机械毕业设计（论文）开题报告XY4岩心钻机升降机的设计.doc

开题报告 (XY-4岩心钻机升降机的设计)姓名： 机械学院：140306班 学号：14030603岩心钻机的功用：钻机是向地下钻孔的机器，是完成钻进施工的主机，它带动钻具和钻头向地层深处钻进，并通过升降机完成起下钻具和套管，提取岩心，更换钻头等辅助工作。泵的作用是向孔内输送冲洗液以冲洗孔底，冷却钻头和润滑钻具。它广泛应用于国明经济的许多部门，它是从事各种钻探施工必不可少的主体设备。升降机的功用： 钻机的升降机有主升降机和副升降机之分：主升降机用于升降钻具和套管；副升降机可用于起吊其它管材或重物，打捞绳索取心钻具内管，升降捞砂简、取土器等。升降机的设计要求： 由于钻机的升降机在在钻探的过程中，工作时间长，其性能的好坏，直接关系到钻进的效率钻孔的质量和生产的安全，因此升降机要满足以下要求：在满足升降机工艺要求的前提下，应能最大限度地降低升降工序的机动时间和充分提高功率利用系数。要求升降机的结构与强度具有一定的超载能力。操作方便、动作灵敏、平稳、劳动强度小、工作安全可靠，现代钻机应考虑操作远离钻机本体，实现远距离手柄或按扭操作。结构简单。设计目的：通过设计知道钻机的工作性能以及升降机的结构；分析升降机的转矩特性和转速特性；分析计算升降机的特性参数；应用一些软件对升降机进行仿真分析，从而，进一步了解升降机的性能。技术方案的确定：本次设计是在原有的XY-4岩心钻机的基础上，利用所给的设计参数： 输入轴转速（r/min）：约450、约310、约217、约117； 卷筒转速（r/min）：约160、约110、约78、约42； 最大提升能力：29.4KN； 卷筒直径：285mm； 钢绳直径：16mm； 卷筒容绳量：52mm； 提升速度：0.82、1.51、2.16、3.13。进行计算，分别进行工作参数的选择： 升降机的最大起重量Pq； 提升速度分为：最高缠绳速度Vmax、最低缠绳速度Vmin； 调速范围R； 速度档数及中间速度。抱闸的受力分析： 下降制动力矩； 提升制动力矩； 手柄上的作用力；抱闸的发热验算：抱闸在制动过程中，将钻具和提升系统的动能全部转化为热能，这些热能会使抱闸和制圈的温度升高。这样会使摩擦系数降低，制动力矩减小，而且会使热应力增加，加剧摩擦材料的磨损，因此要对其进行发热验算，看是否能够男组要求。通过上述计算就可以知道升降机的最大起重量、提升速度、制动力矩等等，我们就利用这些参数来选择升降机的主轴、行星轮系齿轮、支架、中心齿轮、行星轮轴等所有的零件型号和尺寸，进而绘制出总装配图。在经过一些软件来分析升降机的性能。升降机类型的确定：类型特点采用钻机型号胀闸传动式次种升降机简化了机械传动结构，采用液压控制，易实现远距离操作以及自动化；而且工作平稳；卷筒制圈散热条件好。但只适用于有液压系统的钻机。SPC-300型锥摩擦传 动此类升降机结钩比较简单，易损件少、结实耐用、但传动效率小，两摩擦锥面易进入泥浆、油污等，工作可靠性较差。只有少数窃孔及次深孔钻机使用XB-500型片式摩擦力合器传动式传动较锥摩擦式平稳，传动同样功率时结构尺寸较锥摩擦式小，但结构较锥摩擦式复杂，更换离合器片不太方便。用于钻机辅助升降机液压传动式可以实现无级调节升降机的速度和远距离自动控制，而且升降机结构大大简化。不足之处是液压马达要求加工、装配精度高、不便野外修配。行星轮传动式与摩擦传动式相比，在尺寸相同时，能传递较大功率以及获得较大的传动比；传动效率大；结构紧凑，传动平稳，操作灵活。用于机械传动式钻机 表1 升降机类型的比较因此，通过上述分析，我们选择行星轮式升降级。行星轮式升降机的原理分析行星轮式升降机分为行星轮轴支撑在提升在制圈上，内齿圈与卷筒装在一起； 行星轮轴装在卷筒上，而内齿圈和提升制圈联在一起。类型结构示意图工作原理第一类(1) 提升钻具 刹紧提升抱闸8，同时松开制动抱闸9。行星轮5及其轴4不能绕升降机轴1公转。在角速度为a的中心轮带动下，行星轮绕自身轴以g自转，并带动内齿圈以b转动，缠绕钢绳，提升钻具。提升时，定轴轮系行星式升降机的传动比 为   (1-1)式中： Zb、Za-分别为内齿圈与中心轮齿数；"-"号-转向相反。(2) 制动钻具 抱闸9刹住下降制动盘，同时松开抱闸8。因卷筒与内齿圈被闸住不转，钻具停止升降。此时行星轮自转又公转。(3) 下降钻具 两抱闸均松开，在钻具自重作用下钻具下降图3-6(c)。 (4) 微动升降（b、H可控） 即慢速控制升降工况。若松开提升抱闸8，控制制动抱闸9，钻具会出现下降、停止和慢速下降运动状况；若松开制动抱闸9，控制提升抱闸8，行星轮出现三种运动状态，即钻具提升、停止（不稳定）和下降运动状况。因此，行星式升降机能够并允许微动升降操作，两抱闸只要不同时刹死，两者制紧程度配合得当，微控升降操作就会得心应手。第二类次类行星轮传动式升降机在各工况下的操作与第一类的相同。仅轮系在各个工况下的运行状态与第一类不同。 表2 两种行星轮式升降机的比较根据岩心钻机的工作场地以及工作状态等条件和上述工作原理，我们选择第一类。升降机结构的确定：通过查阅资料，从而确定XY-4岩心钻机升降机的结构形式（如图1.1）；升降机由卷筒、行星传动机构、水冷装置及抱闸组成。升降机轴19右端的花键部插入分动箱的轴齿轮的花键中；升降机轴19的左端通过水套轴8、单列向心球轴承11、支架13等支承在支架上；轴左端头是四方轴头，作为人力传动升降机轴用；卷筒用两盘313型轴承16、36支承在升降机轴19上。行星传动机构由中心齿轮24、游星齿轮32、内齿圈20等组成。中心齿轮以花键连接装在轴19的右侧。行星齿轮用两盘207型轴承30装在行星轮轴29上，行星齿轮共三组，均布安装在左右支架27上；行星轮轴的左右支架分别用一盘313型轴承36和两盘111型轴承26支承在升降机轴上；右支架27外侧用平键28与提升制动盘34联结，并用螺钉将端盖23固紧在支架右侧，防止提升制动盘外串，两个支架用3个均布的螺栓连接成一体。水冷装置由水套轴8、引水环9、压盖10、水管3及制动盘水套等组成。 图1-1 XY-4型升降机1-制动抱闸； 2-水管接头； 3-水管； 4-接头式压注油杯； 5-骨架橡胶油封； 6-档板； 7-堵丝； 8-水套轴； 9-引水环； 10-压盖； 11-单列向心球轴承； 12-水管接头； 13-支架； 14-内螺纹圆柱锁； 15-骨架式橡胶油封； 16-单列向心球轴承； 17-孔用弹性挡圈； 18-卷筒； 19-升降机轴； 20-内齿圈； 21-密封盖； 22-直通式压注油杯； 23-端盖； 24-中心齿轮； 25-毡封油圈； 26-单列向心球轴承； 27-游星轮支架； 28-平键； 29-游星轮轴； 30-单列向心球轴承； 31-孔用弹性挡圈； 32-游星齿轮； 33-骑缝螺丝； 34-提升制圈； 35-提升抱闸； 36-单列向心球轴承升降机的参数的分析计算： 升降机的最大起重量Pq：升降机的最大起重量Pg指的是用单绳一速提升时，升降机的最大提升负荷，它取决于大钩载荷及滑车系统的结构。而大钩载荷又依据额定孔深下的最大钻具重量确定。大钩载荷可用下式计算： Q=Q。=（1-。/）式中 Q。额定孔深时的钻具总重； 卡塞系数。它又反映了升降机的超载能力，又可称为超载系数。一般 K154。浅孔及大口径钻机取值较小，中深孔及小口径钻机取值较大，深孔钻机取值最大； 钻扦重量修正系数。接头连接105，接箍连接11；每米钻杆重量；额定孔深的钻具总长；。冲洗液比重；钻杆材料比重。提升速度分为：最高缠绳速度Vmax、最低缠绳速度Vmin；最高缠绳速度Vmax是根据提引器的最高上升速度确定的。 式中 。max提引器上升最高速度，它受立根长度和操作安全限制。不同的立根长度，所允许提引器的最高上升速度不同。最低缠绳速度Vmin根据动力机的额定功率及大钩载荷确定。可用下面公式计算： 式中 N动力机额定功率KW； 动力机至卷简的总传动效率，一般取0.80.85； Q大钩载荷，kg。调速范围R：当Vmax及Vmin确定之后，调速范围R己成定值。 速度档数及中间速度： 设：T用第一速(最低速)提升全部钻具所用的时间；Tm用M个档提升全部钻具所用的时间；T提升时间系数；A动力机在T内可以做的功；Am动力机在Tm时间内实际做的功；N升降机的功率利用系数； 提升时间系数T及功率利用系数N用下式计算： 下降制动力矩； 制动正在下降过程的钻具，卷筒上除承受钻具自重产生的静力矩Mj外，还必须承受钻具与升降系统的惯性力产生的附加动力矩Md。因此，制动钻具所需的制动力矩Mx等于以上二力矩之和，即 在实际计算时，一般采用下面的经验公式： 式中 动载荷系数，121。4，悬挂钻具时，可以看成为制动安全系数；Qdg下降钻具时，最大大钩载荷；m有效钢丝绳数；滑轮系统效串；Ds卷筒的计算直径；D卷简直径；d钢丝绳直径。提升制动力矩； 提升时，所需的制动力矩取决于提升负荷的大小及升降机的结构类型。下面以第一类行星轮式升降机为例分折提升制动力矩的计算：则提升制动力矩应为： 所以 式中 Pq升降机的最大起重量；rs卷筒计算半径，缠绕三层钢绳；Ds卷筒计算直径；D卷筒直径；d钢丝绳直径。手柄上的作用力；设制带的抱角为，制带与制圈的摩擦系数为f，制动时，制带两端所需的拉力为T1、T2。根据欧拉公式平衡条件可知道手柄上的作用力： 式中 P手柄上的作用力； T偏心轮作用于制带头上的压力； b偏心轮的偏心距； 手柄长度； 1两制带头所夹角度的一半。抱闸的发热验算：抱闸在制动过程中，将钻具和提升系统的动能全部转化为热能，这些热能会使抱闸和制圈的温度升高。这样会使摩擦系数降低，制动力矩减小，而且会使热应力增加，加剧摩擦材料的磨损，因此，在设计时必须考虑抱闸的散热和降低温升问题，并进行抱闸的发热验算。升降机工作时的动能E： 式中 m1钻具及提引进置的质量，kg;钻具的下放速度，ms；J升降机的转动惯量；卷筒制动前的角速度，rads。而 式中 m 2卷筒的质量，kg；Dz卷筒的直径，m；n卷筒的转速，rmin。假定制动时所有的热量都被制圈吸收。则其温升为： 式中 X立根数，今XL/l； L钻具总长，m； l立根长度，m； m3制图的质量，kg。选件： 通过上述计算和对结构的分析，查阅机械设计手册就可以确定每一个零件的型号和尺寸大小。验算：对所有的件进行综合的检验，看是否满足要求。绘制工程图：利用CAD等软件绘制出工程图。技术难点： 对总体的技术方案的确定； 对行星轮式升降机的两种方案的对比分析，选取第一中的原因； 对总体结构布局合理性的选择； 个别零件的型号和尺寸的选择。关键技术问题的解决方案：对升降机类型的选择：通过对升降机5种不同形式的结构分析，特点分析，从而选择出合理的一种结构作为本次设计的结构。两种不同行星轮式升降机的选择：同理，通过对它们的结构分析以及特点的对比，再根据XY-4岩心钻机的其他结构的特点，还有升降机的工作环境等条件就可以选择出合理的结构。结构布局的选择：根据典型的XY-4岩心钻机的结构布局，我们就可以确定本次设计的结构布局。对升降机总体的分析与验证：利用现代分析软件（如ADUMS等）进行工程分析以及验证。 参考文献1成大先。 机械设计手册。北京：化学工业出版社，20022杨惠民。 钻探设备。北京：地质出版社，19983冯德强。 钻机设计。武汉：中国地质大学出版社，19934屠厚泽。 钻探工程学。北京：中国地质大学出版社，19885武汉地质学院。 岩心钻探设备及设计原理，武汉：地质出版社，19806武汉地质学院。 钻探设备设计。地质出版社，1982