道路地下打孔装置设计说明书(2)

第一章、引言

1．打孔机简介

打孔机械广泛应用与桥梁建筑、道路施工等诸多领域。目前，打孔机械已发展成为品种众多、门类齐全的专业化机械。

打孔机的发展也与其他机械发展一样经历了漫长的发展过程。

打孔技术起源于我国。根据古书《川盐纪要》记载，我国早在2200多年前的秦代就开始利用钻探技术凿井取盐。

早期的打孔机是由人力驱动的简单冲击式机械，经长期不断演变、发展，成为现代具有机动动力驱动的各种冲击式钻机。随着社会生产的不断发展，这种打孔机已逐渐不能适应要求。l 9世纪中期以后，出现了回转式的打孔机。回转式打孔机具有钻进效率高，能钻进各种倾角的钻孔；有利于多种钻探工艺和方法的使用等优点，因此发展很快，井迅速在钻探、穿孔领域中占据了主导地位。 1.1打孔机得特点及设计要求

打孔机与其他机械育某些共同之处，但钻机具有独特的生产对象和使用条件．因而形成自身的一些特点。其王耍特点反映在以下几方面： 1.打孔方法扣钻进工艺的多样性

钻机生产采用的钻近方法扣钻近工艺昼多种多样的。就钻近方法而言，按破碎岩石的方式可分为冲击、回转、振动。复合式几种：采集用的破岩材料分为：钻粒钻进、硬合金钻进、金刚石钻进。超硬材料钻进；按是否取芯又分为取芯钻进和全面钻进，就钻进工艺而言按照冲洗液循环方式可分为正循环钻进，局部反循环钻进及全孔反循环钻进，全孔反循环钻进工艺又分为水力反循环，气举反循环‘按照取芯方法可分为常规提钻取芯、连续取芯、绳索取芯。对于某一种具体的钻机，不可能实现所有的钻进方法和钻近工艺。这就产生了能实现不同钻进方法和钻进工艺的各种类型的钻进。 2.使用条件的复杂性

钻进工作的区域广泛，从平原到山区，从陆地到海洋，从地面到地下，从热带到寒带， 几乎地球上的每个地方都可能是钻进工作的地方。不同地区有不同的环境、气候条件，这就带来了钻进使用条件的复杂性。加之钻进属露天作业机械，作业对象为岩石，一般使用易产生污染的泥浆作冲洗液，这进一步造成钻进工作条件的恶化。为适应这些条件，钻进必须满足一些特殊的要求。

本论文设计所设计的钻孔机属于回转式钻孔机，主要可应用于短距离路面下方以及建筑物下方的非开挖管道铺设施工。整个设计由总体方案设计、机械传动系统布置、动力部件及连接件选型、钻管支架布置设计、钻管及钻头设计以及钻进土壤的排出装置设计组成，着重进行了传动系统中减速装置设计及较核计算。

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第二章、 总体设计方案确定及动力元件选择

2.1总体设计的要求

打孔机是直接用于钻孔的机械，设计打孔机时，首先应以保证设计的打孔机能高效、地质、安全、低耗完成钻孔为前提，使设计的打孔机技术先进、经济合理，具有良好的经济技术指标。在进行具体设计时，应以满足下述的要求为依据。 （1）打孔机的性能及其参数应具有广泛的适应性，能根据不同地层，不同钻进方法及不同的钻头类型和结构实现合理的钻进规程参数。

（2）要配备必要的检测及指示仪表，以便及时掌控和控制打孔机的运转和孔内钻进情况。

（3）打孔机应能传递足够的动力，保证各工作机构正常工作的性能。 （4）应具有较强的孔处理孔内事故的能力和完成特种功能的性能。 （5）运转平稳，震动小，打孔时对钻杆的导向性好。

（6）自动化、机械化程度要高；钻进过程中最理想的是打孔机能根据孔内情况自动调节和控制打孔参数；及时选择、调整和保持最优钻进工程。

（7）为提高打孔机生产可靠性，应设备必要的过载保护装置和互锁机构；重要机构要配备重复装置。

（8）打孔机还应满足机械设备的一般要求

a具有足够的强度、刚度和耐久性； b传动效率高、能耗少；

c对使用环境条件使用性好，能在恶劣的环境下正常工作； 拆装方便、搬迁容易、便于维修；

f标准化、通用化、系列化程度高；d结构简单、制造容易、便于维修； g操作简便、劳动强度小；

h造型美观，对环境污染小，为文明生产创造条件!

2.2机型与传动形式得选择

2.2.1机型得选择

打孔机是属于工程用的。工程钻探包括工程侦查和工程施工钻探，但不管是工程斟查还是工程施工，其打开深度都不大，多数打孔机都在数十米以内。钻孔的施工周期很短，搬迁 频繁，工程斟查打孔直径多在200mm以内。工程施工打孔机在多少情况下为密集不知，而且是个场地狭窄，还要受到环保的限制，给施工带来一定的难度。

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为满足工程钻探的要求，工程钻机形成了如下的特点；

（1）打孔机类型繁多，由于工程钻探服务领域广泛。钻孔的类型多样，促进了工程机电多品种、多类型化。

（2）打孔方法和钻进工艺的多样性，打开方法和钻进工艺的多样性是为了适应钻进不同地层和不同类型工程孔的需要，工程打孔机可采用冲击、回转、振动、静压等钻进方法。 2.2.2传动形式的选择

不同的传动方式，不仅会造成打孔机总体结构型式的差异，而更重要是关系到打孔机性能好坏、制造难易、成本高低、使用及维修保养的方便程度。设计打孔机时，应根据各种传动方式的特点。

目前打孔机中使用的传动方式有机械传动、液压传动和气压传动。

机械传动具有结构简单；传动可靠；传动效率高；易于加工和制造，成本低；便于大功率传递优点。但具有体积和质量大；不便于远距离传动；布置不及液压和气压传动灵活；在传动中有较大的振动和冲击等问题。

在打孔机中，机械传动是最常用的传动方式，但纯机械传动式的打孔机已逐渐减少，目前，只有是在结构比较简单的轻便浅孔打孔机中应用。本次设计得道路地下打孔机，便可以采用此种传方式。

2.3 打孔机的整体布局

2.3.1打孔机得总体布局

打孔机的总体布局是打孔机设计的重要内容，直接影响钻机的性能和质量。总体布局与各种部件的结构和传动系统的确定是密切相关的。设计时，要对各部件的结构、传动方案、各部件间的相对位置关系、连接固定方式进行综合分析，进行多方案的对比，从中选择理想的总体布局方案。 2.3.2打孔机的驱动和动力输入方式 打孔机的驱动方式：单独驱动

打孔机的输入方式：直线输入 打孔机的输入轴和动力机的输出轴布置在一条直线上，二者之间常采用弹性或半弹性联轴器、法兰盘、液力变矩器的直接输入方式，此种输入方式传动效率高、轴及轴承受力条件好、结构紧凑。但过载保护和动力机的互换性较差，适用于单独驱动方式。

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2.3.3打孔机整体参数确定

打孔钻机工作参数主要指钻具施予孔底得轴推(压)力、钻具得回转速度、扭矩和排渣风量等。合理的选择这些参数，不仅能获得最高的钻孔效率，还能延长钻具得使用寿命。根据生产或用经验公式来计算它得工作参数。 2.3.3.1轴推力

（1）合理得轴推力 潜孔凿岩也主要是靠钻头得冲击能量来破碎岩（矿）石，钻头回转只是用来更换位置，避免重复破碎。因此，潜孔凿岩不能用很大的轴推力。轴推力过大，不仅易产生剧烈震动，还会加速硬质合金得磨损，使钻头过早损坏;轴推力过小，则钻头不能与岩（矿）石很好地接触，影响冲击能量得传递效率，甚至导致冲击器不能正常工作，低气型潜孔钻机得合理周推理可用以下经验公式计算：

PH=（30~35）DF （2---1） 式中 PH-------合理得轴推力，N； D-------钻孔直径，cm；

f-------岩石普氏硬度系数，f=σD|10； 式中 σD----抗压强度，10-1Mpa。

根据国内经验，低气压型潜孔钻机得轴推力又可按表2---1选取。

钻头名义直径D|mm 合理轴推力PH|KN 钻头名义直径D|mm 合理轴推力PH|KN 100 150 4~6 6~10 200 250 10~14 14~20 2.3.3.2调节推力得计算

潜孔钻机钻孔时，钻进部分得自重施予孔底有一个力（向下钻时为正，向上钻时为负），它会影响合理轴推力得大小。同时，在钻进时钻杆与孔壁之间还有摩擦阻力，所以潜孔钻机必须设有调压机构，以便调节施予钻具上得作用力。调压机构施予钻具上的调节推（压）力按下公式计算：

PT=PH-gMsinβ+gμMcosβ+R （2---2） 式中 PT------施予钻具上得调节推（压）力，N； PH-----计算得合理轴推力。，N； M------钻进部件得质量，kg；

Β------孔向与水平面所成得夹角，（°）； μ------摩擦系数，一般取μ=0.25；

R------冲击器钻头得反弹力，其值为活塞在每一工作循环中使气缸返回到初始位置所需的最小轴推力，N。

如向上钻孔时，则（2---2）式等号右边第二项为“+”号。

当PR为负值时，表明钻进部件自重施予孔底得轴推力大于PH，必须通过调压机构进行减压钻进；反之，则需加压，进行加压钻进。当PR为零时，表明只靠

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