XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì) (2)帶CAD圖,XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì),(2)帶CAD圖,XY,巖心,鉆機(jī),升降機(jī),設(shè)計(jì),CAD 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： ①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)動時間和充分提高功率利用系數(shù)。 ②要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。 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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手柄或按扭操作。 ④結(jié)構(gòu)簡單。 設(shè)計(jì)目的： 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)； ②分析升降機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和轉(zhuǎn)速特性； ③分析計(jì)算升降機(jī)的特性參數(shù)； 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。 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)： ① 輸入軸轉(zhuǎn)速（r/min）：約450、約310、約217、約117； ② 卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：約160、約110、約78、約42； ③ 最大提升能力：29.4KN； ④ 卷筒直徑：285mm； ⑤ 鋼繩直徑：16mm； ⑥ 卷筒容繩量：52mm； ⑦ 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： ① 升降機(jī)的最大起重量Pq； ② 提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin； ③ 調(diào)速范圍R； ④ 速度檔數(shù)及中間速度。 抱閘的受力分析： ① 下降制動力矩； ② 提升制動力矩； ③ 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．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，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； ②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ωa的中心輪帶動下，行星輪繞自身軸以ωg自轉(zhuǎn)，并帶動內(nèi)齒圈以ωb轉(zhuǎn)動，纏繞鋼繩，提升鉆具。提升時，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（ωb、ωH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。 圖1-1?XY-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： ① 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，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： Qｄ=ＫQ。=ＫαｑＬ（1-γ。/γ） 式中 Q?！~定孔深時的鉆具總重； Ｋ——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 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； α——鉆扦重量修正系數(shù)。接頭連接α＝1．05，接箍連接α＝1．1； ｑ——每米鉆桿重量； Ｌ——額定孔深的鉆具總長；； γ?！獩_洗液比重； γ——鉆桿材料比重。 ②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 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。 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 Nｅ——動力機(jī)額定功率KW； ηｚ——動力機(jī)至卷簡的總傳動效率，一般取0.8~0.85； Qｄ——大鉤載荷，kg。 ③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。 ④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間； Tm——用M個檔提升全部鉆具所用的時間； φT——提升時間系數(shù)； A——動力機(jī)在T內(nèi)可以做的功； Am——動力機(jī)在Tm時間內(nèi)實(shí)際做的功； φN——升降機(jī)的功率利用系數(shù)； 提升時間系數(shù)φT及功率利用系數(shù)φN用下式計(jì)算： ⑤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，一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式： 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)； Qdg——下降鉆具時，最大大鉤載荷； m——有效鋼絲繩數(shù)； η——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。 ⑥提升制動力矩； 提升時，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 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。 ⑦手柄上的作用力； 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： 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； ｌ——手柄長度； α1——兩制帶頭所夾角度的一半。 ⑧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)工作時的動能E： 式中 m1——鉆具及提引進(jìn)置的質(zhì)量，kg; ν——鉆具的下放速度，m／s； J——升降機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量； ω——卷筒制動前的角速度，rad／s。 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，r／min。 假定制動時所有的熱量都被制圈吸收。則其溫升為： 式中 X——立根數(shù)，今X＝L/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)： ① 對總體的技術(shù)方案的確定； ② 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； ③ 對總體結(jié)構(gòu)布局合理性的選擇； ④ 個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： ①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)。 ②兩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)。 ③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。 ④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，2002 [2]楊惠民。 鉆探設(shè)備。北京：地質(zhì)出版社，1998 [3]馮德強(qiáng)。 鉆機(jī)設(shè)計(jì)。武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993 [4]屠厚澤。 鉆探工程學(xué)。北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988 [5]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，1980 [6]武漢地質(zhì)學(xué)院。 鉆探設(shè)備設(shè)計(jì)。地質(zhì)出版社，1982