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1、目录第一章 绪 论211 传动方式的分类21.2 液力传动的发展31.3液力传动的特点41.4液压传动与现代机械5第二章 油井机械中液压传动系统的研究52.1概述52.2 油井机械工作环境的特殊性52.3油井机械中的液压传动系统62.4 论文研究的目的和意义62.5 本论文的主要研究内容62.6 本章小结7第三章 室内试验井加载装置73.1引言73.2室内实验井加载装置组成及功能73.2.1室内实验井加载装置组成73.2.2室内实验井加载装置工作原理83.3 室内实验井加载装置中的液压系统93.4 液压系统设计的一般过程103.5 本章小结10第四章 室内试验井加载装置液压系统方案设计114.
2、1 引言114.2 方案设计总体思路114.3 常见的加载系统液压控制方式114.4 系统的方案的确定164.5 本章小结16第五章 室内试验井加载装置液压系统的理论计算165.1引言165.2主要参数，技术要求165.3 系统的工况分析，确定液压系统的主要参数175.3.1 水平夹紧缸工作过程中主要参数计算175.3.2竖直拉升缸工作过程中的主要参数计算195.3.3液压马达的选择215.4 拟定液压系统原理图225.4.1调速回路和动力源225.4.2油路循环方式245.4.3换向与速度换接回路245.4.4液压系统原理图的组成245.5 液压元件的选择255.5.1液压泵及其驱动电机的选
3、择255.5.2液压控制阀及部分附件的选择275.5.3其他辅助元件及液压油液285.6 液压元件的集成和液压站的选择305.6.1块式集成的特点305.6.2块式集成块设计步骤315.6.3集成块的设计要点315.6.4液压站系统设计315.7液压系统技术性能计算335.7.计算压力损失335.7.2确定系统的调整压力355.7.3估算系统效率，发热和温升365.8本章小结38致 谢39参考文献40第一章 绪 论11 传动方式的分类 现代机械的种类繁多，相应的机械系统变得更加复杂。但从系统功能的角度来看，则机械系统主要有动力系统，执行系统，传动系统，操纵系统，以及框架支撑系统等子系统构成。传
4、动系统是机械系统的主要组成部分，其作用在于将动力系统所产生的运动和转矩传给执行机构;在传递运动和转矩的同时调解或转换动力系统的性能，满足执行系统的要求，以实现预定功能。从传递能量的角度而言，传动系统可以分为四类，即机械传动，电力传动，流体传动和复合传动。在传动系统中，若有一个或一个以上的环节以液体为工作介质传递动力，则此系统叫做液体传动系统，在其传递能量的过程中，机械能首选转化为液体能，再有液体能转变为机械能。液体能量以三种方式存在：动能，液压能和位能。由于液压元件中液体相对高度位置的变化很小，故位能变化可以忽去不计。因此，在液压系统中的液体的能量变化主要表现为动能和液压能两种形式。1.2 液
5、力传动的发展液力传动的研究与应用源于20世纪初，液力传动最早出现在船舶工业，作为船舶动力机构与执行机构之间的传动机构。大功率，高转速汽能机的出现，为船舶工业提供了新型的动力。但由于螺旋桨受到空气的限制，转速不能太高。因此，在汽能机和螺旋桨之间需要大功率的减速装置。在当时的技术条件下，齿轮的制造技术水平相对低下，还不能够制造出过高精度的直径齿轮。在这种情况下，德国的盖尔曼费丁格尔教授提出如下设想：把离心式水泵和水能机用粗管连接，用原动机带动离心式水泵，集水槽中的水被水泵抽上来以后，经过管道进入水轮机，冲击水轮机叶片，是水轮机旋转，水轮机则带动工作机转动。 这种传动方式可以解决高低转速的变换问题，
6、而且可以解决螺旋桨在推动船只过程中转矩的变化问题，但是这种方案的效率太低，传动效率无法达到实际要求。为了提高传动效率，盖尔曼费丁格尔教授将离心泵和水轮机的工作论尽量靠近，并以有形的几何形状的泵轮和涡轮代替离心泵和水轮机，构成了一个共同的工作液体循环腔。当构成试验功率为75W，变矩比为5时的液力变矩器时，效率达到83%，液力传动从此诞生。在船舶工业当中得到成功应用， 伴随着科技的发展，机械加工制造业得到了迅速发展，尤其是自第二次世界大战以来，随着军工业的发展，液力传动得到了进一步发展和应用。随后，军事工业对液力传动的成功应用有力地推动了世界民用工业，如拖拉机，汽车，工程机械，建筑机械等制造业的发
7、展，国外的大多汽车，拖拉机，坦克，自行火炮，装载机，产运车，挖掘机等都采用了液力传动。 在汽车行业中，美国的通用汽车公司，福特汽车公司，日本的多数制造企业，等也都采用了液力变速装置。在工程机械中，也是如此。 在国内，20世纪50年代，在一些企业，工厂，科研单位的共同努力下，为大功率的“卫星“号内燃机车和“红旗”牌轿车配套生产出了大功率的液力变矩器，成功研制出液压传动系统，开创了我国独立设计，制造液力传动的历史。从此，液力传动在我国获得稳步的发展。目前，我国产轿车如奥拓，捷达，别克等均装有液力变速装置。我国自行设计并批量生产的32吨自卸载重汽车采用了四元件综合式液力变矩器，固定轴式变速箱，液压操
8、纵的液压传动系统。在工程机械中，采用液力传动的机械占有优势，其中的液力元件有三件式综合变矩器，四件式综合变矩器或双涡液力变矩器；变速箱由定轴式和行星式，并采用动力换档，液压操纵。此外我国自行设计开发的一些石油钻机。采掘机械，龙门吊车，带式输送机，履带式战斗车辆和自行火炮等车辆和机械也都采用了液力元件。尤其是近年来由于以采用了集成，叠加，插装技术，加上微电子技术的运用，液压技术有了新的发展,形成了诸如电液比例控制技术,电液伺服控制技术,变频调速技术,液压节能技术,冗余技术以及液压块集成，叠加阀式集成，插装式集成等新技术，这些技术在各行业中的运用，体现了很大的经济效益,。1.3液力传动的特点液力传
9、动具有以下优点：具有良好的自适性。采用液力传动的工程机械车辆，在复杂的路面上或外载增加时，液力装置能够使车辆自动增加牵引动力，同时自动降低行驶速度，以克服增加的外载；反之亦然。可以提高机械和车辆的使用寿命。液力传动的工作介质是液体，所以液力元件具有减震和抗冲击作用。液力元件既可以对发动机的扭转震动起阻尼作用，提高液压元件的使用寿命，又可降低车辆行走时行走部分或传动部分的动载荷，提高发动机的使用寿命。提高车辆的通过性和低速稳定性。装备有液力传动装置的车辆可以在泥泞，沙土，雪地等非硬化路面上行走，能够提高车辆的通过性并具有良好的低速稳定性。液力元件的使用寿命高，可靠性好。液力元件的单位体积小，质量
10、轻，结构紧凑。在同等功率下，液压泵或液压马达是电机的1/4，外形是电机的6/1。 液压元件便于实现通用化，标准化，系列化，也便于设计，制造和推广。同时，液压元件也有以下方面的缺点： 液压传动以液压油为工作介质，在相对动作的表面无法避免泄漏，再加上元件具有弹性变形和液压油具有微小变形等，使液压传动不能实现较准确的传动比。同时，泄露也使液压系统能量增加，效率降低，和污染环境等。 温度对液压系统的影响较大。 空气混入液压系统后，会造成系统工作不良，如发生振动，出现噪声等。但总的来讲，液压传动的优点较多，随着现代技术如电子技术，控制理论等技术的的发展，缺点正在逐步加以克服，液压传动的功能和作用日益明显
11、。1.4液压传动与现代机械由于液压传动具有其他传动类型所不可替换的优越性，因此在现代机械行业当中得到了广泛的发展和应用。在汽车制造，工程机械，矿山机械，石油，化工，冶金，军工等领域都发挥着重要作用。第二章 油井机械中液压传动系统的研究2.1概述石油，天然气工业是能源工业中的重要组成部分。石油天然气开采机械具有功率大，工矿复杂，载荷变化急剧，工作环境恶劣，多在野外，沙漠地区，或水下，海上作业，所以特别适合采用液压技术，同时对液压系统提出了各种特殊要求：变速范围较大，耐高温高压；能够适应激烈变化的外加载荷；能防火，防爆，防腐蚀；可靠行性要求较高，使用寿命长，便于维护。液压技术在各种石油，天然气探采
12、机械设备中得到了普遍应用。如在海面上工作的海上石油钻井平台的升降系统，在水下或陆上作业的井下工具和井口自动化工具，输油管道加工的试压装置等，都大量而又成功地采用了液压技术。2.2 油井机械工作环境的特殊性油井机械工作环境在于作业机械需要在多在野外，沙漠地区，或水下，海上作业。工矿比较复杂，载荷变化急剧，机械需具有大功率，相当长的工作寿命，普遍采用中，高压工作；变速范围较大，耐高温高压；能够适应激烈变化的外加载荷；能防火，防爆，防腐蚀；可靠行性要求较高，使用寿命长。控制操作要求准确。2.3油井机械中的液压传动系统基于严峻的工作环境，油井机械中的液压系统充分体现其工作平稳，具有良好自适应性，长寿命
13、等优势，采用电液，电磁等控制方式的阀类元件，能够提供相当准确地调压，调速，换向等频繁的作业动作。2.4 论文研究的目的和意义在石化工程机械中，随着油井开发的不断深入和钻井技术的不断提高，开采地下石油，需要将地面与油层钻通，即钻井。由于地下油层深度的不确定性以及地层结构的复杂性，石油管柱/工具将承受源自地下急剧变化的外载荷： 周向的旋转载荷，轴向的拉压载荷等，这就使得油井机械性能的现场考验变得更加严峻,。因此很有必要对石油机械(井下部分)现场投入使用前进行室内模拟加载实验，以便对可能出现的问题采取相应措施以提高机械的现场使用力。石油油井井下工具试验加载装置试验的目的就在于此.。通过对油井机械作业
14、现场环境的考察，对实际工作参数的具体量化，设计一套实验装置并对其试验结果进行估算，从而对工作机械在实际使用中提供可行性指导。其实际意义就在于缩短油井机械成套设备的实现周期，由于设备在投产前已经对其相关的性能参数在试验阶段有了一个合理的估算，机械设备在材料用量，资金投入及制造，校对，性能估计，直至最后的实际使用及维护等一系列过程中，都可较好地把握。做到了资金，材料和时间上的节省。2.5 本论文的主要研究内容室内井下加载装置液压系统通过对模拟直井进行试验，分别对各项操作和实验数据进行集中控制和实时采集，得到一系列试验参数，经分析处理后对实际作业机械给予指导。文章内容的安排如下：第一章介绍了常规的能
15、量传递方式并对其作了简单分类，液压传动技术的发展历程及在现代机械的作用，同时也对液压传动方式的特点和优缺点作了一个较深入地分析 。第二章首先从介绍石油天然气等矿井机械的特殊工作环境入手，提出井类机械当中液压传动系统的特殊性能要求，给出了室内井下加载装置设计的目的和意义所在。对本论文所要研究的内容及文章整体布局作了清晰地展示。第三章针对室内井下加载装置的整体机械结构和功能作了描述，就其中液压传动与控制系统进行了详细介绍。最后提出了液压系统设计的设计流程和原则，为后面部分的展开提供了前提条件。第四章先给出了本液压系统所需传动方案的整体设计思路，一并介绍了一些基本的液压控制方式，对比，选择并调整后最终确定本系统所采用的传动控制方案。为第五章节的设计计算过程提供了理论依据。第五章展示的是整个液压系统的理论计算和验证过程，包括个液压执行器主要参数的确定，液压动力源及回路的调整，确定和液压元件的选择设计，还有液压泵马达，其他附件的验证确定。最后就整个设计结果进行了技术性能的验算。2.
