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ZJ50型石油钻机用动力绞车传动系统设计[三维PROE]【毕业论文】

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关键词：: zj50 石油钻机动力绞车传动系统设计三维 proe 毕业答辩论文

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摘要

石油钻机是油田油气勘探开发极其重要的工具。石油钻机一般由旋转设备、循环系统设备、起升系统设备、动力驱动设备、传动系统设备、控制系统设备、钻机底座和辅助设备组成。绞车是石油钻机速度变化及维持外头恒定钻压的重要机构，是钻机的核心部件，直接决定着钻机钻进能力。传统机械传动绞车体积大、质量重、结构复杂，很难较好地满足新型钻井工艺的要求。ZJ50 绞车传动简单，结构紧凑，功率大且利用率高，调速性能好，安全可靠。

本文在对ZJ50型绞车的整体结构及工作原理认真研究的基础上，运用Pro/E对ZJ50绞车传动系统的所有组成元件进行三维建模；并对滚筒、滚筒轴等重要部件进行安全校核；最后运用ANSYS对滚筒、滚筒轴和滚筒轴装配体进行有限元分析，根据分析结果判断ZJ50型绞车设计是否合理，能否满足正常工作要求。ZJ50型绞车传动系统的设计优化为绞车发展提供理论参考，具有一定的工程应用价值。

关键词：绞车传动系统，Pro/E，滚筒和滚筒轴，ANSYS，静态和模态分析

Abstract

Oil drilling rig is a very important tool in exploration and development of oil and gas. Oil drilling rig generally consists of Rotating equipment, recycling equipment, lifting equipment, power equipment, transmission equipment, control systems and equipment, drilling rig substructure and auxiliary equipment. The winch is an important mechanism of drill speed changes in oil and maintains constant drilling pressure and is also a core component of a drilling rig, directly determining the drilling ability. Traditional mechanical draw works bulky, heavy, complicated construction, so it is difficult to satisfy the requirement of new drilling technology.ZJ50 winch is simple, compact structure, large power and high utilization rate, good speed performance, safe and reliable.

Base on the study of the overall structure and working principle of ZJ50 winch, we make three-dimensional modeling of components of transmission system by Pro/E. And then check the safety of drum, drum shaft and other important components. Last, finite element analysis on the drum, drum shaft and drum shaft assembly by ANSYS. From the results of the verification ，we know that the design of ZJ50 winch is reasonable, and it can meet the normal requirements. The optimization of ZJ50 transmission system provides a theoretical reference for the winch development, and has certain engineering application value.

Key Words: Winch transmission system, Pro/E, Roller and roller shaft, ANSYS, The static and modal analysis

摘要

Abstract

第一章绪论 1

1.1石油钻机结构简介 1

1.2绞车的结构简介 1

1.3绞车的功能及分类 2

1.4本次毕业设计的研究背景与意义 3

1.5石油钻机国内外的发展状况 4

1.5.1石油钻机国内的发展状况 4

1.5.2石油钻机国外的发展状况 5

1.6本次毕业设计目的 7

1.7本次毕业设计的任务及要求 8

第二章 ZJ50型绞车传动系统介绍 10

2.1 ZJ50型绞车的主要技术标准及设计原则 10

2.1.1 绞车的使用工况及要求 10

2.1.2主要技术标准及设计原则 10

2.2 ZJ50型绞车结构及工作原理 11

2.2.1绞车结构组成 11

2.2.2 绞车工作原理 12

2.3 绞车传动系统参数 13

第三章零件的三维造型 14

3.1三维造型概念 14

3.2 Pro/E 概述 14

3.3 Pro/E的特点和优势 14

3.4具体的零部件造型 16

3.4.1中间轴链轮的绘制 16

3.4.2整个传动系统零部件的装配图及爆炸图 26

3.5零件图绘制总结 29

第四章 ZJ50型绞车传动系统主要部件的计算校核 30

4.1主刹车带校核 30

4.1.1钢（刹）带两端的拉力和制动力的计算 30

4.1.2钢（刹）带强度校核计算 32

4.1.3钢（刹）带铆接强度校核计算 32

4.2主刹车带校核结论 33

第五章 ZJ50型绞车传动系统关键零部件的有限元分析 34

5.1有限元法应用 34

5.1.1 ANSYS软件简介 34

5.2 ZJ50型绞车滚筒的静力分析 34

5.2.1 建立滚筒模型 34

5.2.2 滚筒材料温室性能参数 35

5.2.3 模型的网格划分 35

5.2.4 边界条件 36

5.2.5 载荷工况分析 36

5.2.6 求解并分析结果 37

5.3 ZJ50型绞车滚筒的模态分析 39

5.3.1 滚筒有限元模型的建立 39

5.3.2 施加约束并求解 39

5.3.3模态结果分析 39

5.4 ZJ50型绞车滚筒轴的静力分析 43

5.4.1建立滚筒轴模型 43

5.4.2 滚筒轴材料温室性能参数 44

5.4.3 模型的网格划分 44

5.4.4 边界约束条件 45

5.4.5 载荷工况分析 45

5.4.6 求解并分析结果 46

5.5 ZJ50型绞车滚筒轴的模态分析 48

5.5.1 滚筒轴有限元模型的建立 48

5.5.2 施加约束并求解 48

5.5.3 模态结果分析 49

5.6 ZJ50型绞车滚筒轴装配体有限元分析 52

5.6.1 建立滚筒轴装配体有限元分析模型 52

5.6.2 材料属性定义 53

5.6.3 网格划分 53

5.6.4 定义边界条件并施加载荷 54

5.6.5 求解并分析结果 55

总结与展望

致谢

参考文献

第一章绪论

1.1石油钻机结构简介

在石油钻井中，带动钻具破碎岩石，向地下钻进，钻出规定深度的井眼，供采油机或采气机获取石油或天然气。一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备组成。一般有八大系统（起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统和监测显示仪表、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统），要具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。其主要设备有：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（现场习惯上叫钻机八大件）、动力机（柴油机、电动机、燃气轮机）、联动机、固控设备、井控设备等。

全部文件.jpg

滚筒轴三维图.jpg

转盘过桥轴三维图.jpg

论文截图1.jpg

论文截图2.jpg

内容简介：: 1扬州大学广陵学院毕业设计（论文）前期材料学生姓名：杨峰学号： 100007139 教科部：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化设计（论文）题目： ZJ50 型石油钻机用动力绞车传动系统设计指导老师：赵毅红材料目录序号名称数量备注1 毕业设计（论文）选题、审题表 12 毕业设计（论文）任务书 13 毕业设计（论文）实习调研报告 14 毕业设计（论文）开题报告（含文献综述） 15 毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文） 16 毕业设计（论文）中期检查表 12014 年 04 月 09 日机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院22广陵学院毕业设计（论文）选题、审题表学院机械工程学院姓名赵毅红专业机械设计制造及其自动化选题教师专业技术职务副教授申报课题名称 ZJ50 型石油钻机用动力绞车传动系统设计 A B C D课题性质课题来源课题简介石油钻机是油田油气勘探开发极其重要的工具。绞车是石油钻机速度变化及维持外头恒定钻压的重要机构，是钻机的核心部件，直接决定着钻机钻进能力。本毕业设计对绞车的传动系统进行设计。设计（论文）要求（包括应具备的条件）1 了解机械设计的相关知识； 2 熟悉一种三维建模软件。大适中小难一般易课题预计工作量大小课题预计难易程度所在专业审定意见：负责人（签名）：年月日院主管领导意见：签名：年月日说明：1、该表作为本科学生毕业设计（论文）课题申报时专用，由选题教师填写，经所在专业有关人员讨论，负责人签名后生效；2、有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏打“”课题一旦被学生选定，此表须放在“毕业设计（论文）资料袋”中存档。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院33填表说明1、该表的填写只针对 1 名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由 2 名及 2 名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏上加以体现。2、 “课题性质”一栏：结合科研；结合生产实际；结合大学生科研训练计划；结合学科研竞赛；模拟仿真；其它。3、 “课题来源”一栏：A、自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B、企、事业单位委托课题；C、校、院（系）级基金课题；D、自拟课题。4、 “课题简介”一栏：主要指研究设计该课题的背景介绍及目的、意义。5、 “设计（论文）要求（包括应具备的条件） ”一栏：主要指本课题技术方面的要求，而“条件”指从事课题必须具备的基本条件（如仪器设备、场地、文献资料等）。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院44广陵学院毕业设计（论文）任务书教科部：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：杨峰学号： 100007139 毕业（论文）题目：ZJ50 型石油钻机用动力绞车传动系统设计起迄日期： 2014-01-18 至 2014-05-30 设计（论文）地点：扬州大学指导老师：赵毅红专业负责人：宋爱平发任务书日期： 2014 年 02 月 18 日机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院55任务书填写要求1、毕业设计（论文）任务书由指导老师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院分管领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；2、任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按统一设计的电子文档标准格式（可在本学院网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3、任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业的教科部及学院主管领导审批后方可重新填写；4、任务书内有关“教科部” 、 “专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5、任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 GB 7714-87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6、有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 7408-94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2005 年 3 月 21 日”或“2005-03-21” 。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院66毕业设计（论文）任务书1、本毕业设计（论文）课题应达到的目的：绞车是钻机的核心部件，是钻机起升系统的主要设备，它在钻井工作中起着极其重要的作用。ZJ50 型绞车具有钻井性能好、启动平稳、绞车功率大、调速性能好、功率利用率高、安全可靠、绞车操作省力，控制先进，传动简单，结构紧凑，调速范围大，效率高，寿命长，工作安全可靠等特点。在对 ZJ50 型绞车的整体结构及工作原理认真研究的基础上，运用 Pro/E 对 ZJ50 型绞车系统的中间轴、输入轴等进行三维建模；并对滚筒、滚筒轴等重要部件进行安全校核；最后运用 ANSYS 对滚筒、滚筒轴和滚筒轴装配体进行有限元分析。2、本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1、通过对 ZJ50 型绞车的工作原理、结构组成和传动系统的研究，阐述石油钻机的研究背景及国内外的发展状况。2、运用三维造型软件 Pro/E 完成 ZJ50 型绞车的传动系统的各部分零件进行三维建模。3、对 ZJ50 型绞车传统系统中的传动轴、中间轴、滚筒、主刹车带进行安全校核，根据校核结果判断各部件是否能满足正常工作要求。4、运用有限元分析 ANSYS 软件对 ZJ50 型绞车传动系统的滚筒轴、滚筒等主要部件进行有限元的静力学分析和模态分析，根据分析结果判断传统系统中各主要部件是否满足绞车的正常工作要求。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院77毕业设计（论文）任务书3、对本毕业设计（论文）课题成果的要求（包括毕业设计论文、图表、实物样品等）：1. 完成 15 篇以上的相关中英文资料查阅，翻译 5000 印刷符以上的英文资料。2. 完成毕业实习报告。3. 完成毕业论文开题报告。4、完成毕业论文的撰写4、主要参考文献：1 杨明旺.石油系列绞车的数值分析与可靠性研究D.北京：中国石油大学，20072 姚春东.董世民 .石油钻采机械M.石油工业出版社.19943 王进全 .关于我国石油钻机技术的现状及其研发思考J.石油机械，2006,34（1）：7-114 张力.JC50DB 型绞车传动系统结构的设计研究D.兰州：兰州理工大学，20115 陈茂松.国产钻机的现状的发展J.石油机械,1999,19(3):36-396 鄂中凯,王金 .机械设计课程设计M.东北大学出版社,19907 兰铁军.基于 Pro/Engineer、Ansys 的收放绞车结构的有限元优化设计D.天津:天津大学,20078 张连山.国外石油钻机绞车的设计与计算J.国外石油机械，1997,02(8):1-99 孙明光,彭军生 .国内外石油钻井装备的发展现状J.石油钻探技术,2008,36(6):88-9110 戴相富. 石油系列绞车模块化设计与仿真研究D.北京:中国石油大学,200911 马家冀. 我国石油钻机的发展与对策J.石油机械,2001,05(29):1-512 王平.石油钻机电动绞车特性分析及控制研究D.上海:上海交通大学,2007机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院9913 陈如恒, 沈家骏.钻井机械的设计计算M.北京:石油工业出版社，200014 张力,张洪生,吕圣仕.当代大型石油钻机更新的发展趋势J.石油矿场机械,2003,32(6):97-9815 HXJC40 绞车使用手册.扬州市高邮华兴石油机械制造有限公司16 启蕴,李维明 .用盘式刹车取代带刹车的分析与建议J.石油机械,1994,22(8):1-817 侯郁,郑晓峰 .机械驱动钻机和电驱动钻机的比较J.石油机械.2000,23(8):48-51机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1010毕业设计（论文）任务书5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划起止日期工作内容2014 年 2 月 26 日至2014 年 3 月 1 日分析课题任务，通过网络、图书馆等途径准备相关参考文献，并认真阅读分析，了解课题内容要求。2014 年 3 月 2 日至2014 年 4 月 4 日查阅资料，完成文献综述、开题报告和外文翻译，同时完成毕业实习。2014 年 4 月 5 日至2014 年 4 月 30 日完成石油钻机绞车传动系统的相关零部件的三维绘图及其装配2014 年 5 月 1 日至2014 年 5 月 15 日学习 ANSYS 软件并且运用该软件对 ZJ50 型绞车传动系统主要部件输入轴，中间轴，猫头轴，装盘过桥轴，滚筒总成等进行有限元的静力分析和模态分析。2014 年 5 月 16 日至2014 年 6 月 1 日完成毕业设计说明书，按照相关要求打印装订成册。2014 年 6 月 2 日至2014 年 6 月 10 日准备论文答辩机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1111所在专业审核意见：负责人：年月日学院意见：院长：年月日机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1212实习报告一、实习目的1、通过就业前岗位实习，了解和掌握实际生产中的生产流程、工艺原理和技术要求，为今后正式工作学习打下良好的基础。2、培养自己与人交流，与人合作，与人竞争的工作能力，提高自身的职业素养，与部门内部同事打成一片，为正式入职创造良好的工作氛围打下基础。3、通过本次实习使我能够亲身感受到由一个学生转变到一个职业人的过程，进一步了解社会，增强对社会主义现代化建设的责任感、使命感，为离开学校、走向社会、适应社会、融入社会作好充分准备。4、本次实习对我完成毕业设计和实习报告起到非常重要的作用。二、实习时间2014 年 3 月 3 日2014 年 4 月 4 日三、实习地点、单位和部门单位：中油天工机械有限公司地址：江苏省江都市宜陵镇玉带路 1 号部门：技术部四、实习内容1、公司简介江苏中油天工机械有限公司，前身江苏油田机械厂。座落在历史文化名城扬州机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1313市东郊，南濒万里长江黄金水道，西接京沪高速大动脉，328 国道左右环绕水陆交通十分便利。这里地处长江三角洲经济发达圈腹地，人杰地灵，风光绮丽。公司始创于 1952 年，迄今从事专业机械制造已有近 60 年历史。2006 年 11 月19 日，公司成功改制。改制之后公司打开思路，拓展经营发展方向，完善内部管理，发展迅速。公司现有职工 600 余人，其中高中级专业技术人员占 20%。公司设计生产钢结构房屋、石油钻机、系列抽油机、系列模块化野营房、系统抽油泵、采油井口装置、泥浆净化系统、废弃泥浆处理装置、作业污水处理装置、野外饮用水装置等产品畅销国内，部分远销美国、哈萨克斯坦、苏丹、卡塔尔、也门、阿联酋等多国市场。公司在新疆和苏丹等地均建有钢结构和模块化野营房生产基地，在美国、委内瑞拉有专门营销和服务网络。经过五年的不懈奋斗，中油天工目前已有四个子公司，业务领域不断拓展，目前产品涵盖石油机械、钢结构房屋、生物发电设备、节能灯具、起重设备以及建筑工程服务等领域。改制以来，公司每年飞速发展，2011 年销售收入已达 5 亿。公司坚持诚信经营，质量第一的人本管理理念，视顾客满意为企业经营的终极目标。公司于 1997 年通过 ISO9001 国际质量体系认证；2007 年通过美国石油学会API Spec 11E 认证；是国家二级计量合格单位、扬州市文明单位；连续多年荣获中国石化集团、扬州市质量管理先进单位、江苏油田先进单位等荣誉称号。 2、具体实习情况我很开心来到了中油天工的技术部，我的主要任务就是画图，说简单点就是将笔记本显示屏由中片切成小片 l，然后上贴偏光片的一个过程。我这五周的实习主要被分配在画图和测试两个环节。就是切片子，我在这了解并掌握了一个整体制程以及相关的注意事项，并且学会了一些简单异常的处理，我们除了制程还有设备，关于设备方面，我主要学会了日常的一些设备保养与维护，还有当一些简单问题出现的应急处理。在测试上，我们主要是设备，我了解了一些基本的动作实现及其作用，整个的一个传动原理以及结构组成也有了一个大致的认识。在岗位实践环节，我被安排亲手作业切片子，我做的还不错，我一个小时画了一张图。总的来说，我这五周的实习完全完成了公司给我量身定制的一系列培训计划。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1414五、实习体会感谢中油天工！从步入公司的头一天一直到离开天工的最后一天，友达留给我最深的一个印象就是，它是我们所有实习生的新家。公司为我们制定了一系列完整的培训计划，无论是精神上的、文化上的、生活上的、还是工作上的，公司非常周到全面的考虑到了将新人由学生转变为职场达人的方方面面。作为新人，公司让我们明白并深刻体会了团队的重要性，无论是抢答问题，还是从“甲地到乙地” ，还是让人难忘的“勇渡鳄鱼河” 。我们本来是一群来自五湖四海的陌生人，因为团队的力量，3 天两夜之后，我们成了一生的兄弟姐妹。在公司里，无论是老板，还是比我有资历的老员工，大家都随性可亲，都对我十分的照顾，感觉就是久别重逢的家人。大家都有相同的性格工作上认认真真，私底下不分彼此。在友达的短短 5 周时间，是我大学四年来收获最多的阶段。无论画图过程，还是 cutting 机台的总体了解；无论是测试制程，还是测试机台的一个学习掌握；无论是 Beol 整体的职能，还是后续 JI、MA 的功能。只要我想学，友达的每个人都可以成为我的师傅。在生活中学习，在工作中学习，在交流中学习我想，没有什么比这个学习方法更好了，它让我们能够将学到的和日常生活工作结合起来，理论与实际相结合，别人教再多也是别人的，只有自己去亲手做了，哪怕只有一遍，那也是自己宝贵的收获。在工作总结中发现，我们做工程的，不能停留在猜想与假设之中，我们要用数据与事实统计说话，数字是不会说谎的，而想获得最真实可靠的数字，我们作为工程师必须落实 B2B，亲临现场，亲手作业，找到根本所在，才能挺直腰板论述解决方案与改善。经过实习我发现，作为一个学机械的工科人，或许我们大学学到的具体理论知识会很少用到工作上，但是，我们机械人艰苦自立、爱实践、有毅力、踏实务本的品格是我们通往任何一条成功大道的钥匙，我相信，只要我们踏踏实实做事，虚心请教他人，认认真真多做总结，我们一定可以获得我们想要的任何东西。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1515广陵学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名：杨峰学号： 100007139 专业：机械设计制造及其自动化设计（论文）题目： ZJ50 型石油钻机用动力绞车传动系统设计指导老师：赵毅红 2014 年 04 月 09 日机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1616开题报告填写要求1、开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审核的依据材料之一。此报告应在指导老师的指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业的教科部审核后生效；2、开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按统一设计的电子文档标准格式（可从本学院网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3、 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册）；4、有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 7408-94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2005 年 3 月 21 日”或“2005-03-21” 。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院1717毕业设计（论文）开题报告1、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述1.石油钻机结构简介在石油钻井中，带动钻具破碎岩石，向地下钻进，钻出规定深度的井眼，供采油机或采气机获取石油或天然气。一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备组成。一般有八大系统（起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统和监测显示仪表、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统），要具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。其主要设备有：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（现场习惯上叫钻机八大件）、动力机（柴油机、电动机、燃气轮机）、联动机、固控设备、井控设备等。2.绞车的结构简介钻井绞车是钻机起升系统设备之一，是钻机的核心部件。基本结构构成：1、滚筒、滚筒轴总成；2、制动机构：主刹车和辅助刹车；3、猫头和猫头轴总成；3、传动系统：传递动力、内变速（多挡位）；4、控制系统：离合器、摘挂挡、司钻控制台；5、其它：润滑系统、壳体支撑系统。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院23233.绞车的功能及分类（1）主要功能：1、起下钻具和下套管；2、控制钻压和送进钻具；（2）其它功能：根据绞车结构形式不同附带的功能也不同。1、带猫头结构：上卸钻具丝扣、起吊其它重物等；2、整体起放井架和底座；3、双滚筒绞车：钢丝捞砂作业、提取岩心。（3）要求：1、绞车要有足够大的功率。满足最大拉力、最高转速、足够的寿命；2、绞车滚筒要有足够的尺寸和缠绳容量；3、绞车要适应宽范围的载荷变化，要有最高的功率利用率；4、绞车要有灵敏、可靠的刹车机构和足够能力的辅助刹车，能够准确地调节钻压，均匀送进钻具，控制钻具下放速度，刹车机构要耐热、耐磨；5、绞车要具有刚劲的支架和底座；密闭润滑；6、司钻操作要省力、方便。（4）根据绞车功能不同有不同的绞车结构：1、带捞砂滚筒和不带捞砂滚筒，即通常说的单滚筒绞车和双滚筒绞车；2、无猫头轴绞车。钻机钻台上单独配置液压猫头。（5）根据绞车传动形式不同有不同的绞车结构，这是绞车设计中变化最多的结构。1、单轴绞车。绞车只有滚筒轴，结构非常简单。典型实例：车装钻机绞车外变速（阿里森变速箱）；交流变频传动调速电机驱动绞车；2、双轴绞车：类似于单轴绞车，绞车内无变速功能，只是比单轴绞车多了猫头轴；3、三轴绞车：绞车中增加了一根动力输入的传动轴，绞车内变速。其结构较单、双轴复杂。我国早期和传动的绞车都是这种形式；4、多轴绞车：将四轴以上的绞车都称之为多轴绞车。即动力输入轴、中间轴（多根）、猫头轴、滚筒轴；5、独立猫头轴多轴绞车：绞车主体（输入轴、中间轴、滚筒轴等）低位安装，位于后台底座，小功率的猫头轴高位安装，位于钻台上；6、齿轮传动单轴绞车：现在电驱动钻机中普遍实用的结构，直流或交流变频调速电动机直接驱动减速或变速齿轮箱，以驱动滚筒轴。（6）根据绞车制动形式不同有不同的绞车结构：1、近距离刹车制动绞车；2、远距离带刹车制动绞车；3、气动无刹把带刹车制动绞车；4、液压盘式刹车制动绞车；5、水刹车辅助刹车绞车；6、电磁涡流刹车辅助刹车制动绞车；7、水冷气动盘式刹车辅助刹车制动绞车。8、能耗制动无辅助刹车绞车。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院24243. 石油钻机的研究背景与意义据我国海洋石油 2015 年远景规划，我国将有 30 多个油田待开发，需建造 70 多座平台，新建和改造 10 多艘 FPSO，其中中海油需建造 55 座海洋平台，6 艘 FPSO，4 个陆地终端、铺设海底管线 1000 多公里，投资总量每年将以百亿元以上递增。在此背景下，作为海洋工程装备必不可缺少的海洋钻机必定有大量的市场需求。另外目前我国在用钻井设备大多属于较落后的机械钻机，由于机械钻机存在工作效率低、劳动强度大、安全性差等缺点，因此急需进行更新，从而将产生大量更新需求。4. 石油钻机国内外发展状况4.1 国内发展状况纵观我国石油钻机的历史，其发展主要由 4 个因素所决定：一是钻机的有效使用年限，它决定其更新或改造周期。二是钻探深度(地质构造)，它决定钻机的市场方向是浅井、中深井还是深井。三是从钻机的效率和效益出发，决定钻机的驱动形式是机械驱动或是电驱动，结构型式是橇装还是车装。目前国内陆地石油钻井业中，浅井钻机、中深井和深井钻机兼而有之，以中深井较多；在驱动型式上以机械驱动为主；在结构方式上以橇装为主。四是市场的有效需求，它决定钻机的发展规模。自 2o 世纪9o 年代以来，由于钻机制造技术、部件质量和研发能力的提高，研发速度加快，研制成功 6oL 型、 6oD 型和 60DS 型机械驱动钻机和电驱动钻机，并朝系列化、标准化、多样化方向发展，钻机的性能指标已达到 GB1806-86 的规定。国产钻机已形成系列，钻深有 1 500、2 000、3 200、4 500 和 6 000 m；驱动方式除常规的柴油机-胶带驱动和柴油机-液力变矩器驱动外，还有 AC-SCR-DC 驱动。尤其是 4 500 m 以浅钻机在提高移运性上成绩斐然，橇装钻机模块化程度大大提高，其中 3 000 m 以浅钻机采用自走式运载车、伸缩式井架，大大降低了移运成本，且均拥有自主知识产权。目前，我国石油钻机的品种和质量基本满足了国内不同地区、不同井深的需要。已有一批国产石油钻机在国外承担钻井作业服务，有一些在国内区块承担反承包钻井，并受到好评。从国内钻机生产能力上看，宝鸡石油机械厂、兰州石油化工机器总厂、四川宏华机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院2525公司等主要生产中深井钻机；江汉四机厂主要生产、3 000 m 以浅车装浅井钻机；南阳石油机械厂主要生产车装和橇装模块式中浅井钻机，生产的替代大庆 130 型的模块化钻机，已经过多井次的工业化试验。该厂 3 000 m 车装钻机已生产 3O 多台，目前有20 余台车装及橇装钻机在国外服务，其中由长城钻井公司牵头组织、南阳石油机械厂生产的 l20K 钻机自 1997 年就开始在加拿大进行钻井作业，使用情况良好。此外，北京石油机械研究所与大港新世纪机械制造有限公司共同完成了 D(_一 30Y 顶驱工业性试验，北石所研制的为 ZJTOD 配套的顶驱已在克拉玛依和塔里木完成 2 口井的工业试验。南阳石油机械厂引进意大利轻便顶驱技术与 3 000 m 车装钻机配套后到印尼服务，与石油大学(北京)合作的盘式刹车技术已应用于 3 O00 m 钻机，并投放到胜利油田及墨西哥市场。4.2 石油钻机国外发展状况为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发，美国、德国、法国、意大利、加拿大、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发了各种类型的石油钻机。其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位，所以与国际技术接轨，实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接轨。就我国目前普遍使用的机械驱动钻机而言，美国在20世纪60年代已经成熟，到70年代得到迅速发展。近年来，国外钻机在传动方式和结构形式方面发展很快，交流变频电驱动已经广泛使用，顶驱发展也十分迅速。今后石油钻机的发展趋势是多样化、两极化、自动化和人性化。1类型趋于多样化近几年来，根据井位环境差异和钻井工艺需要，开发出不同类型的石油钻机，如适应各种环境的沙漠钻机、海洋钻机、浅海或海滩钻机、极地钻机、城市钻机、地震区钻机、全地彩钻机、直升机吊运钻机和陆地钻机等；适应各种钻井工艺的丛式井钻机、斜井钻机、小井眼右机、特深井钻机、自走式钻机、自动化钻机、柔杆钻机、模块化钻机等引。尽管钻机的类型多种多样，但新型钻机的发展有一个共性，即在重视钻机作业性能的基础上，逐步重视钻机的移运性能。这是因为对钻井承包商而言，其钻井成本主要包括两方面：一是直接钻井成本，二是辅助钻井成本，包括运载成本和停工成本，而运载成本和停工成本均与钻机本身有直接关系。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院26262规模趋于两极化石油钻机在规模上有两极发展的趋势，即深井钻机大型化和轻便钻机小型化。(1)深井钻机趋向大型化钻深能力已达l5000 m，最大钩载达12 500 kN。为了提高起升工作效率，绞车功率趋向于提高。美国Emseo公司研制的号称世界上第一台输人功率为3 676 kW 的绞车已问世，该绞车由4台大扭矩的直流电动机驱动，采用强制水冷盘式刹车，起升钢丝绳直径5Omln。钻井泵单台最大功率l 618 kW ，最高压力527 MPa。原苏联、罗马尼亚的钻机系列中，绞车输人功率最大l 838 kW。特深井钻进都采用4个单根组成的立柱，故井架高度超过50m。德国KTB超深井使用的uIBlGH3OOOEG钻机，井架最高为63 m。考虑安装防喷装置的需要，井架底座最高达l212 m。一般在深井中都用339725 mill70 MPa的防喷器组。随着钻大井眼的需要，大尺寸高压防喷器也有新的发展，德国KTB超深井中已使用47625 mln70MPa防喷器组。目前美国可提供47625 mill105MPa防喷器。为了把环形防喷器工作压力从35MPa提高到70 MPa，美国Shatter公司推出了两个串联胶心的环形防喷器。另外，还推出快拆法兰结构防喷器，拆换胶心方便，省去现场装卸螺栓的繁重劳动。(2)轻便石油钻机趋向小型化为了适应浅海、海滩、沙漠、丘陵地带油气藏的勘探，国外公司在20世纪6o年代开始研制模块式钻机。美国在1973年设计了TBA1000型系列钻机，经济钻深为l 800-6 000 m，结构紧凑、质量轻，模块化设计，每个模块质量不超过18 t，既可用直升机运输，也可用雪橇、履带车、船舶等运输。轻型钻机主要以车装钻机为主，美国是世界上生产车装钻机较多的国家，使用也很广泛，3 500 m以浅的井几乎都使用车装钻机。其传动特点是设备布置成组集中，动力机组、传动装置、绞车和井架等均在同一自走车上，机泵组安装在可整拖的大底座上，采用液压机构起放井架。最小的微型钻机采用小井眼钻井技术，钻深可达l 500 m，体积小，质量轻，最轻的只有14 t，节省钻井费用30 一4o ，减少拆装时间6ook一70ok，节约钻井液88ok，减少井场面积70ok，是经济效益最好的一种石油钻机。3控制趋于自动化顶驱、盘式刹车技术的逐步成熟，以及电动控制技术、液压驱动技术和可靠性的机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院2727逐步提高，为实现钻机控制的自动化提供了可能，再加上海洋及深井等复杂工况下，钻井工艺及成本对钻井装备的要求使得钻机控制自动化成为钻机发展的一个重要趋势。顶部驱动装置克服了转盘钻井方式的缺陷，给钻井作业带来了诸多好处，既可满足复杂作业工况需求，提高作业效率，又使作业更安全。盘式刹车替代原带式刹车，作为20世纪8O年代后期发展起来的一项新技术，以其制动力矩容量大、稳定、安全、可靠等特点，可实现遥控操作，易实现自动送钻，易维护，长寿命，易系列化设计和专业化生产。电驱动用于钻机最早开始于20世纪5O年代中期，随后逐步完善、成熟。与机械驱动相比，电驱动具有操作安全、维修保养方便、易于实现自动控制等特点，特别是全数字系统的出现，使得电驱动系统控制性能更完善，可靠性更高，调整及更改功能更便捷，故障诊断及维修更方便。电驱动可以通过编程控制器获得很多机械驱动所无法实现的功能，如顺序操作和联锁功能等。液压驱动具有转换容易、体积小、质量轻等特点。全液压驱动的绞车、转盘和钻井泵由挪威MH公司于2o世纪90年代推出，与此之前推出的全液压顶驱、管排放系统、液压机械手及天车型液压升沉补偿器，构成了海洋钻机机械化、智能化操作系统。4设计趋于人性化新型钻机充分体现以人为本的思想，最大限度满足HSE要求：护栏、梯子要满足安全规定。上下井架有助(阻)力器，二层台有逃生器，钻台有逃生滑道。钻机设有天车防碰和紧急刹车装置，避免游车大钩碰撞天车，并能在任何情况下迅速制动大钩和绞车。选用无公害的摩擦盘(片)、刹车块、油漆，保证员工健康。刹车毂、辅助刹车的冷却水循环使用，柴油机排放满足环保要求。5.课题研究要求：（1）通过查找与石油钻机以及绞车相关的论文和著述，了解石油钻机以及其绞车的发展状况；（2）通过使用 AUTOCAD2007 等二维绘图软件及 PRO/E、UG、SOLIDWORKS 等三维绘图软件，了解石油钻机用绞车传动系统的零件、结构和工作原理；（3）通过使用 ANSYS 等分析软件对其典型零件进行力学分析，以提高其安全可靠性能。机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院28286.参考文献：1 张连山2010 年世界石油钻机技术发展 j-平预测钻采工艺，1998，21(3)：4044.2 王进全.关于我国石油钻机技术的现状及其研发思考J.石油机械, 2006, 34(1):7-10.3 蒋波,赵毅红,王军领等.基于 ANSYS 的提环有限元分析及优化J.扬州大学学报,2011,14(4):60-63.4 刘扬松.转盘和水龙头主轴承寿命估算的新公式J.石油机械, 2000, 28(5):7-8.5 振威石油网.国内外石油钻机新技术及发展趋势EB/OL.2014-3-8.百度文库.6 HiJohns.国内外石油钻机技术发展现状及趋势EB/OL.2010-07-08 23:052014-3-8.道客巴巴.7 中国石油天然气集团公司人事部.石油钻机简介EB/OL.20122014-3-8.读秀.8 金业权，刘刚.石油钻机概述EB/OL.20122014-3-8.读秀.9 罗超.浅论我国石油钻机技术现状和发展策略J.石油机械, 2003, 31(1):46-49.10 张吴湖，白真权.关于我国石油钻机的发展建议J.石油矿场机械, 2004, 33(2):18-21.11 贾秉彦，马广蛇，候文辉，白永宏，毛玉琢.石油钻机发展中有关问题的探讨J.石油机械, 2006, 34(3):69-71.12 尹庆武.浅谈石油钻机电气传动系统的最新发展J.中国科技纵横, 2013(16).13 黄伟.我国石油钻机发展现状探讨J.网络导报在线教育, 2012(10).14 敖沛.国外石油钻机新技术J.石油机械, 2004, 32(4):50-51.15 卢韵皎.SL675 水龙头的研制J.石油机械, 2010, 38(10):49-50.机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院2929毕业设计（论文）开题报告2、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院30301、通过对 ZJ50 型绞车的工作原理、结构组成和传动系统的研究，阐述石油钻机的研究背景及国内外的发展状况。2、运用三维造型软件 Pro/E 完成 ZJ50 型绞车的传动系统的各部分零件进行三维建模。3、对 ZJ50 型绞车传统系统中的传动轴、中间轴、滚筒、主刹车带进行安全校核，根据校核结果判断各部件是否能满足正常工作要求。4、运用有限元分析 ANSYS 软件对 ZJ50 型绞车传动系统的滚筒轴、滚筒等主要部件进行有限元的静力学分析和模态分析，根据分析结果判断传统系统中各主要部件是否满足绞车的正常工作要求。毕业设计（论文）开题报告机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院3131指导教师意见：1、对“文献综述”的评语：2、对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院3232的预测：指导老师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日扬州大学广陵学院毕业设计（论文）外文资料翻译机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院3333教科部：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化姓名：杨峰学号： 100007139 外文出处：（用外文写）附件：外文原文指导老师评语签名：年月日注：请将该封面与附件装订成册。文献翻译机械 81001 杨峰扬州大学广陵学院3434英文原文：NOVEL METHOD OF REALIZING THE OPTIMAL TRANSMISSIONOF THE CRANK-AND-ROCKER MECHANISM DESIGNAbstract: A novel method of realizing the optimal transmission of the crank-and-rocker mechanism is presented. The optimal combination design is made by finding the related optimal transmission parameters. The diagram of the optimal transmission is drawn. In the diagram, the relation among minimum transmission angle, the coefficient of travel speed variation, the oscillating angle of the rocker and the length of the bars is shown, concisely, conveniently and directly. The method possesses the main characteristic. That it is to achieve the optimal transmission parameters under the transmission angle by directly choosing in the diagram, according to the given requirements. The characteristics of the mechanical transmission can be improved to gain the optimal transmission effect by the method. Especially, the method is simple and convenient in practical use.Keywords：Crank-and-rocker mechanism, Optimal transmission angle, Coefficient of travel speed variationINTRODUCTIONBy conventional method of the crank-and-rocker design, it is very difficult to realize the optimal combination between the various parameters for optimal transmission. The figure-table design method introduced in this paper can help achieve this goal. With given conditions, we can, by only consulting the designing figures and tables, get the relations between every parameter and another of the designed crank-and-rocker mechanism. Thus the optimal transmission can be realized.The concerned designing theory and method, as well as the real cases of its application will be introduced later respectively.1 ESTABLISHMENT OF DIAGRAM FOR OPTIMAL TRANSMISSION DESIGN It is always one of the most important indexes that designers pursue to improve the efficiency and property of the transmission. The crank-and-rocker mechanism is widely used in the mechanical transmission. How to improve work ability and reduce unnecessary power losses is directly related to the coefficient of travel speed variation, the oscillating angle of the rocker and the ratio of the crank and rocker. The reasonable combination of these parameters takes an important effect on the efficiency and property of the mechanism, which mainly indicates in the evaluation of the minimum transmission angle.The aim realizing the optimal transmission of the mechanism is how to find the maximum of the minimum transmission angle. The design parameters are reasonably combined by the method of lessening constraints gra

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