TCY12型采油车总体方案及传动系统设计毕业设计说明书.doc

西安石油大学本科毕业设计（论文） TCY12型采油车总体方案及传动系统设计摘要：采油车是近年发展的一种新型采油工具，主要适用于长停井、低渗井以及边远井，同时可以用于大型采油设备没建成以前的新区开采，它对降低成本和能耗提高产量具有较好的经济效益。本文主要进行了CTY12型采油车总体方案和传动方案的设计，包括传动方案的选择，减速器的设计中；该采油车采用了前置式采油结构方案，选择性能良好的工程机械底盘车。前置式采油车是油田车载移动式采油设备的主要车型，本文的重点是绞车结构的设计，主要进行绞车的选型、结构设计和重要零部件校核等，包括有利于提高排绳质量的带槽滚筒设计，轴、滚筒体、链轮、键和轴承的结构设计和选型，滚筒轴的校核，滚筒体强度的校核，以及其它重要零部件的强度校核，从而保证它们的性能和寿命，并且选择气胎离合器和液压盘式刹车，使其有利于实现自动化以及提高其安全系数。TCY12型采油车的应用对于降低低产油井开采成本以及提高采油效率具有重要意义。关键词：采油车；起升方案；传动系统；绞车The Overall Program of TCY 12 Type Trailer Pumping UnitAnd the transmission System DesignAbstract: Trailer pumping mounted unit is a modern style of oil recovery tool which has been developed in recent years, and it mainly applies to long-time no wok wells, low permeability wells and remote wells. At the same time, it can be used to recover the oil in new development areas before large-scale production equipment has not been constructed, and it will have a preferable economic benefit in decreasing cost and energy consumption and increasingproduction. This paper primarily presents the design of the trailer pumping mounted unit and the transmission system of CTY12, the design of reduction gear,The design utilizes front-oil structure and selects construction machinery chassis which has good performance. Trailer pumping mounted unit of front-oil structure is the main type of car mobile oil field equipment. The key point of this paper is the design of draw work. It mostly proceeds lectotype of draw work, structural design, checking important components and so on.It also include improving the quality of grooved rope drum design and on-axis, the drum body, sprockets, keys and bearings selection and structural design and strength check of major components so as to ensure their performance and life. Besides, there are air tube clutch and hydraulic disc brake options to help automate increase its safety factor.The TCY12 Type Trailer Pumping Unit application regarding reduces the low productivity oil well production cost as well as the enhancement extraction efficiency has the important meaning.Keywords:Trailer pumping mounted unit; hoisting system； transmission system; draw works目录TCY12型采油车总体方案及传动系统设计.31 绪论11.1 前言11.2 采油车的应用31.2.1 采油车在油田的应用31.3 采油车的发展方向及存在的问题41.4 本次设计的内容42 采油车的总体方案设计52.1 结构方案对比52.2 传动方案的选择52.3 主车选型和变速箱设计63 绞车结构的设计和计算83.1 采油车设计原始数据83.2 钢丝绳的选取83.3 滚筒参数初定93.3.1 滚筒直径的初定93.3.2 滚筒平均直径93.3.3 滚筒长度L初定103.3.4 刹车鼓直径初定103.3.5 缠绳容量的确定103.3.6 缠绳层数113.4 减速器的设计113.4.1 传动装置总传动方案113.4.2 高速圆柱齿轮的设计123.4.3 低速圆柱齿轮的计算153.4.4 锥齿轮的设计计算153.4.5 链传动设计计算163.5 滚筒轴的结构设计和选材173.6 刹车类型及选择183.7 离合器的选择193.8 轴承和键的选择193.9 绞车总体方案结构图194.1 滚筒轴的校核214.2 滚筒体强度的校核274.2.1 滚筒体载荷的分析274.2.2 滚筒应力分析及强度计算294.3 轴承寿命的计算314.4 键的校核325 经济性评价346 结论36参考文献37致 谢381 绪论1.1 前言 采油作业是油田从井下提取原油的重要手段，按采油过程分，采油作业分为三个主要阶段，一次采油，二次采油和三次采油(强化采油)l。在一次采油过程中，利用油藏中圈闭流体原始的天然压力把油驱出油藏。当油藏压力降低到不能再有效的把原油驱动到生产井时，就开始注入水和气来增大或者增加油藏的压力。这样，一些生产井就变成了注入井，因而，这种注入水和气以保证油藏压力的过程就称为二次采油。一次采油和二次采油两个过程中原油的采收率为20一50%，这取决于原油和油藏的性质。三次采油(强化采油)过程的目的就是至少要采出一部分剩余的原油，目前有几种被认为有发展前景的三次采油工艺方法是：1、化学驱动，2、热力驱动，3、混相驱动。按采油方法分，采油作业有自喷采油和机械采油两种。自喷采油是利用地层的能量把原油举升到地面。随着油田的不断开发，地层能量将逐渐消耗，即使在注水开发的油田，他的中后期也出现了水淹和强水淹的现象。为了保证原油的稳产、高产，这些油井就不能继续利用自喷法开采。同时，由于油层的特点，有些油井一开始就不能自喷，或虽能自喷，但自喷产量过低。对于上述这些不能自喷的油井，就必须用机械采油法进行开采。机械采油法又分气举法和抽油法两种，气举法的特点就是利用压缩气体的能量，把原油提升到对面，而抽油法的特点是将各种结构的泵放到井下进行抽油。从国外石油工业较发达的国家来看，用抽油法采油井数占在生产井数的80%左右，而用抽油法采出的原油产量占总产量的半数以上。从油田发展的趋势来看，采用机械采油，特别是抽油法采油的井数和产量都在增长，在一些老油田几乎全都用抽油法采油。抽油法采油，可分为有杆泵采油和无杆泵采油两种，其中无杆泵采油分潜油电泵采油、水力活塞泵采油、螺杆泵采油、射流泵采油、涡轮驱动潜油泵采油。而有杆泵采油则是机械采油方法中应用最广的一种，在前苏联大约占77%，美国占81.5%，我国占90%以上。常见的有杆泵抽油设备由以下三个部分组成:地面部分游梁式、链条式或者液压式抽油机;井下部分抽油泵，又称深井泵;抽油机和抽油泵的连接部分抽油杆。习惯上将有杆泵上述三个部分称为三抽设备。抽油机的工作原理为(如图 1-1)：动力机通过减速箱、曲柄两岸机构和游梁等，将高速旋转运动转变为抽油机驴头的低速上下往复运动，并通过悬绳器、光杆和抽油杆带动有游动阀的柱塞，在深井中上下往复运动，实现抽油。抽油泵的工作原理为：抽油泵总是下方到液面以下的某一深度，当柱塞上行时，游动阀受到油管内液柱的压力自动关闭，随着柱塞的上行，油管上部的部分液体排出地面。 1、 吸入阀（固定）2、 泵管3、 柱塞4、 排除阀（移动）5、 抽油杆6、 油管7、 套管8、 三通9、 密封盒10、驴头11、游梁12、连杆13、曲柄14、减速箱15、电动机图1-1 抽油机的工作原理与此同时，柱塞下部泵筒空间压力降低，井内液体在压差作用下顶开安装在泵筒上的固定阀阀球，进入泵筒，抽油泵处于吸入过程，直至柱塞达到上止点为止。当柱塞下行时，泵筒内液体受压，压力升高，达到于泵筒外环形空间液柱压力相等后，固定阀阀球靠自重落下，固定阀关闭，柱塞继续下行，泵内压力进一步升高，当超过油管内液柱压力时，泵筒内液体即顶开固定阀阀球进入油管，抽油泵开始排出过程，直到柱塞达到下死点，如此循环往不已。由于柱塞不同的做垂直往复运动，抽油泵内的固定阀和游动阀交替打开和关闭，泵筒反复完成吸液和排液动作，使油管内的液柱不断上升，并排入井口的输油管，完成整个抽油作业。 而采油车可视为一种变相的移动式有杆泵抽油设备。它由车载设备、钢丝绳和抽子组成，它的车载设备相当于有杆式抽油泵的地面抽油机，钢丝绳相相当于有杆式抽油泵的抽油杆，它的抽子与有杆式抽油泵的深井抽油泵相当。其工作原理为(如图 1-2)：采油车主车通过绞车的旋转，利用将钢丝绳将采油抽子下放到井底油面以下100一200m，同时抽子底部的单向阀打开，1、主车2、钢丝绳3、抽子主体4、密封胶筒5、单向阀图1-2 采油车工作原理图原油通过抽子的内部空间进入到抽子上部的套管(或者油管)空间，当采油车带动抽子提升时，单向阀由于自重和原油的流动而关闭，同时抽子外围的密封胶筒封闭了抽子与套管(或者油管)之间的间隙，这样在抽子上部形成了一段与抽子下部隔离的液柱，液柱随着抽子提升到井口，入注到地面的固定油罐或者移动式油罐车，从而完成采油作业。本文将就采油车的车载设备进行深入的研究。1.2 采油车的应用1.2.1 采油车在油田的应用为了适应油田作业的需要，目前采油车主要发展了两种不同作业方式的车型，一种是桅杆前置式采油车，一种是井架后置式采油车。两种采油车的基本结构变化不大，但是游动系统的前置和后置带来了作业的方式的变化。前置式采油车是利用桅杆将钢丝绳和抽子放入井口，前置式采油车的绞车位于整车的后部，桅杆布置在整车的前部，桅杆前部的天车滑轮置于驾驶室前方，采油作业的基本操作都在驾驶室完成。作业时，钢丝绳从绞车通过桅杆内部，向前通过滑轮入井，作业时，钢丝绳基本处于一个密封的环境中，钢丝绳上飞溅的原油不会对周围的环境造成影响，因此适用于对环境要求较高的地区。由于桅杆高度较低，不能应用于在井口装置较高的油井，并且由于高度的影响，不便于安装配子的配重，因此也不适应于深井、稠油井和高粘井的采油作业。但是桅杆天车的前置的特点有利于井口的队中，也有利于在驾驶室集中操作。后置式采油车是利用井架将钢丝绳和抽子放入井口，后置式采油车的绞车位于整车的中部，井架布置在整车的尾部，采油作业的基本操作都在整车中部的操作室完成。作业时，钢丝绳从绞车通过井架顶部的天车进入井内。作业过程中，钢丝绳处在一个开发的环境中，由于钢丝绳上原油的飞溅，后置式采油车不适合在对环保要求较高的地区使用。但由于井架高度较大，配重安装方便，因此适应于深井、稠油井和高粘油井的采油作业，适应于井口装置较高油井的采油作业。井架高度的增加，也为井口安装密闭管等井口密封装置带来了条件，因此也适用于井内有一定压力的采油作业。同时由于井架承载负荷大，因此后置式采油车也适用于大吨位采油作业。1.3 采油车的发展方向及存在的问题未来我国石油专用汽车会和国际接轨，向高新技术的集合、综合能力强、可靠性高、机电液一体化、小型化、高压大排量、高行驶性能、操作简单化、注重健康安全与环境、模块化和小质量的方向发展，特别是国内采油车自动化程度低，需进一步发展提高生产效率。目前国内的采油车主要存在以下问题：排收绳效率较差，活塞抽子使用寿命低，重量显示误差较大，自动化程度低等。针对上面出现的问题，我们应该改进排绳装置，实线自动排绳，改进撤重装置，降低显示误差，与专业厂家共同研究，提高胶套的使用寿命，逐渐实现自动化。1.4 本次设计的内容 本次毕业设计的内容包括：完成CTY12型采油车的总体方案对比分析和设计，进行CTY12型采油车的起升系统设计以及对整个传动系统进行设计。 本次采油车设计采用前置式，本文的重点是绞车结构的设计，主要进行绞车的选型、结构设计和重要零部件校核等，包括有利于提高排绳质量的带槽滚筒设计和对轴、滚筒体、链轮、键和轴承的结构设计和选型以及重要零部件的强度校核，从而保证它们的性能和寿命，还有气胎离合器和液压盘式刹车的选择使其利于实现自动化提高它的安全系数。2 采油车的总体方案设计 2.1 结构方案对比国内油田特种车辆的传动方式有液力传动、机械传动和液力机械传动目前采油车，因为机械传动的比重较大，液力传动准确稳定性强，所以目前国内采油车常用的传动方式是机械传动和液力传动。机械传动又分为链式变速传动机构和齿轮变速传动机构。机械传动方式并比较简单，传动效率高，但传动系统柔性环节少，所以冲击、噪音、和振动都比较大。工作机构和传动系统容易因为过载而失效和损害。而且机械传动机构不能根据作业情况和负载变化而自动变速，所以操作控制比较繁琐，功率的利用率低。另外采油车中也有液力机械传动的，但液力机械传动在采油车中应用比较少，在修井机中比较常见，它们大多数采用阿里讯传动箱，这种传动箱档位多，重量轻，利于实现大传动比，亦可无级变速，操作比较简便，能适用多种工况，它既有涡轮变矩器的柔性，又有机械传动的高效率，不仅充分利用了柴油机的功率，而且可以实现远距离操作，可以随着负荷的变化自动变化党委和闭锁，自动化程度比较高。 1发动机 2变矩器 3变速箱 4分动箱5带泵箱 6角传动箱 7绞车滚筒 8传动链图2-1 采油车液力机械传动示意图2.2 传动方案的选择对比以上方案，本次设计采用机械传动，其传动方案采用机械传动原理如图 22所示。发动机输出动力经过变速箱传递到分动箱，经过分动箱把动力传递给采油绞车和主车的前后桥，由于机械效率高，才有的负载较小，下井深度不高，所以采用机械传动完全能够满足设计工况要求。1发动机 2汽车变速箱 3变速箱 4链传动 5绞车滚筒 图2-2 采油车机械动力传动系统示意图2.3 主车选型和变速箱设计此次采油车设计选用装载汽车底盘型号为Benz2629A/66,主要技术参数如下所示：适用油井套管139.7mm装载汽车底盘型号Benz2629A/66发动机型号OM442发动机额定功率213KW最大下采深度1500m额定原油提捞量2500kg最大提升载荷120KN钢丝绳线速度03.2m/s钢丝绳17ZAA619S+NF总质量18.55t外形尺寸（长宽高）10.5m2.5m3.7m发动机OM442缸数为8，功率为213KW,额定转速为2100r/min.最大扭矩对应转速为1100N.m 。表2.1 发动机和传动系统传动效率发动机、传动副名称效率柴油机0.80.85轴承0.99角传动箱轴承效率0.992链传动0.98滚筒轴部件0.97滚筒缠绳、滑轮绕绳0.98 根据发动机的转速和绞车提升速度，下面进行变速箱设计。 3 绞车结构的设计和计算 绞车的机械部件中的主要零件有以下几部分：滚筒体、轮毂、刹车盘、轴承座等。（1）滚筒体：滚筒体是采油车绞车的主要部件之一。它主要有滚筒、滚筒体轴、轴承等组成 ，其中滚筒体和滚筒轴是采油车绞车最重要的部件，因为滚筒体载荷比较特殊。滚筒体是用铸钢或者焊接板做成的厚壁筒，滚筒直径和滚筒长度是绞车的主要几何参数，他们基本上决定了绞车的尺寸和缠绳容量，滚筒体材料选择铸钢，采用焊接滚筒体的加工工艺，滚筒体的壁厚根据其强度计算选择。（2）轮毂：主要作用是支持滚筒体，他的选材为铸钢，其外径等于滚筒体内径，采用铸造的加工工艺。（3）刹车盘架：用于固定和支撑刹车钳，选择材料为45钢。（4）轴承座：用于支撑滚筒体、轮毂等轴系部件，选材为HT200的铸件。3.1 采油车设计原始数据最大提升载荷：120KN；最大下泵深度：1200m；泵径：56mm；绞车缠绳容量：1500m；原油容量：10t;提升速度：0.02.1m/s;3.2 钢丝绳的选取一般起重设备要求钢丝绳的安全系数比较高，n4.5,钢丝绳的断裂载荷为： = KN （3-1）其中： 钢丝绳影响的折合系数。=0.85； 钢丝绳的抗拉强度， F钢丝绳面积总和， 钢丝绳破断拉力总合，KN竖井提升钢丝绳常用型号为619，起重机钢丝绳根据不同工作条件应保证一定安全系数即 （3-2）其中：钢丝绳最大静拉力，公斤 整条钢丝绳的破断拉力，公斤 n钢丝绳的安全系数由表5-3取n=6.5=120KN=12245 公斤=所以6.5122450.85=93638.2公斤取抗拉强度为167MPa，即170公斤/。3.3 滚筒参数初定3.3.1 滚筒直径的初定滚筒直径是绞车的主要参数，他决定了绞车的外廓尺寸大小。由于滚筒的缠绳层数有限制，所以滚筒直径和滚筒长度也决定了滚筒的缠绳容量。滚筒的直径主要根据钢丝绳的结构和直径来确定。=（2023）14=280322 取320其中 钢丝绳的直径，。3.3.2 滚筒平均直径由图3-2知，当第一层为左旋缠绳时，第二层必然是右旋缠绳，钢丝绳在拉力作用下约有3/4圈落在前一层的绳槽中，则h=0.866,还有四分之一圈必须由一槽跳到相邻槽中，这时钢丝绳直径重叠，h=因此可以近似认为每一整圈缠绳在滚筒半径上的增量平均值h= h+ h=。=0.8663/4+11/4=0.9所以，滚筒缠绳直径依次变化如下：滚筒原始直径 第一层的缠绳直径 第二层的缠绳直径 第三层的缠绳直径 . . 第N层的缠绳直径 （3-3）由设计要求得绞车的绞车的绳容量为1500m,由经验得缠绳层数范围为612层，初选缠绳层数e=11层，则：+=320+（100.9+1）14=460mm3.3.3 滚筒长度L初定由于设计要求绞车的缠绳容量为1500m，初定缠绳层数为11层，则有：46011L14=1500000，解方程的L=1321.72mm，取L=1325mm由绞车滚筒长度设计经验公式： =（1.92.2）320=608704滚筒长度过长会使快绳进天车轮的倾角变大，如图3-1所示，这样对排绳比较不利，另外也可能是滚筒轴弯矩加大，因而需要用下式进行核算 （3-4）其中 H滚筒轴至天车轴之间的高度，mm快绳的倾角，115 130 采油车一般选取H=9700mm所以，115=450.08mm 1325mm由于缠绳容量限制滚筒长度，所以在滚筒上加设缠绳器。3.3.4 刹车鼓直径初定 刹车鼓直径的大小说明了绞车的高度和表明了绞车绞车的刹车能力的大小。 刹车鼓的直径对滚筒的启动载荷影响比较大，所以在满足工作要求下应选小些，由于设计缠满绳时，第11圈钢丝绳环绕直径为：选取刹车鼓直径为797mm。 3.3.5 缠绳容量的确定缠绳容量M根据工作时情况要求确定，原始数据M=1500m，由前面确定数据知，每层可缠绳圈数n=,所以缠绳容量为：M=，满足设计要求。3.3.6 缠绳层数带槽的滚筒取e=113.4 减速器的设计减速器结构为发动机轴通过联轴器直接连接齿轮轴，大齿轮与小锥齿轮同轴，动力通过锥齿带动链轮，大链轮传出扭矩，滚筒转动。由于设计要求提升速度最大为2.1m/s,带槽滚筒最外层缠绳直径为 mm；计算：586n=210060解之得n=68m/s。3.4.1 传动装置总传动方案由滚筒直径和所受载荷可计算滚筒以及各传动轴传递的扭矩：滚同轴输出转矩：=12010329510-3=35400 Nm滚筒轴输入转矩：=354000.98=36122 Nm小链轮输入转矩：=12537 Nm小锥轮输入转矩：=4397 Nm动力轴输入转矩：=1360 Nm如果动力端输入转矩为1360 N.m即可正常工作，由柴油机OM442特性曲线和液力变矩器共同作用基本可以满足转矩需求。传动装置总传动比为：链传动传动比为：=3齿轮传动传动比对于圆锥圆柱齿轮减速器可以取可以取圆锥齿轮传动比=0.2510.3=2.58,取各轴转速为：动力轴转速 小锥轮转速 小链轮转速 滚筒轴转速 各轴输入功率：滚筒轴 小锥轮轴 小链轮轴 滚筒轴 其中为轴承传动效率，=0.98，为齿轮传动效率，=0.97，为链传动效率，=0.98，各轴输出功率分别为输入功率和轴承效率之积。表3-1 各轴的参数轴名 功率Kw 转矩Nm转速r/min传动比效率输入输出输入输出动力轴213208.713601333 21003.4 0.95小锥齿轴202.5196.443974309 700 3 0.95小链轮轴192.5188.6 1253712161 233 30.96滚筒轴185181.23612235400 683.4.2 高速圆柱齿轮的设计（1）选择齿轮类型，精度等级及齿数；1根据传动总方案，选择圆柱齿轮传动。2采油车绞车属于起重类，故由机械设计表10-8选用齿轮为6级精度。3材料选择，由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS。大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40 HBS。4选小齿轮齿数=23，大齿轮齿数=78.2 取=78 （2）按齿面接触强度设计； 由设计计算公式（10-9a）进行计算，即有 （3-5）1确定公式内的各计算数值选载荷系数小齿轮传递的转矩由表10-7选取齿宽系数由表10-6查的材料的弹性影响系数由表10-21d按齿面硬度查的小齿轮的解除疲劳强度大齿轮的接触疲劳强度由式10-13计算应力循环次数 =602100（2830015）=9.1109 9.11093.4=2.67109由图10-19查的接触疲疲劳寿命系数； ，计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式10-12得： （3-6） 2计算： 试算小齿轮分度圆直径中较小的值 =151.5mm 计算速度 =16.32m/s （3-7） 计算齿宽 =151.5mm （3-8） 模数 =6.60mm （3-9） 齿高 h1=2.25m1=14.85mm 计算齿宽于齿高之比 b/h=153.444/15.01=10.20 计算载荷系数 根据v=16.32m/s,6级精度，由图10-8的载荷系数， 直齿轮假设，由表查的， ，则 查表10-13 ，。 故载荷系数=1.251.111.21.31=2.18115 （3-10） 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径=182.6mm计算模数m=d1/Z=182.6/23=7.94(3)按齿根弯曲强度设计 （3-11） 确定公式内的各计算数值 由图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限是。 由图10-18查的弯曲疲劳寿命系数， 计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数S=1.4 =0.895001.4=318 =0.923801.4=249.7 计算载荷系数=1.251.111.21.27=2.11455 由表10-5查的齿形系数 由表10-5查的校正系数 2.691.575/318 =0.0133 2.221.77/249.7=0.01572设计计算 =5.57对于计算结果，因为齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可取由弯曲强度计算的模数m=5.57,就近圆整为6，按接触强度算得的分度圆直径d1=182.6mm算出小齿轮的齿数Z1= =30.43 取30。大齿轮齿数=303.4=102，这样设计既满足了齿面接触疲劳强度，有满足齿根弯曲疲劳强度，并且结构紧凑。（4）几何尺寸计算1计算分度圆直径 306=180mm 1026=612mm2计算中心距 a=(d1+d2)/2=396mm3计算齿轮宽度 取b1=185mm b2=180mm(5)验算 =21333000180=14811N =1.2514811180=102.85N/mm1000N/mm3.4.3 低速圆柱齿轮的计算设计方法同3.4.1，以齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度设计为主的设计方法，的低速齿轮个参数如下：表3-2 圆柱齿轮参数 材料 齿数分度圆 直 径mm 齿宽 mm 模数中心距 mm小齿轮40Cr(调质) 27 324 324 12 648大齿轮45钢（调质） 81 972 3193.4.4 锥齿轮的设计计算计算方法同上，根据齿面接触疲劳强度设计公式 计算得到锥齿轮的几何参数如下： 表3-3 锥齿轮参数材料齿数大端分度圆直径mm节圆锥角大端齿顶圆直径mm齿宽mm模数主动轮45钢（调质） 31 46890 525175 12从动轮40Cr31 468 90 5251753.4.5 链传动设计计算链传动是属于有扰性件的齿轮传动，它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度较低，链齿轮的的工况较好，承载能力较大，有一定的减震和缓冲性能，传动效率高，链条对轴的拉力较小，同样使用的条件下，结构尺寸更为紧凑；此外，链传动的磨损伸长比较缓慢，张紧调节工作量比较小，并且能在恶劣的环境条件下工作。链传动的主要缺点是：不能保证瞬时传动比恒定，工作时有噪音，磨损后易发生跳齿，不适用于空间限制要求中心距急速反转传动的场合。链传动的应用范围很广。通常，中心距较大，多轴，平均传动比要求准确传动，环境恶劣的开始传动，低速重载传动，润滑良好的高速传动等可以采用链式传动。 (1)选择材料选小齿轮材料为20Cr渗碳淬火，回火处理，处理后硬度达到4050HRC。 (2)选择齿数Z1=45 Z2=135 (3)确定计算功率=1.7188.6 =320.62Kw (4)确定链条链节数初定中心距,则链节数为：165.334，取166节。 （3-12）由以上计算选用20A双排滚子链. 表3-4 滚子链参数链号节距P mm排距Pt mm滚子外径 mm内链接内宽 mm销轴直径mm内链板高度mm极限拉伸载荷KN每米质量qKg/m20A31.7535.7619.0518.909.5330.18167.47.60(5)大链轮的主要参数 表3-5 大链轮参数齿数Z135 节圆直径d/mm760齿顶圆直径/mm788齿根圆直径/mm744最大齿根距离/mm744最大齿侧凸缘直径/mm720齿宽b/mm18倒角宽/mm5倒角深h/mm20齿侧凸缘圆角半径/mm2链轮齿总宽b/mm53.763.5 滚筒轴的结构设计和选材（1）估算轴的最小直径： 在做轴的结构设计时，通常按钮转强度条件初定轴的最小直径。 （3-13）其中， 扭转切应力，MPa； T轴所承受的扭矩，N.m； 轴的抗扭截面系数，； n轴的转速，r/min； P轴传递的功率，KW； d计算截面处轴的直径，mm；许用扭转切应力，MPa。由上式可得轴的直径= 其中 ，可得d92mm (2)轴的结构确定和材料选择考虑到加工工艺、键槽、孔等定位及与轴系其它零部件的配合等因素，得出轴结构如图3-3所示。图3-3 轴的结构（3）轴的材料选择表3-6 滚筒轴性能参数材料 38SiMnMo热处理 调制处理毛坯直径 mm 100 300硬度 HBS 217269弯曲疲劳极限 MPa 345屈服强度极限 MPa 540弯曲强度极限 MPa 685剪切疲劳极限 MPa 195许用弯曲极限 MPa 703.6 刹车类型及选择在地盘车能接出气源的条件下，一般采用气压制动，这是由于气压制动操作省力，对环境无害，但是由于底盘车的储气容量有限，如果在短时间内频繁制动，会导致气压大幅度下降，以致发生制动失灵，形成钢丝绳下行失控的局面，由于制动时涉及到安全生产的重要环节，所以采油车滚筒除气制动外，为了确保安全一般还有设有人力控制的机械制动。通常所用的主刹车有带式刹车、盘式刹车、辅助刹车包含水刹车和电磁涡流刹车等。盘式刹车除了具有结构紧凑、制动平稳、操作方便外，还具有以下优点：1） 由于采用液压为动力，盘式刹车具有很大的刹车力矩储备。2） 盘式刹车的用力与滚筒轴平行，不会对滚筒轴产生附加载荷，带刹车的作用力垂直于滚筒轴，使滚筒轴收到附加弯曲载荷。3） 带刹车用平行梁平行两条刹带的力，往往由于安装、调整和使用不当，使两条刹带受力不均，即影响刹车效果，又易使刹带磨偏，盘式刹车利用相等液压力平衡两部分的受力，平衡效果好，两部分基本相等。4） 盘式刹车采用液压控制，容易实现自动控制。5） 盘式刹车更容易对作业过程中出现的意外情况采取紧急处理措施，有利于提高作业的安全性。由于以上原因，此次设计采用液压盘式刹车。气动式盘式刹车主要包括刹车盘、刹车钳及气缸。传动架起杠杆作用，将气压活塞产生的力传递给刹车副，使刹车片与轮毂之间产生摩擦力以刹住载荷，在刹车过程中，当气体进入气缸后，通过活塞拉伸弹簧使活塞伸出推杆，刹瓦压紧在刹车盘上。利用刹瓦和刹车盘间的摩擦力产生的转动扭矩，制动滚筒。泄压时，弹簧使活塞收回，离开刹车盘，制动力消失，滚筒可自由滚动。3.7 离合器的选择本次设计选择气胎离合器。气胎离合器是利用压缩空气使气胎的气腔扩张，在摩擦副表面形成压力以实现离合器的结合，气胎的截面形状一般为一闭合的长圆形，气胎在离合器中呈径向或者轴向分布，分别称为径向或者轴向离合器，此次设计选用径向离合器，这种结构的离合器的压板用石棉等非金属材料制成，可以隔热，防止气胎温度过高，壳体、内、外摩擦盘均有通风孔，有利于摩擦热的发散。径向气胎摩擦离合器的结构紧凑，气胎的配置将增大摩擦盘的直径，从而为增大传递扭矩的能力留下空间。3.8 轴承和键的选择（1）此次设计选用调心滚子轴承和深沟球轴承，调心滚子轴承具有自动调心功能，具有较大径向承载能力，深沟球轴承能够承载较大的径向力和较小的轴向力，应该满足设计需要。（2）键是一种标准零件，设计中通过键来实践轴与轮毂之间的轴向固定并传递扭矩。键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接、花键连接等，此次设计选用A型平键，应该可以满足设计要求。3.9 绞车总体方案结构图图3-4 绞车装备图 4 校核滚筒轴是绞车最关键的零件之一，在工作中受到的扭矩压力引起的剪切压力和弯矩引起的正压力作用，滚筒轴提升钢丝绳及液柱的时候受到一定的扭矩作用，起升时，扭矩逐渐减小呈阶梯下降，剪切压力为不稳定的脉动循环，由于受到的载荷冲击较大。本次设计采用弯扭合成分析方法来校核滚筒轴。4.1 滚筒轴的校核经分析当钢丝绳位于滚筒的某一侧时，轴上相应的弯矩较大，因此得出以下力学模型：（1） 钢丝绳位于滚筒最左侧时，力学模型及弯扭矩分析：其中，L1 =272mm ，L2 =1740mm ,mm，F=120KN由右滚筒左视图受力分析得： 在此采用弯扭合成应力校核轴的强度，根据力的平衡和力矩平衡，以及已知数据计算，计算可知： （4-1）由此作出弯扭合成图，显然F所在的截面为危险截面，因此只需要校核该截面处的强度。采用第三强度理论计算应力 （4-2）轴上的最大扭矩大小等于作用在轴上的力偶矩，已知 （4-3）式中： Me作用在轴上的力偶矩，N.m； P轴的输入功率，kW； N轴的转速，r/min。由于滚筒轴输入功率为185KW，转速为68r/min, 代入公式得出扭矩：T=25979N.m 该截面处的弯曲应力，扭转切应力，又知该截面有一个bt=3212的键槽，截面圆直径为144mm，其抗弯截面系数和抗扭截面系数分别为： （4-4） （4-5） 将带入式（4-2）中，则轴的弯扭合成强度条件 （4-6）式中 轴的计算应力，Mpa；M轴所受的弯矩，；T轴所受的扭矩，；W轴的抗弯截面系数，；轴的抗扭截面系数，；对称循环应力时轴的许用弯曲应力，=320 Mpa；将所算数据数据带入（4-6）得： 14.14 Mpa所以当钢丝绳在滚筒最左边是轴是安全的。钢丝绳在滚筒最左边轴的弯扭合成分析见图4-1图4-1 钢丝绳位于滚筒最左侧弯矩和扭矩分析钢丝绳位于滚筒最右侧时，力学模型及弯扭矩分析：其中，L1 =1630mm ，L2 =424mm ,L=2048mm，F=120KN由右滚筒左视图受力分析得： 在此采用弯扭合成应力校核轴的强度，根据力的平衡和力矩平衡，以及