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地质装备数字化是适应技术发展和我国勘探工作需要的一种趋势,为新一代地质装备的发展指明了方向。全自动浅层取样钻机是装备数字化的一个基础平台。它一方面能为数字钻探设备提供搭载平台,另一方面可以取代现有钻机,节省大量人力,完成繁重的勘探任务。
全自动浅层取样钻机采用最有利于机电液结合的方案结构,在设计时充分考虑到机电液的结合点,用各类型传感器和控制模块实现钻机的精确动作。本文从以上要求出发,分析了我国钻机的发展现状,结合地质装备数字化的特点,参考同类型钻机的结构,提出了钻机的整体设计方案。设计出钻机钻架的调向机构,并进行运动学的分析,通过相关软件对液压缸进行了动力学仿真,并运用软件对机构铰点的位置进行了优化。参照其他自动机械的执行机构,创新性的提出了自动换杆装置模块化的思路,并设计出自动上下杆系统。本文分析了我国资源勘探工作的严峻形势和国内外全用钻机的研究现状,提出存在的问题,并概括了文章的主要内容。按照钻机整体布局的原则提出了布局方案,并为钻机选择了动力装置和行走装置,粗略计算出液压油箱的容积,并设计了油箱外形尺寸。对动力头进行了选型。通过分析设计出钻架的结构形式,为焊接的“口”型型钢结构,对比滚动导轨副和滑动导轨副,然后选择的导轨副类型为滚动导轨副。分析比较液压给进机构和机械式给进机构的特点,选择单液压缸链条给进机构,并提出两种结构方案,从机构的受力方面进行分析,选择四链轮结构。根据钻机设计参数,利用经验公式计算出钻机给进机构需提供的最大拉力,设计出给进液压缸的结构参数,设计出给进液压缸。在第五章先提出调向机构的两种方案,结合钻机需要,选择双液压缸调向机构,并对该机构进行机构分析、运动学分析。运用ADAMS软件对调向机构进行了动力学仿真,分析液压缸驱动力的特性。在软件中建立调向机构的参数化模型,并应用该软件的优化设计功能,将影响机构性能的关键点位置设置为变量,以液压缸驱动力最小为优化目标,经过实验研究和运行优化等步骤,得到调向机构的优化结构。在第六章,分析了人工换杆的步骤,提出了按功能动作分机构设计的方法,将机构分为两个子机构:自动送杆系统和钻杆库系统。对自动送杆系统提出了三种方案,根据结构特点和操作性,选择转臂式送杆机构。对钻杆库系统,提出直线型和圆周型两种方案,根据空间利用率和稳定性,选择圆周型方案。最后对全文进行了总结,指出了还需要解决的问题。
本文严格按照钻机设计的一般过程,先提出整体方案,在对方案进行比较,选择优点突出的方案,提出的机构方案和设计数据将作为钻机试制的依据。