全液压钻机动力头回转扭矩的计算方法

李龙霄

摘要：本文主要以HYDX-5A型钻机为例，介绍全液压钻机动力头回转扭矩、转速的计算方法。

关键词：回转扭矩；转速计算

1.概述

面对紧迫的形势，全液压钻机以其优良的性能，逐渐取代传统的立轴式岩心钻机。现已HYDX-5A型钻机为例，阐述动力头扭矩、转速的计算方法。

2.动力头的设计计算方法

2.1液压系统的计算

2.1.1 柴油机的型号及参数

HYDX-5A型钻机采用康明斯6CTA8，.3-C195型柴油机，额定功率/转速： 145KW/1900rpm，最大扭矩/转速：820Nm/1500rpm。

2.1.2 液压泵型号及参数

钻机采用萨澳90L75型闭式泵，最大排量：Vg泵=75ml/r，系统最高压力ΔP=320bar，泵输入转速 n泵=1500rpm。

2.1.3 液压马达型号及参数

钻机采用萨澳51L80型马达，最大排量：Vg马达max=80.7ml/r，最大排量：Vg马达max=，16.1ml/r。

2.1.4液压系统的计算

假设液压系统无泄漏的情况下，液压泵的输出流量等于液压马达的输入流量。

Q泵=Qe马达=Vg泵×n泵×1/1000=75ml/r×1500rpm×1/1000=112.5L/min

当Vg马达max=80.7ml/r时，获得最低输出转速nmin和最高输出扭矩Memax

nmin=Qe×1000×?v/Vg马达max=112.5L/min×1000×1/80.7ml/r=1394rpm

Memax=Vg馬达max×ΔP×?mh/20×3.14=80.7ml/r×320bar×1/62.8=411Nm

当Vg马达min=16.1ml/r时，获得最高输出转速nmax和最低输出扭矩Memin

nmax=Qe×1000×?v/Vg马达min=112.5L/min×1000×1/16.1ml/r=6988rpm

Memin=Vg马达min×ΔP×?mh/20×3.14=16.1ml/r×320bar×1/62.8=82Nm

2.2 机械系统的计算

2.2.1 变速箱高速，主轴箱低速

N1主轴=n马达输出转速× 齿轮1（?92mm）/齿轮2（?180mm）×齿轮3（?156mm）/齿轮4（?116mm）× 齿轮5（?80mm）/齿轮6（?235mm）×齿轮7（?174mm）/齿 轮8（?342mm）=0.119×n马达输出转速

M1主轴=M马达输出扭矩× 齿轮2/齿轮1×齿轮4/齿轮3× 齿轮6/齿轮5×齿轮8/齿 轮7=8.4Me马达输出转速

2.2.2 变速箱高速，主轴箱高速

N2主轴=n马达输出转速× 齿轮1/齿轮2×齿轮3/齿轮4× 齿轮9（?165mm）/齿轮10（?150mm）×齿轮7/齿 轮8=0.385×n马达输出转速

M2主轴=M马达输出扭矩× 齿轮2/齿轮1×齿轮4/齿轮3× 齿轮10齿轮9×齿轮8/齿 轮7=2.6Me马达输出转速

2.2.3 变速箱低速，主轴箱低速

N3主轴=n马达输出转速× 齿轮1/齿轮2×齿轮11/齿轮12× 齿轮5/齿轮6×齿轮7/齿 轮8=0.045×n马达输出转速

M3主轴=M马达输出扭矩× 齿轮2/齿轮1×齿轮12/齿轮11× 齿轮6/齿轮5×齿轮8/齿 轮7=22Me马达输出转速

2.2.4 变速箱低速，主轴箱高速

N4主轴=n马达输出转速× 齿轮1/齿轮2×齿轮11（?92mm）/齿轮12（?180mm）× 齿轮9/齿轮10×齿轮7/齿 轮8=0.146×n马达输出转速

M4主轴=M马达输出扭矩× 齿轮2/齿轮1×齿轮12/齿轮11× 齿轮10/齿轮9×齿轮8/齿 轮7=6.85Me马达输出转速

2.3主轴理论输出转速、扭矩

2.3.1 当nmin=1394rpm Memax=411Nm 时

N1主轴=166rpm M1主轴=3452Nm N2主轴=537rpm M2主轴=1069Nm

N3主轴=62rpm M1主轴=9042Nm N2主轴=203pm M2主轴=2815Nm

2.3.2 当nmin=6988rpm Memax=82Nm 时

N1主轴=832pm M1主轴=688Nm N2主轴=2690rpm M2主轴=213Nm

N3主轴=315rpm M1主轴=1804Nm N2主轴=1020pm M2主轴=561Nm

3.结论及建议

通过对动力头结构及计算方法的深入剖析和计算，加深了钻机设计人员对钻机设计理念的理解，同时也便于钻机用户在实际使用时，更好地掌握钻机的操纵规律，创造出更好的钻探效果。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册.北京.化学工业出版社 2002.

[2]陆望龙.液压维修.北京.化学工业出版社 2011.