对于zyj400／280架柱式液压回转钻机的设计

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1、48煤矿支护2013年第1期石家庄中煤杯参评论文ZYJ4OO／28O架柱式液压回转钻机的设计刘文皓王少博[石家庄中煤装备制造股份有限公司，河北石家庄O5O035]摘要对煤矿井下探水探瓦斯、地质勘探作业使用的ZYJ4oo／28o架柱式液压回转钻机的结构和性能参数进行了介绍。概述了液压系统主要件的选型计算，同时将该钻机的关键零部件简化为力学模型，进行了受力分析和强度刚度校核，确保了该钻机在煤矿井下的可靠性。关键词架柱液压钻机力学模型主轴、钻杆旋转，结构紧凑，效率高；回转刖菁器带有自动卸钻杆装置，能够缩短拆卸钻杆时间，减轻工人劳动强度；推进装置采用油近几年来，探水探瓦斯孔、释放地压

2、孔缸推进、链条倍速机构，使导轨长度缩短，及地质勘探孔作业量明显增加。煤矿井下环打钻时整机更加稳定；主机推进行程境复杂，条件艰苦，钻探作业面空间狭小，1．33m，长度不大于1．2m钻杆均可使用。煤矿迫切需要一种适应性广，搬运方便的钻机，来提高钻探作业效率，减轻工人劳动强度。1钻机结构及参数针对煤矿的需求，石家庄中煤装备制造股份有限公司研发了ZYJ400／280架柱式液压回转钻机。1一证柱：生机；3-操作台：4一柬站1．1钻机特点图1ZYJ系列架柱式液压回转钻机结构图ZYJ4OO／28o架柱式液压回转钻机具有立柱由升降油缸，外套筒，内套筒及主结构合理、操作安全可靠、各个部分解体简

3、机升降装置等组成。内外套筒等零件经过镀单、解体后搬运维修方便、主机可沿架柱上锌处理，防腐能力增强，保证产品在煤矿井下升降、钻孔倾角可调、钻探范围大、钻机下潮湿环境中长时间运行。输出功率大、效率高等优点。泵站由电机、油泵、油箱、过滤器、冷1．2钻机结构却器等组成。总体结构由主机、立柱、斜支撑、泵站操作台由换向阀、节流阀、安全阀、压和操作台组成，其结构如图1所示。力表等组成。主机由回转器、推进装置、导轨及钻杆1．3技术参数导向套组成。回转器采用摆线马达直接驱动ZYJ4OO／28o架柱式液压回转钻机的主2013年第1期煤矿支护49要性能参数为：G一材料的切变模量，取79×岩层钻孔直

4、径：55ram；10。MPa：煤层钻孔直径：76ram；h一导轨截面长度和，取0．42m；适用圆钻杆直径：42mm；8一导轨截面壁厚，取0．O05m。适用高效螺旋钻杆直径：69ram；根据计算，导轨扭转角为0．3。。额定转矩：400N·m；(2)扭转应力(材料许用切应力)额定转速：280r／min；一~一．iliaXh×6。回转额定压力：14MPa；进给额定压力：8MPa；式中：Tmax一导轨的最大剪切应力，单位：MPa。推进力：18kN；推进行程：1330mm；根据计算，导轨的最大剪切应力为空载推进速度：3000mm／min；114．3MPa。返回速度：5000mm／min

5、；根据钻机使用情况，导轨扭转角在1。噪声：声功率级108dB(A)；以内，最大剪切应力不大于170MPa的许用声压级：90；应力，可保证该部件长期可靠运行。通过计算该导轨刚度和强度符合要求。最大水平钻孔高度：2000mm；2．2立柱部分设计计算最小水平钻孔高度：800mm；冲洗水压力：0．6～1．2MPa；2．2．1立柱受力分析主机重量：12Okg。将立柱简化为力学模型，并对其进行受力分析，见图2。2关键件的强度校核钻机的核心部件为主机和升降立柱。在(1)外套筒受力分析(2)内立柱受力分析钻孔作业时，主机和立柱部分需要经常移动，因此设计这两个部件时需对其进行精确的受力分析和强

6、度校核，以确保其即重量轻、方便移动，又保证足够的安全系数。2．1主机导轨部分强度校核导轨长度2000mm，截面宽182mm、高119ram、壁厚5ram。导轨两端到安装孔图2立柱部分受力分析中心距分别为1050mm、950mm，钻机额定(1)外套筒受力分析扭矩为400N·in。1380×F推一2170×F内根据材料力学，等厚度的开口薄壁杆的F内一—一一11．·45kN扭转变形与扭转应力按下式计算：F左一F推一F内一18—11．45===6．55kN(1)扭转变形计算M⋯一1380×F一9039N·ITI币一!G×h×8。(2)内立柱受力分析式中：一导轨扭转角，。；F一FA+F

7、BT～钻机额定扭矩，取400N·1TI；2170×F一4600×FBl一导轨两端到安装孔的中心距，取FA一6．05kN1．051TI：F一5．40kN5O煤矿支护2013年第1期M⋯一2170×FA一13128．5N·rn采用叠加法计算立柱外套筒挠度及转式中：F推外套筒的外力，取钻机的推进角。力18kN；(1)1380处挠度及转角计算公式：F寿一外套筒左端的力，kN；v一一丽(3x-c)，’c。<‘、x<‘、lF一外套筒和内立柱之间的内力，kN；。一F一内立柱左端的力，kN；F一内立柱右端的力，kN；其