巖心鉆機升降機的設計開題報告

1、<p><b>　　開題報告</b></p><p>　　(XY-4巖心鉆機升降機的設計)</p><p>　　姓名：胡軍雄 機械學院：140306班 學號：14030603</p><p><b>　　巖心鉆機的功用：</b></p><p>　　鉆機是向地下鉆孔

2、的機器，是完成鉆進施工的主機，它帶動鉆具和鉆頭向地層深處鉆進，并通過升降機完成起下鉆具和套管，提取巖心，更換鉆頭等輔助工作。泵的作用是向孔內輸送沖洗液以沖洗孔底，冷卻鉆頭和潤滑鉆具。它廣泛應用于國明經濟的許多部門，它是從事各種鉆探施工必不可少的主體設備。</p><p><b>　　升降機的功用：</b></p><p>　　鉆機的升降機有主升降機和副升降機之分：主升

3、降機用于升降鉆具和套管；副升降機可用于起吊其它管材或重物，打撈繩索取心鉆具內管，升降撈砂簡、取土器等。</p><p><b>　　升降機的設計要求：</b></p><p>　　由于鉆機的升降機在在鉆探的過程中，工作時間長，其性能的好壞，直接關系到鉆進的效率鉆孔的質量和生產的安全，因此升降機要滿足以下要求：</p><p>　?、僭跐M足升降機

4、工藝要求的前提下，應能最大限度地降低升降工序的機動時間和充分提高功率利用系數。</p><p>　?、谝笊禉C的結構與強度具有一定的超載能力。</p><p>　?、鄄僮鞣奖?、動作靈敏、平穩(wěn)、勞動強度小、工作安全可靠，現(xiàn)代鉆機應考慮操作遠離鉆機本體，實現(xiàn)遠距離手柄或按扭操作。</p><p><b>　?、芙Y構簡單。</b></p>

5、;<p><b>　　設計目的：</b></p><p>　?、偻ㄟ^設計知道鉆機的工作性能以及升降機的結構；</p><p>　　②分析升降機的轉矩特性和轉速特性；</p><p>　?、鄯治鲇嬎闵禉C的特性參數；</p><p>　?、蹜靡恍┸浖ι禉C進行仿真分析，從而，進一步了解升降機的性能。<

6、;/p><p><b>　　技術方案的確定：</b></p><p>　　本次設計是在原有的XY-4巖心鉆機的基礎上，利用所給的設計參數：</p><p>　　輸入軸轉速（r/min）：約450、約310、約217、約117；</p><p>　　卷筒轉速（r/min）：約160、約110、約78、約42；</p>

7、;<p>　　最大提升能力：29.4KN；</p><p>　　卷筒直徑：285mm；</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>　　進行計算，分別進行工作參數的選擇：<

8、;/p><p>　　升降機的最大起重量Pq；</p><p>　　提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin；</p><p><b>　　調速范圍R；</b></p><p>　　速度檔數及中間速度。</p><p><b>　　抱閘的受力分析：</b></

9、p><p><b>　　下降制動力矩；</b></p><p><b>　　提升制動力矩；</b></p><p><b>　　手柄上的作用力；</b></p><p><b>　　抱閘的發(fā)熱驗算：</b></p><p>　　抱閘在制

10、動過程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動能全部轉化為熱能，這些熱能會使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會使摩擦系數降低，制動力矩減小，而且會使熱應力增加，加劇摩擦材料的磨損，因此要對其進行發(fā)熱驗算，看是否能夠男組要求。</p><p>　　通過上述計算就可以知道升降機的最大起重量、提升速度、制動力矩等等，我們就利用這些參數來選擇升降機的主軸、行星輪系齒輪、支架、中心齒輪、行星輪軸等所有的零件型號和尺寸，進而繪制出總裝配圖。在經過

11、一些軟件來分析升降機的性能。</p><p><b>　　升降機類型的確定：</b></p><p>　　表1 升降機類型的比較</p><p>　　因此，通過上述分析，我們選擇行星輪式升降級。</p><p>　　行星輪式升降機的原理分析</p><p>　　行星輪式升降機分為①行星輪軸支撐在提

12、升在制圈上，內齒圈與卷筒裝在一起；</p><p>　?、谛行禽嗇S裝在卷筒上，而內齒圈和提升制圈聯(lián)在一起。</p><p>　　表2 兩種行星輪式升降機的比較</p><p>　　根據巖心鉆機的工作場地以及工作狀態(tài)等條件和上述工作原理，我們選擇第一類。</p><p><b>　　升降機結構的確定：</b></p&

13、gt;<p>　　通過查閱資料，從而確定XY-4巖心鉆機升降機的結構形式（如圖1.1）；升降機由卷筒、行星傳動機構、水冷裝置及抱閘組成。升降機軸19右端的花鍵部插入分動箱的軸齒輪的花鍵中；升降機軸19的左端通過水套軸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，作為人力傳動升降機軸用；卷筒用兩盤313型軸承16、36支承在升降機軸19上。行星傳動機構由中心齒輪24、游星齒輪32、內齒圈20等組成。中心

14、齒輪以花鍵連接裝在軸19的右側。行星齒輪用兩盤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；行星輪軸的左右支架分別用一盤313型軸承36和兩盤111型軸承26支承在升降機軸上；右支架27外側用平鍵28與提升制動盤34聯(lián)結，并用螺釘將端蓋23固緊在支架右側，防止提升制動盤外串，兩個支架用3個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及制動盤水套等組成。</p><

15、;p>　　圖1-1 XY-4型升降機1-制動抱閘； 2-水管接頭； 3-水管； 4-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-內螺紋圓柱鎖； 15-骨架式橡膠

16、油封； 16-單列向心球軸承； 17-孔用彈性擋圈； 18-卷筒； 19-升降機軸； 20-內齒圈； 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；

17、 31-孔用彈性擋圈； 32-游星齒輪； 33-騎縫螺絲； 34-提升制圈； 35-提升抱閘； 36-單列向心球軸承</p><p>　　升降機的參數的分析計算：</p><p>　　升降機的最大起重量Pq：</p><p>　　升降機的最大起重量Pg指的是用單繩一速提升時，升降機的最大提升負荷，它取決于大

18、鉤載荷及滑車系統(tǒng)的結構。而大鉤載荷又依據額定孔深下的最大鉆具重量確定。</p><p>　　大鉤載荷可用下式計算：</p><p>　　Qｄ=ＫQ。=ＫαｑＬ（1-γ。/γ）</p><p>　　式中 Q?！~定孔深時的鉆具總重；</p><p>　?。恕ㄈ禂?。它又反映了升降機的超載能力，又可稱為超載系數。一般 K＝1．5—4。淺孔及

19、大口徑鉆機取值較小，中深孔及小口徑鉆機取值較大，深孔鉆機取值最大；</p><p>　　α——鉆扦重量修正系數。接頭連接α＝1．05，接箍連接α＝1．1；</p><p>　?。瘛棵足@桿重量；</p><p>　?。獭~定孔深的鉆具總長；；</p><p>　　γ。——沖洗液比重；</p><p>　　γ——鉆桿

20、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><p>　　最高纏繩速度Vmax是根據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，它受立根長度和操作安全限制。不同的立根長度，所允許提引器的最高上升速度不同。</p><p>　　最低纏繩速度V

21、min根據動力機的額定功率及大鉤載荷確定?？捎孟旅婀接嬎悖?lt;/p><p>　　式中 Nｅ——動力機額定功率KW；</p><p>　　ηｚ——動力機至卷簡的總傳動效率，一般取0.8~0.85；</p><p>　　Qｄ——大鉤載荷，kg。</p><p><b>　?、壅{速范圍R：</b></p>

22、<p>　　當Vmax及Vmin確定之后，調速范圍R己成定值。</p><p>　?、芩俣葯n數及中間速度：</p><p>　　設：T——用第一速(最低速)提升全部鉆具所用的時間；</p><p>　　Tm——用M個檔提升全部鉆具所用的時間；</p><p>　　φT——提升時間系數；</p><p>　　A

23、——動力機在T內可以做的功；</p><p>　　Am——動力機在Tm時間內實際做的功；</p><p>　　φN——升降機的功率利用系數； </p><p>　　提升時間系數φT及功率利用系數φN用下式計算：</p><p><b>　?、菹陆抵苿恿?；</b></p><p>　　制動正在下降

24、過程的鉆具，卷筒上除承受鉆具自重產生的靜力矩Mj外，還必須承受鉆具與升降系統(tǒng)的慣性力產生的附加動力矩Md。因此，制動鉆具所需的制動力矩Mx等于以上二力矩之和，即</p><p>　　在實際計算時，一般采用下面的經驗公式：</p><p>　　式中 β——動載荷系數，β＝1．2—1。4，懸掛鉆具時，可以看成為制動安全系數；</p><p>　　Qdg——下降鉆具時

25、，最大大鉤載荷；</p><p>　　m——有效鋼絲繩數；</p><p>　　η——滑輪系統(tǒng)效串；</p><p>　　Ds——卷筒的計算直徑；</p><p><b>　　D——卷簡直徑；</b></p><p><b>　　d——鋼絲繩直徑。</b></p>

26、<p><b>　?、尢嵘苿恿?；</b></p><p>　　提升時，所需的制動力矩取決于提升負荷的大小及升降機的結構類型。下面以第一類</p><p>　　行星輪式升降機為例分折提升制動力矩的計算：</p><p>　　則提升制動力矩應為：</p><p><b>　　所以</b>

27、;</p><p>　　式中 Pq——升降機的最大起重量；</p><p>　　rs——卷筒計算半徑，纏繞三層鋼繩；</p><p>　　Ds——卷筒計算直徑；</p><p><b>　　D——卷筒直徑；</b></p><p><b>　　d——鋼絲繩直徑。</b>&

28、lt;/p><p><b>　?、呤直系淖饔昧Γ?lt;/b></p><p>　　設制帶的抱角為α，制帶與制圈的摩擦系數為f，制動時，制帶兩端所需的拉力為T1、T2。根據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；</

29、p><p>　　b——偏心輪的偏心距；</p><p><b>　?。臁直L度；</b></p><p>　　α1——兩制帶頭所夾角度的一半。</p><p><b>　?、啾чl的發(fā)熱驗算：</b></p><p>　　抱閘在制動過程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動能全部轉化為熱能，

30、這些熱能會使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會使摩擦系數降低，制動力矩減小，而且會使熱應力增加，加劇摩擦材料的磨損，因此，在設計時必須考慮抱閘的散熱和降低溫升問題，并進行抱閘的發(fā)熱驗算。</p><p>　　升降機工作時的動能E：</p><p>　　式中 m1——鉆具及提引進置的質量，kg;</p><p>　　ν——鉆具的下放速度，m／s；</p>

31、<p>　　J——升降機的轉動慣量；</p><p>　　ω——卷筒制動前的角速度，rad／s。</p><p><b>　　而</b></p><p>　　式中 m 2——卷筒的質量，kg；</p><p>　　Dz——卷筒的直徑，m；</p><p>　　n——卷筒的轉速，r／m

32、in。</p><p>　　假定制動時所有的熱量都被制圈吸收。則其溫升為：</p><p>　　式中 X——立根數，今X＝L/l；</p><p>　　L——鉆具總長，m；</p><p>　　l——立根長度，m；</p><p>　　m3——制圖的質量，kg。</p><p><b&

33、gt;　　選件：</b></p><p>　　通過上述計算和對結構的分析，查閱機械設計手冊就可以確定每一個零件的型號和尺寸大小。</p><p><b>　　驗算：</b></p><p>　　對所有的件進行綜合的檢驗，看是否滿足要求。</p><p><b>　　繪制工程圖：</b>&

34、lt;/p><p>　　利用CAD等軟件繪制出工程圖。</p><p><b>　　技術難點：</b></p><p>　　對總體的技術方案的確定；</p><p>　　對行星輪式升降機的兩種方案的對比分析，選取第一中的原因；</p><p>　　對總體結構布局合理性的選擇；</p>&

35、lt;p>　　個別零件的型號和尺寸的選擇。</p><p>　　關鍵技術問題的解決方案：</p><p>　?、賹ι禉C類型的選擇：</p><p>　　通過對升降機5種不同形式的結構分析，特點分析，從而選擇出合理的一種結構作為本次設計的結構。</p><p>　?、趦煞N不同行星輪式升降機的選擇：</p><p>

36、;　　同理，通過對它們的結構分析以及特點的對比，再根據XY-4巖心鉆機的其他結構的特點，還有升降機的工作環(huán)境等條件就可以選擇出合理的結構。</p><p><b>　?、劢Y構布局的選擇：</b></p><p>　　根據典型的XY-4巖心鉆機的結構布局，我們就可以確定本次設計的結構布局。</p><p>　?、軐ι禉C總體的分析與驗證：<

37、/p><p>　　利用現(xiàn)代分析軟件（如ADUMS等）進行工程分析以及驗證。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]成大先。 機械設計手冊。北京：化學工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[2]楊惠民。 鉆探設備。北京：地質出版社，1998</p><p>　　[3