1、中文摘要 I英文摘要 .-II1 .緒論 11.1 問題的提出和設(shè)計的意義 11.2 國外石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢 11.3 我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)況 11.4 本文的主要設(shè)計內(nèi)容 22 .選擇重要設(shè)備 32.1 鉆井泵 32.2 絞車 32.3 轉(zhuǎn)盤 32.4 變矩器 42.5 柴油機(jī) 53 .絞車傳動設(shè)計計算 63.1 滾筒直徑計算 63.2 滾筒長度L63.3 快繩拉力計算 63.4 滾筒轉(zhuǎn)速計算 73.5 絞車傳動及鉆機(jī)起升作業(yè)特性設(shè)計 83.6 滾筒纏繩層數(shù)及容繩量 .93.7 轉(zhuǎn)速圖的確定 104 .游動系統(tǒng)設(shè)計 144.1 最大鉆柱重量 144.2 最大鉤載 144.3 快

2、繩拉力 144.4 鋼絲繩直徑的選用 154.5 繪制大鉤提升曲線 155 剎車系統(tǒng)設(shè)計計算 185.1 制動力矩的計算 185.2 剎車盤直徑的確定195.3 液壓缸直徑的確定 216 .滾筒軸總成設(shè)計226.1 最小直徑的確定 226.2 重要零件的選擇 236.3 滾筒軸的強(qiáng)度校核347 .結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40附錄1（鉆機(jī)傳動圖及說明）附錄2（圖紙）1緒論1.1 問題的提出和設(shè)計意義21世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)的時代，知識經(jīng)濟(jì)是在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下的一種以高新技 術(shù)產(chǎn)業(yè)為支柱，以智力資源（人才和知識）為依托的一種嶄新的經(jīng)濟(jì)。在知識經(jīng)濟(jì)時代， 一切工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品都將面臨技術(shù)變革和產(chǎn)品壽

3、命周期大幅度縮短的挑戰(zhàn)。加入 世界貿(mào)易組織后，國外產(chǎn)品將更容易進(jìn)入我國市場，這將使我國大部分機(jī)械產(chǎn)品受 到?jīng)_擊。與此同時,進(jìn)一步開放技術(shù)市場，減少或取消技術(shù)轉(zhuǎn)讓的限制，將使國內(nèi)沒有 競爭力的領(lǐng)域成為發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)車間，組裝基地。然而,任何國家或地區(qū)都不可能開發(fā)出所有的技術(shù)，也不可能在所有的技術(shù)領(lǐng) 域都處于領(lǐng)先地位。因此，經(jīng)濟(jì)全球化也給一些國家?guī)砹顺浞掷米约旱闹橇Y 源，在世界大市場中搶占一席之地的機(jī)遇。 我國的機(jī)械工業(yè)參與國際分工，加速國際， 國內(nèi)機(jī)械產(chǎn)品市場一體化的進(jìn)程，可以改善我國機(jī)械產(chǎn)品的出口環(huán)境，促進(jìn)我國機(jī)械產(chǎn)品的升級換代，并有利于引進(jìn)技術(shù)和利用外資。當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形式使我國油氣工業(yè)面

4、臨著巨大的壓力-后備儲量不足，急需解決勘探開發(fā)低，深，難問題以及進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。加入世貿(mào)組織后跨國石油公司 進(jìn)入我國市場所形成的壓力，使得我們必須大力推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。在這種背景下，我國鉆井行業(yè)想要和國外鉆井承包商及其技術(shù)服務(wù)公司爭奪國 內(nèi)市場，并擠入國際鉆井市場，除了保持鉆井技術(shù)持續(xù)高速發(fā)展之外，還必須有技術(shù) 先進(jìn)的鉆機(jī)。在這種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和難得的機(jī)遇面前，我們必須盡早制定發(fā)展戰(zhàn)略，力 爭成為明天的勝利者。通過技術(shù)發(fā)展盡快縮小我國石油鉆機(jī)與國際上先進(jìn)的石油鉆機(jī)之間的技術(shù)差 距，實(shí)現(xiàn)趕超國際先進(jìn)水平的目標(biāo)，從而使國產(chǎn)鉆機(jī)市場上占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，而不僅僅只是占一席之地。1.2 國外石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展的

5、現(xiàn)狀和趨勢20世紀(jì)90年代以來，國外研究改進(jìn)，開發(fā)創(chuàng)新了多種新型石油鉆機(jī)，涌現(xiàn)了許多 新結(jié)構(gòu)，新技術(shù)。為了適應(yīng)淺海，海灘，沙漠和丘陵等不同地帶油氣藏的勘探開發(fā)，美 國德國，法國，意大利,加拿大，墨西哥和羅馬尼亞等國家先后開發(fā)了各種類型的石油 鉆機(jī)。而現(xiàn)在各個國家又加大了對深井和超深井的開發(fā)。1.3 我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀1957年以來，我國石油鉆機(jī)技術(shù)大體上經(jīng)歷了仿制和在引進(jìn)消化再創(chuàng)新兩個階 段，目前已形成年生產(chǎn)鉆深10009000米的各種陸地與海洋石油鉆機(jī)200臺 的生產(chǎn)能力，并開發(fā)了可用于斜井和叢式井以及沙漠地區(qū)鉆井用的鉆機(jī)，頂部驅(qū)動， 盤式剎車的新型鉆機(jī)。我國目前鉆深10007000

6、米的鉆機(jī)已經(jīng)形成系列，具備生產(chǎn)10009000米機(jī)械 傳動,電傳動，頂部驅(qū)動陸地，沙漠，海洋等各種成套鉆機(jī)的能力。全國目前有900多臺大中型鉆機(jī) 洪中87%都為國產(chǎn)。在用石油鉆機(jī)中，80% 為機(jī)械驅(qū)動，20%為電傳動。近些年來，我國的石油鉆機(jī)已經(jīng)在國際市場上占有一席 之地。除了直接出口之外，目前三大公司為了獲得海外份額，已經(jīng)有200多套鉆機(jī)帶 到海外打井。在我國機(jī)械行業(yè)中，石油鉆機(jī)從總體上看是一種在國際市場上具有競爭力的 機(jī)械產(chǎn)品。但是,我們必須充分利用發(fā)展中國家的后發(fā)效應(yīng)，通過技術(shù)創(chuàng)新，跨越某些 技術(shù)發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)跳躍式發(fā)展，以達(dá)到趕超國際先進(jìn)水平。1.4 本文的主要設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計的任務(wù)是完

7、成ZJ70鉆機(jī)綜合設(shè)計計算。通過對整個鉆機(jī)傳動系統(tǒng)的分 析，提出傳動方案，然后由傳動方案來設(shè)計整個鉆機(jī)的傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)的設(shè) 計是整個鉆機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)，對后續(xù)設(shè)計具有重要的設(shè)計意義。在完成了傳動系統(tǒng)設(shè)計以后，就需要根據(jù)傳動圖和任務(wù)書來計算整個鉆機(jī)所 需要的柴油機(jī)的功率進(jìn)而選擇鉆機(jī)所需要的關(guān)鍵設(shè)備，如：柴油機(jī)，變矩器，鉆 井泵，轉(zhuǎn)盤，絞車。完成了關(guān)鍵設(shè)備的選擇后，就需要對絞車部分做具體的設(shè)計計算。通過計算 可以得到快繩拉力以及純繩層數(shù)和容純量,進(jìn)而可以進(jìn)一步確定滾筒直徑和長度， 算出滾筒的轉(zhuǎn)速，從而繪制出絞車轉(zhuǎn)速圖。通過計算可以得到鉆機(jī)在起鉆和下鉆過程中的最大鉤載以及最大鉆柱重量， 從而可以確

8、定鋼絲繩直徑，從而也可以驗證任務(wù)書中給出的鋼絲繩的直徑。由已 經(jīng)得到的滾筒轉(zhuǎn)速圖計算出大鉤在各檔的提升速度，以及對應(yīng)的大鉤鉤載，進(jìn)而 繪制出大鉤提升曲線。完成了絞車傳動設(shè)計和游動系統(tǒng)設(shè)計后，緊接著就需要完成對剎車系統(tǒng)的設(shè) 計計算。在計算出剎車盤的制動力矩以后，根據(jù)滾筒直徑和長度以及鋼絲繩的纏 純層數(shù)，純純?nèi)萘縼泶_定剎車盤的直徑以及液壓缸的直徑，壓力。最后對滾筒軸進(jìn)行總體設(shè)計。由剎車盤的制動力矩算出滾筒軸的最小直徑， 然后選擇滾筒上需要的關(guān)鍵設(shè)備如：氣胎離合器，鏈輪，軸承，螺栓，螺釘?shù)鹊?。由選擇的設(shè)備在對軸進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及對各個零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。完成 了這一步之后，滾筒軸總成圖就基本上完

9、成了，然后在對整個軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。2選擇重要設(shè)備2.1 鉆井泵：（3NB 1600額定功率：1180KW。額定泵速：120 r/min）由于設(shè)計任務(wù)書中明確給出了單臺鉆井泵的功率： 1600Hp（1180KVV。所以 可以直接選擇相應(yīng)的型號，最后確定鉆井泵的型號為： 3NB-1600 （2臺），額定功 率：1180KW額定泵速：120r/min。（石油鉆采機(jī)械概論P(yáng)120李繼志 陳榮 振主編石油大學(xué)出版社2000年10月）2.2 絞車：（JC70額定輸入功率為：1470KW）一KG 絞 M由公式：N紋=、卜一（鉆井機(jī)械P34嵇彭年 王編 石油工業(yè)出版社75“游"絞1982年2月 北京

10、第一版 ） 式中 N絞絞車輸入功率，馬力；G游1 游動系統(tǒng)最低檔時的起重量，公斤；（1公斤=1Kg）Vi 大鉤起升的最低速度，米/秒；“游游動系統(tǒng)的起升效率；“絞 考慮滾筒纏繩效率和 絞車內(nèi)部傳動效率，一 般可取為0.95;K功率儲備系數(shù)，考慮慣性動載的影響，可取K=11.4;由公式：“游=一鉤無二G鉤小 快繩功率p快、快n （Z）（鉆井機(jī)械P35嵇彭年Z （1）主編 石油工業(yè)出版社1982年2月 北京第一版 ）式中： 有效純數(shù)Z=10 （任務(wù)書中給出）；鋼絲繩繞一滑輪旋轉(zhuǎn)的效率可取為 。=97%;“游=（。-10）=08510（1 -0.97）0.856游=名義鉆井深度X每根鉆柱平均線密度所

11、以 N絞=1.4父210000父0.4 = 1942馬力=1427.9（ KW） 75 0.95 0.85由任務(wù)書所給可知：絞車額定功率為 1470KW ）1427.9所以驗證所需絞車的功率在額定功率內(nèi)，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選定絞車的具體型號為：JC70額定輸入功率為：1470KW。2.3 轉(zhuǎn)盤：（L-520 -2 轉(zhuǎn)速：300r/min 功率：550 馬力）由公式：Nt = 0.05_+C（鉆井機(jī)械P39嵇彭年 主編 石油工業(yè)出版社1982年2月 北京第一版）式中：L 名義鉆井深度，米；C經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)重型鉆機(jī)的參數(shù)設(shè)置可取C=50100所以確定：L=7000, C=100所以：N 轉(zhuǎn)=0.05父

12、7000+100=450馬力最后確定轉(zhuǎn)盤的型號：“7 -520 2 轉(zhuǎn)速：300r/min功率：550馬力。2.4 變矩器：（YBL900 4500F 功率：810KW 轉(zhuǎn)速：1300r/min）由鉆機(jī)實(shí)際工作情況可知，當(dāng)絞車工作時鉆井泵和轉(zhuǎn)盤并不工作。所以由 已經(jīng)選定的轉(zhuǎn)盤，絞車和鉆井泵的功率，通過把鉆井泵和轉(zhuǎn)盤在變矩器輸出端的 功率疊加與絞車比較，哪個大就用大的功率去反推變矩器以及柴油機(jī)的功率，轉(zhuǎn) 速，進(jìn)而確定型號。由鉆機(jī)傳動圖和（鉆井機(jī)械P37嵇彭年 主編 石油工業(yè)出版社1982年2 月北京第一版）可知：鏈傳動閉式： =0.99齒輪傳動圓錐齒輪： =0.99萬向軸：=0.98減速箱：=0

13、.99滾筒純繩：=0.98由兩個泥漿泵反推到變矩器輸出端：P 1= P泥漿泵+ （ 2 2變速箱* "萬向軸）2、=1180 - （0.99 父0.98）=1216.12KWP2 = P泥漿泵* （2 2變速箱* "萬向軸）=1180+ （ 0.99 2 父 0.98 ）=1216.12KW由絞車反推到變矩器輸出端：P3 = 電車鏈"軸"鏈”軸）4=1470 - 0.99 =1530.3KW由轉(zhuǎn)盤到推變矩器輸出端：卜轉(zhuǎn)盤萬向軸 減速相減速相 錐齒輪P4錐齒輪 鏈軸 鏈軸鏈 軸鏈）11_ _ _二405一： 0.990.98=457KW因為 R +P2 +

14、P4（轉(zhuǎn)盤，泥漿泵工作，絞車不工作） 所以可以通過計算泥漿泵和轉(zhuǎn)盤的功率來間接求變矩器的輸出功率；P +P2+P3 +P4 =722.31KW （由傳動圖可知，四個變矩器平均分配）; 4"變矩器=0.9 （石油鉆采機(jī)械概論P(yáng)120李繼志 陳榮振 主編 石油大學(xué)出版社2000年10月） 變矩器的最高效率：885所以可以求得變矩器的輸入功率：P輸入= 802.57KW ；所以選擇變矩器的型號：YBL900 45DDF作為最后確定的變矩器。根據(jù)所選擇的變矩器的型號可得變矩器的特性曲線：取最高效率的90%為合理的變矩器效率由特性曲線可知 n1 =320r/min , n2 = 870r/mi

15、n2.5 柴油機(jī)：（Z12V190B 功率：1200馬力 轉(zhuǎn)速：1500r/min）因為萬向軸的效率為：。萬向=0.9所以可求得柴油機(jī)的功率：810/0.99=818.2KW;所以柴油機(jī)型號確定為：Z12V190B ;3絞車傳動設(shè)計計算3.1 滾筒直徑計算：因為 D滾筒=（11 28） d繩（鉆井機(jī)械P110嵇彭年 主編 石油工業(yè) 出版社1982年2月 北京第一版）對于重型機(jī)械，建議 D滾筒 之20 d繩，取D滾筒=28 d繩=28父38=1064mm （d繩=38mm,任務(wù)書中已經(jīng)給出）；3.2 滾筒長度L筒：L筒=（1.22.1） D筒，當(dāng)起重量大時，L筒=（1.31.5） D筒；綜合考慮

16、取L筒=1.5 D筒所以：L筒=1596mm剎車輪鼓直徑D鼓：D鼓=（1.82.8） D 筒對于輪鼓寬度一般為200275毫米，重型機(jī)械較大值綜合考慮取D鼓=2.8 D筒=266毫米因為 6鉤（最大）=4500KN, G鉆柱（最大）=7000父 30=210000Kg=2100KN3.3 快繩拉力計算:G鉤（最大）v鉤低P快V快繩（低）=0.85 （鉆井機(jī)械P36嵇彭年主編石油工業(yè)出版社1982年2月 北京第一版）G鉤（最大）Z游_ 450010 0.85=529.412KN所以可得"快繩（低）=4m/s ,同理可得“快繩（高）=24m/s同理："游.二 Z"Z

17、（丁）（刈=0.97）=0.8431 -下鉆：P快,=G|fe| （鉆柱）游= 177.03KNZ粉子十3.4 滾筒轉(zhuǎn)速計算：（鉆井機(jī)械P109嵇彭年 主編 石油工業(yè)出版社1982年2月北京第一版）v快繩二v滾筒=4m/s3.14D始n筒60m/sD始初始純純直徑，一般從第二層開始，則D始=D2n筒滾筒轉(zhuǎn)速現(xiàn)代滾筒多采用Lebus純槽，具結(jié)構(gòu)如圖所示，由于滾筒帶槽，導(dǎo)致鋼絲繩大部 分作環(huán)狀纏繞，并在180二對側(cè)有兩次跳槽.這就避免了一側(cè)跳槽帶來的滾筒旋轉(zhuǎn)質(zhì) 量不均勻現(xiàn)象，這是一個優(yōu)點(diǎn).再者這種帶槽滾筒的第一層純純可以松開工作，這就減少了總的純繩層數(shù)，一般筑3層即可起一立根.因此第二層純繩直徑也

18、就是平 均純純直徑.即：D2 =D 平均=Di + 2cPd =D0 -0.4d2 d=Do （2 : -0.4）d鋼絲繩的純純示意圖如下：DO而又因為中=0.866, d=38mm, D0=1064mm（鉆井機(jī)械P109嵇彭年 主 編 石油工業(yè)出版社1982年2月 北京第一版）所以 D2 = 1115mm又因為快繩（高）=24m/s=3.14父D2父n筒高60所以 n筒=441.44r/min同理：V快繩低=期快2 = 4m/s3.14D2n 筒所以期快2 = 4m/s =60所以n筒低=68.6r/ min41類比取輸入端的傳動比為：41 =1.4618所以降速后：滾筒高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速分別為

19、：3201.46=220=r/min,8701.46=6 0 0/min3.5絞車傳動及鉆機(jī)起升作業(yè)特性設(shè)計滾筒軸的純繩容量及平均純純直徑的計算：滾筒槽底的直徑：D°=1064mm鋼絲繩直徑：d=38mm滾筒純繩長度：L=1596mm滾筒每層排數(shù)：n = -L- d式中：-排純間隙取1,計算的滾筒每層排數(shù)n =3 = 41 圈38 1D1 = D0 d =1064 38 = 1102mmD2 = D12d =1102 2 0.9 38 = 1170.4mmD3 =D2 2 d =1170.4 2 0.9 38 =1238mm當(dāng)大鉤落在鉆臺面上時，滾筒的純繩按一層計算，則各層的純繩量為

20、：L2 = 41 3.14 1.17 = 150.68mmL3 =41 3.14 1.24 =159.48mm所以 總純純量為:L =L2 +L3 =150.68 +159.48 = 310.16mm由于鉆機(jī)提升結(jié)構(gòu)為5M 6則有：h =3 310.16 = 31.016mm 28mm5 210所以可以提升一根鉆柱，且留有足夠間隙.考慮滾筒纏繩第一層留2/3不用,則起升高度為：（純純層數(shù)e=3）1 h -（- 3.14D1n 3.14D2n 3.14D3n） 103/12式中：D1 = D0 d =1064 38 = 1102mmD2 = D12d =1102 2 0.9 38 = 1170.

21、4mmD3 = D2 2 d =1170.4 2 0.9 38 = 1238mm所以求得h=36.2m,立根長度28m,則筑3層純能滿足要求因此，滾筒上纏3層純，（采用帶才©滾筒）能夠滿足要求，且具有優(yōu)勢.減少了滾筒的 受力及結(jié)構(gòu)尺寸.鋼絲繩在滾筒上留有余量，保護(hù)了滾筒在鋼絲繩用盡時直接與鋼 絲繩磨損，既保護(hù)了滾筒，鋼絲繩也使也是游動系統(tǒng)的安全性增加了。3.6 滾筒纏繩層數(shù)及容繩量：3.6.1 每層排繩數(shù)n:Ln =d繩+式中：d繩一鋼絲繩直徑，d繩=38mmL滾筒長度，L=1596mm.A 滾筒上鋼絲繩被壓扁時直徑上的增量，取& =0.5則n = 1596 = 41.5,考

22、慮到滾筒兩側(cè)的護(hù)板厚度取 n=40.5（38 0.5）3.6.2 滾筒纏繩層數(shù)e:zmI +3.14（D。+d繩）n = 3.14D平n e式中:Z-有效純數(shù)，5父6純系2=10l立根長度，l=28mDo滾筒原始直徑；D平-滾筒平均純繩直徑，D平=1115mm所以 10 28 3.14（1064 38） 40.5=3.14 1115 40.5 e可得e=2.963 所以取e=3（層），滿足以前假設(shè)純繩層數(shù)，以及驗證了滾筒直徑和長度確定的正確性。3.7 轉(zhuǎn)速圖的確定：由前計算可知：n輸入軸（低）=220r / m i n, n輸入軸（高）=600r / min0袞筒（低）=68.6/ m i n

23、 n滾筒（高）=411.44r / min所以表示成又t數(shù)形式為：輸入軸：lg n = lg 220 = 2.34, lg" = lg 600 = 2.78滾筒軸:lg % = lg 411.44 = 2.34, lgn4 = lg68.6 = 1.836根據(jù)算得的對數(shù)轉(zhuǎn)速表示可得轉(zhuǎn)速圖：上面所示的轉(zhuǎn)速圖只是根據(jù)所求得的輸入軸轉(zhuǎn)速和滾筒軸轉(zhuǎn)速初步擬一個 轉(zhuǎn)速圖，所以還需要進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)速圖.因為ini Z2n2zi所以進(jìn)一步確定實(shí)際轉(zhuǎn)速圖以及齒數(shù)的確定 由輸入軸T貓頭軸：iilg 2.34lg 2.088200= 1.63122.46i2lg 2.34lg 2.354200=0.885

24、226確定:z2= 36（通過類比可得），所以Z1 = 41所以返推i2 =0.88,n 大200227.3r/min0.88Z3 = 34（類比）,z4=56返才t ii = Z4 =1.65，所以門小=馴=121.21r/minZ31.65貓頭軸t滾筒軸：i2lg2.08121.21lg1.836 : 68.55=1.768確定：z1 =30（通過類比可得），所以z2 = 54所以返推 i2 =1.8,n1 =67.34r/min = n1 =lg1.83,_ 227.3所以 I =1.8 = lg 2.36 =, n2 = 126.28r / min 1g 2.1%i21g2.08 12

25、1.211g 2.36 229.1= 0.53確定 Z4 = 27 （類比），Z3 =51返推:27 八ci2 = = 0.53 n3 =229.1r / min 土 n3 = 1g 2.3651i2 = 0.53 = 1g 2.36227.3n4所以可以確定 j =415.8= 1g2.62根據(jù)進(jìn)一步的確定得出了最后的轉(zhuǎn)速圖，如圖所示:三黜坡車各釉轉(zhuǎn)速圖由前面計算可得：n輸入軸（低）=220r / min ,n輸入軸（高）=600r / minn滾筒（低）=68.6r/min , n滾筒（高）=411.44r/min由此可得：（1）中間軸的速度：I擋時：Igni = 2.088 2.52 u

26、 n1= 122.5 331r/minII 擋時：lg n2 =2.36 2.8u n1 =229.1 631r/mi n（2）滾筒軸的轉(zhuǎn)速：I擋時：lgn =1.836 2.27u n1 = 68.55 186.21r / minII 擋時：lg n2 =2.1 2.54u n2 = 125.9 346.74r/mi n“擋時：ign3 = 2.36 2.8u n1 =229.1 631r/mi nIV擋時：lgn4 = 2.623.07u n4 = 416.87 1 1 7&r/mi n4游動系統(tǒng)計算4.1 最大鉆柱重量G鉆柱（最大）式中：G鉆柱（最大）鉆柱每米長度的重量二30kg

27、/m（任務(wù)書中給出）L m ax鉆井深度=7000m貝卜G鉆柱（最大）=kxq柱父 L =1 M7000父30=210000Kg=2100KN依相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：取G鉆柱（最大）=2200KN4.2 最大鉤載G鉤（最大）依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：SY/T5609-1999, G鉤（最大）=4500KN則鉤載儲備系數(shù)：6鉤（最大）4500KNK =匚 =2.045（鉤載儲備系數(shù) K=1.82.08）G鉆柱（最大）2200KN鉤載儲備系數(shù)越大，表明鉆機(jī)下鉆管，處理事故的能力越強(qiáng)，所以滿足要求。4.3 快繩最大拉力 由游動系統(tǒng)計算可得：v快繩=丫鉤.2 = （0.4m/s 2.4m/s）父 10 = 4 24m/sG鉤

28、（最大）V鉤低=0.85G鉤（最大）P快V快繩（低）4500 =529.412KN10 0.85所以可得v快繩（低）=4m/ S,同理可得“快繩（高）=24m/s同理："游J=Z"Z（" = 0.97）1 -=0.843,., cG鉤（最大）C-7CI/IU下鉆：已夬一z"游J = 379KN所以？快（最大）= 529.412KN4.4 鋼絲繩直徑選用由任務(wù)書所給鋼絲繩直徑：中=38mm，選取并校核鋼絲純初定鋼絲繩為6 19s IWR - IPS,左捻：，= 38mm實(shí)際工作中鋼絲繩承受的拉力為：pfG鉆柱（最大） Z220010 0.85= 258.8

29、24KN該鋼絲繩的公稱破斷拉力為 876KN,則安全系數(shù)為：ns = 876KN= 3.39 2.5258.824KN滿足規(guī)范要求，故選用=38mm鋼絲純能夠滿足要求.4.5 繪制大鉤提升曲線：因為 滾筒直徑D平均=1115mm,v快繩=丫鉤.2 = （0.4m/s 2.4m/s）父 10 = 4 24m/s（鉆井機(jī)械P109嵇3.14父D平均父n筒各檔滾筒軸的轉(zhuǎn)速計算大鉤的速度 ：Y鉤平=60Z彭年 主編 石油工業(yè)出版社1982年2月 北京第一版 ） 由此計算可得：I擋時：V鉤平=0.4 1.087m/sII 擋時:掣鉤平=0.735 2.02m/sIII 擋時:v鉤平=1.34 3.628

30、m/sIV擋時:v鉤平=2.433 6.856m/s所對應(yīng)的滾筒的轉(zhuǎn)速為：I擋n1 =68.55 186.21r/minII擋n2 =125.9 346.74r/minIII擋n3 = 229.1 631r/minIV擋n4 =416.87 1174.9r/min又因為“游=0.85尸絞=0.95所選絞車型號為JC70,其輸入功率為：P入=1470KW,用=隊”絞所以 P出=1470 0.95 = 1396.5KW因為絞車的輸出功率就是游動系統(tǒng)的輸入功率所以巳=P游入，P游出=P游入"游=1396.3父0.85 = 1187.025KW所以N鉤=P游出= 1187.025KW = C

31、 = G鉤,鉤因為G游動與大鉤所提鉤載相比影響較小，所以忽略G游動對大鉤特性曲線的影響V鉤與G鉤的關(guān)系如下表所示：檔數(shù)v 鉤（m/s）G鉤（KN）I擋0.4 1.08729681092II擋0.735 2.021615588III擋1.34 3.682886322IV擋2.433 6.856488173由此表繪制大鉤提升曲線:5剎車系統(tǒng)設(shè)計計算5.1 制動力矩的計算：由游動系統(tǒng)設(shè)計可知：P快（最大7=379 KN , D平均=1115mm,“絞=0.97由公式：DM主動- M靜- M制- P快J. 2 一."絞（鉆井機(jī)械P109嵇影年主編石油工業(yè)出版社1982年2月 北京第一版 ）

32、式中：PG鉤D平八八,快j= Z父游。公斤Z有效純數(shù)“游Y下放時游動系統(tǒng)效率 產(chǎn)=0.843“絞絞車效率，取阻絞=0.971.115m所以 M 主動=379 KN 父m0.97=286.29KN2下鉆時的操作圖如下：在剎住鉆柱瞬間的最大制動力矩 M max和最大制動力F制max可按下式計算：DMmax =“靜=F制 Mmax：，公斤式中 P 一 一動載系數(shù)，=1.52.0，由下鉆速度的高低和剎車的緩急而定，一般可選用一：=2,D鼓剎車輪鼓直徑，毫米所以選取 P=2, Mmax = 560.78 KN m5.2 剎車盤直徑的確定：根據(jù)剎車實(shí)際工作情況的需要，采用雙盤式剎車，其工作鉗總共為6個，可

33、以剎住最 大制動力，其安全鉗也為6個可以剎住最大制動力，其示意圖如下：就盤黃利車示意圖根據(jù)鉆機(jī)所需制動力矩，按下式計算:Mzh=Z PANk D（機(jī)械零部件手冊選型.設(shè)計.指南,P179余夢生 吳宗 2澤主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1995年5月.）故 D = 2Mzh（19116） ZPAk式中D制動盤的有效摩榛直徑；M zh -外載荷所需的計算制動力矩Z制動塊的數(shù)目，一對時Z=2;P-制動襯片的許用比壓；A一個制動襯片的設(shè)計面積% - -動摩擦系數(shù)，根據(jù)選用的制動襯片材料決定；按式（19116）計算的結(jié)果通常應(yīng)修改成整數(shù)，或選用取接近的標(biāo)準(zhǔn)制動盤直徑，然 后在驗算制動力矩是否滿足要求.摩擦材料的

34、選擇：（P6- 303）根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場的實(shí)際工況，選擇摩擦材料為石棉材料，所對應(yīng)的材料為 鋼，其具體參數(shù)如表1-1：表1-1摩擦材料盤式制動器摩擦材料許用溫度t/ c對摩擦材料干式濕式Pp(PV)PP(PV)P干式濕式石棉塑料0.40.61.41.01.21.20.350.450.150.2250鋼所以采用石棉塑料干式制動器，所對應(yīng)的摩1«因數(shù)取為：N =0.4,P=0.6MPD=2100mm, M Zh = 286.29KN .m ,Z=6所以求得A=0.19m,驗證P:P=_ 3286.19 1036 106 0.19 0.4 1.05=0.58MP<0.6MP所以

35、選用的剎車盤直徑均滿足要求5.3 液壓缸直徑的確定由于采用雙盤式剎車：工作鉗一邊3個，兩個剎車盤同時工作所以Z=6;Mmax所以單鉗制動力矩：=93.463KN m6又因為 1Pa=1N/m2,1MP=106Pa ,=0.4,a = 1050mm由公式：單鉗制動力矩=2NN正壓力R平所以N正壓力=93.4632 0.4 1.05=111.27KN取P=10MP, N正壓力=p A塞所以A塞=111.27cm2,又因為A單鉗=0.19m2N正壓力 93.463 103所以P=0.492MPA單鉗0.19所以P卜P許用=0.6MP 所以選取的摩擦材料滿足強(qiáng)度要求.因為 A塞=111.27cm2,由

36、公式小塞=S = 3.14 r222所以 r =35.44cm = r = 59.53mm所以 D=119.057mm,查手冊選擇標(biāo)準(zhǔn)：（機(jī)械零件設(shè)計手冊，第二版.下冊.東北工學(xué)院. 機(jī)械零件設(shè)計手冊,編寫組.冶金工業(yè)出版社，1979年12月第一版）液壓缸直徑：D=125mm,活塞桿直徑d=90mm6滾筒軸總成設(shè)計6.1最小軸徑的確定：由傳動圖可知，由快繩拉力傳遞過來的力矩為_D 平-3M ='.=295.15 103N.m根據(jù)實(shí)際需要選擇軸的材料為：35CrMo且為實(shí)心軸，其主要性能參數(shù)如下表：軸的材料抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度彎曲疲勞強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度35CrMo 2cb =700N /mm

37、2<rs = 500N /mm仃=320N / mm2，八一，2t=185N/ mm由公式：d = 17.2父3JT（機(jī)械設(shè)計手冊單行本.<軸及其連接 >.成大先主編.化學(xué)工業(yè)出版社.20XX年1月.）式中：T傳遞轉(zhuǎn)矩,M=T=295.15N.mt p許用轉(zhuǎn)矩剪應(yīng)力，查表得：7 p = 30 50MP ,取e p = 50MP有牙嵌離合器這端：d = 17 .2 黑 j: =311mm（圓整 d最小=320mm）又因為屈服極限公式：3M 295.15 10W 3.14 d316式中 M傳遞轉(zhuǎn)矩,M=T=295.15N.m仃s屈服極限產(chǎn)s =500MP n安全系數(shù),取n = 2

38、所以二二49.192 106 < 250 106 N/m2,滿足屈服極限同理可得：49.192 106M. =185 106N.m2,滿足扭轉(zhuǎn)疲勞極限 Wp有氣胎離合器那端：因為這段軸所傳遞的是低速擋，且所傳遞的最低滾筒轉(zhuǎn)速為68.55r/min所以y鉤平=0.4m/s,又由N鉤=1180.025KW =C（常數(shù)）=6鉤鉤平所以G鉤=2968KN ,所對應(yīng)的快繩拉力為：P快繩G游二4296810 0.85-349.18KN所以 M =已快繩."=194.67 103N.m=T2同理由前可知：二-二271mm（圓整 d最小=300mm）d = 17.2 3屈服極限公式：M 194

39、.67 103C-=3二二W 3.14 d3n16所以:一 二45.272 106：二6500 10 =250父106，滿足屈服極限要求2疲勞極限公式：M = 45.272 106"=185 106N.m2,滿足扭轉(zhuǎn)疲勞極限要求 Wp6.2重要零件的選擇6.2.1 鏈輪的選擇：在石油工業(yè)中一般選用滾子鏈鏈輪查（機(jī)械零件設(shè)計手冊吳宗澤主編 頁，機(jī)械工業(yè)出版社，20XX年11月）在選用鏈論的時候需要根據(jù)鏈條的節(jié)距來選用相應(yīng)的鏈輪，鏈條的參數(shù)如下表,P583ISO鏈號ANSI鏈號節(jié)距滾子直徑內(nèi)節(jié)內(nèi)寬銷軸長度內(nèi)鏈 板高度排距銷軸直徑極限拉伸載荷每米重16A8025.415.8815.7538

40、.9單排 值+(n-1)Pt2429.297.9255.62.620A10031.7519.0518.947.23035.769.5286.73.924A12038.122.2225.2257.435.745.4411.1124.65.6228A14044.4525.425.2262.34148.8712.71697.532A16050.828.5731.5573.447.858.5514.27222.410.136A18057.1535.7135.488353.665.8417.45280.213.4540A20063.539.7137.88590.56071.5519.8434716.15

41、根據(jù)實(shí)際情況選擇滾筒軸上的鏈條為 40A,其主要參數(shù)如表所示：節(jié)距P=63.5mm,滾子外徑d=39.71mm排距71.55mm,鏈條內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1=37.85mm四排鏈輪示意圖根據(jù)鏈條的節(jié)距選擇與之相對應(yīng)的鏈輪，鏈輪的節(jié)距P與壁厚的關(guān)系如下表：P(節(jié)距)mm38.644.4550.8063.576.20t(mm)2025293238P=63.5mm 時,t=32mm 由公式：R=0.5t,dh =9.5+2+091d(d分度圓直徑)bfm = (m -1)pt bfm=E=Lm式中 m排數(shù),m=4Pt -排距，Pt =71.55(mm)bf1 -齒寬(bf1 =0.93bl b1內(nèi)鏈條內(nèi)寬)

42、pd=(Z=54),dh =dk 2h( dk = 360mm). 180sinZ所以求得：R=16mm, bf4 = 250mm, d=1.095mh=74mm, dh = 468mm ,t=32mm6.2.2 牙嵌離合器的選擇：根據(jù)總裝圖知道牙嵌離合器安裝在軸的端部與輔助剎車相連其示意圖如下查(機(jī)械零部件手冊選型.設(shè)計.指南,P898余夢生 吳宗澤主編,械工業(yè)出版社,1995年5月.)可得具體參數(shù)：牙嵌外徑:D =(1.53)d牙嵌內(nèi)徑：D1 =(通常 D1 =(0.70.75)D牙嵌平均直徑：DP=DD2牙嵌寬度:牙嵌高度：h=(0.61.0)b連接軸的最小直徑：d=320mm, D=2

43、d=640mm, D1 =0.7D = 448mm448 640DP = = 544mm,2640 一 448b = 96mm，取 h = 1 父 b = 96mm26.2.3 鍵的選擇:根據(jù)兩邊軸的直徑，初步確定用兩個A型平鍵，A型平鍵和鍵槽示意圖如下：平鍵的兩側(cè)是工作面，工作時靠鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩，鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙.平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性好等優(yōu)點(diǎn)，因而 在石油行業(yè)中也廣泛采用這種平鍵.查（機(jī)械設(shè)計手冊.第二版.（第3卷）.P25-110主編:徐激.機(jī)械工業(yè)出版社.1988 年11月）可以得出鍵的具體參數(shù)，如下表：d鍵的公稱尺寸每 米100mm 重

44、/kg鍵槽尺寸b(h9)h(hn)C( 或)rL（兒4）tt1b半徑r公稱公差公稱公差>230563214051.4072012.426000>260633216051.5832012.42901.6002.1.2>2907036018051.9782212.41.330006>300804020052.5122515.438000+0.30+0.30公稱>380904522053.1792817.42.5尺440003寸2>4401005025053.9253119.5同2.550000鍵根據(jù)軸的直徑選擇鍵的具體尺寸有牙嵌離合器這邊鍵的尺寸為：L=340m

45、m,b=70mm,h=36mm,d=320mm,t=22mm,t1=12.4mm,r=1.6mm有氣胎離合器這邊以及安裝滾筒和盤式剎車兩段軸的鍵的尺寸：L=300mm,b=63mm,h=32mm,d=300mm,t=20,t1=12.4mm,r=1.6mm對所選擇的鍵進(jìn)行校核：安裝牙嵌離合器和滾筒軸這邊軸的校核：由公式：二p = 2000T 三二 p , T = 295.15 103N.m dkl式中：T-傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m)；d軸的直徑(mm)l 鍵的工彳長度，A型l = L -b(mm)k -鍵與輪轂的接觸高度(mm),平鍵k = h 2b -鍵的寬度。 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力，查表 pT鍵

46、的許用剪切應(yīng)力由前面軸的最小直徑的確定可知：Tmax = 295.15 103N.m,d=320mm, l = L - b =340 - 70 = 270mmh -一 一k ,h = 36mm, k = 18mm 23所以L p= 379.57MP2000 295.15 10320 18 270由表可查得:鍵聯(lián)接的許用擠壓，剪切應(yīng)力MPa應(yīng)力種類連接方式零件材料載荷性質(zhì)靜載輕微沖擊沖擊%靜連接鋼20025012020060100鑄鐵100120801004560動連接鋼504030E 12510060采用靜連接，輕微沖擊的鍵的許用擠壓應(yīng)力和許用剪切應(yīng)力為 Dp =120200MP,取仃 p =

47、200MP, T =100MP采用兩個鍵對稱分布：所以 c-p =379.5MP ：二2二"=2 200 =400MP pp2000T男切應(yīng)力：.=< .,b=70mm32000 295.15 10320 70 270dbl= 97.61MP ：二 2 =2 100 200PM因為最小直徑的鍵滿足要求，所以其他位置的鍵也能滿足要求 氣胎離合器這邊鍵的校核：T =194.67 103N.m,d=300mm,l = L -b = 300- 63 = 237mmh=32mm, k=16mm,hk = 一 = 16mm, 2擠壓應(yīng)力的:2000 194.67 103320 16 237

48、= 342.25MP ;2；=p=2 200 =400MP2000T男切應(yīng)力：.=- . ,b=63mm2000 295.15 103320 70 270dbl= 97.61MP ：二 2 =2 100 200PM所以在氣胎離合器這邊的鍵也滿足要求6.2.4 軸承的選擇在安放鏈輪的地方選用兩個圓錐滾子軸承，而支撐處選用調(diào)心圓柱滾子軸承 圓錐滾子軸承的示意圖如下Bl31錐滾子軸承示意用查（機(jī)械設(shè)計手冊.軸承.單行本.P6379.成大先主編.化學(xué)工業(yè)出版社.20XX 年1月）可以得出軸承的主要參數(shù)，如下表：基本尺寸/mm基本額定載荷/KN極限轉(zhuǎn)速/ r.min重 量/Kg軸承代號dDB1CrCor

49、脂油W35000 型3604801601490427038048074.3352972x25401852120491036045013235107260024229506270320400235351172由于軸的兩邊均采用相同型號和相同尺寸的鏈輪且軸的尺寸相同所以圓錐滾子軸承只需要選擇一個就可以滿足要求：選擇軸承代號為 351072,d=320mm,D=540mm,B1=185mm圓錐滾子軸承的示意圖如下：調(diào)心圓柱扇子軸承示潮I查（機(jī)械零件設(shè)計手冊P380吳宗澤主編.機(jī)械工業(yè)出版社.20XX年11月）可以 得出軸承的主要參數(shù)，如下表：基本尺寸/mm基本額定載荷/KN極 限轉(zhuǎn)速/ r .min

50、軸承代號dDBCrCor脂潤滑油潤滑圓柱孔360540134171041803604502307238056013517104240340430230766201942620624030038023176由于軸的支撐殼體兩邊軸的尺寸相同，所以圓錐滾子軸承只需要選擇一個就可以 滿足要求：選擇軸承代號為 23076,d=380mm,D=560mm,B=135mm6.2.5 氣胎離合器的選擇由于兩邊安放氣胎離合器的軸的直徑不一樣所以需要選擇兩個尺寸不同的氣胎 離合器，石油鉆機(jī)上使用的通風(fēng)型氣胎離合器是在一般的氣胎離合器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型離合器.它的隔熱和通風(fēng)散熱性能好，氣胎本身在工作時不承受扭矩,而且掛合平穩(wěn)，摘開迅速，因此它具有更高的壽命通風(fēng)型氣胎離合器結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)就在于它產(chǎn)生熱量的工作表面和氣胎表面之間,即在每一塊摩擦片上面都裝有一套散熱傳熱裝置.近年來，這種離合器在國外石油鉆機(jī)上獲得越來越廣泛的應(yīng)用.氣態(tài)離合器的示意如下：查（機(jī)械設(shè)計手冊.第二版.（第3卷）.P41-192.主編:徐激.機(jī)械工業(yè)出版社.1988 年11月）可以得出鍵的具體參數(shù)，如下表：型號氣 胎 數(shù) 量公稱轉(zhuǎn)矩Tn/N.m最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax / N.m許用轉(zhuǎn)速 max /r.min -1靜態(tài)扭轉(zhuǎn)D1(mm)D2(mm)L(mm)LQD7101