本科生毕业设计（论文）开题报告
一．课题来源
采用冲击回转钻进技术的设想始于欧洲。1867～1887年，一些企图代替钻杆冲击钻的潜孔式液动冲击器相继出现，1887年在英国曾授予德国沃•布什曼以新钻井方法的专利，其技术核心就是利用泵供给的液能驱动液动冲击器对回转着的钻头进行连续冲击，从而实现冲击回转钻进。
国外近年来在液动锤的研究领域所作的工作相对较少，主要有美国泛美石油公司开发的双作用液动锤（最大使用深度为2400m），SDSdigger的FH系列液动锤（试验最大深度为4353.15m，尚未有全面野外应用报导），Novotek N系列（室内为主，野外应用报导在1700m），德国克劳斯塔尔大学的复合式（阀为正作用、冲锤双作用）液动锤（准备用于德国KTB计划，但未被采用）。
我国从1958年底开始在原地质矿产部勘探技术研究所对液动冲击回转钻进技术进行研究。至1965年设计研究了七种不同结构形式的液动冲击器，并在周口店试验站专门建立的试验室中进行了性能对比和岩样钻进试验。
液动冲击器是液动冲击回转钻探的关键设备。随着中国现代化建设的不断推进和发展，国民经济增长对液动冲击回转钻探不断提出更高的要求，所以，加速液动冲击器的研究势在必行。
二．设计课题的目的和任务
液动冲击器其基本作用原理是利用泥浆泵供给的液能，直接驱动液动锤内的冲锤形成上下往复运动，并连续不断地对钻头施加冲击载荷，是冲击回转钻探技术中的一种。实施该工艺的技术装备上仅在孔底钻具组合中增加了一个液动锤，其它装备与回转钻进基本相同，因此配套简单，容易实现。液动锤钻进技术多年的发展已经证明，该技术可有效提高钻进效率，降低钻压需要，有利于减少事故和减小孔斜，同时在取心钻进中还对减少岩心堵塞，提高回次进尺长度有明显的作用。其与风动潜孔锤相比优点是可以用于深孔。但是由于其驱动介质为泥浆，杂质和成分比较复杂，内部零件的工作环境恶劣，故输出的冲击能量通常小，钻具的连续工作寿命相比较低，稳定性和可靠性比风动潜孔锤差。
设计题目：ГБМС—5型液动锤特性分析与计算
结构形式：阀式反作用。
技术参数： （1）液动锤直径：108mm;
(2)液动锤工作压力（MPa）：0.8~1.0
（3）液动锤额定流量：（L/min）：300~360；
（4）冲击频率（HZ）：22~25
（5）单次冲击功（Nm）：8~12
（6）液动锤长度（mm）：2200。
分析设计内容：（1）分析液动锤的功率特性及活塞冲锤的运动特性；
（2）分析计算液动锤的特性参数；
（3）在分析计算的基础上设计液动锤；
（4）应用现代分析软件对设计的液动锤进行仿真分析与验证。
三．课题概述及方案设计
3．1．冲击器的种类
按性能划分：回转—冲击钻：回转钻进是主要，冲击作用是次要的
冲击—回转钻：冲击作用是主要，回转作用是次要的
按结构划分：液动冲击器：正作用式，双作用式，反作用式，绳索取心式液动冲击器
钻杆传动冲击器
回转器传动冲击器
电动冲击器
风动冲击器（潜孔锤）
3．2．反作用式液动冲击器结构原理
反作用式波动冲击器的结构原理是利用高压液流的压力增高推动活塞冲锤上升，活塞冲锤上升的同时压缩工作弹簧储存能量。当 分配液流机构(阀门)打开，高压液流畅通，而工作室中的液流压力降低时．工作弹簧便释放储存的能量，驱动活塞冲顿急速向下运动而产生冲击。
反作用液动冲击器的工作过程如下：
高压液流进入液动冲击器后，作用于活塞冲锤3的下部。当高压液流的作用力超过工作弹簧l的压缩力和活塞冲锤3的自重后，便迫使活塞冲锤上升(同时压缩工作弹簧1使其储存能量)。与此同时，铁砧4中的水路被逐步打开，高压液流开始流向孔底。此时，活塞冲锤3在惯性作用下仍继续上升。
当活塞冲锤3上升至上死点时，活塞冲锤下部的液流已畅通的流向孔底，则工作室中的液流压力降低，在活塞冲锤3的自重和被压缩工作弹簧1释放出所储存能量的同时作用下，驱动活塞冲锤急速向下运动产生冲击。
在产生冲击作用的同时，由于活塞冲锤3与铁砧4相接触而又封闭了液流通向孔底的通路。则高压液流再次作用于活塞冲锤的下部，开始进行第二次的重复动作。周而复始，便形成了连续性的冲击。
3．3．ГБМС—5型液动锤的技术方案设计
冲击器的上接头1其上与钻杆相接，其下有活阀活塞4。连杆3是活阀下行行程的限制器。活阀活塞在缸套5中运动。在缸套与外壳6之间形成环状通水道，允许冲洗液通过。同活阀活塞相互作用的是冲击部分，它由阀座7同锤杆12及冲锤13组成。弹簧系统9使冲击部分向下运行，完成工作冲程。衬套ll是冲击部分上行程限制座，铁砧14与岩心管16连接，岩心管下有钻头17。阀座7在衬套8的导向中运动，此衬套将高压区同经铁砧内通道与管外空间联通的低压区隔离。经阀座7的内通孔使阀座之上内腔同低压区联通。
当钻头到达孔底后，铁砧上移一定值， 顶到限制座上。这样，弹簧9上升，并得到附加预压力。
当冲洗液压人时，冲锤和活阀活塞整个系统在液压作用下向上运动，压缩弹簧9及2。向上运动直到冲击部分顶到衬套11的限制座上为止，这时在惯性力作用下活阀活塞脱离阀座。冲洗液流入活阀与阀座间形成的缝隙状的间隙，因而液压下降，上升力停止作用。弹簧因被压缩而积累起来的能量使冲锤下行，直到冲击铁砧。活阀活塞在压缩弹簧2的作用下，也同时下行，直到与冲锤上的阀座触及为止。冲洗液流骤停，形成水锤效应，因此冲锤及活阀活塞急剧上行，压缩弹簧9及2。冲锤又被衬套的限制座限住，而活阀活塞又以惯性继续向上运动并脱离阀座。循环又重复。
3．4．ГБМС—5型液动锤的结构特点及关键技术问题
该冲击器的特点是利用惯性力使活阀脱离阀座。
反作用冲击器的主要缺点是须用动力弹簧，其载荷较重，其刚度比正作用冲击器所用的弹簧大得多。同时这些弹簧还经受着冲洗液的磨损和化学腐蚀。所以液动锤的动力弹簧是此冲击锤的关键技术问题。此弹簧必须严格设计和计算，还必须特殊制造工艺。即使这样，弹簧的工作寿命也只有40一100小时。
四．进度安排
：资料查阅，专业文献阅读，外文翻译，开题报告，实习
：进行设计，研究内容的全部分析，计算，完成草图设计
：关键技术问题的解决，完成装配图，全部部件图及部分零件图的绘制
：全部零件图绘制，重要零件的计算分析，完成设计说明书50%的撰写工作
：设计说明书全部撰写完毕，完成设计图纸，说明书的修改机器打印，装订工作
：毕业答辩及其他毕业设计工作
五．参考文献
[1] 武汉地质学院主编．钻探工艺学．北京：地质出版社，1980年．
[2] 武汉地质学院主编．岩心钻探设备及设计原理．北京：地质出版
社，1980年．
[3] 王人杰，蒋荣庆．液动冲击回转钻探．北京：地质出版社，1988
年．
[4] 赵洪激，董家梅．阀式反作用液动冲击器参数计算及性能分析．
中国海上油气工程，1995年6月．
[5]成大先.机械设计手册．北京：化学工业出版社，2002年． |
