動力頭結構設計論文2篇

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第一篇

1動力頭設計

1.1技術參數

TR180旋挖鉆機動力頭采用力士樂液壓馬達，液壓馬達輸出的轉矩和轉速通過減速機減速增扭后傳遞到齒輪箱，齒輪箱內的減速齒輪進行二次減速，輸出的大扭矩和低轉速驅動鉆桿和鉆頭回轉，并提供鉆孔所需的加壓力、提升力實現鉆孔作業。

1.2外形結構

TR180旋挖鉆機動力頭主要由齒輪箱傳動系統、滑動支架總成和緩沖裝置組成。

1.3齒輪箱傳動系統

齒輪箱傳動系統主要包括減速齒輪、傳動套、回轉支承等。動力頭部件中的齒輪傳動裝置在工作中主要傳低速重載扭矩，提高動力頭驅動齒輪的承載和過載能力是提高旋挖鉆機入巖旋挖能力的關鍵。TR180減速主動齒輪材料選用20CrMnTi，從動齒輪選用40Cr。根據要求的齒輪傳動比，為保證主動齒輪的強度，利用專業齒輪設計軟件，通過粗選、精選、優化，選取一組合適的齒輪參數。動力頭傳動套為圓筒帶外部法蘭結構，主要由法蘭安裝的從動輪輸入功率，通過3根鍵條與鉆桿的接觸輸出功率。傳動套采用整體鑄造，材料選用ZG270-500，許用應力為270MPa。利用ANSYS軟件模擬分析可知，傳動套的最大應力出現在法蘭與圓筒的過渡處，為61.371MPa，小于材料的許用應力。回轉支承主要承受傳動套齒輪的重量、鉆進時動力頭加壓的壓力及齒輪嚙合產生的徑向力。根據標準JB/T2300-1999《回轉支承》及傳動套的尺寸，選用單排四點接觸球式、型號為010.30.710的回轉支承，并按承載角45°和60°兩種情況進行靜態選型，計算結果表明承載角45°的回轉支承滿足使用要求。

1.4滑動支架總成

滑動支架的功能是支承齒輪箱重量，承受鉆桿沖擊力以及動力頭輸出的回轉扭矩，傳遞加壓力和提升力，并能沿導軌上下移動。滑動支架由滑動架和支架構成，動力頭通過滑動架上的滑架壓板在鉆桅導軌上滑動，滑架壓板通過螺栓和滑動架相連。滑架壓板屬于焊接結構件，選用材料時需考慮零件的強度，同時也要考慮材料的焊接性。為降低加工難度，同時提高滑動架的結構剛度，將滑動架的截面結構由折彎板設計為面板搭筋板的結構。

1.5緩沖裝置

動力頭緩沖裝置位于齒輪箱的上方，通過傳動套與齒輪箱相連。緩沖裝置可以有效緩沖鉆桿在豎直方向對動力頭的沖擊，同時傳動套內的鍵條可以對鉆桿進行導向作用，有效地保證了鉆桿的豎直度及成孔的直線度。緩沖裝置主要包括底板、限位桿、導桿和彈簧及其他結構件。導桿與限位桿的材質及熱處理方式相同，限位桿的長度根據彈簧的試驗行程確定，限位桿頂端放置有限位墊，用以保護彈簧。

2動力頭結構強度校核

根據動力頭的實際使用情況：液壓馬達輸入，通過行星減速機→輸入齒輪軸→從動齒輪→傳動套→鉆桿的順序傳遞功率，輸出端承受的扭矩最終通過齒輪傳遞到輸入端。動力頭結構受力計算按以下要求進行：對動力頭滑架壓板側施加固定約束，運行當中主動輪與從動輪的相互作用力，同時考慮軸向載荷分配，在各軸承座及行星減速機輸入端施加載荷，利用ANSYS軟件的Workbench模塊進行模擬加載、運算，對動力頭的外部結構進行強度校核。

3結語

本文通過對TR180動力頭齒輪箱傳動系統，滑動架總成及緩沖裝置的研究和分析，成功完成了TR180旋挖鉆機動力頭的設計及試制。新開發的TR180動力頭將填補我公司動力頭系列產品的空白，從而更加豐富動力頭產品的型譜。

作者:陳聰聰楊億單位:株洲市九洲傳動機械設備有限公司

第二篇

1結構設計方案

動力頭作為全液壓鉆機的重要組成部件自然也需優化和完善，除了要選用優良原件之外，在結構設計方面也應進行改良，達到整體優化效果。根據該設備動力頭實際功能需要，在對設備性能參數進行分析研究的基礎之上，動力頭結構的優化設計方案主要如下:

①選用排量在23～80mL/r的馬達，根據性能參數要求以斜軸式變量馬達最優，該馬達輸出轉速范圍變化大，可以每分492～1712轉的范圍內進行變化，能夠實現正反轉，并通過液控閥來對實現對油液的控制。

②在進行減速箱設計時，根據其最大輸出轉矩及輸出轉速，將其結構定為傳動減速式，設計傳動比在4以上。

2結構重點部件設計

2．1卡盤設計

本次設計選用的卡盤為常閉式，這種卡盤有活塞外殼、推力球軸承、卡瓦等多個零部件構成。當有高壓油注入的時候，活塞腔便會產生推力，進而使卡瓦套等部件開始運動，移至左側會有壓縮蝶形彈簧。由于該種卡盤的卡瓦套在結構設計時，其斜面設置了T型槽，它會使卡瓦向外移動，這樣卡瓦就會擺脫原有的被夾緊狀態。在回油時，其具體操作原理同上述相反。設計選用該種卡盤，主要原因有:

①夾緊力比較穩定，設備整體結構緊湊，使用性能較高。

②方便更換卡瓦，特別是在井下施工時不會造成太大麻煩，便于施工。

③能夠優化主軸受力情況。

④軸承負荷不大，施工時能有效保證良好工況。

2．2齒輪系設計

齒輪是動力頭重要組成，它的性能影響著整個結構設計的成敗。齒輪在傳動過程中有時會出現失效狀態，其原因是齒輪出現壞損。鑒于此，想要達到優化目的，務必要制造高性能齒輪，以保證其具有良好的應力。本文在進行設計時，選擇了20CrMnTi，以此作為原料來制作齒輪。根據設計圖紙，采用上述材料進行齒輪設計時，采用幾何模型對其實體進行創建，以此為基礎劃分單元格來進行制造。

2．3傳動系統設計

齒輪用于傳動系統，因此制作完成齒輪之后，要對動力頭的傳動系統進行整體優化，以保證動力頭性能達標，體積大小符合標準。根據設計要求，動力頭結構一定要滿足液壓鉆機整體性能參數，同時設計還要考慮質量問題，以方便設備移動。本次設計決定選擇一級斜齒輪進行系統運作。其傳動路線為:從馬達經由軸齒輪到主軸齒輪最后至主軸。

2．4箱體設計

設計初期，首先要選擇箱體的材料，然后決定箱體加工方式。為了確保動力頭強度達標，本次設計決定以鑄造法對箱體進行加工，主要是由于該種方法制作出來的箱體結構穩定，具有很好的強度性能。在進行尺寸設計時，注意軸承前后距離，保證齒輪間距精度。為達到優化效果，設計過程中可利用仿真模型來對箱體進行三維設計。

3設計要求及裝配要點

進行結構設計時，首先要考慮到動力頭的反轉情況，因為一定的反轉速度有利于處理突發事故，有時也能滿足特殊工作需要。其次，為達到鉆進工藝標準，設計動力頭時不能將轉速與轉矩固定，需要有相應的可調試范圍以適應不同工況。第三，齒輪與軸承部位要保證潤滑且注意動力頭回轉時能保持平衡，避免震動幅度過大，務必保證平穩。對此，為達到設計要求，在進行結構裝配時要注意以下事項:首先，掌握好齒輪、主軸位置關系，同時控制好鍵與鍵槽間距。如果間距過大很容易由于沖擊力造成異響，從而損壞設備槽部件;其次，掌握好軸承游隙，盡量控制其不高于0．15mm，同時也不低于0．10mm。主要是由于游隙松，噪音大;游隙緊，會造成軸承熱量過高。最后，掌握好齒輪間距，從而防止齒遭到沖擊，減少噪音，以避免齒輪壞損或切根現象出現。

4結語

通過結構設計優化，在動力頭制造完成以后，需要國家級質檢中心對設計樣本進行確認，同時測試整個機體性能，只有測試達標之后方可生產并投入使用。本文所提出的動力頭結構設計方案由于客觀因素限制還沒能應用于實踐，望今后能得到實踐檢驗，以完善對動力頭結構設計的優化和調整。

作者:姚杰單位:浙江杭鉆機械制造股份有限公司