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1、135動力水龍頭的設(shè)計(jì)摘 要: 在國內(nèi)外,動力水龍頭是一種常見的石油鉆井修井設(shè)備。與 機(jī)械轉(zhuǎn)盤相比,動力水龍頭具有很多優(yōu)勢。國外在20世紀(jì)50年代就積極開展這種水龍頭的研制,近年來,隨著修井機(jī)得更新?lián)Q代和裝備水平的提高,動力水龍頭的使用范圍不斷擴(kuò)大,在修井鉆井中得到了廣泛的應(yīng)用,因此無論從理論還是實(shí)踐以及實(shí)用性來說,研究135動力水龍頭這個(gè)課題都有較大的意義,對水龍頭這個(gè)系列也是一個(gè)有益的補(bǔ)充。動力水龍頭主要由水龍頭本體,減速器,液壓馬達(dá)等組成。本次設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造基礎(chǔ)、金屬材料與熱處理、公差與技術(shù)測量、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)以及工藝、夾具等基礎(chǔ)理
2、論、工程技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐知識。按機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序、方法、設(shè)計(jì)規(guī)律、技術(shù)措施,并與生產(chǎn)實(shí)習(xí)相結(jié)合,分析和解決一般工程實(shí)際問題的能力。關(guān)鍵詞:石油鉆井修井設(shè)備;水龍頭本體;減速器;液壓馬達(dá) the design of 135 power tapabstract:at home and abroad, power tap is a common oil drilling well servicing equipment. compared with the mechanical wheel, power taps have many advantages. 50 years abroad in th
3、e 20th century, this faucet to actively carry out research in recent years, with the workover rig and equipment have to raise the level of replacement, the use of dynamic tap growing in the workover drilling has been widely applied in therefore, from both theory and practice, and practical, the rese
4、arch power tap 135 has a greater significance on the subject, the series of taps is a useful supplement. powered mainly by the tap faucet body, gear, hydraulic motors and other components. this design is the greatest achievement: the integrated use of mechanical design, mechanical drawing, mechanica
5、l manufacturing base, the metal material and heat treatment, tolerance and technology measurement, theoretical mechanics, mechanics of materials, mechanical principles, computer application and process, fixture and other basic theory, engineering and production of practical knowledge. a mechanical d
6、esign of the general procedures, methods, design rules and technical measures, and combined with production practice, peiyang analysis and practical problem solving ability of general engineering, with a mechanical transmission device, a simple mechanical design and manufacturing capabilities. key w
7、ords: oil drilling workover equipment;tap body; gear; hydraulic motor目 錄1 緒論11.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目的及意義11.2 課題的意義11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.4 本課題的意義、研究方法、理論依據(jù)21.5 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)構(gòu)成及主要研究內(nèi)容22 動力水龍頭的原理及功能32.1 動力水龍頭的功用與使用要求32.2 動力水龍頭的工作原理及系統(tǒng)組成43 動力水龍頭參數(shù)63 動力水龍頭參數(shù)63.1 動力水龍頭的技術(shù)性能參數(shù)的確定63.2 傳動系統(tǒng)方案的擬定63.3 液壓馬達(dá)的選擇74 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算84.1 齒輪傳動設(shè)計(jì)8
8、4.2 齒輪的設(shè)計(jì)及校核94.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)94.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)94.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)104.2.4 幾何尺寸計(jì)算125 軸的設(shè)計(jì)125.1 初步確定小齒輪軸的最小直徑125.2 大齒輪軸(中心管)的設(shè)計(jì)135.3 小齒輪軸軸強(qiáng)度的校核145.4 大齒輪軸軸強(qiáng)度的校核156 滾動軸承的選擇166.1 小齒輪軸滾動軸承的選擇166.2 大齒輪軸上滾動軸承的選擇176.3 選擇主軸承型號并保證其額定靜載荷186.4 選擇防跳軸承和防跳軸承型號187 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算197.1 大齒輪軸上鍵聯(lián)接的選擇197.2 小齒輪軸上鍵聯(lián)接的選擇207.3
9、 液壓馬達(dá)軸上鍵聯(lián)接的選擇218 水龍頭本體零部件設(shè)計(jì)計(jì)算218.1 殼體218.2 提環(huán)228.3 提環(huán)銷229 使用說明249.1 使用249.2 潤滑249.3 維修及保養(yǎng)249.4 貯存和運(yùn)輸2610 設(shè)計(jì)總結(jié)27參考文獻(xiàn)29致謝31附錄1:文獻(xiàn)綜述32附錄2:技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析331 緒論1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目的及意義本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的135動力水龍頭,完成動力水龍頭裝置中減速器裝配圖,零件圖設(shè)計(jì)及主要零件的工藝,工裝設(shè)計(jì)。綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械制圖,機(jī)械制造基礎(chǔ),金屬材料與熱處理,公差與技術(shù)測量,理論力學(xué),材料力學(xué),機(jī)械原理。掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序,方法,設(shè)計(jì)規(guī)律,技術(shù)措施,并
10、與生產(chǎn)實(shí)習(xí)相結(jié)合,培養(yǎng)分析與解決一般工程實(shí)際問題的能力,具備了機(jī)械傳動裝置,簡單機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造能力.1.2 課題的意義在國內(nèi)外,動力水龍頭是一種常見的石油鉆井修井設(shè)備。與 機(jī)械轉(zhuǎn)盤相比,動力水龍頭具有很多優(yōu)勢。國外在20世紀(jì)50年代就積極開展這種水龍頭的研制,近年來,隨著修井機(jī)得更新?lián)Q代和裝備水平的提高,動力水龍頭的使用范圍不斷擴(kuò)大,在修井鉆井中得到了廣泛的應(yīng)用,因此無論從理論還是實(shí)踐以及實(shí)用性來說,研究135動力水龍頭這個(gè)課題都有較大的意義,對水龍頭這個(gè)系列也是一個(gè)有益的補(bǔ)充。同時(shí),作為一個(gè)西安宇星公司所委托的課題,通過對它的研究設(shè)計(jì),我可以較好的理論聯(lián)系實(shí)踐,使設(shè)計(jì)更具實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。在
11、這個(gè)過程中,我的實(shí)踐能力和對知識的理解與總結(jié)也必然會有一個(gè)較大的提高,讓自己在未來的工作中更好地接受挑戰(zhàn),為企業(yè)的發(fā)展,為國家的富強(qiáng)奉獻(xiàn)一份微薄的力量。動力水龍頭是石油天然氣工業(yè)井修作業(yè)的主要設(shè)備之一,動力水龍頭的設(shè)計(jì)、制造按照sy/5210-2000和api spec 8a 進(jìn)行,動力水龍頭的主要參數(shù)包括:型號、最大負(fù)荷定額值,工作載荷、工作壓力、中心管內(nèi)徑等。135動力水龍頭具有以下特點(diǎn):1:安裝使用方便。 2:采用液壓驅(qū)動,主軸運(yùn)動平穩(wěn),輸出扭矩大。 3:能夠?yàn)樘足娔ャ娮鳂I(yè)等修井作業(yè)提供合適的轉(zhuǎn)速和扭矩 。4:更換盤根時(shí),不必拆卸動力水龍頭本體。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀動力水龍頭裝置是一種
12、從20世紀(jì)40年代開始出現(xiàn)發(fā)展的石油鉆井修井設(shè)備。早期(1948年)的動力水龍頭多采用齒輪泵,葉片泵和馬達(dá),應(yīng)此系統(tǒng)壓力小,輸出扭矩有限,多用于修淺井或簡單的旋轉(zhuǎn)修井作業(yè)。過后,s-2,s-3這兩種很具代表性的動力水龍頭出現(xiàn)了。它采用柱塞式液壓馬達(dá),系統(tǒng)壓力達(dá)到了3000psi,使動力水龍頭裝置輸出扭矩得到了提高。再之后s-2.5,s3.5等升級機(jī)型更使系統(tǒng)壓力達(dá)到了35000psi。但是設(shè)計(jì)還有一個(gè)明顯的缺陷,那就是采用了柱塞變量泵后的液壓系統(tǒng)抗污染能力差,現(xiàn)場使用中往往因?yàn)橐簤河偷奈廴径斐稍O(shè)備故障。此外,動力水龍頭在不斷向頂部驅(qū)動裝置發(fā)展 ,national-oil-well公司在bow
13、en動力水龍頭基礎(chǔ)上開發(fā)了小型液壓頂驅(qū)加上收購的varo公司的頂驅(qū)裝置已經(jīng)覆蓋了所有頂驅(qū)型號。venturetech公司也已自己的動力水龍頭技術(shù)為主,積極開發(fā)小型液壓頂驅(qū)。這種發(fā)展趨勢一方面表明動力水龍頭裝置向復(fù)雜化高端化發(fā)展,另一方面反映出是有工程技術(shù)方面的需求和市場狀況。動力水龍頭裝置經(jīng)歷60多年發(fā)展,在現(xiàn)場使用中仍有很強(qiáng)的生命力。如venturetech公司除生產(chǎn)xk系列水龍頭外,至今仍向全球提供各種動力水龍頭配件和維護(hù)服務(wù)。在國內(nèi),動力水龍頭裝置的發(fā)展也十分迅速。隨著國內(nèi)企業(yè)水平的提高和海外市場的開拓對動力水龍頭裝置的需求量水平也越來越大,對它的要求特越來越高。動力水龍頭裝置在往屆學(xué)生
14、并沒設(shè)計(jì)過,此次我在135水龍頭的基礎(chǔ)上,根據(jù)水龍頭在操作過程中的不足之處進(jìn)行改進(jìn),由于水平有限,該設(shè)計(jì)很多不足之處,希望大家能夠多多指點(diǎn)。在設(shè)計(jì)的過程中得到了老師和西安宇星公司的大力幫助。在這里我要特別感謝老師和西安宇星公司的幫助。1.4 本課題的意義、研究方法、理論依據(jù)研究方法: (1) 首先了解動力水龍頭裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),(2) 通過對動力水龍頭原理的分析,并進(jìn)行受力分析,推導(dǎo)參數(shù)的運(yùn)動學(xué)方程;(3) 對135動力水龍頭零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);(4) 對135動力水龍頭進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和組裝,并分析其可行性;動力水龍頭的原理:動力水龍頭是在水龍頭本體上加一個(gè)液壓馬達(dá)通過一對直齒輪副實(shí)現(xiàn)減
15、速,使中心管獲得一定范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出,驅(qū)動鉆具進(jìn)行進(jìn)行鉆,磨,銑,套等的鉆水泥塞,側(cè)鉆,套銑,切割管柱等作業(yè)。1.5 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)構(gòu)成及主要研究內(nèi)容本論文設(shè)計(jì)需要解決的重點(diǎn)問題就是如何設(shè)計(jì)動力水龍頭的結(jié)構(gòu),使動力水龍頭的結(jié)構(gòu)合理,很好的應(yīng)用于井下作業(yè)工作。主要包括:(1)認(rèn)真查閱、收集有關(guān)動力水龍頭的中外文資料,深刻理解論文所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容,在此基礎(chǔ)上完成設(shè)計(jì)方案;(2)掌握動力水龍頭的工作原理及其用途;(3)針對修井環(huán)境特點(diǎn),設(shè)計(jì)135動力水龍頭的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和計(jì)算方法;(4)完成135動力水龍頭總體方案設(shè)計(jì)和主要性能參數(shù)進(jìn)行校核;(5)完成135動力水龍頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 (2 動力水龍
16、頭的原理及功能2.1 動力水龍頭的功用與使用要求;在修井過程中,動力水龍頭要完成如下工作:(1):轉(zhuǎn)動井中鉆具,傳遞足夠大的扭矩和必要的轉(zhuǎn)速;(2):下套管或起下鉆時(shí),承托井中全部套管柱或鉆柱重量;dsl135型動力水龍頭用于油氣井的大修作業(yè),是100噸以下中深井修井機(jī)旋轉(zhuǎn)作業(yè)中的主要部件,由于鉆進(jìn)時(shí)水龍頭下邊懸掛鉆柱,泥漿系統(tǒng)通入高壓系統(tǒng),水龍頭既承受來自整個(gè)鉆柱向下的軸向負(fù)荷,鉆頭鉆進(jìn)時(shí)向上的沖擊負(fù)荷,中心管旋轉(zhuǎn)的循環(huán)負(fù)荷,還要承受高壓泥漿的內(nèi)壓,其工作條件十分惡劣。為保證水龍頭能實(shí)現(xiàn)上述功能,正常運(yùn)轉(zhuǎn),這就要求:1)、水龍頭的主軸承有足夠的強(qiáng)度和壽命,保證承受最大井深時(shí)的套管柱或鉆柱重量
17、,壽命不低于3000h;2)、水龍頭能傳遞足夠大的扭矩;3)、密封性好,以防止泥漿、油水污液滲入。2.2 動力水龍頭的工作原理及系統(tǒng)組成;工作原理;動力水龍頭是在水龍頭本體上加一個(gè)液壓馬達(dá)通過一對直齒輪副實(shí)現(xiàn)減速,使中心管獲得一定范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出,驅(qū)動鉆具進(jìn)行進(jìn)行鉆,磨,銑,套等的鉆水泥塞,側(cè)鉆,套銑,切割管柱等作業(yè)。主要系統(tǒng)組成;1:水龍頭本體主要由提環(huán)、殼體、支架、鵝頸管、中心管、軸承、接頭以及盤根裝置等零部件所組成。提環(huán)由兩個(gè)提環(huán)銷與殼體連接,它使水龍頭懸掛在大鉤上。殼體內(nèi)裝有承受全部鉆桿重量的主軸承,殼體的上部和下部分別裝有支架和軸承蓋,外側(cè)面裝有緩沖墊,以保護(hù)殼體免受撞擊。支架
18、內(nèi)裝有一只扶正軸承和兩個(gè)油封,兩油封安裝方向相反,以避免殼體內(nèi)的油泄漏和外部的泥漿及其它臟物的侵入。支架上加工了一個(gè)螺孔,用它安裝油標(biāo)尺,標(biāo)座上加工有一個(gè)折角孔,當(dāng)水龍頭殼體內(nèi)產(chǎn)生氣壓時(shí),就會從此孔自動排出,旋下油標(biāo)尺時(shí),可向水龍頭殼體內(nèi)加油。支架頂部法蘭面上固定有鵝頸管,鵝頸管的一端與盤根裝置相連,另一端頂部通過油壬接頭與水龍頭帶連接。水龍頭底部軸承蓋內(nèi)裝有一只扶正軸承,它的下部也裝有兩個(gè)油封,安裝時(shí),兩只油封唇口全部向上,用以密封殼體內(nèi)的油液。中心管是一個(gè)中空零件,上端與盤根裝置連接,下端與接頭連接,中部坐于主軸承上,并依靠由支架和軸承蓋內(nèi)的軸承給予扶正定位,調(diào)整支架與殼體間的調(diào)整墊數(shù)量,
19、可控制中心管的軸向竄動量,中心管的上端裝有橡皮傘,用以防止泥漿侵入殼體內(nèi)。盤根裝置置于中心管與鵝頸管之間,分別用沖管上、下螺母與它們連接,形成泥漿通道。該裝置是密封高壓泥漿的重要部件,采用的自封式密封和快速裝卸結(jié)構(gòu)。2:減速器通過減速器使轉(zhuǎn)速減小,以適應(yīng)中心管轉(zhuǎn)速。3:液壓系統(tǒng)液壓馬達(dá);是動力水龍頭的動力來源,由液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,而液壓能由整個(gè)鉆修井系統(tǒng)提供,設(shè)計(jì)動力水龍頭時(shí)不予考慮。3 動力水龍頭參數(shù)3.1 動力水龍頭的技術(shù)性能參數(shù)的確定1)、中心管內(nèi)徑:中心管內(nèi)徑是動力水龍頭主要幾何參數(shù)。2)、最大靜載荷:水龍頭上能承受的最大重量,應(yīng)與鉆機(jī)的最大鉤載相匹配。該載荷經(jīng)轉(zhuǎn)臺作用到主軸承上,因
20、此,決定著主軸承的規(guī)格。3)、最大工作扭矩:動力水龍頭在最低工作鉆速時(shí)應(yīng)達(dá)到的最大工作扭矩,它決定著動力水龍頭的輸入功率及傳動零件的尺寸。4)、最高轉(zhuǎn)速:動力水龍頭在輕載荷下允許使用的最高轉(zhuǎn)速,一般規(guī)定為小于300r/min。5)、工作壓力:管內(nèi)泥漿的壓力。 根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) sy/5210-2000和api spec 8a 石油鉆機(jī)和修井用動力水龍頭中規(guī)定135噸動力水龍頭基本參數(shù)如下:中心管內(nèi)徑: 54mm最大靜載荷: 1350kn最大工作扭矩: 18kn.m轉(zhuǎn)速: 100r/min工作壓力: 35mpa沖管內(nèi)徑: 54mm3.2 傳動系統(tǒng)方案的擬定(1)首先了解動力水
21、龍頭的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),(2)通過對動力水龍頭原理的分析,并進(jìn)行受力分析,推導(dǎo)主要參數(shù)的運(yùn)動學(xué)方程;(3)對動力水龍頭零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),選擇合理的液壓系統(tǒng);(4)對動力水龍頭整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);(5)在理解的基礎(chǔ)上,制定傳動系統(tǒng)方案;減速器傳動系統(tǒng)方案如上圖。動力水龍頭是由液壓馬達(dá)驅(qū)動。液壓馬達(dá)通過聯(lián)軸器聯(lián)接,將動力傳入減速器,再經(jīng)齒輪傳到中心管連接鉆桿工作。傳動系統(tǒng)采用一級展開式圓柱齒輪減速器,其結(jié)構(gòu)簡單,齒輪相對軸承位置對稱,高速級和低速級都是直齒圓柱齒輪傳動3.3 液壓馬達(dá)的選擇這一功率由液壓馬達(dá)帶動減速器來實(shí)現(xiàn),則傳動裝置的總功率a應(yīng)為組成傳動裝置的各部分運(yùn)動副效率之乘積,即:a=1
22、215;2×3××n其中:a、1、2、3、n分別為每一傳動副(齒輪),每對軸承每個(gè)聯(lián)軸器的效率。傳動副的效率數(shù)值可以按表選取,軸承和聯(lián)軸器的效率數(shù)值為:滾動軸承的傳動效率: 0.980.995齒輪得傳動效率: 0.940.96彈性聯(lián)軸器的傳動效率: 0.990.995齒輪齒條的傳動效率: 0.940.96電動機(jī)到光桿負(fù)載傳動機(jī)構(gòu)的傳動效率:= 1×2×3×4 = 0.97×0.98×0.98×0.99 其中:1 、2、3 、4 、分別為軸承,齒輪傳動,軸承,聯(lián)軸器和的傳動效率。根據(jù)工作條件,選用itms5
23、0-4000液壓馬達(dá)的參數(shù) 額定轉(zhuǎn)矩;13455n.m 工作壓力:22mpa 系統(tǒng)流量:4274l/min 最大轉(zhuǎn)速:180r/min通過計(jì)算得出:4 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 齒輪傳動設(shè)計(jì)由已知方案,選用單級直齒圓柱齒輪傳動。 齒輪材料及參數(shù):小齒輪材料:40cr,調(diào)質(zhì),hb=280hbs大齒輪材料:45鋼, 調(diào)質(zhì),hb=240hbs4.2 齒輪的設(shè)計(jì)及校核4.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)減速器工作速度不高,載荷一般,故選用7級精度選用直齒圓柱齒輪。材料選擇選小齒輪材料為40cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280hbs,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為240hbs,二者材料硬度差為40hbs
24、。選小齒輪的齒數(shù)為24,大齒輪的齒數(shù)為24×1.45=34.5,取354.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(48)進(jìn)行計(jì)算,即 (31)(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù)。 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 選取齒寬系數(shù)。 查的材料的影響系數(shù)為。 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為;大齒輪 的接觸疲勞強(qiáng)度極限。 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。接觸疲勞強(qiáng)度系數(shù);。 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%,安全系數(shù)s=1,計(jì)算有 (32) (2) 計(jì)算計(jì)算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值。 (33) 計(jì)算圓周速度。 (34)計(jì)算齒寬。 (35) 計(jì)算齒寬與齒高直逼。模數(shù) (36)齒高
25、(37) 計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù),7級精度,查的動載荷系數(shù); 直齒輪,;使用系數(shù)為;用插值法查的8級精度,小齒輪相對支撐非對稱布置時(shí),。由,查得,故載荷系數(shù) (38) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑, (39)計(jì)算模數(shù)m (310)4.2.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 (311)(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 差得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限; 彎曲疲勞壽命系數(shù); 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4,得 計(jì)算載荷系數(shù)k。 查取齒形系數(shù)。 ; 查取應(yīng)力校正系數(shù)。 ; 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。 (2) 設(shè)計(jì)計(jì)算 對此計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
26、的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān),可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)12.81并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=16mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,算出小齒輪齒數(shù) 取z=20大齒輪齒數(shù) 4.2.4 幾何尺寸計(jì)算(1) 計(jì)算分度圓直徑(2) 計(jì)算中心距(3) 計(jì)算齒輪寬度取, 5 軸的設(shè)計(jì)5.1 初步確定小齒輪軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3,取=100,于是得 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 。為了使所選的軸的
27、直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號。按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn)gb/t5014-2003或手冊,選用yl17凸緣聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為14000nmm.半聯(lián)軸器的孔徑=65mm,故取=110mm,半聯(lián)軸器長度l=167mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=100mm。小齒輪軸第一階段直徑為110mm,長度180mm。第二階段直徑為120mm,長度250mm,齒輪軸第三階段直徑為130mm,長度370mm,該階段是軸與齒輪連接處。,齒輪軸第四階段直徑為150mm,長度10 mm。齒輪軸第五階段直徑為130mm,長度80mm, 5.2 大齒輪軸(中心管)的設(shè)計(jì);軸的材
28、料選用42crmo鋼調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)見下圖: 圖,大齒輪軸初步確定軸的最小直徑;現(xiàn)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為35crmo,由式得;即右端第一階段錐度1:6 長度141mm.第二階段直徑為105mm,長度810mm,齒輪軸第三階段直徑為110mm,長度375mm,該階段是軸與齒輪連接處。,齒輪軸第四階段直徑為150mm,長度20 mm。齒輪軸第0五階段直徑為110mm,長度325mm,齒輪軸第六階段4為170mm,長度20 mm。齒輪軸第七階段直徑為250mm,長度100mm,齒輪軸第ba階段直徑為160mm,長度80mm,齒輪軸第九階段直徑為135mm,長度30mm.5.3 小齒輪軸軸強(qiáng)度的
29、校核:中點(diǎn)分度圓的切向力徑向力 kn計(jì)算最大彎矩 k n·mm按照彎扭組合情況進(jìn)行校核 mpa材料為45鋼,許用應(yīng)力為=173 mpa,強(qiáng)度校核合格。5.4 大齒輪軸軸強(qiáng)度的校核中點(diǎn)分度圓的切向力徑向力 kn計(jì)算最大彎矩 k n·mm按照彎扭組合情況進(jìn)行校核材料為42crmo,許用應(yīng)力為=300 mpa,強(qiáng)度校核合格。拉伸強(qiáng)度校核中心管的材料為42crmo,中心管相當(dāng)與一個(gè)液壓缸:外徑:鋼桶實(shí)驗(yàn)壓力當(dāng)缸內(nèi)壓力為35mpa比16mpa大,??;缸筒材料許用壓力,得出,校核合格。6 滾動軸承的選擇6.1 小齒輪軸滾動軸承的選擇采用兩端固定式軸承組合方式,上軸承類型為深溝球軸承,軸
30、承壽命取l = 45000 h,有以上計(jì)算結(jié)果 f = 205.77kn,f =68.5kn,n=181 r/min上端初選滾動軸承 gb t276-6326型,按機(jī)械手冊,c =31500n c=20500nf/c = 3.34 e= 1.15f/ f= 0.33 ex= 1 y= 0按表 13-6 f=2p = (x f+y f)f=(1x205.77+0x68.5)x2 =545.6kknc = p= 13585.4 n因 c< c 故軸承滿足要求該軸承:d= 130mm,b= 58mm,= 280mm下端初選滾動軸承 gb t276-7324ac型,按機(jī)械手冊,c =43200n
31、 c=29200nf/c = 0.0023 e= 0.19f/ f= 0.33 >ex= 0.56 y= 2.30按表 13-6 f=2p = (x f+y f)f=(0.56x205.77+2.3x68.5)x2 =545.6nc = p= 13585.4 n因 c< c 故軸承滿足要求該軸承:d= 120mm,b= 55mm,= 260mm6.2 大齒輪軸上滾動軸承的選擇;只在下端選擇一軸承,軸承類型為角接觸球軸承,軸承壽命取 l = 45000 h有以上計(jì)算結(jié)果 f =88.13n,f =28.83 nn=378 r/min齒輪軸小端初選滾動軸承 308 gb2767321b
32、 由機(jī)械手冊得,c =43200n c=29200nf/c = 0.002 e= 0.19f/ f= 0.33 >ex= 0.56 y= 2.30按表 13-6 f=2p = (x f+y f)f=(0.56x88.13+2.3x28.83)x2 =231.3nc = p= 6592.1 n因 c< c 故軸承滿足要求該軸承:d= 105mm,b= 40mm,= 230mm6.3 選擇主軸承型號并保證其額定靜載荷;主軸承其承載作用,靜載和旋轉(zhuǎn)時(shí)承受最重套管柱重量。 式中靜載荷安全系數(shù),考慮到負(fù)重的吊卡有可能沖擊到轉(zhuǎn)臺上(即主軸承上)取 主軸承額定靜載荷 最大靜載荷選9069434型
33、號軸承,查的該軸承額定靜載=7820kn 該軸承:d= 170mm,b= 105mm,= 340mm6.4 選擇防跳軸承和防跳軸承型號;副軸承,即輔助軸承,起徑向扶正和軸向防跳作用。采用兩端固定式軸承組合方式,軸承類型為深溝球軸承,軸承壽命取l = 45000 h。有以上計(jì)算結(jié)果 f = 50kn,f =16.75knn=100 r/min (1).初選滾動軸承 gb t276-6322型,按機(jī)械手冊,c =76400n c=97800nf/c = e= 0.19f/ f= >ex= 0.56 y= 2.30按表 13-6 f=2p = (x f+y f)f=(0.56x50+2.3x1
34、6.75)x2 =133.1knc = p= 13585.4 n因 c< c 故軸承滿足要求該軸承:d= 110mm,b= 50mm,= 240mm(2).初選滾動軸承 gb t276-6032型,按機(jī)械手冊,c =108000n c=1500000nf/c = e= 0.19f/ f= >ex= 0.56 y= 2.30按表 13-6 f=2p = (x f+y f)f=(0.56x50+2.3x16.75)x2 =133.1knc = p= 13585.4 n因 c< c 故軸承滿足要求該軸承:d= 160mm,b= 40mm,= 240mm7 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算7.
35、1 大齒輪軸上鍵聯(lián)接的選擇;由以前計(jì)算結(jié)果知: t2= 18kn·m選a型普通平鍵= 110mm = 320mm 按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊初選鍵28x320gb1095-79 : b= 28mm, h=16mm, l=320mm ,按 中表 7-2 = 150mpa = 110 mpa按 中式 7-1和7-3= = 74.7mpa<= = mpa<故所選鍵的擠 壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度滿足要求。 7.2 小齒輪軸上鍵聯(lián)接的選擇;1)與齒輪聯(lián)接的鍵選a型普通平鍵= 130mm = 320mm 按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊,初選鍵32x18 gb1095-1979 : b= 32mm, h= 18 mm,l
36、= 320mm ,按 中表 7-2 = 150mpa = 110 mpa按 中式 7-1和7-3= = mpa<= = mpa<故所選鍵的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度滿足要求。2)與半連軸聯(lián)接的鍵選a型普通平鍵= 118mm = 160mm按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊,初選鍵32x18 gb1095-1979 : b= 32mm, h= 18 mm,l= 160mm ,按 中表 7-2 = 150mpa = 110 mpa按 中式 7-1和7-3= = mpa<= = mpa<故所選鍵的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度滿足要求。7.3 液壓馬達(dá)軸上鍵聯(lián)接的選擇= 115mm = 160mm 按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊初
37、選鍵28x320gb1095-79 : b= 28mm, h=16mm, l=160mm ,按 中表 7-2 = 150mpa = 110 mpa按 中式 7-1和7-3= = 145.7mpa<= = mpa<故所選鍵的擠 壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度滿足要求。 8 水龍頭本體零部件設(shè)計(jì)計(jì)算8.1 殼體殼體在使用過程中需要承受全部軸向載荷,所以殼體是水龍頭關(guān)鍵部件,由強(qiáng)度計(jì)算公式: (3)式中:殼體主軸承部位所受的剪應(yīng)力,mpa; q殼體所承受的最大載荷,n; a承載面積,; -殼體材料的許用剪應(yīng)力,mpa代入數(shù)值計(jì)算得: mpa殼體材料選用zg35crmo,所以查得。經(jīng)計(jì)算得出,殼體主軸承
38、部位強(qiáng)度足夠。8.2 提環(huán)由受力分析得,提環(huán)在使用時(shí),安裝提環(huán)銷處為薄弱部位,此處只承受拉力,根據(jù)下式: (4)得: mpa提環(huán)材料選用20simn2mov,查得267mpa,符合強(qiáng)度要求。8.3 提環(huán)銷由受力分析得,提環(huán)銷在工作時(shí)主要承受剪切力,所以,按剪切應(yīng)力公式(3)計(jì)算得:提環(huán)銷所承受的剪應(yīng)力為:提環(huán)銷的材料為35crmo,查得。所以,9 使用說明9.1 使用 水龍頭在出場前已進(jìn)行過負(fù)荷和水壓試驗(yàn),出場時(shí)水龍頭殼體內(nèi)是無油的, 在使用前必須做如下工作:(1) 擰下油尺,向殼體內(nèi)注入l-ckd220t重負(fù)荷齒輪油,到達(dá)油標(biāo)尺高度要求,并保證油質(zhì)干凈。(2) 檢查中心管,由一人施力與1m長
39、的鏈鉗手柄上,能夠均勻轉(zhuǎn)動。(3) 用油搶潤滑各油杯,向個(gè)油杯內(nèi)注入鋰基潤滑脂。(4) 檢查盤根裝置上、下壓帽及接頭是否擰緊,若松動則必須擰緊。(5) 擰緊鵝頸管絲堵,以免在鉆井時(shí)高壓泥漿溢出。(6) 檢查水龍頭的各個(gè)部位,觀察是否有影響整體性能的因素。9.2 潤滑 潤滑對水龍頭的使用有很大影響,在使用過程中必須做好下述潤滑工作:水龍頭殼體內(nèi)的油位每班必須檢查一次,檢查油面是否在要求位置,潤滑油每700h更換一次。對新的或修理后的水龍頭,在使用滿200h后,應(yīng)將臟油排除干凈,用油沖洗掉全部沉淀物,在注入干凈的l-ckd220t重負(fù)荷齒輪油。提環(huán)銷、盤根裝置、支架軸承蓋內(nèi)用潤滑脂潤滑。盤根裝置和
40、防跳軸承(安裝在支架內(nèi))每8h潤滑一次,盤根的潤滑應(yīng)在沒有泵壓的情況下進(jìn)行,以便是潤滑脂能擠入盤根中的各部位,更好地潤滑沖管和盤根。提環(huán)銷每150h用潤滑脂潤滑一次。9.3 維修及保養(yǎng)1. 盤根裝置的更換1) 拆卸更換盤根裝置時(shí),應(yīng)將水龍頭豎直放穩(wěn),捶擊上、下盤根壓帽,松開至與沖管平齊,即可從支架一側(cè)拉出盤根裝置,將沖管從盤根盒上端拉出,去掉油杯,從盤根盒中取出壓環(huán)、盤根及o型圈,從上壓帽中取出沖管、上壓環(huán)、盤根及及o型圈。2) 檢查徹底清除各零件上的潤滑油脂、泥漿及其它贓物,檢查各零件的磨損情況,如有零件偏磨、磨損嚴(yán)重及損壞現(xiàn)象,則該零件必須更換。3) 安裝將各零件清洗干凈;將涂有油脂的盤根
41、、上壓環(huán)依次裝入上盤根壓帽;將其它零件涂上油脂,按下述順序依次裝入盤根盒內(nèi):盤根、油杯、盤根、隔環(huán)、盤根、隔環(huán)、盤根、下壓環(huán)。然后一同裝入下壓帽中。將沖管從盤根盒的上端自上而下裝入已經(jīng)裝好盤根、隔環(huán)及下壓環(huán)的盤根盒內(nèi),然后將裝好盤根及上壓環(huán)的上盤根壓帽自上而下裝在沖管上。裝好上、下o型圈及卡圈,然后將沖管盤根裝置推入中心管與鵝頸管之間,并旋緊上、下壓帽,裝上油杯。2. 軸承的更換及維修1) 拆卸拆卸時(shí)應(yīng)使用吊裝設(shè)備將水龍頭豎直放穩(wěn),是殼體下端軸承蓋端面坐落在中空的支架上,然后松開提環(huán)銷、固定螺螺釘,取下壓板,再用一螺栓拉出提環(huán)銷,即可拆下提環(huán)。松開盤根裝置上下壓帽,真整體拆下盤根裝置。拆下泥漿
42、傘,松開支架與殼體及上下軸承連接螺栓,拆下支架及軸承蓋,取出中心管,拆下主軸承,扶正軸承及防跳軸承。將各軸承清洗干凈,檢查全部軸承是否破碎、磨損、腐蝕和裂紋,尤其是主軸承有任何缺陷都必須更換,以保證良好的工作性能。2) 安裝重新在內(nèi)裝之前,必須復(fù)檢零件合格后,并清洗干凈,軸承、油封等均應(yīng)涂抹潤滑脂。(1)將油封裝入軸承盒內(nèi);(2)將防跳軸承上圈裝入支架下端安裝孔內(nèi);(3)將主軸承下圈、滾子和保持架總成放入水龍頭殼體內(nèi);(4)將裝有主軸承上圈、下扶正軸承內(nèi)圈及防跳軸承內(nèi)圈上下襯套的中心管裝入殼體內(nèi)主軸承下圈孔內(nèi),輕微旋轉(zhuǎn)中心管,以保證主軸承座定位;(5)將扶正軸承外圈裝入殼體下端,并將油封裝入下
43、軸承蓋后一并裝上軸承端蓋,擰緊螺栓; (6)將支架裝在殼體上,擰緊螺栓,然后裝入上軸承蓋,通過增減調(diào)整墊數(shù)量,使擰緊螺栓后防跳軸承的過盈量控制在0.050.102mm范圍之內(nèi)。注意:連接螺栓應(yīng)涂上密封膠,以防外界贓物進(jìn)入殼體及殼體內(nèi)潤滑油溢出。3) 檢查與調(diào)整檢查與調(diào)整是裝配過程中的重要環(huán)節(jié),調(diào)整質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響零件的使用壽命,建議用下列程序進(jìn)行檢查與調(diào)整:(1)檢查主軸承上座圈面與中心管端面的貼合情況,不允許有間隙存在。(2)檢查防跳軸承內(nèi)圈與中心管安裝端面的貼合情況,不允許有任何間隙存在。3. 故障處理(表82) 表91 故障原因及排除方法故障原因排除方法殼體發(fā)熱缺油或油臟加油或換油中心
44、管轉(zhuǎn)動不靈或卡死軸承或其它零件損壞檢查更換或維修沖管上部漏泥漿盤根或油封損壞更換沖管下部漏泥漿沖管磨損更換盤根磨損油封損壞殼體下部漏油油封磨損更換襯托磨損提環(huán)不轉(zhuǎn)動提環(huán)銷銹蝕清洗加油4. 檢查維護(hù)周期(表83)對于在用的水龍頭,必須進(jìn)行定期的檢驗(yàn)和維修,并做好相應(yīng)的記錄(表83)。表92 檢驗(yàn)和維護(hù)周期檢驗(yàn)項(xiàng)目部位周期對設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)性能不滿足要求跡象的觀察設(shè)備各部外表8h腐蝕、變形、松動或脫落、損壞、可見表面裂紋的檢查和調(diào)整連接螺紋各部分、提環(huán)、殼體提環(huán)銷孔周圍每周表面無損探傷、磨損檢驗(yàn)提環(huán)、殼體提環(huán)銷孔周圍、提環(huán)銷、中心管每半年超聲波或射線檢驗(yàn)提環(huán)、殼體提環(huán)銷孔周圍、中心管、提環(huán)銷每年9.
45、4 貯存和運(yùn)輸長期不使用時(shí),應(yīng)將動力水龍頭放在存放架子上,加工表面涂上一層凡士林或涂油脂防銹,油池內(nèi)加滿油,各油杯處打滿潤滑脂,鵝頸管內(nèi)螺紋用木塞堵住,并用塑料包扎進(jìn),中心管下部接頭應(yīng)戴上護(hù)絲。水龍頭搬運(yùn)時(shí),應(yīng)用提環(huán)吊起,不允許在地面上拖拉,一般情況下水龍頭允許裸裝發(fā)運(yùn)。10 設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì),在理論知識的指導(dǎo)下,結(jié)合認(rèn)識實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)中所獲得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),在老師,同學(xué)和西安宇星公司的幫助下,認(rèn)真獨(dú)立地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)的過程中,通過自己實(shí)際的操作計(jì)算,我對以前所學(xué)過的專業(yè)知識有了更進(jìn)一步、更深刻的認(rèn)識,同時(shí)也認(rèn)識到了自己的不足之處。到此時(shí)才深刻體會到,以前所學(xué)的專業(yè)知識還是
46、有用的,而且都是模具設(shè)計(jì)與制造最基礎(chǔ)、最根本的知識。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)四個(gè)月左右,從最初的領(lǐng)會畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求,到對拿到自己手上的dsl135動力水龍頭的分析計(jì)算,諸如液壓轉(zhuǎn)動零件結(jié)構(gòu)的分析,對各部件位置布置的分析等,不斷地分析計(jì)算,對要進(jìn)行設(shè)計(jì)的零件有了一個(gè)比較全面深刻的認(rèn)識,并在此基礎(chǔ)上綜合考慮生產(chǎn)中的各種實(shí)際因素,最后確定本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的工藝方案。然后是對排樣方式的計(jì)算,直到動力水龍頭總裝配圖的繪制,歷時(shí)近兩個(gè)月左右。其間在圖書館翻閱了許多相關(guān)書籍和各種設(shè)計(jì)資料。因此從某種意義上講,通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練,也培養(yǎng)和鍛煉了一種自己查閱資料,獲取有價(jià)值信息的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我畢業(yè)之前要經(jīng)歷的一個(gè)重
47、要環(huán)節(jié)通過了15周的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我從各個(gè)方面都受到了機(jī)械設(shè)計(jì)的訓(xùn)練,對機(jī)械的有關(guān)各個(gè)零部件有機(jī)的結(jié)合在一起得到了深刻的認(rèn)識。由于在設(shè)計(jì)方面我們沒有經(jīng)驗(yàn),理論知識學(xué)的不牢固,在設(shè)計(jì)中難免會出現(xiàn)這樣那樣的問題,如:在選擇計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件是可能會出現(xiàn)誤差,如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進(jìn)的計(jì)算誤差會更大,在查表和計(jì)算上精度不夠準(zhǔn),在設(shè)計(jì)的過程中,培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程及其他課程的理論知識和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識解決工程實(shí)際問題的能力,在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神,大家共同解決了許多個(gè)人無法解決的問題,在這些過程中我們深刻地認(rèn)識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足,在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力和團(tuán)
48、結(jié)。由于本次設(shè)計(jì)是分組的,自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的東西不多,但在通過這次設(shè)計(jì)之后,我想會對以后自己獨(dú)立設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)??傊ㄟ^本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉,使我對動力水龍頭的設(shè)計(jì)與動力水龍頭制造的整個(gè)過程都有了比較深刻的認(rèn)識和全面的掌握。使我獲得了一次將理論學(xué)習(xí)同實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合的機(jī)會,鍛煉了我所學(xué)到的專業(yè)知識。解決了一些實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到的問題,同時(shí)提高了查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊及電腦制圖等其他專業(yè)能力的水平。而且通過對整體的把握、對局部的取舍以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理鍛煉了我的能力,達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的要求。總之,通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉,使我對dsl135動力水龍頭的設(shè)計(jì)與dsl135動力水龍頭制造的整個(gè)過程
49、都有了比較深刻的認(rèn)識和全面的掌握。使我接受了一個(gè)機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該有的鍛煉和考查。我很感謝學(xué)校和各位老師給我這次鍛煉機(jī)會。我是認(rèn)認(rèn)真真的做完這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的,也應(yīng)該認(rèn)認(rèn)真真的完成我大學(xué)四年里最后也是最重要的一次設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)使我接受了一個(gè)機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該有的鍛煉和考查。我很感謝學(xué)校和各位老師給我這次鍛煉機(jī)會。我是認(rèn)認(rèn)真真的做完這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的,也應(yīng)該認(rèn)認(rèn)真真的完成我大學(xué)四年里最后也是最重要的一次設(shè)計(jì)。但是由于水平有限,錯(cuò)誤和不足之處再所難免,懇請各位導(dǎo)師、各位教授批評指正,不勝感激。畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會。 參考文獻(xiàn)1 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)m.第八版.
50、北京:高等教育出版社,2006:208-310.2 紀(jì)名剛,濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)m.高等教育出版社,2003,5.3 甘永立.幾何量公差與檢測m.第七版,上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,20054 尹永晶 ,楊漢立. 石油修井機(jī)m . 北京:石油工業(yè)出版社 ,2003 :70280. 5 劉金亭 ,劉榮志 ,黃遠(yuǎn)濱.作業(yè)設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢j .石油礦場機(jī)械 ,2008 ,37 (8) :94298.6 王學(xué)軍 ,徐慶東 ,崔鳳水 ,等. xj250c型修井機(jī)技術(shù)改。造j .石油礦場機(jī)械 ,2002 ,31 (3) :55257.7 雷天覺: 新編液壓工程手冊 m 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 19988 顏榮慶, 等。 現(xiàn)代工程機(jī)械液壓與液力系統(tǒng)基本原理鼓掌分析于排除 m 北京人民交
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