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摘 要
GCPS—20型鉆機是一種復合式多功能鉆機，為適應我國深基礎工程和連續(xù)墻以及水利工程、橋梁工程的發(fā)展與需要，結合大口徑鉆機灌注樁和地下連續(xù)墻施工的特點，為解決在復雜地層、硬巖中成孔而研制，特別卵石層、基石、漂石層能大幅度提高施工效率，在各種成孔方法中是比較經濟有效的方法。
鉆機是集回轉、沖擊鉆進工藝于一體的多功能復合型鉆機，用轉盤回轉鉆進時可用于第四世紀覆蓋層，沖擊鉆進時可用于卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖地層。
本鉆機的特點是結構簡單，緊湊，而且各種操作手柄布置合理，操作簡單，便于使用與維護。
關鍵詞： 沖擊鉆進 變速箱 減速器 轉盤
Abstract
The types GCPS-20 drill the machine is a kind of compound type multi-function drill the machine, in order to adapt the our country development and demands of the deep foundation and consecution wall and marine hydraulic engineering, the bridge engineering, combine the big caliber to drill the machine to infuse to note the stake and the characteristics of underground continuous wall construction, in order to solve to become the bore but research to manufacture in complicated geologic strata, hard rock, significant exaltation of ability of special egg stone layer, sill, the stone layer construction efficiency, is a more economic valid method in variously become the bore method.
Drill the machine is to gather the turn-over and pound at to drill into the craft in the integral whole of multi-function and compound type drill the machine, can used for to overlay the layer the fourth century while using to turn the dish turn-over to drill into, can used for the hard rock geologic strata of egg stone, ash rock, granite...etc. while pounding at to drill into.
Drill the characteristics of the machine originally is a structure simple, tightly packed, and various operation hand handle arrange reasonable, operate in brief, easy to usage and support.
Keyword：The impact drill into Become soon box
Deceleratethe machine Turn the dish
9
目 錄
摘 要……………………………………………………………………………I
Abstract ………………………………………………………………………II
第1章 緒論 ……………………………………………………………………1
1.1 項目的研究意…………………………………………………………1
1.2 國內外科技現(xiàn)狀………………………………………………………1
1.3 設計產品的用途和應用領域…………………………………………1
第2章 鉆機的總體設計 ………………………………………………………2
2.1 總體布局設計…………………………………………………………2
2.1.1 傳動系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.2 氣動系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.3 電氣系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.4 工具系統(tǒng)………………………………………………………2
2.1.5 各部件的功能…………………………………………………2
2.2 主要設計參數…………………………………………………………3
2.3 主要性能特點…………………………………………………………4
第3章 動力機確定 ……………………………………………………………5
3.1 按鉆頭鉆進所需功率計算……………………………………………5
3.2 按鉆機沖擊鉆進所需功率計算………………………………………7
第4章 帶輪選擇 ………………………………………………………………9
第5章 變速箱的設計及計算…………………………………………………12
5.1 變速箱的結構特點 …………………………………………………12
5.2 結構計算 ……………………………………………………………12
5.2.1 初步選定 ……………………………………………………12
5.2.2 選定變速箱傳動公比 ………………………………………12
5.2.3 按彎曲強度確定齒輪模數 …………………………………13
5.2.4 按接觸強度確定齒輪分度圓直徑與中心距 ………………14
5.2.5 齒寬的確定 …………………………………………………15
5.2.6 齒輪齒數確定 ………………………………………………16
5.2.7 計算齒輪相關參數、確定齒輪 ……………………………16
5.3 錐齒輪計算 …………………………………………………………17
5.3.1 初步計算 ……………………………………………………17
5.3.2 幾何計算 ……………………………………………………17
5.4 齒輪校驗 ……………………………………………………………22
5.4.1 齒輪受力分析 ………………………………………………22
5.4.2 齒輪傳動齒面接觸疲勞強度校核 …………………………22
5.4.3 齒輪傳動齒根彎曲疲勞強度校核 …………………………25
5.5 變速箱軸的計算 ……………………………………………………27
5.5.1 一軸計算 ……………………………………………………27
5.5.2 二軸計算 ……………………………………………………27
5.5.3 三軸計算 ……………………………………………………28
5.6 軸的校驗 ……………………………………………………………28
5.6.1 按轉矩計算 …………………………………………………28
5.6.2 軸上受力分析 ………………………………………………29
5.6.3 求支反力 ……………………………………………………29
5.6.4 作彎矩和轉矩圖 ……………………………………………30
5.6.5 確定危險截面及安全系數校核計算 ………………………33
第6章 轉盤的計算……………………………………………………………36
6.1 轉盤輸出轉速 ………………………………………………………36
6.2 大、小錐齒輪計算 …………………………………………………36
6.2.1 初步計算 ……………………………………………………36
6.2.3 幾何計算 ……………………………………………………37
6.3 錐齒輪齒面接觸疲勞強度校驗 ……………………………………42
6.3.1 計算公式 ……………………………………………………42
6.3.2 許用接觸應力計算 …………………………………………43
6.3.3 齒面接觸強度校核結果 ……………………………………44
6.4 齒根抗彎疲勞強度校核 ……………………………………………44
6.4.1 計算公式 ……………………………………………………44
6.4.2 齒根許用彎曲應力計算 ……………………………………45
6.4.3 齒根彎曲強度校核結果 ……………………………………46
6.5 轉盤軸結構計算 ……………………………………………………46
第7章 鉆機其余部分零部件選擇 …………………………………………48
7.1 聯(lián)軸器的選用 ………………………………………………………48
7.2 減速器齒輪安排 ……………………………………………………48
第8章 鉆機的維護保養(yǎng) ……………………………………………………51
8.1 鉆機維護保養(yǎng)的重要性 ……………………………………………51
8.2 維護保養(yǎng)要求 ………………………………………………………51
8.3 主要部件保養(yǎng)項目 …………………………………………………52
8.3.1 轉盤 …………………………………………………………52
8.3.2 變速箱 ………………………………………………………52
8.3.3 減速器 ………………………………………………………52
8.3.4 主、副卷揚機 ………………………………………………52
8.3.5 水龍頭 ………………………………………………………52
8.3.6 鉆具 …………………………………………………………53
8.3.7 沖擊卷揚機 …………………………………………………53
8.3.8 氣路系統(tǒng) ……………………………………………………53
8.3.9 傳動鏈條 ……………………………………………………53
8.3.10 沖擊鋼絲繩…………………………………………………53
8.3.11 氣胎離合器…………………………………………………53
8.3.12 主離合器……………………………………………………54
8.4 安全操作注意事項 …………………………………………………54
第9章 經濟性分析……………………………………………………………56
第10章 專題 水平定向鉆機的結構探討 …………………………………58
結 論……………………………………………………………………………64
致 謝……………………………………………………………………………65
參考文獻 ………………………………………………………………………66
附錄1中文（譯文） …………………………………………………………68
附錄2英文（原文） …………………………………………………………74
第1章 緒 論
1.1 項目的研究意義
隨著國家基本建設的投入持續(xù)增長,尤其是像京滬高速鐵路、奧運場館等一批國家重點項目的陸續(xù)啟動,將對工程鉆機技術要求更高、鉆機不僅要具有高效性、環(huán)保性，更要具有復合性。通常使用的工程鉆機在工作時只有鉆進，當遇到較為堅硬的巖石層，如卵石、灰?guī)r、花崗巖等硬巖石地層，就不得不改變鉆進方位，或另鉆它孔，為解決此問題在老師的指導下我設計這臺帶有沖擊鉆的多功能復合型鉆機，它可有效的解決上述問題。我相信這臺鉆機一定會有很廣闊的市場前景!
1.2 國內外的科技現(xiàn)狀
隨著全球經濟的高速發(fā)展,各類建筑和工程施工的數量激增,工程難度日益加大,質量要求越來越高,極大的推動了各類基礎處理施工技術的發(fā)展,尤其是近 20 年來,由于建筑的大型化和高層化,各種處理范圍廣,效率高,污染少,成本低的深基礎施工工法，如大型旋挖樁、地下連續(xù)墻、各種錨固、高壓旋噴、深層攪拌等已成為基礎工程施工的重要手段。而現(xiàn)有國產基礎施工設備效率低下,污染嚴重,不能適應新施工技術的要求,施工企業(yè)一直在大量進口該類設備。加大開發(fā)適合我國國情的新型基礎工程施工鉆機的力度,滿足市場急需,替代進口,是該類設備制造業(yè)的首要任務。
1.3設計產品的用途和應用領域
這臺鉆機設計為散裝式轉盤沖擊、回轉復合式多功能鉆機，適用于基礎工程和連續(xù)墻以及水利工程、鉆鑿高層建筑、橋梁、港口基礎樁孔的鉆進，也用于大口徑水井及其他工程孔的鉆，主要用于第四世紀地層及其卵石、灰?guī)r、花崗巖、漂石層等硬巖地層。
主要應用于建筑工程、水利工程、橋梁工程、礦井鉆進等領域。
第2章 鉆機的總體設計
2.1 總體布局設計
鉆機由底座、傳動裝置、減速器（分動箱）、主副卷揚機、沖擊卷揚機、轉盤、鉆塔、氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、工具系統(tǒng)組成。
2.1.1傳動系統(tǒng)
電機的動力經皮帶傳至變速器，變速器為一進三出結構，一路輸出經齒輪傳至主副卷揚機；一路輸出至減速器，經由萬向軸傳至轉盤，供回轉鉆進；一路輸出經鏈輪傳動沖擊卷揚機，供沖擊提升。
2.1.2氣動系統(tǒng)
空壓機輸出壓力氣，由空氣包至氣控箱，分兩路經操縱閥控制，傳至沖擊卷揚機兩只氣胎離合器，完成沖擊提升及降落。
2.1.3電氣系統(tǒng)
控制電機啟動及關閉，為氣動系統(tǒng)提供電源控制，為操縱箱提供控制系統(tǒng)。
2.1.4工具系統(tǒng)
游動滑車、水龍頭、主動鉆桿、孔內鉆桿、加重塊、刮刀鉆頭、墊叉組成回轉鉆進工具系統(tǒng)。游動滑車、水龍頭、孔內鉆桿、沖擊排渣管、沖擊鉆頭、孔口導向工具、墊叉組成沖擊鉆進工具系統(tǒng)。
2.1.5各部件的功能
1． 轉盤 轉盤用于驅動主動鉆桿及鉆具回轉，轉盤系一級圓錐齒輪傳動機構，通過大錐齒、轉臺、大、小補心驅動鉆桿工作。
2． 減速器 減速器是進一步降低轉速、提高扭矩而設計的，有兩檔變速，由雙聯(lián)滑動齒輪實行。
3． 變速箱 變速箱為二軸一級變速箱，有三擋變速，由單、雙聯(lián)齒輪滑移實現(xiàn)變速。變速箱內有正、反轉裝置，由雙向牙嵌離合器實現(xiàn)，單向牙嵌離合器實現(xiàn)卷揚機離合。
4． 主、付卷揚機 主、付卷揚機均為行星式卷揚機，靠制動行星輪來實現(xiàn)鉆具的提升。
5． 底座 底座由滑臺、下座、油缸、孔口板組成，轉盤、卷揚機組固定于滑臺上，鉆塔固定于下座上，油缸一端固定于滑臺，另一端與孔口板相聯(lián)，油缸用于滑臺的后移和孔口板開合。
6． 鉆塔 鉆塔用于懸掛游動滑車、水龍頭和提升器等提升設備，結構形式為“n”型，鉆塔內設有導向槽和主動鉆桿后置懸掛裝置。導向槽用于水龍頭導向，懸掛裝置用于換接鉆桿時主動鉆桿不落地。鉆塔起落由油缸完成。
2.2 主要設計參數
1. 沖擊卷揚機
提升能力 （kN） 60
提升速度 （m/s） 0.4 .05 0.6
2. 沖擊行程 (m) 0.5—4
3. 沖擊次數 (1/min) 6—14
4. 沖錘質量 (kg) 3000—5000
5. 主、副卷揚機
提升能力 (單繩kN) 30
卷繩速度 (m) 0.45, 0.68, 1.13, 1.69
0.31, 0.46, 0.77, 1.15
6. 轉盤轉速 (r/min) 13, 17, 21, 26, 42, 52
7. 主機動力型號(功率) YD280S 55 KW (1480 r/min )
8. 鉆塔額定負載 ( kN) 180
9. 空壓機型號( 排量，壓力) UB 300—500
（3.55 /min, 0.8 MP）
10. 配備砂石泵型號（型號） 6BS (180/h)
或8BS（340 /h）
11. 外型尺寸 （長X寬X高） 10000X2400X1700
12. 重量
主機重量 （t） 10.4
全套設備總重 （t） 28