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200 液压 钻机 变速箱 设计 CAD

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200米液压钻机变速箱的设计含5张CAD图,200,液压,钻机,变速箱,设计,CAD

内容简介：

一、选题依据1.论文（设计）题目200 米液压钻机变速箱的设计2.研究领域钻探工程、地质勘探、工程机械、机械设计3.论文（设计）工作的理论意义和应用价值理论意义：对钻机功能结构认识的基础上从最经济的角度对钻机变速箱的结构进行优化并重新进行设计改进，以节省生产成本，提高有钻机的使用寿命。应用价值：200 米型钻机主要用于钻探深度为 200 米的各种角度的放水孔、地质构造孔、灭火孔、抽放瓦斯孔及铁路、公路、桥梁、隧道、国防建设、工业民用建设、农田打井及地质勘探、工程爆破以及其它用途的各种工程孔。该机可用于不同硬度的岩石中钻探任何角度的钻孔，而在煤层、软岩层、硬岩层中钻孔和农田打井时效率为最高。整个机组由两部分组成，即 200 米钻机、TBW150/3.0 泥浆泵。钻机冲洗液为泥浆或清水。在地面钻探不需要使用钻塔，只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。本 200 米钻机配备动力为电动或柴油机，适用于井上、井下或野外没有电源的场地作业。4.目前研究的概况和发展趋势钻机是进行大陆科学钻探地质勘探研究的重要设备和工具，对钻机设计制造技术的研究关系到钻探工程的发展，意义重大。本项目的研究目的，是要在对钻机功能结构认识的基础上从最经济的角度对钻机变速箱的结构进行优化并重新进行设计改进， 以节省生产成本，提高有钻机的使用寿命。（1）国内外钻机发展现状对比在人工勘探中，钻机起着重要的作用特别是山高水缺的丘陵山地的地震勘探经济效益往往取决于钻机的性能近 20 年来，国外有关公司相继开发研制了各种泥浆或泡沫洗井的全液压轻便地震钻机。我国曾先后引进了加拿大坎特纳公司的 CT 系列钻机法国地球勘探公司（AM G）的 TD-150s 钻机，日本石油凿井机制作株式会社的 JP 系列钻机等就属于这种类型。十几来，我国有关厂矿也开发研制这类产品，但在开发设计中碰到不少难点，也导致国产全液压钻机在性能上不如进口的江苏石油勘探局为适应长江下游水网和丘陵地区的勘探需求，并针对江苏油田机械钻机 DY-15 型存在着钻机重量重，搬迁不便，提升加压均需人力劳动强度大等问题及对苏南风化层砾石及中硬地层区不适用的缺点提出了开发设计 DY 25 型全液压轻便地震钻机，现就有关国内外液压轻便钻机的发展水平和我国开发设计的难点所在做一阐述。a 国内外液压钻机的发展水平国外发展水平国外生产液压轻便钻机厂家较多，下面以 TD- 150s 型钻机为例就国外液压钻机的发展水平作-介绍 TD-150s 全液压钻机，是法国 AM G 公司根据现场实践设计的，并反复改进的典型钻机在法国。美国，墨西哥和中国的西部，新疆。内蒙古等地多年使用反应良好。对难以涉足的山地和丘陵地区有较强的适应性 L 性能特点 TD-150s 轻便钻机主要适应于山地，丘陵山高水缺地区的中硬以上的地层，具有山钻机的特点全液11压无级调速和调压，空气洗井。泥浆洗井，钻井方式可以采用多种形式可选用牙轮钻头麻花钻头潜孔锤等工具因而根据不同的岩地层选择最佳方式，转速和钻压。该钻机采用空气压缩系统和潜孔锤及其组合快速装卸方式，以便中硬，硬岩层及缺水地区的钻井具有独特性和较强的适应性 2 结构特点 TD-150S 液压轻便钻机为单体挂式组合及快速接头连接。国内发展水平80 年代末，四川石油管理局在引进加拿大液压山地钻机 CT-155 型的基础上，测绘研制了 DY-30 型山地全液压钻机，90 年代初成功地投入了山地地震勘探 DY-30 型钻机具备了全液压无级调速和调压空气洗井“空气/泡沫洗井，泥浆洗井，回转切削， 冲方式或两者复合方式钻进的特点，可以根据不同岩层选择最佳转速钻压和方式钻进且采用挂式组及快速穿销连接，拆装快速简便整机重 839 kg 可分解为 10-12 个独立的单元部件每个部件可由两名搬运工搬迁于山地之间，使地震勘探能深入到以前难以涉足的禁区 DY-30 型钻机的性能已达到国外 80 年代的先进水平。功能齐全尚属国内首创;除 DY 30 型钻机外还有总公司物探局徐水机械厂生产山地液压地震钻机北京探矿机械厂近期推出专利产品橡胶履带车式 XY1-1 型钻，衡阳探金矿机械厂的 XJ100-1 型，长沙探矿机械厂的 QPY。30 型钻机等，均属液压给进，机械卷扬提升钻机在机动性强拆装简便操作方便，易维修等方面与国外钻机相比差距较大。b.限制因素与优化方向限制钻机效率的问题难点不少，关键性的有：汽油机和液压泵设计中采用高效的闭式液压回路需要小流量的流量压力补偿的轴向柱塞泵并与汽油机速度匹配，而功率在 10，-15kw 的汽油机国内无产品;小流量的轴向柱塞泵国内也很少生产，为此，只好采用重庆蒲益斯单缸风冷式四冲程汽油机F190 型（其实际功率 85kW，3380 r / m in）和邵液试制的美国威格士泵 PVB 10 恒功率变量泵，增加中间变速机构，使之匹配。汽油机和水泵总成试制中选用的水泵总成为汽油机 175F（5 kW 3 600 r / min） 和单螺杆泵（130 L / min，压力为 MPa）组成。经现场使用效果不理想，寿命短，流量小，泥浆携砂不力等问题不如日本 JP-30 型地震机所配的高速离心泵作为泥浆的效果好但国产尚未见成熟的产品 3 液压回路的热平衡受钻机和汽油机功率的限制，设计中液压回路的热平衡受钻机质量和汽油机功率的限制，设计中不可能采用齿轮马达驱动的风扇冷却，油箱容量不可能采用最大流量（40L / min）的 2-3 倍的常规设计， 而且油路中的油温的升高会增加泄漏和效率的下降。因此，采用铝合金油箱嵌散热片以增加自然散热面积，有效地控制油箱容量和重量。同时，由于钻井中的间歇停机搬迁的自然冷却，使油温保持在 80以下。液压回路中的控制在闭式回路中设置两个换向阀一个用于控制钻具的升降;另一个用于控制钻具正反向的旋转，阀的中位为停止。旋转可变节流阀对钻具无级调速减压阀控制钻进给进压力，实现无级调压：平衡阀起背压平衡使钻具提升在任意位置也不会向下沉液压。人力搬迁限制钻机重量丘陵地区钻井采取人力搬迁原则（每个部件两个人搬迁，因此应最大程度降低钻机部件重量。c.总结与展望总之，目前我国液压钻机技术还处在发展阶段，在液压、功能、空气清洗、效率强度环境友好程度等方面均有差距。设计全液钻机，受国产材质及工业水平的影响。客观上要遇到一些关键性的问题和难点，虽然在设计中可以想办法加以克服。但终究在钻机的质量，钻机的能力和性能上受到限制。与国外液压地震钻机有一定的差距。所以就以优化钻机功能结构为基础上从最经济的角度对钻机变速箱的结构进行优化并重新进行设计改进，以节省生产成本，提高有钻机的使用寿命。总之在中国新一代制造人的奋斗中，在国家大力支持并发展制造业的政策扶持下，中国的制造业水平会呈飞跃态势实现对国外先进技术的赶超，中国的社会主义制造强国的伟大梦想一定得以实现。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题(1)200 米钻机变速箱整体设计。(2)变速箱中重要传动轴的加工工艺规程的编制。(3)动力机构的参数计算与选择，及其设计。(4)钻机绞车的结构简要设计。(5)回转器的工作原理简单了解。(6)绘制变速箱、绞车，钻机整体装配图和变速箱、传动轴零件图。(7)液压系统的设计与计算。(8)经济性可行性分析。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）(1)钻机整体设计。(2)动力系统的确定。(3)传动系统的设计。(4)变速系统的设计。(5)回转器、绞车、变速器的结构设计以及参数计算。(6)液压系统的设计与计算。(7)可行性分析。3.本论文（设计）预期取得的成果(1)获得 200 米液压钻机的装配图以及零件图。(2)完成 200 米液压钻机的动力系统选择。(3)完成 200 米液压钻机的传动机构设计。(4)完成钻机回转器、绞车、变速箱结构设计。(5)完成 200 米液压钻机的液压系统设计。(6)对结构的性能参数完成分析。(7)形成完整的产品说明书。三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）； 主要技术参数：见表 11表 11钻探深度200m立轴转速120、240、350、600r/min开孔直径89mm终孔直径60mm钻机角度03602.论文（设计）进度计划第 1 周：分析题目，收集资料。第 2 周：分析研究资料，确定课题设计思路。撰写开题报告。第 3 周：完成相关外文论文翻译。第 4 周：修改开题报告。进行开题答辩。第 5 周：进行钻机的整体传动计算。第 6 周：进行变速箱的传动计算。 （中期检查） 第 7 周：绘制钻机装配图。第 8 周：绘制变速箱装配图。第 9 周：绘制绞车装配图。第 10 周：绘制箱体零件图。第 11 周：绘制花键轴零件图。第 12 周：撰写论文（说明书）。第 13 周：修改论文（说明书），并完成终稿，自查重。第 14 周：提交论文，制作 PPT，准备毕业答辩。四、需要阅读的参考文献1王秉晋.XU3002 型油压钻机知识M.北京：地质出版社，1978.2.沃兹德维任斯基.岩心钻探学M.北京：地质出版社，1985.3陕西省地质局.岩心钻探手册M.北京：地质出版社，1977.4赖海辉.钻孔工程问答M.北京：冶金工业出版社，1985.5 Woods, G. Polyurethanes. In The ICI Polyurethanes BookM. 1987 (John Wiley, New York).6 Svecko, R., Chowdhury, A., Bolcina, M. and Tusek, R. Computer controlled machine for cutting expanded polystyreneJ.Electrotech. Rev., January 2000, 67, 145151.7 Thomas, T. R. Rough Surfaces,M. 2nd edition, 1999 (Imperial College Press, London).8 Brune, D., Hellborg, R., Whitlow, H. J. and Hunderi, O.Surface Characterization A User s SourcebookM, 1997 (Scandinavian Science, Weinheim, Germany).9 Shanker, V., Rao, K. B. S. and Mannan, S. L. Microstucture and mechanical properties of Inconel 625 superalloy.,J. Nucl. Mater.,J. 2001, 288, 222232.10 Shaw, A. and Kyriakides, S. Thermomechanical aspects of NiTi. J. Mechanics and Physics of Solids, J.1995, 43, 12431281.11 Brandes, E. A. and Brook, G. B. Smithells Metal Reference Book, 7th edition, 1992,M Chs 3, 4 and 5 (ButterworthHeinemann, Oxford).12 Carlson, H. SpringsTroubleshooting and Failure Analysis,M. 1980, Chs 4 and 6 (Marcel Dekker, New York).13 Hussan Al-Chalabi, Jan Lundberg and Adam Jonsson (2015) Economic lifetime of a drilling machine : a case study on mining industry, Strategic Engineering Asset Management, Vol. 2, No. 2, J. 177 - 189.14 Luderer, B., Nollau, V. and Vetters, K. (2010) Mathematical Formulas for Economists,R.Springer-Verlag Berlin Heidelberg.15 Mardin, F. and Arai, T. (2012) Capital equipment replacement under technological change, The Engineering Economist, Vol. 57, No. 2,J. 119129.附：文献综述文献综述随着我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业的发展，对各种钻探设备提出了更多的要求。钻机作为钻探设备的重要工具之一，在这些工程中起了举足轻重的作用。为了适应当前各种勘探工作和工程建设项目对浅孔钻机的要求，本设计任务在TXU-150 型钻机的基础之上进行了一些改进，设计出了钻探深度为 200 米的液压钻机。设计中根据钻机使用的环境和场合，运用比较和参照的方法，借鉴同类型钻机的设计参数，通过比较分析，重点对变速箱重新进行设计计算。在此基础之上运用绿色设计的理念，对不影响钻机性能的环节进行了优化。最后，设计出的 200 米钻机理论上满足钻探深度为 200 米的设计要求，同时尽量节省了制造成本和生产时间。本设计选择了 200 米钻机的变速箱设计，主要原因是当前我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业正在逐渐完善，对各种钻探设备尤其是钻机提出了更多的要求。现在市场上流行的钻机中以钻探深度为百米左右的液压钻机为主，这些钻机在承担各种生产建设项目中起到了至关重要的作用。但是，我们通过调查和了解发现，随着生产建设项目的扩大，市场对上钻探深度为几百米的液压钻机的需求量正在逐步上涨， 尤其是钻探深度为 200 左右的钻机，市场前景更加乐观。变速箱是钻机中最重要的部分之一，通过对钻机变速箱的设计改进，就解决了钻机设计制造中的关键环节。所以， 选择 200 米液压钻机变速箱的设计不仅对钻机这个生产行业有着重要的经济意义，同时间接推动了我国国民经济的发展，意义十分重大。1. 钻机概述1.1 钻机的功用钻探是地质勘探工作的重要手段之一。钻机是实现该手段的主要设备。其基本功用是以机械动力带动钻头向地壳钻孔并采取岩矿心。钻机同时还是进行石油、天然气勘探及开采、水文水井钻探、工程地质钻探等工程的重要设备。1.2 对钻机的要求钻机的技术性能要保证在施工中能满足合理的工艺要求，以最优规程，达到预计的质量要求；维护保养简单容易；安装拆卸搬迁方便；利于快速钻进；钻进辅助时间短；钻孔施工周期短；体力劳动强度低等。概括起来说，是钻机要为多、快、好、省地完成钻探生产任务创造有利条件。根据钻机的基本功用，对钻机具体要求如下：a.通过回转钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适合钻进规程需要的转速及调节范围，以便有效地破碎岩石；b.能通过钻具向钻头传递足够的轴心压力，并有相当的调整范围，使钻头有效地切入或压碎岩石；c.能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进；d.能完成升降钻具的工作，并能随着钻具重量的变化而改变提升速度，以充分利用动力机的功率和缩短辅助时间；e.能变换钻进角度和按一定技术经济指标旧响应深度的直径的钻孔，以满足钻孔设计的要求和提高钻进效率。1.3 钻机的组成目前常用的钻机由如下各部分组成：a.机械传动系统将输入的动力变速并分配到回转、升降机构。对与液压钻机还要有驱动油泵，以使液压系统工作的装置。b.液压传动系统利用油泵输出的压力油驱动马达、油缸等液动机，以使立轴回转和控制给进机构、移动钻机、松紧卡盘等；c.回转机构回转钻具，以带动钻头破碎孔底岩石。4.给进机构调整破碎岩石所需要的轴心压力和控制给进速度。在出现孔内事故时，可以进行强力拔出。d.升降机构用于升降钻具（提取岩心和更换钻头）和进行起下套管等作业。e.机架支承上述各机构及系统，使之组装成一个整体，成为完整的机器。1.4 钻机的分类和名称随着钻探工程在国民经济各部门中的广泛应用，钻机类别和型号也在增多。为此将钻机实行科学分类和确定名称，对识别、评价和选择钻机是很有意义的。a.分类按用途分类按用途不同，可将现行广泛使用的钻机分为三大类，即地质勘探用岩心钻机；石油钻探用钻机；专用钻机（水文水井钻机、物探钻机、工程钻机等）；按钻机标准钻进孔深分类根据不同孔深范围，将各种不同钻进孔深的钻机分成三类，分别为浅孔钻机（10300M）、中深孔钻机（300800M）、深孔钻机（8001200）。按原来地质总局设备管理分类钻机可分为六类，即浅孔钻机、岩心钻机、石油钻机、水文水井钻机、汽车钻机和砂矿钻机；按装载方式分类可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；按破碎岩石方式分类可分为回转式、冲击式和冲击回转式；按回转机构型式分类可分为立轴式、转盘式、动力头式；按进给机构分类可以分为手轮（把）式、油压式、螺旋差动式、长油缸式、油马达链轮式。b.名称钻机的名称是按照钻机综合特征及主要性能，以汉字拼音字母及数字编排成的代号来表示的。通常把这种代号称为型号，并以铭牌指示在钻机上。国产钻机名称一般有三部分组成：首部为用途类别和结构特征代号，用汉语拼音中的一个字母表示。如“X”是汉字“心”的拼音首字母，表示钻机用于岩心钻进。“U”是汉字“油”的首字母，表示给进机构类型属于油压式。中部为主要性能参数代号，用钻机标准钻进深度数字表示。如标准钻进深度为 200 米的钻机，中部代号为 200。尾部为变型代号，可用汉语拼音字母中的一个字母或数字为代号。无尾部的是指首次产品。如是第二次修改后的产品，尾部代号为 2。2.本设计主要内容设计题目：200 米液压钻机变速箱的设计主要技术参数：见表 11表 11钻探深度200m立轴转速120、240、350、600r/min开孔直径89mm终孔直径60mm钻机角度03603.本设计的设计目的与展望希望可以优化结构，同时变速、分动相结合，减少零件的数目，有效利用变速箱内的空间。在设计中一直把握降低生产成本的原则，从材料的选用、结构空间的合理化布局和生产工时的设计方面作出优化。考虑设备的使用场合，在变速箱的设计中在保证能满足生产任务的前提下优化变速结构，以一方面减小了设备的体积，同时节省了生产成本，又不影响工程的进度。10审核意见指导教师评阅意见(对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅)该生的课题是200米液压钻机变速箱的设计，经过综合研究国内外的液压钻机变 速箱的特点，提出200米工况下的方案，开题报告期间，查阅了大量的资料和文献， 全面掌握该科的重点和难点。工作量饱满。工作认真负责。 同意开题。签字：吕鹏翔日期：2018-01-19教研室主任意见同意开题签字：王建维日期：2018-02-28学院教学指导委员会意见同意签字：吴蒙华日期：2018-03-06公章：机械工程学院附录 1外文文献翻译某型钻机经济使用寿命期: 关于采矿业的一项个案研究Hussan Al-Chalabi*Division of Operation, Maintenance and Acoustics, Lule University of Technology,SE-971 87 Lulea, SwedenandMechanical engineering Department, College of Engineering,University of Mosul, 41002 Mosul, IraqEmail: hussan.hamodiltu.se*Corresponding authorJan LundbergDivision of Operation, Maintenance and Acoustics, Lule University of Technology,SE-971 87 Lulea, SwedenEmail: Jan.Lundbergltu.seAdam JonssonDivision of Mathematic Science, Lule University of Technology, SE-971 87 Lulea, SwedenEmail: adam.jonssonltu.se摘要：第 13 页在钻井，充填，爆破，装载，结垢，锚杆栓接等地下矿山流动性开采过程中，需要使用许多不同种类的机械设备。钻机在矿物开采过程中起着至关重要的作用，因此在经济层面上也扮演着非常重要的角色。然而，伴随着机器的老化，其效率和效用性下降， 对生产力和盈利能力产生负面影响，并增加总成本支出。因此，机器的经济更迭寿命周期关键取决于性能指标。本文介绍了一种为钻机提供最佳的使用寿命的优化模型。并在瑞典地下矿山已经进行了一项案例研究，以确定钻机的经济更迭周期。其考虑因素分别之于购买价格，维护和操作成本以及机器的二手价值。调查结果显示，一台钻机在完成在该矿井 96 个月服役后更换较为适宜。所提出的模型可以用于其他地下采矿机械。关键词：钻机，经济更迭期，优化模型，资产管理参考：此文章应该做如下引述：Al-Chalabi, H.,Lundberg, J. and Jonsson, A. (2015) 某型钻机经济使用寿命期：关于采矿业的一项个案研究，国际性期刊，战略性工程资产管 理，第 2 卷 ，第 2 期， 177-189 页。作者简介：Hussan Al-Chalabi 于 1994 年在伊拉克摩苏尔大学机械工程系获学士学位，并于 2008 年获得伊拉克摩苏尔大学的热力学机械工程硕士学位同时担任摩苏尔大学机械工程系讲师。自 2011 年起，他加入了 LTU 的操作，维护和声学部门，担任博士研究生。Jan Lundberg，是律勒欧大学技术学院的机械元件教授，同时也是运营和维护方面的教授，专注于产品开发。在 1983-2000 年期间，他的研究主要涉及工业环境中机械元件领域的工程设计。在 2000-2006 年期间，他的研究主要涉及工业设计，人类工程学和相关问题，如文化方面的设计和工业环境中有效工业设计的现代工具。从 2006 年开始， 他的研究就完全集中在维修问题上，如测量故障源的方法，如何设计维护以及如何设计以便于维护。Adam Jonsson 是瑞典吕勒奥理工大学工程科学与数学系的高级讲师。他于 2008 年获得了统计博士学位。他的研究是应用概率和社会经济。本文是其出席 2013 年 9 月 12-13 日，芬兰拉彭兰塔召开的 MPMM 2013 时发表的题为某型钻机经济使用寿命期：关于采矿业的一项个案研究的修订和扩展版本。1.介绍矿山是能源和矿物的来源。因此，矿业在工业化国家的经济增长中起着关键的作用。许多不同的机器在矿物开采过程中是必不可少的。其中一例便是钻机，经济竞争和客户需求推动公司通过更大的机械化和自动化来实现更高的生产率。 （Duffuua et al。1998） 地下采矿中设备越来越大，价格越来越昂贵的趋势越来越成为成本效益的问题提出了替代的问题。公司何时应该更换现有的设备以降低成本？由于钻机是生产的关键部件，它们在经济上是非常重要的，一个重要的成本问题是机器的维护成本。在长期的盈利能力上，维护对于企业来说可以起到关键的作用，因为它可以对成本产生重大影响（Baglee 和 Knowles，2010）。维护成本占据了高达 40的重工业的产值（ Lee 和 Wang，1999 年）瑞典采矿业的一项研究表明，高度机械化矿山的维护成本可能是运营成本的 40-60（Danielson，1987）。因此，为衡量他们的表现需要以这些成本背后的重要因素，比如测量由维护创造的价值，证明投资和修改资源分配（Patida and Kumar，2006）。而这些事实与采矿设备的成本及其经济寿命息息相关。2.文献调查面临生产机器的经济替代的基本问题是研究人员，经济工程师和管理工程师。关注成本优化的研究人员则对生产成本优化的最佳更换时间特别感兴趣。近几十年来，对资本设备经济寿命建模的兴趣日益增长，因为第一个最优资产置换模型是由 Bellman 在 1955 年开发的（Hritonenko 和 Yatsenko，2008）Elton 和 Grube（r 1976）证明了在技术无限变革下的等寿命原则是最优的。相应地，许多后来的替代模型都假定资产的最佳寿命是不变的。许多研究人员已经研究了用新设备代替旧设备的最佳程序。（Bellman，1955; Bethuyne，1998; Elton and Gruber，1976; Hartman 和 Yatsenko，2008;Mardin 和 Arai，2012），有人使用了动态规划理论。另一项使用积分模型（Yatsenko和 Hritonenko，2005）优化了资本设备的使用寿命;本研究设计了一个最佳的 Scarf 和Bouamra（1999）的综合调查框架，在有限的时间范围内使用打折成本标准来解决资本置换问题。他们提出了一个强有力的方法来解决车队更换问题，车队的规模允许在更换时发生变化。 Hritonenko 和 Yatsenko（2007）研究了没有矛盾情境下的最佳设备更换规律。使用积分模型计算设备的经济寿命，并考虑技术更迭（TC），表明 TC 愈发激烈之时，设备使用的经济适用周期越短。许多研究者通过经济理论研究了资本设备的最优寿命，用数学方法用具有未知积分未知极限的非线性 Volterra 积分方程来表示（Boucekkine et al.，1997; Cooley et al.，1997; Hritonenko and Yatsenko， 2003; Hritonenko，2005）Hartman 和 Murphy（2006）提出了一种动态规划方法来解决固定成本的有限时域设备替换问题。他们的模型被引入研究无界的解决方案（在经济寿命末期不断取代设备）和有限时域解决方案之间的关系。 Krri（2007）研究了旧机器的最优更换时间（ORT），他使用了一个使机器成本最小化的优化模型，该模型用于扩展和替换情况，旧机器的成本用简单的线性函数他在研究中使用的所有成本都是没有通货膨胀的实际成本，他还使用了另一个最大化利润的优化模型Hritonenko 和 Yatsenko（2009）构造了一个计算算法来求解一个非线性积分方程。解决方案对于在技术进步中找到最佳的设备更换策略是很重要的。其他研究人员（如 Galar 等人，2012）使用不同的成本模型来定义在有限的时间范围内工业装置的运行效率。他们制定了计算工业设施运营成本的方法。设备的最佳更换年龄定义为总成本达到其最低值的时间（Jardine and Tsang，2006）。在本文中，钻机的经济寿命被定义为使调整成本总值最小化的最佳年限。“总调整成本” 一词定义为机器购买价格，运行成本，维护成本和机器二手价值的总和，机器二手价值是机器在公司销售在本研究中，考虑了钻机经济寿命中影响最大的因素，并收集了四年的成本数据。文献显示，有许多研究者专注于估计的最佳生命周期的设备考虑技术的变化通过使用积分模型，理论动态编程，复古资本模型和算法解决一个非线性积分方程。除去可用的信息，它可以是困难的用户能够实现复杂的模型来计算的 ORT 的设备。此外，这些模型有时需要特定类型的数据，因为在我们的情况下研究中，是不可获得的。这些则包括数据产量， labour/output 技术性系数，收入，利润等。因此，这项研究是旨在目前一个实际的优化模型更轻松地估计钻机的经济寿命，使用提供的数据的挖掘公司的目标我们的优化模型是为了最大限度地减少总钻孔机调整成本值。其余的研究如下所示。第 3 节描述了钻床，而第 4 节讨论数据收集。方法和模型开发是提出了在第 5 节;结果和讨论出现在第 6 部分;第 7 部分提供结束语和第 8 部分提供了未来工作。3 钻机所有采矿钻机都由相似的操作设计单元组成：机舱，动臂，凿岩机，给料机，服务平台，前千斤顶，液压泵，后千斤顶，电控箱，卷管机组，电缆卷取机组，柴油机，液压油箱，操作面板和水箱。图 1 显示了一台典型的钻机（阿特拉斯科普柯凿岩机 AB，2010）。由不同公司制造的钻机具有不同的技术特性，例如容量和功率。根据合作矿山的操作手册，现场观测和维护报告，本研究将钻机视为一个系统，将其划分为几个主要的子系统，以串联的形式连接起来。如果任何子系统发生故障，操作员将停止机器进行维护。因此，所有机器子系统同时工作以实现所需的功能。图 2 是钻机子系统的框图。图 1 钻机资源:Atlas Copco Rock Drills AB（阿特拉斯科普柯凿岩机 AB）图 1 钻机图 2 钻机子系统框表图 2 钻机子系统框表4 数据收集本研究中使用的成本数据是四年来在 Maximo 计算机化维护管理系统（CMMS）中收集的。成本数据包含纠正和预防性维护成本以及修复时间。纠正和预防性维修费用包含零部件和人工（维修人员）费用。在 CMMS 中，成本数据是根据日历时间记录的。由于钻井不是一个连续的过程，运营成本是通过考虑机器的利用率来估算的。本研究中使用的所有成本数据都是没有通货膨胀的实际成本。5 方法和模型的发展在这项研究中，维护和运营成本的表示法以及优化问题中使用的其他数量的机器购买价格在表 1 中给出。表 1 模型变量定义表 1 模型变量定义每个营业月的维护成本（纠正和预防）计算如下：确定钻机的利用率是基于估算运营成本，因为钻井不连续在合作矿井中的过程公司计划使用该机器十年因此，已经为维护和运营成本数据进行了外推。图 3 和图4 说明了预期的维护和运行成本数据外推。图 3 预期维护成本图 3 预期维护成本图 4 预期操作成本图 4 预期操作成本在图 3 和图 4 中，点表示维护和运行成本的实际数据。通过使用表格曲线 2D 软件来完成曲线拟合，以显示在收集数据之前和之后机器在这些成本方面的行为。请注意， 如果更多的数据可用于四年以上的时间，那么拟合会更好。该软件使用最小二乘法找到非线性拟合的鲁棒（最大似然）优化。数字显示，维护和运营成本随着时间的推移而增加。存在可能地，故障的数量随时间增加和/或机器由于机器退化而消耗更多的能量。值得一提的是本案例中的钻机没有多层次的预防性维护程序。另外，在利用开始时是新的。这是前几个月维护成本相当低的主要原因。历史表明，当维护成本开始增长时，用户公司开始跟踪成本数据。使用下降的余额折旧模型来模拟机器每个月运行后的二手价值。机器的二手价值从以下公式估算（Luderer 等，2010; Eschenbach，2010）：其中（t）代表以（月）为单位计算的时间，t=1,2,3120.在机器计划寿命结束时允许完全折旧的折旧率通过以下公式进行建模（Luderer et al.，2010）（L）表示机器的计划使用寿命（在这种情况下）（1）其中（L）表示机器的计划寿命（在这种情况下 120 个月）。机器的二手价值是用下面的公式来模拟的：其中 a 代表机器在使用第一天的价值贬值。假定在使用的第一天机器的总损失值将是10。因此，运行第一天结束时机器的二手价值为（pp-a）0.9 x pp。我们选择了下降的余额折旧模型，因为它适合于表示这种情况下的折旧。下降的余额折旧模型假定在设备计划寿命开始时发生更多的折旧，最后减少。新设备的生产效率更高，由于设备劣化，生产率不断下降。因此，在其计划寿命的最初几年，它会比后来创造更多的收入。在会计中，折旧是指同一概念的两个方面。首先是设备价值的下降。第二个是将设备的成本分配到使用期间。废品价值是设备处置价值的估算值，假设废品价值为 50 立方厘米。由于公司的保密政策，所有的成本数据都被编码和表示为货币单位cu。图 5 显示了使用余额递减折旧模型的钻机的二手价值。图 5 预期二手残值图 5 预期二手残值图 5 显示，机器的二手价值随着时间的推移而下降，直到它在计划寿期结束时达到废品价值。计算中的下一步是使用以下公式计算运行期 i 的总调整成本 TAC：其中 i = 1, 2, 3, , n. n 代表营业月数。例如，TACI 表示营业第一个月后的总调整费用， TAC2 表示营业后两个月的调整费用总额。优化模型假定替换机具有与旧机器相同的性能和成本。优化时间范围内的替换次数由以下公式确定：图 6 所示的是是设备全计划使用周期的预期调整成本。第 19 页图 6 预期调整成本图 6 预期调整成本图 6 显示总调整成本随着时间的推移而增加，原因有二：首先，维护和运营成本随着时间的推移而增加;其次，机器的二手价值随着时间而下降。为了显示最佳更换时间之后的优化曲线的行为，我们假设机器将在 360 个月的有限时间范围内存活;见图 7.通过使用总调整成本函数计算优化时间范围的每个运行月份的总调整成本。这个函数是在计划寿命（120 个月）内计算的总调整成本的合适值。使用表格曲线 2D 软件来查找可用于任何时间范围的总调整成本函数。公式（9）表示这里使用的总调整成本函数：其 中 a = 814.0, b = 13834.3, c = 56718.9, d = 95747.0, e = 86169.8, f = 45829.6,g = 14863.2, h = 2890.3, i = 309.9, and j = 14.1 。而最小化了总调整成本价值的最优更迭时点(rT)则可通过下列公式计算：6 结果与讨论使用微软 Excel软件来实现公式（10）的 rT 变化（360 个月的时段），以确定最小值 TACvalue rT.的钻机最佳更迭寿命，图 7 显示 TACvalue rT.值与不同更换时间 rT，显然，可以通过每 96 个月（8 年）更换设备来实现尽可能低的 TACvalue rT.，但必须注意的是，rT 96 个月产生的绝对最低成本如图 7 所示在这个范围内（如 90-102 个月），实际上仍然可以达到最小TAC 值，本研究称之为经济替代区间，找到经济替代区间是我们的一个重要结果因为它可以帮助用户进行规划，在这个经济的替代范围之前或之后更换机器的决定会给用户公司造成更大的成本支出。图 7 设备经济更迭期图 7 设备经济更迭期由于较高的投资成本，使用较低的经济替代年龄（即 90 个月以上）会导致较高的成本。同时，如果机器的使用寿命超过这个范围的上限（即超过 102 个月），损失将会增加，原因有两个：1 由于机器老化造成的操作时间增加，维护和运行成本增加。2 机器二手价值将会下降，直到在计划寿命结束时达到废品价值 120 个月。7 结束语本研究提出了一种全面实用的方法，可以提供地下采矿钻机的经济更迭时间。因此，我们从本研究得出以下结论：1 本研究为确定钻机的经济寿命提供了一个基本的方法，便于投资决策的管理。因此， 决定在其经济寿命之前或之后更换旧机器将导致更高的成本开支。2 当使用购买价格，运行和维护成本以及二手价值时，设备的经济寿命是相关联的最小总和总调整成本值。3 根据优化曲线得出的结果，案例研究矿井钻机的绝对经济寿命为 96 个月（8 年）。然而，经济寿命的范围为 90 至 102 个月，在此期间总的调整成本价值几乎保持不变。这意味着公司可以灵活地在最佳的更换年龄范围内，即 12 个月内进行更换。因此，没有固定的日期或年龄 TAC 值是最小的。通常，一个月的范围提供了最小的 TAC 值。4 这个模型可以帮助工程师和决策者决定何时以最经济的方式替换旧的机器。因此，它可以扩展到采矿业的更普遍的应用。8 深入研究方向未来工作需要进一步的研究，通过进行敏感性分析来扩展开发模型，以确定采购价格， 运营和维护成本对钻机对采矿业的经济更换时间的影响。应该注意的是，在本文中，我们提出了一个简单和基本的矿山机械更换经济时间的模型。因此，在今后的工作和研究中将增加净现值，贴现率等更重要的经济因素，实现矿山设备更新换代时间的综合模型。可靠性和可维护性方面也可以考虑。鸣谢作者感谢审稿人和客座编辑的有用评论。作者要感谢阿特拉斯科普柯的财务支持。博利登公司在这项研究中的帮助也感激不尽。作者还要感谢 Alireza Ahmadi 和 Behzad Ghodrati 的帮助。参考文献1 Atlas Copco Rock Drills AB (2010) Atlas Copco Boomer L1C, L2C Mk 7B Operators Instructions, Manual Edition, Atlas Copco Rock Drills AB, Sweden.2 Baglee, D. and Knowles, M. (2010) Maintenance strategy development within SMEs: the development of an integrated approach, Control and Cybernetics, Vol. 39, No. 1, pp.275303.3 Bellman, R. (1955) Equipment replacement policy, Journal of Society for Industrial and Applied Mathematics, Vol. 3, No. 3, pp.133136.4 Bethuyne, G. (1998) Optimal replacement under variable intensity of utilization and technological progress, The Engineering Economist: A Journal Devoted to the Problems of CapitalInvestment, Vol. 43, No. 2, pp.85105.5 Boucekkine, R., Germain, M. and Licandro, O. (1997) Replacement echoes in the vintage capital growth model, Journal of Economic Theory, Vol. 74, No. 2, pp.333348.6 Cooley, T.F., Greenwood, J. and Yorukoglu, M. (1997) The replacement problem, Journal of Monetary Economics, Vol. 40, No. 3, pp.457499.7 Danielson, B. (1987) A Study of Maintenance Problems in Swedish Mines, Study Report, Idhammar Konsult AB, in Swedish.8 Duffuaa, S.O., Raouf, A. and Campbell, J.D. (1998) Planning and Control of Maintenance Systems: Modeling and Analysis, 1st ed., Wiley Publisher.9 Elton, E.J. and Gruber, M.J. (1976) On the optimality of an equal life policy for equipment subject to technological improvement, Operational Research Quarterly, Vol. 27, No. 1, pp.9399.10 Eschenbach, T. (2010) Engineering Economy: Applying Theory to Practice, 3rd ed., Oxford University Press New York.11 Galar, D., Kumar, U., Sandborn, P. and Morant, A. (2012) O&M efficiency model: a dependability approach, 25th International Congress on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering,IOP Publishing, Journal of Physics: Conference Series, Conference 1, Vol. 364.12 Hartman, J.C. (2005) A note on a strategy for optimal equipment replacement, Production planning & control, Vol. 16, No. 7, pp.733739.13 Hartman, J.C. and Murphy, A. (2006) Finite-horizon equipment replacement analysis,IIE Transactions, Vol. 38, No. 5, pp.409419.14 Hritonenko, N. 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