【正文】 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的裝配圖及爆炸圖 零件圖繪制總結(jié) 通過(guò) Pro/E 的使用，對(duì) ZJ50 型石油鉆機(jī)絞車傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們可以很直 觀的看到具體零部件的樣子以及各個(gè)傳動(dòng)件之間的相互關(guān)系，三維造型的使用大 大的方便提供給了我們?cè)O(shè)計(jì)所需的理論支持。 游 的計(jì)算有： Q 39。前處理模塊提供了一個(gè) 強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模 塊包括結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物 理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析 能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子 流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算 結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。一般滾筒要纏數(shù)層，在纏繞過(guò)程中由于外圈纏繞時(shí)對(duì) 筒壁進(jìn)一步的壓縮使里層的鋼絲繩放松而降低對(duì)滾筒的壓力，因此，鋼絲繩多層 纏繞時(shí)有一個(gè)多層纏繞系數(shù)。如圖 所示。右邊約束中沿軸向自由度及三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度均不被約束。 由工程的實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)可知，滾筒軸的剛度滿足絞車的正常工作需要。由此 可見(jiàn)，該滾筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)較為合理，滿足絞車的正常工作需要。右邊約束中沿軸向自由度及三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度均不被約束。 （ 1）剛度分析 滾筒軸裝配體受載后總位移分布圖如圖所示 : 計(jì)算結(jié)果表明：滾筒軸裝配體的最大變形發(fā)生在滾筒的的中間部位以及滾筒 軸左端部位，最大變形為 ，也在滾筒軸裝配體的彈性內(nèi)。 25 （ 3） ZJ50 型絞車傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件校核方面：對(duì) ZJ50 型絞車傳統(tǒng)系統(tǒng)中的剎 車進(jìn)行力學(xué)計(jì)算校核，校核結(jié)果表明絞車傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件能夠滿足工作要求。自己要學(xué)習(xí)的東西 還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn) 。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然能夠圓滿完成，但由于時(shí)間問(wèn)題，未能完成以下幾點(diǎn)： （ 1）在滾筒和滾筒軸的有限元靜態(tài)分析中，還需要進(jìn)一步研究載荷的施加方式， 包括載荷的精確計(jì)算，考慮軸承油膜的剛度、阻尼特性，采用接觸算法等。 結(jié)論 : 滾筒軸裝配體的的安全系數(shù)大于滾筒軸的裝配體的的許用安全系數(shù) ，所以其的強(qiáng)度滿足軸的正常工作需要。 （ 1）滾筒軸端施加扭矩 起鉆時(shí)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)將扭矩傳遞到滾筒軸左端部位，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)滾筒 轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行 workbench，選擇靜力分析，定義材料的相關(guān)性能參數(shù)后，導(dǎo)入之前存盤的滾筒 SAT 文件就可以生成滾筒軸裝配體的實(shí)體模型。 結(jié)論：滾筒軸的安全系數(shù)為 大于滾筒的許用安全系數(shù) ，所以滾筒軸 的強(qiáng)度滿足絞車的正常工作需要，滾筒軸的設(shè)計(jì)符合工況設(shè)計(jì)要求。因此， 在分析中指定合適的載荷條件是關(guān)鍵的一步。然后根據(jù) 模態(tài)提取方法 —— Block Lanczos（分塊法）進(jìn)行求解，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展。由工程的實(shí) ZJ50 際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)可知，滾筒的剛度也滿足絞車的正常工作需要。運(yùn)行workbench，選擇靜力分析，定義材料的相關(guān)性能參數(shù)后，導(dǎo)入之前存盤的滾筒SAT 文件就可以生成滾筒的實(shí)體模型。 查得 q=30Kg/m l —— 立根長(zhǎng)度，米。因此要求剎車機(jī)構(gòu)靈活省力和安全可靠。為了實(shí)現(xiàn) 這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi) 發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn) 行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程 文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。 1985 年， PTC 公司成立于美 國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。由滾筒軸上高、低速端的兩只離合器（ PO3PO324）的離合，可使?jié)L筒軸獲得八正兩倒的轉(zhuǎn)速 。絞車傳動(dòng)鏈條均采用強(qiáng)制 密封潤(rùn)滑。 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)原則 型鉆機(jī)設(shè)計(jì)制造原則 （ 1）鉆機(jī)絞車設(shè)計(jì)制造原則依據(jù) “ 先進(jìn)、可靠、安全、方便、經(jīng)濟(jì) ” 的原則； （ 2）絞車采用模塊化設(shè)計(jì)，將驅(qū)動(dòng)與絞車連成整體，增強(qiáng)了鉆機(jī)的移運(yùn)性，減 少安裝工程量； （ 3）絞車配套件：軸承選用中國(guó)制造的西北軸承廠優(yōu)質(zhì)軸承，推盤離合器選用 8 中美合資 SJS 廠家產(chǎn)品，輔助剎車采用伊頓剎車。 （ 2）絞車要有足夠的尺寸和容繩量，并應(yīng)保證纏繩狀態(tài)良好，以延長(zhǎng)鋼絲繩壽 命；絞車要適應(yīng)起下鉆重量的變化，有足夠的起升檔數(shù)或能無(wú)級(jí)調(diào)速，用以提高 功率的利用率， 節(jié)省起升時(shí)間。 ZJ50 型絞車具有鉆井性能好、啟動(dòng)平穩(wěn)、絞車功率大、調(diào)速 性能好、功率利用率高、安全可靠、絞車操作省力，控制先進(jìn)，傳動(dòng)簡(jiǎn)單，結(jié) 構(gòu)緊湊，調(diào)速范圍大，效率高，壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)。液壓驅(qū)動(dòng)具有轉(zhuǎn)換容易、體積小 、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。其傳動(dòng)特點(diǎn)是設(shè)備布置成組集中，動(dòng)力機(jī)組、傳動(dòng)裝置、絞車和井架等均在同一自走車上，機(jī)泵組安裝在可整拖的大底座上，采用液壓機(jī)構(gòu)起放井架。一般在深井中都用 339． 725 mill 70 MPa 的防噴器組。 (1)深井鉆機(jī)趨向大型化 鉆深能力已達(dá) l5000 m，最大鉤載達(dá) 12 500 kN。其中美國(guó)的鉆機(jī)技術(shù)和銷售業(yè)績(jī)?cè)谑澜缟戏€(wěn)居首位，所以與國(guó)際技術(shù)接 軌，實(shí)際上是與以美國(guó)為代表的鉆機(jī)技術(shù)及 API 規(guī)范接軌。尤其是 4 500 m 以淺鉆機(jī)在提高移運(yùn)性上成績(jī)斐然，橇裝鉆機(jī)模 塊化程度大大提高，其中 3 000 m 以淺鉆機(jī)采用自走式運(yùn)載車、伸縮式井架，大大降低了移運(yùn)成本，且均擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。并具有適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好 、結(jié)構(gòu)新穎的特點(diǎn)。 （ 6）根據(jù)絞車制動(dòng)形式不同有不同的絞車結(jié)構(gòu)： 近距離剎車制動(dòng)絞車； 遠(yuǎn)距離帶剎車制動(dòng)絞車； 氣動(dòng)無(wú)剎把帶剎車制動(dòng)絞車； 液壓盤式剎車制動(dòng) 絞車； 水剎車輔助剎車絞車； 電磁渦流剎車輔助剎車制動(dòng)絞車； 水冷 3 氣動(dòng)盤式剎車輔助剎車制動(dòng)絞車； 能耗制動(dòng)無(wú)輔助剎車絞車。鉆機(jī)鉆臺(tái)上單獨(dú)配置液 壓貓頭。其主要設(shè)備有： 井架、天車、絞車、游動(dòng)滑車、大鉤、轉(zhuǎn)盤、水龍頭（動(dòng)力水龍頭）及鉆井泵（現(xiàn) 場(chǎng)習(xí)慣上叫鉆機(jī)八大件）、動(dòng)力機(jī)（柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)）、聯(lián)動(dòng)機(jī)、固控 設(shè)備、井控設(shè)備等。絞車是石油鉆機(jī)速度變化及維持外頭恒定鉆壓的重要機(jī)構(gòu)，是鉆機(jī)的核心部件，直接決定著鉆機(jī)鉆進(jìn)能力。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。石油鉆機(jī)一般由旋轉(zhuǎn)設(shè)備、循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備、起升系統(tǒng)設(shè)備、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備、控制系統(tǒng)設(shè)備、鉆機(jī)底座和輔助設(shè)備組成。一般有八大系統(tǒng)（起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、鉆井液循環(huán)系 統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)顯示儀表、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鉆機(jī)底座、鉆機(jī)輔助 設(shè)備系統(tǒng)），要具備起下鉆能力、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)能力、循環(huán)洗井能力。 （ 4） 根據(jù)絞車功能不同有不同的絞車結(jié)構(gòu)： 帶撈砂滾筒和不帶撈砂滾筒，即 通常說(shuō)的單滾筒絞車和雙滾筒絞車； 無(wú)貓頭軸絞車。即動(dòng)力輸入軸、中間軸（多根）、貓頭軸、滾筒軸； 獨(dú)立貓頭軸－ 多軸絞車：絞車主體（輸入軸、中間軸、滾筒軸等）低位安 裝，位于后臺(tái)底座， 小功率的貓頭軸高位安裝，位于鉆臺(tái)上； 齒輪傳動(dòng)單軸絞車：現(xiàn)在電驅(qū)動(dòng)鉆 機(jī)中普遍實(shí)用的結(jié)構(gòu)，直流或交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)減速或變速齒輪箱， 以驅(qū)動(dòng)滾筒軸。較 好的簡(jiǎn)化了絞車結(jié)構(gòu)。國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)已形成系列，鉆深有 1 500、 2 000、 3 200、 4 500 和 6 000 m；驅(qū)動(dòng)方式除常規(guī)的柴油機(jī) 膠帶驅(qū)動(dòng)和柴油機(jī) 液力變矩器驅(qū)動(dòng)外， 還有 ACSCRDC 驅(qū)動(dòng)。 石油鉆機(jī)國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r 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和開(kāi)發(fā)，美國(guó)、 德國(guó)、法國(guó)、意大利、加拿大、墨西哥和羅馬尼亞等國(guó)先后開(kāi)發(fā)了各種類型的石 油鉆機(jī)。 2．規(guī)模趨于兩極化 石油鉆機(jī)在規(guī)模上有兩極發(fā)展的趨勢(shì)，即深井鉆機(jī)大型化和輕便鉆機(jī)小型 化?？紤]安裝防噴裝置的需要，井架底座最高達(dá) l2． 12 m。輕型鉆機(jī)主要以車裝鉆機(jī)為主，美國(guó)是世界上生產(chǎn)車裝鉆機(jī)較多的國(guó)家，使用也很廣泛， 3 500 m 5 以淺的井幾乎都使用車裝鉆機(jī)。電驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)編程控制器獲得很多機(jī)械驅(qū)動(dòng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，如順序操作和聯(lián)鎖功能等。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 絞車是鉆機(jī)的核心部件，是鉆機(jī)起升系統(tǒng)的主要設(shè)備，它在鉆井工作中起著 極其重要的作用。根據(jù)上述工況對(duì)絞車提出了以下要求： （ 1）絞車要有足夠大的功率，在最低速轉(zhuǎn)速下鋼絲繩能產(chǎn)生足夠大的拉力，以 保證游動(dòng)系統(tǒng)能起升最重的鉆具載荷；有一定的解卡能力，并能完成具有最大載 荷的下套管作業(yè)；短時(shí)最大載荷作用下要有足夠的強(qiáng)度、剛度；在絞車使用期限 內(nèi)，滾筒、滾筒軸、軸承及傳動(dòng)件要有足夠的壽命。 （ 7） 絞車的控制手柄、剎把、指重表 等相對(duì)集中于司鉆控制臺(tái)，以便于操作。滾筒軸上的高低速離合 器及輸出軸上的慣剎離合器均采用 PO 型推盤離合器。中間軸的鏈輪（ Z=24）通過(guò) 31 3/4″ 鏈條帶動(dòng)滾筒軸上高速的空套鏈輪（ Z=32）轉(zhuǎn)動(dòng)；另一鏈輪（ Z=19）通過(guò) 31 3/4″ 鏈條將動(dòng)力傳到貓頭軸，并由貓頭軸上的鏈輪（ Z=24）通過(guò) 31 3/4″ 鏈條帶動(dòng)滾筒軸低速端空套鏈輪（ Z=62）轉(zhuǎn)動(dòng)。 Pro/E 概述 在中國(guó)也有很多用戶直接稱之為“破衣”。 Pro/E 的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 經(jīng)過(guò) 20 多年不斷的創(chuàng)新和完善， pore 現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模 軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭 羊之一，它具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能： Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。 全相關(guān)性： Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品。 第四章 ZJ50 型絞車傳動(dòng)系統(tǒng)主要部件的計(jì)算校核 主剎車帶校核 鋼帶選用材料： 50 圖號(hào)： 正火狀態(tài)： b ≥ 630Mpa， s≥ 375Mpa 剎車塊選用材料：編織石棉銅絲 摩擦材料剎車機(jī)構(gòu)的任務(wù)是剎慢或剎住被下鉆載荷所帶動(dòng)的滾筒，達(dá)到調(diào)節(jié)鉆壓，送進(jìn)鉆具，控制下鉆速度以及剎住懸持鉆具的目的。 游 =（ q l max y ＋ O G ） =（ 30 28 143＋ 10 1000） 13 =130120Kg=1276KN 式中： q—— 每米鉆桿柱重量，以 鉆桿計(jì)算。 ZJ50 型絞車滾筒的靜力分析 建立滾筒模型 在 PRO/E 中建立滾筒的三維模型后，選擇 SAT 文件類型存盤。作用在滾筒表面的壓力 σ 為： 求解并分析結(jié)果 進(jìn)入求解器求解，求解完成后得到滾筒的位移云圖和應(yīng)力云圖，如圖所示： （ 1）剛度分析 滾 筒受載后總位移分布圖，如圖 所示 : 17 計(jì)算結(jié)果表明：滾筒在受到壓力作用時(shí)，滾筒向內(nèi)收縮，由于中間筒體沒(méi)有 其他約束，滾筒變形較大的區(qū)域位于筒體上，兩端變形比較小，絞車滾筒的變形 主要是徑向變形，其他方向的變形都比較??；從數(shù)值上看，最大變形量為 ，這與滾筒自身的結(jié)構(gòu)與受力特點(diǎn)有關(guān)，符合實(shí)際情況。 施加約束并求解 由于滾筒軸的自由模態(tài)對(duì)其正常工作影響不大，在此只對(duì)約束模態(tài)進(jìn)行分 析，根據(jù)滾筒的工作狀況，對(duì)滾筒施加約束，其施加方法與上節(jié)相同。 載荷工況分析 有限元分析的目的之一是檢查結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)一定的載荷條件的響 應(yīng)。 （ 2）強(qiáng)度分析 滾筒軸受載時(shí)應(yīng)力分布圖： 計(jì)算結(jié)果表明：滾筒軸的最大應(yīng)力 部位在靠近軸左端軸肩附近，最大應(yīng)力為 ，并出現(xiàn)了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，在軸加工時(shí)，應(yīng)注意減小應(yīng)力集中。 ZJ50 型絞車滾筒軸裝配體有限元分析 建立滾筒軸裝配體有限元分析模型 在 PRO/E 中建立滾筒與滾筒軸的裝配后，選擇 SAT 文件類型存盤。 載荷的確定 滾筒軸裝配體所受的載荷包括滾筒軸端扭矩、筒殼壓力。 （ 2）強(qiáng)度 分析 滾筒軸裝配體受載后應(yīng)力分布圖，如圖 所示： 24 滾筒軸裝配體的的最大應(yīng)力部位在滾筒與滾筒軸的過(guò)渡處，最大應(yīng)力為，小于滾筒和滾筒軸的材料屈服極限 ,由有限元的計(jì)算結(jié)果，可得出滾筒軸的安全系數(shù)為： 。 （ 4）在絞車的有限元分析方面：利用 ANSYS 建立 ZJ50 型絞車傳動(dòng)系統(tǒng)的主 要零件如滾筒軸、滾筒和滾筒軸裝配體的有限元模型，科學(xué)合理地確定了它們的 約束條件和載荷分布；分別對(duì)滾筒軸、滾筒和滾筒軸裝配體進(jìn)行靜態(tài)分析得到了 滾 筒軸、滾筒軸和滾筒軸裝配體的應(yīng)力圖、位移圖，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知它 們具有較好的強(qiáng)度和剛度；分別對(duì)滾筒軸、滾筒進(jìn)行模態(tài)分析得到了他們前六階 固有頻率和相應(yīng)振型，數(shù)據(jù)表明其抗振性好，滿足絞車正常工作要求