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液压钻机设计【全套CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】.doc84页
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1.2 概述 3
1．2．2 钻机整体设计分析 6
1.3 钻机主要用途 6
1.4钻机组成部分 6
1.5、钻机工作原理 8
2 总 体 设 计 9
2.1设 计 总 则 9
2.2 已 知 条 件 9
2.3 马达的选择与计算 9
2.4液压缸 13
2.4.1液压缸已知参数 14
2.4.2液压缸几何参数的计算 14
2.4.3液压缸性能参数的计算 15
3 减速器的设计计算 19
3.1国外减速器现状 19
3.2国内减速器现状 19
各级传动比分配及总传动比 20
3.3.1 总传动比 20
3.3.2 传动比的分配 21
3.3.3 传动系统的运动和动力参数计算 21
3.4传动零件的计算 22
3.4.1 a-b齿轮副设计计算： 22
3.4.2 c-d齿轮副： 28
3.4.3 e-f齿轮副： 34
4 轴的设计及校核计算 45
花键轴的设计计算： 45
空心轴的设计计算 48
轴承的选择与校核计算 52
4.4 键的选择与校核计算 54
4.4.1 轴上键的选择与校核 54
轴系部件的结构设计 55
轴承盖的结构设计 55
4.6 轴外伸处的密封设计 57
套筒的设计 57
4.8 减速器箱体的设计 58
4.9 油面位置及箱座高度的确定 60
5钻机其他部件的设计 60
5.1立柱的设计 60
5.2夹持架的设计： 61
5.3 机架的设计： 62
6 钻机的操作和日常维护 62
6.1 钻空操作： 62
6.2 常见故障分析与处理方法 63
6.3 钻机的维护、保养 65
6.4 井下安装试车 66
下井运输 66
地面试车 67
参考文献 71
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煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。但是目前我国的煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要。因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化。
煤炭工业的机械化是指采掘、支护
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机械毕业设计（论文）-轻型液压浅孔钻机设计【全套图纸】
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法研究---可复制黏贴 优秀毕业论文的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法研究---可复制黏贴 优秀毕业论文 西安石油大学硕士学位论文石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法研究姓名:王沣涛申请学位级别:硕士专业:机械电子工程指导教师:朱小平;职黎光中文摘要论文题目:石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法研究专业:机械电子工程.硕士生:王沣涛(签名)芝泣溘指导教师:朱小平(签名) 荤±幺I J摘要近年来,智能控制理论得到了广泛的研究和应用,其中的神经网络控制更是受到广泛的关注。将智能控制技术用于自动送钻是近年来石油钻井领域的研究热点,也是工程实际中亟待解决的问题。本文尝试将模糊神经网络控制技术应用于自动送钻控制的实验研究中。在石油机械实验室的ZJ32钻机实验台的基础上,进行改进设计,建成了自动送钻实验系统。该实验系统由两个系统组成:一个是加载子系统,另一个是送钻子系统。其中加载子系统用于模拟井下钻压的变化情况,送钻子系统用于模拟自动送钻,其控制规律是核心和重点。本文首次将基于遗传算法的神经网络控制方法分别应用于加载子系统及自动送钻子系统,设计了基于遗传算法的神经网络控制器,(来源：淘豆网[/p-3520371.html])并进行了实验,同时将结果与采用传统的PID控制结果进行了比较。实验的结果表明,对于具有非线性、复杂性的自动送钻系统,将基于遗传算法的模糊神经网络控制方法应用于加载实验和送钻实验是成功的,该实验为探讨自动送钻控制系统更先进、更实用的控制方法奠定了基础,也是对自动送钻控制的深入研究和广泛应用起到了一定的推动作用。关键词: 模糊神经网络控制遗传算法自动送钻钻机论文类型:应用基础Ⅱ英文摘要Inflligent control theory has recently been researched and applied generally andpopularly.Especialy,work control theory has been more attractive in the academicand in the field of engineering.ne application of intelligent control to automatic bit feedsystem is (来源：淘豆网[/p-3520371.html])one of hot subjects in the field of automatic drilling and a problem waiting to besolved asquickly as possible.SO this paper has a try t0apply fuzzy work controltechnology in the experimental study of automation bit feed.On the basis of experimental device in Petroleum Laboratory of Xi’an ShiyouUniversity,ZJ32 Driller Derrick Simulating Device,an automation bit feed system wasbuilt.The system includes two subsystem:loading subsystem and automation b(来源：淘豆网[/p-3520371.html])it feedsubsystem.The former is used to simulate the change of weight on bit and the latter is usedto simulate the control of automation bit feed.The research of control rules is the mostimportant problem and the core of the system.In this paper a fuzzy work basedon ic algorithm is adopted,and the controller is designed for both subsystem.At last,some experiments were made with the fuzzy work based Oil ic algorithmand the traditional PID controller,r(来源：淘豆网[/p-3520371.html])espectively.The results of experiments state that thefuzzy work based ic algorithm is essful for both subsystems witheomplexit),,non—linaerity and uncertainty.11lis will give some basis for advanced controlprojeets for automation bit feed and impel the further reaearch and wider USe.Keywords:Fuzzy work Control,ic Algorithm,Automation BitFeed,Oil Drilling RigThesis: Applieantion FoundationIll学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加(来源：淘豆网[/p-3520371.html])以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。论文作者签名: 至硅瘥 Ft期:趔Z￡:z!学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名:导师签名:多沣滨茎±磊Ft期:塑12:‘:!多日期:橐唑2。!:!口第一章绪论第一章绪论L1题目的来源及意义本课题来源于西安石油大学机械工程学院石油机械实验室石油钻机实验系统改造项目。现代机电一体的钻机,主要由以下几个子系统组成:0)--大工作系统,即起升系统(来源：淘豆网[/p-3520371.html])、旋转系统和循环系统;(2)MCC(电机控制中心)系统;(3)智能仪表系统;(4)智能送钻操作和监测系统。在整个的钻机系统中,起升系统处于最重要的地位,它承担着井底钻压控制(手动控制和自动控制)的重任,同时还肩负着起下钻具和套管串等主要钻井作业任务,因此钻机起升系统的优劣直接影响着整台钻机的性能。在钻井的过程中,最重要的是节约钻井成本。所以,延长钻头的使用寿命就成为钻井控制中的重点。但是钻迸速度和钻头损耗是两个矛盾因素,因此要在二者之间取最优,目前采取的方法主要是恒钻压钻进。采用自动送钻装置可以消除人为控制的缺点,能提高钻井质量和经济效益。自动送钻技术,按控制系统主动传动方式的不同进行分类,可分为:机械式、气动式、液动式、电动式、电磁式、计算机式六类。为了保证在送钻作业出现突变情况时钻井设备的安全,自动送钻装置必须能够可靠地控制钻压。因此,确定正确的控制策略就是自动送钻技术中的一个重要问题,而控制策略的实现是其关键所在。所以对石油钻机钻进过程智能控制系统最优决策与控制方法的研究重点就是对自动送(来源：淘豆网[/p-3520371.html])钻系统(或起升系统)的控制研究。也就是自动送钻策略及自动送钻算法的实现。利用计算机,通过软件编程来实现控制策略,不仅免去了复杂的接口装置,而且由于软件编程的灵活性,可以对各种控制算法进行优选、组合,通过实验选用适宜的控制算法,从而提高控制品质。在自动送钻控制研究中,从经济上和安全上考虑,大部分研究仍处在实验室阶段,主要是进行仿真和模型模拟实验,为自动送钻的现场实验推广应用奠定坚实的基础。所以,从在钻井工程的广阔应用前景来说,进行自动送钻控制技术的实验室研究对钻进过程有其重大的现实意义。本论文旨在找到一种优化的控制算法,以便于钻机钻进过程中的决策与控制,从而提高钻机效率,节约成本。1.2国内外发展现状1.2.1 钻机自动化的发展状况现在,国内外有关控制技术在钻机上的研究及应用主要集中在石油钻机的自动送钻,基于数据仓库的钻井决策系统研究、实时故障诊断、钻机的噪声控制、钻机钻进过程中的稳定性及振动控制等方面。电驱动用于钻机最早开始于20世纪50年代中期,随后逐步完善、成熟。与机械驱西安石油大学硕士学(来源：淘豆网[/p-3520371.html])位论文动相比,电驱动具有调速特性好、经济性能高、可靠性强、故障低、操作更安全、方便、灵活、易于实现自动控制等一系列的优越性。特别是全数字控制系统的出现,使得电驱动控制系统控制性能更完善,可靠性更高,调整及更改功能更加便捷,故障诊断及维修更方便。电驱动可以通过可编程控制器获得很多机械驱动所无法实现的功能,如顺序操作和联锁功能等。国外在1994年已经生产出了全自动化钻机样机。现以研制出自动化、智能化电动钻机,在钻井实践中取得了较好的使用效果。(1)美国自动化钻机: 1996年以来,美国Pool公司所属新奥尔良的实验基地出现了一种具有集中控制钻机顶部驱动回转、绞车升降、钻具自动排放、遥控操作钻井泵、防喷器、节流压井管汇等功能的钻机以及有宽大、舒适、以透明玻璃罩与井场设施隔开的控制室组成的全自动控制钻机。据介绍,该钻机仅由2人坐在控制室的转椅上进行控制操作(一人负责钻机钻井操作,另一人负责钻具排放操作)。因此,使用电脑控制静液传动的转盘、绞车、顶部驱动和钻井泵,实现钻进、升降钻具和排放钻具,使钻机实现(来源：淘豆网[/p-3520371.html])无人或少人(1~3人)操作,预计在本世纪将会得到进一步完善和推广使用。特别是,全自动控制钻机将成为海上石油钻机发展的最终目标。(2)挪威自动化钻机:挪威Temco公司生产的全自动化钻机,采用液压驱动的顶部驱动钻机系统,选用了一种新型钻机结构,可降低钻机成本;采用机器人进行操作,在钻机中采用了许多新材料和智能技术,是钻井作业全自动化。(3)小井眼自动化石油钻机:采用动力水龙头钻井方式,液压大钳、自动卡瓦、水平推放钻杆,由机械手进行移运与排放。该钻机自动化程度较高,接单根时间只需要6s。实际应用中,电驱动钻机比机械驱动钻机具有更好的经济效益。我国电动钻机电气控制系统的研究始于20世纪70年代中期。20世纪80年代末,在借鉴国外先进技术的前提下,生产出我国第一台直流驱动的ZJ45D陆地电动钻机。20世纪90年代后期,在引进国外全数字控制技术的基础上,开始全数字钻机电气控制系统的研究,如采用国外数字直流调速器,将模拟控制直流钻机升级为数字控制直流电动钻机。全数字电控系统是目前电控系统的主流,它是用微机(来源：淘豆网[/p-3520371.html])处理器实现软件控制,具有完善的故障自诊断、运行、显示和保护功能。全数字控制系统各环节的控制参数可实时调整,以满足钻井工艺的新要求和钻井工况的实时变化。近几年将交流变频调速技术应用于石油钻采设备上,生产出全数字交流驱动电动钻机。2002年宝鸡石油机械有限责任公司开发的7000m、5000m、和3000m三种新型交流变频钻机一并通过验收,代表着我国石油钻机发展的最高水平,其采用先进的全数字矢量控制变频系统及高速、大功率宽频交流电动机,完全实现绞车、转盘、钻井泵0,--100%范围内的无级调速智能游车位置控制功能,通过采集主电动机和滚筒编码器数字信号,精确计算游车位置,与绞车控制系统相结合,实现防止上碰下砸功能;在国内首次采用高速齿轮单轴绞车,质量轻;钻机通过电控系统与钻井仪表的一体化设计,电、气、液2第一章绪论的统一控制,实现司钻的智能化控制。从钻井发展历史看,整个钻机控制的发展大致可分为三个阶段,即司钻控制阶段、自动控制阶段、全面最优化自动控制阶段。全面最优化自动化钻井,各种参数在钻井过程均在变化,并保持着最优值钻井,所以具有最好的经济效益。全面最优化自动钻井由参数测量记录显示系统、综合电子计算机中心、自动送钻装置三部分组成。在现代的自动送钻控制研制中,广泛、大量地采用了计算机控制技术,进而进行全面最优化自动控制钻井的研究。在这样的计算机控制系统中,采用什么样的控制方法去实现其控制规律,是研究的核心和重点。所以。对控制理论的研究和应用是进行自动送钻控制技术研究的主要内容之一。1.2.2控制技术的发展控制理论从二十世纪四十年代诞生以来,已经经历了古典控制理论和现代控制理论两个发展阶段。目前,正处在智能控制理论阶段。“智能控制”这个术语早在1967年由Leondes等人提出。1971年,傅京生(King.SunFu)通过对含有拟人控制器的控制系统和自主机器人诸方面的研究,以“智能控制”这个词概念性地强调系统的问题求解和决策能力。他把智能控制(圮)概括为自动控制(AC)和人工智能(,41)的交集,即IC=ACn,41 (1-1)傅京生主要强调人工智能中“仿人”的概念与自动控制的结合。以后,Saridis等人从机器智能的角度出发,对傅京生的二元交集论进行了扩展,引入运筹学并以其作为另一个集合,提出的三元交集的智能控制概念,即1C=ACNORnAl (卜2)式中OR表示为运筹学。智能控制开始成为一个新的学科的标志是1987年在费城举行的第一次国际智能控制会议,许多原来从事自动控制系统或自动控制理论研究的工作者,在进一步探索自动控制与其它领域的交叉发展的关系后,提出了自动控制、人工智能、运畴学相结合或自动控制、人工智能、运畴学和信息论相结合的思想。它不同于经典控制理论和现代控制理论的处理方法,是一门交叉学科,是针对系统的复杂性、非线性、不确定性而提出来的。智能控制研究的主要目标不再是控制对象,而是控制器本身。控制器不再是单一的数学模型解析型,而是数学解析和知识体系结合的广义模型,是多种学科知识的融合。智能控制的特点是系统应体现“智能递增,精度递减”的一般组织结构的基本原理;开、闭环控制结合和定性决策与定量控制结合的多模态控制;应具备学习功能、适应功能和组织功能:在信息处理方法上,既有数学运算,又有符号运算的逻辑推理。模糊逻辑控制、专家控制和神经网络控制是三种典型的智能控制方法11J。(1)专家控制西安石油大学硕士学位论文Astorm将人工智能专家系统技术引入了控制系统形成了“专家系统”【2】。专家控制是基于知识的智能控制,由关于控制领域的知识库和体现该知识决策的推理机构构成主体框架,通过对控制领域知识(先验知识、动态知识、目标等)的获取与组织,按某种策略及时地选用恰当的规则进行推理输出,进而对过程对象实施控制,或修改补充知识条目。(2)神经网络理论神经网络的研究已经有30多年的历史,它的发展过程也不是一帆风顺的,有高潮也有低潮,有成绩也有挫折。近几年的研究表明,神经网络在很多领域具有广阔的应用前景。它在智能控制中的应用是其中的一个重要方面。神经网络是介于符号推理与数值计算之间的一种数学工具。它具有很好的适应能力和学习能力,因此它适合于用作智能控制的工具。从本质上看,神经网络是一种不依赖模型的自适应函数估计器。给定一个输入,可以得到一个输出,但它并不依赖于模型,即它并不需要知道输出和输入之间存在着怎样的数学关系。而通常的函数估计器是依赖于数学模型的,这是它与神经网络的一个根本区别。当给定的输入并不是原来训练的输入时,神经元网络也能够给出合适的输出,即它具有的插值功能或适应功能。人工智能专家系统在一定意义也可将其看作为不依赖模型的估计器,它将条件映射为相应的动作,它也不依赖于模型。在这一点上它与神经网络具有共同之处,但是它采用的是符号处理方法,它不适应于数值的方法,也不能用硬件方法来实现。符号系统虽然也是随时间改变的,但是它没有导数,它不是一个动力学系统。当输入不是预先设计的情况时,它不能给出合适的输出。因而它不具备自适应的功能。在专家系统中,知识明显地表示为规则,而在神经网络中,知识是通过学习例子而分布地存储在网络中。正是这一点,神经网络具有很好的容错能力,当个别单元损坏时,对神经网络的整体行为只有很小的影响,而不会影响整个系统的正常工作。神经网络还特别适合于用来进行模式分类,因而它可用于基于模式分类的学习控制。神经网络也是一种可以训练的非线形动力学系统,因而它呈现非线形动力学系统的许多特性,如李雅普诺夫定理、平衡点、极限环、平衡吸引子、混沌现象等。这些也都是在用神经网络组成智能控制系统时必须研究的问题。(3)模糊集合论由于模糊控制主要是模仿人的控制经验雨不是依赖于控制对象的模型。因此模糊控制器实现了人的某些智能,因而是~种智能控制。模糊集合理论是介于逻辑计算与数值计算之间的一种数学工具。它形式上是利用规则进行逻辑推理,但其逻辑取值可在0和1之间连续变化,采用数值的方法而非符号的方法进行处理。符号处理方法可以直裁了当地用规则来表示结构性的知识,但是它不能直接使用数值计算的工具,因而也不能用大规模集成电路来实现一个AI系统。而模糊系统可以兼具两者的优点,它可以用数值的方法来表示结构性的知识,从而用数值的4第一章绪论方法来处理。因而可以用大规模集成电路来实现模糊系统。与神经网络一样,模糊系统也可以看成一种不依赖于模型的自适应估计器。给定一个输入,便可得到一个合适的输出。它主要依赖于模糊规则和模糊变量的隶属度函数,而无需知道输出和输入之间的数学依存关系。模糊系统也是一种可以训练非线形动力学系统,因而也存在诸如稳定性等问题需要加以研究。(4)优化理论在学习控制系统中常常通过对系统性能的评判和优化来修改系统的结构和参数。在神经网络控制中也常常是根据使某种代价函数极小来选择网络的连接权系数。在分层递阶控制系统中,也是通过使系统的总熵最小来实现系统的优化设计。因此优化理论也是智能控制理论的一个主要内容。在优化理论中新近发展了一种遗传算法(ic Alogorithm一简称GA算法)它是一种全局随机寻优算法。它模仿生物进化的过程,来逐步达到最好的结果。这种优化算法也将在智能控制中发挥重要的作用。(5)智能决策支持系统决策支持系统(DSS)是辅助决策的信息应用系统,而智能决策支持系统(IDSs)则是人工智能理论和技术与决策支持系统相结合的产物。随着人工智能技术的发展,人工神经网络、模糊逻辑和专家系统已广泛地用于DSS系统中,智能DSS己曰益成为大、中型企业、政府管理部门、以及各种专业和事务管理部门进行辅助决策的有力工具。智能决策支持系统是目前决策领域的一个研究热点,各种技术正处在不断发展和完善,控制和决策关系是十分密切的。在工业生产过程中,控制离不开决策,决策为控制提供依据pJ。1.2.3智能控制在自动送钻系统中的应用目前将智能控制理论与技术应用于自动送钻系统中,这一课题还主要处于实验室研究阶段。在国内,华中理工大学史玉升教授给出了利用反向传播神经网络(BP网络)建立钻压优化模型的方法,并进行了计算机仿真研究。它可以克服需要建立数学模型的缺陷,满足自动送钻技术对实时性的要求。另外,中国石油大学针对一套盘式刹车自动送钻系统,给出了盘式刹车钻压优化自动送钻微机控制系统的设计思想和研制方法,阐述了系统的软硬件设计方法,该系统不但可以适应盘式刹车钻压优化自动送钻的控制,而且还可以适应盘式刹车恒钻压自动送钻的控制。西安石油大学建立了一套自动送钻模拟实验系统,并进行了加载部分的自适应模糊控制研究和加载部分的自组织模糊控制研究。5西安石油大学硕士学位论文1.3本论文的主要研究内容本论文主要的研究内容是:(1)石油钻机自动送钻系统的实验室装置改造在原石油机械试验室的自动送钻系统上进行改建,建立智能控制及电气硬件部分。(2)神经模糊控制器设计利用神经网络与模糊逻辑二者的关联、互补性建立模糊神经网络控制器。通过改进遗传算法记忆这些规则样本,在线修正控制器参数。(3)控制系统软件的设计在模糊神经控制器设计的基础上,开发系统的控制软件。软件包括数据采集和转换程序、控制器算法的软件实现。(4)实验模糊神经控制器的设计成功与否,在实验中加以验证,同时把基于遗传算法的模糊神经网络控制结果与传统PID控制结果进行比较。6播放器加载中，请稍候...
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文）-一体化液压潜孔钻机--动力头回转机构设计（全套图纸）.doc34页
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当今的世界处于高速发展的时代，人的劳力活动逐渐有机械代替，尤其在基础建设、资源开发、的过程中，将逐步由各种钻孔机械、土方开挖机械、路面机械、筑路机械承担，随着人们生活水平的提高，欧洲工程机械市场的两极分化，矿山用的大型钻孔机械、土方机械的普及化，已在全球形成了时常需要的定局，因此工程机械将成为基础产业的又一支生力军。
随着全球经济的高速发展，基本建设范围的持续拓宽，以人为本和保护环境的理念及至相关法津法规实施的不断强化，使基础特别是基础几乎取代了他基础，得到了广泛的应用空间。因其效率高、污染少、功能多的特点，适应上述综合发展的需求，在国内外的施工中得到了广泛应用。到90年代末，我国的拥有量仅为100台左右，2002年，我国进口各种近百台，截止2003年底，我国的保有量为350-400台，截止2004年底，我国的保有量为450-500台。
一体化液压潜孔钻机外观俯视图
一体化液压潜孔钻机总的结构部分有：
（1） 钻架
钻架是潜孔钻机的主要部件，是回转装置滑行、钻具推进和提升的导轨，是由工字型组合梁及角钢焊成箱形截面的衍架结构。钻杆支座固定在钻架的下端，以支撑钻杆及钻具。钻架通过补偿油缸及滑动导槽与滑架连接,由补偿油缸的作用钻架可相对滑架上下滑动,钻架起落时,补偿油缸将钻架提起,钻孔作业时, 补偿油缸将钻架推出使钻架下支点支撑在作业面上。
（2） 滑架
滑架是由工字钢焊接的平面结构件，用以连接支撑钻架。滑架由销轴与机架支座铰接，工作时由举升液压缸支撑，钻架滑架总成的起落及变更钻孔方向通过举升液压缸实现。
（3） 回转机构
该机构由液压
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毕业设计（论文）-45T旋挖钻机变幅机构液压缸设计【全套图纸】
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