毕业设计（论文）-潜孔钻气动冲击器设计.docx

本设计来源于实际生产需求，主要任务是设计在露天、粉尘、潮湿、空气质量不好的比较恶劣的环境中工作的潜孔钻用冲击器。潜孔冲击器由于其钻进效率高，钻头寿命长，钻进所需推进力小，转速低以及钻孔不易偏斜等优点，在钻孔作业中有较大的优势，故在砂床勘探、水文地质和凿岩工程等许多领域中，对潜孔冲击器的需求室越来越大。本文在详述国内外研究潜孔钻用冲击器现状的双础上，从参数优化,计算机设计，关键件设计与制造等方面对潜孔冲击器整体结构设计进行了阐述,重点是对冲击器活塞运动受力分析，列出运动微分方程0本文所设计的潜孔钻用冲击器是一种潜入孔中的以压气为动力，通过配气装置控制活塞作往亚运动，并冲击钻头将能量传递至钻头而破碎岩石的机具.与这同时，冲击器还在钻机旋转装置及推进装置共同作用下，实现旋转与推进动作。于是，岩体由表及里的受到破坏，并形成具有一定孔径的爆破孔。关健词：潜孔冲击器:活塞：工作原理：参数设计AbstractThedesigngraduatefromactua1.productiondemand,themaintaskistodesignintheopenair.dust,humidity,poorairqua1.ityinanenvironmentre1.ative1.ypoorworkofthedown-the-ho1.edri1.1.ingwithimpactor.Down-ho1.edri1.1.ingbecauseofi(simpactwithhighefficiency,1.ong1.ifebits,forpromotingthedri1.1.ingofsma1.1.,1.ow-speeddri1.1.ingandnotskewedtheadvantagesofthedri1.1.ingoperationshavegreateradvantages,deposititintheexp1.oration.Hydro-geo1.ogica1.anddri1.1.ingworks,andmanyotherareas,thepotentia1.impactofHo1.e'sdemandisincreasing.ThiSpaperindetai1.athomeandabroadtostudypotentia1.impactofdri1.1.ingho1.esforthestatusquoonthebasisoftheparametersoptimization,computerdesign,thekeypiecesofdesignandmanufacturing,andotheraspectsofthedown-the-ho1.efortheovera1.1.impactofStnictura1.designwasdescribed.FocusisonimpactwiththePistonsMovementAna1.ysis,1.istingdifferentia1.equation.Inthispaper,designedbythedown-the-ho1.eistheimpactofdri1.1.ingwithaho1.eintotheairasadrivingforcetopressurebythe1.,istonswithgascontro1.deviceforreciprocatingmovementandenergytransferwi1.1.impactdri1.1.hitsandbrokenrocktothemachines.Andthesametime,theimpactisa1.sopromotingtherigrotar),devicesanddevicesworkingtogether,andpromotetherea1.izationofspinmoves.Thus,(herockYoubiaoji1.idestructionandforma1.ionofacertaindiameteroftheb1.astho1.e.Keywords:Down-ho1.eimpactor;Pistons:Princip1.e;Designparameters摘要IAbstrac1.111.1 国内外潜孔钻用冲击器的研究现状11.1.1 国内外潜孔钻用冲击器的研尢发展概述11.1.2 潜孔冲击器配气方式的主要研究现状51.2 国内外潜孔钻用冲击器的发屣趋势81. 3本课题的研究目的及意义112潜孔钻用冲击器的总体方案设计122.1潜孔冲击器工作原理122. 2潜孔冲击器原始性能数据选取152.2. 1单次冲击功的选取152.3. 2冲击器冲击频率的选取182.4. 3活塞冲击速度的选取222.5. 4空气耗用量的计算222.6. 5冲击功率的确定计算242. 3冲击器配气机构设计241 .3,1配气面积的设计计算252 .3.2配气长度的设计计算262.4冲击器基本结构参数设计292.5冲击器活塞运动规律的微分方程及其结构设计292.5.1冲击器活塞运动分析302.5.2冲击器活塞结构和主要性能参数设计422.6冲击器主要零件选材和工艺要求43参考文献致谢附录1结论潜孔钻机主要用于露天矿山开采，建筑基础开挖，水利、电站、建材、交通及国防建设等多种工程中的凿岩钻孔。与常见的凿岩机相比,具有粘孔深、钻孔直径大、钻孔效率高、适应范围广等特点，是当前通用的大型凿岩钻孔设备。而一部潜孔钻机的钻孔效率在很大程度上取决于冲击涔的性能。所以潜孔钻用冲击器的需求员越来越大，冲击器的发展也引起更多人的关注。在条件相同时，无阀配气的冲击功要比有阀配气低，特别是我国矿山风压一般不高，而活塞直径又受孔径限制，所以为了增加冲击功，设计选择有阀配齐方式，结构上采用加工简单、使用可靠性高的板状阀片1.1国内外潜孔站用冲击的研究现状1.1.1国内外清孔站用冲击的研究发展梃述六十年代后期，我国露天矿山迅速推广了新型高效率的潜孔钻机穿凿爆破深孔，最早是由宣化风动机械厂（现宣化采掘机械厂）生产的仿苏的C型侧揖气冲击耦和钎焊硬质合金片的钻头，这种冲击器和钻头由于结构原因穿孔速度低、使用寿命短，在中硬和硬岩中冲击器的寿命一般为500800米，钻头寿命为1050米,穿孔成本很高,这不仅影响新型穿孔设符的推广，也使穿孔作业成为矿山生产的薄弱环节。1972年初冶金工业部组成了潜孔钻具攻关组，并列为国家重点科目项目，参加攻美单位仃长沙矿山研究院、嘉兴冶金机械厂、中科院冶金所、株州硬质合金厂研究所、北京钢铁学院，以及一些试验矿山。各单位科技人员发挥了各自的特长，从结构设计、材料选择,硬质合金研究，加工和热处理等方面作/大量工作新型冲击器和钻头定名为J型.首先研制成功了用于大型露天砂山，可钻孔径200220事米的J-200型冲击器和钻头，随后乂研制了J-170、J-150、J100、J-80冲击器和钻头,实现了潜孔钻具系列化。与C型冲击器和钻头比较，J型冲击器的使用寿命般提高35倍，钻头寿命提高58倍，穿孔速度也提高30%以上。80年代初期研制的QCZ型系列冲击器。有QCZ90、QCZI50、QCZ1.70,特点是：中心排气，克服了IW排气的许多缺点，在结构上有了个K跃，但凿孔效率不是太理想。1987年，宜化采掘机械厂与美国英格索兰公司合资后，试制了中心推气的第二代CIR系列冲击器,同时引进了美国英格索兰公司的DHD、DH系列冲击器。1993年，根据近代冲击器凿岩理论和实践，吸收国外的先进技术和经验，结合我国矿山的条件，开发了中心排气第三代的C1.R1.50A、CIR170.CIR65和CIR80型冲击器。由于优化了配气结构，利用高压气辅助推动阀换向，降低活塞工作行程时的背压，适当增加活塞长度、活塞直径和配气长度，以进一步提高冲击能和冲击频率，进而提高凿岩速度。现在实际生产中广泛使用的系列冲击器的主要结构特点如下：（1）单次冲击能大，有利于提高凿岩效率。（2）活塞采用细长异径帝中心孔埴活塞结构形式，活塞冲击钎头时产生的应力波的峰值较低，而有效应力的作用时间较长，有利丁提卷岩石破碎效率和延长钎具的使用寿命。（3）中心排气，废气经活塞和粘头中心孔排向孔底，排渣效果好，减少岩石至复破碎，提高凿孔效率和钎头寿命。（4）采用压差式配气结构，结构简单，易于制造，阀轻，行程合适，动作灵活，气道拐弯少，断面大，密封性好，压力损失小。（5）冲击器和钎头采用花键连接，结构简单，拆卸方便，传递扭矩大,稳固可靠,钎头不易脱落。（6）设有防水逆止阀，当冲击器突然停止供气时，冲击器周围的气水混合物不会从冲击器的排气孔道涌进。（7）冲击器提离孔底时，能自动停止活塞冲击，以便强吹孔底的岩渣.乂防止空打产生，避免造成对冲击器和钻机回转机构的破坏。J系列第二代冲击器（B型）的设计，是以进一步提高穿孔速度为主要目标，作法是改进配气结构，利用高压气辅助推动阀片换向，降低活塞工作行程时的背压，提高了冲击功，同时适当增加了活塞长度、直径和结构行程，这样，冲击器的单次冲击功又增加50%左右。由于增加了活塞长度和重量，提高了活塞一一钻头的能量传递效率和船头一一岩石的凿入效率。虽然由于活塞加重和行程加长，冲击嫌率有所下降，但实际穿孔速度提高30%40%,表1.1J型和C型钻具寿命比较矿山名林岩6硬度（f）孔S（W华击a寿命<*>'站头寿命（米）C型J«.CSJH大吉山房厂U1BHo230驳47.142东江水电站M20UO38US93.850.4枪冲铁矿!0-16HO218157432.71381416155353湖19.8214SMtBT，71S52040103082862671金山店就不12-14155610265035210大化水电此610155450729321.5755抚顺兵矿61.1.»51.1727795S135M32北京铁矿10-1415S.1757M240032.8240北京铁矿（B!）10-141154000S80黑山帙矿1214ISS400-800407«23.8471南芬被F10-16210SOO-100O>37001430)40兰尖铁矿10-16210。OyoO>»0030-50682拦尖铁（B5O101.621060拓859灵乡铁厂81，210258240273S41仿苏C型潜孔钻头都是钎焊硬质合金片的结构，小直径潜孔钻头一般采用三翼带超前刃，而大直径钻头采用四翼或四翼带超前刃，钎尾呈例柱状（侧边铳出一个平面），靠一个扁圆键与冲击器的卡钎套联结，扁圆键用以传递扭矩和防止钻头掉落。由于钻头直径大不易焊接，硬质合金片常常脱落或早期碎裂：轩尾与圆键接触的平面常因过快磨损而使钻头无法使用，因此钻头使用寿命很短。如表1.1所示，而J型潜孔钻头作了较彻底的改变：（I）采用头部呈球形或弹形的硬质合金柱齿代替传统的硬质合金片。合金柱在钻头端面布置均匀、合理，边齿径向磨损快，布置较多的硬质令金齿，而中间只布置少量硬版合金齿（钎焊硬质合金片的钻头无法做到）。（2）采用过盈冷压固齿代替传统的钎焊。大直径潜孔钻头钎焊加热很困难，般采用盐溶炉或真空