全液压钻机动力头结构设计_姚杰

技术研发TECHNOLOGY AND MAＲKET

Vol．22，No．3，2015

全液压钻机动力头结构设计

姚杰

（浙江杭钻机械制造股份有限公司，浙江杭州310020）

摘要：针对ZDY3200全液压动力机头的结构展开设计和优化。先提出结构设计方案，对其性能和参数等有一个整体控制，再根据方案要求对其重点部件的设计和制造进行介绍，并指出动力头结构设计要求及安装要点，为今后全液压钻机动力头结构设计的完善提供借鉴和参考。

关键词：全液压钻机；动力头；结构设计；优化

doi：10．3969/j．issn．1006－8554．2015．03．042

1结构设计方案

动力头作为全液压钻机的重要组成部件自然也需优化和完善，除了要选用优良原件之外，在结构设计方面也应进行改良，达到整体优化效果。

根据该设备动力头实际功能需要，在对设备性能参数进行分析研究的基础之上，动力头结构的优化设计方案主要如下：①选用排量在23 80mL/r的马达，根据性能参数要求以斜轴式变量马达最优，该马达输出转速范围变化大，可以每分492 1712转的范围内进行变化，能够实现正反转，并通过液控阀来对实现对油液的控制。②在进行减速箱设计时，根据其最大输出转矩及输出转速，将其结构定为传动减速式，设计传动比在4以上。根据实际设计方案，该设备整体性能参数见表1。

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本文主要针对动力头中的齿轮等部件设计进行详细分析。2结构重点部件设计

2．1卡盘设计

本次设计选用的卡盘为常闭式，这种卡盘有活塞外壳、推力球轴承、卡瓦等多个零部件构成。当有高压油注入的时候，活塞腔便会产生推力，进而使卡瓦套等部件开始运动，移至左侧会有压缩蝶形弹簧。由于该种卡盘的卡瓦套在结构设计时，其斜面设置了T型槽，它会使卡瓦向外移动，这样卡瓦就会摆脱原有的被夹紧状态。在回油时，其具体操作原理同上述相反。设计选用该种卡盘，主要原因有：①夹紧力比较稳定，设备整体结构紧凑，使用性能较高。②方便更换卡瓦，特别是在井下施工时不会造成太大麻烦，便于施工。③能够优化主轴受力情况。④轴承负荷不大，施工时能有效保证良好工况。

2．2齿轮系设计

齿轮是动力头重要组成，它的性能影响着整个结构设计的成败。齿轮在传动过程中有时会出现失效状态，其原因是齿轮出现坏损。鉴于此，想要达到优化目的，务必要制造高性能齿轮，以保证其具有良好的应力。本文在进行设计时，选择了20 CrMnTi，以此作为原料来制作齿轮。根据设计图纸，采用上述材料进行齿轮设计时，采用几何模型对其实体进行创建，以此为基础划分单元格来进行制造。

2．3传动系统设计

齿轮用于传动系统，因此制作完成齿轮之后，要对动力头的传动系统进行整体优化，以保证动力头性能达标，体积大小符合标准。根据设计要求，动力头结构一定要满足液压钻机整体性能参数，同时设计还要考虑质量问题，以方便设备移动。本次设计决定选择一级斜齿轮进行系统运作。其传动路线为：从马达经由轴齿轮到主轴齿轮最后至主轴。

2．4箱体设计

设计初期，首先要选择箱体的材料，然后决定箱体加工方式。为了确保动力头强度达标，本次设计决定以铸造法对箱体进行加工，主要是由于该种方法制作出来的箱体结构稳定，具有很好的强度性能。在进行尺寸设计时，注意轴承前后距离，保证齿轮间距精度。为达到优化效果，设计过程中可利用仿真模型来对箱体进行三维设计。

3设计要求及装配要点

进行结构设计时，首先要考虑到动力头的反转情况，因为一定的反转速度有利于处理突发事故，有时也能满足特殊工作需要。其次，为达到钻进工艺标准，设计动力头时不能将转速与转矩固定，需要有相应的可调试范围以适应不同工况。第三，齿轮与轴承部位要保证润滑且注意动力头回转时能保持平衡，避免震动幅度过大，务必保证平稳。

对此，为达到设计要求，在进行结构装配时要注意以下事项：首先，掌握好齿轮、主轴位置关系，同时控制好键与键槽间距。如果间距过大很容易由于冲击力造成异响，从而损坏设备槽部件；其次，掌握好轴承游隙，尽量控制其不高于0．15mm，同时也不低于0．10mm。主要是由于游隙松，噪音大；游隙紧，会造成轴承热量过高。最后，掌握好齿轮间距，从而防止齿面遭到冲击，减少噪音，以避免齿轮坏损或切根现象出现。

4结语

通过结构设计优化，在动力头制造完成以后，需要国家级质检中心对设计样本进行确认，同时测试整个机体性能，只有测试达标之后方可生产并投入使用。本文所提出的动力头结构设计方案由于客观因素限制还没能应用于实践，望今后能得到实践检验，以完善对动力头结构设计的优化和调整。

参考文献：

［1］宋雨．旋挖钻机动力头系统分析［D］．长春：吉林大学，2011．

［2］魏涛．多工位坑道钻机液压系统的设计与分析［D］．安徽：合肥工业大学，2012．

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