岩心钻机升降机设计

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1、本科生毕业设计(论文)岩心钻机升降机设计 摘 要 当前,岩心钻机升降机主要使用定轴式行星轮系升降机,本文就是在已有的定轴式行星轮系升降机的基础上,设计出能够实现设计要求的四档提升速度的升降机。在设计过程没有改变原有的升降机零部件的位置关系,但由于,传动比以及传动速度的不同,所以,通过受力分析计算,加大了行星齿轮、中心齿轮、内齿圈的厚度;同时也加大了抱闸抱紧时的抱紧半径。利用先进的现代软件分析,就能发现,通过计算分析所获得的结论是正确,也就是说,本文所设计的升降机能够实现所要求的提升速度。AbstractAt present, rock driller elevator mostly betak

2、es fix-shaft planet-wheel system elevator. This article tends to design a new system with 4-level elevating speed which could realize the design demands on the basis of existing fix-shaft planet-wheel system elevator. In this article , instead of changing the ubiety among the parts of the original e

3、levator , the author keeps on using the original structure. However, because of the differences of the transmission ratio and speed, the author enlarges the planet gear, solar gear , thickness of the inner circle ring as well as the enclasping radius of the enclasping brake through the mechanical de

4、sign and calculation .By the advanced modern soft-ware analyse ,we can see that the conclusions acquired by the analyse are correct , i.e. this article succeeds to satisfy the demanding elevating speeds.目 录引 言1第一章 概述31.1 XY4岩芯钻机的发展历史31.2 XY4岩芯钻机的发展的主要决定因素41.3 钻探设备发展的趋势41.4 钻机分类6第2章 设计总论72.1 XY4岩芯钻机升

5、降机的功用、设计要求及设计条件72.1.1 XY4岩芯钻机升降机的功用72.1.2 XY4岩芯钻机升降机的设计要求72.1.3 XY4岩芯钻升降机的设计条件72.2 XY4岩芯钻机升降机类型的确定82.3 XY4岩芯钻机升降机的设计方案的确定92.4 XY4岩芯钻机升降机的组成分析92.5 XY4岩芯钻机升降机结构示意图与工作原理分析132.5.1 XY4岩芯钻机升降机的结构示意图132.5.2 XY4岩芯钻机升降机的工作原理分析14第3章 分析计算163.1 XY4岩芯钻机升降机齿轮的分析计算163.1.1 齿轮总传动比的确定163.1.2 选择齿轮材料和热处理,精度等级,齿轮齿数163.1

6、.3 按齿根弯曲疲劳强度设计163.2 XY4岩芯钻机升降机轴的分析计算213.2.1 升降机轴的设计213.2.2 行星轮轴的设计293.3 XY4岩芯钻机升降机轴承的分析计算303.4 XY4岩芯钻机升降机卷筒的结构参数的确定33第四章 升降机的转速、转矩特性分析374.1 升降机的转速特性分析374.1.1 升降机提升速度的分析374.1.2 升降机下降速度的分析394.2 升降机的转矩特性分析414.2.1 升降机提升转矩特性的分析414.2.2 升降机下降转矩特性的分析424.3 升降机的主要特性参数计算424.3.1 升降机的最大提重量424.3.2升降机的提升速度444.3.3升

7、降机的抱闸的受力计算46第5章 工程图的绘制495.1 总装配图的绘制495.2 部件图的绘制495.3 零件图的绘制49第6章 升降机的使用与维护506.1 升降机的日常维护保养506.2 升降机的使用要求52第7章 对升降机进行有限元分析537.1 运用CATIA进行升降机的建模537.2 运用CATIA中的Generative Structural Analysis分析53第8章 结论63致 谢64参考文献6560引 言 升降机是钻机的主要执行机构之一。在钻孔的全过程中,其主要作用是升降钻具,另外,还有升降套管,一定条件利用升降系统悬挂钻具、进行快速扫孔、采用主动钻杆控制减压钻进、利用升

8、降机强力起拔处理孔内事故等作用。 升降机升降工序所占时间比例甚大,并且随孔深而增加,一般约占工作时间的1/31/2。升降机的完善程度,必然明显的影响钻探的效率、钻探质量、生产的安全。因此,对钻机的升降机进行设计和性能分析是非常必要的。 直至目前,工程人员所设计的升降机按传动方式可分为:胀闸传动式、锥摩擦传动式、片式摩擦力合器传动式、液压传动式、行星轮传动式5类。而这5类升降机各自有各自的特点: 锥摩擦传动式升降机结钩比较简单,易损件少、结实耐用、但传动效率小,两摩擦锥面易进入泥浆、油污等,工作可靠性较差。只有少数窃孔及次深孔钻机使用。 片式摩擦力合器传动式升降机传动较锥摩擦式平稳,传动同样功率

9、时结构尺寸较锥摩擦式小,但结构较锥摩擦式复杂,更换离合器片不太方便。 液压传动式升降机可以实现无级调节升降机的速度和远距离自动控制,而且升降机结构大大简化。不足之处是液压马达要求加工、装配精度高、不便野外修配。行星轮传动式升降机与摩擦传动式相比,在尺寸相同时,能传递较大功率以及获得较大的传动比;传动效率大;结构紧凑,传动平稳,操作灵活。从这5中升降机的使用和研究情况来看,前3中升降机已经被淘汰,最后一种为目前应用最为广泛的升降机,但从长远的角度看,能实现无级调速和远程控制的液压传动式升降机将是将来的主要发展方向。本文将在已知参数的基础上,通过对升降机转距特性及转速特性和升降机特性参数的计算,从

10、而设计升降机模型。并应用分析软件对其进行仿真、验证。这样,就可以清楚升降机的转距特性及转速特性,并且获得升降机的特性参数。则工作人员就不可能在已知升降机特性的前提下,出现超载工作的现象,就可以减小事故的发生,保障了人生安全和财产安全。另外,利用这种设计方法,将升降机在各种工况下的特性进行综合,改进现有的升降机。第1章 概述第1章 概述1.1 XY4岩芯钻机的发展历史钻机是向地下钻孔的机器,是完成钻进施工的主机,它带动钻具和钻头向地层深处钻进,并通过升降机完成起下钻具和套管,提取岩心,更换钻头等辅助工作。泵的作用是向孔内输送冲洗液以冲洗孔底,冷却钻头和润滑钻具。它广泛应用于国明经济的许多部门,它

11、是从事各种钻探施工必不可少的主体设备。钻机的发展有手把式钻机、机械传动、液压给进的钻机和全液压钻机之间的三个发展阶段。第一阶段是以手把式钻机为代表的,1862年,瑞士设计制造了世界上最早的手动操作立轴钻机,起钻头是金刚石钻头;1899年出现了钢粒钻进,代替了金刚石钻进;1916年硬质合金也用于钻探,产生了合金钻进。随着这两种钻进方法的采用,相应地出现了荫芽状态的立轴式回转钻进钻机,这种钻机后来发展成性能比较完善的手把给进式钻机。刚开始的钻机动力由人力驱动,只能为低速,升降机为摩擦式的,这种钻机在发展到四、五十年代,这种钻机的结构与性能比较完善;我国解放初期,为解决地质勘探工作急需引进部份这类钻

12、机,随后又大量仿制,其代表型号为XB300、XE5DD及XBI 000A型等。第二阶段是以机械传动、液压给进的钻机为代表的,四十年代中期,随着科技的发展钻机也高速发展,出现了新的金刚石钻头,另外,液压技术也广泛的发展与应用。在这种条件下,产生了机械传动、液压给进的钻机,50年代以后,适合于金刚石钻进的机械传动、液压给进的钻机有了进一步发展。我国解放初期,进口手把钻机的同时,也进口了机械传动、液压给进的钻机,1958一1962年完成了从仿制到自制的过渡阶段,从1962年以后,就开始了系统的设计与制造工作。 第二阶段是全液压钻机为代表的,六十年代以后,金刚石钻进工艺又有新的发展,同时液压技术本身又

13、有了发展,这些因素,构成了全液压钻机产生的条件。因此,在大约在六十华代末至七十年代初期,这种与传统钻机结构完全不同的钻机产生。我国六十年代初已开始研制全液压传动式钻机,七十年代,我国全面地开展了研制工作。1.2 XY4岩芯钻机的发展的主要决定因素第一个因素是:它随着钻探方法和钻探工艺的发展而变化的。和其他技术发展史一样,钻探技术最初的发展是人与自然斗争的结果。我国是世界上最早使用钻探技术来开采地下岩盐的,早在秦代(公元前221207年间)就用钻井方法开采井盐。这一项技术发明目前仍为世界上所公认。但是最早采用的是绳索取心方法,其钻进过程不是连续的,即不能采取连续的岩心,只能打垂直的孔,因此不能满

14、足地质勘探的要求。在十九世纪中后期出现了能连续取心的迥转式钻机,这种钻机钻进效率和地质效果远比原始绳索取心钻进优越,因而,很快地在地质岩心勘探工作中迥转钻进占了主导地位。随着钻进工艺的发展,岩心钻机便必须进行一系列的演变。如果将目的较为新式的液压动力头式钻机和五十年代的手把式钻机相比较则无论在外观上,结构上、技术参数上迥然不同。第二因素是随着冶金工业、机械制造业、电子工业的发展,钻探设备也相应地起着变化。钻探设备的结构原理与设计要求,除了自身地质工作要求的特点外,还必然地要大量采用机械工业上通用的传动副、标准件,如各种传动机构、各种液压元件等。冶金工业的发展提供了轻质高强度的原材料,使设备更趋

15、于结构紧奏体积缩少;电子工业的发展,使钻探设备的测试手段仪表化、自控化。目前在国外钻探设备产品的更新换代十分迅速,其主要原因是零部件绝大多数采用标准件一部新钻机的设计,只要根据设计要求,提出方案完成技术设计阶段后,工作草图设计量并不大,可以大量选用其它公司出品的性能完善的标准件,进行组装,因此新机型的试制周期很短。而由于大量采用专业化生产的标准件,组装后的整机质量得以保证,互换性、通用性也良好。1.3 钻探设备发展的趋势美国机械传动液压给进立抽式钻机约占98,全液压动力头钻机仅占2。可见,现阶段机械传动液压给进钻机在大量的使用而全液压动力头钻机处于发展阶段。国外立轨式钻机,为了缩炽升降和辅助正序,采用自动倒杆,加长立轴行程等措施。由于绳索取心钻进广泛地发展,在钻机上增加了绳索绞伞装置。升降机在结构原理方面变化较小,仍以圆柱齿轮式结构(个别为圆锥齿轮),个别钻机的卷筒带有摩擦离合器,比较现代化的钻机升降手把采用液压控制,并以手动把作为备用;在中深孔及深孔钻机采

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