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立轴式钻机的机械传动系统

　机械传动、液压给进的立轴式钻机，是目前国内外广泛使用的一种主要机型。现代立轴式钻机为了适应金刚石钻进工艺的需要，并兼顾硬质合金及钢粒钻进工艺的要求，提高了立轴转速（{zg}达2 500r/min），扩大了调速范围，增加了速度档数（6～8档，多的达12～24档）。为了缩短升降和辅助工序的时间，采用上、下两卡盘，实现"不停车倒杆"、自动倒杆，以及加长立轴行程（600～800mm）等措施。由于绳索取心金刚石钻进的广泛应用，钻机上增加了绳索绞车。有些钻机升降机的升降手柄采用液压控制，在深孔钻机中采用涡轮变矩器。采用调速电机为动力，采用双联齿轮泵或变量叶片泵作为液压系统的动力源，给进液压缸操纵阀改用"OH"或"OY"型滑阀，为给进液压缸下腔油路设置给进速度控制阀,从而减少功耗，并能在液压泵卸荷的情况下，实现减压钻进、自重钻进和"称重"等等，都是钻机设备新的发展趋势。
　下面结合XY-4型立轴式钻机，说明立轴式钻机的结构原理。XY-4型钻机主要适用于进行固体矿床勘探、工程地质勘查，也可用作浅层石油、天然气、地下水钻探和堤坝灌浆、坑道通风、排水孔的钻进。
1. 机械传动系统的组成
　立轴式钻机的总传动系统由机械传动系统和液压传动系统组成（图3-1）。

图3-1 机械传动式钻机总传动系统方框图

　机械传动系统一般包括三个传动链：回转器传动链、升降机传动链和液压泵传动链
回转器与升降机传动链是机械传动系统的主要组成部分，它们往往共用一个传动链。传动路线为：

　液压泵传动链：动力经输入传动、液压泵传动装置传至液压泵。
2. 机械传动系统的任务
　根据钻机的运动形式与特点，传动系统的任务是：
　（1）接通和切断动力；
　（2）变速与变矩，一般采用齿轮变速箱，深孔钻机也有带涡轮变矩器的；
　（3）分配动力和改变旋转方向；
　（4）改变运动形式，如将旋转运动转变为往复运动；
　（5）实现柔性传动与过载保护。
3. XY-4型钻机的机械传动系统
　 XY-4型钻机的机械传动系统如图3-2所示。该系统包括：摩擦离合器1、变速箱2、万向轴3、分动箱4、回转器5、升降机6等部件。变速箱与分动箱之间采用万向轴连接。变速箱输出4个正转速度与一个反转速度。分动箱对回转器来说还是一个两速变速箱，因而，回转器具有自101～1 191r/min的8个正转速度和83r/min、251r/min两个反转速度。升降机具有自43～164r/min的四档速度。

图3-2 XY-4型钻机机械传动系统图
1-离合器； 2-变速箱； 3-万向轴； 4-分动箱； 5-回转器； 6-升降机

4. 变速箱的结构
　变速箱的功用是变更回转器和升降机的转速和扭矩。机械传动式钻机几乎全部采用齿轮变速箱，这类变速箱一般由2～4根传动轴和轴间诸齿轮副构成。按照结构形式，基本上可分为两种类型：① 简单的两轴一级传动变速箱；② 三轴两级传动跨轮机构变速箱。两轴一级传动变速箱结构简单、零件少，但是只有一个变速组，减速比受到限制。新型钻机已广泛采用三轴两级传动跨轮机构变速箱。
　 XY-4型钻机采用的四速变速箱（图3-3）结构式为1×3+1=4。这种变速箱有四根轴和五对齿轮，输出轴和输入轴在同一轴线上。在变速箱输出轴上有两个滑动齿轮，一个为单齿轮Z3，另一个为双联齿轮Z9与Z10，能在输出轴上变更位置，从而变换转速。副轴Ⅱ′上的双联滑动齿轮，是变反档用的。

图3-3 XY-4型钻机变速箱展开图
Ⅰ-输入轴; Ⅱ-中间轴; Ⅱ′-小轴; Ⅲ-输出轴; 1,2,5,7,8-单列向心球轴承; 3-滚针轴承; 4-箱体; 6-圆螺母; 9-止动片; Z1-碗形齿轮; Z2, Z4, Z5, Z8-齿轮; Z3-滑动齿轮; Z6, Z7-双联齿轮; Z9, Z10-双联滑动齿轮

5. 分动箱的结构
　分动箱的功用是将变速箱传来的动力分配给回转器和升降机，并使它们同时或分别回转。XY-4型钻机的变速箱与分动箱各自独立，变速箱与分动箱之间，用万向轴连接，分动箱还有变速的功能（图3-2）。这种型式的解体性好，便于拆装，但传动件多。
6. 摩擦离合器
　摩擦离合器的功能在于：① 接通和切断钻机的动力；② 在钻机变速和分动操作中、或在完成套岩心与扭断岩心等特殊操作时，利用离合器进行微动操作；③ 当钻机超载时，利用摩擦片打滑起过载保护作用。钻机的摩擦离合器，通常设置在动力机（或减速箱）与变速箱之间，而且不影响液压泵的传动。 XY-4型钻机的摩擦离合器（图3-4）由主动件、从动件、压紧分离机构、操纵机构及调隙机构组成。压紧分离机构由滑套16、连杆15、连杆压脚14等组成。操纵机构由轴承18、滑套17、拨叉19及拨叉轴20等组成。调隙机构由调整螺母22、保险片13等组成。

图3-4 XY4型钻机摩擦离合器
1-半弹性联轴器； 2-单列向心球轴承； 3-主动轴； 4-锁母； 5-单列向心球轴承（60206）； 6-壳体； 7-从动轴； 8-弹簧； 9-被动摩擦盘； 10-主动摩擦盘； 11-动盘（压力盘）； 12-弹簧片； 13-保险片； 14-连杆压脚； 15-连杆； 16-滑套； 17-松紧滑套； 18-单列向心球轴承； 19-拨叉； 20-拨叉轴； 21-罩壳； 22-调整螺母； 23-半圆键； 24-离合手柄； 25-双头螺栓； 26-骨架式橡胶油封； 27-支架

　离合器的接合与分离通过手柄转动拨叉轴来实现。向左转动拨叉，带动轴承盒、滑套、连杆与压脚，推动压力盘（动盘）向左压紧（弹簧8被压缩），使主动摩擦盘10与静盘9、动盘11紧密贴合在一起，此时旋转着的摩擦盘带动动盘、静盘、压紧分离机构和变速箱输入轴一起转动，这就是离合器的接合工况。向右转动拨叉动力被切断。离合器的压紧分离机构是一种连杆机构，它还起"自锁"作用，以保证离合器能保持其状态而不自行变换。
　必须指出，摩擦离合器由分到合及由合到分，都是处于不稳定状态，片间出现摩擦片相对滑动而磨损发热。因此合理操纵十分重要。

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