油井钻井甩干机结构设计

油井钻井用甩干机结构设计摘要：本设计以油田甩干机的结构为主要突破口，为目前市场生产油田甩干设备机提供可靠保证。研究工作的主要对象是甩干机的结构设计，结合本专业所学机械设计、机械制图、机械制造工艺学等专业课程，理解油井钻井用甩干机的结构和基本原理。参与计算设计油井钻井用甩干机基本结构，重点对传动机构详细设计，确定使用链传动与齿轮传动结合的分级传动。本设计采用所学知识在力学计算中对甩干机机的强度、刚度进行分析。通过自身所学的机械制图、软件操作方面的技巧，画出了所需设计的结构的零件和装配图的三维图形。最终成功设计出了油井钻井用甩干机的传动部分的所有构件并装配成功，而且得出了所设计的传动机构在力学方面的各项性能和强度、刚度方面都符合此次设计要求的重要结论。关键词：甩干机；传动机构；分级传动IStructure Design of Dryer for Oil Well DrillingAbstract: This design takes the structure of oil field dryers as the main breakthrough, and provides a reliable guarantee for the production of oil-field spinning equipment in the market. The main object of the research work is the structural design of the dryer, combined with professional courses such as mechanical design, mechanical drawing and mechanical manufacturing technology, to understand the structure and basic principles of the oil-well drilling dryer. Participate in the calculation and design of the basic structure of the dryer for drilling oil wells, focusing on the detailed design of the transmission mechanism, and determining the use of a graded transmission combining chain drive and gear transmission.In this paper, the strength and stiffness of the dryer are analyzed in the mechanical calculation using the learned knowledge. Through the learned mechanical drawing knowledge and computer drawing knowledge, the main structural drawings, main non-standard parts drawings, and first- and second-level parts equipment drawings are drawn. Finally, successfully designed all the components of the transmission part of the oil-well drilling dryer and successfully assembled it, and it was concluded that the designed transmission mechanism is in line with the design requirements in terms of mechanical properties, strength and stiffness. in conclusion.Keywords: Drying machine，Transmission mechanism，Grading drive- 16 -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 甩干机简介11.2 国外甩干机发展现状11.3 国内甩干机发展现状21.4 研究甩干机的目的及意义2第2章 传动机构设计32.1 传动机构设计思路32.2 软件介绍42.3 电机选择42.4 轴的设计与计算62.4.1 轴的分类62.1.2 轴的材料选择62.4.3 轴的设计基准82.4.4 轴的强度校核82.4.5 轴的刚度校核112.5 链传动的设计计算122.5.1 链轮设计122.5.2 链条设计142.5.3 链传动强度校核162.6 齿轮的设计计算162.6.1 齿轮的参数设计162.6.2 齿轮的强度校核182.7 其它零件设计18第3章 甩干机结构设计213.1工作原理213.1.1 一般甩干机工作原理213.1.2 结构设计工作原理213.2 甩干机结构组成233.3 甩干机总图设计24第4章 运动仿真254.1 零件的装配254.2 运动仿真26第5章 设计总结27参考文献29致谢31附录A 外文文献及翻译33第1章 绪论第1章 绪论1.1 甩干机简介甩干机也称为沉降过滤离心机，甩干机在性质上属于连续筛网式离心机，用途方面主要是是固液分离。可以从钻屑中回收液相钻井液，通过给钻屑施加很高的离心加速力，提高从钻屑中分离液体的效果。还可以通过筛网回收加重泥浆，避免因为振动筛故障、钻机移动或筛网阻塞而损失加重泥浆。它可以帮助满足必须遵守的某些钻屑含液量排放要求，并且可以节省钻井液的消费成本。甩干机在功用上属于后处理范围的器械，首要用在物料的水分脱离和固液分离等工艺规程，近几年来，各工业部门发展迅速，甩干机行业也得到了蓬勃发展。甩干机和其他分离机械相比，优点良多：1）能得到含湿度低的固相和高纯度的液相；2）可以节省劳动力、减轻劳动强度、改善劳动条件；3）可以进行连续运转，也可以进行远程自动遥控；4）操作安全可靠，且占地面积小。我国甩干机行业在设计及使用等各方面的发展状况都是稳步上升，可是理论研究过于落后，目前在理论方面的研究现状和成果，只能用来预测结果，不能应用与实践。在设计和计算的方面上，多数还是凭借经验及试验。1.2 国外甩干机发展现状国外甩干机的发展起步较早，技术更为成熟，国外各大油田都有相关甩干机的工作案例，甩干机在石油无害化处理及回收利用的过程中起到了重要的作用。甩干机在石油钻采的使用过程中明显的节约了成本并且提高了经济效益，减轻了对环境造成的污染。美国的ELGIN、Baker Hughes和MI-SWACO等公司是行内生产甩干机的领先制造商。传统的流线型振动筛处理后的钻屑含液量平均在1520之间，而经甩干机处理后的钻屑含液量低于4，如果管理得当，某些情况下可降至1，从而在降低环境污染方面优势极为明显。但是，国内对于钻井甩干机的研究起步较晚，发展还不成熟，这就使得国内开展相关方面的研究工作较为迫切。1.3 国内甩干机发展现状相对来说，由于起步晚，国内对于钻肩甩干机方面的应用还不太成熟。中国从七十年代底引进了甩干机, 为国外著名公司生产各种规格的卧螺甩干机进行仿制。甩干机是原化工部 75 科技项目, 1989 南京绿洲机械厂仿制的 alfanx42o-type 大锥角甩干机 （L201）, 用于分离玉米蛋白, 并于1992年研制出来;此后, 重庆江北机械厂、中国人民解放军4819厂和金华铁路机械厂先后研制出一系列螺旋卸料甩干机, 并成功应用于生产实践中1。为了满足日益提高的环保要求，近两年来甩干机的发展迅速，除海上钻井平台之外，已在一些油田投入使用，可是从整体的发展水平来说，我国的发展现状和工业发达国家还是有一定的距离，并且相关机构参考国外甩干机的发展情况，进行了大量的研究工作，申请各种相关专利二十多项，取得了一定的成就，在国内的主要厂家有陕西科讯、河北冠能、东方先科等，经其处理后钻井钻屑含液量基本可降至5以下，符合行业标准2。但是甩干机的使用寿命较短、维护不易、筛网易堵塞、关键件易磨损等突出问题还需再进一步研究。1.4 研究甩干机的目的及意义在二十一世纪，现代工业文明迅速发展和，人类对环境的恶化问题也越来越重视。甩干机行业迎来了挑战，甩干机这类器械上市必须具备一定的条件：分离效果好、振动小且噪声要低。这就需要甩干机在转速和稳定性方面必须具有出色的表现。甩干机的参数选择及优化是提高甩干机动态特性的首要环节。21第2章 传动机构设计第2章 传动机构设计2.1 传动机构设计思路在本次设计中传动机构的设计是主要部分，传动机构是把动力从机器的一部分传递到另一部分，使机器或机器部件运动或运转的构件或机构称为传动机构4。传动机构的功能为：1）改变动力机的输出转矩，以满足工作机的要求；2）将其本身的运动方式转变为机构需要的状态，比如说，把正在旋转的状态转化为直线王府的状态；3）把构件本身的机械能转移到其它多个构件中，也可以将其它多个构件的机械能转移到一个构件上；4）在某些方面上，机械结构的操控难度、人生安全与传动结构有密不可分的关系。本次设计的传动机构跟据总体机型的大小、需要、及工作方式选取了由电机带动的齿轮传动与链传动相结合的二级传动机构，选取齿轮机构的原因有：1）传递运动可靠，瞬时传动比恒定；2）适用的载荷和速度范围大；3）使用效率高，寿命长，结构紧凑，外尺寸小；4）可传递空间任意配置的两轴之间的运动。选取链机构的原因有：1）与带传动相比平均传动比准确，传动功率大，轮廓尺寸小；2）与齿轮传动相比，传动中心距大；3）能在低速重在、高温环境恶略条件下工作；4）效率高，最大可达0.99。而此次采用齿轮机构与链轮机构组成二级传动，有以下几点优点：1）1级传动中只有两根轴，且1级传动机构的两根轴转向相反，2级传动机构由于有三根轴所以同向；2）如果两轴之间的传动比没有发生改变，2级传动机构里面零件的尺寸要比1级传动机构里面零件的尺寸小，意味着二级传动机构的体积与重量比一级传动低，使传动机构更为轻便，也易于节约成本；3）与1级齿轮传动机构相比，解决了齿轮机构的两根传动轴之间距离过大导致齿轮尺寸过大的问题。第2章 传动机构设计而此结构也存在其缺陷，主要为以下两点：1）由于2级传动机构的零件较多,故传动效率低于1级传动机构；2）因此结构中含链传动，所以不能保持恒定的瞬时传动比。2.2 软件介绍本次设计中绘图部分采用了SolidWorks软件，SolidWorks的主要作用在于机械设计，同时还可以进行电气和电子设计，还有CAM自动编程等。SolidWorks软件具有许多非常强大的功能，例如零件图制作、装配图制作、运动动画制作、运动仿真模拟、有限元分析、二维图转换等，且使用及其简单及方便，只要具备一定的专业知识（例如机械原理、机械设计、CAD/CAM等大学教材）和设计的理念，便可自己进行绘图设计，此软件简单易学，深受广大学生及设计师喜爱。2.3 电机选择我们在日常生活和工业需要经常会使用到电机，产生驱动转矩则是它的主要功能，在很多家用电器和许多的机械设备中作为动力源。在本次设计中，传动机构的电机将按照国家工业级甩干机（及脱水机）的设计标准。设计需求为：1）生产能力：满足1000-1500公斤/小时2）转速：转速要求为：1450转/小时3）功率：需大于7.5KW 4）电机级数：要求为四级（极数在一定程度上可以理解为电机转速的分级，二极电机的转速为三千转/每分钟，四极电机为一千五百转/每分钟，六极电机为一千转/每分钟 ，八极电机为七百五十转/每分钟。）注释：异步电动机的转速可以按级数来划分，异步电动机的极数在数量上等于定子的磁场磁极的个数。如果定子的绕组有不同的装配效果，级数就会发生改变。通常来说电机的级数选择和所需要的转速有关，电机的极数是电动机的转速的直观表示，即：第2章 传动机构设计电机的转速=60电动机频率电动机极对数根据国家工业级甩干机的设计标准需求，选取的电机类型为异步电机。选择异步电动机的理由如下：1）它转子的绕组不需要连接设备以供电，它的定子的电流是由其它部位提供；2）与其他电动机相比，异步电动机的结构较为简单，各种方面都较为方便，运行流畅，而且具有体积小，质量小的优势，使其制作消费材料及花费较小。一般较其它电机节省花费35左右；3）异步电动机有各种系列的版本，基本上可以适用于各种条件上的需要。4）异步电动机在负重条件下也能保持速度均匀，此条特性使其能适用于大部分场合。异步电动机也具有它的缺陷：它的调速性能尤其不好，在时刻需要调节速度以适应工作条件时，异步电动机显得格格不入。还有，异步电动机在工作时有可能破坏整体结构的传递功率效率。所以在某些方面来说异步电动机不如同步电动机有优势。同时根据设计其它因素，最终确定电机型号为Y225M-4。Y产品类型代号，表示异步电动机。225电机中心高，表示轴心到地面的距离为225毫米。M电机机座长度，表示为中机座。4电机级数，表示4级电机。Y225M-4电动机在性能上属于异步电动机的范畴，此电动机是21世纪以来电机行业的最新产品，结合了许多先进技术。Y225M-4具备以下优点：1）Y225M-4的效率非常高，它的效率损耗比其它的电机要低0.487%，比国外的高水平电机也不遑多让。使用此款电动机的话，在节省资源的方面十分有优势。2）Y225M-4的起动方面也十分具有优势。它的转矩稳定在一定的数值之上，这是其它电机所没有的性能。因此，它的起动性能超过了大部分同类，而且负重启动没有影响。3）Y225M-4运动时的噪声较低且几乎没有震动。它装配了特定的轴承，使其运转时的声音大幅度降低，在振动方面也比其它类型的电机更为优秀。4）Y225M-4的防护性能较好。它的结构设计符合国际上的要求，有效防止杂物进入，彻底杜绝了杂物对电机的损坏。5）Y225M-4 工作时几乎没有错误并且它的使用寿命很长。它的绕组使用的材料为绝缘材料。在高度浮动在千米上下并且温度不超过四十度的情况下，它的温升裕度非常大的。电动机的使用寿命很大程度上取决去此条特性，此条特性还可以是电动机在运行时保持稳定。6）Y225M-4的外形也是极其美观的。它具有其它电动机所没有的新型设计结构，差距明显，鹤立鸡群。如表2-1为Y225M-4及其它电动机的参数表2-1 Y225M-4其它电动机参数型号type额定功率roted power KW转速 rotating电流 current AY180L-422147042.5Y200L-430147056.8Y225S-439148070.4Y225M-445148084.22.4 轴的设计与计算2.4.1 轴的分类我们日常生活中常见的轴可以根据轴的结构形状来分为曲轴和直轴这两大类。直轴又可分为：转轴：结构在运动时受到弯矩和转矩作用的轴，是使用最多的轴之一，比如各种齿轮传动机构上的轴；心轴：只受到弯矩而不受转矩，如铁路车辆的轴为转动的心轴，有自行车的前轴为不转动的心轴。传动轴：只受到转矩而不受到弯矩或者弯矩非常小，如汽车的传动轴。轴的工作能力一般来说取决于轴的强度和刚度及稳定性。2.1.2 轴的材料选择一般来说轴的材料会选择45钢、50Mn等，这两种材料都是极为优质的材料。 45钢具有很强的塑性，同时具有较高的强度，热处理方式为正火。在一般轴、键、销等设计中选用率很高。50Mn的各项性能都显得很优秀。热处理方式为正火、淬火。用于耐磨要求高、负荷大的零件。如齿轮、齿轮轴等。40Cr材料性能优异但是它的成本较高，一般用在对材料性能需求较高的零件。对材料性能需求不太高的零件，一般会选择Q235等材料。还有一种是合金钢，它的性能很好，可惜成本颇高，只有在对轴的选择有很高要求的时候使用。例如采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性；如果需要耐热材料的轴来抵抗高温，40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢制造的轴可满足需要。若轴的设计尺寸较大、设计机构复杂时，经常选择铸钢或球墨铸铁制作的轴。例如使用球墨铸铁或铸钢制造的轴，不仅仅价格不高，而且力学性能良好，有效防止应力集中造成的零件失效。一般来说轴都会经历回转运动，所以轴受到的应力多数是对称的。轴的失效形式主要有：应力过大引起的过载使其失效、运行时间过长引起的疲劳失效等。若是轴上要装配零件，例如轴承、齿轮等，则应将轴设计成阶梯状，以适合装配。综合考虑各种材料及其性能进行比较，最终决定选择45钢。下表2-2为轴的常用材料及其主要力学性能。表2-2 轴的常用材料及其主要力学性能材料牌号热处理毛柸直径（mm）硬度（HBS）抗拉强度极限b屈服强度极限s弯曲疲劳极限-1剪切疲劳极限T-1许用弯曲应力-1备注Q235A热轧或锻后空冷10025037539021517010540用于不重要或者受载负荷45调质20021725564035527515560应用最广泛40Cr调质10030024128673568554049035535520018570用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴40CrNi调质10030027030024027090078573557043037026021075用于很重要的轴38SiMnMo调质10030022928621726973568559054036534521019570用于重要的轴，性能近于40CrNi2.4.3 轴的设计基准轴的结构设计主要是按照功能需求确定轴的外形与结构的各个尺寸，这个步骤在轴的设计过程中占了很大比重。结构设计的主要因素是轴上需要装配的零件的类型、位置、固定方式及它的尺寸，载荷的性质、方向、大小及分布况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关5。设计时应该按照零件的具体要求提出方案，切忌无方案时直接进行结构尺寸设计。以下是一般轴结构设计原则：1）设计时应该尽量的节省使用材料，尽量要设计强度匹配的外形尺寸或者是符合强度要求的截面尺寸；2）阶梯轴的设计必须符合轴上零件定位需求和调整需求；3）轴上需要采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；4）设计的轴必须便于加工制造和保证精度。2.4.4 轴的强度校核设计之后需要对轴进行强度校核计算，计算时需要依照轴所受应力的方向及大小使用特定的计算方式，而且需要根据材料确定其许用应力。分三种情况：1）对于传动轴应按扭转强度条件计算；2）对于心轴应按弯曲强度条件计算；3）对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。本次采用的传动机构采用分级传动，机构中含有三根轴，下面将分别进行轴的强度校核。电机轴：首先从连接电机的轴开始计算，此轴在功能上属于传动轴，对只受到转矩而不受到弯矩或者弯矩非常小，计算方式是按照扭转强度的条件计算。假如其承受弯扭复合作用的力，也可使用这种计算方式进行大致的计算。实心轴的扭转强度条件为：T=TWT9550000Pn0.2d3T其中： T扭转切应力，单位MPa；T轴所受到的扭矩，单位Nmm；WT 轴的抗扭截面系数，单位mm3；n轴的转速，单位r/min；P轴传递的功率，单位kW；d计算截面处轴的直径，单位mm； T 许用扭转切应力，单位MPa。由上式可得轴的直径：d39550000P0.2Tn=395500000.2T3Pn=A3Pn其中：A=395500000.2T计算后得：d21.70mm电机轴d1=25.40mm符合需求。图2-1 电机轴大链轮轴：大链轮轴上装配有链轮及齿轮，既受弯矩又受扭矩，属于转轴，转轴应按弯扭合成强度条件计算。计算公式为：Mca=M2+T2其中：扭矩应力特性系数（当扭转应力为静应力时，取值为0.3; 为脉动循环应力时，取值为0.6; 为对称循环应力时，取值为1.0）。经过前面计算得出轴的计算弯矩Mca后，需要对危险截面进行强度校核的计算，应该按照第三强度理论计算弯曲应力。计算公式为：ca=McaW=M2+T2W-1MPa其中：W轴的抗弯截面系数；-1轴的许用弯曲应力。计算后得大链轮轴d2=38.10mm符合需求。图2-2 大链轮轴齿轮轴：齿轮轴上装配有齿轮，结构在运动时受到弯矩和转矩作用，在性质方面规划为转轴，转轴的计算方式是按照弯扭合成的强度条件计算。因为设计时将齿轮与大链轮分度圆尺寸差距极小，所以将齿轮轴设计尺寸与大链轮轴设计尺寸相同，下面进行校核。计算公式与校核大链轮轴强度的计算公式相同，首先按照弯扭合成强度条件计算；然后在指定的截面处再作强度校核计算；最后在第三强度理论的条件下计算轴的弯曲应力。计算结果得齿轮轴d3=38.10mm符合需求。图2-3 齿轮轴2.4.5 轴的刚度校核为了检验其设计结构是否能应用到实际工作，还需要进行刚度方面的校核。刚度是指校核材料在受力时抵抗弹性变形的能力（抵抗弹性变形），在机械结构中关键部位刚度显得尤为重要6。计算公式为：=5.73104T GI p其中：轴变形的每米上的扭转角的量；T轴受到的扭矩，单位Nmm；G截切弹性模量，单位Mpa；Ip轴的截面上的极惯性矩，单位mm4。查询45钢材料的特性可得，式中的G=8.1X104Mpa。设计轴为圆轴时，轴的截面上的极惯性矩的计算公式为：Ip=d432计算得，电机轴的值约为0.22，大链轮轴的值约为0.83，电机的值约为0.75。的取值可以是=0.51/m，如果精度方面要求不是特别高的情况下，可以大于1/m，刚度符合需求。2.5 链传动的设计计算2.5.1 链轮设计链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式9。链传动在设计时要符合以下的几点要求：链轮的齿数：链传动机构运转时是否稳定取与小链轮的齿数有关，在设计时小链轮齿数不能太少，一般来说可以按照运行中的速度选取Z1，确定传动比即可得出大链轮的齿数Z2。计算公式为：Z2=iZ1在设计中Z2最好不大于120,超过过多则容易发生跳齿和脱链现象。在设计中链条的节数选取为偶数，链轮齿数最好选取奇数，这样设计会使装配结构合理，不用使用过渡链节来完善机构。链传动的传动比: 在传动比的设计中，一般选择数值为i=23.5。如果传动比过大，会使传动机构损坏加剧，还会使整个机构的机型尺寸过大。链传动还具有多边形效应，多边形效应是机械用语，指链条刚进入主动链轮时，链轮转过一个齿，水平方向链速就从小到大，再从大到小变化一次，同时伴随着链条竖直方向上下运动一次。链条忽上忽下颤抖且由于接触部分是多边形的部分，由于多边形的存在而引起的链传动的运动不均匀性，这种现象称为链传动的多边形效应10。减小多边形效应的方法是：增加小链轮的齿数Z，减小轮齿的节距P，降低齿轮速度v10。综合上述基准，设计链传动参数为：小链轮齿数12，齿顶圆半径径57mm，大链轮齿数24，齿顶圆半径径114mm，传动比为2。如下图2-4、2-5为小链轮和大链轮三维视图。图2-4 小链轮三维视图图2-5 大链轮三维视图2.5.2 链条设计如图2-6所示，为链条的组成结构，主要是由内链节、外链节和其它零件组成。图2-6 滚子链结构由此进行设计，图2-7、2-8为内链节及外链节。图2-7 内链节三维视图图2-8 外链节三维视图2.5.3 链传动强度校核对于链传动，必须注意其链条过载拉断的失效形式，需对静强度进行计算，通常是校核链条的静强度安全系数S，计算公式为：S=FQKAF48其中：FQ极限拉伸载荷；KA安全系数。经计算，S值为5.71，符合需求。2.6 齿轮的设计计算2.6.1 齿轮的参数设计在选用齿轮时，需要考虑很多基本参数，通过齿轮自身的参数及传动要求的传动比来选择合适的传动用齿轮组。本次设计齿轮组压力角取国家规定标准值20度，根据实际需求取模数为3，小齿轮齿数Z1为51，大齿轮齿数Z2为60，传动比i为1.18。计算大小齿轮几何参数：d1=mZ1=153mmd2=mZ2=180mmda1=mZ1+2ha*=353=159mmda2=mZ2+2ha*=362=186mmdf1=mZ1-2ha*-2c*=348.5=145.5mmdf2=mZ2-2ha*-2c*=357.5=172.5mma=mZ1+Z22=31112=166.5mm如图2-9、2-10为小齿轮和大齿轮的三维视图。图2-9 小齿轮三维视图图2-10 大齿轮三维视图2.6.2 齿轮的强度校核本次设计的齿轮机构为开式传动，它的破坏形式为细小颗粒引起的摩擦导致的零件损坏。这种情况下，一般来说只能以齿根弯曲疲劳强度的条件来校核，增大齿轮的模数可以增加它的齿厚，使它有较长的使用寿命，以此来考虑磨损的影响。计算公式为：F=2KT1bd1YFaYSaY=2KT1bm2z1YFaYSaYF其中：K载荷系数；YFa齿形系数；YSa应力修正系数；Y重合度系数。F可通过查机械手册所得，查得F为195MPa，经计算符合需求。2.7 其它零件设计此传动机构设计也含有其它类型零件，如轴承座，螺栓、平键等零件，以下不一一赘述，下图为三维视图。图2-11 螺栓三维视图图2-12 电机轴轴承座图2-13齿轮轴轴承座第3章 甩干机结构设计第3章 甩干机结构设计3.1工作原理3.1.1 一般甩干机工作原理甩干机一般是利用物料中具有密度不相同、重量不同而且互不相溶的液体和固体，使液体和固体在重力不同或者离心力不同的情况下进行分离，达到它收集或清理的目的。这种技术分两方面，分别是重力作用下的分离和在离心力作用下的分离。重力分离:钻井液在沉淀池内，密度重的固体颗粒在重力的作用下逐渐缓慢地下沉，密度轻的液体向上浮，最终上层液体会变得清澈3。可是重力分离进行的时间很长，而且使用重力分离的器械较为庞大，很不方便。最重要的是重力分离只能于特殊条件下使用。离心分离：在离心机的上方输入物料，物料从进料口进去进料通道然后落在推进器的盖板上，又在推进器的作用下到达离心机入口，在离心机的作用下进行离心分离，并被甩到过滤网的表层。在物料和过滤网进行接触后，固液分离当即开始，锥滤网上的流速是通过推进器和筛网之间的速度差以及刮板装置来控制的，同时搅拌或翻转固体，以便进一步帮助分离3。固体落在在锥滤网的底部并被收集，在重力的作用下落在箱体底部的杂质收集装置。然后，固体可以通过在机器下面的卸料装置来收集。液体则会穿过锥滤网然后聚集到液体收集管道并被收集，从而达到固体和液体分离的目的。3.1.2 结构设计工作原理在图3-2中，电机运动后，电机轴转动，与电机同轴的小链轮开始转动，经过传动链传动到大链轮上，大链轮开始转动，与其同轴的齿轮开始转动，与齿轮啮合的另一个和主轴同轴的齿轮机构同时开始运动，所以在箱体内部的主轴转动。石油及其混合物从物料口进入箱体之中，在主轴的高速旋转下进行离心运动，固液混合物通过离心力作用到箱体内部的的筛网上，筛网进行过滤。过滤完毕后，石油通过特制的过滤网，而其余杂物未能通过，将会落入特定收集器中。此时，油箱内部的电机转动并且带动齿轮泵开始工作，将石油吸入油箱中，完成采集。下图3-1为甩干机工作原理流程图：21第3章 甩干机结构设计图3-1 甩干机工作原理流程图3.2 甩干机结构组成本次油井钻井甩干机的结构部分由进料装置机构、分离装置机构、传动装置机构、油箱装置机构和机架机构等组成。进料装置机构固定在机架的机盖上，由进料口和物料管道组成，物料管道顶部连接物料口，底部通往箱体。主要作用是承接物料，收集后使物料进入分离系统机构，是物料承接与收集的专用装置。分离系统机构是由箱体装置（含有主箱体和锥筒箱体）和外旋装置（有筛框、筛网、转鼓、空心轴套、差速器等）组成，物料进入后将在此处由主轴作用下进行离心运动。此机构是该设备实现固体和液体互相分离的核心部件。传动装置机构是由电机和一个分级传动机构（由链传动与齿轮传动相结合的二级传动机构）组成，电机工作后，传动机构开始运作，经过一系列分级传动作用到主轴上，主轴则在箱体内部旋转形成离心运动，完成固液相的分离工作。油箱装置机构是由电机、齿轮泵和油箱箱体组成，油箱内电机运动带动齿轮泵工作，将经历离心运动而甩出的石油吸入油箱中，完成收集。机架机构是用来固定和支撑整个器械的，使其具有一定的稳定性，是由机盖、轴承支架和底座支架构成。3.3 甩干机总图设计根据上述总体设计思路进行绘图设计，确定机械的基本结构形式，进行结构设计与运动设计，确定各部分装置及机构尺寸，确定主要机构位置并初步审查，最后在Auto CAD软件中绘制图纸。总设计图在布局上分为主视图、左视图、右视图及俯视图，具体图纸如图所示。图3-2 油井钻井用甩干机设计左视图图3-3 油井钻井用甩干机设计右视图图3-4 油井钻井用甩干机设计主视图图3-5 油井钻井用甩干机设计俯视图25第4章 运动仿真第4章 运动仿真4.1 零件的装配在前文中表明，传动机构所需要的零件已经设计完毕，接下来将其装配成为传动机构。新建asm文件后，将零件逐个导入，在浮动的状态下开始进行调整和配合，把所有的零件之间转为机械配合后，装配成功。下图4-1为所设计的传动机构的三维总图。图4-1 传动机构总图45第4章 运动仿真4.2 运动仿真装配图完成后，即可制作动画，观测所设计机构的运动情况。在此机构中，选择运动算例后，选择电机，将其插入电机轴上的零件的中心位置，确定后，开始运转，即可用来生成演示性的动画效果，对此机构的传动形式会有一个直观的了解。 动画效果视频将附于毕业设计附件中。第5章 设计总结第5章 设计总结通过这几个月时间的毕业设计，在指导老师刘凌老师的指导下，我对这个题目做了很多的功课。在这一过程中，我遇到了很多困难，在设计过程中发现了自己学会的东西仅仅是沧海一粟，在实际的设计过程中，不仅仅要零件书本上理论性的知识，还有在实际运用中把这些知识都融会贯通，所以说，有些事情需要深刻地理解它本身的含义，而且要不断地认识到自己的错误所在。所有的问题必须要靠自己的能力逐个解决，而在解决的过程当中你会发现自己的学识和实践能力都在快速提升。在整个过程中慢慢的充实自己的知识，最终完成了这次的作业。我对最后的结果比较满意，每一个设计环节中对我都有锻炼与提高。这一切是一名大学生在课本上不可能学习到的，是一名大学生转化成为工程人员的必经之路。几个月以来，为了这个设计竭尽所能，但是我很遗憾的是，在这个设计过程中，我的所谓的“设计”差强人意，未能如愿达到理想的设计要求。贯穿于整个设计过程的知识需求面实在是太广泛了，牵涉到我们之前所有所学的专业知识，什么理论力学、材料力学、机械原理、机械设计等等相关的知识，还有我们还没学到的知识。这就为我们的计算带来了很大的困难，导致了设计不如人意，达不到目标，但是我在这次的设计中体会到了很多。我明白了，我的知识实在是太少了，只有我掌握好了足够的知识，我们才能胜任毕业以后的公司或企业对我们提出的要求。让我下定了决心，有恒心和有目标的向机械设计这一条路走下去。我在毕业设计的过程中，走了许多弯路，甚至在设计方向上出现了偏差，在刘老师和同学们的悉心指导与热心帮助下，我终于解决了主要问题。这期间，我也从来没有想过放弃，凭借着自己不断的努力与大家手把手的指导我坚持到了最后。这次的课程设计使我认识到了许多东西，增长了许多经验。当我脚踏实地的付出与努力了，那么回报就会顺其自然的来到我们面前。在遇到挫折时一定不能轻言放弃，虽然这个道理大家都明白，但这次我有了更深刻的体会。低谷是高峰的起点，只要你坚持不解的努力，那么成功就在不远处向你招手。第5章 设计总结参考文献参考文献1 郭帅. 钻屑甩干机的设计与研究D. 西南石油大学, 2017.2 成奇云. 岩屑甩干机高浓度流场分析及筛篮结构参数优化D. 西南石油大学, 2017.3 侯勇俊, 郭帅, 方潘,等. 岩屑甩干机之模型优化及颗粒运移情况分析J. 环境工程学报, 2017, 11(10):5683-5690.4 吴光武. 离心式金属甩干机设备:, CN105779095AP. 2016.5 施淑琴. 具有离心开关装置的甩干机:, CN 105105288 BP. 2016.6 姜晓云, 余猛钢. 一种连续式离心甩干机:, CN206152982UP. 2017.7 Kawamura T, Funada Y, Takeuchi H, et al. Drum type washing and drying machine: EP, EP1314809P. 2006.8 Yu-Nong L I, Lehane B M, Liu Q B. Centrifuge modeling of jacked pile in clayJ. Chinese Journal of Engineering, 2018.9 任兰柱, 徐洪, 闫维忠,等. 卧式振动离心机筛篮的设计与研究J. 机械设计, 2018(2).10 董梦诗, 周坤, 刘强,等. 卧式离心机转子-磁悬浮轴承系统的非线性特性分析J. 轴承, 2018(3).11 钟伟良, 谭蔚, 李振威,等. 基于流固耦合的大型卧螺离心机数值模拟及实验研究J. 化学工业与工程, 2018, 35(2):62-69.12 Wang H D, Wang M, Cui J B. Operation summary of PVC centrifuge mother liquid treatmentJ. China Chlor-Alkali, 2018.13 Gray M A. Centrifuge tube droplet generatorJ. 2014. 14 宰艳玲, 聂军. 油基钻屑三相离心机研制与应用J. 石油矿场机械, 2018(2).15 Michelsen J. Decanter centrifugeJ. 2017.参考文献致谢致谢最后要感谢在整个设计写作过程中帮忙过我的每一位人。首先，也是最主要感谢的是我的指导老师，刘凌老师。在整个过程中她给了我很大的帮忙，在设计题目制定时，她首先肯定了我的题目大方向，但是同时又帮我具体分析使我最后选取传动机构设计这个具体目标，让我在写作时有了具体方向。经过了两个多月的努力，我最后完成了设计的写作。从开始接到设计题目到系统的实现，再到设计文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从一无所知，我开始了独立的学习和，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己十分稚嫩作品一步步完善起来，每一次改善都将是我学习的收获。我的设计作品不是很成熟，还有很多不足之处。但是这次做设计的经历使我终身受益。我感受到做设计是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的潜力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫设计了。期望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。本设计能够顺利的完成，也归功于我的指导老师和各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。附录A 外文文献及翻译Design and Construction of a Conical Screen Centrifugal Filter for Groundnut Oil SlurryAbdulkadir Baba HASSAN, Matthew Sunday ABOLARIN,Ikechukwu Celestine UGWUOKEDepartment of Mechanical Engineering, Federal University ofTechnology,Minna, NigerState,Nigeria,abdulkadir_hassan2003yahoo.com,abolarinmatthewyahoo.com, ugwuokeikechukwuyahoo.comAbstract:This work focuses on the design and construction of a conical screen centrifugal filter for the separation of groundnut oil slurry. The major component of the machine is the rotary conical screen which separates the pure groundnut oil from the slurry via centrifugal filtration. Sludge particles were removed from the slurry through the open end of the rotary wide-angle conical screen when the half angle of the cone is greater than the angle of repose of the sludge. From the design analysis and calculation the required half angle and the thickness of the conical screen were found to be 30 and 1mm respectively. Keywords:Groundnut oil slurry, Separation, Centrifugal filterIntroduction:There are various methods of removing oil from oil seeds which includes traditional method of extraction and mechanical expression. The traditional method as in the case of oil palm fruit involves boiling the fruit in water which makes it easier, possibly by breakdown of oil cells and coagulating the protein to squeeze off the succulent fleshy part. By washing the mass in water the oil floats and is skimmed off. This is further cooked to get the right quality and colour. Other traditional methods as in the case of groundnut, melon and similar seeds in question involves pre-grinding with mortar or other local grinding equipment and hand pressed to extract the oil. Groundnut is an annual crop, which can be cultivated at any time of the year with proper irrigation. It is also known to thrive best in rich sandy loam soil (Woolrich and Carpenter, 1933). In Nigeria, yields as high as 200lbs (90kg) has been obtained (Irvin, 963). Nigeria is among the three largest producers in the world with about 6.5% of the total world production (Pulsegroove, 1968). Groundnut contains 25% protein and 45-50% oil (Muller, 1988). The harvested nut can be useful in so many ways. The husk could be used in making fertilizers or be fermented into alcohol or acetones while the whole kernel yields the oil and the cake. Groundnut oil shows good resistance to oxidation. Its fatty acid consists of about 20% saturated and 50% unsaturated lipids. It also contain up to 30% linoleic (essentially fatty acid), which plays a major part in human diet. Having seen the high economic importance of groundnut to the economy, the diet of the average Nigerian and the rising demand for vegetable oil in the market, it becomes inevitable to quickly replace the traditional method of separation of groundnut oil slurry which is rather wasteful, unhygienic and labour intensive with a mechanized method. In view of these, mechanical filtration by wide-angle conical screen centrifugal filter is necessary. It is therefore believed that this work will produce a conical screen centrifugal filter which is affordable by an average local processor of vegetable oil and which will greatly improve vegetable oil filtration.Design analysis Half Angle of the Conical ScreenThe following forces acts on the particle lying on the rotating conical screen:1. Force “mg” due to the weight of the particle directed downwards.2. The reaction “R” of the wall on the particle.3. The frictional force “F”.4. The centrifugal force “m2T”.In commercial centrifuges, the centrifugal component is much greater than the gravitational force that the latter may be practically neglected (Perry, 1997).For the sludge to move upwards along the wall of the cone FL FP, where FL = the resolution of centrifugal force along the cone wall, FP = the resolution of centrifugal force p