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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 編號(hào) 南京航空航天大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 帶壓開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 二一年六月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 i 帶壓開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱設(shè)計(jì) 摘 要 大口徑油氣管線不停輸帶壓封堵是當(dāng)前世界管道運(yùn)輸行業(yè)共同面對(duì)的重大工程技術(shù)課題。 管道開(kāi)孔機(jī)作為管道封堵作業(yè)中重要的設(shè)備按作業(yè)管線是否存在壓強(qiáng)分為帶壓開(kāi)孔機(jī)和非帶 壓開(kāi)孔機(jī)兩類，帶壓開(kāi)孔機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式又可分為帶壓手動(dòng)開(kāi)孔機(jī)，帶壓液動(dòng)開(kāi)孔機(jī)和帶壓電 動(dòng)開(kāi)孔機(jī)三類。 本文闡述了管道開(kāi)孔機(jī)工作原理及工藝過(guò)程，規(guī)劃管道開(kāi)孔機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行管 道開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括變速機(jī)構(gòu)及差動(dòng)顯示機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行必要的計(jì)算校核。 運(yùn)用 Solidworks 軟件，對(duì)開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱進(jìn)行建模，裝配。繪制裝配圖，零部件圖。 最后對(duì)管道開(kāi)孔機(jī)應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)與展望。 關(guān)鍵詞：管道開(kāi)孔機(jī)，帶壓，計(jì)算校核，Solidworks 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 ii Tapping Machine feed gear box design Abstract Constant input of large diameter oil and gas pipelines with a pressure closure is currently the worlds pipeline industry face significant engineering and technical issues. Pipe Tapping Machine operation as an important pipeline sealing device according to the existence of pressure pipeline operations are divided into hot tap machine and two non-Tapping Machine, Tapping Machine can be classified according to driving mode with pressure Manual Tapping Machine, Hydraulic Tapping Machine Pressure and Pressure Electric Tapping Machine categories. In this paper, perforated pipe work principle and process, planning pipeline opening machine design program, for the feed pipe opening machine gear box structure design, including speed change mechanism and the differential display mechanism design, the calculation of the necessary school nuclear. The use of CAD software, drawing into a gear box drive system diagram, assembly drawing and parts mechanical drawing. Finally, the application of pipe opening machine, the future research. Key Words：Tapping Machine，Pressure，Check calculation ，Solidworks 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 iii 目 錄 摘 要 ...................................................................I ABSTRACT ..................................................................II 第 一 章 緒 論 ..........................................................- 1 - 1.1 引 言 .............................................................- 1 - 1.2 章 節(jié) 安 排 .........................................................- 2 - 第 二 章 帶 壓 開(kāi) 孔 機(jī) 簡(jiǎn) 介 與 應(yīng) 用 ...........................................- 3 - 2.1 用 途 .............................................................- 3 - 2.2 特 點(diǎn) .............................................................- 3 - 2.3 工 作 原 理 .........................................................- 3 - 2.4 配 套 設(shè) 備 .........................................................- 3 - 2.5 操 作 規(guī) 程 .........................................................- 4 - 2.6 本 章 小 結(jié) .........................................................- 6 - 第 三 章 傳 動(dòng) 校 核 .......................................................- 7 - 3.1 傳 動(dòng) 方 案 的 擬 定 及 說(shuō) 明 ： ...........................................- 7 - 3.1.1 傳 動(dòng) 方 案 的 分 析 ： .............................................- 7 - 3.1.2 傳 動(dòng) 鏈 的 傳 動(dòng) 路 線 .............................................- 7 - 3.2 液 壓 站 ...........................................................- 7 - 3.3 傳 動(dòng) 件 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 .................................................- 8 - 3.3.1 軸 的 強(qiáng) 度 校 核 .................................................- 8 - 3.3.2 齒 輪 強(qiáng) 度 校 核 ................................................- 12 - 3.4 設(shè) 計(jì) 小 結(jié) ........................................................- 16 - 第 四 章 SOLIDOWRKS 建 模 及 繪 制 工 程 圖 ......................................- 17 - 4.1 SOLIDWORKS 軟 件 簡(jiǎn) 介 ...............................................- 17 - 4.2 SOLIDWORKS 軟 件 特 點(diǎn) ...............................................- 18 - 4.3 建 模 部 分 ........................................................- 18 - 第 五 章 總 結(jié) 與 展 望 ....................................................- 23 - 5.1 總 結(jié) ............................................................- 23 - 5.2 展 望 ............................................................- 23 - 參 考 文 獻(xiàn) .............................................................- 24 - 致 謝 .............................................................- 25 - 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 0 - 第一章 緒 論 1.1 引 言 管道開(kāi)孔機(jī)作為管道封堵作業(yè)中重要的設(shè)備按作業(yè)管線是否存在壓強(qiáng)分為帶壓開(kāi)孔機(jī)和 非帶壓開(kāi)孔機(jī)兩類，帶壓開(kāi)孔機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式又可分為帶壓手動(dòng)開(kāi)孔機(jī)，帶壓液動(dòng)開(kāi)孔機(jī)和帶 壓電動(dòng)開(kāi)孔機(jī)三類。 在管線不停止輸送介質(zhì)、不降低壓力，保證管線的正常運(yùn)行的情況下，對(duì)管線進(jìn)行維修、 搶修、加接旁路、更換或加設(shè)閥門(mén)、更換管段、和管線局部改道和處理管線內(nèi)部故障等。改 變了傳統(tǒng)的停輸、降壓、放散、動(dòng)用明火的作業(yè)方式，減少了經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)環(huán)境的不良影響， 并可避開(kāi)夜間作業(yè)，減少了人力、物力的投入，提高工效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和消耗，避免作業(yè) 風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性。 管路不停輸開(kāi)孔、封堵系列設(shè)備是由主機(jī)和輔機(jī)二種系列組成，其中主機(jī)系列是由開(kāi)孔 機(jī)、封堵器、液壓站和下堵塞器四種不同作用、不同型號(hào)和規(guī)格的設(shè)備互相對(duì)應(yīng)配套組成； 輔機(jī)是由連箱系列（旁通開(kāi)孔連箱、封堵開(kāi)孔連箱、封堵連箱、下堵連箱） 、開(kāi)孔刀系列 （旁通開(kāi)孔刀、封堵開(kāi)孔刀） 、夾板閥系列、封堵筒系列與相對(duì)應(yīng)的管徑組成，它是根據(jù)不 同的作業(yè)方式（開(kāi)旁通孔或封堵孔）和作業(yè)管徑而匹配不同的主輔機(jī)。 大口徑油氣管線不停輸帶壓封堵是當(dāng)前世界管道運(yùn)輸行業(yè)共同面臨的重大工程技術(shù)課題。 目前，隨著我國(guó)新建管線規(guī)模的迅速增長(zhǎng)、管線壓力、口徑的不斷增大，亟需在大口徑管線 帶壓開(kāi)孔封堵領(lǐng)域提高自身技術(shù)創(chuàng)新能力，打破國(guó)際技術(shù)壟斷，研制適合我國(guó)國(guó)情和工程需 要的技術(shù)設(shè)備。 西氣東輸，西氣東輸工程是將塔里木盆地的天然氣，通過(guò)長(zhǎng)輸管道輸送到上海及長(zhǎng) 江三角洲等東部地區(qū)的系統(tǒng)工程，包括上游氣田開(kāi)發(fā)、輸氣管道建設(shè)和下游天然氣利用項(xiàng)目 的建設(shè)。西氣東輸管道起于塔里木氣田，途徑、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、 安徽、江蘇、浙江、上海 10 個(gè)省區(qū)市 66 個(gè)縣，干線全長(zhǎng) 4000 公里。所經(jīng)地區(qū)地形復(fù)雜多 樣，包括戈壁、沙漠、高原、山區(qū)、平原、水網(wǎng)以及大江、大河等。管線年設(shè)計(jì)輸氣量 120 億立方米，管徑 1016 毫米，管材鋼級(jí) X70，輸送壓力為 10 兆帕。由此可見(jiàn)，管道帶壓開(kāi)孔 機(jī)將在整個(gè)工程中起著不可忽視的作用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 1 - 1.2 章 節(jié) 安 排 第一章緒論，介紹了管道開(kāi)孔機(jī)的一些概念，以及我國(guó)管道開(kāi)孔機(jī)的現(xiàn)狀。并且介紹了 管道開(kāi)孔機(jī)在西氣東輸中的作用。 第二章開(kāi)孔機(jī)簡(jiǎn)介，主要內(nèi)容是開(kāi)孔機(jī)用途、特點(diǎn)、適用范圍，以及工作原理，工作步 驟。 第三章帶壓開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容有傳動(dòng)設(shè)計(jì)，校核，以及 Solidworks 三 維建模，生成工程圖等。 第四章總結(jié)和展望。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 2 - 第二章 帶壓開(kāi)孔機(jī)簡(jiǎn)介與應(yīng)用 2.1 用 途 管道不停輸帶壓開(kāi)孔、封堵技術(shù)適用于石油、石化輸送管道、城市燃?xì)廨斉涔芫€管網(wǎng) 和供水、供熱管道的開(kāi)孔封堵施工作業(yè)。在保證管道正常運(yùn)行情況下，對(duì)管道進(jìn)行加接旁路、 更換或加接閥門(mén)、更換管段等施工作業(yè)，避免因施工作業(yè)而停輸所造成的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)社會(huì) 生產(chǎn)生活所造成的不良影響，消除了傳統(tǒng)帶壓作業(yè)的安全隱患。 2.2 特 點(diǎn) 管道不停輸帶壓開(kāi)孔、封堵技術(shù)解決了管道在線施工中存在的停輸、降壓、放散、動(dòng) 用明火等傳統(tǒng)的作業(yè)方式，避免作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性，使維修既迅速又經(jīng)濟(jì)可靠。 2.3 工 作 原 理 本機(jī)由外力通過(guò)方頭直接驅(qū)動(dòng)鉆桿進(jìn)行工作，采用機(jī)殼上的螺紋與花紋套經(jīng)手動(dòng)調(diào)節(jié) 作進(jìn)刀，在機(jī)殼上帶有刻度，開(kāi)孔時(shí)直接指示工作進(jìn)尺。機(jī)器下部裝有軸封填料，使機(jī)器在 帶壓工作的情況下不致滲漏。 機(jī)器上部的螺母壓蓋與主軸之間有一銷(xiāo)孔，當(dāng)銷(xiāo)子插入后，可使鉆桿與螺母套連成一體，實(shí) 現(xiàn)快速進(jìn)、退，以便于安裝和提取法蘭堵塞中的堵頭 2.4 配 套 設(shè) 備 (1)開(kāi)孔刀 開(kāi)孔刀是用來(lái)對(duì)金屬管道直接開(kāi)孔的刀具。 （2）連箱 對(duì)每種開(kāi)孔規(guī)格直徑均應(yīng)配置相應(yīng)規(guī)格的連箱，以便連接開(kāi)孔機(jī)與夾板閥；同時(shí)為開(kāi)孔刀具 提供一個(gè)存放空間。 （3）法蘭堵塞 是給開(kāi)孔機(jī)在所開(kāi)孔的管路上提供的一個(gè)基座，開(kāi)孔時(shí)必須選用一個(gè)與開(kāi)孔直徑相適應(yīng)的法 蘭堵塞。在封堵作業(yè)完成后，用堵頭封住以便取下夾板閥。 （4）夾板閥 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 3 - 夾板閥連接連箱與法蘭堵塞，在開(kāi)孔及更換刀具與進(jìn)行封堵作業(yè)時(shí)起隔斷壓力介質(zhì)的作用。 2.5 操 作 規(guī) 程 (1).在將要維修或更新管段兩端,分別帶壓焊接管件和作平衡壓力孔的法蘭堵塞。 圖 2.5.1 (2).在焊好的管件和法蘭堵塞上,安裝夾板閥和連箱以及開(kāi)孔機(jī),分別進(jìn)行斷管開(kāi)孔和平 衡開(kāi)孔 圖 2.5.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 4 - (3).卸下開(kāi)孔機(jī),安裝封堵連箱和封堵器連接臨時(shí)旁通,連接壓力平衡管, 操縱管段兩端封 堵器,將膨脹筒實(shí)行封堵。再清管,斷管。 圖 2.5.3 （4）.恢復(fù)管段,作壓力平衡,收回膨脹筒，關(guān)閉夾板閥,撤除平衡管和臨時(shí)旁通,撤除封堵器,安 裝堵塞。撤除夾板閥，在管件和法蘭堵塞上分別加蓋盲板，作業(yè)結(jié)束。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 5 - 圖 2.5.4 2.6 本 章 小 結(jié) 帶壓不停輸開(kāi)孔裝置是在不停產(chǎn)情況下進(jìn)行開(kāi)孔接點(diǎn),適用于除氧氣以外的任何介質(zhì)以 及不同直徑的各類管道。開(kāi)孔機(jī)在開(kāi)孔過(guò)程中是在完全封閉的空腔內(nèi)進(jìn)行的,刀具切削過(guò)程 與空氣隔絕,無(wú)著火、爆炸的可能性。由于封閉開(kāi)孔、無(wú)泄漏,有毒有害介質(zhì)不能排放到大氣 中,因此對(duì)環(huán)境無(wú)污染。 油氣田油氣工藝系統(tǒng)、化工裝置系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等若能實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)工況下的工藝流程改 線、分接、旁通,將解決生產(chǎn)運(yùn)行中存在的停產(chǎn)、置換、試壓等諸多問(wèn)題。不停輸帶壓開(kāi)孔 技術(shù)由此產(chǎn)生并逐漸被廣泛應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 6 - 第三章 傳動(dòng)校核 3.1 傳 動(dòng) 方 案 的 擬 定 及 說(shuō) 明 ： 3.1.1 傳動(dòng)方案的分析： 在分析傳動(dòng)方案時(shí)應(yīng)注意的常用機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)及在布局上的要求： （1）帶傳動(dòng)平穩(wěn)性好，能緩沖吸震，但承載能力小，宜布置在高速級(jí)； （2）鏈傳動(dòng)平穩(wěn)性差，且有沖擊、振動(dòng)，宜布置在低速級(jí)； （3）蝸桿傳動(dòng)放在高速級(jí)時(shí)渦輪材料應(yīng)選擇錫青銅，否則可選擇呂鐵青銅； （4）開(kāi)始齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑條件差，磨損嚴(yán)重，宜布置在低速級(jí)； （5）錐齒輪、斜齒輪宜放在高速級(jí)。 3.1.2 傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線 主軸齒輪 29錐齒輪 32（差速計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)） 進(jìn)給馬達(dá)()(徑給杠) 進(jìn)給馬達(dá)()（進(jìn)給絲杠） （離合器左移） 徑給絲杠()形成差速 3.2 液 壓 站 由于作業(yè)的特殊性，開(kāi)孔機(jī)一般使用防爆電機(jī)。YYZ 型液壓站就是專供開(kāi)孔機(jī)提供動(dòng)力 源的設(shè)備。下表簡(jiǎn)要介紹液壓站的技術(shù)參數(shù)。 防爆電 機(jī)型號(hào) 電動(dòng)機(jī)功 率、轉(zhuǎn)速 電流電壓 和頻率 最高工作 壓力 最大輸出 流量 油箱容量 YYZ150 YB112M-4 N=4KW 1430r/min 380V 50HZ 12.5Mpa 0-10L/min 100L YYZ300 YB160M-4 N=11KW 1460r/min 380V 50HZ 15Mpa 63L/min 300L YYZ500 YB180M-4W N=18.5KW 1470r/min 380V 50HZ 21MPa 90L/min 350L 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 7 - 表 3.2 3.3 傳 動(dòng) 件 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求之外，還應(yīng)滿足剛度要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭 載荷作用下不發(fā)生疲勞強(qiáng)度破壞。主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞 強(qiáng)度一般不失為主矛盾。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過(guò)大的變形。因此必須保證傳動(dòng) 軸有足夠的剛度。 3.3.1 軸的強(qiáng)度校核 軸徑調(diào)用公式 mNPKAdj3 其中：P電動(dòng)機(jī)額定功率 K鍵槽系數(shù) A系數(shù) 從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積 該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速jN 計(jì)算轉(zhuǎn)速 是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖j 上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。 查機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表 3-8 取 K=1.05，A=100。 軸的校核 1畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、扭矩圖、當(dāng)量彎矩圖。 (1)畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖 水平面 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 8 - 160 Ft 240 垂直面 Fr (2)求作用于軸上的力 水平面 垂直平面 齒輪 13 KNd TFt1.742105.MNnPTW4105.25.7902RtBx 8.7046FtAx 2.1KFRrBy86rAy 7.3402 軸承 反 力 KNBxx82NByxB452 （3）畫(huà)彎矩圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 9 - 水平 垂直 合成 水平 垂直 合成 截面 I KNRMAxH6.170RAyV19260MNVH1842 （4）畫(huà)扭矩圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 10 - 扭矩 扭矩 0T （5）畫(huà)當(dāng)量彎矩圖 當(dāng)量 彎矩 當(dāng)量彎矩為 18048 mN 2按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算軸的強(qiáng)度 計(jì)算結(jié)果計(jì)算內(nèi)容及公式 截面 當(dāng)量彎矩 )(Me 18048 軸徑(mm) 128 當(dāng)量彎曲應(yīng)力 （MPa）3310dee 8610.23433dMee 軸的許用彎曲應(yīng)力 （MPa）b1 100 結(jié)論 安全be1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 11 - 3.3.2 齒輪強(qiáng)度校核 主軸和進(jìn)給馬達(dá)軸上直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 表 3.3.2 齒輪強(qiáng)度校核 計(jì)算公式或說(shuō)明 結(jié)果 1 選擇齒輪齒數(shù)、材 料、熱處理及精度等 級(jí) 小齒輪 45 鋼調(diào)質(zhì)，齒面平均硬度取 260HBS 大齒輪 45 鋼正火，齒面平均硬度取 200HBS 小齒輪 260HBS 大齒輪 200HBS 2 參數(shù)選擇 小齒輪齒數(shù) 251z 大齒輪齒數(shù) 7 齒數(shù)比 8.21 2zu 由表 5-13 取齒寬系數(shù) (非對(duì)稱布置)50d251z8.u5.0d 3 計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩 1TMNWP862301MNT861 4 確定載荷系數(shù) (1) 使用系數(shù) AK 由已知條件查表 5-11，取 =1.25A (2) 動(dòng)載系數(shù) v 由 057.10/23.1/z 查圖 5-10（a ） ，取 =1vK (3) 齒向載荷分布系數(shù) 由 及已知條件查圖 5-13，5.0d 取 =1.08 (4) 齒間載荷分配系數(shù) K=1.25AK=1v=1.08 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 12 - 由式(5-9) 71.251.38 .2z 查圖 5-15，取 =1.22K (5) 載荷系數(shù) 647.12.08125.vA =1.22K =1.647 接觸疲勞強(qiáng)度校核 (1) 接觸應(yīng)力 HKubdFZteEH11 (2) 彈性系數(shù) ，由表 5-12 MPaE8.9 (3) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ，由圖 5-18HZ 5.2H (4) 重合度系數(shù) e 75.041.4eZ (5) KNdTFt .3862 由上得 ubdZteHE11 MPaZE8.195.2H.ZF t7.13MPaH9 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 13 - MPa9 (6) 許用接觸應(yīng)力 H WNHZSlimli 由圖 5-24，取壽命系數(shù) 0.1 由圖 5-23，取接觸疲勞極限 MPaH450lim 參照表 5-15，取安全系數(shù) limHS WNHZSlimli Pa39625.104 H.NZMPaH450lim1liMPaH396安全 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校 核 小齒： (1) 強(qiáng)度條件： FYbmKentF (2) 齒形系數(shù) F 由圖 8-3-15(a)，取 7.2F (3) 重合度系數(shù) 67.0/5.2aneY ( )73.1cos/2ban (4) 螺旋角系數(shù) 由圖 8-3-14(a)查取 7.2FY6.0e 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 14 - 1YMPabmKFeFnt6.2167.02450.73 許用應(yīng)力 SrFXNYlimli (5) 極限應(yīng)力 Pa140li (6) 壽命系數(shù) N 由圖 8-3-18 查取 NY (7) 尺寸系數(shù) X 由圖 8-3-24 查取 1x (8) 齒根圓角敏感系數(shù) SrY 由圖 8-3-25 查取 85.0SrY (9) 安全系數(shù) limF 由表 8-3-25 查取 .1liF 則： MPaYSrFXN1085.4limli 滿足 F 大齒： 1YMPaF6.2Pa F140limNY1x85.0 SrY.1limF 安全 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 15 - 同小齒查表和計(jì)算 167.02YeFMPabmKeFntF37.0167.02428. aYSrFXN1085.4limli 滿足 F （以上所查圖表均來(lái)自機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用 手冊(cè)） 167.02YeFMPaF37.0Pa F10 安全 3.4 設(shè)計(jì)小結(jié) 設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)過(guò)程步驟，參照表格圖紙選定參數(shù)，校核了部分軸與齒輪 的強(qiáng)度，使其滿足設(shè)定要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 16 - 第四章 Solidowrks 建模及繪制工程圖 4.1 Solidworks 軟件簡(jiǎn)介 SolidWorks 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技術(shù)副總裁與 CV 公司的副總裁發(fā)起， 總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當(dāng)初所賦予的任務(wù)是希望 在每一個(gè)工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。從 1995 年推出第一套 solidWorks 三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至今，它已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由 300 家經(jīng)銷(xiāo)商 在全球 140 個(gè)國(guó)家進(jìn)行銷(xiāo)售與分銷(xiāo)該產(chǎn)品。SolidWorks 軟件是世界上第一個(gè)基于 Windows 開(kāi)發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合 CAD 技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，SolidWorks 公司于 兩年間成為 CAD/CAM 產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶支持使得 SolidWorks 每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。該系統(tǒng)在 1995-1999 年獲得 全球微機(jī)平臺(tái) CAD 系統(tǒng)評(píng)比第一名；從 1995 年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)，其中 僅從 1999 年起，美國(guó)權(quán)威的 CAD 專業(yè)雜志 CADENCE 連續(xù) 4 年授予 SolidWorks 最佳編輯獎(jiǎng)， 以表彰 SolidWorks 的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三 大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，產(chǎn)品快速、高效地 投向了市場(chǎng)。 由于 SolidWorks 出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為 CAD 行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成 為華爾街青睞的對(duì)象。終于在 1997 年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬(wàn)美元的高額市值將 SolidWorks 全資并購(gòu)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲 得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了 CAD 行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的 SolidWorks 以原來(lái)的品牌和管理 技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為 CAD 行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司，SolidWorks 三維機(jī)械設(shè) 計(jì)軟件也成為達(dá)索企業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的 CAD 產(chǎn)品。 由于使用了 Windows OLE 技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的 parasolid 內(nèi)核（由劍橋提供） 以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks 成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。 資料顯示，目前全球發(fā)放的 SolidWorks 軟件使用許可約 28 萬(wàn)，涉及航空航天、機(jī)車(chē)、食品、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 17 - 機(jī)械、國(guó)防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂(lè)工業(yè)、日用品/消費(fèi)品、離散制造等 分布于全球 100 多個(gè)國(guó)家的約 3 萬(wàn) 1 千家企業(yè)。在教育市場(chǎng)上，每年來(lái)自全球 4，300 所教 育機(jī)構(gòu)的近 145，000 名學(xué)生通過(guò) SolidWorks 的培訓(xùn)課程。 據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其它 3D CAD 系統(tǒng)相比，與 SolidWorks 相關(guān)的招聘廣 告比其它軟件的總合還要多，這比較客觀地說(shuō)明了越來(lái)越多的工程師使用 SolidWorks，越 來(lái)越多的企業(yè)雇傭 SolidWorks 人才。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用戶每年使用 SolidWorks 的時(shí)間已達(dá) 5500 萬(wàn)小時(shí)。 在美國(guó)，包括麻省理工學(xué)院（MIT）、斯坦福大學(xué)等在內(nèi)的著名大學(xué)已經(jīng)把 SolidWorks 列為制造專業(yè)的必修課，國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)（教育機(jī)構(gòu)）如清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北 京理工大學(xué)、上海教育局等也在應(yīng)用 SolidWorks 進(jìn)行教學(xué)。相信在未來(lái)的 58 年內(nèi)， SolidWorks 將會(huì)成為與當(dāng)今 AutoCAD 一樣，成為 3D 普及型主流軟件乃至于 CAD 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 4.2 Solidworks 軟件特點(diǎn) Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是 SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。 SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、 易學(xué)易用。 4.3 建模部分 用圖片形式給出 Solidworks 建出的模型及裝配，如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 18 - 圖 4.3.1 直齒齒輪 圖 4.3.2 斜齒輪 圖 4.3.3 長(zhǎng)齒輪軸 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 19 - 圖 4.3.4 軸承 圖 4.3.5 連軸齒輪軸 圖 4.3.6 斜齒輪裝配 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 20 - 圖 4.3.7 差速計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu) 圖 4.3.8 整體裝配圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 21 - Solidworks 裝配體自動(dòng)生成工程圖，零件圖。 圖 4.3.9 裝配圖 4.4 設(shè)計(jì)小結(jié) SolidWorks 提供了無(wú)與倫比的、基于特征的實(shí)體建模功能。通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特 征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 通過(guò)對(duì)特征和草圖的動(dòng)態(tài)修改，用拖拽的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)修改。 學(xué)會(huì)使用 SolidWorks 為本次設(shè)計(jì)最大的收獲。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 22 - 第五章 總結(jié)與展望 隨著管道封堵設(shè)備的更新?lián)Q代，安全生產(chǎn)對(duì)管道帶壓開(kāi)孔作業(yè)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，設(shè)備 的小型化，自動(dòng)化，安全系數(shù)高是未來(lái)管道帶壓開(kāi)孔設(shè)備的發(fā)展方向。 5.1 總 結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大體上完成了帶壓開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱設(shè)計(jì)，但其中還有很多的缺陷。在與 完整帶壓開(kāi)孔機(jī)相比，我的完成量還是很有限的。不過(guò)，我從中收到的成果是非常巨大。讓 我熟練的掌握了 SolidWorks 軟件的使用方法，能夠應(yīng)用其大部分的功能。同時(shí)，也知道團(tuán) 隊(duì)合作的一些要注意的問(wèn)題：例如要經(jīng)常交流等。總之，此次畢設(shè)是我成長(zhǎng)之路上一堂深刻 而又有意義課程。 5.2 展 望 大口徑油氣管線不停輸帶壓封堵是當(dāng)前世界管道運(yùn)輸行業(yè)共同面臨的重大工程技術(shù)課題。 目前，隨著我國(guó)新建管線規(guī)模的迅速增長(zhǎng)、管線壓力、口徑的不斷增大，亟需在大口徑管線 帶壓開(kāi)孔封堵領(lǐng)域提高自身技術(shù)創(chuàng)新能力，打破國(guó)際技術(shù)壟斷，研制適合我國(guó)國(guó)情和工程需 要的技術(shù)設(shè)備，這將在西氣東輸過(guò)程中起著重要的作用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 23 - 參考文獻(xiàn) 1李國(guó)興，張玖山.大口徑輸油(氣)管道用新型液壓開(kāi)孔機(jī)J.石油機(jī)械，2006 年第 34 卷 第 6 期 2趙兵杰，趙宏林，張 宏，丁慶新，喻開(kāi)安，陳應(yīng)華.全自動(dòng)海底油氣管道開(kāi)孔機(jī)的設(shè)計(jì) J.石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009 年第 38 卷第 7 期第 34 頁(yè) 3李偉偉.燃?xì)夤艿?FL90 不停輸帶壓開(kāi)孔機(jī)的改造和使用J.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2003.9 4左健民等 液壓與氣壓傳動(dòng)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7 5黃平主等.常用機(jī)械零件及機(jī)構(gòu)圖冊(cè)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.10 6成大先等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.第四版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 24 - 致 謝 值此論文完成之際，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師表示深深的敬意和誠(chéng)摯的感謝。在近三個(gè)月的學(xué)習(xí)生 活過(guò)程中，導(dǎo)師淵博的知識(shí)、儒雅風(fēng)趣的品格、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)和將 科研與工程實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的工作方法令我十分敬佩。他對(duì)我的諄諄教誨和富有哲理的啟迪 將使我終生受益。 此外，還由衷感謝老師在課題的研究中給予的幫助，使我快速的熟悉 solidworks 和 cad 的基本操作。使得我在分析問(wèn)題時(shí)能更好地拓寬自己的思路。在此，對(duì)他 表示衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意! 最后，謹(jǐn)向所有曾經(jīng)關(guān)心，幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友們表示衷心的感謝。 南京航空航天大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 題 目 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 畢設(shè)地點(diǎn) 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 學(xué)院 題 目 題目來(lái)源 題目性質(zhì) 類 別 團(tuán) 隊(duì) 1．內(nèi)容及要求： 熟悉掌握管道開(kāi)孔機(jī)的工作原理及工藝過(guò)程，規(guī)劃管道開(kāi)孔機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行管道開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括變速機(jī)構(gòu)及差動(dòng)顯示機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行必要的計(jì)算校核。繪制進(jìn)給變速齒輪箱的傳動(dòng)系統(tǒng)圖、總裝配圖及零部件機(jī)械圖。 2．主要技術(shù)指標(biāo)： 功率：20kW 主軸轉(zhuǎn)速：0～15r/min 切削進(jìn)給速度：0～0.1mm/r 快速進(jìn)給速度：48～300mm/min 采用分級(jí)調(diào)速 3．進(jìn)度安排：(包括起迄日期、主要工作內(nèi)容等) [1]李國(guó)興，張玖山.大口徑輸油(氣)管道用新型液壓開(kāi)孔機(jī)[J].石油機(jī)械，2006年第34卷第6期 [2]趙兵杰，趙宏林，張 宏，丁慶新，喻開(kāi)安，陳應(yīng)華.全自動(dòng)海底油氣管道開(kāi)孔機(jī)的設(shè)計(jì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009年第38卷第7期第34頁(yè) [3]李偉偉.燃?xì)夤艿繤L90不停輸帶壓開(kāi)孔機(jī)的改造和使用[J].淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003.9 [4]左健民等 液壓與氣壓傳動(dòng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7 [5]黃平主等.常用機(jī)械零件及機(jī)構(gòu)圖冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.10 [6]成大先等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第四版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 4． 參考文獻(xiàn)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 系審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 帶壓開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱設(shè)計(jì) 摘 要 大口徑油氣管線不停輸帶壓封堵是當(dāng)前世界管道運(yùn)輸行業(yè)共同面對(duì)的重大工程技術(shù)課題。 管道開(kāi)孔機(jī)作為管道封堵作業(yè)中重要的設(shè)備按作業(yè)管線是否存在壓強(qiáng)分為帶壓開(kāi)孔機(jī)和非帶 壓開(kāi)孔機(jī)兩類，帶壓開(kāi)孔機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式又可分為帶壓手動(dòng)開(kāi)孔機(jī)，帶壓液動(dòng)開(kāi)孔機(jī)和帶壓電 動(dòng)開(kāi)孔機(jī)三類。 本文闡述了管道開(kāi)孔機(jī)工作原理及工藝過(guò)程，規(guī)劃管道開(kāi)孔機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行管 道開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括變速機(jī)構(gòu)及差動(dòng)顯示機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行必要的計(jì)算校核。 運(yùn)用 Solidworks 軟件，對(duì)開(kāi)孔機(jī)進(jìn)給齒輪箱進(jìn)行建模，裝配。繪制裝配圖，零部件圖。 最后對(duì)管道開(kāi)孔機(jī)應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)與展望。 關(guān)鍵詞：管道開(kāi)孔機(jī)，帶壓，計(jì)算校核，Solidworks 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 i Tapping Machine feed gear box design Abstract Constant input of large diameter oil and gas pipelines with a pressure closure is currently the worlds pipeline industry face significant engineering and technical issues. Pipe Tapping Machine operation as an important pipeline sealing device according to the existence of pressure pipeline operations are divided into hot tap machine and two non-Tapping Machine, Tapping Machine can be classified according to driving mode with pressure Manual Tapping Machine, Hydraulic Tapping Machine Pressure and Pressure Electric Tapping Machine categories. In this paper, perforated pipe work principle and process, planning pipeline opening machine design program, for the feed pipe opening machine gear box structure design, including speed change mechanism and the differential display mechanism design, the calculation of the necessary school nuclear. The use of CAD software, drawing into a gear box drive system diagram, assembly drawing and parts mechanical drawing. Finally, the application of pipe opening machine, the future research. Key Words：Tapping Machine，Pressure，Check calculation ，Solidworks 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 ii 目 錄 摘 要 ...................................................................I ABSTRACT ..................................................................II 第 一 章 緒 論 ..........................................................- 1 - 1.1 引 言 .............................................................- 1 - 1.2 章 節(jié) 安 排 .........................................................- 2 - 第 二 章 帶 壓 開(kāi) 孔 機(jī) 簡(jiǎn) 介 與 應(yīng) 用 ...........................................- 3 - 2.1 用 途 .............................................................- 3 - 2.2 特 點(diǎn) .............................................................- 3 - 2.3 工 作 原 理 .........................................................- 3 - 2.4 配 套 設(shè) 備 .........................................................- 3 - 2.5 操 作 規(guī) 程 .........................................................- 4 - 2.6 本 章 小 結(jié) .........................................................- 6 - 第 三 章 傳 動(dòng) 校 核 .......................................................- 7 - 3.1 傳 動(dòng) 方 案 的 擬 定 及 說(shuō) 明 ： ...........................................- 7 - 3.1.1 傳 動(dòng) 方 案 的 分 析 ： .............................................- 7 - 3.1.2 傳 動(dòng) 鏈 的 傳 動(dòng) 路 線 .............................................- 7 - 3.2 液 壓 站 ...........................................................- 7 - 3.3 傳 動(dòng) 件 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 .................................................- 8 - 3.3.1 軸 的 強(qiáng) 度 校 核 .................................................- 8 - 3.3.2 齒 輪 強(qiáng) 度 校 核 ................................................- 12 - 3.4 設(shè) 計(jì) 小 結(jié) ........................................................- 16 - 第 四 章 SOLIDOWRKS 建 模 及 繪 制 工 程 圖 ......................................- 17 - 4.1 SOLIDWORKS 軟 件 簡(jiǎn) 介 ...............................................- 17 - 4.2 SOLIDWORKS 軟 件 特 點(diǎn) ...............................................- 18 - 4.3 建 模 部 分 ........................................................- 18 - 第 五 章 總 結(jié) 與 展 望 ....................................................- 23 - 5.1 總 結(jié) ............................................................- 23 - 5.2 展 望 ............................................................- 23 - 參 考 文 獻(xiàn) .............................................................- 24 - 致 謝 .............................................................- 25 - 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 - 0 - 第一章 緒 論 1.1 引 言 管道開(kāi)孔機(jī)作為管道封堵作業(yè)中重要的設(shè)備按作業(yè)管線是否存在壓強(qiáng)分為帶壓開(kāi)孔機(jī)和 非帶壓開(kāi)孔機(jī)兩類，帶壓開(kāi)孔機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式又可分為帶壓手動(dòng)開(kāi)孔機(jī)，帶壓液動(dòng)開(kāi)孔機(jī)和帶 壓電動(dòng)開(kāi)孔機(jī)三類。 在管線不停止輸送介質(zhì)、不降低壓力，保證管線的正常運(yùn)行的情況下，對(duì)管線進(jìn)行維修、 搶修、加接旁路、更換或加設(shè)閥門(mén)、更換管段、和管線局部改道和處理管線內(nèi)部故障等。改 變了傳統(tǒng)的停輸、降壓、放散、動(dòng)用明火的作業(yè)方式，減少了經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)環(huán)境的不良影響， 并可避開(kāi)夜間作業(yè)，減少了人力、物力的投入，提高工效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和消耗，避免作業(yè) 風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性。 管路不停輸開(kāi)孔、封堵系列設(shè)備是由主機(jī)和輔機(jī)二種系列組成，其中主機(jī)系列是由開(kāi)孔 機(jī)、封堵器、液壓站和下堵塞器四種不同作用、不同型號(hào)和規(guī)格的設(shè)備互相對(duì)應(yīng)配套組成； 輔機(jī)是由連箱系列（旁通開(kāi)孔連箱、封堵開(kāi)孔連箱、封堵連箱、下堵連箱） 、開(kāi)孔刀系列 （旁通開(kāi)孔刀、封堵開(kāi)孔刀） 、夾板閥系列、封堵筒系列與相對(duì)應(yīng)的管徑組成，它是根據(jù)不 同的作業(yè)方式（開(kāi)旁通孔或封堵孔）和作業(yè)管徑而匹配不同的主輔機(jī)。 大口徑油氣管線不停輸帶壓封堵是當(dāng)前世界管道運(yùn)輸行業(yè)共同面臨的重大工程技術(shù)課題。 目前，隨著我國(guó)新建管線規(guī)模的迅速增長(zhǎng)、管線壓力、口徑的不斷增大，亟需在大口徑管線 帶壓開(kāi)孔封堵領(lǐng)域提高自身技術(shù)創(chuàng)新能力，打破國(guó)