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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 開(kāi)題報(bào)告</b></p><p> (XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì))</p><p><b> 巖心鉆機(jī)的功用:</b></p><p> 鉆機(jī)是向地下鉆孔的機(jī)器,是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī),它帶動(dòng)鉆具和鉆頭向地層深處鉆進(jìn),并通過(guò)升降機(jī)完成起下鉆具和套管,提取巖心,更換鉆頭等輔助工作。泵的作用
2、是向孔內(nèi)輸送沖洗液以沖洗孔底,冷卻鉆頭和潤(rùn)滑鉆具。它廣泛應(yīng)用于國(guó)明經(jīng)濟(jì)的許多部門(mén),它是從事各種鉆探施工必不可少的主體設(shè)備。</p><p><b> 升降機(jī)的功用:</b></p><p> 鉆機(jī)的升降機(jī)有主升降機(jī)和副升降機(jī)之分:主升降機(jī)用于升降鉆具和套管;副升降機(jī)可用于起吊其它管材或重物,打撈繩索取心鉆具內(nèi)管,升降撈砂簡(jiǎn)、取土器等。</p><
3、;p><b> 升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求:</b></p><p> 由于鉆機(jī)的升降機(jī)在在鉆探的過(guò)程中,工作時(shí)間長(zhǎng),其性能的好壞,直接關(guān)系到鉆進(jìn)的效率鉆孔的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全,因此升降機(jī)要滿足以下要求:</p><p> ?、僭跐M足升降機(jī)工藝要求的前提下,應(yīng)能最大限度地降低升降工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間和充分提高功率利用系數(shù)。</p><p> ②要求升
4、降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。</p><p> ?、鄄僮鞣奖恪?dòng)作靈敏、平穩(wěn)、勞動(dòng)強(qiáng)度小、工作安全可靠,現(xiàn)代鉆機(jī)應(yīng)考慮操作遠(yuǎn)離鉆機(jī)本體,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手柄或按扭操作。</p><p><b> ?、芙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)目的:</b></p><p> ?、偻ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)
5、知道鉆機(jī)的工作性能以及升降機(jī)的結(jié)構(gòu);</p><p> ?、诜治錾禉C(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和轉(zhuǎn)速特性;</p><p> ?、鄯治鲇?jì)算升降機(jī)的特性參數(shù);</p><p> ③應(yīng)用一些軟件對(duì)升降機(jī)進(jìn)行仿真分析,從而,進(jìn)一步了解升降機(jī)的性能。</p><p><b> 技術(shù)方案的確定:</b></p><p&g
6、t; 本次設(shè)計(jì)是在原有的XY-4巖心鉆機(jī)的基礎(chǔ)上,利用所給的設(shè)計(jì)參數(shù):</p><p> 輸入軸轉(zhuǎn)速(r/min):約450、約310、約217、約117;</p><p> 卷筒轉(zhuǎn)速(r/min):約160、約110、約78、約42;</p><p> 最大提升能力:29.4KN;</p><p> 卷筒直徑:285mm;<
7、/p><p> 鋼繩直徑:16mm;</p><p> 卷筒容繩量:52mm;</p><p> 提升速度:0.82、1.51、2.16、3.13。</p><p> 進(jìn)行計(jì)算,分別進(jìn)行工作參數(shù)的選擇:</p><p> 升降機(jī)的最大起重量Pq;</p><p> 提升速度分為:最高纏繩
8、速度Vmax、最低纏繩速度Vmin;</p><p><b> 調(diào)速范圍R;</b></p><p> 速度檔數(shù)及中間速度。</p><p><b> 抱閘的受力分析:</b></p><p><b> 下降制動(dòng)力矩;</b></p><p>&
9、lt;b> 提升制動(dòng)力矩;</b></p><p><b> 手柄上的作用力;</b></p><p><b> 抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算:</b></p><p> 抱閘在制動(dòng)過(guò)程中,將鉆具和提升系統(tǒng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱能,這些熱能會(huì)使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會(huì)使摩擦系數(shù)降低,制動(dòng)力矩減小,而且會(huì)使熱應(yīng)力
10、增加,加劇摩擦材料的磨損,因此要對(duì)其進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算,看是否能夠男組要求。</p><p> 通過(guò)上述計(jì)算就可以知道升降機(jī)的最大起重量、提升速度、制動(dòng)力矩等等,我們就利用這些參數(shù)來(lái)選擇升降機(jī)的主軸、行星輪系齒輪、支架、中心齒輪、行星輪軸等所有的零件型號(hào)和尺寸,進(jìn)而繪制出總裝配圖。在經(jīng)過(guò)一些軟件來(lái)分析升降機(jī)的性能。</p><p><b> 升降機(jī)類(lèi)型的確定:</b>&
11、lt;/p><p> 表1 升降機(jī)類(lèi)型的比較</p><p> 因此,通過(guò)上述分析,我們選擇行星輪式升降級(jí)。</p><p> 行星輪式升降機(jī)的原理分析</p><p> 行星輪式升降機(jī)分為①行星輪軸支撐在提升在制圈上,內(nèi)齒圈與卷筒裝在一起;</p><p> ②行星輪軸裝在卷筒上,而內(nèi)齒圈和提升制圈聯(lián)在一起。&
12、lt;/p><p> 表2 兩種行星輪式升降機(jī)的比較</p><p> 根據(jù)巖心鉆機(jī)的工作場(chǎng)地以及工作狀態(tài)等條件和上述工作原理,我們選擇第一類(lèi)。</p><p><b> 升降機(jī)結(jié)構(gòu)的確定:</b></p><p> 通過(guò)查閱資料,從而確定XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)形式(如圖1.1);升降機(jī)由卷筒、行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水
13、冷裝置及抱閘組成。升降機(jī)軸19右端的花鍵部插入分動(dòng)箱的軸齒輪的花鍵中;升降機(jī)軸19的左端通過(guò)水套軸8、單列向心球軸承11、支架13等支承在支架上;軸左端頭是四方軸頭,作為人力傳動(dòng)升降機(jī)軸用;卷筒用兩盤(pán)313型軸承16、36支承在升降機(jī)軸19上。行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由中心齒輪24、游星齒輪32、內(nèi)齒圈20等組成。中心齒輪以花鍵連接裝在軸19的右側(cè)。行星齒輪用兩盤(pán)207型軸承30裝在行星輪軸29上,行星齒輪共三組,均布安裝在左右支架27上;行星輪軸
14、的左右支架分別用一盤(pán)313型軸承36和兩盤(pán)111型軸承26支承在升降機(jī)軸上;右支架27外側(cè)用平鍵28與提升制動(dòng)盤(pán)34聯(lián)結(jié),并用螺釘將端蓋23固緊在支架右側(cè),防止提升制動(dòng)盤(pán)外串,兩個(gè)支架用3個(gè)均布的螺栓連接成一體。水冷裝置由水套軸8、引水環(huán)9、壓蓋10、水管3及制動(dòng)盤(pán)水套等組成。</p><p> 圖1-1 XY-4型升降機(jī)1-制動(dòng)抱閘; 2-水管接頭; 3-水管; 4-
15、接頭式壓注油杯; 5-骨架橡膠油封; 6-檔板; 7-堵絲; 8-水套軸; 9-引水環(huán); 10-壓蓋; 11-單列向心球軸承; 12-水管接頭; 13-支架; 14-內(nèi)螺紋圓柱鎖; 15-骨架式橡膠油封; 16-單列向心球軸承; 17-孔用彈性擋圈; 18-卷筒; 19-升降機(jī)軸;
16、0;20-內(nèi)齒圈; 21-密封蓋; 22-直通式壓注油杯; 23-端蓋; 24-中心齒輪; 25-氈封油圈; 26-單列向心球軸承; 27-游星輪支架; 28-平鍵; 29-游星輪軸; 30-單列向心球軸承; 31-孔用彈性擋圈; 32-游星齒輪; 33-騎縫螺絲; 34-提升制圈; 35
17、-提升抱閘; 36-單列向心球軸承</p><p> 升降機(jī)的參數(shù)的分析計(jì)算:</p><p> 升降機(jī)的最大起重量Pq:</p><p> 升降機(jī)的最大起重量Pg指的是用單繩一速提升時(shí),升降機(jī)的最大提升負(fù)荷,它取決于大鉤載荷及滑車(chē)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。而大鉤載荷又依據(jù)額定孔深下的最大鉆具重量確定。</p><p> 大鉤載荷可用下式
18、計(jì)算:</p><p> Qd=KQ。=KαqL(1-γ。/γ)</p><p> 式中 Q?!~定孔深時(shí)的鉆具總重;</p><p> ?。恕ㄈ禂?shù)。它又反映了升降機(jī)的超載能力,又可稱(chēng)為超載系數(shù)。一般 K=1.5—4。淺孔及大口徑鉆機(jī)取值較小,中深孔及小口徑鉆機(jī)取值較大,深孔鉆機(jī)取值最大;</p><p> α——鉆扦重量修正系
19、數(shù)。接頭連接α=1.05,接箍連接α=1.1;</p><p> q——每米鉆桿重量;</p><p> ?。獭~定孔深的鉆具總長(zhǎng);;</p><p> γ。——沖洗液比重;</p><p> γ——鉆桿材料比重。 </p><p> ?、谔嵘俣确譃椋鹤罡呃p繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin;</p&
20、gt;<p> 最高纏繩速度Vmax是根據(jù)提引器的最高上升速度確定的。</p><p> 式中 V。max——提引器上升最高速度,它受立根長(zhǎng)度和操作安全限制。不同的立根長(zhǎng)度,所允許提引器的最高上升速度不同。</p><p> 最低纏繩速度Vmin根據(jù)動(dòng)力機(jī)的額定功率及大鉤載荷確定??捎孟旅婀接?jì)算:</p><p> 式中 Ne——?jiǎng)恿C(jī)
21、額定功率KW;</p><p> ηz——?jiǎng)恿C(jī)至卷簡(jiǎn)的總傳動(dòng)效率,一般取0.8~0.85;</p><p> Qd——大鉤載荷,kg。</p><p><b> ?、壅{(diào)速范圍R:</b></p><p> 當(dāng)Vmax及Vmin確定之后,調(diào)速范圍R己成定值。</p><p> ?、芩俣葯n數(shù)及
22、中間速度:</p><p> 設(shè):T——用第一速(最低速)提升全部鉆具所用的時(shí)間;</p><p> Tm——用M個(gè)檔提升全部鉆具所用的時(shí)間;</p><p> φT——提升時(shí)間系數(shù);</p><p> A——?jiǎng)恿C(jī)在T內(nèi)可以做的功;</p><p> Am——?jiǎng)恿C(jī)在Tm時(shí)間內(nèi)實(shí)際做的功;</p>
23、;<p> φN——升降機(jī)的功率利用系數(shù); </p><p> 提升時(shí)間系數(shù)φT及功率利用系數(shù)φN用下式計(jì)算:</p><p><b> ?、菹陆抵苿?dòng)力矩;</b></p><p> 制動(dòng)正在下降過(guò)程的鉆具,卷筒上除承受鉆具自重產(chǎn)生的靜力矩Mj外,還必須承受鉆具與升降系統(tǒng)的慣性力產(chǎn)生的附加動(dòng)力矩Md。因此,制動(dòng)鉆具所需的制動(dòng)
24、力矩Mx等于以上二力矩之和,即</p><p> 在實(shí)際計(jì)算時(shí),一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式:</p><p> 式中 β——?jiǎng)虞d荷系數(shù),β=1.2—1。4,懸掛鉆具時(shí),可以看成為制動(dòng)安全系數(shù);</p><p> Qdg——下降鉆具時(shí),最大大鉤載荷;</p><p> m——有效鋼絲繩數(shù);</p><p> η
25、——滑輪系統(tǒng)效串;</p><p> Ds——卷筒的計(jì)算直徑;</p><p><b> D——卷簡(jiǎn)直徑;</b></p><p><b> d——鋼絲繩直徑。</b></p><p><b> ⑥提升制動(dòng)力矩;</b></p><p> 提升
26、時(shí),所需的制動(dòng)力矩取決于提升負(fù)荷的大小及升降機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。下面以第一類(lèi)</p><p> 行星輪式升降機(jī)為例分折提升制動(dòng)力矩的計(jì)算:</p><p> 則提升制動(dòng)力矩應(yīng)為:</p><p><b> 所以</b></p><p> 式中 Pq——升降機(jī)的最大起重量;</p><p>
27、 rs——卷筒計(jì)算半徑,纏繞三層鋼繩;</p><p> Ds——卷筒計(jì)算直徑;</p><p><b> D——卷筒直徑;</b></p><p><b> d——鋼絲繩直徑。</b></p><p><b> ?、呤直系淖饔昧?;</b></p><
28、;p> 設(shè)制帶的抱角為α,制帶與制圈的摩擦系數(shù)為f,制動(dòng)時(shí),制帶兩端所需的拉力為T(mén)1、T2。根據(jù)歐拉公式平衡條件可知道手柄上的作用力:</p><p> 式中 P——手柄上的作用力;</p><p> T——偏心輪作用于制帶頭上的壓力;</p><p> b——偏心輪的偏心距;</p><p><b> l——手
29、柄長(zhǎng)度;</b></p><p> α1——兩制帶頭所夾角度的一半。</p><p><b> ?、啾чl的發(fā)熱驗(yàn)算:</b></p><p> 抱閘在制動(dòng)過(guò)程中,將鉆具和提升系統(tǒng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱能,這些熱能會(huì)使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會(huì)使摩擦系數(shù)降低,制動(dòng)力矩減小,而且會(huì)使熱應(yīng)力增加,加劇摩擦材料的磨損,因此,在設(shè)計(jì)時(shí)必須考
30、慮抱閘的散熱和降低溫升問(wèn)題,并進(jìn)行抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算。</p><p> 升降機(jī)工作時(shí)的動(dòng)能E:</p><p> 式中 m1——鉆具及提引進(jìn)置的質(zhì)量,kg;</p><p> ν——鉆具的下放速度,m/s;</p><p> J——升降機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;</p><p> ω——卷筒制動(dòng)前的角速度,rad/s。
31、</p><p><b> 而</b></p><p> 式中 m 2——卷筒的質(zhì)量,kg;</p><p> Dz——卷筒的直徑,m;</p><p> n——卷筒的轉(zhuǎn)速,r/min。</p><p> 假定制動(dòng)時(shí)所有的熱量都被制圈吸收。則其溫升為:</p><
32、p> 式中 X——立根數(shù),今X=L/l;</p><p> L——鉆具總長(zhǎng),m;</p><p> l——立根長(zhǎng)度,m;</p><p> m3——制圖的質(zhì)量,kg。</p><p><b> 選件:</b></p><p> 通過(guò)上述計(jì)算和對(duì)結(jié)構(gòu)的分析,查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)就可
33、以確定每一個(gè)零件的型號(hào)和尺寸大小。</p><p><b> 驗(yàn)算:</b></p><p> 對(duì)所有的件進(jìn)行綜合的檢驗(yàn),看是否滿足要求。</p><p><b> 繪制工程圖:</b></p><p> 利用CAD等軟件繪制出工程圖。</p><p><b&g
34、t; 技術(shù)難點(diǎn):</b></p><p> 對(duì)總體的技術(shù)方案的確定;</p><p> 對(duì)行星輪式升降機(jī)的兩種方案的對(duì)比分析,選取第一中的原因;</p><p> 對(duì)總體結(jié)構(gòu)布局合理性的選擇;</p><p> 個(gè)別零件的型號(hào)和尺寸的選擇。</p><p> 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方案:</p
35、><p> ?、賹?duì)升降機(jī)類(lèi)型的選擇:</p><p> 通過(guò)對(duì)升降機(jī)5種不同形式的結(jié)構(gòu)分析,特點(diǎn)分析,從而選擇出合理的一種結(jié)構(gòu)作為本次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。</p><p> ?、趦煞N不同行星輪式升降機(jī)的選擇:</p><p> 同理,通過(guò)對(duì)它們的結(jié)構(gòu)分析以及特點(diǎn)的對(duì)比,再根據(jù)XY-4巖心鉆機(jī)的其他結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),還有升降機(jī)的工作環(huán)境等條件就可以選擇出合理
36、的結(jié)構(gòu)。</p><p><b> ?、劢Y(jié)構(gòu)布局的選擇:</b></p><p> 根據(jù)典型的XY-4巖心鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)布局,我們就可以確定本次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)布局。</p><p> ?、軐?duì)升降機(jī)總體的分析與驗(yàn)證:</p><p> 利用現(xiàn)代分析軟件(如ADUMS等)進(jìn)行工程分析以及驗(yàn)證。</p><p&
37、gt;<b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]成大先。 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002</p><p> [2]楊惠民。 鉆探設(shè)備。北京:地質(zhì)出版社,1998</p><p> [3]馮德強(qiáng)。 鉆機(jī)設(shè)計(jì)。武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1993</p><p> [4]屠厚澤。 鉆探工程學(xué)。
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