机械毕业设计1095螺纹套管密封试压装置设计文档格式.docx
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12
1－7 移动工作台支承体重量估计·
13
1－8 导轨的设计·
14
1－9支架的设计·
17
第二篇 电气部份设计
第三章 电气线路设计·
18
§
2－1 主回路设计·
2－2 控制回路设计·
2－3 控制电路电源·
19
2－4 绘制电气原理图·
第四章 选择电器元件·
20
3－1 电源引入开关·
3－2 热继电器·
3－3 熔断器·
3－4 接触器·
3－5 行程开关·
21
3－6 压力继电器·
3－7 控制按钮·
3－8 信号灯·
第三篇 英文摘要
Discussion·
22
第四篇 中文翻译
讨论·
23
第五篇 总结
总结·
24
鸣谢·
25
参考文献·
中英文摘要
摘要：
本课题TR-（N）PT系列螺纹套管密封试压装置设计是南海合众公司的技术改造项目。
螺纹套管是该公司2001年的新产品，该产品应用于海上油田勘探和开采油田打井的快速钻井技术中。
设计在原有试压装置的基础上，进行一些技术上的改进，通过机械电气控制将机械、液压、电气等技术融合在一起，使新装置在钻井效率、降低成本、简化工艺等方面有很好的发展，使其更具自动化和人性化。
在这里，主要进行的是机械和电气控制系统的设计。
关键词：
螺纹、套管、试压、机电、自动化。
Abstract:
Thequestionfordiscuss——thedesignofaequipmentforthescrewbushing’spressurizationandtrialpressure,isaprogramoftechniquealterationinHezhongcorporationofsouthsea.Thescrewbushingwhichismainlyappliedintheexploitationofflatroofonthesea,isanewproductofthiscorporationin2001.Basedontheequipmentwhichisnowinuse,thedesignmakesometechniquealterations.Itmeltmechanism、fluiddriveandelectricinapotwiththehelpofmechanicalandelectriccontrol.Asaresult,thenewequipmentismoreautomaticandisfullofhumanismthanbefore.Inhere,themaintasksarethedesignofmechanismandelectriccontrolsystem.
Keywords:
screw、bushing、trialpressure
、mechatronics、automatization
序言
时光东逝如流水，我在大学求学也即将期满毕业，：
虽不是学业有成，却有幸得到诸多师长的殷殷教诲和熏陶，这是我在大学四年里最大的收获。
尤其在毕业设计期间，在校内指导老师、班主任，校外工程师等师长的悉心教导下我才能顺利地完成这次毕业设计的任务课题。
还有就是我各位同学的大力支持和帮助！
在此我一并由衷地向他们表示感谢！
尽管如此,由于本人的水平有限,设计中难免存在不当和错误,希望得到各位评委的批评和指正。
机械设计基础是在我们学完了大学的绝大部分基础课程|、技术基础课程以及大部分专业课程后进行的。
这是我们在进行毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的实践，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。
就我而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，从而更好的以积极向上的态度来对待工作能溶入到实践中去，也为以后的工作打下一个良好的基础。
我们做毕业设计目的是：
1.学生综合分析和解决本专业的一般液压系统技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。
2.学生树立正确的设计思路，设计构思和创新思维，掌握液压系统设计的一般程序.规范和方法。
3.学生正确使用技术资料.国家标准，有关手册.图册等工具书。
进行设计计算.数据处理.编写技术文件等方面的工作能力。
4.学生今昔功能调查研究。
面向实际。
面向生产。
向工人和工程技术人员学习的基本工作态度.工作作风和工作方法。
由于能力有限，设计尚有不足之处，恳请各位老师给予指教。
第一篇机械部分设计
第一章系统方案的拟定.
1,螺纹套管的夹紧机构仍采用合众近海建设公司的作业现场的相同。
虽然操作上有点不方便，但从经济上考虑，从产量方面考虑,从夹紧的可靠性考虑，采用现场设备，真正做到最大可能地利用原有设备。
2,拧紧机构采用液压马达带动旋转拨盘拨动螺纹堵头，将螺纹堵头旋进套管.采用的液压马达的扭矩很大，可达到23000Nm拧紧力,动力很大，能达到螺纹套管所要承受的扭矩负载，省去了一个庞大的传动系统,使机构简单紧凑。
3,因螺纹套管两头都要安装堵头，为节省时间，提高工作效率，堵头的旋进采用两边同时进行，即两边运动机构除旋转堵头不同外（一个为内螺纹,一个为外螺纹），其余部分均可做的相同,从工艺方面考虑，不用采用两套不同的工艺，在制造时，应使两边的零部件具有互换性，从而简化工艺,提高系统的性价比。
4，系统的拧紧部份的传动链如下：
电动机----液压泵-----液压马达-----联轴器-----旋转拨盘-----堵头。
5，整个系统的控制采用电气控制。
6，在此基础上，拟画螺纹套管试压装置原理图.
第二章机械部分各部件的设计校核与选用.
1 夹具部分.
考虑到经济性及技术性要求，其定位是采用V形块，螺纹套管上面也用V形块压住。
夹紧依靠液压缸推动连杆机构将工件压紧,其原理示意图如下:
液压缸用合众公司现液压缸,其校核已达到要求.
2液压马达.
选根据参考资料
理论输出扭矩Tt=马达进出口压力差⊿Px排量V
及现场要求选用的马达必须满足:
⊿PXV>
=23000N.M
在保证扭矩Tt的情况下,初步选用该马达的系统排量为6.3L/r.
所以马达的压力差
⊿P=2π
23000/6.3pa=22.428
106pa=22.9Mpa
根据提供的数据资料:
用低速大转矩马达:
选用NJM型内曲线径向柱塞马达:
NJM型内曲线柱塞马达是多作用横梁传动式径向柱塞式低速大转矩马达.它具有结构紧凑,效率高,转矩大,低速稳定性好等优点,一般不需要经过变速装置而直接传动转矩广泛用于工程,矿山,器重,运输,船舶,冶金等机械设备的液压系统中.
根据计算数据选取:
NJM-G6.3径向柱塞马达
其型号标记为:
NJM-G6.3
技术参数如下:
排量
压力
最高转速
转矩
质量
额定/最大
额定
最大
6.3L/r
25/32Mpa
40r/min
28849N.M
524kg
3联轴器.
根据上面选用的马达，由于转矩最大达到28849N.m
采用GⅱCL型鼓形齿式联轴器，其型号为GⅡCL11,如下图,其技术参数为：
公称转矩:
Tn=35500N.M许用转速:
n=2350r/min重量:
m3=138kg 转动惯量:
J=4.941kg.m2轴孔长度L=167mm.
轴孔直径d1=d2=120mmD=325mmD1=276mmD2=235mmA=81mmB=170mmC=14mmH=3.5mm
润滑脂用量V=550ml
4滚动轴承.
轴承承受的力主要为径向力，因而采用深沟球轴承，根据拨盘的直径选取轴承，选定为型号为61928的轴承,其技术参数为：
d=140mmD=210mmB=24mm
m4=1.496kgCr=65.1KNCor=67.2KN
61928轴承的配合的选择：
轴承的精度等级为D级，内圈与轴的配合采用过盈配合,轴承内圈与轴的配合采用基孔制，由此轴的公差带选用m6，查表得在基本尺寸为140mm时，IT6DE公差数值为25um，此时轴的基本下偏差ei=+0.015mm，则轴的尺寸为
mm。
外圈与壳体孔的配合采用基轴制，过渡配合，由此选用壳体孔公差带为M6，IT6基本尺寸为210mm时的公差数值为0.029mm，孔的基本上偏差ES=-0.015，则孔的尺寸为
5拨盘的设计与校核.
拨盘的作用是将传递扭矩，将马达的传动传到旋转堵头，为了装拆的方便，将拨盘拨动堵头的部份用螺母将其和旋转堵头拧紧，以防止轴向运动时的冲击。
马达的转矩靠联轴器传给拨盘，因联轴器的孔为花键孔，所以拨盘的轴端也要做成花键轴，以便同联轴器联接。
现设计的拨盘的形状与尺寸如下:
从上图知道，拨杆轴最有可能的危险截面将会是A-A截面,拨杆轴采用高强度合金钢,
=25~45MPa,则由扭转强度条件为
=
:
Wt=∏×
7.684×
108÷
（16×
768）=0.89×
108mm3
＝Tmax/Wt=23000÷
（0.89×
108×
10-9）=2.5Mpa＜
可见，拨杆轴的强度适合。
现校核花键强度，其中内花键的型号是INT40ZX3MX30Px7h,因为此联接为动联接，查有关资料可知此键的许用压力【p】=30~60MPa,现校核此花键：
p=
其中T=23000NM，Z=40，L=40
0.5m=188.4mm
d
=zm=120mm,h=0.8m=2.4mm
所以p=2x23000x103/9.8x40x0.8x188.4x120
=29.6MPa,
p<
【p】
可见此联接是合理的。
拨盘的重量估计：
m5=【π×
（120÷
2）2×
160＋π×
（140÷
290＋π×
（153÷
48＋π×
2842×
28-π×
152×
30】×
10－9×
7.8×
103
＝111kg
6 堵头的设计与校核.
（1） 堵头为内螺纹的堵头.
堵头的作用是在螺纹套管进行水压实验时，将螺纹套管密封起来的零件，因水压比较大，其强度要求也要求比较高的。
同时在拧紧时，扭矩很大，其螺纹部份也要做成和螺纹套管相匹配的螺纹形式。
为了方便拨盘拨动堵头旋转，堵头的四周也要做出相应的孔，用螺栓连接。
现设计的堵头的形状及具体尺寸如下:
因堵头在工作时承受的扭矩较大,同时堵头的注水压力也较大,因此堵头的材料选用高强度的合金钢，现对其与拨盘螺栓连接强度校核。
因为此螺栓联接为受转矩的螺栓组联接，当采用普通螺栓时，靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩，由于此联接中各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力为F，所以各螺栓联接处产生的摩擦力均相等，假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处，由本设计的零件可知：
4fF
K
T即F
查有关资料可知：
f=0.15K
=1.2T=23000NMr=265mm
代入上式公式里可求得F
69452N
又根据螺栓危险截面的拉伸强度可知
【
】
=281MPa,
螺栓的材料为45钢，并经过淬火后回火处理，查手册得此材料的屈服极限为
=640MPa
所以【
】=
=512MPa,经计算此螺栓联接是合理的。
（2）堵头螺纹接口为外螺纹的堵头。
除接口处为外螺纹之外，其余的尺寸与
（1）中堵头的尺寸相同，螺纹的旋合长度L也取为80㎜。
具体的校核也就略去。
堵头的重量估计：
m5=【∏×
（768/2）2×
40＋∏×
（3292-2542）×
54】×
=202㎏
取为210㎏。
7移动工作台支承体的重量估计。
由草图上的尺寸，初步估计其重量m7=600㎏.
现对移动工作台与马达螺栓联接处校核
因为此螺栓联接为受转矩的螺栓组联接，当采用普通螺栓时，靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩，由于此联接中各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力为F，所以各螺栓联接处产生的摩擦力均相等，假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处，拨销插在堵头相对应的孔中，在工作过程中，主要承受堵头的孔对其的挤压作用力，同时拨销还要承受堵头的重量。
马达重量m=524kg,则G=5135N。
采用八个螺栓，每个承受马列达的重量：
G1=G÷
8=5135÷
8=614N，
r=280mm,
因扭转而使每个拨销承受的最大力：
Fmax=Tmax÷
（8r）=23000÷
（8×
280×
10-3）=10KN
由示意图可知2拨销所受的力最大，其受力大小为：
F2=G1＋Fmax=614＋10000=10614N
45钢的允许挤压强度【σbs】=100Mpa
所以中间位置的螺栓的挤压应力为：
σbs=10614÷
（2×
40×
30×
10-6）=7Mpa<
【σbs】,
即其挤压强度符合要求。
8导轨的设计。
导轨采用燕尾形滑动导轨。
导轨的总支承重量：
m=m2＋m3＋m4＋m5＋m6＋m7＋m8
式中的m8为动导轨的重量，m8=55㎏
所以m=524＋138＋1.5＋160＋252＋600＋55=1730.5㎏
取m=1740㎏.。
查有关资料知道主运动导轨承载能力（平均比压）为4~5kgf/cm2。
采用双导轨，其形状及尺寸如下：
导轨强度校核：
校核支承部分静导轨的强度。
静导轨所受的压力：
F=1740×
10=17400N
受力面积：
S=600×
94×
2=112800mm2=0.1128㎡
所以平均比压为：
P=17400÷
0.1128=154255.3Pa=1.5kgf/cm2。
由此可知导轨的承载能力是合格的。
9支架的设计
考虑到经济性和安全耐用性,现设计支架如下
支架总支承重量为:
M=524+138+111+210+600+1740=3323Kg
取M=4000Kg
支架材料选用HT200,查资料其抗拉强度
N/mm2
支架
=4000x9.8/（1500x820-1490x750）=105
故支架强度足够.
第二篇电气部分设计
第三章电气线路设计。
电气部份的作用是用于控制整个同作过程。
主要控制要求有：
电动机的启停；
螺纹套管的夹紧与松开；
移动工作台的前进与后退；
马达的正转和反转。
因控制的准确要求不是太高，且现场的工作环境比较恶劣，为保证控制的可靠与整个控制系统的经济性，采用继电器、行程开关和按钮等进行控制，在这里，因液压机构的出现，要进行电液控制。
1主回路设计。
由接触器KM控制电动机M的起停,系统的三相电源由电源从开关Q引入,电动机M的保护,由热继电器KR实现,同时主回路中设有短路保护FU1.
2控制回路设计.
SB1启动按钮,SB3为总停按钮,SB2为控制按钮。
因电动机在整个系统工作时，一直处于得电状态，在回路中与KM并联一工作状态指示灯HL（红色），在SB1合上时，HL即亮，表明整个系统正处于工作状态。
3，控制电路电源。
控制电路的电源直接从三相线路中引入，并设有短路保护FU2，以及过载保护的KR，其工作电压为380V。
4，绘制电气原理图。
根据各局部线路之间的相互关系和电气保护线路，画成电器原理图。
如图,
现将整个动作过程简述如下:
按按钮SB1——电动机转动,夹紧液压缸夹紧——YJ1动作合上,2YA,4YA得电——移动工作台液压缸前进——工作台碰上的行程开关1ST，2ST，6YA，8YA得电——液压马达旋转——扭矩达到23000N，YJ2，YJ3动作，使得2YA,4YA,6YA，8YA失电——加水实验——按按钮SB2——7YA，9YA，3YA，5YA得电——马达旋转将堵头旋出移动——工作台碰上行程开关3ST，1YA得电——夹紧缸松开——工作台液压缸后退继续后退——工作台碰上行程开关4ST——整个系统失电，工作停止。
第四章选择电器元件。
1电源引入开关Q。
Q主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电动机的额定电流选取。
电动机选用的型号为Y160L-6的电动机，其功率为15KW，额定电流31.4A，转速为970r/min,由此选用HK1—60/3型，额定电流为60A，三极开启式刀开关。
2热继电器KR。
电动机额定电流为31.4Ａ，ＫＲ选用JR15-40型热继电器,整定电流调节范围为30—45A，工作时将额定电流调整为31.4A。
3熔断器FU1，FU2。
FU1是对电动机进行保护的熔断器，熔体电流按下公式计算：
IR=（1.5-2.5）Ied=（1.5-2.5）X31.4
=47.1-78.5A
由此选用RL1—60型螺旋式熔断器，配60A的熔断体。
FU2对控制回路进行短路保护，选用RL1-15型熔断器，配4A的熔断体。
4接触器KM及K1，K2，K3，K4的选择。
接触器KM，根据电动机M的额定电流Ie=31.4A,控制回路电源为380V，需主触点三对，动合辅助触点一对，现计算接触器主触点的电流。
由公式I>
=PdX103/（KUd），可计算得到（式中K为经验常数，Pd为电动机的额定功率，Ud为电动机额定线电压），则有I>
=15X1000/（12X380）=33A。
根据上面的情况，选择CJ20-40型接触器，电磁线圈电压为380V。
中间继电器全部选用JL14-11ZQ型交流中间继电器，电磁线圈电压为380V，触点电流为2.5A，动合触点一对，动断触点一对，可满足要求。
5行程开关。
选用LX19-K型的有触点行程开关，常开常闭触点各一对，工作电压为380V，电流为5A。
6压力继电器。
选用型号为HED40的压力继电器。
7控制按钮。
全部选择LA2型面板安装式按钮，其中SB1，SB2，为绿色，SB3为红色。
8信号灯。
灯亮表明系统供电正常，正处于工作状态。
HL选用AD1型，工作电压为380V，颜色为红色，结构为直接式。
第三篇英文文摘
4Discussion
TheenergybalancestudydoesnotgiveallanswersconcerningthecomparisonoftheHFPEconceptsbecauseitispurelystaticstudyoftheengine'
sfeaturesanditdoesnottakeintoaccountdynamicalcharacteristics.thedynamiccharacteristicswhichhaveinfluenceontheengineoperationareforexample,speedofthepiston,hydraulicvalvesandcombustion.theeffectoftheauxliliaryequipmentswasneglectedaswell.
Thespeedofthepistonhasinfluenceontheflowlossesanditsetsveryhighoperationrequirementsforthehydraulicvalves.Themechanicalfrictionishigheraswell.Allthreeconceptshavehighermeanpistonspeedthantheconventionaldieselengine.
ThesingleandopposedHFPEdeliverfluidflowonlyeverysecondstroke（TDC-BDC）becausetheiroperationisnotsymmetricalasitisinthedualH
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