ZDY-1600型全液压钻机卡盘的设计.doc

ZDY-1600型全液压钻机卡盘的设计
一、液压卡盘的作用
液压卡盘的作用是：
1、 卡紧钻杆，将动力头的旋转动力传递给钻杆，从而带动钻
头刻取岩石进行钻进；
2、 卡紧钻杆进行上下钻具；
3、 卡紧钻杆拧卸钻具
液压卡盘在钻机各部件中是最关健也是最难,工作条件最恶劣的工作部件。它必须承受最大的轴向载荷,加压或者加力起拔,同时还要承受最大的迴转力矩,而且动作必须灵活,卡瓦松卡次数频繁, 钻进一个300米深的孔,卡盘就需要经历大约1000次的松卡动作。液压卡盘的性能好坏将直接影响钻机整体性能、钻进效率及钻孔质量。
二、液压卡盘的种类及选择
液压卡盘的种类大致有三大类：
1、 弹簧卡紧，液压松开。
2、 液压卡紧，弹簧松开。
3、 液压卡紧，液压松开。
根据这三类卡盘的特点，我们选择弹簧卡紧，液压松开式液压卡
盘。
三、液压卡盘能力的设计计算
液压卡盘的负载为钻具自重和钻机转矩的复合作用
1、 钻具自重
根据钻机总体方案设计要求钻杆直径确定为φ63.5～φ73，钻进深度为250m,设计时按Φ73钻杆重量进行设计，Φ73钻杆每米重为14.46kg/m，Φ739×9.19
G=qlg
式中：G—钻杆的总重量kg
q—Φ73×9.19钻杆单位长度重量14.46kg/m
l—钻杆长度m，本钻机按250m。
g—重力加速度
代入公式得：G=qlg=14.46×250×9.8=35427N
2、卡盘克服钻具自重所需夹紧力F1

式中：f——卡瓦与钻杆间的摩擦系数，取f=0.25
α——钻孔倾角，取α=90°
3、卡盘克服钻机转矩所需的卡紧力F2

式中：M——钻机扭矩，取2000N.m
f——卡瓦与钻杆间的摩擦系数，取f=0.25
d——钻杆直径mm，取Φ73
4、卡盘克服钻具自重和钻机转矩复合力

5、液压卡盘增力机构的计算
液压卡盘增力机构采用斜面增力，斜面的斜度为8°
F推=F3×tg8°=112.72×0.1405=15.8kN
6、碟形弹簧的设计
　根据钻机总体方案设计要求钻杆直径最大为φ73，那么钻机的主轴外径最小应为φ110。因此碟形弹簧的内径要求大于φ110。故选碟形弹簧225×112×6×13.5

式中：E=2.06×105N/mm2，μ=0.3，无支承面K4=1,C=D/d=225/112=2,所以，

由A1，B系列的h0/t≈1.3,根据P1/Pc=0.35，f/h0=0.13,变形量ft=0.13h0=0.13×7.5=0.975mm。
当碟形弹簧压缩变形为3.8mm时，其负荷为P2=40469.4Nf。
取碟形弹簧片数为9片，碟形弹簧最大变形量为3.8mm。
(3.8-0.975)×9=14.67mm≈25.4mm
取P2=40469.4N，
7油缸的设计
根据钻机总体方案设计要求，系统压力为18MPa,根据结构要求确定油缸内径为240mm，活塞杆外径为220mm，则油缸的推力为
F推=A（P1-P2）=π（D2-d2）/4×P

将参数代入式中F推=129996N，F推＞40469.4N,则油缸满足要求。
8、油缸联接螺栓强度的计算
根据油缸的推力F推=129996N，取螺栓数Z=12，那么每个螺栓受拉力Q为:

选择螺栓材料45#钢其δB=360MPa,安全系数S=1.5那么：

则：

故取螺栓为M16