螺紋套管密封試壓裝置設計畢業(yè)設計

1、螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 1 湛湛 江江 海海 洋洋 大大 學學 畢業(yè)設計（論文）書畢業(yè)設計（論文）書 設計題目設計題目： 螺紋套管密封試壓裝置設計 (機械和電氣控制系統(tǒng)設計) 專專 業(yè)業(yè)：機械設計制造及其自動化 班班 級級： 00 級(3)班 學生姓名學生姓名： 李宗遠 指導教師指導教師：張世亮、施漢基 職稱： 副教授、教授 200 4 年年 6 月月 1 日日 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 2 目目 錄錄 中英文摘中英文摘 要要 1 序序 言言 6 第一篇第一篇 機械部份設計機械部份設計 第一章第一章 系統(tǒng)方案的擬系統(tǒng)方案的擬 定定 7 第二章第

2、二章 機械部份各部件的設計校核及選機械部份各部件的設計校核及選 用用8 11夾具部 份 8 12液壓馬 達 8 13聯(lián)軸 器 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 3 9 14滾動軸 承 10 15撥盤的設計與校 核11 16堵頭的設計與校 核12 17移動工作臺支承體重量估 計13 18導軌的設 計 14 19 支架的設 計 17 第二篇第二篇電氣部份設計電氣部份設計 第第三三章章電氣線路設電氣線路設 計計 18 21主回路設 計 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 4 18 22控制回路設 計 18 23控制電路電 源 19 24繪制電氣原理 圖19 第四章第四章

3、選擇電器元選擇電器元 件件 20 31電源引入開 關 20 32熱繼電 器 20 33熔斷 器 20 34接觸 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 5 器 20 35行程開 關 21 36壓力繼電 器 21 37控制按 鈕 21 38信號 燈 21 第三篇第三篇英文摘要英文摘要 discussion 22 第四篇第四篇中文翻譯中文翻譯 討討 論論 23 第五篇第五篇總結總結 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 6 總總 結結 24 鳴鳴 謝謝 25 參考文參考文 獻獻 25 中英文摘要中英文摘要 摘要：摘要： 本課題 tr-(n)pt 系列螺紋套管密封試壓裝置設計是

4、南海合眾公司的技術 改造項目。螺紋套管是該公司 2001 年的新產品，該產品應用于海上油田勘探和 開采油田打井的快速鉆井技術中。設計在原有試壓裝置的基礎上，進行一些技 術上的改進，通過機械電氣控制將機械、液壓、電氣等技術融合在一起，使新 裝置在鉆井效率、降低成本、簡化工藝等方面有很好的發(fā)展，使其更具自動化 和人性化。在這里，主要進行的是機械和電氣控制系統(tǒng)的設計。 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 7 關鍵詞：螺紋、套管、試壓、機電、自動化。 abstract: the question for discuss the design of a equipment for the

5、screw bushings pressurization and trial pressure, is a program of technique alteration in hezhong corporation of south sea. the screw bushing which is mainly applied in the exploitation of flat roof on the sea, is a new product of this corporation in 2001. based on the equipment which is now in use,

6、 the design make some technique alterations. it melt mechanism、fluid drive and electric in a pot with the help of mechanical and electric control. as a result, the new equipment is more automatic 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 8 and is full of humanism than before. in here, the main tasks are the design o

7、f mechanism and electric control system. key words: screw、bushing、trial pressure 、mechatronics、automatization 序言序言 時光東逝如流水，我在大學求學也即將期滿畢業(yè)，：雖不是學業(yè)有成，卻 有幸得到諸多師長的殷殷教誨和熏陶，這是我在大學四年里最大的收獲。尤其 在畢業(yè)設計期間，在校內指導老師、班主任，校外工程師等師長的悉心教導下 我才能順利地完成這次畢業(yè)設計的任務課題。還有就是我各位同學的大力支持 和幫助！在此我一并由衷地向他們表示感謝！ 盡管如此,由于本人的水平有限,設計中難免存在不當和錯

8、誤,希望得到各位 評委的批評和指正。 機械設計基礎是在我們學完了大學的絕大部分基礎課程|、技術基礎課程以 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 9 及大部分專業(yè)課程后進行的。這是我們在進行畢業(yè)之前對所學各課程的一次深 入的綜合性的實踐，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們三年的大 學生活中占有重要的地位。 就我而言，我希望能通過這次畢業(yè)設計對自己未來將從事的工作進行一次適應 性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，從而更好的以積極向上的 態(tài)度來對待工作能溶入到實踐中去，也為以后的工作打下一個良好的基礎。 我們做畢業(yè)設計目的是： 1.學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般液壓系統(tǒng)

9、技術問題的獨立工作能力，拓 寬和深化學生的知識。 2.學生樹立正確的設計思路，設計構思和創(chuàng)新思維，掌握液壓系統(tǒng)設計的一 般程序.規(guī)范和方法。 3.學生正確使用技術資料.國家標準，有關手冊.圖冊等工具書。進行設計計 算.數(shù)據處理.編寫技術文件等方面的工作能力。 4.學生今昔功能調查研究。面向實際。面向生產。向工人和工程技術人員學 習的基本工作態(tài)度.工作作風和工作方法。 由于能力有限，設計尚有不足之處，懇請各位老師給予指教。 第一篇第一篇 機械部分設計機械部分設計 第一章第一章 系統(tǒng)方案的擬定系統(tǒng)方案的擬定. 1,螺紋套管的夾緊機構仍采用合眾近海建設公司的作業(yè)現(xiàn)場的相同。雖然 操作上有點不方便，但

10、從經濟上考慮，從產量方面考慮,從夾緊的可靠性考慮， 采用現(xiàn)場設備，真正做到最大可能地利用原有設備。 2,擰緊機構采用液壓馬達帶動旋轉撥盤撥動螺紋堵頭，將螺紋堵頭旋進套 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 10 管.采用的液壓馬達的扭矩很大，可達到 23000nm 擰緊力,動力很大，能達到螺 紋套管所要承受的扭矩負載，省去了一個龐大的傳動系統(tǒng),使機構簡單緊湊。 3,因螺紋套管兩頭都要安裝堵頭，為節(jié)省時間，提高工作效率，堵頭的旋 進采用兩邊同時進行，即兩邊運動機構除旋轉堵頭不同外(一個為內螺紋,一個為 外螺紋)，其余部分均可做的相同,從工藝方面考慮，不用采用兩套不同的工藝， 在制造時

11、，應使兩邊的零部件具有互換性，從而簡化工藝,提高系統(tǒng)的性價比。 4，系統(tǒng)的擰緊部份的傳動鏈如下：電動機-液壓泵-液壓馬達-聯(lián)軸 器-旋轉撥盤-堵頭。 5，整個系統(tǒng)的控制采用電氣控制。 6，在此基礎上，擬畫螺紋套管試壓裝置原理圖. 第二章第二章 機械部分各部件的設計校核與選用機械部分各部件的設計校核與選用. 1夾具部分夾具部分. 考慮到經濟性及技術性要求，其定位是采用 v 形塊，螺紋套管上面也用 v 形塊壓住。夾緊依靠液壓缸推動連桿機構將工件壓緊,其原理示意圖如下: 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 11 液壓缸用合眾公司現(xiàn)液壓缸,其校核已達到要求. 2 液壓馬達液壓馬達. 選根

12、據參考資料 理論輸出扭矩t t = 馬達進出口壓力差p x 排量v 及現(xiàn)場要求選用的馬達必須滿足: p x v = 23000n.m 在保證扭矩t t的情況下,初步選用該馬達的系統(tǒng)排量為6.3l/r. 所以馬達的壓力差 p = 2 23000/6.3 pa = 22.428 106pa =22.9mpa 根據提供的數(shù)據資料: 用低速大轉矩馬達: 選用njm型內曲線徑向柱塞馬達: njm型內曲線柱塞馬達是多作用橫梁傳動 式徑向柱塞式低速大轉矩馬達.它具有結構緊湊,效率高,轉矩大,低速穩(wěn)定性好等 優(yōu)點,一般不需要經過變速裝置而直接傳動轉矩廣泛用于工程,礦山,器重,運輸,船 螺紋套管密封試壓裝置設計

13、螺紋套管密封試壓裝置設計 12 舶,冶金等機械設備的液壓系統(tǒng)中. 根據計算數(shù)據選取:njm-g6.3徑向柱塞馬達 其型號標記為:njm-g 6.3 技術參數(shù)如下: 排量 壓力最高轉速 轉矩 質量 額定 / 最大 額定 最大 6.3l/r 25/32mpa 40r/min 28849n.m 524kg 3 聯(lián)軸器聯(lián)軸器. 根據上面選用的馬達，由于轉矩最大達到 28849n.m 采用 gcl 型鼓形齒式聯(lián)軸器，其型號為 gcl11,如下圖,其技術參數(shù)為： 公稱轉矩:tn=35500n.m 許用轉速:n=2350r/min 重量:m3=138kg 轉動慣量:j=4.941kg.m2 軸孔長度 l=1

14、67mm. 軸孔直徑 d1=d2=120mm d=325mm d1=276mm d2=235mm a=81mm b=170mm c=14mm h=3.5mm 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 13 潤滑脂用量 v=550ml 4 滾動軸承滾動軸承. 軸承承受的力主要為徑向力，因而采用深溝球軸承，根據撥盤的直徑選取 軸承，選定為型號為 61928 的軸承,其技術參數(shù)為： d=140mm d=210mm b=24mm m4=1.496kg cr=65.1kn cor=67.2kn 61928 軸承的配合的選擇： 軸承的精度等級為 d 級，內圈與軸的配合采用過盈配合,軸承內圈與軸的配

15、 合采用基孔制，由此軸的公差帶選用m6，查表得在基本尺寸為 140mm 時， it6de 公差數(shù)值為 25um，此時軸的基本下偏差 ei=+0.015mm，則軸的尺寸為 mm。外圈與殼體孔的配合采用基軸制，過渡配合，由此選用殼體孔 04 . 0 015 . 0 140 公差帶為 m6，it6 基本尺寸為 210mm 時的公差數(shù)值為 0.029mm，孔的基本上 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 14 偏差 es= -0.015，則孔的尺寸為mm。 015 . 0 044 . 0 210 5 撥盤的設計與校核撥盤的設計與校核. 撥盤的作用是將傳遞扭矩，將馬達的傳動傳到旋轉堵頭，為了

16、裝拆的方便， 將撥盤撥動堵頭的部份用螺母將其和旋轉堵頭擰緊，以防止軸向運動時的沖擊。 馬達的轉矩靠聯(lián)軸器傳給撥盤，因聯(lián)軸器的孔為花鍵孔，所以撥盤的軸端也要 做成花鍵軸，以便同聯(lián)軸器聯(lián)接。 現(xiàn)設計的撥盤的形狀與尺寸如下: 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 15 6堵頭的設計與校核堵頭的設計與校核. (1)堵頭為內螺紋的堵頭. 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 16 堵頭的作用是在螺紋套管進行水壓實驗時，將螺紋套管密封起來的零件， 因水壓比較大，其強度要求也要求比較高的。同時在擰緊時，扭矩很大，其螺 紋部份也要做成和螺紋套管相匹配的螺紋形式。為了方便撥盤撥動堵頭旋轉

17、， 堵頭的四周也要做出相應的孔，用螺栓連接。 現(xiàn)設計的堵頭的形狀及具體尺寸如下: 因堵頭在工作時承受的扭矩較大,同時堵頭的注水壓力也較大,因此堵頭的材 料選用高強度的合金鋼，現(xiàn)對其與撥盤螺栓連接強度校核。 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 17 因為此螺栓聯(lián)接為受轉矩的螺栓組聯(lián)接，當采用普通螺栓時，靠聯(lián)接預緊 后在接合面間產生的摩擦力矩來抵抗轉矩，由于此聯(lián)接中各螺栓的預緊程度相 同，即各螺栓的預緊力為 f，所以各螺栓聯(lián)接處產生的摩擦力均相等，假設此 摩擦力集中作用在螺栓中心處，由本設計的零件可知： 4ffk t 即 f 0s0 fr tks 4 查有關資料可知：f=0.15 k

18、 =1.2 t=23000nm r=265mm s 代入上式公式里可求得 f69452n 0 又根據螺栓危險截面的拉伸強度可知 =【】 ca 2 0 4 3 . 1 d f =281mpa, ca 2 20 4 679253 . 1 螺栓的材料為 45 鋼，并經過淬火后回火處理，查手冊得此材料的屈服極限為 =640mpa s 所以 【】= = 512mpa,經計算此螺栓聯(lián)接是合理的。 p s s （2）堵頭螺紋接口為外螺紋的堵頭。 除接口處為外螺紋之外，其余的尺寸與（1）中堵頭的尺寸相同，螺紋的旋 合長度 l 也取為 80。具體的校核也就略去。 堵頭的重量估計： m5=【（768/2）240（

19、3292-2542）54】 1097.8103 =202 取為 210。 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 18 7 移動工作臺支承體的重量估計。移動工作臺支承體的重量估計。 由草圖上的尺寸，初步估計其重量 m7=600. 現(xiàn)對移動工作臺與馬達螺栓聯(lián)接處校核 因為此螺栓聯(lián)接為受轉矩的螺栓組聯(lián)接，當采用普通螺栓時，靠聯(lián)接預緊 后在接合面間產生的摩擦力矩來抵抗轉矩，由于此聯(lián)接中各螺栓的預緊程度相 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 19 同，即各螺栓的預緊力為 f，所以各螺栓聯(lián)接處產生的摩擦力均相等，假設此 摩擦力集中作用在螺栓中心處，撥銷插在堵頭相對應的孔中，在工作

20、過程中， 主要承受堵頭的孔對其的擠壓作用力，同時撥銷還要承受堵頭的重量。馬達重 量 m=524kg , 則 g=5135n。采用八個螺栓，每個承受馬列達的重量： g1=g8=51358=614n， r=280mm, 因扭轉而使每個撥銷承受的最大力： fmax=tmax（8r）=23000（828010-3）=10kn 由示意圖可知 2 撥銷所受的力最大，其受力大小為： f2 =g1fmax=61410000=10614n 45 鋼的允許擠壓強度【bs】=100mpa 所以中間位置的螺栓的擠壓應力為： bs=10614（2403010-6）=7mpa=pdx103/(kud)，可計算得到（式中

21、k 為經驗常數(shù)，pd為電動機的額定功 率，ud為電動機額定線電壓） ，則有i=15x1000/(12x380)=33a。根據上面 的情況，選擇 cj20-40 型接觸器，電磁線圈電壓為 380v。 中間繼電器全部選用 jl14-11zq 型交流中間繼電器，電磁線圈電壓為 380v，觸點電流為 2.5a，動合觸點一對，動斷觸點一對，可滿足要求。 5 行程開關。行程開關。 選用 lx19-k 型的有觸點行程開關，常開常閉觸點各一對，工作電壓為 380v，電流為 5a。 6 壓力繼電器。壓力繼電器。 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 25 選用型號為 hed40 的壓力繼電器。 7

22、控制按鈕?？刂瓢粹o。 全部選擇 la2 型面板安裝式按鈕，其中 sb1，sb2，為綠色， sb3為紅色。 8 信號燈。信號燈。 燈亮表明系統(tǒng)供電正常，正處于工作狀態(tài)。hl 選用 ad1型，工作電壓為 380v，顏色為紅色，結構為直接式。 第三篇第三篇 英文文摘英文文摘 4 4 discussiondiscussion the energy balance study does not give all answers concerning the comparison of the hfpe concepts because it is purely static study of the e

23、ngines features and it does not take into account dynamical characteristics.the dynamic characteristics which have influence on the engine operation are for example,speed of the piston,hydraulic valves and combustion.the effect of the auxliliary equipments was neglected as well. the speed of the pis

24、ton has influence on the flow losses and it sets very high operation requirements for the hydraulic valves.the mechanical friction is higher as well.all three concepts have higher mean piston speed than the conventional diesel engine. the single and opposed hfpe deliver fluid flow only every second

25、stroke (tdc-bdc) because their operation is not symmetrical as it is in the dual hfpe which produce flow with every stoke.as a result of this ,the single and opposed piston hfpe need larger hydraulic accumulators to compensate flow variaton.on the other hand in the single and oppose hfpe,it is possi

26、ble to control flow more easily/1/. the combustion process has great influence on the engines total efficiency.the combustion process is influenced by other systems and processes like fuel injection system and scavenging process for 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 26 example.the efficient combustion in the

27、 free piston engine requires very rapid combustion and fast and accurate fuel injection/7/. the scavenging process has another important role in the combustion,because efficient combustion requires pure mew air.the scavenging requirements are most easily implement in the opposed hfpe,stopping the pi

28、ston in the bdc helps scavenging as well.on the other hand the intake and exhaust systems are more easy to tune if the engine has only one operating frequency like the dual hfpe. auxiliary systems like fuel injection,cooling,electric supply or starting system were not handled in this study.all these

29、 systems have power requirements during or before engine running. the approximated power requirement for the systems is 3-6kw,which decrease the net effective out put of the engine. 第四篇第四篇 中文翻譯中文翻譯 4 4 討論討論 能量平衡學沒有完全正確回答有關于 hfpe 觀念的比較，因為它是純粹的能 量特征靜態(tài)學，而且它沒有將動態(tài)特征考慮進去，動態(tài)特征會影響引擎的工作， 比如活塞的速度，水力值和燃燒，輔助設備的

30、作用效果也常常被忽略。 活塞速度受流程損失的影響，而且它對水力值要求較高的操作要求，對機 械摩擦要求也要求較高，所有三種觀念比傳統(tǒng)柴油引擎有更高的活塞理論速度。 單一和非對稱 hfpe 每隔一沖程傳送流程一次（tdc-bdc）因為它們非對稱 的工作，就像在雙重的 hfpe 需要較大的水力積聚設備來償還流程損失，另一方 面，單一、非對稱 hfpe，更容易控制流程。 燃燒過程對引擎總效率也有很大影響，燃燒過程受其它系統(tǒng)和過程影響， 比如燃料流入系統(tǒng)和通風系統(tǒng)。在自由活塞引擎里，有效率的燃燒需要迅速的 螺紋套管密封試壓裝置設計螺紋套管密封試壓裝置設計 27 燃燒和快速準確的燃料流入/7/通風過程在燃燒中是另一重要角色，國為有效的 燃燒需要純的新鮮空氣，在非對稱 hfpe 中，通風設備更容易實現(xiàn) ，阻停活塞 就像 bdc 中的清掃系統(tǒng)。另一方面如果引擎只有一個工作頻率，像雙重 hfpe， 那么吸氣和排氣系統(tǒng)更易調節(jié)。 輔助系統(tǒng)像燃料的流入、冷卻、電力供應或啟動系統(tǒng)都沒有列入研究中， 這些系統(tǒng)在引擎工作時或之前，需要動力驅動，這些系統(tǒng)需要大概 3-6kw 的電 力驅動，這將降低引擎的外在效率。 第五篇第五篇總結總結 畢業(yè)設計總算是完成了，在心情徹底放松一剎那，所感受的是一種收獲后 的喜悅。兩個多月的設計