岩心钻机升降机的设计开题报告

1、开题报告开题报告 (XY-4(XY-4岩心钻机升降机的设计岩心钻机升降机的设计) ) 岩心钻机的功用：岩心钻机的功用： 钻机是向地下钻孔的机器， 是完成钻进施工的主机， 它带动钻具和钻头向地层深处钻进， 并通过升降机完成起下钻具和套管， 提取岩心，更换钻头等辅助工作。 泵的作用是向孔内输 送冲洗液以冲洗孔底，冷却钻头和润滑钻具。 它广泛应用于国明经济的许多部门， 它是从事 各种钻探施工必不可少的主体设备。 升降机的功用：升降机的功用： 钻机的升降机有主升降机和副升降机之分：主升降机用于升降钻具和套管；副升降机 可用于起吊其它管材或重物，打捞绳索取心钻具内管，升降捞砂简、取土器等。 升降机的设计

2、要求：升降机的设计要求： 由于钻机的升降机在在钻探的过程中，工作时间长，其性能的好坏，直接关系到钻进 的效率钻孔的质量和生产的安全，因此升降机要满足以下要求： 在满足升降机工艺要求的前提下，应能最大限度地降低升降工序的机动时间和充分 提高功率利用系数。 要求升降机的结构与强度具有一定的超载能力。 操作方便、动作灵敏、平稳、劳动强度小、工作安全可靠，现代钻机应考虑操作远 离钻机本体，实现远距离手柄或按扭操作。 结构简单。 设计目的：设计目的： 通过设计知道钻机的工作性能以及升降机的结构； 分析升降机的转矩特性和转速特性； 分析计算升降机的特性参数； 应用一些软件对升降机进行仿真分析，从而，进一步

3、了解升降机的性能。 技术方案的确定：技术方案的确定： 本次设计是在原有的 XY-4 岩心钻机的基础上，利用所给的设计参数： 输入轴转速（r/min）：约 450、约 310、约 217、约 117； 卷筒转速（r/min）：约 160、约 110、约 78、约 42； 最大提升能力：29.4KN； 卷筒直径：285mm； 钢绳直径：16mm； 卷筒容绳量：52mm； 提升速度：0.82、1.51、2.16、3.13。 进行计算，分别进行工作参数的选择： 升降机的最大起重量 Pq； 提升速度分为：最高缠绳速度Vmax、最低缠绳速度 Vmin； 调速范围 R； 速度档数及中间速度。 抱闸的受力分析

4、： 下降制动力矩； 提升制动力矩； 手柄上的作用力； 抱闸的发热验算： 抱闸在制动过程中， 将钻具和提升系统的动能全部转化为热能， 这些热能会使抱闸和制 圈的温度升高。这样会使摩擦系数降低，制动力矩减小，而且会使热应力增加，加剧摩擦材 料的磨损，因此要对其进行发热验算，看是否能够男组要求。 通过上述计算就可以知道升降机的最大起重量、 提升速度、制动力矩等等，我们就利用这些 参数来选择升降机的主轴、行星轮系齿轮、支架、中心齿轮、行星轮轴等所有的零件型号和 尺寸，进而绘制出总装配图。在经过一些软件来分析升降机的性能。 升降机类型的确定：升降机类型的确定： 类型 胀闸传动 式 特点 次种升降机简化了

5、机械传动结构，采用液压控制，易实现远 距离操作以及自动化；而且工作平稳；卷筒制圈散热条件好。 但只适用于有液压系统的钻机。 采用钻机型号 SPC-300 型 XB-500 型 用于钻机辅助 升降机 锥摩擦传此类升降机结钩比较简单， 易损件少、结实耐用、但传动效率 动小，两摩擦锥面易进入泥浆、油污等，工作可靠性较差。只有 少数窃孔及次深孔钻机使用 片式摩擦 力合器传 动式 液压传动 式 行星轮传 动式 传动较锥摩擦式平稳， 传动同样功率时 结构尺寸较锥摩擦式 小，但结构较锥摩擦式复杂，更换离合器片不太方便。 可以实现无级调节升降机的速度和远距离自动控制，而且升 降机结构大大简化。不足之处是液压马

6、达要求加工、装配精 度高、不便野外修配。 与摩擦传动式相比，在尺寸相同时，能传递较大功率以及获 得较大的传动比；传动效率大；结构紧凑，传动平稳，操作 灵活。 用于机械传动 式钻机 表 1 升降机类型的比较 因此，通过上述分析，我们选择行星轮式升降级。 行星轮式升降机的原理分析行星轮式升降机的原理分析 行星轮式升降机分为行星轮轴支撑在提升在制圈上，内齿圈与卷筒装在一起； 行星轮轴装在卷筒上，而内齿圈和提升制圈联在一起。 类型结构示意图工作原理 (1)提升钻具刹紧提升抱闸 8， 同时松开制动抱闸 9。行星轮 5 及 其轴 4 不能绕升降机轴 1 公转。在 角速度为 a 的中心轮带动下，行 星轮绕自

7、身轴以 g 自转，并带动 内齿圈以 b 转动，缠绕钢绳，提 升钻具。提升时，定轴轮系行星式 升降机的传动比为 (1-1) 式中：Zb、Za-分别为内齿圈与 第 一 类 中心轮齿数；-号-转向相反。 (2)制动钻具抱闸 9 刹住下降 制动盘，同时松开抱闸 8。因卷筒 与内齿圈被闸住不转，钻具停止升 降。此时行星轮自转又公转。 (3)下降钻具两抱闸均松开， 在钻具自重作用下钻具下降图 3-6(c)。 (4)微 动 升降 （ b 、 H 可 控）即慢速控制升降工况。若松 开提升抱闸 8，控制制动抱闸 9， 钻具会出现下降、停止和慢速下降 运动状况；若松开制动抱闸 9，控 制提升抱闸 8，行星轮出现三

8、种运 动状态，即钻具提升、停止（不稳 定）和下降运动状况。因此，行星 式升降机能够并允许微动升降操 作，两抱闸只要不同时刹死，两者 制紧程度配合得当，微控升降操作 就会得心应手。 次类行星轮传动式升降机在各工 况下的操作与第一类的相同。 仅轮 系在各个工况下的运行状态与第 一类不同。 第 二 类 表 2 两种行星轮式升降机的比较 根据岩心钻机的工作场地以及工作状态等条件和上述工作原理，我们选择第一类。 升降机结构的确定：升降机结构的确定： 通过查阅资料，从而确定XY-4 岩心钻机升降机的结构形式（如图1.1）；升降机由卷 筒、行星传动机构、水冷装置及抱闸组成。升降机轴19 右端的花键部插入分动

9、箱的轴齿轮 的花键中；升降机轴 19 的左端通过水套轴 8、单列向心球轴承 11、支架 13 等支承在支架 上；轴左端头是四方轴头，作为人力传动升降机轴用；卷筒用两盘313 型轴承 16、36 支承 在升降机轴 19 上。行星传动机构由中心齿轮24、游星齿轮 32、内齿圈 20 等组成。中心齿 轮以花键连接装在轴 19 的右侧。行星齿轮用两盘207 型轴承 30 装在行星轮轴 29 上，行星 齿轮共三组，均布安装在左右支架 27 上；行星轮轴的左右支架分别用一盘 313 型轴承 36 和两盘 111 型轴承 26 支承在升降机轴上；右支架27 外侧用平键 28 与提升制动盘 34 联结， 并用

10、螺钉将端盖 23 固紧在支架右侧，防止提升制动盘外串，两个支架用3 个均布的螺栓连 接成一体。水冷装置由水套轴8、引水环 9、压盖 10、水管 3 及制动盘水套等组成。 图 1-1XY-4 型升降机 1-制动抱闸；2-水管接头；3-水管；4-接头式压注油杯；5-骨架橡胶油封；6- 档板；7-堵丝；8-水套轴；9-引水环；10-压盖；11-单列向心球轴承；12-水 管接头；13-支架；14-内螺纹圆柱锁；15-骨架式橡胶油封；16-单列向心球轴 承；17-孔用弹性挡圈；18-卷筒；19-升降机轴；20-内齿圈；21-密封盖；22- 直通式压注油杯； 23-端盖； 24-中心齿轮； 25-毡封油圈

11、； 26-单列向心球轴承； 27- 游星轮支架； 28-平键； 29-游星轮轴； 30-单列向心球轴承； 31-孔用弹性挡圈； 32- 游星齿轮；33-骑缝螺丝；34-提升制圈；35-提升抱闸；36-单列向心球轴承 升降机的参数的分析计算：升降机的参数的分析计算： 升降机的最大起重量 Pq： 升降机的最大起重量Pg 指的是用单绳一速提升时，升降机的最大提升负荷，它取决于 大钩载荷及滑车系统的结构。而大钩载荷又依据额定孔深下的最大钻具重量确定。 大钩载荷可用下式计算： Q=Q。= （1- 。/ ） 式中 Q。额定孔深时的钻具总重； 卡塞系数。它又反映了升降机的超载能力，又可称为超载系数。一般 K

12、15 4。浅孔及大口径钻机取值较小， 中深孔及小口径钻机取值较大， 深孔钻机取 值最大； 钻扦重量修正系数。接头连接 105，接箍连接 11； 每米钻杆重量； 额定孔深的钻具总长； ； 。冲洗液比重； 钻杆材料比重。 提升速度分为：最高缠绳速度Vmax、最低缠绳速度 Vmin； 最高缠绳速度 Vmax 是根据提引器的最高上升速度确定的。 式中。 max提引器上升最高速度， 它受立根长度和操作安全限制。 不同的立根长度， 所允许提引器的最高上升速度不同。 最低缠绳速度 Vmin 根据动力机的额定功率及大钩载荷确定。可用下面公式计算： 式中N动力机额定功率KW； 动力机至卷简的总传动效率，一般取0

13、.80.85； Q大钩载荷，kg。 调速范围 R： 当 Vmax 及 Vmin 确定之后，调速范围R 己成定值。 速度档数及中间速度： 设：T用第一速(最低速)提升全部钻具所用的时间； Tm用 M 个档提升全部钻具所用的时间； T提升时间系数； A动力机在 T 内可以做的功； Am动力机在 Tm 时间内实际做的功； N升降机的功率利用系数； 提升时间系数 T 及功率利用系数 N 用下式计算： 下降制动力矩； 制动正在下降过程的钻具，卷筒上除承受钻具自重产生的静力矩Mj 外，还必须承受钻 具与升降系统的惯性力产生的附加动力矩Md。因此，制动钻具所需的制动力矩Mx 等于以 上二力矩之和，即 在实际

14、计算时，一般采用下面的经验公式： 式中 动载荷系数， 121。4，悬挂钻具时，可以看成为制动安全系数； Qdg下降钻具时，最大大钩载荷； m有效钢丝绳数； 滑轮系统效串； Ds卷筒的计算直径； D卷简直径； d钢丝绳直径。 提升制动力矩； 提升时，所需的制动力矩取决于提升负荷的大小及升降机的结构类型。下面以第一类 行星轮式升降机为例分折提升制动力矩的计算： 则提升制动力矩应为： 所以 式中Pq升降机的最大起重量； rs卷筒计算半径，缠绕三层钢绳； Ds卷筒计算直径； D卷筒直径； d钢丝绳直径。 手柄上的作用力； 设制带的抱角为 ，制带与制圈的摩擦系数为f，制动时，制带两端所需的拉力为T1、

15、T2。根据欧拉公式平衡条件可知道手柄上的作用力： 式中 P手柄上的作用力； T偏心轮作用于制带头上的压力； b偏心轮的偏心距； 手柄长度； 1两制带头所夹角度的一半。 抱闸的发热验算： 抱闸在制动过程中，将钻具和提升系统的动能全部转化为热能，这些热能会使抱闸和 制圈的温度升高。这样会使摩擦系数降低，制动力矩减小，而且会使热应力增加，加剧摩 擦材料的磨损，因此，在设计时必须考虑抱闸的散热和降低温升问题，并进行抱闸的发热 验算。 升降机工作时的动能 E： 式中m1钻具及提引进置的质量，kg; 钻具的下放速度，ms； J升降机的转动惯量； 卷筒制动前的角速度，rads。 而 式中m 2卷筒的质量，k

16、g； Dz卷筒的直径，m； n卷筒的转速，rmin。 假定制动时所有的热量都被制圈吸收。则其温升为： 式中X立根数，今 XL/l； L钻具总长，m； l立根长度，m； m3制图的质量，kg。 选件：选件： 通过上述计算和对结构的分析，查阅机械设计手册就可以确定每一个零件的型号和尺 寸大小。 验算：验算： 对所有的件进行综合的检验，看是否满足要求。 绘制工程图：绘制工程图： 利用 CAD 等软件绘制出工程图。 技术难点：技术难点： 对总体的技术方案的确定； 对行星轮式升降机的两种方案的对比分析，选取第一中的原因； 对总体结构布局合理性的选择； 个别零件的型号和尺寸的选择。 关键技术问题的解决方案：关键技术问题的解决方案： 对升降机类型的选择： 通过对升降机 5 种不同形式的结构分析， 特点分析， 从而选择出合理的一种结构作为本 次设计的结构。 两种不同行星轮式升降机的选择： 同理，通过对它们的结构分析以及特点的对比，再根据XY-4岩心钻机的其他结构的特 点，还有升降机的工作环境等条件就可以选择出合理的结构。 结构布局的选择：