WJ030-04-3NB-1300钻井泥浆泵液力端系统设计+PPT【原创设计】
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1 题 目 3井泥浆泵液力端系统设计 课题类型 理论研究 工程设计 产品开发 实验研究 课题类别 软件 硬件 软硬结合 其他 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，分析钻井泥浆泵液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液力端系统结构，并绘出钻井泥浆泵液力端系统总装配图、零件图。其中 图 1 张，绘制钻井泥浆泵液力端系统总装 配图；其余根据零件尺寸设计图纸大小； 0号图 1张，手工绘制 纸 3张，总图纸折合 图 2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。 6 将答辩内容用 7 毕业答辩。 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、毕业设计工作期间基本要求 1 参加毕业设计的学生应高度重视毕业设计工作，严格要求自己，自觉遵守毕业设计规定的纪律和各项学校的规章制度，期间要注意个人人身、财产以及学校财物和设施的安全。 2 在教师的指导下，独立完成毕业设计任务书中所规定的内容，不得套用和抄袭他人成果者。对设计不认真、不努力、敷衍了事、回避指导、抄袭他人成果、未完成各阶段任务及严重违纪者，指导教师有权不推荐其参加毕业答 辩。 3 毕业设计中，要尊敬老师，团结互助，虚心学习，勤于思考，敢于实践，勇于创新，按指导教师的要求，保质保量的按时完成毕业设计任务。 4 毕业设计期间，实行考勤制度，按学校规定工作和休息，一般不准请假，确因特殊 2 情况需要请假时，与指导教师协商后，按学校有关规定办理。毕业设计期间学生缺勤（包括病、事假）累积超过毕业设计时间 1/3 以上者，取消答辩资格，不予评定成绩，须重新补做。 5 必须按规定的时间和设计进度进行设计。 6 答辩后，将毕业设计内容、资料、其他材料（下场实习报告、考察报告、答辩记录等）经指导教师审 查通过后，按指定的顺序装入档案袋。 7 装入档案袋的材料有毕业设计任务书、毕业设计进度表、开题报告、封面、论文（设计）书（标题、中外文摘要、目录、前言（引言）、正文、结论、谢词、参考文献）、外文及翻译、指导教师评语、评阅老师评语、答辩记录和成绩、毕业实习资料等。 四、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 钻井泥浆泵液力端系统 的结构 ; 第 78 周：绘制 钻井泥浆泵液力端系统 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。 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 ,2001:64 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。 3院 论文答辩 目录 第一章 绪论 第二章 泥浆泵结构及工作原理介绍 第三章 泥浆泵液力端总体设计 第四章 液力端易损件设计分析 第五章 泥浆泵易损件分析 第六章 泥浆泵的维护保养 第一章 绪论 到目前为止，使用泥浆泵钻井己有一百多年的历史。早期的泥浆泵的功能仅在于循环泥浆、冷却井底、携带岩屑和在井壁形成泥饼。在四十年代末，采用了喷射式钻井，以及后来的井下动力钻具钻井，利用高压泥浆的冲蚀力辅助破碎岩石可以加快钻井速度，利用泥浆的动力驱动井下涡轮钻具也可以旋转钻井，从而扩大了泥浆泵的功能和使用范围。 泥浆泵，是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循环钻探中 它是将地表冲洗介质 清水 泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下，经过高压软管 水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端，以达到冷却钻头、将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。 第二章 泥浆泵结构与工作原理 结构： 此泵曲轴箱由两极齿轮变速机构和曲柄连杆机构组成。曲轴箱的输入轴和输出轴通过牙钳联轴器对接传动。当曲轴箱的输入轴上的双联变速齿轮分别和曲轴上的对应齿轮相啮合，曲轴可得到快慢两级转速。加上变速箱的四级变速。曲轴上总共可获得 8级转速，实现 8级变速。液力端属于直通式结构，便于制造，装配精度高 工作原理： 1滤水器 3. 泵缸 7. 连杆8. 曲柄轴 9. 曲柄 动力机通过皮带、皮带轮、齿轮等传动件带动主轴旋轮，曲柄轴 8以角速度。随主轴一起转动，同时曲柄轴一端相连的连杆 7随着曲柄轴的转动带动连杆另 端的十字头 6作往复运动，十字头通过与它相连的活塞杆5带动活塞 4作往复运动，从而实现容腔 3的容积有规律地变化。 第三章 钻机泥浆泵液力端设计 归纳起来大致分为五部分：即缸盖总成、凡尔总成、拉杆、活塞、缸套部分等构成。 第四章 液力端易损件设计与分析 泵阀的设计分析 活塞的设计分析 缸套的设计分析 第五章 影响易损件寿命的原因 1. 钻井泵工作条件恶劣，是钻探设备中的一个薄弱环节。在实际生产中，因为泵出事故或损坏而停钻几乎每天可以遇到。在石油钻井中曾有人作过统计：当钻身为 2500 每天支出费用花在钻井泵上，有 钻井没备修理工时是用在修理钻井泵上。而钻井泵的事故绝大多数是由于易损件损坏造成的。 的地方还可看到液流冲蚀的痕迹。在摩擦副的弹性零件与刚性零件上沟痕往往凸凹对应。 浆中的沙粒含量是很关键的因素，因此要求吸入泵之前的泥浆需要经过很好的净化处理。 护和保养工作。为保护泥 浆泵的寿命及其正常工作，必须从包装运输保存开始，直至安装使用和维护保 养都精心注意。 须检查原动机和泥浆泵皮带轮轴的平行度及传动皮带的位臵，使它们都在一个平面内，然后用地角螺钉固紧。为了泵能正常工作，应根据钻机机场场地考虑好回水槽，沉淀池，吸水池及泵的合理安装位臵，应尽可能缩短吸入管路和吸入高度。在高山地区或安装位臵离吸水池过高时，应考虑用辅助吸入系统。 第六章 泥浆泵的保养与维护 1、每日检查（巡检）； 1)油位检查：检查油杯、齿轮箱的油位 。 2)温度检查：用测温仪检查各部位温度。 3)电动机负荷检查：用功率表或电流、电压表测量电动机负荷。 2、每月检查：联轴器弹性体或三角胶带的张力。 3、每季检查：齿轮箱内润滑油是否变质。 4、每半年检查： 1)前盖轴承箱内润滑油是否变质。 2)油封是否损坏。 5、每一年检查： 1)轴承是否磨损。 2)活塞环及活塞环衬套是否磨损。 3)齿轮微量程度的磨损对转子正常工作是否产生影响是否需要调整。 设计心得 在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。 本 科 毕 业 设 计（论 文） 题 目 3井泥浆泵液力端系统设计 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 泥浆泵属于液压泵种类中的一种，兼有液压泵的特点， 液压泵作为液压系统的动力装置，越来越受到人们的关注，因为它的性能的好坏直接影响整个液压系统的工作可靠性。被广泛应用于冶金、矿山、锻压、注塑、船舶、重型等机械设备中。但在实际生产中还不能解决很好地流量脉动、刚性和柔性冲击等问题。平衡式径向柱塞泵的设计可以很好地解决流量脉动、刚性和柔性冲击等问题。通过设计使此泵在结构功能上能够适应现代化生产高要求的专用泥浆泵。 泥浆泵（ 是一种宽泛的 泵 的一个通俗概念，不同的地域，习惯，最终涉及的泵型不会一样，本词条所阐述的泥浆泵是多数意义上的的一种泵型。事实上， 污水泵 ，渣浆泵 等一些非清水泵和泥浆泵在叫法上也有通用的时候。 本设计是根据给定设计参数完成专用泥浆泵泵结构设计， 本文在 液力端系统 总体结构和工作原理的基础上 ,对 3井泥浆泵液力端系统 进行详细的结构设计与分析，重点对 冲程、冲次及液力端易损件 进行设计与计算。 关键词： 泥浆泵 ，专用泥浆泵，结构设计 he as of of of in in is of of of in to a as a of in is on to a of To of 目 录 第 1 章 绪论 . 1 压泵工作原理 . 1 浆泵简介 . 3 作原理 . 5 浆泵的性能 . 6 浆泵的分类 . 6 第 2 章 泥浆泵结构与工作原理 . 7 构 . 7 作原理 . 7 复式泥浆泵的运动规律 . 8 浆泵的流量不均度 . 10 计参数 . 10 井泥浆泵的主要作用及工作机构 . 11 第 3 章 钻井泥浆泵液力端总体设计 . 12 力端的总体方案结构设计 . 12 盖结构 . 12 尔体结构 . 13 杆结构 . 13 塞结构 . 15 套结构 . 15 箱结构 . 16 井泥浆泵的主要作用及工作机构 . 17 第 4 章 液力端易损件设计分析 . 19 阀设计分析 . 19 塞设计分析 . 21 套设计分析 . 23 第 5 章 泥浆泵的易损件及影响其寿命的主要因素 . 25 损件的磨损 . 25 损件的正常磨损 . 25 损件的非正常损坏 . 26 浆泵的使用与维护 . 26 浆泵在开启前的维护与保养 . 26 浆泵在运转过程中的使用与维护 . 27 第 6 章 泥浆泵的保养与维护 . 28 浆泵的保养 . 28 浆泵防止过载的方法 . 28 见故障及消除方法 . 29 总 结 . 30 谢 辞 . 31 参考文献 . 32 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 压泵工作原理 泥浆泵属于液压泵种类中的一种，兼有液压泵的特点， 液压泵是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是泵的一种。它的功能是把动力机 (如电动机和内燃机等 )的机械能转换成液体的压力能。输出流量可以根据需要来调节的称为变 量泵，流量不能调节的称为定量泵。液压系统中常用的泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三种，液压泵正常工作必备的条件是： 应具有密封容积。密封容积的大小能交替变化。应有配流装置。配流装置的作用是保证密封容积在吸油过程中与油箱相通，同时关闭供油通路；压油时与供油管路相通而与油箱切断。 1、齿轮泵 :体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。 外啮合齿轮泵 : 当齿轮旋转时，在 A 腔，由于轮齿脱开使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到 B 腔，在 B 腔，由于轮齿啮合，容积逐渐减小，把液压油排出 ,利用齿和泵壳形成的封闭容积的变化，完成泵的功能，不需要配流装置，不能变量结构最简单、价格低、径向载荷大 . 内啮合齿轮泵 : 当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。吸油腔由于轮齿脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于轮齿啮合而排油 典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成利用齿和齿圈形成的容积变化，完成泵的功能。在轴对称位置上布置有吸、排油口。不能变量尺寸比外啮合式略小，价格比外啮合式略高，径向载荷大 2、叶片泵 分为双作用叶片 泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀，运转平稳，噪音小，工作压力和容积效率比齿轮泵高，结构比齿轮泵复杂。 转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油和两次排油 利用插入转子槽内的叶片间容积变化，完成泵的作用。在轴对称位置上布置有两组吸油口和排油口径向载荷小，噪声较低流量脉动小 . 3、柱塞泵 容积效率高，泄漏小，可在高压下工作，大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高 ，价格贵，对油的清洁度要求高。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 2 求时才用柱塞泵。还有一些其他形式的液压泵，如螺杆泵等，但应用不如上述 3 种普遍。 柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，工作容积减小时排油。采用端面配油 径向载荷由缸体外周的大轴承所平衡，以限制缸体的倾斜利用配流盘配流传动轴只传递转矩、轴径较小。由于存在缸体的倾斜力矩，制造精度要求较高，否则易损坏配流盘 . 4、螺杆泵 一根主动螺杆与两根从动螺杆相互啮合，三根螺杆的啮合线把螺旋槽分割成若干个密封容积。当螺杆旋转时，这个密 封容积沿轴向移动而实现吸油和排油 利用螺杆槽内容积的移动，产生泵的作用不能变量无流量脉动径向载荷较双螺杆式小、尺寸大，质量大 . 容积式液压泵的种类很多，按其结构形式的不同，可分为柱塞式 叶片式 齿轮式和螺杆式等类型；按泵的排量能否改变，可分为定量泵和变量泵；按泵的输出油液方向能否改变，可分为单向泵和双向泵。 输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵。液压系统中常用的泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵 3 种。齿轮泵：体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损 严重，泄漏较大。叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀，运转平稳，噪音小，工作压力和容积效率比齿轮泵高，结构比齿轮泵复杂。柱塞泵：容积效率高，泄漏小，可在高压下工作，大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高，价格贵，对油的清洁度要求高。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要求时才用柱塞泵。还有一些其他形式的液压泵，如螺杆泵等，但应用不如上述 3 种普遍。 液压泵的工作原理及分类 1 液压泵的工作原理 图 1示为液压泵的工作原理图，柱塞 2 在弹簧 4 的作用下紧压在偏心轮 1 上，当电动机带动偏心轮转动时，柱塞 2 与泵体 3 形成的密封腔 V 的容积交替变化。柱塞向右运动时，密封腔 V 的容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气的作用下，经单向阀 6进入密封腔 V 而实现吸油；反之，当 V 由大变小时，油液受挤压，经单向阀 5 压入系统，实现压油。电动机带动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油。液压泵是通过密封腔的变化来实现吸油和压油的，其排油量的大小取决于密封腔的变化量，因而又称容积泵。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 3 图 1压泵的工作原理图 要点：液压泵正常工作必备的条件是：（ 1）具有密封容积；（ 2）密封容积能交替变化；（ 3）应有配油装置；（ 4）吸油时油箱表面与大气相通。 理解液压泵的工作原理并不难，如医用注射器工作相似，注射器吸入液体，就是泵吸油，注射器向外推，就是泵的压油过程。 2液压泵的类型和图形符 号 液压泵和按输出流量是否可调节分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类。 图 1压泵的类型和图形符号 浆泵简介 到目前为止，使用泥浆泵钻井己有一百多年的历史。早期的泥浆泵的功能仅在于循环泥浆、冷却井底、携带岩屑和在井壁形成泥饼。在四十年代末，采用了喷射式钻 井，以及后来的井下动力钻具钻井，利用高压泥浆的冲蚀力辅助破碎岩石可以加快钻井速度，利用泥浆的动力驱动井下涡轮钻具也可以旋转钻井，从而扩大了泥浆泵的功能和使用范围。 泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵，这种泵使用时比较可靠，但是体积和重量都较大，效率低，压力波动大。随着钻井井深的增加和套管层次的增多，对钻井泵的排量和泵压提出了愈来愈高的要求。这也导致了泵功率的急剧加大，泵的重量和外形尺寸也随之山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 4 增加。为减轻泵重，当时在双缸泵的设计上较大的改进是以钢代铁和减小泵宽。以钢带铁是用钢板焊接的泵壳代换铸铁泵壳，并将一些 零件改用优质合金钢制造 ;减小泵宽是应用大直径的滚动轴承作连杆大端支撑，摒弃悬臂曲拐轴设计。这样，两缸中心距明显缩小。这些都是 50年代双缸泵的主要改进之处。当然，除此之外在细节结构上也有不少改进。尽管在 50210 10 双缸泵的实际持续工作泵压只能达到 5150 10 制泵压提高的主要因素是活塞橡胶皮碗的寿命。双缸双作用泵的活塞是“捂”在缸体里的，冷却散热条件极差。尽管冲次不高，但在高压下由于活塞皮碗与缸套的摩擦，仍将产生 100上下的温度 :再加上与缸套间的各种磨损作用，皮碗很快老化破裂，不能保证钻井作业的正常进行和使用的合理寿命。但这种单向活塞和敞口缸套的结构给吸入带来了特殊的问题，即三缸泵的吸入过程中，只要缸内压力低于当地大气压，空气就可能从活塞背后侵入液缸而破坏正常吸入。所以，在原则上三缸泵应配置灌注泵，这也是国外通常的做法。三缸单作用泥浆泵的优点在于体积小、重量轻、效率高、压力波动小，特别适用于钻井。三缸单作用泥浆泵经过三十多年的不断改进和完善，在性能上、结构上、可靠性、适应性与经济性等 方面，已经走向成熟，使用效果也很显著。 在我国，第一台泵是五十年代诞生的，为双缸泵。在七十年代，由于钻井工艺的试验和推广，引进国外三缸泵及技术。从此开始了三缸泵的研制工作，它在短短的数年中取代了双缸泵，成为提高喷射钻井水平的关键设备。 在使用旋转钻井法钻石油、天然气井的作业中，钻井往复泵用于泵送钻井液 泥浆，使其循环流动进行冲井。所以钻井泵通常被称为泥浆泵。按其工作重要性，又被比拟为“钻机的心脏”。 泥浆循环是旋转钻井过程中的关键作业，主要有以下作用 : 1、清除井底的岩屑并将其经由环形空间携至地面； 2、在 井壁上造泥饼，防止井壁坍塌； 3、平衡或控制已钻开的井段中的油、气、水层压力，防止井喷； 4、处理井下复杂情况。如遇裂缝地层时泵入堵漏材料，遇卡钻时泵入原 油、柴油解卡等。 5、冷却钻头，润滑旋转的钻柱。 钻探工作对泥浆泵的要求主要有以下几点： 速地在较大范围进行调节，最好能实现无级调节； 不能随泵的排出压力的变化而 发生变化； 损件寿命长、便于维修保养； 的工作； 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 5 泥浆泵，是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。 图 1浆泵 工作循环图 在常用的正循环钻探中它是 将地表冲洗介质 清水泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下，经过高压软管 水龙头 及 钻杆 柱中心孔直送钻头的底端，以达到冷却钻头、将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。 常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的，由动力机带动泵的曲轴回转，曲轴通过十字头再带动 活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下，实现压送与循环冲洗液的目的。 作原理 泥浆泵是在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分。它的主要作用是在钻进过程中将泥浆随钻头钻进注入井下，起着冷却钻头，清洗钻具、固着井壁、驱动钻进，并将打钻后岩屑带回地面的作用。在常用的正循环钻探中泥浆泵是将地表冲洗介质清水泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下经过高压软管水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端以达到冷却钻头将切削下来的岩屑清除并输送到地表的 目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的由动力机带动泵的曲轴回转曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往復运动。在吸入和排出阀的交替作用下实现压送与循环冲洗液的目的。 泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关即孔径越大所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑岩粉及时冲离孔底并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时一般上返速度在 1 米 /分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅冲洗液所经过的通道的阻力以及 所输送冲洗液的性质等。钻孔越深管路阻力越大需要的压力越高。随着钻孔直径深度的变化要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 6 有变速箱或以液压马达调节其速度以达到改变排量的目的。为了準确掌握泵的压力和排量的变化泥浆泵上要安装流量计和压力表随时使钻探人员瞭解泵的运转情况同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生孔内事故。 浆泵的性能 泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关即孔径越大所需排量越大。要求冲洗液 的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑岩粉及时冲离孔底并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时一般上返速度在 1 米 /分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。钻孔越深管路阻力越大需要的压力越高。随着钻孔直径深度的变化要求泵的排量也能随时加以调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度以达到改变排量的目的。为了准确掌握泵的压力和排量的变化泥浆泵上要安装流量计和压力表随时使钻探人员了解泵的运转情况同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生 孔内事故。 浆泵的分类 泥浆泵分单作用及双作用两种型式单作用式泥浆泵在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排水动作。而双作用式泥浆泵每往复一次完成两次吸排水动作。若按泥浆泵的缸数分类有单缸双缸及三缸 3 种型式。 污水泥浆泵是单级单吸立式离心泵 ,主要部件有蜗壳、叶轮、泵座、泵壳、支撑筒、电机座、电动机等组成。蜗壳、泵座、电机座、叶轮螺母是生铁铸造、耐腐蚀性较好 ,加工工艺方便。叶轮为三片单园弦弯叶 ,选用半封闭叶轮 ,并采用可锻铸铁、所以强度高 ,耐腐蚀 ;加工方便 ,通过性好 ,效率高。为了减轻重量和减 少车削量、泵轴是优质碳素钢冷拉园钢制造。泥浆泵座中装有四只骨架油封和轴套 ,防止轴磨损 ,延长轴的使用寿命。本泥浆泵可垂直或倾斜使用 ,占地面积小 ,蜗壳需埋在工作介质中工作 ,容易启动 ,不需引水 ,旋转方向应从电机尾部看是顺时针方向工作。总机长度备有各种规格 ,以便使用单位根据用途因地制宜地选用。 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 7 第 2 章 泥浆泵结构与工作原理 构 泥浆泵由动力段和液力端两大部分组成。动力端的功能，是将动力机的回转运动转变为活塞 (或柱塞 )的直线往复运动。它包括传动离合装置、变速减速装置和曲柄连杆。它们的相互位置与安排决定 着泵的总体结构型式，决定着泵的驱动方案及结构方案的选择。动力端的主要零部件包括皮带轮，离合器曲轴箱体及其中的传动轴，齿轮副，曲轴，连杆及十字头滑块。液力端油泵头体、缸套、活塞、活塞杆吸入阀和排出阀等组成，它的作用是通过活塞在缸套中作往复运动形成液缸容腔变化，完成能量转化，实现吸入和排出液体。 此泵曲轴箱由两极齿轮变速机构和曲柄连杆机构组成。曲轴箱的输入轴和输出轴通过牙钳联轴器对接传动。当曲轴箱的输入轴上的双联变速齿轮分别和曲轴上的对应齿轮相啮合，曲轴可得到快慢两级转速。加上变速箱的四级变速。曲轴上总共可获得 8 级转速，实现 8 级变速。液力端属于直通式结构，便于制造，装配精度高 。 作原理 对单作用泵来说其工作原理可简化下图说明： 图 2单缸单作用泵工作原理示意图。它由滤水器 l、吸入阀 2、泵缸 3(即工作腔室 )、活塞 4、活塞杆 5、十字头 6、连杆 7、曲柄轴 8、曲柄销 9、排出阀 10、排出管道 11 等主要零部件组成。 图 2 工作原理示意图 1滤水器 3. 泵缸 7. 连杆 8. 曲柄轴 9. 曲柄 通常以十字头为分界线，靠近 泵缸一端称为泵的液力端，靠近动力输入一端称为泵的动力端。 动力机通过皮带、皮带轮、齿轮等传动件带动主轴旋轮，曲柄轴 8 以角速度 。随主轴一起转动，同时曲柄轴一端相连的连杆 7 随着曲柄轴的转动带动连杆另 端的十字头 6作往复运动，十字头通过与它相连的活塞杆 5 带动活塞 4 作往复运动，从而实现容腔 3 的容积有规律地变化。 当活塞由泵缸的左端位置 (左死点 )向右方移动时，活塞左端泵缸容积不断变化。由于山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 8 泵缸是密闭容腔，不与外界大气相通，所以左边缸室内压力降低，形成负压（低于大气压力 )， 吸水池中的液体在液面大气压力的作用下，挤开吸入阀进入泵缸，挤开吸入阀进入泵缸，直到活塞移至最右边位置 (右死点 )为止。这一工作过程称为泵的吸入过程当活塞到达右死点后 (即曲柄转过 作液停止吸入，吸入阀在自重和弹簧力作用下被关闭，活塞向左方 (向液力端 )移动，这时液力端一边泵缸的容积缩小工作液受挤压，缸内压力逐渐加大，挤开排出阀，液体排出，进入排出管道，这 过程称为泵的排出过程。活塞在一次往复过程中，此单作用泵吸入和排出液体一次，活塞不断循环往复运动使液以体不 断吸入和排出。 由泥浆泵的工作过程可以得出 :泥浆泵是一个往复泵，它之所以能够实现吸、排液体，是由于活塞在泵头体内作往复运动 而使吸入管产生真空，使排出管压力升高。由于泥浆泵是借助于工作腔容积变化进行吸、排液体的，所以泥浆泵也是一种容积式泵。 泥浆泵属于往复泵，往复泵的突出优点是 :高泵压，泵压不随流量 (排量 )变化，泵的效率高、并且不随流量变化，能输送高粘度、高含砂量及含磨砺性固体颗粒的液体 复泵的缺点是 :流量比较小，瞬时流量和泵压是脉动的，泵的体积大，易 损件较多，维修工作量大。 尽管往复泵有上述不足，但是，这并不意味着往复泵有全部被其它类型泵所取代的趋势。今后往复泵发展的趋势是 :充分发挥往复泵配套性强，适应介质广泛的优势，充分发挥往复泵在流量较小而排出压力很高时整机效率高及运转性能好的优势，充分发挥往复泵的流量与排出压力无关的优势 使往复泵不断发展，不仅要充分发挥它的优势，而且还要不断地克服它的缺点。 复式泥浆泵的运动规律 曲柄连杆机构及活塞的运动规律 : 往复式泵通常都是通过曲柄连杆机构将原动机的等速回转运动变为活塞的往复直线运动，并通过活塞将原动机的能量传递给液体。由于曲柄连杆机构的运动特点，决定了活塞的运动是遵循着一定规律而变化的，这种规律又决定着液体在缸内的运动规律。因此研究流量的变化规律首先要研究活塞的位移、速度、加速度的变化规律。曲柄连杆机构与活塞的运动情况如图 2 2 所示。 图 2柄连杆机构与活塞运动情况示意图 若曲柄回转中活塞中心线位于同一个水平面内，以活塞在泵缸左端终点位置为坐标原山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 9 点。此时图中角 ， 均等于零 。当曲柄顺时针转动时，则活塞自左向右运动，其运动距离为： ( 1 c o s ) ( 1 c o s )x r L （ 2 1） 式中： L 连杆长度， m； R 曲轴半径， m； 曲柄的转角； 连杆的摆角。 当活塞自由向左运动时，计算式相同，但右边两项之间取“ ”号，将 值换为的三角函数表示则应为 s in s （ 2 2） （ 2 3） 2 2 2c o s 1 s i n 1 s i n (2 4) 上式按牛顿二项式展开 ，可得： 2 2 4 4 6 61 1 1c o s 1 s i n s i n s i n . . . . . 1 6 （ 2 5） 活塞的位移，速度，加速度的近似计算方程： (1 co s ) （ 2 6） （ 2 7） 2 （ 2 8） 往复式泵活塞运动速度 u 不是定值，而是每一瞬时都在变化，而且是近似按正弦规律变化；从上式可知，活塞运动加速度 a 也是在变化的，它在往复运动过程中，近似按余弦规律变化。以单杠泵为例，它在排出液体过程中，活塞自某时刻 t 起，经过时间 t ，活塞移动距离为 x ，则在 t 时刻泵的瞬时排量为： ( s i n s i n 2 )6 0 2 （ 2 9） 式中 S 活塞冲程，为曲柄半径的 2 倍。 对于三缸单作用泵，其曲柄互成 120 度夹角。曲柄回转一周，三个液缸各排出液体一次，故流量变化曲线图上有三条近似正弦曲线。泵的瞬时流量应是各条曲线在同一时刻的纵坐标数值之和，如下图所示： 山东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 10 图 2缸单作用泵瞬时排量曲线 活塞的运动规律决定了瞬时流量的变化规律。不同缸数的往复式泵，其瞬时流量的变化范围不同，产生流量不均匀 。 浆泵的流 量不均度 流量不均度是用来衡量往复泵流量脉动程度的指标。 m a x m i （ 2 10） 式中：泵的最大瞬时流量 泵的最小瞬时流量 Q 泵的理论平均流量。 3 3( 1 )6 0 2 6 0 23 360 F n S = （ 2 11） 往复式泵的流量不均匀度过大，将给钻探工作带来以下不良影响： 1 使冲洗液携带岩粉的能力降低，容易造成埋钻、糊钻等事故； 2 会导致液流压力波动增大，从而引起孔壁坍塌或严重漏失； 3 造成吸入系统内液流惯性增大，使吸入性能变坏，使液缸内出现强烈的冲击现象，还可能形成排出系统发生振动，降低泵及其附件的使用寿命； 4 当给涡轮钻具、螺杆钻具等提供动力介质时，冲洗液流量的波动会使钻具运转不平稳，时快时慢，还使得原动机功率的无谓消耗增加。 计参数 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=东英才学院 2016 届本科生毕业设计（论文） 11 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井泥浆泵的主要作用及工作机构 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 21 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） 12 第 3 章 钻井泥浆泵液力端总体设计 力端的总体方案结构设计 查阅资料，确定 3行运动和动力计算。结构如图 3示： 1 2 3 436 536 6 7 8 9 10 11密封圈 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 263627 28 29 30 31 3236 3力端的总体结构 归纳起来大致分为五部分：即缸盖总成、凡尔总成、
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