WJ030-02-3NB-1300钻井泥浆泵动力端系统设计+PPT【原创设计】
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本科毕业设计 外文文献及译文 院 （部）： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 1 外文文献 : 2011) 16:86 89 011 . H. Y. K. . of a is he a a s 25 it an to A is of of a is a To of of we an of is a is to in In an we in up a at we in on on 2 of a we a no or on of a a 1). a of is or of is on on of As 2, is on on is by a DC a of a is an of of s of an to We in on 2 on he of is of in of a in a is a of a is of of a 5 5, 2011 S. *) 271. K. . o. . in at 67 29, 2011 87 of a of is of of be by be it up an 2a, of = 0.3 m = m, is is of of as 3. is m, if it is .1 is a is a is to a is by a I A a is By nd rd is 文文献及译文 3 in nd rd is a AN a of an to of a rd 3 to rd st to nd to on rd to a a of m. of is of a To of of by a 3-D by a 3-D 1. 2. 3rd of a b of is by C on 9 of of of 3. 3D fi of a on a a b 8 to s of by .2 m/.2 m/s m of 4, 5, . of of of to .2 m/s. a of .5 s to a 3D” by a 3D by on 5, we of in D () () ( ( ) ( We fi in of by m of of 文文献及译文 4 of an by on on of a 9 of in to be as of at ni is of of i. be in We of on in by 9 on is on on o it be on an be by of of a a to of on on a BS a of by a .2 m/s2 .2 m/s m of of 7, of (2b). in of of is a in on in in no of to a of n to rd a An by a DC a 24-V at a m/s. of m. 4. 5. 6. of 7. in a b c d 8. he is 8. In 文文献及译文 5 a m, 4 he of a on on an a rd a of on an on rd a a we to in a to . , et 2009) of 009, 1. , et 2006) of of to of of 006 . , et 2006) of on of 267 1268 4. , , , et 2006) of of 006 . , , , et 2005) on a of of 005 . , , , et 2008) of of 008, 60 163 8. , , , et 2010) of a of 010, 55 463 9. , , , et 2010) of a of 文文献及译文 6 中文译文 : 人工生命的机器人（ 2011） 16:8689011 . H. Y. K. . 个新的修剪机器人的实验研究进展 在 日本只有一个商业产品。 这台 机螺旋 地 爬上一棵树使用电锯 修剪树枝 。然而，机器的重量（ 25 公斤）和 缓 慢 的 速度阻碍它 成为解决森林危机的 最佳解决方案。一个轻量级的平台是必需的，因为在日本，大部分山脉有陡峭的山坡，一个修剪机器人运输是一项艰巨的任务。以提前修剪机器人的艺术状态，我们 提出 一 个创新的修剪机器人 对于外面大多数的树都能高效工作 。 它的 轮 系 机构的设计 是为了适应于 混合爬山，即，机器人能够开关之间的直线和螺旋 爬 升。该方法保证了 机器人的 轻量化和高爬的速度特征在早期的出版物，我们介绍了基本的设计概念和描述的原型实验机器人了。此外，混合爬山法已经证明，该修剪机器人可以 高速的 爬上 爬 下 大 树。在这里，我们报告我们开发机器人的进展，专注于直爬， 善于 不平坦的表面上的 工作 ，和修剪。 2 先进的 修剪机器人随着建设轻修剪的终极目标机器人，我们已经开发了一种新型的爬山法，采用无压或抓机制，而是依靠机器人本身的重量，像 日本传统的伐木工不会爬树的时候（图 1）。该用的一套杆和绳子，这是所谓的 不握不住或抓住树 干 ，而他的质量中心位于树。是的，该可以用自己的重量停留在树上。基于这一新的林业产业的设计概念和要求，修剪机器人 有了很大的发展 。如图 2 所示，该机器人配备了四主动轮。轮 1 和 2 位于上侧 ， 轮 3 和 4 位于下侧。每个轮由直流伺服电机、蜗轮驱动 。 摘要 本文介绍了一个伐木工的发展 像修剪机器人。攀登主要是模仿在日本的登方法。机器人的主要功能包括 对 外面的树 进行修剪工作 ，和一个创新的爬山策略融合 直线和螺旋式攀升 的方式 。这种新颖的设计带来了轻量化和高爬升速度特征的修剪机器人。我们报告我们在发展机器人进展，针对直爬，不平坦的表面上的 工作、 修剪。 关键词 修剪机器人 爬壁机器人 1 引言 日本木材工业已经进入下降的原因 ， 木材价格下降和林业工人老龄化迅速。这导致了森林的破 坏 ，导致在暴雨和山体滑坡的 破坏 山村 地区 。然而，在一个适当的配平状态修剪树 是 值得在上面投资的， 因为其 形成 一个美丽的表面形成年轮。 一个修剪机器人的发展 对 可持续森林管理的创新是很重要的。研究开发 的 修剪机器人 15已经很少见了 。 2011 年 2 月 25 日 机械工程系，丰田民族院校丰田 471知县，日本 电子邮件： 崎 . K. 人与信息系统工程系，岐阜大学，岐阜县，日本 限公司，日本 外文文献及译文 7 雪蛤 业有限公司，岐阜县，日本 这部分工作是在第十六届国际研讨会在人工生命与机器人 项目展现的 ，日本，一月 27日 29日 ， 2011 年。 87 电池 ， 质量中心位于一个错误 的边缘 ，由于摩擦系数不明确、质量中心的位置可能被干扰。 例如，机 器人会倾斜，当它爬上一个不均匀的表面。在图 2a，质心定位参数 H = 和W = ，其中 H 为上轮和下侧面之间的距离轮，和 W 的表面之间的距离躯干和质量中心，如图 3 所示。分析表明机器人当 D 为 ，即使它倾斜约 德。控制器使用一个 构成 ， 配备了无线局域网。该控制器能够通信数据 /命令与个人电脑通过无线局域网。每一轮由速度 制。通过一个高通滤波器的速度反馈输入附加。通过与第二个原型比较，第三原型重量轻，除控制器和电池。同时，控制器和电源分布在外部的第二个原型。第三原型也配备一个无 线局域网和电锯。虽然的电锯细节在这里省略了，实验表明一个分支使用第三切削原型。 3 实验 三实验进行评估的第三个原型。第一个实验是对其基本性能。第二个实验是评价其在不平坦的表面 的 性 能。 第三实验表明机器人是否可以修剪树枝。所有的实验使用替代树在室内进行。替代树直径的是 的摩擦系数 有效的替代树大约是 是小于这一自然的树。收集实验数据 包括 ，该电机电流，机器人的位置和方向，机器人的测定 ， 测量电机电流 。 使用分流电阻。测定位置 的 一个三维位置测量装置（ 数字）。用三维定位测量定位传感 器（ 外文文献及译文 8 图 1。爬树方法使用 图 2。第三修剪机器人原型。照片图像。 B 像 还原机制具有非回驾驶性能。每个车轮的转向角度也由直流驱动 ,伺服电机和蜗轮减速机构。 在分析的基础上， 79 质量中心位于外树与控制器的重量 。 图 3。对一棵树的修剪机器人三维图。侧视图 。 俯视图 本性能 直爬实验进行评估 ， 机器人的基本性能。这四个预期的速度轮子是由梯形的简介。加速度 / 速度为 /秒 ， 车轮半径 ， 。 实验结 果显示在图。 4， 5，和 6。图 4 显示了机器人的速度。各自的速度从旋转编码器的值计算出轮。机器人能爬在 /秒。虽然有一个约 于控制法启动延迟，这是一个问题。图 5 显示移动的距离。 它 的 实现 是由一个三维位置测量设备，和移动的距离每轮计算 从价值上的旋转编码器。在图 5 中，我们发现三种类型的错误：在距离误差的感动每一轮的三维位置测量之间装置（ 间的误差；轮 1（或 3）和 2（或轮 4）（ 轮 1 和轮3 之间的误差（误差之间的 2 和 4 轮轮）（ 我们考虑了两这些错误的可能原因。第一个是差异在每一轮的变形。移 动的距离按 的半径为每个车轮 的每一圈 。车轮是由聚氨酯 合成的 管 ， 它是作用在它变形的力。 它的 变形量的大小取决于力。从理论上分析， 79级在第三原型的力量往往是如下。的正常力近质心变得大于在对面的力。因此，填充扶手椅外文文献及译文 9 形 = 认为是，在法国是正常的力的大小第一轮（ （ 以这样解释。我们认为原因是滑移（ 干上的车轮。图 6 显示了电流在轮毂电机，这是由并联测量电阻。理论分析也表明，在下侧切向力大于上面。图 6 倾向于理论分析 ， 不平坦的表面上安全使用的机器人 正常工作 ，它 必须在不平的树是强大的树干。总是会有由增长引起的颠簸一个修剪枝的遗迹。因此，直爬坡实验进行评估颠簸在树干修剪机器人的性 能 。这个实验在一个替代的凹凸进行。采用 料，和大于天然凹凸。在四轮所需的速度是由一个梯形了简介。加速度为 / 速度为 /秒，每 半径的车轮。 实验结果如图 7 所示，其中显示角度 1 的轨迹和 2（参见图 2B）。 2 角旋转对所有病例加方向，指示这个控制箱上升。这意味着，大众走向树中心。质量中心也走向了树当 1 角方向旋转正方向。这意味着减少摩擦力使机器人在树上。然而，在 2 个 轮子的电流和 4 均大于在实验中连续电流。因此，有没有危险的机器人跌倒。此外，这些角度回到原来的方向，即使角度 1 和 2 发生了当一轮了凹凸。这些结果显示了良好 的 性 能。 剪试验 进行实验，发现无论是第三原型可以修剪树枝。一个附加的电锯是由一个 24V 蓄电池直流电机驱动。机器人爬上螺旋的速度在 /秒的直径的树该目标分为 。 图 7。在每一种情况下滚角和俯仰角。一轮 1 过去的凹凸， B 轮 2 通过凹凸， C 轮 3 通过凹凸， D 轮 4 通过凹凸图 8。机器人与修剪修剪试验 ， 实验的场景如图 8 所示。在这个实验中， 树枝被切 断，只留下一个短暂的残这是小于 ，与树干没有受伤。 4 结论 一个伐木工像修剪的发育进程 ， 机器人已经被描述，针对直爬，其在不平坦的表面行为，修剪树枝。的实验表明，直爬第三原型给了一个很好的基本性能。攀爬的结果在不平坦的路面上试验中表现出良好的鲁棒性颠簸，因为真正的树最凸起的小比实验碰撞。此外，修剪试验 还表明第三的原型可以修剪树枝从一棵树。在今后的工作中，我们希望在实际环境中的机器人测试，试着做一些进一步的改进。 外文文献及译文 10 工具书类 1。张军军， 等人 2009 年开发 行道树爬壁机器人 木本 。 2009 促进了 程序， 107 的发展。 2。 ， 等人 2006 年发展了 结构测量 抓树 力 修剪 树，攀爬修剪机器人 木本 （日本）。2006 年开展 程序 与 机器人与机电一体化 会议。 3。 ， 等人 2006 年开发 攀树和修剪机器人木本。执行器布置在臂端 为了 旋转运动（日本）。 促进了 268 4。 , , ， 等人 （ 2006）评 估了 树枝修剪机器人地图构建系统 的绩效 （日本 ） 。 在 2006 年 开展了 程序和机器人机电一体化 会议。 5。 , , ， et 2005） 研究用于机器人的 修剪系统： 发展了 机器人样机 单元 （日本）。 开展了 机器人 2005 日本机械学会与机电一体化 会议。 6。圣隶 工 业。 。 2011 年 5 月可以访问 7。 , , ， 等人 （ 2008）分析与实验新型爬山法。 开展了 2008， 60163 的 议 。 8。 , , ， 等人 （ 2010） 开发 一个用其自身的重量 的 修剪机器人。 促进 455010， 63 行业的发展 9。 , , ，等人（ 2010）开发的一个 利用 自身的重量 的 修剪机器人（日本）。 促进着 古屋 的发展。 1 题 目 3井泥浆泵动力端系统设计 设计内容与技术要求 、 成 果形式 一、毕业设计内容： 1 根据题目和原始数据查看相关资料写综述和开题报告。 2 查看产品的技术要求，分析钻井泥浆泵动力端系统设计的结构。 3 根据任务书中的内容设计钻井泥浆泵动力端系统结构，并绘出钻井泥浆泵动力端系统总装配图、零件图。其中 图 1 张，绘制钻井泥浆泵动力端系统总装配图；其余根据零件尺寸设计图纸大小； 0号图 1张， 纸 3张，总图纸折合 张。用相关三 维软件进行三维建模，完成相关动作要求。 4 撰写 2万字的毕业论文，并将题目、摘要和关键词翻译成英文。 5 翻译 1500 字以上汉字的英文资料。 二、技术要求： 1 泵型：卧式三缸单作用 2 输入功率： 956千瓦 3 齿轮传动比： I=128/35= 主动轴额定转速： 分 5 外形尺寸（长 *宽 *高）： 5050*655 6 总质量（包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统）： 22300 、成果形式： 1 毕业论文一份。 2 图纸折合 张 ，其中包括装配图 1张、零件图 3张。 设计进度 第 12 周：熟悉设计任务及要求，查阅并分析毕业设计有关资料制定设计方案，撰写开题报告； 第 34 周：毕业实习，绘制任务中规定的设计产品图，翻译外文资料； 第 56 周：细化设计方案，学习相关标准，根据产品结构和技术要求确定 钻井泥浆泵动力端系统 的结构 ; 第 78 周：绘制 钻井泥浆泵动力端系统 的结构总装图和相关零件图； 第 910 周：整理，总结设计结果，撰写毕业论文，并将题目，摘要和关键词翻译成英文； 第 1112 周：修改毕业论文，装订毕业设计论文； 第 13 周：讲答 辩内容制作 加毕业答辩。 2 参考资料 1石油勘探开发规划院机械研究所 . 钻井泥浆泵的使用 . 北京：石油工业出版社 ， 1979 2 石油部科学技术情报研究所 泥浆泵的特性和使用 . 北京：石油工业出版社 ，1985 3 泥浆泵手册 油工业出版社， 1988 4沉学海 . 钻井往复泵原理与设计 . 北京： 机械工业出版社 ， 1990 5刘清友 浆泵及工作原理 J. 天然气工业 ,2001:643系统设计 院 论文答辩 目录 第一章 绪论 第二章 泥浆泵结构设计 第三章 动力端常见的故障及处理 第一章 绪论 泥浆泵的主要作用是利用冲洗液（统称泥浆）使井筒内外的循环，冲洗井底，冷却钻头，并把岩屑携带到地面。在采用井下水力钻具（如涡轮钻具或螺杆钻具）时，利用冲洗液传递能量，推动井下水力钻具旋转。采用喷射式钻头，由钻头水眼喷射出高速冲洗液，有利于破碎岩层，提高速度。为了实现高压喷射，对泥浆泵提出了更高的要求，使用好、保养好泥浆泵的各部分，延长各个易损件的工作寿命，保证泥浆泵优良的技术状况，也是很重要的。由于石油矿场上使用往复泵的条件十分恶劣，提高其易损件（泵阀，活塞和缸套）的工作寿命，成为泥浆泵设计、制造和使用中迫切需要解决的问题。 随着工艺技术，特别是高压喷射、近平衡、丛式定向井、水平井等新工艺、新技术的发展，泵进一步向大功率、大排量和高泵压方向推进，作为钻机“心脏”的泵，其性能水平和使用寿命同速率和生产成本有着直接关系，同时其工作条件又十分恶劣，工况也异常复杂，因此，对泵工作的可靠性和安全的要求也越来越高。 第二章 泥浆泵的机构设计 课题要求： 1 泵型：卧式三缸单作用 2 输入功率： 956千瓦 3 齿轮传动比： I=128/35= 4 主动轴额定转速： 分 5 外形尺寸（长 *宽 *高）： 5050*655 6 总质量（包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统）：22300. 主要工作机构 1 2 3 4 5 6 7 82. 3力端、喷淋系统、润滑系统、灌注系统组成。 3. 动力端轴承的选用和寿命计算（主动轴和被动轴轴承的选用、连杆两端轴承的选用、泵轴承寿命计算） 4. 连杆、十字头和导板 的设计计算 5. 泵 的 内齿轮 设计计算 6. 传动齿轮的计算 7. 传动端的密封和润滑装置 第三章 动力端常见故障及处理 1. 轴承常见的故障 2. 齿轮常见的故障 3. 十字头部分常见故障 4. 连杆部分的常见故障 设计心得 通过这近四个月的努力，我们完成了本次毕业设计，我们在设计中查阅资料对其中的原理进行了充分的理解，提出并选择了经济合理的方案。通过设计，取得了阶段性的成果和较大的收获。 先进行了总体设计。 泥浆泵动力端的各部件进行了充分详细的设计，具体设计了传动轴、十字头、齿轮副、连杆等零部件。 泥浆泵的使用有很好的帮助。 本次设计虽然取得了阶段性成果，但还存在很大的不足之处，有待在以后的工作中改进。 本 科 毕 业 设 计（论 文） 题 目 3井泥浆泵 动力端系统 设计 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二 年 月 日 山东英才学院 毕业设计（论文）原创性声明 本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明 并表示了谢意 。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 摘 要 随着工艺技术，特别是高压喷射、近平衡、丛式定向井、水平井等新工艺、新技术的发展，泵进一步向大功率、大排量和高泵压方向推进，作为钻机“心脏”的泵，其性能水平和使用寿命同速率和生产成本有着直接关系，同时其工作条件又十分恶劣，工况也异常复杂，因此，对泵工作的可靠性和安全的要求也越来越高。 通过对国内外泥浆泵现状的分析，阐述了泥浆泵的发展方向，以及研制泥浆泵过程中应采用的新工艺、新方法和新技术，并展望了轻便泥浆泵的广阔前景。 本文对泥浆泵进行详细的结构设计与分析，重点是对泥浆泵的动力 端进行设计与计算。通过本文我们首先认识了解了泥浆泵总体结构和工作原理，从而引出当前结构不合理问题，然后主要以冲程短、泵压偏低为出发点 ,根据泥浆泵的工作原理 ,经对有关部分进行分析、计算 , 对泥浆泵进行结构设计，以满足现代泥浆泵的工艺。 关键词： 泥浆泵；动力端； 工艺 ； 工作原理 of of to as of a of is of it of of to be of In is on In we of to in as a to of of to 目 录 1 绪论 . 1 题的背景及研究意义 . 1 浆泵的现状与趋势分析 . 2 国泥浆泵的现状 . 2 外泥浆泵现状 . 2 浆泵的发展趋势 . 3 究内容与关键技术 . 3 浆泵主要参数的选择 . 3 浆泵运动对排量的影响 . 4 2 泥浆泵 结构设计 . 6 浆泵的主要工作机构 . 6 力端 . 7 力端 . 7 淋泵系统 . 8 力结构 . 8 曲柄轴的结构 . 8 偏心 轮的结构 . 9 力端轴承的选用和寿 命计算 . 9 动轴和被 动轴轴承的选用 . 9 杆两端 轴承的选用 . 10 轴承寿命 计算 . 11 杆、十字 头和导板 . 13 内齿 轮 . 14 动齿轮的设计 . 16 动轴轴的设计 . 20 动端的密封和 润滑装 置 . 21 3 动力端常见故障及处理 . 24 承常见故障 . 24 轮常见故障 . 25 字头部分常见故障 . 25 杆部分的常见故障 . 26 总 结 . 27 致谢 . 29 参考文献 . 30 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 1 1 绪论 题的背景及研究意义 泥浆泵的主要作用是利用冲洗液（统称泥浆）使井筒内外的循环，冲洗井底，冷却钻头，并把岩屑携带到地面。在采用井下水力钻具（如涡轮钻具或螺杆钻具）时，利用冲洗液传递能量，推动井下水力钻具旋转。采用喷射式钻 头，由钻头水眼喷射出高速冲洗液，有利于破碎岩层，提高速度。为了实现高压喷射，对泥浆泵提出了更高的要求，使用好、保养好泥浆泵的各部分，延长各个易损件的工作寿命，保证泥浆泵优良的技术状况，也是很重要的。由于石油矿场上使用往复泵的条件十分恶劣，提高其易损件（泵阀，活塞和缸套）的工作寿命，成为泥浆泵设计、制造和使用中迫切需要解决的问题。近几年，为了加快速度，降低成本，延长钻头使用寿命，国内外在泥浆泵的理论和试验研究、设计制造和选择使用等方面做了许多工作，对泵进行了多次改型换代，各种新型泵也不断研制成功。但其基本结构 均未摆脱曲柄连杆机构的传统方式，在结构上没有根本变化，因而现有的泥浆泵不能完全满足作业的需要，因而必须寻求具有更好工作性能和合理结构的泵以满足石油勘探开发使用的要求。 随着改革开放的深入及中国加入世贸组织，我国石油队伍“充分利用国内外两种资源、两个市场”，实施走出去的战略，进入国际市场，为了满足参与国际市场的需要，中石油、中石化都在不断加大设备的投入，同时加快老机的更新改造和新型轻便机研制步伐，随着国际市场对泵的需求增大，使得泵的供求矛盾更加突出，各类型泵的缺口每年达 200台左右。 随着改革开放的深入及中国加 入世贸组织，我国石油钻井队伍“充分利用国内外两种资源、两个市场”，实施走出去的战略，进入国际钻井市场，为了满足参与国际市场的需要，中石油、中石化都在不断加大钻井设备的投入，同时加快老钻井机的更新改造和新型轻便钻井机研制步伐，加之国际市场对 钻井泥浆泵 的需求增大，使得 钻井泥浆泵 的供求矛盾更加突出，各类型 钻井泥浆泵 的缺口每年达 200台左右。 根据 2000 年的统计，中国拥有钻机 1000 余台，占世界钻机总量的 32%，其中中石油集团公司拥有 702台，因此，中石油集团公司的钻机的情况基本反映了国内钻机的现状，然而国内生产 钻井泥浆泵 的企业由于各自产品为多年前开发，结构不尽合理，难以满足现代钻井工艺的要求，其缺点主要是 钻井泥浆泵 质量大，难以适应现代轻便钻机的要求，制约钻机的移运性；冲程短，冲次高。 钻井泥浆泵 在不适合的冲次范围内工作，致使液力端寿命短；泵压偏低，不能完全满足现代钻井工艺的需要；结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足钻井机高可靠性要求；缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。 目前国内外 钻井泥浆泵 的主要形式仍为三缸单作用往复泵，为了适应现代钻井工艺的要求，合理降低泵的冲次，适当增加泵的冲程 长度，既满足钻井过程中的排量要求，又能确保泵的自吸性能，充分发挥了泵的效能，成为今后 钻井泥浆泵 的设计方向。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 2 现如今国内外泥浆泵主要存在 5方面的问题，即，泵质量大，制约钻机的移运性，难以适应现代轻便钻机的要求；冲程短，冲次高，泵在不合适的冲次范围内工作，致使液力端寿命短；泵压偏低，不能完全满足现代工艺的需要；结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足机高可靠性要求；缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。因此，合理降低泵的冲次，适当增加泵的冲程长度，既满足过程中的排量要求，又能确保泵的自吸性能，充 分发挥了泵的功效，成为今后泵的设计方向。 浆泵的现状与趋势分析 国泥浆泵的现状 国内生产泵的企业主要有 :宝鸡石油机械厂、兰州石油机械厂等，但由于各自产品为多年前开发，结构不尽合理，难以满足现代工艺要求。目前 ，三缸单作用往复式泵存在以下主要问题。 (1) 泵质量大，难以适应现代轻便钻机的要求，制约着钻机的移运性。 (2) 冲程短，冲次高泵在不适合的冲次范围内工作，致使液力端寿命短。 (3 )泵压偏低，不能完全满足现代工艺的需要。 (4) 结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不 足，可靠性低，难以满足钻机高可靠性要求。 (5) 缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。 外泥浆泵现状 俄罗斯三缸单作用泵的结构特点：俄罗斯三缸泵的液力端，阀箱采用 形，阀箱的吸入阀和排出阀不是分体结构，而是一体式液力模块。 出阀在后的常规型和吸入阀在后、排出阀在前的变 美国泵大量采用三缸单作用泵，其结构特点：泵的液力端、阀箱采用 L 型，阀箱的吸入阀和排出阀为分体结构，吸入阀采用螺纹压紧，其壳体与阀箱螺纹连接，球形吸入空气包。泵机座多为焊接结构，小齿轮 用键固定在传动轴上，大齿轮套安装在曲轴上。曲轴采用直轴与偏心轮一起铸造的结构。轴承采用双列向心球面调心轴承。十字头滑动面经表面淬火磨削。齿轮采用斜齿或无槽人字齿轮。为了加强易损件的互换，阀腔和活塞杆制定了相应的标准。随机辅助工具齐全，有阀座液压拉拔器液压拆卸器、缸套拆卸器等。 动力端机座有铸件和焊接件，传动采用小螺旋角斜齿轮传动和宽槽人字齿轮。曲轴是由铸造的偏心轮套在直轴上组成的。采用双列圆锥滚子轴承。十字头滑动面经表面淬火磨削。介杆采用双室密封。随机辅助工具齐全，有阀座液压拉拔器、液压拆卸器、缸套 拆卸器等。 总的来说，国外三缸泵易损件的使用寿命较低。与先进水平相比，尚有不小差距。然而，由于其三缸泵多数运转速度较小 (如额定速度为 135r/常以 70，而且传动可以调速，因此，泵的功效发挥较好。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 3 浆泵的发展趋势 随着工艺技术，特别是高压喷射、近平衡、丛式定向井、水平井等新工艺、新技术的发展，泵进一步向大功率、大排量和高泵压方向推进，作为钻机“心脏”的泵，其性能水平和使用寿命同速率和生产成本有着直接关系，同时其工作条件又十分恶劣，工况也异常复杂，因此， 对泵工作的可靠性和安全的要求也越来越高。 多年来的实践证实，只有卧式活塞泵能满足工艺要求，使用的活塞泵传动功率由 300000大排量 8s，最小排量下的最高压力为 9排量的均衡性，对不同结构泵排量的不均匀度进行分析。结果表明，曲柄错角 120的三缸泵比其他曲柄错角的多缸泵都有利 ;三缸以上的泵由于结构复杂，维修困难和易磨损而难以广泛应用。近年相继开始研制出 5缸、 7缸斜盘型轴向柱塞泵、双缸单作用液压泵等新型泵，但由于维修不便及使用寿命等因素限制了其推广应用。所以目前国内外泵的 主要形式仍为三缸单作用往复泵。 国内外三缸泵的优点有 :液力端 合锥面阀胶皮，冷却缸套活塞的内孔喷射移动式喷淋装置，直立式吸入空气包 ;动力端的体外强力润滑系统，闭式内固定导板机构。技术的发展方向是提高时效，降低成本和采用能够降低成本的新工艺、新技术和新装备。运用大排量高压喷射工艺即是这一趋向的必然选择。高压喷射则由高可靠性的泵来保证。因此，泵的发展趋势是 :降低额定冲数，由 150冲 /10一 120冲 /长冲程，最大冲程已达 300 降低 冲次，降低冲次不仅可以提高易损件如活塞密封、缸套的使用寿命，而且还可以减少惯性损失，改善泵的吸入性能，同时提高泵动力端齿轮、轴承等零部件的使用寿命，大大提高泵的可靠性。因此合理降低泵的冲次，适当增加泵的冲程长度，既满足过程中的排量要求，又能确保泵的自吸性能，充分发挥了泵的效能，成为今后泵设计的发展方向。 究内容与关键技术 行业的发展方向是提高时效，降低成本和采用能够降低成本的新工艺、新技术和新装备。运用高速高压喷射工艺即是这一趋向的必然选择。 决定泵易损件寿命和工作效率的参数为泵冲 次、冲程、排出压力和吸人压力。这些参数与有关寿命之间的关系是指数函数。实践表明泵 80%的故障是由于缸套活塞组的磨损引起的。 浆泵主要参数的选择 泵的性能取决于泵技术参数的合理匹配。从提高泵的吸入性能出发，优化选择泵的性能和结构参数是非常重要的。 （ 1）泵的额定冲次 n ：泵的冲次 前的发展趋势是降低冲次，相同功率下，冲次低使得泵体积小，质量轻，进而制造费用、运输费用和维护保养费用较小 ;冲次高则不能充分发挥三缸单作用泵的效能，因此，对冲次的选定将决定泵的性能可山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 4 靠 性、使用性和经济性。 降低冲次可以提高泵吸入性能，特别是提高三缸泵的自吸能力。降低冲次可延长易损件的使用寿命。泵冲次的高低对易损件的寿命有很大影响。活塞失效的主要原因是挤伤和磨损，由于活塞平均速度与冲次成正比，当冲次降低后，活塞往复运动的速度减慢，活塞与缸套之间的摩擦功耗产生的摩擦热减少，从而延长活塞密封的 使用寿命，也提高了缸套的使用寿命。同时，十字头、导板、阀和阀座的寿命都有所提高。另外，冲次降低后，惯性损失减少，泵不易产生“水击”现象，惯性力减弱，将会提高泵动力端齿轮、轴承等零部件的使用寿命。 （ 2）泵的冲程长度：泵的冲程长度是泵的另一重要指标。由相关资料可知，在降低冲次的前提下，适当加长冲程长度是合理的，而且还可以进一步改善其吸入性能。经合理搭配泵的冲程长度，泵的额定冲次，缸套直径，在泵的理论排量、排出压力满足工艺要求的前提下使泵的惯性水头系数小于 2m/s ，能够确保泵自吸性能良好。 （ 3）正确设计吸入管线：正确设计吸入管线也是泵设计的关键，为保证液流与活塞同步增速，液流需要消耗一定的能量，即称为“加速度水头损失” 或“惯性损失”。随着所用吸入管线的形式不同，这种损失可能加大或减小。要控制惯性损失，提高泵的吸入性能，应注意以下几方面问题。 1) 吸入管线应有足够的液体。 2) 选用直通式泵头。 3) 吸入系统应绝对密封。 浆泵运动对排量的影响 泵工作时排量不断变化，压力也随之变化。排量和压力的波动会降低泵的机械效率、容积效率及缩短泵和管线的使用寿命，甚至导致井壁的坍塌和钻进液的漏失。为了减小泵的排量和压力的波动，常用的方法是在泵的排出口安装空气包，或在吸入口安装空气包。泵工 作时 ，阀盘作间歇运动。当阀盘上升时，它与阀座间有一空间，从液缸内排出的液体有一部分储存其中，使流经阀隙的液体量小于液缸内排出液体量 ;当阀盘下落时，下部空间减少，把原来储存的小部分液体排出，使流经阀隙的液体量大于由液缸内排出的液体量。从本质上说，泵阀在阀腔内的运动效果就相当于一台“开式”往复泵，阀盘相当于一个活塞。对泵而言，为了满足工艺对排量和压力的要求，通常采用换缸套的方法。根据泵阀理论，阀盘的运动存在滞后现象，在排出过程终止时，阀盘并未落回阀座。吸入过程开始时，阀盘在自重、弹簧力及阀盘上下压力差的作用下 ，快速下落，产生冲击力。阀盘上下压力差越大，阀盘的冲击力越大，阀盘和阀座所受的力就越大。同样，由于泵在高压状态下使用的是小缸套，在 1 rs in 中， 的排量变化值较大。所以在设计泵时，通常采用泵的小缸径参数。为了减小泵阀运动对泵排量不均度的影响，应尽可能地减小阀盘的直径和运动速度，尽可能地使用直径较大的缸套，使 F/东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 5 也就是说，在泵的使用过程中，尽可能使用大直径缸套，既可以提高液的循环量，又可以保证泵的瞬时排量相对稳定，从而保证质量。 本文主要 完成一种新型专用筑砌砖墙泥浆泵设计。设计原始参数为： 通过与其他一些系列的泵型号与参数进行对比，可以得出 31300 泵冲程长度长，额定冲次低，最高工作压力大，外形尺寸大，并且质量重。通过对泵工作原理及工作环境的了解，可以知道因泵与泥浆接触，在工作过程中一直受着强烈的磨粒磨损，使其寿命低，原材料大量消耗，生产设备时严重浪费，维修费用大量增加，效率大幅度降低，因此在对动力端进行设计时要将这些因素考虑在内。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 6 2 泥浆泵结构设计 浆泵的主要工作机构 钻井泥浆泵的主要作用是使钻井冲洗液（通称泥浆）造 成井筒内外的循环，冲洗井底，冷却钻头，并把岩屑携带到地面。在采用井下水力钻具旋转。采用喷射式钻头，由钻头水眼喷射出高速冲洗液，有利于破碎岩层，提高钻井速度。 图 2井泥浆泵 的主要工作机构 1 2 3 4 5 6 7 8钻井往复泵属容积式泵。它的主要工作机构（如图 往复运动的活塞（或柱塞）和自动开、闭的吸入、排出阀。处于活塞 出阀之间的空间称为液缸。活塞、泵阀、液缸以及包容它们的缸体 （或阀箱），再加上液体的引入，排出管汇及空气包、安全阀等附件，便构成了往复泵的液力端。 活塞杆被动力机驱动。如果动力机是旋转运动的内燃机或油压缸，则称为蒸汽（或油压）直接作用泵，泵缸的活塞杆和蒸汽机或油压缸的拉杆直接相连，中间无需曲柄轴连杆机构。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 7 图 23力端、喷淋系统、润滑系统、灌注系统组成。 力端 主要由机架、曲轴、小齿轮轴、十字头与中间拉杆组成。 1、机架：机架由钢板焊接而成，曲轴轴承处采用筋板加强结构经消除应力处理，刚性好，强度高 。机架内设置必要的油池和油路系统，供冷却和润滑用。 2、十字头与中间拉杆：十字头和十字头导板的材料耐磨性能好，使用寿命厂。除 余泥浆泵均采用上下导板结构，可通过下导板加垫片调整同心度。十字头与中间拉杆之间为销孔配合的法兰螺栓连接，这种刚性连接方法保证了中间拉杆与十字头的同心度。中间拉杆与活塞杆间采用重量轻的卡箍连接，方便、可靠。 3、曲轴：曲轴为合金钢铸件，上面装有大齿圈、连杆、轴承等。大齿圈的齿形为人字齿，内孔与曲轴过盈配合，并用螺栓和防松螺母紧固。连杆大头通过单列短圆柱滚子轴承分别安装在曲轴的三个偏心拐上，连杆小头通过双列长圆柱滚子轴承安装在十字头销上。曲轴两端使用双列向心球面滚子轴承。 4、小齿轮轴：小齿轮轴为合金钢锻件，轴上加工人字齿轮，整体调质中硬度齿面。为了便于维修，选用内圈无档边的单列向心长圆柱滚子轴承。轴的任一端轴头均可安装皮带轮或链轮。 力端 液力端主要由液缸、排出管、空气包、阀总成、缸套和活塞组成。 技术特点：各密封部位采用刚性压紧，高压密封性好 ; 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 8 直立式液缸，吸入性好 ; 排出口处分别装有排出空气包、剪销式安全阀和排出滤网； 3浆泵的液力端可互换。 1、液缸：液缸材料为合金钢锻件，每台泵的三个液缸可以互换。 2、阀总成： 3、活塞与活塞杆：采用与圆柱面配合和橡胶密封圈密封，用带防松的锁 紧螺母压紧。 3浆泵液力端的液缸、缸套、活塞、阀体、阀座、阀 弹簧、密封件、阀盖、缸盖等主要零部件可互换。 4、缸套：可选用高耐磨合金铸铁内衬的双金属缸套。 淋泵系统 由喷淋泵、冷却水箱、喷管等组成，其作用是对缸套、活塞（或柱塞）进行必要冷却和冲洗，以提高 缸套活塞（或柱塞）的使用寿命。 喷淋泵为离心式，可在输入轴的轴头上装皮带轮驱动，也可由电动机单独驱动，以水或 喷管安装在中间拉杆与活塞杆连接的卡箍上，可随活塞往复运动。喷嘴靠近活塞端面，润滑冷却液能始终冲洗活塞与缸套的接触面，也可采用固定式喷淋管。 四、润滑系统 动力端采用强制润滑和飞溅润滑结合的方式。设置在油箱中的齿轮油泵，通过润滑管线，将压力油分别输给十字头、中间拉杆及各轴承，达到强制润滑的目的。齿轮油泵的工作情况，可以通过机架后部的压力表观察。 五、灌注系统 为了避免泵吸入口压力低而出现的气塞现象，每台泵均可配灌注系统。灌注系统由灌注泵及底座、蝶形阀和相应管汇组成，灌注系统由专用电机驱动，安装在泵吸入管汇上，也可以用泥浆泵输入轴的皮带传动，减少钻机总发电量的供应。 力结构 动力端主要包括：主轴、被动轴、齿轮副、连杆、十字头和中间拉杆等几部分。泥浆泵动力端又因其主轴对连杆相互位置的不同而分为两大类：有曲柄轴的结构和有偏心轮结构。 曲柄轴的结构 在此结构中，曲柄轴上使用键装着可拆卸的曲柄。人字齿或斜齿的圆柱齿轮副，位于两主轴 承之间。连杆大头尺寸较小，便于检修。这种结构比较坚固，但存在的缺点是：由于齿轮和曲柄销之间，要装两幅轴承和曲柄夹板，致使两个液缸中心距增大，从而增加了泵的宽度和重量；换主轴承时，须先拆曲轴。 采用这种结构，如图 2示。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 9 图 2泵示意图 偏心 轮的结构 在这种结构中，连杆是由主轴上的偏心轮带动的。这种结构使液缸中心距缩小到最小，因此大大减少了泵的宽度和重量；主轴承上的负荷也较第一种结构小。这种结构的强度最好，工作可靠，维修方便，但制造较复杂，而且需要大直径的滚动 轴承。但随着大直径滚动轴承的解决，这一结构得到了非常广泛的应用。本文设计的泥浆泵就是采用这种结构。 力端轴承的选用和寿 命计算 动轴和被 动轴轴承的选用 各个厂生产的三缸泵动力端中，主动轴、减速齿轮、被动轴、连杆和十字头等的布置都是相似的。但是，要注意轴承的选用。泥浆泵动力端内的轴承全部都是滚子轴承，对两根轴的支撑轴承，目前绝大多数生产厂是选用短圆柱滚子轴承作为主动轴的支承；选用调心滚子轴承作为曲轴的支承，这种设计是合理的，使用中问题较少。主动轴的短圆柱滚子轴承较易实现轴向移动，有利于人字 齿轮的均匀啮合；被动轴的调心轴承承载能力高、耐冲击。国民公司的三缸泵，其主动轴选用调心轴承，使用表明，这种轴承组合不尽合理，因为调心轴承在轴向不能游动，人字齿轮常发生偏磨；，矿场维护困难。表 2 表 2选用轴承的类型和尺寸 泵 型 号 类 型 内 径 外 径 宽 度 动负荷能力 主动轴轴承 10心 短圆滚子 短圆滚子 220 220 220 370 350 460 120 45 - 1246 1450 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 10 被动轴 轴承 10列锥滚 调心滚子 调心滚子 00 300 522 500 500 216 160 160 3382 2273 1726 泵被动轴和主动轴的轴承承载受较重和带有冲击的负荷，故轴与轴承内圈的配合易选得紧些，一般选用 承套和轴套的配合可选 7. 杆两端 轴承的选用 连杆大端都选用大直径的短圆柱滚子轴承。连杆小端则有两种设计。多数泵采用图2示的设计，十字头销固定在十字头上，连杆小端通过一个双列长圆柱滚子轴承在销上摆动。我 国和罗马尼亚的部分泵采用图 2设计，连杆小端与销的中段用键固定在一起，销的两端通过一对短圆柱滚子轴承装在十字头体的两侧上。 图 2杆小端与十字头的联接 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 11 图 2杆小端与十字头的装配关系 部分国产泵的连杆大端的轴承在使用不久后出现 所谓“跑圈”现象，即轴承内外圈的配合松动，发生滑动。其主要原因是配合选择不当。连杆大端轴承承受很重的脉动变载荷。而其内、外圈都是薄壁套圈。若仍选取与小直径轴承相同的配合公差，计算和实际使用都表明是不恰当的，尤其是内圈和偏心轴颈不能抱紧；即使刚装上去时能抱紧，在脉动的重载荷下工作一段时间后，由于薄壁内圈的变形，配合也会松动。 即与轴承内圈结合的偏心轴颈应选用 合，与轴套结合的连杆大端内孔应选用 在装配后加压板使内外圈轴向固定。装配后，间为宜。按使 用经验，装配后的径向游隙愈小愈好，可以至零。但我国的轴承精度较低，泵工作时油温较高，游隙不宜过小。 轴承寿命 计算 泵滚动轴承的正常失效原因有两种，即轴承滚动体表面疲劳破坏和滚动体表面磨损。在密封和润滑条件良好的情况下，失效形式是疲劳剥落；反之则是因滚动表面磨损到一定程度后轴承游隙过大而失效。以磨损失效的轴承寿命要短于因疲劳失效的轴承寿命。在我国矿场，以磨损破坏居多。造成轴承磨损的主要因素有： （ 1）轴承滚子和跑道间润滑不足而造成粘着磨损； （ 2）轴中杂物和尘埃，特别是齿轮表面剥落的金属 磨屑使轴承滚动面发生磨料磨损； （ 3）混入润滑油中的水分和其它腐蚀液使滚动体表面锈浊而剥落。 目前还没有滚动轴承磨损寿命计算的可靠方法，只有个别轴承厂提出的估算方法。但以疲劳破坏为条件的滚动轴承寿命计算则早已获得公认，并应用了可靠性的设计方法。滚山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 12 子轴承的额定寿命 （ 式中 0%的轴承的额 定的疲劳寿命，也称 命。按轴承设计的习惯，此处 单位为 h（小时）； P 果工作过程中负荷是变化的，则应求得平均当量动负荷； 泵轴承计算中，对传动轴承，因皮带或链条传动引起的附加负荷较大，取其它轴承，取设计泵时，被动轴、主动轴和连杆两端轴承的选用基本上决定于这些零件的结构尺寸。一般，主动轴和连杆上滚子轴承可有足够高，即 30000h 以上的 命。但被动轴轴承的寿命可能较低，有时需要适当加大轴颈尺寸或选用较宽系列的轴承。 计算被动轴轴承的寿命。设泵为正转。先求平均当量动负荷 P，即左、右轴承支反力 1F 、2F 的平均当量动负荷 1P 、 2P 中的大者。 0PF（ 式中 泵的每一次冲击中，对应于间隔为 01 每一次曲轴转角的 1F 值。 同理， 0PF（ 1F 、 2F 在一冲中的 变化 如图 2示 。由 式（ 和式 （ 算得1P =5382P =528 P = 1P =538山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 13 F F 图 2某 N=1180当然，计算轴承的平均当量动负荷时也可适当将被动轴转角间隔加大，例如，加大到6 ，同时将式（ 式（ 的 360 换为 60。由上图可以看出，被动轴轴承支反力是每 60 一阶跃，故当手算时可将计算间隔 加大到 60 ，一冲中取 6 方根值，结果也是令人满意的。 被动轴轴承的转数实际情况而定。在本例计算中，取0r/ 根据轴的初定尺寸，选取 3660 调心滚子轴承为被动轴轴承。它的内径为 300径 620度为 185定动负荷860于是，本例中曲轴轴承的 命为： 2 0002 860 000x 906010 5000 h 根据滚动轴承疲劳寿命可靠性的研究，轴承失效概率近似地服从二参数威布尔分布。对所选轴承，如果工作时有理想 的润滑和密封条件，则寿命不足 25000h 的占 10%，寿命在 25000h 至 100000h 的占 50%，其余 40%的寿命则高于 100000h。按泵每年工作 3000承寿命为 25000h 时可工作 8 年，寿命为 100000h 时可工作 33 年。但在野外工作的泵的实际润滑和密封条件或多或少总有不利因素，部分轴承是因磨损而失效的，寿命达不到那么高。美国泵轴承平均寿命可达 10 年至 15 年。 杆、十字 头和导板 图 2常见的三缸泵连杆设计。连杆有两种方法制造：一种是铸造的，另一种是用厚钢板做毛坯。这两种连杆的大、 小端都是封闭环。大、小端之间的部分称为杆身。大、小端的中心距称为连杆长度，与值有关；而大、小端的直径决定于轴承的选用，故泵连杆的尺寸基本上决定于结构设计。 实际使用中尚未发现连杆因强度不够或失稳而破坏的情况。三缸泵连杆的杆身在排出山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文）
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