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1、摘 要本文主要研究的是对牙轮钻机加压系统的设计，主要的设计内容，包括对该机械的总装配设计、对零件的具体结构设计、加压系统以及对加压减速器的详细结构设计，通过使用AutoCAD等绘图软件进行二维图的设计，其中还包括了一些零件的选型和计算。关键词牙轮钻机； 加压系统； 减速器； 零件Abstract: This paper mainly studies the design of the roller rig pressurization system. The main design contents include the total assembly design of the machin
2、e, the specific structural design of the parts, the pressurization system and the detailed structural design of the pressure reducer. Designing 2D drawings by using drawing software such as AutoCAD, including the selection and calculation of some parts.Keywords: roller rig; pressurized system; reduc
3、er components; 目 录第一章 绪论11.1 牙轮钻机的背景与意义2 1.2 牙轮钻机的国内外发展现状2 1.3 本次设计的主要内容3 第二章 总体方案设计42.1 加压系统结构分析及数据分析计算42.1.1 加压提升机构总体方案设计92.1.2 加压系统参数分析计算112.2 液压系统设计162.2.1 液压原理设计172.2.2 关于对一些主要的液压元器件进行选型18第三章 加压减速箱设计193.1 关于对加压减速箱的三级减速齿轮的设计193.1.1 关于对三级减速器高速级齿轮的设计和校核19 3.1.2 关于对三级减速器中速级齿轮的设计和校核233.1.3 关于对三级减速器低
4、速级齿轮的设计和校核27 3.2 加压减速器轴系设计313.2.1 输入轴系（轴）的设计和校核313.2.2 中间轴系（轴）设计及校核34 3.2.3 中间轴系（轴）设计及校核36 3.2.4 输出轴系（轴）设计及校核38 3.2.5 关于各轴的轴承的校核40 3.3 减速箱箱体设计41第四章 机械精度设计424.1 关于齿轮的精度设计424.2 重要装配配合设计444.2.1 齿轮轮毂和轴配合配合精度444.2.2 轴承内圈和轴的配合444.2.3 轴承外圈与壳体的配合444.2.4 其他部件的配和精度44参考文献45总结与展望46第一章 绪论1.1 牙轮钻机的背景与意义它是在其他钻机的基础
5、上不断发展的，它有很多的作用，其中的一种是用于一些露外的大型的矿山的爆破，它也是一种非常大的钻孔设备。牙轮钻机随着矿山不断地发生，牙轮钻机也在不断发展，穿孔直径由早期的孔径不断地向更大的孔径进行发展，由此来不断的适应一些大型露天矿山的穿孔工作任务。随着科技的不断进步，牙轮钻机作为露天矿山的主要开采工作设备，牙钻钻机的工作效率直接决定了开采工作的效率以及后续工作的进展，优化发展牙轮钻机的工作不仅可以满足市场的需求，也是科技乃至国家不断发展的证明。随着不断加大对矿业的投资力度，对大型牙轮钻机的需求量也在不断加大。 我国应不断努力发展牙轮钻机，早日达到世界先进水平。1.2 牙轮钻机的国内外发展现状我
6、国自改革开放以来，随着经济以及科技的不断发展进步，其需求也不断上升，对各种矿类资源的需求也不断增加，我国自一九八五年开始进行对牙轮钻机的研究，进行不断地尝试研制成功的有十几种。一九七六年进行批量生产HYZ-250型牙轮钻机，后进行不断改进并变型为KY-250型牙轮钻机，一九七五年为了满足我国矿业的快速发展研制了KY-310型牙轮钻机并不断研发出KY-150、YZ-55以及YZ-35型牙轮钻机。经过多次的进行淘汰、修改以及定型，基本确定了两个大系列的牙轮钻机：KY和YZ系列，如下图所示我国最早研究以及生产牙轮钻机的公司和单位有衡阳有色冶金机械厂、洛阳矿山机械工程研究院以及江西采矿机械厂。直至今日
7、，我国生产牙轮钻机的公司主要有两个，中钢衡重生产YZ系列的牙轮钻机，南昌凯马生产KY型牙轮钻机。国产的牙轮钻机的技术水平和性能已经达到了美国二十世纪九十年代初的水平，与国外同类产品的主要差距在于整体性能上，具体的差距体现在我国的传动方式落后，功能与动力比较单一，结构形式也比较单一，但我国发展速度较快，相信不久后的未来便能追上与发达国家牙轮钻机整体性能的差距。国外目前能批发生产牙轮钻机的国家主要有日本、俄罗斯和美国，美国设计研发制造的牙轮钻机性能较好，畅销全世界。国外对牙轮钻机的研发较早，在五十年代以后由美国以及加拿大率先用牙轮钻机进行对露天矿山的采矿作业，紧接其后苏联也开始进行对牙轮钻机的使用
8、及研发。在六十年代牙轮钻机研发的初期由于材料的限制牙轮钻机只能对中等及以下硬度的矿山进行钻孔，随着技术的进步及材料的不断发展，不断可以进行对高等硬度的矿山进行钻孔作业。美国的原布塞鲁斯-伊利公司是世界上研发牙轮钻机时间最早技术最完善的公司之一，在被Caterpillar公司收购以后主要研发并定型“MD6XXX”系列牙轮钻机，主要产品有MD6640以及MD6290，如下图 乔伊公司是最早进行定型牙轮钻机的一家美国公司，随着科技的不断进步，乔伊公司对牙轮钻机的加压机构进行不断的完善以及创新，通过采用新型无链式齿轮齿条传动驱动取消了以前的链条式传动，乔伊公司的经典的牙轮钻机型号有250XPC以及32
9、0XPC型牙轮钻机， 如 下图1.3 本次设计的主要内容（1） 牙轮钻机的加压系统方案设计；（2） 机械的总装配设计、零件的详细结构设计；（3） 加压系统的结构设计；（4） 加压减速机的详细设计；（5） 主要液压元件、减速机在整机上的布置。我本次主要设计牙轮钻机的加压系统，要求采用液压驱动的方式，液压系统采用闭式回路液压泵及液压马达均为电控变量，主要技术参数如下：加压速度：7.6m/min；提升速度42.67 m/min；最大加压力不小于600KN，其中加压小车自重为150KN。第二章 总体方案设计2.1 加压系统结构分析及数据分析计算2.1.1 加压提升机构总体方案设计（1）牙轮钻机的工作过
10、程与总体方案关于它的的工作流程：当它钻孔时，加压机构向钻头施加轴压力，推进钻具进行工作。而牙轮钻机加压系统的作用是推进钻具并给钻具以足够大的轴压力，实现回转小车连同钻具的快速提升和下放。在牙轮钻机加压系统的设计中，我将其分为3个部分，分别是驱动系统、传动系统以及执行机构。驱动系统可以选择电机和液压马达驱动，由于本次的设计的要求使用液压驱动的方式，并且液压系统要求采用闭式回路，液压泵和液压马达均为电控变量，因此，我们选择液压驱动的方式，为执行机构提供动力源，其中需要绘制液压控制系统原理图以及液压元件的选择与布置。传动系统是将液压泵输出的动力传递给执行机构，在传动中，我们需要将液压马达的旋转运动转
11、变为直线运动，可以利用齿轮齿条、凸轮机构、滚珠丝杠等机构来实现，初步选择齿轮齿条机构。同时，通过对减速器的设计，给予钻具以适当的轴压力，使牙轮在孔底滚动中连续地挤压、刮削冲击破碎岩石。执行机构则为钻具，钻具由上钻杆、下钻杆及牙轮钻头组成。传统的链条式加压提升机构1 .封闭链条式加压提升机构 封闭链条式加压提升机构是通过两组链条来带动，这两组链条分别位于钻架的左右各一侧，机构分别由链条、驱动轮、从动轮以及张紧轮构成，由电机或马达经减速箱减速后驱动驱动轮带动链条传动带动钻进以及提升工作，如下图2.齿轮齿条链条式加压提升机构 齿轮齿条链条式加压提升机构由主减速机来提供动力源，然后通过封闭链条将动力传
12、递给加压小车，接着由齿条与齿轮的啮合来确保小车在钻架上下进行平稳的运动，对钻杆施加压力或者提升力，如下图 现代的无链式加压提升机构 由于传统的封闭链条式加压提升机构会出现一些事故，在二十世纪八十年代末至九十年代初推出无链式加压提升机构，断绝了一些事故例如断链事故的发生。这种机构的优点是提高了钻头的工作寿命，减少了加压小车的偏移和震动。典型的现代无链式加压提升机构有以下两种。 1.液压缸-钢丝绳加压提升机构液压缸-钢丝绳加压提升机构由动静滑轮组、钢丝绳、液压缸、钢丝绳自动张紧装置等构成，根据其结构的不同，液压缸的应用数量分为单液压缸与双液压缸。该机构相对于传统的封闭式链条加压提升机构的优点是提高
13、了机构的可靠性，更改了力的传动方式并且减少了震动。2.齿轮齿条式无链加压提升机构 该机构与其他机构最大的不同在于将动力源安装在回转小车上，由一台调速范围较宽的马达或者电机来驱动加压减速器，带动齿轮沿齿条进行上下运动，加压减速器安装在封闭链条式机构大链轮的位置，加压减速器一般选用减速较大内部结构紧凑的减速器。齿轮齿条无链式加压提升机构不仅降低了故障率，而且这种机构的结构十分简单，与其他机构相比更改了力的传动方式，使载荷平稳提高了效率。 结构性能对比：下表为链式传动加压提升系统与无链式传动加压提升系统的结构性能对比 方案确定以上几种方案均可实现该牙轮钻机加压系统的设计，但是它们的设计的经济性、实用
14、性以及安全性还存在很大的差异。传统的链条式加压提升机构的设计可以将液压马达、减速齿轮箱、驱动轴和驱动链轮装配在靠近钻架的底部，以便于维护和降低重心。但链轮、链条的安装难度大，链条也可能出现断裂的情况，存在着很大的安全隐患，并且离心限速器的结构也比较复杂，增大了设计的成本。虽然提高链条的安全系数可以避免事故的发生，但是无法彻底消除这些事故的发生，而齿轮齿条无链式加压提升机构的设计不仅降低了故障率，而且这种机构的结构十分简单，与其他机构相比更改了力的传动方式，使载荷平稳提高了效率。齿轮箱安装在加压小车上，增加了加压小车的重力，提高了运动惯性，与地面接触进行钻孔时会出现强烈的震动，需要保证齿轮箱的齿
15、轮轴、齿轮等零件的刚度与强度。而相应的加压齿轮箱上的齿轮可以和双联导向滚轮配合，使加压小车的运动方向受到控制与导向，以保持精确校整。综上所述，齿轮齿条无链式加压提升系统的经济性较好，可行性较好，因此采取该方案进行此牙轮钻机加压系统的设计。2.1.2 加压系统参数分析计算一、关于它的齿轮还有齿条的设计以及计算（1）齿轮的主要的种类还有参数我们可以选择使用直齿圆柱齿轮来进行传动，通过查阅相关的书籍我们可以知道它的压力角可以取20关于它的一些材料的选择 它主要有小齿轮和齿条的材料的选择，通过相关的资料我们可以知道它的小齿轮可以选择40Cr，它的齿条可以选择45钢，它们的处理方式都是调质。关于它的一些齿数的确定由于它会发生一些不好的现象比若说跟切现象我们尽可能需要去避免发生，则被切齿轮不产生根切的最少齿数为Zmin=2ha*/sin，当ha*=
