全液压钻机毕业设计Word文档格式.docx
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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
1000—2000
按四类分类见表1—2。
表1—2(m)
次深孔钻机
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×
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.
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