ZJ50型石油鉆機用動力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計【說明書+PROE】

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43 機械81001 楊峰 揚州大學廣陵學院 揚州大學廣陵學院畢業(yè)設(shè)計（論文）前期材料 學生姓名：楊峰 學號： 100007139 教 科 部： 機電工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計（論文）題目： ZJ50型石油鉆機用動力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 指導老師： 趙毅紅 材 料 目 錄 序號 名 稱 數(shù)量 備注 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）選題、審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書 1 3 畢業(yè)設(shè)計（論文）實習調(diào)研報告 1 4 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（含文獻綜述） 1 5 畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯（含原文） 1 6 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 1 2014年 04月 09日  廣陵學院畢業(yè)設(shè)計（論文）選題、審題表 學 院 機械工程學院 選 題 教 師 姓名 趙毅紅 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè)技術(shù)職務 副教授 申報課題名稱 ZJ50型石油鉆機用動力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 課題性質(zhì) ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 課題來源 A B C D √ √ √ 課題簡介 石油鉆機是油田油氣勘探開發(fā)極其重要的工具。絞車是石油鉆機速度變化及維持外頭恒定鉆壓的重要機構(gòu)，是鉆機的核心部件，直接決定著鉆機鉆進能力。本畢業(yè)設(shè)計對絞車的傳動系統(tǒng)進行設(shè)計。 設(shè)計（論文） 要 求 （包括應具備的條件） 1 了解機械設(shè)計的相關(guān)知識； 2 熟悉一種三維建模軟件。 課題預計 工作量大小 大 適中 小 課題預計 難易程度 難 一般 易 √ √ 所在專業(yè)審定意見： 負責人（簽名）： 年 月 日 院主管領(lǐng)導意見： 簽名： 年 月 日 說明：1、該表作為本科學生畢業(yè)設(shè)計（論文）課題申報時專用，由選題教師填寫，經(jīng)所在專業(yè) 有關(guān)人員討論，負責人簽名后生效； 2、有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應欄打“√” 課題一旦被學生選定，此表須放在“畢業(yè)設(shè)計（論文）資料袋”中存檔。  填 表 說 明 1、該表的填寫只針對1名學生做畢業(yè)設(shè)計（論文）時選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學選擇，應在申報課題的名稱上加以區(qū)別（加副標題），并且在“設(shè)計（論文）要求”一欄上加以體現(xiàn)。 2、“課題性質(zhì)”一欄： ①結(jié)合科研； ②結(jié)合生產(chǎn)實際； ③結(jié)合大學生科研訓練計劃； ④結(jié)合學科研競賽； ⑤模擬仿真； ⑥其它。 3、“課題來源”一欄： A、自然科學基金與部、省、市級以上科研課題； B、企、事業(yè)單位委托課題； C、校、院（系）級基金課題； D、自擬課題。 4、“課題簡介”一欄： 主要指研究設(shè)計該課題的背景介紹及目的、意義。 5、“設(shè)計（論文）要求（包括應具備的條件）”一欄： 主要指本課題技術(shù)方面的要求，而“條件”指從事課題必須具備的基本條件（如儀器設(shè)備、場地、文獻資料等）。  廣陵學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書 教 科 部： 機電工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學生姓名： 楊峰 學號： 100007139 畢業(yè)（論文）題目：ZJ50型石油鉆機用動力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 起 迄 日 期： 2014-01-18至2014-05-30 設(shè)計（論文）地點： 揚州大學 指 導 老 師： 趙毅紅 專 業(yè) 負 責 人： 宋愛平 發(fā)任務書日期： 2014年 02月 18 日  任務書填寫要求 1、畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書由指導老師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學生所在專業(yè)的負責人審查、學院分管領(lǐng)導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設(shè)計（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學生； 2、任務書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可在本學院網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3、任務書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經(jīng)過所在專業(yè)的教科部及學院主管領(lǐng)導審批后方可重新填寫； 4、任務書內(nèi)有關(guān)“教科部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號，不能只寫最后2位或1位數(shù)字； 5、任務書內(nèi)“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714-87《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6、有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408-94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2005年3月21日”或“2005-03-21”。 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書 1、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應達到的目的： 絞車是鉆機的核心部件，是鉆機起升系統(tǒng)的主要設(shè)備，它在鉆井工作中起著極其重要的作用。ZJ50型絞車具有鉆井性能好、啟動平穩(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，傳動簡單 ，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)速范圍大，效率高，壽命長，工作安全可靠等特點。在對ZJ50型絞車的整體結(jié)構(gòu)及工作原理認真研究的基礎(chǔ)上，運用Pro/E對ZJ50型絞車系統(tǒng)的中間軸、輸入軸等進行三維建模；并對滾筒、滾筒軸等重要部件進行安全校核；最后運用ANSYS對滾筒、滾筒軸和滾筒軸裝配體進行有限元分析。 2、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 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，闡述石油鉆機的研究背景及國內(nèi)外的發(fā)展狀況。 2、運用三維造型軟件Pro/E完成ZJ50型絞車的傳動系統(tǒng)的各部分零件進行三維建模。 3、對ZJ50型絞車傳統(tǒng)系統(tǒng)中的傳動軸、中間軸、滾筒、主剎車帶進行安全校核，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、滾筒等主要部件進行有限元的靜力學分析和模態(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。 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書 3、對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計論文、 圖表、實物樣品等）： 1. 完成15篇以上的相關(guān)中英文資料查閱，翻譯5000印刷符以上的英文資料。 2. 完成畢業(yè)實習報告。 3. 完成畢業(yè)論文開題報告。 4、完成畢業(yè)論文的撰寫 4、 主要參考文獻： [1] 楊明旺.石油系列絞車的數(shù)值分析與可靠性研究[D].北京：中國石油大學，2007 [2] 姚春東.董世民.石油鉆采機械[M].石油工業(yè)出版社.1994 [3] 王進全.關(guān)于我國石油鉆機技術(shù)的現(xiàn)狀及其研發(fā)思考[J].石油機械，2006,34（1）：7-11 [4] 張力.JC50DB型絞車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2011 [5] 陳茂松.國產(chǎn)鉆機的現(xiàn)狀的發(fā)展[J].石油機械,1999,19(3):36-39 [6] 鄂中凱,王金.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].東北大學出版社,1990 [7] 蘭鐵軍.基于Pro/Engineer、Ansys的收放絞車結(jié)構(gòu)的有限元優(yōu)化設(shè)計[D].天津:天津大學,2007 [8] 張連山.國外石油鉆機絞車的設(shè)計與計算[J].國外石油機械，1997,02(8):1-9 [9] 孫明光,彭軍生.國內(nèi)外石油鉆井裝備的發(fā)展現(xiàn)狀[J].石油鉆探技術(shù),2008,36(6):88-91 [10] 戴相富.石油系列絞車模塊化設(shè)計與仿真研究[D].北京:中國石油大學,2009 [11] 馬家冀.我國石油鉆機的發(fā)展與對策[J].石油機械,2001,05(29):1-5 [12] 王平.石油鉆機電動絞車特性分析及控制研究[D].上海:上海交通大學,2007 [13] 陳如恒,沈家駿.鉆井機械的設(shè)計計算[M].北京:石油工業(yè)出版社，2000 [14] 張力,張洪生,呂圣仕.當代大型石油鉆機更新的發(fā)展趨勢[J].石油礦場機械,2003,32(6):97-98 [15] HXJC40絞車使用手冊.揚州市高郵華興石油機械制造有限公司 [16] 啟蘊,李維明.用盤式剎車取代帶剎車的分析與建議[J].石油機械,1994,22(8):1-8 [17] 侯郁,鄭曉峰.機械驅(qū)動鉆機和電驅(qū)動鉆機的比較[J].石油機械.2000,23(8):48-51 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書 5、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃 起止日期 工 作 內(nèi) 容 2014年2月26日 至 2014年3月1日 分析課題任務，通過網(wǎng)絡、圖書館等途徑準備相關(guān)參考文獻，并認真閱讀分析，了解課題內(nèi)容要求。 2014年3月2日 至 2014年4月4日 查閱資料，完成文獻綜述、開題報告和外文翻譯，同時完成畢業(yè)實習。 2014年4月5日 至 2014年4月30日 完成石油鉆機絞車傳動系統(tǒng)的相關(guān)零部件的三維繪圖及其裝配 2014年5月1日 至 2014年5月15日 學習ANSYS軟件并且運用該軟件對ZJ50型絞車傳動系統(tǒng)主要部件輸入軸，中間軸，貓頭軸，裝盤過橋軸，滾筒總成等進行有限元的靜力分析和模態(tài)分析。 2014年5月16日 至 2014年6月1日 完成畢業(yè)設(shè)計說明書，按照相關(guān)要求打印裝訂成冊。 2014年6月2日 至 2014年6月10日 準備論文答辯 所在專業(yè)審核意見： 負責人： 年 月 日 學院意見： 院長： 年 月 日 實習報告 一、 實習目的 1、通過就業(yè)前崗位實習，了解和掌握實際生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程、工藝原理和技術(shù)要求，為今后正式工作學習打下良好的基礎(chǔ)。 2、培養(yǎng)自己與人交流，與人合作，與人競爭的工作能力，提高自身的職業(yè)素養(yǎng)，與部門內(nèi)部同事打成一片，為正式入職創(chuàng)造良好的工作氛圍打下基礎(chǔ)。 3、通過本次實習使我能夠親身感受到由一個學生轉(zhuǎn)變到一個職業(yè)人的過程，進一步了解社會，增強對社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的責任感、使命感，為離開學校、走向社會、適應社會、融入社會作好充分準備。 4、本次實習對我完成畢業(yè)設(shè)計和實習報告起到非常重要的作用。 二、 實習時間 2014年3月3日—2014年4月4日 三、 實習地點、單位和部門 單位：中油天工機械有限公司 地址：江蘇省江都市宜陵鎮(zhèn)玉帶路1號 部門：技術(shù)部 四、 實習內(nèi)容 1、 公司簡介 江蘇中油天工機械有限公司，前身江蘇油田機械廠。座落在歷史文化名城揚州市東郊，南瀕萬里長江黃金水道，西接京滬高速大動脈，328國道左右環(huán)繞——水陸交通十分便利。這里地處長江三角洲經(jīng)濟發(fā)達圈腹地，人杰地靈，風光綺麗。? ????公司始創(chuàng)于1952年，迄今從事專業(yè)機械制造已有近60年歷史。2006年11月19日，公司成功改制。改制之后公司打開思路，拓展經(jīng)營發(fā)展方向，完善內(nèi)部管理，發(fā)展迅速。公司現(xiàn)有職工600余人，其中高中級專業(yè)技術(shù)人員占20%。公司設(shè)計生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)房屋、石油鉆機、系列抽油機、系列模塊化野營房、系統(tǒng)抽油泵、采油井口裝置、泥漿凈化系統(tǒng)、廢棄泥漿處理裝置、作業(yè)污水處理裝置、野外飲用水裝置等產(chǎn)品暢銷國內(nèi)，部分遠銷美國、哈薩克斯坦、蘇丹、卡塔爾、也門、阿聯(lián)酋等多國市場。公司在和蘇丹等地均建有鋼結(jié)構(gòu)和模塊化野營房生產(chǎn)基地，在美國、委內(nèi)瑞拉有專門營銷和服務網(wǎng)絡。? ????經(jīng)過五年的不懈奮斗，中油天工目前已有四個子公司，業(yè)務領(lǐng)域不斷拓展，目前產(chǎn)品涵蓋石油機械、鋼結(jié)構(gòu)房屋、生物發(fā)電設(shè)備、節(jié)能燈具、起重設(shè)備以及建筑工程服務等領(lǐng)域。改制以來，公司每年飛速發(fā)展，2011年銷售收入已達5億。公司堅持誠信經(jīng)營，質(zhì)量第一的人本管理理念，視顧客滿意為企業(yè)經(jīng)營的終極目標。公司于1997年通過ISO9001國際質(zhì)量體系認證；2007年通過美國石油學會API?Spec?11E認證；是國家二級計量合格單位、揚州市文明單位；連續(xù)多年榮獲中國石化集團、揚州市質(zhì)量管理先進單位、江蘇油田先進單位等榮譽稱號。 2、具體實習情況 我很開心來到了中油天工的技術(shù)部，我的主要任務就是畫圖，說簡單點就是將筆記本顯示屏由中片切成小片l，然后上貼偏光片的一個過程。我這五周的實習主要被分配在畫圖和測試兩個環(huán)節(jié)。就是切片子，我在這了解并掌握了一個整體制程以及相關(guān)的注意事項，并且學會了一些簡單異常的處理，我們除了制程還有設(shè)備，關(guān)于設(shè)備方面，我主要學會了日常的一些設(shè)備保養(yǎng)與維護，還有當一些簡單問題出現(xiàn)的應急處理。在測試上，我們主要是設(shè)備，我了解了一些基本的動作實現(xiàn)及其作用，整個的一個傳動原理以及結(jié)構(gòu)組成也有了一個大致的認識。在崗位實踐環(huán)節(jié)，我被安排親手作業(yè)切片子，我做的還不錯，我一個小時畫了一張圖?？偟膩碚f，我這五周的實習完全完成了公司給我量身定制的一系列培訓計劃。 五、 實習體會 感謝中油天工！從步入公司的頭一天一直到離開天工的最后一天，友達留給我最深的一個印象就是，它是我們所有實習生的新家。公司為我們制定了一系列完整的培訓計劃，無論是精神上的、文化上的、生活上的、還是工作上的，公司非常周到全面的考慮到了將新人由學生轉(zhuǎn)變?yōu)槁殘鲞_人的方方面面。 作為新人，公司讓我們明白并深刻體會了團隊的重要性，無論是搶答問題，還是從“甲地到乙地”，還是讓人難忘的“勇渡鱷魚河”。我們本來是一群來自五湖四海的陌生人，因為團隊的力量，3天兩夜之后，我們成了一生的兄弟姐妹。 在公司里，無論是老板，還是比我有資歷的老員工，大家都隨性可親，都對我十分的照顧，感覺就是久別重逢的家人。大家都有相同的性格——工作上認認真真，私底下不分彼此。在友達的短短5周時間，是我大學四年來收獲最多的階段。無論畫圖過程，還是cutting機臺的總體了解；無論是測試制程，還是測試機臺的一個學習掌握；無論是Beol整體的職能，還是后續(xù)JI、MA的功能。只要我想學，友達的每個人都可以成為我的師傅。在生活中學習，在工作中學習，在交流中學習……我想，沒有什么比這個學習方法更好了，它讓我們能夠?qū)W到的和日常生活工作結(jié)合起來，理論與實際相結(jié)合，別人教再多也是別人的，只有自己去親手做了，哪怕只有一遍，那也是自己寶貴的收獲。在工作總結(jié)中發(fā)現(xiàn)，我們做工程的，不能停留在猜想與假設(shè)之中，我們要用數(shù)據(jù)與事實統(tǒng)計說話，數(shù)字是不會說謊的，而想獲得最真實可靠的數(shù)字，我們作為工程師必須落實B2B，親臨現(xiàn)場，親手作業(yè)，找到根本所在，才能挺直腰板論述解決方案與改善。 經(jīng)過實習我發(fā)現(xiàn)，作為一個學機械的工科人，或許我們大學學到的具體理論知識會很少用到工作上，但是，我們機械人艱苦自立、愛實踐、有毅力、踏實務本的品格是我們通往任何一條成功大道的鑰匙，我相信，只要我們踏踏實實做事，虛心請教他人，認認真真多做總結(jié)，我們一定可以獲得我們想要的任何東西。  廣陵學院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學 生 姓 名： 楊峰 學號： 100007139 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計（論文）題目： ZJ50型石油鉆機用動力絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計 指 導 老 師： 趙毅紅 2014年 04月 09 日  開題報告填寫要求 1、開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審核的依據(jù)材料之一。此報告應在指導老師的指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)的教科部審核后生效； 2、開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從本學院網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3、“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4、有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408-94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2005年3月21日”或“2005-03-21”。 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 1、 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1. 石油鉆機結(jié)構(gòu)簡介 在石油鉆井中，帶動鉆具破碎巖石，向地下鉆進，鉆出規(guī)定深度的井眼，供采油機或采氣機獲取石油或天然氣。一部常用石油鉆機主要由動力機、傳動機、工作機及輔助設(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)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和監(jiān)測顯示儀表、動力驅(qū)動系統(tǒng)、鉆機底座、鉆機輔助設(shè)備系統(tǒng)），要具備起下鉆能力、旋轉(zhuǎn)鉆進能力、循環(huán)洗井能力。其主要設(shè)備有：井架、天車、絞車、游動滑車、大鉤、轉(zhuǎn)盤、水龍頭（動力水龍頭）及鉆井泵（現(xiàn)場習慣上叫鉆機八大件）、動力機（柴油機、電動機、燃氣輪機）、聯(lián)動機、固控設(shè)備、井控設(shè)備等。 2. 絞車的結(jié)構(gòu)簡介 鉆井絞車是鉆機起升系統(tǒng)設(shè)備之一，是鉆機的核心部件?；窘Y(jié)構(gòu)構(gòu)成：1、滾筒、滾筒軸總成；2、制動機構(gòu)：主剎車和輔助剎車；3、貓頭和貓頭軸總成；3、傳動系統(tǒng)：傳遞動力、內(nèi)變速（多擋位）；4、控制系統(tǒng)：離合器、摘掛擋、司鉆控制臺；5、其它：潤滑系統(tǒng)、殼體支撐系統(tǒng)。 3.絞車的功能及分類 （1） 主要功能：1、起下鉆具和下套管；2、控制鉆壓和送進鉆具； （2） 其它功能：根據(jù)絞車結(jié)構(gòu)形式不同附帶的功能也不同。1、帶貓頭結(jié)構(gòu)：上卸鉆具絲扣、起吊其它重物等；2、整體起放井架和底座；3、雙滾筒絞車：鋼絲撈砂作業(yè)、提取巖心。 （3） 要求：1、絞車要有足夠大的功率。滿足最大拉力、最高轉(zhuǎn)速、足夠的壽命；2、絞車滾筒要有足夠的尺寸和纏繩容量；3、絞車要適應寬范圍的載荷變化，要有最高的功率利用率；4、絞車要有靈敏、可靠的剎車機構(gòu)和足夠能力的輔助剎車，能夠準確地調(diào)節(jié)鉆壓，均勻送進鉆具，控制鉆具下放速度，剎車機構(gòu)要耐熱、耐磨；5、絞車要具有剛勁的支架和底座；密閉潤滑；6、司鉆操作要省力、方便。 （4） 根據(jù)絞車功能不同有不同的絞車結(jié)構(gòu)：1、帶撈砂滾筒和不帶撈砂滾筒，即通常說的單滾筒絞車和雙滾筒絞車；2、無貓頭軸絞車。鉆機鉆臺上單獨配置液壓貓頭。 （5） 根據(jù)絞車傳動形式不同有不同的絞車結(jié)構(gòu)，這是絞車設(shè)計中變化最多的結(jié)構(gòu)。1、單軸絞車。絞車只有滾筒軸，結(jié)構(gòu)非常簡單。典型實例：車裝鉆機絞車外變速（阿里森變速箱）；交流變頻傳動調(diào)速電機驅(qū)動絞車；2、雙軸絞車：類似于單軸絞車，絞車內(nèi)無變速功能，只是比單軸絞車多了貓頭軸；3、三軸絞車：絞車中增加了一根動力輸入的傳動軸，絞車內(nèi)變速。其結(jié)構(gòu)較單、雙軸復雜。我國早期和傳動的絞車都是這種形式；4、多軸絞車：將四軸以上的絞車都稱之為多軸絞車。即動力輸入軸、中間軸（多根）、貓頭軸、滾筒軸；5、獨立貓頭軸－多軸絞車：絞車主體（輸入軸、中間軸、滾筒軸等）低位安裝，位于后臺底座，小功率的貓頭軸高位安裝，位于鉆臺上；6、齒輪傳動單軸絞車：現(xiàn)在電驅(qū)動鉆機中普遍實用的結(jié)構(gòu)，直流或交流變頻調(diào)速電動機直接驅(qū)動減速或變速齒輪箱，以驅(qū)動滾筒軸。 （6）根據(jù)絞車制動形式不同有不同的絞車結(jié)構(gòu)：1、近距離剎車制動絞車；2、遠距離帶剎車制動絞車；3、氣動無剎把帶剎車制動絞車；4、液壓盤式剎車制動絞車；5、水剎車輔助剎車絞車；6、電磁渦流剎車輔助剎車制動絞車；7、水冷氣動盤式剎車輔助剎車制動絞車。 8、能耗制動無輔助剎車絞車。 3. 石油鉆機的研究背景與意義 據(jù)我國海洋石油2015 年遠景規(guī)劃，我國將有30 多個油田待開發(fā)，需建造70 多座平臺，新建和改造10 多艘FPSO，其中中海油需建造55 座海洋平臺，6 艘FPSO，4 個陸地終端、鋪設(shè)海底管線1000 多公里，投資總量每年將以百億元以上遞增。在此背景下，作為海洋工程裝備必不可缺少的海洋鉆機必定有大量的市場需求。另外目前我國在用鉆井設(shè)備大多屬于較落后的機械鉆機，由于機械鉆機存在工作效率低、勞動強度大、安全性差等缺點，因此急需進行更新，從而將產(chǎn)生大量更新需求。 4. 石油鉆機國內(nèi)外發(fā)展狀況 4.1國內(nèi)發(fā)展狀況 縱觀我國石油鉆機的歷史，其發(fā)展主要由4個因素所決定：一是鉆機的有效使用年限，它決定其更新或改造周期。二是鉆探深度(地質(zhì)構(gòu)造)，它決定鉆機的市場方向是淺井、中深井還是深井。三是從鉆機的效率和效益出發(fā)，決定鉆機的驅(qū)動形式是機械驅(qū)動或是電驅(qū)動，結(jié)構(gòu)型式是橇裝還是車裝。目前國內(nèi)陸地石油鉆井業(yè)中，淺井鉆機、中深井和深井鉆機兼而有之，以中深井較多；在驅(qū)動型式上以機械驅(qū)動為主；在結(jié)構(gòu)方式上以橇裝為主。四是市場的有效需求，它決定鉆機的發(fā)展規(guī)模。自2o世紀9o年代以來，由于鉆機制造技術(shù)、部件質(zhì)量和研發(fā)能力的提高，研發(fā)速度加快，研制成功 6oL型、 —6oD型和 —60DS型機械驅(qū)動鉆機和電驅(qū)動鉆機，并朝系列化、標準化、多樣化方向發(fā)展，鉆機的性能指標已達到GB1806--86的規(guī)定。國產(chǎn)鉆機已形成系列，鉆深有1 500、2 000、3 200、4 500和6 000 m；驅(qū)動方式除常規(guī)的柴油機-膠帶驅(qū)動和柴油機-液力變矩器驅(qū)動外，還有AC-SCR-DC驅(qū)動。尤其是4 500 m以淺鉆機在提高移運性上成績斐然，橇裝鉆機模塊化程度大大提高，其中3 000 m 以淺鉆機采用自走式運載車、伸縮式井架，大大降低了移運成本，且均擁有自主知識產(chǎn)權(quán) 。目前，我國石油鉆機的品種和質(zhì)量基本滿足了國內(nèi)不同地區(qū)、不同井深的需要。已有一批國產(chǎn)石油鉆機在國外承擔鉆井作業(yè)服務，有一些在國內(nèi)區(qū)塊承擔反承包鉆井，并受到好評。從國內(nèi)鉆機生產(chǎn)能力上看，寶雞石油機械廠、蘭州石油化工機器總廠、四川宏華公司等主要生產(chǎn)中深井鉆機；江漢四機廠主要生產(chǎn)、3 000 m以淺車裝淺井鉆機；南陽石油機械廠主要生產(chǎn)車裝和橇裝模塊式中淺井鉆機，生產(chǎn)的替代大慶130型的模塊化鉆機，已經(jīng)過多井次的工業(yè)化試驗。該廠3 000 m車裝鉆機已生產(chǎn)3O多臺，目前有20余臺車裝及橇裝鉆機在國外服務，其中由長城鉆井公司牽頭組織、南陽石油機械廠生產(chǎn)的 l20K鉆機自1997年就開始在加拿大進行鉆井作業(yè)，使用情況良好。此外，北京石油機械研究所與大港新世紀機械制造有限公司共同完成了D(}_一30Y頂驅(qū)工業(yè)性試驗，北石所研制的為ZJTOD配套的頂驅(qū)已在克拉瑪依和塔里木完成2口井的工業(yè)試驗。南陽石油機械廠引進意大利輕便頂驅(qū)技術(shù)與3 000 m車裝鉆機配套后到印尼服務，與石油大學(北京)合作的盤式剎車技術(shù)已應用于3 O00 m鉆機，并投放到勝利油田及墨西哥市場。 4.2石油鉆機國外發(fā)展狀況 為了適應淺海、海灘、沙漠和丘陵等不同地帶油氣藏的勘探和開發(fā)，美國、德國、法國、意大利、加拿大、墨西哥和羅馬尼亞等國先后開發(fā)了各種類型的石油鉆機。其中美國的鉆機技術(shù)和銷售業(yè)績在世界上穩(wěn)居首位，所以與國際技術(shù)接軌，實際上是與以美國為代表的鉆機技術(shù)及API規(guī)范接軌。就我國目前普遍使用的機械驅(qū)動鉆機而言，美國在20世紀60年代已經(jīng)成熟，到70年代得到迅速發(fā)展。近年來，國外鉆機在傳動方式和結(jié)構(gòu)形式方面發(fā)展很快，交流變頻電驅(qū)動已經(jīng)廣泛使用，頂驅(qū)發(fā)展也十分迅速。今后石油鉆機的發(fā)展趨勢是多樣化、兩極化、自動化和人性化。 1．類型趨于多樣化 近幾年來，根據(jù)井位環(huán)境差異和鉆井工藝需要，開發(fā)出不同類型的石油鉆機，如適應各種環(huán)境的沙漠鉆機、海洋鉆機、淺?；蚝┿@機、極地鉆機、城市鉆機、地震區(qū)鉆機、全地彩鉆機、直升機吊運鉆機和陸地鉆機等?；適應各種鉆井工藝的叢式井鉆機、斜井鉆機、小井眼 右機、特深井鉆機、自走式鉆機、自動化鉆機、柔桿鉆機、模塊化鉆機等 引。盡管鉆機的類型多種多樣，但新型鉆機的發(fā)展有一個共性，即在重視鉆機作業(yè)性能的基礎(chǔ)上，逐步重視鉆機的移運性能。這是因為對鉆井承包商而言，其鉆井成本主要包括兩方面：一是直接鉆井成本，二是輔助鉆井成本，包括運載成本和停工成本，而運載成本和停工成本均與鉆機本身有直接關(guān)系。 2．規(guī)模趨于兩極化 石油鉆機在規(guī)模上有兩極發(fā)展的趨勢，即深井鉆機大型化和輕便鉆機小型化。 (1) 深井鉆機趨向大型化 鉆深能力已達l5000 m，最大鉤載達12 500 kN。為了提高起升工作效率，絞車功率趨向于提高。美國Emseo公司研制的號稱世界上第一臺輸人功率為3 676 kW 的絞車已問世，該絞車由4臺大扭矩的直流電動機驅(qū)動，采用強制水冷盤式剎車，起升鋼絲繩直徑5Omln。鉆井泵單臺最大功率l 618 kW ，最高壓力52．7 MPa。原蘇聯(lián)、羅馬尼亞的鉆機系列中，絞車輸人功率最大l 838 kW。特深井鉆進都采用4個單根組成的立柱，故井架高度超過50m。德國KTB超深井使用的u．IB—lGH3OOOEG鉆機，井架最高為63 m?？紤]安裝防噴裝置的需要，井架底座最高達l2．12 m。一般在深井中都用339．725 mill×70 MPa的防噴器組。隨著鉆大井眼的需要，大尺寸高壓防噴器也有新的發(fā)展，德國KTB超深井中已使用476．25 mln×70MPa防噴器組。目前美國可提供476．25 mill×105MPa防噴器。為了把環(huán)形防噴器工作壓力從35MPa提高到70 MPa，美國Shatter公司推出了兩個串聯(lián)膠心的環(huán)形防噴器。另外，還推出快拆法蘭結(jié)構(gòu)防噴器，拆換膠心方便，省去現(xiàn)場裝卸螺栓的繁重勞動 。 (2) 輕便石油鉆機趨向小型化 為了適應淺海、海灘、沙漠、丘陵地帶油氣藏的勘探，國外公 司在20世紀6o年代開始研制模塊式鉆機。美國在1973年設(shè)計了TBA1000型系列鉆機，經(jīng)濟鉆深為l 800-6 000 m，結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，模塊化設(shè)計，每個模塊質(zhì)量不超過18 t，既可用直升機運輸，也可用雪橇、履帶車、船舶等運輸。輕型鉆機主要以車裝鉆機為主，美國是世界上生產(chǎn)車裝鉆機較多的國家，使用也很廣泛，3 500 m以淺的井幾乎都使用車裝鉆機。其傳動特點是設(shè)備布置成組集中，動力機組、傳動裝置、絞車和井架等均在同一自走車上，機泵組安裝在可整拖的大底座上，采用液壓機構(gòu)起放井架。最小的微型鉆機采用小井眼鉆井技術(shù)，鉆深可達l 500 m，體積小，質(zhì)量輕，最輕的只有14 t，節(jié)省鉆井費用30％ 一4o％ ，減少拆裝時間6ook一70ok，節(jié)約鉆井液88ok，減少井場面積70ok，是經(jīng)濟效益最好的一種石油鉆機。 3． 控制趨于自動化 頂驅(qū)、盤式剎車技術(shù)的逐步成熟，以及電動控制技術(shù)、液壓驅(qū)動技術(shù)和可靠性的逐步提高，為實現(xiàn)鉆機控制的自動化提供了可能，再加上海洋及深井等復雜工況下，鉆井工藝及成本對鉆井裝備的要求使得鉆機控制自動化成為鉆機發(fā)展的一個重要趨勢。頂部驅(qū)動裝置克服了轉(zhuǎn)盤鉆井方式的缺陷，給鉆井作業(yè)帶來了諸多好處，既可滿足復雜作業(yè)工況需求，提高作業(yè)效率，又使作業(yè)更安全。盤式剎車替代原帶式剎車，作為20世紀8O年代后期發(fā)展起來的一項新技術(shù)，以其制動力矩容量大、穩(wěn)定、安全、可靠等特點，可實現(xiàn)遙控操作，易實現(xiàn)自動送鉆，易維護，長壽命，易系列化設(shè)計和專業(yè)化生產(chǎn)。電驅(qū)動用于鉆機最早開始于20世紀5O年代中期，隨后逐步完善、成熟。與機械驅(qū)動相比，電驅(qū)動具有操作安全、維修保養(yǎng)方便、易于實現(xiàn)自動控制等特點，特別是全數(shù)字系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得電驅(qū)動系統(tǒng)控制性能更完善，可靠性更高，調(diào)整及更改功能更便捷，故障診斷及維修更方便。電驅(qū)動可以通過編程控制器獲得很多機械驅(qū)動所無法實現(xiàn)的功能，如順序操作和聯(lián)鎖功能等。液壓驅(qū)動具有轉(zhuǎn)換容易、體積小、質(zhì)量輕等特點。全液壓驅(qū)動的絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵由挪威MH公司于2o世紀90年代推出，與此之前推出的全液壓頂驅(qū)、管排放系統(tǒng)、液壓機械手及天車型液壓升沉補償器，構(gòu)成了海洋鉆機機械化、智能化操作系統(tǒng)。 4．設(shè)計趨于人性化 新型鉆機充分體現(xiàn)以人為本的思想，最大限度滿足HSE要求：護欄、梯子要滿足安全規(guī)定。上下井架有助(阻)力器，二層臺有逃生器，鉆臺有逃生滑道。鉆機設(shè)有天車防碰和緊急剎車裝置，避免游車大鉤碰撞天車，并能在任何情況下迅速制動大鉤和絞車。選用無公害的摩擦盤(片)、剎車塊、油漆，保證員工健康。剎車轂、輔助剎車的冷卻水循環(huán)使用，柴油機排放滿足環(huán)保要求。 5.課題研究要求： （1）通過查找與石油鉆機以及絞車相關(guān)的論文和著述，了解石油鉆機以及其絞車的發(fā)展狀況； （2）通過使用AUTOCAD2007等二維繪圖軟件及PRO/E、UG、SOLIDWORKS等三維繪圖軟件，了解石油鉆機用絞車傳動系統(tǒng)的零件、結(jié)構(gòu)和工作原理； （3）通過使用ANSYS等分析軟件對其典型零件進行力學分析，以提高其安全可靠性能。 6.參考文獻： [1] 張連山．2010年世界石油鉆機技術(shù)發(fā)展 j-平預測．鉆采工藝，1998，21(3)：40～44. 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The optimal combination design is made by finding the related optimal transmission parameters. The diagram of the optimal transmission is drawn. In the diagram, the relation among minimum transmission angle, the coefficient of travel speed variation, the oscillating angle of the rocker and the length of the bars is shown, concisely, conveniently and directly. The method possesses the main characteristic. That it is to achieve the optimal transmission parameters under the transmission angle by directly choosing in the diagram, according to the given requirements. The characteristics of the mechanical transmission can be improved to gain the optimal transmission effect by the method. Especially, the method is simple and convenient in practical use. Keywords：Crank-and-rocker mechanism, Optimal transmission angle, Coefficient of travel speed variation INTRODUCTION By conventional method of the crank-and-rocker design, it is very difficult to realize the optimal combination between the various parameters for optimal transmission. The figure-table design method introduced in this paper can help achieve this goal. With given conditions, we can, by only consulting the designing figures and tables, get the relations between every parameter and another of the designed crank-and-rocker mechanism. Thus the optimal transmission can be realized. The concerned designing theory and method, as well as the real cases of its application will be introduced later respectively. 1 ESTABLISHMENT OF DIAGRAM FOR OPTIMAL TRANSMISSION DESIGN It is always one of the most important indexes that designers pursue to improve the efficiency and property of the transmission. The crank-and-rocker mechanism is widely used in the mechanical transmission. How to improve work ability and reduce unnecessary power losses is directly related to the coefficient of travel speed variation, the oscillating angle of the rocker and the ratio of the crank and rocker. The reasonable combination of these parameters takes an important effect on the efficiency and property of the mechanism, which mainly indicates in the evaluation of the minimum transmission angle. The aim realizing the optimal transmission of the mechanism is how to find the maximum of the minimum transmission angle. The design parameters are reasonably combined by the method of lessening constraints gradually and optimizing separately. Consequently, the complete constraint field realizing the optimal transmission is established. The following steps are taken in the usual design method. Firstly, the initial values of the length of rocker and the oscillating angle of rocker are given. Then the value of the coefficient of travel speed variation is chosen in the permitted range. Meanwhile, the coordinate of the fixed hinge of crank possibly realized is calculated corresponding to value . 1.1 Length of bars of crank and rocker mechanism As shown in Fig.1, left arc is the permitted field of point . The coordinates of point are chosen by small step from point to point . The coordinates of point are (1) (2) where , the step, is increased by small increment within range(0,). If the smaller the chosen step is, the higher the computational precision will be. is the radius of the design circle. is the distance from to . (3) Calculating the length of arc and , the length of the bars of the mechanism corresponding to point is obtained[1,2]. 1.2 Minimum transmission angle Minimum transmission angle (see Fig.2) is determined by the equations[3] (4) (5) (6) where ——Length of crank(mm) ——Length of connecting bar(mm) ——Length of rocker(mm) ——Length of machine frame(mm) Firstly, we choose minimum comparing with . And then we record all values of greater than or equal to and choose the maximum of them. Secondly, we find the maximum of corresponding to any oscillating angle which is chosen by small step in the permitted range (maximum of is different oscillating angle and the coefficient of travel speed variation ). Finally, we change the length of rocker by small step similarly. Thus we may obtain the maximum of corresponding to the different length of bars, different oscillating angle and the coefficient of travel speed variation . Fig.3 is accomplished from Table for the purpose of diagram design. It is worth pointing out that whatever the length of rocker is evaluated, the location that the maximum of arises is only related to the ratio of the length of rocker and the length of machine frame /, while independent of . 2 DESIGN METHOD 2.1 Realizing the optimal transmission design given the coefficient of travel speed variation and the maximum oscillating angle of the rocker The design procedure is as follows. (1) According to given and , taken account to the formula the extreme included angle is found. The corresponding ratio of the length of bars / is obtained consulting Fig.3. (7) (2) Choose the length of rocker according to the work requireme