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100kN液压卷扬机的设计0自锁开关

发布时间:2022-07-01 17:40:35

100kN液压卷扬机的设计

100kN液压卷扬机的设计 2011年12月04日 来源: 摘要:介绍了100 kN液压卷扬机的结构、总体设计 及工 作情况。其中对液压卷扬机传动系统的设计做了分析和理论推导,为开发同类产品提供了设计数据。关键词:液压卷扬机;卷筒;传动比卷扬机是钻探施工中升降钻具、套管及处理孔内事故的主要设备之一。液压卷扬机 结构紧凑,传动平稳,调整范围大,操纵简单,易于安装。它即可与钻机配套,又可独立使 用。是一个很值得开发的产品,为此我们进行了100kN液压卷扬机的设计工作 。1 液压卷扬机主要技术参数及结构1.1主要技术参数单绳负荷F=100 kN,单绳速度V=1.2 m/s。1.2 结构(见图1)

图1 液压卷扬机结构示意图1—液压马达;2—水刹车齿轮;3—卷筒;4—传动装置;5—抱闸装置;6 —涨闸装置;7—液压操纵;8—支架

2 液压卷扬机的总体方案设计100 kN液压卷扬机负载较大,这就要求卷扬机的工作运行及制动必须安全可靠,而且传动系 统结构要紧凑,操纵要方便,这就给设计工作带来一定的难度。2.1 结构设计设计卷扬机首先要确定卷筒直径,因为它直接影响卷扬机的结构及转速。如 果卷筒直径大,会使卷扬机的涨、抱闸系统的直径增大,其产生的力矩大大增加;还使卷扬 机的转速下降,达不到设计要求。经计算与结构分析,我们确定钢丝绳直径d=34 mm, 卷筒直径Dz=(12.5~27.3)d=655 mm,卷筒的计算直径D计=757 mm。然后进行抱闸计算及涨闸计算即确定了卷筒的外形结构。2.2 传动设计卷筒直径确定后,可以进行卷扬机的转速计算。由技术参数所知,卷扬机在全载时的线 速度V=1.2 m/s,因此得到卷扬机在全载时的输出转速n卷=30 r/min。这样初估 卷扬机的总功率:N=FV/(102η)=10000×1.2/(102×0.8)=147 kW式中:η卷扬机初估总效率,取0.8。选择A7V250F型斜轴式轴向柱塞变量马达为卷扬机动力液压马达 。该马达技术参数为:排量q=250 mL/r;最高转速n=1400 r/min;最大压力P=3 5 Mpa;最大功率N=204 kW。因此卷扬机传动系统的最大传动比:I=n输入/n输出=1400/30=46.7。要完成这样大的传动比,采用了2级行星齿 轮传动(见图2)。行星齿轮传动体积小,能够满足卷扬机的结构要求,同时 行星齿轮传动效率高,承载能力大,工作平稳,用2级行星齿轮传动增大了传动比。由图2可 求出传动系统的实际传动比I15。

图2 2级行星齿轮传动系统示意图IH13=(ω1-ωH)/(ω3-ωH)=-Z3/Z1

式中:IH13由Z1到Z3的传动比;ωH第一级行星架角速度。IH2′5=(ω2′-ωh)/(ω5-ωh)=-Z5/Z2′式中:IH2′5由Z2′到Z5的传动比;ωh第二级行星架角速度。因为 ωH=0所以 ω2′=-(Z5/Z2)ω5又因为 ω3=ω5所以 (ω1-ωH)/(ω3-ωH)=(ω1-ωH)/(ω5-ωH)=-Z3/Z1故 (ω1-ωH)/(ω5-ωH)=-Z3/Z1这样得到 ω1Z1+ω5Z3=-ωH(Z1+Z3)又因为 ωH=ω2′,则将ω2′=-(Z5/Z2′)ω5代入式中得:ω1/ω5=-(Z1Z5+Z3Z5+Z2′Z3)/(Z1Z2′)经计算I15=37.86,这就是卷扬机的总传动比,它满足了卷扬机转速要求。2.3 液压系统的计算首先计算液压卷扬机在全载情况下马达的实际转速,即:n马=I15n卷=37.86×30=1136r/min由此得到马达的排量:Q=qcn马×10-3/ηV=250×1136×10-3/0.94=302 L/min式中:ηV液压马达的容积效率,取0.94。液压系统的压力:P=60N/Q=60×147/302=29.28 Mpa取液压卷扬机的系统压力为30 Mpa,这样液压马达的实际输出扭矩:M=1.59 Pqηm×10-1    =1.59×300×250×0.94 ×0.1=1121 N.m式中:ηm液压马达的机械效率,取0.94。马达扭矩传递卷筒所产生的力:F=2Mi15η卷.1000/D计=2 ×1121×37.86×0.90×1000/757=100917 N=100.917 kN式中:η卷液压卷扬机的机械效率,取0.90。满足了设计要求。而马达的实际功率:N=PQ/(60ηVηm)=30×302/(60×0.94×0.94)=171kW液压系统的设计满足了卷扬机的工作要求。3 液压卷扬机的几种工况液压卷扬机主要有3种工况(见图3)。3.1 提升钻具当涨闸涨紧卷筒,游星轮不能公转,在中心轮的带动下,游星轮做自转,带动内齿圈使卷筒 旋转,实现提升钻具(见图3a)。3.2 下降钻具当涨闸与抱闸都松开,卷筒处在自由状态,在钻具的自重作用下使卷筒旋转,实现下降钻具 (见图3b)。3.3 制动钻具当抱闸刹住卷筒,卷筒与内齿圈同时被刹住不转,此时游星轮既做自转又做公转,实现制动钻具(见图3c)。

图3 液压卷扬机工况(a)提升钻具状态;(b)下降钻具状态;?制动钻具状态

液压卷扬机可根据工作状况做无级调速,另外还可做到微动升降,这在实际工作中有着特殊意义。

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