設(shè)計巖心鉆機XY-4升降機

設(shè)計巖心鉆機XY-4升降機摘要本文以現(xiàn)有的固定軸行星齒輪升降機為基礎(chǔ)，設(shè)計為實現(xiàn)四速升降的升降機。在設(shè)計中，原升降機部件的位置沒有改變，但由于齒輪比和速度的不同，通過受力分析計算，增加了行星齒輪、中心齒輪和內(nèi)環(huán)齒輪的厚度；還增加了夾持滑軌的夾持半徑。在現(xiàn)代軟件分析的幫助下，可以確定通過計算和分析得出的結(jié)論是正確的，也就是說，本文設(shè)計的電梯可以達到所需的提升速度。引言升降機是鉆機的主要驅(qū)動裝置之一。在整個鉆井過程中，它的主要任務(wù)是提升和降低鉆具。它還可以提升和降低套管，在一定條件下使用提升系統(tǒng)懸掛鉆具,進行快速的井眼清理，使用主動鉆桿控制減壓鉆進，并使用提升機通過強力提升和拉動管理井下事故。提升操作占了很大一部分時間，并隨著鉆孔深度的增加而增加，一般約占工作時間的1/3至1/20提升過程的完善程度顯然必須對鉆井效率、鉆井質(zhì)量和生產(chǎn)安全產(chǎn)生影響。因此，分析鉆機升降機的設(shè)計和性能是至關(guān)重要的。到目前為止，工程師設(shè)計的電梯可以分為5類，取決于動力傳輸?shù)念愋?。膨脹?jié)驅(qū)動、傘形摩擦驅(qū)動、片式摩擦離合器驅(qū)動、液壓驅(qū)動和行星齒輪驅(qū)動。而這5種類型的電梯各有其特點。錐體摩擦傳動的提升鉤比較簡單，易損件少，結(jié)實耐用，但傳動效率小，兩個摩擦錐面容易沾上泥土、油污等，工作可靠性差。很少使用盜洞和深孔鉆設(shè)備。葉片摩擦離合器驅(qū)動型的升降驅(qū)動比圓錐摩擦型平穩(wěn)，驅(qū)動時性能相同。其結(jié)構(gòu)比圓錐摩擦式小，但結(jié)構(gòu)比圓錐摩擦式復(fù)雜，更換離合器盤不是很方便。液壓驅(qū)動的升降機可以無限制地調(diào)整升降速度和自動控制長距離，而且升降機的結(jié)構(gòu)也大大簡化。其缺點是液壓馬達需要加工，裝配精度高，現(xiàn)場維修不方便。行星齒輪傳動式升降機與摩擦傳動式相比，在相同的尺寸下，可以傳遞更大的功率以及獲得更大的傳動比；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，操作靈活。從這5種升降機的使用和研究來看，前3種升降機已經(jīng)被淘汰，最后一種是使用最廣泛的升降機，但從長遠來看，能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速和遠程控制的液壓驅(qū)動的升降機將是未來的主要發(fā)展方向。在本文中，通過計算升降機的傾斜和速度特性以及升降機的特性參數(shù)，在已知參數(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計了升降機模型。分析軟件也被用于模擬和驗證。通過這種方式，明確了傾斜和速度特性，并獲得了電梯特性參數(shù)。這樣，人員就不可能在已知的升降機特性下過度工作，事故就可以減少，確保生命和財產(chǎn)的安全。此外，這種設(shè)計方法可用于整合電梯在不同操作條件下的特性，以改善現(xiàn)有電梯。。第1章概述XY-4巖芯鉆機的發(fā)展歷史鉆機驅(qū)動鉆頭深入地層，并在升降機的幫助下進行輔助工作，如提升和降低鉆機和套管，取出鉆芯和更換鉆頭。泵的工作是將泥漿送入鉆孔，以沖洗鉆孔底部，冷卻鉆頭和潤滑鉆具。它被用于國民經(jīng)濟的許多部門，是所有類型的鉆井施工中不可缺少的設(shè)備。鉆機的發(fā)展包括三個發(fā)展階段：手工操作的鉆機、機械驅(qū)動的液壓送料鉆機和全液壓鉆機。(1)第一階段是手工操作的鉆機。1862年，世界上第一臺手動豎井鉆機在瑞士研制生產(chǎn)，使用金剛石鉆頭作為初始鉆頭；1899年，金剛石鉆頭被鋼粒鉆頭取代；1916年，硬質(zhì)合金也被用于鉆探，產(chǎn)生了合金鉆。這兩種鉆探方法的引入引起了相應(yīng)的垂直軸旋轉(zhuǎn)鉆機的遮蔽，后來又演變成更強大的手持式進尺鉆機。起初，鉆機是由人力驅(qū)動的，只能在低速下操作，而且升降機是摩擦式的。300,XE-5DD和XB-I000A,等等。20世紀40年代中期，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速鉆機也得到了發(fā)展，出現(xiàn)了新的金剛石鉆頭，液壓技術(shù)也得到了大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用。此外，液壓技術(shù)也得到了大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用。在這種條件下，生產(chǎn)了機械傳動和液壓進給的鉆機，20世紀50年代后，進一步開發(fā)了適合金剛石鉆探的機械傳動和液壓進給的鉆機。在中國解放初期，除了機械驅(qū)動、液壓送料的鉆機外，還進口了手扶式鉆機。至U1958-1962年，從仿制到自制的過渡階段已經(jīng)完成，1962年開始設(shè)計和制造該系統(tǒng)。(3)第二階段是全液壓鉆機。20世紀60年代以后，金剛石鉆探工藝有了新的發(fā)展，同時，液壓技術(shù)本身也有了發(fā)展，這些因素為全液壓鉆機的誕生奠定了基礎(chǔ)。因此，在20世紀60年代末至70年代初，這種類型的鉆機應(yīng)運而生，它的設(shè)計與傳統(tǒng)的鉆機完全不同。全液壓鉆機的開發(fā)在中國始于20世紀60年代初,在70年代得到全面發(fā)展。。XY-4巖芯鉆機的發(fā)展的主要決定因素第一個因素是，它隨著鉆探方法和程序的發(fā)展而發(fā)展。正如其他技術(shù)發(fā)展的歷史一樣，鉆井技術(shù)的最初發(fā)展是人與自然之間斗爭的結(jié)果。中國是世界上第一個使用鉆探技術(shù)來提取地下巖鹽的國家。早在秦朝（公元前221-207年），人們就用鉆井法來提取井鹽。這項技術(shù)發(fā)明至今仍被全世界所認可。然而，最早的方法是繩索鉆芯法，這種方法不是連續(xù)的，即不可能鉆出連續(xù)的芯，而只能鉆出垂直的孔，因此不符合地質(zhì)勘探的要求。19世紀末，市場上出現(xiàn)了一種連續(xù)的巖心鉆機，其效率和地質(zhì)效果遠遠超過了最初的電纜巖心鉆機，因此，旋轉(zhuǎn)鉆機很快就主導(dǎo)了地質(zhì)巖心勘探。在鉆探方法的進一步發(fā)展過程中，巖心鉆機也不得不經(jīng)歷一系列的進一步發(fā)展。如果將較新的液壓動力驅(qū)動鉆機與20世紀50年代的手動鉆機相比較，它們在外觀、設(shè)計和技術(shù)參數(shù)方面有很大的不同。第二個因素是，隨著冶金、機械和電子工業(yè)的發(fā)展，鉆井設(shè)備也相應(yīng)發(fā)生了變化。鉆探設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計要求，除了自身地質(zhì)工作的特點要求外，還不可避免地出現(xiàn)了大量機械行業(yè)上常見的驅(qū)動車、標準件，如各種齒輪機構(gòu)、各種液壓元件等，都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。冶金工業(yè)的發(fā)展提供了輕質(zhì)高強的原材料，使設(shè)備的結(jié)構(gòu)趨于嚴密，體積縮小；電子工業(yè)的發(fā)展，使鉆探設(shè)備的檢測手段儀器化、自控化。國外鉆井設(shè)備產(chǎn)品更新?lián)Q代快的主要原因是，大部分零部件都是標準件，一個新的鉆機設(shè)計，只要符合設(shè)計要求，建議在技術(shù)設(shè)計階段完成，之后的工作草圖設(shè)計不大，可以用大量其他公司的標準件實現(xiàn)完美的性能，進行組裝，這樣新機型的研究生產(chǎn)周期就很短。這可以保證組裝機的質(zhì)量，而且互換性和通用性都很好。。鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢在美國，大約98%的鉆機是機械驅(qū)動和液壓送料的立式鉆機，而只有2%是全液壓動力頭鉆機。應(yīng)該指出的是，目前大量使用的是機械動力的液壓進給鉆機，而全液壓裝置正處于開發(fā)階段。國外立軌式鉆機采取收縮燈泡升降和增設(shè)正序、使用自動換向桿、延長立軸升降等措施。由于繩索取芯鉆探的廣泛發(fā)展，鉆機都配備了絞車。起重裝置在設(shè)計原理上變化較小，仍然是圓柱齒輪結(jié)構(gòu)（單錐齒輪），卷筒上有摩擦離合器的單一裝置，更現(xiàn)代的裝置有液壓控制的起重卸扣和手動卸扣作為支撐；在中深孔和深鉆裝置上有水閘和加速起降裝置。在齒輪箱和變速系統(tǒng)中，有一種提高齒輪箱速度的趨勢，一些鉆機進行了改進，即在齒輪箱的輸入端設(shè)置了額外的減速齒輪，引入兩套速度，以更好地適應(yīng)不同的鉆井方法；有的還采用快速更換成對鏈輪、更換齒輪或更換大量的齒輪來擴大齒輪箱的速度范圍。安裝在輕型和重型車輛和拖拉機上的自行式設(shè)備現(xiàn)在被廣泛使用，以增加設(shè)備的流動性，減少安裝和移動所需的時間。該設(shè)備通常是以汽車或拖拉機發(fā)動機為動力的標準車身裝置，或帶有獨立發(fā)動機的裝置。桅桿可以用液壓油缸升起,鉆機用前后的三個液壓油缸穩(wěn)定。其中一些鉆井平臺達到1000多米的深度。值得注意的是，國外的坑道有幾種類型的巖心鉆機。例如，帶有壓強驅(qū)動、螺旋進給和液壓驅(qū)動頭的設(shè)備被用于坑道鉆探?？拥楞@探的發(fā)展可以節(jié)省大量的鉆探材料，同時達到理想的地質(zhì)和經(jīng)濟效果。我們在這方面的工作沒有得到足夠的重視,這一點迫切需要得到發(fā)展。近年來，發(fā)展的趨勢之一是使用多種機器。應(yīng)元設(shè)計的鉆機是一種液壓驅(qū)動的自走式切割機，可用于巖心鉆探，可使用空氣和泥漿沖刷鉆孔；也可使用潛水錘鉆。由于是車載式，可以高速行駛，也適用于山區(qū)和道路崎嶇的丘陵地區(qū)。鉆井設(shè)備發(fā)展的另一個趨勢是操作的自動化和機械化程度的提高。隨著電子技術(shù)在鉆井作業(yè)中的應(yīng)用越來越多，各種電子儀器可以用來控制鉆井作業(yè)，以進一步編程，自動設(shè)置和控制鉆井的最佳參數(shù)。目前，有可能將各種操作手柄的液壓操作集中起來，以便它們可以相互連接并進行編程。提升和降低過程的機械化現(xiàn)在是鉆井系統(tǒng)的一部分。利用儀表和地面壓力、容積泵壓力、旋轉(zhuǎn)扭矩、瞬時進給率、過載報警等信息集中在操作臺自動顯示，由電子計算機自動處理數(shù)據(jù)，在指令中自動控制和調(diào)整鉆井參數(shù)，這在石油鉆機中已正式使用，在巖心鉆探中也有一定的儀表和程序可以初步使用。鉆機分類按用途分：巖心鉆機、水文和水力經(jīng)濟鉆機、工程地質(zhì)鉆機、技術(shù)鉆機、取樣鉆機、地?zé)徙@機、勘探鉆機、坑道鉆機、石油鉆機、沙地鉆機等。第2章設(shè)計總論XY-4巖芯鉆機升降機的功用、設(shè)計要求及設(shè)計條件XY-4巖芯鉆機升降機的功用鉆機有一個主提升機和一個副提升機：主提升機用于提升鉆機和套管；副提升機可用于提升其他管道或重物，用繩索撈取巖心鉆機的內(nèi)管，提升采砂機、取土設(shè)備等。。XY-4巖芯鉆機升降機的設(shè)計要求由于鉆機升降機在鉆井過程中工作時間長，其性能直接關(guān)系到鉆井效率、鉆井質(zhì)量和生產(chǎn)安全，所以升降機應(yīng)滿足以下要求：在滿足升降機工藝要求的前提下，應(yīng)能最大限度地減少升降過程中的操縱時間，充分提高能源利用系數(shù)。升降機的結(jié)構(gòu)和強度必須有一定的過載能力。操作方便，運動靈敏平穩(wěn)，工作強度低，工作安全可靠?，F(xiàn)代鉆井設(shè)備應(yīng)考慮在遠離鉆機的地方操作，以實現(xiàn)遠程控制或按鈕操作。結(jié)構(gòu)簡單。XY-4巖芯鉆升降機的設(shè)計條件.驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速（rpm）：約450,約310,約217,約117。.線圈速度（rpm）：約160,約110,約78,約42。.最大負載能力：29.4KN。.鼓的直徑：285毫米。.鋼纜的直徑：16毫米。.卷軸的繩索容量：52毫米。.提升速度：0.82,1.51,2.16,3.13o

XY-4巖芯鉆機升降機類型的確定目前存在的升降機有5種，分別是脹閘傳動式、錐摩擦傳動式、片式摩擦力合器傳動式、液壓傳動式、行星輪傳動式；而它們的特點是:表2-1不同升降機的特點比較類型特點采用鉆機型號脹閘傳動或這種升降機簡化了機械傳動的結(jié)構(gòu)，采用液壓控制，便于遠距離操作和自動化；運行平穩(wěn)；滾筒回路散熱良好。然而，它只適用于帶有液壓系統(tǒng)的鉆機。。SPC-300型錐摩擦傳動式這種升降吊鉤結(jié)構(gòu)比較簡單，易損件少，堅固耐用，但傳動效率小，兩個摩擦錐面容易沾上泥土、油污等，工作可靠性差。只有少數(shù)穿孔和深孔鉆設(shè)備被使用。XB-500型片式摩擦力合器傳動式在驅(qū)動力相同的情況下，動力傳輸比錐形摩擦齒輪箱更順暢。其結(jié)構(gòu)比錐體摩擦設(shè)計要小，但結(jié)構(gòu)比錐體摩擦設(shè)計要復(fù)雜，更換離合器盤也不太方便。。用于鉆機輔助升降機液壓傳動式升降機的速度可以無級調(diào)節(jié)，并可遠程自動控制，而且升降機的施工也大大簡化。缺點是液壓馬達需要高精度的加工和裝配，不容易在現(xiàn)場維修。。行星輪傳動式與摩擦傳動相比，在相同的尺寸下，它可以傳輸更大的功率，實現(xiàn)更高的傳動比；傳動效率大；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，操作靈活。。用于機械傳動式鉆機因此，基于上述分析，我們選擇了行星輪式提升機作為XY-4巖心鉆的提升機。然而，有兩種類型的行星輪式升降機：一種是行星輪軸安裝在提升機的系統(tǒng)環(huán)上，內(nèi)環(huán)齒輪與卷筒一起安裝；另一種是行星輪軸安裝在卷筒上，內(nèi)環(huán)齒輪與提升機的系統(tǒng)環(huán)連接在一起。我們暫時決定采用第一種。。XY—4巖芯鉆機升降機的設(shè)計方案的確定本次設(shè)計是在原有的XY-4巖心鉆機的基礎(chǔ)上，利用所給的設(shè)計參數(shù)進行計算，分別進行：工作參數(shù)的選擇：①升降機的最大起重量Pq；②提升速度分為：最高纏繩速度Vmax、最低纏繩速度Vmin；③調(diào)速范圍R;④速度檔數(shù)及中間速度。抱閘的受力分析：①下降制動力矩；②提升制動力矩；③手柄上的作用力；抱閘的發(fā)熱驗算：在制動過程中，制動器將鉆具和提升系統(tǒng)的動能全部轉(zhuǎn)化為熱能，這種熱能使制動器和制動環(huán)的溫度升高。這導(dǎo)致了摩擦系數(shù)和制動扭矩的降低，增加了熱負荷，加劇了摩擦材料的磨損。上述計算為我們提供了最大起重能力、起重速度、制動扭矩等。根據(jù)這些參數(shù)，我們選擇升降機的主軸、行星齒輪、支架、中央齒輪、行星軸等所有部件的類型和尺寸，然后編制總裝配圖。經(jīng)過一個軟件來分析電梯的性能。XY-4巖芯鉆機升降機的組成分析XY-4型巖心鉆機的升降機基本上由一個卷筒、一個行星齒輪、一個水冷卻裝置和一個抱閘組成。這些組件具有不同的外觀特征和不同的功能，下面將分別進行分析：①卷筒卷筒是電梯的主要組成部分，它是提供提升力和控制提升和下降速度的裝置。其形狀如圖4T所示:

圖2-1XY—4巖芯鉆機升降機卷筒滾筒由兩個滾珠軸承盤支撐在電梯的中心。左邊是水套回路，與水套軸一起構(gòu)成水回路；右邊的部分與內(nèi)部齒輪圈一起被熱壓，從這里提供動力，將滾筒纏繞在鋼絲繩上。②行星輪系升降機的行星齒輪系統(tǒng)的目的是為了解決升降機軸在上升和下降時必須向不同方向旋轉(zhuǎn)的問題。使用這種裝置的另一個原因是，它可以實現(xiàn)精確的傳動比,效率高，傳動平穩(wěn)，并有可能傳輸更大的扭矩。在選擇行星齒輪系統(tǒng)的數(shù)量時，行星齒輪系統(tǒng)的數(shù)量為三個，以防止系統(tǒng)變得偏心。它們被安裝在三個行星齒輪軸上，有兩個圓盤滾珠軸承。三根行星輪軸以120度的角度安裝在兩個行星輪支架之間，并均勻地安裝在一起。兩個支架在中央齒輪兩側(cè)的軸承直徑上裝有球軸承。行星齒輪系統(tǒng)的外排如圖1-2所示：

圖2-2XY—4巖芯鉆機升降機行星輪系.內(nèi)齒圈 2.單列向心球軸承3.行星輪軸4.支架左部分5.螺栓 6.彈性墊片 7.支架右部分③水冷裝置由于升降機在下降過程中由其自身重量驅(qū)動，在下降一定時間后，它的速度會更高。為了減速，抱閘和系統(tǒng)環(huán)通過摩擦產(chǎn)生大量的熱量，如果不及時清除，將影響電梯。因此，在滾筒和水套軸之間安裝了一個水循環(huán)系統(tǒng)。此外，水冷卻系統(tǒng)還可以作為水制動器使用。。@升降機軸升降機軸是整個升降機運行的最重要的動力傳輸元件。它配備了諸如卷軸、水套軸等部件，另外還配備了中央齒輪。中央齒輪通過花鍵與電梯軸連接。之所以選擇花鍵連接，是因為中心輪必須傳遞一個大的扭矩。繞線軸的左邊部分空心插入水套軸的中心孔，右邊部分夾在分配器盒的軸齒輪的花鍵孔中，由此，動力通過齒輪從分配器盒傳輸?shù)嚼@線軸。升降機軸的形狀如圖1-3所示:圖2-3升降機軸⑤抱閘升降機有兩個制動器，一個是制動制動器，另一個是升降制動器。其功能是通過握住系統(tǒng)環(huán)產(chǎn)生摩擦力矩，從而制動或控制線圈，提升系統(tǒng)環(huán)，并通過其自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彈力釋放鎖，使鎖與系統(tǒng)環(huán)之間的間隙。a：抱閘的原理圖如圖1-4所示：圖2-4抱閘結(jié)構(gòu)圖1.手把2.棘輪3.銅套4.銅墊5.墊6.閘塊7.彈簧8.螺母9.鎖母10.連桿11.頂桿螺栓12.閘帶13.支架14.沉頭鉀釘15.銷軸16.止動銷17.銷軸18.手把托墊19.棘爪20.銷軸b：抱閘的工作原理：剎車時，手柄往下壓，凸輪偏心的厚面壓在銅墊5上，將兩個剎車塊壓得更緊，保持剎車。當(dāng)釋放時，手柄被抬起，凸輪的偏心薄面壓在銅墊5上，將壓力從凸輪上移開，使兩個剎車片放松剎車環(huán)并在彈簧張力下保持發(fā)揮。下降制動凸輪上有棘輪齒，棘輪上有一個棘爪19。有了棘齒和棘爪，制動器可以長期處于制動狀態(tài)，孔中的鉆具可以長期保持在孔中的某個位置。為了保證制動器可靠地工作，制動器在松開狀態(tài)下應(yīng)該有合理的、均勻的制動環(huán)間隙。如果間隙過大，制動效果就會很慢，產(chǎn)生的制動力矩就會很低，甚至可能導(dǎo)致制動器失效；如果間隙過小，就會導(dǎo)致分離不徹底。。2.5XY—4巖芯鉆機升降機結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理分析XY-4巖芯鉆機升降機的結(jié)構(gòu)示意圖通過分析升降機的組成，并參考原始升降機，我們能夠確定升降機各部分的組裝和總體結(jié)構(gòu)方案；機構(gòu)示意圖見圖1-5。。圖2-5升降機結(jié)構(gòu)示意圖1.升降機軸2.中心齒輪3.行星輪軸4.行星齒輪5.內(nèi)齒圈6.提升抱閘7.卷筒8.制動抱閘2.5.2XY-4巖芯鉆機升降機的工作原理分析升降機在工作時有四種工作情況，分別是：提升鉆具、制動鉆具、下降鉆具、微控制。①提升鉆具當(dāng)提升工具提升鉆具時，提升門6被拉緊，降低門8被釋放。提升門的緊固作用將提升齒輪的環(huán)和行星齒輪系統(tǒng)支架的右側(cè)部分楔在一起，使行星齒輪系統(tǒng)成為一個靜止的車輪系統(tǒng)。動力從配電箱傳到提升軸1,使中心齒輪2旋轉(zhuǎn)，同時中心齒輪與行星齒輪4嚙合；行星齒輪與內(nèi)環(huán)齒輪5嚙合，帶動卷筒7,卷筒繞提升軸旋轉(zhuǎn)，卷起電纜，達到提升鉆具的目的。。②制動鉆具松開提升制動器6,并施加下降制動器8,然后線圈7靜止，行星齒輪4自行旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動行星齒輪軸3和提升系統(tǒng)電路，繞組軸靜止。。③下降鉆具同時，提升制動器6和降低制動器8被釋放，鉆頭在其自身重量的作用下下降，使?jié)L筒翻轉(zhuǎn)并釋放電纜。此外，還有一種微觀功能，利用提升和下降制動器的聯(lián)合作用，在短時間內(nèi)實現(xiàn)提升、制動和下降的連續(xù)動作。。第3章分析計算XY—4巖芯鉆機升降機齒輪的分析計算齒輪總傳動比的確定由于驅(qū)動軸的最大速度為nl=450rpm,卷筒的最大速度為n2=l60rpm,而且當(dāng)提升機提升鉆具時，行星齒輪系統(tǒng)是一個固定的軸齒輪系統(tǒng)，因此可以應(yīng)用以下公式：%=4，Z2 ] ..?.Z]. Z3｝，知：（fe=V^2=—=—=T7 （3-1）Z1n216、Z1Z2,式中：Zrt 升降機總傳動比；&一一第一級傳動比；i2一—第二級傳動比；Z1 中心齒輪齒數(shù)；z2 行星齒輪齒數(shù)；——內(nèi)齒圈齒數(shù)。選擇齒輪材料和熱處理，精度等級，齒輪齒數(shù)鑒于傳動功率大，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長，選定由譚慶昌主編的《機械設(shè)計》表6-2：三種齒輪材料采用40MnB,表面硬化，齒面硬度為48?55HRC,齒輪精度為8級，閉式軟齒面齒輪；選中心齒輪的齒數(shù)4=30,選4=1.2,i2-2.344,則z?=彳?Z]=36,z3=84o按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計①先設(shè)計中心齒輪和行星齒輪

閉式硬式齒輪，其承載能力通常取決于抗彎強度，因此首先要根據(jù)抗彎強度由式小2進行設(shè)計，測試其接觸強度。由式小2(3-2)因載荷有較重沖擊，由表查得Ka=1.5,故初選載荷系數(shù)K,=2,,ccin6P9.55xl06x25.62<人in5T.=9.55x10—= =5.44x10N?mm1 勺493由式 =[1.88-3.2(—+—)]cos/?Z]z](3-3)計算端面重合度￡a=[1.88-3.2(—+—)]cos=1.69；3036075由式 r.=0.25+——=0.7 ,%(3-4)查表得： (p(i=0.7%產(chǎn)2.63 Q"59L=2?33 匕2=L69由式 =60m1jL/i=60x450x1x(1x8x300x20)=1.30x109(3-5)N2=-^l=6.8x108iN3=602 =60xl60xlx(lx8x300x20)=4.6xl08查表得：心=0.89 l^2=0.91由表選SFmin=1.25,由圖按齒面硬度均值51HRC,在ML線上查得:bFminl=bQm2=450MPa,

則WFl，min450x0.89___,,

則WFl，min1.25叫m2?Yn2=450x0.91=3276MPa1.25YY'Sal［。］尸1.匕〃22.33x1.69.匕〃22.33x1.69327.60.0120取總%取總%=0.0131設(shè)計齒輪模數(shù):尸］將確定后的各項數(shù)值代入設(shè)計公式，求得:2x2x5.44x105x0.7x0.01310.7x3O23.35修正m,：7r-m.-z,-n, 3.14x3.35x30x450..,v= 2x2x5.44x105x0.7x0.01310.7x3O23.35修正m,：7r-m.-z,-n, 3.14x3.35x30x450..,v= ——!——L= =2.Im/560x100060x1000(3-6)查表得:(=1.15,%=1.06,9=1.2,K=弓 1.5x1.15x1.06x1.2=2.19(3-7)m= =3.35xJ—=3.40V,V2(3-8)查表，選取第一系列標準模數(shù)m=3.5/27/770所以齒輪的主要幾何尺寸為:所以齒輪的主要幾何尺寸為:4=4=mz]=105mm,d2=mz2=126mm?=—?=—(Z]+z2)=132mmb=y/d-di=0.7x105=73.5mm取g=取g=15mmBx=15mm較核齒面接觸疲勞強度:2kz"±1 1%=ZhZZ?J行7 4較核齒面接觸疲勞強度:2kz"±1 1%=ZhZZ?J行7 4團〃VbZ{u查得，Ze=189.8Jm%Z”=2.5,Z,=0.88按不允許出現(xiàn)點蝕，查得：ZM=0.96,ZN2=1.06按齒面硬度均值51HRC在MQ和ML線中間查出=(THlim2=1060A/PiZ,取5“癡1=1(3-9)[a]H,mZ/vi=1017.6例RzlJn1 q3"min(3-10)^H\im2ZN2=\i23.6MPaS“min將確定出的各項數(shù)值代入接觸強度較核公式，得:cr?=189.8x2.5x0.88?nJ2x2.19x5.44xl()5V75x3024.193J9<(3-11)接觸強度滿足②設(shè)計內(nèi)齒圈內(nèi)齒圈的輸出功率24.Ukw,轉(zhuǎn)速160r/min。閉式硬齒面齒輪傳動，承載能力一般取決于彎曲強度，故先按彎曲強度設(shè)計,驗算接觸強度。因載荷有較重沖擊，由表查得Ka=1.5,故初選載荷系數(shù)K,=2,t門<<s6P9.55x1()6x24.11 5、T,=9.55x10—= =1.44x10、N?mmnx160由前面的設(shè)計可知，齒輪的模數(shù)m=3.5,因此內(nèi)齒圈的模數(shù)也是3.5。所以齒輪的主要幾何尺寸為：4=wz3=294mm；b="d?4=0.7X1O5=135mm；取名=15mm。校核齒面接觸疲勞強度：查得，ZE=18?8<MPa,ZH=2.5,Z/;=0.88按不允許出現(xiàn)點蝕，查得：Zn3=L06按齒面硬度均值51HRC在MQ和ML線中間查出方鵬=1060MP。,取SHVun3=1[b=—嶼=\\23.6MPaLJnj q3"min將確定出的各項數(shù)值代入接觸強度較核公式，得:(Th=189.8X2.5X0.88?4/2x2.19xl.44xl054.19 〈叫3/ 75x8423.19 小接觸強度滿足。表2齒輪的主要參數(shù)齒輪Zmd(mm)B(mm)dadf中心齒輪303.51057511296.25行星齒輪363.512675133117.25內(nèi)齒圈843.529475301285.25XY-4巖芯鉆機升降機軸的分析計算升降機軸的設(shè)計①基于機械傳動方案的整體設(shè)計，為軸上的零件創(chuàng)建一個安裝方案。選擇圖3-1所示的解決方案

圖3-1升降機軸零件的分布②選擇軸的材料軸的材料選擇40Cr,調(diào)質(zhì)處理。其力學(xué)性能由表查得，%,=735M尸=540MPa,cr_|=355Mpa,、1=200MPa。根據(jù)表查得,C0=107。③求輸入軸的功率片、轉(zhuǎn)速々和轉(zhuǎn)矩工表中顯示，齒輪箱的傳動效率為0.97,因此，輸入功率為:FV24.110.972FV24.110.972=25.62KW；(3-12)勺=450r/min；Tx=9.55xl05x—!-=5.44x104Nznzn。④ 初步估算軸的最小軸徑由公式4nhi=Gc由公式4nhi=Gc可以得到升降機軸的最小軸徑演3,(3-13)又因為此軸與齒輪是用鍵聯(lián)接的，所以升降機軸的最小軸徑應(yīng)為:d>Jmin+3%Jmin=41.88mzn (3-14)升降機軸的最小部分位于與分配器箱齒輪連接的地方，應(yīng)根據(jù)分配器箱齒輪的孔徑來選擇，而軸的最大部分位于支撐卷軸上兩個單列徑向軸承的中間。剩余的軸直徑應(yīng)根據(jù)連接的軸承和密封環(huán)來選擇。⑤軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計為了將密封圈定位在B點，考慮到密封圈的內(nèi)部直徑，增加了一個軸肩，其直徑為55毫米。DE部分的直徑與BC部分的直徑相同，其長度等于兩個軸承的寬度加上中央齒輪的寬度，再加上兩個軸承之間用于保持齒輪位置的墊圈，因此其長度為120毫米。FG部分的寬度是基于它所連接的變速箱齒輪的寬度，在這種情況下是80毫米。。確定軸上圓角和倒角尺寸圓角是R1.5,倒角是2X45°。按彎扭合成強度計算由所確定的結(jié)構(gòu)圖(圖3-1)可確定出升降機軸的支承距離為80mm,據(jù)此求出齒輪寬度中點所在的截面的M”、M,,、〃和的值。a：畫出軸的計算簡圖(圖3-2)為了簡化計算，作用在軸上的力被分為水平面和垂直面。集中的力被假定為在軸上部件的中心。這是因為軸承反作用力的位置因軸承的類型和分布方式不同而不「可。ob:計算軸上外力齒輪的圓周力尸27： 2x5.44x104F=—= =1088N (3-15)'d100齒輪的徑向力Fr=Ft-tgan=10880xtg20=395.78A^ (3-16)徑向力與原周力的合力L6 10880一, 、Fn=一'—= =1157.69N (3-17)cosancos20c:計算軸的彎矩并畫彎矩圖

圖3-2升降機軸的受力計算水平面彎矩 MH=—FHix—L=2M.6Nm (3-18)垂直面彎矩K=-Fx-L=垂直面彎矩K=-Fx-L=79A6Nmv2r2(3-19)水平面和垂直面的彎矩圖如圖2-2c和2-2e所示合成彎矩(如圖2-2f)(3-20)(3-21)M=JmJ+M：=231.55N?6(3-20)(3-21)d:畫轉(zhuǎn)矩圖(圖2-2g)e：計算當(dāng)量彎矩圖轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)變化計算，取a=0.6得:a-Tx=0.6x5.44x105=3.26x105A^-M,=M[=231.55Mm進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面的強度。由公式=%==1。7MPa<\<y,1=60MPa(3-22)gW0.1x603 Lt」所以軸的強度足夠。按疲勞強度的安全系數(shù)進行校核計算a：危險截面的判斷危險段應(yīng)位于彎矩和扭矩以及橫截面積較小的地方，以及有強應(yīng)力集中的地方。如果在同一截面上有幾個應(yīng)力集中源，則取每個源的最大值。根據(jù)軸的設(shè)計尺寸和彎矩和扭矩圖，彎矩在齒輪橫截面的中心是最大的，應(yīng)力集中是由齒輪座和花鍵軸引起。下面的分析是在齒輪中心的橫截面上進行的。b:齒輪中心截面處進行疲勞強度的安全系數(shù)校核抗彎截面系數(shù) W=0.li/3=0.1x603=21600mm3 (3-23)抗扭截面系數(shù) WT=0.2/=0.1x6O3=43200ww? (3-24)合成彎矩 M =M1=231.55Mm (3-25)轉(zhuǎn)矩 7J=9.55xl05x—=5.44x102TV-彎矩應(yīng)力幅(按對稱循環(huán)變應(yīng)力計算)231.55W0.1x603=231.55W0.1x603=10.7MPa(3-26)彎曲平均應(yīng)力5“=OMPa扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力幅^_=544000=126M/Ja(3-27)“2Wt43200(3-27)扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力Ta=Tm=\2.6MPa由設(shè)計圖可知K=\,K=\cr'r(yb=640MPa,d=60mm按（譚慶昌編著《機械設(shè)計》）的附圖5查得尺寸系數(shù)%=0.75,j=0.74由精車加工得:(yh=640Mpa按（譚慶昌編著《機械設(shè)計》）的附圖8查得表面質(zhì)量系數(shù)尸=0.93按公式(3-28)和&*(3-28)可計算得:

K~=L43,K=1.42由于花鍵引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是故得綜合影響系數(shù)是(3-29)0.75x0.93(3-29)et00.75x0.93由于齒輪輪轂與軸的過盈配合H7/r6產(chǎn)生的有效應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)之比由（譚慶昌編著《機械設(shè)計》）的附圖6b、7b查得k k(3-33)2=3.55,2=2.55(3-33)因此可得綜合影響系數(shù)是取上面的綜合影響系數(shù)較大的數(shù)值，故=3.82,Kr=2.74軸的材料是40Cr,查（譚慶昌編著《機械設(shè)計》）的表8-1取彎曲影響系數(shù)和扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)是心,=0.2,i//T=0.1只考慮彎矩作用的安全系數(shù)，由公式Kq+WQm3.82x32.08只考慮轉(zhuǎn)矩作用的安全系數(shù)，由公式s= 得：Kz+也吃35.784由公式(3-36)得安全系數(shù)是。SSr3.06x4.4JsJ+S：73.062+4.42取標準的安全系數(shù)是1.5,則S_S'_嚴6x44."sj+S：V3.062+4.42所以截面安全。行星輪軸的設(shè)計①基于機械傳動方案的整體設(shè)計，為軸上的零件創(chuàng)建一個安裝方案。選擇圖3-1所示的解決方案1.行星齒輪2.單列向心軸承3.行星軸支架圖3-3行星軸零件的分布②選擇軸的材料軸的材料選擇40Cr,調(diào)質(zhì)處理。其力學(xué)性能由表查得，%=735M?a,。,=540MPa,b_]=355MPa,T_}=200Mp。。根據(jù)表查得,C0=107o③求輸入軸的功率鳥、轉(zhuǎn)速內(nèi)和轉(zhuǎn)矩汽通過查表可知齒輪的傳動效率為0.97,則輸入功率是:242411^^■=24.86KW；0.97n2=375r/min；T2=9.55x105x^-=6.33xlO4Nzn/n()④初步估算軸的最小軸徑由公式4^=C。JC-可以得到行星輪軸的最小軸徑

田2486田2486—=107j =20.66mm。375⑤軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計為了容納單排徑向軸承，增加了一個肩部，考慮到單排徑向軸承的內(nèi)徑，肩部的直徑被設(shè)定為48毫米。直徑40毫米是安裝單列徑向軸承的部分，對應(yīng)于軸承的內(nèi)徑，軸的直徑是40毫米，長度對應(yīng)于軸承的寬度16毫米。直徑36毫米是行星齒輪系統(tǒng)支架支撐行星齒輪系統(tǒng)的連接處，其長度應(yīng)與行星齒輪系統(tǒng)的寬度32毫米相對應(yīng)。整個行星齒輪軸被認為是與肩部對稱的。因此，只需確定一側(cè)的尺寸即可。⑥確定軸上圓角和倒角尺寸圓角是RL5,倒角是2X45°。XY-4巖芯鉆機升降機軸承的分析計算①軸承型號的選擇根據(jù)鉆探工程手冊，選擇軸承I型號是100360；軸承H型號是100355。②計算軸承承受的徑向載荷工?和工2將軸系部件受到的空間力分解為水平面（圖3-4b）和垂直面（圖3-4c）兩個平面力系，由力分析可知:水平支反力=峭=544N⑶2 2F.1088=F.1088=544N(3-37)垂直支反力F39578/=二——=197.89NF.395.78=F.395.78=197.89N(3-38)合成支反力（圖3-4d）Fr]=正：+ =75442+197.892=578.88NFr2="h；+K2?=V5442+197.892=578.88/V (3-39)80|Ftb |fH1 kH2Fvi [Fv2[Frl |FrS圖3-4軸承受力示意圖③計算軸承的軸向載荷耳“和工2由圖4-3d可知，%等于工2。查設(shè)計手冊(GB/T292-94),1OOOOO型軸承的Cr=35.2KN,Cor=24.5KN,對于10000型軸承，按(譚慶昌編著《機械設(shè)計》)的表9-9,軸承的內(nèi)部軸向力￡=0.56工，并知e=0.56。則丹=0.56工[=324.17462=0-56工2=324.17N (3-40)

由于軸承在軸向方向只有吊和冗2,因此，(3-41)吊=吊=324.17N(3-41)工2=%=324.17'④計算軸承的當(dāng)量動載荷6和鳥由于^=32417=0.56=e由于Fri578.88工2324.17工2324.17Frl―578.88=0.56=e(3-42)按(譚慶昌編著《機械設(shè)計》)的表9-7,可查得徑向載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)：軸承IX,=1,^=0軸承nx2=1,^=0軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按(譚慶昌編著《機械設(shè)計》)的表9-8,力=1.2?1.8,取力=1.5則:耳=/(X]&+X/I)=1.5X1X578.88=868.326=力,(X2%+X凡2)=1與x1x578.88=868.32 (3-43)⑤計算軸承壽命因為6=6,該軸承的壽命是：io6(cYLn.=—匕=91301//>48000/? (3-44)"°八60〃I/J壽命滿足。XY—4巖芯鉆機升降機卷筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定①鋼繩直徑和卷筒直徑影響滾筒直徑的因素有：滾筒的質(zhì)量、滾筒的扭矩和繩子的壽命。這三個因素，前兩個和第三個，是相互沖突的。實踐證明，轉(zhuǎn)鼓的直徑與鋼纜的直徑之比

是適當(dāng)?shù)?，它能適當(dāng)?shù)乜紤]到這三個因素。因此，在確定卷筒的直徑之前，應(yīng)先選擇鋼纜的直徑。在設(shè)計中確定的鋼纜直徑為16mm.由于線圈的直徑越大,鋼絲繩纏繞時的彎曲應(yīng)力越小，鋼絲繩工作時不會很快疲勞損壞，因此，延長了鋼絲繩的使用壽命;但是，線圈的尺寸、重量和扭矩也隨之增加。反之，線圈尺寸、重量和扭矩減小,但鋼絲繩工作條件差，壽命短。對于巖心鉆探設(shè)備，卷軸直徑的適當(dāng)比例為2=(12.5?27.3)d (3-45)式中D. 卷筒直徑，mm；d 鋼絲繩直徑，mm。在本設(shè)計中選擇的卷筒直徑是285mm。②卷筒的容繩量與卷筒的長度由設(shè)計要求可知卷筒的容繩量是52m。a：纏繞層數(shù)n淺孔豎根較短，工作時鋼絲繩不長，包一層為最佳。洞深豎根長，干活的鋼絲繩多，需要纏幾層。但為了減少鋼絲繩因擠壓和摩擦造成的損失，纏繞層數(shù)通常最多只有2?4層。在設(shè)計中，n=3層去。b：每層圈數(shù)Z根據(jù)公式￡Z—7 rr (3-46)7rynD.+")式中 Z一一每層圈數(shù)；n——鋼絲繩在卷筒上纏繞的層數(shù)；2——卷筒直徑;d一一鋼絲繩直徑;L一一容繩量。可以計算得520004(3x285520004(3x285+9x16)=16.577。17圈在計算鋼絲繩容量時，應(yīng)該考慮到提升器下降到最低位置時，卷筒上還有5~7圈儲備量。c：卷筒的長度B由上面的計算可以知道，卷筒的纏繞層數(shù)是多層，因此可以用下面的公式計算卷筒的長度。B=Z[d+(l~2)] (3-47)但是，在一般情況下，選擇卷筒的長度是用下面的公式的：—=1~1.7 (3-48)Br\235則卷筒的長度是B=—=—=190mm1-1.71.5③卷筒的壁厚3卷筒的壁厚難以準確的計算，一般用經(jīng)驗公式確定：鑄造卷筒8=0.02D.+Jmin,mm (3-49)焊接卷筒3=d，加n (3-50)公式中 不同材料鑄造時的最小壁厚，mm。見表3。表3卷筒材料容許鑄造壁厚材料尺寸鑄造容許最小壁厚久汨(mm)ZG35小型鑄件6中型鑄件10-12大型鑄件15-20QT45小型鑄件3-4中型鑄件6~8~10HT15-33大型鑄件15-20本設(shè)計中材料選用QT45,中型鑄件，則篇汨=6相機:因此卷筒的壁厚是8=0.02￡>:+-=0.02x285+6=11.7/wn選擇卷筒壁厚為12mm。@卷筒的邊緣直徑。，卷筒的邊緣直徑2,取決與卷筒直徑與纏繞歸納鋼絲繩的層數(shù)和鋼絲繩的直徑。同時，結(jié)構(gòu)上受行星輪系與制圈直徑約束。卷筒的邊緣直徑應(yīng)比其上外層鋼絲繩高出2?3個鋼絲繩直徑。即Dh=D.+（2〃—l）d+（4~6）d=285+5xl6+3xl6=413mm（3-51）所以卷筒的邊緣直徑是413mm。第四章升降機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性分析第四章升降機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性分析升降機的轉(zhuǎn)速特性分析升降機提升速度的分析升降機提升鉆具的繩速由額定功率、鉆具的質(zhì)量、卷筒的直徑和旋轉(zhuǎn)速度決定。在動力容量允許的情況下，提高提升速度，但必須記住，提升速度過快會影響生產(chǎn)中人工操作的安全性和可靠性；提升速度過慢會直接影響鉆井過程中的純鉆井時間。當(dāng)提升機提升鉆具時，卷筒、行星齒輪和中央齒輪的相互運動關(guān)系如圖4-1所示。該鉆機的提升速度計算如下:(4-1)式中 V一一升降機的提升速度，m/s；n 升降機的提升速度，m/s；D——升降機的提升速度，D=28.5cm；d 升降機的提升速度，d=l.6cmo3H二3H二0圖中(Oa 中心齒輪的角速度(r/min)；CDh 卷筒角速度(r/min)；4——行星齒輪自轉(zhuǎn)的角速度(r/min)；①h 行星輪軸公轉(zhuǎn)的角速度(r/min)oa：卷筒轉(zhuǎn)速n的計算當(dāng)升降機在提升鉆具時，升降機的傳動是定軸傳動，因此計算時按照定軸輪系的傳動計算方法便可。TOC\o"1-5"\h\z— 7 16第一速： ?,=?,—=117x—=42r/min1 1Z3 45(4-2)—— 7 16第二速： n?=n?--=217x一=78r/min■ "Z3 45— 7 16第三速： n.=n,?—=310x—=110r/minZ3 45—— 7 16第四速： n.=n.--=450x一=160r/minZ3 45b：升降機的提升速度根據(jù)公式可計算得升降機的提升速度是：第一速： 匕=[?乃??^^=42x3.14x^1=0.82^/5TOC\o"1-5"\h\z11 6000 6000(4-3)第二速： %=n,?》?"+'=78x3.14x"L=].51m/s■ 6000 6000第三速： K=&〃"a=110x3.14x也L=2.16r/s6000 6000

第四速： 匕=n..兀?。=160x3.14><理］-=3.13m/s6000 60004.1.2升降機下降速度的分析升降機下降鉆具時卷筒，行星齒輪，中心齒輪的相互運動關(guān)系如圖4-2所示。此時，由于行星輪系的存在，因此，必須將行星輪系轉(zhuǎn)化為普通輪系，即在行星輪系各轉(zhuǎn)動件上加一個與行星輪系軸公轉(zhuǎn)角速度①”大小相等方向相反的角速度在轉(zhuǎn)化后的輪系中，中心齒輪與行星齒輪傳動比為：圖4-2升降機下降鉆具示意圖圖中圖4-2升降機下降鉆具示意圖圖中(oa 中心齒輪的角速度(r/min)；coh 卷筒角速度(r/min)；巴 行星齒輪自轉(zhuǎn)的角速度(r/min)；coH 行星輪軸公轉(zhuǎn)的角速度(r/min)□產(chǎn)=&一%=Zg(4-3)中心齒輪與內(nèi)齒圈的傳動比為:(4-4)由(4-1)式得:CZZrrZ.4-Z?(4-5)由(4-2)式得:乙+4(4-6)因此&Z“十①&Z&①(Za+例Z/,Z(4-4)由(4-1)式得:CZZrrZ.4-Z?(4-5)由(4-2)式得:乙+4(4-6)因此&Z“十①&Z&①(Za+例Z/,Z+Z.ab所以coZJa+Z》Zg)6yb—(Z2a—Z》ZJCDa4(乙+4)(4-7)色—%—乙億-4)-30(84-36).20%一乙億+4)—36(30+36)33時,CD.=0,即行星齒輪不自轉(zhuǎn),而只有公轉(zhuǎn)，如圖：4-3a所示。當(dāng)外=%>

gnaZ“(Z/,-Zg)30(84-36)20zh(za+ZJ—36(30+36)—33時,>0,即行星齒輪與中心齒輪轉(zhuǎn)向相同，如圖：4-3b所示。時,4<0,即行星齒‘你_%/Z。(Zb—Zg)_30(84-36)_時,4<0,即行星齒gnaZb\Za+Zg)36(30+36)33輪與中心齒輪的轉(zhuǎn)向相反，如圖：4-3c所示。從以上的分析可以看出，下降時行星輪系的轉(zhuǎn)向不僅與中心齒輪和內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而且與各傳動齒輪的齒數(shù)有關(guān)。b c圖4-3升降機下降鉆具時輪系運動示意圖圖中 ①0 中心齒輪的角速度(r/min)；①b 卷筒角速度(r/min)；CO? 行星齒輪自轉(zhuǎn)的角速度(r/min)；C0H 行星輪軸公轉(zhuǎn)的角速度(r/min)o4.2升降機的轉(zhuǎn)矩特性分析4.2.1升降機提升轉(zhuǎn)矩特性的分析它由繞線桿驅(qū)動，直接傳遞給中央齒輪，與中央齒輪相嚙合的三個行星齒輪相繼旋轉(zhuǎn)。升降機的旋轉(zhuǎn)方向是順時針，在中心齒輪的帶動下，行星齒輪被帶動以逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因為圓柱齒輪傳動的內(nèi)環(huán)運動方向不變。因此，由行星齒輪驅(qū)動的內(nèi)環(huán)齒輪也按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因此，線圈也按相同的方向旋轉(zhuǎn)，即線圈升降鉆的旋轉(zhuǎn)方向。由設(shè)計條件可知：最大提升力為：29.4KN；最快提升速度：3.13m/s；4a=心.嗑X=29.4X1O3X3.13=92.02厘 (4-8)因此，要以3.l3m/s的速度在不超過29.4KN的提升力的前提下，必須要有92.02KW的輸入功率。在齒輪嚙合的過程中，一定有功率的傳動損失，齒輪傳動的損失率為：%=0.97可得升降機上輸入的功率是：[=e=97.8KW因此，卷筒的功率巴，轉(zhuǎn)矩7；與升降機軸的功率《，轉(zhuǎn)矩7；分別是：[=4=97.8KW；%<=—■=29.4x103x3.13=92.02AW；7；=9.55xl05x^.=2.08xl05N-mw；n\T3=9.55x105x—=5.49x1O5N/?za?7.%4.2.2升降機下降轉(zhuǎn)矩特性的分析由于升降機是靠自身的重力下降的，在下降安裝過程中的扭矩取決于下降高度和下降速度，是一個可變值。4.3升降機的主要特性參數(shù)計算升降機的最大提重量升降機的最大提重量“指的是用單繩一速提升時，升降機的最大提升負荷,它取決于大鉤載荷以及滑車系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)。而大鉤載荷又依據(jù)額定孔深下的最大鉆具重量確定。大鉤載荷可用下式計算：式中 Qdg一一大鉤載荷;k——卡塞系數(shù)。它又反映了升降機的超載能力，又可稱為超載系數(shù)。一般左=1.5—4。淺孔及大口徑鉆機取值較小，中深孔及小口徑鉆機取值較，深孔鉆機取值大；2）一—額定孔深時的鉆具總重；a 鉆桿重量修正系數(shù)。接頭連接。=1.05,接箍連接a=l.l；q一一每米鉆桿重量；L一一額定孔深的鉆具總長；一一沖洗液比重；2一一鉆桿材料比重。在實際應(yīng)用中一般采用簡化公式計算Q1g=kqL （4-10）XY-4巖心鉆機的最大鉆進深度是1000m,孔徑是53mm,q=4.5m/kg。Qd&=皿=2x4.5x1000=9xIO?Kg因此，大鉤載荷是。次=9x103小。升降機的最大起重量可由公式a,=曳=以確定，在設(shè)計中升降機的滑輪mrjmri系統(tǒng)按有死繩滑輪系統(tǒng)設(shè)計，則有效鋼絲繩數(shù)m=4根，在取n=0.90。從而可得升降機的最大起重量是：P=鼠=皿=21^L=25OOKg?！癿r/mq4x0.9升降機的提升速度提升速度指的是卷簡的纏繩速度。它包括最高纏繩速度匕叫、最低纏繩速度匕面、調(diào)速范圍R、速度檔數(shù)m及中間速度匕。①速度檔數(shù)m由前面的設(shè)計可知，次升降機有四個速度，因此，它的速度檔數(shù)m=4②最高纏繩速度匕的最高纏繩速度匕ax是根據(jù)提引器的最高上升速度確定的。Kiax= (4-11)式中 匕max一一提引器的最高上升速度，它受立根長度和操作安全的限制。不同立根長度，所容許提引器的最高上升速度如表4-1。表4-1立根長度(m) 6 9~12 15以上提引器的最高上升速度 1 1.5 2.0(m/s)在本設(shè)計中選用的立根長度是6m,則％max的大小是：Zax=W%max=4X1=4加/5XY-4巖心鉆機的提升速度只有四檔，則實際的最高速度是Vmax=3/3m/s。③最低纏繩速度匕加最低纏繩速度匕擊是根據(jù)動力機的額定功率及大鉤裁荷確定?？捎孟率接嬎?；“ 102N 、Vmin (4-12)式中心 動力機額定功率，kW；7——動力機至卷簡的總傳動效率，一般取0.80-0.85；Qdg——大鉤裁荷，Kgo則計算得最低纏繩速度為：“ 1O27V ，c102x20 ，V-=mn =4x0.85x =0.69m/sQ?, 4x2500XY-4巖心鉆機的提升速度只有四檔，則實際的最低速度是Km=0.82m/so（4）調(diào)速范圍R當(dāng)匕ax及匕in確定之后，調(diào)速范圍己成定值。/?='理L=3.8 （4-13）^nin⑤中間速度匕中間速度％是通過下面的公式來確定的，匕=一%"-14）式中V” 第n個中間速度，m/s；V,——第一速速度，m/s；m——升降機的速度檔數(shù)；k一一所求速度的序號。所以TOC\o"1-5"\h\zm 4%=——;——--V.=--——--0.82=1.09機/s12 14-（2-1） ；m 4匕———-——--V：=-——-0.82=1.647?//^- 14-（3-1） ；m 4匕4=——7——7?V：= -——--0.82=3.68根/s34 14-（4-1） o4.3.3升降機的抱閘的受力計算①下降制動力矩“ZD制動正在下降過程中的鉆具，卷筒上除承受鉆具自身的重力產(chǎn)生的靜力矩Mj外，還必須承受鉆具與升降機系統(tǒng)的慣性力產(chǎn)生的附加力矩M”。因此，制動鉆具所需的制動力矩等于以上兩中力矩之和，即MZD=MJ+Md (4-15)在實際計算中，一般采用下面的經(jīng)驗公式：Mzd=0Mj (4-16)訴 ..QdgD5而 M= -77m2(4-17)式中P一一動載荷系數(shù)，尸=1.2?1.4,懸掛鉆具時，可以看成制動安全系數(shù)；。媒一一下降鉆具時，最大大鉤載荷；m 有效鋼絲繩數(shù)；〃一一滑輪系統(tǒng)效率；D,——卷筒的計算直徑，按卷筒上只有一層鋼絲繩計算，Dx=D+d-,D一一卷筒直徑；d——鋼絲繩直徑。則可以計算得下降制動力矩的數(shù)值，如下：—= -x0.85=3.454xl05Nmm20m2 4 2②提升制動力矩Mzd提升鉆具時，所需上午制動力矩取決與提升負荷的大小和升降機的結(jié)構(gòu)類型。而XY-4巖心鉆機的升降機是一個定軸輪系的提升裝置，因此，提升制動力矩"zD應(yīng)為：Mzd=2R9+4) (4-18)而 p分4而 Pb~~ (4-19)

所以 Mzd=2P>Lrb(4-20)式中 Ph一一升降機的最大起重量；rs一一卷筒計算半徑，纏繞三層鋼絲繩，4=a='(O+5d)；式中 Ds一一卷筒的計算直徑;D 卷筒直徑;d一一鋼絲繩直徑。(4-21)如果換成齒數(shù)，并考慮行星輪系的傳動效率得:(4-21)式中Za 中心齒輪齒數(shù);Zb 內(nèi)齒圈齒數(shù);7 行星輪系傳動效率。計算可以得到提升鉆具時的制動力矩用，：mmM7n=2Pr-Za+Zb?~=2x2500xl82.5x30+84x—=1.457xl05^mmzdq'Zh〃 84 0.85③制圈半徑R和制帶寬度B的關(guān)系I~M由公式H=—當(dāng)一可得制圈半徑R和制帶寬度B的關(guān)系。通過這一個公式，如果設(shè)定一個值就能確定另一個的大小。第5章工程圖的繪制總裝配圖的繪制總裝配圖見工程圖1。部件圖的繪制部件圖見工程圖2o零件圖的繪制零件圖見工程圖3o第6章 升降機的使用與維護升降機的日常維護保養(yǎng)升降機的日常維護是保證安全運行的最直接、最有效的技術(shù)措施，升降機操作人員要用看、聽、聞、摸的方法，對設(shè)備進行維護的崗位職責(zé)。要求操作人員通過檢查電梯儀器是否正常工作、操作聲音是否協(xié)調(diào)、散熱器溫度是否上升等，發(fā)現(xiàn)故障的最初跡象，以達到預(yù)防和防范的目的。電梯的日常維護操作如下。①擦拭、檢查升降機外表升降機外觀是可能發(fā)生事故的最重要指標，如溫度波動、外殼裂縫、緊固件松動等。為此，經(jīng)常保持電梯的清潔是一項非常重要的保養(yǎng)內(nèi)容，通常要使鐵的光澤看到原來的顏色，具體要求是：一：電梯的外觀，應(yīng)經(jīng)常保持無泥土、無油污，任何零、零、零。a：吊裝時，應(yīng)始終保持無泥漿、無油污，各部件的相互位置，清晰可見，每次吊裝時，讓鉆具后，必須進行一次擦拭。b：立即清除擦拭過程中發(fā)現(xiàn)的漏油、漏水現(xiàn)象，及時確定原因，如有問題,應(yīng)擰緊或更換緊固件或更換有缺陷的密封圈和固定裝置。c：銘牌、標志和各種文書應(yīng)保持字跡清晰，表面清潔。②保持各部件的完整和緊固升降機在日常維護中，應(yīng)注意及時檢查、更換和調(diào)整損壞的部件；檢查和緊固外部螺栓、螺母和其他緊固件。。③監(jiān)聽運轉(zhuǎn)聲響在生產(chǎn)過程中應(yīng)注意傾聽升降機各個部件的運轉(zhuǎn)聲響，以便從中發(fā)現(xiàn)碰撞、拖擦等不正常現(xiàn)象。在實際生產(chǎn)中，通常主要將傳動齒輪和支撐軸承等作為監(jiān)聽對象。④升降機各個部件溫度變化升降機各個部件的溫度變化不僅與潤滑不良有關(guān)，而且還與相位部件調(diào)校不當(dāng)、安裝位置不正確、油量過大等有關(guān)，這些都會導(dǎo)致散熱器的溫度過高。在日常維護中，應(yīng)做好電梯旋轉(zhuǎn)部分的溫度測量工作。并嘗試使用溫度計，提高監(jiān)測水平。⑤檢查升降機的提升能力在規(guī)定的額定載荷范圍內(nèi)，升降平臺應(yīng)具有足夠的提升能力，這就要求在提升鉆具時，抱閘與皮帶之間不能有打滑現(xiàn)象；在降低鉆具時，卷筒應(yīng)可靠地制動,并能實現(xiàn)瞬間制動，不跳不滑，以保證提升作業(yè)的準確性和安全性。因此，在維護檢查中，應(yīng)注意抱閘與皮帶或滾筒的摩擦面之間的間隙是否均勻。間隙通常為0.5至2毫米，以確?？绽K容易落下，不受阻撓。檢查傳動裝置的握持機構(gòu)，在升降機手柄制動牢固后，足夠的制動增量力不應(yīng)使偏心輪轉(zhuǎn)角達到終點位置的厚邊，否則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。⑥升降機的潤滑升降機的電梯潤滑是日常維護的最重要內(nèi)容，必須遵守電梯潤滑規(guī)定的期限、內(nèi)容、要求，認真執(zhí)行"潤滑五條"。上油前應(yīng)將油杯、油嘴、油口及各上油點的潤滑面擦拭干凈，按標準選擇油品種類，保持油品質(zhì)量和油具清潔。在深孔作業(yè)時，要檢查水閘轉(zhuǎn)子軸端軸承的潤滑情況，因為軸承容易因高速、高溫和潤滑惡化而燒壞，導(dǎo)致水閘轉(zhuǎn)子損壞和定滑輪的摩擦。升降機的行星齒輪和軸承在鉆井過程中經(jīng)常因缺油而損壞。油嘴位于齒輪箱和滑筒之間，很難加注，但還是必須按照潤滑說明定期加注足夠數(shù)量的油。?⑦定期對升降機進行拆檢拆卸檢查升降機固定網(wǎng)，測量張緊帶（帶）的磨損殘余厚度和鉀釘嵌入深度,要求嚴重磨損殘余厚度＞5mm,嵌入深度＞lmm。超過規(guī)定磨損薄度的帶子應(yīng)更換，鉀釘松動或外露的鉀釘應(yīng)更換并重新鉀接，防止拉傷閘筒的表面。檢查閘門與閘門之間的接觸面積和體積，如小于有效工作面的80%,會降低夾緊力，造成制動效果，必須進行調(diào)整。保持調(diào)整可以通過調(diào)整桿件調(diào)整螺母來實現(xiàn)，保持在正常狀態(tài)下，保持閘門上下兩個三角桿應(yīng)處于水平位置，并應(yīng)注意桿件螺紋連接情況和檢查鎖緊螺母的可靠性，防止偏心力增加過多而損壞桿件。升降鼓和閘門的拉絲表面很容易被暴露的鉀釘或沙子等硬物劃出凹槽或拉伸，這將降低制動和保持力。。升降機的使用要求①升降機，在提升或降低鉆具時，嚴禁同時按下提升和制動手柄，以免損壞變速箱。當(dāng)使用繩筒的繩卡時，要確保繩邊靠在繩筒的壁上，以盡可能地減少占用空間。。②當(dāng)利用升降機配合給進油缸，“連拉帶頂”處理孔內(nèi)事故時，要特別注意人身和機械安全。并在強力起拔鉆具的“倒桿”中，嚴禁把給進油缸的上頂力，轉(zhuǎn)加給升降機。第7章 對升降機進行有限元分析運用CATIA進行升降機的建模利用已知的參數(shù)，建立升降機的有限元模型，建立的模型如7T所示:面面面Model.1Elements.11nts.1CaseSolution.1圖7-1升降機的有限元分析模型運用CATIA中的GenerativeStructuralAnalysis分析①對升降機添加材料屬性對升降機的添加金屬材料，添加后的圖形如7-2所示:￡面2面Z面件幾何體mtModel.1Elementss.1,1il.1sents.1A一CaseSolution.圖7-2添加材料屬性后的模型

WIT兒NodesElementsMaterialStaticRestraint.1Restraint.2StaticSolution.1]〔Sensers.Properties.Materials.1kFiniteElementModel.1施加約束在升降機軸與中心齒輪花鍵連接的左右兩邊添加支撐，如圖7-3所示圖WIT兒NodesElementsMaterialStaticRestraint.1Restraint.2StaticSolution.1]〔Sensers.Properties.Materials.1kFiniteElementModel.1施加約束在升降機軸與中心齒輪花鍵連接的左右兩邊添加支撐，如圖7-3所示圖7-3添加約束后的模型③施加載荷在升降機軸的花鍵的一個平面添加均布載荷，圖7-4所示::PartiVonMisesStress(nodalvaluN_n20.1370.1230.1090.09570.0820.06830.05470.0410.02730.01379.15e-015OnBoundary圖7-4添加載荷后的模型④分析結(jié)果

Analysisl.CATAnalysi

sMESH:EntitySizeNodes278Elements721ELEMENTTYPE:ConnectivityStatisticsTE4719(99.72%)SPIDER2(0.28%)Materials.1MaterialSteelYoungModulus2e+011N_m2PoissonRatio0.266Density7860kg_m3ThermalExpansion1.17e-005_KdegYieldStrength2.5e+008N_m2

StaticCaseBoundaryConditionsSTRUCTUREComputationSTRUCTUREComputationNumberofnodes278Numberofelements721Numberofnodes278Numberofelements721NumberofD.0.F.1170NumberofD.0.F.1170NumberofContactrelationsNumberofKinematicrelations12Numberofcoefficients2172Lineartetrahedron719NumberofContactrelationsNumberofKinematicrelations12Numberofcoefficients2172Lineartetrahedron719Smoothspider : 2RESTRAINTComputationName:Restra