第一章 引 言1.1 课题的背景和意义随着油田的开发,油水井管壁结垢、锈皮、结蜡、稠油堆积等情况的难清洗油管逐年增多,修复恢复其性能进行重复使用,已成为原油生产中控制成本、降本增效的一项重要工作.。在旧油管清洗过程中,致密坚硬的垢污、锈皮采用单一的高压水射流清洗时,所需的射流压力大,为降低射流水压力,采用油管钻通机进行预清洗。油管钻通机和高压水射流清洗线配合使用,可大大提高钻通清洗效率以及清洗合格率。钻通机的钻头处采用滑动轴承支撑,提高了除垢的效率。钻通机前进速度可无级变频速,根据实际需要调节钻通机钻头前进速度,可操作性强,钻通机后退速度为全速后退,能提高清洗速率,节约能源支出。钻通机所有的清洗室部分均采用封闭防护式结构,环境清洁,防止清洗时污水溅出。1.2 钻通机的发展状况由于绝大多数注水井回收油管表面垢层的主要成分是CaCO3、CaSO4,并有少量的Fe2O3、BaSO4、SrSO4等成份,致密坚硬。采用单一的高压水射流清洗时,压力必须达到70MPa以上才能清洗干净甚至有些硬厚水垢、锈皮需要150MPa以上的高压水才能清洗干净,在这么高的压力下工作,对操作工人的安全是一个很大的考验。这就要求在对油管进行高压水射流清洗之前进行预清洗,降低射流水的压强,传统的预清洗有中频感应加热预清洗、远红外预热清洗、机械预清洗等几种清洗方法,中频加热预清洗虽然能量集中、速度快,但功效大难于控制,并伴有烟尘污染。机械钻通机清洗具有清洗效率高、环保等优点,得到了广泛的使用。 / 第二章 钻通机的构造、工作过程及应用2.1 钻通机的构造1.钻通小车钻通小车为钻削提供动力,小车采用后驱动,齿轮齿条带动,以保证小车有足够的前进动力。齿轮齿条保证了小车在管诟质异常或管有异物时不会停止前进,增强小车动力。2支撑小车 支撑小车为移动的钻杆旋转支座,保证钻杆工作中的稳定性、及钻杆前后的同轴度、钻头与钻杆定心的准确性,限制钻杆在旋转状态下的跳动,减少油管对钻头的冲击和磨损,延长钻头的使用寿命。3.前、后防喷罩由于排屑的要求需要钻头喷出一定压力的水线,防喷罩保证钻头在进入和钻出管体时钻头喷出的水线不会喷出设备外面。4.加紧装置加紧装置能够使管体自动定心,保证管体与钻杆同心,使钻头进入管体后能够顺利钻削而不会钻削管体,确保在钻削过程中管子不会在钻削力的作用下抖动和后退。如图35支撑小车 支撑小车为移动的钻杆旋转支座,保证钻杆工作中的稳定性、及钻杆前后的同轴度、钻头与钻杆定心的准确性,限制钻杆在旋转状态下的跳动,减少油管对钻头的冲击和磨损,延长钻头的使用寿命。2.2 钻通机的工作过程油管经上料机构从储料管架上料到调整输送线上,将钢管传输到限定位置,由翻料机构翻送至钻通料架,信号开关检测到料架有料信号后,钻通上下料气缸顶起,上料至钻通工位,信号开关检测到钻通线有料信号后,夹紧装置夹紧钢管；防喷罩落下,罩住钢管两端,形成清洗密闭腔；钻通小车电机启动,小车前进,延时后气动球阀打开,开始供2MPa低压水；启动旋转电机,钻杆开始旋转；钻通小车行走至端部,碰到接近开关后全速退回,回退到位后,限位开关检测到,小车行走电机、旋转电机停止,关水阀,防喷罩抬起,夹紧机构松开,下料机构将钢管送至走,钻通工序完成,开始下一循环。2.3 钻通机的应用钻通机是高压水射流与机械联合破岩的技术,具有工艺简单,效率高,成本低等优点。进一步可把高压水射流与机械联合破岩技术应用于深井钻及深穿透射孔中,以提高深井钻井速度和油田开发效益。第三章 运动和动力参数及传动零件的设计计算3.1 主要设计技术指标与参数1.行走机构的减速电动机功率2.2Kw,转速1400r/min,传动比i：43. 小车行走速度：15.2m/min2.钻通机构的减速电动机功率5.5Kw,转速1400r/min,传动比i：9 钻杆转速：312r/min 3.2 运动和动力参数设计计算3.2.1 减速器的选用1钻通机的工作特点：长时间连续工作,因此要求电动机为连续工作制；钻通机一旦遇到较硬的垢质,就需要电机有较大的转矩,以及减速器要有较好的抗冲击能力。鉴于以上原因,选择笼型三相异步电机最为合适。减速器选择摆线针轮行星传动减速器。正确选用电机原则为：在电机能胜任负载要求条件下,最经济、最合理地决定电机功率。决定电机功率时要考虑电机发热允许过载能力和使用性能三个因素。一般问题发热最重要。2电机分类：自然冷却式 风冷式 直接油冷式 间接油冷式。3本课题采用自然冷却式电机：由主要技术参数：输入功率：5.5kW,转速：1400r/min；可以得出,选择YGYS1324电机。3.2.2 运动动力参数计算滚动轴承的传递效率 ,摆线针轮传动的效率为；传动比 i1=9 ；电机转速 n1=1400r/min ；输入功率 W=5.5kw ；则,输入转矩：输出转速：r/min输出转矩:综上所述：功率Pkw转速n 转矩TNm输入5.5140037.5输出4.85155.6297.73.3 摆线针轮行星传动所采用的结构特点它主要由四部分组成：（1） 行星架H,又称转臂,由输入轴10和偏心轮9组成,偏心轮在两个偏心方向互成180度。（2） 行星轮C,即摆线轮6,其轮廓通常为短幅外摆线的侧等距曲线,为使输入轴达到静平衡和提高承载能力,通常采用两个相同的奇数齿摆线轮,装在双偏心套上,两位置错开180度,摆线轮和偏心套之间装有滚动轴承,通常采用无外座圈的滚子轴承,而摆线轮的表面直接作为滚道。（3） 中心轮吧b,由针齿壳3上沿针齿中心圆圆周上分布一组针齿销5组成。（4） 输出机构w,与渐开线少齿差行星齿轮 传动一样,通常采用销轴式输出机构。 图为摆线针轮的结构图：图3.3.3.4 减速器设计3.4.1摆线针轮行星传动减速器一的设计计算功率5.5kw 输入转速n=1400r/min 传动比i=9输出转矩:转幅系数：K1=0.650.9 取K1=0.8 初选针径系数：K2=1.252 取K2=1.7 初选针齿中心圆半径： 取Rz=85mm齿宽b： 取b=12mm偏心距a： 取a=8.5短幅系数K1： 针齿套半径rz： 取rz=14mm针齿销半径rz* 取rz*=10针径系数： 得K2=1.8接触应力h hH转臂轴承径向负荷：Fr 转臂轴承当量动载荷：P 转臂轴承外圈相对转速：n n=|Nx|+|Nv|=1400+1400/9=1555r/min选择单列向心短圆柱滚子轴承D1：D1=0.4_0.5DzDz=2Rz D1=68_85mm选用NUP2306E轴承针齿销支点的跨距L： L=4b=48mm针齿销弯曲应力：f 针齿销的转角：=3.1510-7 Lf/dz=0.0009摆线轮根圆直径Dfc： Dfc=Dz-2a-dz=126mm销轴中心圆直径Ds： Ds=1/2Dfc+D1=99mm间隔环厚度B： B=b1-b=8mm销轴直径ds： 取ds=10mm 外径为14mm摆线轮顶圆直径Dac： Dac=Dz+2a-dz=158mm摆线轮销孔直径d： d=ds+2a+0.15=30.15mm根据数据计算选择XWD8135减速器底座下加15mm后的垫板,增大链轮与小车底板的距离,防止链子与底板摩擦。3.42摆线针轮行星传动减速器二的设计计算功率2.2kw 输入转速n=1400r/min 传动比i=43输出转矩:转幅系数：K1=0.650.9 取K1=0.9 初选针径系数：K2=1.252 取K2=1.6 初选针齿中心圆半径： 取Rz=95mm齿宽b： b=0.10.2rp=0.15X95=14.25mm 取b=14mm偏心距a： Zb=Zc+1=i+1取a=1.9转幅系数K1： 针齿套半径rz： 取rz=8mm针齿销半径rz* 取rz*=5.5mm针径系数： 得K2=1.8接触应力h hH转臂轴承径向负荷：Fr 转臂轴承当量动载荷：P p=XFr=1.0531.06=2599.8N转臂轴承外圈相对转速：n n=|Nx|+|Nv|=1400+1400/9=1432r/min选择单列向心短圆柱滚子轴承D1：D1=0.40.5DzDz=2Rz D1=76_95mm选用NF307E轴承针齿销支点的跨距L： L=4b=56mm针齿销弯曲应力：f 针齿销的转角：=3.1510-7 Lf/dz=0.0076摆线轮根圆直径Dfc： Dfc=Dz-2a-dz=170mm销轴中心圆直径Ds： Ds=1/2Dfc+D1=125mm间隔环厚度B： B=b1-b=8mm销轴直径ds： 取ds=24mm 外径为32mm摆线轮顶圆直径Dac： Dac=Dz+2a-dz=178mm摆线轮销孔直径d： d=ds+2a+0.15=130mm根据数据计算选择XWD8155减速器第四章 链传动、轴、轴承和键的设计计算及校核4.1 链传动的设计4.1.1 链传动一的设计传递功率：P=5.2Kw小链轮转速： 312r/min, 大链轮转速：156r/min传动比：i=2.2小链轮齿数：Z1=29-2i 取15大链轮齿数：Z2=35 取35设计功率：Pd=KaP Ka=1.8Pd=9.36kw单排链条传递功率： Kz=1.34 Kp=1Po=6.99kw链条节距： P=25.4 选择链号16A验算小链轮轴孔直径Dk：Dkdmax=120mm初定中心距ao： ao=P=762-1270mmAomin=381mm取ao=420mm以节距计的初定中心距aop=ao/P=16.5mm链条节数： 取Lp=60链条长度L： 计算中心距ac： ac=382mm实际中心距： a=ac-0.003ac=380.8mm取a=380mm 链条速度V： 作用在轴上的拉力： F=1000P/V=8730N4.1.2 链传动二的设计传递功率：P=2.1Kw链轮1转速： 32.6r/min, 大链轮2转速：32.6r/min传动比：i=1链轮1齿数：Z1Zmin=9 取15链轮2齿数：Z2=15 取15设计功率：Pd=KaP Ka=1.8Pd=3.78kw单排链条传递功率： Kz=1.34 Kp=1Po=2.82kw链条节距： P=31.75 选择链号16