電動(dòng)式泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)-說明書

1、摘 要本篇畢業(yè)設(shè)計(jì)主要闡述的是關(guān)于泥漿攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)方法。泥漿攪拌機(jī)是泥漿凈化處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。在石油行業(yè)中,泥漿攪拌機(jī)具有很廣泛的用途.在油田鉆井過程中,它是一個(gè)重要組成部分.但由于一些原因,目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的傳統(tǒng)的泥漿攪拌機(jī),效率很不理想,為改善它的性能,我們又提出了自動(dòng)升降式泥漿攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)思路。首先，對(duì)泥漿攪拌機(jī)的發(fā)展歷史，結(jié)構(gòu)原理作了簡(jiǎn)單的介紹；接著闡述了泥漿攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)原理和理論計(jì)算；然后對(duì)攪拌機(jī)的部件組成所需類型、尺寸進(jìn)行了計(jì)算和校核；最后按照設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)了泥漿攪拌機(jī)。該設(shè)計(jì)過程借鑒了一般攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)方法。本文不僅論述了攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)方法，還通過計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)將攪拌

2、機(jī)的整體和部件結(jié)構(gòu)畫出參考圖，方便對(duì)攪拌機(jī)實(shí)體和設(shè)計(jì)過程的理解。關(guān)鍵詞：攪拌機(jī)，可升降，電動(dòng)式ABSTRACTThis graduation project is mainly on the mud mixer on the design method. Mud is mud mixer purification treatment systems as an important component. The mud mixer is widely used in the petroleum industry, and it is an important apparatus in the b

3、ored well sludge process system. Because of some reasons, traditional mixers operating efficiency is rare ideal in the current spot apply. In order to improve the performance according to economic and practical principle, we carry out the design of mud mixer again. First, the history of the developm

4、ent of mud mixer, a simple structure principle introduced; mud mixer then described the design principles and theoretical. Calculations and then the components required for the mixer type, size and check the calculation, according to final Design guidelines for the design and design theory mud mixer

5、. The design process comes from the design of the general mixer methods. This paper has not only mixer on the design, computer graphics technology will blenders and components of the overall structure of reference to draw plans for the mixer entities and the understanding of the design process.Key w

6、ords: blenders, can take-off，landing目 錄1 緒論-11.1課題的來源、目的與意義-11.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)-21.4泥漿攪拌機(jī)的工作介質(zhì)-21.4課題背景-22泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)的總體設(shè)計(jì)-32.1常規(guī)攪拌機(jī)的現(xiàn)狀-32.1泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)的設(shè)計(jì)及其計(jì)算-42.1攪拌機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核對(duì)-62.1起升結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核-142.1泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)的電氣部分設(shè)計(jì)-193 結(jié)論-23參考文獻(xiàn)-24致謝-25 1 緒論泥漿攪拌器是為了保持鉆井液的均勻性并使固相顆粒懸浮，而對(duì)鉆井液進(jìn)行連續(xù)可靠的鉆井泥漿固控系統(tǒng)。其主要用于鉆井液的攪拌混合，以防鉆井液固

7、相顆粒在其罐式循環(huán)系統(tǒng)中沉積，使循環(huán)鉆井液性能穩(wěn)定，混合均勻。泥漿攪拌器在5.5kW以下均采用擺線減速機(jī)，泥漿攪拌器適用于石油鉆井液的攪拌，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積?。?.5kW以上鉆井液泥漿攪拌器采用渦輪蝸桿式減速傳動(dòng)，具有傳遞扭矩大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。常用泥漿攪拌器型號(hào)為JBQ5.5、JBQ7.5、JBQ11 和JBQ15。特點(diǎn)有：1，采用圓弧圓柱蝸桿減速器，軸截面為圓弧形的圓柱蝸桿，蝸輪齒形為與蝸桿相共扼的圓。故凸凹嚙合性能可靠，效益高，結(jié)構(gòu)緊湊。2，用減速器與防爆電機(jī)相組合，維護(hù)方便，適用于野外惡劣工況條件下使用。3，攪拌強(qiáng)度大，波及范圍寬，且降低了起動(dòng)阻力矩。4，電機(jī)水平放置，安裝

8、、調(diào)整、更換方便。結(jié)構(gòu)及其工作原理：結(jié)構(gòu)：本裝置主要由防爆電機(jī),減速器,機(jī)座及波輪組件組成,電機(jī)與減速器,減速器與波輪軸均通過剛性聯(lián)軸器相連接。波輪由4只葉片組焊而成。工作原理：波輪可使攪拌液產(chǎn)生渦旋運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)了攪拌效果。夾在葉片中間的托盤還可防止停機(jī)后泥漿固相顆粒沉積于下部葉片的周圍，這樣使用可減小起動(dòng)時(shí)沉淀物對(duì)葉片的阻力矩，從而避免了起動(dòng)過載而燒壞電機(jī)。造成攪拌機(jī)損壞的原因有:鉆井液密度高、粘度高、攪拌機(jī)功率低，超負(fù)荷使用；不能堅(jiān)持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆井液長(zhǎng)時(shí)間靜止后啟動(dòng)，造成過載；不能堅(jiān)持及時(shí)保養(yǎng)潤(rùn)滑；安裝不合理，無護(hù)罩或無風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)；固定狀況不好，螺絲松動(dòng)，或固定螺絲不全，振動(dòng)大而損壞。這些

9、都會(huì)造成攪拌機(jī)的損壞，攪拌機(jī)為了適應(yīng)更全面鉆井需要，定時(shí)、定速，單、多軸選擇等多種功能，操作方便、啟動(dòng)力矩大、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、噪音小等特點(diǎn)的將是未來攪拌機(jī)的發(fā)展方向。1.1 課題的來源、目的與意義在石油工業(yè)中，泥漿攪拌器具有很廣泛的用途。在油田鉆井過程中，它是泥漿凈化處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是攪動(dòng)泥漿池中的泥漿，使泥漿中的泥漿材料和化學(xué)藥劑混合均勻。并防止產(chǎn)生沉淀，同時(shí)可保持泥漿中添加劑的活性，使泥漿在進(jìn)入井筒之前保持最佳的性能，為后繼的鉆井工作打下好的基礎(chǔ)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)近日，世界石油大會(huì)中國(guó)油氣論壇2009石油鉆井工程專題研討會(huì)在北京召開。在同時(shí)舉辦的石油鉆井

10、技術(shù)與裝備展覽會(huì)上，中國(guó)石油鉆井新技術(shù)、新工藝和新裝備集中亮相。世界石油大會(huì)中國(guó)國(guó)家委員會(huì)主任、原石油工業(yè)部部長(zhǎng)王濤指出，我國(guó)鉆井裝備研發(fā)與制造總體上已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。鉆井的投資占整個(gè)石油勘探開發(fā)投資的50%以上，是影響油氣勘探開發(fā)整體效益的關(guān)鍵因素。目前，中國(guó)已成為世界石油鉆井大國(guó)。通過新技術(shù)攻關(guān)和成熟技術(shù)集成應(yīng)用，中國(guó)鉆井提速提效技術(shù)發(fā)展迅速，帶動(dòng)中國(guó)鉆井整體速度不斷提高。特別是2007年成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1.2萬米大型成套鉆機(jī)及其配套裝備，我國(guó)已具備萬米超深井鉆井能力。其中鉆井?dāng)嚢杵魇潜夭豢缮俚囊画h(huán)。國(guó)外固相控制設(shè)備性能良好、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，已實(shí)現(xiàn)設(shè)備類型的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和

11、專用化。國(guó)外的固控設(shè)備水平以美國(guó)的BRANDT、SWACO、DERRICK等公司為代表，質(zhì)量和性能處于世界首位。國(guó)外特別重視固控系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化配置和整個(gè)固控系統(tǒng)的效率評(píng)價(jià)，并為此開發(fā)了鉆井液固相控制專家系統(tǒng)。近年來，國(guó)內(nèi)鉆井液固相控制設(shè)備的理論研究和制造工藝水平都有較大的發(fā)展，特別是在理論研究方面，但國(guó)產(chǎn)的固控設(shè)備在性能，壽命方面與國(guó)外固控設(shè)備有一定差距，主要是材料、加工工藝、加工精度配套使用的通用設(shè)備(例如電動(dòng)機(jī))的質(zhì)量。1.3泥漿攪拌機(jī)的工作介質(zhì)泥漿，來源于鉆井時(shí)，從井筒中返回的已用液。在經(jīng)過振動(dòng)、除屑、除泥、除氣等前期工序之后，加入適量的添加劑或泥漿材料并進(jìn)入泥漿池中，用于攪拌該液體而形

12、成混合均勻的懸濁液。1.4課題背景攪拌設(shè)備使用歷史悠久，應(yīng)用范圍廣。在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、建筑行業(yè)等等傳統(tǒng)工業(yè)中均有廣泛的使用。攪拌操作看來似乎簡(jiǎn)單，但實(shí)際上，它所涉及的因素卻極為復(fù)雜。攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍很廣，尤其在化學(xué)工業(yè)中，很多化工生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著攪拌操作。攪拌設(shè)備在許多場(chǎng)合是作為反應(yīng)器。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器，約占反應(yīng)器總數(shù)的90%。其他如染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆等行業(yè)，攪拌設(shè)備的使用亦很廣泛。有色冶金部門對(duì)全國(guó)有色冶金行業(yè)中的攪拌設(shè)備作樂調(diào)查及功率測(cè)試，結(jié)

13、果是許多濕法車間的動(dòng)力消耗50%以上是用在攪拌作業(yè)上。攪拌設(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這么廣泛，還因攪拌設(shè)備操作條件（如濃度、溫度、停留時(shí)間等）的可控制范圍較廣，又能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。攪拌設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進(jìn)行混合，使原料液或產(chǎn)品均勻化。2 電動(dòng)式泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1常規(guī)攪拌設(shè)備的現(xiàn)狀圖2-1 立式攪拌機(jī)立式的一般為0.51m3.。拌機(jī)速度一般為80100r/min。工程中常用的攪拌機(jī)類型從攪拌的機(jī)理上可分為膠體磨式、葉片式和噴射式。膠體磨式攪拌機(jī)為先進(jìn)的攪

14、拌設(shè)備，近年來在工程中有不少應(yīng)用。其工作原理為葉片高速旋轉(zhuǎn)（2000r/min以上），使?jié){液在桶形容器內(nèi)獲得高剪切作用并形成渦流從而充分地混合。膠體磨式攪拌機(jī)對(duì)漿液具有較大的剪切力、摩擦力、離心力和高頻振動(dòng)，攪拌效率較高，混合攪拌時(shí)間僅1520s，可攪拌高濃度漿液。但該類攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、設(shè)備成本相對(duì)較高，需要維護(hù)運(yùn)行成本。葉片式攪拌機(jī)為廣泛應(yīng)用的攪拌設(shè)備，構(gòu)造簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低。攪拌機(jī)理為攪拌時(shí)漿液被拋向固定在攪拌桶邊的擋板（折流器）上而使配比材料混合。攪拌主軸轉(zhuǎn)速一般小于200r/min，攪拌能力一般為1015m3/h。此類攪拌設(shè)備可有效攪拌一定濃度水灰比（水灰比稀于0.51）的普通水泥漿

15、液和除樹脂品種外的大多數(shù)化學(xué)漿材，經(jīng)特殊處理后可攪拌腐蝕性化學(xué)漿材。相對(duì)膠體磨式攪拌機(jī)效率較低，且只能為重力排漿。射流式攪拌機(jī)的工作原理為一束高速水流通過噴嘴進(jìn)入攪拌腔產(chǎn)生真空，從直接置于攪拌腔上面的料斗中吸入干料（水泥），利用噴射水流在排漿管中產(chǎn)生的紊流進(jìn)行攪拌，其設(shè)備較為簡(jiǎn)單、效率較高（可達(dá)100m3/h），但攪拌均勻性較差。所以射流式攪拌機(jī)在灌漿工程中應(yīng)用較少。2.2 泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其參數(shù)計(jì)算2.2.1 設(shè)計(jì)要求綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),搜集有關(guān)資料獨(dú)立完成泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)設(shè)計(jì)。(1）（葉輪直徑：500mm(2）轉(zhuǎn)速：n=120rpm(3）工作方式：電動(dòng)控制升降，能自動(dòng)的升降往返，提升速度

16、150mm/min(4）上升高度：600mm2.2.2 總體方案擬定此次攪拌機(jī)設(shè)計(jì)采用立式結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分?jǐn)嚢韬蜕祪纱蟛糠?。攪?dòng)機(jī)構(gòu)：由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與葉片轉(zhuǎn)速相差較大，為了達(dá)到比較大的傳動(dòng)比，而又不是傳動(dòng)路線過于復(fù)雜，我采用了蝸輪蝸桿降速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，空間布置緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪音，蝸桿軸與電機(jī)軸間采用聯(lián)軸器聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低，并起到過載保護(hù)作用。蝸輪帶動(dòng)空心主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，空心主軸又帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)（通過鍵連接），此即攪拌運(yùn)動(dòng)。攪拌軸升降機(jī)構(gòu)：由于要求攪拌時(shí)攪拌軸伴隨升降運(yùn)動(dòng)。故設(shè)計(jì)時(shí)還是通過蝸輪蝸桿的降速，從而帶動(dòng)與蝸輪配合的螺紋套，以帶動(dòng)和螺紋套相連的螺紋軸上下運(yùn)動(dòng)。螺紋軸又帶動(dòng)攪拌軸上下運(yùn)動(dòng)，

17、故葉片升降。攪拌葉片：攪拌葉片的數(shù)量，外形和布置方式直接決定了攪拌器的工作方式和效率。根據(jù)流體力學(xué)和攪拌泥漿的特性，與水平面成一定夾角均布于圓周上。旋轉(zhuǎn)時(shí)，將主要產(chǎn)生徑向湍流，保證具有較理想的攪拌效果。 圖2-2 攪拌機(jī)外形圖 2.2.3 電動(dòng)機(jī)的選用電動(dòng)機(jī)按電能種類可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因此，無特殊要求時(shí)均應(yīng)選用三相交流電動(dòng)機(jī)，其中以三相異步交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)不同防護(hù)要求，電動(dòng)機(jī)有開啟式、防護(hù)式、封閉自扇冷式和防爆式等不同的結(jié)構(gòu)形式。電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選擇的是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量選的過小，不能保證工作機(jī)正

18、常工作，或使電動(dòng)機(jī)因超載而過載損壞；而容量選的過大，則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又不能充分利用，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不滿載運(yùn)行，其效率和功率因此較低，增加電能消耗而造成能源的浪費(fèi)。電動(dòng)機(jī)的容量主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件來決定。Y系列三相籠式異步電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式電動(dòng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，因此廣泛應(yīng)用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上，如金屬切削機(jī)床、運(yùn)輸機(jī)、風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)等。2.3攪拌結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算與強(qiáng)度校核2.3.1電動(dòng)機(jī)根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求：N=5.5kw，同步轉(zhuǎn)速n=1440npm。 查新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)7，取型號(hào)Y132S-42.3.

19、2聯(lián)軸器根據(jù)以上所需的電機(jī)，其計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： （2-1）工作時(shí)：泥漿攪拌機(jī)的工作情況系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)9由表14-1查得KA=1.7。則有效轉(zhuǎn)矩: （2-2）根據(jù)以上數(shù)據(jù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3?。篏Y6凸緣聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩:900Nm,許用轉(zhuǎn)速:6800r/min殼體材料：HT2002.3.3校核螺栓M10X62的強(qiáng)度采用鉸制孔受剪螺栓聯(lián)接(四個(gè)均布)根據(jù)螺栓組聯(lián)接的受力計(jì)算公式,單個(gè)螺栓所受的最大外力為: （2-3） （2-4）A3鋼許用切應(yīng)力: （2-5） （2-6） （2-7）故螺栓強(qiáng)度滿足要求。2.3.4蝸桿與蝸輪設(shè)計(jì)選擇蝸桿傳動(dòng)類型：由于精度要求相對(duì)不高，工作交較平穩(wěn)，故選用漸開線圓柱蝸桿。選擇

20、材料：考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；為使效率高些，耐磨性好些，故蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵HT200制造。按齒面觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì):許用接觸應(yīng)力:蝸桿輸入Pn=5.5KW Ni=1440nPm （2-8）預(yù)計(jì)使用12000小時(shí)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （2-9）許用接觸應(yīng)力:查機(jī)械設(shè)計(jì)9表11-7得蝸輪的基本許用應(yīng)力=220MPa，則壽命系數(shù)為： （2-10）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2：（近似地Z=4，=0.8）確定載荷系數(shù)K：因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1；由機(jī)械設(shè)計(jì)表11-5選取使用系

21、數(shù)KA=1；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.2 （2-11）確定彈性影響系數(shù)ZE：因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE=160MPa1/2確定接觸系數(shù)Z：先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.30，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖11-18得Z=3。計(jì)算中心距：因?yàn)閕=12，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3表35.5-5，?。?Z1=4，Z2=iZ1=124=48 （2-12） a1.2(1603/151)21/3=161.9 （2-13）取中心距a=160，查機(jī)械設(shè)計(jì)9表11-2取m=6.3，Z1=4, Z2=53。蝸桿分度圓直徑d1=63。這時(shí)d1/a=0.315，得Z=2.9，

22、因?yàn)閆301，故軸承1被壓緊且Fa2= S2=176NX,Y值： （2-47）查機(jī)械設(shè)計(jì)9表13-5得x1=0.4，y1=1.16 （2-48）查機(jī)械設(shè)計(jì)9表13-5得x2=1，y2=0Fp值：取有中等沖擊 （2-49）當(dāng)量動(dòng)載荷： （2-50） （2-51）驗(yàn)算7308E壽命：Lh=16670/n(Cr/Pr1)=16670/1440(86200/5710)10/3=9843500小時(shí) 當(dāng)量靜載荷：X，Y值：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3表39.3-8得x0=0.5，y0=0.22ctg19=0.64當(dāng)量靜載荷： （2-52） （2-53）靜強(qiáng)度安全系數(shù)S0：查機(jī)械設(shè)計(jì)9表13-8得：S0=1.2靜載荷計(jì)

23、算：結(jié)論：所選圓錐滾子軸承7308E滿足要求2.4起升結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算與強(qiáng)度校核2.4.1電機(jī)的選擇：根據(jù)題目已知條件,提升速度Vt=150mm/min,考慮到攪拌器的起升重量,螺紋桿的螺紋采用梯形螺紋,螺距P=3mm大徑D4=40.5mm。取Vt=150mm/min,小徑D1=37mm，計(jì)算起升時(shí)的重量為100kg=980N=F。所需扭矩T=KtFd=0.298037=7252Nmm(Kt0.2) 現(xiàn)選取Y90S-4。額定功率P=1.1KW，轉(zhuǎn)速n=1400rpm。傳動(dòng)比： （2-54）計(jì)算轉(zhuǎn)矩： （2-55）大于7252Nmm故所選電機(jī)確定為Y90S-4。2.4.2蝸輪與蝸桿的設(shè)計(jì)選擇蝸桿傳

24、動(dòng)類型：由于精度要求相對(duì)不高，工作交較平穩(wěn)，故選用漸開線圓柱蝸桿。選擇材料：考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵HT200制造。按齒面觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì): 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （2-56）許用接觸應(yīng)力： （2-57）蝸輪轉(zhuǎn)矩： （2-58）確定載荷系數(shù)K：因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1；由機(jī)械設(shè)計(jì)9表11-5選取使用系數(shù)KA=1；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.2 （2-59）確定彈性影響系數(shù)ZE:因選用的是鑄錫磷青銅

25、蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE=160MPa1/2確定接觸系數(shù)Z:先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.30，查機(jī)械設(shè)計(jì)9圖11-18得Z=3計(jì)算中心距：因?yàn)閕=28，取Z1=2，Z2=56，x2=-0.5 估取=0.8a1.05(1603/183)21/3=97.58由于a=97.58mm不是標(biāo)準(zhǔn)系列數(shù)，故取中心距a=100，i=53/2=26.5查機(jī)械設(shè)計(jì)9表11-2 m=3.15，蝸桿分度圓直徑d1=35.5。Z1=2，Z2=53。傳動(dòng)比誤差是允許的。這時(shí)d1/a=0.355，得Z=2.6，因?yàn)閆Z,因此以上計(jì)算結(jié)果可用。蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸：蝸輪分度圓直徑： d

26、2=mz2=3.1553=166.95mm （2-60）蝸桿導(dǎo)程角： r=arctgz1m/d1=arctg23.15/35.5=9.64 （2-61）蝸桿軸向齒距： Pa=m=3.143.15=9.89 （2-62）蝸桿導(dǎo)程： Pz=mz1=3.143.152=19.78mm （2-63）蝸桿齒頂圓直徑： da1=d1+2m=35.5+23.15=41.8 （2-64）蝸輪齒寬： b20.75da1=0.7541.8=31.35 （2-65）蝸輪齒寬角： =2arcsinb2/d1=2arcsin31.35/35.5124 （2-66）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：許用彎曲拉應(yīng)力： =44.2Mpa

27、 （2-67）許用彎曲應(yīng)力計(jì)算：當(dāng)量齒數(shù)： （2-68）根據(jù)x2=-0.5，Zv=58.7，查機(jī)械設(shè)計(jì)9圖11-19得齒形系數(shù)YFa2=2.6螺旋角系數(shù)： （2-69）彎曲應(yīng)力：f=1.64kT2/d1d2mYa2Y =1.641.051.681052.60.93/35.5166.953.15 =25.6944.2MPa 安全 （2-70）驗(yàn)算效率： =(0.95-0.96)tanr/tan(r+v) （2-71）已知r=10.06；v=arctanfv；fv與相對(duì)滑動(dòng)速度Vs有關(guān)。Vs=d1n1/601000cos10.06 =35.51400 /601000cos10.06=4.287m/

28、s （2-72）精度等級(jí)的確定：考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級(jí)精度。2.4.3攪拌機(jī)軸的長(zhǎng)度,直徑大小的設(shè)計(jì)一般攪拌池的深度為2000mm,設(shè)定攪拌機(jī)軸的總長(zhǎng)度為1500mm,本次設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)為可升降式,設(shè)定外軸為固定的,長(zhǎng)度為900mm,內(nèi)軸為可升降軸,長(zhǎng)度為600mm.符合要求可升降600mm要求。 軸的直徑設(shè)計(jì)要符合強(qiáng)度的要求,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定外軸直徑為80mm,內(nèi)軸直徑為60mm。2.4.4嘗試對(duì)攪拌機(jī)構(gòu)直徑的優(yōu)化計(jì)算攪拌機(jī)的核心部分是攪拌機(jī)構(gòu)。從宏觀上講,決定攪拌機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)是攪拌機(jī)構(gòu)的攪拌軸數(shù)目A 、攪

29、拌葉片半徑R 和攪拌軸高度H。確定這3 個(gè)參數(shù)之后,就可以計(jì)算出攪拌機(jī)的其他參數(shù)。這里的優(yōu)化計(jì)算就是優(yōu)化攪拌機(jī)構(gòu)的這3個(gè)參數(shù),優(yōu)化以在攪拌過程中消耗最小的攪拌功率為優(yōu)化目標(biāo)。計(jì)算出這3個(gè)參數(shù)的最佳數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中,每小時(shí)產(chǎn)量Q、攪拌時(shí)間T 為已知條件。由此可以確定出攪拌機(jī)的箱體體積優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算的約束方程： H=V/KaR2-r2) （2-73）式中Ka 與攪拌軸的數(shù)目有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)A =1時(shí), Ka =攪拌功率： P = Mn/(9 550) （2-74）式中M 工作阻力矩,Nmn轉(zhuǎn)速, r/ minn是與攪拌功率優(yōu)化計(jì)算無關(guān)的常量。因此對(duì)攪拌功率的優(yōu)化計(jì)算可以通過計(jì)算最小的工作阻力矩來實(shí)現(xiàn)。工

30、作阻力矩即為攪拌機(jī)構(gòu)在攪拌中克服物料摩擦產(chǎn)生的力矩。在實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)物料的受力進(jìn)行分析計(jì)算, 得到每層攪拌葉片上的力矩。 Mi= Ziu(R3-r3)+Zih(R2-r2) （2-75）式中Zi 該層攪拌葉片的平均深度，側(cè)壓系數(shù)，物料與葉片的摩擦系數(shù)，h 每層攪拌物料的厚度( h = H/C)，r 攪拌葉片內(nèi)徑式(2-48) 第一項(xiàng)表示攪拌葉片底面與物料的摩擦力矩,第二項(xiàng)表示攪拌葉片端面與物料的摩擦力矩。攪拌半徑和攪拌高度的優(yōu)化計(jì)算：在設(shè)計(jì)中需要輸入攪拌軸數(shù)目A 和單軸上攪拌葉片層數(shù)C 的初值, 然后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由初步擬定的攪拌葉片的層數(shù)C和攪拌高度H可以求得每層攪拌葉片的深度： Zi

31、=Hi/C(i=1C) （2-76）將Zi 代入式(2-48) 求得各層上的工作阻力矩Mi ,于是總的工作阻力矩: M =Mi （2-77）此時(shí)的M 中可以視為只有R、H2個(gè)未知量,然后加上約束方程式(2-47) 。對(duì)M 以R 或H 求導(dǎo),可以計(jì)算出最佳的一組攪拌半徑和攪拌高度值(忽略攪拌葉片的內(nèi)徑) （2-78）計(jì)算得到的R 、H是在初選A 和C的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。A 和C 的初選是任意的, 需要對(duì)A 和C 進(jìn)行規(guī)范,使它們與實(shí)際要求和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相符合,通過實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)我們認(rèn)為同軸上攪拌葉片的間距S 取400 mm 左右、H/ R 515、攪拌軸的數(shù)目 400 mm時(shí),可以考慮增加攪拌葉片的層數(shù)

32、后重新計(jì)算R 和H 值。通過以上的優(yōu)化計(jì)算可以得到R 、H。根據(jù)以上分析算出攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)密封外軸的直徑為60mm,密封內(nèi)軸的直徑為40mm。攪拌軸、攪拌葉片位置分布關(guān)系設(shè)計(jì)：通過以上的分析和計(jì)算,得到了攪拌機(jī)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)。然后對(duì)攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。攪拌軸是按直線分布設(shè)計(jì)的。攪拌葉片的設(shè)計(jì)是與攪拌軸的數(shù)目相關(guān)的。當(dāng)攪拌軸的數(shù)目A = 1 時(shí),通過以上計(jì)算得到參數(shù)H、C 可以計(jì)算出攪拌葉片的間距S ,即可獲得同軸上各層攪拌葉片的位置, 確定出攪拌葉片在軸上的分布;當(dāng)攪拌軸為多軸( A 1) 時(shí),葉片在軸上的分布就有2 種情況, 即攪拌葉片在各軸上是同層布置還是分層布置。同層布置時(shí)的攪拌葉片的分布與

33、A = 1 時(shí)的情況一致。分層布置時(shí),需要考慮的因素是主動(dòng)軸葉片還是從動(dòng)軸葉片在箱體最底層,確定出這個(gè)參數(shù)后就可以分別針對(duì)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸進(jìn)行攪拌葉片分布的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.5泥漿鉆井?dāng)嚢铏C(jī)電氣部分設(shè)計(jì)2.5.1控制電路：圖2-4 控制電路圖2-5 PLC接線端子圖2-6控制面板本設(shè)計(jì)中的電機(jī)均為三相異步電動(dòng)機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)，是通過3相的信號(hào)或者說電流的分別輸入，來辨別轉(zhuǎn)動(dòng)方向的，所以只要反接其3相便可使其反轉(zhuǎn)，應(yīng)用簡(jiǎn)單，效果好，而且其穩(wěn)定性高，適合石油挖掘類等重工業(yè)。要啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),先將開關(guān)QF1合上,接通電源,電流走過熔斷器FU，分別向2電機(jī)M1,M2供電。M1電機(jī)由于需要正反轉(zhuǎn)控制，用來控制

34、升降2種不同運(yùn)動(dòng)，所以在其電路中加由反轉(zhuǎn)接線。作啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB5,交流接觸器KM3的線圈KA3通電,電動(dòng)機(jī)M2電路接通電源,電動(dòng)機(jī)便開始攪拌。啟動(dòng)上升按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)1正轉(zhuǎn)，上升。啟動(dòng)下降按鈕則電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)，下降。由主電路種KM1及KM2兩個(gè)觸點(diǎn)互鎖控制，利用電器自身的常開觸頭使自己線圈保持通電的狀態(tài)稱為自鎖或自保，而兩者之間相互牽制的則為互鎖，互串一個(gè)常閉觸電在對(duì)方電路中。當(dāng)它上升到上限位時(shí)，因接觸到常閉行程開關(guān)SQ7，使得其電路斷電，KA1失電，電動(dòng)機(jī)不再上升。同理，在下降過程中，也是由此而停止。攪拌機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)獨(dú)立于起升運(yùn)動(dòng)之外，隨時(shí)可由SB6停止其運(yùn)動(dòng)。急停開關(guān)啟動(dòng)后

35、，則使其瞬間停止，不再做旋轉(zhuǎn)或者上升下降運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)，自動(dòng)兩種方式供用戶選擇。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)可自動(dòng)復(fù)位，再到達(dá)指定深度后開始攪拌。然而手動(dòng)方式則需要手動(dòng)復(fù)位，相比較而言，較為復(fù)雜，但是其可操作性比較強(qiáng)，用戶可根據(jù)需要上升下降，旋轉(zhuǎn)攪拌，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況的需要而定。圖2-7手動(dòng)模式梯形圖圖2-8自動(dòng)模式梯形圖圖2-7圖2-8為本設(shè)計(jì)PLC編程圖。與之前運(yùn)動(dòng)過程相互對(duì)應(yīng)。3 結(jié)論在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問題。這對(duì)我以后的工作有很大的幫助,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。在設(shè)計(jì)過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，有的是知識(shí)方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面不足導(dǎo)致的。這些問題有時(shí)使得我束手無措，不過在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計(jì)。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我了解了鉆井?dāng)嚢铏C(jī)的很多相關(guān)知識(shí)。使我也了