摇臂钻床液压系统设计

1、目 录前言31 绪论错误！未定义书签。1.1 课题选择的意义错误！未定义书签。1.2 液压系统在工程中的应用错误！未定义书签。1.3 液压传动系统的优缺点错误！未定义书签。1.3.1 优点错误！未定义书签。1.3.2 缺点错误！未定义书签。2.1 液压系统的设计步骤错误！未定义书签。2.2 设计要求错误！未定义书签。2.3 钻床对液压系统的要求错误！未定义书签。3 液压系统方案设计错误！未定义书签。3.1 制定调速方案错误！未定义书签。3.2 制定压力控制方案错误！未定义书签。3.3 制定顺序动作方案错误！未定义书签。3.4 选择液压动力源错误！未定义书签。3.5 绘制液压系统图错误！未定义书

2、签。4 液压执行元件的设计计算与选用错误！未定义书签。4.1 确定液压系统的主要参数错误！未定义书签。4.1.1 钻床机床控制液压系统的主要设计参数错误！未定义书签。4.1.2 初步估算系统工作压力错误！未定义书签。4.1.3 系统工作流量的选择错误！未定义书签。4.2 管道尺寸的确定错误！未定义书签。4.3 各种阀类的选择错误！未定义书签。4.3.1 换向阀的选取错误！未定义书签。4.3.2 单向阀的选择错误！未定义书签。4.3.3 减压阀的选择错误！未定义书签。4.3.4 压力继电器的选择错误！未定义书签。4.4 液压泵的选择错误！未定义书签。4.5 液压泵驱动电机的选择错误！未定义书签。

3、4.6 液压马达的选取错误！未定义书签。4.7 确定油箱的有效容积错误！未定义书签。4.8 液压缸的载荷力计算错误！未定义书签。5 系统性能验算错误！未定义书签。5.1 沿程压力损失错误！未定义书签。5.2 局部压力损失错误！未定义书签。6 系统发热量的计算错误！未定义书签。6.1 计算发热功率错误！未定义书签。6.2 计算散热功率错误！未定义书签。7 液压系统安装、调试、维护错误！未定义书签。7.1 安装前的技术准备工作错误！未定义书签。7.1.1 液压元件质量检查错误！未定义书签。7.1.2 液压辅件质量检查错误！未定义书签。7.1.3 管子和接头质量检查、管接头压力等级应符合设计要求.错

4、误！未定义书签。7.2 液压管道的安装要求错误！未定义书签。7.3 液压件安装要求错误！未定义书签。7.3.1 泵的安装错误！未定义书签。7.3.2 集成块的安装错误！未定义书签。7.4 液压系统清洗错误！未定义书签。7.5 调试错误！未定义书签。7.6 保养错误！未定义书签。8 结论3参考文献3致谢3附录A13附录A2错误！未定义书签。9附录B1错误！未定义书签。2附录B2错误！未定义书签。8前言液压传动相对于机械传动来说，它是一门新学科，从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动已有23百年的历史，只是由于早期技术水平和生产需求的不足，液压传动技术没

5、有得到普遍地应用。随着科学技术的不断发展，对传动技术的要求越来越高，液压传动技术自身也在不断发展。第二次世界大战前后，成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用机床到本世纪30年代才用上了液压传动。第二次世界大战期间，在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的 4) 为保证电磁阀正常工作，应保持电压稳定，其波动值不应超过额定电压的5%10%。 5) 电气柜、电气盒、操作台和指令控制箱等应有盖子或门，不得敞开使用。 6) 当系统某部位产生异常时，要及

6、时分析原因进行处理，不要勉强运转。 7) 定期检查冷却器和加热器工作性能。 8) 经常观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合，要及时充气和修理。 9) 高压软管、密封件要定期更换。 10) 主要液压元件定期进行性能测定，实行定期更换维修制。 11) 定期检查润滑管路是否完好，润滑元件是否可用，润滑油脂量是否达标。 12) 检查所有液压阀、液压缸、管件是否有泄漏。 13) 检查液压泵或马达运转是否有异常噪声。 14) 检查液压缸运动全行程是否正常平稳。 15) 检查系统中各测压点压力是否在允许范围内，压力是否稳定。 16) 检查系统各部位有无高频振动。 17) 检查换向阀工作是否灵敏。 1

7、8) 检查各限位装置是否变动。8 结论本液压站是摇臂钻床的控制系统 它通过对液压油的压力及流量控制来完成对钻床夹盘的加紧与松开，力的大小，钻头的转动与停止，转速的大小等相关控制。1) 系统采用了液压缸来完成对夹盘的夹紧松开的动作，保证了慢进快退的性能要求，并使得系统占地空间小。2) 系统采用了电磁换向阀来实现换向动作，结构紧凑，操纵方便，换向精度和换向平稳性都较高。3) 系统设置了压力继电器，是系统工作时有着一定的保护和自动调节作用，有理由系统长时间的工作。4) 系统采用了进口节流调速回路，功率损失小，这对调速范围不需很大，负载较小且基本恒定的钻床来说是很合适的。此外，进口节流调速的形式在液压

8、缸回路中不易造成较大的背压，工作台运动平稳，使质量较小的钻床工作是的加速制动，也有助于防止空气的渗入。本系统的压力及流量都比较小，所以对系统的控制较灵敏，不容易出现大的泄露。并且它的散热是通过油箱来完成不但节省空间而且节省资金。它相对与以前的液压控制系统来说更具有空间小，能耗低，无污染，无噪音。与电器相配合使得操纵、控制简，方便，省力。是摇臂钻床理想的控制元件。参考文献1 陈嘉上.2006版实用液压气动技术手册M.北京:中国知识出版社 2006.2 成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社，2002.3 周世昌.液压系统设计图集M.北京:机械工业出版社,2004.4 张伟.液压设备设计生产

9、技术改进与故障诊断监测及国内外标准规范实用手册M.北京:北方工业出版社，2006.5 章宏甲.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社，2006.6 周涌明,(等).液压传动设计指导书M.武汉:华中工学院出版社，1987.7 朱龙根.简单机械零件设计手册M.北京:机械工业出版社，2003.8 Pattom W.J.Mechanical Power TransmissionM.New Jersey:Prinrice-Hall,1980.9 Mechanical Drive. (Reference Issue) M.Machine Design, 1980.10 Kuehnel M R.Toroid

10、al Drive Cinmines ConceptsM.Product Engineering.Aug,1979.11 胡邦喜.设备润滑基础M.北京:冶金工业出版社，2002.12 隗金文，王慧.液压传动M.东北大学出版社，2001.13 吴根茂，邱敏秀，王庆丰，魏建华.新编实用电液比例技术M.杭州:浙江大学出版社，2006.14 李壮云.液压元件与系统M.北京:机械工业出版社，2005.15 那成烈.轴向柱塞泵可压缩流体配流原理M.兵器工业出版社，2003.16 路甬祥.液压气动技术手册M.北京:机械工业出版社，2002.17 路甬祥，胡大纮.电液比例控制技术M.北京:机械工业出版社，198

11、8.18 吴根茂，邱敏秀，王庆丰,(等).实用电液比例技术M.杭州:浙江大学出版社，1993.19 上海立新液压有限公司样本.20 登胜液压样本.致谢感谢我的导师王慧老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。王老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时四载，却给以终生受益无穷之道。对王老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢蒲志新老师、徐广明老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。 感谢我的校外辅导员段树平工程师，这片论文的每个实验细节和每

12、个数据，都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的实验室。 感谢我的室友们，我们一起从校园来到这个遥远而又陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！附录A1液力传动钻机驱动分析摘要液力传动钻机采用液力机械变速箱, 传动,以适应变化的负载能力,可实现连续可变扭矩和反转制动。 现场试验表明,

13、钻机功率利用率,高吊装速度; 相反的制动性能,减少刹车带负荷; 时刻变化的特点,加强事件处理能力。 通过变矩器驱动钻井泵可同时保护原动机和工作; 保持额定转速柴油机的条件下,泵压可以控制整个过程。热反应,倒挡离合器和过滤器等方面暴露的问题提出了改进。 使用了2000米深的钻井液力传动钻机。台钻机部分由美国纽约内燃发动机和英国石油厂研制的电源设备,传输设备和系统平台。目前,已通过测试,并使用这种钻机表现出了良好的性能, 特别是在电力驱动时更加突出的特点,但也暴露出一些问题。据笔者驱动程式和现场试验结果,分析了驱动钻机的特点, 并针对这些问题提出改进意见。 驱动程序目前, 使用中型钻机(可钻深15

14、00 2500 )用交流电动机或柴油机为原动机由一个单独变速机械变速箱,而拨号驱动绞车。钻井泵用的是单发动机直接驱动。钻机液压传动普通机械变速箱设定变矩器，液压机械传动耦合于一体的液压机械变速箱,钻井泵是通过驱动的变矩器。岩芯组成的液压变速箱, 这是一个类似加拿大钾650钻机和美国威尔逊钻机65B。对艾里逊变速箱, 其结构及工作原理如图1 。图1液压变速箱图1激活液力变矩器; 2-泵; 3,6-泵; 4输入轴; 5反向齿轮摩擦离合器; 7冷却风扇; 8块高速耦合; 9 -输出轴; 10 , 中速座液力偶合器液压变速箱有3座水力机械及反向齿轮. 各档的电力线如下. 挡：输入轴Z1Z2启动液力变矩

15、器Z6Z5输出轴； 挡：输入轴Z1Z2中速挡液力偶合器Z6Z5输出轴； 挡：输入轴Z1Z3高速挡液力偶合器Z7Z5输出轴； 倒挡：输入轴Z9Z10Z11倒挡摩擦离合器Z7Z5输出轴。操作特征1 . 泵及驱动特性如图2所示,泵档的操作特性, 柴油和变矩器,其输出特性的联合工作(涡轮轴力矩MW、泵轮轴力矩MB、变矩器效率与涡轮轴转速nw的关系)的内容。其优势主要表现在三个方面:第一,根据负载的变化,自动和无级变速扭矩。从主体开始钻探,可提高功率效率 从而提高钻机的工效。第二,无论怎样的负荷变化,柴油机在最佳的营运状态, 这是规模较大的负荷变化泵I组表现更为突出。第三，是变矩器能力改变适应机组负荷变

16、化的能力大大加强, 起重事故,并承载能力强。图2柴油变矩器联合工作的输出特性2 . 二档和三档的操作性图3所示,在二档和三档驱动的特性,即柴油和耦合联合工作输出特性(涡轮轴力矩MW、偶合器效率与涡轮轴转速nw的关系)。理论上,涡轮,可任意转速运行,甚至停转, 泵轮的速度取决于柴油发动机转速允许范围内。但这个速度,以扩大有关的功率损耗为代价, 为确保传动效率高,一般不应作为耦合限速装置。图3柴油耦合联合工作输出特性3 .钻机的提升特性根据柴油机和柴油耦合的联合工作特性曲线, 以及钻机的具体性能参数。可以得到液力传动钻机性能提升特性(见图4 )。整个提升曲线abcdef。理论上, 挡、挡和挡的工作

17、范围分别为EF段、CDE段和ABC段。事实上,为了保证高耦合效率的工作, 最佳工作状态, 实际上，为了保证偶合器有较高的工作效率，最好让挡工作在DEF段，挡工作在BCD段，挡工作在AB段。图4钻机性能提升特性4 . 液力变矩器逆向制动性能在下钻和套管过程中, 钻机挂合液力挡，此时变矩器处于反转制动工况，柴油机带动泵轮正转，钻具或套管柱带动涡轮反转。变矩器内的液体作用于涡轮的力矩方向与涡轮转向相反，这种力矩起阻止涡轮反转的作用。这样利用变矩器的反转制动特性就起到了等同于钻机辅助刹车（如水刹车）的作用，减小了带刹车的载荷。反转制动力的大小与充油量成正比，通过控制进入挡变矩器的充油量，可以控制制动力

18、的大小。适当提高柴油机的转速，使泵轮的转速提高，也可使反转制动力增大。再辅以带刹车，即可根据钩载的大小，随意调节制动力的大小，从而获得满意的下放速度。 总之,液压传动的三个钻机是全液压传动的电力传输, 可以吸收和降低发动机和工作机的振动,冲击,驱动等。提高柴油发动机,传动部分机器的效率和寿命。现场试验结果液力传动钻机现场试验现场测试深度1950m试验井。现场试验表明,钻机液压驱动钻机有以下优点。( 1 )起升一档的无级变速特性,功率利用率将提高到90% ,确保更高的启动速度. 比传统的机械传动钻机时间减少在20%23% 。( 2 )钻头变矩器用反向制动的特点,在钻井中未经任何处理的制动能充分实

19、现速度控制,操作简单, 减少制动轮制动摩擦片的磨损。( 3 )作为一个大变矩器有着较大的变矩系数,在处理钻井事故电力设备有充足的电力, 传输设备驱动力矩大。( 4 )消除猫头,井口,以加强利用机械化设备,运行安全情况已经有所改善。( 5 )变速传动装置的噪音,在一定程度上降低了,可以操作的过程中的转向. 简化换挡操作。 钻机在试验过程中也暴露出以下几个问题。( 1 )用一档传输变矩器,液压齿轮箱传动油温度上升较快, 一般温度迅速达到90,然后冷却装置,以保持恒温. 这表明变矩器效率不高,部分动能变成热能。( 2 ) 传动油的散热装置设计不合理，造成液力传动箱体积过于庞大，而且风扇及电动机不便于

20、现场维修更换。 ( 3 ) 机械式倒挡离合器不能满足处理井下事故或复杂的工艺要求，摩擦片极易变形而失效。( 4 )变速器的过滤器的位置不太合理, 尤其是泵和过滤器清洗拆装现场是很难的。 ( 5 )液压齿轮箱,齿轮反向运动之间的相互干扰的问题,也就是, 他们座之间缺乏联锁装置。2 . 液压泵测在整个钻井过程中,通过变矩器泵机组进行了现场测试。钻井深718.36米,在发动机转速一直稳定在1200r/min , 泵时间约为106分钟1 ,随着钻井深度,泵5 MPa的压力逐渐上升,至12兆帕之后,以较低的发动机转速,泵压稳定在10, 20。在157小时连续运行,除在第一轴变矩器漏油,其他一切正常。 测

21、试结果显示,液压传动泵集团,具有以下的优点。( 1 ) 可有效保护原动机。与泵及变矩器配套使用的12V190柴油机，在通过调节充油阀给其加载时，其载荷是缓慢均匀地增加的，避免了柴油机突然增加或减去很大载荷。据现场观察，在使用调压阀调节泵压时，柴油机的转速、声音及排烟情况均无明显的变化。这样可杜绝柴油机的“飞车”现象，延长柴油机的使用寿命。( 2 )建立有效的保障机制. 转换后,输出速度也逐渐增加,从零达到所需的速度(泵压) , 避免工作,为钻井泵的转速突然上升速度的原始动机转速。( 3 )避免了气胎儿离合器装置,提高了水泵工作的可靠性。气轮胎摩擦系数,摩擦轮传动皮带和水泵工作是一个薄弱环节,

22、容易发生故障和损坏,特殊气体或冬季结冰时气球往往造成事故的影响,钻井, 生产连续性。采用液力变矩器来解决这个问题。据该变矩器传动特性, 我们可以摆脱胶带轮采用直接传输,而且易于自动化。( 4 ) 速柴油机为了保持额定转的条件下,泵压可以控制整个过程, 钻井技术,以满足复杂的要求下。液压泵驱动的使用中也暴露出以下几个问题。( 1 )由于增加了变矩器，水泵和整体质量的传输过程也相应的增加了能耗。( 2 ) 在现场环境恶劣,水泵，柴油驱动的安装调试更加困难,从而影响整个钻机的使用。( 3 )推广使用的钻机,但配件供应更加紧张。4.变矩器的反转制动特性在下钻和下套管过程中，钻机挂合液力挡，此时变矩器处

23、于反转制动工况，柴油机带动泵轮正转，钻具或套管柱带动涡轮反转。变矩器内的液体作用于涡轮的力矩方向与涡轮转向相反，这种力矩起阻止涡轮反转的作用。这样利用变矩器的反转制动特性就起到了等同于钻机辅助刹车（如水刹车）的作用，减小了带刹车的载荷。反转制动力的大小与充油量成正比，通过控制进入挡变矩器的充油量，可以控制制动力的大小。适当提高柴油机的转速，使泵轮的转速提高，也可使反转制动力增大。再辅以带刹车，即可根据钩载的大小，随意调节制动力的大小，从而获得满意的下放速度。综上所述，液力传动钻机的3个正挡都以液力传动方式传递动力，能吸收并减小来自发动机和工作机的振动和冲击，使传动系统传动柔和，提高了柴油机、传

24、动零部件以及工作机的使用寿命。 现场试验结果 1.液力传动钻机现场试验 试验井井深1950m。现场试验表明，DQZJ20Y型液力传动钻机具有如下优点。(1)起升挡的无级变速特性，将功率利用率提高到90%左右，保证较高的起升速度，比传统的机械传动钻机节省起升时间20%30%。(2)下钻时利用液力变矩器的反转制动特性，下钻均匀，且不用刹把就可实现全程速度控制，操作简单，减小了刹车毂和刹带摩擦块的磨损。(3)由于变矩器有较大的变矩系数，在处理钻井事故时动力设备功率足，传动设备传动力矩大。(4)甩掉猫头，强化井口机械化装置的使用，使操作安全性得到提高。(5)变速和传动装置的噪音有一定程度的降低，且可以在运转过程中换挡，简化了换挡操作。 该型钻机在试验过程中也暴露出如下问题。(1)使用挡变矩器传动时,液力传动箱的传动油温度上升较快，一般温升很快达到90°C，然后散热装置保持温度基本恒定。这说明变矩器的使用效率不高，有部分动能转化为热能。 (2)传动油的散热装置设计不合理，造成液力传动箱体积过于庞大，而且风扇及电动机不便于现场维修更换。 (3)机械式倒挡离合器不能满足处理井下事故或