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1、摘 要动力头是振动回转岩芯钻机的核心部件，其性能的好坏直接决定了整机性能的好坏，而国内外关于该动力头的设计理论和方法却很少见，因此对振动回转岩芯钻机动力头的设计理论和方法进行研究迫在眉睫。本文首先介绍了振动回转岩芯钻机动力头的工作原理，技术特点和发展状况及前景。然后确定振动回转岩芯钻机动力头的总体参数，在分析了振动回转岩芯钻机工况的基础上，应用土力学和流体力学建立了各工况下钻进阻力矩的完整数学模型，为振动回转岩芯钻机动力头的设计提供了理论依据。然后对振动回转岩芯钻机动力头关键部件的设计过程及校核进行了详细的说明。此动力头具有体积小，搬迁灵活，结构简单，安全性好，工作性能高，成本低，频率和振幅的
2、可调性高，激振力足够大，平稳性高的特点。此动力头的设计对岩土钻掘工程技术的进步具有重要的意义。关键词：动力头；振动回转；岩芯钻机；液压马达ABSTRACTPower head is the core component of vibration of rotary core drill, its performance is good or bad directly determine the overall performance is good or bad, and the design theory and method about the power head at home and
3、 abroad are very rare, so the vibration of rotating core drill head design theory and method of research is imminent.This article first introduces the vibration rotary core drill head, the working principle, technical characteristics and development status and prospects and then determine the overal
4、l parameters of vibration rotary core drilling power head, on the basis of analyzing the working condition of vibration of rotary core drill, the application of soil mechanics and fluid mechanics is established the complete mathematical model of drilling resistance moment, under the condition of vib
5、ration of rotary core drill head design provides a theoretical basis and key components of vibration turning core drilling power head design process and check the detailed description of the power head has a small volume, move flexible, simple structure, good safety, high performance, low cost, high
6、 frequency and amplitude of the adjustable, vibration force is large enough, the smoothness of high characteristic.The head of design for rock and soil drilling and digging engineering technology progress has the important significance.Key words: power head; Rotary vibration; Core drill; Hydraulic m
7、otor湖南科技大学本科生毕业设计（论文）i目 录第一章 绪论 11.1 研究振动回转岩芯钻机动力头的意义 11.2 振动回转岩芯钻机动力头的工作原理及特点 11.2.1 动力头的工作原理简述 11.2.2 动力头的结构特点 11.3 振动回转岩芯钻机的现状与展望 21.3.1 振动回转岩芯钻机的现状 21.3.2 振动回转岩芯钻机的展望 3第二章 振动回转岩芯钻机动力头总体参数的确定 42.1 振动回转岩芯钻机动力头传动方案的选择 42.1.1 回转部分传动方案 42.1.2 振动部分传动方案 52.2 振动回转岩芯钻机动力头回转参数的确定 52.2.1 回转扭矩的确定 52.2.2 回转速
8、度的确定 92.3 振动回转岩芯钻机动力头振动参数确定 102.3.1 振动频率的确定 102.3.2 激振力的确定 122.4 振动回转岩芯钻机动力头液压系统参数的确定 132.4.1 回转驱动马达参数的确定 132.4.2 振动驱动马达参数的确定 15湖南科技大学本科生毕业设计（论文）ii第三章 振动回转岩芯钻机动力头关键部件设计与校核 173.1 箱体的设计 173.1.1 箱体材料的选定 173.1.2 箱体的结构设计 183.2 轴的设计 203.2.1 振动轴的设计 213.2.2 中间轴的设计 233.2.3 振动轴的设计及强度校核 243.2.4 回转主轴的设计 253.3 齿
9、轮的设计 283.3.1 驱动齿轮的设计 283.3.2 过渡齿轮的设计 313.4 同步带轮的设计 353.5 同步带的设计 373.6 轴承的设计 423.6.1 轴承类型的选择 423.6.2 轴承固定形式的选择 433.6.3 轴承型号的选择 463.7 回转支承的设计 473.8 偏心轴的设计 51第四章 经济性分析 52第五章 设计总结 56湖南科技大学本科生毕业设计（论文）iii参考文献 57致 谢 58湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-1-第一章 绪论1.1 研究振动回转岩芯钻机动力头的意义目前国内对振动回转岩芯钻机的研究越来越重视，但技术不是很成熟，与国外相比仍然有一定的差
10、距。国家政策倡导节约型社会，环境友好型社会，很多的企业正在争先恐后的贯彻实施这一政策，纷纷加大对产品结构转型，以及机器创新等方面的投入。目前国内的振动回转岩芯钻机存在很多的不足，主要体现在体积庞大，笨重，结构复杂，所以导致搬迁困难，浪费材料，成本高，适应环境的能力差，在施工处对环境的破坏性大。其次是振幅、频率的可调性低，激振力不够大，平稳性低。而动力头是振动回转岩芯钻机的核心部件，它的好坏直接影响到整台机器的好坏。所以，对研究出一台体积小，结构简单，振幅、频率可调，激振力足够大，平稳性高的振动回转岩芯钻机动力头迫在眉睫。1.2 振动回转岩芯钻机动力头的工作原理及特点1.2.1 动力头的工作原理
11、简述回转马达通过一对传动比很小的齿轮对回转主轴实行驱动，实现主轴的低速回转，此转速不需要很大，因为如果太大，钻头跟岩土层的摩擦产生的热量会很大，这样会加大钻头的磨损。振动用偏心轴的回转实现，偏心轴振动的频率就是动力头振动的频率，偏心轴采用两根，把它们平放在主轴的两侧，它们的回转方向相反，之间通过一对传动比为 1 的齿轮和同步带连接，振动液压马达直接驱动其中的一根轴，这样两根轴在水平方向的振动力抵消，从而实现钻机的平稳。而在竖直方向的振动力叠加，振动湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-2-力增加一倍，从而能得到很大的激振力。1.2.2 动力头的结构特点箱体采用钢板焊接而成，大大缩短了制造周期，强
12、度也大为提高。采用液压马达驱动，运动平稳，噪声低，能实现无极调速。液压马达的轴直接与振动轴连接，这样省去了传动中间部件，大大简化了动力头的结构，维修方便，也减小了箱体的体积，从而克服了动力头笨重的缺点。主轴需要承受的扭矩比较大，采用空心结构，力学性能大大提高。1.3 振动回转岩芯钻机的现状与展望1.3.1 振动回转岩芯钻机的现状(1) 国外状况国外用于地质调查的全振动岩芯钻机的发展是伴随钻探技术在地质调查工作中应用领域的拓展和钻探方法工艺的进步而发展的。振动回转岩芯钻机是为实现各种钻探方法工艺服务的。另外，其发展还受钻探作业环境(如地理位置、交通运输、气候、地质条件与供水等)的影响和制约。国外
13、地质矿产勘查用振动回转岩芯钻机，除保留有一部分经改进的传统立轴式钻机外，已大量采用顶驱式(动力头钻机)。其特点是回次进尺长，自动化、机械化程度高。具有代表性的有：阿特拉斯的CSl0、CSl4、CS300l、CS4002，宝长年公司的 LF70、LF90、LFl40、LF230等地表取心钻机，均具有长行程给进、无塔升降钻具、无级调速、机械化程度高、配套器具齐全、生产效率高等优点。经改进的新型立轴式岩芯钻机有：俄罗斯的 cKB 一 4、cK6-5 型钻机，采用双卡盘实现不停钻倒杆；湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-3-采用直流电机实现无级调速；钻深从 25-3000m 已形成完整系列。日本的TDP 一 100、P100 等型钻机采用上、下液压卡盘结构，实现了钻进过程中的不停车倒杆，自动连续给进，并通过改进结构提高了钻机的工作可靠性。日本 NLC 公司的 NL 一 55、L 一 44、L 一 38、L 一 24 系列型号立轴式钻机，主要特点是加大了立轴通孔直径，达到 148mm；与钻塔设计融为一体，质量大，自动化程度较高。(2)国内状况1949年以前国内振动回转岩芯钻机几乎全部是由国外引进，20世纪50年代初期大量从苏联引进当时并不先进的手把式钻机，50年
