氣動穿孔機的傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙開題和說明書】
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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目: 氣動穿孔機的傳動系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院: 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級: 學(xué) 生 姓 名: 指導(dǎo)教師(職稱):
年 12 月 28 日填
畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié),又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
(設(shè)計)的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化,特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文(設(shè)計)題目及研究領(lǐng)域;
2. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值;
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1.重點解決的問題;
2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路);
3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果。三、論文(設(shè)計)工作安排
1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));
2. 論文(設(shè)計)進度計劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料,并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合,形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通順, 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文(設(shè)計)工作開始后的前四周內(nèi)完成;
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過;
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生,須重做或補做合格后,方能繼續(xù)論文(設(shè)計)工作,否則不允許參加答辯;
4. 開題報告通過后,原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師;
5. 開題報告的內(nèi)容,要求打印并裝訂成冊(部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上,但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
一、選題依據(jù)
1. 論文(設(shè)計)題目
氣動穿孔機的傳動系統(tǒng)設(shè)計
2. 研究領(lǐng)域
穿孔機構(gòu)設(shè)計,運動動力學(xué)
3. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
氣動穿孔機是一種可在土中自由行走的裝置。它由計算機控制,在地表的一端進入土中,從地表的另一端制定位置穿出。其控制的目的是使機器按預(yù)定設(shè)計的軌跡前行,在行進中可以隨時改變方向,繞過障礙物或修正偏差。機器主要有機器本體、供氣/供油管線和纜繩、入土支架、空氣壓縮機、測試機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、沖擊機構(gòu)、上位機操作控制系統(tǒng)等部分組成。由于機器的傳動系統(tǒng)設(shè)計對實際的工作效果有著很大影響,良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以讓機器準(zhǔn)確的執(zhí)行計算機系統(tǒng)發(fā)出的任務(wù),所以對氣動穿孔機傳動系統(tǒng)設(shè)計的理論研究很有意義。氣動穿孔機應(yīng)用于地下非開挖管道鋪設(shè)工作,是現(xiàn)代社會發(fā)展的必由之路。此機器是高科技的最佳代表,是高智能的一項新興技術(shù),它是一種多學(xué)科綜合起來,形成的一個全新產(chǎn)物,是當(dāng)代科技研究的主要潮流及重要對象,是一種全新的發(fā)展趨勢。非開挖機器可在不破壞地表的情況下完成各種復(fù)雜動作、可變換角度的地下穿孔作業(yè),不影響交通,不污染環(huán)境,對施工地居民造成的影響很小,最后將管線拖入,一次性完成鋪設(shè)。它在城市地下管線的鋪設(shè)施工中具有很廣的用途。
4. 氣動系統(tǒng)的介紹
1) 氣動技術(shù):氣動技術(shù)是以壓縮空氣作為介質(zhì),以空氣壓縮機作為動力源,來實現(xiàn)能量傳遞或信號傳遞與控制的工程技術(shù),是流體傳動與控制的重要組成技術(shù)之一, 也是實現(xiàn)工業(yè)自動化和機電一體化的重要途徑。
2) 氣動系統(tǒng)的典型構(gòu)成:氣壓發(fā)生裝置—執(zhí)行元件—控制元件—輔助原件
3) 氣動系統(tǒng)的優(yōu)點:氣動技術(shù)與傳統(tǒng)的液壓技術(shù)相比,有以下優(yōu)點:
(a)結(jié)構(gòu)簡單輕便、方便安裝維護;(b)輸出速度一般在 50~500mm/s,速度快于液壓和電氣方式;(c)對沖擊負(fù)載和負(fù)載過載的適應(yīng)能力較強;(d)可靠性高、使用壽命長、安全無污染且成本較低。
由于氣動技術(shù)具有以上的使用優(yōu)點,氣動技術(shù)在世界工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。一個完善的機電一體化系統(tǒng)包括機械、動力、信息檢測傳感、執(zhí)行機構(gòu)、控制及信號處理等部分。作為機電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行部分的氣動元件及其系統(tǒng),不僅僅具有機械、氣動執(zhí)行機構(gòu),同時也集成了信息檢測傳感等元件,甚至集成了其他一些微型機電系統(tǒng)。氣動技術(shù)應(yīng)面的擴大是氣動工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。氣動元件的應(yīng)用主要為兩個方面:維修和配套。國產(chǎn)氣動元件的應(yīng)用,從價值數(shù)千萬元的冶金設(shè)備到只有幾百元的椅子、鐵
道扳岔、列車剎車、街道清掃、特種車間內(nèi)的起吊設(shè)備、軍事指揮車等都用上了專門開發(fā)的國產(chǎn)氣動元件。這說明氣動技術(shù)已滲透到各行各業(yè),并且正在日益擴大。氣動技術(shù)的應(yīng)用主要在:
(a) 汽車、輪船等制造業(yè),包括焊接生產(chǎn)線、夾具、機器人、輸送設(shè)備、組裝線
等方面。
(b) 生產(chǎn)自動化:機械加工生產(chǎn)線上零件的加工和組裝,如工件的搬運、轉(zhuǎn)位、定位、檢測等工序。
(c) 電子半導(dǎo)體、家電制造業(yè):硅片的搬運、元器件的插入與錫焊,彩電、冰箱的生產(chǎn)線等。
(d) 某些機械設(shè)備:冶金機械、印刷機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、塑料制品生產(chǎn)線等場合。
(e) 包裝過程自動化:化肥、糧食、食品、藥品等實現(xiàn)粉末、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝等。
5. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
當(dāng)今世界工業(yè)迅速發(fā)展,目前機器發(fā)展的趨勢有兩個突出:一個是機器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大;另一個是機器的性能不斷提高。特種機器是指適用于非工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域, 完成相應(yīng)要求作業(yè)的機器,這類機器種類很多,氣動穿孔機是其中一種。地下打孔作業(yè)存在高風(fēng)險性,高難度性,歷來是一項艱巨任務(wù),為了讓機器代替人類完成這項工作,各國都在積極進行氣動穿孔機的研究。它不僅能代替人類在危險的環(huán)境中工作, 更能大幅度的提高勞動效率,對社會的發(fā)展進步有著至關(guān)重要的意義。機器是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備,技術(shù)附加值很高,應(yīng)用范圍很廣,作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化的新興產(chǎn)業(yè),將對未來社會的生產(chǎn)和發(fā)展起著越來越重要的作用。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容
1. 重點解決的問題
氣動穿孔機的總體構(gòu)成作業(yè)流程的運動學(xué)分析氣動穿孔機本體設(shè)計
2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)
(1) 氣動穿孔機的作用及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
(2) 氣動穿孔機工作原理及工作特點分析
(3) 氣動穿孔機的運動學(xué)分析,模型建立及計算分析
(4) 氣動穿孔機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計
(5) 氣動穿孔機的控制系統(tǒng)設(shè)計
(6) CAD 軟件繪制零件圖與裝配圖
3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
(1) 通過查閱資料,了解國內(nèi)外關(guān)于氣動穿孔機的發(fā)展?fàn)顩r、歷程以及主要用到的原理方法等。
(2) 利用氣動穿孔機總體設(shè)計方案,掌握機器的設(shè)計原則、結(jié)構(gòu)組成、工作原理等。
(3) 通過對氣動穿孔機的運動學(xué)分析,模型建立及計算分析,掌握建模方法及運動學(xué)相關(guān)的計算方法。
(4) 通過氣動穿孔機的控制系統(tǒng)設(shè)計,掌握機器控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。
(5) 完成論文的撰寫
三、論文(設(shè)計)工作安排
1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));
1、擬采用的研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù))
(1) 對于氣動穿孔機的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及總體方案設(shè)計,可查閱相關(guān)的期刊、論文等來學(xué)習(xí)。
(2) 對于運動學(xué)分析,模型建立及計算分析、本體結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計,可查閱相關(guān)資料來學(xué)習(xí)。
(3) 對于 CAD 軟件繪制零件圖和裝配圖,可通過老師指導(dǎo)并結(jié)合相關(guān)的課本知識學(xué)習(xí)。
2. 論文(設(shè)計)進度計劃
第 1 周——第 3 周 :收集相關(guān)資料,了解國內(nèi)外氣動穿孔機的發(fā)展現(xiàn)狀,學(xué)習(xí)并了解他們的設(shè)計方法,完成開題報告。
第 4 周——第 5 周 :查閱相關(guān)資料和一些學(xué)術(shù)期刊,確定氣動打孔機總體方案設(shè)計,包括其結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計、工作原理等。
第 6 周——第 7 周 :學(xué)習(xí)氣動穿孔機模型建立,并完成對運動學(xué)計算分析。
第 8 周——第 9 周 :根據(jù)前幾周的相關(guān)研究,完成氣動穿孔機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計。
第 10 周——第 11 周 :完成氣動穿孔機的控制系統(tǒng)設(shè)計;初步構(gòu)建論文結(jié)構(gòu),并撰寫出論文初稿。
。
第 12 周——第 13 周 :完成論文撰寫,并對論文進行修改。
第 14 周:總結(jié)論文,準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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Manschitz-EP-2002.
附:文獻(xiàn)綜述或報告
1、 氣動穿孔機的作用和研究意義
機器中有一種類型,它適用于非工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,如航空航天,地下勘探,石油開發(fā)等。它能夠在不同的領(lǐng)域通過智能手段完成所需的相應(yīng)要求。
氣動穿孔機在上位機的控制下,從地表的一端插入,另一端鉆出。其控制的目的是使機器按預(yù)先的軌跡前行,并且在行進中方向可以改變,從而繞過障礙物或修正偏差。鋪設(shè)地下管道這種技術(shù)可以以最小的表面損傷修復(fù)的檢測,檢查的條件進行地下開始施工。這種機器可在不破壞地表的情況下完成各種復(fù)雜動作、角度的地下穿孔作業(yè),不影響交通,不污染環(huán)境, 對施工地居民造成的影響很小,然后,最后將管線拖入,一次性完成鋪設(shè)。它在城市地下管線的鋪設(shè)施工中具有很廣的用途,具有很高的研究價值。
2、 氣動穿孔機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
氣動穿孔機主要利用氣動沖擊技術(shù),我國從 1958 年開始研究氣動沖擊器及其鉆進技術(shù), 主要研究和生產(chǎn)氣動沖擊器的單位有嘉興冶金機械廠、無錫鉆探工具廠、上海探礦機械廠、吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院和英格索蘭公司等。吉林大學(xué)生產(chǎn)的氣動沖擊器,原長春科技大學(xué)(現(xiàn)已并入吉林大學(xué)),研究氣動潛孔錘已有 30 多年的歷史,是國內(nèi)研究和開發(fā)氣動潛孔錘最要
的機構(gòu)之一。從“七五”期間開始,就與國際同步立項研究貫通式潛孔錘,近 20 多年來,研究開發(fā)了一系列貫通式氣動潛孔錘,使該項技術(shù)形成系列規(guī)格產(chǎn)品,同時其理論研究、反循環(huán)技術(shù)研究及相應(yīng)鉆進工藝方法研究又獲進展,使我國的潛孔錘反循環(huán)鉆進技術(shù)躋身國際先進行列?,F(xiàn)在已研制加工了 GQ 系列貫通式潛孔錘 10 種規(guī)格產(chǎn)品。
90 年代,原長春科技大學(xué)又研制了 FGC-15 型單體大直徑濕式反循環(huán)貫通式潛孔錘和組合式直徑潛孔錘鉆具系統(tǒng),鉆孔直徑達(dá) 0.6~1.2mm。其基本性能參數(shù):潛孔錘外徑 500mm,潛孔錘長度是 1762mm,鉆孔直徑 600~1200mm,單次沖擊功 1500~4200J,沖擊頻率 9.6~13.6HZ,耗風(fēng)量 15~40m3/min,潛孔錘壓力降 0.5~1.0MPa,潛孔錘質(zhì)量 950Kg。此兩種大直徑潛孔錘鉆具系統(tǒng)采用三通道鉆桿,工藝方法先進,集大直徑潛孔錘碎巖鉆進、泥漿介質(zhì)保護孔壁、反循環(huán)排渣屑、壓縮空氣閉式循環(huán) 4 種先進方法于一體,有效解決了大直徑嵌巖鉆孔及硬地層鉆進的施工難題,鉆進效率提高 10 倍以上。最近,吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院又開發(fā)出了最新的 HC-15 型環(huán)式組合潛孔錘,該組合潛孔錘由 6 只單體潛孔錘圓周環(huán)狀分布而成,實現(xiàn)環(huán)狀斷面鉆進, 鉆孔直徑 1.5m,巖心直徑 1.12m,減小碎巖斷面積 56%,孔內(nèi)形成的巖心待鉆成空后取出。
針對國內(nèi)施工企業(yè)普遍擁有的是低風(fēng)壓,低風(fēng)量空氣機的現(xiàn)狀,配用普通型空壓機在低風(fēng)壓、 低風(fēng)量條件下提高潛孔錘沖擊能量,適應(yīng)中國國情,具有十分重要的現(xiàn)實意義。原長春科技大學(xué)運用了計算機輔助設(shè)計方法,分別以低耗氣量和低風(fēng)壓高沖擊能為優(yōu)化目標(biāo),研制成功了非貫通式 WC-85 型低耗氣量潛孔錘和 GC100 型低壓高能無閥型潛孔錘。WC-85 型低耗氣量潛孔錘,比同規(guī)格的常規(guī)潛孔錘耗氣量降低 1 倍以上。GC-100 型潛孔錘與國外相同規(guī)格直徑的低風(fēng)壓潛孔錘相比,單次沖擊能量提高了 2.2 倍以上,尤其是對堅硬地層效果顯著,實現(xiàn)了在低風(fēng)壓條件下大幅度提高沖擊能量的目標(biāo)。GC-100 型潛孔錘外徑 103mm; 鉆頭直徑110~130mm;耗氣量 4~6m3/min; 工作風(fēng)壓 0.5~0.7MPa; 單次沖擊功 177~320J; 沖擊頻率
11~13.4HZ;潛孔錘總長 1000mm;潛孔錘質(zhì)量 36kg。
無錫鉆探工具廠(WC 系列風(fēng)動潛孔沖擊器)是國機集團中國地質(zhì)裝備總公司的直屬企業(yè), 是生產(chǎn)地質(zhì)勘探工具的專業(yè)化工廠。該廠 WC 系列沖擊器為中低風(fēng)壓無閥式結(jié)構(gòu),耗風(fēng)低, 可配各類錨桿鉆機及工程鉆機上使用。
原宣化英格索蘭礦山工程機械有限公司是宣化采礦機械廠與美國英格索蘭公司共同興辦的股份企業(yè),2004 年 7 月又以股權(quán)轉(zhuǎn)讓的方式被瑞典 Atlas Copco 公司收購,更名為阿特拉斯. 科普柯(張家口)建筑礦山設(shè)備有限公司。該公司制造并銷售各種礦山工程機械設(shè)備,特別是引進吸收美國英格索蘭公司高風(fēng)壓潛孔沖擊器技術(shù),其制造生產(chǎn)的 CIR 系列氣動沖擊器屬
于低風(fēng)壓沖擊器,DHD 系列屬于高風(fēng)壓沖擊器。
2.2 國外研究現(xiàn)狀
在開發(fā)氣動潛孔錘新領(lǐng)域、新品種方面,美國英格索蘭公司起了世界領(lǐng)先作用。目前, 英格索蘭公司生產(chǎn)的氣動潛孔錘有單頭和多頭系列,共有 40 種型號。單頭潛孔錘適用孔徑范圍 90~762mm;多頭潛孔錘最多由 16 個單體錘組成,適用孔徑范圍 610~1980mm。目前英格索蘭大直徑氣動潛孔錘已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)樁孔、地下連續(xù)墻及深水井硬巖鉆孔的施工,取得了很高的鉆進效率。英格索蘭公司建議,對大口徑樁孔及工程孔,可考慮使用多頭潛孔錘, 一次成孔;為適應(yīng)“多孔化”或“梅花點”施工,且考慮到造價低、成本低、投資少、操作容 易、搬運方便、組裝快捷,可考慮使用單頭大口徑潛孔錘。
可控式氣動沖擊器是在俄羅斯礦業(yè)研究院 K.K.杜比清專家領(lǐng)導(dǎo)下集體研制成功的,是非對稱結(jié)構(gòu)。該沖擊器長度是 1460mm,外徑 130mm,質(zhì)量 85kg,沖擊功 250J,沖擊頻率為 6.2Hz, 耗風(fēng)量為 0.083m3/s??煽厥綒鈩記_擊器利用與沖擊器相連接的不同偏轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)相對于對稱軸而改變沖擊器的重心。在偏心距 e=6.5mm 的情況下,沖擊器的重心相對于縱軸發(fā)生移動。當(dāng)殼體與沖擊器發(fā)生撞擊的時候回產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使殼體相對于縱軸在平面上發(fā)生偏轉(zhuǎn),該平面通過沖擊器的重心和對稱軸心。如果在鉆孔時,沖擊器處于重心在下的位置,且圍繞著縱軸
均勻地旋轉(zhuǎn),則鉆出的孔為直線形。
COP 系列氣動沖擊器[4]該系列沖擊器是瑞典 A tlas Copco 公司生產(chǎn)的。瑞典 A atls Copco 公司是世界上最大的高風(fēng)壓潛孔鉆具制造廠商,該公司生產(chǎn)的 COP 系列高風(fēng)壓潛孔鉆具銷售量在國際市場上一直占據(jù)領(lǐng)先的位置。COP 系列高風(fēng)壓沖擊器有 8 種類型分別為:COP32(最佳鉆鑿孔徑為 85~100mm),COP34 型(最佳鑿孔徑 92~105mm),COP42 型(最佳鑿孔徑 105~130mm),COP44 型(最佳鉆鑿孔徑為 105~130mm),COP54 型(最佳鑿孔徑 130~152mm), COP64 型(最佳鑿孔徑 156~178mm),COP84 型和 2L 型(最佳鑿孔徑 191~mm),COP84 型(最佳鑿孔徑 203~254mm)[4]。目前市場上使用較多的是鉆孔直徑≤178nm 的潛孔鉆具。1992 年,A tlas Copco 公司對 COP 系列潛孔沖擊器結(jié)構(gòu)進行了改進,推出了 COP34~38 系列潛孔沖擊器,以更加適應(yīng)在不同的低、中、高氣壓下的高效鑿巖作業(yè)。
3、 氣動穿孔機為來的發(fā)展趨勢
隨著技術(shù)的不斷進步,鉆井施工領(lǐng)域的進一步拓展,氣動沖擊器及氣動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)獎 具有更加廣泛的發(fā)展空間。其發(fā)展趨勢體現(xiàn)在:
1、 沖擊器由小的單次沖擊功向大單次沖擊功方向發(fā)展;
2、 沖擊器的適用深度,由淺井向深井發(fā)展,鉆孔的直徑有小到大;
3、 獎多個單體沖擊器組成集束式?jīng)_擊器用于大口徑鉆進;
4、 與多種鉆井工藝相結(jié)合,包括與反循環(huán)鉆井工藝相結(jié)合,解決大直徑鉆孔的排粉問題,與套管鉆進工藝相結(jié)合,解決松散、破碎地層的護壁問題,與爆破相結(jié)合,解決大直徑漂石、孤石地層鉆進難題;
5、 應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛,由小口徑的地質(zhì)勘探孔施工到復(fù)雜的工程施工,以及大直徑的基巖樁孔、水文水井、石油鉆井、地?zé)徙@井、海底取樣鉆進、科學(xué)鉆深等;
6、 鉆孔方位由主要的垂直孔向水平及定向可控方面拓寬,為此,需研制可控方向的沖擊器;
7、 貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取芯(樣)鉆進技術(shù)是集潛孔錘碎巖、流體介質(zhì)反循環(huán)、鉆進中連續(xù)獲取巖礦芯(樣)3 項先進技術(shù)與一體的鉆進技術(shù),它代表著潛孔錘鉆井技術(shù)的發(fā)展方向之一;
8、 設(shè)計方法上采用計算機仿真方法研究潛孔錘,揭示和分析潛孔錘各配氣過程、結(jié)構(gòu)參數(shù)及主要因素對潛孔錘工作性能的影響規(guī)律,從而實現(xiàn)潛孔錘的輔助優(yōu)化設(shè)計,替代傳統(tǒng)的實驗法、 經(jīng)驗法和類比法,實現(xiàn)定量科學(xué)設(shè)計。
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