竖井钻机动力头的设计
一种多功能全液压钻机动力头的设计
"引言 随 着 我 国 基 础 建 设 *地 质 灾 害 治 理 *防 洪 抗 旱
工程等的资 金 投 入 不 断 扩 大!国 家 对 环 保 及 安 全 要求的严格 控 制 及 劳 动 力 价 值 的 不 断 提 高!对 施 工设备的 效 率*环 保*安 全*舒 适 性 等 方 面 提 出 了 更高的要求&为了满足这种时代进步对设备提出 的新的要求!国 内 多 家 勘 探 设 备 制 造 企 业 均 有 条 不紊地进行 钻 探 设 备 的 升 级 换 代!全 液 压 传 动 技 术逐步取代传统的机械传动&全液压锚杆钻机* 全 液 压 水 井 钻 机 *全 液 压 工 程 勘 察 钻 机 *全 液 压 岩 心钻机等钻探施工设备开始进入市场并被逐渐接 受!其中全液 压 锚 杆 钻 机 和 全 液 压 水 井 钻 机 已 经 普遍取代了 传 统 的 机 械 式 设 备!成 为 专 业 施 工 领 域主流产品&
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一种多功能全液压钻机动力头的设计
刘志
$湖南工程职业技术学院!长沙(#"#""%
摘要全液压钻机操作简便钻进效率高劳动强度低一机多用备受用户青睐动力头作为全液压多功能钻机 的核心部件负责转速和扭矩的输出动力头的性能参数直接决定了钻机功能的强弱现有的部分全液压 钻机存在功能单一工艺适用能力不广等问题市场对钻机性能的要求不断提高能满足多种钻进工艺的 多功能全液压钻机的研制成为国内主流钻探设备生产厂家新产品竞争的热点本文介绍了一种全新的多 功能全液压钻机动力头的设计能同时满足气动潜孔冲击器钻进普通回转钻进和绳索取心钻进等多种钻 探工艺要求
煤矿用立轴式钻机动力头结构改善
煤矿用立轴式钻机动力头结构改善作者：朱立新李健来源：《中国科技博览》2013年第35期【摘要】就立轴钻机动力头针对煤矿坑道使用工况进行了改进，增加了夹持器，实现了机械拧卸钻杆的功能。
【关键词】回转器卡盘夹持器碟簧中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-292-01一、问题的提出立轴式钻机由变速箱、动力头、卷扬机构、操作系统、底盘等组成，图一为ZLJ2350型立轴式坑道钻机，具有整机体积小、重量轻、转速高等特点。
煤矿坑道内打穿层孔，遇到较硬的岩层，用全液压钻机配全端面PDC钻头钻进，因转速较低，往往事倍功半。
而采用立轴式钻机配金刚石钻头高速钻进，会取得较理想的进程。
现有立轴式钻机的动力头一般由回转器、卡盘、给进油缸等组成。
打上仰角穿层孔，存在三个问题。
问题一，因缺乏夹持器装卸钻杆时，非常不便且存在安全隐患。
问题二，因卡盘结构是敞开式，孔内泥浆沿着钻杆进入卡盘体内，造成卡盘早期损坏。
问题三，卡盘内轴承因高速回转，在短期内快速升温，造成润滑失效轴承损坏。
二、改善方案1. 夹持器主要是夹持孔内钻杆，防止钻杆滑移，配合卡盘可以实现机械拧卸钻杆，减轻操作工的劳动强度。
煤矿用立轴式钻机的卡盘一般采用常闭式结构，即弹簧卡紧、液压松开，可在突然停电时快速实现夹紧钻杆，避免跑钻事故。
为此我们在新型立轴式坑道钻机（见图二）立轴下方仅需设计增加一个常开式胶囊夹持器，即液压卡紧、弹簧松开，夹持力大、卸钻可靠，结构简便轻巧，工作时无需供压。
常规的胶囊式夹持器卡瓦打开间隙较小，一般只有2～3mm，钻杆极易与夹持器卡瓦摩擦损坏。
在夹持器构造上除了满足夹持钻杆的能力，主要考虑增加了卡瓦打开行程，确保有足够的间隙，有效避免钻杆与卡瓦的摩擦损坏，结构（见图三）。
1.1 夹持能力的确定夹持器最大负载主要是卸钻时所需扭矩和钻杆自重的复合作用。
经计算可得钻杆自重为18kN。
夹持器克服钻杆自重所需夹持力经计算可得克服钻杆自重所需夹持力为45kN。
动力头钻机 工作原理
动力头钻机工作原理一、动力头设计动力头是钻机的核心部件，其设计直接影响到钻机的性能和效率。
动力头通常采用高强度材料制成，以确保其耐用性和可靠性。
同时，动力头的设计应充分考虑其旋转速度、扭矩输出和钻孔精度等因素。
二、钻机驱动系统钻机的驱动系统是提供动力的关键部分。
它通常由电动机、减速器和传动装置组成。
电动机产生旋转动力，通过减速器降低转速，传动装置将动力传递给动力头，以驱动钻机工作。
三、钻杆导向系统钻杆导向系统用于控制钻杆的进给和回转运动，以确保钻孔的准确性和稳定性。
该系统通常包括导轨、滑块和夹紧装置等部分，通过夹紧钻杆并引导其进给，使钻头能够按照预定的轨迹进行钻孔。
四、切削具与钻头选择切削具和钻头的选择对钻孔质量和效率具有重要影响。
不同的切削具和钻头适用于不同的材料和钻孔需求。
在选择切削具和钻头时，应充分考虑其材质、切削参数、使用寿命等因素。
五、控制系统控制系统是操纵整个钻机的关键部分。
它通常包括各种传感器、控制器和执行器等元件，能够实时监测和控制钻机的运行状态。
通过控制系统，可以实现对钻机工作参数的设定、调整和优化，确保钻孔过程的稳定性和准确性。
六、安全保护装置为了确保钻机操作的安全性，必须配备完善的安全保护装置。
这些装置包括过载保护、超速保护、振动保护等，能够在异常情况下自动停机并报警，以防止设备损坏和人员伤害。
七、工作参数设定工作参数的设定是影响钻孔质量的重要因素。
这些参数包括切削速度、进给速度、冷却液流量等，应根据不同的材料和工艺要求进行合理设置。
通过不断的调整和优化，可以提高钻孔的质量和效率。
八、钻进速度控制控制钻进速度是确保钻孔质量的关键环节。
在钻孔过程中，应根据实际情况对钻进速度进行动态调整。
在硬质材料中钻孔时，应降低钻进速度以减少热量产生；在软质材料中钻孔时，适当提高钻进速度以提高效率。
同时，还需要根据钻头的磨损情况及时调整钻进速度，以保证钻孔质量。
九、钻孔深度控制控制钻孔深度是实现精确钻孔的关键步骤。
动力头
一、新型钻机动力头的研制1、动力头是钻机工作的动力源。
它驱动钻具回转，直接联结钻具，承受钻具的重量、工作冲击及加压钻进时的压力;完成接卸钻杆的动作;动力头还是排渣系统的枢纽，输送压缩空气和排出(含岩渣)泥浆。
2、技术参数：输出转速(r/min) 0一20输出扭矩(kN·m) 0一180速比120功率(kw)200提升力(kN)1500加压力(kN)500输送压气压力(MPa)0.7排量(m3/min)20泥浆循环量(m3/h)300接卸钻杆工艺倾角(。
)45。
3、减速器结构选型采用双液压马达分别驱动两台两级行星减速器，经两小齿轮合并动力传至中部大齿轮。
A、减速器末级采用直齿轮，可有效削弱由于钻具轴向振动向齿轮高速级传递。
B、减速器机体结构采用上分式，有利于壳体存油密封，增强整体刚性;便于装卡加工，可提高加工精度。
4、接卸钻杆接卸钻杆的倾斜工艺动作，采用液压缸推动动力头箱体绕摆动轴向前摆动45。
动作灵活，满足接卸钻杆工艺要求。
二、水力反循环连续取芯钻机动力头的设计动力头采用双速交流电机驱动,与齿轮变速箱配合,能够获得4种转速和较大的调速范围,不仅满足了不同材料钻头的钻进转速要求。
动力头主轴采用空心双壁式结构,将水笼头与动力头合为一体。
1、驱动A、通过双速交流电机+一级齿轮变速+一级齿轮减速；B、液压马达；C、交流变频电机；D、直流电机。
2、传动轴采用直线式平行布置和长方形上开式箱体的结构形式。
3、空心主轴采用双壁式结构。
内管通过上下两端的定位块与外管相连,外管两端采用单列圆锥滚子轴承支撑在箱体上。
空心主轴外管下端通过锥形管螺纹与双壁钻杆外管相连,空心主轴内管通过圆柱表面的配合,插入带有密封胶圈的双壁钻杆内管中。
三、动力头式钻机机械卸扣方式1、先卸钻杆下扣后卸钻杆上扣的方法A、上扣防松器1—上垫叉座2—钻杆Ⅰ3—下垫叉4—钻杆ⅡB、具有活动提篮的上扣防松装置1—挡板2—提篮3—传动轴4—导向键5—钻杆Ⅰ6—下垫叉2、先卸钻杆上扣后卸下扣的方法1—上垫叉座2—钻杆Ⅰ3—下垫叉4—钻杆Ⅱ（1）卸扣要采取措施先固定钻杆一端,再卸钻杆另一端螺纹。
钻机动力头铸造工艺设计
钻机动力头铸造工艺设计一、引言钻机动力头是钻机的重要部件，其质量和性能直接影响到整个钻机的工作效率和安全性。
钻机动力头的铸造工艺设计对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
本文将从铸造工艺设计的角度出发，探讨钻机动力头的铸造工艺设计。
二、钻机动力头的功能和要求1. 功能钻机动力头是钻机的动力传动装置，其主要功能是将电机的动力传递给钻机的钻头，实现钻孔作业。
2. 要求钻机动力头的要求主要包括以下几个方面：（1）强度要求：钻机动力头需要能够承受较大的扭矩和冲击负荷，因此其强度要求较高。
（2）耐磨性要求：钻机动力头在工作过程中会受到较大的磨损，因此需要具备较好的耐磨性。
（3）精度要求：钻机动力头的传动精度要求较高，需要保证传动的稳定性和精度。
（4）密封性要求：钻机动力头需要具备良好的密封性能，以防止润滑油泄漏和灰尘进入。
三、铸造工艺设计的基本原则1. 材料选择钻机动力头的材料选择是铸造工艺设计的首要问题。
一般来说，钻机动力头的材料需要具备较高的强度、硬度和耐磨性。
常用的材料有铸铁、合金钢等。
在选择材料时需要综合考虑其力学性能、加工性能和成本等因素。
2. 铸型设计铸型设计是铸造工艺设计的关键环节。
钻机动力头的铸型设计需要考虑到产品的结构特点和工艺要求，保证铸件的内部质量和表面质量。
同时，还需要考虑到铸型的制造成本和使用寿命，尽量降低生产成本。
3. 浇注系统设计浇注系统设计是保证铸件质量的关键。
钻机动力头的浇注系统设计需要保证熔体能够顺利地充满整个铸型腔，避免气孔和夹渣等缺陷的产生。
同时，还需要考虑到浇注系统的结构和布局，便于操作和维护。
4. 凝固系统设计凝固系统设计是保证铸件组织和性能的关键。
钻机动力头的凝固系统设计需要保证铸件能够得到均匀的组织和良好的性能。
同时，还需要考虑到凝固系统的冷却速度和温度控制，避免产生组织缺陷。
5. 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数的确定是保证铸造工艺稳定性和可控性的关键。
760 DY-1000岩心钻机液压动力头设计(有cad图)
下载后可在附件框中得到全套Word文档及CAD格式图纸
题的能力；锻炼学生运用计算机软件的能力。 4 综合素质要求：通过毕业设计或撰写论文，学生应掌握正确的设计思想，牢固
树立技术、生产和成本的和谐统一意识；培养学生严肃认真的科学态度和严谨 求实的工作作风。 5 具体要求：
凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完 的部分，不应出现缺页、少图纸现象。 1） 对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理等，均有清晰
3. DY 系列全液压动力头式岩心钻机的结构和组成部件
DY 系列各种型号的全液压动力头式岩心钻机性能参数虽有区别，但钻机结构和组成 部件大致相 同。该系列钻机主要由钻机底盘、钻塔、主卷扬机、绳索取心绞车、液压动 力站、操作台液压管线、动力头变速箱等部件组成。
DY 系列钻机除具有全液压动力头钻机共有的特点，如采用全液压驱动，所有执行机 构均可实现无级调速；动力头变速箱与钻塔装为一体，便于斜孔施工。此外还具有以下 特点：
(1)为便于斜孔施工，钻机具有钻塔滑移触地功能!施工斜孔时钻塔要倾斜一定角度， 位于钻塔底座上的夹持器也随之上升一定高度，不方便起下钻操作!为方便施工，将整个 钻塔安装在可调节倾角的滑架上，当滑架带动钻塔倾斜到规定角度后，触地油缸推动钻
机械学院毕业设计--数控液压钻动力头结构设计
机械学院毕业设计--数控液压钻动力头结构设计毕业设计（论文）题目数控液压钻动力头结构设计姓名学号 1010100f12所在学院机械工程学院专业班级 10机电6指导教师日期 2014 年 5 月 25 日摘要 (7)ABSTRACT (8)一前言 (9)1.1 数控液压钻动力头概况 (9)1.2 国内外研究现状的分析比较 (9)1.3 小结 (10)二机械结构系统不同方案的比较 (11)2.1 液压钻动力头系统运动方案的具体要求 (11)2.2总体方案的确定 (12)2.2.1方案的选择 (12)2.2.2最终方案的确定 (15)三传动机构的设计与计算 (16)3.1 电机的选型 (16)3.1.1 选择电机的类型和结构 (17)3.1.2 确定电机的容量 (17)3.1.3确定电机的转速 (18)3.2联轴器的选型 (18)3.2.1联轴器的分类和特点 (18)3.2.2联轴器的选择计算 (19)3.3 齿轮的设计计算 (19)3.3.1齿轮材料的选择 (19)3.3.2 根据齿根弯曲疲劳强度初步确定齿轮参数 (19)3.3.3 确定传动尺寸 (20)3.4 键的选用 (20)3.4.1键的类型 (20)3.4.2键的选择 (21)3.5花键的选用 (21)3.5.1花键的类型 (21)3.5.2矩形花键 (21)3.5.3 花键的挤压强度校核 (22)3.6主轴的选择计算 (22)3.6.1主轴的材料 (22)3.6.2 轴的结构设计 (23)（1）轴的直径设计 (23)（2）轴的结构设计 (23)（3）径向尺寸和轴向尺寸的确定 (23)3.6.3 轴强度的校核 (24)四液压控制系统的设计 (25)4.1液压系统的组成 (25)4.2 液压系统的类型和特点 (26)4.3 液压系统原理图的设计 (26)4.3.1 液压控制系统动力源的选择 (26)4.3.2 液压执行元件的选择 (26)4.3.3 液压系统原理图的绘制 (26)五PLC控制系统设计 (28)5.1 PLC控制系统分析 (28)5.2 PLC控制系统设计 (28)六液压元件的选择计算 (30)6.1 液压系统的主要参数 (30)6.1.1 初选系统的工作压力 (30)6.2 液压缸主要尺寸的设计计算 (31)6.2.1 液压缸主要尺寸的计算 (31)6.2.2 液压缸的选型 (32)6.2.3 液压缸流量的计算 (33)6.3液压泵 (33)6.3.1液压泵的分类和用途 (34)6.3.2液压泵的选择 (34)七结论 (34)八致谢 (35)参考文献 (36)摘要数控液压钻动力头是一种将动力头的主运动与进给运动结合在一起，并采用液压驱动和数控系统的设备。
动力头结构设计论文2篇
动力头结构设计论文2篇第一篇1动力头设计1.1技术参数TR180旋挖钻机动力头采用力士乐液压马达，液压马达输出的转矩和转速通过减速机减速增扭后传递到齿轮箱，齿轮箱内的减速齿轮进行二次减速，输出的大扭矩和低转速驱动钻杆和钻头回转，并提供钻孔所需的加压力、提升力实现钻孔作业。
1.2外形结构TR180旋挖钻机动力头主要由齿轮箱传动系统、滑动支架总成和缓冲装置组成。
1.3齿轮箱传动系统齿轮箱传动系统主要包括减速齿轮、传动套、回转支承等。
动力头部件中的齿轮传动装置在工作中主要传低速重载扭矩，提高动力头驱动齿轮的承载和过载能力是提高旋挖钻机入岩旋挖能力的关键。
TR180减速主动齿轮材料选用20CrMnTi，从动齿轮选用40Cr。
根据要求的齿轮传动比，为保证主动齿轮的强度，利用专业齿轮设计软件，通过粗选、精选、优化，选取一组合适的齿轮参数。
动力头传动套为圆筒带外部法兰结构，主要由法兰安装的从动轮输入功率，通过3根键条与钻杆的接触输出功率。
传动套采用整体铸造，材料选用ZG270-500，许用应力为270MPa。
利用ANSYS软件模拟分析可知，传动套的最大应力出现在法兰与圆筒的过渡处，为61.371MPa，小于材料的许用应力。
回转支承主要承受传动套齿轮的重量、钻进时动力头加压的压力及齿轮啮合产生的径向力。
根据标准JB/T2300-1999《回转支承》及传动套的尺寸，选用单排四点接触球式、型号为010.30.710的回转支承，并按承载角45°和60°两种情况进行静态选型，计算结果表明承载角45°的回转支承满足使用要求。
1.4滑动支架总成滑动支架的功能是支承齿轮箱重量，承受钻杆冲击力以及动力头输出的回转扭矩，传递加压力和提升力，并能沿导轨上下移动。
滑动支架由滑动架和支架构成，动力头通过滑动架上的滑架压板在钻桅导轨上滑动，滑架压板通过螺栓和滑动架相连。
滑架压板属于焊接结构件，选用材料时需考虑零件的强度，同时也要考虑材料的焊接性。
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本栏目编辑 杨 健 翟小华
第 38 卷 2010 年第 15 期
竖井钻机为了保证垂直钻进，采用提吊减压钻进工艺，即动力头提吊重力＋钻头施加在岩石上的钻压＝钻具总重力，使钻头上的刀具切入岩石，再通过动力头的旋转带动钻头旋转。
又由于钻头上刀具本身的布置形式，使刀具对岩石产生冲击和剪切作用，达到破碎岩石、向下钻进的目的[3]。
钻机钻进时的传动链是：动力头—钻杆—钻头，即钻头破碎的阻力完全由动力头承担。
在钻进不同地层深度时，岩石软硬不一，即使在同一地层，岩石的硬度也有所不同，故动力头在钻进时所承受的载荷是变化的。
又由于钻杆是纯钢性的，虽然在钻头上部布置有缓解冲击、振动的柔性接头，但其不能完全消解破碎岩石时所产生的冲击负荷，故动力头在工作时要承受很大的变载荷和一定的冲击载荷。
由于钻进工艺的需要，在每次接卸钻杆时，动力头均要翻转一定的角度；钻进时，动力头还要一直不断地上、下滑移运动。
因此，设计动力头时应符合：① 齿轮传动能够耐冲击，能够承受变载荷；② 排碴泥浆和压缩空气的密封设计要可靠；③ 力争使源动力的输出和所钻地层的难易程度相匹配；④ 结构紧凑，小巧，重量轻。
2 源动力的选择及传动型式的确定
根据动力头的工况特点和钻进本身的特殊性，要求动力头有 2 种输出方式：① 难钻地层时的低转速、恒扭矩输出；② 易钻地层的高转速、恒功率输出。
这就要求源动机的速度和功率必须可调。
由于液压传动具有过载保护可靠性高、抗冲击、吸收载荷震动能力强和调速特性稳定等特点，特别适合于钻机工况，因此，该台钻机采用液压传动，其源动机采用变量泵和变量马达，这样可使动力头的输出根据所钻地层的不同而方便地转换成恒扭矩或恒功率的输出形式。
由于变量马达输出扭矩的局限性，动力头采用了多个变量马达输出扭矩，即每 2 台变量马达经一减速器 (一级平行，一级行星) 减速后，作
为一驱动点驱动中心
大齿轮，最终根据所
需要的驱动扭矩的大小来选择驱动点数，并最终驱动钻具旋转。
动力头的传动型式为：变量马达经平行、行星、再平行三级减速后多点驱动钻具旋转，如图 1 所示。
这样，既利用了平行轴减速易实现多点驱动的优点，也利用了行星减速传动能力大、结构紧凑和易于均载的特点，最终使动力头的输出设计符合钻机的钻进要求。
3 动力头的设计
3.1 主要参数
动力头的主要技
术参数如表 1 所列。
3.2 结构设计
如图 2 所示，该动力头具有结构紧
凑、重量轻、传扭能
力大的特点，又由于
动力头的输出轴除承
受 600 kN ·m 的扭矩
外，还要承受 7000 kN 的下拉力，故该动力头在结构设计上具有如下特点：
(1) 在输出轴上布置 4 个轴承，2 个圆柱滚子轴承，承受径向力；1 个推力角接触球轴承，防止轴向跳动；1 个推力调心滚子轴承，承受 7000 kN 的轴向
1. 马达
2. 小减速器
3. 轴齿轮
4. 大齿轮
5. 承压轴承
6. 箱体
7. 轴承
8. 短钻杆
9. 耳板
e─压缩空气下输通道 f─排碴泥浆的上返通道
图 2 AD120/900 型竖井钻机动力头结构
Fig 2 Structure of driving head of AD120/900 shaft drill
表 1 动力头的主要技术参数Tab 1 Major technical parameters of
driving head
传递功率/kW
600
输出扭矩/(kN
·m)600提吊力/kN 7000
输出转速/(r ·min -1)0～9～18
总速比85.2563
润滑形式油池集中喷油润滑
图 1 AD120/900 型竖井钻机
传动形式
Fig 1 Transmission type of AD120/900 shaft drill
采掘。