动力头结构设计论文2篇

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第一篇

1动力头设计

1.1技术参数

TR180旋挖钻机动力头采用力士乐液压马达，液压马达输出的转矩和转速通过减速机减速增扭后传递到齿轮箱，齿轮箱内的减速齿轮进行二次减速，输出的大扭矩和低转速驱动钻杆和钻头回转，并提供钻孔所需的加压力、提升力实现钻孔作业。

1.2外形结构

TR180旋挖钻机动力头主要由齿轮箱传动系统、滑动支架总成和缓冲装置组成。

1.3齿轮箱传动系统

齿轮箱传动系统主要包括减速齿轮、传动套、回转支承等。动力头部件中的齿轮传动装置在工作中主要传低速重载扭矩，提高动力头驱动齿轮的承载和过载能力是提高旋挖钻机入岩旋挖能力的关键。TR180减速主动齿轮材料选用20CrMnTi，从动齿轮选用40Cr。根据要求的齿轮传动比，为保证主动齿轮的强度，利用专业齿轮设计软件，通过粗选、精选、优化，选取一组合适的齿轮参数。动力头传动套为圆筒带外部法兰结构，主要由法兰安装的从动轮输入功率，通过3根键条与钻杆的接触输出功率。传动套采用整体铸造，材料选用ZG270-500，许用应力为270MPa。利用ANSYS软件模拟分析可知，传动套的最大应力出现在法兰与圆筒的过渡处，为61.371MPa，小于材料的许用应力。回转支承主要承受传动套齿轮的重量、钻进时动力头加压的压力及齿轮啮合产生的径向力。根据标准JB/T2300-1999《回转支承》及传动套的尺寸，选用单排四点接触球式、型号为010.30.710的回转支承，并按承载角45°和60°两种情况进行静态选型，计算结果表明承载角45°的回转支承满足使用要求。

1.4滑动支架总成

滑动支架的功能是支承齿轮箱重量，承受钻杆冲击力以及动力头输出的回转扭矩，传递加压力和提升力，并能沿导轨上下移动。滑动支架由滑动架和支架构成，动力头通过滑动架上的滑架压板在钻桅导轨上滑动，滑架压板通过螺栓和滑动架相连。滑架压板属于焊接结构件，选用材料时需考虑零件的强度，同时也要考虑材料的焊接性。为降低加工难度，同时提高滑动架的结构刚度，将滑动架的截面结构由折弯板设计为面板搭筋板的结构。

1.5缓冲装置

动力头缓冲装置位于齿轮箱的上方，通过传动套与齿轮箱相连。缓冲装置可以有效缓冲钻杆在竖直方向对动力头的冲击，同时传动套内的键条可以对钻杆进行导向作用，有效地保证了钻杆的竖直度及成孔的直线度。缓冲装置主要包括底板、限位杆、导杆和弹簧及其他结构件。导杆与限位杆的材质及热处理方式相同，限位杆的长度根据弹簧的试验行程确定，限位杆顶端放置有限位垫，用以保护弹簧。

2动力头结构强度校核

根据动力头的实际使用情况：液压马达输入，通过行星减速机→输入齿轮轴→从动齿轮→传动套→钻杆的顺序传递功率，输出端承受的扭矩最终通过齿轮传递到输入端。动力头结构受力计算按以下要求进行：对动力头滑架压板侧施加固定约束，运行当中主动轮与从动轮的相互作用力，同时考虑轴向载荷分配，在各轴承座及行星减速机输入端施加载荷，利用ANSYS软件的Workbench模块进行模拟加载、运算，对动力头的外部结构进行强度校核。

3结语

本文通过对TR180动力头齿轮箱传动系统，滑动架总成及缓冲装置的研究和分析，成功完成了TR180旋挖钻机动力头的设计及试制。新开发的TR180动力头将填补我公司动力头系列产品的空白，从而更加丰富动力头产品的型谱。

作者:陈聪聪杨亿单位:株洲市九洲传动机械设备有限公司

第二篇

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。

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20CrMnTi，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。

作者:姚杰单位:浙江杭钻机械制造股份有限公司