裝配圖XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)
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開題報(bào)告 (XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì))姓名：胡軍雄 機(jī)械學(xué)院：140306班 學(xué)號：14030603巖心鉆機(jī)的功用：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。升降機(jī)的功用： 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。升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求： 由于鉆機(jī)的升降機(jī)在在鉆探的過程中，工作時(shí)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：在滿足升降機(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(shí)間和充分提高功率利用系數(shù)。要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手柄或按扭操作。結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計(jì)目的：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)；分析升降機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和轉(zhuǎn)速特性；分析計(jì)算升降機(jī)的特性參數(shù)；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。技術(shù)方案的確定：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)： 輸入軸轉(zhuǎn)速（r/min）：約450、約310、約217、約117； 卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：約160、約110、約78、約42； 最大提升能力：29.4KN； 卷筒直徑：285mm； 鋼繩直徑：16mm； 卷筒容繩量：52mm； 提升速度：0.82、1.51、2.16、3.13。進(jìn)行計(jì)算，分別進(jìn)行工作參數(shù)的選擇： 升降機(jī)的最大起重量Pq； 提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin； 調(diào)速范圍R； 速度檔數(shù)及中間速度。抱閘的受力分析： 下降制動力矩； 提升制動力矩； 手柄上的作用力；抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算：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，因此要對其進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算，看是否能夠男組要求。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。升降機(jī)類型的確定：類型特點(diǎn)采用鉆機(jī)型號脹閘傳動式次種升降機(jī)簡化了機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，采用液壓控制，易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作以及自動化；而且工作平穩(wěn)；卷筒制圈散熱條件好。但只適用于有液壓系統(tǒng)的鉆機(jī)。SPC-300型錐摩擦傳 動此類升降機(jī)結(jié)鉤比較簡單，易損件少、結(jié)實(shí)耐用、但傳動效率小，兩摩擦錐面易進(jìn)入泥漿、油污等，工作可靠性較差。只有少數(shù)竊孔及次深孔鉆機(jī)使用XB-500型片式摩擦力合器傳動式傳動較錐摩擦式平穩(wěn)，傳動同樣功率時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸較錐摩擦式小，但結(jié)構(gòu)較錐摩擦式復(fù)雜，更換離合器片不太方便。用于鉆機(jī)輔助升降機(jī)液壓傳動式可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)升降機(jī)的速度和遠(yuǎn)距離自動控制，而且升降機(jī)結(jié)構(gòu)大大簡化。不足之處是液壓馬達(dá)要求加工、裝配精度高、不便野外修配。行星輪傳動式與摩擦傳動式相比，在尺寸相同時(shí)，能傳遞較大功率以及獲得較大的傳動比；傳動效率大；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，操作靈活。用于機(jī)械傳動式鉆機(jī) 表1 升降機(jī)類型的比較因此，通過上述分析，我們選擇行星輪式升降級。行星輪式升降機(jī)的原理分析行星輪式升降機(jī)分為行星輪軸支撐在提升在制圈上，內(nèi)齒圈與卷筒裝在一起； 行星輪軸裝在卷筒上，而內(nèi)齒圈和提升制圈聯(lián)在一起。類型結(jié)構(gòu)示意圖工作原理第一類(1)提升鉆具剎緊提升抱閘8，同時(shí)松開制動抱閘9。行星輪5及其軸4不能繞升降機(jī)軸1公轉(zhuǎn)。在角速度為a的中心輪帶動下，行星輪繞自身軸以g自轉(zhuǎn)，并帶動內(nèi)齒圈以b轉(zhuǎn)動，纏繞鋼繩，提升鉆具。提升時(shí)，定軸輪系行星式升降機(jī)的傳動比為(1-1)式中：Zb、Za-分別為內(nèi)齒圈與中心輪齒數(shù)；-號-轉(zhuǎn)向相反。(2)制動鉆具抱閘9剎住下降制動盤，同時(shí)松開抱閘8。因卷筒與內(nèi)齒圈被閘住不轉(zhuǎn)，鉆具停止升降。此時(shí)行星輪自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)。(3)下降鉆具兩抱閘均松開，在鉆具自重作用下鉆具下降圖3-6(c)。(4)微動升降（b、H可控）即慢速控制升降工況。若松開提升抱閘8，控制制動抱閘9，鉆具會出現(xiàn)下降、停止和慢速下降運(yùn)動狀況；若松開制動抱閘9，控制提升抱閘8，行星輪出現(xiàn)三種運(yùn)動狀態(tài)，即鉆具提升、停止（不穩(wěn)定）和下降運(yùn)動狀況。因此，行星式升降機(jī)能夠并允許微動升降操作，兩抱閘只要不同時(shí)剎死，兩者制緊程度配合得當(dāng)，微控升降操作就會得心應(yīng)手。第二類次類行星輪傳動式升降機(jī)在各工況下的操作與第一類的相同。僅輪系在各個(gè)工況下的運(yùn)行狀態(tài)與第一類不同。 表2 兩種行星輪式升降機(jī)的比較根據(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。升降機(jī)結(jié)構(gòu)的確定：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(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及制動盤水套等組成。 圖1-1XY-4型升降機(jī)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(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；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-提升抱閘；36-單列向心球軸承升降機(jī)的參數(shù)的分析計(jì)算： 升降機(jī)的最大起重量Pq：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。大鉤載荷可用下式計(jì)算： Q=Q。=（1-。/）式中 Q。額定孔深時(shí)的鉆具總重； 卡塞系數(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 K154。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； 鉆扦重量修正系數(shù)。接頭連接105，接箍連接11；每米鉆桿重量；額定孔深的鉆具總長；。沖洗液比重；鉆桿材料比重。提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin；最高纏繩速度Vmax是根據(jù)提引器的最高上升速度確定的。 式中 。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。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?jì)算： 式中 N動力機(jī)額定功率KW； 動力機(jī)至卷簡的總傳動效率，一般取0.80.85； Q大鉤載荷，kg。調(diào)速范圍R：當(dāng)Vmax及Vmin確定之后，調(diào)速范圍R己成定值。 速度檔數(shù)及中間速度： 設(shè)：T用第一速(最低速)提升全部鉆具所用的時(shí)間；Tm用M個(gè)檔提升全部鉆具所用的時(shí)間；T提升時(shí)間系數(shù)；A動力機(jī)在T內(nèi)可以做的功；Am動力機(jī)在Tm時(shí)間內(nèi)實(shí)際做的功；N升降機(jī)的功率利用系數(shù)； 提升時(shí)間系數(shù)T及功率利用系數(shù)N用下式計(jì)算： 下降制動力矩； 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力矩Mx等于以上二力矩之和，即 在實(shí)際計(jì)算時(shí)，一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式： 式中 動載荷系數(shù)，121。4，懸掛鉆具時(shí)，可以看成為制動安全系數(shù)；Qdg下降鉆具時(shí)，最大大鉤載荷；m有效鋼絲繩數(shù)；滑輪系統(tǒng)效串；Ds卷筒的計(jì)算直徑；D卷簡直徑；d鋼絲繩直徑。提升制動力矩； 提升時(shí)，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。下面以第一類行星輪式升降機(jī)為例分折提升制動力矩的計(jì)算：則提升制動力矩應(yīng)為： 所以 式中 Pq升降機(jī)的最大起重量；rs卷筒計(jì)算半徑，纏繞三層鋼繩；Ds卷筒計(jì)算直徑；D卷筒直徑；d鋼絲繩直徑。手柄上的作用力；設(shè)制帶的抱角為，制帶與制圈的摩擦系數(shù)為f，制動時(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： 式中 P手柄上的作用力； T偏心輪作用于制帶頭上的壓力； b偏心輪的偏心距； 手柄長度； 1兩制帶頭所夾角度的一半。抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算：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(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。升降機(jī)工作時(shí)的動能E： 式中 m1鉆具及提引進(jìn)置的質(zhì)量，kg;鉆具的下放速度，ms；J升降機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量；卷筒制動前的角速度，rads。而 式中 m 2卷筒的質(zhì)量，kg；Dz卷筒的直徑，m；n卷筒的轉(zhuǎn)速，rmin。假定制動時(shí)所有的熱量都被制圈吸收。則其溫升為： 式中 X立根數(shù)，今XL/l； L鉆具總長，m； l立根長度，m； m3制圖的質(zhì)量，kg。選件： 通過上述計(jì)算和對結(jié)構(gòu)的分析，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊就可以確定每一個(gè)零件的型號和尺寸大小。驗(yàn)算：對所有的件進(jìn)行綜合的檢驗(yàn)，看是否滿足要求。繪制工程圖：利用CAD等軟件繪制出工程圖。技術(shù)難點(diǎn)： 對總體的技術(shù)方案的確定； 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； 對總體結(jié)構(gòu)布局合理性的選擇； 個(gè)別零件的型號和尺寸的選擇。關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方案：對升降機(jī)類型的選擇：通過對升降機(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)。兩種不同行星輪式升降機(jī)的選擇：同理，通過對它們的結(jié)構(gòu)分析以及特點(diǎn)的對比，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)。結(jié)構(gòu)布局的選擇：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。對升降機(jī)總體的分析與驗(yàn)證：利用現(xiàn)代分析軟件（如ADUMS等）進(jìn)行工程分析以及驗(yàn)證。 參考文獻(xiàn)1成大先。 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20022楊惠民。 鉆探設(shè)備。北京：地質(zhì)出版社，19983馮德強(qiáng)。 鉆機(jī)設(shè)計(jì)。武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，19934屠厚澤。 鉆探工程學(xué)。北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，19885武漢地質(zhì)學(xué)院。 巖心鉆探設(shè)備及設(shè)計(jì)原理，武漢：地質(zhì)出版社，19806武漢地質(zhì)學(xué)院。 鉆探設(shè)備設(shè)計(jì)。地質(zhì)出版社，1982
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