XY-4巖心鉆機升降機的設(shè)計 (2)帶CAD圖,XY-4巖心鉆機升降機的設(shè)計,(2)帶CAD圖,XY,巖心,鉆機,升降機,設(shè)計,CAD 專業(yè)文獻閱讀報告 姓名：胡軍雄 機械學(xué)院：140306班 學(xué)號：14030603 鉆機的發(fā)展歷史： 鉆機是向地下鉆孔的機器，是完成鉆進施工的主機，它帶動鉆具和鉆頭向地層深處鉆進，并通過升降機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。 鉆機的發(fā)展有手把式鉆機、機械傳動、液壓給進的鉆機和全液壓鉆機之間的三個發(fā)展階段。 ⑴第一階段是以手把式鉆機為代表的，1862年，瑞士設(shè)計制造了世界上最早的手動操作立軸鉆機，起鉆頭是金剛石鉆頭；1899年出現(xiàn)了鋼粒鉆進，代替了金剛石鉆進；1916年硬質(zhì)合金也用于鉆探，產(chǎn)生了合金鉆進。隨著這兩種鉆進方法的采用，相應(yīng)地出現(xiàn)了蔭芽狀態(tài)的立軸式回轉(zhuǎn)鉆進鉆機，這種鉆機后來發(fā)展成性能比較完善的手把給進式鉆機。剛開始的鉆機動力由人力驅(qū)動，只能為低速，升降機為摩擦式的，這種鉆機在發(fā)展到四、五十年代，這種鉆機的結(jié)構(gòu)與性能比較完善；我國解放初期，為解決地質(zhì)勘探工作急需引進—部份這類鉆機，隨后又大量仿制，其代表型號為XB—300、XE—5DD及XB—I 000A型等。 ⑵第二階段是以機械傳動、液壓給進的鉆機為代表的，四十年代中期，隨著科技的發(fā)展鉆機也高速發(fā)展，出現(xiàn)了新的金剛石鉆頭，另外，液壓技術(shù)也廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。在這種條 件下，產(chǎn)生了機械傳動、液壓給進的鉆機，50年代以后，適合于金剛石鉆進的機械傳動、液壓給進的鉆機有了進一步發(fā)展。我國解放初期，進口手把鉆機的同時，也進口了機械傳動、液壓給進的鉆機，1958一1962年完成了從仿制到自制的過渡階段，從1962年以后，就開始了系統(tǒng)的設(shè)計與制造工作。 ⑶第二階段是全液壓鉆機為代表的，六十年代以后，金剛石鉆進工藝又有新的發(fā)展，同時液壓技術(shù)本身又有了發(fā)展，這些因素，構(gòu)成了全液壓鉆機產(chǎn)生的條件。因此，在大約在六十華代末至七十年代初期，這種與傳統(tǒng)鉆機結(jié)構(gòu)完全不同的鉆機產(chǎn)生。我國六十年代初已開始研制全液壓傳動式鉆機，七十年代，我國全面地開展了研制工作。 鉆探設(shè)備的發(fā)展主要決定于的因素： 第一個因素是：它隨著鉆探方法和鉆探工藝的發(fā)展而變化的。 和其他技術(shù)發(fā)展史一樣，鉆探技術(shù)最初的發(fā)展是人與自然斗爭的結(jié)果。我國是世界上 最早使用鉆探技術(shù)來開采地下巖鹽的，早在秦代(公元前221—207年間)就用鉆井方法 開采井鹽。這一項技術(shù)發(fā)明目前仍為世界上所公認。但是最早采用的是繩索取心方法，其鉆進過程不是連續(xù)的，即不能采取連續(xù)的巖心，只能打垂直的孔，因此不能滿足地質(zhì)勘探的要求。在十九世紀中后期出現(xiàn)了能連續(xù)取心的迥轉(zhuǎn)式鉆機，這種鉆機鉆進效率和地質(zhì)效果遠比原始繩索取心鉆進優(yōu)越，因而，很快地在地質(zhì)巖心勘探工作中迥轉(zhuǎn)鉆進占了主導(dǎo)地位。隨著鉆進工藝的發(fā)展，巖心鉆機便必須進行一系列的演變。如果將目的較為新式的液壓動力頭式鉆機和五十年代的手把式鉆機相比較則無論在外觀上，結(jié)構(gòu)上、技術(shù)參數(shù)上迥然不同。 第二因素是隨著冶金工業(yè)、機械制造業(yè)、電子工業(yè)的發(fā)展，鉆探設(shè)備也相應(yīng)地起著變化。 鉆探設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計要求，除了自身地質(zhì)工作要求的特點外，還必然地要大量采用機械工業(yè)上通用的傳動副、標準件，如各種傳動機構(gòu)、各種液壓元件等。冶金工業(yè)的發(fā)展提供了輕質(zhì)高強度的原材料，使設(shè)備更趨于結(jié)構(gòu)緊奏體積縮少；電子工業(yè)的發(fā)展，使鉆探設(shè)備的測試手段儀表化、自控化。 目前在國外鉆探設(shè)備產(chǎn)品的更新?lián)Q代十分迅速，其主要原因是零部件絕大多數(shù)采用標準件一部新鉆機的設(shè)計，只要根據(jù)設(shè)計要求，提出方案完成技術(shù)設(shè)計階段后，工作草圖設(shè)計量并不大，可以大量選用其它公司出品的性能完善的標準件，進行組裝，因此新機型的試制周期很短。而由于大量采用專業(yè)化生產(chǎn)的標準件，組裝后的整機質(zhì)量得以保證，互換性、通用性也良好。 鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢： 美國機械傳動液壓給進立抽式鉆機約占98％，全液壓動力頭鉆機僅占2％?？梢?，現(xiàn)階段機械傳動液壓給進鉆機在大量的使用而全液壓動力頭鉆機處于發(fā)展階段。國外立軌式鉆機，為了縮熾升降和輔助正序，采用自動倒桿，加長立軸行程等措施。由于繩索取心鉆進廣泛地發(fā)展，在鉆機上增加了繩索絞傘裝置。升降機在結(jié)構(gòu)原理方面變化較小，仍以圓柱齒輪式結(jié)構(gòu)(個別為圓錐齒輪)，個別鉆機的卷筒帶有摩擦離合器，比較現(xiàn)代化的鉆機升降手把采用液壓控制，并以手動把作為備用；在中深孔及深孔鉆機采用水剎車以及加速提升和下降的提引裝置。在傳動及變速系統(tǒng)方面，變速箱速度有增加的趨勢，有的鉆機作了改進，即在變速箱輸入端，增設(shè)傳動減速箱，引入兩個系列的速度，以便更能適應(yīng)各種鉆進方法；也有的采用快速更換傳動鏈輪副、更換傳動齒輪或更換大批量齒輪以擴大變速箱的速度范圍。為了增加設(shè)備的機動性，減少安裝遷移的時間，裝設(shè)在輕、重汽車和拖拉機上的自行式鉆機目前使用的很廣泛。車裁式的鉆機其類型往往就是地表固定式標準鉆機，動力采目汽車和拖拉饑的發(fā)動機，也可以采用獨自的動力機。桅桿可用液壓缸豎起，采用一前二后的三個液壓千斤頂穩(wěn)定鉆機，這種鉆機有的深度達1000多米。值得注意的是，國外坑道內(nèi)巖心鉆機的種類較多。例如壓氣傳動式、螺旋給進式和液壓動力頭式的鉆機應(yīng)用于坑道內(nèi)鉆探。坑道鉆的發(fā)展它可節(jié)省大量鉆探進尺而取得預(yù)期的地質(zhì)上和經(jīng)濟上的效果。目前，我國對這方面的工作還重視不夠、急待發(fā)展。近年來“一機多用也是發(fā)展趨勢之一。如英園設(shè)計的鉆機是液壓驅(qū)動動力頭式車裁自行式設(shè)備，可用于巖心鉆進，能采用空氣、泥漿洗井；亦可采用潛孔錘鉆進。由于是車載式能局速行駛，也適合山區(qū)、丘陵幣值路不平的地方行駛。鉆探設(shè)備發(fā)展另一趨勢是操作自動化、機械化程度提高。由于電子技術(shù)在鉆探工作中的日益廣泛應(yīng)用，可以用各種電子儀表控制，以進一步使鉆進工作程序化來自動調(diào)節(jié)與控制最優(yōu)參數(shù)鉆進。目前已達到將各種操作手把集中進行液壓操作使之聯(lián)動化、程序化。升降工序機械化已作為鉆機部件的一部分。利用傳感裝置將并底壓力、泵量泵壓、轉(zhuǎn)數(shù)扭矩、瞬時進尺速度、過載警報等信息集中在操作臺上自動顯示、自動記錄，由電子計算機處理數(shù)據(jù)，變成指令自動控制與調(diào)整鉆進參數(shù)，這在石油鉆探設(shè)備上巳投入正式使用，在巖心鉆探上也有某些儀表與程序初步可以來用。 鉆機分類： 按用途分類：巖心鉆機機組、水文水經(jīng)鉆探機機組、工程地質(zhì)鉆機機組、工程鉆探機組、取樣鉆機機組、地?zé)徙@探機機組、探鉆機機組、坑道鉆機機組、石油鉆機機組、砂礦鉆機機組，等等。 鉆機的重點機構(gòu)： 鉆機有回轉(zhuǎn)機構(gòu)、給進機構(gòu)、升降機構(gòu)、擰卸機構(gòu)、設(shè)置傳動機構(gòu)、能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)、控制機構(gòu)、機架。下面我們介紹一些重點的機構(gòu)。 ⑴XY-4型鉆機的機械傳動系統(tǒng)? XY-4型鉆機的機械傳動系統(tǒng)如圖1-1所示。該系統(tǒng)包括：摩擦離合器1、變速箱2、萬向軸3、分動箱4、回轉(zhuǎn)器5、升降機6等部件。變速箱與分動箱之間采用萬向軸連接。變速箱輸出4個正轉(zhuǎn)速度與一個反轉(zhuǎn)速度。分動箱對回轉(zhuǎn)器來說還是一個兩速變速箱，因而，回轉(zhuǎn)器具有自101～1?191r/min的8個正轉(zhuǎn)速度和83r/min、251r/min兩個反轉(zhuǎn)速度。升降機具有自43～164r/min的四檔速度。 ? 圖1-1 XY-4型鉆機機械傳動系統(tǒng)圖 1-離合器；?2-變速箱；?3-萬向軸；?4-分動箱；?5-回轉(zhuǎn)器；?6-升降機 ⑵變速箱的結(jié)構(gòu) 　?變速箱的功用是變更回轉(zhuǎn)器和升降機的轉(zhuǎn)速和扭矩。機械傳動式鉆機幾乎全部采用齒輪變速箱，這類變速箱一般由2～4根傳動軸和軸間諸齒輪副構(gòu)成。按照結(jié)構(gòu)形式，基本上可分為兩種類型：①?簡單的兩軸一級傳動變速箱；②?三軸兩級傳動跨輪機構(gòu)變速箱。兩軸一級傳動變速箱結(jié)構(gòu)簡單、零件少，但是只有一個變速組，減速比受到限制。新型鉆機已廣泛采用三軸兩級傳動跨輪機構(gòu)變速箱。 　?XY-4型鉆機采用的四速變速箱（圖1-2）結(jié)構(gòu)式為1×3+1=4。這種變速箱有四根軸和五對齒輪，輸出軸和輸入軸在同一軸線上。在變速箱輸出軸上有兩個滑動齒輪，一個為單齒輪Z3，另一個為雙聯(lián)齒輪Z9與Z10，能在輸出軸上變更位置，從而變換轉(zhuǎn)速。副軸Ⅱ′上的雙聯(lián)滑動齒輪，是變反檔用的。 圖1-2?XY-4型鉆機變速箱展開圖 Ⅰ-輸入軸;?Ⅱ-中間軸;?Ⅱ′-小軸;?Ⅲ-輸出軸;?1,2,5,7,8-單列向心球軸承;?3-滾針軸承;?4-箱體;?6-圓螺母;?9-止動片;?Z1-碗形齒輪;?Z2,?Z4,?Z5,?Z8-齒輪;?Z3-滑動齒輪;?Z6,?Z7-雙聯(lián)齒輪;?Z9,?Z10-雙聯(lián)滑動齒輪? ⑶摩擦離合器 　?摩擦離合器的功能在于：①?接通和切斷鉆機的動力；②?在鉆機變速和分動操作中、或在完成套巖心與扭斷巖心等特殊操作時，利用離合器進行微動操作；③?當鉆機超載時，利用摩擦片打滑起過載保護作用。鉆機的摩擦離合器，通常設(shè)置在動力機（或減速箱）與變速箱之間，而且不影響液壓泵的傳動。?XY-4型鉆機的摩擦離合器（圖1-3）由主動件、從動件、壓緊分離機構(gòu)、操縱機構(gòu)及調(diào)隙機構(gòu)組成。壓緊分離機構(gòu)由滑套16、連桿15、連桿壓腳14等組成。操縱機構(gòu)由軸承18、滑套17、撥叉19及撥叉軸20等組成。調(diào)隙機構(gòu)由調(diào)整螺母22、保險片13等組成。 圖1-3 XY4型鉆機摩擦離合器 1-半彈性聯(lián)軸器；?2-單列向心球軸承；?3-主動軸；?4-鎖母；?5-單列向心球軸承（60206）；?6-殼體；?7-從動軸；?8-彈簧；?9-被動摩擦盤；?10-主動摩擦盤；?11-動盤（壓力盤）；?12-彈簧片；?13-保險片；?14-連桿壓腳；?15-連桿；?16-滑套；?17-松緊滑套；?18-單列向心球軸承；?19-撥叉；?20-撥叉軸；?21-罩殼；?22-調(diào)整螺母；?23-半圓鍵；?24-離合手柄；?25-雙頭螺栓；?26-骨架式橡膠油封；?27-支架? ⑷XY-4型鉆機的升降機 升降機又稱為絞車或卷揚機。隨鉆機的類型和用途不同，配備升降機的數(shù)目不同，一般巖心鉆機備有1—2個升降機，水文水井鉆機備有2—3個升降機。鉆機的升降機有主升降機和副升降機之分：主升降機用于升降鉆具和套管；副升降機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。 在設(shè)計升降機時的要求是： ①在滿足升降機工藝要求的前提下，應(yīng)能最大限度地降低升降工序的機動時間和充分提高功率利用系數(shù)。 ②要求升降機的結(jié)構(gòu)與強度具有一定的超載能力。 ③升降機的操縱位置應(yīng)便于操作者觀察孔口。同時升降機的布局應(yīng)有利于排繞鋼繩。 ④結(jié)構(gòu)簡單。 升降機的類型有：錐摩擦傳動升降機、片式摩擦力合器傳動式升降機、脹閘傳動式升降機、液壓傳動式升降機、行星輪傳動式升降機。其中，行星輪傳動式升降機為典型的機構(gòu)，下面以XY-4型鉆機的升降機進行分析； 按照傳動原理，行星式升降機有兩種類型，即定軸輪系傳動型和行星輪系傳動型。 ⑴定軸輪系傳動型 定軸輪系傳動升降機的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。卷筒與內(nèi)齒圈固定連接，提升靠內(nèi)齒圈帶動。 圖1-4?定軸輪系行星式升降機結(jié)構(gòu)示意圖 1-升降機軸；?2-升降機傳動齒輪；?3-中心輪Za；?4-行星輪軸；?5-行星輪Zg；?6-內(nèi)齒圈Zb；?7-卷筒；8-提升抱閘；?9-制動抱閘；?10-行星架? ⑵行星輪系傳動型 XY-4型鉆機的升降機（圖1-5）屬于定軸輪系傳動行星式升降機。升降機由卷筒、行星傳動機構(gòu)、水冷裝置及抱閘組成。升降機軸19右端的花鍵部插入分動箱的軸齒輪的花鍵中；升降機軸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軸用；卷筒用兩盤313型軸承16、36支承在升降機軸19上。行星傳動機構(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1-5?XY-4型升降機 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? 參考文獻 [1]成大先。 機械設(shè)計手冊。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。 鉆機設(shè)計。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)計原理，武漢：地質(zhì)出版社，1980 [6]華北石油學(xué)院礦機教研室。 石油鉆采機械。北京：石油出版社，1980 [7]顏剛，段現(xiàn)軍，谷尤勇，楊斌。 鉆井設(shè)備軸承失效形式及原因分析與判別。 石油礦場機械，2006，35（2）：96~97 [8]武漢地質(zhì)學(xué)院。 鉆探設(shè)備設(shè)計。地質(zhì)出版社，1982 [9]中國煤田地質(zhì)總局。 鉆探設(shè)備使用與維護。北京：機械工業(yè)出版社，1996 [10]李志繼，陳榮振。 石油鉆采設(shè)備及工藝概論。石油大學(xué)出版社，1992 [11]李海榮。 煤田地質(zhì)鉆探設(shè)備。北京：石油工業(yè)出版社，1988 [12]稽彭年。 鉆井機械。北京：石油工業(yè)出版社，1982 [13]中國煤田地質(zhì)總局。 煤田鉆探工程。北京：石油工業(yè)出版社，1994 [14]邱中寶。 升降機裝置原理。北京：工業(yè)出版社，1977 [15]郵電部郵政總局。 升降機維護手冊。 北京：工業(yè)出版社，1993 [16]J.E. 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