给进机构调整破碎岩石所需要的轴心压力和控制给进速度。

在出现孔内事故时，可以进行强力拔出。

5.升降机构用于升降钻具（提取岩心和更换钻头）和进行起下套管等作业。

6.机架支承上述各机构及系统，使之组装成一个整体，成为完整的机器。

1.2.4钻机的分类和名称

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。

1.分类；

⑴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）；

⑵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1—1。

表1—1（m）

类别

浅孔钻机

中深孔钻机

深孔钻机

Ⅰ

10—300

300—800

800—1200

Ⅱ

10—300

300—800

1000—2000

按四类分类见表1—2。

表1—2（m）

浅孔钻机

次深孔钻机

中深孔钻机

深空钻机

10—150

200—400

500—800

900以上

⑶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；

⑷按装载方式分类可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；

⑸按破碎岩石方式分类可分为回转式、冲击式和冲击回转式；

⑹按回转机构型式分类可分为立轴式、转盘式、动力头式；

⑺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。

2.名称

钻机的名称是按照钻机综合特征及主要性能，以汉字拼音字母及数字编排成的代号来表示的。

通常把这种代号称为型号，并以铭牌指示在钻机上。

国产钻机名称一般有三部分组成：

首部为用途类别和结构特征代号，如用汉语拼音中的一个字母表示。

“X”是汉字“心”的拼音首字母，表示钻机用于岩心钻进。

“U”是汉字“油”的首字母，表示给进机构类型属于油压式。

中部为主要性能参数代号，用钻机标准钻进深度数字表示。

如标准钻进深度为200米的钻机，中部代号为200。

尾部为变型代号，可用汉语拼音字母中的一个字母或数字为代号。

无尾部的是指首次产品。

如是第二次修改后的产品，尾部代号为2。

。

1.3国内外液压钻机的发展水平

1国外发展水平

国外生产液压轻便钻机厂家较多，下面以TD-150S型钻机为例。

就国外液压钻机的发展水平作一介绍。

TD-l50S全液压钻机，是法国AMG公司根据现场实践设计的，并反复改进的典型钻机。

在法国、美国、墨西哥和中国的西部、新疆、内蒙古等地多年使用，反应良好。

对难以涉足的山地和丘陵地区有较强的适应性。

1.1性能特点

TD-150S轻便钻机主要适应于山地、丘陵山高水缺地区的中硬以上的地层。

具有山地钻机的特点：

全液压无级调速和调压、空气洗井、泥浆洗井、钻井方式可以采用多种形式。

可选用牙轮钻头、麻花钻头、潜孔锤等工具．因而根据不同的岩层选择最佳方式、转速和钻压。

该钻机采用空气压缩系统和潜孔锤及其组合快速装卸方式，以便中硬、硬岩层及缺水地区的钻井，具有独特性和较强的适应一性。

1.2结构特点

TD-150S液压轻便钻机为单体挂式组合及快速接头连接，整机机组质量949kg，可分解为11个部件，最重的部件为95kg，符合每单体重量可由两人在山地搬迁的原则。

采用双缸四冲程汽油机。

直接驱动双联泵。

液压组合控制阀采用硬质铝合金整体和拼装相接合的方式．其强度和重量得到控制。

液压控制阀与液压油箱组合成同一单体+阀件采用标准件，液压油箱采用铝合金，利于散热：

液压钻机采用顶驱方式和硬铝合金嵌入式水龙头，这是液压钻机优于机械钻机的独特结构。

2国内发展水平

80年代末，四川石油管理局在引进加拿大液压山地钻机CT-155型的基础上，测绘研制了DY一30型山地全液压钻机。

90年代初成功地投入了山地地震勘探。

DY-30型钻机具备了全液压无级调速和调压，空气洗井、空气胞沫洗井、泥浆洗井、回转切削、击方式或两者复合方式钻进的特点，可以根据不同岩层选择最佳转速钻压和方式钻进。

且采用挂式组合及快速穿销连接，拆装快速简便；整机重839kg，可分解为10-20个独立的单元部件，每个部件可由两名搬运工搬迁于山地之间，使地震勘探能深入到以前难以涉足的禁区。

DY-30型钻机的能已达到国外80年代的先进水平，功能齐全尚属国内首创。

除DY-30型钻机外，还有总公司物探局徐水机械厂生产的山地液压地震钻机。

北京探矿机械厂近期推出专利产品橡胶履带车式XYL—I型钻、衡阳探矿机械厂的XJlI0-1型、长沙探矿机械厂的QPY-30型钻机等。

均属液压给进、机械卷扬提升钻机，在机动性强、拆装简便、操作方便、易维修等方面，与国外钻机相比差距较大。

2钻机的总体设计

2.1本设计钻机的应用场合

LWD-90型矿用钻机广泛适用于冶金、矿山、煤炭、水电建设、道桥、国防施工等露天土石方工程爆孔的钻凿。

也可简单地通过更换钻杆、钻头，配置空压机、气动冲击器变为旋转钻机或潜孔钻机来使用，因此，LWD-90型冻土钻机其实是一款多功能多用途钻机。

2.2设计方案的确定

2.2.1本设计钻机的特点

LWD-90型矿用钻机是一台采用柴油发动机为动力源的全液压驱动钻机，机动灵活，作业范围广，其履带行走，钻具回转、加压、钻架升降、钻架补偿、钻架水平摆动和前后倾斜均采用液压驱动，动力强劲、保护系统完备，调速范围广、操控容易简单、可靠性高，适用范围广。

2.2.2总体设计方案的确定

经过调研和几次方案论证，考虑到现场特点，从实用角度出发，确定方案如下：

1.井上和野外作业，动力选柴油机；

2.考虑到有软岩石、硬岩石的钻进，除了正常的钻进速度外，增加高速100r/min；

2.3钻机的技术特性和要求

2.3.1设计要求

全液压钻机用于露天矿进行打孔作业，其钻杆的旋转、推进、起拔以及钻杆倾角的调整、固定等均由液压传动来实现。

钻机工作时噪声大，钻机附近粉尘较大，整个工作环境相当恶劣。

要求完成的主要设计内容包括：

1）根据钻机工况要求，拟定液压系统方案；

2）根据给定的技术参数，对液压系统进行计算，并对液压元件进行选型；

3）编写设计计算说明书（格式见附录），并绘制液压系统原理图。

4）完成行走，回转，加压/提升，钻机升降，钻架补偿和收放支腿等动作

2.3.2设计参数

已知该钻机的主要技术参数如下表所示，设计该钻机的液压驱动系统。

钻孔直径φ90～φ140mm

钻孔深度（单杆）0～3.5m

钻孔方向0°～90°

水平摆动范围0°～30°

钻具转速（发动机转速1000rpm时）100rpm

（发动机转速1500rpm时）150rpm

推进轴压35KN

钻具推进行程3.5m

回转扭矩（最大）3200Nm

推进速度（发动机转速1000rpm时）0～3.3m/min

（发动机转速1500rpm时）0～4.9m/min

提升速度（发动机转速1000rpm时）0～2.5m/min

（发动机转速1500rpm时）0～3.8m/min

行走形式液压驱动履带自行式

行走速度（发动机转速1000rpm时）1.5Km/h

（发动机转速1500rpm时）2.2Km/h

爬坡坡度≤20°

发动机功率90kw

最大外形尺寸（长×宽×高）mm：

钻架放倒时4500×2400×2800

钻架立起时3500×2400×4500

2.4运动与负载分析

2.4.1运动分析

⑴.主机

由于矿山环境恶劣，工作条件差，所以要求该钻机动作准确，控制容易

工作可靠。

图1

钻机主机部分结构如上图所示，钻头（图中未画出）装夹在回转头上。

液压缸1用于支撑工作滑台并调节其倾角，使其在0~90°（水平向上）范围内升降；工作时，两台液压马达2和3共同驱动工作滑台上的回转头以带动钻杆旋转，同时推进缸4推动工作滑台前进。

反之，推进缸4退回，同时钻杆反向旋转，以拔出钻杆。

⑵.钻机行走

钻级行走可采用电动机驱动，但其调速范围小，力矩小，需要较大的减速器，工作可靠性差。

也可采用液压马达驱动，能实现无极调速，调速范围大，力矩大，可靠性高，所以本设计拟采用液压马达驱动。

液压马达按照结构可分为：

1.齿轮式

齿轮泵的优点:

它的主要优点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠等。

其缺点是流量脉动大，噪声大，排量不可调。

齿轮泵被广泛的应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业，而且还容易引起困油现象。

2.叶片式

叶片马达在机床、工程机械、船舶、压铸及冶金设备中应用十分广泛。

叶片泵具有流量均匀、运转平稳、噪声低、体积小重量轻等优点。

其缺点是对油液污染较敏感，转速不能太高。

3.柱塞式

结构较复杂，零件数较多，自吸性差,制造工艺要求较高，成本较贵，油液对的污染较敏感，要求较高的过滤精度，对使用和维护要求较高。

因钻机负载大，因此应选用柱塞式液压马达。

马达速度由换向阀开口大小来控制

要求：

行走马达要求最大扭矩8000N·m

行走速度：

1.5-2.