煤矿用大口径工程井液压钻机起升系统设计研究

发布时间：2017-09-22 14:46

  本文关键词：煤矿用大口径工程井液压钻机起升系统设计研究

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【摘要】：近年来,瓦斯的治理与利用,对严重危及煤矿安全生产的瓦斯进行先期处置,已成为全国工业安全工作的重中之重。但是,与此相对应的煤矿瓦斯排放井的施工,却面临着诸多问题。最突出的一点是国内目前还没有开发出专门用于大口径瓦斯排放井施工的钻机,现阶段只能采用水文水井钻机和石油钻机勉强施工,存在钻井周期长、钻进效率低、先进的钻井工艺不匹配等问题,严重地制约了该领域工程施工的发展。在专用瓦斯排放井钻机需求日益迫切的情况下,本课题结合现有资源,立足煤矿大口径瓦斯排放井钻机的开发,针对钻机的起升系统进行了相应的设计研究。起升系统是钻机的核心机组之一,对其进行设计研究必将对整套钻机的最终成型起到巨大的推动作用。本研究首先参考国内、外先进的液压钻机起升系统,确定了煤矿用大口径工程井液压钻机起升系统的基本构成——井架、底座、起升液压缸、游动滑轮组。而后从最关键的设备(起升液压缸)入手,在基于降低系统供油流量需求的思想之上,提出了3种复合液缸结构,再以起升速度和供油流量为比较条件,最后通过计算比较、部件校核等方式确定了液缸设计方案。然后,鉴于瓦斯排放井施工工艺的特殊性,本研究对瓦斯排放井钻机所用转盘进行了设计计算,参考石油、煤矿行业钻机转盘结构特点,设计出一只液压驱动的双快速轴转盘。又因井架不再承受大钩载荷,本课题参考石油钻机A型井架结构,根据便于安装、移运的要求,设计出一种两大腿平行、大腿呈空间桁架结构的轻便井架,可地面组装后采用撑杆法进行整体起升。最后,结合煤矿瓦斯排放井施工的实际要求,考虑到钻机底座不需悬挂防喷器这一因素,从而设计了一套单层箱式低位底座,并在其上部设有转盘滑移系统,以保证大孔径钻头顺利通过转台面。
【关键词】：起升系统 液压钻机 瓦斯排放井钻机 液压转盘 复合液缸
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.63
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题来源及研究意义10
• 1.2 煤矿工程井钻井工艺10-13
• 1.2.1 煤矿用大口径工程井钻井现状11
• 1.2.2 新工艺之气动潜孔锤钻进技术11-12
• 1.2.3 新工艺之气举反循环钻进技术12-13
• 1.3 钻机液压起升系统现状13-17
• 1.3.1 液压起升钻机简述13-14
• 1.3.2 典型液压起升系统14-17
• 1.4 国内外大型液压缸现状17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 第二章 系统结构及原理简介19-23
• 2.1 起升系统结构简介19-20
• 2.2 起升系统原理简介20-22
• 2.3 起升系统设计参数22-23
• 第三章 起升液压缸设计研究23-71
• 3.1 起升液压缸设计要求23
• 3.2 设计选材及前期计算23-24
• 3.3 起升液压缸设计分析24-30
• 3.3.1 液压缸a档位分析24-26
• 3.3.2 液压缸b档位分析26-29
• 3.3.3 液压缸c档位分析29-30
• 3.4 起升液压缸参数计算30-38
• 3.4.1 液压缸a参数计算30-33
• 3.4.2 液压缸b参数计算33-36
• 3.4.3 液压缸c参数计算36-38
• 3.5 最优方案的确定方法38-43
• 3.5.1 最优方案的确定方法38-39
• 3.5.2 不同方案的比较原则39-40
• 3.5.3 径向参数的定性分析40-43
• 3.6 设计方案的寻优计算43-59
• 3.6.1 液压缸a最优方案43-46
• 3.6.2 液压缸b最优方案46-51
• 3.6.3 液压缸c最优方案51-59
• 3.7 主要零部件设计校核59-66
• 3.7.1 液压缸a主要零部件设计与校核59-63
• 3.7.2 液压缸b主要零部件设计与校核63-65
• 3.7.3 液压缸c主要零部件设计与校核65-66
• 3.8 最终设计方案的确定66-67
• 3.9 密封与导向设计选型67-71
• 3.9.1 活塞密封67-69
• 3.9.2 活塞导向69
• 3.9.3 活塞杆密封69-70
• 3.9.4 活塞杆防尘70
• 3.9.5 活塞杆导向70-71
• 第四章 游动轭设计计算71-80
• 4.1 游动轭结构简介71
• 4.2 起升钢丝绳选用71-72
• 4.3 滑轮设计计算72-73
• 4.4 滑轮轴的设计73-74
• 4.4.1 滑轮轴结构设计73
• 4.4.2 滑轮轴强度校核73-74
• 4.4.3 滑轮轴刚度校核74
• 4.5 轴承选型计算74-76
• 4.5.1 轴承静载计算74-75
• 4.5.2 轴承寿命计算75-76
• 4.6 横梁设计计算76-79
• 4.6.1 横梁结构设计76-77
• 4.6.2 横梁校核设计77-79
• 4.7 导向轮组设计79-80
• 第五章 液压驱动转盘设计80-94
• 5.1 液压转盘结构选定80-81
• 5.2 液压马达选型计算81-82
• 5.3 转盘齿轮传动设计82-86
• 5.3.1 齿轮设计计算82-84
• 5.3.2 齿轮强度校核84-86
• 5.4 转盘快速轴的设计86-89
• 5.4.1 快速轴结构设计86
• 5.4.2 快速轴强度校核86-89
• 5.5 转盘轴承选型计算89-91
• 5.5.1 快速轴轴承选型计算89-90
• 5.5.2 转盘主轴承选型计算90-91
• 5.6 键连接的设计计算91-93
• 5.6.1 快速轴键连接设计计算91-92
• 5.6.2 大齿轮销连接设计计算92-93
• 5.7 转盘密封结构设计93-94
• 第六章 井架及底座设计94-99
• 6.1 井架基本要求94
• 6.2 井架结构选定94-95
• 6.3 底座基本要求95-96
• 6.4 底座结构选定96-97
• 6.5 转盘移位装置97-99
• 结论99-101
• 参考文献101-105
• 致谢105

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本文编号：901419