連續(xù)管注入頭動(dòng)載試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)

word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯連續(xù)管注入頭動(dòng)載試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)[摘要]:本文是通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置模擬連續(xù)管注入頭在鉆井時(shí)下放、注入、上提三種工況，測(cè)試相應(yīng)的載荷，并評(píng)價(jià)注入頭的工作性能，提高注入頭的質(zhì)量。主要介紹了連續(xù)管注入頭的幾種加載方式，以及加載裝置的設(shè)計(jì)，特別是鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)，制動(dòng)器設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：注入頭夾持塊加載裝置磁粉制動(dòng)器鏈傳動(dòng)減速器CoiledTubingInjectorHeadDesignDynamicLoadTestLoadingDevice[Bstract]：Thisarticleisbyexperimentalsimulationofcontinuoustubeintotheheadduringdrillingdecentralization,inject,putonthethreeconditions,thecorrespondingloadtestingandperformanceevaluationoftheinjectionhead,improvingthequalityofinjectionhead.Introducesseveralcoiledtubinginjectorheadloading,andloadingdevicedesignedespeciallychaindrivedesign,brakedesign.

Keyword：Injectionheadclampingblockloadingdevicemagneticbrakeschaindrivereducer 1TOC\o"1-3"\h\u7154前言 191262選題背景 3129832.1連續(xù)管注入頭國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 3104772.1.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 3231022.1.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 3204502.2國(guó)內(nèi)外連續(xù)管注入頭發(fā)展趨勢(shì) 4168612.3我國(guó)外連續(xù)管注入頭存在的主要問(wèn)題 5256383方案論述 64624設(shè)計(jì)論述 1250524.1鏈條及鏈輪設(shè)計(jì) 12296794.1.1鏈輪齒數(shù) 13197894.1.2鏈輪轉(zhuǎn)速 13244524.1.3鏈條節(jié)距p 13269754.1.4鏈輪的主要尺寸： 15307194.1.5初定中心距a0p 16159964.1.6鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)L0 16284454.1.7鏈條長(zhǎng)度L 16326064.1.8計(jì)算中心距ac 1673884.1.9實(shí)際中心距a 16316364.1.10有效圓周力 1651294.1.11軸上的力 17241274.1.12潤(rùn)滑方式 1791824.1.13鏈的靜強(qiáng)度計(jì)算 17216264.1.14鏈的壽命 1818504.2液壓缸的設(shè)計(jì) 18296764.2.1液壓缸選型 18263544.2.2液壓缸的安裝及連接尺寸 19191324.2.3液壓缸的計(jì)算 22287344.2.4液壓泵和電動(dòng)機(jī)的選擇 24140274.3提供注入頭鏈傳動(dòng)動(dòng)力的電機(jī)及減速器設(shè)計(jì) 262164.3.1主電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 27165804.3.2與鏈輪軸相連的減速器 293094.4測(cè)功機(jī)及與之配套設(shè)備的設(shè)計(jì) 34286614.4.1測(cè)功機(jī)簡(jiǎn)介 34167504.4.2測(cè)功機(jī)的選型 36107634.4.3減速器設(shè)計(jì) 37303454.5磁粉制動(dòng)器及與之配套設(shè)備的設(shè)計(jì) 38260454.5.1制動(dòng)器的選擇 3889694.5.2磁粉制動(dòng)器結(jié)構(gòu)及工作原理 39285734.5.3磁粉制動(dòng)器的選型 41196874.5.4減速器設(shè)計(jì) 43150205連續(xù)管注入頭加載裝置設(shè)計(jì)結(jié)果分析 45134076總結(jié) 4717004參考文獻(xiàn) 486723致謝 4929303附錄 50word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯前言研究連續(xù)管注入頭的目的是連續(xù)管注入頭是連續(xù)管作業(yè)機(jī)作業(yè)的關(guān)鍵部件，其鏈傳動(dòng)決定了作業(yè)能力。注入頭的作用是實(shí)現(xiàn)連續(xù)管的上提、下放和注入。目前，我國(guó)生產(chǎn)連續(xù)管作業(yè)機(jī)在作業(yè)過(guò)程中都存在打滑、溜管、刮傷連續(xù)管現(xiàn)象。本課題為連續(xù)管注入頭動(dòng)載試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)，用于模擬注入頭在各種工況時(shí)的載荷測(cè)試，評(píng)價(jià)注入頭的工作性能，提高注入頭的質(zhì)量。

研究連續(xù)管注入頭的意義是具有以下優(yōu)勢(shì)a)由于鉆柱是連續(xù)的，不需要接單根，因此鉆井速度快，效率高，起下鉆工作量小，節(jié)省人力，工作環(huán)境好。b)在鉆進(jìn)過(guò)程中不需要停泵接單根，可實(shí)現(xiàn)不問(wèn)斷循環(huán)鉆井作業(yè)，避免因接單根可能引起井噴和卡鉆事故的發(fā)生，具有安全性能好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。c)連續(xù)管沒(méi)有接頭，為實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井創(chuàng)造了有利條件，能夠安全地實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井作業(yè)，有利于保護(hù)油氣層，提高鉆速。d)井場(chǎng)占地面積小，搬遷速度快，特別適合于條件受限制的地面或海上平臺(tái)作業(yè)，不僅能夠減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，同時(shí)有效降低了井場(chǎng)建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用。例如，在加拿大一部鉆深約1200mm(4000英尺)的連續(xù)管鉆機(jī)，其用地面積僅為同規(guī)格常規(guī)鉆機(jī)的30%，其載荷也為常規(guī)鉆機(jī)的30%。e)連續(xù)管鉆機(jī)特別適用于小眼井、老井側(cè)鉆、老井加深等工況鉆井要求。小井眼連續(xù)管鉆井成本與常規(guī)鉆井技術(shù)相比降低1／5，大大降低勘探開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)期可降低勘探鉆井成本1／3以上和降低開(kāi)發(fā)鉆井成本1／Z以上；在老井側(cè)鉆或加深作業(yè)中，其成本僅是常規(guī)鉆機(jī)的4O。f)連續(xù)管可內(nèi)置電纜，改善了信號(hào)的隨鉆傳輸，實(shí)現(xiàn)了完全的隨鉆測(cè)井和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井需要，能夠有效提高井眼質(zhì)量。g)彎曲半徑小。h)沒(méi)有螺紋連接，可實(shí)現(xiàn)高壓。研究的意義在于：目前,連續(xù)油管快速發(fā)展，是一種高效的鉆井方式。但我國(guó)連續(xù)管技術(shù)與裝備研究手段還比較欠缺,特別是缺少一套完整的試驗(yàn)系統(tǒng),如果不改變這種現(xiàn)狀,將會(huì)在一定程度上制約連續(xù)管技術(shù)的發(fā)展,延緩連續(xù)管裝備更新的步伐。為此,開(kāi)發(fā)了連續(xù)管裝備試驗(yàn)系統(tǒng)。該試驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬加載,進(jìn)行恒速變載、變載恒速、變載變速加載,可模擬注入頭的各種作業(yè)工況,為注入頭的研究提供全面的試驗(yàn)支持。本文的研究范圍主要是：連續(xù)管注入頭加載實(shí)驗(yàn)中所需要的一些加載設(shè)備，包括鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算，液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算，減速器設(shè)計(jì)，電機(jī)選型，離合器設(shè)計(jì)，制動(dòng)器設(shè)計(jì)，測(cè)功儀設(shè)計(jì)。

中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的劉壽軍與中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院江漢機(jī)械研究所的李根生共同創(chuàng)作論文《連續(xù)管裝備試驗(yàn)系統(tǒng)研究》，這篇文章中有一部分講到連續(xù)管注入頭的加載裝置。那篇文章講的很精辟，具有指導(dǎo)意義。但文中實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)要求挖一口8m多深的井，成本太高，安全性不高，難以操作，且加載裝置不具體，本人在此基礎(chǔ)上做出改進(jìn)。2選題背景2.1連續(xù)管注入頭國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀連續(xù)油管(CoiledTubing，簡(jiǎn)稱CT)又稱撓性油管或柔性油管，由于其優(yōu)越的性能，能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在解決定向井等特殊工藝井的洗井、沖砂、排液、測(cè)井、壓裂酸化、清蠟解堵、井下打撈和小井眼鉆井等多個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜工藝方面有著非常廣闊的前景。連續(xù)油管設(shè)備(CoiledTubingUnit，CTU)在石油工業(yè)被譽(yù)為“萬(wàn)能作業(yè)設(shè)備”。連續(xù)油管鉆井(CoiledTubingDring，CTD)技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際石油鉆采業(yè)的熱點(diǎn)話題，也是我國(guó)石油制管業(yè)面臨創(chuàng)新的重點(diǎn)課題，也是油田今后技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。連續(xù)油管技術(shù)是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的實(shí)用性技術(shù)，在國(guó)外油田開(kāi)發(fā)中獲得了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)各大油田也相繼引進(jìn)了連續(xù)油管車，并成功地解決了油田生產(chǎn)中的一些特殊的技術(shù)難題，連續(xù)油管鉆井技術(shù)和連續(xù)管壓裂技術(shù)成為近年來(lái)發(fā)展最快的兩項(xiàng)技術(shù)。連續(xù)油管的施工安全、快捷的特點(diǎn)和對(duì)油氣藏特有的保護(hù)作用，是常規(guī)作業(yè)所無(wú)法比擬的。2.1.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外在連續(xù)管裝備上發(fā)展較早，技術(shù)水平較成熟和先進(jìn)。國(guó)外生產(chǎn)連續(xù)管注入頭的公司主要有NOVHydraRig公司、雙S（Stewart&.Stevenson)公司、ASEP公司。lHydraRig公司HydraRig公司是美國(guó)NOV國(guó)民汕井旗下的是生產(chǎn)注入頭的主要廠家之一．全球約75%的注入頭均由該公司生產(chǎn)。從技術(shù)開(kāi)發(fā)水平｜：來(lái)說(shuō).HydraRig公司生產(chǎn)的連續(xù)管設(shè)備~目前市場(chǎng)最為先進(jìn)和性能可靠的設(shè)備。近幾年眩公司注人頭從zoo系列經(jīng)過(guò)400系列、500系列更新．現(xiàn)已發(fā)展成最先進(jìn)的600系列注入頭。同時(shí)，HydraRig公司在連續(xù)管設(shè)備的技術(shù)開(kāi)發(fā)中擁有多項(xiàng)專利．是世界t幾個(gè)最大的技術(shù)服務(wù)公司（如斯倫貝謝、町、哈里伯頓等）的指定連續(xù)管設(shè)備供應(yīng)向。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)連續(xù)管裝備都從HydraRig公司引進(jìn)。HydraRig公司目前最新的注入頭有HR-635、HR660、HR-680、HR-5100等型號(hào).~n圖2.其技術(shù)參數(shù)如表1。2雙S公司美國(guó)雙S公司（StewartιSteγenson）也是生產(chǎn)連續(xù)管設(shè)備的廠家之一。主又S公司從1989年起開(kāi)始為浩田提供連續(xù)管設(shè)備，以產(chǎn)品可靠晤用、費(fèi)量輕雨著稱。雙S公司的設(shè)備所具有的拉力租驅(qū)動(dòng)技求使其成為最受歡迎卻連續(xù)管設(shè)備制造離。該公司M系羅Ij注入頭〈如圖3）可以提供業(yè)界最大的拉力zD系列注入頭歸是按照連結(jié)管測(cè)井、鉆井和壓裂件業(yè)的需求需設(shè)計(jì)A的；D系到注入頭擁有特殊設(shè)計(jì)的“浮式”張緊系統(tǒng)．自動(dòng)張緊，可實(shí)J,l!i超低速度，所適用連續(xù)管尺寸從φ25.4mm門(mén)英寸）達(dá)到φ114.3mm(4Yz英寸）?，F(xiàn)S公司最茹D200型注入頭的上提力可達(dá)到907kN(200000躊），下推力可達(dá)到454kNOOO000磅λ該注入頭可滿足連接管鉆井的要求。3ASEP公司荷蘭ASEP公司也是生產(chǎn)注入頭的主要廠商之一。其最新研發(fā)的363kN驅(qū)K-COILQuad-HeadSOH型注入頭〈如圖的體和只有同類產(chǎn)品體朝的1/2左右‘這是因?yàn)樵撟⑷腩^采用困鏈條驅(qū)動(dòng)式設(shè)計(jì)能增大注入頭提升力并大幅降低注入頭夾痕對(duì)連續(xù)營(yíng)的傷害。還有些公司在注入頭的設(shè)計(jì)研發(fā)上各具特色。如如拿大Dreco公司生產(chǎn)的注入頭采用單翠牽引提條，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、更換卡瓦方便等佳點(diǎn)；美國(guó)BakerHug七es公司開(kāi)發(fā)前人工智能注入頭能有效減少連結(jié)管受彎曲變形和交變瘦勞作用，使連續(xù)營(yíng)壽命提高70%。2.1.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)引進(jìn)京利用連續(xù)管作業(yè)技術(shù)始于20世紀(jì)70年代。1977年，我國(guó)引進(jìn)了第1臺(tái)Bowen公司生產(chǎn)連續(xù)管作業(yè)撓。受引進(jìn)成本和自外關(guān)鍵技術(shù)封瑣的制約。國(guó)內(nèi)連續(xù)營(yíng)的應(yīng)用局限在沖砂洗井、鉆橋塞、氣舉持接、注液氮、清結(jié)、擠酸和配合測(cè)試等常規(guī)作業(yè)，并且存在設(shè)備老化、設(shè)備不配套、設(shè)備使用率提、施工費(fèi)用高等缺點(diǎn)「G氣為百破國(guó)外對(duì)連續(xù)管設(shè)備的技術(shù)壟斷，國(guó)內(nèi)公司主要采取技術(shù)引進(jìn)布自主研發(fā)相結(jié)合的方式，進(jìn)行連結(jié)管作韭設(shè)備的磚發(fā)工作．并取得了一定成果。代表公司主要有：中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院江漢機(jī)械研究所（簡(jiǎn)稱江漢機(jī)械研究所〉、中石化江漢石油管理局第四石油就械廠、遼河石油裝備制造總公司及婦臺(tái)杰瑞石油裝備技術(shù)有~＆公司等．研發(fā)的注入頭主要技術(shù)參數(shù)如表20。近幾年，由于連結(jié)管鉆井呈現(xiàn)出越來(lái)越境顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，自內(nèi)對(duì)連續(xù)管鉆井裝備與技術(shù)的關(guān)注度日益增加。四川宏華石撞設(shè)備有限公司是國(guó)內(nèi)在連結(jié)管鉆井裝備萌發(fā)上開(kāi)展較深入、技術(shù)水平較高前公司之一。該公司已經(jīng)研制出了ZJ30/1350CT型復(fù)合連續(xù)管鉆撓和ZRT540型注入頭，如圖5該注入頭自2臺(tái)赫梧隆接壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有就接減速箱，前化了注入頭結(jié)構(gòu)，提高了作業(yè)效率。注入頭最大提升載荷為544kN020000磅），最大注入載高為272kN(60000磅），最大起下速度為48m/min(157英尺／min），適用連續(xù)管尺寸為φ50.8億人φ60.33(2%）、φ73c2;co、φ88.9(3~）mm（英寸）。目前夜連結(jié)管鉆機(jī)己完成鉆井工藝試娃，還未進(jìn)行商業(yè)推廣應(yīng)用。2.2國(guó)內(nèi)外連續(xù)管注入頭發(fā)展趨勢(shì)1)由于大直徑連續(xù)管鉆井能力強(qiáng)．房需要的循環(huán)泵壓低，這有利于獲得更快的機(jī)攘鉆速和更好的清巖效果。目前，φ88.9mm(3Yz英寸）連續(xù)管已成為連續(xù)管鉆機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)E置［8]0因此能夠容納。88.9mm(3)1'英寸）連續(xù)管的注入頭成為了行業(yè)內(nèi)的主流發(fā)展趨勢(shì)。且隨著連續(xù)管外徑的不新增大和長(zhǎng)度的不斷增加，對(duì)注入頭提升能力的要求也越來(lái)越高。2)世界鉆井裝備與技術(shù)正朝著信怠化、智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，連續(xù)營(yíng)鉆井裝備的發(fā)展趨勢(shì)也應(yīng)與此梧符。因此，為使連續(xù)管鉆機(jī)更易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，對(duì)注入頭配套裝備采用交流變頻驅(qū)動(dòng)和PLC控制技術(shù)也成為主要發(fā)展方向。2.3我國(guó)外連續(xù)管注入頭存在的主要問(wèn)題連續(xù)油管下入井中時(shí),需注入力的作用。如果注入頭對(duì)連續(xù)油管夾持不緊,則造成連續(xù)油管打滑,不能順利完成注入作業(yè);反之,如果夾持過(guò)緊,又容易造成管體表面咬傷。現(xiàn)場(chǎng)也發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分連續(xù)油管的表面有咬傷痕跡。國(guó)內(nèi)研制的連續(xù)管注入頭工作能力與國(guó)外相比存在較大差距，適用連續(xù)管尺寸范圍較窄.且主要應(yīng)用于連續(xù)管作業(yè)領(lǐng)域，對(duì)適用于鉆井工況下的注入頭研發(fā)力度不夠，與國(guó)外大公司梧比缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)生產(chǎn)連續(xù)管作業(yè)機(jī)在作業(yè)過(guò)程中都存在打滑、溜管、刮傷連續(xù)管現(xiàn)象。而且與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，連續(xù)油管鉆井雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于其尚處于發(fā)展的初級(jí)階段，遠(yuǎn)未成熟，因此也有一些局限性：(1)我國(guó)生產(chǎn)連續(xù)管作業(yè)機(jī)在作業(yè)過(guò)程中都存在打滑、溜管、刮傷連續(xù)管現(xiàn)象。(2）用連續(xù)油管鉆井之前，通常需要借助常規(guī)鉆井或修井機(jī)作好鉆前準(zhǔn)備工作，如起出油管和封隔器等。(3）盡管連續(xù)油管可以用來(lái)下入較短的襯管，但如果要下入較長(zhǎng)的套管柱或尾管柱則市要借助常規(guī)鉆機(jī)或修井機(jī)才能完成。因此，目前的連續(xù)油管作業(yè)裝置還不能完成從開(kāi)鉆到完井的所有作業(yè)。(4）因連續(xù)油管不能像常規(guī)鉆桿那樣旋轉(zhuǎn)，無(wú)法攪動(dòng)可能形成的巖屑床，增大了卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。(5）連續(xù)油管內(nèi)徑較小，泥漿在管內(nèi)摩擦壓耗太高，限制了泥漿排量。(6）鉆壓、轉(zhuǎn)矩、水力參數(shù)和井底鉆具組合受到限制。(7）連續(xù)油管使用壽命較短。3方案論述連續(xù)管注入頭作業(yè)時(shí)，作用在鏈條上的軸向力包括懸垂連續(xù)油管的自身重力、防噴器膠心與連續(xù)油管間作用的摩擦力、連續(xù)油管運(yùn)動(dòng)伴生的動(dòng)載荷、連續(xù)油管上因井內(nèi)壓力而形成的上頂力和連續(xù)油管運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力。連續(xù)油管的軸向力在下入的過(guò)程中，隨著井內(nèi)連續(xù)油管的深度不斷變化而變化。通常在連續(xù)油管下部加裝一個(gè)單向閥來(lái)防止井下壓力通過(guò)連續(xù)油管傳遞到地面，因此油井內(nèi)的上頂力間接作用在連續(xù)油管底部。在下入和起升時(shí)考慮到連續(xù)油管動(dòng)載荷較小因而忽略不計(jì)、可近似為勻速直線運(yùn)動(dòng)。注入頭工作時(shí)，連續(xù)油管下入深度為L(zhǎng)，連續(xù)油管外徑的橫截面積乘以井深L處的液體壓強(qiáng)即為連續(xù)油管在井內(nèi)的上頂力。則此時(shí)連續(xù)油管的軸向力為連續(xù)油管受到的井內(nèi)上頂力為上式中第一項(xiàng)，連續(xù)油管自身重力為第二項(xiàng)，連續(xù)油管產(chǎn)生的摩擦力包括防噴器膠心與連續(xù)油管間的摩擦力及井壁和井液與連續(xù)油管間相互作用的摩擦力為第三項(xiàng)。下入連續(xù)油管時(shí)為正，起出時(shí)為負(fù)。第三項(xiàng)Fm與井眼狀況和井液性質(zhì)有關(guān)，很難得到精確的計(jì)算值，因此取Fm近似等于連續(xù)油管在井中受到的浮力，有以上公式可得到連續(xù)油管在下入和起出的過(guò)程中的軸向力。下入連續(xù)油管時(shí)的軸向力為起出連續(xù)油管時(shí)的軸向力為由于pg/py>7，綜上注入頭下入連續(xù)油管時(shí)需克服的最大軸向力為注入頭起升連續(xù)油管時(shí)需要克服的最大軸向力為：Fxmax—下入連續(xù)油管時(shí)的最大軸向力，N；Fsmax—起升連續(xù)油管時(shí)的最大軸向力，N；Lmax—連續(xù)油管可下入的最大井深，m。通過(guò)以上公式，發(fā)現(xiàn)，軸向力與油管下入深度有關(guān)系，而通過(guò)加載改變夾持塊與連續(xù)管之間的壓力，就可以改變軸向力，從而模擬連續(xù)管的下放/注入、上提三種作業(yè)狀況。現(xiàn)設(shè)計(jì)兩套方案實(shí)現(xiàn)模擬加載。方案一如圖：將15塊夾持塊連在一起，再在夾持塊的后面放一塊鋼板，將液壓缸的壓力施加在鋼板上，鋼板通過(guò)夾持塊施加到連續(xù)管上。此方案簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)驗(yàn)成本低，且可以模擬連續(xù)管的提升，注入，但不能模擬下放。下面看方案二。方案二的加載裝置類似于注入頭，但有四個(gè)大液壓缸實(shí)現(xiàn)徑向加載。此方案可以模擬連續(xù)管的上提、下放、注入三種工況，能有效控制注入頭的運(yùn)動(dòng)速度，載荷。完全滿足實(shí)驗(yàn)要求。經(jīng)過(guò)以上比較，選擇方案二?，F(xiàn)具體對(duì)方案二進(jìn)行介紹和設(shè)計(jì)。1設(shè)備介紹此方案中包含設(shè)備有，兩臺(tái)型號(hào)為Y315M1-8的標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，有兩臺(tái)型號(hào)為ZSY-315-50-1的三級(jí)圓柱減速器，四臺(tái)液壓缸，有一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)減速器，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)減速器，電磁離合器，一臺(tái)電磁渦流測(cè)功儀，分動(dòng)箱，增速器，磁粉制動(dòng)器。2鏈傳動(dòng)部分鏈傳動(dòng)部分類似于注入頭的鏈傳動(dòng)部分，有兩根鏈條，每一根鏈條有兩排分布于夾持塊的兩側(cè)。分別由下面的兩個(gè)鏈輪驅(qū)動(dòng)鏈條的運(yùn)動(dòng)。3動(dòng)力部分——電機(jī)的介紹在加轉(zhuǎn)裝置下面的兩個(gè)鏈輪軸上分別安裝一臺(tái)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于轉(zhuǎn)速限制，電機(jī)通過(guò)減速器，減速后，將動(dòng)力傳遞到鏈輪軸。4數(shù)據(jù)采集部分——測(cè)功機(jī)測(cè)功機(jī)是一個(gè)用來(lái)測(cè)試鏈輪軸的功率，在本裝置中起到數(shù)據(jù)采集功能。5控制及制動(dòng)部分——磁粉制動(dòng)器 由于實(shí)驗(yàn)中設(shè)備可能存在故障，為了保障人員及設(shè)備的安全，使用磁粉制動(dòng)器用于緊急制動(dòng)。6加載裝置——液壓缸 加載裝置選擇液壓缸，但由于所加載的力很大，如果不加緩沖裝置的話，可能使局部壓強(qiáng)過(guò)大，壓壞連續(xù)管、夾持塊，采用緩沖裝置的話，可以減小壓強(qiáng)，且使受力相對(duì)均勻。7外殼由于有鏈輪，且環(huán)境惡劣，為了保護(hù)鏈輪，在鏈輪外面設(shè)計(jì)一個(gè)外殼，將鏈輪部分集成到一個(gè)機(jī)箱里，實(shí)現(xiàn)模塊化。4設(shè)計(jì)論述此部分分為鏈條及鏈輪設(shè)計(jì)液壓缸及配套設(shè)備設(shè)計(jì)電機(jī)及與之配套的減速器設(shè)計(jì)測(cè)功機(jī)及與之配套設(shè)備的設(shè)計(jì)磁粉制動(dòng)器及與之配套設(shè)備的設(shè)計(jì)4.1鏈條及鏈輪設(shè)計(jì)已知參數(shù)鏈傳動(dòng)速度：鏈傳動(dòng)拉力：F=380kN傳遞功率：p=105.6kW中心距：圖4-1注入頭鏈傳動(dòng)示意簡(jiǎn)圖1-連續(xù)管2-滾子鏈3-主動(dòng)輪4-夾持塊5-張緊輪6-從動(dòng)輪7-夾緊裝置4.1.1鏈輪齒數(shù)在條件允許的情況下，盡量減小結(jié)構(gòu)尺寸，齒數(shù)太少，兩軸間距減小，液壓馬達(dá)將無(wú)法安裝，取上下鏈輪大小一致，上鏈輪齒數(shù)z=z1＝17，下鏈輪齒數(shù)z=z2＝174.1.2鏈輪轉(zhuǎn)速n=20*(20/60)/π/0.4147m/min=15.3rpm4.1.3鏈條節(jié)距p鏈條傳遞功率式中－鏈條載荷υ－鏈條速度（m/s）；P=F*V=380*0.33/1.25=101.232KW之所以除以1.25，是因?yàn)樽⑷腩^正常工作時(shí)，不需要同時(shí)達(dá)到力最大和速度最大一側(cè)鏈條傳遞功率p1=p/2=50.6kw，由于一個(gè)軸帶動(dòng)2條鏈條，以此計(jì)算單排鏈的計(jì)算功率：根據(jù)鏈傳動(dòng)的工作情況，主動(dòng)鏈輪的齒數(shù)和鏈條的排數(shù)，將鏈傳動(dòng)所傳遞的功率修正為當(dāng)量單排鏈的計(jì)算功率。式中： －工況系數(shù)，選擇傳動(dòng)平穩(wěn)、輕微沖擊工況，取=1.1－主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查表得=1.55－多排鏈系數(shù)，雙排鏈時(shí)=1.7P－傳遞功率計(jì)算得：Pca=kA*KZ/KP*P1=1.1*1.55/1.7*50.6=50.7KW修正功率Pca’=Pca*kA*k2K2=(19/Z1)^1.08=1.13算出Pca’=63kw由修正功率＝63kw，查表選節(jié)距p為48A即p＝76.2mm。參數(shù)如下：鏈號(hào)48A節(jié)距p=76.2mm滾子直徑d1max=47.63mm

內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1min=47.35mm銷軸直徑d2max=23.81mm內(nèi)鏈板高度h2max=72.39mm

排距pt=87.83mm單排抗拉載荷min=500.4kN雙排抗拉載荷min=1000.8KN

每米質(zhì)量為22.60kg/m4.1.4鏈輪的主要尺寸：分度圓直徑d=p/sin(1800/z)=414.695mm≈414.70mm齒頂圓直徑damax=d+1.25p-d1=414.695+1.25*76.2-47.62=462.315mmdamin=d+p(1-1.6/z)-d1=414.695+76.2*(1-1.6/1.7)-47.63=436.093mm取中間值：da=(damax+damin)/2=449.204mm≈450mm齒根圓直徑df=d-d1=414.695-47.63=367.065mm式中d1－滾子外徑48A的滾子鏈d1=47.63mm齒高h(yuǎn)amin=0.5*(p-d1)=0.5*(76.2-47.63)=14.285mmhamax=0.625*p-0.5*d1+0.8*p/z=23.81mm取中間值：ha=(hamin+hamax)/2=19.05mm最大軸凸緣直徑dg=pcot(1800/z)-1.04*h2-0.76=331.59mm鏈輪齒寬B=0.93*b1=44.04mm齒側(cè)倒角ba=0.13*p=1.021mm齒側(cè)半徑rx=p=76.2mm齒全寬bfn=(n-1)*pt+bn=131.87mm4.1.5初定中心距a0p初定鏈輪中心距a0＝30p=30*76.2=2286mm4.1.6鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)L0LP=2ao/p+(z1+z2)/2+((z1-z2)/2π)^2*p/a0=60+17=77LP取偶數(shù)，且有張緊裝置，適當(dāng)加大LP=804.1.7鏈條長(zhǎng)度LL=LP*P/1000=80*76.2/1000=6.096m則兩根雙排鏈鏈條長(zhǎng)度為12.192m。4.1.8計(jì)算中心距ac

ac=p/2*(Lp-z)=2400.3mm4.1.9實(shí)際中心距aac=ac-0.003*ac=2393.1mm4.1.10有效圓周力F=1000*P/V=228.6KN4.1.11軸上的力FQ=1.05*KA*F=264.0KN4.1.12潤(rùn)滑方式鏈條速度為0.33m/s,齒數(shù)為17，查表可得\滴油潤(rùn)滑4.1.13鏈的靜強(qiáng)度計(jì)算在低速重載荷傳動(dòng)中，鏈條的靜強(qiáng)度占有主要地位。根據(jù)鏈輪設(shè)計(jì)，選擇48A鏈條式中：n－靜強(qiáng)度安全系數(shù)；Q－鏈條極限拉伸載荷（N）；KA－工況系數(shù)；F－有效拉力Fc－離心力引起的拉力Ff－懸垂拉力[n]－許用安全系數(shù)查表可得：Q＝1000kN；KA＝1.1有效拉力：F=1000*P/V=228.6KN離心力引起的拉力：=2.5N式中q－鏈條每米質(zhì)量（kg/m），查表得p=76.2.5mm的鏈條q=22.6kg/m；v－鏈速（m/s）；Ff＝22.60×2.3931×9.8＝733N將數(shù)值帶入式中得： n1=1000*1000/(1.1*228600+2.5+733)=3.9>[n]鏈輪轉(zhuǎn)速較低，取[n]=3則n≥[n]選48A的鏈條符合設(shè)計(jì)要求。4.1.14鏈的壽命由于設(shè)計(jì)中沒(méi)出現(xiàn)超載等現(xiàn)象，所以壽命為15000小時(shí)。4.2液壓缸的設(shè)計(jì)CT與摩擦塊之間靜摩擦因數(shù)與CT的初始曲度有一定關(guān)系；當(dāng)摩擦塊與CT之間磨損量加大，管－塊之間配合改變，各試件實(shí)測(cè)靜摩擦因數(shù)呈下降趨勢(shì)，最終趨于恒定，保持在0.5以上。(ct與摩擦塊靜摩擦因數(shù)測(cè)定試驗(yàn)研究)4.2.1液壓缸選型本次實(shí)驗(yàn)要求的力為380/1.2/0.5=633KN工程液壓缸標(biāo)準(zhǔn)系列常見(jiàn)液壓缸參數(shù)如下：為了使受力對(duì)稱，選四臺(tái)液壓缸。為了安全起見(jiàn)，選D=125mm的液壓缸。速度要求不高，就選擇速比ψ=1.33.活塞桿直徑d=63mm,工作壓力16MPa,推力為196.35KN,拉力為146.47KN，最大行程4000mm，液壓缸的外伸速度為3m/min.缸蓋為法蘭連接式液壓缸安裝連接尺寸，法蘭連接式液壓缸的型號(hào)為：HSGF-1.98-A-E-Ec。4.2.2液壓缸的安裝及連接尺寸其安裝及連接尺寸見(jiàn)表22.6-78。表22.6-78HSGF型液壓缸安裝及連接尺寸選取參數(shù)是125152185505582455+s60x60M33x2M52×2*-65本次選擇125152506060M52x2*6078452+sM27x220185125260422+s301752102402218010xφ18XV+<250+sXV+>335WA+<285+sWA+>31555選取參數(shù)為以下的這組125185260280+s30175210240223810xφ18>195<140+s>175<180+s554.2.3液壓缸的計(jì)算液壓缸的輸出力推力：F1=pA1x106拉力：F2=pA2x106其中;p--工作壓力，為16MPaA1一活塞的作用面積(m2)A1=π/4*D2A1一液壓缸有桿腔作用面積(m2)A2=π/4*(D2-d2)D一活塞直徑（m)d一活塞桿直徑（m)F1一液壓缸推力（N)F2一液壓缸拉力（N)算出F1=196KNF2=146KN單桿活塞式液壓缸速度為外伸：v1=60*qv/A1縮入:v2=60*qv/A2其中v1一活塞的外伸速度（m?min-1)v2一活塞的縮入速度（m·min-1)qv一進(jìn)入（或流出）液壓缸的流量（m3.s-1)A1一活塞的作用面積(m2)A1一液壓缸有桿腔作用面積(m2)D一活塞直徑（m)d一活塞桿直徑（m)算出v1=3m/min(定義外伸速度為3m/min,算出qv=6.14×10-4m3.s-1)v2=4m/min液壓缸的作用時(shí)間t為t=V/qv=As/qv其中t一液壓缸的作用時(shí)間（s)t1（活寨桿伸出時(shí)）t2（活塞桿縮入時(shí)）V一液壓缸的容積（m3)A一液壓缸的作用面積（m2)A=π/4*D2（活寨桿伸出時(shí)）A=π/4*(D2-d2)（活塞桿縮入時(shí)）s一液壓缸行程（m）（s=2.0m）D一活塞直徑（m)d一活塞桿直徑（m)算出t1=40st2=30s液壓缸的儲(chǔ)油量V為V=As其中v－液壓缸的儲(chǔ)油量（m3)A一液壓缸的作用面積（m2)A=π/4*D2s一液壓缸的行程（m)D一活塞直徑（m)算出v=0.0245m3液壓缸的輸出功率P為P=Fv其中P－被壓缸的輸出功率（W)P1為外伸功率p2為內(nèi)縮功率F一液壓缸的輸出力（N)v－液壓缸的輸出速度（m·s-1)算出p=max{p1,p2}=max{196*/60kw,146*4/60kw}=max{9.8kw,9.73kw}=9.8kw即p=9.8kw4.2.4液壓泵和電動(dòng)機(jī)的選擇由于液壓缸需要油液。液壓泵，輸送油液，電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力。1前面選擇液壓系統(tǒng)的壓力為16MPa,因此根據(jù)機(jī)械手冊(cè)計(jì)算泵的額定壓力Pb=（1.25～1.6）P=（1.25～1.6）×16Mpa=20～25.6MPa因此泵的額定壓力可取為Pb=25MPa2系統(tǒng)流量的計(jì)算液壓缸工作時(shí)所需流量為Q=qv=6.1359*10-4m3/s=36.8(L/min)Q系=KQ=1.2×36.8=44.2L/min3泵的選擇先取電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min則要求泵的幾何流量為qB==44.2/1500=29.5ml/r根據(jù)相關(guān)參數(shù)，可選擇最便宜的外嚙合齒輪泵。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用泵的型號(hào)為CBZ2泵。4電動(dòng)機(jī)的選擇電機(jī)功率為P=9.8/η=9.8/0.94=10.4KW轉(zhuǎn)速為1500r/min,選取Y2-160M-44.3提供注入頭鏈傳動(dòng)動(dòng)力的電機(jī)及減速器設(shè)計(jì)由于電機(jī)速度與鏈輪速度不一致，需要減速。4.3.1主電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)兩個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的功率為p電=p/2=50.6kw電機(jī)滿足功率，380v電壓，750rpm，負(fù)載為短時(shí)間工作滿足此要求的標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)有可以選用的電機(jī)為Y315M1-8電機(jī)參數(shù)（均指滿載）如下：功率為75kw轉(zhuǎn)速為740rpm電流150A

效率為92.5%功率因數(shù)為0.82質(zhì)量為1100kg

75*0.82=61.5>50.6.符合要求。電機(jī)安裝尺寸及外形尺寸如下相關(guān)參數(shù)如下L=1340mmHD=865mmAD=576mmAC=645mmAB=744mmc=216mm

B=457mmA=508mmH=mmK=28mmE=170mmG=71mm

F=22mmD=80*m6凸緣號(hào)為FF600AA=120mmBB=616mm4.3.2與鏈輪軸相連的減速器減速器要滿足的要求：傳動(dòng)比i=740/15.3=48≈50輸入轉(zhuǎn)速等于電機(jī)轉(zhuǎn)速r=740rpm≈750rpmP1≥Sa*Ka*p電=75*0.8*1.1=66kw根據(jù)以上要求選擇圓柱齒輪減速器三級(jí)減速1選取減速器有兩種形式：分流式下圖是圓柱齒輪減速器三級(jí)減速I=28-315特點(diǎn)：與展開(kāi)式相比，齒輪與軸承對(duì)稱布置．因此載荷沿齒寬分布均勻．軸承受載也平均分配．中間軸危險(xiǎn)截面的轉(zhuǎn)矩相當(dāng)于輸所傳遞轉(zhuǎn)矩之半圖a高速級(jí)采用人字齒，低速級(jí)可制成人字齒或直齒。紡構(gòu)校復(fù)雜，用于變載街場(chǎng)合圖b高速級(jí)采用人字齒，低速級(jí)采用兩對(duì)斜齒，但轉(zhuǎn)矩較大的低速級(jí)其載荷分布不如圖a的均勻。因此不宜在變載荷下工作。使用不多2展開(kāi)式是三級(jí)減速器中最簡(jiǎn)單的－種.齒輪相對(duì)于軸承位置不對(duì)稱，當(dāng)軸產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，載荷在齒寬上分布不均勻，因此，軸應(yīng)設(shè)計(jì)得具有較大的剛度．并盡量使高速級(jí)齒輪遠(yuǎn)離輸入端。高速級(jí)可制成斜齒，低速級(jí)可制成直齒。相對(duì)于分流式來(lái)講，用于載荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合調(diào)質(zhì)齒輪輪i=28-315淬硬齒輪i=28–180較好i=22.5~100根據(jù)兩者比較，選擇展開(kāi)式，可選的標(biāo)準(zhǔn)減速器如下圖：根據(jù)以上三個(gè)參數(shù)，選便宜的標(biāo)準(zhǔn)減速器：可選ZSY-315-50-I2減速器安裝尺寸及裝配形式圖中相關(guān)查表得相關(guān)參數(shù)如下;A=1160mmB=570mmH=749mma=699mmd1=48*m6l1=82mmL1=337mm

b1=14mmt1=51.5mmd2=140*m6l2=200mmb2=36mmt2=148mmc=63mm

m1=960mmm2=320mmm3=490mmn1=40mmn2=40mmn3=218mme1=143mm

e2=189mme3=364mmh=355mmd3=35mmn=8mm質(zhì)量為940kg潤(rùn)滑油為75L3傳動(dòng)比計(jì)算按等強(qiáng)度條件．并獲得校小的外形尺寸和重量時(shí)，傳動(dòng)比分配可按下圖選取傳動(dòng)比在50時(shí)，i1=3.2i2=4i3=50/4/3.2=3.94減速器軸承選擇由于減速器軸向無(wú)載荷：將支座固定，選擇深溝球軸承。類型為00004.4測(cè)功機(jī)及與之配套設(shè)備的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中需要測(cè)試加載在連續(xù)管上的作用力，需要用到測(cè)功儀，用于實(shí)時(shí)測(cè)量作用力。現(xiàn)對(duì)測(cè)功儀進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。而且測(cè)功機(jī)與鏈輪速度不一致，需要用到減速器。4.4.1測(cè)功機(jī)簡(jiǎn)介電渦流測(cè)功機(jī)測(cè)功機(jī)為被測(cè)機(jī)的動(dòng)力輸出提供負(fù)載，吸收被測(cè)機(jī)輸出的機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。根據(jù)作用力矩與反作用力矩大小相等方向相反的原理來(lái)測(cè)量扭矩，因此所測(cè)扭矩可以通過(guò)作用在測(cè)功機(jī)上的旋轉(zhuǎn)力矩（即制動(dòng)器外殼反力矩）來(lái)指示。電力測(cè)功機(jī)利用電機(jī)測(cè)量各種動(dòng)力機(jī)械軸上輸出的轉(zhuǎn)矩，并結(jié)合轉(zhuǎn)速以確定功率的設(shè)備。因?yàn)楸粶y(cè)量的動(dòng)力機(jī)械可能有不同轉(zhuǎn)速，所以用作電力測(cè)功機(jī)的電機(jī)必須是可以平滑調(diào)速的電機(jī)。目前用得較多的是直流測(cè)功機(jī)、交流測(cè)功機(jī)和渦流測(cè)功機(jī)。電渦流測(cè)功機(jī)的原理電渦流測(cè)功機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)部分（感應(yīng)體）、擺動(dòng)部分（電樞和勵(lì)磁部分）、測(cè)力部分和矯正部分組成。感應(yīng)體形狀猶如直齒輪，產(chǎn)生渦流地方在導(dǎo)磁渦流環(huán)的孔壁上。勵(lì)磁繞組通上直流電后，則圍繞勵(lì)磁繞組產(chǎn)生一個(gè)閉合磁通。當(dāng)感應(yīng)體被原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙磁密隨感應(yīng)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，在渦流環(huán)孔壁表面及一定深度范圍內(nèi)將產(chǎn)生渦流電勢(shì)，并產(chǎn)生渦流。該渦流所形成的磁場(chǎng)又與氣隙磁場(chǎng)相互作用，就產(chǎn)生了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩通過(guò)外環(huán)及傳力臂傳至測(cè)力裝置上，由力傳感器將力的大小轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，從而達(dá)到測(cè)轉(zhuǎn)矩的目的。1直流測(cè)功機(jī)由直流電機(jī)、測(cè)力計(jì)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組合而成。直流電機(jī)的定子由獨(dú)立的軸承座支承，它可以在某一角度范圍內(nèi)自由擺動(dòng)。機(jī)殼上帶有測(cè)力臂，它與測(cè)力計(jì)配合，可以檢測(cè)定子所受到的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)直流電機(jī)原理，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩同時(shí)施加于定子和轉(zhuǎn)子。定子所受到的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子所受到的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，所以轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩可以由定子上量測(cè)。運(yùn)行中軸承、電刷和風(fēng)致摩擦等引起的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，會(huì)使定子和轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)矩不完全相等，這給測(cè)量所帶來(lái)的誤差需要加以考慮。直流測(cè)功機(jī)可作為直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，作為被測(cè)動(dòng)力機(jī)械的負(fù)載，以測(cè)量被測(cè)機(jī)械的軸上輸出轉(zhuǎn)矩；也可以作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，拖動(dòng)其他機(jī)械，以測(cè)量其軸上輸入轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩與測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得的轉(zhuǎn)速之積即軸功率。2交流測(cè)功機(jī)通常由一臺(tái)三相交流換向器電動(dòng)機(jī)和測(cè)力計(jì)、測(cè)速發(fā)電機(jī)組合而成。它的測(cè)功原理與直流測(cè)功機(jī)相同。3渦流測(cè)功機(jī)利用渦流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)測(cè)量機(jī)械轉(zhuǎn)矩的裝置。它由電磁滑差離合器（見(jiàn)電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)）、測(cè)力計(jì)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成。被測(cè)動(dòng)力機(jī)械與電磁滑差離合器的輸入軸連接，帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，磁極則被安裝其上的測(cè)力臂掣住,只能在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)一角度,配合測(cè)力計(jì)就可以由此擺動(dòng)角直接讀出電樞與磁極間作用的電磁轉(zhuǎn)矩。略去風(fēng)摩損耗等測(cè)量誤差時(shí)，此電磁轉(zhuǎn)矩就等于被測(cè)動(dòng)力機(jī)械的輸出轉(zhuǎn)矩。渦流測(cè)功機(jī)只能產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不能作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。一般多用于測(cè)量轉(zhuǎn)速上升而轉(zhuǎn)矩下降，或轉(zhuǎn)矩變化而轉(zhuǎn)速基本不變的動(dòng)力機(jī)械。電渦流測(cè)功機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)部分（感應(yīng)體）、擺動(dòng)部分（電樞和勵(lì)磁部分）、測(cè)力部分和矯正部分組成。感應(yīng)體形狀猶如直齒輪，產(chǎn)生渦流地方在導(dǎo)磁渦流環(huán)的孔壁上。勵(lì)磁繞組通上直流電后，則圍繞勵(lì)磁繞組產(chǎn)生一個(gè)閉合磁通。當(dāng)感應(yīng)體被原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙磁密隨感應(yīng)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，在渦流環(huán)孔壁表面及一定深度范圍內(nèi)將產(chǎn)生渦流電勢(shì)，并產(chǎn)生渦流。該渦流所形成的磁場(chǎng)又與氣隙磁場(chǎng)相互作用，就產(chǎn)生了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩通過(guò)外環(huán)及傳力臂傳至測(cè)力裝置上，由力傳感器將力的大小轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，從而達(dá)到測(cè)轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)速測(cè)量采用非接觸式磁電轉(zhuǎn)速傳感器和裝于主軸的60齒牙盤(pán)，將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。組成和原理磁滯測(cè)功機(jī)由帶齒極定子、空心磁滯杯轉(zhuǎn)子、激磁線圈、支架、底板等組成，當(dāng)磁滯測(cè)功機(jī)內(nèi)部線圈通過(guò)電流時(shí)則產(chǎn)生磁力線，并形成磁回路而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，改變勵(lì)磁電流即可改變負(fù)載力矩。適用場(chǎng)合適用于中小力矩而轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)測(cè)試，如起動(dòng)電機(jī)恒力矩帶載起動(dòng)、異步電動(dòng)機(jī)、小功率直流電機(jī)、串激電機(jī)及電動(dòng)工具等，尤其適合于測(cè)試各種電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性曲線.4.4.2測(cè)功機(jī)的選型低速運(yùn)轉(zhuǎn)為主的夾持塊轉(zhuǎn)軸與高速運(yùn)轉(zhuǎn)為主的測(cè)功機(jī)連接起來(lái)的話，就需要增加一個(gè)增速器，幾種參見(jiàn)電磁渦流測(cè)功機(jī)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)就選DW125,其參數(shù)為1225kw，主軸轉(zhuǎn)速為7000rpm。由于轉(zhuǎn)速太高，經(jīng)過(guò)兩次減速。4.4.3減速器設(shè)計(jì)1）ZDY型硬齒面圓柱齒輪減速器i=7.非標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)此次減速，轉(zhuǎn)速n=7000/7=1000rpm2）i=1000/15.3=65≈63選ZSY-355-63-11000/63=15.8≈15.3rpm.符合要求。相關(guān)參數(shù)如下低速級(jí)中心矩a3=355a2=250a1=180A=1280B=600H=870a=785

d1=48*m1l1=82L1=357b1=14t1=51,5d2=170*m2l2=240

L2=530b2=40t2=179c=63m1=1080m2=360m3=520

n1=42.5n2=252.5e1=143e2=188e3=398h=400d3=35

n=8質(zhì)量=1400kg潤(rùn)滑油量115L4.5磁粉制動(dòng)器及與之配套設(shè)備的設(shè)計(jì)由于是重載實(shí)驗(yàn)，可能存在一些危險(xiǎn)，為防止事故的發(fā)生，要加上制動(dòng)裝置。由于鏈輪轉(zhuǎn)速太低，導(dǎo)致扭矩過(guò)大，就需要減速器提高速度，降低扭矩。4.5.1制動(dòng)器的選擇在本實(shí)驗(yàn)所要求的條件下，無(wú)接觸制動(dòng)比較好。常見(jiàn)的有：電磁渦流制動(dòng)器和磁粉制動(dòng)器。比較如下：就電磁渦流制動(dòng)器而言，在激磁電流一定時(shí)，制動(dòng)扭矩隨轉(zhuǎn)速的增加而增大，而鏈輪具有扭矩越大轉(zhuǎn)速越低的特性，雖然通過(guò)改變激磁電流可以調(diào)節(jié)制動(dòng)扭矩，但在鏈輪低速大扭矩工作段，電磁渦流制動(dòng)器不能產(chǎn)生足夠的制動(dòng)扭矩，必須在鏈輪輸出端與制動(dòng)器輸入端之間增加一套加速裝置，增大其制動(dòng)力矩。對(duì)于鉆具制動(dòng)工況（n≈0，扭矩達(dá)最大值）則不能實(shí)現(xiàn)有效加載。磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)扭矩只與激磁電流有關(guān)，而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，激磁電流越大，阻力矩越大，勿需機(jī)械加載裝置，通過(guò)控制激磁電流的大小，能夠產(chǎn)生不同的阻力矩，滿足鏈輪從空載到完全制動(dòng)全工況的性能測(cè)試，一般中小扭矩的測(cè)試，可以滿足要求。綜上所訴，選擇磁粉制動(dòng)器。4.5.2磁粉制動(dòng)器結(jié)構(gòu)及工作原理磁粉離合器是由主動(dòng)轉(zhuǎn)子（輸入端）、從動(dòng)轉(zhuǎn)子（輸出端）、含激磁線圈的磁軛組成，三部分相對(duì)同心裝配，形成了一個(gè)可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的整體，在主動(dòng)轉(zhuǎn)子和從動(dòng)轉(zhuǎn)子之前的環(huán)形空隙（工作腔）內(nèi)填有高導(dǎo)磁性的的合金磁粉。激磁線圈無(wú)電流通過(guò)時(shí)，工作腔中的磁粉呈松散狀態(tài)。在主動(dòng)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的離心力的作用下，磁粉被均勻地甩在主動(dòng)轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁上，主、從動(dòng)轉(zhuǎn)子之間無(wú)力的相互作用，磁粉離合器處于分離的狀態(tài)，沒(méi)有轉(zhuǎn)矩的傳遞。激磁線圈有電流通過(guò)時(shí)，磁軛中產(chǎn)生工作磁通，工作腔中的磁粉沿磁通方向呈鏈狀連接起來(lái)（形成磁粉鏈），磁粉離合器就是靠此時(shí)磁粉與磁粉、磁粉與工作面之間的摩擦力和磁粉鏈之間的抗剪力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，磁粉離合器處于結(jié)合狀態(tài)。（見(jiàn)圖1）切斷電流時(shí)，磁通隨激磁電流的消失而消失，磁粉在重力的作用下又重新處于松散狀態(tài)，并在離心力的作用下，被甩在主動(dòng)轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁上，磁粉離合器又處于分離的狀態(tài)。磁粉制動(dòng)器與磁粉離合器的原理相同，只要磁粉離合器的從動(dòng)轉(zhuǎn)子加以固定，就形成了磁粉制動(dòng)器。（見(jiàn)圖2） 圖1磁粉離合器工作原理圖2磁粉制動(dòng)器工作原理1.工作特性（1）激磁電流與轉(zhuǎn)矩呈線性關(guān)系如圖3所示，傳遞的轉(zhuǎn)矩與激磁電流基本成線性關(guān)系。只要改變激磁電流的大小，便可在較大范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩的大小。一般情況下，在5%～100%的額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，激磁電流與傳遞轉(zhuǎn)矩基本成正比例線性關(guān)系。（2）穩(wěn)定的滑差轉(zhuǎn)矩當(dāng)激磁電流保持不變時(shí)，其傳遞的轉(zhuǎn)矩不受主、從動(dòng)件之間的轉(zhuǎn)速差（滑差轉(zhuǎn)速）影響，如圖4所示。也就是說(shuō)，靜摩擦轉(zhuǎn)矩與動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩?zé)o差別，因此可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩恒定。圖3激磁電流與傳遞扭矩之間的關(guān)系圖4滑差轉(zhuǎn)速與傳遞扭矩之間的關(guān)系滑差轉(zhuǎn)速：磁粉離合器為輸入軸與輸出軸之間的轉(zhuǎn)速差，磁粉制動(dòng)器為輸入軸的轉(zhuǎn)速。4.5.3磁粉制動(dòng)器的選型磁粉制動(dòng)器的低速高扭矩、穩(wěn)定的滑差轉(zhuǎn)矩特性，非常適合本次選型使用。（1）初始條件鏈輪轉(zhuǎn)速n=15.3r/min，需測(cè)注入頭上提力及對(duì)應(yīng)功率：鏈輪扭矩：T=F.RF注入頭最大上提力R鏈輪半徑由功率公式P=F.V/60V=20m/min鏈輪半徑R=0.2074mn=15.3r/minF=380/1.2KN=316.7KN,則制動(dòng)器所需滑差功率為P=105.6KWT=316.7*0.2074=65KN.MT為對(duì)應(yīng)的滾筒輸出轉(zhuǎn)矩。由表可知，所需測(cè)量最大功率為106KW，可憑此選型。（2）若選擇一臺(tái)磁粉制動(dòng)器可以選擇FZ50000（160KW）和FZ30000（132KW），通過(guò)與廠家溝通，得到磁粉制動(dòng)器的相關(guān)報(bào)價(jià)（裸機(jī)）：型號(hào)額定轉(zhuǎn)矩（N.m）額定轉(zhuǎn)速（r/min）滑差功率（KW）價(jià)格（萬(wàn)）FZ1000010000300654.8FZ2000020000300908.8FZ300003000030013214.5FZ500005000025016024從成本考慮，選擇FZ50000和FZ30000，成本較高，不選?？梢钥紤]選擇兩臺(tái)小功率磁粉制動(dòng)器聯(lián)合使用。（3）選擇兩臺(tái)磁粉制動(dòng)器兩臺(tái)合用，分串聯(lián)、并聯(lián)，若是串聯(lián)，兩臺(tái)制動(dòng)器同軸連接，功率疊加，會(huì)出現(xiàn)：①轉(zhuǎn)矩都是通過(guò)一軸傳遞，必須將靠近第一臺(tái)制動(dòng)器的軸徑加粗；②兩臺(tái)制動(dòng)器同軸連接，只能單水冷卻，磁粉制動(dòng)器的效率降低。若是并聯(lián)，則不會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題，只是要多加一臺(tái)齒輪分動(dòng)箱，一軸輸入，兩軸輸出。綜合比較，選擇兩臺(tái)制動(dòng)器并聯(lián)較好。又因?yàn)椴⒙?lián)的兩臺(tái)制動(dòng)器輸入端的轉(zhuǎn)速相同，故而最好是選擇相同規(guī)格的兩臺(tái)制動(dòng)器。則最優(yōu)選擇是兩臺(tái)FZ10000并聯(lián)使用，合用功率是130KW，符合要求。FZ10000，額定轉(zhuǎn)矩10000N.m，額定轉(zhuǎn)速300r/min，滑差功率為65KW.4.5.4減速器設(shè)計(jì)初始值，ro=15.3r/min,P=53KW,初定制動(dòng)器輸入端轉(zhuǎn)速為300r/min，則測(cè)量功率為比53KW時(shí)，只有90KW的磁粉制動(dòng)器工作，工作轉(zhuǎn)矩為：M=9550×p/n=9550*53/300=1687N.M<lO0OON.M由初始轉(zhuǎn)速n=15.3r/min,可得總傳動(dòng)比i=300/15.3=19.6按齒輪接觸面強(qiáng)度相等減速器具有標(biāo)準(zhǔn)中心距系列時(shí)．選用兩級(jí)圓柱齒輪減速器且a2/al=1.58,k