200米钻机回转器设计

目录

摘  要1

Abstract2

第1章  绪 论3

1.1  选题的意义3

1.2  设计内容3

1.3  设计方法4

1.4  预期目标4

第2章  钻机概述5

2.1  钻机的功用5

2.2  对钻机的要求5

2.3  钻机的组成5

2.4  钻机的分类和名称6

2.4.1分类6

2.4.2名称7

第3章  钻机的总体设计8

3.1  本设计钻机的应用场合8

3.2设计方案的确定8

3.2.1  本设计钻机的特点8

3.2.2  总体设计方案的确定8

3.3  钻机的技术特性和要求9

第4章  动力机的确定11

4.1  输出功率计算11

4.2  回转钻进及破碎岩石、土层所需功率11

4.3  给进油缸所需功率的计算13

4.3.1  给进油缸的基本参数13

4.3.2  油缸工作压力的计算13

4.3.3  油泵最大工作流量计算14

4.3.4  给进油缸功率计算14

4.4   动力机功率的确定14

第5章  机械传动系统设计15

5.1  主要参数的选择17

5.1.1  变速箱17

5.1.2  绞车17

5.1.3  回转器17

5.2  机械传动系统初步计算17

5.2.1  变速箱各档传动18

5.2.2  绞车的缠绳速度18

5.2.3  立轴的转速19

第6章  变速箱的设计与计算21

6.1  变速箱的结构特点及设计要求21

6.1.1  结构特点21

6.1.2  设计要求21

6.2  齿轮副的强度计算与校核22

6.2.1  变速箱内各齿轮主要参数确定22

6.2.2  主要齿轮副的强度设计计算与校核22

6.3  轴的强度计算与校核28

6.3.1  轴的强度计算29

6.3.2  轴的强度验算校核32

第7章  绞车34

7.1  绞车的结构特点34

7.2  主要参数的选择34

7.2.1  绞车性能参数34

7.2.2  绞车卷筒转速和提升速度计算36

7.3  绞车所需功率37

7.4  绞车齿轮副强度简单校核38

第8章 回转器的设计39

8.1   回转器的结构特点41

8.2  回转器的弧齿锥齿轮副设计41

8.2.1  弧齿锥齿轮参数设计41

8.2.2  零部件的强度与寿命计算41

8.3   轴径的估算42

8.3.1齿轮受力分析47

第9章 液压系统的设计与计算39

9.1   液压卡盘的设计与计算41

   9.1.1  卡瓦对钻杆的夹紧力41

9.1.2  蝶型弹簧的轴向推力41

9.1.3  蝶型弹簧的设计计算41

9.1.4  蝶型弹簧的变形量计算41

9.1.5  所需油压的计算41

9.1.6  卡瓦径向伸缩量计算41

9.1.7  缸体的强度计算41

9.2  给进油缸的设计42

9.3  夹持器42

第10章 可行性及经济成本分析47

10.1 可行性分析52

10.1.1  设计可行性分析53

10.1.2  市场可行性分析53

10.2  经济性分析53

第11章  使用说明47

11.1  概述52

11.2  钻机分组情况52

11.3  工作原理52

11.3.1  钻机的工作原理53

11.3.2  立轴的给进运动53

11.3.3  立轴的快速移动53

11.4  操作程序52

11.5  机器的保养与维护52

11.6  故障原因及排除方法52

11.7  钻机的安全注意事项52

结论55

致谢56

参考文献57

专题58

附录170

附录277

附录386

附录494

摘  要

200米液压钻机主要用于钻探各种深度为200米左右的各种角度的各类用途的孔，可在不同硬度的岩石中钻孔，而在煤层、软岩石中钻孔以及在农田打井时效率最高。钻机组成主要分为回转器、绞车、变速箱、机架、操作仪。在本次的设计中主要对回转器部分进行了分析创新设计，通过了结构合理性分析及各强度的较核验算。对钻机整体进行了设计，通过最后设计结果，满足了初定的设计要求。该项目的成功设计，有效满足了由于150米钻机不能完成的钻探探测任务，为新型的探测作出了有力准备，填补了目前的空白。在设计中加入和优化设计理论和绿色设计理论，使得操作者减轻了劳动强度，考虑了油的各种泄露问题，对环境减轻了甚至免去了污染，符合新型设计理论。

关键字  地质勘探  钻机 回转器

Abstract

200 meters liquid presses drill machine is mainly used to drill to explore various depth as 200 meters any kind of angle of bore . It can drill a hole in the rock of different degrees of hardness. Drilling a hole in the coal seam, soft rock and in the farmland beat the well time and limited efficacy rate . the Drillling machine constitutes is divided in to turn round a machine, winch and become soon a box, machine and operates an instrument. Main carried on an analytical innovation design towards turning round the machine part in the design ,by the structure rationality an analytical and each strength to check to calculate more. Carried on a design towards drilling machine wholly, pass an end the design result, satisfy a beginning settle of design request. The successful design of that item, satisfied effectively to drill machine and can't complete because of 150 meters of drill and explore mission, in order to probe in to make emollient preparation newly, fill up current blank. Join in the design with excellent turn design the theories and green to design theories, make the operation ease labor strength, considering oil of various reveal a problem and ease to the environment to even avoid a pollution, match new design theories.

Key words  

The geology probes into, drill machine, turn round a machine

第1章  绪 论

1.1  选题的意义

   题目的选择，是通过毕业实习上的调查了解，以及目前能源行业的火暴形式，大家都知道社会的发展离不了能源的供应，针对在课前的调查中了解到目前在能源开采的紧张，需要一些专门化的设备，来解决实际问题。选择200米液压钻机的设计，主要是考虑到目前的75米，100米，150米以及当前的200米钻机存在着各种问题，他们不能满足现在实际要求，对新型200米钻机的设计能解决目前存在的问题，对他的成功设计，将有效改进目前的钻探工艺，取得较大的经济效益。

1.2  设计内容

1. 200米液压钻机回转器的设计

2．主要技术参数：

（1）.钻进深度(使用Φ42或Φ50钻杆)                 200m    

（2）.钻孔直径                  

①开孔直径                                       89m

②终孔直径                                      ≥60mm

（3）. 立轴行程                                      500mm

（4）．最大液压给进压力                              4 MPa

（5）．卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘）        6 MPa

（6）．立轴内孔直径                                  52mm

（7）．油缸最大起拔力                                32.5KN

    （8）．油缸最大给进力                               20KN

1.3  设计方法

确定了设计题目，就得需要相应的设计方法，有了明确的设计方法理念才能完成预期的设计目标。有针对性的设计才能取得良好的效果，根据自己的调研情况，我设计采用的方法是改进型创新设计，主要理论知识来源于钻机的结构原理，钻机的钻进工艺，及岩心岩石的理论研究知识。

1.4  预期目标

  每一项设计都有一个预期计划目的，本次设计的预期目标为，设计结果应满足设计要求，设计的钻机应较前期钻机有突出的设计优势。设计最终应满足钻进200米的各项功能要求，对环境无污染或少污染，得到绿色设计要求，能有效减轻劳动者的劳动强度，及提高操作者的安全保证，得到优化设计的要求。并且能够取得较高的经济效益和社会效益。

第2章  钻机概述

2.1  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。

2.2  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：

   1.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；

   2.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；

   3.能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进；

   4.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；

   5.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。

2.3  钻机的组成

   目前常用的钻机由如下各部分组成：

   1.机械传动系统

   将输入的动力变速并分配到回转机构、升降机构。对于液压钻机还要有驱动油泵，使液压系统工作的装置。

   2.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、夹持器等；

   3.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，可以进行强力起拨。

   5.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。

   6.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。

2.4  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。

   2.4.1分类

   ⑴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）；

   ⑵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或四类。

按三类分见表2—1。

                          表2—1                       (m）

类别浅孔钻机中深孔钻机深孔钻机

Ⅰ

Ⅱ10—300

10—300300—800

300—800800—1200

1000—2000

按四类分类见表1—2。

表1—2                           （m）

浅孔钻机次深孔钻机中深孔钻机深空钻机

10—150200—400500—800900以上

⑶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；

⑷按装载方式分类

可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；

⑸按破碎岩石方式分类

可分为回转式、冲击式和冲击回转式；

⑹按回转机构型式分类

可分为立轴式、转盘式、动力头式；

⑺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。

2.4.2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。

第3章  钻机的总体设计

3.1  本设计钻机的应用场合

   200米型液压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米型钻机、150/3.0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。

   200米型液压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。