液压顶驱减速器开题报告.docx

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液压顶驱减速器开题报告

重庆科技学院

毕业设计（论文）开题报告

题目液压驱动顶驱系统变速箱设计

学院机械与动力工程

专业班级机设普08-1

学生姓名齐帆学号2008440717

指导教师杨毅

2012年月日

开题报告填写要求

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后2周内完成，经指导教师签署意见及系主任审查后生效。

2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇，其它不少于12篇（不包括辞典、手册）。

4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少2000字，其余内容至少1000字。

毕业设计（论文）开题报告

1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析

1.本课题的目的

现有的钻井设备中，全液压顶驱操作、使用简便等特点受到用户的青睐，并成为许多用户的首选。

因此对这种设备，在保证品质的基础上进行优化设计有着重要意义。

所以，我们不难看出本课题的目的在于使钻井设备的机构进一步简化，并且提高钻井效率，在设计过程中学习实践了解工业设计步奏，为以后的学习和工作打基础。

2.本课题的意义

多年来，石油钻井一直是依靠钻机的转盘带动方钻杆和钻具、钻头旋转进行钻井作业的。

近年来，随着钻井装备技术的不断发展，为了更好地满足钻特殊工艺井的需要，20世纪80年代，国外研制出一种将水龙头与马达相结合，在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转，并可沿井架内安放的导轨向下送进的钻井装置，同时配备了钻杆的上、卸丝扣装置，可完成井下钻柱旋转、循环钻井液、钻杆上卸、起下钻、边起下边转动等操作。

因该装置在钻机的游动滑车之下，驱动的位置比原转盘位置要高，所以称之为顶部驱动钻井装置。

顶部驱动钻井装置可接立柱（三根钻杆组成一根立柱）钻进，省去了转盘钻井时接、卸方钻杆的常规操作，节约钻井时间20%～25%，同时，减轻了工人劳动强度，减少了操作者的人身事故。

使用顶部驱动装置钻井时，在起下钻具的同时可循环钻井液、转动钻具，有利钻井中井下复杂情况和事故的处理，对深井、特殊工艺井的钻井施工非常有利。

顶部驱动装置钻井使钻机的钻台面貌为之一新，为今后实现自动化钻井创造了条件。

随着科技的发展，钻井工程的进步，要求提高钻井效率，使钻井更加方便，而设计了全液压驱动顶驱钻井系统。

其中我所设计的减速箱是连接马达和工作机的动力传输机构，为了更好地配合工作机是工作机达到使用要求，而设计减速器。

3.国内外研究现状分析

顶驱的全称为顶部驱动钻井装置TDS（TOPDRIVEDRILLINGSYSTEM），是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功的一种顶部驱动钻井系统。

它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。

该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。

自20世纪80年代初开始研制，现在已发展为最先进的整体顶部驱动钻井装置IDS（INTEGRATEDTOPDRIVEDRILLINGSYSTEM），是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。

顶部驱动装置的出现，使得传统的转盘钻井法发生了变革，诞生了顶部驱动钻井方法。

该方法在1000多台海洋钻机和特殊陆地钻机上的成功使用，得到了使用者和市场的认同。

它的重要意义是促进了海上和陆地钻井技术自动化的进步；其另一个意义则在于：

顶部驱动钻井使用自动化接单根起下钻设备，从而不必要再试制和研究始于20世纪60年代的方钻杆接单根方法。

顶部驱动钻井装置的旋转钻柱和接卸钻杆立根更为有效的方法。

该装置可起下28M立柱，减少了钻井时三分之一的上卸扣操作。

它可以在不影响现有设备的条件下提供比转盘更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使被卡钻杆倒划眼。

作为当前最新的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点。

同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点：

1．节省接单根时间2．倒划眼防止卡钻3．下钻划眼4．人员安全5．设备安全

目前国内外的深井钻机、海洋及浅海石油钻井平台、施工特殊工艺井的钻机大多配备了顶部驱动钻井装置。

1993年，国内开始了顶部驱动装置的研究工作，1996年完成了顶部驱动装置样机的台架试验。

1997年，宝鸡石油机械厂生产出了DQ60D型顶部驱动装置，在塔里木油田钻井队使用后现已批量生产。

截至2004年我国在用的顶部驱动钻井装置大约有150台左右。

顶部驱动钻井装置有以下主要部件和附件构成：

水龙头-钻井马达总成（关键部件之一）；马达支架/导向滑车总成（关键部件之一）；钻杆上卸扣装置总成（关键部件之一，它是体现顶部驱动钻井装置最大优点的设备）；平衡系统；冷却系统；顶部驱动钻井装置控制系统；可选用的附属设备。

其中水龙头-钻井马达总成包括下述主要部件：

钻井马达和制动器（气刹车）；齿轮箱（变速箱）；整体水龙头；平衡器。

顶部驱动钻井装的性能特点：

在钻井过程中可在任意位置提起钻具划眼循环，清洗井眼，有效地避免卡钻等事故发生。

起下钻过程中遇卡或遇阻可迅速使顶驱接上钻具，循环泥浆进行划眼作业。

在下套管时，借助于吊环倾斜机构抓取套管，在上扣时顶驱有扶正作用，可避免乱扣、错扣，大大提高下套管速度。

在憋钻时，可用刹车机构刹住钻具，慢慢释放，防止钻具迅速反弹，以防损坏钻具或脱扣。

在定向钻进中，可用刹车机构刹住顶驱主轴，进行定向造斜。

在井涌、井喷时，在井架内任意高度可迅速关闭内防喷器。

由于不使用转盘，提高了井口操作时的安全性。

借助于倾斜臂和旋转头的作用，井口上卸扣作业和二层台作业的体力劳动强度大大减轻。

在稳斜段钻进时，可随意提动钻具，避免岩屑沉积。

利用立根钻进，可实现连续长筒取芯达27米。

其结构特点：

简便的安装移运性能。

具有较大的卸扣能力。

导轨安装与拆卸检修方便，具有互换性能。

顶驱体可通过过渡环直接与游车连接，减少整个装置的工作高度。

液压控制的旋转头装置，可带动吊环倾斜机构旋转360°，并有级锁紧。

高强度的齿轮减速传动。

钻井和起下钻采用不同的负荷通道，延长主轴承的使用寿命。

背钳采用四点浮动夹持，提高了背钳的夹持能力，减少了对钻具的损伤。

采用液压浮动油缸平衡顶驱主体自重，可在上卸扣作业时保护钻具接头丝扣。

其中减速器是我设计的主要问题。

减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。

减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。

20世纪70－80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。

减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。

其中全液压驱动顶驱主要旋转动力源是液压能，由俩台轴向柱塞马达经齿轮减速箱带动主轴旋转，是液压马达实现无级变速。

而电驱动顶驱则是由电动机直接经齿轮减速箱带动主轴旋转，直流电驱动电源来自电动钻机的AC—SCR系统，交流电驱动调速则利用AC/AC变频技术。

这三种类型都把无级调速特性作为了基本要求。

毕业设计（论文）开题报告

2.本课题的任务、重点内容、实现途径

设计（论文）任务要求：

1．独立收集和分析资料,了解中外变速箱设计要求；2．完成顶驱变速箱性能和尺寸的分析、计算等；3．绘制液压顶驱减速箱总装配图以及重要零件图；4．按规定要求编制设计说明书。

设计（论文）的主要内容：

1．设计的原始参数

①顶驱名义钻井深度4000m。

②最大钩载2250kN。

③转速范围0~180r/min。

④连续钻进扭矩30kN·m；最大卸扣扭矩45kN·m。

⑤背钳夹持范围87~200mm。

2．设计的主要内容

调研查阅资料，确定液压顶驱变速箱的总体布局；根据所给的参数确定出液压顶驱所需要的功率，然后选择合适的液压马达；进行齿轮布局，根据选定马达的最高转速和主轴的转速确定出总的传动比；传动零件的设计计算（包括高速级、低速级的齿轮与轴的设计计算）；轴承的计算和选择。

装配图是表达各零部件结构形状、相互位置与尺寸的图样，也是表达设计人员构思的基本语言。

它是绘制零部件工作图及零部件生产、机器组装、调试、维护的主要依据。

设计装配工作图时，要综合考虑工作条件、强度、刚度、加工、装拆、调整、润滑、维护和经济性等方面的要求，要用合理和足够的视图表达清楚。

装配图设计内容多、复杂，要边画、边算、边改。

减速器装配图设计步骤：

①减速器装配图设计准备

②绘制装配草图：

画出传动零件、箱体内壁线和轴承座孔端面的位置，进行轴的结构设计，校核轴和键的强度，计算轴承的寿命

③进行传动零件和轴承端盖的结构设计，选择轴承的润滑和密封方式

④设计减速器的箱体和附件

⑤检查装配图

⑥画正式装配图

实现途径：

1.先确定电动机选择；2.计算总传动比和分配各级传动比；3.计算传动装置的运动和动力参数；4.减速器箱体外传动零件设计；5.减速器箱体内传动零件设计；6.高速级齿轮传动设计7.低速级齿轮传动设计；8.选择联轴器类型和型号；9.装配图设计；10.轴的设计；11.传动零件的结构设计；12.工作图设计；13.设计计算说明书编写。

通过对顶驱的了解和学习，定下设计步骤，首先根据原始参数计算，查询可用数据，完成顶驱变速箱性能和尺寸的分析、计算。

然后绘制减速箱的总装配图。

创新型产品组负责的产品都是设计初期没有成型技术的，绝大部分的设计生产都是没有图纸可寻，只能是根据技术参数和设计指标来指导设计，那么整个设计过程相对而言都需要自主创新。

传统改型产品是老产品的改型设计，很多时候都能找到老图纸来帮助设计，相对而言用二维开始设计，借用老图，让设计过程变得更加容易。

可通过参考其他减速器图纸设计装配方案，最后用autoCAD进行计算机成图。

最后按规定编写设计说明书。

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3.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法

主要参考文献：

1．陈朝达《顶部驱动钻井系统》[M]石油工业出版社2000；

2．李继志、陈荣振《石油钻采机械概论》[M]，中国石油大学出版社，2005.12,第2版；

3．机械设计手册编委会《机械设计手册》[S]（第5版）；

4．《机械设计基础》

5．顶驱系统规格参数

6．顶部驱动钻井系统详解

7.石油钻采新技术课件

8.公差与配合相关书籍

9.《互换性》相关书籍

10.大港油田集团钻采工艺研究院《国内外钻井与采油设备新技术》中国石化

11.易先忠钟守炎《国外油气科技》1993第4期-维普资讯网

主要绘图工具：

微软Windows7系统，autoCAD绘图软件，caxa绘图软件，word软件，已熟练以上软件操作。

解决办法：

参考文献可从图书馆借阅，在网上搜索相关资料，使用本专业课程书籍，绘图软件可从网络下载使用。

大四下学期实习中，可在工厂中直观地了解顶驱构造。

遇到不能解决的问题，可以向老师求助，或者与同学讨论研究问题的解决方法。

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指导教师意见：

（对本课题的深度、广度及工作量的意见、对设计结果的预测，并明确是否可以开题）

指导教师（签字）

年月日

系审查意见：

系主任（签字）

年月日