-100型钻杆动力钳背钳设计（全条套图纸）.doc

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1、毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 1 摘 要 在人类的机械创新的不断进步，使机械代替了人。以前在油田修井时或者 下油管时，管与管连接时是用管钳来上扣和卸扣，现在使用这种液压钳，就给 人类带来很多方便，使工作效率和安全系数提高，也减少了很多井口的工作人 员，因此这是油田经常使用的卸管工具。针对修井作业中人力上卸抽油杆螺纹 效率低,劳动强度大,又不能保证不同规格抽油杆所要求的上扣扭矩等问题,研制 了 ZQ-100 型液压抽油杆钳,这种抽油杆钳由主钳,手动换向阀,液压马达,底钳, 弹簧吊筒和调节弹簧等组成,在设计中省掉了转速换挡机构,同时通过改变制动 板上压簧螺栓的结

2、构,解决了制动板减薄时颚板滚子爬坡力量不足这一技术难题， 介绍了这种抽油杆钳的工作原理。目前，国外钻杆动力钳的种类很多，而且产 品性能及质量都相对稳定，特别是他们产品的体积与输出扭矩不会成比例变化， 即使动力钳输出扭矩相当大时，其产品的体积也不会增加多少，因而适用于现 场需要。而国内产品还处在研发和改进阶段，产品性能及质量都有待进一步提 高，国内产品的体积和重量都随输出扭矩的增大而增大，从而导致无法适用于 某些大型钻管。近 10 年来，中国国内生产动力钳有所增长，但相比国外我国动 力钳结构复杂不方便使用与维护，使用期短等缺点，所以我国正大力发展动力 钳设计改造，达到世界水平。 关键词：石油；机

3、械创新；性能；转杆动力钳；研发改进；设计 2 Abstract In recent years, with continued rapid growth of our national economy, petroleum volume of consumption of our country increase year by year. The rank has already exceeded Japan, has become the second largest petroleum following U.S.A. and consumed the country. On being

4、 pole required to pump oil, pump the oil pole pincers after developing the hydraulic pressure of Model ZQ-100, this kind pumps the oil pole pincers by the main pincers , the manual reversing valve, hydraulic motor, bottom pincers , the spring hangs tube and regulates spring ,etc. to make up , save r

5、otational speed shift gears organization , at the same time through change , apply the brake board pigeonhole reed structure of bolt in design, solve , apply the brake board jaw board roll sub climbing strength insufficient technological difficult problem this reduce thin , recommend this kind pump

6、oil pole operation principle of pincers! Main technical parameter and experimental situation in the room, employ the result to indicate live, adopt Model ZQ-100 hydraulic pressure pump oil pole pincers can reduce , release oil pole take off number of times of spiking greatly, improve and build the q

7、uality of the well and build the pace of the well. Let out difficult to avoid and fluid have a sure one but compression, so, transmission than unable and invariable, suitable for transmission than requiring strict occasion. Energy caused to leak lose, hydraulic transmission main energy is lost, in a

8、ddition resistance and machinery that fluid receive among pipeline rub etc., cause sure energy to lose, cause the efficiency of hydraulic transmission to be relatively low. The viscosity of the fluid changes with temperature, as the warm change of oil, will influence the working performance of the a

9、ctuator directly. In addition, have greater difficulties to adopt hydraulic transmission under the low-temperature condition or high-temperature condition. Fluid through air, will produce noise is apt to cause vibration, the ones that influenced transmission are steady. It is relatively difficult to

10、 maintain, the work load is large. At the trouble of producing, trouble reason difficult to look for, get rid of getting difficult through design, optimize, reduce, shoulder, influence as hydraulic system. At present, the kind of the motive force pincers of foreign drilling rod is numerous, and prop

11、erties of product and quality are all relatively stable, especially they the products one volume and output torsion can changes proportional, even if power, when 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 3 pincers quite heavy to export torsion, volume of product its how much does it increase either, suitable

12、 for needing at the scene. The domestic products are still at the stage of researching and developing and improving, properties of product and quality all remain to further improve, volume and weight of the domestic products all export the increase of the torsion to increase at the same time, thus i

13、t is unable to be suitable for some to cause and bore managing large-scaly. The past 10 years, produce power pincers increase to some extent, compare foreign of our country power pincers structure complicated to use and maintain while being inconvenient in China, the shortcoming such as being short

14、of service time, so our country is developing the motive force pincers to design and transform in a more cost-effective manner, reach the world standard. Transfer to ZQ100 type to pole power pincers carry pincers go on, design , realize, it is safe to apply the brake, it is reliable and durable. Mak

15、e the hydraulic pressure control and drive the rack to clamp the steel tube effectively. Key words: Petroleum; Machinery innovates; Performance ; Transfer to the pole motive force pincers ; Research and develop and improve; Design 4 目目 录录 1 绪绪 论论1 1.1 液压动力钳概述 .1 1.1.1 液压动力钳的发展状况1 1.1.2 液压动力钳的应用2 1.2

16、 液压动力钳的结构及工作原理 .3 1.2.1 液压动力钳的结构及特点3 1.2.2 液压动力钳的工作原理4 1.3 液压动力钳技术参数及特点 .5 1.3.1 ZQ-100型液压动力钳的技术参数5 1.3.2 液压动力钳的技术特点5 1.4 液压动力钳的的操作说明 .6 1.4.1 液压动力钳的的安装6 1.4.2 液压动力钳的操作7 1.4.3 液压动力钳的维护与润滑7 1.4.4 液压动力钳的常见故障及排除方法8 2 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳总体设计型钻杆动力钳的背钳总体设计9 2.1 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳概述9 2.2 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳结构设计9 2

17、.3 背钳结构设计中的问题 .10 3 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳液压缸设计型钻杆动力钳的背钳液压缸设计12 3.1 液压缸的类型和结构形式选择 .12 3.2 液压缸基本参数确定 .12 3.2.1 液压缸工作负载及工作压力13 3.2.2 缸筒内径及柱塞杆直径13 3.2.3 液压缸最大工作行程和最小导向长度16 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 5 3.3 液压缸的强度及刚度校核 .17 3.3.1 缸筒壁厚的校核及外径计算17 3.3.2 液压缸柱塞杆强度验算18 3.4 液压缸稳定性验算 .18 3.5 液压缸的安装试验与维护 .19 4 ZQ-

18、100 型杆动力钳的背钳传动设计型杆动力钳的背钳传动设计21 4.1 背钳传动概述 .21 4.2 背钳传动设计 .21 4.3 轴的设计 .23 4.3.1 轴的结构设计23 4.3.2 轴的强度计算23 4.3.3 轴的刚度计算23 4.3.4 轴的稳定性27 4.4 齿轮系的设计 .27 4.4.1 齿轮系的传动比28 4.4.2 齿轮的强度计算28 5 结论结论 45 6 技技术术经经济济分分析析44 致致 谢谢 47 参考文献参考文献 48 附录附录 A 译文译文50 附录附录 B 英文文献英文文献56 6 1 绪 论 在人类的机械创新的不断进步，使机械代替了人。以前在油田修井时或者

19、 下油管时，管与管连接时是用管钳来上扣和卸扣，现在使用这种液压钳，就给 人类带来很多方便，使工作效率和安全系数提高，也减少了很多井口的工作人 员，因此这是油田经常使用的卸管工具。 针对修井作业中人力上卸抽油杆螺纹效率低,劳动强度大,又不能保证不同规 格抽油杆所要求的上扣扭矩等问题。ZQ-100 型液压抽油杆钳。这种抽油杆钳由 主钳、手动换向阀、液压马达、背钳、弹簧吊筒和调节弹簧等组成。在设计中 省掉了钻速换挡机构,同时通过改变制动板上压簧螺栓的结构,解决了制动板减薄 时腭板滚子爬坡力量不足这一技术难题，介绍了这种抽油杆钳的工作原理!主要 技术参数和室内试验情况，结果表明采用 ZQ-100 型液

20、压抽油杆钳可大大减少 抽油杆脱扣次数,提高修井质量和修井速度。 1.1 液压动力钳概述 1.1.1 液压动力钳的发展状况 近年来，随着我国国民经济的持续快速发展，我国的石油消费量逐年增加。 2002 年达到 2457 亿吨，排名已超过日本，成为继美国之后的第二大石油消 费国。相比之下，我国石油机械制造生产增长比较缓慢，供需矛盾日益突出。 而现在人类的机械创新的不断进步，使机械代替了人。以前在油田修井时或者 下油管时，管与管连接时是用管钳来上扣和卸扣，现在使用这种液压钳，就给 人类带来很多方便，使工作效率和安全系数提高，也减少了很多井口的工作人 员，因此这是油田经常使用的卸管工具。目前，国外杆动

21、力钳的种类很多，而 且产品性能及质量都相对稳定，特别是他们产品的体积与输出扭矩不会成比例 变化，即使动力钳输出扭矩相当大时，其产品的体积也不会增加多少，因而适 用于现场需要。而国内产品还处在研发和改进阶段，产品性能及质量都有待进 一步提高，国内产品的体积和重量都随输出扭矩的增大而增大，从而导致无法 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 7 适用于某些大型管。近 10 年来，中国国内生产动力钳有所增长，但相比国外我 国动力钳结构复杂不方便使用与维护，使用期短等缺点，所以我国正大力发展 动力钳设计改造，达到世界水平。针对修井作业中人力上卸抽油杆螺纹效率低, 劳动强度大,

22、又不能保证不同规格抽油杆所要求的上扣扭矩等问题, ZQ-100 型液 压抽油杆钳,这种抽油杆钳由主钳、手动换向阀、液压马达、背钳、弹簧吊筒和 调节弹簧等组成,在设计中省掉了钻速换挡机构,同时通过改变制动板上压簧螺栓 的结构,解决了制动板减薄时颚板滚子爬坡力量不足这一技术难题，介绍了这种 抽油杆钳的工作原理，主要技术参数和室内试验情况，结果表明 ZQ-100 型液 压抽油杆钳可大大减少抽油杆脱扣次数,提高修井质量和修井速度。 （如图 1-1） 图 1-1 液压动力钳 Figure 1-1 Hydraulic pressure power pliers 1.1.2 液压动力钳的应用 油田修井作业时

23、,要把油管从油井中一根根取出,然后再一根根下到油井中。 油管上卸丝扣用的是一种专用钳。多年来,这种被修井架修井钳是靠人工用手操 作,不但劳动强度大,而且不够安全,易发生工伤事故,工作效率较低使得修井作业 时间较长,影响原油产量。为解决上述存在的问题,我们根据油田修井作业现场操 8 作实际情况,本着减轻劳动强度和有利安全生产的宗旨,研制了油田修井液压钳操 作装置,经过实践应用,有较好的操作功能和保障操作者安全的特点,并能提高修 井工作效率。 1.2 液压动力钳的结构及工作原理 1.2.1 液压动力钳的结构及特点 液压动力钳是由背钳、主钳、操作手柄、弹簧吊筒、液压马达、手动换向 阀、调节弹簧组成（

24、图 1-2）悬吊主钳时，背钳浮动于主钳之下，主钳通过前导 杆总成及后导杆总成联为一体，主钳可单独使用，也可以主背钳组合使用。 主钳由颚板、颚板架、开口大齿轮和惰轮等组成,在工作过程中起传动和上 卸扣作用。手动换向阀由阀体和操作手柄组成,其作用是操纵钳子复位和上卸扣。 液压马达是一种内啮合摆线齿轮式的小型低速大扭矩马达,经两级齿轮减速将动 力传给主钳。背钳钳头中装有方补心,通过更换方补心,可上卸不同规格的抽油杆 螺纹,满足利用同一底钳卡紧不同规格抽油杆扳方的要求。背钳与主钳配合完成 上卸扣动作，弹簧吊筒是将钳子吊起来的装置,其内装有压缩弹簧,以满足上卸扣 时钳子上下浮动的要求。调节弹簧设在底钳下

25、面,可使背钳随上下接头扳方的距 离变化而上下移动。 图 1-2 液压动力钳结构简图 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 9 Figure 1-2 Hydraulic pressure power pliers diagram of mechanism 1)背钳;2)主钳;3)操作手柄;4)弹簧吊筒; 5)液压马达;6)手动换向阀;7)调节弹簧 1.2.2 液压动力钳的工作原理 液压动力钳采用低速大扭矩液压马达驱动,手动换向阀控制主钳钻向和速度, 动力由现场使用的油管动力钳的动力源提供,其工作原理与液压油管钳相似与油 管螺纹相比,抽油杆螺纹数较少上卸扣所需的时间也就

26、短,因此设计时省掉了钻速 换挡机构。另外对主钳中开口大齿轮的爬坡弧度与制动板的制动力进行了理论 计算和试验,同时还改变了制动板上压簧螺栓的结构,以便在制动板被磨损减薄时,可 不断调整压簧螺栓,使颚板滚子有足够的爬坡力量,从而有效地解决了制动板减速 时颚板滚子爬坡力量不足这一技术难题。液压动力钳工作原理简图。工作时,一 定压力的液压油经手动换向阀进入液压马达,驱动液压马达钻动,液压马达主轴上 装有主动齿轮,经两级齿轮减速,将动力传给开口大齿轮，开口大齿轮内侧有由不 同弧面组成的工作曲面,当开口大齿轮开始钻动时,其中的颚板架在制动板的制动 作用下,先不钻动,使开口大齿轮与颚板架之间有相对运动过程。

27、此时,处在开口 大齿轮中位的颚板开始在工作曲面内爬坡, 颚板架中的颚板不断向抽油杆中心 移动,直至抱住上面抽油杆板方,并与开口大齿轮一起带动抽油杆钻动,执行上卸 扣动作，在主钳工作的同时,下面抽油杆扳方则由装在底钳中的方补心卡住,完成 上卸扣动作。背钳只卡住抽油杆扳方,并不钻动，上卸扣完毕后,操作手动换向阀,使 开口大齿轮反钻, 颚板在片簧的作用下,松开抽油杆扳方,同时随颚板架退回到大 齿轮中位, 颚板架缺口与钳头缺口对齐复位，整个上扣或卸扣动作至此即可完 成。 10 图 1-3 液压动力钳工作原理简图 Figure 1-3 Hydraulic pressure power pliers pr

28、inciple of work diagram 1)液压站;2)主动齿轮;3)惰轮; 4)开口大齿轮;5)液压马达;6)手动换向阀 1.3 液压动力钳技术参数及特点 1.3.1 ZQ-100 型液压动力钳的技术参数 ZQ-100 型液压抽油杆钳主钳适用于 15.9、19.1、21.2、22.2 和 25.4mm 的抽油杆上卸扣，其主要技术参数为:额定扭矩 100N*m,最大扭矩 1200N*m,额定钻速 60r/min,最高钻速 77r/min 液压系统额定压力 10MPa,液压系 统最大压力 1215MPa,额定钻速的供油量 60L/min,移运质量 120kg,外形尺寸(长 宽高)475m

29、m320mm610mm。 ZQ-100 型液压抽油杆钳背钳适用于 15.9、19.1、21.2、22.2 和 25.4mm 的抽油杆上卸扣，其主要技术参数为:额定扭矩 100N*m,开口尺寸 120mm，移运质量 40kg，外形尺寸(长宽高)475mm320mm610mm。 1.3.2 液压动力钳的技术特点 1.主钳、背钳钳头采用颚板凸轮夹紧机构，不需要更换颚板及牙板，既能 夹紧各种不同规格的管柱，并在夹紧任意管径时能保持良好的夹紧性能。 2.背钳浮动于主钳之下，通过高压输油胶管与主钳联接。主钳、背钳均由 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 11 同一只手动换向阀

30、控制钻向，操作灵活、可靠。主钳也可单独使用。主钳与背 钳之间距离可随意调节，以免损伤油管。 3.钳头制动机构在钳头上部，结构简单、调整维修方便、制动安全、可靠 耐用。 4.配备扭矩控制仪，扭矩控制仪具有换向及扭矩控制双重功能。换向功能 用于控制主、背钳运钻。扭矩控制用于调整系统压力，从而调整控制钳头输出 扭矩，并使动力钳附有过载保护功能。 5.可配备液压升降系统，既液压弹簧悬吊器。适用于配合井口卡盘起下管 柱作业或液压动力钳与井口高度。操作手动升降即可调整液压动力钳高度，使 背钳准确夹紧油管接箍。 6.液压动力钳可更换特种牙板，夹持不同规格的抽油杆，以达到上、卸抽 油杆和接箍目的。 7.液压控

31、制系统采用集成块组合方式，省去了阀体之间的管路联接，不仅 可减少液压流体阻力，且造型美观、方便操作。 按不同的使用要求，有以下组合方式： 1）过度联接板+手动换向阀 2）过度联接板+扭矩控制仪（组合式） 3）过度联接板+扭矩控制仪（组合式）+手动升降阀 4）过度联接板+手动换向阀+手动升降阀 1.4 液压动力钳的的操作说明 1.4.1 液压动力钳的的安装 1.悬吊：将悬吊器与主钳悬吊杆相联，把动力钳悬吊于修井机井架上，悬 吊点离地面 15 米以上，再自由悬吊状态下，动力钳钳头中心离井口约 0.5 米， 悬吊高度以背钳恰好卡着管柱接箍为宜。 2.调平：调整主钳悬吊杆上的调节螺钉，使动力钳保持水平

32、，如不保持水 平，会使卡持失效。 12 3.结尾绳：尾绳一端结在井架上，另一端结在动力钳的尾座上，尾绳拉力 应能承受 2.5 吨负荷。当动力钳处于上扣状态时，尾绳应与动力钳保持垂直， 从而保证通常站在操纵手柄一侧的操作者安全。 4.接通液压源：联接来自液压源的高压胶管，进油胶管手动换向阀的上部 油管，回油胶管接手动换向阀的下部油口，切勿接错位置。 1.4.2 液压动力钳的操作 以下简单介绍几种液压动力钳的操作： 1.更换颚板 本动力钳的主钳及背钳的颚板均为自由式安装，颚板可从钳头中心空间装 入或取出，在主钳颚板架上，设有限位螺钉使颚板限位，使其在搬运 过程中不 掉出来。需要取出颚板时，将主钳颚

33、板架钻动一定角度，用内六角扳手调整限 位螺钉，便可取出颚板。安装颚板亦同。 2.换挡操作 操纵手动换向阀手柄，并下压拨叉轴挂挡为高速挡，操纵手动换向阀手柄， 并下压拨叉轴挂挡为低速挡，换挡操作必须在较慢的钻速下进行，以防损坏齿 轮。 3.更换板牙 用螺丝刀顶进颚板上的钳牙挡销即可取出板牙，主钳钳牙通用。背钳钳牙 有平式和加厚式两种，以适应平式及加厚式油管接箍的使用。 1.4.3 液压动力钳的维护与润滑 1.每班工作前，必须检查各紧固螺钉是否松动。 2.每次搬运后，用煤油或柴油清洗主钳及背钳钳头并向机体各黄油嘴注黄 油。 3.清洗钳头后，给颚板、颚板架、开口齿轮打黄油。 4.如因制动力不足，颚板

34、不伸出，需调紧制动压力。 5.每次用过后，检查钳体，如有积水或油泥赃物，必须及时清除。 6.不得用蒸汽清洗钳子，以防各轴承失油，进水而造成零件损坏。 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 13 7.液压油必须保持清洁，保持滤油器正常滤油。 8.液压油温度不得超过 65 度，过热会使液压系统密封失效。 1.4.4 液压动力钳的常见故障及排除方法 常见故障原因排除方法 钳体不水平调整钳头，主背钳平行水 平 牙板沟槽为坚硬杂物填充清除牙板沟槽中的杂物 牙板过度磨损更换新板牙 主钳制动力矩偏小调整制动盘上的螺钉，增 加制动力矩 坡板移动或松动重新紧固坡板 压板打滑 装错牙板

35、选用正确的牙板 主钳或背钳钳头对 不齐缺口 挡销不为复位旋钮轴包容搬运复位旋钮 180 度再复 位 主钳卡紧正常背钳 打滑 背钳颚板架钻向与主钳颚板 架钻向相反 调整背钳两胶管位置 挂挡不牢固易脱落锁紧力偏小加调整垫适当曾大弹簧的 压力 14 2 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳总体设计 ZQ-100 型钻杆动力钳背钳是通过高压输油胶管与主钳联接。通过主钳手动 换向阀控制钻向，操作灵活、可靠。主钳与背钳可随意拆卸，是液牙动力钳重 要部分。主要功能是夹紧油管，固定不动，主钳钻动实现上扣、卸口。其主要 结构设计围绕结构简单、可靠耐用进行设计。 2.1 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳概述 ZQ-1

36、00 型钻杆动力钳背钳是浮动于主钳之下，通过高压输油胶管与主钳联 接。主钳、背钳均由同一只手动换向阀控制钻向，操作灵活、可靠。主钳也可 单独使用。主钳与背钳之间距离可随意调节，以免损伤油管。 背钳钳头中装有方补心,通过更换方补心,可上卸不同规格的抽油杆螺纹, 满足利用同一背钳卡紧不同规格抽油杆扳方的要求，背钳与主钳配合,完成上卸 扣动作。 2.2 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳结构设计 背钳浮动于主钳之下，通过高压输油胶管与主钳联接。主钳、背钳均由同 一只手动换向阀控制钻向，操作灵活、可靠。主钳与背钳之间距离可随意调节， 以免损伤油管。但背钳作用是夹紧接箍，使其固定，主钳旋钻实现上扣、卸扣。

37、 背钳不同与主钳，是辅助工具，结构简单、耐用便可。主要由齿条柱塞式 液压缸带动齿轮组，齿轮组再啮合开阔齿轮，滚轮爬坡实现夹紧过程。 ZQ-100 型钻杆动力钳背钳在工作时必须具有足够的强度和刚度。承受住在 弯矩作用下产生过大的弯曲力，则装在背钳的轴和齿轮会因倾角过大而使齿面 的强度分布不均匀，产生不均匀摩擦和加大噪声，也会使滚动轴承内、外圈产 生相对倾斜，影响轴承使用寿命，因此设计时要保持足够的强度和刚度。 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 15 图 2-1 背钳结构图 Figure 2-1 Back pliers structure drawing 1. 背钳

38、头盖板 2.壳体 3.限位螺丝 4. 背钳前支座 5.齿轮盖 6.钳牙挡销 7.弹簧垫圈 8.滚轮 9.滚轮轴 10.坡轨 11.挡柱 12.定位柱 13.介轮 14.双联齿轮 15.齿条柱塞 16.油缸盖 17.定位柱 18.内六角圆柱螺钉 19.O 型密封圈 20.密封垫 21.压垫 22.矩形密封圈 23.通油螺栓 24.销 25.通油螺塞 26.弹簧 2.3 背钳结构设计中的问题 1.符合安全要求 结构安全设计中主要包括三方面内容。一是提高机械系统的可靠性确保背 钳各构件安全使用，不损坏、不磨损、变形小等。保证在预期的寿命期里，功 16 能正常实现机械运钻。二是考虑制造成本，无风险投入

39、。要达到结构安全设计 要从根本上消除不安全源，限制事故损害程度。 2.减小机械噪声 噪声以成为全世界的公害。噪声过大会影响人的身心健康，严重时会引起 人体的各种疾病。机械噪声还会引起操作者疲劳，可能会导致事故发生。所以 结构设计中噪声问题不可忽视。控制声源，减少噪声。 3.减轻腐蚀 防止机械腐蚀是延长机械寿命的主要途径，通过合理的结构设计可从根本 上消除腐蚀损害诱因，或有效的减轻腐蚀损害的程度。 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 17 3 ZQ-100 型钻杆动力钳的背钳液压缸设计 液压缸是液压机器最早采用地液压元件之一。表面看来，基本结构似乎没有 什么变化，实

40、际上，液压缸已有很大的发展。这不仅表现在液压缸工作性能的 提高、工作范围的扩大、品种规格的增多和结构的改进，而且还表现在对液压 缸的研究正在逐步深化，设计、计算的理论正在逐步完善。设计简单地液压缸， 仅需做粗略的计算，凭借一般专业基础知识即可。但是在特定的条件下，特别 是在满足特定场合需要时 （比如液压电梯需要的长行程就液压缸） ，必须合理 设计液压缸，使之既有良好的工作性能和工艺性，又尽量降低制造成本，这就 需要进行比较复杂而精确的计算，也就需要较深的专业知识和丰富的实践经验。 ZQ-100 型钻杆动力钳液压缸是背钳的主要部件，它的作用在于把液体压力 能钻换为机械功。高压液体进入缸内后，作用

41、于柱塞上，经柱塞将力传到齿轮 上，使背钳钻动达到夹紧功能。 液压缸制造工艺复杂，对材料、表面质量、加工精度要求很高，其稳定性、 可靠性、强度和局部应力、液压缸的运动特性、缓冲理论和液压缸的寿命等问 题复杂。因此对液压缸的设计要十分重要。 3.1 液压缸的类型和结构形式选择 根据液压动力钳结构简单、方便耐用等特点选用齿条柱塞式液压缸。 齿条柱塞式液压缸是由带齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构所组成。这种 液压缸的特点是：将活塞的直线往复运动，经齿条、齿轮机构钻换成回钻运动。 此液压缸又叫无杆缸。 3.2 液压缸基本参数确定 液压缸的主要参数包括压力、尺寸规格、活塞行程、达动速度、推力、拉 18 力、

42、效率、负载串和液压缸功率等。 1） 额定压力 （1）额定压力 Pa 也称公称压力，是液压缸能用以长期工作的压力。国家标准 GB7938-87（等效 于 ISO-3222） （2）最高公称压力 Pmax 是液压缸在瞬间所能承受的极限压力，通常规定为：Pmax1.5Pn （MPa） （3）耐压试验压力 Pr 是液压缸在检杳质晕时需承受的试验压力，在此压力下不出现变形或破裂，通 常规定为：Pmax1.5Pn （MPa） 2） 缸内径和活塞杆直径 国家标准 GB2348-80（等效于 ISO-3320）规定了缸内径及活塞杆直径系列 3） 活塞行程 国家标准 GB2349-80 规定了活塞行程的基本系列

43、。 4） 运动线速度 单位时间内流体进入液压缸，推动活塞（或柱塞）移动的距离即液压缸的运动 线速度。 液压缸其他参数，与相关标准吻合。 3.2.1 液压缸工作负载及工作压力 背钳液压缸机构在满负载情况下，以一定的加速度运动时，对液压缸产生 总阻力 F 和有效工作压力 P 确定其工作参数。 对背钳液压缸来说，其工作的液压泵站提供标准压力，工作压力和总阻力 也是其标准规定（执行 SY/T5074-2004石油井和修井用动力钳标准规定各 项指标） 。 3.2.2 缸筒内径及柱塞杆直径 ZQ-100 型钻干动力钳背钳液压缸处于简洁、耐用的机构，它是齿条传动与 液压缸液压传动想结合。其液压缸内径的计算：

44、 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 19 )p(pD 8M D m0f 0.98;0p16MPa;p85mm;Dm;15knM。 。 m0f MPa 114mm 0.9816MPa85mm m15kn8 )p(pD 8M D m0f 式中 D缸筒内径、活塞直径； 齿轮节圆直径； f D 进液压力；p 回液压力； 0 p 对于单活塞杆缸，无杆腔进油时，活塞杆直径 d 的计算为 96mm 16MPa 0MPa)(16MPa)114 0MPa)(16MPa 4F ( d 0MPa;p16MPa;p114mm;D。27898NF。 p )p(p)D )p(p 4F (

45、d 。 pp pd )p(p 4F D 。 。 2 0 0 2 0 0 2 0 20 式中 F液压缸进油时推力； P液压缸进油压力； 液压缸回油压力； 0 p D液压缸内径； 图 3-1 背钳传动系统图 Figure 3-1 Back pliers kinematic scheme 活塞杆长度计算为 2 d ttv 2 d v 。 。 d 2L 2 d L 。v 。L i 1 2 di 2L 2 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 21 。 。 。 。 2 1 。i ; i i i i i 1 3 2 2 1 。 。i 。 。i 3 2 2 68.5180 4.5

46、 12 60.5673 1760 1917 A 总上所以有活塞杆长度为 径小齿。 。r 142mmrL 但是因为 L=142mm 为有效啮合，其与双联小齿轮啮合还需要一段长度， 所以根据实际情况定齿条柱塞长度为 L=401.5mm。 3.2.3 液压缸最大工作行程和最小导向长度 液压缸的最大工作行程，可根据工作机械动作要求所决定的液压缸最大和 最小极限位置长度来确定。若用 Lmax 和 Lmin 分别表示液压缸最大和最小极限 位置长度，则根据其差值L=Lmax-Lmin,按 GB234980 规定的液压缸工作行 程系列，向大圆整成标准值，即得液压缸的最大工作行程。 液压缸的最小导向长度，是指当

47、活塞全部外伸时，从活塞支承面中点到导 向套滑面中点的距离。若导向长度太小，将使液压缸因间隙引起的出使挠度增 22 大，从而影响液压缸的稳定性。对于一般液压缸，其最小导向长度 H 应满足下 式要求： 2 D 20 L H 77.05 2 114 20 401 H 式中 L-液压缸的最大工作行程； D缸筒内径； 一般导向套滑动面的长度 A，在缸筒内径 D80mm 时，取缸筒内径 D 的 0.6 至 1.0 倍；在缸筒内径 D80mm 时，则取活塞杆直径的 0.6 至 1.0 倍。为保 证最小导向长度可采用隔离套不仅能保证最小导向长度，而且还可以扩大导向 套及活塞的通用性。 3.3 液压缸的强度及刚

48、度校核 3.3.1 缸筒壁厚的校核及外径计算 缸筒相当于一个两端封闭的圆筒形受压容器，由材料力学知，其应力状态 是随着缸筒内径和壁厚的比值的改变而变化的。因此在计算缸壁的合成应 D 力和厚度时，必须考虑不同的比值和材料，采用不同的强度计算公式。 D 1.缸筒内壁 壁厚和强度条件计算公式为 2 pD 2 pD 式中 D缸筒内径； p液压缸的最大工作压力； -缸筒内应力； -缸筒材料的许应力； 许应力可用下式计算： 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 23 n b 式中 -缸体材料的抗拉强度； b n安全系数，一般取 n=5； 总上：缸筒壁厚 16mm，符合强度要求。 3.3.2 液压缸柱塞杆强度验算 在液压缸处于稳定工作状态时，既柱塞受到负载力小于稳定临界力时，柱 塞杆受到压力、推力，但对于背钳短行程液压缸的柱塞杆来说，可不考虑弯曲， 又因为 l/d10 时，柱塞杆强度计算： )d(d 4 F 2 1 2 2 1 d 4F d 0 278984 114 式中 d柱塞杆外径； -空心杆内径，实心柱塞杆=0； 1 d 1 d F液压缸最大推力； -柱塞杆压应力； -材料许应力，=，其中为材料屈服极限查表，n 为安 n s s 全系数通常取；4 . 1n 总上：柱塞杆满足强度条件