巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、<p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p>　　(XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì))</p><p>　　姓名：胡軍雄 機(jī)械學(xué)院：140306班 學(xué)號(hào)：14030603</p><p><b>　　巖心鉆機(jī)的功用：</b></p><p>　　鉆機(jī)是向地下鉆孔

2、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，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

3、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><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)

4、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>　?、谝笊禉C(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>　　④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</b></p>

5、;<p><b>　　設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　①通過設(shè)計(jì)知道鉆機(jī)的工作性能以及升降機(jī)的結(jié)構(gòu)；</p><p>　　②分析升降機(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>　?、蹜?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。<

6、;/p><p><b>　　技術(shù)方案的確定：</b></p><p>　　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>

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(jìn)行計(jì)算，分別進(jìn)行工作參數(shù)的選擇：<

8、;/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></

9、p><p><b>　　下降制動(dòng)力矩；</b></p><p><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

10、動(dòng)過程中，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

11、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></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(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

12、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。</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。</p><p><b>　　升降機(jī)結(jié)構(gòu)的確定：</b></p&

13、gt;<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(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷裝置及抱閘組成。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

14、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(dòng)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(dòng)盤外串，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)盤水套等組成。</p><

15、;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-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

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(jī)軸； 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；

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(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

18、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，又可稱為超載系數(shù)。一般 K＝1．5—4。淺孔及

19、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?！獩_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(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V

21、min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)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>

22、<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

23、——?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><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

24、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(dòng)力矩Md。因此，制動(dòng)鉆具所需的制動(dòng)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)

25、，最大大鉤載荷；</p><p>　　m——有效鋼絲繩數(shù)；</p><p>　　η——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>

26、<p><b>　?、尢嵘苿?dòng)力矩；</b></p><p>　　提升時(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(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>

27、;</p><p>　　式中 Pq——升降機(jī)的最大起重量；</p><p>　　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>&

28、lt;/p><p><b>　?、呤直系淖饔昧?；</b></p><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；</

29、p><p>　　b——偏心輪的偏心距；</p><p><b>　?。臁直L(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)過程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱能，

30、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)必須考慮抱閘的散熱和降低溫升問題，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>

31、<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。</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／m

32、in。</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><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&

33、gt;　　選件：</b></p><p>　　通過上述計(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>&

34、lt;/p><p>　　利用CAD等軟件繪制出工程圖。</p><p><b>　　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>&

35、lt;p>　　個(gè)別零件的型號(hào)和尺寸的選擇。</p><p>　　關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方案：</p><p>　?、賹?duì)升降機(jī)類型的選擇：</p><p>　　通過對(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>

36、;　　同理，通過對(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>　　④對(duì)升降機(jī)總體的分析與驗(yàn)證：<

37、/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><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