ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗背鉗設(shè)計(jì),zq,鉆桿,動(dòng)力,鉗背鉗,設(shè)計(jì) 中文題目：ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗背鉗設(shè)計(jì) 外文題目：ZQ-100 DRILL ROD POWER PLIERS BACK PLIERS DESIGN 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共67頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文16頁） 圖紙共6張 完成日期 2006年6月 答辯日期 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 本科生實(shí)習(xí)報(bào)告書 教學(xué)單位 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 專 業(yè) 機(jī)械工程學(xué)院 班 級(jí) 機(jī)械02-3班 學(xué)生姓名 王 磊 學(xué) 號(hào) 21 指導(dǎo)教師 毛 君 學(xué)生實(shí)習(xí)報(bào)告：要求對實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容、本人學(xué)習(xí)與工作的表現(xiàn)、收獲與體會(huì)、以及存在的問題等方面進(jìn)行總結(jié)。 通過兩周的實(shí)習(xí)，我在實(shí)習(xí)單位學(xué)到了書上沒有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，更深入的了解了有關(guān)機(jī)械方面的問題。再零件車間學(xué)到了各種零件的加工過程，熟悉各種車床功能，基本掌握各種零件加工。在裝配車間，了解掌握了動(dòng)力鉗整套裝配過程，并親自動(dòng)手參與裝配，分析計(jì)算等各傳動(dòng)間公式，動(dòng)力鉗原理，運(yùn)用操作過程。最后再單位工程師講解下又掌握了轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗整體結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)關(guān)系，工作原理和分析圖紙，理解了理論與實(shí)踐的實(shí)際差別，添補(bǔ)了在實(shí)踐方面的空白，為以后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 指 導(dǎo) 教 師 意 見 成績評定：　　　　　　　　　指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 實(shí)習(xí)單位意見 負(fù)責(zé)人簽字： （單位蓋章） 年 月 日 備注 注：實(shí)習(xí)結(jié)束時(shí)，由實(shí)習(xí)學(xué)生填寫本表后，交指導(dǎo)教師和實(shí)習(xí)單位簽署意見，最后交所在教學(xué)單位歸檔保管。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審題表 編號(hào)： 系 部 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 姓 名 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 職 稱 申報(bào)課題名稱 ZQ100型轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗背鉗設(shè)計(jì) 課 題 類 型 √□工程設(shè)計(jì)（技術(shù)） □軟件設(shè)計(jì) □應(yīng)用設(shè)計(jì) □理論研究 課 題 來 源 □教學(xué)科研 √ □生產(chǎn)實(shí)際 □社會(huì)實(shí)際 □模擬 課 題 簡 介 1）總體方案的確定及主要參數(shù)選擇 2）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3）液壓缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)要求（包括應(yīng)具備的條件） 1．總裝配圖（1張）2.零件工作圖（3張） 課題預(yù)計(jì) 工作量大小 □大√ □適中 □小 課題預(yù)計(jì)難度 □難 √□一般 □易 所在教研室（學(xué)科組）意見： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 系部審定意見： 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 注：本課題由　王磊　同學(xué)選定，班級(jí)　機(jī)械02-3班　　 學(xué)號(hào)0207100321 　　推薦　　　　擔(dān)任校外指導(dǎo)教師，職稱　　　　　． 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告 題 目 ZQ--100型轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗背鉗設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 毛 君 院（系、部） 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)械02-3班 學(xué) 號(hào) 0207100321 姓 名 王 磊 日 期 二〇〇六年三月二十四日 教務(wù)處制 一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀 目的： 對ZQ100型轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗背鉗進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡潔、方便、結(jié)構(gòu)簡單、方便拆卸、調(diào)整維修方便，制動(dòng)安全，可靠耐用。使液壓控制帶動(dòng)齒條有效夾緊鋼管。 意義： 現(xiàn)在人類的機(jī)械創(chuàng)新的不斷進(jìn)步，使機(jī)械代替了人。以前在油田修井時(shí)或者下油管時(shí)，管與管連接時(shí)是用管鉗來上扣和卸扣，現(xiàn)在使用這種液壓鉗，就給人類帶來很多方便，使工作效率和安全系數(shù)提高，也減少了很多井口的工作人員，因此這是油田經(jīng)常使用的卸管工具。.但液壓元件的制造精度和密封性能要求高，加工和安裝都比較困難。泄漏難以避免，并且油液有一定的可壓縮性，因此，傳動(dòng)比不能恒定，不適用于傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場合。泄漏引起的能量損失（稱容積損失），是液壓傳動(dòng)中主要的能量損失，此外油液在管道中受到的阻力及機(jī)械摩擦等也引起一定的能量損失，致使液壓傳動(dòng)的效率較低。油液的黏度隨溫度而變化，當(dāng)油溫變化時(shí)，會(huì)直接影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能。此外，在低溫條件或高溫條件下采用液壓傳動(dòng)有較大的困難。油液中滲入空氣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲，容易引起振動(dòng)和爬行（運(yùn)動(dòng)速度不均勻），影響傳動(dòng)的平穩(wěn)。維修保養(yǎng)較困難，工作量大。當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，故障原因不易查找，排除困難等通過設(shè)計(jì)優(yōu)化減少負(fù)影響。 研究現(xiàn)狀： 近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國的石油消費(fèi)量逐年增加。2002年達(dá)到2．457億噸，排名已超過日本，成為繼美國之后的第二大石油消費(fèi)國。相比之下，我國石油機(jī)械制造生產(chǎn)增長比較緩慢，供需矛盾日益突出。目前，國外鉆桿動(dòng)力鉗的種類很多，而且產(chǎn)品性能及質(zhì)量都相對穩(wěn)定，特別是他們產(chǎn)品的體積與輸出扭矩不會(huì)成比例變化，即使動(dòng)力鉗輸出扭矩相當(dāng)大時(shí)，其產(chǎn)品的體積也不會(huì)增加多少，因而適用于現(xiàn)場需要。而國內(nèi)產(chǎn)品還處在研發(fā)和改進(jìn)階段，產(chǎn)品性能及質(zhì)量都有待進(jìn)一步提高，國內(nèi)產(chǎn)品的體積和重量都隨輸出扭矩的增大而增大，從而導(dǎo)致無法適用于某些大型鉆管。近10年來，中國國內(nèi)生產(chǎn)動(dòng)力鉗有所增長，但相比國外我國動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜不方便使用與維護(hù)，使用期短等缺點(diǎn)，所以我國正大力發(fā)展動(dòng)力鉗設(shè)計(jì)改造，達(dá)到世界水平。lw.net 二、研究方案及預(yù)期結(jié)果 （設(shè)計(jì)方案或論文主要研究內(nèi)容、主要解決的問題、理論、方法、技術(shù)路線及論文框架等） 主要研究內(nèi)容： 對液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與解析，并通過實(shí)踐掌握液壓傳動(dòng)原理及背鉗工作原理。對背鉗整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，達(dá)到背鉗簡潔實(shí)用。通過高壓輸油膠管與主鉗連接，使主鉗背鉗均由一個(gè)手動(dòng)換向閥控制轉(zhuǎn)向、操作靈活、可靠。主鉗與背鉗拆卸簡單，可使之距離隨意調(diào)節(jié)，以免損傷油管。 主要解決問題： 通過背鉗部分設(shè)計(jì)，計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)掌握以下內(nèi)容： ① 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 ② 背鉗設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 ③ 掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定以及背鉗主視圖的繪制步驟 ④ 背鉗液壓缸設(shè)計(jì)達(dá)到要求輸出扭矩 設(shè)計(jì)理論、方法及技術(shù)路線： ① 運(yùn)用傳動(dòng)理論對傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) ② 通過傳動(dòng)計(jì)算結(jié)果對液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì) ③ 整體檢驗(yàn)背鉗達(dá)到技術(shù)要求 論文框架： ① 第一章 緒論 ② 第二章 背鉗總體設(shè)計(jì) ③ 第三章 背鉗液壓缸設(shè)計(jì)及計(jì)算 ④ 第四章 背鉗傳動(dòng)計(jì)算 ⑤ 第五章 結(jié)論 三、研究進(jìn)度 5-6周選擇并確定設(shè)計(jì)提目，確定設(shè)計(jì)方向 7-8周借閱相關(guān)的材料，學(xué)習(xí)有關(guān)設(shè)計(jì)等方面知識(shí) 9-10周深入了解動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)關(guān)系等，為設(shè)計(jì)提供相關(guān)知識(shí)理論 11-16周對設(shè)計(jì)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，繪制圖紙完成具體設(shè)計(jì)論文，定期答疑 17周對結(jié)果分析論證并對論文進(jìn)行修改完善，提交論文 18周進(jìn)畢業(yè)答辯。 四、主要參考文獻(xiàn) [1]王 慧主編.液壓傳動(dòng)[M].遼寧：東北大學(xué)出版社，2001年 [2]韓成石主編.液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)[M]. 北京：北京煤炭工業(yè)出版社，1997年 [3]雷天覺主編.液壓工程手冊[M]. 北京：北京工業(yè)出版社，1990年 [4]林建亞主編.液壓元件[M]. 北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，1988年 [5]鄒慧軍主編.機(jī)械設(shè)計(jì)原理[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，1995年 [6]徐 灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第四卷) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [7]李萬莉主編.流體力學(xué)與液壓傳動(dòng)[M]. 上海：同濟(jì)大學(xué)，2002年 [8]何存興主編.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000年 [9]Bemd Ruppreeht．Sliding Caliper DLsc Bmke th Automatic Ad．ju for Wear Cou．mdon． 22367.199l [10]A，HlmnieuR Sellf-adjling Caliper． 50O294．1991 [11]唐錫寬主編.機(jī)械動(dòng)力學(xué)[M].北京：北京教育出版社，1986年 五、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 科技報(bào)告 院（系、部） 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)械02-3班 學(xué) 號(hào) 0207100321 姓 名 王 磊 日 期 二〇〇六年四月十二日 轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要：近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國的石油消費(fèi)量逐年增加。2002年達(dá)到2．457億噸，排名已超過日本，成為繼美國之后的第二大石油消費(fèi)國Le。相比之下，我國石油機(jī)械制造生產(chǎn)增長比較緩慢，供需矛盾日益突出。近10年來，中國國內(nèi)生產(chǎn)動(dòng)力鉗有所增長，但相比國外，我國動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不方便使用與維護(hù)，使用期短等缺點(diǎn)，所以我國正大力發(fā)展動(dòng)力鉗設(shè)計(jì)改造，達(dá)到世界水平。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗、液壓馬達(dá)、液壓傳動(dòng) Summary : In recent years, as China's sustained rapid economic development, China's oil consumption will increase every year. 2002 reached 245.7 million tons, ranking over Japan as the second largest after the United States following the oil-consuming countries Le. In contrast, our oil production growth has been relatively slow mechanical, supply and demand have become increasingly conspicuous. Over the past 10 years, China's domestic production growth momentum tongs, but as abroad, my motivation tongs structure complex, cumbersome to use and maintain, such as the use of the short duration of shortcomings, the vigorous development of China's power tongs are designed to transform and reach the world level. Keyword :-pole power tongs, hydraulic motors, hydraulic transmission 正文： 1.轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗原理 現(xiàn)在，我國動(dòng)力鉗大體分開口、閉口鉗兩種，各有優(yōu)缺點(diǎn)。主要工作原理是壓力源將壓力通過輸油膠管輸入馬達(dá)，馬達(dá)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過齒輪系使鉗頭開口大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)聯(lián)接主背鉗的輸油膠管，將壓力輸送到背鉗油缸，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過齒輪副帶動(dòng)顎板相對背鉗頭主體上的坡板轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使顎板總成上的牙板夾緊油管，同時(shí)主鉗的鉗頭開口大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，顎板架在制動(dòng)摩擦力作用下，先不轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使顎板上的滾子沿坡板爬坡，推動(dòng)顎板及牙板徑向移動(dòng)直至咬緊油管，然后隨開口大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋緊或旋開油管螺紋的目的。但動(dòng)力鉗要可更換板牙，夾持不同規(guī)格的抽油管，結(jié)構(gòu)簡單、方便拆卸、調(diào)整維修方便，制動(dòng)安全，可靠耐用。這就需要其結(jié)構(gòu)不斷的改進(jìn)與發(fā)展。 2.設(shè)計(jì)要求、分析問題 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)對液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與解析，并通過實(shí)踐掌握液壓傳動(dòng)原理及背鉗工作原理。對背鉗整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到背鉗簡潔實(shí)用。通過高壓輸油膠管與主鉗連接，使主鉗背鉗均由一個(gè)手動(dòng)換向閥控制轉(zhuǎn)向、操作靈活、可靠。主鉗與背鉗拆卸簡單，可使之距離隨意調(diào)節(jié)，以免損傷油管。 轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗主要靠液壓傳動(dòng)，對液壓分析。液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工。業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等國；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 但液壓元件的制造精度和密封性能要求高，加工和安裝都比較困難。泄漏難以避免，并且油液有一定的可壓縮性，因此，傳動(dòng)比不能恒定，不適用于傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場合。泄漏引起的能量損失（稱容積損失），是液壓傳動(dòng)中主要的能量損失，此外油液在管道中受到的阻力及機(jī)械摩擦等也引起一定的能量損失，致使液壓傳動(dòng)的效率較低。油液的黏度隨溫度而變化，當(dāng)油溫變化時(shí)，會(huì)直接影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能。此外，在低溫條件或高溫條件下采用液壓傳動(dòng)有較大的困難。油液中滲入空氣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲，容易引起振動(dòng)和爬行（運(yùn)動(dòng)速度不均勻），影響傳動(dòng)的平穩(wěn)。維修保養(yǎng)較困難，工作量大。當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，故障原因不易查找，排除困難等通過設(shè)計(jì)優(yōu)化減少負(fù)影響。 最后還要解決液壓傳動(dòng)中的問題，液壓泵或液壓馬達(dá)質(zhì)量不好，通常是液壓傳動(dòng)中產(chǎn)生噪聲的主要部分。液壓泵的制造質(zhì)量不好，精度不符合技術(shù)要求，壓力與流量波動(dòng)大，困油現(xiàn)象未能很好消除，密封不好，以及軸承質(zhì)量差等都是造成噪聲的主要原因。在使用中，由于液壓泵零件磨損，間隙過大，流量不足，壓力易波動(dòng)，同樣也會(huì)引起噪聲。面對上述原因，一是選擇質(zhì)量好的液壓泵或液壓馬達(dá)，二是加強(qiáng)維修和保養(yǎng)，例如若齒輪的齒形精度低，則應(yīng)對研齒輪，滿足接觸面要求；若葉片泵有困油現(xiàn)象，則應(yīng)修正配油盤的三角槽，消除困油；若液壓泵軸向間隙過大而輸油量不足，則應(yīng)修理，使軸向間隙在允許范圍內(nèi)；若液壓泵選用不對，則應(yīng)更換；機(jī)械振動(dòng)，如油管細(xì)長，彎頭多而未加固定，在油流通過時(shí)，特別是當(dāng)流速較高時(shí)，容易引起管子抖動(dòng)；電動(dòng)機(jī)和液壓泵的旋轉(zhuǎn)部分不平衡，或在安裝時(shí)對中不好，或聯(lián)軸節(jié)松動(dòng)等，均能產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。對此應(yīng)采取的措施有：較長油管應(yīng)彼此分開，并與機(jī)床壁隔開，適當(dāng)加設(shè)支承管夾；調(diào)整電動(dòng)機(jī)和液壓泵的安裝精度；重新安裝聯(lián)軸節(jié)，保證同軸度小于0.1MM等。 3.總結(jié)： 綜上，達(dá)到以上要求是我畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性，通過學(xué)習(xí)探索改進(jìn)動(dòng)力鉗，使之結(jié)構(gòu)簡單、方便拆卸、調(diào)整維修方便，制動(dòng)安全，可靠耐用。 參考文獻(xiàn)： 王 慧 液壓傳動(dòng) 東北大學(xué)出版社 2001年 韓成石 液壓傳動(dòng)與控制技術(shù) 北京煤炭工業(yè)出版社 1997年 雷天覺 液壓工程手冊 北京工業(yè)出版社 1990年 林建亞 液壓元件 北京機(jī)械工業(yè)出版社 1988年 鄒慧軍 機(jī)械設(shè)計(jì)原理 上海交通大學(xué)出版社 1995年 唐錫寬 機(jī)械動(dòng)力學(xué) 北京教育出版社 1986年 李萬莉 流體力學(xué)與液壓傳動(dòng) 同濟(jì)大學(xué) 2002年 何存興 液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng) 華中科技大學(xué)出版社 2000年 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過程檢查表 時(shí)間安排 階段性工作重點(diǎn)和教師指導(dǎo)內(nèi)容 完成情況 第一周至第四周 第五周 第六周至第八周 第九周 借閱相關(guān)資料，初步學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗，定期答疑，在此基礎(chǔ)上寫開題報(bào)告 通過閱讀論文、期刊掌握有關(guān)ZQ100型轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗的知識(shí) 根據(jù)掌握的ZQ100型轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗的知識(shí)擬訂設(shè)計(jì) 整理數(shù)據(jù)，確定設(shè)計(jì)方案，總體分析理解ZQ100型轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗 完成 完成 完成 完成 指導(dǎo)教師簽字: 摘要 在人類的機(jī)械創(chuàng)新的不斷進(jìn)步，使機(jī)械代替了人。以前在油田修井時(shí)或者下油管時(shí)，管與管連接時(shí)是用管鉗來上扣和卸扣，現(xiàn)在使用這種液壓鉗，就給人類帶來很多方便，使工作效率和安全系數(shù)提高，也減少了很多井口的工作人員，因此這是油田經(jīng)常使用的卸管工具。針對修井作業(yè)中人力上卸抽油桿螺紋效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,又不能保證不同規(guī)格抽油桿所要求的上扣扭矩等問題,研制了ZQ-100型液壓抽油桿鉗,這種抽油桿鉗由主鉗,手動(dòng)換向閥,液壓馬達(dá),底鉗,彈簧吊筒和調(diào)節(jié)彈簧等組成,在設(shè)計(jì)中省掉了轉(zhuǎn)速換擋機(jī)構(gòu),同時(shí)通過改變制動(dòng)板上壓簧螺栓的結(jié)構(gòu),解決了制動(dòng)板減薄時(shí)顎板滾子爬坡力量不足這一技術(shù)難題，介紹了這種抽油桿鉗的工作原理。目前，國外鉆桿動(dòng)力鉗的種類很多，而且產(chǎn)品性能及質(zhì)量都相對穩(wěn)定，特別是他們產(chǎn)品的體積與輸出扭矩不會(huì)成比例變化，即使動(dòng)力鉗輸出扭矩相當(dāng)大時(shí)，其產(chǎn)品的體積也不會(huì)增加多少，因而適用于現(xiàn)場需要。而國內(nèi)產(chǎn)品還處在研發(fā)和改進(jìn)階段，產(chǎn)品性能及質(zhì)量都有待進(jìn)一步提高，國內(nèi)產(chǎn)品的體積和重量都隨輸出扭矩的增大而增大，從而導(dǎo)致無法適用于某些大型鉆管。近10年來，中國國內(nèi)生產(chǎn)動(dòng)力鉗有所增長，但相比國外我國動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜不方便使用與維護(hù)，使用期短等缺點(diǎn)，所以我國正大力發(fā)展動(dòng)力鉗設(shè)計(jì)改造，達(dá)到世界水平。 關(guān)鍵詞：石油；機(jī)械創(chuàng)新；性能；轉(zhuǎn)桿動(dòng)力鉗；研發(fā)改進(jìn)；設(shè)計(jì) Abstract In recent years, with continued rapid growth of our national economy, petroleum volume of consumption of our country increase year by year. The rank has already exceeded Japan, has become the second largest petroleum following U.S.A. and consumed the country. On being pole required to pump oil, pump the oil pole pincers after developing the hydraulic pressure of Model ZQ-100, this kind pumps the oil pole pincers by the main pincers , the manual reversing valve, hydraulic motor, bottom pincers , the spring hangs tube and regulates spring ,etc. to make up , save rotational speed shift gears organization , at the same time through change , apply the brake board pigeonhole reed structure of bolt in design, solve , apply the brake board jaw board roll sub climbing strength insufficient technological difficult problem this reduce thin ,, recommend this kind pump oil pole operation principle of pincers! Main technical parameter and experimental situation in the room, employ the result to indicate live, adopt Model ZQ-100 hydraulic pressure pump oil pole pincers can reduce , release oil pole take off number of times of spiking greatly, improve and build the quality of the well and build the pace of the well. Let out difficult to avoid and fluid have a sure one but compression, so, transmission than unable and invariable, suitable for transmission than requiring strict occasion. Energy caused to leak lose, hydraulic transmission main energy is lost, in addition resistance and machinery that fluid receive among pipeline rub etc., cause sure energy to lose, cause the efficiency of hydraulic transmission to be relatively low. The viscosity of the fluid changes with temperature, as the warm change of oil, will influence the working performance of the actuator directly. In addition, have greater difficulties to adopt hydraulic transmission under the low-temperature condition or high-temperature condition. Fluid through air, will produce noise is apt to cause vibration, the ones that influenced transmission are steady. It is relatively difficult to maintain, the work load is large. At the trouble of producing, trouble reason difficult to look for, get rid of getting difficult through design, optimize, reduce, shoulder, influence as hydraulic system. At present, the kind of the motive force pincers of foreign drilling rod is numerous, and properties of product and quality are all relatively stable, especially they the products one volume and output torsion can changes proportional, even if power, when pincers quite heavy to export torsion, volume of product its how much does it increase either, suitable for needing at the scene. The domestic products are still at the stage of researching and developing and improving, properties of product and quality all remain to further improve, volume and weight of the domestic products all export the increase of the torsion to increase at the same time, thus it is unable to be suitable for some to cause and bore managing large-scaly. The past 10 years, produce power pincers increase to some extent, compare foreign of our country power pincers structure complicated to use and maintain while being inconvenient in China, the shortcoming such as being short of service time, so our country is developing the motive force pincers to design and transform in a more cost-effective manner, reach the world standard. Transfer to ZQ100 type to pole power pincers carry pincers go on, design , realize, it is safe to apply the brake, it is reliable and durable. Make the hydraulic pressure control and drive the rack to clamp the steel tube effectively. Key words: Petroleum; Machinery innovates; Performance ; Transfer to the pole motive force pincers ; Research and develop and improve; Design III 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 前言 ZQ100型鉆桿動(dòng)力鉗是簡潔、方便、結(jié)構(gòu)簡單、方便拆卸、調(diào)整維修方便，制動(dòng)安全，可靠耐用，使液壓控制帶動(dòng)齒條有效夾緊鋼管現(xiàn)代石油機(jī)械?，F(xiàn)在人類的機(jī)械創(chuàng)新的不斷進(jìn)步，使機(jī)械代替了人。以前在油田修井時(shí)或者下油管時(shí)，管與管連接時(shí)是用管鉗來上扣和卸扣，現(xiàn)在使用這種液壓鉗，就給人類帶來很多方便，使工作效率和安全系數(shù)提高，也減少了很多井口的工作人員，因此這是油田經(jīng)常使用的卸管工具。目前,修井作業(yè)中,仍用人力上卸抽油桿螺紋,不僅效率低,工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且上扣力量不均,不能保證不同規(guī)格抽油桿所要求的上扣扭矩,易造成抽油桿脫扣。為了解決上述問題,我設(shè)計(jì)ZQ-100型液壓抽油桿鉗背鉗，這種鉗具有體積小、質(zhì)量輕、上扣扭矩大、操作靈活方便和性能安全可靠等特點(diǎn),可減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證上扣質(zhì)量,減少脫扣現(xiàn)象，這種新型抽油桿鉗可產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。ZQ100型鉆桿動(dòng)力鉗背鉗主要結(jié)阿構(gòu)是液壓缸和齒輪組，再對液壓缸設(shè)計(jì)中需要注意液壓元件的制造精度和密封性能要求高，加工和安裝都比較困難。泄漏難以避免，并且油液有一定的可壓縮性，因此，傳動(dòng)比不能恒定，不適用于傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場合。泄漏引起的能量損失（稱容積損失），是液壓傳動(dòng)中主要的能量損失，此外油液在管道中受到的阻力及機(jī)械摩擦等也引起一定的能量損失，致使液壓傳動(dòng)的效率較低。油液的黏度隨溫度而變化，當(dāng)油溫變化時(shí)，會(huì)直接影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能。此外，在低溫條件或高溫條件下采用液壓傳動(dòng)有較大的困難。油液中滲入空氣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲，容易引起振動(dòng)和爬行（運(yùn)動(dòng)速度不均勻），影響傳動(dòng)的平穩(wěn)。維修保養(yǎng)較困難，工作量大。當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，故障原因不易查找，排除困難等通過設(shè)計(jì)減少負(fù)影響。所以對背鉗設(shè)計(jì)達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單方便使用與維護(hù)，增加用期等優(yōu)點(diǎn)，使我國動(dòng)力鉗設(shè)計(jì)改造，達(dá)到世界水平。lw.net 1 緒 論 在人類的機(jī)械創(chuàng)新的不斷進(jìn)步，使機(jī)械代替了人。以前在油田修井時(shí)或者下油管時(shí)，管與管連接時(shí)是用管鉗來上扣和卸扣，現(xiàn)在使用這種液壓鉗，就給人類帶來很多方便，使工作效率和安全系數(shù)提高，也減少了很多井口的工作人員，因此這是油田經(jīng)常使用的卸管工具。 針對修井作業(yè)中人力上卸抽油桿螺紋效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,又不能保證不同規(guī)格抽油桿所要求的上扣扭矩等問題。ZQ-100型液壓抽油桿鉗。這種抽油桿鉗由主鉗、手動(dòng)換向閥、液壓馬達(dá)、背鉗、彈簧吊筒和調(diào)節(jié)彈簧等組成。在設(shè)計(jì)中省掉了鉆速換擋機(jī)構(gòu),同時(shí)通過改變制動(dòng)板上壓簧螺栓的結(jié)構(gòu),解決了制動(dòng)板減薄時(shí)腭板滾子爬坡力量不足這一技術(shù)難題，介紹了這種抽油桿鉗的工作原理!主要技術(shù)參數(shù)和室內(nèi)試驗(yàn)情況，結(jié)果表明采用ZQ-100型液壓抽油桿鉗可大大減少抽油桿脫扣次數(shù),提高修井質(zhì)量和修井速度。 1.1 液壓動(dòng)力鉗概述 1.1.1 液壓動(dòng)力鉗的發(fā)展?fàn)顩r 近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國的石油消費(fèi)量逐年增加。2002年達(dá)到2．457億噸，排名已超過日本，成為繼美國之后的第二大石油消費(fèi)國。相比之下，我國石油機(jī)械制造生產(chǎn)增長比較緩慢，供需矛盾日益突出。而現(xiàn)在人類的機(jī)械創(chuàng)新的不斷進(jìn)步，使機(jī)械代替了人。以前在油田修井時(shí)或者下油管時(shí)，管與管連接時(shí)是用管鉗來上扣和卸扣，現(xiàn)在使用這種液壓鉗，就給人類帶來很多方便，使工作效率和安全系數(shù)提高，也減少了很多井口的工作人員，因此這是油田經(jīng)常使用的卸管工具。目前，國外桿動(dòng)力鉗的種類很多，而且產(chǎn)品性能及質(zhì)量都相對穩(wěn)定，特別是他們產(chǎn)品的體積與輸出扭矩不會(huì)成比例變化，即使動(dòng)力鉗輸出扭矩相當(dāng)大時(shí)，其產(chǎn)品的體積也不會(huì)增加多少，因而適用于現(xiàn)場需要。而國內(nèi)產(chǎn)品還處在研發(fā)和改進(jìn)階段，產(chǎn)品性能及質(zhì)量都有待進(jìn)一步提高，國內(nèi)產(chǎn)品的體積和重量都隨輸出扭矩的增大而增大，從而導(dǎo)致無法適用于某些大型管。近10年來，中國國內(nèi)生產(chǎn)動(dòng)力鉗有所增長，但相比國外我國動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜不方便使用與維護(hù)，使用期短等缺點(diǎn)，所以我國正大力發(fā)展動(dòng)力鉗設(shè)計(jì)改造，達(dá)到世界水平。針對修井作業(yè)中人力上卸抽油桿螺紋效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,又不能保證不同規(guī)格抽油桿所要求的上扣扭矩等問題, ZQ-100型液壓抽油桿鉗,這種抽油桿鉗由主鉗、手動(dòng)換向閥、液壓馬達(dá)、背鉗、彈簧吊筒和調(diào)節(jié)彈簧等組成,在設(shè)計(jì)中省掉了鉆速換擋機(jī)構(gòu),同時(shí)通過改變制動(dòng)板上壓簧螺栓的結(jié)構(gòu),解決了制動(dòng)板減薄時(shí)顎板滾子爬坡力量不足這一技術(shù)難題，介紹了這種抽油桿鉗的工作原理，主要技術(shù)參數(shù)和室內(nèi)試驗(yàn)情況，結(jié)果表明ZQ-100型液壓抽油桿鉗可大大減少抽油桿脫扣次數(shù),提高修井質(zhì)量和修井速度。（如圖1-1） 圖1-1 液壓動(dòng)力鉗 Figure 1-1 Hydraulic pressure power pliers 1.1.2 液壓動(dòng)力鉗的應(yīng)用 油田修井作業(yè)時(shí),要把油管從油井中一根根取出,然后再一根根下到油井中。油管上卸絲扣用的是一種專用鉗。多年來,這種被修井架修井鉗是靠人工用手操作,不但勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且不夠安全,易發(fā)生工傷事故,工作效率較低使得修井作業(yè)時(shí)間較長,影響原油產(chǎn)量。為解決上述存在的問題,我們根據(jù)油田修井作業(yè)現(xiàn)場操作實(shí)際情況,本著減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和有利安全生產(chǎn)的宗旨,研制了油田修井液壓鉗操作裝置,經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用,有較好的操作功能和保障操作者安全的特點(diǎn),并能提高修井工作效率。 1.2 液壓動(dòng)力鉗的結(jié)構(gòu)及工作原理 1.2.1 液壓動(dòng)力鉗的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 液壓動(dòng)力鉗是由背鉗、主鉗、操作手柄、彈簧吊筒、液壓馬達(dá)、手動(dòng)換向閥、調(diào)節(jié)彈簧組成（圖1-2）懸吊主鉗時(shí)，背鉗浮動(dòng)于主鉗之下，主鉗通過前導(dǎo)桿總成及后導(dǎo)桿總成聯(lián)為一體，主鉗可單獨(dú)使用，也可以主背鉗組合使用。 主鉗由顎板、顎板架、開口大齒輪和惰輪等組成,在工作過程中起傳動(dòng)和上卸扣作用。手動(dòng)換向閥由閥體和操作手柄組成,其作用是操縱鉗子復(fù)位和上卸扣。液壓馬達(dá)是一種內(nèi)嚙合擺線齒輪式的小型低速大扭矩馬達(dá),經(jīng)兩級(jí)齒輪減速將動(dòng)力傳給主鉗。 圖1-2 液壓動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)簡圖 Figure 1-2 Hydraulic pressure power pliers diagram of mechanism 1)背鉗;2)主鉗;3)操作手柄;4)彈簧吊筒; 5)液壓馬達(dá);6)手動(dòng)換向閥;7)調(diào)節(jié)彈簧 背鉗鉗頭中裝有方補(bǔ)心,通過更換方補(bǔ)心,可上卸不同規(guī)格的抽油桿螺紋,滿足利用同一底鉗卡緊不同規(guī)格抽油桿扳方的要求。背鉗與主鉗配合完成上卸扣動(dòng)作，彈簧吊筒是將鉗子吊起來的裝置,其內(nèi)裝有壓縮彈簧,以滿足上卸扣時(shí)鉗子上下浮動(dòng)的要求。調(diào)節(jié)彈簧設(shè)在底鉗下面,可使背鉗隨上下接頭扳方的距離變化而上下移動(dòng)。 1.2.2 液壓動(dòng)力鉗的工作原理 液壓動(dòng)力鉗采用低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),手動(dòng)換向閥控制主鉗鉆向和速度,動(dòng)力由現(xiàn)場使用的油管動(dòng)力鉗的動(dòng)力源提供,其工作原理與液壓油管鉗相似與油管螺紋相比,抽油桿螺紋數(shù)較少上卸扣所需的時(shí)間也就短,因此設(shè)計(jì)時(shí)省掉了鉆速換擋機(jī)構(gòu)。另外對主鉗中開口大齒輪的爬坡弧度與制動(dòng)板的制動(dòng)力進(jìn)行了理論計(jì)算和試驗(yàn),同時(shí)還改變了制動(dòng)板上壓簧螺栓的結(jié)構(gòu),以便在制動(dòng)板被磨損減薄時(shí),可不斷調(diào)整壓簧螺栓,使顎板滾子有足夠的爬坡力量,從而有效地解決了制動(dòng)板減速時(shí)顎板滾子爬坡力量不足這一技術(shù)難題。液壓動(dòng)力鉗工作原理簡圖。工作時(shí),一定壓力的液壓油經(jīng)手動(dòng)換向閥進(jìn)入液壓馬達(dá),驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)鉆動(dòng),液壓馬達(dá)主軸上裝有主動(dòng)齒輪,經(jīng)兩級(jí)齒輪減速,將動(dòng)力傳給開口大齒輪，開口大齒輪內(nèi)側(cè)有由不同弧面組成的工作曲面,當(dāng)開口大齒輪開始鉆動(dòng)時(shí),其中的顎板架在制動(dòng)板的制動(dòng)作用下,先不鉆動(dòng),使開口大齒輪與顎板架之間有相對運(yùn)動(dòng)過程。此時(shí),處在開口 圖1-3 液壓動(dòng)力鉗工作原理簡圖 Figure 1-3 Hydraulic pressure power pliers principle of work diagram 1)液壓站;2)主動(dòng)齒輪;3)惰輪; 4)開口大齒輪;5)液壓馬達(dá);6)手動(dòng)換向閥 大齒輪中位的顎板開始在工作曲面內(nèi)爬坡, 顎板架中的顎板不斷向抽油桿中心移動(dòng),直至抱住上面抽油桿板方,并與開口大齒輪一起帶動(dòng)抽油桿鉆動(dòng),執(zhí)行上卸扣動(dòng)作，在主鉗工作的同時(shí),下面抽油桿扳方則由裝在底鉗中的方補(bǔ)心卡住,完成上卸扣動(dòng)作。背鉗只卡住抽油桿扳方,并不鉆動(dòng)，上卸扣完畢后,操作手動(dòng)換向閥,使開口大齒輪反鉆, 顎板在片簧的作用下,松開抽油桿扳方,同時(shí)隨顎板架退回到大齒輪中位, 顎板架缺口與鉗頭缺口對齊復(fù)位，整個(gè)上扣或卸扣動(dòng)作至此即可完成。 1.3 液壓動(dòng)力鉗技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn) 1.3.1 ZQ-100型液壓動(dòng)力鉗的技術(shù)參數(shù) ZQ-100型液壓抽油桿鉗主鉗適用于Φ15.9、Φ19.1、Φ21.2、Φ22.2和Φ25.4mm的抽油桿上卸扣，其主要技術(shù)參數(shù)為:額定扭矩100N*m,最大扭矩1200N*m,額定鉆速60r/min,最高鉆速77r/min液壓系統(tǒng)額定壓力10MPa,液壓系統(tǒng)最大壓力1215MPa,額定鉆速的供油量60L/min,移運(yùn)質(zhì)量120kg,外形尺寸(長×寬×高)475mm×320mm×610mm。 ZQ-100型液壓抽油桿鉗背鉗適用于Φ15.9、Φ19.1、Φ21.2、Φ22.2和Φ25.4mm的抽油桿上卸扣，其主要技術(shù)參數(shù)為:額定扭矩100N*m,開口尺寸120mm，移運(yùn)質(zhì)量40kg，外形尺寸(長×寬×高)475mm×320mm×610mm。 1.3.2 液壓動(dòng)力鉗的技術(shù)特點(diǎn) 1.主鉗、背鉗鉗頭采用顎板凸輪夾緊機(jī)構(gòu)，不需要更換顎板及牙板，既能夾緊各種不同規(guī)格的管柱，并在夾緊任意管徑時(shí)能保持良好的夾緊性能。 2.背鉗浮動(dòng)于主鉗之下，通過高壓輸油膠管與主鉗聯(lián)接。主鉗、背鉗均由同一只手動(dòng)換向閥控制鉆向，操作靈活、可靠。主鉗也可單獨(dú)使用。主鉗與背鉗之間距離可隨意調(diào)節(jié)，以免損傷油管。 3.鉗頭制動(dòng)機(jī)構(gòu)在鉗頭上部，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整維修方便、制動(dòng)安全、可靠耐用。 4.配備扭矩控制儀，扭矩控制儀具有換向及扭矩控制雙重功能。換向功能用于控制主、背鉗運(yùn)鉆。扭矩控制用于調(diào)整系統(tǒng)壓力，從而調(diào)整控制鉗頭輸出扭矩，并使動(dòng)力鉗附有過載保護(hù)功能。 5.可配備液壓升降系統(tǒng)，既液壓彈簧懸吊器。適用于配合井口卡盤起下管柱作業(yè)或液壓動(dòng)力鉗與井口高度。操作手動(dòng)升降即可調(diào)整液壓動(dòng)力鉗高度，使背鉗準(zhǔn)確夾緊油管接箍。 6.液壓動(dòng)力鉗可更換特種牙板，夾持不同規(guī)格的抽油桿，以達(dá)到上、卸抽油桿和接箍目的。 7.液壓控制系統(tǒng)采用集成塊組合方式，省去了閥體之間的管路聯(lián)接，不僅可減少液壓流體阻力，且造型美觀、方便操作。 按不同的使用要求，有以下組合方式： 1）過度聯(lián)接板+手動(dòng)換向閥 2）過度聯(lián)接板+扭矩控制儀（組合式） 3）過度聯(lián)接板+扭矩控制儀（組合式）+手動(dòng)升降閥 4）過度聯(lián)接板+手動(dòng)換向閥+手動(dòng)升降閥 1.4 液壓動(dòng)力鉗的的操作說明 1.4.1 液壓動(dòng)力鉗的的安裝 1.懸吊：將懸吊器與主鉗懸吊桿相聯(lián)，把動(dòng)力鉗懸吊于修井機(jī)井架上，懸吊點(diǎn)離地面15米以上，再自由懸吊狀態(tài)下，動(dòng)力鉗鉗頭中心離井口約0.5米，懸吊高度以背鉗恰好卡著管柱接箍為宜。 2.調(diào)平：調(diào)整主鉗懸吊桿上的調(diào)節(jié)螺釘，使動(dòng)力鉗保持水平，如不保持水平，會(huì)使卡持失效。 3.結(jié)尾繩：尾繩一端結(jié)在井架上，另一端結(jié)在動(dòng)力鉗的尾座上，尾繩拉力應(yīng)能承受2.5噸負(fù)荷。當(dāng)動(dòng)力鉗處于上扣狀態(tài)時(shí)，尾繩應(yīng)與動(dòng)力鉗保持垂直，從而保證通常站在操縱手柄一側(cè)的操作者安全。 4.接通液壓源：聯(lián)接來自液壓源的高壓膠管，進(jìn)油膠管手動(dòng)換向閥的上部油管，回油膠管接手動(dòng)換向閥的下部油口，切勿接錯(cuò)位置。 1.4.2 液壓動(dòng)力鉗的操作 以下簡單介紹幾種液壓動(dòng)力鉗的操作： 1.更換顎板 本動(dòng)力鉗的主鉗及背鉗的顎板均為自由式安裝，顎板可從鉗頭中心空間裝入或取出，在主鉗顎板架上，設(shè)有限位螺釘使顎板限位，使其在搬運(yùn) 過程中不掉出來。需要取出顎板時(shí)，將主鉗顎板架鉆動(dòng)一定角度，用內(nèi)六角扳手調(diào)整限位螺釘，便可取出顎板。安裝顎板亦同。 2.換擋操作 操縱手動(dòng)換向閥手柄，并下壓撥叉軸掛擋為高速擋，操縱手動(dòng)換向閥手柄，并下壓撥叉軸掛擋為低速擋，換擋操作必須在較慢的鉆速下進(jìn)行，以防損壞齒輪。 3.更換板牙 用螺絲刀頂進(jìn)顎板上的鉗牙擋銷即可取出板牙，主鉗鉗牙通用。背鉗鉗牙有平式和加厚式兩種，以適應(yīng)平式及加厚式油管接箍的使用。 1.4.3 液壓動(dòng)力鉗的維護(hù)與潤滑 1.每班工作前，必須檢查各緊固螺釘是否松動(dòng)。 2.每次搬運(yùn)后，用煤油或柴油清洗主鉗及背鉗鉗頭并向機(jī)體各黃油嘴注黃油。 3.清洗鉗頭后，給顎板、顎板架、開口齒輪打黃油。 4.如因制動(dòng)力不足，顎板不伸出，需調(diào)緊制動(dòng)壓力。 5.每次用過后，檢查鉗體，如有積水或油泥贓物，必須及時(shí)清除。 6.不得用蒸汽清洗鉗子，以防各軸承失油，進(jìn)水而造成零件損壞。 7.液壓油必須保持清潔，保持濾油器正常濾油。 8.液壓油溫度不得超過65度，過熱會(huì)使液壓系統(tǒng)密封失效。 1.4.4 液壓動(dòng)力鉗的常見故障及排除方法 常見故障 原因 排除方法 壓板打滑 鉗體不水平 調(diào)整鉗頭，主背鉗平行水平 牙板溝槽為堅(jiān)硬雜物填充 清除牙板溝槽中的雜物 牙板過度磨損 更換新板牙 主鉗制動(dòng)力矩偏小 調(diào)整制動(dòng)盤上的螺釘，增加制動(dòng)力矩 坡板移動(dòng)或松動(dòng) 重新緊固坡板 裝錯(cuò)牙板 選用正確的牙板 主鉗或背鉗鉗頭對不齊缺口 擋銷不為復(fù)位旋鈕軸包容 搬運(yùn)復(fù)位旋鈕180度再復(fù)位 主鉗卡緊正常背鉗打滑 背鉗顎板架鉆向與主鉗顎板架鉆向相反 調(diào)整背鉗兩膠管位置 掛擋不牢固易脫落 鎖緊力偏小 加調(diào)整墊適當(dāng)曾大彈簧的壓力 2 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗的背鉗總體設(shè)計(jì) ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗背鉗是通過高壓輸油膠管與主鉗聯(lián)接。通過主鉗手動(dòng)換向閥控制鉆向，操作靈活、可靠。主鉗與背鉗可隨意拆卸，是液牙動(dòng)力鉗重要部分。主要功能是夾緊油管，固定不動(dòng)，主鉗鉆動(dòng)實(shí)現(xiàn)上扣、卸口。其主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圍繞結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.1 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗的背鉗概述 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗背鉗是浮動(dòng)于主鉗之下，通過高壓輸油膠管與主鉗聯(lián)接。主鉗、背鉗均由同一只手動(dòng)換向閥控制鉆向，操作靈活、可靠。主鉗也可單獨(dú)使用。主鉗與背鉗之間距離可隨意調(diào)節(jié)，以免損傷油管。 背鉗鉗頭中裝有方補(bǔ)心,通過更換方補(bǔ)心,可上卸不同規(guī)格的抽油桿螺紋,滿足利用同一背鉗卡緊不同規(guī)格抽油桿扳方的要求，背鉗與主鉗配合,完成上卸扣動(dòng)作。 2.2 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗的背鉗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 背鉗浮動(dòng)于主鉗之下，通過高壓輸油膠管與主鉗聯(lián)接。主鉗、背鉗均由同一只手動(dòng)換向閥控制鉆向，操作靈活、可靠。主鉗與背鉗之間距離可隨意調(diào)節(jié)，以免損傷油管。但背鉗作用是夾緊接箍，使其固定，主鉗旋鉆實(shí)現(xiàn)上扣、卸扣。 背鉗不同與主鉗，是輔助工具，結(jié)構(gòu)簡單、耐用便可。主要由齒條柱塞式液壓缸帶動(dòng)齒輪組，齒輪組再嚙合開闊齒輪，滾輪爬坡實(shí)現(xiàn)夾緊過程。 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗背鉗在工作時(shí)必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。承受住在彎矩作用下產(chǎn)生過大的彎曲力，則裝在背鉗的軸和齒輪會(huì)因傾角過大而使齒面的強(qiáng)度分布不均勻，產(chǎn)生不均勻摩擦和加大噪聲，也會(huì)使?jié)L動(dòng)軸承內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對傾斜，影響軸承使用壽命，因此設(shè)計(jì)時(shí)要保持足夠的強(qiáng)度和剛度。 圖2-1 背鉗結(jié)構(gòu)圖 Figure 2-1 Back pliers structure drawing 1. 背鉗頭蓋板 2.殼體 3.限位螺絲 4. 背鉗前支座 5.齒輪蓋 6.鉗牙擋銷 7.彈簧墊圈 8.滾輪 9.滾輪軸 10.坡軌 11.擋柱 12.定位柱 13.介輪 14.雙聯(lián)齒輪 15.齒條柱塞 16.油缸蓋 17.定位柱 18.內(nèi)六角圓柱螺釘 19.O型密封圈 20.密封墊 21.壓墊 22.矩形密封圈 23.通油螺栓 24.銷 25.通油螺塞 26.彈簧 2.3 背鉗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題 1.符合安全要求 結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)中主要包括三方面內(nèi)容。一是提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性確保背鉗各構(gòu)件安全使用，不損壞、不磨損、變形小等。保證在預(yù)期的壽命期里，功能正常實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)鉆。二是考慮制造成本，無風(fēng)險(xiǎn)投入。要達(dá)到結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)要從根本上消除不安全源，限制事故損害程度。 2.減小機(jī)械噪聲 噪聲以成為全世界的公害。噪聲過大會(huì)影響人的身心健康，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起人體的各種疾病。機(jī)械噪聲還會(huì)引起操作者疲勞，可能會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中噪聲問題不可忽視?？刂坡曉矗瑴p少噪聲。 3.減輕腐蝕 防止機(jī)械腐蝕是延長機(jī)械壽命的主要途徑，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可從根本上消除腐蝕損害誘因，或有效的減輕腐蝕損害的程度。 3 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗的背鉗液壓缸設(shè)計(jì) 液壓缸是液壓機(jī)器最早采用地液壓元件之一。表面看來，基本結(jié)構(gòu)似乎沒有什么變化，實(shí)際上，液壓缸已有很大的發(fā)展。這不僅表現(xiàn)在液壓缸工作性能的提高、工作范圍的擴(kuò)大、品種規(guī)格的增多和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，而且還表現(xiàn)在對液壓缸的研究正在逐步深化，設(shè)計(jì)、計(jì)算的理論正在逐步完善。設(shè)計(jì)簡單地液壓缸，僅需做粗略的計(jì)算，憑借一般專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)即可。但是在特定的條件下，特別是在滿足特定場合需要時(shí) （比如液壓電梯需要的長行程就液壓缸），必須合理設(shè)計(jì)液壓缸，使之既有良好的工作性能和工藝性，又盡量降低制造成本，這就需要進(jìn)行比較復(fù)雜而精確的計(jì)算，也就需要較深的專業(yè)知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗液壓缸是背鉗的主要部件，它的作用在于把液體壓力能鉆換為機(jī)械功。高壓液體進(jìn)入缸內(nèi)后，作用于柱塞上，經(jīng)柱塞將力傳到齒輪上，使背鉗鉆動(dòng)達(dá)到夾緊功能。 液壓缸制造工藝復(fù)雜，對材料、表面質(zhì)量、加工精度要求很高，其穩(wěn)定性、可靠性、強(qiáng)度和局部應(yīng)力、液壓缸的運(yùn)動(dòng)特性、緩沖理論和液壓缸的壽命等問題復(fù)雜。因此對液壓缸的設(shè)計(jì)要十分重要。 3.1 液壓缸的類型和結(jié)構(gòu)形式選擇 根據(jù)液壓動(dòng)力鉗結(jié)構(gòu)簡單、方便耐用等特點(diǎn)選用齒條柱塞式液壓缸。 齒條柱塞式液壓缸是由帶齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)所組成。這種液壓缸的特點(diǎn)是：將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)鉆換成回鉆運(yùn)動(dòng)。此液壓缸又叫無桿缸。 3.2 液壓缸基本參數(shù)確定 液壓缸的主要參數(shù)包括壓力、尺寸規(guī)格、活塞行程、達(dá)動(dòng)速度、推力、拉力、效率、負(fù)載串和液壓缸功率等。 1） 額定壓力 （1）額定壓力Pa 也稱公稱壓力，是液壓缸能用以長期工作的壓力。國家標(biāo)準(zhǔn)GB7938-87（等效于ISO-3222） （2）最高公稱壓力Pmax 是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力，通常規(guī)定為：Pmax≤1.5Pn （MPa） （3）耐壓試驗(yàn)壓力Pr 是液壓缸在檢杳質(zhì)暈時(shí)需承受的試驗(yàn)壓力，在此壓力下不出現(xiàn)變形或破裂，通常規(guī)定為：Pmax≤1.5Pn （MPa） 2） 缸內(nèi)徑和活塞桿直徑 國家標(biāo)準(zhǔn)GB2348-80（等效于ISO-3320）規(guī)定了缸內(nèi)徑及活塞桿直徑系列· 3） 活塞行程 國家標(biāo)準(zhǔn)GB2349-80規(guī)定了活塞行程的基本系列。 4） 運(yùn)動(dòng)線速度 單位時(shí)間內(nèi)流體進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞（或柱塞）移動(dòng)的距離即液壓缸的運(yùn)動(dòng)線速度。 液壓缸其他參數(shù)，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)吻合。 3.2.1 液壓缸工作負(fù)載及工作壓力 背鉗液壓缸機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載情況下，以一定的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，對液壓缸產(chǎn)生總阻力F和有效工作壓力P確定其工作參數(shù)。 對背鉗液壓缸來說，其工作的液壓泵站提供標(biāo)準(zhǔn)壓力，工作壓力和總阻力也是其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（執(zhí)行SY/T5074-2004《石油井和修井用動(dòng)力鉗》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各項(xiàng)指標(biāo)）。 3.2.2 缸筒內(nèi)徑及柱塞桿直徑 ZQ-100型鉆干動(dòng)力鉗背鉗液壓缸處于簡潔、耐用的機(jī)構(gòu)，它是齒條傳動(dòng)與液壓缸液壓傳動(dòng)想結(jié)合。其液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算： （3-1） 式中 D——缸筒內(nèi)徑、活塞直徑； ——齒輪節(jié)圓直徑； ——進(jìn)液壓力； ——回液壓力； 對于單活塞桿缸，無桿腔進(jìn)油時(shí)，活塞桿直徑d的計(jì)算為 式中 F——液壓缸進(jìn)油時(shí)推力； P——液壓缸進(jìn)油壓力； ——液壓缸回油壓力； D——液壓缸內(nèi)徑； 圖3-1 背鉗傳動(dòng)系統(tǒng)圖 Figure 3-1 Back pliers kinematic scheme 活塞桿長度計(jì)算為 （3-2） 總上所以有活塞桿長度為 但是因?yàn)長=142mm為有效嚙合，其與雙聯(lián)小齒輪嚙合還需要一段長度，所以根據(jù)實(shí)際情況定齒條柱塞長度為L=401.5mm。 3.2.3 液壓缸最大工作行程和最小導(dǎo)向長度 液壓缸的最大工作行程，可根據(jù)工作機(jī)械動(dòng)作要求所決定的液壓缸最大和最小極限位置長度來確定。若用Lmax和Lmin分別表示液壓缸最大和最小極限位置長度，則根據(jù)其差值△L=Lmax-Lmin,按GB2349—80規(guī)定的液壓缸工作行程系列，向大圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，即得液壓缸的最大工作行程。 液壓缸的最小導(dǎo)向長度，是指當(dāng)活塞全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑面中點(diǎn)的距離。若導(dǎo)向長度太小，將使液壓缸因間隙引起的出使撓度增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性。對于一般液壓缸，其最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足下式要求： （3-3） 式中 L--液壓缸的最大工作行程； D—缸筒內(nèi)徑； 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A，在缸筒內(nèi)徑D〈80mm時(shí)，取缸筒內(nèi)徑D的0.6至1.0倍；在缸筒內(nèi)徑D〉80mm時(shí)，則取活塞桿直徑的0.6至1.0倍。為保證最小導(dǎo)向長度可采用隔離套不僅能保證最小導(dǎo)向長度，而且還可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性。 3.3 液壓缸的強(qiáng)度及剛度校核 3.3.1 缸筒壁厚的校核及外徑計(jì)算 缸筒相當(dāng)于一個(gè)兩端封閉的圓筒形受壓容器，由材料力學(xué)知，其應(yīng)力狀態(tài)是隨著缸筒內(nèi)徑和壁厚的比值的改變而變化的。因此在計(jì)算缸壁的合成應(yīng)力和厚度時(shí)，必須考慮不同的比值和材料，采用不同的強(qiáng)度計(jì)算公式。 1.缸筒內(nèi)壁 壁厚和強(qiáng)度條件計(jì)算公式為 （3-4） 式中 D—缸筒內(nèi)徑； p—液壓缸的最大工作壓力； --缸筒內(nèi)應(yīng)力； --缸筒材料的許應(yīng)力； 許應(yīng)力可用下式計(jì)算： 式中 --缸體材料的抗拉強(qiáng)度； n—安全系數(shù)，一般取n=5； 總上：缸筒壁厚16mm，符合強(qiáng)度要求。 3.3.2 液壓缸柱塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算 在液壓缸處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，既柱塞受到負(fù)載力小于穩(wěn)定臨界力時(shí)，柱塞桿受到壓力、推力，但對于背鉗短行程液壓缸的柱塞桿來說，可不考慮彎曲，又因?yàn)?l/d10時(shí)，柱塞桿強(qiáng)度計(jì)算： （3-5） 式中 d—柱塞桿外徑； --空心桿內(nèi)徑，實(shí)心柱塞桿=0； F—液壓缸最大推力； --柱塞桿壓應(yīng)力； --材料許應(yīng)力，=，其中為材料屈服極限查表，n為安全系數(shù)通常??； 總上：柱塞桿滿足強(qiáng)度條件，符合設(shè)計(jì)要求。 3.4 液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算 液壓缸在工作過程中有受很大的力，液壓缸不僅要滿足受力強(qiáng)度要求，還要滿足受壓狀態(tài)的穩(wěn)定性要求。 對于液壓鉗的短行程液壓缸，工作在受壓狀態(tài)時(shí)，在軸向力作用下仍保持原有直線狀態(tài)下的平衡，故可將其視為單純受壓的直桿。但實(shí)際上，液壓缸并非單一的直桿，而是缸筒、活塞和活塞桿等組合體。由于活塞與缸壁之間以及活塞桿與導(dǎo)向套之間均有配合間隙，此外，液壓缸的自重及負(fù)載偏心的等因素，都將使液壓缸在軸向力壓縮狀態(tài)下產(chǎn)生縱向彎曲。 有理論分析和實(shí)驗(yàn)得知，活塞桿的受壓桿件，會(huì)在軸向載荷所引起的壓縮應(yīng)力遠(yuǎn)未達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度極限之前，就會(huì)發(fā)生斷齒或彎曲。所以先按穩(wěn)定性條件進(jìn)行驗(yàn)算，既在工作狀態(tài)下，驗(yàn)算液壓缸承受最大軸向力壓縮負(fù)載的穩(wěn)定性，再按強(qiáng)度條件對活塞桿進(jìn)行計(jì)算。 液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算： 根據(jù)材料力學(xué)概念，一根受壓的直桿，在負(fù)載力超過臨界力時(shí)，既以不能維持原有軸線狀態(tài)下的平衡而喪失穩(wěn)定。液壓缸穩(wěn)定條件為： （3-6） 式中 F—最大負(fù)載力； --穩(wěn)定臨界力； --穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取=2~4； 液壓缸穩(wěn)定臨界力的大小與活塞桿和缸筒的材料、長度、剛度及液壓缸兩端支撐有關(guān)等因素。因?yàn)榛钊麠U和缸筒的材料、長度、剛度是按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所以液壓缸符合穩(wěn)定條件。 3.5 液壓缸的安裝試驗(yàn)與維護(hù) 液壓缸裝配完成后，通過安裝試驗(yàn)達(dá)到符合要求，試驗(yàn)包括以下方面（舉例說明）： 1.進(jìn)行試運(yùn)鉆，在空載情況下，全程往復(fù)運(yùn)動(dòng)5次以上，要求運(yùn)鉆正常。 2.空載情況下，向被試液壓缸無桿腔通入液壓油，逐漸生壓，記錄活塞桿啟動(dòng)后最低壓力，是否符合規(guī)定。 3. 液壓缸活塞固定，使液壓缸為額定壓力，測量另一出油口處泄露量，達(dá)到要求。 4.試驗(yàn)負(fù)載效率應(yīng)符合質(zhì)量規(guī)定。 5.耐壓試驗(yàn)，將液壓缸活塞桿停留在行程兩端不接觸缸蓋。使試驗(yàn)腔壓力為額定壓力1.5倍，保壓5分鐘，零件無破壞、變形等現(xiàn)象為符合要求。 6.測量全程是否符合設(shè)計(jì)要求。 7.高壓試驗(yàn)，滿載情況下，向液壓缸通入90度的液油，連續(xù)運(yùn)鉆小時(shí)以上，運(yùn)鉆正常。 3.6液壓缸常見故障分析與排除 故障現(xiàn)象 產(chǎn)生原因 排除方法 爬行 1.密封太緊 2.缸內(nèi)壁拉毛，局部磨損嚴(yán)重或腐蝕 1.調(diào)整密封，但不得泄露 2.適當(dāng)修理，重新磨缸內(nèi)孔 沖擊 1.活塞桿裂痕 2. 液壓缸停止走程 1.檢查防塵圈，清除污物 2.調(diào)整液壓缸緩沖裝置 外泄露 1. 管接頭密封不嚴(yán) 2. 缸蓋處密封不良 1. 檢查密封圈及接觸面 2. 檢查修理 內(nèi)泄露 1. 安裝時(shí)，密封件未裝好 2. 偏載引起的密封件磨損 1. 裝好密封件，仔細(xì)檢查 2. 檢查密封件、活塞桿、活塞的變形、磨損及斷裂 其他 由于高壓引起液壓缸變形 特別高的壓力容易引起液壓缸的歪斜，控制好壓力源 4 ZQ-100型桿動(dòng)力鉗的背鉗傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4.1 背鉗傳動(dòng)概述 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗的背鉗的傳動(dòng)系是由液壓缸帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪，通過介輪傳遞到開闊齒輪傳遞效率高、簡潔。在背鉗定軸輪系中，共有三對齒輪嚙合，分別為開闊齒輪與介輪、介輪與雙聯(lián)大齒輪，雙聯(lián)大齒輪與雙聯(lián)小齒輪共軸。經(jīng)傳動(dòng)滾軸爬坡實(shí)現(xiàn)夾緊油管的目的。 4.2 背鉗傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.傳動(dòng)系統(tǒng)的效率 ηⅠ=1 ηⅡ==0.980.95=0.93 η開口齒輪==0.980.950.95=0.88 式中 ηⅠ—柱塞效率； ηⅡ—雙聯(lián)齒輪效率； η—開闊齒輪效率； 2.總傳動(dòng)比： T1=T××i總 （4-1） n1=n/ i總 3. 各級(jí)傳動(dòng)比的分配 根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)性質(zhì)和ZQ-100型液壓鉗背鉗輸出扭矩要大于等于15KNm。主軸的變速范圍是2-250r/m，變速的基本規(guī)律是變速系統(tǒng)的變速級(jí)數(shù)、變速組的傳動(dòng)比之間的關(guān)系、動(dòng)力鉗總變速范圍與各變速組的變速范圍。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，往往首先比較和選擇個(gè)傳動(dòng)比之間的相對關(guān)系。 根據(jù)傳動(dòng)比分配原則：傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)“前多后少”；傳動(dòng)線的設(shè)計(jì)要“前密后疏” ；降速比的設(shè)計(jì)要“前緩后急”。傳動(dòng)鏈要短，鉆速和要小，齒輪線速度要小，空鉆件要少。 總傳動(dòng)比i總，以及各種機(jī)械傳動(dòng)推薦的傳動(dòng)比范圍傳動(dòng)比分配如下： 初定各級(jí)傳動(dòng)比為： = = = 4. 各軸功率、鉆速和鉆矩的計(jì)算 圖4-1 背鉗整體傳動(dòng)示意圖 Figure 4-1 Back pliers overall transmission schematic drawing 1. 背鉗頭蓋板 2.殼體 3.限位螺絲 4. 背鉗前支座 5.齒輪蓋 6.鉗牙擋銷 7.彈簧墊圈 8.滾輪 9.滾輪軸 10.坡軌 11.擋柱 12.定位柱 13.介輪 14.雙聯(lián)齒輪 15.齒條柱塞 16.油缸蓋 17.液壓缸 Ⅰ：齒條柱塞 T1=9.55=T××=3947 Nm Ⅱ：雙聯(lián)輪軸 T2=T××i=3947×0.93×=3670.7Nm Ⅲ：介輪軸 T3=T××i= 3947×0.88××=3428.2Nm 4.3 軸的設(shè)計(jì) ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗各傳動(dòng)軸在工作時(shí)必須具有足夠的彎曲強(qiáng)度和扭鉆剛度。軸在彎矩作用下產(chǎn)生過大的彎曲變形，則裝在軸上的齒輪會(huì)因傾角過大而使齒面的強(qiáng)度分布不均勻，產(chǎn)生不均勻摩擦和加大噪聲，也會(huì)使?jié)L動(dòng)軸承內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對傾斜，影響軸承使用壽命，因此設(shè)計(jì)時(shí)要保持各軸有足夠的強(qiáng)度和剛度. 4.3.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸在載荷作用下若產(chǎn)生過大的彎曲變形，會(huì)影響軸上正常的工作。例如：安裝在齒輪上的軸，如軸的彎曲剛度不足而產(chǎn)生過大的撓度y和偏角θ，會(huì)使齒輪嚙合發(fā)生偏載。對于軸承支承的軸，偏鉆角θ會(huì)使軸承內(nèi)、外圈互相傾斜，如偏鉆角超過滾動(dòng)軸承的允許鉆角，就顯著降低軸承的使用壽命。因此，設(shè)計(jì)軸時(shí)，需要對其進(jìn)行彎曲剛度的校核。 經(jīng)過演算分析，要采用軸有良好的制造工藝性，減小軸上的應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度。簡單、耐用是設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 4.3.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算 進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，根據(jù)軸具體受載和應(yīng)力情況，采取計(jì)算方法。按扭矩強(qiáng)度計(jì)算，軸受傳遞扭矩或主要傳遞扭矩的傳動(dòng)軸。 傳動(dòng)軸強(qiáng)度計(jì)算是標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算，在這里省略計(jì)算部分。 4.3.3 軸的剛度計(jì)算 1.傳動(dòng)軸Ⅰ的彎曲剛度校核 軸上受力分析 (1)軸上傳遞的扭矩： (2)求作用在齒輪上的力： 輸入軸上小輪分度圓直徑 齒輪的圓周力： 齒輪的徑向力： （嚙合角為20） 齒輪的法向力： 根據(jù)平衡條件，得到如下數(shù)據(jù)： Y方向： ， Z方向： ， ， 2. 彎矩圖 由于齒輪的作用力在水平平面的 由于齒輪的作用力在垂直的彎矩圖 由于齒輪的作用力在D截面的最大合成彎矩 圖4-2 彎矩圖 Figure 4-2 Bending-moment diagram 3. 安全系數(shù)計(jì)算： 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，對載面進(jìn)行安全系數(shù)校核，由于軸轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩引起對稱循環(huán)的彎曲應(yīng)力，其應(yīng)力幅為： 式中，W—抗彎截面系數(shù)，W按照?機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)（Ⅱ）?表4—3選取 由軸上截面系數(shù)得： ； 彎曲正應(yīng)力的平均應(yīng)力： 根據(jù)公式： （4-2） 式中 —只考慮彎矩作用時(shí)的安全系數(shù)； —材料彎曲疲勞極限。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)Ⅱ》表4-1軸的常用材料及其主要機(jī)械性得： —彎曲的有效應(yīng)力集中系數(shù)，由應(yīng)力集中系數(shù)表得：按鍵查得=1.57；按配合查得=1.25。此處取=1.25。 —表面質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)切削加工，由不同表面粗糙度的表面質(zhì)量系數(shù)查得：。 —彎曲的尺寸影響系數(shù)。由絕對尺寸影響系數(shù)表得：=0.81； 得： 轉(zhuǎn)矩=24.645，考慮到軸上作用的轉(zhuǎn)矩總是有些變動(dòng)，故單向傳遞的軸的扭剪應(yīng)力一般視為循環(huán)應(yīng)力： 根據(jù)公式可得： 式中 —只考慮扭矩作用時(shí)的安全系數(shù)； 材料在對稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)試件的扭轉(zhuǎn)疲勞極限， 經(jīng)查表得： =135， =0.1 ； K—剪應(yīng)力的有效應(yīng)力集中系數(shù)，經(jīng)查表得：按鍵查得=1.40；按配合查得=1.88，此處取=1.88； —扭矩的尺寸影響系數(shù)，查表得： =0.76。 按公式 （4-3） 查?機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)（Ⅱ）?表4—4中的許用安全系數(shù)[S]值，可知該軸安全。 4.3.4 軸的穩(wěn)定性 軸是彈性體，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于軸和軸上零件的材料組織不均勻、制造和安裝誤差的影響，導(dǎo)致質(zhì)心偏離軸線，產(chǎn)生以離心力為表征的周期性干擾力，引起軸的彎曲振動(dòng)。當(dāng)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩有周期性變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性的扭矩變形，引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)?？紤]以上方面，軸的設(shè)計(jì)不但是簡潔，還要達(dá)到穩(wěn)定的效果，使其耐用。 4.4 齒輪系的設(shè)計(jì) 選擇齒輪材料查表8-17（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)》Ⅰ）[12]， 小齒輪選用20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度為HBS1=56～62HBS； 大齒輪先用20CrMnTi, 滲碳淬火，齒面硬度為HBS1=56～62HBS。（參照〈〈液壓動(dòng)力鉗使用說明書〉〉海城市石油機(jī)械制造有限公司） 4.4.1 齒輪系的傳動(dòng)比 在背鉗定軸輪系中，共有三對齒輪嚙合，分別為開闊齒輪與介輪、介輪與雙聯(lián)大齒輪，雙聯(lián)大齒輪與雙聯(lián)小齒輪共軸。它們之間傳動(dòng)比為： == == == == 4.4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 一、受力分析 漸開線蝸輪蝸桿嚙合時(shí)，齒廓曲面的接觸線是垂直線。其嚙合過程是在前端面從動(dòng)輪的齒頂一點(diǎn)開始接觸，然后接觸線由短變長，再由長逐漸變短，最后在后端面從動(dòng)輪齒根部某一點(diǎn)開始分離。蝸輪蝸桿齒面的接觸線是垂直的直線，故各接觸線上只有一點(diǎn)有誤差，其影響小，接觸情況好，傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊和噪音小。蝸輪蝸桿的漸開螺旋面齒廓曲面與齒輪的任一圓柱面的交線也是一條螺旋線。為了便于分析計(jì)算嚙合區(qū)內(nèi)，通常取沿齒面接觸線單位長度上所受的載荷進(jìn)行計(jì)算，沿齒面接觸線單位長度上的平均載荷為基礎(chǔ)。 進(jìn)行齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先要知道輪齒上所受的力，這就需要對齒輪 傳動(dòng)作受力分析，當(dāng)然，對齒輪傳動(dòng)作受力分析，不僅是為了計(jì)算齒輪的強(qiáng)度， 而且也是計(jì)算承裝齒輪的軸及軸承所必需的。 齒輪傳動(dòng)一般均加以潤滑，嚙合齒間的摩擦力通常很小，計(jì)算輪齒受力時(shí)可 以不予考慮。在蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，作用于齒面上的正壓力垂直于齒面，如圖4-所，位于法面，與節(jié)圓柱的切面傾斜一法向嚙合角。力可沿齒輪的周向、徑向及軸向分解成三個(gè)相互垂直的分力。首先將力在法面分解成沿徑向的分力（徑向力）和在面內(nèi)的分力，后再將力就在面內(nèi)分解成沿周向的分力（圓周力）t沿軸向的分力（軸向力），各力的方向如圖，各力的大小為： t=2000T/d t=2000T/ 圖4-3 齒輪受力分析 Figure 4-3 Gear stress analysis 以上是對雙聯(lián)小齒輪與齒條嚙合分析，類似于渦輪蝸蝸桿嚙合，可用于計(jì)算，在這里省略校核對其它兩對齒輪校核。 ZQ-100型液壓動(dòng)力背鉗鄂板架齒輪強(qiáng)度校核計(jì)算 一、齒輪強(qiáng)度校核計(jì)算 鄂板架齒輪與介輪為齒輪傳動(dòng)，故對齒輪驚醒彎曲疲勞強(qiáng)度校核與接觸強(qiáng)度校核。驗(yàn)算結(jié)果。 1、首先對齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力進(jìn)行檢驗(yàn)： 背鉗鄂板架2：ZG40Mn2, 滲碳淬火， 硬度HRC56-62。 介輪1：20CrMnTi, 滲碳淬火, 硬度HRC56-62. 由圖13-1-23和圖13-1-52按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值，得 ＝1505MPa；＝1505 Mpa =505 MPa ; ＝505Mpa 2、計(jì)算作用在齒輪上的作用力 作用在背鉗鄂板架上的扭矩為15KN.m,因此齒輪上的作用力為： 介輪受力為： 3、齒輪彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算 3.1首先要確定端面重合度 因?yàn)槭墙亲兾积X輪，所以 （4-4） ① 其中嚙合角 背鉗鄂板架齒輪變位系數(shù) 介輪變位系數(shù) b． ，查表13-1-2得0.014904 =0.0253 由表13-1-21得 選用滾齒法對齒輪進(jìn)行校核： 齒輪齒頂圓直徑600+2×14.762758= 629.58 式中 齒頂高 =（1+0.57-0.091）×10= 14.79 （0.53+0.57）-1.009= 0.091 1.009 齒頂圓直徑170+2×14.39= 198.78 齒輪齒頂高（1+0.53-0.091）×10= 14.39 ==1.68 因此齒輪齒根彎曲應(yīng)力為： 3.2計(jì)算齒輪齒根彎曲應(yīng)力： 下面分別求出各系數(shù)值： 3.2.1齒間載荷分布系數(shù)(13-112)：齒間載荷分配系數(shù)的含義、影響因素、計(jì)算方法與使用表格與接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)完全相同，且相等。 （4-5） ，其中 ，（4-6） 由表13-1-98查得， 因此有： 3.2.2齒根應(yīng)力的基本值 （4-7） 式中 ，， ，， 齒形系數(shù)：用于考慮齒形對名義彎曲用力的影響，以過齒廓根部左右兩過渡曲線的截面作為危險(xiǎn)截面進(jìn)行計(jì)算 ，，， 由圖13-1-38查得， ， 應(yīng)力修正系數(shù)：是考慮載荷作用于單對齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)時(shí)齒形對名義彎曲應(yīng)力的影響。 由圖13-1-43查得， ， 重合度系數(shù) 螺旋角系數(shù)：是考慮螺旋角造成接觸線傾斜對齒根應(yīng)力產(chǎn)生的影響的系數(shù)。 由表13-1-18查得，， 由圖13-1-49，根據(jù)，查得， 計(jì)算齒根應(yīng)力的基本值 （4-8） 3.2.3使用系數(shù) 原動(dòng)機(jī)為液壓裝置，輕微沖擊，工作機(jī)為夾緊機(jī)構(gòu)，均勻平穩(wěn)， 查表13-1-81，得 3.2.4動(dòng)載系數(shù) 齒輪線速度 由表13-1-90 公式計(jì)算傳動(dòng)精度系數(shù)C z==17， （由表13-1-67，，精度8級(jí)） 圓整，取C=10，查表13-1-90， 1， （4-9） 其中，0.7314 65.0416 齒間載荷分配系數(shù) 查表13-1-102得：（硬齒面直齒輪） 綜上所述 3.3校核安全系數(shù) 由表13-1-111， （4-10） 3.3.1 試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限：是某種材料的齒輪經(jīng)長期重復(fù)載荷作用后，齒根保持不破壞時(shí)的極限應(yīng)力。 背鉗鄂板架2：ZG40Mn2, 滲碳淬火, 硬度HRC56-62。 介輪1：20CrMnTi, 滲碳淬火, 硬度HRC56-62。 由圖13-1-53，按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值， ， 3.3.2應(yīng)力修正系數(shù)：是名義彎曲應(yīng)力換成齒根局部應(yīng)力的系數(shù)。 由表13-1-111查得， 3.3.3壽命系數(shù)：壽命系數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際齒輪實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出的曲線求得，它與材料、熱處理、載荷平穩(wěn)程度、輪齒尺寸及殘余應(yīng)力有關(guān)。 由表13-1-118查得， 根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80000次旋緊或旋松，以每旋緊一次0.1694轉(zhuǎn)計(jì)算， 3.3.4相對齒根角敏感系數(shù)：齒根角敏感系數(shù)表示在輪齒折斷時(shí)，齒根應(yīng)力理論集中超過實(shí)際應(yīng)力集中的程度。 齒根圓角系數(shù)，用表13-1-112所列公式進(jìn)行計(jì)算， 由圖13-1-38知：，， 用表13-1-112所列公式進(jìn)行計(jì)算： (4-11) (4-12) （輪齒普通型，） (4-13) (4-14) (4-15) (4-16) 由圖13-1-57，查得， 3.3.5相對齒根表面狀況系數(shù)：主要是齒根圓角處的粗糙度對齒根彎曲強(qiáng)度的影響。 由表13-1-122，齒根表面微觀不平度10點(diǎn)高度為時(shí)， 3.3.6尺寸系數(shù)：是考慮尺寸增大使材料強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)因素，用于彎曲強(qiáng)度計(jì)算。 由表13-1-119查得， 彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù) (4-17) (4-18) 由表13-1-110得，規(guī)定的一般可靠度最小安全系數(shù)， ，均達(dá)到要求，齒輪彎曲強(qiáng)度核算通過。 終上所述，根據(jù)對齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核，開口齒輪與介輪的齒根彎曲強(qiáng)度足夠，能夠保證正常運(yùn)作。 ZQ--100型液壓動(dòng)力鉗背鉗雙聯(lián)齒輪校核計(jì)算 一、齒輪強(qiáng)度校核計(jì)算 因?yàn)槭驱X輪傳動(dòng)，故對齒輪驚醒彎曲疲勞強(qiáng)度校核與接觸強(qiáng)度校核。 1、齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力 雙聯(lián)齒輪1：ZG40Mn2, 滲碳淬火， 硬度HRC56-62。 介輪2：20CrMnTi, 滲碳淬火, 硬度HRC56-62. 由圖13-1-23和圖13-1-52按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值，得 ＝1505MPa；＝1505 Mpa =505 MPa ; ＝505MPa 2、計(jì)算作用在齒輪上的作用力 作用在雙聯(lián)齒輪上的扭矩為5.581KN.m,因此齒輪上的作用力為： 介輪受力為： 3、齒輪彎曲強(qiáng)度校核 3.1首先要確定端面重合度 因?yàn)槭墙亲兾积X輪，所以 (4-19) ① 其中嚙合角 (4-20) 雙聯(lián)齒輪變位系數(shù) 介輪變位系數(shù) b． ，查表13-1-2得0.014904 =0.0331 由表13-1-21得 選用滾齒法： 齒頂圓直徑170+2×14.169= 198.34 式中 齒頂高 =（1+0.53-0.1131）×10= 14.169 （0.37+0.53）-0.787= 0.1131 0.787 齒頂圓直徑190+2×12.57=215.14 齒頂高（1-0.37-0.1131）×10= 12.57 ==1.444 因此齒根彎曲應(yīng)力為 (4-21) 3.2計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 下面分別求出各系數(shù)值： 3.2.1齒向載荷分布系數(shù)(13-112) (4-22) ，其中 ， 由表13-1-98查得， 因此， 3.2.2齒根應(yīng)力的基本值 (4-23) 式中，， ，， 齒形系數(shù) ，，， 由圖13-1-38查得， ， 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖13-1-43查得， ， 重合度系數(shù) 0.769 螺旋角系數(shù) 由表13-1-18查得，， 由圖13-1-49，根據(jù)，查得， 計(jì)算齒根應(yīng)力的基本值 (4-24) 3.2.3使用系數(shù) 原動(dòng)機(jī)為液壓裝置，輕微沖擊，工作機(jī)為夾緊機(jī)構(gòu)，均勻平穩(wěn)， 查表13-1-81，得 3.2.4動(dòng)載系數(shù) 齒輪線速度 由表13-1-90 公式計(jì)算傳動(dòng)精度系數(shù)C z==17， （由表13-1-67，，精度8級(jí)） 圓整，取C=10，查表13-1-90， 1， (4-25) 其中，0.7314 65.0416 齒間載荷分配系數(shù) 查表13-1-102得：（硬齒面直齒輪） 綜上所述 3.3校核安全系數(shù) 由表13-1-111， (4-26) 3.3.1 試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限 背鉗鄂板架2：ZG40Mn2, 滲碳淬火, 硬度HRC56-62。 介輪1：20CrMnTi, 滲碳淬火, 硬度HRC56-62。 由圖13-1-53，按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值， ， 3.3.2應(yīng)力修正系數(shù) 由表13-1-111查得， 3.3.3壽命系數(shù) 由表13-1-118查得， 根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80000次旋緊或旋松，以每旋緊一次0.1694轉(zhuǎn)計(jì)算， 3.3.4相對齒根角敏感系數(shù) 齒根圓角系數(shù)，用表13-1-112所列公式進(jìn)行計(jì)算， 由圖13-1-38知：，， 用表13-1-112所列公式進(jìn)行計(jì)算： (4-27) (4-28) （輪齒普通型，） (4-29) (4-30) (4-31) (4-32) (4-33) 由圖13-1-57，查得， 3.3.5相對齒根表面狀況系數(shù) 由表13-1-122，齒根表面微觀不平度10點(diǎn)高度為時(shí)， 3.3.6尺寸系數(shù) 由表13-1-119查得， 彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù) (4-34) (4-35) 由表13-1-110得，規(guī)定的一般可靠度最小安全系數(shù)， ，均達(dá)到要求，齒輪彎曲強(qiáng)度核算通過。 終上所述，根據(jù)對齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核，顎板架與介輪的齒根彎曲強(qiáng)度足夠，能夠保證正常運(yùn)作。 背鉗的傳動(dòng)輪系結(jié)構(gòu)簡單、耐用，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)理念，完成了設(shè)計(jì)要求。 注：本計(jì)算依據(jù)是《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》.單行本.機(jī)械傳動(dòng)卷/成大先主編. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 5 結(jié)論 通過本學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)所研究的鉆桿動(dòng)力鉗背鉗總體分析及零件的計(jì)算，使鉆桿動(dòng)力鉗背鉗達(dá)到整體簡單、部件簡潔耐用、使用方便等目的。背鉗動(dòng)力部件液壓缸最小的體積來實(shí)現(xiàn)夾緊管箍的目的。傳動(dòng)系統(tǒng)以簡潔的三對輪齒嚙合，60度角內(nèi)夾緊，達(dá)到先期設(shè)計(jì)目的。而從整體使用經(jīng)濟(jì)角度，鉆桿動(dòng)力鉗背鉗適合在中國使用，價(jià)錢遠(yuǎn)比國外的便宜，而且質(zhì)量不比國外的差。所以這次設(shè)計(jì)的鉆桿動(dòng)力鉗背鉗符合預(yù)期設(shè)計(jì)理念達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗采用液壓控制，兩擋變速，主鉗、背鉗鉗頭采用顎板凸輪夾緊機(jī)構(gòu)，不需要更換板牙，既能夾緊不同規(guī)格的管柱，能保持良好的夾緊性能。主鉗、背鉗均由一只手動(dòng)換向閥控制轉(zhuǎn)向，操作靈活、可靠。鉗頭制動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整維修方便、制動(dòng)安全、可靠耐用。鉗上配備扭矩控制儀，從而調(diào)整控制鉗頭輸出扭矩，并使動(dòng)力鉗附有過載保護(hù)功能。還可應(yīng)用戶要求配備液壓升降系統(tǒng)，既液壓彈簧懸吊器，操縱手動(dòng)升降閥即可調(diào)整液壓動(dòng)力鉗高度，使鉗子能準(zhǔn)確夾緊油管接箍。 以上都是ZQ-100型鉆桿動(dòng)力鉗所采用技術(shù)的特點(diǎn)，從其經(jīng)濟(jì)角度分析，其最大經(jīng)濟(jì)價(jià)值在于為國家節(jié)省外匯，過去液壓動(dòng)力鉗基本靠進(jìn)口，而如今國內(nèi)生產(chǎn)液壓鉗的企業(yè)越來越多，而且技術(shù)成型可與進(jìn)口的鉗子