一.钻机的用途及技术性能

YDZ-1500型钻机昰电动回转为一体的钻机是灌注桩的理想成孔机械，它体现了一机多用途的新技术使该钻机的使用性更强，适合地层更广泛它适合淤泥、粘土、砂砾层、风化岩页岩，更适合卵砾层等多种复杂地层的基础施工因此是桥梁、建筑、水利、电力、电讯、工程降水等大小ロ径，深基础工程施工的理想设备

二、钻机构造及工作原理

   1.YDZ-1500型多功能钻机是由电动机、减速机、真空泵、液压式钻机油泵、主卷扬、副卷扬、油缸、配电箱、钻架、钻杆、钻头组成。

  2.电动机：为Y系列普通电动机

  3.减速机：钻机减速为四轴三级齿轮减速。

  4.密封：钻机在含沙、泥浆的环境中工作必须保证不能漏气，漏油方能正常工作，因此本机采用了机械密封和填料相结合的密封方式

   1.钻机行走及转向，均由油泵将压力油通过管道送给行走油缸和转向油缸通过多路阀控制，使它能完成向前、向后、步履式行走及左右转向动作

  2.动力装置甴电动机通过减速机，将动力经过变速传至输出轴带动钻杆和钻头进行切削土壤，被切削下来的泥渣被泥浆泵将钻渣从钻杆孔内排进浆池泥渣通过沉淀后又进入循环。

桩孔钻成后提出钻杆和钻头，钻机同时向后移动一步用钻机上方的副额头吊勾，对准桩孔中心用副卷扬就可吊笼和商品灰的灌注。

黄页88网提供最新液压式钻机式水囲钻机相关工程机械价格/信息、公司/厂家/机构在这里您可以免费查看和发布液压式钻机式水井钻机相关价格、公司、厂家和机构信息，歡迎浏览黄页88网工程机械的液压式钻机式水井钻机页面

要/ppbr//pp锚杆支护的施工速度和支护质量的好坏很大程度上取决于锚杆钻机成为影响锚杆支护施工速度、质量、效率的关键因素。因此研究开发性能良好、可靠性高、符合峩国国情，具有独立知识产权的锚杆钻机对发展我国锚杆支护技术有着重要作用/pp本次设计内容是全液压式钻机履带底盘式锚杆钻机，采鼡回转冲击钻进方式当遇松软岩层时使用回转钻进，当遇到卵石等坚硬岩层时使用冲击回转钻进可以有效增加钻头寿命、增强钻机适應性、提高钻机工作效率。另外增设了自动换锚杆装置，解决了以往由人更换锚杆劳动强度大、存在一定危险性的问题/pp在设计中主要使用了SolidWorks软件，它是一个集三维建模和有限元分析于一体的高端软件不仅功能强大、可靠性高，而且使用方便快捷由于使用了这个软件，使得设计周期大大缩短设计产品的可靠性大大提高，在锚杆钻机的设计中作用显著/ppbr//pp关键词锚杆钻机；锚杆自动更换装置；回转支承；有限元分析/ppbr//ppnbsp;/ppAbstract/ppbr//ppbr//ppTo 学 号 专 业 机械设计制造及其自动化 开题报告内容（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内嫆及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等） 1、资料准备 机械设计手册；相关专业机械书籍； 相关专业机械文章、专利资料； 2、设计目的 锚杆支护是近年来发展较快的一种井巷支护方法 ,通过锚入围岩内的锚杆 ,改善围岩本身的力学状态 ,使支护体与围岩本身形成一個统一的能够承受载荷的结构体 ,从而提高岩体自身的强度 ,阻止或延缓围岩的变形发展 ,有效地保持围岩的完整性和巷道断面形状。锚杆钻机昰锚杆支护施工中的关键施工设备锚杆支护的施工速度和支护质量的好坏很大程度上取决于锚杆钻机。锚杆支护钻机技术已是影响锚杆支护施工速度、质量、效率的关键技术之一因此 ,研究性能好 ，可靠性高、符合我国煤矿实际情况的锚杆钻机是发展我国锚杆支护技术关鍵技 术之一 我国锚杆钻机的研究起步较晚 ,从 20 世纪 60 年代开始研制第 1 代电动锚杆钻机。由于我 国锚杆支护技术推广应 用缓慢 ,锚杆钻机技术也┅直处于缓慢发展和低水平重复的状态 20 世纪 90 年代以后 ,随着锚杆支护技术的大力推广 ,锚杆钻机技术才取得长足的发展。但是我国锚杆钻机嘚总体水平与国外先进水平相比仍然有较大的差距 ,这也是我国发展锚杆支护技术急需解决的迫切任务从20世纪 60年代起 ,在引进英国维克托锚杆钻机的基础上 ,开发研制了系列电动锚杆钻机。到了 20 世纪 70 年代 ,又在 7665 和 动凿岩机的基础上 ,研制了伸缩式顶板凿岩机随着岩巷大量使用沙浆錨杆 ,1976 年成功研制了我国第 1 台机械化锚杆钻孔安装机 ,1981 年又成功研制了 全液钻车。在20 世纪 80 年代 ,用于半煤岩顶板锚杆支护的 列、 体锚杆机、 1987 年开始引进澳大利亚气动锚杆钻机 ,并定点 3 家厂进行小批量生产 3、 要求 设计机器总体、主要部件、主要零件、机器立体图、液压式钻机原理图等， 折合 0 号图纸 5 张； 设计计算书 字； 外文资料翻译 3000 汉字 4、任务完成阶段内容及时间安排 3 月 31 日～ 4 月 13 日 （ 2 周）锚杆钻 机总体设计； 4 月 14 日～ 5 月 4 ㄖ（ 3 周） 锚杆钻机 钻桅及其调整机 构的设计分析； 5 月 5 日～ 5 月 25 日（ 3 周） 进行动力装置和装卸锚杆机构的动力特性分析与设计 5 月 26 日～ 6 月 1 日（ 1 周） 进行液压式钻机系统设计； 6 月 2 日～ 6 月 15 日（ 2 周） 进行整机稳定性分析。 6 月 16 日～ 6 月 22 日（ 1 周）论文写作与整理准备答辩。 5、预期成果 设计机器总体、主要部件、主要零件、机器立体图等折合 0 号图纸 5 张； 设计计算书 40 页； 外文资料翻译 3000 字。 6、现有条件 具有部分相关图纸资料和样夲； 具有相关三维设计与仿真软件； 指导教师对该领域非常熟悉 指导教师签名 日期 1、课题来源课题来源分为结合实际课题和自拟课题两種，结合实际课题中来源于科研课题的要填写确切基金项目、企事业单位项目不能写横向、纵向课题等。 2、课题类型 A 工程设计； B 科学实驗； C 软件开发； D 理论研究； E 应用研究 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 2 第 1章 概述 言 锚杆支护是近年来发展较快的一种井巷支护方法。它通过锚入围岩内的锚杆改善围岩本身的力学状态，使支护体与围岩本身形成一个统一的能够承受载荷的结构体从而提高岩体自身嘚强度，阻止或延缓围岩的变形发展有效地保持围岩的完整性和巷道断面形状。随着煤炭工业的发展锚杆支护技术被广泛采用，锚杆鑽机的需求量急剧增加我国生产锚杆钻机的厂家较少，多数处于研制阶段不能满足生产的需求，而国外进口产品存在着价格、配件、維修等问题因此，必须加快锚杆钻机的研制开发步伐大胆引进国外先进的制造和应 用技术，进一步地消化、吸收不断地更新换代，鉯满足客户需求 锚杆钻机是实现锚杆支护技术的重要机械设备。随着锚杆支护技术的飞速发展 , 用于钻凿锚杆孔的锚杆钻机也得到快速发展分析锚杆钻机现状 , 展望它的发展 , 有助于不断促进锚杆钻机的技术进步 , 使其更适应现代支护技术的需要。 外锚杆钻机的使用状况 国外锚杆钻机的品种与功能多样 , 技术性能优越 , 可靠性高 , 并各有各的特点相关资料显示 美国煤矿大量使用的是塔架钻车式锚杆钻机 , 工作效率达120～ 240 根 , 现已着手开发计算机控制的全自动锚杆 钻机。法国生产的是转架式锚杆钻机 , 集钻孔、安装锚杆为一体 , 并具有储存锚杆杆体的锚杆仓芬蘭则生产具有树脂注射系统的钻车式锚杆机 ,使钻孔、安装锚杆杆体、注入粘接剂全由机械完成 ,机械化程度颇高。澳大利亚气动支腿式锚杆鑽机主要有柱塞马达与齿轮马达式 2 种 , 采用玻璃钢碳素纤维支腿 , 能以矿物油和难燃液为工作液 ,回转机构由摆线液压式钻机马达驱动 , 有的产品采用玻璃钢碳素纤维支腿使机重减轻 国外应用较为普遍的单体锚杆钻机主要有风动和液压式钻机锚杆钻机两种。风动锚杆钻机有 瑞典 00型澳大利亚的克莱姆公司 明克公司 液压式钻机锚杆钻机有澳大利亚 国 别是澳大利亚在风动锚杆钻机方面有着较为先进的技术和产品，其特點是重量轻、扭矩大、噪音低、耗气量小、机身矮等新型锚机组的出现也只有 项锚杆支护技术在国外越来越受到重视，无论是房柱式开采还是长壁式开采，都采用性能优良、技术先进、操作维修方便、应用范围广的锚杆钻机与采掘设备配套的锚机组大庆石油学院本科苼毕业设计（论文） 3 如乔伊公司生产的 1412鲍拉特公司的 艾道公司的 50 综观国 外 锚 杆 钻 机 设备的发 展 历 程， 国 外 锚 杆 钻 机 的发 展始 终 与 锚 杆 支护悝论 不 断 完善与 发 展 紧 密相 联 、相互依存、 相互促 进 同 时 ， 国 外 锚 杆 钻 机的研究不 断 采用新材料、新 工艺 并 紧 密 结合国 情 ， 开发的 每┅代 产 品都能代表 当时 的世界 领先 水平 国 外 锚 杆 钻 机 的发 展 趋势 ，一方面不 断 完善 现 已普遍使用的 单 体锚 杆 钻 机使其更可靠，更 适应現场 需要；另一方面不 断 加 紧对掘锚一 体化快速掘 进装备 的研究目前已 经 推 广 使用了多款快速 掘锚装备 。 国 外 锚 杆 钻 机的研究与 开发将會从这两个 方 面 开 展而且后者 为今后发 展重 点 [1]。 内锚杆钻机的使用状况 国内锚杆钻机的研制经历了 30多年的历程 ,曾先后研制出机械支腿式電动锚杆钻机、钻车式锚杆钻机、支腿与导轨式液压式钻机锚杆钻机、支腿式气动锚杆钻机、非机械传动支腿式电动锚杆钻机等 ,目前已形荿液压式钻机式、电动式、气动式 3大系列到目前为止 ,我国已开发了 30多种型号和不同类型的锚杆钻机 ,但能够适于井下使用且可靠性较好的呮有 3～ 4种产品。由于电动锚杆钻机扭矩特性不好 ,有的产品过载能力不到额定值的 2倍 ,不能满足锚杆孔钻进时需克服相当于额定扭矩 左右 的阻仂矩的要求 ,产品固有可靠性不高 ,且与之配套的支腿都不是很理想 ,因此电动锚杆钻机尚未正式在井下成批使用目前煤矿锚杆钻机多为回转式 ,为配合推广小直径树脂锚杆 ,钻头采用 2729其结构类型多为两翼对称、两翼不对称和两翼连筋式 ,可供钻进不同性质岩石时选用。钻杆由 22 少数 六角中空钢加工现在国内使用锚杆钻机的主流是气动式和液压式钻机式 ,两者各有所长 ,各有所短。我们以山东兖煤制造的 0型气动锚杆机和同煤集团佳腾厂生产的对现使用的锚杆钻机使用 状况进行分析 0 型气动锚杆机由支腿、控制组件和动力组件 3 大部分构成。该机以压缩空气为動力压缩空气通过马达控制阀进入马达 ,驱动马达齿轮旋转 ,经过两级减速齿轮 ,减速后驱动钻机主轴旋转 ,调节操纵扳手的角度 ,可改变主轴的轉速 ,随之驱动钻杆工作。当打开支腿控制阀 ,压缩空气经快速排气阀进入支腿气缸 ,从而使气缸体逐渐伸出 ,推动马达上升 ,进行钻进工作改变操纵旋转钮角度 ,可改变支腿伸出速度。当打开水阀时 ,压力水通过集成块水套进入钻杆、钻头进而冲洗孔内的钻屑改变操纵旋钮旋转角度 ,即能调节冲洗水能量的大小。 该型号锚杆钻机集钻孔、搅拌、安装锚杆于一身 ,实行螺母一次性扭紧 , 达到初锚预紧力要求 , 是顶板硬度 f≤ 8 的各種岩巷、煤巷、半煤巷进行锚护作业的理想工具该机结构紧凑、操作简单、维护方便、适应性强 ,且体积小、重量轻、推力大、运转稳定、可靠性好。 00 型液压式钻机锚杆钻机由主机和液压式钻机泵站两大部件组成主机主要由旋转机头、三级伸大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 4 缩油缸、支腿操纵臂组成。泵站由油箱、滑橇、防爆电机、齿轮泵、操纵控制元件、压力表、液位计及管路附件等组成另外 ,主機配有供水系统 ,用中压专用胶管供水 ,用以冷却钻头、冲洗和防尘 ,实现 湿式钻孔。该机通过泵站输出的压力油 , 经过油管送至主机 ,以实现钻机支撑定位和钻进锚杆孔该型号锚杆钻机适用于煤矿顶板硬度 f 10 的各种岩巷、煤巷、半煤巷进行锚护作业时钻凿锚杆孔和安装锚杆。该机的特点体现在以下几方面 先进的马达设计使该机转矩大、效率高 ;噪音小、重量轻 , 有效改善了作业环境 ,降低了劳动强度 ;先进的回转和支腿部件使该机可靠性和使用寿命提高 ; 液压式钻机系统中马达和支腿采用串联 ,并采用旁路节流系统 ,合理利用能量 ,系统使用效率得到提高 ;采用可收缩支架 ,定位好 ,安全性好针对煤矿经济状况与煤岩、半煤岩 巷道的具体特点 ,单体回转式锚杆钻机是一个时期内产品生产与开发的主流。从目湔技术现状看 ,在具有压缩空气源的条件下 ,气动锚杆钻机仍为首选产品但是实践中发现 , 由于煤矿井下压缩空气系统的输送管道距离长 ,工作媔气体工作压力偏低 , 常常在 使钻机性能与钻进速度下降 30以上 对应 ,影响锚杆孔钻进的效果 , 特别是在坚硬岩石与深孔作业条件下 ,钻进作业更加困难。此外 ,噪声偏大 ,虽然小于 94 离职业健康安全管理要求还有距离液压式钻机回转式锚杆钻机因其工作压力高、扭矩大、动力系统 可不受外界影响 ,在一些场合下是合理的机型。液压式钻机锚杆钻机输出的扭矩高于气动锚杆钻机 ,能够达到 140别在坚硬岩石作业条件下尤为明显此外 ,液压式钻机锚杆钻机与掘进机配套是较优越的工作方式之一。但是 ,该种钻机液压式钻机系统温升过高 ,连续运转 25℃ 以上 ,性能急剧下降而苴过高的温度易使工作液变质 , 密封件容易早期失效。同时 ,由于以矿物油为工作介质 ,在煤矿井下使用存在一定安全隐患钻头是回转式锚杆孔钻进设备的重要钻具 ,钻头型式与国产硬质合金片的性能 ,影响钻头的应用范围。目前 ,普通硬质合金的岩石钻头主要适 用于页岩、砂页岩及蔀分砂岩 磨蚀性不高的砂岩 ,寿命为 30于常规钻头价格 50的国产优质合金钻头 ,可以钻进抗压强度 6080中等磨蚀性岩石 , 寿命可达 25m～ 30m然而 ,相当多的生产廠家因受经济利益驱动 ,不按标准要求组织生产 ,硬质合金质量低劣 ,工艺技术不高 ,产品寿命只有 10m～ 20m, 甚至是 5m～ 10m。 国锚杆钻孔设备存在的主要问题 目前 锚 杆 钻 机 实际 利用率不高的主要原因是 产 品本身的可靠 性问题， 但使用 问题 也不容忽 视 锚 杆 钻 机 产 品可靠性不高主要 来自产 品 设計 不成熟与加工 质量不高。有些 产 品的生 产过 程 无 可靠的 质 量保 证 体系元部件 质 量 无 法保 证 ，又没 有必要的 检测 手段 产 品性能与 质 量 無 法控制，自然影 响产品质 量 锚 杆 钻 机的科 学 使用 问题 未能引起足 够 的重 视 。 这 里既有制造厂家的 问题， 又有煤 矿 使大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 5 用 单 位的 问题 加 强设备 的科 学 使用与 维 修工作的管理，是 锚 杆 钻 机充分 发挥 作用的重要保 证 探装备“三化”的問题 目前我 国钻 探机械 装备 的 标 准化、系列化、通用化程度不高，系列 产 品少 同档 次 产 品多； 优质 高效 产 品少，低技 术含 量 产 品多；行 業 布局不合理重复生产 比 较严 重；深孔及大型 设备少 ，中、小型普通 设备 多；市 场 急需的 设备 生 产 周期长 使用 单 位不得不花大量外 汇從国 外 进 口； 钻 机性能 难 以 满 足多种 钻进工艺发 展的需要；整机 传动 的液 压 化程度和水平 远 低于 国 外同 类 型 设备 ； 设备 的控制系 统、运 行囷工 况 的 监测 系 统十 分落后， 钻进参数监测仪 表不 够 完善； 钻 掘 设备的 装载 型式落后 难 于 适应 施工的要求 [2]。 头的适用性 钻头 是回 转 式 锚 杆孔 钻进设备 的重要 钻 具 钻头 形式与 国产 硬 质 合金片的性能影 响钻头 的 应 用范 围 。目前普通硬 质 合金的岩石 钻头 主要适用于 页 岩、 砂 頁岩 及部分砂岩（磨 蚀 性不高的砂岩）， 寿命为 30于常 规钻头 价格 50％的国产优质 合金 钻头 可 以钻进 抗 压强 度 6080 性岩石， 寿命 可达 25m～ 30m然而，甴于种种原因 国产钻头 的 质 量大部分不合格。 杆锚固力 锚 杆与 围 岩的相互作用十分复 杂 在 实际应 用中，多以抗拉拔力 为锚 固力这 是鈈确切的。 锚 杆 静 止在 围 岩中 处 于自平衡 状态 ，依据 锚 杆失效破坏的特 点 将 此种 锚 杆的 锚 固力划分 为 托板 锚 固力、 挤胀锚 固力、抗拉拔 锚 固力和抗剪切 锚固力（ 简称托锚 力 、胀锚 力、 锚 拉力和剪 锚 力）， 托锚 力和 锚 拉力 为轴 向 锚 固力胀锚 力 为径向锚 固力。 托锚 力托板阻止 围 岩向巷道 内 位 移 对围 岩施加巷道 径向支护 力， 这种来源于托板使 围岩稳 定的力 称为托锚 力 胀锚 力柔性注 压锚 杆通 过内 注 压力 （ 氣压 或液 压 ）的作用， 对围 岩（ 锚 孔）施加 正压力来 抑制 围 岩 变形 产 生 对围 岩“ 挤压 加固”的效 应 ， 对稳 定 围 岩 起着重要作用此种力 稱为胀锚 力。 锚 拉力 锚 杆与 锚 孔 间 由 锚 杆 对锚 孔施加 正压力产 生的摩 檫力 锚 杆用 来 抵抗抗拉拔的力， 称为锚 拉力 剪 锚 力 围 岩的 变形多 昰 从 岩体中的弱面 开始 的，在 围压 的作用下 围 岩 沿着 弱面滑 动 或 张开 ，最 终导 致巷道 断 面的收 缩 由于 锚 杆体 贯 穿弱面，它限制 围岩沿弱面的滑 动 和 张开 这 种限制力 称为剪锚 力 。 尽 管杆体所能提供的剪 锚 力同大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 6 弱面的 强 度相比 较 小泹剪 锚 力的存在可使弱面不致因某 个 薄弱 环节 的突然破坏而影 响原 有承 载 力 的发挥 ，同 时锚 杆的凹凸、 错 位、受剪切等 为锚 杆提供了 额外的 锚 拉力。 致锚固失效的主要原因 （ 1）钢材的松弛和岩体的徐变 使用了性能不 稳 定、易松弛 的钢 材；在高 应 力 状态下 使用了普通 钢 材洇受锚 杆荷 载 的 长期 作用，岩 体发 生徐 变 引起 应 力 变 化岩体徐 变 可分 为 以 下几种形式 ① 坚 硬完整的岩体 该类 岩体受 载 荷后只在局部 产 生微小的徐 变 ， 对应 力的影 响可 以忽略不 计 ② 构造复 杂的 岩体构造或 结 构复 杂 的 岩体受 载 荷 后发 生徐 变 ，引起 应 力 变化岩体的 稳 定性也受到影 响 。 ③ 软 弱及膨 胀 性岩体 该类 岩体很容易 发 生徐 变 （ 有文 献称这 种情 况为 流 变 ） 并 将导 致 应 力改 变。 （ 2）外在影响因素的变化 地震、地下水位的 变 化、爆破等因素的影 响均可 成 为 引起 锚 固失效的重要原因 [9] 杆钻机的发展方向 锚杆钻机不是一成不变的 ,它必然按一定规律向前发展。分析相关信息 总结实践经验 ,才能注意到煤矿锚杆钻机发展的基本趋向 ,并有利于锚杆支护技术的不断成熟。 从国外近些年来鑿岩（穿孔）设备的发展看有几个趋势是很明显的，一是设备还在向 大型化发展 ;二是地下凿岩的液压式钻机化已成定局 ;三是设备将走向洎动化和智能化；四是凿岩（穿孔）设备还将不断提高其维修性和可靠性；五是在大型的牙轮钻机上将采用静态交流电机驱动变频调速 楿当一段时期内 , 气动、液压式钻机单体回转式锚杆钻机仍是锚杆钻孔设备的主流。 综观国外锚杆钻机发展历程以及国内多方面实践 ,针对煤礦经济状况与煤岩、半煤岩巷道的具体特点 ,单体回转式锚杆钻机是一个时期内产品生产与开发的主流从目前技术现状看 ,在具有压缩空气源的条件下 ,气动回转式锚杆钻机仍为首选产品。但是 ,如何解决压缩空气工作压力 不足的问题会逐渐引起人们的重视合理选择压缩空气管網系统 ,正确确定空压机及其动力系统的技术参数 , 开发新型的提高压缩空气压力的机械设备 ,将成为进一步发挥气动锚杆钻机作用的关键。液夶庆石油学院本科生毕业设计（论文） 7 压回转式锚杆钻机因其工作压力高、扭矩大、动力系统可不受外界影响 ,在一些场合下是合理的机型一个时期内 ,液压式钻机锚杆钻机主要用于与掘进机配套 ,共用其液压式钻机泵站。由于液压式钻机锚杆钻机使用量的增加 ,矿物油介质的安铨性问题会日益突出 ,开发难燃液锚杆钻机的问题将适时提到日程上来电动锚杆钻机的动力单一 , 是今后锚杆钻机的首选机型但因目前技术沝平所限 , 其支腿配套方式、扭矩 - 转速硬特性和电机防水耐潮性能差等 ,都不利于其更快地向前发展。在一定时期内 , 电动锚杆钻机产品仍会以“技术攻关”为基本特征今后回转式锚杆钻机的发展前途 ,将是如何扩大钻进岩石的范围 ,提高产品可靠性与减轻机重。 究锚杆钻机扭矩与妀革钻头是发展回转式锚杆孔钻进设备的关键 回转式锚杆孔钻进方式有其一定的优越性 ,但若更加广泛地应用 ,必须首先从提高扭矩入手 ,配鉯适合的钻头 ,适应钻进具有较高磨蚀性的岩石。提高钻头的寿命 ,离不开高新技术 , 要尽量采用新材料和新工艺 , 特别是经济有效的 表面强化技術国外曾试验研究高压水细射流技术和小孔径金刚石钻进技术 ,目前尚未正式用于锚杆孔钻进。硬质合金仍是锚杆孔钻进的主要钻具材料采用高新技术 , 改进硬质合金片的性能 ,同时研究合理的钻头结构参数 ,仍是小直径回转式岩石钻头的主攻方向。 新技术的发展有益于锚杆孔鑽进技术的变革 几十年来 ,锚杆孔钻进设备技术水平已有了一定的提高。随着知识经济的发展 ,锚杆钻机及其配套钻具会逐渐有所变革 ,预计茬以下方面会引起产品的重大变化 1结构参数的优化以及高科技新材料的应用 ,使单体锚杆钻机性能提高、重量减 轻。采用了高新技术的岩石钻头将使回转式钻进方式扩大应用范围 2高科技微电子技术在不同动力、不同类型锚杆钻机上的应用 , 可能会使锚杆钻机发生某些根本性嘚变革 ,例如改变钻机特性、改善操作性能、提高可靠性等。国外 现正在 探讨研究计算机控制的锚杆孔钻进与锚杆安装的综合性自动化设备 章小结 本章介绍 了锚杆支护技术及实现锚杆支护技术的重要设备是 锚杆钻机， 国外锚杆钻机的品种与功能 , 技术性能和特点国内 锚杆钻嘚发展现状， 到目前为止 , 已开发了 30 多种型号和不同类型的锚杆钻机及具体介绍 另外还介绍了锚杆钻 机的发展方向 。 高科技与锚杆钻机的結合 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 8 第 2 章 锚杆钻机结构设计 杆钻机各类型及分析 从结构型式上，锚杆钻机可以分成台车型、机载型和单体型三大类 图 2定 式 图 2 载 式 图 2带 式 图 2道式 体锚杆钻机 目前在巷道锚杆支护中，大量采用的是单体锚杆钻机它具有结构简单、使用方便、移动灵活、适合手工操作等优点。从机型结 构上分单体锚杆钻机可分为 持式和支腿式三种。 架柱式锚杆钻机机身固定在巷道顶、底板与侧帮之间由推力装置将钻机沿导轨推进，实现钻孔这种架柱式锚杆钻机整机重量较手持式锚杆钻机和支腿式锚杆钻机大，操作鈈方便如国内 外美国 司生产的液压式钻机钻机等。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 9 支腿式 手扶 锚杆钻机是目前煤矿中锚杆钻机应鼡的主流这种钻机使用的灵活性优于架柱式，按动力上进行分有电动、液压式钻机和气动三种型式 手持式锚杆钻机与支腿式不同，它沒有推进系统适于煤巷侧壁的使用，如 澳大利亚 司、眼镜 王蛇公司生产的帮锚杆钻机国内煤科总院研制的 0型 锚杆钻机 . 电动锚杆钻机的囙转钻削直接由电动机驱动，不需要二次能量转换设备效率高。但受电机重量的限制一般输出功率较小 2支腿的推进需要采用另外动力源，且电机容易受潮故障率高，同时也不很安全故目前实际应用较少 . 液压式钻机支腿式锚杆钻机带有分体的专用液压式钻机站，由它提供的动力液驱动回转切削用的液压式钻机马达和推进用的液压式钻机油缸操作系统通过液压式钻机阀组实现对转速、扭矩和推进力的控制，这种钻机输出功率大但主机重量较重，效率较低维修相对困难。 气动锚杆钻 机是目前国内外大力发展的一种机型应用前景非瑺广泛．最初，井下曾使用气动凿岩机来钻凿锚杆孔但由于打顶眼困难、钻孔质量差、钻进速度低、劳动强度大，因而专用的气动锚杆鑽机便受到人们 的重视 . 载台车型锚杆钻机 由于台车型锚杆钻机 亦称锚杆钻车 和机载锚杆钻机具有功率大、钻孔能力强、功能齐全、适应范圍广、可自带动力、操作安全等优点所以在国外应用较多，但这两类锚杆钻机操作复杂维护成本高，一次投资成本也大因而在国内使用较少。但 瑞典 兰 洲国 家的公司仍然在台 车 型 锚 杆 钻 机方面具有 竞争实 力，其中 型 锚 杆 钻 机的 产 品 销量 占全世界台 车 型 锚 杆 钻 机 总 量嘚 65以上机 载锚 杆 钻 机主要是作 为 煤巷掘 进 机的配套机具，早期的机 载锚 杆 钻 机只是简单 的在煤巷掘 进 机上附加一 个 或 两个钻 臂 虽然 能 夠实施钻锚 杆孔，但是由 于辅 助油管很多而且 经 常混在一起， 钻 机与煤巷掘 进 机 间 工作 时干 涉 较 多造成每成形 1个锚 杆 孔辅 助用 时长 ， 從 而影 响 了巷道的掘 进进尺 目前，以 表的新一代机 载锚 杆 钻 机的 开发 使用受到 了现场的欢 迎，该 机 设计时从总 体上考 虑了 掘 进 机和 锚 杆 钻 机的工作 状况 将两 者有机的 结合在一 起，避免了相互干涉的 问题且 油管的相 对 移 动较少 ， 隐 蔽性好另外它具有紧 跟迎 头 作 业 、速度快等优 点 。新型 锚 机 组的 出 现虽然 只有 10多年但 这 种一体化的 锚 杆 支护 技 术 在 国 外越 来 越受到重 视，发 展也很快常采用性能优良、技 术先 进 、操作 维 修方便 、应 用范 围广 的 锚 杆 钻 机与采掘 设备 配套的 锚 机 组 。如 乔 伊公司生 产 的 14锚 固机 组 、 12 固机 组 、 鲍拉特 公司的 锚 固机 組 、郎艾道公司的 杆 钻车 等班工作效率已 达 120 本次设计的是台车型锚杆钻机 [10] 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 10 杆钻机具体机构设计 辐機构种类及工作原理 1- 自动装卸锚杆装置； 2- 主梁上下移动装置； 3- 回转装置； 4- 变幅液压式钻机油缸； 5- 主梁；6- 主梁移动液压式钻机油缸； 7- 动臂； 8- 起架液压式钻机油缸； 9- 伸缩臂； 10- 回转架； 11- 左右调节液压式钻机油缸变幅 图 2幅机构图 此变幅机构由起架液压式钻机油缸 8动作，使动臂 7、伸缩臂 9（伸缩臂由液压式钻机油缸控制其动作以满足作业要求）达到预定状态；变辐液压式钻机油缸 4 动作使主梁 5 和自动装卸锚杆 装置 1达到竖矗状态；其中液压式钻机油缸 4 动作，通过回转架 10使主梁 5和自动装卸锚杆装置 1同时在垂直平面内摆动一定的角度主梁上下移动装置 2，这种結构可通过主梁上下移动油缸 6 调节主梁在运输和起架时的位置使整机的受力状态达到最佳效果。虽然此变幅机构使整机的高度增大但通过调节不影响各工况的作业要求 。 图 2变辐机构由液压式钻机油缸 2个 ,矩形伸缩臂组成 ,伸缩式变辐机构有内伸缩外伸缩之分 ,均有圆柱和矩形結构形式 ,靠近底座的液压式钻机油缸动作使伸缩臂上下摆动从而调整立柱高度 ,伸缩臂末端液压式钻机油缸动作从而调整立柱与伸缩臂的 夹角 , 可快速准确找到钻孔位置 控制方便 ,动作灵活 图 2变辐机构由三个液压式钻机缸，两个回转装置组成臂右侧液压式钻机缸动作可以调整竝柱与底座的夹角，左侧的液压式钻机缸动作可以调整立柱与车身的距离使钻孔位置更精确．另外采用两个回转装置大大的避免了整个機身的旋转，行走移动实现了节能 、 省时 、 方便的设想 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 11 图 2缩式 图 2体式 图 2臂及两个液压式钻机缸组荿 ,大臂下面的液压式钻机缸动作 可以控制变辐机构与地面的夹角从而粗略控制钻孔位置 从而精确控制钻孔位置 立柱外面的矩形罩可以防噪喑，防污染对工人的工作环境起到了很好的保护作用． 图 2上面液压式钻机缸和立柱旁的液压式钻机缸协同动作使臂旋转调整立柱与臂的角度，靠近底座的液压式钻机缸动作可以改变臂与地面夹角近而控制立柱的高度使得精确快速钻孔。 . 图 2叠式 图 2合式 大庆石油学院本科生畢业设计（论文） 12 图 2叠式 以上两个变辐机构均由三个液压式钻机缸及大臂小臂组成靠近底座的液压式钻机缸动作带动中间的液压式钻机 缸工作，进而调整立柱与机身的距离最外侧液压式钻机缸动作调整立柱与机身的夹角，其动作灵活变辐的范围大 本次设计中采用矩形伸缩式变辐机构。 带的种类及工作原 理 履 带 是由主动轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环履带由履带板和履带銷等组成 。履带销将各履带板连接起来构成履带链环履带板的两端有孔，与主动轮啮合中部有诱导齿，用来规正履带并防止坦克转姠或侧倾行驶时履带脱落，在与地面接触的一面有加强防滑筋（简称花纹）以提高履带板的坚固性和履带与地面的附着力。 主动轮是个主动件它由轮毂、齿圈、带齿垫圈、锥齿杯、固定螺帽和止动螺栓组成。它通过齿轮和履带啮合将侧减速器传来的动力传给履带而使坦克运动。 诱导轮是从动轮用 来诱导和支撑履带，并与履带调整器一起调整履带的松紧程度它由轮毂、轮盘、滚珠轴承、轮轴盖、固萣螺帽、双排滚珠轴承、支撑杯和回绕挡油盖等组成。托带轮主要用来托着上支履带没有这种托带轮，履带就会发生撞击托带轮轴的┅端，牢固地固定在车体上由于托带轮直径比负重轮小，其轴承的转速却高得多然而它只支撑上支履带，即履带重量的 1/3以减少履带嘚振荡。 履带调整器用来调整履带的松紧度它由支架、曲臂、轴套、蜗轮、蜗杆、螺杆、摩檫片和衬套等组成。履带的张紧程度对坦克荇驶和履带寿命有较大影响履带过紧或过松都不好。 不同的使用环境要求履带有着不同的松紧度如在坚硬路面上行驶，应将履带张得緊些；在沙漠地区行驶则应将履带张得松些另外，随着履带销和销耳孔磨损的增加履带也会变松。为了保持履带的适当张紧度需要鼡履带调整器来调节履带的松紧。这是借助履带调整器改变诱导轮相对于主大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 13 动轮的距离来改变履带嘚张紧度履带调整器使诱导轮向后摆动到某一位置，诱导轮就远离主动轮于是履带被张紧；履带调整器使诱导轮向前摆动到某一位置，履带就变得松些 负重轮用来承受坦克的重量和规正履带。它由轮毂、轮盘、胶带、滚珠轴承、轮轴盖、固定螺母、回绕 挡油盖等组成负重轮数量多，可使每个轮子所承担的重量小对地面的压力分布均匀，有利于提高坦克的通行性能 当发动机的动力传到主动轮上时，主动轮按顺时针方向拨动履带于是接地履带和地面之间生产了相互作用力。根据力的作用与反作用原理履带沿水平方向给地面一个莋用力，而地面给履带一个反作用力这个反作用力使坦克运动，称为坦克的牵引力 由此看来， 履带地盘的机器 能否运动主要受到两個条件的限制；一是动力条件，二是地面条件动力条件就是指发动机提供给坦克通过地面所必须的力量，没有这个力量主动轮就转不動。地面 条件则是指主动轮传给履带的力必须由地面提供一个反作用力（即使 履带地盘的机器 运动的牵引力）才能实现。当牵引力和行駛阻力相等时 其 就作等速运动；当牵引力大于行驶阻力时， 其 就加速行驶；当牵引力小于行驶阻力时 其 则减速行驶。 发动机的动力不斷地由主动轮传出来主动轮就不断地拨动履带卷绕运动。于是 机器 在推进过程中一方面从诱导轮卷下去的履带被铺在地上，并压在前進滚动的负重轮下面；另一方面则把最后一个负重轮滚过的履带由主动轮卷上来如此周而复始，形成了一条 其 自行铺设的轨道而且是┅条 履带地盘的机器 跑到哪里就铺到那里的 “ 无限轨道 ” 。 其 在前进或后退时两条履带就不断地向前或朝后运动，像是 “ 自带的路 ” [3] 圖 2胎式锚杆钻机底座 图 2带式锚杆钻机底座 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 14 图 2带底座 图 2带底座 图 2带底座是用在起重机上的，其载重大運动平稳． 图 2比之下其结构简单载重小。履 带 式行走 装 置比 轮 胎的接地面 积 大接地比 压 小，履 带 所支 撑 的全机重量都是附 着 重量而苴在履 带 的支 撑 面上大多制有履刺，可以深入 土内 抓地能力 强 ，因此比轮 胎式行走 装 置的附 着牵引 性能和通 过 性能都好得多 这 种性能茬履 带 行使于松软 地 面时 尤其 显著 。由于本机 经 常在野外或道路凸凹不平的地方作 业 因此底 盘选 取接地比 压 小 、适应性强 的液 压驱动履帶 式底 盘， 其 结 构与 图 2 本次设计采用图 2 3 推进机构的种类及工作原理 钻 机的推 进 机构是体 现钻 机重量和 强 度 的关键 部件，也是 钻 机 实现其鑽 孔功能的最主要部件通常也 称 作立柱。立柱一般由 动 力 头 、 夹 持器、行走机构 组 成有 的还装 有卸扣器、除 尘 罩、自 动换锚 杆 装 置等。 行走机构有 1液压式钻机推进行走机构是靠液压式钻机缸的推力推动动力头从而达到推进的作用 。如图 22马达 种 推进行走机构是 由 马达提供旋转动力 带动齿轮在链上转动行走， 从 而实现推进功能 如图 23马达 马达提供旋转动力带动齿轮在齿条上转动行走，从而实现推进功能 [4] 如图 2大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 15 图 2压缸 图 2达 2达 图 2达 本次设计采用马达 动力机构采用的结构如 2力机构的种类及原理 1 马达的选择 馬达 可分为气马达，油马达液压式钻机马达，液压式钻机马达是 将输入的压力能转换成机械能以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压式钻机传动系统的执行元件 是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲向容积式泵中输入压力油，使其轴转动就成为液压式钻机马达。常见的液压式钻机马达有齿轮式叶片式和柱塞式等几种主要形式；从转矩、转速范围分，有高速马达和低速大扭矩马達 2）液压式钻机马达的工作特点 ① 在一般工作条件下，液压式钻机马达的进、出口压力都高于大气压因此不存在液压式钻机泵那样的吸入性能问题，但是如果液压式钻机马达可能在泵工况下工作，它的进油口应有最低压力限制以免产生汽浊。 ② 马达应能正、反运转 因此，就要求液压式钻机马达在设计时具有结构上的对称性 ③ 液压式钻机马达的实际工作压差取决与负载力矩的大小，当被驱动负载嘚转动惯量 大 、转速高并要求急速制动或反转时会产生较高的液压式钻机冲击，为此应在系统中设置必要的安全阀、缓冲阀。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 16 ④ 由于内部泄露不可避免因此将马达的排油口关闭而进行制动，仍会有缓慢的滑转所以，需要长时间精确制动时应另行设置滑转的制动器。 ⑤ 某些形式的液压式钻机马达必须在回油口具有足够的背压才能保证正常工作并且转速越高所需背压也越大，背压的增高油源的压力利用率低系统的损失大 [5]。 本次设计中采用液 压 马 达 动换锚杆系统 杆 处 理始 终 是 钻进 工作中最繁偅、最危 险 的工作，因 为钻 杆的重量 较 重而且一般都是采用手 工装 卸。相反 这 种自 动 的 钻 杆 处 理系 统 是一种全液 压钻 杆自动装 拆系 统 ，它免除了所有的手工作 业 因而 减轻了劳动强 度，避免了意外事故的发 生并且可 节约 相 当 多的非生 产时间 [6]。 自 动钻 杆 处 理系 统 包括三 個 基 本的组 成部分 钻 杆 贮 存架、操作臂和 夹 持卸扣器 钻 杆存放在 钻 杆架 内 ， 钻 杆 处 理由操作臂和 夹 持卸扣器完成首先 夹 持器将钻 杆卡住，卸扣 器拧开钻 杆 接头处 的螺 纹 动 力 头反转至脱 离 钻 杆，然后上升到 钻 杆 贮 存架上 方 这时 操作臂 动 作 将贮 存架旋至 动 力 头 下方，使缺口 处 的 钻 杆正 对动 力 头 的回 转 中心 动 力 头 下放并旋 紧 下一根 钻 杆，然后提升 钻 杆到一定高度操 纵 臂旋回初始位置， 动 力 头 下行完成 鑽 杆的 对接 夹 持卸扣器松 开 ， 接钻杆完 毕 便可 继续进 行 钻进 作 业 。整 个过 程都不需要任何直接的人工辅助而是由 钻 机的操作者 来 完荿。 钻进 工作 结 束 时 与上述 过 程相反， 便可将钻杆从钻 杆柱上卸下并存放到 钻 杆 贮 存架 内 [6]。 6 消声器的种类及原理 噪声是众所周知的公害之一它损害人的听觉 ,影响人的健康和工作 ,严重时还会造成各种意外事故。所以噪 声问题已日益引起重视并把它作为改善劳动条件和保護环境的重要内容之一使用消声器消除噪声的主要措施是吸声。吸声使用吸声材料 ,如玻璃棉、矿渣棉等装饰在容器的内壁 ,或敷设在管道嘚内壁上 ,将噪声吸收一部分 ,从而达到降低噪声的目的本产品使用的阻性消声器是利用在气流通道内表面的多孔吸声材料来吸收声能。其結构简单 ,能在较宽的高频范围内消声 ,特别是对刺耳的高频声波有突出的消声作用 ,但对低频的消声效果较差 7 排渣机构的原理 机载干式除尘技术是四臂锚杆钻车的关键技术之一。它不仅关系到钻机的工作效率而且对井下操作 工人的环境安全具有很大影响。为此提出了真空彡级干式除尘的思路，即采用于式机械除尘机构在设备上搭载三级串联除华器，在真窄泵产生的负压作用下 粉尘在流动的过程中，在偅力等外力作用下通过多大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 17 级分离、落尘、过滤等形式使钻 孔 所产生的粉尘落在固定的容器中，从洏达到除尘效果第一级采用旋流式除伞机理，大粒径粉尘在负压作用下从切线方向水平进入旋流器，高速旋转的粉尘在重力作用下姠下排出，实现第一级粉尘分离第二级除尘采用变径落尘方式实现，设计专用的除尘箱体在负压作用下，经第一级旋流除尘后的细小粉尘进人箱体通过 2次 上下变换路径，使得粉尘流速发生变化在重力作用下，较大粒径粉尘再次降落储存起来最后一级除尘采用滤 芯過滤方式实现，通过滤芯后的最后粉尘通过消音器直接排出空气中过滤后可呼吸性粉尘密度小于 1． 5 形式如图 2 a b 图 2尘箱 8 控制机构的种类 控制機构的形式如图 2a b 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 18 c d 图 2制机构 图 2a）（ b）驾驶室控制形式造价高，安全（ c）（ d）造价低，视野开阔控 淛方便。 在本次设计中采用驾驶室这样可保证工人的工作环境和安全 [7]。 机的工作原理 本次 设计 的 锚 杆 钻 机采用 冲击 旋 转 式 钻进 较 普通嘚 锚 杆 钻 机增加了一套 冲击 机构。 冲击 机 构有液 动冲击 器和 风动冲击 器它 们 也各有特 点 。液 动冲击 器具有 结 构 简单 易 损 件少， 冲击 器鈈受孔 内围压 、介 质 密度、 温 度等的影 响 钻 具系 统 工作平 稳 等特 点 [2]。 风动冲击 器工作 时单 次 冲击 功瞬 间 可 产 生极大的作用力既可用于 軟层冲击挤 密不排土 钻进 ，又可用于非 开 挖 铺 管的夯管技 术 因 设计 力求 结 构 简单 、安全可靠、 连续 工作 时间长 等目的，所以 选择 了液 压沖击 器而 风动冲击 器 虽然 瞬 间冲击 功大，但 风动将导 致 较 大的噪 声 考 虑其对工 作人 员 及其周 边环 境的影 响 ，故不予采用同 时这 种 设計 也使得整 个锚 杆 钻 机 传动稳 定、效率高 、适应性强 ， 这 些都是 我们 所 追求的本次设计的锚杆钻机整机结构图如图2 击旋转式钻进原理 冲擊 旋 转 式 锚 杆 钻 机是在旋 转 式 锚 杆 钻 机 结 构基 础 上增加一套 冲击 机构。 钻头钻 杆的旋 转 是由 动 力机 构经过齿轮传动 机构 实现 的 冲击 机构昰在 冲击锤 的往复 运动 中 实现冲击 功能的。 钻进时 钻头 在 钻 杆的 带动 下做回 转运动 ，而冲击 锤在 循 环 介 质 （ 压缩 空气或水）的推 动 下 對 孔底岩石 进 行 冲击 破碎。 这样 在 钻头上存在的旋 转方向 上的旋 转 力和 轴 心方向上 的静压力 及 冲击 力 联 合作用使岩石大庆石油学院本科苼毕业设计（论文） 19 在破碎 时 ， 内 部裂隙得到 扩张 在裂隙尖角出 现应 力集中，同 时 在高 频 的 冲击 力作用下 应 力波在岩石 内 部 还来 不及 擴 散，并出 现应 力集中 这两 种情 况 的出 现 ，使岩石 强 度大大降低并 随着 旋 转 力的作用，出 现 大 块 大 块 的崩落 现 象破碎效果非常明 显 [8]。 图 2机装配图 击旋转钻进的优点 进 效率高 由于 单 次 冲击 能量 较 大岩石破碎更主要的以体 积 破碎形式出 现 ，排渣速度高孔底干 净 ， 无 重複破 碎现 象生 产实践证 明， 冲击 旋 转钻进 效率比普通金 刚石 回 转钻进 提高了 3～ 5倍 [4] 具 转 速低 由于钻具转速低， 减 少了 钻 具与孔壁的碰撞機 会 同 时冲击 器高 频对 孔 底冲击 ， 减 小了 对 破 碎或倾 斜地 层的 影 响 从 而保 证 了 钻 孔的平直度，提高了 钻 孔 质量而且也不易出 现 孔壁坍塌等事故。 压 和扭矩小 由于 钻压 低 不仅 改善了 钻 杆的受力 状况 ，而且回 转 扭矩也十分小 对设备大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 20 能力要求不高。 这样 可以 减轻钻 机 设备 的 质 量使 该项 技 术应 用在大口 径 硬岩 钻进 、 边 坡抗滑加固 锚 杆孔 钻进 等 众 多 领 域。 有 较 好的防斜效果 因 钻压 低、 进尺 快 冲击 旋 转钻进 的孔斜一般情 况 下都可控制在 1O/100 效地提高了 钻头 的使用 寿命 由于 钻 速快，使得球 齿钻头 在孔底摩擦蕗 径缩 短 故钻头 磨 损减 小，提高了钻头 的使用 寿命 破坏含 水层 使用 冲击 旋 转钻进过 程中，由于孔 内没 有 静水 柱 压力 排粉速度快，孔 內 清洁 对 含 水层没 有堵塞和破坏作用，也可 应 用于水 井钻进 和排水孔的施工 [10] 章小结 本章主要介绍了锚杆钻机的种类及其分析 对比 ，锚杆钻机的各机构的种类及工作原理以及方案的确定． 采用了履带底盘，操作机构选择了驾驶室动力机构为液压式钻机马达，执行机构為液压式钻机缸 还采用了较为方便安全的自动换干装置，还选择了旋转切削机构除此之外， 还 简单 介绍一些锚杆钻机常见的问题及其產生原 因和分析 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 21 第 3 章 锚杆钻机的计算与分析 转支承的选型与计算 回转支承所承受的作用力包括总軸向力 总侧翻力矩 M，在力矩作用平面内的总径向力 果主机做提升动作则提升载荷应 乘以提升惯性系数 K（ K按静态工况下所承受的作用力选型并校核 安装螺栓强度，按动态工况下所承受的作用力校核寿命 本设计采用单排四点接触球式回转支承的计算 按静态工况选型 （ 1） 分别按承载角 α为 45°和 60°两种情况计算。 方法一 （α 60°） （ （ 3 M′ （ 3 方法二 （α 45°） （ （ 3 M′ （ 3 式中 回转支承当量中心轴向力， 104 N； M′ 回转支承当量側翻力矩 104 N· m; 回转支承静态工况下的安全系数 （ 2） 按动态工况校核寿命 方法一 （α 60°） （ （ 3 M′ （ 3 方法二 （α 45°） （ （ 3 M′ （ 3 式中 回转支承动態工况下安全系数。 本设计采用单排四点接触球式（ 01系列）回转支承； 选型（承载角 α 45°） （ 庆石油学院本科生毕业设计（论文） 22 M′ 以 D 821 776， 710 30 0， d 608 644，11 削 参数的计算 屑转速的计算 3式中 f 岩石的普氏 坚 固系 数 ，可取 为 84 d 钻 孔直 径 c 切削速度 常数 ， rp 800 ??c 分 别对应 最佳 转 速 区 的下限囷上限。 由于 我们总 是希望 锚 杆 钻 机在 钻 孔作 业以 最理想的方式 进 行因此 设计 中 计算 转 速 时 一般取最佳 转 速的上限作 为额 定 转 速，即 ?5050 根据工 况要 求取 f ＝ 7最大 钻 孔直 径 d 200入 这两个数 据得到切削 转速 1 ； 当钻 d 40 孔 时 ， 削转矩的计算 钻头钻 孔 时 ，岩石的破碎是在 两向载 荷的同 时 莋用下 进 行的 钻 刃钻 刃??削力学分析图 图 3削参考图 从图 3可以看到， 两向载 荷分 别 是推 进 力引起的垂直 钻进 方向的 载 荷 文） 23 和切削 转矩 引起的水平方向的 载 荷 U 它 们 的合力即 为 R 。 这 种情形与平面切削相似刀具的各主要 参数 及其在切 削时 的作用力如 图 3示。按照岩石破碎 学Φ的西松裕切削破碎模型 单 位刃 宽 上的力 1R 的表 达式为 s 1c ????? ???????? T Tb 式中 1R 单 位刃 宽 上的合力， N/ b? 岩石抗剪 强 度 这 里的b?，由岩石力 学 性 质 可知? 又 根 据 普 氏 系 数 f 与抗 压强 度关 系 0??故 h 切削厚度， ? 刀具前角根据 锚 杆 钻 机 钻头 的通用 设计 ，前角一般取 ?5??? ； ? 合力 R 与前刃面法 线夹 角 ?? ，其中 ? 为 刀具与岩 石之间 的磨擦系 数 取 ， 则 ? ＝ T? 岩石 内 磨擦角 类 似的， TT ? ? 其中 T? 为內 磨擦系 数 ，取1?T? 则 T? 45o； ? 应 力分布系 数 ，与刀具前刃角有 关 取 ? ??? ，根据 实际的刀具前角 数 值 这 里取 ? 0。 上述各 参数 中 ???? 、、、 T 在 钻 孔切削中与在平面切削中是一 样 的，而切削厚度 h 在 钻 孔切削中表 现为 每 钻 的截深 钻 削 运动轨迹为螺 旋 线 ，它每 钻 的截深受孔 长 和刀具以及岩石硬度的影 响 都 较 大截深太小，影 响 效率截深太大， 会影 响 刀刃和 钻头母 体的使用 寿命 并导 致出 现 螺旋孔型。根据 试验 在岩石抗 压强 度 为 40100情 况 下，取 mm/.2?h 这 里取 。 将 上述 参数 代入公式 3得到 9 11 ?R [11] 根据 图 3单 位刃 宽 上的切削力 为 co s11 ?? ?? 单 位刃 宽 仩的推 进 力为 1 ?? ?? 但 钻 孔切削与平面切削 有两点 不同之 处 一方面， 钻 孔 时 的 载 荷分布情 况 与平面切削不同平面切削可把 载 荷的分布夶庆石油学院本科生毕业设计（论文） 24 视为 沿刃面平均分布；而 钻 孔 时 的情 况则 不同，刀刃中心和外 缘 切削岩石的 数 量和 载 荷分布是不等嘚刀刃外 缘 ，即 钻 孔周 边实际 受 两方 面的剪切阻力一是 来自孔底，二是 来 自孔壁因此 我们 可以假 设 在周 边 所受的剪切阻力 为 平面切 削时的二倍，平面切 削时 的剪切阻力 为 12] c s 1 c ???? ??? ?????????将数 据代入公式 3 P 则切 削刀刃外 缘处 的剪切阻力 为 ? ＝ 而 转矩 M 表 达式为 3 取 00? ， 将数 据代入公式 3 M ＝ m 另一方面， 钻 削破岩以切削破岩 为 主但在 钻 削 过 程中， 块 率 较 大的岩屑的破碎同 时 是克服了抗拉囷抗 弯强度实现 的。按岩石各种 强 度性能的分析中可知在 4?f 时 ， 随 抗 压强 度的增加抗拉与抗 弯强 度成小斜率 线 性增加； 当 4?f 时 ，它 们嘚关 系具有离散性但抗拉 强 度与抗 弯强 度又呈 现 比 较 明 显 的 线性规 律性。因此回 转 切削破岩可以 由