液压直驱泥浆泵的设计与研究

摘要

泥浆泵作为定向钻进孔底马达的动力设备，输出特性须满足定向钻进工艺需求。本文结合中国煤炭科工集团西安研究院研制的定向钻进用钻机对机载泥浆泵性能参数的要求，采用新的液压传动思想，研制满足定向钻进工艺需求、流量平稳、外形尺寸符合履带钻机整体布局的BLY220/9新型液压直驱泥浆泵。
　　该泥浆泵是一种立式七缸单作用活塞泵，采用七组立式活塞组件沿圆周方向均布的结构形式，通过液压油驱动，将液压能直接转换为水力能，提高了传动效率。活塞组件由柔性相连的油压缸活塞组件和水力缸活塞组件构成，以降低其加工难度并改善受力状况。系统高压油进入油压缸，依次驱动球铰接于斜盘上的七个油压缸活塞组件和水力缸活塞组件一起往复运动，完成泵的吸水和排水过程。
　　本文根据往复泵的工作原理和定向钻进工艺对泥浆泵的参数要求，以及新的液压传动思想，确定了泥浆泵的总体设计方案。完成了传动机构、活塞组件、配油机构、泵阀、压力箱体等主要零部件的图纸设计，并对泥浆泵的主要运动构件斜盘和活塞组件进行静力学分析，将求出的各作用力的极值作为边界条件，分别进行了有限元静力学强度校核以及斜盘的模态分析，结果表明斜盘和活塞组件满足强度要求，且斜盘的动态特性满足设计要求。最后，通过物理样机的功能试验，验证了泥浆泵的传动设计思想和工作原理在实际应用中的正确性，以及关键零部件结构设计的合理性。
　　本文的研究有三个创新点，一是设计了新型液压直驱泥浆泵，彻底改变了泥浆泵的结构形式;二是采用浮环密封原理和动态平衡结构设计的配油轴;三是设计了柔性连接的活塞组件。
　　本文的研究成果对国内近水平长钻孔定向钻进装备整体性能的提高有一定的推进作用，所设计的新型液压直驱泥浆泵，丰富了液压驱动泵的设计理论并为今后相关的研究工作提供一定的借鉴经验。
　　本文的研究得到了中煤科工集团西安研究院技术创新项目“BLY220/9型液压直驱泥浆泵”的资助。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外泥浆泵的研究现状及发展趋势

1．2．1 曲柄泥浆泵的国内外研究现状

1．2．2 液压驱动泥浆泵的国内外研究现状

1．3 主要研究内容

2 泥浆泵主要参数的确定

2．1 往复泵的工作原理

2．2 往复泵的流量特性分析

2．2．1 曲柄泵活塞的运动规律

2．2．2 曲柄往复泵的瞬时流量

2．2．3 曲柄泵的流量不均匀度

2．3 泥浆泵技术方案的确定

2．3．1 ZDY6000LD(A)型钻机的液压系统基本参数

2．3．2 泥浆泵总体结构设计方案

2．3．3 液压直驱泥浆泵传动机构的运动形式

2．3．4 BLY220／9型液压直驱泥浆泵的工作原理

2．3．5 泥浆泵的技术设计方案

2．4 本章小结

3 泥浆泵主要零部件设计

3．1 压力箱体的设计计算

3．1．1 压力箱体的材料选取

3．1．2 压力箱体和活塞导向套壁厚的确定

3．2 泵阀的设计与校核

3．2．1 泵阀的设计

3．2．2 泵阀的强度校核

3．3 配油机构的设计

3．3．1 浮环密封原理

3．3．2 配油轴的设计

3．4 传动机构的设计与分析

3．4．1 传动机构的设计

3．4．2 斜盘的力学分析

3．4．3 斜盘的有限元分析

3．5 活塞组件的设计与分析

3．5．1 活塞组件的结构设计

3．5．2 活塞组件的力学分析

3．5．2 油压缸活塞组件的有限元计算

3．6 本章小结

4 泥浆泵的试验

4．1 泥浆泵装配

4．2 试验目的及内容

4．3 试验方案设计

4．4 室内功能试验

4．5 试验结论

5 总结与展望

5．1 主要研究工作

5．2 主要创新点

5．3 存在问题与展望

5．3．1 存在问题

5．3．2 展望

参考文献

致谢

附录