鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在鉆井工業(yè)中，不斷提高自動(dòng)化水平是鉆井過程中所面臨的許多問題的途徑之一。人們的注意力一般放在是否可以通過取消鉆臺(tái)和整臺(tái)鉆機(jī)上的工作人員，或者使這些工作人員處于間接操作環(huán)境之下，來解決工作人員的現(xiàn)有問題、提高作業(yè)速度、減少事故率。</p><p>　　在起下鉆過程中需要將鉆桿從井口移送到排放架或從排

2、放架移送到井口,即鉆桿排放操作。特點(diǎn)是具有危險(xiǎn)性;是一個(gè)重復(fù)性高而勞動(dòng)強(qiáng)度大的過程;花費(fèi)大量時(shí)間;需要多人合作共同完成。</p><p>　　在海上鉆井作業(yè)中常遇風(fēng)浪,工作環(huán)境惡劣,安全情況更為突出。同時(shí),海上鉆井成本很高,加快鉆井速度,縮短鉆井周期顯得尤為重要。</p><p>　　20 世紀(jì)40 年代,人們開始探索使鉆桿操作機(jī)械化的各種方法,于是產(chǎn)生了鉆桿排放系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)鉆井過程中井口到

3、排放架之間鉆桿排放的自動(dòng)化操作,避免人與鉆桿的直接接觸,并可加快起下鉆速度,對(duì)降低海上鉆井作業(yè)成本發(fā)揮了重要作用。</p><p>　　關(guān)鍵字：鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)；機(jī)械化；自動(dòng)化</p><p>　　Offshore drilling platform drill rod automatic emissions and blading system design</p><

4、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the well drilling industry, raises the automated level is one which of unceasingly many question ways in the well drilling process faces.</p><p>　

5、　The people's attention places generally whether can through cancel the drill stand and put in order on the Taiwan drilling machine's staff, or causes these staff to be under the indirect operation environment, s

6、olves staff's existing problem, to raise the operating speed, the reduced accident rate. drills in the process under having to need to transfer the drill rod from the well head to emissions or from discharges the fra

7、me to transfer the well head, namely drill rod emissions operation. The c</p><p>　　0ften meets the storm in the offshore drilling work, the working conditions is bad, the security situation is more prominent

8、. At the same time, the offshore drilling cost is very high, speeds up the well drilling speed, reduces the well drilling cycle appears especially important.</p><p>　　The 1940s, the people start to explore c

9、ause the drill rod operation mechanization each method, therefore has produced the drill rod draindown system, realizes in the well drilling process discharges the well head the automated operation which to an emissions

10、between drill rod, avoids the person and drill rod's immediate contact, and may speed up under drills the speed, to reduced the offshore drilling cost of operation to play the influential role. </p><p>　

11、　Key words: Drill rod automatic draindown system；Mechanization；Automatic</p><p><b>　　窗體頂端</b></p><p><b>　　窗體底端</b></p><p><b>　　目 錄</b></p>

12、<p>　　摘要…………………………………………………………………………………………I</p><p>　　Abstract…………………………………………………………………………………II</p><p>　　目錄………………………………………………………………………………………III</p><p><b>　　引言1</b>

13、;</p><p>　　1 海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)排放及移運(yùn)系統(tǒng)分析、原理分析3</p><p>　　1.1 鉆桿自動(dòng)系統(tǒng)分析3</p><p>　　1.2 鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)基本原理分析3</p><p>　　1.3 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)基本原理分析3</p><p>　　2 海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)排放及移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)

14、構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理5</p><p>　　2.2 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理7</p><p>　　3 海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算7</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)運(yùn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3. 2 長(zhǎng)伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8&

15、lt;/p><p>　　3. 3 短伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.4 機(jī)械手總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.5伸縮臂伸縮液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.6轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.7 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20</p><p>　　4 海洋鉆井

16、平臺(tái)鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算21</p><p>　　4.1 移動(dòng)小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2 大梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.3 機(jī)械手總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.4起升液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.5鉆桿鉆桿排放架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28</p>

17、<p><b>　　結(jié) 論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　在20 世紀(jì)40 年代,人

18、們就開始探索起下鉆操作的機(jī)械化方法,于是產(chǎn)生了鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)。目前,該系統(tǒng)已在深水及超深水海洋鉆機(jī)中得到廣泛應(yīng)用,在改進(jìn)鉆井作業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面取得了巨大成功。</p><p>　　在起下鉆過程中需要將鉆桿從井口移送到鉆桿排放架或從鉆桿排放架移送到井口,即鉆桿排放操作。特點(diǎn)是具有危險(xiǎn)性;是一個(gè)重復(fù)性高而勞動(dòng)強(qiáng)度大的過程;花費(fèi)大量時(shí)間;需要多人合作共同完成。</p><p>　　在海

19、上鉆井作業(yè)中常遇風(fēng)浪,工作環(huán)境惡劣,安全情況更為突出。同時(shí),海上鉆井成本很高,加快鉆井速度,縮短鉆井周期顯得尤為重要。</p><p>　　20 世紀(jì)40 年代,人們開始探索使鉆桿操作機(jī)械化的各種方法,于是產(chǎn)生了鉆桿排放系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)鉆井過程中井口到排放架之間鉆桿排放的自動(dòng)化操作,避免人與鉆桿的直接接觸,并可加快起下鉆速度,對(duì)降低海上鉆井作業(yè)成本發(fā)揮了重要作用。</p><p><b&g

20、t;　　1）發(fā)展歷史</b></p><p>　　1949 年,在研制半自動(dòng)化鉆機(jī)時(shí)就采用了鉆桿排放系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過液壓和氣動(dòng)閥來進(jìn)行,從而完成起下鉆的各種常規(guī)操作。</p><p>　　1956 年,第1套機(jī)械化鉆桿操作系統(tǒng)應(yīng)用到CUSS21 鉆井船上,該系統(tǒng)為臥式操作系統(tǒng),安裝在鉆桿甲板尾部。鉆桿通過自動(dòng)化坡道移送至井口,然后由吊卡提升。與此同時(shí),一套立式鉆桿排放系統(tǒng)得

21、到發(fā)展,此系統(tǒng)與傳統(tǒng)的鉆桿立根操作方式相似。20 世紀(jì)40 年代末,一套樣機(jī)系統(tǒng)安裝到Hum2ble 30 型鉆機(jī)上,并且成功鉆進(jìn)了22 860 m。</p><p>　　此后將近20年 ,才有完全自動(dòng)化的鉆桿排放系統(tǒng)開始投入商業(yè)使用,該系統(tǒng)使得起下鉆過程不需要鉆井工人直接參與。</p><p>　　1968 年,Off shore 公司在其轉(zhuǎn)塔系泊鉆井船Discoverer 號(hào)上配備了立

22、式鉆桿排放系統(tǒng),此后,自動(dòng)化鉆桿排放系統(tǒng)開始得到迅速發(fā)展。采用該系統(tǒng)的初衷是解決由于鉆井船運(yùn)動(dòng)而引起的鉆桿操作的困難。這套系統(tǒng)獲得成功后,許多其他鉆井船開始安裝類似系統(tǒng),包括幾套類似于CUSS21 鉆井船上的臥式系統(tǒng)。</p><p>　　1973 年,全自動(dòng)化鉆桿排放系統(tǒng)首次安裝到挪威的Smedvig West Vent ure 半潛式鉆井平臺(tái)上。采用這套系統(tǒng)不是為了解決平臺(tái)移動(dòng)產(chǎn)生的問題,主要是解決平臺(tái)在挪威

23、北海鉆井時(shí)強(qiáng)風(fēng)和低溫的影響問題。這套系統(tǒng)同樣獲得了成功,此后,大量其他同級(jí)別的鉆機(jī)配備類似系統(tǒng)也獲得了成功。</p><p>　　直到1980 年,才開始出現(xiàn)了各種不同設(shè)計(jì)的立式鉆桿排放系統(tǒng)。這主要是因?yàn)橄嚓P(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的影響,尤其是挪威。挪威石油局的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:作業(yè)于挪威領(lǐng)海內(nèi)的鉆機(jī)必須配備全自動(dòng)化鉆桿排放系統(tǒng)、動(dòng)力卡瓦以及自動(dòng)化上卸扣裝置。</p><p>　　目前,鉆桿排放系統(tǒng)的種類很多,

24、包括簡(jiǎn)單的位于鉆臺(tái)上的機(jī)械手,以及復(fù)雜的具有3 個(gè)機(jī)械手臂的排放系統(tǒng)。許多系統(tǒng)能夠舉升鉆桿立根,有些甚至能舉升直徑為<508mm(20 英寸)的套管。這些鉆桿排放系統(tǒng)可以看作是位于井口和排放架之間的二臂或三臂機(jī)器人,操作員在封閉控制室內(nèi)通過電腦或其他電子設(shè)備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。</p><p>　　2）促進(jìn)鉆桿排放系統(tǒng)發(fā)展的因素</p><p><b>　?、侔踩?lt;/b

25、></p><p>　　在整個(gè)鉆井過程中,有30 %以上的時(shí)間花費(fèi)在起下鉆桿、鉆挺、套管以及其他鉆具上。研究和事故分析表明,鉆井工人在進(jìn)行這些操作時(shí)危險(xiǎn)性很大。鉆桿排放系統(tǒng)的一個(gè)主要目標(biāo)就是減少鉆臺(tái)上的操作人員,從而提高安全性。</p><p><b>　　②經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　經(jīng)濟(jì)性不僅包括鉆井作業(yè)人員的薪酬,還包括人員

26、運(yùn)輸及其在作業(yè)地點(diǎn)的其他費(fèi)用,在海上及沼澤等邊遠(yuǎn)地區(qū),花費(fèi)在人員方面的費(fèi)用會(huì)更高。減少鉆井作業(yè)人員可以降低總的鉆井成本。</p><p>　　采用鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)的第2 個(gè)經(jīng)濟(jì)因素是鉆井作業(yè)時(shí)間。在某些情況下,經(jīng)濟(jì)因素迫使人們將鉆井作業(yè)時(shí)間以分甚至以秒來考慮。在鉆超深井或在超深水海域進(jìn)行鉆井時(shí),立根數(shù)目相應(yīng)增多,起下鉆將耗費(fèi)大量的時(shí)間。如果縮短每個(gè)立根的操作時(shí)間,那么整個(gè)起下鉆過程耗費(fèi)的時(shí)間將會(huì)明顯減少。當(dāng)然,鉆

27、桿自動(dòng)排放系統(tǒng)不是單純地加快起下鉆的速度,而是在其穩(wěn)定的操作速度和安全的工作環(huán)境共同作用下降低成本。</p><p><b>　?、酃I(yè)標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　1981 年,挪威石油局的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:作業(yè)于挪威領(lǐng)海內(nèi)的鉆機(jī)必須配備自動(dòng)鉆桿排放系統(tǒng)。1991年,對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)作了修改,規(guī)定鉆桿排放系統(tǒng)所能操作的管柱范圍必須包括鉆鋌和套管。挪威在2003 年做的一項(xiàng)調(diào)查表

28、明,鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)在鉆井工人安全、健康和工作環(huán)境等方面都有了明顯的改善。</p><p><b>　?、芄I(yè)發(fā)展趨勢(shì)</b></p><p>　　自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)化目前已成為工業(yè)發(fā)展趨勢(shì),并且深入人心,這在一定程度上也促進(jìn)了鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)的發(fā)展。</p><p>　　鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)在現(xiàn)代鉆井中發(fā)揮了重要的作用。目前,鉆桿排放系統(tǒng)的操作范圍已

29、由最初的鉆桿擴(kuò)展到鉆鋌、套管、隔水管以及其他井下工具。最近20年來,新建的大型海洋鉆井裝備以及自動(dòng)化鉆機(jī)上都廣泛采用了鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)。今后該系統(tǒng)將會(huì)成為大型鉆井裝備的標(biāo)準(zhǔn)配備。</p><p>　　海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)排放及移運(yùn)系統(tǒng)分析</p><p>　　1.1 鉆桿自動(dòng)系統(tǒng)分析</p><p>　　海洋鉆井平臺(tái)上的鉆桿從鉆井架上排放到鉆桿架上需要經(jīng)過鉆桿的轉(zhuǎn)運(yùn)

30、和鉆桿的移運(yùn)兩個(gè)過程，為了實(shí)現(xiàn)海洋鉆井平臺(tái)鉆桿排放和移運(yùn)的自動(dòng)化，針對(duì)鉆桿的轉(zhuǎn)運(yùn)和移運(yùn)兩個(gè)必要過程，海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)排放及移運(yùn)系統(tǒng)主要分為鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要參數(shù)鉆井深7000米深，鉆桿外徑5英寸，壁厚0.5英寸，長(zhǎng)12m，重量35.79kg/m；鉆桿接頭外徑147mm,鉆桿組合長(zhǎng)度457.2mm，重量32.62kg/m。在海洋上鉆井為了節(jié)省鉆桿的安裝時(shí)間，通常

31、將3根鉆桿用鉆桿接頭組合成立根。</p><p>　　單根立根重量m=12×3×35.79+0.457.2×3×32.62=1350kg，總長(zhǎng)37.37m。</p><p>　　1.2 鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)基本原理分析</p><p>　　鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)鉆桿從鉆井架上的垂直位置轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置。在這個(gè)過程中需要一個(gè)能夠從

32、水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置的轉(zhuǎn)運(yùn)臂，由于3根鉆桿組合成的立根比較重因此初步采用液壓缸推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)從水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置的過程。在鉆桿從鉆井架上的垂直位置轉(zhuǎn)換到水平位置的過程中還需要抓緊鉆桿的機(jī)械手抓緊機(jī)構(gòu)，防止鉆桿從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上滑落。</p><p>　　1.3 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)基本原理分析</p><p>　　鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)鉆桿從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上轉(zhuǎn)運(yùn)到鉆桿架上。在這個(gè)過程中需要一個(gè)能

33、夠從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上抓住鉆桿并且移動(dòng)到鉆桿架上的移動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)包括水平移動(dòng)的小車和抓住鉆桿起升降落的機(jī)械手以及存放鉆桿的鉆桿架組成。由于3根鉆桿組合成的立根比較重因此初步采用液壓缸帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆桿的起升和下降的過程?？紤]到鉆桿的水平移動(dòng)平穩(wěn)性和精確定位，初步定為液壓馬達(dá)為小車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2 海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)排放及移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1

34、 鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)運(yùn)臂、伸縮臂、機(jī)械手總成和底座四部分組成。鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1)轉(zhuǎn)運(yùn)臂2)轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸3)鉆桿4)短伸縮臂 5)長(zhǎng)伸縮臂6)機(jī)械手總成7)鉆桿接頭</p><p>　　

35、8)底座9)固定板10)伸縮臂伸縮液壓缸</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)運(yùn)臂 其作用是實(shí)現(xiàn)鉆桿從鉆井架上的垂直位置轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置。主要采用桁架結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)運(yùn)臂上安裝短伸縮臂、長(zhǎng)伸縮臂、機(jī)械手總成、轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸和伸縮臂伸縮液壓缸。由轉(zhuǎn)耳、轉(zhuǎn)耳連接鋼板、大梁角鋼、支撐角鋼、輔助支撐角鋼和連接鋼板構(gòu)成。</p><p>　　（2）伸縮臂 其作用是當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置后，伸縮臂伸長(zhǎng)使機(jī)械手抓住鉆井

36、架上的鉆桿，然后伸縮臂收縮使機(jī)械手以及機(jī)械手抓住的鉆桿一起離開鉆井架，接下來與轉(zhuǎn)運(yùn)臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，由長(zhǎng)伸縮臂和短伸縮臂構(gòu)成。</p><p>　?。?）機(jī)械手總成 其作用是在鉆桿從鉆井架上的垂直位置轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置的整個(gè)過程中緊緊抓住鉆桿，使其不能從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上滑脫。由機(jī)械手指、抓緊液壓缸和連桿構(gòu)成。</p><p>　　（4）底座 通過地角螺栓安裝在海洋鉆井平臺(tái)上，其作用是給鉆桿的轉(zhuǎn)

37、運(yùn)提供一個(gè)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高鉆桿轉(zhuǎn)運(yùn)和移運(yùn)的精確性。</p><p>　　2.2 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)由移動(dòng)小車、大梁、機(jī)械手總成、起升液壓缸和鉆桿架五部分組成。鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1大梁2)鉆桿排

38、放架3)機(jī)械手總成4)起升液壓缸5)移動(dòng)小車6)液壓馬達(dá)7）固定板</p><p>　?。?）移動(dòng)小車 其作用是提供水平方向的靈活穩(wěn)定移動(dòng)。由馬達(dá)、傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、車輪和車體組成。</p><p>　　（2）大梁 其作用是連接移動(dòng)小車，并且給起升液壓缸提供安裝位置，采用桁架結(jié)構(gòu)可以提高起升液壓缸的穩(wěn)定性和精確性。</p><p>　?。?）機(jī)械手總成 其作用

39、是鉆桿從轉(zhuǎn)送臂上移動(dòng)到鉆桿鉆桿排放架上整個(gè)過程中緊緊抓住鉆桿，使其不能從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上滑落。由機(jī)械手指、抓緊液壓缸和連桿構(gòu)成。</p><p>　?。?）起升液壓缸 其作用是在機(jī)械手緊緊抓住鉆桿后使鉆桿實(shí)現(xiàn)起升和下降的過程。</p><p>　　（5）鉆桿鉆桿排放架 其作用為鉆桿存放和移動(dòng)系統(tǒng)的精確排放提供一個(gè)架體。</p><p>　　3 海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系

40、統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)運(yùn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)運(yùn)臂是短伸縮臂、長(zhǎng)伸縮臂、機(jī)械手總成、轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸和伸縮臂伸縮液壓缸的支撐部件，由于3根鉆桿組合成的立根比較長(zhǎng)，因此轉(zhuǎn)運(yùn)臂的總體采用等邊角鋼桁架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)即節(jié)約了大梁的鋼材，而且總體重量也很輕并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也比較好，經(jīng)濟(jì)上也比較合理；而轉(zhuǎn)運(yùn)臂上的短伸縮臂、長(zhǎng)伸縮臂、機(jī)械手總成、轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸和伸縮臂伸縮液壓缸等

41、部分通過軸與焊接在轉(zhuǎn)運(yùn)臂上的鋼板連接，鋼板的材料選用熱軋鋼板就能夠滿足。</p><p>　　轉(zhuǎn)運(yùn)臂由轉(zhuǎn)耳、轉(zhuǎn)耳連接鋼板、大梁角鋼、支撐角鋼、輔助支撐角鋼和連接鋼板組成。基本結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 轉(zhuǎn)運(yùn)臂示意圖</p><p>　　1)轉(zhuǎn)耳2)轉(zhuǎn)耳連接鋼板3)大梁角鋼4)連接鋼板</p><p>　　（1）轉(zhuǎn)耳的

42、尺寸初步定為：將180mm×300mm×50mm的熱軋鋼板的300mm的一般切割成半徑60mm的圓弧，在上鉆一個(gè)65孔由于按轉(zhuǎn)襯套與底座連接，垂直焊接在轉(zhuǎn)耳連接鋼板上。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)耳連接鋼板的功能是將轉(zhuǎn)耳與轉(zhuǎn)運(yùn)臂的大梁角鋼連接，使轉(zhuǎn)運(yùn)臂能夠從水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置。尺寸初步定為：300mm×300mm×50mm的熱軋鋼板。</p><p

43、>　?。?）大梁角鋼的功能是為轉(zhuǎn)運(yùn)臂支撐短伸縮臂、長(zhǎng)伸縮臂、機(jī)械手總成、轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸和伸縮臂伸縮液壓缸等提供安裝條件，材料選用5號(hào)熱軋等邊角鋼，長(zhǎng)度初步定為30m。</p><p>　?。?）支撐角鋼的功能是支撐大梁角鋼防止其發(fā)上彎曲和扭曲變形，材料選用4.5號(hào)熱軋等邊角鋼，長(zhǎng)度初步定為290mm。</p><p>　?。?）輔助支撐角鋼的功能是提高支撐角鋼的抗彎扭變形的能力，材料選用

44、4號(hào)熱軋等邊角鋼。</p><p>　?。?）連接鋼板的功能是將短伸縮臂、長(zhǎng)伸縮臂、機(jī)械手總成、轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸和伸縮臂伸縮液壓缸等部件連接在轉(zhuǎn)運(yùn)臂上，初步定為12塊200mm×290mm×45mm的熱軋鋼板。</p><p>　　3. 2 長(zhǎng)伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　長(zhǎng)伸縮臂是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手抓住的鉆桿從鉆井架上收縮到轉(zhuǎn)運(yùn)臂上和鉆桿從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上伸長(zhǎng)

45、到鉆井架上兩個(gè)過程的主要伸縮手臂。材料選擇a=150mm方鋼，在長(zhǎng)伸縮臂上安裝伸縮臂伸縮液壓缸，所以在長(zhǎng)伸縮臂偏中間位置上銑一個(gè)長(zhǎng)方形的孔。由于7000米深的海洋鉆井平臺(tái)上的鉆井架底座長(zhǎng)8米，寬8米。這就要求伸縮臂至少能夠伸長(zhǎng)4米，使鉆桿能夠到達(dá)井口的位置?？紤]到鉆桿自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)距鉆井架底座保持一定的距離，經(jīng)過計(jì)算長(zhǎng)伸縮臂的尺寸和形狀如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 長(zhǎng)伸縮臂尺寸示意圖</p

46、><p>　　3. 3 短伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　短伸縮臂是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手抓住的鉆桿從鉆井架上收縮到轉(zhuǎn)運(yùn)臂上和鉆桿從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上伸長(zhǎng)到鉆井架上兩個(gè)過程的輔助伸縮手臂。材料選擇a=150mm方鋼，經(jīng)過計(jì)算短伸縮臂的尺寸和形狀如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-3 短伸縮臂尺寸示意圖</p><p>　　3.4 機(jī)械手總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)<

47、;/p><p>　　機(jī)械手總成的作用是在鉆桿從鉆井架上的垂直位置轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置的整個(gè)過程中緊緊抓住鉆桿，使其不能從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上滑脫。主要由機(jī)械手指、抓緊液壓缸和連桿三大部分構(gòu)成。機(jī)械手總成基本結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 機(jī)械手總成示意圖</p><p>　　1)開口銷2)凹頭連桿3)抓緊液壓缸4)機(jī)械手指5)機(jī)械手指連接銷6)連桿連接銷</p

48、><p>　　7)襯套 8)凸頭連桿 9)抓緊液壓缸連接軸10)長(zhǎng)伸縮臂連接軸</p><p>　　3.4.1 機(jī)械手指設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手指的作用是直接與鉆桿接觸，通過抓緊液壓缸推動(dòng)連桿使機(jī)械手指緊緊抓住鉆桿，產(chǎn)生的摩擦力使鉆桿不能滑落。所以機(jī)械手指的內(nèi)壁做成與鉆桿接頭外徑一樣大的圓弧，這樣就能使鉆桿緊緊被抓住。</p><p>　

49、　3.4.2 抓緊液壓缸設(shè)計(jì)</p><p>　　一. 抓緊液壓缸負(fù)載分析</p><p>　　機(jī)械手提供的摩擦力應(yīng)該大于等于3根鉆桿組合成立根的重量，取摩擦力的臨界力，抓緊液壓缸的受力分析如圖4-5所示。 </p><p>　　圖4-5 抓緊液壓缸受力分析示意圖</p><p>　　f=1350kg×10N/kg=13.5kN；

50、</p><p>　　f1=1/2f=6.75kN,由f1=N1得</p><p>　　N1=f1/=45kN；</p><p>　　由F1=Fcos30°=N1得</p><p>　　F= N1/ cos30°=52 kN；</p><p>　　式中： N1 —— 機(jī)械手提供的壓力；<

51、;/p><p>　　f1 —— 一個(gè)機(jī)械手提供的摩擦力；</p><p>　　F —— 抓緊液壓缸的負(fù)載；</p><p>　　F1 —— F水平方向分力；</p><p>　　—— 摩擦系數(shù)0.15；</p><p>　　f —— 總摩擦力；</p><p>　　二.確定抓緊液壓缸主要參數(shù)<

52、/p><p>　　1.初選液壓缸的工作壓力P1</p><p>　　由抓緊液壓缸受力分析可知，抓緊液壓缸的負(fù)載F=52kN。根據(jù)表5-1初步選定液壓缸工作壓力為P1=8MPa。</p><p>　　表4-1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力</p><p>　　2.計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　由于抓緊機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，

53、所以選用單出桿活塞差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓緊過程。設(shè)液壓缸兩有效面積為A1 和A2，因?yàn)榛钊麠U是受壓力，所以取d=0.7D，即A1 =2A2。</p><p>　　由抓緊工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A1= F，可得</p><p>　　A1= F/ P1=52000/9×106cm2=58cm2</p><p>　　式中： A1 —— 液壓缸

54、作用有效面積</p><p>　　F —— 液壓缸負(fù)載</p><p>　　P1 ——液壓缸工作壓力</p><p><b>　　液壓缸內(nèi)徑D就為</b></p><p>　　D = = cm = 86cm</p><p>　　根據(jù)表5-2初步選定液壓缸內(nèi)徑D =80cm，由d=0.7D和表5-

55、3取d=56cm。計(jì)算出液壓缸的有效工作面積A1 =50.24cm2，A2 =25.12cm2</p><p>　　表4-2 缸筒內(nèi)徑D系列 (GB/T2348-1993) (mm)</p><p>　　表4-3 活塞桿直徑d系列 (GB/T2348-1993) (mm)</p><p><b>　　2.液壓缸驗(yàn)算</b>&

56、lt;/p><p>　　由抓緊工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A1= F，可得</p><p>　　P1 = F/ A1=10.4 MPa</p><p>　　所以，液壓缸的工作壓力P1 =10.4 Mpa。</p><p>　　3.5伸縮臂伸縮液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　伸縮臂伸縮液壓缸的作用是推動(dòng)伸縮臂伸長(zhǎng)和收

57、縮帶動(dòng)機(jī)械手，使鉆桿離開或到達(dá)鉆井架井口位置。</p><p>　　3.5.1伸縮液壓缸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析</p><p>　　伸縮液壓缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為①轉(zhuǎn)運(yùn)臂轉(zhuǎn)到垂直位置，液壓缸沒有伸出，液壓缸主要有一個(gè)背壓防止鉆桿下落。②液壓缸伸出，機(jī)械手伸長(zhǎng)到井口位置，液壓缸也有一個(gè)背壓防止鉆桿過度下落到井鉆架的平臺(tái)上。③當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂處于水平位置時(shí)，液壓缸產(chǎn)生一個(gè)背壓房子伸縮臂過度收縮。</p>

58、<p>　　3.5.2伸縮液壓缸設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一.負(fù)載分析</b></p><p>　?、贍顟B(tài)伸縮液壓缸負(fù)載分析</p><p>　　伸縮液壓缸提供的拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與3個(gè)鉆桿組成的立根重量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該平衡，才能保證鉆桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。由于鉆桿是被2個(gè)機(jī)械手臂提起，所以一個(gè)機(jī)械手承受一半立根的重量，受力分析如圖4-

59、6所示。</p><p>　　圖4-6 伸縮液壓缸①狀態(tài)受力分析示意</p><p>　　經(jīng)過計(jì)算機(jī)械手總成的重力為 G1=1.116 kN，所以一個(gè)機(jī)械手承受的總重力G=7.866 kN。列平衡方程得：</p><p>　　F·sin75º+Y=G</p><p>　　G×2.9×sin5 º

60、;+Y×1.6×cos85 º=0</p><p>　　解得：Y=-14.3 kN</p><p>　　F=22.95 kN</p><p>　　式中： F —— 伸縮液壓缸的負(fù)載；</p><p>　　Y —— 鉸支垂直方向分力；</p><p>　　G ——機(jī)械手承受重

61、力</p><p>　　②狀態(tài)伸縮液壓缸負(fù)載分析</p><p>　　伸縮液壓缸提供的拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與3個(gè)鉆桿組成的立根重量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該平衡，才能保證鉆桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。由于鉆桿是被2個(gè)機(jī)械手臂提起，所以一個(gè)機(jī)械手承受一半立根的重量，受力分析如圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 伸縮液壓缸②狀態(tài)受力分析示意圖</p><p><

62、;b>　　列平衡方程得：</b></p><p>　　Fsin31°+Y=G</p><p>　　G×2.9×sin67 º+Y×1.6×sin67 º =0</p><p>　　解得： Y=-14.3 kN</p><p><b>　　F=4

63、3 kN</b></p><p>　　式中： F —— 伸縮液壓缸的負(fù)載；</p><p>　　Y —— 鉸支垂直方向分力；</p><p>　　G ——機(jī)械手承受重力</p><p>　　③狀態(tài)伸縮液壓缸負(fù)載分析</p><p>　　伸縮液壓缸提供的拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與3個(gè)鉆桿組成的立根重量產(chǎn)

64、生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該平衡，才能保證鉆桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。由于鉆桿是被2個(gè)機(jī)械手臂提起，所以一個(gè)機(jī)械手承受一半立根的重量，受力分析如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8 伸縮液壓缸③狀態(tài)受力分析示意圖</p><p><b>　　列平衡方程得：</b></p><p>　　Fsin15°+Y=G</p><p>　　

65、G×2.9×sin85 º+Y×1.6×sin85 º =0</p><p>　　解得： Y=-14.3 kN</p><p><b>　　F=86kN</b></p><p>　　式中： F —— 伸縮液壓缸的負(fù)載；</p><p>　　Y

66、—— 鉸支垂直方向分力；</p><p>　　G ——機(jī)械手承受重力</p><p>　　二.確定伸縮液壓缸主要參數(shù)</p><p>　　1.初選伸縮液壓缸的工作壓力</p><p>　　根據(jù)①狀態(tài)的液壓缸負(fù)載F=22.95 kN和表5-1，取液壓缸工作壓力P1=3Mpa。</p><p>　　2.確定液壓缸主要參數(shù)&

67、lt;/p><p>　　由于伸縮機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以采用單出桿活塞差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓緊過程。設(shè)液壓缸兩有效面積為A1 和A2，因?yàn)榛钊麠U是受拉力，所以取d=0.5D，其中A2=-=。</p><p>　　由收縮工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A2= F，可得</p><p>　　A2= F/ P1=22950/3×106cm2=76.5cm2</

68、p><p>　　式中： A2 —— 液壓缸作用有效面積；</p><p>　　F —— 液壓缸負(fù)載；</p><p>　　P1 ——液壓缸工作壓力；</p><p><b>　　液壓缸內(nèi)徑D就為</b></p><p>　　D = = cm = 114cm</p><p&g

69、t;　　根據(jù)表4-2初步選定液壓缸內(nèi)徑D =125cm，由d=0.5D和表4-3取d=63cm。計(jì)算出液壓缸的有效工作面積A1 =122.7cm2，A2 =92cm2。</p><p><b>　　2.液壓缸驗(yàn)算</b></p><p>　　(1)由抓緊工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A2= F，可得</p><p>　　P1 = F/ A2=

70、2.5 Mpa；</p><p>　　所以，液壓缸抓緊工況的工作壓力P1 =10.4 Mpa。</p><p>　　(2)在伸縮液壓缸②狀態(tài)負(fù)載下校核，列平衡力方程P1 A2= F，可得</p><p>　　P1 = F/ A2=4.7 Mpa；</p><p>　　式中：F —— ②狀態(tài)下負(fù)載43kN；</p><p&g

71、t;　　工作壓力P1 =4.7 Mpa，根據(jù)表4-1知在許用范圍之內(nèi)。</p><p>　　(3)在伸縮液壓缸③狀態(tài)負(fù)載下校核，列平衡力方程P1 A2= F，可得</p><p>　　P1 = F/ A2=7.01 Mpa</p><p>　　式中：F —— ②狀態(tài)下負(fù)載86kN；</p><p>　　工作壓力P1 =7.01Mpa，根據(jù)表4

72、-1知在許用范圍之內(nèi)。</p><p>　　所以綜上所述，伸縮液壓缸筒內(nèi)徑D=125滿足工作要求。</p><p>　　3.6轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸的作用是推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂實(shí)現(xiàn)從水平位置轉(zhuǎn)動(dòng)帶垂直位置或從垂直位置轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置的過程。</p><p>　　3.6.1轉(zhuǎn)運(yùn)壓缸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析</p><p&

73、gt;　　轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為兩種①轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸剛開始推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)②轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂到垂直位置同時(shí)伸縮臂伸出并靜止。</p><p>　　3.6.2伸縮液壓缸設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一.負(fù)載分析</b></p><p>　?、贍顟B(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸負(fù)載分析</p><p>　　轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸提供的推力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)

74、運(yùn)臂自重產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該平衡， 剛好能推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂，受力分析如圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9 轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸①狀態(tài)受力分析示意圖</p><p>　　經(jīng)過計(jì)算轉(zhuǎn)運(yùn)臂及其上的部件總重 G1=24.8kN，鉆桿及機(jī)械手總成和連桿總重G2=15.5 kN。列平衡方程得：</p><p>　　F×3.535×sin9º-G1×1

75、4.905-G2×24.22=0</p><p>　　解得：F=210.8kN</p><p>　　式中： F —— 轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸負(fù)載；</p><p>　?、跔顟B(tài)伸縮液壓缸負(fù)載分析</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直位置后，轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸提供的拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與3個(gè)鉆桿組成的立根重量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該平衡，才能轉(zhuǎn)運(yùn)臂處于靜

76、止?fàn)顟B(tài)，受力分析如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10 轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸②狀態(tài)受力分析示意圖</p><p><b>　　列平衡方程得：</b></p><p>　　F×3.5×sin19 º- G×5.4 =0</p><p>　　解得： F=73.5 kN<

77、;/p><p>　　式中： F —— 轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸的負(fù)載；</p><p>　　G ——鉆桿及機(jī)械手總成和連桿總重；</p><p>　　二.確定轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸主要參數(shù)</p><p>　　1.初選轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸的工作壓力</p><p>　　根據(jù)①狀態(tài)的液壓缸負(fù)載F=158.53kN和表4-1，考慮到負(fù)載比較大，所

78、以初步選取液壓缸工作壓力P1=18Mpa。</p><p>　　2.確定液壓缸主要參數(shù)</p><p>　　由于轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以采用單出桿活塞差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓緊過程。設(shè)液壓缸兩有效面積為A1 和A2，因?yàn)榛钊麠U是受壓力，所以取d=0.7D，其中A1= 2A2。</p><p>　　由剛開始推動(dòng)工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A1= F，可得<

79、/p><p>　　A1= F/ P1=210800/18×106cm2=117.1cm2</p><p>　　式中： A1 —— 轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸作用有效面積；</p><p>　　F —— 轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸負(fù)載210.8 kN；</p><p>　　P1 ——轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸工作壓力；</p><p><b>　

80、　液壓缸內(nèi)徑D就為</b></p><p>　　D = = cm = 122cm</p><p>　　根據(jù)表4-2初步選定液壓缸內(nèi)徑D =125cm，由d=0.7D和表4-3取d=90cm。計(jì)算出液壓缸的有效工作面積A1 =122.7cm2，A2 =61.4cm2。</p><p><b>　　2.液壓缸驗(yàn)算</b></p&

81、gt;<p>　　(1)由剛開始推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)臂工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A1= F，可得</p><p>　　P1 = F/ A1=17.2 Mpa；</p><p>　　所以，液壓缸的工作壓力P1 =17.2 Mpa。</p><p>　　(2)在伸縮液壓缸②狀態(tài)負(fù)載下校核，列平衡力方程P1 A2= F，可得</p><p>

82、;　　P1 = F/ A2=12Mpa；</p><p>　　式中：F —— ②狀態(tài)下負(fù)載73.5kN；</p><p>　　工作壓力P1 =12 Mpa，根據(jù)表4-1知在許用范圍之內(nèi)。</p><p>　　所以綜上所述，轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸筒內(nèi)徑D=125滿足工作要求。</p><p>　　3.7 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>

83、;　　底座是轉(zhuǎn)運(yùn)臂及其上部件的支撐部件，由于轉(zhuǎn)運(yùn)臂及其上的部件總重較重，因此底座的總體采用等邊角鋼桁架結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)運(yùn)臂的結(jié)構(gòu)相似。</p><p>　　底座上的固定板通過地角螺栓與鉆井平臺(tái)牢牢的固定住?；窘Y(jié)構(gòu)如圖4-11所示。</p><p>　　圖4-11 底座機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　1)連接耳2)分隔角鋼3)固定板</p><p&g

84、t;　　4 海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.1 移動(dòng)小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　移動(dòng)小車是鉆桿自動(dòng)移運(yùn)系統(tǒng)中一個(gè)重要的部件，考慮到移動(dòng)的平穩(wěn)性和精確性，采用液壓馬達(dá)帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了整體的移動(dòng)，基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 小車結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1)車輪

85、2)軸3)支撐鋼板4)車體大梁 5)支撐角鋼6)大梁7)長(zhǎng)連桿 8)短連</p><p>　　9)馬達(dá)安裝鋼10)齒輪 11)馬 達(dá)12)底 連 桿13)端 蓋 14)導(dǎo) 軌 </p><p><b>　　15) 固 定 板</b></p><p>　　4.1.1 馬達(dá)的選用</p><p>　　由于移運(yùn)系統(tǒng)整體比較重，

86、所以初步選用4個(gè)馬達(dá)同時(shí)驅(qū)動(dòng)小車移動(dòng)。小車移動(dòng)主要是客服摩擦阻力，向前運(yùn)動(dòng)。所以馬達(dá)的最小轉(zhuǎn)矩與整體重量產(chǎn)生的摩擦力的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該平衡，轉(zhuǎn)矩分析圖如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 馬達(dá)轉(zhuǎn)矩分析示意圖</p><p>　　經(jīng)過計(jì)算移運(yùn)系統(tǒng)的總體重量G=32.62kN；</p><p>　　總摩擦力 f=N=G=4.9 kN</p><p

87、>　　車輪的摩擦力 f1=f=1.225 kN </p><p>　　F2=f=1.225 kN</p><p><b>　　列轉(zhuǎn)矩平衡方程：</b></p><p>　　Mmin= f1×0.15=184N·m；</p><p>　　式中：Mmin —— 馬達(dá)提供的最小轉(zhuǎn)矩；</p

88、><p>　　N —— 導(dǎo)軌給小車的支持力；</p><p>　　—— 摩擦系數(shù)0.15；</p><p>　　所以馬達(dá)最小的轉(zhuǎn)矩不能低于184N·m，因此馬達(dá)選用型號(hào)BM3-200-400P*A*Y*就能滿足要求。</p><p>　　4.1.2 車輪尺寸的確定</p><p>　　因?yàn)檎麄€(gè)移運(yùn)系統(tǒng)移動(dòng)要保證平

89、穩(wěn)性，因此小車的移動(dòng)速度不能太快，因此初步定車輪D=300mm。馬達(dá)BM3-200-400P*A*Y*的轉(zhuǎn)速范圍為6～375r/min,初步定在轉(zhuǎn)速為10 r/min，小車的速度v=0.157m/s，滿足要求。</p><p>　　4.2 大梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　大梁是3個(gè)起升液壓缸的支撐部件，支撐角鋼焊接在移動(dòng)小車上，帶動(dòng)起升液壓缸和鉆桿與移動(dòng)小車一起運(yùn)動(dòng)?？紤]到穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性

90、，大梁的總體采用等邊角鋼桁架結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 大梁結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1)支撐角鋼2)大梁角鋼3)輔助支撐角鋼</p><p>　　4.3 機(jī)械手總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手總成的作用是鉆桿從轉(zhuǎn)送臂上移動(dòng)到鉆桿鉆桿排放架上整個(gè)過程中緊緊抓住鉆桿，使其不能從轉(zhuǎn)運(yùn)臂上滑落。主要

91、由機(jī)械手指、抓緊液壓缸和連桿三大部分構(gòu)成。機(jī)械手總成基本結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。</p><p>　　圖5-4 機(jī)械手總成示意圖</p><p>　　1)機(jī)械手指2)機(jī)械手指連接銷3)凸頭連桿4)抓緊液壓缸5)連桿連接銷6)凹頭連桿</p><p>　　4.3.1 機(jī)械手指設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手指的作用是直接與鉆桿接觸，通過抓緊液壓缸

92、推動(dòng)連桿使機(jī)械手指緊緊抓住鉆桿，產(chǎn)生的摩擦力使鉆桿不能滑落。所以機(jī)械手指的內(nèi)壁做成與鉆桿接頭外徑一樣大的圓弧，這樣就能使鉆桿緊緊被抓住。</p><p>　　4.3.2 抓緊液壓缸設(shè)計(jì)</p><p>　　一. 抓緊液壓缸負(fù)載分析</p><p>　　機(jī)械手提供的摩擦力應(yīng)該大于等于3根鉆桿組合成立根的重量，取摩擦力的臨界力，抓緊液壓缸的受力分析如圖5-5所示。<

93、;/p><p>　　圖5-5 抓緊液壓缸受力分析示意圖</p><p>　　f=1350kg×10N/kg=13.5kN；</p><p>　　f1=f=2.25kN,由f1=N1得</p><p>　　N1=f1/=15kN；</p><p>　　由F1=Fcos30°=N1得</p>

94、<p>　　F= N1/ cos30°=17.3 kN；</p><p>　　式中： N1 —— 機(jī)械手提供的壓力；</p><p>　　f1 —— 一個(gè)機(jī)械手提供的摩擦力；</p><p>　　F——抓緊液壓缸的負(fù)載；</p><p>　　F1 —— F水平方向分力；</p><p>　

95、　—— 摩擦系數(shù)0.15；</p><p>　　f —— 總摩擦力；</p><p>　　二.確定抓緊液壓缸主要參數(shù)</p><p>　　1.初選液壓缸的工作壓力P1</p><p>　　由抓緊液壓缸受力分析可知，抓緊液壓缸的負(fù)載F=17.3kN。根據(jù)表5-1初步選定液壓缸工作壓力為P1=3MPa。</p><p>　

96、　2.計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　由于抓緊機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以選用單出桿活塞差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓緊過程。設(shè)液壓缸兩有效面積為A1 和A2，因?yàn)榛钊麠U是受壓力，所以取d=0.7D，即A1 =2A2。</p><p>　　由抓緊工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A1= F，可得</p><p>　　A1= F/ P1=17300/3×106cm

97、2=58cm2</p><p>　　式中： A1 —— 液壓缸作用有效面積</p><p>　　F —— 液壓缸負(fù)載</p><p>　　P1 ——液壓缸工作壓力</p><p><b>　　液壓缸內(nèi)徑D就為</b></p><p>　　D = = cm = 86cm</p>

98、<p>　　根據(jù)表4-2初步選定液壓缸內(nèi)徑D =80cm，由d=0.7D和表4-3取d=56cm。計(jì)算出液壓缸的有效工作面積A1 =50.24cm2，A2 =25.12cm2</p><p><b>　　2.液壓缸驗(yàn)算</b></p><p>　　由抓緊工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A1= F，可得</p><p>　　P1 =

99、F/ A1=3.4 MPa</p><p>　　所以，液壓缸的工作壓力P1 =3.4 Mpa。</p><p>　　4.4起升液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　起升液壓缸的作用是在機(jī)械手緊緊抓住鉆桿后使鉆桿實(shí)現(xiàn)起升和下降的過程。</p><p><b>　　一.負(fù)載分析</b></p><p>

100、　　起升液壓缸的負(fù)載就是3根鉆桿組成立根的重量，因?yàn)橛?個(gè)起升液壓缸同時(shí)工作，所以一個(gè)起升液壓缸只受一根鉆桿的重量。因此起升液壓缸的負(fù)載F=4.5kN。</p><p>　　二.確定伸縮液壓缸主要參數(shù)</p><p>　　1.初選伸縮液壓缸的工作壓力</p><p>　　根據(jù)①狀態(tài)的液壓缸負(fù)載F=4.5kN和表4-1，取液壓缸工作壓力P1=1Mpa。</p&g

101、t;<p>　　2.確定液壓缸主要參數(shù)</p><p>　　由于伸縮機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以采用單出桿活塞差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓緊過程。設(shè)液壓缸兩有效面積為A1 和A2，因?yàn)榛钊麠U是受拉力，所以取d=0.5D，其中A2=-=。</p><p>　　由收縮工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A2= F，可得</p><p>　　A2= F/ P1=4500/

102、1×106cm2=45cm2</p><p>　　式中： A2 —— 液壓缸作用有效面積；</p><p>　　F —— 液壓缸負(fù)載；</p><p>　　P1 ——液壓缸工作壓力；</p><p><b>　　液壓缸內(nèi)徑D就為</b></p><p>　　D = = cm =

103、87cm</p><p>　　根據(jù)表4-2初步選定液壓缸內(nèi)徑D =80cm，由d=0.5D和表4-3取d=40cm。計(jì)算出液壓缸的有效工作面積A1 =50.24cm2，A2 =37.68cm2。</p><p><b>　　2.液壓缸驗(yàn)算</b></p><p>　　(1)由抓緊工況下液壓缸平衡力平衡方程P1 A2= F，可得</p>

104、;<p>　　P1 = F/ A2=0.9 Mpa；</p><p>　　所以，液壓缸抓緊工況的工作壓力P1 =0.9 Mpa。</p><p>　　綜上所述，伸縮液壓缸筒內(nèi)徑D=80滿足工作要求。</p><p>　　4.5鉆桿鉆桿排放架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　鉆桿鉆桿排放架的作用是為鉆桿存放和移動(dòng)系統(tǒng)的精確排放提供一個(gè)

105、架體。其基本結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。</p><p>　　圖5-6 鉆桿鉆桿排放架結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1)分隔2)大梁角3)輔助支撐角鋼)底連接5)固定6)鉆桿)支撐角鋼</p><p>　?。?）分隔板的功能是將鉆桿分隔開，提高鉆桿排放的精確度，材料選用110×55×1745熱軋鋼板。</p><p>　?。?

106、）大梁角鋼的功能是，為支撐角鋼提供焊接位置，材料選用5號(hào)熱軋等邊角鋼，長(zhǎng)度初步定為38m。</p><p>　?。?）輔助支撐角鋼的功能是提高支撐角鋼的抗彎扭變形的能力，材料選用4號(hào)熱軋等邊角鋼。</p><p>　?。?）底連接桿的功能是連接底部大梁角鋼，并且還承受鉆桿的重量。材料選用10號(hào)熱軋工字鋼。</p><p>　?。?）固定板的功能是將鉆桿鉆桿排放架牢牢

107、的固定在海洋鉆井平臺(tái)上，材料選用200×150×30熱軋鋼板。</p><p>　　（6）支撐角鋼的功能是支撐大梁角鋼防止其發(fā)上彎曲和扭曲變形，材料選用4.5號(hào)熱軋等邊角鋼，長(zhǎng)度初步定為1.6m。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的題目是海洋鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)排放及移運(yùn)系統(tǒng)。</

108、p><p>　　從以上幾個(gè)部分的論述與計(jì)算，得出了系統(tǒng)原理方案和結(jié)構(gòu)上的結(jié)論，做以下綜述。</p><p>　　在原理方案上，確立了桁架結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，以實(shí)現(xiàn)鉆桿的轉(zhuǎn)運(yùn)和移運(yùn)為基本，可以在總體結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)化、減少零件數(shù)量，盡量緊湊、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕總體重量。同時(shí)考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，在鉆桿轉(zhuǎn)運(yùn)和移運(yùn)過程中都采用了液壓系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)較高的穩(wěn)定性和精確性。</p>

109、<p>　　此外，通過對(duì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性分析，說明本裝置達(dá)到了以下設(shè)計(jì)目的和任務(wù)：</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)了鉆桿從鉆井架上自動(dòng)移運(yùn)到鉆桿鉆桿排放架上的過程；</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝維修方便的目的；</p><p>　?。?）該系統(tǒng)在各種效應(yīng)影響下始終保持良好狀態(tài)，磨損??；</p><p>　?。?）該

110、系統(tǒng)部分采用了液壓系統(tǒng)提高了鉆桿自動(dòng)排放的精確性。</p><p>　　綜上，本系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)和目的，理論分析與計(jì)算是成功可行的，有待實(shí)踐工作的檢驗(yàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 西北工業(yè)大學(xué)月機(jī)械原理及零件教研室編著. 機(jī)械原理. 高等教育出版社，2000</p><

111、p>　　[2] 朱云祖等編.自動(dòng)化鉆井技術(shù)譯文集. 石油工業(yè)出版社，1993</p><p>　　[3] 劉延俊 王守城 楊前明 蘇杭編. 液壓與氣壓傳動(dòng). 機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[4] 羅圣國(guó) 李平林等編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 高等教育出版社，2004</p><p>　　[5] 李繼志 陳榮振等編.石油鉆采機(jī)械概論. 中

112、國(guó)石油大學(xué)出版社，1994</p><p>　　[6] 西北工業(yè)大學(xué)月機(jī)械原理及零件教研室編著. 機(jī)械設(shè)計(jì). 高等教育出版社，2006 </p><p>　　[7] 林建榕 王玉 蔡安江 編．工程訓(xùn)練. 航空工業(yè)出版社． 2004</p><p>　　[8] 劉戰(zhàn)鋒 彭海. 現(xiàn)代制造技術(shù). 西安石油大學(xué) ． 2002</p&g

113、t;<p>　　[9] 張利平編. 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社．2005</p><p>　　[10] 周開勤主編 ．機(jī)械零件手冊(cè)． 高等教育出版社． 2006</p><p>　　[11] 甘永立主編．幾何量公差與測(cè)量． 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社．2001</p><p>　　[12] 劉鴻文． 材料力學(xué)<

114、上冊(cè)><下冊(cè)>[M]．高等教育出版社．1991</p><p>　　[13] 大連理工大學(xué)工程畫教研室．機(jī)械制圖．高等教育出版社，2004</p><p>　　[14] 馮軍剛． 理論力學(xué)．陜西科學(xué)技術(shù)出版社．2001</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次設(shè)

115、計(jì)，它融會(huì)了以前各科課程設(shè)計(jì)的知識(shí)，是對(duì)大專所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，也是對(duì)這些知識(shí)的綜合運(yùn)用。鑒于本人在學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等方面的不足，在設(shè)計(jì)過程中遇到很多困難。在此，我衷心感謝給我指導(dǎo)的老師，感謝他們對(duì)我的諄諄教誨！因?yàn)橛辛怂麄兊膸椭?，才讓我少走了不少的彎路，?jié)省了寶貴的時(shí)間。我當(dāng)牢記這次設(shè)計(jì)的過程中老師們對(duì)我的指導(dǎo)和教誨，作為我今后人生路上的指明燈，并立志為社會(huì)貢獻(xiàn)我的所能。</p><p>　　能夠順利完成設(shè)計(jì)，也得宜