【文章內(nèi)容簡介】 計 楊峰 機(jī)械 81001 9 本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)及 要求 1．通過對 ZJ50 型絞車的工作原理、結(jié)構(gòu)組成和傳動系統(tǒng)的研究，闡述 ZJ50型絞車具有傳動簡單，功率大且利用率高，調(diào)速性能好，安全可靠等優(yōu)點。 2．運用三維造型軟件 Pro/E 完成 ZJ50 型絞車的傳動系統(tǒng)的三維建模。 3．對 ZJ50 型絞車傳統(tǒng)系統(tǒng)中的傳動軸、滾筒、主剎車帶進(jìn)行安全校核，根據(jù)校核結(jié)果判斷各部件是否能滿足正常工作要求。 4．運用有限元分析 ANSYS 軟件對 ZJ50 型絞車傳動系統(tǒng)的滾筒軸、滾筒、輸入軸、中間軸等主要部件進(jìn)行有限元的靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷傳統(tǒng)系 統(tǒng)中各主要部件是否滿足絞車的正常工作要求。 ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 10 第二章 ZJ50 型絞車傳動系統(tǒng)介紹 ZJ50 型 絞車的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計原則 絞車的使用工況及要求 絞車是鉆機(jī)起升系統(tǒng)的主要設(shè)備，也是鉆機(jī)的核心部件，它的主要任務(wù)是：用來起、下鉆具；懸持靜止的鉆具；在鉆進(jìn)過程中控制鉆壓、送進(jìn)鉆具；利用貓頭機(jī)構(gòu)上、卸鉆具絲扣；起吊重物及進(jìn)行井場的其它輔助工作；另外有的絞車往往還充當(dāng)轉(zhuǎn)盤的中間變速傳動機(jī)構(gòu)。根據(jù)上述工況對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、軸承及傳動件要有足夠的壽命。 （ 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)或能無級調(diào)速，用以提高功率的利用率，節(jié)省起升時間。 （ 3）絞車要能適應(yīng)起重量的變化，有足夠的提升檔數(shù)，最好能無極調(diào)速，以便提高功率利用率，節(jié)省起下鉆時間。 （ 4）絞車要有靈活而可靠的剎車機(jī) 構(gòu)及強(qiáng)有力的輔助剎車，能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)鉆壓，均勻地送進(jìn)鉆具。 （ 5）絞車應(yīng)配備貓頭機(jī)構(gòu)，以供緊、卸鉆具絲扣和向鉆臺起吊重物。 （ 6）絞車應(yīng)具有剛勁的支架和底座。中型絞車整體運輸，其重量應(yīng)在 10t 以內(nèi)，重型和超重型絞車要使拆散運輸?shù)膯卧? 15t 以內(nèi)。傳動部分要有嚴(yán)密的防護(hù)罩，并應(yīng)潤滑充分；在結(jié)構(gòu)安排上應(yīng)保證易損件拆修簡便。 （ 7）絞車的控制手柄、剎把、指重表等相對集中于司鉆控制臺，以便于操作。 ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 11 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計原則 型 鉆機(jī)設(shè)計制造原則 （ 1）鉆機(jī)絞車設(shè)計制造原則依據(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，將驅(qū)動與絞車連成整體，增強(qiáng)了鉆機(jī)的移運性，減少安裝工程量； （ 3）絞車配套件：軸承選用中國制造的西北軸承廠優(yōu)質(zhì)軸承，推盤離合器選用中美合資 SJS 廠家產(chǎn)品，輔助剎車采用伊頓剎車。滾筒主剎車采用帶剎，滾筒采用整體開槽滾筒，所有運動部件采用強(qiáng)制潤滑； （ 4）驅(qū)動部位不可以帶泥漿泵； （ 5）設(shè)計時，主要關(guān)鍵件（如鏈輪、軸）等均采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并且通過熱處理獲得優(yōu)良性能； （ 6）底座設(shè)計能適應(yīng) UNIT 公司的裝運方式。 設(shè)計執(zhí)行的主要技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn) API Spec7 旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備規(guī)范 API Spec7F 油田用鏈條和鏈輪規(guī)范 API Spec7K 旋轉(zhuǎn)鉆柱部件規(guī)范 API Spec8A 鉆井和采油提升設(shè)備規(guī)范 API Spec9A 鋼絲繩規(guī)范 API RP500 石油設(shè)備電氣裝置安裝場所分類 ZJ50 型 絞車結(jié)構(gòu)及工作原理 絞車結(jié)構(gòu)組成 ZJ50 型 動力絞車采用模塊化設(shè)計，將兩臺 成整體，并合理地將機(jī)、電、氣、液有機(jī)的結(jié)合在一起，控制絞車 的各個動作，使絞車結(jié)構(gòu)更緊湊，操作更方便、安全，增強(qiáng)了鉆機(jī)的移運性，減少了設(shè)備安裝的工作量。 ZJ50 型 動力絞車的結(jié)構(gòu)主要由絞車架、鏈條箱、滾筒軸、輸入軸、中間軸、貓頭軸、輸出軸、伊頓剎車、漸開線花鍵換擋機(jī)構(gòu)、防碰天車裝置、潤ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 12 滑系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)等幾大部分組成。絞車為密封墻板式五軸絞車。絞車內(nèi)部采用氣路控制 PO 型推盤離合器和氣胎離合器，離合方便可靠，在滾筒軸分別獲得八個正檔和兩個倒檔時的操作控制過程中，動力機(jī)無須停車。絞車主剎車采用帶式剎車機(jī)構(gòu)（雙杠桿），輔助剎車為 236WCB2 伊頓剎車。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。絞車傳動鏈條均采用強(qiáng)制密封潤滑。各個護(hù)罩均為剛性結(jié)構(gòu)焊接件。整個絞車安裝在一個用金屬材料焊接而成的絞車底撬上，輸入軸、中間軸、滾筒軸和貓頭軸通過軸承座固定在絞車墻板孔內(nèi)，滾筒軸一側(cè)裝有伊頓輔助剎車，滾筒軸另一側(cè)裝有氣控箱及帶剎的剎把，便于集中操作，滾筒軸滾筒的下面，絞車底撬上裝有剎車機(jī)構(gòu)，通過剎帶與滾筒剎車鼓組成剎車的主制動系統(tǒng)。在絞車外部裝有剛性結(jié)構(gòu)焊接件的各個護(hù)罩，以保證操作安全，防止傳動機(jī)構(gòu)受外界環(huán)境的影響，并避免潤滑油外濺。 絞車工作原理 動力 絞車的動力由兩臺 ，動力經(jīng)液力變矩器減速增矩，再通過雙 LT600/125 離合器傳到鏈條箱。在鏈條箱中兩臺動力機(jī)的動力可通過鏈輪（ Z=32）并車，并由鏈輪（ Z=31）將動力傳到輸入軸上。通過操作控制三套換檔機(jī)構(gòu)，輸入軸上的三只鏈輪（ Z=2 Z=3 Z=28）和一只齒輪（ Z=80），與中間軸上的三只鏈輪（ Z=3 Z=2 Z=46）和一只齒輪（ Z=96）實現(xiàn)組合，使中間軸可獲得四正一倒的轉(zhuǎn)速。中間軸的鏈輪（ Z=24）通過 31 3/4″鏈條帶動滾筒軸上高速端的空套鏈輪（ Z=32）轉(zhuǎn)動 ；另一鏈輪（ Z=19）通過 31 3/4″鏈條將動力傳到貓頭軸，并由貓頭軸上的鏈輪（ Z=24）通過 31 3/4″鏈條帶動滾筒軸低速端空套鏈輪（ Z=62）轉(zhuǎn)動。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。驅(qū)動鉆井轉(zhuǎn)盤的動力由滾筒軸上高速端空套鏈輪（ Z=32）通過 21 3/4″鏈條，傳遞到轉(zhuǎn)盤驅(qū)動軸空套鏈輪（ Z=27）上，由轉(zhuǎn)盤驅(qū)動軸上離合器（ PO218）的離合，將動力通過鏈輪（ Z=20）、21 3/4”鏈條帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤可獲得四正一倒的轉(zhuǎn)速，如圖 所示。絞車的輔助剎車采用先進(jìn)的美國伊頓公司 236WCB2 剎車，與滾筒軸之間采用漸開線花鍵聯(lián)接，手動離合。 ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 13 圖 五 ZJ50 型 絞車傳動示意圖 絞車傳動系統(tǒng)參數(shù) 絞 車基本參數(shù) 如表 一 所示： 表 一 絞車基本參數(shù) 最大輸入功率 735Kw（ 1000HP） 滾筒軸最大直徑 φ230mm 滾筒剎車直徑 φ1168228（ 46″9″） 滾筒中心直徑與長度 φ5331028（ 21″40—1/2″） 滾筒驅(qū)動鏈為 1—3/4″P，三排鏈 傳動鏈 1—3/4″P，雙排鏈 驅(qū)動鏈 1—1/4″P， 三排鏈 驅(qū)動速度 正轉(zhuǎn)速度： 4 反轉(zhuǎn)速度： 2 滾筒速度 正轉(zhuǎn)速度： 8 反轉(zhuǎn)速度： 2 總高、底座寬度、總長 2394mm、 2150mm、 8859mm ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 14 第三章 零件的三維造型 三維造型概念 三維造型 : CAD 的三維造型有三種層次的建立方法，即線框、曲面和實體，也就是分別對應(yīng)于用一維的線，二維的面和三維的體來構(gòu)造形體。通過計算機(jī)輔助設(shè)計建立的立體的、有光的、有色的生動畫面，虛擬逼真地表達(dá)大腦中的 產(chǎn)品設(shè)計 效果，比傳統(tǒng)的二維設(shè)計更符合人的思維習(xí)慣與視覺習(xí)慣。三維造型技術(shù)從最初的三維 CAD 已發(fā)展到目前專用的基于特征造型的三維軟件，常用軟件有 UG、SolidWorks、 SolidEdge、 MDT、 Pro/E、 3DS max 等。本次畢業(yè)設(shè)計所需繪制的零件我全部采用 Pro/E 進(jìn)行造型。 Pro/E 概述 在中國也有很多用戶直接稱之為 “ 破衣 ” 。 1985 年， PTC公司成立于 美國 波士頓，開始參數(shù)化建模 軟件 的研究。 1988 年， 的 Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過 10余年的發(fā) 展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER （中文名野火 6)。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 等等。 Pro/ENGINEER 還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的 實體造型 系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性 MCAD 軟件。 Pro/E 的特點和優(yōu)勢 經(jīng)過 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，它具有如下特點和優(yōu)勢： 參數(shù)化設(shè)計和特征功能： Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計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，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 單一數(shù)據(jù)庫： Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是 工程中的資料全ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 15 部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何 一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 例如，一旦工程詳圖有改變， NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 全相關(guān)性： Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的 。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理： 加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER 獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一 些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用： 菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 16 習(xí)和使用。 具體的零部件造型 針對 ZJ50 型石油鉆機(jī)絞車傳動系統(tǒng)的設(shè)計，主要傳動零件有輸入軸、中間軸、貓頭軸、滾筒軸以及轉(zhuǎn)盤過橋軸，各個軸之間通過齒輪或者鏈輪進(jìn)行運動及能量的傳遞。以下是幾個關(guān)鍵 零部件的造型詳解： 中間軸鏈輪的繪制 首先根據(jù)二維圖的圖紙說明，分析繪圖順序。 根據(jù)圖紙說明，我先繪制外部整體輪廓，在打開 Pro/E 設(shè)置好各種參數(shù)后，首先點擊 （旋轉(zhuǎn)）按鈕，然后選取一個草繪平面 RIGHT 面（如下圖） ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 17 添加中心線（如下圖） 根據(jù)二維圖尺寸繪制如下圖草繪 完成后點擊 按鈕，然后選取旋轉(zhuǎn)中心軸 ， 最后點擊下圖右上角的綠色勾子按鈕ZJ50 型石油鉆機(jī)用動 力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 楊峰 機(jī)械 81001 18