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1、北华航天工业学院毕业生论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目： 石油钻井平台桩管热熔机设 计及仿真（800-1100） 作者所在系部： 机械工程系 作者所在专业： 测控技术与仪器 II摘 要由于海上石油能源在能源行业中的地位越来越重要，对本课题的研究提供了有力的条件。本课题的设计要求源于石油钻井平台废弃后桩管的切割与处理，对深入海底以下桩管进行火焰热切割。由于海上石油钻井平台桩管形状的不确定性，工作环境的特殊性，首先完成理论研究，尺寸计算，模型设计，结构力学计算，电机的选取和最后的实践生产。本课题的研究结合了力学，精密机械设计，工程制造的知识。生产出的产品具有独创性，填补了石油钻井平台桩管切
2、割机的空白。不仅将热熔机切割所涉及的领域延伸到海上能源业，其实际意义在于将废弃的工业残留物进行了清除以便再次利用，同时保护了海洋环境，造福于人类。本课题研究成果主要适用于海上石油钻井平台桩管的切除，具有工作效率高，降低劳动强度，经济效益高等特点。关键词 桩管 热熔机 设计仿真 电机 力学计算 Abstract As the offshore oil in energy industry is becoming increasingly important ,it provide favorable conditions to the research on the subject .The d
3、esign requirements of this subject stems from the cutting and processing waste pile pipe oil drilling platform .Depth below the seafloor pile pipe flame thermal cutting .Uncertainly due to offshore oil drilling platform tube shape .The particularity of the work environment .First complete theoretica
4、l study ,size calculation ,model design ,structural mechanics calculations ,motor selection .The research of this subject combine mechanics ,precision mechanical design ,engineering and manufacturing knowledge .The production produce originality and it fill the blank of oil drilling platform pipe cu
5、tting machine .Not only extends to the hot melt cutting the areas covered by the offshore energy industry .Its real significance lies in abandoned industry residues were cleared for reuse .While protecting the marine environment ,the benefit of mankind. The research results are mainly applicable to
6、offshore oil drilling platform tube remove with a high, reduce labor intensity and high economic efficiency.Key words pile pipe hot melt machine simulation motor machine calculations 目 录第1章 绪论11.1 热熔机背景11.2 热熔机相关领域的发展概况11.2.1 我国热熔机发展概况11.2.2 热熔机的分类21.2.3 热熔机概况21.2.4本课题设计的技术现状、水平和发展趋势31.3 相关工作31.3.1
7、机械设计31.4 研究内容和要求51.4.1重点解决的技术问题51.4.2预期成果和提供的形式61.4.3总体设计及技术要点：61.4.4设计及仿真步骤6第2章 课题研究说明72.1 本课题设计研究背景72.2 机械结构设计要求72.2.1 机械结构设计的任务72.2.2机械结构设计特点72.2.3机械结构设计要求82.2.4机械结构设计准则8第3章 支撑臂电机的选择与计算93.1 机械结构配置图93.2 机构各个装置的理论数值93.3 理论计算93.3.1 丝杠、电机转速93.3.2 负载扭矩、负载转动惯量103.3.3 直线运动部件负载惯性103.3.4 电机轴负载转动惯量103.3.5
8、支撑臂展开时间113.4 使用MSELECT软件选择电机113.4.1 代入参数113.4.2 代入计算参数123.4.3 选定电机123.5 电机选择123.4.1 轴承外套转动惯量133.4.2 大齿轮转动惯量133.5 关于电机控制的说明133.5.1 支撑臂电机133.5.2 割据展开电机143.5.3 割据回转电机15第4章 机械结构设计与计算164.1 机械结构设计组成164.1.1 组成框图164.1.2 执行机构164.1.3 驱动系统184.1.4 控制系统184.1.5 位置检测装置184.2 主要结构设计与计算184.2.1 传动轴设计与计算184.2.2 主体结构力学模
9、拟214.3 机构外观及工程图展示234.3.1 机构及主要零部件外观展示234.3.2 机构及主要零部件部分工程图展示25参考文献28附 录29第1章 绪论1.1 热熔机背景在科学研究方面使得深海海底的探测切割管道技术有所创新，扩大了热熔机的使用范围：在环境保护和经济效益方面，既保护了海洋的自然环境又节约了钢铁等自然资源。此类产品在目前海洋资源越发成为国家能源战略重点背景下，有很广的发展和创新空间。1.2 热熔机相关领域的发展概况1.2.1 我国热熔机发展概况热切割在现代工业中的作用在机械工业领域中,热切割和焊接都是采用面很广的重要基础工艺。随着机械工业的迅速发展,热切割技术也相应地获得了快
10、速的发展。近20年来,已从单一的火焰切割发展成为包括火焰切割、等离子弧切割、激光切割、水射流切割等多种工艺方法在内的现代化切割技术。可切割的材料由通常的碳钢和低合金钢发展到高合金钢、不锈钢、多种有色金属和陶瓷、塑料、橡胶、皮革及其他非金属材料;应用领域覆盖了机械、造船、石油、化工、矿山、冶金、交通运输和轻工等许多工业部门。热切割的应用有两个特点:一是与焊接生产的配套,二是用于物料的分离。我国热切割工艺现状我国的热切割技术长期处于简单落后的状态,发展缓慢。目前切割生产的85%左右仍为手工切割,切口留量大、精度低、割缝宽,不仅耗用大量的加工工时，影响结构件的质量,而且材料的利用率低,约为60%(国
11、外工业发达国家已在80%以上)。按我国一年切割钢材2000万t计算,如能将材料利用率提高到80%,则每年可节省钢材400万t,价值近百亿元。我国切割材料利用率低的主要原因是切割生产的机械化、自动化水平低。目前我国每年耗用手工割炬120万把,由此可见其在切割生产中的比例;自制和进口的CNC切割机不足500台,按每台机床每年切割2000t钢材计,CNC切割机所切割的钢材仅占应切割钢材的5%;此外,我国小型切割机拥有量约5万台。如按日本的焊机与切割机的比例为 41计算,我国现拥有焊机200万台,应拥有50万台切割机才相适应。对我国热切割发展的建议。大力推广小型切割机及精密割嘴,减少手工切割量我国小型
12、切割机种类很多,价格便宜,大小企业都有条件配备,且可显著提高切割质量和材料利用率。目前我国已有小型切割机生产厂24家,主要产品有:半自动手持式、小车式、割圆式、仿形式、全位置多向式等切割机,此外还有钢管切割机,型钢切割机,马鞍型切割机,U型、X型、Y型、K型坡口及球瓣坡口切割机,相贯线切割机,等等,品种较齐全。这些产品的基本功能和内在质量相当于国外70年代末80年代初同类产品水平。目前,我国每年生产小型切割机约6 500台,并有少量出口。在大中型焊接车间有选择地采用CNC切割机，我国现有CNC切割机生产厂12家,其中有三家分别与国外梅萨、伊萨、田中等公司合作生产,其余厂家全部为自主开发生产。国
13、产CNC切割机有单边和双边驱动两种形式,形成跨距为38m的系列产品,最高划线速度为12m/min,技术指标达到国外80年代初水平,每年产量约50台。与CNC切割机相配套的编程器,国内已有几家开发成功并批量生产,以TZ-EPNS数控自动编程套料系统为代表,完全可以满足国内不同用户的需要。但由于CNC切割机价格昂贵,又需要相应地解决编程及维修人员等问题,所以对一些钢材耗量少,板料比重小的生产车间不宜采用。大型焊接车间采用CNC切割机也应相应地建立备料工段,集中备料、套料,这样有利于提高材料的利用率。改革热切割能源结构,目前我国火焰切割采用的燃气90%以上是乙炔气,而国外一些工业发达国家乙炔气用量只
14、占燃气量的35%左右,其余均为石油气和天然气等。乙炔气是由电石产生出的,生产电石需耗费大量的电能。今后还要继续结合我国经济建设发展的需要,积极开发和推广新的热切割设备和工艺,主要应从以下几方面着手:实现数控切割机系列化,开发和推广适合中小企业使用的简易CNC切割机和数控编程器;完成CNC切割机的备件国产化;完成等离子切割机产品系列化和防干扰电控等离子电源及割炬、水再压缩及水下切割等项技术;发展电解水氢氧切割技术;数控热切割及钻铰组合机;大截面铸锻件数控精切成形技术;水射流切割技术;数控激光切割技术;专用于报废核装置解体切割的遥控切割技术。1.2.2 热熔机的分类按所用热能种类，热切割分为：气割
15、(火焰切割)。用可燃气体同氧混合燃烧所产生的火焰熔化金属并将其吹除而形成切口。可燃气体一般用乙炔气，也可用石油气、天然气或煤气。等离子弧切割。用等离子弧作为热源，借助高速热离子气体(如氮、氩及氩氮、氩氢等混合气体)熔化金属并将其吹除而成割缝。同样条件下等离子弧的切割速度大于气割，且切割材料范围也比气割更广。有小电流等离子弧切割、大电流等离子弧切割和喷水等离子弧切割3种。电弧切割。利用电弧作为热源进行的切割。其切割质量较气割差，但切割材料种类比气割广泛，所有金属材料几乎都可用电弧切割。又可分为碳弧切割、气刨和空心焊条电弧切割3种。激光切割。利用激光 束作为热源 进行的切割。其温度超过11000，足以使任何材料气化。激光切割的切口细窄、尺寸精确、表面光洁，质量优于任何其他热切割方法某些计
