xy-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計開題報告

1、<p><b>　　開題報告</b></p><p>　　(XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計)</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)，它帶動鉆具和鉆頭向地層深處鉆進(jìn)，并通過升降機(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，冷卻鉆頭和潤滑鉆具。它廣泛應(yīng)用于國明經(jīng)濟(jì)的許多部門，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、取土器等。</p><

3、;p><b>　　升降機(jī)的設(shè)計要求：</b></p><p>　　由于鉆機(jī)的升降機(jī)在在鉆探的過程中，工作時間長，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)動時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>　　③操作方便、動作靈敏、平穩(wěn)、勞動強(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，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離手柄或按扭操作。</p><p><b>　　④結(jié)構(gòu)簡單。</b></p><p><b>　　設(shè)計目的：</b></p><p>　　①通過設(shè)計

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>　?、鄯治鲇嬎闵禉C(jī)的特性參數(shù)；</p><p>　　③應(yīng)用一些軟件對升降機(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>　　下降制動力矩；</b></p><p>&

9、lt;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>　　抱閘在制動過程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動能全部轉(zhuǎn)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(shù)降低，制動力矩減小，而且會使熱應(yīng)力

10、增加，加劇摩擦材料的磨損，因此要對其進(jìn)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(jī)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(shù)來選擇升降機(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和尺寸，進(jìn)而繪制出總裝配圖。在經(jīng)過一些軟件來分析升降機(jī)的性能。</p><p><b>　　升降機(jī)類型的確定：</b>&

11、lt;/p><p>　　表1 升降機(jī)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(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>　?、谛行禽嗇S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(jī)結(jié)構(gòu)的確定：</b></p><p>　　通過查閱資料，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箱的軸齒輪的花鍵中；升降機(jī)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(jī)軸用；卷筒用兩盤313型軸承16、36支承在升降機(jī)軸19上。行星傳動機(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313型軸承36和兩盤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與提升制動盤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><p>　　圖1-1 XY-4型升降機(jī)1-制動抱閘； 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，升降機(jī)的最大提升負(fù)荷，它取決于大鉤載荷及滑車系統(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?shù)。它又反映了升降機(jī)的超載能力，又可稱為超載系數(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>　?。瘛棵足@桿重量；</p><p>　?。獭~定孔深的鉆具總長；；</p><p>　　γ?！獩_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Vmin根據(jù)動力機(jī)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(jī)

21、額定功率KW；</p><p>　　ηｚ——動力機(jī)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{(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(shù)；</p><p>　　A——動力機(jī)在T內(nèi)可以做的功；</p><p>　　Am——動力機(jī)在Tm時間內(nèi)實際做的功；</p>

23、;<p>　　φN——升降機(jī)的功率利用系數(shù)； </p><p>　　提升時間系數(shù)φT及功率利用系數(shù)φN用下式計算：</p><p><b>　　⑤下降制動力矩；</b></p><p>　　制動正在下降過程的鉆具，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)生的附加動力矩Md。因此，制動鉆具所需的制動

24、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(jīng)驗公式：</p><p>　　式中 β——動載荷系數(shù)，β＝1．2—1。4，懸掛鉆具時，可以看成為制動安全系數(shù)；</p><p>　　Qdg——下降鉆具時，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——卷筒的計算直徑；</p><p><b>　　D——卷簡直徑；</b></p><p><b>　　d——鋼絲繩直徑。</b></p><p><b>　　⑥提升制動力矩；</b></p><p>　　提升

26、時，所需的制動力矩取決于提升負(fù)荷的大小及升降機(jī)的結(jié)構(gòu)類型。下面以第一類</p><p>　　行星輪式升降機(jī)為例分折提升制動力矩的計算：</p><p>　　則提升制動力矩應(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></p><p><b>　　⑦手柄上的作用力；</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，制動時，制帶兩端所需的拉力為T1、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(zhuǎn)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(shù)降低，制動力矩減小，而且會使熱應(yīng)力增加，加劇摩擦材料的磨損，因此，在設(shè)計時必須考

30、慮抱閘的散熱和降低溫升問題，并進(jìn)行抱閘的發(fā)熱驗算。</p><p>　　升降機(jī)工作時的動能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)動慣量；</p><p>　　ω——卷筒制動前的角速度，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>　　假定制動時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，m；</p><p>　　l——立根長度，m；</p><p>　　m3——制圖的質(zhì)量，kg。</p><p><b>　　選件：</b></p><p>　　通過上述計算和對結(jié)構(gòu)的分析，查閱機(jī)械設(shè)計手冊就可

33、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(jìn)行綜合的檢驗，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：</b></p><p>　　對總體的技術(shù)方案的確定；</p><p>　　對行星輪式升降機(jī)的兩種方案的對比分析，選取第一中的原因；</p><p>　　對總體結(jié)構(gòu)布局合理性的選擇；</p><p>　　個別零件的型號和尺寸的選擇。</p><p>　　關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方案：</p

35、><p>　　①對升降機(jī)類型的選擇：</p><p>　　通過對升降機(jī)5種不同形式的結(jié)構(gòu)分析，特點分析，從而選擇出合理的一種結(jié)構(gòu)作為本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　②兩種不同行星輪式升降機(jī)的選擇：</p><p>　　同理，通過對它們的結(jié)構(gòu)分析以及特點的對比，再根據(jù)XY-4巖心鉆機(jī)的其他結(jié)構(gòu)的特點，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)計的結(jié)構(gòu)布局。</p><p>　?、軐ι禉C(jī)總體的分析與驗證：</p><p>　　利用現(xiàn)代分析軟件（如ADUMS等）進(jìn)行工程分析以及驗證。</p><p&

37、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]成大先。 機(jī)械設(shè)計手冊。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。武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993</p><p>　　[4]屠厚澤。 鉆探工程學(xué)。