岩心钻机升降机的设计

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开题报告

(XY-4岩心钻机升降机的设计)

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：

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：

①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。

②要求升降机的结构与强度具有一定的超载能力。

③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。

④结构简单。

设计目的：

①通过设计知道钻机的工作性能以及升降机的结构；

②分析升降机的转矩特性和转速特性；

③分析计算升降机的特性参数；

③应用一些软件对升降机进行仿真分析，从而，进一步了解升降机的性能。

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：

① 输入轴转速（r/min）：约450、约310、约217、约117；

② 卷筒转速（r/min）：约160、约110、约78、约42；

③ 最大提升能力：29.4KN；

④ 卷筒直径：285mm；

⑤ 钢绳直径：16mm；

⑥ 卷筒容绳量：52mm；

⑦ 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：

① 升降机的最大起重量Pq；

② 提升速度分为：最高缠绳速度Vmax、最低缠绳速度Vmin；

③ 调速范围R；

④ 速度档数及中间速度。

抱闸的受力分析：

① 下降制动力矩；

② 提升制动力矩；

③ 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：

类型	特点	采用钻机型号
胀闸传动式	次种升降机简化了机械传动结构，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。	SPC-300型
锥摩擦传动	此类升降机结钩比较简单，易损件少、结实耐用、但传动效率小，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	XB-500型
片式摩擦力合器传动式	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。	用于钻机辅助升降机
液压传动式	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。不足之处是液压马达要求加工、装配精度高、不便野外修配。
行星轮传动式	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

行星轮式升降机分为①行星轮轴支撑在提升在制圈上，内齿圈与卷筒装在一起；

②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
第一类		(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ωa的中心轮带动下，行星轮绕自身轴以ωg自转，并带动内齿圈以ωb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（ωb、ωH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。