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1、湛 江 海 洋 大 学毕业设计（论文）书设计题目： 螺纹套管密封试压装置设计 (机械和电气控制系统设计) 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 00级(3)班 学生姓名： 李宗远 指导教师：张世亮、施汉基职称：副教授、教授 200 4 年 6月 1 日目 录中英文摘要1序言6第一篇 机械部份设计第一章 系统方案的拟定7第二章 机械部份各部件的设计校核及选用8 11夹具部份812液压马达813联轴器914滚动轴承1015拨盘的设计与校核1116堵头的设计与校核1217移动工作台支承体重量估计1318导轨的设计1419 支架的设计17第二篇电气部份设计第三章电气线路设计1821主回路设计182
2、2控制回路设计1823控制电路电源1924绘制电气原理图19第四章选择电器元件2031电源引入开关2032热继电器2033熔断器2034接触器2035行程开关2136压力继电器2137控制按钮2138信号灯21第三篇英文摘要Discussion22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25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
3、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:The question for discuss the design of a equipment for the screw bushings pressurization and trial pressure, is a program of technique alteration in Hezhong corporation of south sea. The screw bushing whic
4、h is mainly applied in the exploitation of flat roof on the sea, is a new product of this corporation in 2001. Based on the equipment which is now in use, the design make some technique alterations. It melt mechanism、fluid drive and electric in a pot with the help of mechanical and electric control.
5、 As a result, the new equipment is more automatic and is full of humanism than before. In here, the main tasks are the design of mechanism and electric control system.Key words: screw、bushing、trial pressure、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。
6、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
7、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
8、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
9、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T t = 马达进出口压力差P x 排量V及现场要求选用的马达必须满足:P X V =
10、23000N.M在保证扭矩T t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 = 223000/6.3 pa = 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-G 6.3技术参数如下:排量 压力最高转速 转矩 质量 额定
11、 / 最大 额定 最大6.3L/r 25/32Mpa 40r/min 28849N.M 524kg3 联轴器. 根据上面选用的马达，由于转矩最大达到28849N.m采用GCL型鼓形齿式联轴器，其型号为GCL11,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=120mm D=325mm D1=276mm D2=235mm A=81mm B=170mm C=14mm H=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，
12、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=140mm D=210mm B=24mmm4=1.496kg Cr=65.1KN Cor=67.2KN61928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
13、.015，则孔的尺寸为mm。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: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。
14、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：4fFKT 即F查有关资料可知：f=0.15 K=1.2 T=23000NM r=265mm代入上式公式里可求得F69452N 又根据螺栓危险截面的拉伸强度可知=【】 =281MPa, 螺栓的材料为
15、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）240（3292-2542）54】1097.8103=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
16、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=G8=51358=614N， r=280mm,因扭转而使每个拨销承受的最大力：Fmax=Tmax（8r）=23000（828010-3）=10KN由示意图可知2拨销所受的力最大，其受力大小为：F2 =G1Fmax=61410000=10614N45钢的允许挤压强度【bs】=100Mpa所以中间
17、位置的螺栓的挤压应力为：bs=10614（2403010-6）=7Mpa=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
18、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4 DiscussionThe energy balance study does not give all answers concerning the comparison of the HFPE concepts because it is purely static study of the engines features and it does not take into a
19、ccount dynamical characteristics.the dynamic characteristics which have influence on the engine operation are for example,speed of the piston,hydraulic valves and combustion.the effect of the auxliliary equipments was neglected as well.The speed of the piston has influence on the flow losses and it
20、sets very high operation requirements for the hydraulic valves.The mechanical friction is higher as well.All three concepts have higher mean piston speed than the conventional diesel engine.The single and opposed HFPE deliver fluid flow only every second stroke (TDC-BDC) because their operation is n
21、ot symmetrical as it is in the dual HFPE which produce flow with every stoke.As a result of this ,the single and opposed piston HFPE need larger hydraulic accumulators to compensate flow variaton.On the other hand in the single and oppose HFPE,it is possible to control flow more easily/1/.The combus
22、tion process has great influence on the engines total efficiency.The combustion process is influenced by other systems and processes like fuel injection system and scavenging process for example.The efficient combustion in the free piston engine requires very rapid combustion and fast and accurate f
23、uel injection/7/.The scavenging process has another important role in the combustion,because efficient combustion requires pure mew air.The scavenging requirements are most easily implement in the opposed HFPE,stopping the piston in the BDC helps scavenging as well.On the other hand the intake and e
24、xhaust systems are more easy to tune if the engine has only one operating frequency like the dual HFPE.Auxiliary systems like fuel injection,cooling,electric supply or starting system were not handled in this study.All these systems have power requirements during or before engine running. The approx
25、imated power requirement for the systems is 3-6kw,which decrease the net effective out put of the engine.第四篇 中文翻译4 讨论能量平衡学没有完全正确回答有关于HFPE观念的比较，因为它是纯粹的能量特征静态学，而且它没有将动态特征考虑进去，动态特征会影响引擎的工作，比如活塞的速度，水力值和燃烧，辅助设备的作用效果也常常被忽略。活塞速度受流程损失的影响，而且它对水力值要求较高的操作要求，对机械摩擦要求也要求较高，所有三种观念比传统柴油引擎有更高的活塞理论速度。单一和非对称HFPE每隔一冲程传
26、送流程一次（TDC-BDC）因为它们非对称的工作，就像在双重的HFPE需要较大的水力积聚设备来偿还流程损失，另一方面，单一、非对称HFPE，更容易控制流程。燃烧过程对引擎总效率也有很大影响，燃烧过程受其它系统和过程影响，比如燃料流入系统和通风系统。在自由活塞引擎里，有效率的燃烧需要迅速的燃烧和快速准确的燃料流入/7/通风过程在燃烧中是另一重要角色，国为有效的燃烧需要纯的新鲜空气，在非对称HFPE中，通风设备更容易实现 ，阻停活塞就像BDC中的清扫系统。另一方面如果引擎只有一个工作频率，像双重HFPE，那么吸气和排气系统更易调节。辅助系统像燃料的流入、冷却、电力供应或启动系统都没有列入研究中，这
27、些系统在引擎工作时或之前，需要动力驱动，这些系统需要大概3-6KW的电力驱动，这将降低引擎的外在效率。第五篇总结毕业设计总算是完成了，在心情彻底放松一刹那，所感受的是一种收获后的喜悦。两个多月的设计，所期待的不仅仅是一个结果。在设计过程中的每一次前进，或许都比那结果要生动具体得多了。因为这个过程的每一次前进，都是对大学四年所学东西的一个深化应用的过程。一次前进，就是一笔财富。毕业设计是对以前所学知识的一次融会贯通的全面检测；是对学生综合运用所学过的知识，提高理论联系实际的设计与分析计算能力的培养；是对学生围绕某项专题收集阅读，分析和运用资料的能力和学生进行独立工作，科学研究和解决工程实际问题的
28、能力的培养。我的课题是南海合众近海建设公司的一个技术改造项目。我所负责的是机械和电气系统部分的设计，另外一个合作者负责液压系统的设计。在设计过程中，真正体会到了实践的重要性。我多次到南海合众近海建设公司现场和学院的实验室去参观学习，了解现场环境和设备，真正从实际出发来考虑自己的设计。同时，广泛深入图书馆，实事求是，认真查阅有关书籍资料，锻炼了自己的分析问题、解决问题的能力。因是两人合作项目，在设计时，也充分体会到了合作的重要性，培养了自己的团队精神。不可否认，在这个过程中，也遇到不少困难，所幸的是有指导老师施老师和张老师的悉心指导，起到了点石成金的作用，大大启发了我，使我能不断前进。在这里，衷
29、心向他们说声谢谢。设计的完成，给予了我很大的信心：我完全有能力利用自己所学的知识和技能去完成我并不熟悉的任务。从这次设计中所学到的许多东西，是以前从书本上所学不到的。设计过程中所培养的实事求是、严谨认真的工作作风，将成为我以后工作的行为准则。再一次对两位指导老师表示衷心的感谢！鸣 谢在本次设计中得到了张世亮和施汉基二位老师悉心指导，在此表示衷心的感谢。 参考文献1、 雷天觉新编液压工程手册机械工业出版社，1999，122、 机械设计手册编写组机械设计手册(1-5册)机械工业出版社，19983、 机械制图手册编写组机械制图手册机械工业出版社，1998，124、 实用机床设计手册机械工业出版社，5、 刘鸿文材料力学(第三版)高等教育出版社，19926、 互换性与技术测量中国计量出版社，20007、 机械设计(第六版)高等教育出版社，19968、 齐占庆机床电气控制技术机械工业出版社，19999、 机床设计手册机械工业出版社，198610、 实用机械电气技术手册机械工业出版社
